JP5935686B2 - 自動車のサブフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のサブフレーム構造に関するものである。

自動車においては、車体後部にサブフレームが取付けられて、このサブフレームに対してサスペンションリンク等が取付けられることになる。そして、サスペンションリンクがあらかじめ組み付けられた状態のサブフレームを、車体後部に対して下方から取付けることも一般に行われている。

サスペンションリンクが取付けられる付近の車体剛性を向上させることにより、自動車が旋回等の挙動を生じた際に、運転者が感じる応答性や剛性感を向上させることも行われている。特許文献１には、サブフレーム取付付近の剛性向上のために、別途ブレース部材を設けて補強することが提案されている。

特開２００８−１１４６５２号公報

ところで、最近では、走行時の応答性向上等のための剛性向上に加えて、燃費向上も強く要求されるようになっている。このため、サブフレームについても必要な剛性を確保した上で軽量化することが望まれることになる。特許文献１に記載のものでは、補強部材としてのブレース部材を別途設けることから、剛性向上の点では望ましいものの、軽量化という点では不利となる。

以上に加えて、サスペンションリンクが取付けられるサブフレームにあっては、車輪から伝わる外力に耐えるだけの部品支持剛性が必要となる。とりわけ、マルチリンクサスペンションのように、サスペンションリンクの本数が多くなる場合に、サブフレームにおけるサスペンションリンクの取付部の数も多くなる。そして、サスペンションリンクの取付部毎に補強を行ったのでは、軽量化を図る上で難しいものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、サスペンションリンクの支持剛性を確保しつつ、軽量化の要求をも満足できるようにした自動車のサブフレーム構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
車体後部に下方から取付けられる自動車のサブフレーム構造であって、
それぞれ前後方向に延び、前端部が車体キックアップ部付近の低い位置において車体に連結される共に、後端部が該キックアップ部後方の高い位置でもって車体に連結される左右一対のサイドメンバと、
前記左右一対のサイドメンバの前後方向中間部位同士を連結すると共に、該サイドメンバの該中間部位を車体に連結するための前クロスメンバと、
前記前クロスメンバの後方に位置されて、両端部が車体に設けられた左右一対のリアフレームに連結される後クロスメンバと、
を備え、
前記左右一対のサイドメンバの前端部における車幅方向間隔が後端部における車幅方向間隔よりも大きくされており、
前記左右一対のサイドメンバの前端部が、前記左右一対のリアフレームに連結され、
前記左右一対のサイドメンバの後端部が、前記後クロスメンバに連結されて、該後クロスメンバを介して車体に連結され、
サスペンションリンクの取付部として、前記サイドメンバと前記前クロスメンバとの連結部位となる中央取付部と、前記サイドメンバのうち該連結部位よりも前方位置となる前取付部および該連結部位よりも後方位置となる後取付部とが設けられ、
前記中央取付部と前記前取付部と前記後取付部へ取付けられるサスペンションリンクがそれぞれ、ロアリンクとされ、
前記前クロスメンバの両端部および前記後クロスメンバの両端部にそれぞれ、サスペンションリンクとしてのアッパリンクの取付部が設けられている、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、サイドメンバに関連したサスペンションリンク取付部としての中央取付部と前取付部と後取付部とのうち、中央取付部が、車輪からの外力がもっとも大きく入力されることになる。しかしながら、この中央取付部は、サイドメンバと前クロスメンバとの連結部位という剛性に優れた箇所に位置設定してあり、しかも入力される外力がサイドメンバと前クロスメンバとに分散されるので、車輪からの大きな外力に十分耐えうるものとなる。また、前取付部と後取付部へ入力される車輪からの外力は、中央取付部に入力される外力ほどには大きくないので、特別な補強は必要のないものとなる。また、前取付部および後取付部はそれぞれ、車体への連結部位付近となるので、必然的に剛性が十分に確保されることになる。このように、サブフレームそのものとしては、サスペンションリンクの支持剛性を十分に確保しつつ軽量化の上でも好ましい構造となる。
以上に加えて、車体取付前におけるサブフレームを、左右一対のサイドメンバを前後一対のクロスメンバで連結した井桁構造として、サブフレームそのものの剛性を十分に向上させる上で好ましいものとなる。また、サブフレームを車体へ連結した後の状態では、平面視において、サブフレームの左右側部側においてそれぞれ、サイドメンバとリアフレームと後クロスメンバとによって三角形状のトラス構造が形成されて、この部分の車体剛性を大幅に向上させることができる。さらに、５本のサスペンションリンクを有するマルチリンクサスペンション用のサブフレームとして好適なものが提供される。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記左右一対のサイドメンバと前記前クロスメンバとは、その連結部位において上下方向にオフセットされており、
前記左右一対のサイドメンバと前記前クロスメンバとは、上下方向に延びるブラケットを介して連結されており、
前記ブラケットに、前記中央取付部が設けられている、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、中央取付部へ入力される車輪からの大きな外力を、サイドメンバおよび前クロスメンバへ効果的に分散させることができる。

