JP7544287B2 - 車体フレーム - Google Patents

Description

本開示は、車体フレームに関する。

自動車等の車両では、後面衝突時における車室内の乗員の安全性を向上させるために、衝突時に車両後部を変形させて衝突エネルギを吸収する、車体フレームが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献１には、車両後部において車両前後方向に延びる一対のサイドフレームのそれぞれに第１変形促進部及び第２変形促進部が設けられた車体フレームが提案されている。

特開２０１８－３９３１３号公報

しかしながら、特許文献１が示す従来の構成では、第１変形促進部及び第２変形促進部が設けられた範囲において一対のサイドフレームを連結するようにクロスメンバが設けられているので、一対のサイドフレームの第１変形促進部及び第２変形促進部が設けられた範囲におけるクロスメンバが接続された箇所の変形が阻害され、後面衝突時におけるエネルギ吸収性能が損なわれている。後面衝突時にサイドフレームの変形がクロスメンバにより阻害される範囲を小さくする手法として、クロスメンバの車両前後方向の幅を小さくすることが考えられるが、この場合はクロスメンバの強度、剛性を十分に確保することが難しくなる。

本開示は、上述する課題に鑑みてなされたもので、クロスメンバの強度、剛性を十分に確保するとともに後面衝突時におけるエネルギ吸収性能を高めることができる車体フレームを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る車体フレームは、車幅方向に間隔を空けて設けられ、車両前後方向に沿って延びる一対のサイドフレームと、車両最後部において前記一対のサイドフレームを互いに連結するクロスメンバと、を備え、前記一対のサイドフレームは、車両最後部に前記車両前後方向にわたって設けられる第１領域と、前記第１領域の前端から車両前方側にわたって設けられる第２領域と、を有し、前記第１領域は前記第２領域よりも車両前後方向の変形強度が小さく形成され、前記クロスメンバは、車幅方向に延び前記第２領域に連結される前脚部と、前記前脚部から車両後方に離れて設けられるとともに、車幅方向に延び前記第１領域に連結される後脚部と、を有する。

本開示の車体フレームによれば、クロスメンバは、一対のサイドフレームに車両前後方向に離れた２箇所で連結されるので、各連結箇所におけるクロスメンバの車両前後方向の幅を小さくすることができる。また、各接続箇所のうち車両後側の箇所は変形強度が小さい第１領域に連結され、車両前側の箇所は第２領域に連結されるので、第１領域に連結されるクロスメンバの車両前後方向の幅を小さくすることができ、車両の後面衝突時のクロスメンバによるサイドフレームの変形阻害量を小さくできる。これにより、後面衝突時の衝突エネルギが第１領域に効果的に吸収されるので、後面衝突時におけるエネルギ吸収性能を高めることができる。

実施形態に係る車体フレームを概略的に示す斜視図である。 図１に示した車体フレームの車両前後方向最後部の詳細を示す平面図である。 図１に示した車体フレームの車両前後方向最後部の詳細を示す背面図である。 図１に示した車体フレームの車両前後方向最後部の詳細を示す車幅方向内側から視た側面図である。 図１に示したクロスメンバの詳細を示す斜視図である。 サイドフレームの低強度領域以外の領域にクロスメンバを連結する取付ブラケットを示す斜視図である。 車体フレームに支持されたスペアタイヤを示す図である。

以下、添付図面を参照して実施形態に係る車両の後部車体構造について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

［車体フレーム１の全体構成］
図１に示すように、実施形態に係る車体フレーム１は、ラダーフレーム（梯子型フレーム）であって、車幅方向に間隔を空けて設けられ、車両前後方向に沿って延びる一対のサイドフレーム２，２と、一対のサイドフレーム２，２を互いに連結する複数のクロスメンバ３１～３６，４と、を備えている。

