JP4163666B2 - 車両用サブフレーム - Google Patents

Description

本発明は、車輪を懸架する懸架装置などのを予め搭載し、この懸架装置などを車体側に取付けることができる車両用サブフレームに関するものである。

車両用サブフレームとして、前部クロスメンバの両端に左右のサイドメンバを繋ぎ、これらのサイドメンバの先端同士を後部クラスメンバで繋いだ略矩形のサブフレームが実用に供されている。
実用の車両用サブフレームは、略矩形のサブフレームに懸架装置などを搭載し、搭載済みのサブフレームに防振対策を施して車体側に取付けるようにすれば実用上十分であった。

このような車両用サブフレームとして、サブフレームをラバーマウント（防振用弾性ブッシュ）を介して車体側に取付けるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−１７１０４５号公報（第５頁、図２）

図１１従来の基本構成を説明する図であり、車両用サブフレーム２００は、前部クロスメンバ２０１と、この前部クロスメンバ２０１の両端に繋いだ左右のサイドメンバ２０２，２０２（奥側の２０２は不図示）と、これらのサイドメンバ２０２，２０２の先端同士に繋いだ後部クラスメンバ２０３と、から略矩形のフレームを構成し、ラバーマウント（防振用弾性ブッシュ）２０４・・・（・・・は複数を示す）を介してボルト２０５・・・で車体（車体フレーム）２０６に固定することで、車体２０６に対して全体をフローティング構造にしたものである。

しかし、車両用サブフレーム２００では、車体２０６に対して全体をフローティング構造にしたので、車体２０６に対して補強材としての作用が弱く、車体剛性に寄与することが十分ではない。

すなわち、車体剛性に寄与することができるとともに、振動や騒音のさらなる低減を図ることができる車両用サブフレームが望まれる。

本発明は、車体に対して補強材としての作用しない点を解決し、車体剛性に寄与することができるとともに、車両用サブフレーム全体を振動させる点を解決し、十分な振動や騒音の低減を図ることができる車両用サブフレームを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、車体及び懸架装置に介在させる車両用サブフレームであり、車体側に設ける第１のフレーム部と、この第１のフレーム部に連結するとともに、懸架装置を支持する第２のフレーム部とから構成される車両用サブフレームにおいて、第１のフレーム部が車体の左右のサイドフレームをつなぐように直接接続されるとともに、第２のフレーム部が弾性部材を介し、フローティングさせて第１のフレーム部のみに連結され、第２のフレーム部に、ステアリングギヤボックス、後部エンジンマウント及び懸架装置のロアアームを支持させたことを特徴とする。

例えば、車体に対して補強材としての作用させることができれば、車体剛性の向上を図ることができるので好ましいことである。

そこで、車両用サブフレームを、車体側に設ける第１のフレーム部と、この第１のフレーム部に連結するとともに、懸架装置を支持する第２のフレーム部とに分割構成した。

すなわち、第１のフレーム部が車体の左右のサイドフレームをつなぐように直接接続するとともに、第２のフレーム部が弾性部材を介し、フローティングさせて第１のフレーム部のみに連結することで、車体剛性を向上させ、車両の乗り心地の向上を図る。

一般的に、ステアリングギヤボックス、後部エンジンマウント及び懸架装置のロアアームは振動源を伝達する部材であり、車両用サブフレームを第１のフレーム部と第２のフレーム部とに分割構成するとともに、第１のフレーム部に弾性部材を介し、フローティングさせて第２のフレーム部を取付け、この第２のフレーム部に、ステアリングギヤボックス、後部エンジンマウント及び懸架装置のロアアームを支持させることで、第２のフレーム部に振動源を集中させることができる。

請求項１に係る発明では、第１のフレーム部が車体の左右のサイドフレームをつなぐように直接接続するとともに、第２のフレーム部が弾性部材を介し、フローティングさせて第１のフレーム部のみに連結したので、車体剛性を向上させることができる。この結果、車両の乗り心地の向上を図ることができるという利点がある。

