(57)【要約】【課題】重量の増加を抑制して剛性を効率的に向上させる自動車のサブフレーム構造を提供する。【解決手段】本発明に係る自動車のサブフレーム構造１は、車両前後方向に延在する中空の部材からなる左右一対の車両前後方向部材３と、該左右一対の車両前後方向部材３における車両前方側と車両後方側のそれぞれに接続されて車両左右方向に延在する中空の部材からなる前後一対の車両左右方向部材５と、で井桁状に形成されてなるものであって、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５との各接続部７における車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５それぞれの内部に樹脂製の補剛部材９が充填または設置され、補剛部材９は、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５それぞれにおける上面側と下面側とを繋ぐ柱状部９ａを有し、補剛部材９の量は、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５の総内容積の20%以下であることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前後方向に延在する中空の部材からなる左右一対の車両前後方向部材と、該左右一対の車両前後方向部材における車両前方側と車両後方側のそれぞれに接続されて車両左右方向に延在する中空の部材からなる前後一対の車両左右方向部材と、で井桁状に形成されてなる自動車のサブフレーム構造であって、
前記車両前後方向部材と前記車両左右方向部材との各接続部における該車両前後方向部材及び該車両左右方向部材それぞれの内部に樹脂製の補剛部材が充填または設置され、
該補剛部材は、前記車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材それぞれにおける上面側と下面側とを繋ぐ柱状部を有し、
前記補剛部材の量は、前記車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材の総内容積の20%以下であることを特徴とする自動車のサブフレーム構造。
【請求項２】
前記補剛部材の充填または設置する位置及びその形状は、形状最適化解析方法による解析結果に基づいて設定されたものであることを特徴とする請求項１記載の自動車のサブフレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のサブフレーム構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体には、その下部にサスペンションアームを取り付けるためのサブフレームが設置されるものがある。該サブフレームは、井桁状の構造をなす部品であり、サスペンションを介して車体とタイヤとを繋ぐものであるため、高い剛性を有することが重要である。
【０００３】
これまでに、高剛性なサブフレーム構造に関して様々な技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、サスペンションのリンク構造部材の取り付け部分に設けられた切欠部の周縁部分を補剛する支持部材を備えた車両のサブフレーム構造が開示されている。
また、特許文献２には、車体幅方向に延在する後フレームメンバと、該後フレームメンバと離間して車体幅方向に延在する縦フレームメンバと、該縦フレームメンバが結合されて中空断面構造の前フレームメンバとを備えたサブフレームを備え、前記前フレームメンバにおいては中央部範囲に発泡材が充填されるとともに側端部範囲に金属球が充填されている車体構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２２９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８９７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に開示されている技術は、いずれも剛性確保のために金属製の支持部材を結合、あるいは、発泡材及び金属球を充填するものであるために重量増加を伴うものである。しかし、これらの技術においては、重量増加を抑えつつ十分な剛性を確保することについては何ら検討されていない。
【０００６】
車両重量が増加することにより燃費の悪化を招くことから、近年の自動車産業においては環境問題に起因した車両の軽量化が進められている。
さらに、自動車の走行時における車体運動を考えた場合、サブフレームは車体の重心位置から遠いため大きな慣性力が働き、レーンチェンジなどの動きに影響を及ぼすため、出来るだけ軽量であることが望まれる。
そのため、自動車のサブフレーム構造においては、可能な限り重量を増加させずに必要な剛性を満たすことが求められていた。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、可能な限り重量を増加させずに効率的に剛性を向上させた自動車のサブフレーム構造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】
【０００８】