一対のサイドフレーム２，２は、それぞれ、複数のフレーム２１，２２，２３を車両前方から順に接続することで構成される。例えば、図１に示すサイドフレーム２は、三つのフレーム２１，２２，２３で構成される。また、複数のフレーム２２，２３は、車幅方向内側に設けられたインナフレーム２２１，２３１と、車幅方向外側に設けられ、インナフレーム２２１，２３１と組み合わされるアウタフレーム２２２，２３２とを含み、インナフレーム２２１，２３１とアウタフレーム２２２，２３２を接合することで複数のフレーム２２，２３が構成される。例えば、インナフレーム２２１，２３１及びアウタフレーム２２２，２３２は、それぞれ折り曲げた板状体（例えば、鋼板）で構成される。なお、インナフレーム２２１と２３１との接続箇所は、アウタフレーム２２２と２３２との接続箇所から車両前後方向で異なる箇所に設けられている。

複数のクロスメンバ３１～３６，４は、車両前後方向において間隔を空けて設けられ、各クロスメンバ３１～３６，４によって一対のサイドフレーム２，２が互いに連結される。例えば、クロスメンバ３１～３６，４は、中実な部材、又は溝型や筒状に成型した中空な部材で構成される。

［車体フレーム１の要部構成］
実施形態に係る一対のサイドフレーム２，２のそれぞれは、車両最後部に車両前後方向にわたって設けられる第１領域２Ａと、第１領域２Ａの前端から車両前方側にわたって設けられる第２領域２Ｂと、を有し、第１領域２Ａを第２領域２Ｂよりも車両前後方向の変形強度が小さくなるように形成している。変形強度とは、ある方向に対する強度又は剛性を指すものとする。以下、第１領域２Ａを低強度領域２Ａ、第２領域２Ｂを高強度領域２Ｂと記載する。なお、本実施形態では、第１領域２Ａはリアサイドフレーム、すなわちサイドフレーム２，２に設けられた車両後方かつ上方に傾斜するキックアップ部の後端から後方に延びる部分の一部に設けられる。

本実施形態では、サイドフレーム２は、後端から車両前方に延びる第１フレーム２３と、第１フレームの前端から車両前方に延びる第２フレーム２２と、を含んでいる。そして、第１フレーム２３を構成するインナフレーム２３１及びアウタフレーム２３２の板厚を第２フレーム２２を構成するインナフレーム２２１及びアウタフレーム２２２の板厚よりも薄くすることで、第１フレーム２３の車両前後方向の変形強度を小さくし、第１フレーム２３を低強度領域２Ａとし、第２フレーム２２を高強度領域２Ｂとしている。なお、本実施形態では、インナフレーム２３１と２２１との接続箇所はアウタフレーム２３２と２２２との接続箇所よりも車両前方に位置しており、このような場合にはアウタフレーム２３２と２２２との接続箇所よりも車両後方側を低強度領域２Ａと定義する。また、図２及び図７に示すように、第１フレーム２３を構成するインナフレーム２３１及びアウタフレーム２３２には車両高さ方向に沿って凹み２３１ａ，２３２ａが設けられ、第１フレーム２３の車両前後方向の変形強度を更に小さくしている。

低強度領域２Ａの形成方法は上記実施例に限らず、第１フレーム２３の断面積を第２フレーム２２の断面積よりも小さくしたり、第１フレーム２３の材料を第２フレーム２２の材料よりも圧縮強度の小さい材料とすることで第１フレーム２３を低強度領域２Ａとしてもよい。また、第１フレーム２３を構成するインナフレーム２３１及びアウタフレーム２３２の板厚を第２フレーム２２を構成するインナフレーム２２１及びアウタフレーム２２２の板厚と異ならせることなく、車両高さ方向又は車幅方向に沿った凹みや穴等の脆弱部を第１フレーム２３の車両前後方向全域に並べて設けることで、第１フレーム２３の車両前後方向の変形強度を小さくし、第１フレーム２３を低強度領域２Ａとしてもよい。また、低強度領域２Ａを第１フレーム２３の後部のみに形成してもよい。

