特許 7597602 車両の前部車体構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】車両の前部車体構造

(51)【国際特許分類】

   B62D 21/00 20060101AFI20241203BHJP

【ＦＩ】

B62D21/00 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021019203

(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公開番号】P2022122111

(43)【公開日】2022-08-22

【審査請求日】2023-12-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592037790

【氏名又は名称】株式会社エフテック

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 勝也

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英幸

(72)【発明者】

【氏名】印南 昌光

【審査官】近藤 利充

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８６９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８６１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８２５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１８１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０８６０２４５４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２００９０５８４００（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サスペンションアームを揺動可能に保持するサス保持部を有すると共に、車両後方側で車体のボデーフロアに締結される車体取付部を有するサスペンションメンバと、
車幅方向外側でボールジョイントを支持するボールジョイント支持部、および、車幅方向内側で前記サスペンションメンバの前記サス保持部に保持される保持部を有するサスペンションアームと、
前記サスペンションメンバに連結される第１連結部、および、前記ボデーフロアよりも高い剛性の部位であるボデーフロントサイドメンバに連結される第２連結部を有するブレースと、を備え、
車両の平面視において、前記ボールジョイント支持部と前記車体取付部を結んだ線上またはその近傍に前記サス保持部が配設され、
前記ブレースは、前記第１連結部と前記第２連結部を結んだ線が車両後方に向かうにつれて車幅方向外側に斜行するように配設され、
前記ブレースには、前記第１連結部と前記第２連結部の間の中央部分に脆弱部が形成されている、
車両の前部車体構造。

【請求項2】

請求項１に記載の車両の前部車体構造において、
前記ブレースの前記脆弱部は、前記ブレースの上面を凹み形状とした部分である、
車両の前部車体構造。

【請求項3】

請求項１に記載の車両の前部車体構造において、
前記ブレースの前記脆弱部は、前記ブレースに設けられた孔である、
車両の前部車体構造。

【請求項4】

請求項１に記載の車両の前部車体構造において、
前記ブレースは、短手方向の両端部に長手方向に延びて形成されたフランジを含み、
前記ブレースの前記脆弱部は、前記ブレースの前記フランジを切り欠いた部分である、
車両の前部車体構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の前部車体構造に関し、特に、サスペンションメンバの車体への取付構造に関する。

【背景技術】

【0002】

典型的な乗用車において、車両の乗員室より前方の部分は、エンジンなどの車両駆動用の原動機を含む動力装置を収容するエンジン室となっている。エンジン室と乗員室の境界部分の下方には、サスペンションアームを揺動可能に保持するサスペンションメンバが配置されている。

【0003】

特許文献1には、車両の前部車体構造が開示されており、左右１対のロアアーム（サスペンションアーム）と、これら左右１対のロアアームを揺動可能に支持するサブフレーム（サスペンションメンバ）と、サブフレームの車両後方部分を左右１対のフロアフレーム（サイドメンバ）に連結する左右１対の連結メンバとを備える構造が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１８６９６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

サスペンションメンバの車体への取付構造に応じて、車両の静粛性が変化すると共に、車両の走行安定性も変化する。車両の静粛性と走行安定性の両方を確保することができる、サスペンションメンバの取付構造が望まれている。

【0006】

本発明の目的は、車両の静粛性と走行安定性の両方を確保できる、サスペンションメンバの取付構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の車両の前部車体構造は、サスペンションアームを揺動可能に保持するサス保持部を有すると共に、車両後方側で車体のボデーフロアに締結される車体取付部を有するサスペンションメンバと、車幅方向外側でボールジョイントを支持するボールジョイント支持部、および、車幅方向内側で前記サスペンションメンバの前記サス保持部に保持される保持部を有するサスペンションアームと、前記サスペンションメンバに連結される第１連結部、および、前記ボデーフロアよりも高い剛性の部位であるボデーフロントサイドメンバに連結される第２連結部を有するブレースと、を備え、車両の平面視において、前記ボールジョイント支持部と前記車体取付部を結んだ線上またはその近傍に前記サス保持部が配設され、前記ブレースは、前記第１連結部と前記第２連結部を結んだ線が車両後方に向かうにつれて車幅方向外側に斜行するように配設され、前記ブレースには、前記第１連結部と前記第２連結部の間の中央部分に脆弱部が形成されている、ことを特徴とする。

