JP5468101B2 - 車体前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の車体前部構造に関し、特に簡素かつコンパクトな構成によってスモールオーバーラップオフセット衝突時に前輪をトーイン方向にステア可能としたものに関する。

自動車等の車両の車体構造において、車両が障害物に対して部分的に衝突するオフセット衝突に対する安全性を向上することが要望されている。
特に、近年ではオフセット衝突のうち、車両の車幅方向における端部にのみ障害物が衝突するいわゆるスモールオーバーラップの衝突に対する性能向上が求められている。

車両前部全面で衝突するフルラップ衝突や、比較的オーバーラップ量が大きいオフセット衝突においては、エンジンルーム側部で車両前後方向に伸びて配置されたフロントサイドフレームの前部を用いて、エネルギの吸収や車両後方への荷重伝達が可能である。
しかし、フロントサイドフレームの外側のみに障害物が衝突するようなスモールオーバーラップオフセット衝突の場合には、フロントサイドフレームの前端部に依存することなくエネルギの吸収及び伝達が可能な構造が必要となる。

車体のサイドフレームよりも外側の領域における強度向上技術として、例えば特許文献１には、前輪の後部に設けられるクロスメンバの後面部と、それより後方側のサイドフロアフレームとの間を、斜めに配置されたレインフォースメントによって連結することが記載されている。
しかし、このようにキャビン自体の強化によって十分な対衝突性能を得ようとした場合、フロントサイドフレームに依存せずに荷重伝達やエネルギの吸収を行うことが必要となるため、車体重量やコストの大幅な増加が問題となり、走行性能や燃費性能も損なわれてしまう。

また、特許文献２には、前輪車軸の前方に配置されるタイロッドの前方にタイロッド折曲部材を配置し、衝突時にタイロッド折曲部材を後退させることによってタイロッドを屈曲させ、前輪をトーイン方向に回動させ、前輪が後退した場合であってもサイドシルに当たることを防止することが記載されている。

実開昭６３−１４５７６４号公報 特開平 ５− ８５４１４号公報

上述した特許文献２に記載された技術のように、衝突時に前輪をトーイン方向にステアし、前輪とサイドシルとの衝突を回避することができれば、比較的少ない重量増によってスモールオーバーラップオフセット衝突に対する性能を向上することができる。
しかし、このようなタイロッド折曲部材は、通常時（非衝突時）には前輪の転舵軌跡から退避した箇所に配置する必要がある。
特許文献２のように後退挙動のみによってタイロッドを押す場合、実際にタイロッドを屈曲させるためには、タイロッド折曲部材を相当大きなストロークにわたって移動させる必要があり、このような挙動を再現性良く得ることは困難である。
また、この構成ではタイロッド折曲部材の前後長も長くなるため、実際の車両のフロントオーバーハング内に搭載することは非現実的である。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡素かつコンパクトな構成によってスモールオーバーラップオフセット衝突時に前輪をトーイン方向にステア可能とした車体前部構造を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、キャビン前部から車両前方側に突き出した左右一対のフロントサイドフレームと、前記フロントサイドフレームの下部に取り付けられるフロントサブフレームと、前輪の車軸に対して前側に配置され、前記前輪を操向するタイロッドと、前記タイロッドよりも車両前方側で前記フロントサブフレームに取付けられ衝突時に前記タイロッドを前側から押圧する押圧部を有するタイロッド押圧部材と、前記フロントサブフレームから車両前方側に突き出して配置され、衝突時に車両前方側から入力される荷重によって、前記フロントサブフレームにおける前記タイロッド押圧部材が取り付けられた領域を、後方側が前方側に対して車幅方向外側に開く方向に屈曲変形させて前記タイロッド押圧部材に回動挙動を発生させる回動挙動発生部材とを備え、前記タイロッド押圧部材は、前記回動挙動によって、前記押圧部が前記前輪の転舵軌跡から外れた第１の位置から、前記押圧部が車幅方向外側に振り出され前記タイロッドの押圧が可能となる第２の位置へ変位することを特徴とする車体前部構造である。
これによれば、回転挙動発生部材によって、フロントサブフレームを屈曲変形させ、タイロッド押圧部材を、押圧部が車幅方向外側に開く方向に回動させることによって、車両の通常使用時（非衝突時）においては前輪の転舵を阻害することなく、またスモールオーバーラップオフセット衝突時にはタイロッドを屈曲変形させて前輪をトーイン方向に転舵させ、前輪の後部がサイドシル等に衝突することを防止して衝突安全性を向上することができる。

