JP6149880B2

JP6149880B2 - 車両前部構造

Info

Publication number: JP6149880B2
Application number: JP2015026701A
Authority: JP
Inventors: 直行石井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: US20160236716A1; JP2016147630A; US9592854B2

Description

本発明は、車両前部構造に関する。

衝突初期に荷重が入力されるエネルギー吸収部を、サブフレームとサスペンションアーム（ロアアーム）との前方接続位置に設け、衝突時に前輪を外転させるようにした車体前部構造は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−９８９３号公報

しかしながら、フロントサイドメンバよりも車幅方向外側で前面衝突する微小ラップ衝突時に、前輪が車室側へ進入するのを抑制するためには、衝突初期（早期）に前輪をロアアームから離脱させる必要がある。このように、微小ラップ衝突時に、前輪をロアアームから早期に離脱させ易くする構造には、未だ改善の余地がある。

そこで、本発明は、微小ラップ衝突時に、前輪をロアアームから早期に離脱させ易くできる車両前部構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の車両前部構造は、車幅方向に延在するフロントクロスメンバ及びリアクロスメンバと、車体前後方向に延在して前記フロントクロスメンバの車幅方向外側端部と前記リアクロスメンバの車幅方向外側端部とを結合するサイドレールと、を有するサスペンションメンバと、車幅方向外側端部が前輪に結合され、車幅方向内側端部が少なくとも前記サスペンションメンバのフロント側結合部及びリア側結合部にそれぞれ結合されたロアアームと、前記ロアアームの前記フロント側結合部との結合点よりも車幅方向内側における前記フロントクロスメンバに形成され、車体前方側から入力された荷重により破断される脆弱部と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、車両がバリアに微小ラップ衝突したときなど、車体前方側から荷重が入力されたときに、フロントクロスメンバに形成された脆弱部が破断される。したがって、車体前方側から荷重が入力されたときに、フロント側結合部からロアアームが離脱される構成に比べて、前輪の後部側が車幅方向内側へ回動する所謂トーアウトが抑制される。

よって、バリアに前端部が衝突した前輪は、その後端部がロッカに衝突することになり、そのロッカから車体前方側へ向かう反力が得られる。これにより、前輪とロアアームとの間には、相対的に車体前後方向で逆方向の荷重が加わるため、前輪がロアアームから早期に離脱され易くなる。

また、請求項２に記載の車両前部構造は、請求項１に記載の車両前部構造であって、前記脆弱部は、少なくとも前記フロントクロスメンバの車体前方側を向く前壁に形成されている。

請求項２に記載の発明によれば、脆弱部が、少なくともフロントクロスメンバの車体前方側を向く前壁に形成されている。したがって、車両が微小ラップ衝突したときなど、車体前方側から荷重が入力されたときに、脆弱部が破断され易くなる。

また、請求項３に記載の車両前部構造は、請求項１又は請求項２に記載の車両前部構造であって、前記脆弱部は、凹ビード部とされている。

請求項３に記載の発明によれば、脆弱部が、凹ビード部とされている。したがって、車両が微小ラップ衝突したときなど、車体前方側から荷重が入力されたときに、脆弱部の破断が簡単な構造で効果的に促進される。

また、請求項４に記載の車両前部構造は、請求項１又は請求項２に記載の車両前部構造であって、前記脆弱部は、開口部とされている。

請求項４に記載の発明によれば、脆弱部が、開口部とされている。したがって、車両が微小ラップ衝突したときなど、車体前方側から荷重が入力されたときに、脆弱部の破断が簡単な構造で効果的に促進される。

また、請求項５に記載の車両前部構造は、請求項１又は請求項２に記載の車両前部構造であって、前記脆弱部は、切欠部とされている。

請求項５に記載の発明によれば、脆弱部が、切欠部とされている。したがって、車両が微小ラップ衝突したときなど、車体前方側から荷重が入力されたときに、脆弱部の破断が簡単な構造で効果的に促進される。

また、請求項６に記載の車両前部構造は、請求項１に記載の車両前部構造であって、前記脆弱部は、前記フロントクロスメンバの車幅方向外側端部と前記サイドレールとの結合力を、前記ロアアームの前記フロント側結合部との結合力よりも小さくすることで構成されている。

