JP4438462B2 - 自動車のサスペンションクロスメンバ - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車輪を支持するサスペンションクロスメンバにおいて、このサスペンションクロスメンバに発泡材を充填する技術に属す。

従来、例えば、下記特許文献１記載のように、自動車のサスペンションクロスメンバ（特許文献１のサブフレームに相当）を構成するメンバに発泡材を充填する技術は知られており、この特許文献１によれば、このような構成により、車体構造との間で生じる共振を防止している。
特開平０４−９０９７４号公報

ところで、従来のようにサスペンションクロスメンバに発泡材を充填する場合、発泡材自体の価格や発泡材を充填する製造コストの点を考慮すると、サスペンションクロスメンバの全てのメンバに発泡材を充填するよりも、サスペンションクロスメンバの適所に発泡材を充填することが望ましい。

特に、サスペンションクロスメンバは、車輪からの振動が車体構造に伝達されるのを抑制して静粛さを高めたり、あるいはサスペンション自体の剛性を高めて操安性を確保させるために、比較的剛性が高い方が好ましいとされている。一方、一般的に、車両前部または後部にはエンジンや変速機などからなるパワーユニットが設置され、パワーユニットの前後方向中央側には車室が位置しているため、車両が障害物に衝突した場合には、例えば、パワーユニットの車室側への変位を防止する必要がある。そこで、サスペンションクロスメンバには、車両の衝突時にパワーユニットを変位させないよう機能することも要求されている。

しかしながら、従来においては、サスペンションクロスメンバに関して、発泡材を適所に充填することで、剛性アップを図りつつ、パワーユニットの車室側への変位を抑制することはできなかった。

本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、クロスメンバ部と、クロスメンバ部の両端部から上方に延設される左右一対の縦メンバ部とから成り、車輪を支持する車両のサスペンションクロスメンバにおいて、発泡材充填部と発泡材非充填部とを適所に設定することで、サスペンションクロスメンバの特に車幅方向の剛性を高めて操安性を確保しつつ、パワーユニットの車室側への変位抑制による車室の損壊防止を図ることにある。

このような目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発明においては、車室の近傍に配設されたパワーユニットに近接して、車幅方向に延設されるクロスメンバ部と、該クロスメンバ部の車幅方向両端部近傍から上方に向かって延設される左右一対の縦メンバ部とを備え、各縦メンバ部の上端部において車体フレームに連結されるとともに、サスペンションアームを介して車輪を支持する自動車のサスペンションクロスメンバにおいて、
上記クロスメンバ部及び上記縦メンバ部は、それぞれの延設方向に沿って延びる内部空間を有しており、上記クロスメンバ部と縦メンバ部との連結部近傍には、上記サスペンションアームを支持するアーム支持部が設けられ、上記縦メンバ部の内部空間と上記クロスメンバ部の車幅方向両端部の内部空間とに跨って連続的に発泡材が充填された発泡材充填部を設けるとともに、上記発泡材充填部は、上記アーム支持部を車幅方向内側から覆うように形成されており、上記パワーユニットに近接する該クロスメンバ部の車幅方向中間部付近には、発泡材が充填されない発泡材非充填部を設けることを特徴とする。
このような構成により、クロスメンバ部の車幅方向両端部と、この両端部近傍から上方に延設される縦メンバ部とに発泡材が充填されるため、サスペンションクロスメンバの車幅方向の剛性を高めることができ、これにより操安性を向上できる。

また、パワーユニットに近接するクロスメンバ部の車幅方向中間部付近には、発泡材が充填されないことにより、車両の衝突時に、パワーユニットとクロスメンバ部の中間部付近とが互い当接し合ってパワーユニットが車室側へ変位することを抑制でき、これにより車室の損壊を防止できる。

請求項２記載の発明は、請求項１において、上記クロスメンバ部内部の左右には、該クロスメンバ部を補強するための補強用隔壁が形成されるとともに、該補強用隔壁により、該クロスメンバ部内部における上記発泡材充填部と上記発泡材非充填部とが区画されることを特徴とする。

このような構成により、クロスメンバ部内に、発泡材充填部と発泡材非充填部とを区画するための隔壁として、既存の補強用隔壁を利用できるため、特別な隔壁を別途設ける必要がなく、構成を簡略化できる。

