JP2008056191A - 車体前部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】操縦安定性を確保すると共に衝撃エネルギの吸収性に優れた車体前部構造を提供する。
【解決手段】車体前後方向に延在する左右のサイドフレーム２の下方に配置される左右のサイドメンバ２２の中間部が後部クロスメンバ５１で連結され、サイドメンバ２２の前後端部を左右のサイドフレーム２に結合すると共に、各サイドメンバ２２の中間取付部２８に固設された中間支持部材４１がサイドフレーム２の中間取付部５に結合されるサブフレーム２１を備え、サイドフレーム２１の中間取付部５と中間支持部材４１が、パワーユニットＰ／Ｕの相対的な後方移動に起因する後部クロスメンバ５１の移動に伴うサイドフレーム２の中間取付部５に対する中間支持部材４１の相対移動によって結合が解除される結合手段６１を介して結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイドフレームの下方にサブフレームが配置された車体前部構造に関する。

車体前部において車体前後方向に延在する左右のサイドフレームの下方にサスペンションを支承するサブフレームを配置した車両がある。

この種のサブフレームとしては、例えば、車体の左右において前後方向に延在するサイドメンバ及びこれら左右のサイドメンバの前部及び後部を連結するクロスメンバにより形成し、サイドメンバの前後両端部をサイドフレームにそれぞれ固設すると共に、中間部を中間連結ブラケットを介してサイドフレームに支持する。更に、このサイドメンバの前端と中間部との間にサイドメンバの軸線方向と略直交する向きの曲折用ビードを設け、衝突時の座屈荷重が加わると、この曲折用ビードの部分をきっかけとしてサイドメンバを変形させる自動車のサブフレーム構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、前後方向に延在する左右のサイドメンバの前部及び後部をクロスメンバにより連結し、サイドメンバの前後の両端部をラバーブッシュを介在してサイドフレームに支持すると共に、中間部に立設した中間支持部をラバーブッシュを介在してサイドメンバに支持するサブフレームも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−８５４７３号公報 特開２００５−２７１８１０号公報

上記特許文献１によると、サスペンションを支持するサブフレームを形成するサイドメンバの前端部及び後端部をサイドフレームに固設し、更に中間部を中間連結ブラケットを介してサイドフレームに支持することによってサブフレームとサイドフレームが強固に結合されてサイドフレーム及びサブフレームの剛性が高められてサスペンション支持剛性及び車体剛性が向上し、操縦安定性が向上する。また、このサイドメンバの前端部と中間部との間にサイドメンバの軸線方向と略直交する向きの曲折用ビードを設けることにより、衝突時に前方から衝撃荷重が加わるとサイドメンバに設けられた曲折用ビードの部分をきっかけとしてサイドメンバの座屈変形が誘発される。

しかし、サイドメンバの前端部及び後端部がサイドフレームに固設され更に中間部が中間連結ブラケットを介してサイドフレームに支持されることから、衝突時の衝撃荷重によるサイドフレーム及びサブフレームの変形が拘束されて衝撃エネルギの吸収性に影響を及ぼすことが懸念される。

即ち、衝突初期においてはサイドフレーム及びサブフレームの前部部分の座屈変形による衝突エネルギの吸収特性が得られる。一方、クロスメンバが掛け渡されたサイドメンバの前後端部及び中間部がサイドフレームに強固に結合されることから、衝突後期においてエンジン等のパワーユニットが相対的に後退してクロスメンバに接触した際に、サブフレーム及びサイドメンバの変形が拘束されてサブフレーム及びサイドメンバの変形による良好な衝撃エネルギ吸収性が確保できないおそれがある。

この対策としてサイドフレームにおける中間連結ブラケットの結合部とサイドフレームとの結合部と範囲、即ちサイドフレームの中間連結ブラケットとの結合部より後方の後部範囲の剛性を抑制してサイドフレームの有効圧壊ストロークを確保すると、サイドフレームの剛性が低下して車体剛性及びサスペンション支持剛性の低下を招き、操縦安定性に影響を及ぼすことが懸念される。

また、サイドフレームの中間部分における中間連結ブラケットとの結合部分が、中間連結ブラケットの結合によって該部の剛性が増大してサイドフレームの十分な有効圧壊ストロークの確保が困難になる。

一方、上記特許文献２によると、サイドメンバとサブフレームがラバーブッシュを介在して連結されることから、衝突時の衝撃荷重によるサイドフレーム及びサブフレームの拘束が緩和されて、特許文献１に対して衝撃エネルギの吸収性が向上する。しかし、サイドフレームとサブフレームの結合剛性の低下によりサスペンション支持剛性及び車体剛性が低下して、操縦安定性に影響を及ぼすことが懸念される。