また、第１のフレーム部のみに弾性部材を介し、フローティングさせて取付けた第２のフレーム部に、ステアリングギヤボックス、後部エンジンマウント及び懸架装置のロアアームを支持させたので、第２のフレーム部に振動源を集中させることができる。この結果、十分な振動や騒音の低減を図ることができ、車両の静粛化を推進することができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車両用サブフレームを採用した車両の側面であり、図中、１０は車両、１１は車体としての車体フレーム、１４はフロントバンパ、１５はボンネット、１６はフロントフェンダ、１７はフロントウインドウ、１８は前ドア、１９は前輪、３３はエンジン、３６，３７は前部・後部エンジンマウントである。

本発明に係る車両用サブフレーム（フロントサブフレーム）４０は、後述するように、車体フレーム１１に直接固定する第１のフレーム部４１と、この第１のフレーム部４１に防振用の弾性部材４３，４３（奥側の４３は不図示）及び防振用の弾性部材４４，４４（奥側の４４は不図示）を介して連結するとともに、後述する懸架装置（フロントサスペンション）を支持する第２のフレーム部４２と、から構成したものである。

図２は本発明に係る車両用サブフレームを採用した車両の前部の斜視図であり、車体フレーム１１の前部構造は、車体前部の両側で車体前後に延ばした左右のフロントサイドフレーム２１，２１と、これらのフロントサイドフレーム２１，２１の車幅方向外側で且つ上方で車体前後に延ばした左右のアッパフレーム２２，２２と、これらのフロントサイドフレーム２１，２１及びアッパフレーム２２，２２の間に掛け渡した左右のフロントダンパハウジング２３，２３と、左右のフロントサイドフレーム２１，２１の前部並びに左右のアッパフレーム２２，２２の前部に結合したフロントバルクヘッド２４と、を主要構成としたモノコックボディである。

フロントバルクヘッド２４は、左右のフロントサイドフレーム２１，２１の前部下方で車幅方向に延ばしたロアクロスメンバ２５と、このロアクロスメンバ２５の両端部から上方へ延ばした左右のサイドステー２６，２６と、これらのサイドステー２６，２６の上端に結合するべく車幅方向に延ばしたアッパクロスメンバ２７と、を主要構成とする。
アッパクロスメンバ２７は、左右両端部から斜め後方へ左右の延長部２８，２８を延ばし、これら延長部２８，２８を介して左右のアッパフレーム２２，２２の長手途中に結合したものである。

すなわち、車体フレーム１１は、左右のフロントサイドフレーム２１，２１の前部と、このフロントサイドフレーム２１，２１の後端から後方へ延びる左右のフロアフレーム３１，３１の前端部とに、前車体取付部５４，５４及び後車体取付部５５，５５を車両用サブフレーム（フロントサブフレーム）４０を吊り下げた構成である。

図３は本発明に係る車両用サブフレームにエンジン及びトランスミッションを搭載した状態の斜視図であり、車両用サブフレーム（フロントサブフレーム）４０は、右半部に横置きエンジン（動力源）３３を前部エンジンマウント３６及び後部エンジンマウント３７を介してマウントするとともに、左半部にトランスミッション３４をマウントしたものである。トランスミッション３４は、出力側から後方にプロペラシャフト３５を延ばして動力を伝達する。

図４は本発明に係る車両用サブフレームの分解斜視図であり、車両用サブフレーム４０は、車体フレーム１１（図１参照）に直接固定する第１のフレーム部４１と、この第１のフレーム部４１に弾性部材４３，４３（及び弾性部材４４，４４（奥側の４４は不図示）を介して連結するとともに、図５に示す懸架装置としてのフロントサスペンション７０を支持する第２のフレーム部４２と、からなる。

第１のフレーム部４１は、アルミニウム合金にて形成した略コ字形のフレームであって、前部横メンバ４６と、この前部横メンバ４６の左右端部に接続した左右の前継手部４７，４７と、左の前継手部４７から後方に延ばした左の縦メンバ４８と、右の前継手部４７から後方に延ばした右の縦メンバ４８と、からなる。