請求項６に記載の発明によれば、脆弱部が、フロントクロスメンバの車幅方向外側端部とサイドレールとの結合力を、ロアアームのフロント側結合部との結合力よりも小さくすることで構成されている。したがって、車両が微小ラップ衝突したときなど、車体前方側から荷重が入力されたときには、ロアアームのフロント側結合部との結合点よりも先にフロントクロスメンバの車幅方向外側端部とサイドレールとの結合点（脆弱部）が破断され、その破断が効果的に促進される。

請求項１に係る発明によれば、微小ラップ衝突時に、前輪をロアアームから早期に離脱させ易くすることができる。

請求項２に係る発明によれば、微小ラップ衝突時に、脆弱部を破断し易くすることができる。

請求項３〜請求項５に係る発明によれば、微小ラップ衝突時に、脆弱部の破断を簡単な構造で効果的に促進させることができる。

請求項６に係る発明によれば、微小ラップ衝突時に、ロアアームのフロント側結合部との結合点よりも先にフロントクロスメンバの車幅方向外側端部とサイドレールとの結合点（脆弱部）を破断させることができ、その破断を効果的に促進させることができる。

第１実施形態に係る車両前部構造を示す底面図である。ロアアームと前輪とを結合するジョイント部の構成を示す側断面図である。第１実施形態に係る車両前部構造の脆弱部を示す斜視図である。第１実施形態に係る車両前部構造を備えた車両の微小ラップ衝突時の状態を示す底面図である。第１実施形態に係る車両前部構造を備えた車両の微小ラップ衝突後の状態を示す底面図である。第２実施形態に係る車両前部構造の脆弱部を示す斜視図である。第３実施形態に係る車両前部構造の脆弱部を示す斜視図である。第４実施形態に係る車両前部構造の脆弱部の構成を示す底面図である。第４実施形態に係る車両前部構造の脆弱部の構成を示す分解斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、各図において、矢印ＵＰは車体上方向を示し、矢印ＦＲは車体前方向を示し、矢印ＯＵＴは車幅方向外側を示す。また、以下の説明で、特記することなく前後、上下、左右の方向を記載した場合は、車体前後方向の前後、車体上下方向の上下、車体左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。更に、本実施形態に係る車両前部構造１０は、左右対称に形成されている。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る車両前部構造１０について説明する。図１に示されるように、車両１２の前部下側には、サスペンションメンバ２０が配設されている。サスペンションメンバ２０は、断面略逆「Ｕ」字状に形成されて車幅方向に延在するフロントクロスメンバ２２及びリアクロスメンバ２４と、断面略逆「Ｕ」字状に形成されて車体前後方向に延在する左右一対のサイドレール２６と、を有している。

すなわち、フロントクロスメンバ２２は、車体前方側を向く前壁２２Ａと、車体上方側を向く上壁２２Ｂと、車体後方側を向く後壁２２Ｃと、を有しており、リアクロスメンバ２４も、車体前方側を向く前壁２４Ａと、車体上方側を向く上壁２４Ｂと、車体後方側を向く後壁２４Ｃと、を有している。一方、サイドレール２６は、後述するロアアーム４０に干渉しない高さで車幅方向外側を向く外壁２６Ａと、車体上方側を向く上壁２６Ｂと、車幅方向内側を向く内壁２６Ｃと、を有している。

そして、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側両端部とリアクロスメンバ２４の車幅方向外側両端部とが、それぞれ各サイドレール２６によって一体に結合されている。なお、サスペンションメンバ２０は、後述する第４実施形態のように、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側両端部とリアクロスメンバ２４の車幅方向外側両端部とが、それぞれ各サイドレール２６の前端部と後端部とにボルト締結等によって結合される構成とされていてもよい。

また、サスペンションメンバ２０の車幅方向外側には、前輪３８を支持する平板状のロアアーム（サスペンションアーム）４０が取り付けられている。ロアアーム４０の車幅方向内側は、フロント側アーム４２とリア側アーム４４とに分岐されており、それぞれサスペンションメンバ２０のフロント側結合部３２とリア側結合部３４とに結合されている。

