JP4813251B2 - サブフレームおよびサブフレームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サブフレームおよびサブフレームの製造方法に関するものである。

車体前方におけるサイドフレームの下部には、サブフレームが設けられている。このサブフレームは、エンジン等の車両駆動装置やステアリングギアボックスなどを搭載するとともに、サスペンションを支持する機能を有するものである。

車両の前方衝突時の衝撃を吸収するため、衝突時にサブフレームを下側に折る技術が提案されている。例えば特許文献１には、サブフレームの前部に前上がり傾斜状の傾斜部を形成し、この傾斜部にステアリングギアを取付けている。これにより、自動車の正面衝突時には、衝突力によってサブフレームの傾斜部を鉛直方向へ起立させ、この傾斜部に取付けられているステアリングギアを適切に下降させることができるとされている。

また特許文献２には、車両の前後方向衝突によりサブフレームに衝突荷重が入力すると、該サブフレームがその中間部を起点にして下向きにくの字状に折れ変形して、パワーユニットが車体に対して下方移動する。これに加えて、搭載室とパワーユニットの上部とをロッドで連結することで、ロッドを介してパワーユニットの上部に衝突荷重が入力し、該パワーユニットを下部連結点を中心に前後方向に回転させる。その結果、衝突前に較べてパワーユニットと隔壁との間の最短部分の距離が拡大されて、搭載室の全長を拡大しなくてもその前後方向の潰れストロークを拡大できるとされている。
特許第３１８８９４６号公報 特許第３５７８０８７号公報

特許文献１および２に記載された発明では、サイドフレームの下面にサブフレームがボルトで固定されている。この場合、バンパービームに入力された衝突荷重がサイドフレームを介してサブフレームに伝達されることになる。しかも、サイドフレームとサブフレームとの取付け面ですべりが発生するおそれがあり、サブフレームへの効率的な荷重の伝達が困難である。そのため、車両衝突時におけるサブフレームの潰れモードのコントロールが困難であるという問題がある。
そこで本発明は、潰れモードを容易にコントロールすることが可能なサブフレーム構造およびその製造方法の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の前端部で左右方向に伸びるバンパービーム（例えば、実施形態におけるバンパービーム２）の両端から車両後方に向かって延設されるサイドフレーム（例えば、実施形態におけるサイドフレーム５）の前側下方に配置されるサブフレーム（例えば、実施形態におけるサブフレーム１０）であって、前記サブフレームは、車両前側から荷重入力部（例えば、実施形態における荷重入力部１２）、荷重導入部（例えば、実施形態における荷重導入部１４）および本体部（例えば、実施形態における本体部１６）を、車体前後方向に連続的に備えており、前記荷重入力部は、前記バンパービームと前記サイドフレームの先端部との間に配置され、前記サイドフレームの先端部を延長するように形成された水平部（例えば、実施形態における水平部１２ａ）を有し、前記水平部の後端部には、前記サイドフレームの先端部を固定してあり、前記荷重導入部は、前記荷重入力部の下端から後ろ下がり方向に伸び、前記本体部は、前記荷重導入部の下端部から後方に伸び、前記荷重導入部の下端部から前記本体部の後端部までの間で下方に屈曲する屈曲部が設けられ、前記本体部が、前記サイドフレームと略平行になることを特徴とする。

また請求項２に係る発明は、請求項１に記載のサブフレーム（例えば、実施形態におけるサブフレーム１０）を、ハイドロフォームで成形することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、車両の前方衝突時の荷重が、バンパービームからサブフレームの荷重入力部に入力され、サイドフレームに加えてサブフレームの荷重導入部にも伝達される。このように、前方衝突時の荷重を分散させることで、サブフレームの本体部に伝達される荷重が大きくなり、サブフレームの潰れモードを容易にコントロールすることが可能になる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載のサブフレーム構造を低コストで成形することができる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のサブフレーム構造の斜視図である。車両の前端部には、車両の左右方向に伸びるバンパービーム２が配置されている。そのバンパービーム２の両端付近から車両後方に向かって、サイドフレーム５が延設されている。そのサイドフレーム５の前側下方に、本実施形態のサブフレーム１０が配置されている。なお、車両の左右両側のサブフレーム１０は、略同形状に形成されている。

