JP6511885B2 - 自動車の前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の前部構造に関するものであって、自動車の正面衝突時における荷重を効率的に受け止めることができる自動車の前部構造に関する。

特許文献１には、車両前後方向に沿って配設されるサイドメンバと、サイドメンバのエンジンルームに対応する位置にパワートレインを搭載するサブフレームと、を備えた自動車の前部構造が開示されている。サブフレームは、前側フレーム部材と、前側フレーム部材に対して所定間隔離隔した後側フレーム部材と、前側フレーム部材及び後側フレーム部材の左右両端を個別に連結する左側フレーム部材及び右側フレーム部材とで井桁状に構成されている。そして、左側フレーム部材及び右側フレーム部材の前後方向中央部における上面にそれぞれエンジンマウントが配置され、これらのエンジンマウントにパワートレインに形成されたエンジンマウントブラケットが固定される。また、サブフレームは、その四隅における前側に前側弾性体が、後側に後側弾性体がそれぞれ装着され、これら前側弾性体及び後側弾性体をサイドメンバに形成された取付部に取り付けることにより、サイドメンバに支持される。

特許文献２には、車両前後方向に沿って配設されるフロントサイドメンバと、フロントサイドメンバに設けられたサブフレーム取付部の下面側にゴムブッシュを介して取り付けられたフロントサブフレームと、を備えた自動車の前部構造が開示されている。フロントサブフレームは、井桁状であり、車幅方向外側部に左右一対のサブフレームを備えている。左右一対のサブフレームの前端部は、フロントクロスメンバで互いに連結され、左右一対のサブフレームの後端部は、リヤクロスメンバで互いに連結されている。そして、左右一対のサブフレームの前後方向中間部となる長手方向略中央部はエンジンマウント支持部となり、エンジンマウントブラケットがサブフレームの上部に溶接等によって固定されている。これにより、エンジンマウント支持部は、サブフレームの車両前後方向に沿った前方部位及び後方部位に比べて剛性が高くなり、エンジンマウントブラケットに設けられたエンジンマウントを介してパワートレインが支持される。また、フロントクロスメンバの車幅方向中央部の上部にもエンジンマウントが設けられており、パワートレインは、フロントクロスメンバに設けられたエンジンマウントによっても支持される。

特開２００２−３４７４４８号公報 特開２００８−１８９０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された自動車の前部構造は、左側フレーム部材及び右側フレーム部材の前後方向中央部における上面にそれぞれエンジンマウントが配置され、これらのエンジンマウントにパワートレインに形成されたエンジンマウントブラケットが固定されるので、左側フレーム部材及び右側フレーム部材の前後方向中央部の剛性を高める必要がある。これにより、左側フレーム部材及び右側フレーム部材の剛性が局部的に大きくなり、自動車の正面衝突時における荷重を効率的に受け止めることができない。
同様に、特許文献２に開示された自動車の前部構造は、左右一対のサブフレームの前後方向中間部となる長手方向略中央部がエンジンマウント支持部となり、サブフレームの車両前後方向に沿った前方部位及び後方部位に比べて剛性が高くなる。これにより、左右一対のサブフレームの剛性が局部的に大きくなり、自動車の正面衝突時における荷重を効率的に受け止めることができない。
上記実情に鑑みて、本発明は、自動車の正面衝突時における荷重を効率的に受け止めることができる自動車の前部構造を提供することを課題とする。