請求項２に係る発明は、前記回動挙動発生部材の前端部に設けられる荷重入力面の法線方向に対して、前記フロントサブフレームの前記フロントサイドフレームとの結合箇所を車幅方向外側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造である。
これによれば、フロントサブフレームのタイロッド押圧部材が取り付けられる部分を、フロントサブフレームのフロントサイドフレームとの結合箇所回りに回動させるモーメントを発生させて、上述した効果を確実に得ることができる。

請求項３に係る発明は、前記フロントサブフレームは、前記タイロッド押圧部材の取付箇所よりも車両後方側でありかつ前記押圧部よりも車両前方側の範囲に、車幅方向外側が凸となる屈曲部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車体前部構造である。
これによれば、フロントサブフレームに屈曲部を設けることによって、衝突時の屈曲変形モードの再現性を高めることができる。

請求項４に係る発明は、前記タイロッド押圧部材は、前記フロントサブフレームから車幅方向外側に張り出して配置され、前記第２の位置に変位した後に車両前方側からの荷重が入力される荷重入力部を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車体前部構造である。
これによれば、タイロッド押圧部材を第２の位置まで回動させた後に、車両後方側に押し込んでタイロッドを確実に屈曲させることができる。

請求項５に係る発明は、前記タイロッド押圧部材の前記押圧部は、前記第１の位置にあるときに、車両平面視において前記フロントサブフレームと重なった位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車体前部構造である。
これによれば、車両の通常使用時にタイロッド押圧部材が前輪の転舵を阻害することがなく、車両の最小回転半径増加等のデメリットがない。

以上説明したように、本発明によれば、簡素かつコンパクトな構成によってスモールオーバーラップオフセット衝突時に前輪をトーイン方向にステア可能とした車体前部構造を提供することができる。

本発明を適用した車体前部構造の実施例の斜視図である。 実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、スモールオーバーラップオフセット衝突前の状態を示す図である。 実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、スモールオーバーラップオフセット衝突直後の状態を示す図である。 実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、図３の直後の状態を示す図である。 実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、図４の直後の状態を示す図である。 実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、衝突に伴う車体変形完了後の状態を示す図である。

本発明は、簡素かつコンパクトな構成によってスモールオーバーラップオフセット衝突時に前輪をトーイン方向にステア可能とした車体前部構造を提供する課題を、通常時にはフロントサブフレーム（クレードル）の上部に配置されているタイロッド押圧部材を、クラッシュボックスから伝達される荷重によりフロントサブフレームを屈曲変形させてタイロッド直前に振り出すようにし、タイロッド押圧部材によってタイロッドを折り曲げることによって解決した。

以下、本発明を適用した車体前部構造の実施例について説明する。
実施例の車体前部構造は、例えば、車体前部にエンジンルームを有する乗用車等の自動車に適用されるものである。
図１は、実施例の車体前部構造の斜視図である。なお、図１乃至図７において、図示及び理解を容易にするために、車両の外装部材、フロントサイドフレーム、エンジン、エプロン部、フロントサスペンションストラット等の各種公知の構成要素については図示を省略し、主にスモールオーバーラップオフセット衝突時の前輪ステア動作に関連する部材のみを図示している。

車両は、キャビン１０、フロントサブフレーム２０、前輪３０、ロワアーム４０、タイロッド５０、クラッシュボックス６０、タイロッド押圧部材７０等を備えて構成されている。

キャビン１０は、乗員等が搭乗する部分であって、その前端部には、前席乗員の足元に配置され、キャビン１０とエンジンルームとの隔壁となるトーボード１１が設けられている。
図示しないフロントサイドフレーム（メインフレーム）は、トーボード１１から車両前方側に突き出して形成されるとともに、エンジンルームを車幅方向に挟んで一対が設けられる。