低強度領域２Ａは、車両の乗員スペースより車両後方（例えば荷室）に設けられることが望ましい。また、高強度領域２Ｂは、車両の乗員スペースに設けられることが望ましい。このようにすることで、車両の後面衝突時に変形強度の小さく圧縮変形しやすい低強度領域２Ａが蛇腹状に変形するが、低強度領域２Ａは車両の乗員スペースより後方に位置しているため、乗員スペースが保護される。

図２及び図３に示すように、一対のサイドフレーム２，２のそれぞれは、低強度領域２Ａの車両最後部から車幅方向外側に突出する第１部材２４を備えている。第１部材２４は、例えば、車体フレーム１の上にボディ（キャビン）を搭載するためのキャブマウントブラケット２５であり、板状体（例えば、鋼板）がＬ字状に折り曲げられることにより構成され、Ｌ字の一辺がアウタフレーム２３２の車幅方向外側面に接合される。尚、第１部材２４は、キャブマウントブラケット２５に限定されるものではない。

キャブマウントブラケット２５には、フック２６が接合されている（図１参照）。フック２６は、他車両等を牽引するためのもので、板状体２６１（例えば、鋼板）にＪ字状に折り曲げられた棒状の部材２６２を接合することで構成され、キャブマウントブラケット２５を挟んでアウタフレーム２３２に接合されている。

図１に示すように、車両最後部のクロスメンバ４（特許請求の範囲に記載のクロスメンバ。以下、単に「クロスメンバ４」と記載する。）は、一対のサイドフレーム２，２のそれぞれに車両前後方向に離れた２箇所の接続箇所で連結されるように、前脚部４１と、前脚部４１から車両後方に離れた後脚部４２とを有する。そして、前脚部４１は高強度領域２Ｂに連結され、後脚部４２は低強度領域２Ａに連結される。

本実施形態では、前脚部４１は、車幅方向両外側から内側に向かって車両後方に傾斜し、後脚部４２は車幅方向両外側から内側に向かって車両前方に傾斜する。更に、クロスメンバ４は、車幅方向内側において前脚部４１と後脚部４２とを接続する接続部４３を有している（図６参照）。これにより、クロスメンバ４は平面視で略Ｘ字状になっている。

図６に示すように、前脚部４１は高強度領域２Ｂである第２フレーム２２の車両後端部に接続され、後脚部４２は低強度領域２Ａである第１フレーム２３の車両後端部に接続される。前脚部４１は、前脚部４１とサイドフレーム２を接続する取付ブラケット５を備える。取付ブラケット５は、第２フレーム２２から第１フレーム２３に亘って設けられる。詳細には、取付ブラケット５は、インナフレーム２２１の後端部からインナフレーム２３１の前端部に亘ってサイドフレーム２に接続され、前脚部４１は、取付ブラケット５の車両前後方向において（車幅方向から見て）インナフレーム２２１と重なる箇所に接続される。

図２に示すように、後脚部４２は、例えば、車両前後方向において（車幅方向から見て）第１部材２４と重なるように、第１フレーム２３に連結される。例えば、図２に示すように、第１フレーム２３はインナフレーム２３１の後端がアウタフレーム２３２の後端より車両前方に位置しており、図３及び図４に示すように、後脚部４２は、インナフレーム２３１の後端より車両後方においてアウタフレーム２３２の車幅方向内側面に接合される。

図５に示すように、前脚部４１及び後脚部４２の車両高さ方向の寸法Ｈ（高さ）は、車両前後方向の寸法Ｗ（幅）よりも大きい。例えば、前脚部４１及び後脚部４２は、車両高さ方向に延びる縦壁４１ａ，４２ａと、縦壁４１ａ，４２ａの上端部及び下端部のそれぞれから車両前後方向に延びる一対の横壁４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃと、を備える。縦壁４１ａ（４２ａ）の寸法（高さ）は、一対の横壁４１ｂ，４１ｃ（４２ｂ，４２ｃ）の寸法（幅）よりも大きい。