【0008】

この構造によれば、サスペンションアームを介してサスペンションメンバに入力される、路面からの振動を効率的に低剛性部位であるボデーフロアに伝達させて、その振動を減衰させることができる。また、サスペンションメンバがブレースを介して高剛性部位であるボデーフロントサイドメンバに連結しているため、走行安定性も確保することができる。また、サスペンションメンバに入力される荷重に対して、ブレースがサスペンションメンバの変形を抑制する補強部材として機能する。また、この構造によれば、衝突荷重がブレースに伝達された際に、脆弱部を起点にブレースを座屈させることができる。

【0009】

本発明の車両の前部車体構造において、前記ブレースの前記脆弱部は、前記ブレースの上面を凹み形状とした部分である、としてもよい。

【0010】

本発明の車両の前部車体構造において、前記ブレースの前記脆弱部は、前記ブレースに設けられた孔である、としてもよい。
本発明の車両の前部車体構造において、前記ブレースは、短手方向の両端部に長手方向に延びて形成されたフランジを含み、前記ブレースの前記脆弱部は、前記ブレースの前記フランジを切り欠いた部分である、としてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、車両の静粛性と走行安定性の両方を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】車両の前部車体構造を模式的に示す斜視図である。

【図2】サスペンションメンバを示す斜視図である。

【図3】前部車体構造を下方から見た状態を模式的に示す図である。

【図4】図３のＡ－Ａ断面図である。

【図5】ブレースを示す斜視図である。

【図6】前部車体構造を側方から見た状態を模式的に示す図である。

【図7】前面衝突時の前部車体構造の変形の様子を模式的に示す図である。

【図8】前面衝突時の図３のＡ－Ａ断面図である。

【図9】路上からの振動の伝わり方を説明するための図である。

【図10】ブレースの剛性に応じた車両の静粛性と走行安定性の特性を模式的に示す図である。

【図11】別のブレースを示す斜視図である。

【図12】さらに別のブレースを示す斜視図である。

【図13】ボールジョイント支持部、サス保持部、および車体取付部の位置関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。以下の説明において、特段の断りがない限り、前後左右上下等の方向および向きを表す語句は、車両に関する方向および向きを表す。また、車両の左右方向（幅方向）において車両の前後方向に延びる中心線に近い側を車幅方向内側、遠い側を車幅方向外側と記す。各図において、矢印ＦＲの向きが前方、矢印ＵＰの向きが上方、矢印ＬＨの向きが左方を表す。

【0014】

図１は、車両１０の前部車体構造１２を模式的に示す斜視図である。前部車体構造１２は、ダッシュボード１４で乗員室１６と隔てられたエンジン室１８を規定する。エンジン室１８には、エンジンや電動機などの車両駆動用の原動機、変速機および終減速機が一体となった動力装置２０（図６参照）が収容されている。前部車体構造１２は、左右を前後方向に延びて配置されるボデーフロントサイドメンバ２２（以下、単にサイドメンバ２２とも言う）を有する。左右のサイドメンバ２２の前端には、それぞれクラッシュボックス２４が結合されている。サイドメンバ２２は、エンジン室１８内では前部車体構造１２の上下方向においてほぼ中央部に配置され、サイドメンバ２２の後方部は、ダッシュボード１４に沿って下方に向かった後、乗員室１６の下で後方に延びている。

【0015】

エンジン室１８と乗員室１６の境界部分の下方には、サスペンションアームを揺動可能に保持するサスペンションメンバ２８が配置されている。サスペンションメンバ２８は、左右のサイドメンバ２２を橋渡すように配置され、これらのサイドメンバ２２に結合されている。サスペンションメンバ２８は、前方に向けて伸びる前方延伸部３０を有する。前方延伸部３０は、サイドメンバ２２の下方に位置し、上下に位置するサイドメンバ２２と前方延伸部３０の前端同士は、上下に延びる連結材３２により連結されている。また、前方延伸部３０の前端には、ロワクラッシュボックス３４が結合されている。

