JP4558137B2 - 車両の車体前部構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体前部構造に関し、特にサイドフレームと、このサイドフレームに結合されて前車輪やエンジン等を支持するサブフレームとを備えた車体前部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両、例えば自動車の前部は、図６に要部側面図を模式的に示すように、トーボード１０１及びトーボード１０１の下端に連続形成されたフロア１０２によってエンジンルーム１０３と車室１０４に区画され、エンジンルーム１０３の前部からトーボード１０１及びフロア１０２の下面に沿って前後方向にサイドフレーム１０５が延在し、サイドフレーム１０５の下方に前車輪及びエンジン等を支持するサブフレーム１０６が延在し、サブフレーム１０６の後端が強固にサイドフレーム１０５に支持され、かつ前部が支持ブラケット１０７を介してサイドフレーム１０５に結合されている。
【０００３】
また、特開平１１−１７１０４５号公報に開示され、かつ図７に概要を示すように、車体前後方向に延在する左右のサイドメンバ１１１、１１２の前端間及び後端間を各々クロスメンバ１１３、１１４で連結した略矩形枠状のサブフレーム１１０を構成し、このサブフレーム１１０の四隅を各々左右のサイドフレーム１２１、１２２にボルト１２５、１２６、１２７、１２８を介して支持する。
【０００４】
そして、車両の前方から所定値以上の衝撃荷重Ｐが作用した際、左後方のボルト１２７が最初に破断して左サイドメンバ１１１の後端がサイドフレーム１２１から分離し、その後に右後方のボルト１２８が破断して右サイドメンバ１１２の後端がサイドフレーム１２２から分離するように構成した車体前部構造が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者図６に示す車体構造によると、前方から所定値以上の衝撃荷重Ｐがサブフレーム１０６の前端に作用すると、後端が強固に結合されることから図６に二点鎖線１０６ａで示すようにサブフレーム１０６の中間部が下方に突出するように座屈変形するおそれがあり、前方から入力される衝撃荷重Ｐに対してサブフレーム１０６が対抗するときには車両の減速度が次第に増加し、サブフレーム１０６が座屈変形して衝撃荷重Ｐに対する抗力がなくなると減速度が急激に減少するため、座屈する瞬間に減速度のピーク値が発生して衝撃を十分に減少させることができないことが懸念される。
【０００６】
また、後者、特開平１１−１７１０４５号公報によると、サブフレーム１１０が前方から衝撃荷重Ｐを受けた際、左右のサイドメンバ１１１、１１２の後部を時間差を持ってサイドフレーム１２１、１２２から分離するので、左右のサイドメンバ１１１、１１２の後端が同時にサイドメンバ１２１、１２２から分離して瞬間的に一つの減速度のピークが発生する場合に比べ、減速度のピークが二つに分散されて、そのピーク値が低く抑えられて衝撃を減少させると共に、減速度を継続的に発生させることができる。
【０００７】
しかし、衝撃荷重Ｐを受けた際、サイドメンバ１１１、１１２の各後端が時間差を持ってサイドフレーム１２１、１２２から分離することからサブフレーム１１０が挙動してサイドメンバ１１１、１１２の安定した座屈変形が阻害されてサブフレーム１１０の変形による衝撃エネルギーの吸収が不安定になり、有効的な衝撃の減少が得られなくなると共に、サブフレーム１１０による衝撃エネルギー吸収特性を予め予測することが困難である。
【０００８】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、衝撃荷重を受けた際におけるサブフレームによる安定した衝撃エネルギーの吸収特性が得られる車両の前部車体構造を提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成する請求項１に記載の車両の前部車体構造の発明は、車体前後方向に延在するサイドフレーム及び、該サイドフレームの下方に前後方向に延在してサブフレームが取付支持された車両の前部車体構造において、上記サブフレームの前側部、中間領域に位置する延在部及び後側部のそれぞれに上記サイドフレームに固定具によって取付るための取付点が少なくとも１つずつ設定され、該取付点のうち、延在部の取付点の固定具の強度が、前側部及び後側部の取付点の固定部の強度よりも低く設定されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によると、サブフレームが、その前後方向に沿って分散配置された取付点でサイドフレームに取付支持されることから、前方からサイドフレームの前端に衝撃荷重が作用した際、サイドフレームに発生する変形及び挙動が抑制され、前方から作用する衝撃荷重に対するサブフレームの抗力が確保されて有効的な減速度が得られる。