また、例えば、前脚部４１の一対の横壁４１ｂ，４１ｃは、縦壁４１ａの上端部及び下端部のそれぞれから車両後方に延び、後脚部４２の一対の横壁４２ｂ，４２ｃは、縦壁４２ａの上端部及び下端部のそれぞれから車両前方に延びている。すなわち、前脚部４１は車両後方に開口する断面コ字状に形成されており、後脚部４２は車両前方に開口する断面コ字状に形成されている。接続部４３は、前脚部４１及び後脚部４２の開口に挿入され、前脚部４１及び後脚部４２にそれぞれ接合されることで、前脚部４１と後脚部４２とを接続している。

図６に示すように、クロスメンバ４は、クロスメンバ４の車幅方向中央部にスペアタイヤＳＴを支持するための支持部４３１を有する。支持部４３１は、例えば、接続部４３に設けられる。なお、支持部４３１は、車幅方向において完全に中央に位置している必要はない。車幅方向中央部とは、スペアタイヤＳＴが一対のサイドフレーム２，２の間に収まる範囲で車幅方向に幅を持った範囲である。

上述した実施形態に係る車体フレーム１によれば、クロスメンバ４は、一対のサイドフレーム２，２のそれぞれに車両前後方向に離れた２箇所の連結箇所で連結されるので、一対のサイドフレーム２，２を１箇所で連結した従来のクロスメンバと比較して各連結箇所における車両前後方向の幅を小さくすることができる。すなわち、クロスメンバは車体のねじれ等に対応するため、ある程度の強度、剛性が必要となり、それを実現する１つの手法として車両前後方向の幅を大きくすることが考えられる。本実施形態によれば、車両前後方向に離れた２箇所の連結箇所における車両前後方向の幅の合計で所望の強度、剛性を確保すればよいため、一対のサイドフレーム２，２を１箇所で連結した従来のクロスメンバより各連結箇所の車両前後方向の幅を小さくすることができる。これに加え、クロスメンバ４の一対のサイドフレーム２，２への接続箇所のうち車両後側の箇所は低強度領域２Ａに連結され、車両前側の箇所は高強度領域２Ｂに連結されるので、低強度領域２Ａに接続されるクロスメンバ４車両前後方向の幅を従来のクロスメンバより小さくすることができる。これにより、車両の後面衝突時のクロスメンバ４による低強度領域２Ａの変形阻害量を小さくできる。よって、後面衝突時の衝突エネルギが低強度領域２Ａに効果的に吸収されるので、後面衝突時におけるエネルギ吸収性能を高めることができる。また、接続箇所のうち車両前側の箇所は高強度領域２Ｂに連結されるので、サイドフレーム２の低剛性領域に入力された車体をねじるような荷重を、接続箇所のうち車両後側の箇所を通り車両前側の箇所へ伝達し、高強度領域２Ｂで受けることができるため、車両のねじれ剛性も確保することができる。

また、接続箇所のうち車両後側の箇所は、低強度領域２Ａにおける第１部材２４が設けられる部分と車両前後方向において重なるので、低強度領域２Ａの、クロスメンバ４による車両前後方向の変形阻害箇所と、第１部材２４による車両前後方向の変形阻害箇所とが車両前後方向において重なり、車両前後方向に分散する場合よりも低強度領域２Ａの変形阻害量を小さくできる。

また、第１部材２４がキャブマウントブラケット２５である場合には、接続箇所のうち車両後側の箇所がキャブマウントブラケット２５と車両前後方向において重なるので、クロスメンバ４によりキャブマウントブラケット２５の振動を抑制でき、キャブマウントブラケット２５に搭載されるボディ（キャビン）の振動も抑制できる。

