(57)【要約】【課題】軽量かつ簡便な構造で溶接部の耐久性を向上させる。【解決手段】車両前部の車両幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びるフロントサイドメンバ５１と、フロントサイドメンバ５１の前端に溶接されて車両前方に延びるエクステンション５２と、を含むフロントサイドフレーム５であって、フロントサイドメンバ５１とエクステンション５２との溶接部５４は、車両平面視で車両幅方向外側から車両幅方向内側に向かって車両幅方向に沿って延びる第一溶接部５４ａと、車両平面視で第一溶接部５４ａの車両幅方向内側の端部から車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びる第二溶接部５４ｂと、を含む。【選択図】図５
2020029114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前部の車両幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びるフロントサイドメンバと、
前記フロントサイドメンバの前端に溶接されて車両前方に延びるエクステンションと、
を含むフロントサイドフレームであって、
前記フロントサイドメンバと前記エクステンションとの溶接部は、
車両平面視で車両幅方向外側から車両幅方向内側に向かって車両幅方向に沿って延びる第一溶接部と、
車両平面視で前記第一溶接部の車両幅方向内側の端部から車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びる第二溶接部と、を含むことを特徴とするフロントサイドフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロントサイドメンバと、フロントサイドメンバの前端に溶接され車両前方に延びるエクステンションと、を含むフロントサイドフレームの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両前部の車両幅方向両側に車両前後方向に延びるフロントサイドフレームを配置する構造が多く用いられている。特許文献１には、フロントサイドフレームを板厚の薄い前部と板厚の厚い後部とを斜めに突合せ溶接で接続した構成とし、オフセット衝突時に衝突した側の前部の衝突荷重を他方の前部に伝達し易くして車幅方向に変形させて衝突エネルギーを吸収する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、悪路走行時など前輪から路面入力を受けた際には、フロントサスペンションを介してフロントサイドフレームに荷重伝達されるので、フロントサイドフレームの溶接部に大きな応力がかかり、耐久性が低下する場合があった。このため、溶接部近傍に補強部材を追加する場合があった。しかし、補強部材を追加すると、重量やコストの増加を招く。また、特許文献１に記載されているように溶接面全体を斜めに形成すると、製造する際に斜めに切断して廃棄する部分が大きくなり、生産効率が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、軽量かつ簡便な構造で溶接部の耐久性を向上させると共に、製造する際に廃棄する部分が大きくならないフロントサイドフレームを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る車両のフロントサイドフレームは、車両前部の車両幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びるフロントサイドメンバと、前記フロントサイドメンバの前端に溶接されて車両前方に延びるエクステンションと、を含むフロントサイドフレームであって、前記フロントサイドメンバと前記エクステンションとの溶接部は、車両平面視で車両幅方向外側から車両幅方向内側に向かって車両幅方向に沿って延びる第一溶接部と、車両平面視で前記第一溶接部の車両幅方向内側の端部から車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びる第二溶接部と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るフロントサイドフレームによれば、第二溶接部が車両平面視で車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びているため、フロントサイドメンバとエクステンションとの溶接部のうち荷重分担が大きい車両幅方向内側部分の耐久性を向上できる。