請求項３記載の発明は、請求項１において上記サスペンションクロスメンバは前輪を支持するものであり、上記クロスメンバ部には、ステアリング機構部を支持するステアリング支持部が形成されるとともに、上記発泡材充填部は、該クロスメンバ部の両端部から該ステアリング支持部まで延設されることを特徴とする。

このような構成によって、ステアリング支持部の剛性を向上できるため、ステアリング機構部の取付剛性も高めることができ、しかも振動を低減できるため、操舵性を向上できる。

請求項４記載の発明は、請求項３において、上記サスペンションアームは上下に並ぶアッパーアームとロアアームとで構成され、上記縦メンバ部の上端部に、上記アッパーアームを支持するためのアッパーアーム支持部を設けたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１において、車両前後方向に延設され、上記クロスメンバ部の両端に接続される左右一対のサイドメンバ部を備え、この各サイドメンバに発泡材を充填した発泡材充填部を設けるとともに、各サイドメンバ部の前後方向の一端部を、上記車体フレームに支持させることを特徴とする。

このような構成により、発泡材を充填させたサイドメンバ部によって、サスペンションクロスメンバ全体の剛性を更に向上できる。また、このようなサイドメンバ部を車体フレームに支持させることで、サスペンションクロスメンバの車体への支持剛性を高めることができ、以上のことから操安性の更なる向上が図れる。

以上のように、本発明においては、クロスメンバ部の車幅方向両端部と、この両端部近傍から上方に延設される縦メンバ部とに発泡材が充填されるため、サスペンションクロスメンバの車幅方向の剛性を高めることができ、これにより操安性を向上できる。

また、パワーユニットに近接するクロスメンバ部の車幅方向中間部付近には、発泡材が充填されないことにより、車両の衝突時に、パワーユニットとクロスメンバ部の中間部付近とが互いに当接し合ってパワーユニットが車室側へ変位することを抑制でき、これにより車室の損壊を防止できる。

以下、本発明に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。尚、各実施形態におけるフレーム、メンバは、鋼鉄製である。

先ずは、本実施形態に係る車両フロント側のサスペンションクロスメンバ１の全体構成について、図１から図４までを参照して説明する。

尚、図１は、サスペンションクロスメンバ１を、車両斜め前方側から後方側を指向して見た時の斜視図であり、図２は、サスペンションクロスメンバ１の概略側面図で、図３は、このサスペンションクロスメンバ１の概略正面図、図４は、サスペンションクロスメンバ１の概略平面図である。

図１によると、サスペンションクロスメンバ１は、車両の左右において、車両前後方向に延設される一対のサイドメンバ２，２と、各サイドメンバ２，２の車両前方側端部同士を連結し、車幅方向に延設されるクロスメンバ３とから構成される。また、この各サイドメンバ２，２とクロスメンバ３とが連結される連結部３ａ，３ａからは、上方に向かって延設する角部（特許請求の範囲の縦メンバ部に相当）４，４が設けられている。

図２に示すように、角部４，４の上端部は、角部取付孔５，５を介したボルト５ａ，５ａ等の締結によって、車体の前部構造を形成する車体フレームの一部であり車両前後方向に延設される左右一対のフロントサイドフレーム６の下面に固定されている。サイドフレーム６は、角部４との締結位置から後方側の部分において、後方側に位置するに従って序々に下方側に傾斜する傾斜部６ａが形成されており、サイドメンバ２，２の後端部は、この傾斜部６ａの下方側の下面に対して、サイドメンバ取付孔２ａ，２ａを介したボルト２ｂ，２ｂ等の締結により、固定されている。

これにより、サスペンションクロスメンバ１は、フロントサイドフレーム６にしっかりと固定されることになる。

角部４，４の上端部には、前部と後部とにそれぞれアッパーアーム支持部７，・・・７が形成されており、各アッパーアーム支持部７，・・・７には、サスペンションアームとして車両外方を指向するアッパーアーム８，８が弾性ブッシュ（図示しない）を介して、所定の方向に揺動可能に支持されている（図３参照）。また、図１に示すように、サイドメンバ部２，２には、前部と後部とにそれぞれロアアーム支持部９，・・・９が形成されており、各ロアアーム支持部９，・・・９には、サスペンションアームとして車両外方を指向するロアアーム１０，１０が弾性ブッシュ（図示しない）を介して、所定の方向に揺動可能に支持されている（図３参照）。

