CN113302116B - 车身结构 - Google Patents

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Abstract

车身结构具备由第一复合部件(10)构成的车身侧部(1)和由第二复合部件(20)构成的车身下部(2)。第一及第二复合部件(10、20)分别由金属板(11、21)和含有不连续纤维的纤维强化热塑性树脂部(12、22)构成。第一复合部件(10)的纤维强化热塑性树脂部(12)具备在金属板(11)上形成的衬垫层和从该衬垫层竖立设置的加强肋。第二复合部件(20)的纤维强化热塑性树脂部(22)具有填充在金属板(21)上开口的开口部(23)的板状部(24)。第二复合部件(20)的纤维强化热塑性树脂部(22)的不连续纤维比第一复合部件(10)的纤维强化热塑性树脂部(12)的不连续纤维长。

Description

车身结构
技术领域
本发明涉及一种车身结构(vehicle body structure)。
背景技术
开发了由金属和纤维强化塑料(FRP)构成的各种车身结构。也存在具有将由金属构成的部分(例如，车身前部)和由碳纤维强化树脂(CFRP)构成的部分(例如，车厢部分)接合而构成的车身结构的市场销售车辆。另外，下述专利文献1公开了由金属和热塑性树脂的复合部件(B柱或下纵梁)构成的车身结构。在专利文献1所公开的车身结构中，使用通过在金属板上一体成形的模制(molded on)树脂肋加强该金属板的复合部件来制作车身。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8383242号说明书
但是，在专利文献1所公开的复合部件中，复合部件所使用的加强用树脂只是热塑性树脂，不是纤维强化热塑性树脂。关于使用通过纤维强化热塑性树脂加强金属的复合部件的车身结构，专利文献1并没有公开任何技术研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过将金属和纤维强化热塑性树脂的复合部件适当地用于车身的各部分，从而能够实现适当的强度及刚性的车身结构。
本发明的特征在于提供一种具备由第一复合部件构成的车身侧部和由第二复合部件构成的车身下部的车身结构。第一及第二复合部件分别由金属板和含有不连续纤维的纤维强化热塑性树脂部构成。第一复合部件的纤维强化热塑性树脂部具备形成在金属板上的衬垫层和从该衬垫层竖立设置的加强肋。第二复合部件的纤维强化热塑性树脂部具备填充在金属板上开口的开口部的板状部。第二复合部件的纤维强化热塑性树脂部的不连续纤维比第一复合部件的纤维强化热塑性树脂部的不连续纤维长。另外，“构成(configuredof)”的表现并不排除其他构成要素。
发明的效果
根据上述特征，通过在车身的各部分(车身侧部及车身下部)适当地使用金属和纤维强化热塑性树脂的复合部件，能够赋予车身结构适当的强度及刚性。
附图说明
图1是由实施方式的车身结构构成的车身的分解立体图。
图2是上述车身结构的车身侧部的立体图。
图3是上述车身结构中的下纵梁的放大分解立体图。
图4是上述下纵梁的概略放大分解剖面图。
图5是上述车身结构的车身下部的局部立体图。
图6是上述车身下部的放大剖面图。
图7是上述车身下部的后部保险杠加强部件的放大剖面图。
具体实施方式
参照附图对实施方式的车身结构进行说明。如图1所示，本实施方式的车身结构是乘用车的车身结构，由车身侧部(body side section)1、车身下部(body lower section)2、车身上部(body upper section)3、以及车身前部(body front section)4构成。
车身侧部1、车身下部2及车身上部3分别由复合部件(composite common(s))构成，该复合部件由金属板和含有不连续纤维(discontinuous fibers)的纤维强化热塑性树脂部(以下也称为FRTP部(FRTP portion))构成。另外，车身前部4与现有的车身结构相同地由金属构成。在本实施方式中，使用碳纤维作为上述FRTP部的强化纤维(CFRTP)。但是，也可以使用碳以外的纤维作为FRTP部的强化纤维(例如，玻璃纤维、硼纤维、芳香族聚酰胺纤维等)。