（１）本発明に係る自動車のサブフレーム構造は、車両前後方向に延在する中空の部材からなる左右一対の車両前後方向部材と、該左右一対の車両前後方向部材における車両前方側と車両後方側のそれぞれに接続されて車両左右方向に延在する中空の部材からなる前後一対の車両左右方向部材と、で井桁状に形成されてなるものであって、前記車両前後方向部材と前記車両左右方向部材との各接続部における該車両前後方向部材及び該車両左右方向部材それぞれの内部に樹脂製の補剛部材が充填または設置され、該補剛部材は、前記車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材それぞれにおける上面側と下面側とを繋ぐ柱状部を有し、前記補剛部材の量は、前記車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材の総内容積の20%以下であることを特徴とするものである。
【０００９】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記補剛部材の充填または設置する位置及びその形状は、形状最適化解析方法による解析結果に基づいて設定されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る自動車のサブフレーム構造は、車両前後方向に延在する中空の部材からなる左右一対の車両前後方向部材と、該左右一対の車両前後方向部材における車両前方側と車両後方側のそれぞれに接続されて車両左右方向に延在する中空の部材からなる前後一対の車両左右方向部材と、で井桁状に形成されてなるものであって、前記車両前後方向部材と前記車両左右方向部材との各接続部における該車両前後方向部材及び該車両左右方向部材それぞれの内部に樹脂製の補剛部材が充填または設置され、該補剛部材は、前記車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材それぞれにおける上面側と下面側とを繋ぐ柱状部を有し、前記補剛部材の量は、前記車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材の総内容積の20%以下であることにより、荷重が作用したときに前記接続部における車両前後方向部材及び前記車両左右方向部材の変形を抑制し、重量を必要以上に増加させずに効率的に剛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造を説明する図である（斜視図）。
【図２】本発明の実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造を説明する図である（平面図）。
【図３】本発明で対象とする自動車のサブフレームと、該サブフレームを構成する車両前後方向部材及び車両左右方向部材とを説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、補剛部材の形状最適化解析方法の処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、車両前後方向部材及び車両左右方向部材の内部に形状最適化解析の対象となる補剛部材モデルを設定した状態を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、補剛部材の形状最適化解析における荷重・拘束条件を示す図である（その１）。
【図７】本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、補剛部材の形状最適化解析におけるトルク・拘束条件を示す図である（その２）。
【図８】本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、補剛部材の形状最適化解析の対象とするサブフレームに荷重・拘束条件を与えたときの変形挙動を示す図である（その１）。
【図９】本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、補剛部材の形状最適化解析の対象とするサブフレームにトルク・拘束条件を与えたときの変形挙動を示す図である（その２）。
【図１０】本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造において、補剛部材の形状最適化解析の解析結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施例において、比較対象としてバルクヘッドを設置した自動車のサブフレーム構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜サブフレーム構造＞
本発明の実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造１（以下、単に「サブフレーム構造１」という。）は、図１及び図２に一例として示すように、左右一対の車両前後方向部材３と前後一対の車両左右方向部材５とで井桁状に形成されてなるものであって、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５とが接続されている接続部７に樹脂製の補剛部材９が充填または設置されているものである。
以下、上記の各構成について説明する。なお、図中に示されている座標軸は、サブフレーム構造１を車両に取り付けたときの配置を示すものであり、Ｘ軸は車両前後方向（車両後方側を正）、Ｙ軸は車両左右方向（車両右方側を正）、Ｚ軸は車両上下方向（車両上方側を正）を示す。