サブフレーム１０は、鋼板をプレスおよび曲げ加工および溶接加工することにより、あるいはハイドロフォーム成形により、閉断面または開断面に形成されている。ハイドロフォーム成形とは、金型内に鋼管材料を装着し、その鋼管材料の内部に高水圧を負荷して、鋼管材料を金型形状に仕上げる成形法である。このハイドロフォーム成形を採用することにより、複雑なサブフレーム構造であっても、低コストで成形することができる。

本実施形態のサブフレーム１０には、荷重入力部１２、荷重導入部１４および本体部１６が連続的に備わっている。まず、サイドフレーム５の先端部と、バンパービーム２の取付部２ａとの間に、荷重入力部１２が設けられている。この荷重入力部１２は、サイドフレーム５の先端部を延長するように形成された水平部１２ａと、バンパービームの取付部２ａの後面に沿って形成された垂直部１２ｂとを備えている。荷重入力部１２の水平部１２ａの後面には、サイドフレーム５の先端面が面接触した状態で固定され、荷重入力部１２の垂直部１２ｂの前面には、バンパービーム２の取付部２ａの後面が面接触した状態で固定されている。

荷重入力部１２の垂直部１２ｂの下端から、車両の後下がり方向に、荷重導入部１４が延設されている。この荷重導入部１４の断面形状は、一定であってもよいし、連続的に変化していてもよい。
荷重導入部１４の下端から、車両の後方に向かって、本体部１６が延設されている。本体部１６は、車両衝突時の潰れモード（折れ曲がり方向）が一定となるように、長手方向の中央部を下方に屈曲させた形状になっている。本体部１６の後端部は、車両の後側下方に伸びるサイドフレーム５の傾斜部に連結されている。なお、車両の左右両側に配置されたサブフレーム１０の本体部１６は、相互に連結されている。

図２は車両の前方衝突時におけるサブフレームへの荷重伝達経路の説明図であり、図２（ａ）は本実施形態のサブフレーム構造であり、図２（ｂ）は従来技術のサブフレーム構造である。
図２（ｂ）に示す従来技術では、バンパービーム８２がサイドフレーム８５の先端に固着されている。またサイドフレーム８５の下方にサブフレーム９０が水平配置されている。このサブフレーム９０の前端部は、サイドフレーム８５から垂下されたステー８６の下端に連結され、サブフレーム９０の後端部は、サイドフレーム８５の傾斜部に連結されている。

上述した従来技術のサブフレーム構造では、車両の前方衝突時の荷重９８の大部分がバンパービーム８２からサイドフレーム８５に伝達され、前方からの荷重９８が分散されにくくなっている。そのため、サイドフレーム８５のステー８６を介してサブフレーム９０に伝達される荷重９９は小さくなり、高速衝突時におけるサブフレーム９０の潰れモードのコントロールが困難である。

これに対して、図２（ａ）に示す本実施形態のサブフレーム構造では、車両の前方衝突時の荷重１８が、バンパービーム２からサブフレーム１０の荷重入力部１２に入力される。入力された荷重１８は、サイドフレーム５に加えて、荷重入力部１２から後下がり方向に伸びる荷重導入部１４に伝達される。このように、本実施形態のサブフレーム構造では、前方からの荷重が分散されやすくなっている。そのため、荷重導入部１４から車両後方に伸びる本体部１６に伝達される荷重１９が大きくなり、高速衝突時におけるサブフレーム１０の潰れモードを容易にコントロールすることができる。

図３は車両の前方衝突時における潰れモードの説明図であり、図３（ａ）は本実施形態のサブフレーム構造であり、図３（ｂ）は従来技術のサブフレーム構造である。
図３（ｂ）に示す従来技術では、車両の前方衝突時においてサブフレーム９０に伝達される荷重が小さいので、サブフレーム９０を変形させるためには強度を弱くする必要がある。その一方で、ステアリングギアボックスの搭載やサスペンションの支持といったサブフレーム９０の機能に必要な強度を確保する必要がある。しかも、ステー８６を介してサブフレーム９０に伝達される荷重は、サブフレーム９０の圧縮（座屈）方向に作用する。そのため、サブフレーム９０の潰れモード９７のコントロールは困難である。