本発明は、車両の前部に設置されるパワートレインと、前記パワートレインの両側に車両前後方向に沿って設けられ、後部が斜め下方に延在する一対のサイドメンバと、前記パワートレインの後方で車幅方向に沿って設けられ、前記一対のサイドメンバの後部に連結されるクロスメンバと、前記クロスメンバの車幅方向両側に設けられ、前記クロスメンバの先端から車両前後方向に沿って前方に延在する一対のサブフレームと、前記一対のサイドメンバと前記一対のサブフレームの先端とを連結する前側ブラケットと、前記一対のサブフレームの車両前後方向前方域で車幅方向に架設され、両端が前記前側ブラケットの直後に固定されるとともに前記パワートレインの前部を支持するサブクロスメンバを含んで構成されるフロントマウントと、前記クロスメンバに設置されて前記パワートレインの後部を支持するリヤマウントと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、パワートレインは、一対のサブフレームの車両前後方向前方域で車幅方向に架設され、両端が前側ブラケットの直後に固定されるとともにパワートレインの前部を支持するサブクロスメンバを含んで構成されるフロントマウントと、クロスメンバに設置されてパワートレインの後部を支持するリヤマウントとに支持されるので、自動車の正面衝突時における荷重をリヤマウントで受け止めるだけでなく、一対のサブフレームへも伝達することができる。また、自動車の正面衝突時における荷重は、一対のサイドメンバと一対のサブフレームとに伝達されるので、自動車の正面衝突時における荷重を一対のサイドメンバと一対のサブフレームとにより効率的に受け止めることができる。

本発明の一態様では、前記クロスメンバは、サスペンションを支持するサスペンションクロスメンバである。
このようにすれば、サブクロスメンバを含んで構成されるフロントマウントとサスペンションクロスメンバに設置されるリヤマウントとにパワートレインを支持させた状態で、これらを車体に組み付けることができる。これにより、組立作業性の向上を図ることができる。

本発明の一態様では、前記一対のサブフレームは、前記フロントマウントの後方となる位置にそれぞれ弱部を有する。
このようにすれば、自動車の正面衝突時に所定以上の荷重が作用すると、一対のサブフレームがフロントマウントの後方となる弱部で折れ曲がるので、パワートレインがクロスメンバ後方のキャビンに進入するのを抑制することができる。

本発明の一態様では、前記弱部は、操舵された前輪を回避する回避部に設けられる。
このようにすれば、弱部が回避部に設けられるので、回避部のほかに別途弱部を設ける必要がない。

以上説明したように、本発明によれば、パワートレインは、一対のサブフレームの車両前後方向前方域で車幅方向に架設され、両端が前側ブラケットの直後に固定されるとともにパワートレインの前部を支持するサブクロスメンバを含んで構成されるフロントマウントと、クロスメンバに設置されてパワートレインの後部を支持するリヤマウントとに支持されるので、自動車の正面衝突時における荷重をリヤマウントで受け止めるだけでなく、一対のサブフレームへも伝達することができる。また、自動車の正面衝突時における荷重は、一対のサイドメンバと一対のサブフレームとに伝達されるので、自動車の正面衝突時における荷重を一対のサイドメンバと一対のサブフレームとにより効率的に受け止めることができる。

本発明の実施形態に係る自動車の前部構造を示す斜視図である。 図１に示した自動車の前部構造を示す平面図である。 図２に示した自動車の前部構造を示す側面図である。 図２に示したＩＶ−ＩＶ線断面図である。 自動車が正面衝突した場合における荷重の伝達を説明するための模式図である。 自動車が正面衝突した場合における荷重の伝達を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る自動車の前部構造に好適な実施形態を詳細に説明する。尚、本実施形態によりこの発明が限定されるものではなく、本実施形態で説明する構成の全てが本発明の解決手段として必須とされるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る自動車１の前部構造を示す斜視図である。図２は、図１に示した自動車１の前部構造を示す平面図であり、図３は、図２に示した自動車１の前部構造を示す側面図である。図４は、図２に示したＩＶ−ＩＶ線断面図である。

図１から図３に示すように、本発明の実施形態に係る自動車１は、自動車１の前部にパワートレイン２が搭載されたものであり、自動車１の前部にパワートレイン２のほか、一対のフロントサイドメンバ３，３（図２及び図３参照）、クロスメンバ４、及び一対のサブフレーム５，５を備えて構成されている。