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、操縦安定性を確保すると共に衝撃エネルギの吸収性に優れた車体前部構造を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の車体前部構造の発明は、車体前後方向に延在するサイドフレームの下方に配置されて、車体前後方向に延在する左右のサイドメンバの前端部及び後端部をそれぞれ上記左右のサイドフレームに結合すると共に、該各サイドメンバの前後方向中間に形成された中間取付部にクロスメンバを支持する中間支持部材が上記左右のサイドフレームの中間取付部に結合されるサブフレームを備え、上記左右のサイドフレーム間にパワーユニットが搭載される車体前部構造において、上記サイドメンバの中間取付部と後端側との間に、前方からの衝突荷重により座屈変形する屈曲促進部を有し、上記サイドフレームの中間取付部と中間支持部材とが、上記パワーユニットの後方移動に起因する上記クロスメンバの移動に伴うサイドフレームの中間取付部に対する上記中間支持部材の相対移動によって結合が解除される結合手段を介して結合されたことを特徴とする。

この発明によると、サイドメンバの前端部及び後端部がサイドフレームに結合されると共に、クロスメンバが中間支持部材及び結合手段によってサイドフレームの中間取付部に結合されて、サイドフレーム及びサブフレームの剛性が向上しサスペンション支持剛性及び車体剛性が確保されて良好な操縦安定性が得られる。

一方、衝突初期においては中間支持部材及び結合手段によって連結されるサイドフレーム及びサイドメンバの中間取付部より前方の前部範囲の変形により衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重を低減させる。更に、パワーユニットが後方移動する衝突後期においては、パワーユニットの後方移動によりクロスメンバを後方移動させて、結合手段によるサイドフレームの中間取付部と中間支持部材との結合を解除してサイドフレームからクロスメンバを脱落させてパワーユニットの後方移動に対する抗力を抑制して衝撃エネルギの吸収性を確保することにより衝撃荷重が低減され、乗員に対する衝撃を大幅に緩和する。また、サイドメンバの中間取付部と後端部との間に前方からの衝撃荷重により座屈変形する屈曲促進部を形成することにより、衝突後期においてパワーユニットの後方移動に起因するクロスメンバの移動が確実に行われ、サイドメンバの中間取付部と後端部との間の座屈変形による有効的な衝撃エネルギの吸収が確保できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の車体前部構造において、前方からの衝撃荷重に対する座屈抗力が、上記サイドメンバの中間取付部より前方の前部範囲に対し中間取付部と後端部との間が大であることを特徴とする。この発明によると、サイドメンバの前部範囲が後部範囲に対して座屈抗力が小さく設定され、衝突初期における前部範囲の座屈による衝撃エネルギの吸収が効率的に行われる。

請求項3に記載の発明は、請求項1の車体前部構造において、上記屈曲促進部は、上記サイドメンバの中間取付部の後端側に屈曲部を介して前端が連続すると共に後方に移行するに従って漸次下降する前方部分と、該前方部分の後端に屈曲部を介して前端が連続すると共に略水平で後方に延在する中間部分と、該中間部分の後端に屈曲部を介して前端が連続すると共に後方に移行するに従って漸次上昇し後端が上記後端部側に連続する後方部分とが連続形成されたことを特徴とする。

この発明によると、衝突後期において前方からの衝撃荷重により前方部分及び後方部分の傾斜角が増大するように座屈促進部が座屈変形して、脱落したパワーユニットを下方に誘導し、パワーユニットの後方移動に対する抗力を抑制できると共に、パワーユニットの後退による車室への影響が軽減できる。

請求項4に記載の発明は、請求項１〜3のいずれか１項の車体前部構造において、上記結合手段は、上記中間支持部材に設けられ前端側が開放されたスリット状のボルト取付穴が形成されたブラケットと、上記サイドフレームの中間取付部に固定され上記ボルト取付穴を貫通して上記ブラケットに対して相対移動可能に結合する取付ボルトとを備えたことを特徴とする。

この発明によると、サイドフレームの中間取付部に対する中間支持部材の相対的な後方移動により、ブラケットが後方に移動してボルト取付穴がサイドフレームに固設された取付ボルトから外れ、中間支持部材とサイドフレームとの結合が解除できる。

請求項5に記載の発明は、請求項１〜4のいずれか１項の車体前部構造において、上記サイドフレームにおける中間取付部と後端部との間を補強する補強部材を備えたことを特徴とする。

この発明によると、衝突時の衝撃エネルギ吸収に影響が少ないサイドフレームにおける中間取付部と後端部との間を補強部材により補強することにより、衝撃エネルギ吸収特性を確保しつつサイドフレームの剛性が向上し、サスペンション支持剛性及び車体剛性が確保されて良好な操縦安定性が得られる。

この発明によると、サイドフレーム及びサブフレームの剛性が向上しサスペンション支持剛性及び車体剛性が確保されて良好な操縦安定性が得られる。

一方、衝突初期においては中間支持部材及び結合手段によって連結されるサイドフレーム及びサイドメンバの中間取付部より前方の前部範囲の変形により衝撃エネルギを吸収して衝突荷重を低減させると共に、パワーユニットが後退する衝突後期においては、結合手段によるサイドフレームの中間取付部と中間支持部材支持部材との結合を解除して、パワーユニットの後方移動に対する抗力を抑制して衝撃エネルギの吸収性を確保することにより衝撃荷重を低減させ、乗員に対する衝撃を大幅に緩和する。