【００１１】
また、過大な衝撃荷重に基づいてサブフレームに発生する変形部位、即ち変曲点が各取付点間に設定される変形モード特性が得られ、変形部位数の拡大に伴って変形に伴う発生エネルギーが増大し、衝撃荷重に対する効力が増加して有効的な減速度がもたらされる。更に、サブフレームの延在部の取付点の固定具の強度を、前側部及び後側部の取付点の固定具の強度よりも低く設定することにより、サブフレーム変形時に延在部の取付点の固定具が破壊して、サブフレームの抗力を低減させることができる。これにより、サブフレームの変形モード特性を調整することができ、安定した衝撃エネルギーの吸収特性を得ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の車両の前部車体構造において、上記サブフレームは、上記前側部と上記延在部との間に後方に移行するに従って下降する前側傾斜部を有し、上記延在部と上記後側部との間に後方に移行するに従って上昇する後側傾斜部とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載のように、サブフレームの形状を予め屈曲させておくことで、衝撃荷重によるサブフレームの変形モード特性の変曲点を予測することが可能になり、サブフレームの変形にバラツキがなくなり、有効的に請求項１の効果が達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（参考例）
以下、本発明による車両の前部車体構造の参考例を図１乃至図４によって説明する。なお、矢印Ｆは車体前方、矢印ＯＵＴは車体側方を示している。
【００１７】
図１は、車体前部の車体フレームの概要を示す要部斜視図であり、図２は図１の側面図、図３は図２を模式的に示す作用説明図、図４は衝撃吸収効果を説明するグラフである。
【００１８】
車体前部は、トーボード１及びこのトーボード１の下端に連続形成されたフロア２によってエンジンルーム３と車室４に区画され、左右一対のサイドフレーム１０（車両の進行方向に向かって左側のみ図示）がエンジンルーム３の前端からトーボード１の前面及びフロア２の下面に亘って前後方向に延在し、左右のサイドフレーム１０間に、車幅方向に延在するサスペンションクロスメンバ２０が架設されている。
【００１９】
サイドフレーム１０には前方側から順にブラケットによって形成された第１サブフレーム支持部２１、サスペンションクロスメンバ２０の端部に形成された第２サブフレーム支持部２２、第３サブフレーム支持部２３、第４サブフレーム支持部２４が下方に突出して設けられ、各第１、第２、第３、第４サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４の下端に固定具、例えば第１、第２、第３、第４取付ボルト２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａによってサイドフレーム１０の下方で前後方向に延在するサブフレーム３０の取付点が結合され、かつ第３サブフレーム支持部２３と第４サブフレーム支持部２４によってフロントサスペンションのロアアーム２８が揺動自在に支持されている。
【００２０】
左右のサブフレーム３０は、前端が車幅方向に延在するクロスメンバ３８によって連結され、略直線状で前後方向に延在する前側部３０Ａと、屈曲部３０ａを介して前側部３０Ａの後端に連続して後方に移行するに従って下降する前側傾斜部３０Ｂと、屈曲部３０ｂを介して前側傾斜部３０Ｂの後端に連続されて前後方向に延在する延在部３０Ｃと、屈曲部３０ｃを介して延在部３０Ｃの後端に連続されて後方に移行するに従って上昇する後側傾斜部３０Ｄと、屈曲部３０ｄを介して後側傾斜部３０Ｄの後端に連続して前後方向に延在する後側部３０Ｅとが連続形成され、後側部３０Ｅがトーボード１の下端近傍でサイドフレーム１０に形成された第５サブフレーム支持部２５に取付ボルト２５ａ、２５ｂによって結合支持されている。
【００２１】