また、接続箇所のうち車両後側の箇所はアウタフレーム２３２の車幅方向内側面に接合され、第１部材２４はアウタフレーム２３２の車幅方向外側面に接合されるので、接続箇所のうち車両後側の箇所により、アウタフレーム２３２の第１部材２４が取り付けられる箇所を補強することができる。

また、後脚部４２の車両高さ方向の寸法は、車両前後方向の寸法よりも大きいので、車両高さ方向の変形強度を車両前後方向の変形強度よりも大きくできる。これにより、後脚部４２を車両上下方向には変形し難くし、前後方向には変形し易くすることができるので、一対のサイドフレーム２，２のねじれ剛性を確保しつつ、車両の後面衝突時のクロスメンバ４による低強度領域２Ａの変形阻害量を小さくできる。

また、前脚部４１は車両高さ方向に延びる縦壁４１ａと、縦壁４１ａの上端部及び下端部のそれぞれから車両後方に延びる一対の横壁４１ｂ，４１ｃとを有し、後脚部４２は縦壁４２ａと、縦壁４２ａの上端部及び下端部のそれぞれから車両前方に延びる一対の横壁４２ｂ，４２ｃとを有する。すなわち、前脚部４１の断面は車両後方に開口し、後脚部４２の断面は車両前方に開口するので、車両高さ方向の変形強度を車両前後方向の変形強度よりも大きくできる。また、前脚部４１の前端及び後脚部４２の後端に縦壁を有するので、サイドフレーム２とクロスメンバ４との接続箇所の車両前後方向両端に縦壁を有することとなり、ねじれ剛性を確保することができる。

なお、後脚部４２の車両高さ方向の変形強度を車両前後方向の変形強度よりも大きくする手法はこれらに限るものではない。例えば、後脚部４２の断面を車両高さ方向の寸法と車両前後方向の寸法が同程度な閉断面構造とし、車両前後方向を向く縦壁に車両高さ方向に延びるビード若しくは凹みを設けてもよい。また、前脚部４１及び後脚部４２を開断面とする場合も、前脚部４１の断面は車両前方に、後脚部４２の断面は車両後方に開口するようにしてもよいし、前脚部４１及び後脚部４２を車両前後方向両側に開口するＩ字状の断面としてもよい。

また、第１フレーム２３の板厚を第２フレーム２２の板厚よりも薄くすることで車両前後方向の変形強度を小さくするので、低強度領域２Ａを容易に設けることができる。また、取付ブラケット５が第２フレーム２２から第１フレーム２３に亘って設けられ、前脚部４１と第２フレーム２２を接続するので、後面衝突時に、サイドフレーム２が第２フレーム２２と第１フレーム２３の接続部分で折れるのを抑制し、低強度領域２Ａを安定的に変形させることができる。

また、クロスメンバ４は、前脚部４１が車幅方向両外側から内側に向かって車両後方に傾斜し、後脚部４２が車幅方向両外側から内側に向かって車両前方に傾斜する、平面視で略Ｘ字状となっているため、例えば車体がねじれて後脚部４２の車幅方向一方側に入力された荷重を、前脚部４１の車幅方向他方側で効率的に受けることができ、ねじれ剛性を向上させることができる。

また、車幅方向両外側から内側に向かって車両後方に傾斜する前脚部４１と車幅方向両外側から内側に向かって車両前方に傾斜する後脚部４２との接続箇所でスペアタイヤＳＴを支持したので、スペアタイヤＳＴが車体に対して移動しようとして発生する荷重を、クロスメンバ４で安定して受けることができる。このとき、後脚部４２の車両高さ方向の変形強度が車両前後方向の変形強度よりも大きくなっていると、より安定してスペアタイヤＳＴを支持することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。例えば、本発明はフレーム車両のみではなく、モノコック車両にも適用可能である。また、クロスメンバ４は平面視略Ｘ字状に限らず、例えば前脚部４１及び後脚部４２が車幅方向に真っ直ぐ延びた平面視略Ｈ字状としてもよい。