如上所述，CFRTP中使用的碳纤维作为不连续纤维使用。即，在本实施方式中，碳纤维不使用作为高压釜法或RTM法中使用的连续纤维(continuous fiber)，而是切断为某种程度的长度与热塑性树脂混合而使用。混合有作为不连续纤维的碳纤维的热塑性树脂与金属板一体成形(integrallymolded with)形成复合部件。该复合部件的形成方法根据车身结构的部位而不同(后面详细说明)。
首先，对车身侧部1进行说明。图2表示作为构成车身侧部1的复合部件之一的外侧面板(第一复合部件)10。车身侧部1除了外侧面板10之外，还具备与外侧面板10的车厢侧接合的内侧面板10a(在图4中仅表示一部分)。内侧面板10a也是第一复合部件。外侧面板10由金属板11和含有不连续纤维的FRTP部12构成。内侧面板10a也由金属板11a和含有不连续纤维的FRTP部12a构成。如上所述，FRTP部12(12a)与金属板11(11a)一体成形。
具体而言，在第一复合部件中，FRTP部12通过所谓的注塑成形与金属板11一体化。在注塑成形中，与嵌入成形相同，在注塑成形机(injection molding machine)的模具内预先设置金属板11，然后，在模具内注射混合了碳纤维的热塑性树脂，成形外侧面板10。嵌入成形通常用于在树脂成形品的一部分中埋入金属部件(金属插入物(metal insert(s)))的情况。在如本实施方式那样用树脂覆盖金属部件的一部分的情况下，使用注塑成形的术语。这样，由于金属板11和FRTP部12不使用粘接剂而通过注塑成形直接一体化，因此，不会损害第一复合部件(即，使用该第一复合部件的车身侧部1)的强度和刚性。
为了对混合有碳纤维的热塑性树脂进行注射成形，碳纤维的纤维长度必须缩短某种程度。如果碳纤维的纤维长度过长，则会堵塞在注射成形机内。在本实施方式中，用于注塑成形的碳纤维长度为0.1～3.0mm。若不足0.1mm，则无法对FRTP部12(CFRTP)施加所希望的强度和刚性，若超过3.0mm，则如上所述难以进行注射成形(或者需要特别的注射成形机)。
投入到注射成形机中的碳纤维被将热塑性树脂输送到注射口的注射成形机内部的螺杆切断成上述长度。被切断的碳纤维在注射口的上游与热塑性树脂混合。由于注塑成形是使用模具的注塑成形，因此，成形的树脂部的形状自由度(成形自由度)高，能够在需要强度和(或)刚性的部分容易地设置肋(加强肋)121。FRTP部12为了设置肋121，在金属板11上还具备衬垫层(lining layer)120，肋121从该衬垫层120竖立设置(一体形成)。
目前，作为金属板11通过使用高张力钢板或超高张力钢板，或者附加多个金属制的加强部件(加强片)，对所希望部分赋予强度及(或)刚性。但是，在本实施方式中，通过设置肋121或调整衬垫层120的厚度，能够有效地对所希望的部分赋予强度及(或)刚性。近年来，在车身结构的开发中通常使用利用CAE的结构解析(FEM解析等)，但通过根据解析结果设置肋121或调整衬垫层120的厚度，能够通过FRTP部12有效地对车身侧部1赋予强度及(或)刚性。
另外，在外侧面板10也使用金属部件(金属板)110作为加强部件。金属部件110经由FRTP部12与金属板11一体化，对车身侧部1赋予强度及(或)刚性。金属部件110在FRTP部12的注射成形时嵌入模具内。另外，在本实施方式的车身侧部1中，设置在车身下方侧的肋121所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在车身上方侧的肋121所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。
在此，以车身搭载状态下的车身侧部1的高度的中央为界，上方侧为“车身侧部1(车身)的上方侧”，以中央为界，下方侧为“车身侧部1(车身)的下方侧”。车身侧部1要求相对于所谓的侧面碰撞(来自其他车辆的侧方的碰撞)牢固。在所谓的前面碰撞(从车身前部4向其他车辆或障碍物的碰撞)中，通过使车身前部4压碎，能够由车身前部4吸收碰撞能量。但是，在侧面碰撞中，没有吸收碰撞能量的空间，为了抑制其他车辆进入车厢(生存空间)内，要求牢固的结构。