【００１３】
車両前後方向部材３は、例えば、車両の前後方向に延在する中空の部材からなる左右一対の車両前後方向部材である。本実施の形態において、車両前後方向部材３は、図３に示すように、コの字型の断面形状を有する車両下方側の車両前後方向部材（ロア）３ａと車両上方側の車両前後方向部材（アッパ）３ｂそれぞれの開口側を対向させて接合することで中空状に形成したものである。
【００１４】
車両左右方向部材５は、左右一対の車両前後方向部材３における車両前方側と車両後方側のそれぞれに接続されて車両左右方向に延在する中空の部材からなる前後一対の車両左右方向部材であり、左右一対の車両前後方向部材３の間に離間して配置されている。本実施の形態において、車両左右方向部材５は、例えば、図３に示すように、コの字型の断面形状を有する車両左右方向部材（リア側リア）５ａと車両左右方向部材（リア側フロント）５ｂ、又は、車両左右方向部材（フロント側ロア）５ｃと車両左右方向部材（フロント側アッパ）５ｄそれぞれの開口側を対向させて接合することで中空状に形成したものである。
【００１５】
図１に示すサブフレーム構造１において、車両左右方向部材５の両端は、車両前後方向部材３の側壁面に接続されている。これにより、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５との各接続部７において、その内部は車両前後方向部材３の側壁面によって車両前後方向部材３側と車両左右方向部材５側とに区分けされている。
【００１６】
補剛部材９は、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の各接続部７における車両前後方向部材３と車両左右方向部材５それぞれの内部に充填または設置されている。そして、補剛部材９は、図１に示すように、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５それぞれにおける上面側と下面側とを繋ぐ柱状部９ａを有する形状である。さらに、補剛部材９の量は、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５の総内容積の20%以下である。
【００１７】
補剛部材９の材質に関しては、様々な形状に加工することの容易さに加えて重量の増加を可能な限り抑制するといった観点から、樹脂（例えば、硬質プラスチックなど）とし、特に、樹脂製の発泡材（発泡樹脂）であることが望ましい。
【００１８】
なお、図１及び図２に示す補剛部材９は、後述する形状最適化解析により得られた解析結果に基づいて、形状及び位置を決定したものである。このように、補剛部材９は、形状最適化解析の解析結果に基づいて形状及び位置を決定すればよい。
【００１９】
もっとも、本発明において、車両前後方向部材と車両左右方向部材との接続部に柱状部を有するものであれば、補剛部材の形状と位置を適宜決定したものであってもよい。
また、補剛部材は、車両前後方向部材及び車両左右方向部材の内面に接合されており、接合としては、接着剤による接着または機械的締結を適用することができる。
【００２０】
＜形状最適化解析方法＞
次に、補剛部材９の形状および位置を決定する形状最適化解析方法について説明する。
形状最適化解析方法とは、予め所定の形状を想定し、該所定の形状を前提として最適な形状を求めるものではなく、所定の形状を想定することなく、与えられた解析条件を満たす最適な形状をトポロジー最適化等により求めるものである。
【００２１】
また、トポロジー最適化とは、ある程度の大きさの設計空間を設け、当該設計空間に立体要素を組み込み、与えられた解析条件を満たしつつ必要最小限の立体要素を残すことで当該解析条件を満たす最適形状を得るという方法である。トポロジー最適化においては、設計空間をなす立体要素に直接拘束を行い、直接荷重を加えるという方法が用いられる。
【００２２】
本発明の実施の形態においては、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５それぞれの内部に樹脂製の補剛部材を充填または設置することによりサブフレーム構造１の剛性を向上させるため、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５それぞれの内部を補剛部材で埋めたものを解析対象として形状最適化解析を行い、その最適化解析により前記補剛部材のうち不要な部分を取り除いた解析結果に基づいて補剛部材９を設定する。
【００２３】
ここで、形状最適化解析は、図４に示すステップＳ１からステップＳ９を実行することにより行うことができる。以下、図４に示す各ステップにおける処理について説明する。なお、ステップＳ１からステップＳ９は、コンピュータ上で実行することができる。
【００２４】
≪構造体モデル取得ステップ≫
構造体モデル取得ステップＳ１は、平面要素及び／又は立体要素を用いて構造体をモデル化した構造体モデルを取得するステップである。
本実施の形態において、構造体モデルは、左右一対の車両前後方向部材３と前後一対の車両左右方向部材５とが井桁状に形成されてなるサブフレーム１１（図３参照）を対象としたものである。
【００２５】
≪補剛部材モデル生成ステップ≫
補剛部材モデル生成ステップＳ３は、立体要素からなり前記構造体モデルと結合する補剛部材モデル１３（図５参照）を生成するステップである。
【００２６】