前部横メンバ４６は、前部エンジンマウント３６（図１参照）を支持するために上部中央に前部マウント支持部５１を形成するとともに、ジャッキアップのために下部中央にジャッキアップ部５２を取付けたものである。

左の前継手部４７は、地上高を確保するロアクロスバー（不図示）を支持するステー金具５３と、車体フレーム１１（図１参照）の前部にリジッドに（堅く）固定するための前車体取付部５４と、を備える。なお、右の前継手部４７は、左の前継手部４７に車体中心に関して対称の形状である。

左の縦メンバ４８は、フロントサスペンション７０（図５参照）のロアアーム７２の前部を支持するロアアーム前支持部５６と、弾性部材４３を介して第２のフレーム部４２を取付ける前取付部５７と、弾性部材４４を介して第２のフレーム部４２を取付ける後取付部５８と、車体フレーム１１（図１参照）の後部にリジッドに（堅く）固定するための後車体取付部５５と、を備える。
なお、６１，６２は前・後車体取付部５４，５５に設けた取付用ボルトである。また、右の縦メンバ４８は、左の縦メンバ４８に車体中心に関して対称の形状である。

第２のフレーム部４２は、左右の縦メンバ４８，４８にそれぞれ形成した前取付部５７，５７に弾性部材４３，４３を介して弾性的支持させる前支持部６４，６４と、左右の縦メンバ４８，４８にそれぞれ形成した後取付部５８，５８に弾性部材４４，４４を介して弾性的支持させる後支持部６５，６５（奥の６５は不図示）と、フロントサスペンション７０（図５参照）のロアアーム７２，７２（一方の７２は不図示）の後部を支持するロアアーム後支持部６６，６６と、後部エンジンマウント３７を支持するマウント支持ボス６７・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）と、ステアリングギヤボックス８６を取付けるギヤボックス取付ボス６８・・・と、を形成したものである。

図５は本発明に係る車両用サブフレーム廻りの取付部品の分解斜視図であり、フロントサスペンション（懸架装置）７０は、フロントサイドフレーム２１（図１参照）に上下スイング可能に取付けたアッパアーム７１と、第１のフレーム部４１のロアアーム前支持部５６並びに第２のフレーム部４２のロアアーム後支持部６６にスイング可能に取付けたロアアーム７２と、ロアアーム７２とフロントダンパハウジング２３（図１参照）との間に取付けたフロントクッション７３と、アッパアーム７１並びにロアアーム７２に連結したナックル７４とを主要構成として、車体フレーム１１（図１参照）に前輪１９を懸架する前輪懸架装置である。

ロアアーム７２は、ナックル７４を連結するナックル連結部７６から延ばした前側の前部アーム７７と、ナックル連結部７６から延ばした後側の後部アーム７８と、を備えた平面視略Ｙ字状の部材である。
ナックル７４は、ステアリングボックス８６から延出したタイロッド８８を連結するアーム部７５を備える。

前部アーム７７は、防振用の弾性ブッシュ８１を介して第１のフレーム部４１のロアアーム前支持部５６に上下スイング可能に取付けたことを示し、後部アーム７８は、防振用の弾性ブッシュ８２を介してボルト８３で第２のフレーム部４２のロアアーム後支持部６６に上下スイング可能に取付けたことを示す。

ステアリングギヤボックス８６は、図示せぬステアリングハンドルの操舵力を車体の左右方向の転舵力に変換してタイロッド８８から取り出すためのギヤ機構（例えばパワーステアリング式ギヤ機構）を収納した部材であり、タイロッド８８は、先端をナックル７４のアーム部７５に連結することで、前輪１９（図１参照）を転舵するものである。なお、８９はステアリングギヤボックス８６及びタイロッド８８を覆うブーツである。