【0016】

図２は、サスペンションメンバ２８を示す斜視図であり、同図では、サスペンションメンバ２８の上面の構造が一部省略して描かれている。サスペンションメンバ２８は、前方延伸部３０の後方に連結された基部２９と、基部２９の前縁の左右にそれぞれ配置された２本の吊り下げポスト３８とを有する。サスペンションメンバ２８は、板金製の複数の部材から形成されており、基部２９の後方部は、上下に金属板を配置して閉空間とした構造を有している。吊り下げポスト３８は、サスペンションメンバ２８の基部２９から上方かつ車幅方向外側に向けて延び、上端がサイドメンバ２２に締結される前部締結点４６となっている。

【0017】

基部２９の後方部には、左右１対のフロア締結点４０（車体取付部４０とも言う）と、フロア締結点４０よりも前方かつ車幅方向外側に位置する左右１対のブレース締結点４２（第１連結部４２とも言う）とが形成されている。フロア締結点４０は、上下の金属板を貫通するボルト挿入孔４０ａを有し、ブレース締結点４２は、下側の金属板のみを貫通するボルト挿入孔４２ａを有している。

【0018】

図３は、前部車体構造１２を下方から見た状態を模式的に示す図であり、図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。サスペンションメンバ２８は、サイドメンバ２２及びフロアパネル４８よりも下側に配置されている。前部車体構造１２は、サスペンションメンバ２８のブレース締結点４２（第１連結部４２）と、サイドメンバ２２のブレース締結点４３（第２連結部４３とも言う）により車体に装着された左右１対のブレース２６を備える。

【0019】

サイドメンバ２２は、上側が開口したＵ字状の断面を有して前後方向に延びており、図４に示すように、フロアパネル４８が上側から被さることにより閉断面を形成している。サイドメンバ２２は、高い剛性を有しており、車体の骨格を成している。フロアパネル４８（ボデーフロア４８とも言う）は、乗員室の下側に広がって設けられており、サイドメンバ２２に比べて低い剛性を有している。フロアパネル４８は、サスペンションメンバ２８のフロア締結点４０（図３参照）では下側に凹んでおり、フロア締結点４０と、サイドメンバ２２のブレース締結点４３とは、上下方向の位置がほぼ同じとなっている。

【0020】

２つのフロア締結点４０のそれぞれには、下側からボルトが挿入され、ボルトは、サスペンションメンバ２８のボルト挿入孔４０ａ（図２参照）と、フロアパネル４８に形成されたボルト挿入孔（不図示）を通って、フロアパネル４８上のナット（不図示）に螺合している。これにより、サスペンションメンバ２８の後方部とフロアパネル４８とが結合している。

【0021】

１対のブレース２６は、左右対称となるように車体に締結されている。図５は、ブレース２６を示す斜視図である。ブレース２６は、長方形の金属板をプレス加工して形成されており、長手方向の中央部分にブレース２６の他の部分に比べて脆弱な脆弱部５０を有している。脆弱部５０は、ブレース２６の上面を凹み形状とした部分である。脆弱部５０は、車両の前面衝突により、ブレース２６の長手方向に一定以上の荷重が印加された際に、折れ起点として機能する（図８参照）。ブレース２６の長手方向の両端部には、ボルト挿入孔４２ｂ、４３ｂが形成されている。

【0022】

図４に示すように、サスペンションメンバ２８のブレース締結点４２には、下側からボルトが挿入され、ボルトは、ブレース２６のボルト挿入孔４２ｂと、サスペンションメンバ２８のボルト挿入孔４２ａを通って、サスペンションメンバ２８内の下側金属板上のナットに螺合している。また、サイドメンバ２２のブレース締結点４３にも、下側からボルトが挿入され、ボルトは、ブレース２６のボルト挿入孔４３ｂと、サイドメンバ２２に形成されたボルト挿入孔４３ａを通って、サイドメンバ２２上のナットに螺合している。これにより、ブレース２６は、サスペンションメンバ２８の後方部と、それよりも車両後方にあるサイドメンバ２２の部分との間に延びてそれらを連結している。