このサブフレーム３０は、仮に後側部のみを固定した状態で、前端に前方から所定値以上の衝撃荷重Ｐを付与した際には、サブフレーム３０の形状によって決定される図２に二点鎖線Ｍ１で示すような変形モード特性に従って圧縮変形する。即ち、屈曲部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄに応力が集中して該部を変曲点とする座屈変形が誘発されて、前端の後退に伴って前側部３０Ａの後方が押し上げられて後上がり状に傾斜して座屈部３０ａが後退し、前側傾斜部３０Ｂが起立せしめられると共に座屈部３０ｂが押し下げられて座屈変形しつつ後退する。
【００２２】
座屈部３０ｂの後退に伴って前後方向に延在する延在部３０Ｃが後退して座屈部３０ｃが後方に押されて、後側傾斜部３０Ｄが起立せしめられて座屈部３０ｄを押し上げて座屈変形する。
【００２３】
従って、サブフレーム３０の形状によるそれ自体の変形モード特性Ｍ１では、特に屈曲部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにおいて振幅が大きく、いわゆる腹部となる。この腹部となる屈曲部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの変形量を抑制することによってサブフレーム３０の変形が抑制されてサブフレーム３０の前端に作用する衝撃荷重Ｐに対する抗力が有効的に増大せしめられる。
【００２４】
そこで、サブフレーム３０を支持する上記第１サブフレーム支持部２１をサブフレーム３０それ自体の変曲点となる屈曲部３０ａの近傍である前側部３０Ａの後端に対応する位置に、第２サブフレーム支持部２２を屈曲部３０ｂの近傍である前側傾斜部３０Ｂの後端に対応する位置に、第３サブフレーム支持部２３及び第４サブフレーム支持部２４を屈曲部３０ｃの近傍である延在部３０Ｃの後端に対応する位置に、第５サブフレーム支持部２５を屈曲部３０ｄの近傍である後側部３０Ｅの前端に対応する位置に各々取付点を設定し、各取付点を各々第１、第２、第３、第４、第５取付ボルト２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ及び２５ｂによって各々第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５の下端に取付支持する。
【００２５】
次に、このように構成された車体前部構造の作用を図２を模式的に示す図３に基づいて説明する。
【００２６】
車体前方からの衝撃荷重Ｐがサブフレーム３０の前端に作用して、サブフレーム３０の前端が後退する際、サブフレーム３０が第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５によってサイドフレーム１０に取付支持されることから、サブフレーム３０の変形の発生が抑制されて衝撃荷重Ｐに対する抗力が確保される。
【００２７】
一方、所定値以上の衝撃荷重Ｐによりサブフレーム３０が座屈する変形部位、即ち変曲点が第１サブフレーム支持部２１と第２サブフレーム支持部２２との間、第２サブフレーム支持部２２と第３サブフレーム支持部２３との間、第４サブフレーム支持部２４と第５サブフレーム支持部２５との間に設定され、図３に構造を模式的に示し、かつ二点鎖線Ｍ２で示すようなサブフレーム３０の変形モード特性が得られる。
【００２８】
サブフレーム３０がこのようなサイドフレーム１０に取付支持された状態における変形モード特性を有することから、車体前方から所定値以上の衝撃荷重Ｐがサブフレーム３０の前端に作用すると、サブフレーム３０が第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５によってサイドフレーム１０に取付支持されて抗力が確保され、図４に示すように衝撃荷重Ｐが入力されると車体の減速度が次第に増大し、減速度が所定値に達するとサブフレーム３０の前端からの潰れ変形がもたらされて減速度が略一定に制御され、しかる後、変曲点、換言するとサブフレーム３０の第１サブフレーム支持部２１と第２サブフレーム支持部２２との間、第２サブフレーム支持部２２と第３サブフレーム支持部２３との間、第４サブフレーム支持部２４と第５サブフレーム支持部２５との間の変形が開始されて、各変曲点の変形に伴う発生エネルギーの総合に従って抗力が増加、即ち減速度の増大が得られる。
【００２９】
従って、本参考例によると、前後方向に沿って配列された複数のサブフレーム支持部、即ち第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５によってサブフレーム３０がサイドフレーム１０に取付支持されて変形の発生が抑制されて、サブフレーム３０の前端に前方から作用する衝撃荷重Ｐに対する抗力が確保され、有効的な減速度が確保される。
