(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端を有する２つのサイドメンバ（３２）を具備し、これらのサイドメンバ（３２）は、前記前端に、バンパ（４８）を有し、
駆動原動機、伝動装置及び他の補助ユニットを収容しかつ保持し、前方のクロスメンバ（２）と、後方のクロスメンバ（５）と、２つの縦方向構材(３，４)とを有するサブフレーム（１）を具備する自動車であって、これらの縦方向構材は、前記２つのクロスメンバ（２，５）と共に組み立てられかつ互いに結合されていて、平面視でほぼ矩形の、閉じた構成ユニットを形成し、この構成ユニットは、前記自動車の車体に下方から取着するように、形成されており、前記サブフレーム（１）は、前記前方のクロスメンバ（２）の領域で、間隔をあけて前記サイドメンバ（３２）の下方に設けられており、前記バンパ（４８）の下方で衝撃吸収要素を形成しており、前記サブフレーム（１）は、前記前方のクロスメンバ（２）の領域で、一方のサイドメンバ（３２）の前端に取着された支持用薄板によって、前記サイドメンバ（３２）に螺着されており、前記縦方向構材(３，４)の各々の、前方の端部部分の領域で、スペーサチューブ（４６）およびねじ（４７）によって、前記サイドメンバ（３２）と螺着されている自動車。
【請求項２】
前記間隔は２０乃至４０ｃｍであること、を特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項３】
前記前方のクロスメンバ（２）はＵ字形に形成されており、クロスブレース（６）および２つの脚部（７）を有し、前記脚部（７）の各々は、縦方向構材（３，４）によって連ねられること、を特徴とする請求項１または２に記載の自動車。
【請求項４】
前記自動車の軸（４９）の近くで前記２つの縦方向構材(３，４)のうちの一方に設けられている、前記伝動装置用の収容部（１４）が、設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の自動車。
【請求項５】
前記前方のクロスメンバ（２）は、内部高圧による変形によって形成された中空部材であること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の自動車。
【請求項６】
前記前方のクロスメンバ（２）は、側方の縁部領域に、入口および出口用のはめ管（８，９）を有し、前記前方のクロスメンバ（２）は、結合管として使用可能であること、を特徴とする請求項５に記載の自動車。
【請求項７】
前記縦方向構材(３，４)は外側の薄板シェル（２８）及び内側の薄板シェル（２９）を有する薄板構造体として形成されており、両方のシェルは互いに溶接されていて、中空形材を形成していること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の自動車。
【請求項８】
前記外側の薄板シェル（２８）は前記サイドメンバ（３２）の一方まで上方に延びていること、を特徴とする請求項７に記載の自動車。
【請求項９】
前記２つの薄板シェル（２８，２９）は、内側に突き出ている水平方向の溶接フランジ（３０）を形成していること、を特徴とする請求項７又は８に記載の自動車。
【請求項１０】
前記縦方向構材(３，４)は鋳物又は薄板部品として形成されていること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の自動車。
【請求項１１】
前記縦方向構材(３，４)は、横断面で、下方が開いたＵ字形の断面形を有し、この断面形は外側の側壁(３５)と、内側の側壁（３６）と、蓋用壁（３７）とからなり、前記外側の側壁(３５)は補強ウェブによって、前記蓋用壁（３７）を越えて上方に延長されており、前記内側の側壁(３５)には、水平方向のウェブ(３９)が成形されていること、を特徴とする請求項１０に記載の自動車。
【請求項１２】
前記縦方向構材(３，４)は下縁にスライディングスキッド（４０）を形成していること、を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１に記載の自動車。
【請求項１３】
前記後方のクロスメンバ（５）は横断面で上方が開いたＵ字形の形材として形成されていること、を特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１に記載の自動車。
【請求項１４】