以下本発明の車体前部構造の実施の形態を図１乃至図８を参照して説明する。なお、各図において矢印Ｆは車体前方方向を示している。
図１は、本実施の形態に係る車体前部構造における車体前部１の概要を示す斜視図であり、図２は図１の矢視Ａ方向から見た模式的に示す側面図である。

図１に示すように、車体前部１には、車体前後方向に延在する中空断面形状に形成された左右のサイドフレーム２が配設されている。

サイドフレーム２は略水平で前後方向に延在する直線状で前端下面に前部取付部４が形成され後端下面に中間取付部５が形成された前部範囲３と、前部範囲３の後端に連続すると共に後方に移行するに従って漸次下方に変移するように傾斜したキックアップ部７及びキックアップ部７の後端に連続形成されて図示しないフロアフレームに接続される後端部８が連続形成された後部範囲６を備えている。前部取付部４には下方に延在する前部支持部材４０が設けられている。

左右のサイドフレーム２の前端にブラケット１０を介して車幅方向に延在するバンパフレーム１１が掛け渡されている。バンパフレーム１１の前面に図示しないポリプロピレン発泡材等によって形成された衝撃緩衝部材が配置され、衝撃緩衝部材の外表面を樹脂製のバンパフェイスによって被覆して車幅方向に延在するバンパを形成している。なお、この左右のサイドフレーム２の間にエンジンルームＥが形成され、エンジンルームＥにエンジン及びトランスミッション等からなるパワーユニットＰ／Ｕが搭載される。

左右のフロアフレームを上方から覆うように図示しないフロアパネルが設けられ、フロアパネルの前端部近傍は、サイドフレーム２のキックアップ部７に沿って上方側に向かって延設され、その前端部に上方に延設してエンジンルームＥと車室Ｒとを区分するバルクヘッド部が形成されている。

左右のサイドフレーム２の下方に、それぞれ前後方向に中空断面形状で延在する左右の一対のサイドメンバ２２と、車幅方向に延在して左右のサイドメンバ２２の前端部間に掛け渡されて固定された前部クロスメンバ３５及び前後方向の中間部間に車幅方向に掛け渡されて固定される後部クロスメンバ５１とを備えたサブフレーム２１が配置されている。この後部クロスメンバ５１については後述する。

各サイドメンバ２２は、前後方向に延在して前端上面に前端取付部２４が形成され、前端取付部２４から後方に延在する第１屈曲促進部２５を介して後端上面に中間取付部２８が形成される前部範囲２３と、前部範囲２３の後端に連続する第２屈曲促進部３０及び第２屈曲促進部３０の後端に後端部３４が形成された後部範囲２９とが連続形成されている。

第１屈曲促進部２５は中間取付部２８の前端に屈曲部を介して連続すると共に前方に移行するに従って漸次上昇するように傾斜する傾斜部分２６を有し、傾斜部分２６の前端上面に前端取付部２４が形成されている。

第２屈曲促進部３０は、前方部分３１、中間部分３２、後方部分３３とから構成され、前方部分３１は中間取付部２８の後端側に屈曲部を介して前端が連続すると共に後方に移行するに従って漸次下降するように傾斜し、中間部分３２は前方部分３１の後端に屈曲部を介して前端が連続すると共に略水平で後方に延在し、後方部分３３は中間部分３２の後端に屈曲部を介して前端が連続すると共に後方に移行するに従って漸次上昇するように傾斜し後端が屈曲部を介して後端部３４の前端に連続する屈曲形状に形成されている。これら第１座屈促進部２５及び第２座屈促進部３０によってサイドメンバ２２は、前方からの衝撃荷重に対する座屈抗力が中間取付部２８より前方の前部範囲２３に対し後部範囲２９、より詳細には中間取付部２５と後端部３４との間が大きく設定されている。

左右のサイドメンバ２２の前端にブラケット３６を介して車幅方向に延在するリンホース３７が掛け渡されている。このリンホース３７の前面に図示しないポリプロピレン発泡材等によって形成された衝撃緩衝部材が配置され、衝撃緩衝部材の外表面はバンパフェイスによって被覆されている。また、リンホース３７は上述のバンパフレーム１１の略直ぐ下方側に位置するように設定されている。

このように構成されたサブフレーム２１は、左右のサイドメンバ２２の前端上面に形成された前端取付部２４がサイドフレーム２の前部取付部４に設けられた前部支持部材４０の下端にボルト結合され、後端に形成された後端部３４がサイドフレーム２の後端部８に複数、例えば３本のボルトにより強固に固定されてサイドフレームとサブフレーム２１の高い荷重伝達効率を確保している。更に、サイドメンバ２２の中間取付部２８が後部クロスメンバ５１と一体的に形成された中間支持部４１及び結合手段６１を介してサイドフレーム２の中間取付部５に結合して取り付けられる。前部支持部材４０の下端とサイドメンバ２２の前端取付部２４とのボルトによる結合剛性は比較的低く設定されている。

次に、図１及び図２と共に、図３から図５を参照して後部クロスメンバ５１及び結合手段６１を説明する。図３は結合手段６１の要部分解斜視図、図４は結合状態における図３のＩ−Ｉ線断面図、図５は結合手段６１の衝突荷重が作用したときの作動説明図である。