パワートレイン２は、自動車１の動力源となるものであり、本実施形態に係るパワートレイン２は、自動車用のエンジンとトランスミッションとが連結されて構成されている。

図２及び図３に示すように、一対のフロントサイドメンバ３，３は、自動車１の骨格を構成する車体部材であって、パワートレイン２の両側において車両前後方向に沿って設けられている。一対のフロントサイドメンバ３，３は、それぞれ、断面が矩形の角筒形状に形成され、後部３１が斜め下方に延在している。

クロスメンバ４は、車幅方向に沿って設けられる車体部材であって、パワートレイン２の後方で車幅方向に沿って設けられ、一対のフロントサイドメンバ３，３の後側に連結される。本実施形態において対象となるクロスメンバ４は、パワートレイン２の後方直後に設置されるサスペンションクロスメンバ４０である。

図１から図３に示すように、サスペンションクロスメンバ４０は、サスペンション（図示せず）を支持するためのものであり、アッパーフレーム４１とアッパーフレーム４１に接合されたロアフレーム４２（図３参照）とにより構成される。アッパーフレーム４１は、均一な厚みを有する鋼板をプレス成形したものであり、下面が開口した箱形形状に形成され、車幅方向に沿って配置される。ロアフレーム４２は、アッパーフレーム４１と同様、均一な厚みを有する鋼板をプレス成形したものであり、アッパーフレーム４１の開口前縁と開口後縁とに設けられたフランジ４１１，４１２（図２参照）の下面に接合される。これにより、アッパーフレーム４１がサスペンションクロスメンバ４０の上壁部を構成し、ロアフレーム４２がサスペンションクロスメンバ４０の下壁部を構成する。

また、サスペンションクロスメンバ４０は、車両前方側の車幅方向両側端部でサスペンションクロスメンバ４０の上壁部上面から上方に延びる一対の前方側支持部４３，４３と、車両後方側の車幅方向両側端部に設けた一対の後方側支持部４４，４４の四箇所で一対のフロントサイドメンバ３，３に連結される。そして、サスペンションクロスメンバ４０は、車幅方向両側端部がそれぞれ前方側支持部４３，４３及び後方側支持部４４，４４を介して一対のフロントサイドメンバ３，３に支持される。

また、サスペンションクロスメンバ４０の車幅方向両側端部には、それぞれ前側アーム支持部４５と後側アーム支持部４６とが設けられている。前側アーム支持部４５と後側アーム支持部４６とは、サスペンションアーム（ロアアーム）４７を支持するためのもので、前側アーム支持部４５は車幅方向外側斜め前方に延設され、後側アーム支持部４６は車幅方向斜め後方に延設されている。

前側アーム支持部４５と後側アーム支持部４６とにはサスペンションアーム４７が上下方向に回動可能に支持される。サスペンションアーム４７の先端部（外側端部）にはナックル（図示せず）が設けられ、ナックルを介して前輪６（図２参照）が支持される。

また、サスペンションクロスメンバ４０の車幅方向両側の前端部には、それぞれ一対のサブフレーム５が連結される連結部４８が設けられている。この連結部４８には、前面及び側面が開口する収容部４８１が設けられている。収容部４８１は、サブフレーム５の後端部５１が挿入可能であり、収容部４８１に収容されたサブフレーム５の後端部５１は、収容部４８１及びサブフレーム５の後端部５１を貫通するボルト４８２（図１及び図２参照）によってサスペンションクロスメンバ４０に締結される。

一対のサブフレーム５，５は、上述した一対のフロントサイドメンバ３，３と同様、車両前後方向に沿って設けられる車体部材であり、サスペンションクロスメンバ４０の幅方向両側において、サスペンションクロスメンバ４０の先端から車両前後方向に沿って前方に延在している。