前記サブフレーム（１）は前記サイドメンバ（３２）にしっかり結合されていること、を特徴とする請求項１に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動原動機、伝動装置及び他の補助ユニット、例えば電気液圧式の制御装置、冷却器、ステアリングギヤ又はＡＢＳ／ＥＤＳ装置を収容しかつ保持するための、自動車用、特に乗用車用のサブフレームであって、前方のクロスメンバと、後方のクロスメンバと、２つの縦方向構材とを具備し、これらの縦方向構材は２つのクロスメンバと共に組み立てられかつ互いに結合されていて、平面図でほぼ矩形の、閉じた構成ユニットを形成し、この構成ユニットは、下から自動車の車体に取り付けられるように、形成されてなるサブフレームに関する。
【０００２】
DE 197 03 504 A1から、自動車の横方向剛性を高めるために用いられる、自動車用のサブフレームが公知である。このサブフレームは側方部分と、これら側方部分の間に設けられた、単層の横方向構材とを有する。側方部分の夫々は、車輪支持装置と結合されたコントロール又は傾斜アームを旋回可能に連接するための少なくとも２つの連接点を有し、横方向構材は、サブフレームを自動車に組み込む際に、車輪の中心点を結ぶ線に対しずらされている。このサブフレームは、横方向構材の横断面が半ば開いた輪郭を有し、この輪郭の開口部が、サブフレームの自動車への組込みの際に、車輪の中心点同士を結ぶ線とはほぼ逆方向に向いていること、を特徴とする。横方向構材を、前軸領域での使用の際には、電気液圧式のポンピングユニット、ＡＢＳ／ＥＤＳ装置及び／又は補助ヒータを収容するための下部支持部材として用いることができる。更に、下部支持部材を、前方のブレーキ回路の液圧式ライン又はケーブルに取着するために用いることができる。
【０００３】
DE 35 22 447 A1からは自動車の前方領域用のサブフレームのサイドメンバが明らかである。自動車はこのような２つのサイドメンバを有し、サイドメンバは，これらのサイドメンバに付けられたバンパの直後まで延びている。サイドメンバは前方の端部領域でクロスメンバと結合されており、後方の端部領域で後方のクロスメンバと結合されている。サイドメンバのうちの前方のほぼ３分の１は、サイドメンバの後方領域で取外し可能に取着されており、従って、サイドメンバの２つの前方領域はクロスメンバと共に骨組を形成する。この骨組は、バンパ、冷却器、圧縮器、エアコン、サーチライト用の収容薄板等のような他の車両要素と予め取り付けることができて、ユニットを形成する。
【０００４】
DE 41 29 538 A1に記載のサブフレーム及びDE 35 22 447 A1に記載の骨組と共に、自動車の前部領域の部分領域を予め取り付けて、ユニットとして車両の車体に組み込むことができる。しかし乍ら、車両の複数の部品の、更なる効率的な組立へのかなりの要求がある。何故ならば、組立コストは自動車の生産の場合の重要なコスト要因の１つだからである。この関連で、EP 0 678 441 A1からは、エンジン及び他の車両構成要素と共に予め組立可能なユニットを形成する、明細書導入部に記載のサブフレームが公知である。このユニットは、自動車の実際の生産ラインの外で、組み立てられ、続いて、車体に取り付けられる。公知のサブフレームには、サブフレームを直接車両の車体に装着するためのシート部分が形成されている。WO 96/19373 A1もエンジン及び伝動装置用の支持体としてのサブフレームを開示している。しかし乍ら、このサブフレームは、マルチセルの形成物に組み立てられている全体で６つのブレースからなる非常に高価な構造体を有する。更に、DE 196 54 571 A1は梯子状のサブフレームを開示している。前方のクロスヘッドは車両の前端に比べて引っ込んでいる。衝撃の導入は、車両の前部が障壁に突き当たるとき、まず障壁と接触するバンパのみによってなされる。水平方向の荷重は、車体の前方のサイドメンバへの荷重と、サブフレームのサイドメンバへ斜め下方への他方の荷重とに分けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした背景から、本発明は、車両の効率的な組立の際に高い耐衝撃性を可能にする他のサブフレームを製造することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の特徴を有するサブフレームが提示される。本発明の好都合な構成は従属請求項から読み取ることができる。
【０００７】
本発明に係わるサブフレームは、駆動原動機、伝動装置及び他の補助ユニット、例えば電気液圧式の制御装置、冷却器、ステアリングギヤ、ＡＢＳ／ＥＤＳ装置等を収容しかつ保持するために用いられる。サブフレームは、後方のクロスメンバと、前方のクロスメンバと、２つの縦方向構材とを具備する。これらの縦方向構材は２つのクロスメンバと共に組み立てられかつ互いに結合されていて、平面図でほぼ矩形の、閉じた構成ユニットを形成する。この構成ユニットは、駆動原動機、伝動装置及び補助ユニットと共に予め組み立てられた状態で、自動車に組み込むことができる。このことによって、組立コストが著しく減少する。何故ならば、完全な駆動ユニットをすべての補助ユニットと予め組み込むことができて、モジュールを形成するからである。この予備組込は乗用車用のコンベヤベルトと独立してなされる。このとき、予め製造されたモジュールは只１つの作業工程で、車両に投入され、車両と結合される。このことによって、乗用車組立コンベヤベルトでの製造時間の著しい短縮及び著しいコストに低下が生じる。このことによって、自動車工場の生産性は著しく向上される。