クロスメンバ51の両端は、図１に示すように車幅方向に延在して対向する前面４２及び後面４３と、前面４２及び後面４３の各下縁を連結する下面４４と、前面４２及び後面４３の各上縁を連結する上面４５とを備えた車幅方向に延在する略矩形断面形状を有し、下面４４がサイドメンバ２２に形成された中間取付部２８に強固に溶接結合されている。更に、上面４５に下方が開放された断面逆Ｕ字状のサスペンション支持ブラケット４６が設けられ、このサスペンション支持ブラケット４６にサスペンション部材、例えば図示しないサスペンションロアアームが取り付け支持される。

左右の中間支持部材４１間に、車幅方向に延在する後部クロスメンバ５１が掛け渡されて各端がそれぞれ中間支持部材４１に溶接結合されている。後部クロスメンバ５１は、車幅方向に延在する上面５２の前縁と後縁に沿って下方に折曲形成された前面５３及び後面５４を有して車幅方向に延在する下方が開放された断面逆Ｕ字状に形成されている。この後部クロスメンバ５１は、前面５３がエンジンルームＥ内に搭載されたパワーユニットＰ／Ｕの一部、例えばエンジンの後部と対向配置されると共に、後部クロスメンバ５１にエンジンマウント等を介してパワーユニットＰ／Ｕが搭載されている。

結合手段６１は、図１、図３及び図４に要部分解斜視図を示すように中間支持部材４１の上面４５に取り付けられる結合部材６２と、この結合部材６２とサイドフレーム２の中間取付部５との間に介装されるスペーサ６７と、サイドフレーム２の中間取付部５に穿設された一対のボルト取付孔７０ｃ、７０ｄにそれぞれ対応して配置されて中間取付部５に溶接されたボルト固定手段となるナット71c、７１ｄ及び一対の取付ボルト７２、７３を備えている。

結合部材６２は、図３及び図４に示すように中間支持部材４１の上面４５に載置して結合される矩形平板状のベース６３を備え、ベース６３の車幅方向外側に沿って前後方向に一対のボルト挿入孔６３ｃ、６３ｄが穿設されている。

ベース６３上に、ベース６３をほぼ覆うと共に車幅方向外方側にボルト挿入孔６３ｃ及び６３ｄを間隙を有して覆うように、断面逆Ｕ字状乃至半円弧状で前後方向に連続して隆起して前縁６５ａ側が開放された第１結合部６５が形成されたブラケット６４が溶接結合されている。この第１結合部６５の前部及び後部にボルト取付穴６５ｃ及びボルト挿入孔６５ｄがそれぞれ開口している。特にボルト取付穴６５ｃは前方向に長く前端が前縁６５ａに開放されたＵ字形のスリット状に形成されている。

更に、第１結合部６５の後部上に、ボルト挿入孔６５ｄを間隙を有して覆うように断面逆Ｕ字状乃至半円弧状で前後方向に連続すると共に両側縁及び後縁が第１結合部６５上に溶接結合され、かつ前側となる前縁６６ａ側が開放された第２結合部６６が設けられている。第２結合部６６にボルト取付穴６６ｄが開口している。このボルト取付穴６６ｄは前方向に長く前端が前縁６６ａに開放されたＵ字形のスリット状に形成されている。

スペーサ６７は、断面逆Ｕ字状乃至半円弧状で前後方向に連続して第１結合部６５の上面に嵌合する第１下面６７ａと、第１下面６７ａの後縁に段部を介して連続する断面逆Ｕ字状乃至半円弧状で前後方向に連続して第２結合部６６の上面に嵌合する第２下面６７ｂと、サイドフレーム２の中間取付部７に接面する上面６７ｃを有するブロック状に形成されている。このスペーサ６７には、第１下面６７ａと上面６７ｃ及び第２下面６７ｂと上面６７ｃを貫通するボルト貫通孔６８ｃ及び６８ｄが穿設されている。

これらベース６３のボルト挿入孔６３ｃ、第１結合部６５のボルト取付穴６５ｃ、スペーサ６７のボルト貫通孔６８ｃ、サイドフレーム２に形成されたボルト取付孔７０ｃ及びナット７１ｃが上下方向に延在する基準線ｃ上に配置されている。

同様にベース６３のボルト挿入孔６３ｄ、第１結合部６５のボルト挿入孔６５ｄ、第２結合部６６のボルト取付穴６６ｄ、スペーサ６７のボルト貫通孔６８ｄ、サイドフレーム２のボルト取付孔７０ｄ及びナット７１ｄが基準線ｃより後方で上下方向に延在する基準線ｄ上に配置されている。

また、ベース６３のボルト挿入孔６３ｃは取付ボルト７２の頭部７２ａの径より大きな径を有する一方、第１結合部６５のボルト取付穴６５ｃは軸部７２ｂの径より大きく頭部７２ａの径より小さな径に設定されている。同様にベース６３のボルト挿入孔６３ｄ及び第１結合部６５のボルト挿入孔６５ｄは取付ボルト７３の頭部７３ａの径より大きな径を有する一方、第２結合部６６のボルト取付穴６６ｄは軸部７３ｂの径より大きく頭部７３ａの径より小さな径に設定されている。