本実施の形態において、補剛部材モデル１３は、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５それぞれの内部の空間を埋めるように複数の立体要素を生成する。
このように生成された補剛部材モデル１３は、後述する最適化解析モデル生成ステップＳ７における最適化解析の対象となるものであり、最適化解析の過程において、補剛に不要な部位に位置する立体要素は消去され、補剛に必要となる部位に位置する立体要素が残存する。
【００２７】
≪材料特性設定ステップ≫
材料特性設定ステップＳ５は、補剛部材モデル生成ステップＳ３において生成した補剛部材モデル１３の材料特性を設定するステップである。
本発明では、樹脂製の補剛部材を対象としているため、材料特性設定ステップＳ５において補剛部材モデル１３に設定する材料特性としては、樹脂のヤング率、ポアソン比および比重などが挙げられる。
【００２８】
≪最適化解析モデル生成ステップ≫
最適化解析モデル生成ステップＳ７は、補剛部材モデル生成ステップＳ３において生成した補剛部材モデル１３をサブフレーム１１に結合して最適化解析モデル１５（図５参照）を生成するものである。
【００２９】
構造体モデル（サブフレーム１１）と補剛部材モデル１３との結合は、例えば、構造体モデルが平面要素でモデル化されている場合、補剛部材モデル１３を構成する立体要素のノード（節点）と構造体モデルの平面要素のノードとを共有することにより行うことができる。
【００３０】
もっとも、構造体モデルと補剛部材モデルとの結合は、上記のノード共有に限るものではなく、剛体要素、梁要素、平面要素などを介して構造体モデルと補剛部材モデルとを結合するものであってもよく、いずれにおいても、形状最適化解析において構造体モデルと補剛部材モデルとの間で荷重が伝達されるように結合するものであればよい。
【００３１】
≪最適化解析ステップ≫
最適化解析ステップＳ９は、最適化解析モデル生成ステップＳ７において生成した最適化解析モデル１５に解析条件を与え、補剛部材モデル１３を対象として最適化解析を行い、補剛部材モデル１３の最適形状を求めるステップである。
【００３２】
最適化解析モデル１５に与える解析条件としては、荷重を与える位置や拘束位置を与える荷重・拘束条件又はトルク・拘束条件と、最適化解析の目的に応じて設定する目的条件および制約条件がある。
【００３３】
目的条件であるサブフレーム構造の剛性を評価するためには、いくつも荷重又はトルクの入力条件が考えられる。本実施の形態では、最適化解析ステップＳ９において、図６に示す荷重・拘束条件又は図７に示すトルク・拘束条件を与え、以下に示す剛性Ａ、剛性Ｂ、剛性Ｃおよび剛性Ｄの４種類の剛性を評価した。なお、図６及び図７中の△印は、荷重の入力点Ｐ及び拘束点Ｑを示す。
【００３４】
剛性Ａ〜剛性Ｃは、図６に示すように、サスペンションアーム１７の入力点Ｐに対してＹ軸方向に荷重を入力したときの入力点Ｐの変位により算出されるものであり、剛性Ａは、荷重をＹ方向の並進による変位で除した値、剛性Ｂは、Ｘ軸周りの回転角を荷重で除した値、剛性ＣはＺ軸周りの回転角を荷重で除した値で表される。
【００３５】
剛性Ｄは、図７に示すように、サスペンションアーム１７の入力点Ｐに対してＺ軸周りにトルクを入力したときの回転角により算出したものであり、Ｚ軸周りの回転角をトルクで除した値で表される。
【００３６】
さらに本実施の形態では、最適化解析の目的条件として剛性の評価位置における剛性を最大、制約条件として補剛部材モデルの体積制約率を与えた。なお、補剛部材モデルによる重量の増加を考慮して、体積制約率は20%以下とした。
このように、解析条件として荷重・拘束条件又はトルク・拘束条件と目的条件および制約条件を与えて最適化解析を行うことにより、補剛部材モデルの最適な形状（最適形状補剛部材モデル）が解析結果として得られる。
【００３７】
図８に、図６に示す荷重・拘束条件（Ｙ軸マイナス方向に1000N）をサブフレーム１１に与えたときの変形を、図９に、図７に示すトルク・拘束条件をサブフレーム１１に与えたときの変形を示す。また、表１に剛性Ａ〜剛性Ｄの評価に用いた変位及び回転角の結果を、表２に剛性Ａ〜剛性Ｄの評価値を示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
【表２】
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【００４０】
図８及び図９より、サブフレーム１１の変形箇所は、２つの剛性モード（剛性Ａ〜剛性Ｃと、剛性Ｄ）で異なることが分かる。そのため、様々な剛性モードに対して最適な形状の補剛部材モデルを得るためには、複合最適化解析を要する場合がある。複合最適化解析とは、異なる荷重条件を与えた最適化解析を重み付けをして総合することにより最適な形状を求める最適化解析である。
【００４１】
図１０に、最適化解析を行うために車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の内部全てに樹脂を設定した補剛部材モデル１３（図１０（ａ））と、異なる荷重条件またはトルク条件を与えて最適化解析を行って得られた最適形状補剛部材モデル（図１０（ｂ）〜（ｄ））と、を比較して示す。
【００４２】