すなわち、車両用サブフレーム４０は、図１に示す車体フレーム（車体）１１及びフロントサスペンション（懸架装置）７０に介在させる車両用サブフレームにおいて、車体フレーム１１に直接固定する第１のフレーム部４１と、この第１のフレーム部４１に弾性部材４３，４３及び弾性部材４４，４４を介して連結するとともに、フロントサスペンション７０を支持する第２のフレーム部４２と、から構成したものと言える。

例えば、車体に対して補強材としての作用させることができれば、車体剛性の向上を図ることができるので好ましいことである。

そこで、車両用サブフレーム４０を、車体フレーム１１に直接固定する第１のフレーム部４１と、フロントサスペンション７０を支持する第２のフレーム部４２と、に分割構成し、分割構成した第１のフレーム部４１を直接車体フレーム（車体）１１に固定することで、車体剛性を向上させることができる。この結果、車両１０（図１参照）の乗り心地や操安性（操縦安定性）の向上を図ることができる。

また、車両用サブフレーム４０は、第２のフレーム部４２に、ステアリングギヤボックス８６、後部エンジンマウント３７及びフロントサスペンション（懸架装置）７０のロアアーム７２を支持させたものとも言える。

一般的に、ステアリングギヤボックス８６、後部エンジンマウント３７及びフロントサスペンション（懸架装置）７０のロアアーム７２は振動源を伝達する部材であり、車両用サブフレーム４０を第１のフレーム部４１と第２のフレーム部４２とに分割構成するとともに、第１のフレーム部４１に弾性部材４３，４３及び弾性部材４４，４４を介して第２のフレーム部を取付け、この第２のフレーム部４２に、ステアリングギヤボックス８６、後部エンジンマウント３７及びフロントサスペンション（懸架装置）７０のロアアーム７２を支持させることで、第２のフレーム部４２に振動源を集中させることができる。この結果、十分な振動や騒音の低減を図ることができ、車両１０（図１参照）の静粛化を推進することができる。

図６は本発明に係る車両用サブフレームに採用した弾性部材の縦断面図であり、第２のフレーム部４２の前支持部６４の弾性部材４３を示す。
弾性部材４３は、前支持部６４の上部に被せる上部ピース９１と、前支持部６４に嵌合させる下部ピース９２と、からなる。

上部ピース９１は、ワッシャ部材９３に上部弾性ブッシュ９４を焼付けた（ライニングした）ものであり、下部ピース９２はインナ部材９５に下部弾性ブッシュ９６を焼付けた（ライニングした）ものである。下部弾性ブッシュ９６は、中間に中間リング部材９７を備え、外周にアウタ部材９８を備える。なお、弾性部材４４は、弾性部材４３に略同一構成であり、詳細な説明は省略する。

図７は本発明に係る車両用サブフレーム廻りの取付部品の斜視図であり、言い換えれば、車両用サブフレーム４０は、エンジン（動力源）３３含む駆動系部品、ステアリングギヤボックス８６（図５参照）を含む操舵部品、フロントサスペンション７０を含む懸架装置を支持し、図１に示す車体フレーム（車体）１１側に支持させる車両用サブフレーム（フロントサブフレーム）４０を備えた車体フレーム構造において、車両用サブフレーム４０を、車体フレーム（車体）側に直接支持させる第１のフレーム部４１と、この第１のフレーム部４１に弾性部材４３，４３（一方の４３不図示）及び弾性部材４４，４４（一方の４４不図示）を介して取付ける第２のフレーム部４２と、に分割構成し、フロントサスペンション（懸架装置）７０を、第１・第２のフレーム部４１，４２に跨って支持させたものとも言える。

すなわち、車両用サブフレーム４０を、図１に示す車体フレーム（車体）１１側に直接支持させる第１のフレーム部４１と、この第１のフレーム部４１に弾性部材４３，４３及び弾性部材４４，４４を介して取付ける第２のフレーム部４２と、に分割構成し、フロントサスペンション（懸架装置）７０を、第１・第２のフレーム部４１，４２に跨って支持させることで、前輪１９にサイドフォースが加わるときに第１のフレーム部４１に対して第２のフレーム部４２を移動させてサイドフォースを円滑に吸収させることができる。
この結果、操舵フィーリングの向上を図ることができるとともに、操縦安定性に寄与できると考えられる。