そして、取付ボルト７２をベース６３のボルト挿入孔６３ｃから挿入し、第１結合部６５のボルト取付穴６５ｃ、スペーサ６７のボルト貫通孔６８ｃ、及びサイドフレーム２のボルト取付孔７０ｃを貫通してナット７１ｃに予め設定された締結トルクで螺合することによって、取付ボルト７２及びナット７１ｃによってスペーサ６７を介在して第１結合部６５とサイドフレーム２の中間取付部５を締結する。同様に取付ボルト７３をベース６３のボルト挿入孔６３ｄから挿入し、第１結合部６５のボルト挿入孔６５ｄ、第２結合部６６のボルト取付穴６６ｄ、スペーサ６７のボルト貫通孔６８ｄ、及びサイドフレーム２のボルト取付孔７０ｄを貫通してナット７１ｄに予め設定された締結トルクで螺合することによって、取付ボルト７３及びナット７１ｄによってスペーサ６７を介在して第２結合部６６とサイドフレーム２の中間取付部５を締結する。

この結合状態においては、図５に示すように取付ボルト７２の軸部７２ｂは第１結合部６５に形成されたボルト取付穴６５ｃの後端近傍の基準線ｃ上に位置し、取付ボルト７３の軸部７３ｂは第２結合部６６のボルト取付穴６６ｄの後端近傍の基準線ｄ上に位置している。

このようにサイドメンバ２２の中間取付部２８に溶接結合された中間支持部材４１とサイドフレーム２の中間取付部５が結合手段６１を介して結合される。

一方、サイドフレーム２の中間取付部５に対しサイドメンバ２２の中間取付部２８に結合された中間支持部材４１が予め設定された以上の荷重で車体後方に相対移動した際には、中間支持部材４１に取り付けられた結合部材６２が図５に実線で示す状態から仮想線６２ａで示すようにスペーサ６７の第１下面６７ａ及び第２下面６７ｂに沿って後方に移動し、この移動に伴って前端が開放されたスリット状の第１結合部６５のボルト取付穴６５ｃ及び第２結合部６６のボルト取付穴６６ｄがサイドフレーム２の支持された取付ボルト７２、７３から外れ、中間支持部材４１とサイドフレーム２との結合が解除される。

このようにサイドフレーム２の中間取付部５が結合手段６１によって予め設定された移動荷重によって相対移動可能に中間支持部材４１に結合されることから、前部範囲３の後部に形成された中間取付部５の剛性が中間支持部材４１との結合によって増大することがなく、前部範囲３の有効圧壊ストロークが、前部範囲３全長に亘って確保できる。この前部範囲３の有効圧壊ストロークの増大に伴って衝突時の前部範囲３の衝突抗力を増大することが可能になる。

次に、このように構成されたサイドフレーム２及びサブフレーム２１を備えた車体前部構造の作用を図１及び衝突時の概要を示す図６及び衝突に伴う「衝撃抗力−衝撃ストローク相関図」（図7）を参照して説明する。

後部クロスメンバ５１及び中間支持部材４１によって左右のサイドメンバ２２が強固に結合されてサブフレーム２１の剛性が確保され、この剛性が確保されたサブフレーム２１のサイドメンバ２２の前端取付部２４が前部支持部材４０を介してサイドフレーム２の前部取付部４と連結し、後端部３４がサイドフレーム２の後端部８に結合されると共に、中間取付部２８が中間支持部材４１及び結合手段６１によってサイドフレーム２の中間取付部５に結合することによって、サブフレーム２とサイドフレーム２１が強固に結合されてサイドフレーム２及びサブフレーム２１の剛性が増大し、サスペンション支持剛性及び車体剛性が確保されて通常走行時の良好な操縦安定性が得られる。

一方、車両が障害物と前方衝突した場合、障害物からの衝突荷重Ｐは、サイドフレーム２の前端に設けられたバンパフレーム１１と、サブフレーム２１の前端設けられたリンホース３７に分散されて入力され、衝突が軽度の場合であれば、ブラケット１０及び３６の変形によって衝撃エネルギを吸収することができ、その後の修理もブレケット１０及び３６の交換のみで行える。

しかし、衝突度合が大きき場合には、図６（ｂ）に示すようにバンパフレーム１１及びブラケット１０により吸収されなかった衝撃荷重Ｐ１が、サイドフレーム２の前端から略前後方向に沿って後方に向かって入力される。一方、リンホース３７及びブラケット３６により吸収されなかった衝撃荷重Ｐ２はサブフレーム２１、特にサイドメンバ２２の前端から略前後方向に沿って後方に向かって入力される。

この衝突初期においては、図６（ｂ）に示すようにサイドフレーム２の前端から入力された衝撃荷重Ｐ１により、中間支持部材４１の架設によって剛性が確保されたサイドフレーム２の後部範囲６に対し剛性が比較的低い前部範囲３が前端から軸方向に沿って後方側に順に潰れる圧壊変形により衝撃荷重Ｐ１の衝撃エネルギが吸収されて衝撃荷重Ｐ１が低減される。一方、サブフレーム２１においても、サイドメンバ２２の前端から入力された衝撃荷重Ｐ２により、第１屈曲促進部２５の傾斜部分２６がその傾斜に起因して押し下げられ、主に座屈変形により衝撃荷重Ｐ２の衝撃エネルギが吸収され、衝撃荷重Ｐ２が低減される。