フロントサブフレーム２０は、フロントサイドフレームの下方に取付けられる車体構造部材である。
フロントサブフレーム２０は、車両前後方向に伸びた側部２１、及び、左右の側部２１の前端部間を連結する前部２２を有し、実質的にほぼ矩形の枠体状に形成されている。
側部２１の前端部は、フロントサイドフレームの前端部から下方に突き出したブラケットに、上下方向に配置されるボルト等によって締結されている。この締結箇所Ａを図２に示す。
側部２１の後端部は、キャビン１０におけるトーボード１１の下部にボルト等によって締結されている。
側部２１及び前部２２は、実質的に矩形の閉断面を有する梁状に形成されている。

図２は、実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、スモールオーバーラップオフセット衝突前の状態を示す図である。
図２に示すように、フロントサブフレーム２０の側部２１には、車両前方側から順に、屈曲部２３、湾曲部２４が形成されている。

屈曲部２３は、タイロッド５０よりも前方に配置され、車幅方向外側が凸となるように側部２１を屈曲して形成した部分である。
側部２１の屈曲部２３よりも前方側の領域は、車両前後方向にほぼ沿って配置されるとともに、屈曲部２３よりも直部の領域は、後方が狭まる方向に車両前後方向に対して傾斜している。

湾曲部２４は、車両前後方向における屈曲部２３の直後からタイロッド５０付近にかけて設けられ、車幅方向内側が凸となるように湾曲して形成した部分である。
側部２１の湾曲部２４よりも車両後方側の領域は、車両前後方向にほぼ沿って配置されている。

前輪３０は、図示しないハブベアリングによって車軸回りに回動可能であり、かつ、図示しないキングピン（転舵軸）回りに転舵可能に支持されている。
前輪３０は、例えばアルミニウム系合金製のリムに、タイヤを組み付けて構成されている。
なお、前輪３０は、図１乃至図５においては、リムのみを図示している。

ロワアーム４０は、ハブベアリングを保持する図示しないハブベアリングハウジングと、フロントサブフレーム２０の側部２１における湾曲部２４よりも後方側の領域とにそれぞれ揺動可能に接続された部材である。
ハブベアリングハウジングの上部は、図示しないフロントサスペンションストラットの下部が締結される。

タイロッド５０は、車幅方向にほぼ沿って配置されるとともに、ハブベアリングハウジングの車軸前方に形成されたタイロッド連結部（ナックルアーム）と、図示しないステアリングギヤボックスとを連結する軸状の部材である。
ステアリングギヤボックスは、図示しないステアリングホイールからステアリングシャフトを経由して入力される回転動作を、車幅方向の並進運動に変換し、左右のタイロッド５０を車幅方向にほぼ沿って駆動し、前輪３０を操向するものである。

クラッシュボックス６０は、フロントサブフレーム２０の前部２２における車幅方向外側の端部（コーナ部）から車両前方側に突き出して形成されるとともに、スモールオーバーラップオフセット衝突時に障害物からの入力を受けてフロントサブフレーム２０に伝達する部材である。
クラッシュボックス６０は、前方側が車幅方向外側となるように車両前後方向に対して傾斜して配置された閉断面の梁状に形成されるとともに、先端部には、障害物からの入力を受ける先端面部６１が形成されている。

先端面部６１は、実質的に平板状に形成されるとともに、車幅方向外側の端部が車幅方向内側の端部に対して後退する方向に、車幅方向に対して傾斜して配置されている。
このとき、図２に示すように、先端面部６１の車幅方向外側の端部における法線は、フロントサブフレーム２０におけるフロントサイドフレームとの締結箇所Ａよりも車幅方向内側を通るようになっている。
このような構成により、先端面部６１に障害物からの入力があった場合、その法線方向に作用する入力は、フロントサブフレーム２０の側部２１における前端部近傍の領域が、締結箇所Ａ回りに屈曲部２３が車幅方向外側に開く方向に回動するモーメントを発生するようになっている。
このクラッシュボックス６０は、本発明にいう回転挙動発生部材として機能する。

タイロッド押圧部材７０は、例えば板金によって形成され、フロントサブフレーム２０の側部２１の上方に取付られる部材である。
タイロッド押圧部材７０は、固定部７１、タイロッド押圧部７２、荷重入力部７３等を備えて構成されている。