【０００８】
このモジュールをサブフレームに予め組み立てることができることの他の本質的な利点は、予備組立の際に、すべての結合箇所が車体部分によって覆われている訳ではないので、容易に接近することができ、これにより、品質が改善されることにある。結合箇所を加工するためには、極めて確実に仕事を行ない、その上、安価に作業するロボットを用いることができることは好都合である。このことは更なるコストダウンと同時に、品質の改善を可能にすることができる。サブフレームを車体にこのように設けることによって、どの車両にもある、車体の第１の変形面の下方に、追加の変形面が作られる。このことによって、耐衝撃性が改善される。車体の下方に間隔をあけてサブフレームを結合することは、車両の事故の際に、サブフレームの適切な切離しを可能にする。このことによって、サブフレームに取り付けられた駆動ユニット(エンジン、伝動装置及び他のユニット)が、実際の車体から離される。このことによって、実際の車体の変形可能性を十分に活用することが可能である。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態では、縦方向構材はねじ結合によってクロスメンバと結合されている。従って、クロスメンバの又は縦方向構材の又はこれらの部材と結合されたユニットの損傷の際に、単独のクロスメンバ又は単独の縦方向構材のみを取り外し、或いは対応のクロスメンバ又は対応の縦方向構材、又はこれらの部材に結合されたユニットを交換することができる。
【００１０】
本発明の他の好ましい実施の形態では、前方の横方向構材は平面図でほぼＵ字形に形成されており、長いクロスブレースと、車両のほぼ長手方向に延びる２つの短い脚部とを有する。脚部はクロスブレースと一体的に結合されている。このことによって、一方では、車両のメンテナンスの際には、例えば冷却器、給気用冷却器及び圧縮器を有する前方の下部ユニットを、車両のエンジン室から取り外すことができる。他方では、クロスメンバは衝突事故の際に変形エネルギをサイドメンバに伝達し、そのときこれらのサイドメンバは相応に変形してなる安定的なユニットを形成する。２つの脚部も、変形部材として用いられ、短い距離で多くの変形エネルギを吸収することができることは好都合である。従って、本発明に係わるサブフレームによって、実際のバンパの他に、追加の衝突保護装置を作ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明に係わるサブフレーム(Vollhilfsrahmen)１は前方のクロスメンバ２と、２つの縦方向構材３，４と、後方のクロスメンバ５とを有する。前方のクロスメンバは平面図(図１)ではＵ字形に形成されており、長いクロスブレース６及び２つの短い脚部７を有する。２つの短い脚部７及びクロスブレース６は一体的な構成要素を形成している。前方のクロスメンバは、好ましくは、内部高圧によって成形された部品として形成されている。その結果、クロスメンバは内部で中空空間を規定している。前方のクロスメンバ２では、長いクロスブレース６の端部領域の各々に、はめ管８，９（入口／出口）が取着されている。前方のクロスメンバ２は、空気を車両の一側から他側に導くための給気用導管として用いられ、更に、サブ給気冷却器として機能することができる。
【００１２】
収容領域１０は、前方のクロスメンバ２の角領域に、及びはめ管８，９に対し幾らか外側にずれた位置に形成されており、サブフレームを自動車に固定するための垂直方向孔１１を有する。
【００１３】
脚部７の自由端の各々は、ねじ穴が形成されている端面１２を有する。端面１２には、対応の端面を有する縦方向構材３，４が装着されており、ねじ１３によって固定されている。縦方向構材３，４は、ほぼ、脚部７の直線的な延長部を形成しており、後方領域で内側へ幾らか曲げられている。走行方向左側の縦方向構材３の折曲部の頂点には、伝動装置用の収容部１４が形成されている。すなわち、伝動装置は点１４に取り付けられている。
【００１４】
縦方向構材３，４は、後方のクロスメンバ５を後方へ幾らか越えて延びており、後方のクロスメンバ５に隣接した領域で、コントロール又は傾斜アーム１５を収容しかつ取り付けるために適切な形状を有する。その形状のところには、対応の軸受１６，１７が設けられている。縦方向構材３，４の後端は、サブフレーム１を車両に固定するための貫通孔１９を備えた他の収容部１８を有する。