因此，如图2和图3所示，特别是通过集中加强A柱、B柱和C柱的下部，相对于侧面碰撞对车身侧部1赋予牢固的结构。此时，为了集中地加强支柱的下部，设置多个肋121，并且使肋121变厚。其结果，抑制了侧面碰撞时的车身侧部1的局部变形，并且构筑了将侧面碰撞的载荷有效地传递到车身下部2的多负荷通路。
因此，在本实施方式中，设置在车身侧部1的下方侧的肋121所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在上方侧的肋121所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。另外，已知A柱的下部的加强对于所谓的小偏置碰撞也有效。另外，如图所示，支柱的上部也由肋121加强，但对于侧面碰撞，加强支柱的上部也是有效的。
另外，这里的“纤维强化热塑性树脂的量”是指肋121中使用的CFRTP的量，但由于在上方侧和下方侧都是相同的CFRTP，因此可以是重量，也可以是体积。但是，由于也考虑部分地使用不同的CFRTP(后述的车身下部2的CFRTP等)，因此“纤维强化热塑性树脂的量”是指重量。
另外，如上所述，对于侧面碰撞，对立柱的下部集中加强是有效的，但还已知特别是对下纵梁(侧门槛)的加强是有效的。参照图3及图4，对本实施方式的下纵梁的加强结构进行说明。
如图3所示，本实施方式的下纵梁具有封闭截面结构，该封闭截面结构不仅包括作为车身侧部1的一部分的外侧面板10和内侧面板10a的下部，还包括后述的作为车身下部2的一部分的下纵梁内面板(下纵梁内侧部件)20a。下纵梁内面板20a是由金属板21a和含有不连续纤维(碳纤维)的FRTP部22a构成的第二复合部件。关于第二复合部件的形成方法，与后述的车身下部2一起详细说明。
在此，可以解释为外侧面板10的下部是下纵梁，内侧面板10a的下部是下纵梁内加强件。另外，考虑到组装后的车身，也不可能将下纵梁内面板20a解释为车身侧部1的一部分，但考虑到后述的第二复合部件(下纵梁内面板20a)的形成方法，在本实施方式中，下纵梁内面板20a为车身下部2的一部分。另外，内侧面板10a(下纵梁内加强件)可以不遍及下纵梁的全长而设置，也可以局部设置。
在下纵梁中，外侧面板10和内侧面板10a(第一复合部件)以及下纵梁内面板20a(第二复合部件)通过对形成于这些金属板11、11a及21a上的凸缘111、111a和211进行点焊而相互接合。即，通过凸缘111、111a及211将车身侧部1和车身下部2焊接接合。另外，第一复合部件及第二复合部件(也包括第一复合部件彼此及第二复合部件彼此)在下纵梁以外的部分也通过形成于彼此的金属板11、11a、21a上的凸缘焊接接合。因此，即使形成FRTP部12、12a和22a，第一复合部件和第二复合部件也通过这些金属板11、11a、21a并利用作为目前的接合方法的焊接而稳定且可靠地接合。
而且，下纵梁通过由金属板11、11a及21a形成的闭合截面结构、由内侧面板10a(下纵梁内加强件)形成的加强、由外侧面板10及内侧面板10a的肋121形成的加强、以及由下纵梁内面板20a的FRTP部22a形成的加强，构筑牢固的结构。另外，外侧面板10和内侧面板10a的衬垫层120以及下纵梁内面板20a的衬垫层220也有助于下纵梁的牢固结构(后面详细说明)。
接着，对车身下部2进行说明。更具体地说，车身下部2是车身地板部(body floorsection)。如图1所示，车身下部2作为第二复合部件具备底面板20、上述的下纵梁内面板20a和后保险杠加强件20b。在此，车厢与电动机(发动机)室之间的前围板是底面板20的一部分。如图4所示，下纵梁内面板20a通过点焊分别与底面板20的两侧缘接合。
底面板20(第二复合部件)由金属板21和含有不连续纤维的FRTP部22构成。下纵梁内面板20a(第二复合部件)也由金属板21a和包含不连续纤维的FRTP部22a构成(参照图4)。如后所述，后保险杠加强件20b也由金属板21b和含有不连续纤维的FRTP部22b构成(参照图7)。第二复合部件的FRTP部22(22a、22b：以下省略)是上述第一复合部件的FRTP部12(12a：以下省略)通过不同的形成方法形成。