詳細に説明すると、フロント側アーム４２の車幅方向内側端部は、車体前後方向を軸方向とする円筒部４２Ａとされており、その円筒部４２Ａ内には、円筒状のゴムブッシュ４６及びカラー部材４７（図９参照）が同軸的に配設されている。そして、リア側アーム４４の車幅方向内側端部も、車体前後方向を軸方向とする円筒部４４Ａとされており、その円筒部４４Ａ内には、円筒状のゴムブッシュ４８が配設されている。

フロント側結合部３２は、開放側を車幅方向外側に向けた底面視略「Ｕ」字状に形成されており、サイドレール２６の前端部における上壁２６Ｂの内面に溶接等によって固着されている。そして、フロント側結合部３２の前壁３２Ａ及び後壁３２Ｂには、それぞれ車体前後方向に連通する貫通孔３２Ｄ（図９参照）が形成されている。

したがって、フロント側アーム４２は、その円筒部４２Ａが車体下方側からフロント側結合部３２内に挿入され、車体前方側からボルト６６が前壁３２Ａの貫通孔３２Ｄ、カラー部材４７の貫通孔（図示省略）及び後壁３２Ｂの貫通孔３２Ｄに挿通されてナット６８に螺合されることにより、フロント側結合部３２に回動可能に締結されるようになっている。

リア側結合部３４は、サイドレール２６の後端部における上壁２６Ｂの内面とされており、その上壁２６Ｂの内面に車体下方側から締結される断面「Ｕ」字状のブラケット３６を有している。したがって、リア側アーム４４は、その円筒部４４Ａが車体下方側からリア側結合部３４に配置され、サイドレール２６の上壁２６Ｂに締結されたブラケット３６によって車体下方側から押さえられることにより、リア側結合部３４に固定されるようになっている。

また、図２に示されるように、ロアアーム４０の車幅方向外側端部には、ジョイント部１４を介して前輪３８が結合されている。ジョイント部１４は、ロアアーム４０の車幅方向外側端部に垂設されたボールジョイント１６を有しており、そのボールジョイント１６が前輪３８の車幅方向内側に設けられたナックルアーム１８の凹部１８Ａに嵌合されている。

なお、図４、図５に示されるように、前輪３８の車体後方側には、閉断面形状とされて車体前後方向に延在するロッカ３０が配設されている。また、図１に示されるように、ロアアーム４０のフロント側結合部３２との結合点（本実施形態では、フロント側結合部３２の内壁３２Ｃ）よりも車幅方向内側におけるフロントクロスメンバ２２には、車体前方側から入力された荷重によって破断される脆弱部５０が形成されている。

詳細に説明すると、図１、図３に示されるように、この脆弱部５０は、フロントクロスメンバ２２の車幅方向中央部よりも車幅方向外側で、かつフロント側結合部３２の内壁３２Ｃよりも車幅方向内側における前壁２２Ａ、上壁２２Ｂ及び後壁２２Ｃに亘って形成された断面略半円弧状の凹ビード部５２（薄肉部）とされている。そして、この凹ビード部５２は、車体前方側から入力された荷重により破断されるようになっている。

したがって、脆弱部５０としての凹ビード部５２は、少なくとも荷重が直接的に入力される前壁２２Ａに形成されていればよい。また、車体前方側から入力された荷重によってフロントクロスメンバ２２が破断されるように構成されていれば、脆弱部５０は、例えば図示しない断面略半円弧状の凸ビード部（薄肉部）とされていてもよい。

以上のような構成とされた車両前部構造１０において、次にその作用について説明する。

図４に示されるように、車両１２の前部側で車体前後方向に延在する左右一対のフロントサイドメンバ（図示省略）よりも車幅方向外側でバリアＷに前面衝突する微小ラップ衝突が発生すると、前輪３８の前端部がバリアＷに衝突し、その前輪３８に対して車体前方側から車体後方側へ向かう荷重Ｆ１が入力される。

すると、その前輪３８が取り付けられているロアアーム４０に車体後方側へ向かう荷重Ｆ２が入力され、そのロアアーム４０のフロント側アーム４２が車体後方側へ移動する。フロント側アーム４２が車体後方側へ移動すると、フロント側結合部３２を介して、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部に車体前方側から荷重が入力されることになり、脆弱部５０としての凹ビード部５２が破断される。