また、第一溶接部を設けているため、溶接部全体が斜めに延びる場合と比較して、製造する際に斜めに切断して廃棄する部分を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態であるフロントサイドフレームを含む自動車全体を示す斜視図である。
【図２】本実施形態のフロントサイドフレームを含む車台フレーム全体を示す平面図である。
【図３】本実施形態のフロントサイドフレームを拡大して示す平面図である。
【図４】図３におけるａ−ａ断面図である。
【図５】本実施形態のフロントサイドフレームの溶接部を拡大して示す平面図である。
【図６】本実施形態のフロンサイドフレームの溶接部の斜視図（ａ）及びフロントサイドメンバ前端の見切り展開形状を示した図（ｂ）である。
【図７】図５におけるｄ−ｄ断面図である。
【図８】本実施形態及び比較例１のフロンサイドメンバ前端の見切り展開形状を示した図である。
【図９】本実施形態のフロントサイドフレームを含む車台フレームを示す側面図及び車台フレームのサイドレールに発生する曲げモーメントの分布を示す図である。
【図１０】図９におけるｂ−ｂ断面図である。
【図１１】図９におけるｃ−ｃ断面図である。
【図１２】フロントサイドフレームにかかる主応力の向きを説明する図である。
【図１３】主応力の向きと溶接ビード向きとがなす角度と応力集中との関係を説明する図である。
【図１４】比較例２のフロントサイドフレームを示す平面図である。
【図１５】本実施形態の他の実施例のフロンサイドメンバ前端の見切り展開形状を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、実施形態のフロントサイドフレーム５について説明する。図１に示すように、車両である自動車１はボデー２、フロントサイドフレーム５を含む車台フレーム３、右前輪４ａ、左前輪４ｂ、右後輪４ｃ及び左後輪４ｄなどで構成されており、ボデー２は車台フレーム３の上に搭載されている。
【００１０】
図２に示すように、車台フレーム３は、車両幅方向両側に配置され車両前後方向に延びる２本のサイドレール３１を含む。フロントサイドフレーム５はサイドレール３１の車両前後方向の前方の部分である。図２の一点鎖線で囲われた部分Ａを拡大した図が図３である。図３に示すように、フロントサイドフレーム５は、フロントサイドメンバ５１及びエクステンション５２で構成される。フロントサイドメンバ５１は、車両前部の車両幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びる。エクステンション５２は、フロントサイドメンバ５１の前端に重ね継ぎ手で溶接され、車両前方に延びる。自動車１の衝突性能を確保するためには車台フレーム３の前端部の板厚材質を適正にする必要がある。そのため、フロントサイドメンバ５１の前端にフロントサイドメンバ５１とは板厚材質が異なるエクステンション５２を溶接している。
【００１１】
図４は、エクステンション５２及びフロントサイドメンバ５１の断面図である。図４に示すように、エクステンション５２の断面はコの字状断面のエクステンションインナ５２Ａとエクステンションアウタ５２Ｂとを左右で合わせた閉じ断面である。エクステンションインナ５２Ａには、内側上方コーナー部５２ａ及び内側下方コーナー部５２ｂの２つのコーナー部が設けられている。また、エクステンションアウタ５２Ｂには、外側上方コーナー部５２ｃ及び外側下方コーナー部５２ｄの２つのコーナー部が設けられている。内側上方コーナー部５２ａは車両幅方向内側の上方に設けられ、内側下方コーナー部５２ｂは車両幅方向内側の下方に設けられ、外側上方コーナー部５２ｃは車両幅方向外側の上方に設けられ、外側下方コーナー部５２ｄは車両幅方向外側の下方に設けられている。