第二复合部件的FRTP部22所含的碳纤维比上述第一复合部件的FRTP部12所含的碳纤维长。因此，FRTP部22难以通过注射成形形成，通过LFT-D成形(Long Fiber-reinforced Thermoplastic Direct inline compound molding)而形成(也称为D-LFT成形)。具体而言，首先形成将熔融的热塑性树脂和长的强化纤维混合后挤出(extruded)的复合物(compound)，将该复合物在成形线上与金属板21一起放置在模具内，通过压缩成形(compression molding)形成FRTP部22。其结果，金属板21和FRTP部22被一体成形。另外，在压缩成形时，金属板21的形状已经通过冲压成形而形成。另外，在向模具内放置复合物时，使用机器人手臂等。
在此，在本实施方式中，在金属板21的形成FRTP部22的位置预先形成有开口部23，该开口部23被压缩成形的FRTP部22堵塞。具体而言，如图4所示，开口部23的内缘部分与FRTP部22重叠，FRTP部22成为被金属板21去除边缘的结构。在该重叠的部分，通过上述的压缩成形，金属板21和FRTP部22被牢固地一体化。重叠部分的内侧的、填充开口部23而堵塞开口部23的部分是板状部24(FRTP部22的一部分)。
因此，通过形成开口部23，能够减少金属板21的体积而使车身轻量化。另外，在减轻重量的同时，通过与金属板21一体成形的FRTP部22(板状部24)，也能够确保作为底面板20所需的强度和刚性。为了确保作为底面板20所需的强度和刚性，FRTP部22的碳纤维较长。在本实施方式中，LFT-D成形中使用的碳纤维长为3.0～30mm。如果碳纤维长度不足3.0mm，则不能得到所希望的强度和刚性。另一方面，如果碳纤维长度超过30mm，则难以将碳纤维混合到热塑性树脂中，因此难以压缩成形(复合物的形成)。
另外，混合了长纤维的纤维强化热塑性树脂被称为LFT(Long Fiber reinforcedThermoplastics)(有时也称为LFRT)。与此相对，混合了短纤维的纤维强化热塑性树脂被称为SFT(Short Fiber reinforced Thermoplastics)(有时也称为SFRT)。作为LFT和SFT的边界的纤维长度并没有明确规定。如果纤维的种类变化，则其边界也变化。在本实施方式中，如上所述，以纤维长度3.0mm为界，区别LFT和SFT。另外，上述的纤维长度是成形后的FRTP部中含有的纤维的平均长度。因此，第一复合部件的FRTP部12由SFT形成，第二复合部件的FRTP部22由LFT形成。LFT和SFT用作不连续纤维。另外，在高压釜法或RTM法中使用的连续纤维的长度有时与部件的最大长度大致相等，为数米。
底面板20为了确保最低地上高度而大多不设置向下方的突出部，为了确保车厢容积而大多不设置向上方的突出部。根据本实施方式的车身下部2，即使将FRTP部22形成为板状(不设置肋等)，也能够确保必要的强度和刚性。另外，上述车身下部2的结构，在发生前面碰撞或侧面碰撞等碰撞时，能够由底面板20充分承受碰撞负荷。另外，如果是LFT-D成形，则能够容易地将底面板20这样的大型部件形成为金属与CFRTP的复合部件。
另外，在图4中，上述的金属板21与FRTP部22的重叠部分形成在金属板21的上表面及下表面这两方，但只要确保足够的接合强度，也可以仅形成在上表面及下表面中的一方。另外，在图4中，为了便于理解而将重叠部分表示得较厚，但重叠部分不形成台阶而从金属板21向FRTP部22形成为同一平面(但是，也可以形成台阶)。
另外，在本实施方式中，从底面板20的两侧缘到下纵梁内面板20a，构筑了不形成上述开口部23的其他复合结构。首先，对下纵梁内面板20a的衬垫层220(参照图4)进行说明。另外，在图6中省略了下纵梁内面板20a的衬垫层220的图示。衬垫层220通过LFT-D成形将金属板21a和上述LFT复合物压缩成形，形成在下纵梁内面板20a的内表面上。因此，衬垫层220(即FRTP部22a)与金属板21a一体化，对下纵梁内面板20a赋予强度及刚性。