この衝突初期においては、図７に示すように障害物との衝突により障害物からの衝撃荷重Ｐ１により急激にサイドフレーム２及びサブフレーム２１の衝衝撃抗力が増大し、その増大した衝撃抗力はサイドフレーム２の前部範囲３における前方から潰れる圧壊変形及びサブフレーム２２の第１屈曲促進部２５の座屈変形に伴って順次減少する。

ここで、サイドフレーム２の後部範囲６の剛性が確保されることから、前部範囲３のみが潰れる圧壊変形により衝撃荷重Ｐ１の衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重Ｐ１を低減させる。同様に、サイドメンバ２１の後部範囲２６の剛性が確保されることから、前部範囲２３のみの座屈変形により衝撃荷重Ｐ２の衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重Ｐ２を低減させる。

特にサイドフレーム２の前部範囲３の有効圧壊ストロークの増大に伴って、衝突初期における衝撃荷重Ｐ１に対する衝撃抗力が確保され、衝撃エネルギの吸収効率が向上する。また、初期に比較的急激に増大する衝撃抗力、即ち車体加速度が発生することから、早期にエアバッグシステム及びシートベルトシステム等の作動による乗員の拘束が可能になり、乗員の障害値を低減することができる。

更に、この衝突度合いが大きくサイドフレーム２の前部範囲３の圧壊変形及びサイドメンバ２１の第１屈曲促進部２５の座屈変形では衝撃エネルギが吸収されずに、車体前方の潰れ変形に伴って衝突荷重がパワーユニットＰ／Ｕに作用してパワーユニットＰ／Ｕが相対的に後方に移動する衝突後期にあっては、後方に移動するパワーユニットＰ／Ｕが後部クロスメンバ５１に接触、或いはエンジンマウントを介して後部クロスメンバ５１に後方へ向かう荷重が伝達され、後部クロスメンバ５１がパワーユニットＰ／Ｕと共に後方へ移動する。この後部クロスメンバ５１の後方移動に伴って後部クロスメンバ５１と一体結合された中間支持部材４１がサイドメンバ２２の後部範囲２９の屈曲促進部３０を仮想線３０ａで示すよう前方部分３２及び後方部分３４の傾斜角が増大するように座屈変形させつつサイドフレーム２の中間取付部５に対して相対的に後方に若干移動する。

中間支持部材４１がサイドフレーム２の中間取付部５に対し後方に相対移動すると、中間支持部材４１に取り付けられた結合部材６２が図５に実線で示す状態から仮想線６２ａで示すようにスペーサ６７の第１下面６７ａ及び第２下面６７ｂに沿って結合部材６２の第１結合部６５及び第２結合部６６が相対的に後方に移動し、第１結合部６５及び第２結合部６６に形成されたスリット状のボルト取付穴６５ｃ及び６６ｄがそれぞれサイドフレーム２の中間取付部５にナット７１ｃ、７１ｄに螺合して支持された取付ボルト７２、７３の軸部７２ｂ、７３ｂから離脱する。

この離脱によりサイドフレーム２によるサブフレーム２１の変形拘束が解除され、更なるパワーユニットＰ／Ｕの後方移動に伴う後部クロスメンバ５１の後方移動により中間支持部材４１を介してサブフレーム２１の第２屈曲促進部３０が更に座屈変形して衝撃エネルギを吸収する。

ここで、衝突後期において、後方に移動するパワーユニットＰ／Ｕによって中間支持部材４１及び結合手段６１によるサイドフレーム２とサブフレーム２１の結合を解除されて、サブフレーム２によるパワーユニットＰ／Ｕの後方移動に対する抗力が大幅に低減される。この後方に移動するパワーユニットＰ／Ｕによる衝撃荷重の衝撃エネルギの吸収は主にサイドフレーム２１のサブフレーム２２の後部範囲２９に形成された第２屈曲促進部３０の座屈変形で吸収して衝撃荷重を低減させることから、衝突後期における衝撃荷重Ｐに対する衝撃抗力が抑制され、衝突ストロークの増大が得られる。また、第２屈曲促進部３０が、前方からの衝撃荷重により前方部分３１及び後方部分３３の傾斜角が増大するように座屈変形することにより、脱落したパワーユニットＰ／Ｕが積極的に下方に誘導されて、パワーユニットＰ／Ｕの後方移動に対する抗力を抑制されると共に、パワーユニットＰ／Ｕの後退による車室Ｒへの影響が軽減できる。

従って、本実施の形態によると、通常走行時においては、サブフレーム２１のサイドメンバ２２の前端取付部２４が前部支持部材４０を介してサイドフレーム２の前部取付部４と連結し、後端結合部３４がサイドフレーム２の後端部９に結合されると共に、中間取付部２８が中間支持部材４１及び結合手段６１によってサイドフレーム２の中間取付部５に結合することによって、サブフレーム２の前後端部及び中間部がサイドフレーム２１と強固に結合されてサイドフレーム２及びサブフレーム２１の剛性が確保されてサスペンション支持剛性及び車体剛性が確保されて良好な操縦安定性が得られる。