図３に示すように、これらアッパーアーム８，８及びロアアーム１０，１０の車両外方側端部は、サポート部材１１，１１に連結されており、サポート部材１１，１１には、図示しない前輪がその外方側に回転可能に支持されている。

また、本実施形態におけるサスペンションの形態は、アッパーアーム８，８及びロアアーム１０，１０とも、上方から見て略Ａ状の形態となるＡ型サスペンションであるが、ロアアーム１０，１０は、バネとダンパーから成るサスペンション緩衝装置１０ａ，１０ａに連結されている。

図２、図３及び図４に示すように、エンジンやエンジンに隣接設置される変速機などから構成されるパワーユニット１２は、各サイドメンバ２，２の間の空間内で、クロスメンバ３より車両後方側に、パワーユニット１２の下部が、これらのメンバと離間するよう設置される。また、各サイドメンバ２，２の車両前後方向中心部付近の上面には、エンジンマウント取付孔１３，・・・１３が形成されており、パワーユニット１２の左右に固定されたエンジンマウント１４，１４は、このエンジンマウント取付孔１３，１３に対するボルト１３ａ，１３ａ等の締結により、サイドメンバ２，２に固定される。

また、クロスメンバ３の左右においては、それぞれ前方側端面に、取付面が斜め上方を指向してステアリングシャフト取付部１５，１５が形成されている。

この取付部１５，１５の各取付面には、ステアリングシャフト１６が取り付けられており、図示しないが、ステアリングシャフト１６の左右端は、サポート部材１１，１１にリンクされている。また、図示しないが、車両前方から見て、ステアリングシャフト１６の左側部分には、ラックアンドピニオン機構から成るステアリングギヤ部が設けられており、ステアリングギヤ部には、ステアリングバーを介して車室内のステアリングが接続されている。このような構成により、ステアリングの操作による前輪の操舵操作を可能にしている。尚、ステアリングシャフト１６とステアリングギヤ部とが、特許請求の範囲に記載のステアリング機構部に相当する。

次に、サスペンションクロスメンバ１への発泡材の充填について、図５、図６を参照して説明する。尚、図５は、図２のＡ−Ａ断面であり、図６は図２のＢ−Ｂ断面である。

発泡材は、硬質で高強度な発泡樹脂が用いられており、具体的にはポリウレタンやエポキシ等の樹脂で、発泡倍率を例えば３倍以下にしたものを利用する。サイドメンバ２，２、クロスメンバ３、及び角部４，４等のメンバは、プレス成形された例えば２枚の鋼板を組み合わせたり、あるいは公知のハイドロフォーミング工法等を利用することで形成されており、このためその内部には、空間が形成されている。そこで、発泡材を各メンバのこうした空間内に充填すると、メンバの重量を大きく増大させることなく、簡単にメンバの剛性アップが可能となる。こうした発泡材の充填作業は、メンバの外径に形成した発泡材の導入用の充填用孔部を介して、メンバの空間内に粘性が高い状態の発泡材を充填させ、その後の発泡材を硬化させることで行なう。

図５に示すように、クロスメンバ３の左右には、それぞれクロスメンバ３自体を補強する隔壁１７，１７が形成されるとともに、サイドメンバ２，２にも、サイドメンバ２，２を補強するために、隔壁１８が形成されている。

このクロスメンバ３とサイドメンバ２との連結部分であって、隔壁１７とサイドメンバ２の隔壁１８とにより囲まれる空間に発泡材を充填させることで、連結部発泡材充填部１９，１９が形成されている。一方、クロスメンバ３の長手方向中間部近傍においては、空間に発泡材を充填させない中間部発泡材非充填部２０が形成されており、また、サイドメンバの隔壁１８より後方側の空間（後側のロアアーム支持部９，９も含む）においても、空間に発泡材を充填させないサイドメンバ発泡材非充填部２１，２１が形成されている。