【００１２】
また、フロントサイドメンバ５１もエクステンション５２と同様に、車両幅方向に切断した断面はコの字状断面のフロントサイドメンバインナ５１Ａとフロントサイドメンバアウタ５１Ｂとを合わせた閉じ断面であり、フロントサイドメンバインナ５１Ａには、内側上方コーナー部５１ａ及び内側下方コーナー部５１ｂの２つのコーナー部が設けられ、フロントサイドメンバアウタ５１Ｂには、外側上方コーナー部５１ｃ及び外側下方コーナー部５１ｄの２つのコーナー部が設けられている。フロントサイドメンバ５１はエクステンション５２の外側に被さって一体となるように一回り大きな形状を有する。
【００１３】
図５は、図３の一点鎖線で囲われた部分Ｂを拡大して示した平面図である。図５、図６及び図７に示すように、エクステンションインナ５２Ａの一部がフロントサイドメンバインナ５１Ａの中に入り込み、エクステンションインナ５２Ａとフロントサイドメンバインナ５１Ａとを接合する溶接部５４は重ね継ぎ手で溶接されている。図５及び図６に示すように、溶接部５４は、車両平面視で車両幅方向外側から車両幅方向内側に向かって車両幅方向に沿って延びる第一溶接部５４ａと、車両平面視で第一溶接部５４ａの車両幅方向内側の端部から車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びる第二溶接部５４ｂと、を含む。そのため、フロントサイドメンバインナ５１Ａの前端見切り形状は、車両幅方向内側の側面前端見切りが上面前端見切りに対して車両後方にＣの長さだけオフセットした形状であり、車両幅方向内側の側面から上面につながる内側上方コーナー部５１ａの平面視見切りは車両幅方向左右軸に対して角度Ｄを持つ。フロントサイドメンバインナ５１Ａの前端見切り形状を展開すると、図６に示すようにエクステンションインナ５２Ａが溶接されているフロントサイドメンバインナ５１Ａの車両前後方向の前端は、上面Ｋ、コーナー部Ｌ及び内側側面Ｍなどで構成されている。上面Ｋは第一溶接部５４ａでエクステンションインナ５２Ａと溶接され、コーナー部Ｌは第二溶接部５４ｂでエクステンションインナ５２Ａの内側上方コーナー部５２ａと溶接されている。内側側面Ｍもエクステンションインナ５２Ａと溶接されている。
【００１４】
なお、図５に示すように、フロントサイドメンバアウタ５１Ｂの先端とエクステンションアウタ５２Ｂとは、車両幅方向に沿って延びる溶接部５５で重ね合わせ溶接されている。図５では、溶接部５５の車両前後方向の位置は、第一溶接部５４ａよりも車両前方となっているが、第一溶接部５４ａと同一位置としてもよい。
【００１５】
第二溶接部５４ｂを設けると応力が緩和する。その理由を後述するが、その理由を説明する前に、まず、第一溶接部５４ａを設ける理由を説明する。そのために、第一溶接部５４ａを設けず、フロントサイドメンバ５１とエクステンション５２との溶接面が車両平面視で車両幅方向外側から車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びる形状とした比較例１について述べる。この比較例１のフロントサイドメンバの車両前後方向の前端の見切り展開形状を図８（ｂ）に示している。また、図６を参照して説明した実施例のフロントサイドメンバ５１の車両前後方向の前端の見切り展開形状を図８（ａ）に示している。フロントサイドメンバを製造する際には、図８の斜線部分を切断して廃棄することになる。比較例１は本実施形態と比較して、廃棄する範囲が大きく歩留まりが悪いという課題がある。本実施形態では、フロントサイドメンバ５１の車両前後方向前端の上面Ｋが車両幅方向に形成されており、その効果としてフロントサイドメンバ５１を製造する際に廃棄する範囲を削減し歩留まりを向上させコストを低減することができる。
【００１６】