図１０（ｂ）に示す最適形状補剛部材モデル２１は、前述の図１及び図２と同様、図６に示す荷重条件（Ｙ軸マイナス方向に1000N）を与えて剛性Ａ、剛性Ｂ及び剛性Ｃについて最適化解析を行って得られたものである。なお、図１０（ｂ）に示す最適形状補剛部材モデル２１は前述の図１及び図２に示した補剛部材９と同一形状にしたものである。
【００４３】
図１０（ｃ）に示す最適形状補剛部材モデル２３は、図７に示すようにサスペンションアーム１７の入力点Ｐに対してＺ軸周りに所定のトルクを与えたときの剛性Ｄについて最適化解析を行って得られたものである。
【００４４】
図１０（ｄ）に示す最適形状補剛部材モデル２５は、図６に示す荷重条件を与えたときの剛性Ａ、剛性Ｂ及び剛性Ｃと、図７に示すトルク条件を与えたときの剛性Ｄとの複合最適化解析を行って得られたものである。最適形状補剛部材モデル２５は、図６に示す荷重・拘束条件と図７に示すトルク・拘束条件の重み付けを1：100とした結果である。
【００４５】
図１０に示すように、荷重条件およびトルク条件の違いにより、最適化解析で残存する最適形状補剛部材モデル２１、２３及び２５の形状と位置に差異が見られる。もっとも、いずれの条件においても、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５との接続部７に最適形状補剛部材モデル２１、２３及び２５が残存し、かつ、各接続部７においては車両前後方向部材３側と車両左右方向部材５側の内部に上面側と下面側とを繋ぐ柱状部９ａ（図１参照）を有する結果となった。
すなわち、補剛部材が車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５の側壁に残存するとともに、両脇が空間を有する柱状部を形成するものである。
【００４６】
そして、各接続部７に柱状部９ａが存在することで、サブフレーム構造１に対して荷重が作用したときに、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の断面が崩れるような変形が生じることを防ぐことでき、剛性が向上する。
【００４７】
なお、最適化解析ステップＳ９における最適化解析には、トポロジー最適化を適用することができる。さらに、トポロジー最適化において密度法を適用する場合、要素のペナルティ係数を2以上に設定して離散化を行うようにすることが好ましい。
【００４８】
もっとも、最適化解析ステップＳ９における最適化解析には、他の計算方式により最適化の解析処理を適用することができる。最適化の解析処理を行うものとしては、例えば、市販されている有限要素を用いた解析ソフトを使用することができる。
また、補剛部材を充填するには、サブフレーム構造の内部にセパレータ（仕切り）を入れて、液体の樹脂を流し込んで固化するとよい。さらに、補剛部材を設置するには、予め３Ｄプリンタ等で補剛部材を作製しておいて、サブフレーム構造の内部に装着するとよい。
【００４９】
以上、本発明に係る自動車のサブフレーム構造によれば、補剛部材の充填または設置による重量増加を抑えて効率的に剛性の向上が実現できる。なお、本発明に係る自動車のサブフレーム構造による重量増加と剛性向上との関係については、後述する実施例において実証する。
【００５０】
また、上記の説明において、本実施の形態に係る自動車のサブフレーム構造１は、車両左右方向部材５の左右両端が左右一対の車両前後方向部材３の側壁面に接続したものであるが、本発明は、車両前後方向部材の前後両端が前後一対の車両左右方向部材の側壁面に接続し、接続部においては車両左右方向部材の側壁面によりその内部が車両前後方向部材側と車両左右方向部材側に区分けされているものであってもよい。
【００５１】
さらに、本実施の形態に係るサブフレーム構造１は、自動車のリア側に配設されるものであるが、本発明は、中空の部材からなる車両前後方向部材と中空の部材からなる前後一対の車両左右方向部材とが井桁状に接続されているサブフレーム構造であれば、自動車のフロント側又はリア側のいずれかに限定されるものではない。
【００５２】
また、形状最適化解析においては、剛性向上の対象とする剛性モードに応じて荷重・拘束条件を設定したり、複合最適化解析における荷重・拘束条件の重み付けを適宜設定してもよい。
【実施例】
【００５３】
本発明に係る自動車のサブフレーム構造により、剛性の向上と重量増加との関係を検証する実験を行ったので、以下、これについて説明する。
本実施例では、自動車のサブフレーム構造として、形状最適化解析により得られた最適形状補剛部材モデルに基づいて補剛部材を設定したサブフレーム構造を発明例とし、該補剛部材による剛性向上と重量増加を評価した。
【００５４】
本実施例では、図１に示すように、左右一対の車両前後方向部材３と前後一対の車両左右方向部材５とで井桁状に形成され、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５とが接続されている接続部７に樹脂製の補剛部材９が充填または設置されているサブフレーム構造１において、補剛部材９の形状を形状最適化解析により得られた最適形状補剛部材モデルに基づいて決定したものを発明例とした。
【００５５】
本実施例において、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５は鋼板製であり、各車両左右方向部材５の両端が車両前後方向部材３の側壁面に溶接されて井桁状のサブフレーム構造が形成されている。ここで、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５を構成する各部品の板厚と質量は表３に示すものであり、補剛部材９を除いたサブフレーム構造１の総質量は16.84kgである。