これに対して、図３（ａ）に示す本実施形態のサブフレーム構造では、車両の前方衝突時においてサブフレーム１０に伝達される荷重が大きくなる。しかも、荷重入力部１２から後下がり方向に伸びる荷重導入部１４を介して本体部１６に荷重が伝達されるので、サブフレーム１０の本体部１６には曲げモーメントが作用する。これにより、車両の前方衝突時に本体部１６を下方に屈曲変形させることが可能になり、サブフレーム１０の潰れモード１７を容易にコントロールすることができる。

ところで、従来技術のサブフレームの潰れモードをコントロールするため、図４（ｂ）に示すように、サブフレーム９０の本体部９６の前端に荷重入力部９２を設ける構造が考えられる。この場合、車両の前方衝突時の荷重がバンパービーム８２に加えて荷重入力部９２にも入力されるので、サブフレーム９０の本体部９６に伝達される荷重は大きくなる。その結果、サブフレーム９０の潰れモードをコントロールすることが可能になる。しかしながら、その荷重入力部９２は車両の前端下方に設けられるので、車両が登坂路を走行する際に、荷重入力部９２が地面と接触する（Ｐ部参照）おそれがある。

これに対して、図４（ａ）に示す本実施形態のサブフレーム構造では、荷重入力部１２から後下がり方向に伸びる荷重導入部１４を備えているので、車両が登坂路を走行する際に、サブフレーム１０が地面と接触するのを防止することができる。

以上に詳述したように、図２（ａ）に示す本実施形態のサブフレーム構造は、左右のサイドフレーム５の前端とバンパービーム２との間に位置する荷重入力部１２と、その荷重入力部１２から後下がり方向に伸びる荷重導入部１４と、サイドフレーム５と略平行に配置される本体部１６とが、車体前後方向に連続的に備わっていることを特徴としている。
この構成によれば、車両の前方衝突時の荷重１８が、バンパービーム２から荷重入力部１２に入力され、サイドフレーム５に加えて荷重導入部１４にも伝達される。このように、前方衝突時の荷重１８を分散させることで、サブフレーム１０の本体部１６に伝達される荷重１９が大きくなり、サブフレーム１０の潰れモードを容易にコントロールすることができる。これに伴って、車両の前方衝突時における潰れストロークを確保することが可能になり、衝突時の衝撃が乗員に及ぶのを防止することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上記実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

実施形態のサブフレーム構造の斜視図である。 車両の前方衝突時におけるサブフレームへの荷重伝達経路の説明図である。 車両の前方衝突時における潰れモードの説明図である。 従来技術に係るサブフレーム構造の代替構成の説明図である。

符号の説明

２…バンパービーム ５…サイドフレーム １０…サブフレーム １２…荷重入力部 １４…荷重導入部 １６…本体部 １８，１９…荷重

Claims (2)

1. 車両の前端部で左右方向に伸びるバンパービームの両端から車両後方に向かって延設されるサイドフレームの前側下方に配置されるサブフレームであって、
   前記サブフレームは、車両前側から荷重入力部、荷重導入部および本体部を、車体前後方向に連続的に備えており、
   前記荷重入力部は、前記バンパービームと前記サイドフレームの先端部との間に配置され、前記サイドフレームの先端部を延長するように形成された水平部を有し、
   前記水平部の後端部には、前記サイドフレームの先端部を固定してあり、
   前記荷重導入部は、前記荷重入力部の下端から後ろ下がり方向に伸び、
   前記本体部は、前記荷重導入部の下端部から後方に伸び、
   前記荷重導入部の下端部から前記本体部の後端部までの間で下方に屈曲する屈曲部が設けられ、
   前記本体部が、前記サイドフレームと略平行になることを特徴とするサブフレーム。
2. 請求項１に記載のサブフレームを、ハイドロフォームで成形することを特徴とするサブフレームの製造方法。

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