また、図６に示すように、角部３，３の内部空間にも発泡材を充填することで、角部発泡材充填部２２，２２を形成している。

次に、本実施形態による作用及び効果を説明する。

以上のような構成により、角部４，４はそれぞれフロントサイドフレーム６，６に支持されていることから、発泡材が充填されたクロスメンバ３の車幅方向両端部つまり連結発泡材充填部１９、１９と、角部発泡材充填部２２，２２とによって、サスペンションクロスメンバ１全体の剛性、特に車幅方向の剛性を高めることができ操安性の向上やあるいは振動低減による静粛さの確保など、乗り心地を向上できる。

この場合において、特に本実施形態におけるサスペンション装置は、前側のロアアーム支持部９，９から車幅方向の車両外方側にサポート部材１１，１１（図３参照）が位置するＡ型サスペンションであるため、車両の旋回走行中に車輪から伝達される車幅方向の力は、主に前側ロアアーム支持部９，９を介してクロスメンバ３に、直接的に伝達することになる。従って、本実施形態のようにクロスメンバ３及び角部４，４によりサスペンションクロスメンバ１の車幅方向の剛性を増大させることで、旋回走行中における操安性を確実に向上できる。また、こうした剛性増大とともに、発泡材の充填により、路面からロアアーム１０，１０及び前側のロアアーム支持部９，９を介して伝達される振動も更に低減できるので、これにより角部４，４からフロントサイドフレーム６，６に伝達される振動も抑制可能となる。

また、パワーユニット１２に近接するクロスメンバ３の車幅方向中間部付近に、中間部発泡材非充填部２０を設けたことにより、主に車両の前後方向での衝突時におけるパワーユニット１２とクロスメンバ３との接触によって、パワーユニット１２が車室側である後方側に変位することを防止できる。

つまり、車両の衝突時には、クロスメンバ３とクロスメンバ３の後方側に位置するパワーユニット１２との離間距離が縮まりこれらが当接して、クロスメンバ３からパワーユニット１２に対し、パワーユニット１２を後方側に変位させようとする力が発生する。しかしながら、中間部発泡材非充填部２０には、発泡材が充填されていないために、発泡材が充填されている部分に比べ変形し易く、よって、中間部発泡材非充填部２０は、こうしたパワーユニット１２との当接の際の変形に起因して、パワーユニット１２を後方に変位させる力を低減できる。

特に、本実施形態によれば、上述のようにサイドメンバ発泡材非充填部２１，２１が形成されており、車両衝突時にはこのサイドメンバ発泡材非充填部２１，２１が衝撃を吸収することでその前後方向の長さが縮まる場合がある。こうした場合、サイドメンバ２，２との間にパワーユニット１２が配置されているので、衝突時に、クロスメンバ３からパワーユニット１２に対し、パワーユニット１２を後方に変位させる力が強まる可能性がある。これに対し、中間部発泡材非充填部２０の設置によりこの力を低減できるため、パワーユニット１２の後方変位を積極的に防止できる。

また、ステアリングシャフト取付部１５，１５を、クロスメンバ３の中間部発泡材非充填部２０ではなく、発泡材が充填された部分、つまり連結部発泡材充填部１９，１９に設けたので、ステアリングシャフト取付部１５，１５の剛性を増大でき、これによりステアリングシャフト１６の支持剛性を高めることで操安性を向上できる。また、このような構成により、従来であれば、ステアリングシャフト取付部１５，１５による支持剛性を高めるために、ステアリングシャフト取付部１５，１５近傍のクロスメンバ３の内部空間に補強用の隔壁を別途設けていたが、このような補強用の隔壁を不要にできる。

また、角部４，４が連結している連結部発泡材充填部１９，１９には、フロントサイドフレーム６，６に固定されるサイドメンバ２，２も連結しており、更にこのサイドメンバ２，２の少なくとも一部にも、連結部発泡材充填部１９，１９から延長して発泡材が充填されていることから、サスペンションクロスメンバ１の剛性をより増大できる。但し、本発明においては、連結部発泡材充填部１９，１９の内、このようなサイドメンバ２，２の部分に対する発泡材充填は敢えて必要はなく、クロスメンバ３の部分に対する発泡材充填のみとしてもよい。
（他の実施形態）
尚、以上の実施形態においては、サイドメンバ２，２に発泡材非充填部２１，２１を設けたが、サイドメンバ２，２に対し、全体的に発泡材を充填してもよい。