また、衝突初期においてはサイドメンバ２における前部範囲３及びサブフレーム２１のサイドメンバ２２の前部範囲２３の変形により衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重を低減させると共に、パワーユニットＰ／Ｕが後退する衝突後期においてはサイドメンバ２２の後部範囲２９の変形により衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重を低減させることから、サイドフレーム２の後部範囲６は衝突時の衝撃エネルギ吸収機能を考慮することなく、補強部材或いは形状及び板厚等により剛性を十分確保することが可能になり、要求サスペンション支持剛性や車体剛性の確保が容易になり、更に優れた操縦安定性を確保することができる。

一方、車両が障害物と前方衝突した衝突初期においては、座屈ストロークが確保されたサイドフレーム２の前部範囲３及びサイドメンバ２１の前部範囲２３の変形により衝撃荷重の衝撃エネルギを吸収することにより、衝突初期における衝撃荷重に対する衝突抗力が増大して衝撃エネルギの吸収効率が向上し、パワーユニットＰ／Ｕが後方に移動する衝突後期にあっては、結合手段６１による中間支持部材４１によるサイドフレーム２とサブフレーム２１との結合を解除して、主にサブフレーム２１の後部範囲２９の変形により衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重を低減させることから、衝突後期における衝撃荷重に対する衝突抗力が抑制されて乗員に対する衝撃が大幅に緩和される。

また、サイドフレーム２を、衝突に伴う座屈変形の範囲となる前部範囲３と、衝突に伴う変形を考慮することなく剛性が確保できる範囲となる後部範囲６とに区分することにより、要求性能に応じて前部範囲３及び後部範囲６の剛性等の設定が可能になり、車体設計の効率化が得られる。

本実施の形態と比較する参考例として本実施の形態におけるサブフレーム２１のサイドメンバ２２の中間取付部２８とサイドフレーム２の中間取付部５を中間支持部材４１を介して強固に締結した場合の作用を図８を参照して説明する。

図８（ａ）に、サブフレーム２１のサイドメンバ２２の前端が前部支持部材４０を介してサイドフレー２の前端と連結し、後端部３４がサイドフレーム２の後端部９に結合されると共に、中間取付部５が中間支持部材４１によってサイドフレーム２に強固に結合されている。しかし、サイドフレーム２の中間取付部５の範囲は強固に結合された中間取付部材４１によって剛性が増大し、前部範囲３の有効圧壊ストロークが本実施の形態における有効圧壊ストロークよりも短く設定される。即ち、前部範囲３の衝突抗力が本実施の形態における衝突抗力より小さく設定されている。

衝突初期においては、図８（ｂ）に示すように障害物からの衝撃荷重Ｐがサイドフレーム２及びサブフレーム２１の前端に分散され入力され、サイドフレーム２に入力された衝撃荷重Ｐ１によりサイドフレーム２の前部範囲３が前端から後方側に順に潰れる圧壊変形により衝突荷重Ｐ１の衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重Ｐ１が低減する一方、サイドメンバ２２の前端から入力された衝撃荷重Ｐ２による第１屈曲部２５の座屈変形により衝撃荷重Ｐ２の衝撃エネルギが吸収して衝撃荷重Ｐ２を低減する。

この衝突初期においては、図７に破線で示すように障害物との衝突により障害物からの衝突荷重Ｐ１により急激にサイドフレーム２及びサブフレーム２１の衝突抗力が増大し、その増大した衝突抗力はサイドフレーム２の前部範囲３における前方から潰れる圧壊変形及びサブフレーム２２の第１屈曲促進部２５の座屈変形により順次減少する。

ここで、サイドフレーム２の後部範囲６及びサイドメンバ２１の後部範囲２６の剛性が確保され、それぞれの前部範囲３及び２３のみの変形により衝撃荷重Ｐ１及びＰ２の衝撃エネルギを吸収して衝撃荷重Ｐ１及びＰ２を低減させる。この衝突初期においてサイドフレーム２の衝突抗力が本実施の形態に比べ小さく設定されることから、衝撃エネルギの吸収効率は本実施の形態に比較して低くなる。

更に、パワーユニットＰ／Ｕが後方に移動する衝突後期にあっては、後方移動するパワーユニットＰ／Ｕが後部クロスメンバ５１に接触した際、後部クロスメンバ５１が中間支持部材４１を介してサイドフレーム２に強固に結合されることから、そのパワーユニットＰ／Ｕの後退が妨げられ図７に示すように本実施の形態に比較して衝突抗力が急激に増大し、かつ衝突抗力が大きく衝撃ストロークが短くなり乗員への衝撃が大きくなる。

この対策としてサイドフレーム２における後部範囲６の剛性を低く設定してサイドフレーム２の有効圧壊ストロークを確保するとサイドフレーム２の剛性低下により車体剛性及びサスペンション支持剛性の低下を招き、操縦安定性に影響を及ぼすことが懸念される。