図２に示すように、一対のサブフレーム５，５は、操舵された前輪６を回避するように、車両前後方向後方域５２は、上述した一対のフロントサイドメンバ３，３よりも車幅方向内側に設けられ、車両前後方向前方域５３は、車両前後方向略中央において屈曲し、車幅方向外側に向けて延在する。これにより、一対のサブフレーム５，５の車両前後方向後方域５２は、操舵された前輪６を回避する回避部５４を構成する。

図４に示すように、一対のサブフレーム５，５は、上述した一対のフロントサイドメンバ３，３よりも断面が小さな角筒状に形成され、回避部５４の内側の上部に下方に凹設された凹陥部５５が形成されている。凹陥部５５は、その前方域及び後方域よりも剛性が小さくなる弱部として前方域及び後方域よりも断面が小さくなるように形成されている。これにより、自動車１が正面衝突し、所定値以上の荷重が作用した場合に、一対のサブフレーム５，５は、それぞれ凹陥部５５を境に下方へ折れ曲がるように構成されている。

図３に示すように、一対のフロントサイドメンバ３，３と一対のサブフレーム５，５とは、その前端部が前側ブラケット７で連結されている。これにより、フロントサイドメンバ３とサブフレーム５とは、前側ブラケット７を介して一体化されている。

また、図１から図３に示すように、上述したパワートレイン２は、フロントマウント８とリヤマウント９とに支持されている。
フロントマウント８は、パワートレイン２の前側を弾性支持するためのものであり、一対のサブフレーム５，５の車両前後方向前方域５３で車幅方向に架設されている。フロントマウント８は、パワートレイン２側に固定されるサブクロスメンバ８１と、一対のサブフレーム５，５側に固定される一対のブラケット８２，８２とを備えている。

サブクロスメンバ８１は、パワートレイン２を支持するための支持部材であり、車幅方向に沿って設けられている。サブクロスメンバ８１は、その両端部に弾性支持部８３を有しており、弾性支持部８３を介して両端部が一対のサブフレーム５，５に弾性支持されている。サブクロスメンバ８１は、パワートレイン２の前方下部にボルト（図示せず）によって固定される。

一対のブラケット８２，８２は、サブクロスメンバ８１の両端部（弾性支持部８３）を一対のサブフレーム５，５に支持するためのものであり、一対のサブフレーム５，５の車両前後方向前方域５３で、前側ブラケット７の直後に固定されている。そして、一対のブラケット８２，８２には、サブクロスメンバ８１両端部の弾性支持部８３が軸８４を介して軸支されている。これにより、サブクロスメンバ８１が一対のブラケット８２，８２に弾性支持され、パワートレイン２の前部が一対のサブフレーム５，５に弾性支持される。
なお、一対のブラケット８２，８２は、一対のサブフレーム５，５の車両前後方向前方域５３において前側ブラケット７の直後でかつ凹陥部５５の直前に配置されている。これにより、パワートレイン２に入力された荷重をブラケット８２，８２を介して一対のサブフレーム５，５に伝達することが可能となる上、一対のサブフレーム５，５を凹陥部５５で確実に下方へ折り曲げることが可能となる。

リヤマウント９は、パワートレイン２の後側を弾性支持するためのものであり、サスペンションクロスメンバ４０に設置されている。リヤマウント９は、パワートレイン２側に固定されるプラントブラケット９１とサスペンションクロスメンバ４０側に固定されるマウントブラケット９２とを備えている。

プラントブラケット９１は、パワートレイン２を支持するための支持部材であり、車幅方向片側寄りで車両前後方向に沿って設けられている。図１及び図３に示すように、プラントブラケット９１は、パワートレイン２の後側を支持するのに十分な強度を有するブロック状に形成され、図２に示すように、その後側はマウントブラケット９２が収容されるように二股に分かれている。プラントブラケット９１は、前側がパワートレイン２の後部にボルト（図示せず）により固定され、後側がマウントブラケット９２に支持されている。