在此，下纵梁内面板20a的衬垫层220的碳纤维沿车身结构的长边方向(longitudinal direction)(前后方向(back-forth direction)取向(oriented)。碳纤维的取向可以在挤出LFT复合物时进行控制。当LFT复合物从挤出机(extruder)的挤出口挤出时，(也依赖于挤出口的形状)碳纤维以相对于挤出口的中心轴大致成直角的方式取向。碳纤维的取向因压缩成形而几乎不变化。
另外，下纵梁内面板20a的衬垫层220的碳纤维比底面板20的FRTP部22的碳纤维更长。通过使下纵梁内面板20a的衬垫层220的碳纤维在车身结构的长边方向上取向，能够有效地对抗作用在下纵梁上的轴向力(例如前面碰撞)，并且也能够有效地对抗以使下纵梁挠曲的方式作用的横向力(例如侧面碰撞时)。衬垫层220的碳纤维比FRTP部22的碳纤维更长，因此能够通过有效地对抗上述的轴向力和横向力，能够进一步提高上述的下纵梁的牢固结构。
另外，在下纵梁内面板20a，不仅形成有位于下纵梁的内部的上述衬垫层220(参照图4)，还形成有从底面板20的两侧缘到下纵梁内面板20a的衬垫层220(参照图5及图6)。衬垫层220形成在底面板20的上表面和底面上。这些图5和图6所示的衬垫层220进一步提高了下纵梁的牢固结构，并且也提高了底面板20的强度和刚性。
另外，图5仅表示车身下部2的左半部分。另外，底面板20能够划分为前面板(即，上述的前围板)，中央面板以及后面板，但在图5中没有图示中央面板的后部(与后座对应的部分)以及后面板(与后部行李室对应的部分)。FRTP部22得到变形(modified)。
另外，从图5和图6所示的衬垫层220竖立设置有三角肋(加强肋)221。三角肋221也形成在底面板20的上表面上以及底面上。在金属板21的形成有三角肋221的部分，为了在成形时容易向上下的三角肋221填充树脂而形成有贯通孔230。在图5中，虽然仅示出了两个三角肋221，但可以沿着下纵梁适当设置在所希望的位置。三角肋221也进一步提高了下纵梁的牢固结构，并且还提高了底面板20的强度和刚性。另外，在图6中还图示了在底面板20的下表面焊接厚的金属部件而形成的纵梁201。形成纵梁201的金属部件焊接在底面板20的金属板21上(在焊接部未形成FRTP部22)。
如图5和图6所示的衬垫层220和三角肋221也通过LFT-D成形而形成。另外，衬垫层220的碳纤维在车身结构的长边方向上取向。进而，衬垫层220的碳纤维比FRTP部22(板状部24)的碳纤维更长。因此，图5和图6所示的衬垫层220和三角肋221进一步提高了下纵梁的牢固结构，并且进一步提高了底面板20的强度和刚性。
换言之，在车身下部2，设置在其周缘部的加强肋(三角肋)221所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在其中央部的加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。这里的“中央部”是指周缘部的内侧。但是，在图中没有图示设置在中央部的加强肋(在中央部没有设置加强肋的情况下，加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量视为零)。由此，能够提高车身下部2的周缘部的强度和刚性，能够实质上提高板状的车身下部2整体的强度和刚性。
进而，如图1所示，车身下部2还具有后保险杠加强件(后部保险杠加强部件)20b。后保险杠加强件20b也与底面板20和下纵梁内面板20a相同，是第二复合部件。即，如图7所示，后保险杠加强件20b由金属板21b和含有不连续纤维(碳纤维)的FRTP部22b构成。另外，后保险杠加强件20b由上述的LFT-D法形成。后保险杠加强件20b通过支架或碰撞吸能盒安装在上述纵梁201的后端。
后保险杠加强件20b的FRTP部22b具有：设置在金属板21b的内表面上的衬垫层220、从衬垫层220竖立设置的肋(加强肋)221以及三角肋(加强肋)221。衬垫层220形成在金属板21b的垂直板的内表面上。通过衬垫层220提高后保险杠加强件20b的强度和刚性，但通过肋221和三角肋221进一步提高了强度和刚性。肋221在后保险杠加强件20b的长边方向上延伸。三角肋221从垂直板的衬垫层220设置到金属板21b的水平上板的内表面。三角肋221也从垂直板的衬垫层220设置到金属板21b的水平下板的内表面。多个三角肋221沿着后保险杠加强件20b的长边方向设置。另外，衬垫层220不仅可以形成在垂直板的内表面上，也可以形成在水平上板和水平下板的内表面上。