【0023】

図３に示すように、サスペンションメンバ２８の基部２９の左右端側には、１対のサスペンションアーム３６が揺動可能に保持されている。

【0024】

図６は、前部車体構造１２を側方から見た状態を模式的に示す図である。サスペンションメンバ２８の吊り下げポスト３８の上端は、サイドメンバ２２の前方部の下面に締結されて、前部締結点４６となっている。サスペンションメンバ２８の前方延伸部３０は、前方に延びた後、斜め上方に延び、その後再び前方に延びている。サスペンションメンバ２８の基部２９の上面には、ステアリングギアボックス２１が強固に固定されている。ステアリングギアボックス２１は、操舵輪の回転運動を左右方向の直線運動に変換する機構であり、これにより前輪が操舵される。ステアリングギアボックス２１の前方には、動力装置２０が配置されている。

【0025】

次に、以上説明した前部車体構造１２の作用効果について説明する。

【0026】

図７は、前面衝突時の前部車体構造１２を示す模式図である。前面衝突時、クラッシュボックス２４およびロワクラッシュボックス３４はつぶれ、さらにサイドメンバ２２も変形する。サスペンションメンバ２８の前方延伸部３０は、その前端部がその後端部に比べて高い位置にあるため、前方からの衝突荷重Ｆにより曲げモーメントが作用して、下方へ折れ曲がる。前方延伸部３０が下方へ折れ曲がることで、サスペンションメンバ２８の基部２９の前縁に下向きの力が作用し、この下向きの力により、前部締結点４６において吊り下げポスト３８がサイドメンバ２２から外れ、基部２９の前縁が下方に向かう。

【0027】

さらに、衝突荷重Ｆが、サスペンションメンバ２８に締結されたブレース２６に印加されることで、ブレース２６が、その脆弱部５０で中折れする（図８参照）ため、サスペンションメンバ２８を後方へ移動させることができる。なお、サスペンションメンバ２８は、２つのフロア締結点４０でフロアパネル４８とも締結されているが、フロアパネル４８は低剛性であるため衝突荷重Ｆで比較的容易に変形し、サスペンションメンバ２８の後方移動を大きく阻害することはない。このように、サスペンションメンバ２８を下方に向かって折れ変形させると共に後退させることで、ステアリングギアボックス２１を下方及び後方に退避させることができる。これにより、衝突荷重Ｆにより後方へ移動してくる動力装置２０が、ステアリングギアボックス２１と干渉することを抑制することができる。動力装置２０の後方移動が確保されるため、衝突エネルギを吸収することができる。

【0028】

また、前部車体構造１２によれば、サスペンションメンバ２８の後方部が、フロア締結点４０でフロアパネル４８に締結されると共に、ブレース２６を介して車体骨格であるサイドメンバ２２に連結されている。これにより、車両の静粛性と走行安定性を両立することができる。図９に示すように、路面からの振動（太線黒矢印）は、サスペンションアーム３６を介して、サスペンションメンバ２８に伝達される。例えば、サスペンションメンバ２８の後方部を、フロアパネル４８のみに締結する構造とすれば、サスペンションメンバ２８に伝達された振動を、剛性が比較的低いフロアパネル４８のみに伝達させ、車体骨格には伝達させないため、車両の静粛性を向上させることができる。しかし、この構造の場合、フロアパネル４８の剛性が低いことにより、サスペンションメンバ２８とフロアパネル４８の締結点の耐久強度が低いため、サスペンションアーム３６からの振動入力により、その締結点が大きく変形して走行安定性が低下する問題がある。一方、サスペンションメンバ２８の後方部を、車体骨格であるサイドメンバ２２のみに締結する構造とすれば、走行安定性を向上することはできるが、サスペンションアーム３６からの振動入力が車体骨格に伝わるため、車両の静粛性が悪化してしまう。このように、車両の静粛性と走行安定性とは相反する関係にある。以上説明した前部車体構造１２によれば、サスペンションメンバ２８の後方部が、フロアパネル４８とサイドメンバ２２の両方に締結されているため、これらが相補的に機能して、車両の静粛性と走行安定性をバランス良く両立させることできる。