前記前クロスメンバは、正面視において、中央部が下方へ膨出された略Ｖ字形状に形成されており、
前記前クロスメンバの左右端部が車体に連結される、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、正面視において、車体フロアと略Ｖ字形状をなす前クロスメンバとにより三角形のトラス構造が形成されることになり、サブフレームおよびその付近の車体の剛性向上の上で好ましいものとなる。

後輪が駆動輪とされて、前記前クロスメンバの上方空間にデファレンシャルギアボックスが配設されている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、前クロスメンバの上方空間を有効に利用して、デファレンシャルギアボックスを配設することができる。

本発明によれば、サスペンションリンクの支持剛性を確保しつつ軽量化の上でも好ましい構造のサブフレーム構造を提供できる。

本発明が適用されたサブフレーム構造の一例を示す斜視図。 図１に示すサイドフレーム構造を上方から見た平面図。 図１のサブフレーム構造を前方から見た正面図。 図１のサブフレーム構造を左側方から見た側面図。 図１のサブフレーム構造からリンク類等を取外して示す斜視図。 図５のサブフレーム構造を前方から見た正面図。 図５のサブフレーム構造を左側方から見た側面図。 サイドメンバと前クロスメンバとの連結部位の前側部分を示す要部斜視図。 サイドメンバと前クロスメンバとの連結部位の後側部分を示す要部斜視図。 図５に示すサブフレーム構造の分解斜視図。 図５のサブフレーム構造が取付けられた車体後部を下方から見た図。 図５のサブフレーム構造が取付けられた車体後部を上方から見た図で、サブフレーム構造付近のリアフロアパネルを一部切り欠いて示す。 図１２のＸ１３−Ｘ１３線相当断面図。 図１２のＸ１４−Ｘ１４線相当断面図。 図５に示すサブフレーム構造が取付けられた状態での車体後部の左側面図。 図１２のＸ１６−Ｘ１６線相当断面図。 図１２のＸ１７−Ｘ１７線相当断面図。 図１７よりも車若干幅方向内方側にずれた位置での車体後部の状態を示す断面斜視図。

図１〜図４には、本発明が適用されたサブフレーム１に対して、サスペンションリンク等のサスペンション関連部品が組み付けられた状態が示され、図５〜図７には、サスペンション関連部品が取外された状態でのサブフレーム１が示される。図中、Ｗは車輪、Ｒは路面である。

図１〜図７において、２は左右一対のサイドメンバ、３は前クロスメンバ、４は後クロスメンバ、５はブラケットである。サイドメンバ２、前クロスメンバ３、後クロスメンバ４はそれぞれ、金属製（例えば鉄系金属あるいはアルミニウム合金等の軽金属）によって閉断面状に形成されている。

左右一対のサイドメンバ２は、前後方向に延びて、その前端部同士の間隔は、その後端部同士の間隔よりも大きくされている。すなわち、左右一対のサイドメンバ２は、前後方向略中間部付近から、前方へ向かうにつれて徐々に車幅方向外方側に向かうように湾曲形成されている。また、サイドメンバ２は、側面視において、下方に向けて凸となるように緩やかに湾曲されている。

前クロスメンバ３は、左右一対のサイドメンバ２の前後方向略中間部、より具体的には前後方向中中間位置よりも若干前側の位置において、左右一対のサイドメンバ２同士を連結している。より具体的には、前クロスメンバ３は、前方から見た正面視において、中央部が下方へ膨出されて全体的に略Ｖ字形状とされていて、前クロスメンバ３の両端部の高さ位置は、サイドメンバ２よりも高くされている（特に図３、図６参照）。そして、上下方向に延びる前記ブラケット５によって、前クロスメンバ３の両端部とサイドメンバ２の前後方向略中間部が連結されている。なお、ブラケット５は、金属製（例えば鉄系金属あるいはアルミニウム合金等の軽金属）とされて、好ましくは閉断面状として形成されている（特に図８、図９参照）。