これにより、ロアアーム４０は、リア側結合部３４を中心とした車体後方側への回動が、フロント側結合部３２から離脱される構成に比べて抑制される。つまり、前輪３８の後部側が車幅方向内側へ回動する所謂トーアウトが抑制される。したがって、前輪３８は、その前部側がバリアＷに相対的に車体後方側へ押圧されることになり、図５に示されるように、その後部側がロッカ３０の前端部に衝突する。

すると、前輪３８には、車体前方側へ向かう反力Ｆ３がロッカ３０によって相対的に入力されるので、ロアアーム４０のジョイント部１４と前輪３８との間には、相対的に車体前後方向で逆方向の荷重が入力される。これにより、ジョイント部１４におけるボールジョイント１６がナックルアーム１８の凹部１８Ａから離脱され、前輪３８がロアアーム４０から早期に離脱され易くなる。そして、ロアアーム４０から離脱された前輪３８は、車両１２の車幅方向外側へ移動（転舵）される。

このように、車両１２の微小ラップ衝突により、前輪３８に車体前方から荷重が入力されたときには、その衝突初期において（早期に）、前輪３８をロアアーム４０から車幅方向外側へ離脱させることができる。よって、衝突後期において、前輪３８からロッカ３０へ荷重が伝達されるのを抑制又は防止することができ、前輪３８が車室側へ進入するのを防止することができる。つまり、車両１２において、乗員に対する衝突安全性能を向上させることができる。

なお、脆弱部５０としての凹ビード部５２は、少なくともフロントクロスメンバ２２の前壁２２Ａに形成されているので、車体前方側から直接的に荷重が入力される前壁２２Ａに形成されていない構成に比べて、破断され易い。また、脆弱部５０は、凹ビード部５２とされているので、その破断を簡単な構造で効果的に促進させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る車両前部構造１０について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図６に示されるように、この第２実施形態では、脆弱部５０が、開口部５４（貫通孔）で構成されている。詳細に説明すると、フロントクロスメンバ２２の前壁２２Ａ、上壁２２Ｂ及び後壁２２Ｃに、周方向が長手方向とされた略楕円形状の開口部５４が、それぞれ車幅方向で同位置に（周方向に１列で）形成されている。

このような構成にしても、車体前方側から荷重が入力されたときに、その脆弱部５０を破断させ易くすることができ、その脆弱部５０の破断を簡単な構造で効果的に促進させることができる。なお、脆弱部５０としての開口部５４は、少なくともフロントクロスメンバ２２の前壁２２Ａに形成されていればよいことは、上記第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る車両前部構造１０について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図７に示されるように、この第３実施形態では、脆弱部５０が、切欠部５６で構成されている。詳細に説明すると、フロントクロスメンバ２２の前壁２２Ａの下端部及び後壁２２Ｃの下端部に、車体前後方向から見て略等脚台形状となる切欠部５６が、それぞれ車幅方向で同位置に形成されている。

このような構成にしても、車体前方側から荷重が入力されたときに、その脆弱部５０を破断させ易くすることができ、その脆弱部５０の破断を簡単な構造で効果的に促進させることができる。なお、脆弱部５０としての切欠部５６は、少なくともフロントクロスメンバ２２の前壁２２Ａに形成されていればよいことは、上記第１実施形態と同様である。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る車両前部構造１０について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図８には車体左側の底面図が示されており、図９には車体右側の斜視図が示されている。図８、図９に示されるように、この第４実施形態では、脆弱部５０が、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部とサイドレール２６との結合力を、ロアアーム４０のフロント側結合部３２との結合力よりも小さくすることで構成されている。

詳細に説明すると、この第４実施形態におけるサスペンションメンバ２０のサイドレール２６の前端部には、車幅方向内側へ延在する断面略逆「Ｕ」字状の張出部２８が一体に形成されている。そして、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部が、その張出部２８内に車幅方向内側から挿入されるようになっている。

張出部２８の前壁２８Ａ及び後壁２８Ｂには、それぞれ車体前後方向に連通する貫通孔２８Ｃが形成されており、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部における前壁２２Ａ及び後壁２２Ｃにも、それぞれ車体前後方向に連通する貫通孔２２Ｄが形成されている。そして、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部内には、各貫通孔２２Ｄと同軸的に円筒状のカラー部材５８が設けられている。