【0029】

さらに、以上説明した前部車体構造１２では、サスペンションメンバ２８が、ブレース２６を介してサイドメンバ２２に連結されている。サスペンションメンバ２８には、サスペンションアーム３６から上下方向の振動が伝わってくるが、上下方向の変形に対する剛性を低くしたブレース２６を用いることで、サスペンションメンバ２８からサイドメンバ２２への振動の伝達率を抑制することができる。

【0030】

図１０は、ブレース２６の剛性に応じた車両の静粛性と走行安定性の特性を模式的に示す図である。以上説明した前部車体構造１２によれば、図１０に示すように、ブレース２６の剛性を変更することで、車両の静粛性と走行安定性のバランスを変更することができる。ブレース２６の剛性の変更は、例えば、ブレース２６の板厚を増減させたり、ブレース２６の短手方向の両端部に長手方向に延びて形成したフランジ５２（図１１参照）の高さを変更することで実現することができる。例えば、高い剛性のブレース２６（例えば図１０の星印の位置の剛性を有するブレース）を用いることで、走行安定性が比較的高いスポーティな性格の車両を、車両構造を大きく変更せずに実現することができる。

【0031】

なお、以上説明したブレース２６の脆弱部５０は、ブレース２６の上面を凹み形状としたものであったが、脆弱部５０は、様々な形態のものを採用することができる。例えば、図１１に示すように、ブレース２６Ａの脆弱部５０Ａとして、孔を設けてもよい。また、図１２に示すように、ブレース２６Ｂの脆弱部５０Ｂとして、フランジ５２を切り欠いた部分を設けてもよい。

【0032】

次に、サスペンションアーム３６とサスペンションメンバ２８の取付構造について補足する。図１３に示すように、サスペンションメンバ２８は、サスペンションアーム３６を揺動可能に保持する、車両後方側のサス保持部６０と車両前方側のサス保持部６１を有する。サスペンションアーム３６は、車幅方向外側でボールジョイントを支持するボールジョイント支持部６４と、車幅方向内側でサスペンションメンバ２８のサス保持部６０、６１のそれぞれに保持される保持部６６、６７を有する。車両の平面視において、車両後方側のサス保持部６０は、ボールジョイント支持部６４と車体取付部４０を結んだ線７０の近傍に配置されている。なお、サス保持部６０は、ボールジョイント支持部６４と車体取付部４０を結んだ線７０上に配置されていてもよい。この構造により、サスペンションアーム３６を介してサスペンションメンバ２８に入力される、路面からの振動を効率的に低剛性部位であるボデーフロア４８に伝達させて、その振動を減衰させることができる。

【0033】

また、ブレース２６は、第１連結部４２と第２連結部４３を結んだ線７２が車両後方に向かうにつれて車幅方向外側に斜行するように配設されている。なお、本実施形態においては、第１連結部４２が線７０上に配設されているが、第１連結部４２は線７０の近傍に配設されていてもよい。この構造により、サスペンションメンバ２８は、ブレース２６を介して高剛性部位であるボデーフロントサイドメンバ２２に連結しているため、走行安定性を確保することができる。また、サスペンションメンバ２８に入力される荷重に対して、ブレース２６がサスペンションメンバ２８の変形を抑制する補強部材として機能する。

【符号の説明】

【0034】

１０ 車両、１２ 前部車体構造、１４ ダッシュボード、１６ 乗員室、１８ エンジン室、２０ 動力装置、２１ ステアリングギアボックス、２２ ボデーフロントサイドメンバ（サイドメンバ）、２４ クラッシュボックス、２６，２６Ａ，２６Ｂ ブレース、２８ サスペンションメンバ、２９ 基部、３０ 前方延伸部、３２ 連結材、３４ ロワクラッシュボックス、３６ サスペンションアーム、３８ 吊り下げポスト、４０ フロア締結点（車体取付部）、４０ａ ボルト挿入孔、４２ ブレース締結点（第１連結部）、４２ａ，４２ｂ ボルト挿入孔、４３ ブレース締結点（第２連結部）、４３ａ，４３ｂ ボルト挿入孔、４６ 前部締結点、４８ フロアパネル（ボデーフロア）、５０，５０Ａ，５０Ｂ 脆弱部、５２ フランジ、６０，６１ サス保持部、６４ ボールジョイント支持部、６６，６７ 保持部、７０，７２ 線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】