【００５６】
【表３】
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【００５７】
表４に、本実施例において、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５に用いた鋼板と、補剛部材９に用いた発泡材の材料特性を示す。
【００５８】
【表４】
2020075656.tif 000006
【００５９】
本実施例では、前述の実施の形態で述べた形状最適化解析方法（図４参照）により得られた最適な形状の補剛部材モデルに基づいて形状及び位置が設定されたものを発明例とした。そして、図６に示す荷重・拘束条件を与えて剛性Ａ、剛性Ｂ及び剛性Ｃについて補剛部材モデル１３を最適化した最適形状補剛部材モデル２１（図１０（ｂ）補剛部材を充填）を用いたものを発明例１、図７に示すトルク・拘束条件を与えて剛性Ｄについて補剛部材モデル１３を最適化した最適形状補剛部材モデル２３（図１０（ｃ）補剛部材を設置）を用いたものを発明例２、剛性Ａ、剛性Ｂ及び剛性Ｃと剛性Ｄとで補剛部材モデルを複合最適化（重み付け1：100）した最適形状補剛部材モデル２５（図１０（ｄ）補剛部材を充填）を用いたものを発明例３とし、それぞれについて、補剛部材の充填または設置による剛性向上と重量増加を評価した。
【００６０】
なお、本実施例では、形状最適化解析の解析手法にはトポロジー最適化を用い、最適化解析における目的関数をひずみエネルギー総和の最小化、制約条件を体積制約率20%以下とした。
【００６１】
また、比較対象として、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の内部の全体に補剛部材を充填したサブフレーム構造（図１０（ａ））、及び、図１１に示すように、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５内部の側壁に沿ってバルクヘッド３３が設けられているサブフレーム構造３１を比較例とし、発明例と同様に剛性向上と重量増加を評価した。
【００６２】
ここで、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の内部の全体に補剛部材を充填したサブフレーム構造は、図１０（ａ）に示すように、車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の内部に補剛部材モデル１３が設置された最適化解析モデル１５に相当するものである（比較例１）。
また、バルクヘッド３３が設けられたサブフレーム構造３１は、荷重が作用したときに応力が高くなる部位である車両前後方向部材３と車両左右方向部材５の接続部７における車両前後方向部材３の壁部にバルクヘッド３３が接合されたものであり、本実施例では、バルクヘッド３３に用いた鋼板の板厚を1.2mm又は1.6mmとした（比較例２、比較例３）。
【００６３】
さらに、本実施例では、補剛部材９が充填されていないサブフレーム１１（図３参照）を従来例とし、サブフレーム１１について評価した剛性と重量を評価基準として、発明例及び比較例に係るサブフレーム構造の剛性向上率と増加重量を評価した。
【００６４】
表５に、従来例、比較例１〜比較例３及び発明例１〜発明例３のそれぞれにおいて評価した剛性Ａ〜剛性Ｄの剛性値と、サブフレーム構造全体の重量及び従来例を基準としたときの増加重量の結果を示す。
【００６５】
【表５】
2020075656.tif 000007
【００６６】
表５の結果より、車両前後方向部材３及び車両左右方向部材５の内部全体に補剛部材モデル１３を充填した比較例１、バルクヘッド３３を追加した比較例２及び比較例３と、補剛部材モデル１３の形状を最適化した発明例１〜発明例３のいずれにおいても、剛性が向上する結果となった。
また、表５に、従来例を評価基準とした剛性向上率と増加重量の結果を示し、さらに剛性向上率を増加重量で除して、その絶対値である質量効率の結果を示す。質量効率を比較すると、比較例１〜比較例３に比べて、発明例１〜発明例３が良好であった。
以上より、本発明に係るサブフレーム構造においては、重量の増加を抑えて効率的に剛性の向上が得られることが実証された。
【符号の説明】
【００６７】
１  サブフレーム構造
３  車両前後方向部材
３ａ  車両前後方向部材（ロア）
３ｂ  車両前後方向部材（アッパ）
５  車両左右方向部材
５ａ  車両左右方向部材（リア側リア）
５ｂ  車両左右方向部材（リア側フロント）
５ｃ  車両左右方向部材（フロント側ロア）
５ｄ  車両左右方向部材（フロント側アッパ）
７  接続部
９  補剛部材
９ａ  柱状部
１１  サブフレーム
１３  補剛部材モデル
１５  最適化解析モデル
１７  サスペンションアーム
２１  最適形状補剛部材モデル
２３  最適形状補剛部材モデル
２５  最適形状補剛部材モデル
３１  自動車のサブフレーム構造（比較例）
３３  バルクヘッド
３５  サブフレーム取付部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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