【００１５】
縦方向構材３，４の各々は複数のねじ２０によって後方のクロスメンバ５に固定されている。
【００１６】
後方のクロスメンバ５は、横断面では、上方が開いたＵ字形をなし、底部２１及び２つの壁部分２２，２３を有する。走行方向前方の壁部分２３は走行方向後方の壁部分２２よりも丈が高く、前者の壁部分の上端は後方へ２回曲げてずらされている。クロスメンバがDE 197 03 504 A1の教示に従って形成されており、車両の駆動軸に対しこの教示に従った位置に設けられていることは好ましい。
【００１７】
後方のクロスメンバ５には、パワー・ステアリング用の導管２４が取り付けられている。後方のクロスメンバの上方には、僅かに間隔をあけて（一点鎖線で示した）ステアリング・ギヤ２５が設けられている。ステアリング・ギヤのステアリング・リンケージの端部はクロスメンバ５を越えて突出している。
【００１８】
縦方向構材３，４は、車両用タイヤのタイヤカバー湾曲部２６と伝動装置との間にある、空間的に非常に狭く区画された領域を通って、延びている。図面を簡略化するために、図１には、伝動装置全体の代わりに、自動伝動装置のうちのオイルパン２７のみが示されている。タイヤカバー湾曲部２６は、すべてのステアリング位置における車両用タイヤの外部境界である。この狭い領域に縦方向構材３，４の高い剛性を加えるために、最大限の大きさの横断面形状が設計されている。
【００１９】
本発明の第１の実施の形態(図３)では、縦方向構材３，４は外側の薄板シェル２８及び内側の薄板シェル２９を有する薄板構造体からなる。外側の薄板シェルの下縁は内側に曲げられており、内側の薄板シェルは外側の薄板シェル２８と溶接されていて、横断面がほぼ矩形の中空形材を形成している。中空形材はこの空間形状によって高い剛性を有する。下方の縁部領域では、２つの薄板シェル２８，２９は溶接フランジ３０を形成している。溶接フランジは水平方向内側に突出しており、ノイズ防止カプセル３１を固定するために用いられる。外側の薄板シェル２８は安定性を高めるために更に上方に延ばされており、ねじ３３によってサイドメンバ３２と螺着されている。
【００２０】
鋳物として形成されている縦方向構材３，４の他の実施の形態が、図４に示されている。この縦方向構材３，４は、狭いが高い、下方が開いたＵ字形の横断面を有し、この横断面はタイヤカバー湾曲部２６と、オイルパン２７と、伝動装置用カバー３４との間に適合する。従って、縦方向構材３，４は外側の側壁３５と、内側の側壁３６と、蓋用壁３７とからなる。外側の側壁３５は、縦方向構材３，４の剛性を高めるため、補強ウェブ３８によって、蓋用壁３７を越えて上方へ延長されている。内側の側壁３６の下方の縁部領域には、水平方向に位置しかつ内側に突出しているウェブ３９が形成されている。この水平方向のウェブ３９は、縦方向構材３，４に、水平方向面での捩じれを防ぐ高い抵抗モーメントを与える。更に、ウェブを、同様に、下方のノイズ防止カプセル３１を固定するために用いることができる。
【００２１】
縦方向構材３，４の実施の形態とは別に、縦方向構材の下縁は、特に前方の端部領域で、スライディングスキッド４０として形成されている。スライディングスキッド４０は、好ましくは、前方のクロスメンバ２の脚部7の後方端部領域まで前方に延びており、アセンブリの最下の輪郭よりも低い。このことによって、車両が縁石に接触するや、まず、スライディングスキッドが縁石と接触して、アセンブリが安全に保護されている。
【００２２】
本発明に係わるサブフレーム１は、車両への組込み前に、モジュールとして予め取り付けられ、モジュールへは、エンジン、伝動装置及び他の補助ユニットが組み込まれている。このような補助ユニットは、例えば、冷却器４１、給気冷却器４２、オイルパン２７、凝縮器、電気液圧式の制御装置４３又はＡＢＳ／ＥＤＳ装置４４である。完全なモジュールは、コンベヤベルトでの組立の際に、下方から車体へ持上げられて、サイドメンバ３２としっかり結合される。このとき、サブフレームは、収容領域１０で、サイドメンバ３２の前端に取着された支持用薄板４５と螺着され、スペーサチューブ４６及び長いねじ４７によって、縦方向構材３，４の前端の領域でサイドメンバ３２に固定され、縦方向構材３，４の後端にある収容部１８に、サイドメンバ３２と螺着される。サブフレームは、少なくとも前方領域で、かなりの間隔をあけてサイドメンバ３２の下方に設けられており、間隔Ｄは約２０ｃｍ乃至４０ｃｍである（図２）。サイドメンバ３２の前端にはバンパ４８が取着されている。サブフレーム１をバンパ４８の下方に設置することによって、サブフレーム１は、バンパ４８の他に、第２の衝撃吸収要素を形成している。