従って、本実施の形態によると、サイドフレーム２の中間取付部５に対し中間支持部材４１が予め設定された以上の荷重で車体後方に相対移動した際に結合が解除される結合手段６１によって中間支持部材４１とサイドフレーム２の中間取付部５を結合することにより、通常走行時においては、サブフレーム２１とサイドフレーム２とが結合されてサイドフレーム２及びサブフレーム２１の剛性が確保されてサスペンション支持剛性及び車体剛性が確保されて良好な操縦安定性が得られる。一方、車両が障害物と前方衝突した衝突初期においては、サイドフレーム２及びサイドメンバ２１の前部範囲３及び２３の変形による衝撃荷重の衝撃エネルギの吸収効率が向上し、パワーユニットＰ／Ｕが後方に移動する衝突後期にあっては、中間支持部材４１によるサイドフレーム２とサブフレーム２１との結合を解除して衝撃荷重に対する衝突抗力を抑制して乗員に対する衝撃が大幅に緩和される。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、中間支持部材４１とサイドフレーム２の中間取付部５を結合する結合手段６１を中間支持部材４１側に前方側が開放されたボルト取付穴６５ｃ、６６ｄが形成されたブラケット６４を取り付け、サイドフレーム２にボルト取付穴６５ｃ、６６ｄに挿通する取付ボルト７２、７３を固定したが、サイドフレーム２の中間取付部５側に後端が開放されたスリット状のボルト取付穴が形成されたブラケットを取り付け、中間支持部材４１側にこのボルト取付穴に挿通する取付ボルトを固定することもできる。また、サイドフレーム２の中間取付部５と中間支持部材４１とを、サイドフレーム２の中間取付部５に対し中間支持部材４１が予め設定された以上の荷重で車体後方に相対移動した際に破断するボルト等によって連結手段６１を構成することもできる。

本発明の実施の形態に係る車体前部構造の概要を示す車体前部の斜視図である。 図１の矢視Ａ方向から見た模式的に示す側面図である。 結合手段の要部分解斜視図である。 結合状態における図３のＩ−Ｉ線断面図である。 結合手段の作動説明図である。 衝突時の概要を示す図である。 衝撃抗力−衝撃ストローク相関図である。 参考例における衝突時の概要を示す図である。

符号の説明

１ 車体前部
２ サイドフレーム
３ 前部範囲
４ 前部取付部
５ 中間取付部
６ 後部範囲
８ 後端部
２１ サブフレーム
２２ サイドメンバ
２３ 前部範囲
２４ 前端取付部
２５ 第１屈曲促進部
２８ 中間取付部
２９ 後部範囲
３０ 第２屈曲促進部
３１ 前方部分
３２ 中間部分
３３ 後方部分
３４ 後端部
４０ 前部支持部材
４１ 中間支持部材
５１ 後部クロスメンバ
６１ 結合手段
６２ 結合部材
６４ ブラケット
６５ 第１結合部
６５ｃ ボルト取付穴
６６ 第２結合部
６６ｄ ボルト取付穴
７２、７３ 取付ボルト
Ｐ／Ｕ パワーユニット

Claims (5)

1. 車体前後方向に延在するサイドフレームの下方に配置されて、車体前後方向に延在する左右のサイドメンバの前端部及び後端部をそれぞれ上記左右のサイドフレームに結合すると共に、該各サイドメンバの前後方向中間に形成された中間取付部にクロスメンバを支持する中間支持部材が上記左右のサイドフレームの中間取付部に結合されるサブフレームを備え、上記左右のサイドフレーム間にパワーユニットが搭載される車体前部構造において、
   上記サイドメンバの中間取付部と後端部との間に、前方からの衝突荷重により座屈変形する屈曲促進部を有し、上記サイドフレームの中間取付部と中間支持部材とが、上記パワーユニットの後方移動に起因する上記クロスメンバの移動に伴うサイドフレームの中間取付部に対する上記中間支持部材の相対移動によって結合が解除される結合手段を介して結合されたことを特徴とする車体前部構造。
2. 前方からの衝撃荷重に対する座屈抗力が、上記サイドメンバの中間取付部より前方の前部範囲に対し該中間取付部と後端部との間が大であることを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 上記屈曲促進部は、上記サイドメンバの中間取付部の後端側に屈曲部を介して前端が連続すると共に後方に移行するに従って漸次下降する前方部分と、該前方部分の後端に屈曲部を介して前端が連続すると共に略水平で後方に延在する中間部分と、該中間部分の後端に屈曲部を介して前端が連続すると共に後方に移行するに従って漸次上昇し後端が上記後端部側に連続する後方部分とが連続形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
4. 上記結合手段は、
   上記中間支持部材に設けられ前端側が開放されたスリット状のボルト取付穴が形成されたブラケットと、
   上記サイドフレームの中間取付部に固定され上記ボルト取付穴を貫通して上記ブラケットに対して相対移動可能に結合する取付ボルトとを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車体前部構造。
5. 上記サイドフレームにおける中間取付部と後端部との間を補強する補強部材を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車体前部構造。
   

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