後クロスメンバ４は、左右一対のサイドメンバ２の後端部同士を連結している。この後クロスメンバ４の各端部は、サイドメンバ２の後端部よりも若干車幅方向外方側にまで延びていて、サイドメンバ２の後端部よりも高い位置とされている。そして、前クロスメンバ３の両端部の高さ位置と、後クロスメンバ４の両端部の高さ位置とは、ほぼ等しくなるようにされている（特に図６、図７参照）。なお、サイドメンバ２に対するブラケット５および後クロスメンバ４の連結や、ブラケット５と前クロスメンバ３との連結は、例えば溶接接合等により接合されている。なお、図中６は、小型・軽量とされた板状の補強ブラケットである。

図１〜図４に示すように、サブフレーム１は、５本のサスペンションリンク１１〜１５を介して、車輪支持部材１６を支持している。サスペンションリンク１１〜１５は、実施形態では、３本のロアリンク１１〜１３と、２本のアッパリンク１４、１５とから構成されている。また、車輪支持部材１６には、サスペンションダンパ１７の下端部が連結されている。

サブフレーム１には、上記５本のサスペンションリンク１１〜１５の車幅方向内端部の取付部が構成されている。すなわち、まず、サイドメンバ２と前クロスメンバ３との連結部位となるブラケット５の低位置において、中央取付部２１が構成されている。この中央取付部２１に対して、３本のロアリンク１１〜１３のうち真ん中のロアリンク１１が取付けられる。

また、サイドメンバ２のうち、前端部つまりブラケット５よりも前方位置において、前取付部２２が構成され、この前取付部２２に対して前ロアリンク１２が取付けられる。さらに、サイドメンバ２の後端部つまりブラケット５よりも後方位置において、後取付部２３が構成され、この後取付部２３に対して後ロアリンク１３が取付けられる。

前クロスメンバ３の両端部には、前上取付部２４が構成され、この前上取付部２４に対して前側のアッパリンク１４が取付けられる。後クロスメンバ４の両端部には、後上取付部２５が構成され、この後上取付部２５に対して後側のアッパリンク１５が取付けられる。図４には、上述した５本のリンク１１〜１５のサブフレーム１への取付位置が黒塗りされた丸印でもって示される。

サブフレーム１は、図１〜図４に示すように、サスペンションリンク１１〜１５を介して車輪支持部材１６を支持し、かつサスペンションダンパ１７が車輪支持部材１６に連結された状態で、車体下方から車体後部に対して組み付けられる。サブフレーム１の車体への取付けは、左右一対のサイドメンバ２の前端部と、前クロスメンバ３の両端部と、後クロスメンバ４の両端部との合計６箇所で行われる。この６箇所の取付け位置は、車体の強度部材となるリアフレームに対して行われる。なお、図４において、サブフレーム１の車体への取付位置が黒塗りされた星印で示される。また、図４において、一点鎖線でもって、車室フロア部が符合３１で示され、リアパネル部が符合３３で示され、上下方向に延びるキックアップ部が符合３２で示される。

次に、図１〜図４に示すようなサスペンション部品が組み付けられたサブフレーム１の車体への取付けについて説明するが、まず、車体後部の構造例について、図１１以下をも参照しつつ説明することとする。実施形態では、車体は、オープンカー用、より具体的には左右２座席とされたオープンカー用とされている。

車体は、低い位置とされた車室フロア部３１と、車室フロア部３１の後端から上方へ延びて車室後壁部となるキックアップ部３２と、キックアップ部３２の上端から後方へ延びるリアパネル部３３とを有する。なお、車室フロア部３１の車幅方向中央部には、上方へ膨出されると共に前後方向に延びるトンネル部３１ａが形成され、このトンネル部３１ａは、キックアップ部３２まで延びている。

車室フロア部３１の車幅方向外端部は、前後方向に延びると共に閉断面状とされた強度部材としての左右一対のサイドシル３４に連結されている。リアパネル部３３の下面には、前後方向に延びる左右一対のリアフレーム（リヤサイドフレーム）３５が接合されている。リアフレーム３５は、リアパネル部３３と協働して閉断面状の強度部材を構成している。リアフレーム３５は、その前端部が、前方に向かうにつれて徐々に車幅方向外方側に位置するように湾曲されて、サイドシル３４の後端部に連結されている。なお、サイドシル３４とリアフレーム３５との連結部位は、閉断面面積が大きくされたトルクボックス部３６とされている。