【００３０】
一方、過大な衝撃荷重Ｐに基づいてサブフレーム３０に発生する変形部位、即ち変曲点が第１サブフレーム支持部２１と第２サブフレーム支持部２２との間、第２サブフレーム支持部２２と第３サブフレーム支持部２３との間、第４サブフレーム支持部２４と第５サブフレーム支持部２５との間に設定される変形モード特性Ｍ２が得られ、変形部位数の増大に伴って変形に伴う発生エネルギーが増大する。従って、サブフレーム３０の衝撃荷重に対する抗力が増加して有効的な衝撃エネルギーの吸収がもたらされ、減速度を継続的に発生させることができる。
【００３１】
その結果、上記図６に示すような、サブフレームの中間部の座屈変形によって減速度が急激に減少して瞬間に減速度のピーク値が発生する等の不具合を回避することができる。また、サブフレーム３０の後端がサイドフレーム１０に保持されることから、サブフレーム３０の挙動が抑制されてサブフレーム３０の変形にバラツキがなくなりサブフレーム３０の衝撃荷重による変形モード特性を予め的確に予測設定することが可能になり、サブフレーム３０の設計が容易になる。
【００３２】
また、第２サブフレーム支持部２２、第３サブフレーム支持部２３、第４サブフレーム支持部２４等のサブフレーム支持部を適宜省略することによって、サブフレーム３０の変曲点となる変形位置が減少せしめられ、或いはサブフレーム支持部の数を増やすことによって変曲点の数を増加させることによって変形モード特性が変更されて抗力が調整される。
【００３３】
（実施の形態）本発明の実施の形態を図５によって説明する。なお、図５において図２と対応する部分に同一符号を付することで詳細な説明を省略するが、本実施の形態は、第３サブフレーム支持部２３及び第４サブフレーム支持部２４にサブフレーム３０を取付支持する第３、第４取付ボルト２３ａ、２４ａの強度を低く設定したことを特徴とする。
【００３４】
このような車両において、車体前方からの衝撃荷重Ｐがサブフレーム２０の前端に作用すると、参考例と同様に、サブフレーム３０の前端が後退する際、サブフレーム３０が第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５によってサイドフレーム１０に取付支持されて変形の発生が抑制されることから、衝撃荷重Ｐに対する抗力が確保される。
【００３５】
一方、所定値以上の衝撃荷重Ｐによるサブフレーム３０の変形部位、即ち変曲点が参考例と同様に、第１サブフレーム支持部２１と第２サブフレーム支持部２２との間、第２サブフレーム支持部２２と第３サブフレーム支持部２３との間、第４サブフレーム支持部２４と第５サブフレーム支持部２５との間に設定され、かつ取付ボルト２３ａ、２４ａが破断した際には、第３サブフレーム支持部２３及び第４サブフレーム支持部２４での支持が解除されて二点鎖線Ｍ３で示す変形モード特性となる。
【００３６】
サブフレーム３０がこのような取付支持された状態での変形モード特性を有することから、車体前方から所定値以上の衝撃荷重Ｐがサブフレーム２０の前端に作用すると、サブフレーム３０が第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５によってサイドフレーム１０に取付支持されてサブフレーム３０の抗力が確保されて、図４に示すように衝撃荷重Ｐが入力されると車体の減速度が次第に増大し、減速度が所定値に達するとサブフレーム３０の前端からの潰れ変形により減速度が略一定に制御される。
【００３７】
しかる後、サブフレーム３０の第１サブフレーム支持部２１と第２サブフレーム支持部２２との間、第２サブフレーム支持部２２と第３サブフレーム支持部２３との間、第４サブフレーム支持部２４と第５サブフレーム支持部２５との間の変形が開始されて、各変曲点の変形に伴う発生エネルギーの総合に従って抗力が増加して減速度が得られ、所定量サブフレーム３０が変形すると低強度に設定された取付ボルト２３ａ、２４ａが破断して第２サブフレーム支持部２２と第５サブフレーム支持部２５の間において第３及び第４サブフレーム支持部２３、２４による拘束が解除され、サブフレーム３０が座屈変形してサブフレーム３０の抗力の増加が抑制されて図４に一点鎖線で示すように減速度が積極的に抑えられる。
【００３８】
従って、参考例に加え、減速度、即ち前方からサブフレーム３０に入力される衝撃荷重Ｐに対するサブフレーム３０の抗力を取付ボルト２３ａ、２４ａの強度を変更することによって設定することができる。
【００３９】