次に、右前輪４ａ及び左前輪４ｂからの路面入力によりフロントサイドフレーム５の溶接部５４に大きな応力がかかる理由を説明する。図１に示すように、悪路走行時には右前輪４ａから路面入力Ｅを受け、左前輪４ｂから路面入力Ｆを受ける。路面入力Ｅ及び路面入力Ｆの大きさが同様の場合、車軸懸架系を介して車台フレーム３に荷重伝達される。この場合、図９に示すように、荷重は主にアッパサポート３２、第一バウンドストッパ３３及び第二バウンドストッパ３４からの上下荷重として車台フレーム３に入力される。車両側面視では、車台フレーム３のサイドレール３１に発生する車両前後方向の曲げモーメント分布は図９のように第一バウンドストッパ３３、第二バウンドストッパ３４の近傍で大きく、車両前方及び車両後方に向かうにつれて小さくなる。そのため、第一バウンドストッパ３３、第二バウンドストッパ３４の近傍に位置する溶接部５４には大きな曲げモーメントがかかる。その結果として溶接部５４の公称応力が高くなる。一方、車両正面視では、図１０及び図１１に示すように、アッパサポート３２、第一バウンドストッパ３３及び第二バウンドストッパ３４からの上下荷重は車両幅方向でサイドレール３１とオフセットして入力される。そのため、図１に示すように、車台フレーム３のサイドレール３１には、ねじりモーメントＨ及びねじりモーメントＩも同時に発生する。
【００１７】
図７にはフロントサイドメンバインナ５１Ａとエクステンションインナ５２Ａとの溶接部５４を拡大して示され、溶接部５４は重ね継ぎ手で溶接されており、溶接部５４には溶接ビードが形成される。そのため、図７に示すように、エクステンションインナ５２Ａの表面と溶接ビード表面とが角度をなす。このエクステンションインナ５２Ａの表面と溶接ビード表面とがなす角度により応力集中し、エクステンションインナ５２Ａの表面と溶接ビードとの境界線Ｊの応力が高くなる。更に、フロントサイドメンバインナ５１Ａ、エクステンションインナ５２Ａのうちで路面入力による荷重分担が特に大きいのは内側上方コーナー部５１ａ、５２ａであるから、溶接部５４のうち路面入力による荷重分担が特に大きいのは、図６に示すコーナー部Ｌの第二溶接部５４ｂとなる。
【００１８】
次に、図１２を用いて、第二溶接部５４ｂを設けると応力が緩和する理由を説明する。溶接部のない閉じ断面の長手部材７に曲げとねじりが加わった際の主応力を考えると、図１２に示すように、曲げによる主応力の向きは車両前後方向となる。一方、ねじりによる主応力の向きは車両前後方向の軸から水平にねじり４５度回転した向きとなる。そのため、曲げ及びねじりの合計による主応力の向きは、車両前後方向の軸から水平に０度から４５度回転した向きとなる。
【００１９】
図１２で示した閉じ断面の長手部材７を車両後方部材７１と車両前方部材７２とを溶接で接続して構成した場合の、主応力の向きと溶接ビード７４の向きと応力集中との関係を図１３に示す。溶接ビード７４の向きが主応力の向きと直交する場合は、図７で説明したように、重ね継ぎ手で溶接する板の表面と溶接ビード７４との境界で応力集中するため、応力集中が最大となる。一方、溶接ビード７４の向きが主応力の向きと平行な場合は、主応力の向きには応力が集中する板と溶接ビードとの境界はないため、応力集中は最小となる。したがって、最も応力が高くなるフロントサイドメンバインナ５１Ａ、エクステンションインナ５２Ａの内側上方コーナー部５１ａ、５２ａに、車両平面視で車両後方かつ車両幅方向内側に向かって斜めに延びる第二溶接部５４ｂを設けると、溶接ビードの向きを主応力に近づけて応力集中を小さくして応力緩和を図ることができる。
【００２０】
第二溶接部５４ｂを設けず、フロントサイドメンバインナ５１Ａとエクステンションインナ５２Ａとの溶接面が車両平面視で車両幅方向外側から内側に向かって車両幅方向に沿って延びる形状とした場合でも、補強部材を設定することによって溶接部を補強することもできる。図１４は、補強部材を設けた比較例２のフロントサイドフレーム１５の平面図である。フロントサイドフレーム１５は、フロントサイドメンバインナ１５１Ａとフロントサイドメンバアウタ１５１Ｂとで構成される閉じ断面のフロントサイドメンバ１５１と、エクステンションインナ１５２Ａとエクステンションアウタ１５２Ｂとで構成される閉じ断面のエクステンション１５２とを溶接で接続し、フロントサイドメンバインナ１５１Ａとエクステンションインナ１５２Ａとの溶接部のうち車両内側及び車両内側コーナー部に補強部材１５６を設定して溶接部を補強している。しかし、補強部材１５６を設けることにより、質量やコストが増大する上、フロントサイドメンバインナ１５１Ａと補強部材１５６との隙間に水分が入り腐食しやすいなどの課題がある。本実施形態のフロントサイドフレーム５は、補強部材１５６を設ける比較例２と比較して、軽量かつ簡便な構造で溶接部５４の耐久性を向上させることができる。