リアパネル部３３の左右側方には、サスペンションタワー部３７が形成されている。このサスペンションタワー部３７に対して、サスペンションダンパ１７の上端部が連結される。また、左右一対のリアフレーム３５（の車幅方向内方側側面）同士が、リアパネル部３３の下面に接合されたクロスメンバによって連結されている。より具体的には、少なくとも、前クロスメンバ３および後クロスメンバ４と上下方向に重なるように配設されたクロスメンバ３８Ａ、３８Ｂ（図１３、図１４参照）や、キックアップ部３２の状態部と莉オフィスアクションパネル部３３の境界付近に配設されたクロスメンバ３８Ｃを有する。このように、サブフレーム１の車体への連結部位となる部分に対応させてクロスメンバ３８Ａ、３８Ｂを配設することにより、サブフレーム１の車体への連結付近の車体剛性をも大幅に向上させることができる。

図１〜図４に示すようなサブフレーム１は、そのサイドメンバ２の前端部が、固定具４１によって、リアフレーム３５の前端部下面に連結されている（特に図１１参照）。また、前クロスメンバ３の両端部が、固定具４２によって、リアフレーム３５の下面に対して連結されている（特に図１１、図１３参照）。さらに、後クロスメンバ４の両端部が、固定具４３によって、リアフレーム３５の下面に連結されている（特に図１１、図１４参照）。サスペンションダンパ１７の上端部は、サスペンションタワー部３７に連結される。なお、実施形態では、上記固定具４１〜４３を利用したサブフレーム１の車体への取付けは、ゴム等の弾性部材を介在させることなく行うようになっており、これにより、ハンドル操作したとき等の車体応答性が極めて良好なものとなっている。

図１６〜図１８に示すように、自動車は後輪のみが駆動される後輪駆動車とされていて、車体後部には、デファレンシャルギアボックス５１が配設されている。このデファレンシャルギアボックス５１は、その前端部５１ａ（回転入力部）が前クロスメンバ３上に位置するように、かつ差動ギアを内蔵したギアケース部５１ｂが、前クロスメンバ３と後クロスメンバ４との間の空間に位置するように配設される。デファレンシャルギアボックス５１の上方には、燃料タンク５２が配設される（図１６参照）。なお、図１６中、５３は排気管、５４はプロペラシャフトである。また、図１７，図１８中５５はパワープラントフレームである。

ここで、３本のロアリンク１１〜１３には、特に旋回時等には車輪支持部材１６に取付けられた車輪（後輪）からの外力が作用し、特に中央に位置するロアリンク１１には、他のサスペンションリンク１２〜１５に比して、より大きな外力が入力される。このロアリンク１１に入力された外力は、サイドメンバ２と前クロスメンバ３との連結部位に設けた中央取付部２１という剛性の優れた部分でしっかりと受け止められることになる。また、ロアリンク１１から中央取付部２１に入力された外力は、サイドメンバ２と前クロスメンバ３とに効果的に分散されることになる。ロアリンク１２、１３は、サイドメンバ２のうち車体への連結部位に近い位置に取付けられるので、このロアリンク１２、１３の支持剛性も十分高いものとされる。これにより、ロアリンク１１〜１３に対するリンク支持剛性を高いものとして確保することができる。

サブフレーム１のうちアッパリンク１４、１５に対する取付部位は、前クロスメンバ３、後クロスメンバ４という剛性に優れた部分となり、アッパリンク１４、１５の支持剛性も十分に確保される。また、サブフレーム１には、別途大型のブレース部材のような車体と連結する補強部材を必要としないので、軽量化の上でも好ましいものとなる。

略Ｖ字形状とされた前クロスメンバ３は、図３一点鎖線で示すように、車体フロアと共働して三角形状のトラス構造を構成するので、サブフレーム１の車体への連結部位付近の剛性が大幅に向上される。また、左右一対のサイドメンバ２は、その前端部の車幅方向間隔がその後端部の車幅方向間隔よりも大きくされて、平面視において斜めに延びていて、サイドメンバ２とリアフレーム３５と後クロスメンバ４とによってトラス構造を構成することになり（特に図１１参照）、この部分の剛性が大きく向上されることになる。