マウントブラケット９２は、プラントブラケット９１を弾性支持するための支持部材であり、サスペンションクロスメンバ４０の上面に固定されている。マウントブラケット９２は、その前部に弾性支持部９２１を有しており、弾性支持部９２１がプラントブラケット９１の後側で二股に分かれた部位に収容されるとともに軸９３を介して軸支されている。これにより、プラントブラケット９１がマウントブラケット９２に弾性支持され、パワートレイン２の後部がサスペンションクロスメンバ４０に弾性支持される。

図５及び図６は、自動車１が正面衝突した場合における荷重の伝達を説明するための模式図である。図５及び図６を用いて自動車１が正面衝突した場合における作用効果を説明する。

図５に示すように、フロントサイドメンバ３の上にマウント１０８を設置した場合、車両が前面衝突すると、フロントサイドメンバ３が潰れるため、マウント１０８でパワートレイン２を支持できなくなる。したがって、パワートレイン２への入力及び変位をリヤマウント９のみで支える必要があり、受け止める荷重の限界が低く、強固な補強をしなければならなかった。

これに対して、一対のサブフレーム５，５の上にフロントマウント８を配置した場合、衝突による荷重をフロントマウント８から一対のサブフレーム５，５に伝えることができ、より大きな荷重を受け止めることができる。これにより、パワートレイン２のキャビンへの進入を抑制することができる。

さらに、図５に示すように、フロントサイドメンバ３の上にマウント１０８を設置すると、マウント１０８からパワートレイン２の重心Ｇまでの距離が大きく、パワートレイン２の振動伝達を抑制することができない。

これに対して、一対のサブフレーム５，５の上にフロントマウント８を配置すると、フロントマウント８とリヤマウント９を結ぶ仮想面Ｍからパワートレイン２の重心Ｇまでの距離が小さくて済む。これにより、パワートレイン２の振動伝達を抑制することができる。これにより、一対のサブフレーム５，５の上にフロントマウント８を配置すると、振動伝達についても有利である。

また、例えば、フロントサイドメンバ３にマウント１０８を設置すると、フロントサイドメンバ３のマウント１０８が設置される部位の剛性が高くなる。これにより、衝突時におけるフロントサイドメンバ３の変形が阻害され、その分、変形により吸収できる荷重が小さくなってしまうため、フロントサイドメンバ３の衝突性能が阻害される。

これに対して、一対のサブフレーム５，５の上にフロントマウント８を配置すると、フロントサイドメンバ３の変形が阻害されることがないため、自動車１の正面衝突時におけるフロントサイドメンバ３のコントロールが容易である。

また、一対のサブフレーム５，５の上にフロントマウント８を配置すると、剛性が高くなるブラケット８２をサブフレーム５，５の前側（前側ブラケット７）に極力近づけることで局部的に剛性が高くならないようにすることができる上、フロントマウント８とリヤマウント９との前後間隔を大きく取ることができる。これにより、一対のサブフレーム５，５の支持剛性及びパワートレイン２の支持バランスが良好なものとなる。

また、図６に示すように、車両前後方向においてブラケット８２の後方域に弱部である凹陥部５５を設けることにより、その直前までとの剛性変化も利用し、一対のサブフレーム５，５を凹陥部５５で確実に折れるように積極的にモードコントロールを行うことができる。

これにより、パワートレイン２に作用する荷重を確実にサブフレーム５，５で受け止めるとともにパワートレイン２を確実に下方側へ変位させることができるので、パワートレイン２の車室側への侵入量を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る自動車１によれば、パワートレイン２は、一対のサブフレーム５，５の車両前後方向前方域５３に架設されたフロントマウント８と、サスペンションクロスメンバ４０に設置されたリヤマウント９と、に支持されるので、一対のフロントサイドメンバ３，３にマウントを設置する必要がなくなり、自動車１の正面衝突時における一対のフロントサイドメンバ３，３の衝撃吸収性能を維持してパワートレイン２への入力荷重をリヤマウント９で受け止めるだけでなく、一対のサブフレーム５，５へも積極的に伝達することができる。また、自動車１の正面衝突時における荷重は、一対のフロントサイドメンバ３，３と一対のサブフレーム５，５とに伝達されるので、自動車１の正面衝突時における荷重を一対のフロントサイドメンバ３，３と一対のサブフレーム５，５とより効率的に受け止めることができる。