【００２１】
次に本実施形態の他の実施例について説明する。図１５は、フロントサイドメンバ５１の車両前後方向の前端の見切り展開形状の他の実施例を３つ示している。見切り展開形状の符号Ｋ、Ｌ、Ｍは先に図６を参照して説明したと同様、それぞれ上面、コーナー部、内側側面を示す。図１５（ａ）に示す他の実施例１は、上面Ｋとコーナー部Ｌとの境界及び、コーナー部Ｌと内側側面Ｍとの境界を両方とも小Ｒ面取りした形状である。図１５（ｂ）に示す他の実施例２は、上面Ｋとコーナー部Ｌとの境界及び、コーナー部Ｌと内側側面Ｍとの境界を両方とも大Ｒ面取りした形状である。図１５（ｃ）に示す他の実施例３は、上面Ｋとコーナー部Ｌとの境界を小Ｒ面取りして、コーナー部Ｌと内側側面Ｍとの境界を大Ｒ面取りした形状である。いずれの実施例も、溶接部５４が第一溶接部５４ａ及び第二溶接部５４ｂを含んでおり、内側側面Ｍの前端は上面Ｋの前端に対して車両後方にオフセットした形状となっている。図６を参照して説明した実施例ではフロントサイドメンバ５１の外形を切断する刃具の耐久性が低下する可能性があるが、他の実施例１、他の実施例２及び他の実施例３のようにＲ面取りすることによって、耐久性の低下を解消できる。また、いずれの実施例も、フロントサイドメンバ５１の車両前後方向前端の上面Ｋが車両幅方向に形成されており、その効果としてフロントサイドメンバ５１を製造する際に廃棄する範囲を削減し歩留まりを向上させコストを低減することができる。
【００２２】
本開示のフロントサイドフレーム５は上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、車台フレーム３にボデー２が載っている構造でなくモノコックボデーでも本実施形態の構成を適用できる。フロントサイドメンバ５１とエクステンション５２との溶接部は重ね継ぎ手ではなく、例えば突合せ溶接でも本実施形態の構成を適用できる。また、フロントサイドメンバ５１及びエクステンション５２の断面の形状がコの字状の断面を合わせた閉じ断面ではなくても本実施形態の構成を適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１  自動車、２  ボデー、３  車台フレーム、４ａ  右前輪、４ｂ  左前輪、４ｃ  右後輪、４ｄ  左後輪、５、１５  フロントサイドフレーム、７  長手部材、３１  サイドレール、３２  アッパサポート、３３  第一バウンドストッパ、３４  第二バウンドストッパ、５１、１５１  フロントサイドメンバ、５１Ａ、１５１Ａ  フロントサイドメンバインナ、５１Ｂ、１５１Ｂ  フロントサイドメンバアウタ、５１ａ、５２ａ  内側上方コーナー部、５１ｂ、５２ｂ  内側下方コーナー部、５１ｃ、５２ｃ  外側上方コーナー部、５１ｄ、５２ｄ  外側下方コーナー部、５２，１５２  エクステンション、５２Ａ、１５２Ａ  エクステンションインナ、５２Ｂ、１５２Ｂ  エクステンションアウタ、５４、５５  溶接部、５４ａ  第一溶接部、５４ｂ  第二溶接部、７１  車両後方部材、７２  車両前方部材、７４  溶接ビード、１５６  補強部材。
【図１】
2020029114.tif 000003
【図２】
2020029114.tif 000004
【図３】
2020029114.tif 000005
【図４】
2020029114.tif 000006
【図５】
2020029114.tif 000007
【図６】
2020029114.tif 000008
【図７】
2020029114.tif 000009
【図８】
2020029114.tif 000010
【図９】
2020029114.tif 000011
【図１０】
2020029114.tif 000012
【図１１】
2020029114.tif 000013
【図１２】
2020029114.tif 000014
【図１３】
2020029114.tif 000015
【図１４】
2020029114.tif 000016
【図１５】
2020029114.tif 000017