したがって、サイドレール２６の張出部２８内にフロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部が挿入されて、車体前方側からボルト６２が前壁２８Ａの貫通孔２８Ｃ、前壁２２Ａの貫通孔２２Ｄ、カラー部材５８の貫通孔（図示省略）、後壁２２Ｃの貫通孔２２Ｄ及び後壁２８Ｂの貫通孔２８Ｃに挿通されてナット６４に螺合されることにより、サイドレール２６（張出部２８）とフロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部とが締結されるようになっている。

そして、このボルト６２及びナット６４による締結部６０（結合点）の車幅方向外側への耐剪断力（結合力）は、フロント側結合部３２の車幅方向外側への耐剪断力（結合力）よりも小さくされている。具体的には、フロント側結合部３２におけるボルト６６の径よりも、締結部６０におけるボルト６２の径が小さくされており、フロント側結合部３２における結合力よりも、締結部６０における結合力が弱くなるように構成されている。

したがって、車両１２の微小ラップ衝突により、車体前方側から荷重が入力されると、フロント側結合部３２よりも先に締結部６０（脆弱部５０）が破断される。具体的には、張出部２８の前壁２８Ａ及び後壁２８Ｂにおいて、貫通孔２８Ｃから車幅方向内側がボルト６２によって破断される。このように、結合力の弱い締結部６０で脆弱部５０を構成しても、その脆弱部５０を破断させ易くすることができ、その脆弱部５０の破断を効果的に促進させることができる。

以上、本実施形態に係る車両前部構造１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る車両前部構造１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、ロアアーム４０の車幅方向内側は、少なくともフロント側アーム４２とリア側アーム４４とに分岐されていればよい。

また、脆弱部５０は、図示の凹ビード部５２、開口部５４、切欠部５６及び締結部６０に限定されるものではなく、車両１２が微小ラップ衝突したときなど、フロントクロスメンバ２２の車幅方向外側端部に車体前方側から荷重が入力されたときに、そのフロントクロスメンバ２２を破断させ易くすることができ、かつ、その破断を効果的に促進させることができる構造になっていればよい。

また、フロント側結合部３２は、内壁３２Ｃを有しない構成とされていてもよい。更に、本実施形態に係る車両前部構造１０は、左右対称に形成されているとして説明をしたが、左右対称に形成されていなくてもよい。すなわち、脆弱部５０は、フロントクロスメンバ２２の車体左方側端部又は車体右方側端部のみに形成される構成とされていてもよい。

１０車両前部構造
２０サスペンションメンバ
２２フロントクロスメンバ
２４リアクロスメンバ
２６サイドレール
３２フロント側結合部
３４リア側結合部
３８前輪
４０ロアアーム
５０脆弱部
５２凹ビード部
５４開口部
５６切欠部

Claims

車幅方向に延在するフロントクロスメンバ及びリアクロスメンバと、車体前後方向に延在して前記フロントクロスメンバの車幅方向外側端部と前記リアクロスメンバの車幅方向外側端部とを結合するサイドレールと、を有するサスペンションメンバと、
車幅方向外側端部が前輪に結合され、車幅方向内側端部が少なくとも前記サスペンションメンバのフロント側結合部及びリア側結合部にそれぞれ結合されたロアアームと、
前記ロアアームの前記フロント側結合部との結合点よりも車幅方向内側における前記フロントクロスメンバに形成され、車体前方側から入力された荷重により破断される脆弱部と、
を備えた車両前部構造。
前記脆弱部は、少なくとも前記フロントクロスメンバの車体前方側を向く前壁に形成されている請求項１に記載の車両前部構造。
前記脆弱部は、凹ビード部とされている請求項１又は請求項２に記載の車両前部構造。
前記脆弱部は、開口部とされている請求項１又は請求項２に記載の車両前部構造。
前記脆弱部は、切欠部とされている請求項１又は請求項２に記載の車両前部構造。
前記脆弱部は、
前記フロントクロスメンバの車幅方向外側端部と前記サイドレールとの結合力を、前記ロアアームの前記フロント側結合部との結合力よりも小さくすることで構成されている請求項１に記載の車両前部構造。