以上に述べた車両用サブフレーム４０の作用を説明する。
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る車両用サブフレームの組立状態を示す作用説明図である。なお、（ａ）は比較例の車両用サブフレーム１４０を示し、（ｂ）は実施例の車両用サブフレーム４０を示す。

（ａ）において、車両用サブフレーム１４０は、アルミニウム合金にて形成した略コ字形のフレームであって、前部横メンバ１４６と、この前部横メンバ１４６の左右端部に接続した左右の前継手部１４７，１４７（右の１４７は不図示）と、左右の前継手部１４７，１４７から後方に延ばした左右の縦メンバ１４８，１４８（右の１４８は不図示）と、左右の縦メンバ１４８，１４８の後端を一体的に（リジッドに（堅く））連結する後部横メンバ１４９と、からなる一体的のサブフレームであり、図９に示すように、車体フレーム１１１に４個の防振用弾性ブッシュ１３２・・・を介して取付けるものである。

図中、１５６はロアアーム前支持部、１６６はロアアーム後支持部、１７０はフロントサスペンション（懸架装置）、１７２はフロントサスペンション１７０のロアアーム、１７６はロアアーム１７２のナックル連結部、１７７はロアアーム１７２の前部アーム、１７８はロアアーム１７２の後部アーム、１８１，１８２は防振用の弾性ブッシュ、１８６はステアリングギヤボックス、１８８はタイロッドである。

（ｂ）において、車両用サブフレーム４０は、車体フレーム１１（図１参照）に直接固定する第１のフレーム部４１と、この第１のフレーム部４１に弾性部材４３，４３及び弾性部材４４，４４を介して連結するとともに、フロントサスペンション７０を支持する第２のフレーム部４２と、から構成したことを示す。

図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る車両用サブフレーム廻りの構成部品の取付状態を示す作用説明図である。なお、（ａ）は比較例の車両用サブフレーム１４０を示し、（ｂ）は実施例の車両用サブフレーム４０を示す。

（ａ）において、車両用サブフレーム１４０廻りの取付構造は、車体フレーム（車体）１１１に防振用弾性ブッシュ１３２，１３２を介して車両用サブフレーム１４０を弾性的に取付け、この車両用サブフレーム１４０に前部・後部エンジンマウント１３６，１３７を介してエンジン１３３を弾性的に取付け、車両用サブフレーム１４０に防振用弾性ブッシュ１８１，１８２を介して弾性的に取付けた構造である。

（ｂ）において、車両用サブフレーム４０廻りの取付構造は、車両用サブフレーム４０を第１・第２のフレーム部４１，４２に分割構成し、車体フレーム（車体）１１に第１のフレーム部４１を直接的に固定し（リジッドに取付け）、第１のフレーム部４１に弾性ブッシュ８１，８２を介して第２のフレーム部４２を弾性的に取付け、エンジン３３を、車体フレーム１１に前部エンジンマウント３６を介して弾性的に取付けるとともに第２のフレーム部４２に後部エンジンマウント３７を介して弾性的に取付け、フロントサスペンション７０（具体的には図８に示すロアアーム７２）を、車体フレーム１１に弾性ブッシュ８１を介して弾性的に取付けるとともに第２のフレーム部４２に弾性ブッシュ８２を介して弾性的に取付けた構造である。

すなわち、車両用サブフレーム４０は、第１・第２のフレーム部４１，４２に分割構成し、車両用サブフレーム４０廻りの取付構造は、エンジン３３を第１のフレーム部４１及び第２のフレーム部４２に跨って取付けるとともに、フロントサスペンション７０（ロアアーム７２）を第１のフレーム部４１及び第２のフレーム部４２に跨って取付けたものと言える。