【００２３】
衝突事故の際、前方のクロスメンバ２の脚部7は、事故の際に変形エネルギを吸収することができる変形部材として、作用する。激しい衝突事故の際に、更に、縦方向構材３，４も変形することができる。
【００２４】
サブフレーム１とサイドメンバ３２との間のねじ結合は、ねじ結合が事故の際に断ち切れて、その結果、サイドメンバ３２の変形が、サブフレームと結合した要素、例えばエンジン、伝動装置等によって制限されないように、設計されていることが好ましい。このことによって、サイドメンバは、乗客室が損傷を受ける前に、より多くの変形エネルギを吸収することができる。このことは車両の安全性の更なる向上をもたらすことになる。
【００２５】
箇所１４で、縦方向構材３に固定された伝動装置は、衝突事故の際に、縦方向構材３から外されて、下に落ちる。このことによって、縦方向構材の上にある部品の変形は損なわれない。
【００２６】
変形部品として用いられる脚部７の及び縦方向構材３，４の変形性は、サブフレームとサイドメンバ３２との間の結合箇所の位置によって影響を受ける。結合箇所が後方に設けられていればいる程、変形部材は一層長くなり、従って、より多くの変形エネルギを吸収することができる。結合箇所が前方に位置していればいる程、サブフレーム１の前方のクロスメンバは、障壁に対し突っ張って、特に、障壁にソフトに突き当たることができる追加のバンパとして、一層強力に作用する。
【００２７】
本発明に係わるサブフレーム１によって、車両の組立は著しく迅速化される。何故ならば、揃いの駆動ユニットをサブフレームに予め取り付けることができるからである。この場合、個々の結合箇所に自由に接近できるので、ロボットの使用が可能であることは、利点である。更に、車両への組込み前に、駆動ユニットのモジュール全体のエラーの有無を調べることができる。
【００２８】
本発明に係わるサブフレーム１によって、乗用車用組立コンベヤでの製造時間の従ってまた製造コストの著しい減少が生じる。更に、著しい品質向上が達成される。
【００２９】
本発明の他の利点は、縦方向構材３にある、伝動装置用の収容部１４が、車両軸線４９の非常に近くに設けられており、これによって、発車及び停車の際にモーメントが小さく保たれ、これによって、車両前部の、引き起こされた沈込み運動及び持上がり運動が僅かに保たれることによって、生まれる。このことは走行快適性の向上をもたらす。
【００３０】
以上、１つの実施の形態に基づいて本発明を詳述した。しかし乍ら、本発明はこの具体的な実施の形態に限定されるものではない。例えば、前方のクロスメンバが単層部品としてでなく、二層の溶接部品として形成されてなる実施の形態も、本発明の枠内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるサブフレームの平面図である。
【図２】  図１のサブフレームの側面図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態を示す図２の線ＡＡに沿った、縦方向構材の断面図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態を示す図２の線ＡＡに沿った、縦方向構材の断面図である。
【図５】  図１の線ＢＢに沿ったクロスメンバの断面図である。
【符号の説明】
１  サブフレーム
２  前方のクロスメンバ
３  左側の縦方向構材
４  右側の縦方向構材
５  後方のクロスメンバ
６  長いクロスブレース
７  脚部
８  はめ管
９  はめ管
１０  収容領域
１１  孔
１２  端面
１３  ねじ
１４  伝動装置用収容部
１５  コントロールアーム
１６  コントロールアーム用軸受
１７  コントロールアーム用軸受
１８  収容部
１９  孔
２０  ねじ
２１  底部
２２  壁部分
２３  壁部分
２４  パワー・ステアリング用の導管
２５  ステアリング・ギヤ
２６  タイヤカバー湾曲部
２７  オイルパン
２８  外側の薄板シェル
２９  内側の薄板シェル
３０  溶接フランジ
３１  ノイズ防止カプセル
３２  サイドメンバ
３３  ねじ
３４  伝動装置用カバー
３５  外側の側壁
３６  内側の側壁
３７  蓋用壁
３８  補強ウェブ
３９  水平方向のウェブ
４０  スライディングスキッド
４１  冷却器
４２  給気冷却器
４３  電気液圧式の制御装置
４４  ＡＢＳ／ＥＤＳ装置
４５  支持用薄板
４６  スペーサチューブ
４７  ねじ
４８  バンパ
４９  車両軸。
【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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