固定部７１は、フロントサブフレーム２０の側部２１における屈曲部２３よりも前方側の領域に、複数の締結点において固定される部分である。
タイロッド押圧部７２は、固定部７１から車両後方側に突き出して形成され、衝突時にタイロッド５０を押圧して折り曲げるものである。

タイロッド押圧部７２は、図２等に示すように、衝突前の状態においては、車両平面視において、フロントサブフレーム２０の側部２１と実質的に重なって配置され、前輪３０の転舵軌跡（前輪３０をステアした際に前輪３０の外表面が通過する軌跡）から外れて配置されるため、前輪３０の操向の支障となることはない。

荷重入力部７３は、固定部７１から車幅方向外側に張り出して形成され、スモールオーバーラップオフセット衝突時に、障害物から入力を受けてタイロッド押圧部７２を車両後方側に押す部分である。
荷重入力部７３は、フロントサブフレーム２０の側部２１から車幅方向に張り出して形成するとともに、その前端部は前部２１よりも後方側に配置されている。
また、荷重入力部７３は、車幅方向外側が内側に対して後退するように車幅方向に対して傾斜して配置されている。

以下、上述した実施例におけるスモールオーバーラップオフセット衝突時の車体変形挙動について説明する。 図３乃至図５は、実施例の車体前部構造を車両下方側から見た状態を示す図であって、スモールオーバーラップオフセット衝突時の車体変形挙動を時系列に示したものである。
このスモールオーバーラップオフセット衝突は、例えば電柱や信号機柱などを模した鉛直方向に延びるポール状の障害物Ｂが、その中心軸がフロントサイドフレームの前端部よりも車幅方向外側で車両に正面から衝突するものである。

図３に示すように、障害物Ｂがクラッシュボックス６０の前端面部６１に衝突すると、前端面部６１の法線方向に荷重Ｆが作用する。
この荷重Ｆは、フロントサブフレーム２０の側部２１における前端部近傍の領域に、後方側が車幅方向外側に開く方向のモーメントＭを発生させる。
その結果、側部２１は屈曲部２３を曲げの起点として、屈曲変形を開始し、側部２１の前部及びこれに固定されたタイロッド押圧部材７０は、ともに後方側が車幅方向外側に開く方向に回転挙動を開始する。

図４に示すように、障害物Ｂが車体に対してさらに相対後退（車体が相対前進）すると、上述したようなタイロッド押圧部材７０及び側部２１の前部の回動はさらに大きくなる。
その結果、タイロッド押圧部材７０のタイロッド押圧部７２は、フロントサブフレーム２０から車幅方向外側に振り出された状態となり、タイロッド５０の中間部の直前に配置される。

図５に示すように、障害物Ｂが車体に対してさらに相対後退（車体が相対前進）すると、タイロッド押圧部材７０のタイロッド押圧部７２は、タイロッド５０に当接し、これを押圧し始める。
このとき、障害物Ｂは荷重入力部７３と当接し、これを車両後方側に押すことによって、タイロッド押圧部７２によるタイロッド５０の押圧が促進される。
これによって、タイロッド５０は、後方が凸となる方向に屈曲変形を開始し、前輪３０は、前端部が車幅方向内側、後端部が車幅方向外側となる方向（トーイン方向）にステアされる。

図６は、実施例の車体前部構造を車両下方から見た図であって、衝突に伴う車体変形完了後の状態を示す図である。
図６に示すように、前輪３０の後端部は、サイドシルＳに対して車幅方向外側に変位しており、仮にこの状態からさらに前輪３０が後退したとしても、前輪３０の後部がサイドシルＳと衝突することを防止できる。
これによって、サイドシルＳへの荷重入力を低減し、衝突安全性を向上することができる。
またこの状態ではタイロッド押圧部材７０の荷重入力部７３は前後方向の圧縮荷重によって圧壊しており、エネルギ吸収効果を発揮する。