一方で、サイドメンバ２，２に発泡材非充填部２１，２１を設けるのであれば、図４に示すように、サイドメンバ発泡材非充填部２１，２１による衝撃吸収性を向上させるため、サイドメンバ発泡材非充填部２１，２１に車幅方向に延設さえるビード２３，・・・２３を設けてもよい。

また、本実施形態においては、パワーユニット１２が、クロスメンバ３の後方側に位置する実施形態について説明したが、本発明は、パワーユニット１２が、クロスメンバ３の前方側近傍に位置する場合にも適応可能であり、この場合にも、操安性を向上させつつ、静粛さを確保できるとともに、衝突時の衝撃を低減できる。

尚、上記実施形態は何れもパワーユニットが車体前部に配置され、サスペンションクロスメンバが前輪を支持する構成について述べているが、本発明はこれに限定されるものではなく、パワーユニットが車体後部に配置され、縦メンバ部を有するサスペンションクロスメンバが後輪を支持する構成にも適用でき、後突された際に同様の効果があることは言うまでも無い。

本発明の実施形態に係るサスペンションクロスメンバ１を示す概略斜視図。 サスペンションクロスメンバ１等を示す概略側面図。 サスペンションクロスメンバ１等を示す概略正面図。 サスペンションクロスメンバ１等を示す概略平面図。 図２のＡ−Ａ断面図。 図２のＢ−Ｂ断面図。

１：サスペンションクロスメンバ
２：サイドメンバ（サイドメンバ部）
３：クロスメンバ（クロスメンバ部）
４：角部（縦メンバ部）
６：フロントサイドフレーム（車体フレームの一部）
１２：パワーユニット
１５：ステアリング取付部
１９：連結部発泡材充填部（発泡材充填部）
２０：中間部発泡材非充填部（発泡材非充填部）
２１：サイドメンバ発泡材非充填部
２２：角部発泡材充填部（発泡材充填部）

Claims (5)

1. 車室の近傍に配設されたパワーユニットに近接して、車幅方向に延設されるクロスメンバ部と、該クロスメンバ部の車幅方向両端部近傍から上方に向かって延設される左右一対の縦メンバ部とを備え、各縦メンバ部の上端部において車体フレームに連結されるとともに、サスペンションアームを介して車輪を支持する自動車のサスペンションクロスメンバにおいて、
   上記クロスメンバ部及び上記縦メンバ部は、それぞれの延設方向に沿って延びる内部空間を有しており、
   上記クロスメンバ部と縦メンバ部との連結部近傍には、上記サスペンションアームを支持するアーム支持部が設けられ、
   上記縦メンバ部の内部空間と上記クロスメンバ部の車幅方向両端部の内部空間とに跨って連続的に発泡材が充填された発泡材充填部を設けるとともに、
   上記発泡材充填部は、上記アーム支持部を車幅方向内側から覆うように形成されており、
   上記パワーユニットに近接する該クロスメンバ部の車幅方向中間部付近には、発泡材が充填されない発泡材非充填部を設けることを特徴とする自動車のサスペンションクロスメンバ。
2. 上記クロスメンバ部内部の左右には、該クロスメンバ部を補強するための補強用隔壁が形成されるとともに、該補強用隔壁により、該クロスメンバ部内部における上記発泡材充填部と上記発泡材非充填部とが区画されることを特徴とする請求項１記載の自動車のサスペンションクロスメンバ。
3. 上記サスペンションクロスメンバは前輪を支持するものであり、上記クロスメンバ部には、ステアリング機構部を支持するステアリング支持部が形成されるとともに、上記発泡材充填部は、該クロスメンバ部の両端部から該ステアリング支持部まで延設されることを特徴とする請求項２記載の自動車のサスペンションクロスメンバ。
4. 上記サスペンションアームは上下に並ぶアッパーアームとロアアームとで構成され、
   上記縦メンバ部の上端部に、上記アッパーアームを支持するためのアッパーアーム支持部を設けたことを特徴とする請求項３記載の自動車のサスペンションクロスメンバ。
5. 車両前後方向に延設され、上記クロスメンバ部の両端に接続される左右一対のサイドメンバ部を備え、この各サイドメンバに発泡材を充填した発泡材充填部を設けるとともに、各サイドメンバ部の前後方向の一端部を、上記車体フレームに支持させることを特徴とする請求項１記載の自動車のサスペンションクロスメンバ。

Images