また、同様に第２サブフレーム支持部２２にサブフレーム３０を取付支持する取付ボルト２２ａの強度を変更することによってもサブフレーム３０の変形モード特性を変えることができる。
【００４０】
従って、本実施の形態によると各サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５にサブフレーム３０を支持する取付ボルト２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２５ｂの強度を変更することによって、サブフレーム３０を変更することなく変形モード特性、即ち減速度を調整することができる。
【００４１】
本発明は、上記参考例及び実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上記参考例及び実施の形態では、第１、第２、第３、第４、第５サブフレーム支持部２１、２２、２３、２４、２５の５個のサブフレーム支持部によってサブフレーム３０をサイドフレーム１０に取付支持したが、サブフレーム支持部によるサブフレーム３０の支持を適宜増減してサブフレーム３０の衝撃荷重に対する抗力、即ち減速度を変更調整することもできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、サブフレームを、その前後方向に沿って分散配置された取付点でサイドフレームに取付支持することによって、前方からサイドフレームの前端に衝撃荷重が作用した際、サイドフレームに発生する変形及び挙動がが抑制されて、サブフレームに前方から作用する衝撃荷重に対する抗力が確保されて有効的な減速度が確保される。
【００４３】
また、過大な衝撃荷重によるサブフレームに発生する変形部位が各取付点間に設定され、変形部位数の増大に伴って変形に伴う発生エネルギーが増大し、衝撃荷重に対する抗力が増加すると共に、継続的になされ有効的な減速度が得られ、更に、サブフレームの変形にバラツキがなくなりサブフレームの衝撃荷重による変形モード特性を予め設定することが容易になる。
【００４４】
特に、サブフレームそれ自体の変形モード特性の変曲点を取付点としてサイドフレームに支持することによって、変形量の大きい変曲点の変形が抑制されてより有効的なサブフレーム特性が確保できる。また、サブフレームをサイドフレームに取り付ける固定具の強度を変えることによって、取り付けられた状態におけるサブフレームの変形モード特性を可変調整でき、効率的なサブフレームの抗力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を示す要部斜視図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図２を模式的に示す作用説明図である。
【図４】衝撃吸収効果を説明するグラフである。
【図５】本発明の実施の形態の要部を示す側面図である。
【図６】従来のサブフレーム取付支持を模式的に示す自動車の要部側面図である。
【図７】従来の車体前部の要部を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ サイドフレーム
２０ サスペンションクロスメンバ
２１ 第１サブフレーム支持部（サブフレーム支持部）
２１ａ 第１取付ボルト（固定具）
２２ 第２サブフレーム支持部（サブフレーム支持部）
２２ａ 第２取付ボルト（固定具）
２３ 第３サブフレーム支持部（サブフレーム支持部）
２３ａ 第３取付ボルト（固定具）
２４ 第４サブフレーム支持部（サブフレーム支持部）
２４ａ 第４取付ボルト（固定具）
２５ 第５サブフレーム支持部（サブフレーム支持部）
２５ａ、２５ｂ 第５取付ボルト（固定具）

Claims (2)

1. 車体前後方向に延在するサイドフレーム及び、該サイドフレームの下方に前後方向に延在してサブフレームが取付支持された車両の前部車体構造において、
   上記サブフレームの前側部、中間領域に位置する延在部及び後側部のそれぞれに上記サイドフレームに固定具によって取付るための取付点が少なくとも１つずつ設定され、
   該取付点のうち、延在部の取付点の固定具の強度が、前側部及び後側部の取付点の固定部の強度よりも低く設定されたことを特徴とする車両の前部車体構造。
2. 上記サブフレームは、上記前側部と上記延在部との間に後方に移行するに従って下降する前側傾斜部を有し、上記延在部と上記後側部との間に後方に移行するに従って上昇する後側傾斜部とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両の前部車体構造。

Images