以上説明したように、実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）クラッシュボックス６０によって、フロントサブフレーム２１を屈曲変形させ、タイロッド押圧部材７０を、タイロッド押圧部７２が車幅方向外側に開く方向に回動させることによって、車両の通常使用時（非衝突時）においては前輪３０の転舵を阻害することなく、またスモールオーバーラップオフセット衝突時にはタイロッド５０を屈曲変形させて前輪３０をトーイン方向に転舵させ、前輪３０の後部がサイドシルＳ等に衝突することを防止して衝突安全性を向上することができる。
（２）クラッシュボックス６０の前端面部６１の法線方向に対して、フロントサブフレーム２０のフロントサイドフレームとの締結箇所Ａを車幅方向外側に配置したことによって、フロントサブフレーム２０のタイロッド押圧部材７０が取り付けられる部分を、締結箇所Ａ回りに回動させるモーメントＭを発生させて上述した効果を確実に得ることができる。
（３）フロントサブフレーム２０の側部２１に屈曲部２３を設けることによって、衝突時の屈曲変形モードの再現性を高めることができる。
（４）タイロッド押圧部材７０に荷重入力部７３を設けたことによって、障害物Ｂから受ける荷重によってタイロッド押圧部７２によるタイロッド５０の押圧を促進し、タイロッド５０を確実に屈曲変形させることができる。
（５）タイロッド押圧部材７０のタイロッド押圧部７２を、通常使用時に車両平面視においてフロントサブフレーム２０の側部２１と重なる位置に配置したことによって、車両の通常使用時にタイロッド押圧部材７０が前輪３０の転舵を阻害することがなく、車両の最小回転半径増加等のデメリットがない。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
車体前部構造を構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置等は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、回転挙動発生部材とタイロッド押圧部材とを一体に形成するようにしてもよい。

１０ キャビン １１ トーボード
Ｓ サイドシル ２０ フロントサブフレーム
２１ 側部 ２２ 前部
２３ 屈曲部 ２４ 湾曲部
Ａ 締結箇所 ３０ 前輪
４０ ロワアーム ５０ タイロッド
６０ クラッシュボックス ６１ 先端面部
７０ タイロッド押圧部材 ７１ 固定部
７２ タイロッド押圧部 ７３ 荷重入力部
Ｂ 障害物 Ｆ 荷重
Ｍ モーメント

Claims (5)

1. キャビン前部から車両前方側に突き出した左右一対のフロントサイドフレームと、
   前記フロントサイドフレームの下部に取り付けられるフロントサブフレームと、
   前輪の車軸に対して前側に配置され、前記前輪を操向するタイロッドと、
   前記タイロッドよりも車両前方側で前記フロントサブフレームに取付けられ衝突時に前記タイロッドを前側から押圧する押圧部を有するタイロッド押圧部材と、
   前記フロントサブフレームから車両前方側に突き出して配置され、衝突時に車両前方側から入力される荷重によって、前記フロントサブフレームにおける前記タイロッド押圧部材が取り付けられた領域を、後方側が前方側に対して車幅方向外側に開く方向に屈曲変形させて前記タイロッド押圧部材に回動挙動を発生させる回動挙動発生部材とを備え、
   前記タイロッド押圧部材は、前記回動挙動によって、前記押圧部が前記前輪の転舵軌跡から外れた第１の位置から、前記押圧部が車幅方向外側に振り出され前記タイロッドの押圧が可能となる第２の位置へ変位すること
   を特徴とする車体前部構造。
2. 前記回動挙動発生部材の前端部に設けられる荷重入力面の法線方向に対して、前記フロントサブフレームの前記フロントサイドフレームとの結合箇所を車幅方向外側に配置したこと
   を特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 前記フロントサブフレームは、前記タイロッド押圧部材の取付箇所よりも車両後方側でありかつ前記押圧部よりも車両前方側の範囲に、車幅方向外側が凸となる屈曲部を有すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車体前部構造。
4. 前記タイロッド押圧部材は、前記フロントサブフレームから車幅方向外側に張り出して配置され、前記第２の位置に変位した後に車両前方側からの荷重が入力される荷重入力部を有すること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車体前部構造。
5. 前記タイロッド押圧部材の前記押圧部は、前記第１の位置にあるときに、車両平面視において前記フロントサブフレームと重なった位置に配置されること
   を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車体前部構造。

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