図１５に示す側面視において、車体フロア（キックアップ部３２、リアパネル部３３）とサブフレーム１とによって、図中一点鎖線で示すように、強度的に好ましい楕円形状で囲まれた剛性の優れた部分が構成される。ただし、楕円形状の場合、その長径方向に延びるように変形しやすいものとなるが、この楕円形状部分の略中心を連結するように上下方向に延びるブラケット５が位置されているので、この楕円形状が潰れ変形するのが効果的に防止され、サブフレーム１を車体へ取付けた後の状態でのサブフレーム１付近の車体剛性が大幅に向上されることになる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。後クロスメンバ４は存在しないようにしてもよく、この場合は、サイドメンバ２の後端部を直接的に車体に連結すればよい。なお、車体取付前にサスペンション関連部品を組み付けた状態を維持するために、例えば、左右一対のサイドメンバ２の後端部下面同士を仮に連結しておく治具を用い、サブフレーム１を車体へ組み付けた後に、この治具を除去するようにすればよい。また、後クロスメンバ４を設けない場合は、この後クロスメンバ４に相当する位置付近にある車体側のクロスメンバ（３８Ｃ）に対して、左右一対のサイドメンバ２の後端部を連結するようにしてもよい。サブフレーム１の車体への取付に際して、ゴム等の弾性部材を別途介在させるようにしてもよい（乗り心地改善や振動改善）。自動車としては、前輪および後輪が共に駆動される４輪駆動車であってもよく、前輪のみが駆動される前輪駆動車であってもよい。オープンカーとしては、少なくともル−フそのものを有しない態様をとり得るフルオープン形式であってもく、ル−フの前後方向一部が車幅方向全長に渡って存在しないセミオープン形式であってもよい。勿論、本発明はオープンカーに限定されないものである。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、自動車の後部に取付けられるサブフレーム構造として好適である。

Ｗ：車輪
Ｒ：路面
１：サブフレーム
２：サイドメンバ
３：前クロスメンバ
４：後クロスメンバ
５：ブラケット
１１〜１３：ロアリンク（サスペンションリンク）
１４、１５：アッパリンク（サスペンションリンク）
１６：車輪支持部材
１７：サスペンションダンパ
２１：中央取付部
２２：前取付部
２３：後取付部
２４：前上取付部
２５：後上取付部
３１：車室フロア部
３２：キックアップ部
３３：リアパネル部
３４：サイドシル
３５：リアフレーム
３６：トルクボックス部
３７：サスペンションタワー部
４１〜４３固定具（サブフレーム取付用）
５１：デファレンシャルギアボックス

Claims (4)

1. 車体後部に下方から取付けられる自動車のサブフレーム構造であって、
   それぞれ前後方向に延び、前端部が車体キックアップ部付近の低い位置において車体に連結される共に、後端部が該キックアップ部後方の高い位置でもって車体に連結される左右一対のサイドメンバと、
   前記左右一対のサイドメンバの前後方向中間部位同士を連結すると共に、該サイドメンバの該中間部位を車体に連結するための前クロスメンバと、
   前記前クロスメンバの後方に位置されて、両端部が車体に設けられた左右一対のリアフレームに連結される後クロスメンバと、
   を備え、
   前記左右一対のサイドメンバの前端部における車幅方向間隔が後端部における車幅方向間隔よりも大きくされており、
   前記左右一対のサイドメンバの前端部が、前記左右一対のリアフレームに連結され、
   前記左右一対のサイドメンバの後端部が、前記後クロスメンバに連結されて、該後クロスメンバを介して車体に連結され、
   サスペンションリンクの取付部として、前記サイドメンバと前記前クロスメンバとの連結部位となる中央取付部と、前記サイドメンバのうち該連結部位よりも前方位置となる前取付部および該連結部位よりも後方位置となる後取付部とが設けられ、
   前記中央取付部と前記前取付部と前記後取付部へ取付けられるサスペンションリンクがそれぞれ、ロアリンクとされ、
   前記前クロスメンバの両端部および前記後クロスメンバの両端部にそれぞれ、サスペンションリンクとしてのアッパリンクの取付部が設けられている、
   ことを特徴とする自動車のサブフレーム構造。
2. 請求項１において、
   前記左右一対のサイドメンバと前記前クロスメンバとは、その連結部位において上下方向にオフセットされており、
   前記左右一対のサイドメンバと前記前クロスメンバとは、上下方向に延びるブラケットを介して連結されており、
   前記ブラケットに、前記中央取付部が設けられている、
   ことを特徴とする自動車のサブフレーム構造。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記前クロスメンバは、正面視において、中央部が下方へ膨出された略Ｖ字形状に形成されており、
   前記前クロスメンバの左右端部が車体に連結される、
   ことを特徴とする自動車のサブフレーム構造。
4. 請求項３において、
   後輪が駆動輪とされて、前記前クロスメンバの上方空間にデファレンシャルギアボックスが配設されている、ことを特徴とする自動車のサブフレーム構造。