１ 車体フレーム
２ サイドフレーム
２Ａ 第１領域（低強度領域）
２Ｂ 第２領域（高強度領域）
２１ フレーム
２２ 第２フレーム
２２１ インナフレーム
２２２ アウタフレーム
２３ 第１フレーム
２３１ インナフレーム
２３２ アウタフレーム
２４ 第１部材
２５ キャブマウントブラケット
２６ フック
３ クロスメンバ
３１，３２，３３，３４、３５，３６ クロスメンバ
４ 車両最後部のクロスメンバ
４１ 前脚部
４２ 後脚部
４３ 接続部
４３１ 支持部
５ 取付ブラケット
ＳＴ スペアタイヤ

Claims (9)

1. 車幅方向に間隔を空けて設けられ、車両前後方向に沿って延びる一対のサイドフレームと、
   車両前後方向に間隔をあけて配置され、前記一対のサイドフレームを互いに連結する複数のクロスメンバと、
   を備え、
   前記一対のサイドフレームは、車両最後部に前記車両前後方向にわたって設けられる第１領域と、前記第１領域の前端から車両前方側にわたって設けられる第２領域と、を有し、
   前記第１領域は、前記第２領域よりも車両前後方向の変形強度が小さく形成され、
   前記複数のクロスメンバのうち車両最後部に配置されるクロスメンバは、車幅方向に延び前記第２領域に連結される前脚部と、前記前脚部から車両後方に離れて設けられるとともに、車幅方向に延び前記第１領域に連結される後脚部と、車幅方向中央部において前記前脚部と前記後脚部とを接続する接続部と、を有する、
   車体フレーム。
2. 前記サイドフレームは、前記第１領域に車幅方向外側に突出する第１部材を備え、
   前記後脚部は、前記第１部材と車両前後方向において重なるように前記サイドフレームに接合される、
   請求項１に記載の車体フレーム。
3. 前記第１部材は、前記車体フレームの上にボディを搭載するためのキャブマウントブラケットである、
   請求項２に記載の車体フレーム。
4. 前記サイドフレームは、車幅方向内側に設けられたインナフレームと、車幅方向外側に設けられ、前記インナフレームと組み合わされるアウタフレームと、を含み、
   前記後脚部は、前記アウタフレームの車幅方向内側面に接合され、
   前記第１部材は、前記アウタフレームの車幅方向外側面に接合される、
   請求項２又は３に記載の車体フレーム。
5. 前記後脚部は、車両高さ方向の変形強度が車両前後方向の変形強度よりも大きい、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の車体フレーム。
6. 前記前脚部及び前記後脚部は、前記車両高さ方向に延びる縦壁と、前記縦壁の上端部及び下端部のそれぞれから前記車両前後方向に延びる一対の横壁と、を有する、車両前後方向に開口する断面コ字状に形成され、
   前記前脚部は、断面が車両後方に開口し、
   前記後脚部は、断面が車両前方に開口する、
   請求項５に記載の車体フレーム。
7. 前記サイドフレームは、前記第１領域に設けられる第１フレームと、前記第２領域に設けられ、前記第１フレームに接続される第２フレームと、を含み、
   前記第１フレーム及び前記第２フレームは、それぞれ折り曲げられた板状体で構成され、
   前記第１フレームの板厚を前記第２フレームの板厚よりも薄くすることで前記第１領域の車両前後方向の変形強度を前記第２領域よりも小さくし、
   前記前脚部は、取付ブラケットを介して前記一対のサイドフレームに連結され、
   前記取付ブラケットは、前記第１フレームから前記第２フレームに亘って設けられる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の車体フレーム。
8. 前記前脚部は、車幅方向両外側から内側に向かって車両後方に傾斜し、前記後脚部は車幅方向両外側から内側に向かって車両前方に傾斜する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の車体フレーム。
9. 前記接続部は、スペアタイヤを支持するための支持部を有する、請求項８に記載の車体フレーム。

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