また、一対のサブフレーム５，５の車両前後方向前方域５３に架設されたフロントマウント８と、サスペンションクロスメンバ４０に設置されたリヤマウント９とにパワートレイン２を支持させた状態で、これらを車体に組み付けることができる。これにより、組立作業性の向上を図ることができる。

また、前側ブラケット７の直後にフロントマウント８のブラケット８２が固定されているので、サブフレーム５の途中で剛性が大きくなることがなく、サブフレーム５に伝達される荷重をサブフレームの車両前後方向全体で受け止めることができる。さらにフロントマウント８とリヤマウント９との前後間隔を大きく取ることができ、パワートレイン２の前後の振れをより確実に抑制することができる。

また、自動車の正面衝突時に所定以上の荷重が作用すると、一対のサブフレーム５，５がフロントマウント８の後方となる凹陥部（弱部）５５で下方向へ折れ曲がるので、パワートレイン２がサスペンションクロスメンバ４０の後方のキャビン（図示せず）に進入するのを抑制することができる。
また、凹陥部５５が回避部５４の内側に設けられるので、回避部５４のほかに別途弱部を設ける必要がない。

以上説明したように、本発明は、自動車の正面衝突時における荷重を効率的に受け止めることができるので、特に、エンジンルームのスペースが限られた自動車の前部構造に好適である。

１ 自動車
２ パワートレイン
３ フロントサイドメンバ
３１ 後部
４ クロスメンバ
４０ サスペンションクロスメンバ
４１ アッパーフレーム
４１１ フランジ
４１２ フランジ
４２ ロアフレーム
４３ 前方側支持部
４４ 後方側支持部
４５ 前側アーム支持部
４６ 後側アーム支持部
４７ サスペンションアーム
４８ 連結部
４８１ 収容部
４８２ ボルト
５ サブフレーム
５１ 後端部
５２ 車両前後方向後方域
５３ 車両前後方向前方域
５４ 回避部
５５ 凹陥部
６ 前輪
７ 前側ブラケット
８ フロントマウント
８１ サブクロスメンバ
８２ ブラケット
８３ 弾性支持部
８４ 軸
９ リヤマウント
９１ プラントブラケット
９２ マウントブラケット
９２１ 弾性支持部
９２４ 軸受部
９３ ネジ（軸）

Claims (3)

1. 車両の前部に設置されるパワートレインと、
   前記パワートレインの両側に車両前後方向に沿って設けられ、後部が斜め下方に延在する一対のサイドメンバと、
   前記パワートレインの後方で車幅方向に沿って設けられ、前記一対のサイドメンバの後部に連結されるクロスメンバと、
   前記クロスメンバの車幅方向両側に設けられ、前記クロスメンバの先端から車両前後方向に沿って前方に延在する一対のサブフレームと、
   前記一対のサイドメンバと前記一対のサブフレームの先端とを連結する前側ブラケットと、
   前記一対のサブフレームの車両前後方向前方域で車幅方向に架設され、両端が前記前側ブラケットの直後に固定されるとともに前記パワートレインの前部を支持するサブクロスメンバを含んで構成されるフロントマウントと、
   前記クロスメンバに設置されて前記パワートレインの後部を支持するリヤマウントと、
   を備え、
   前記一対のサブフレームは、前記フロントマウントが設けられる位置の直後に、それぞれ弱部を有することを特徴とする自動車の前部構造。
2. 前記クロスメンバは、サスペンションを支持するサスペンションクロスメンバであることを特徴とする請求項１に記載の自動車の前部構造。
3. 前記弱部は、操舵された前輪を回避する回避部に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車の前部構造。

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