エンジン３３を第１のフレーム部４１及び第２のフレーム部４２に跨って取付けることで、エンジン３３の振動対策を緻密に行うことが可能になり、車両振動の低減に寄与することができる。

同様に、フロントサスペンション７０（ロアアーム７２）を第１のフレーム部４１及び第２のフレーム部４２に跨って取付けることで、フロントサスペンション７０に起因する振動の対策を容易にすることができる。

また、車両用サブフレーム４０は、車体フレーム（車体）１１に第１のフレーム部４１を直接的に固定した（リジッドに取付けた）ので、車体剛性の向上を図ることができる。 この結果、車両１０（図１参照）の静粛性の向上を図ることができる。

図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係る車両用サブフレームにサイドフォースがかかったときの作用を示す作用説明図である。なお、（ａ）は比較例の車両用サブフレーム１４０を示し、（ｂ）は実施例の車両用サブフレーム４０を示す。

（ａ）において、車両用サブフレーム１４０は一体構造のフレームなので、例えば、車輪１１９に矢印ａ１の如くサイドフォースがかかったときには、車両用サブフレーム１４０全体が矢印ａ２の如く移動する。

（ｂ）において、車両用サブフレーム４０は第１のフレーム部４１及び第２のフレーム部４２の分割構造のフレームなので、例えば、車輪１９に矢印ｂ１の如くサイドフォースがかかったときには、主に第２のフレーム部４２のみが矢印ｂ２の如く移動する。
これにより、慣性外輪である車輪１９が切れ戻り、トーアウト傾向となる。従って、車両バランスを保つことができ、走行安定性の向上を図ることができる。

尚、本発明に係る車両用サブフレームは、図５に示すように、フロントサスペンション７０（ロアアーム７２）を第１のフレーム部４１及び第２のフレーム部４２に跨って取付けたが、これに限るものではなく、第２のフレーム部４２のみに取付けるものであってもよい。

本発明に係る車両用サブフレームは、車体剛性を要求される高級サルーンなどの乗用車に採用するのに好適である。

本発明に係る車両用サブフレームを採用した車両の側面である。 本発明に係る車両用サブフレームを採用した車両の前部の斜視図である。 本発明に係る車両用サブフレームにエンジン及びトランスミッションを搭載した状態の斜視図である。 本発明に係る車両用サブフレームの分解斜視図である。 本発明に係る車両用サブフレーム廻りの取付部品の分解斜視図である。 本発明に係る車両用サブフレームに採用した弾性部材の縦断面図である。 本発明に係る車両用サブフレーム廻りの取付部品の斜視図である。 本発明に係る車両用サブフレームの組立状態を示す作用説明図である。 本発明に係る車両用サブフレーム廻りの構成部品の取付状態を示す作用説明図である。 本発明に係る車両用サブフレームにサイドフォースがかかったときの作用を示す作用説明図である。 従来の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…車両、１１…車体（車体フレーム）、３３…エンジン、３６，３７…前部・後部エンジンマウント、４０…車両用サブフレーム、４１，４２…第１・第２のフレーム部、４３，４４…弾性部材、７０…懸架装置（フロントサスペンション）、７２…ロアアーム、８６…ステアリングギヤボックス。

Claims (1)

1. 車体及び懸架装置に介在させる車両用サブフレームであり、
   前記車体側に設ける第１のフレーム部と、この第１のフレーム部に連結するとともに、前記懸架装置を支持する第２のフレーム部とから構成される車両用サブフレームにおいて、
   前記第１のフレーム部が前記車体の左右のサイドフレームをつなぐように直接接続されるとともに、前記第２のフレーム部が弾性部材を介し、フローティングさせて前記第１のフレーム部のみに連結され、
   前記第２のフレーム部に、ステアリングギヤボックス、後部エンジンマウント及び前記懸架装置のロアアームを支持させたことを特徴とする車両用サブフレーム。

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