FRTP部22b(衬垫层220和肋221)的碳纤维沿车身结构的横向(lateraldirection)(左右方向“left-right direction”)取向。碳纤维的取向的控制与下纵梁内面板20a的衬垫层220相同。通过使FRTP部22b的碳纤维沿车身结构的横向取向，即使对于作用为使后保险杠加强件20b挠曲的力(例如后面碰撞时)也能够有效地对抗。另外，后保险杠加强件20b的衬垫层220的碳纤维比底面板20的FRTP部22的碳纤维更长。后保险杠加强件20b的肋221和三角肋221包含在上述“设置于车身下部2的周缘部的加强肋221”中。
接着，对车身上部3进行说明。更具体地说，车身上部3是车身顶部(body roofsection)。如图1所示，车身上部3具有车顶面板30a、车顶纵梁30b以及车顶横梁30。车顶侧梁(未图示)由车身结构决定，但包含在车身上部3或车身侧部1中。车顶纵梁30b及车顶横梁30的两端通过螺栓连接或焊接在车顶侧梁上，两端的中间部通过粘接剂与车顶面板30a的内表面接合。若焊接中间部和车顶面板30a，则在车顶面板30a的表面形成焊接痕，因此使用粘接剂。
在本实施方式中，车顶纵梁30b和车顶横梁30是第一复合部件，如图1所示，由金属板31和含有不连续纤维(碳纤维)的FRTP部32构成。与车身侧部1的第一复合部件同样地通过注塑成形来形成车顶纵梁30b和车顶横梁30(第一复合部件)。在此，也可以仅将车顶横梁30形成为第一复合部件，而车顶纵梁30b仅由金属形成。FRTP部32的碳纤维沿车身结构的横向取向。
在此，车顶纵梁30b及车顶横梁30(第一复合部件)如上所述通过注射成形而形成。在注射成形中，在与模具内表面(以及在本实施方式中为金属板31的表面)接触的部分(表层)和不接触的部分(芯层)中，强化纤维的取向方向可以改变。FRTP部32的碳纤维的取向是FRTP部32的芯层中的碳纤维的取向。可以在注射混合有碳纤维的热塑性树脂时控制芯层中的碳纤维的取向。
当将SFT从注塑机的注射口射出时，芯层的碳纤维以相对于注射口的中心轴大致成直角的方式取向(也依赖于注射口的形状)。即，如果注射口是单一的浇口，则碳纤维取向为以注射口为中心的同心圆状。如果注射口是扇形浇口，则碳纤维取向为与长的注射口平行地。另外，如果注射口是单一的浇口，则表层的碳纤维取向为从注射口呈放射状。如果注射口是扇形浇口，则碳纤维取向为与长的注射口垂直。
通过将车身上部3由车顶纵梁30b及车顶横梁30(第一复合部件)构成，能够有效地对车身上部3赋予强度及刚性。特别是，在本实施方式中，由于使第一复合部件的碳纤维在车身结构的横向上取向，因此即使对于从侧方作用于车身上部3的横向力(例如侧面碰撞时或侧翻时)也能够有效地对抗。
对车身上部3的变形例进行说明。车顶面板30a也可以通过注塑成形形成为由金属板和FRTP部构成的第一复合部件。在该情况下，能够将车顶横梁作为具有蜂窝结构的梁(加强肋的一种)注射形成于FRTP部。另外，在FRTP部的成形时，也可以将金属的车顶纵梁嵌入模具内而一体成形。
在此，也可以不将车顶横梁作为注射成形的加强肋而形成，而是将预先成形的CFRTP的车顶横梁在第一复合部件(车顶面板30a)的注射成形时嵌入模具内而一体成形。在这种情况下，也容易使预先成形的车顶横梁的碳纤维沿车身结构的横向取向。另外，在该情况下，车顶横梁可以由SFT成形，也可以由LFT成形。
接着，对车身前部4进行说明。车身前部4是上述前围板的前侧的部分。通常，在车身前部4中收纳有发动机、电动机等。车身前部4作为在前面碰撞时被压碎(延展性地压曲)而吸收碰撞能量的变形区域发挥作用。车身骨架结构中的车身前部4由金属构成。金属具有适于通过上述的延展性破坏来吸收碰撞能量的特性。具体而言，车身前部4具备金属制的纵梁40及碰撞吸能盒41。
纵梁40沿车身结构的长边方向延伸，并与上述车身下部2的纵梁201相连。碰撞吸能盒41安装在纵梁40的前端，进而在其前端安装前保险杠加强件(未图示)。碰撞吸能盒41在碰撞时被压扁而吸收碰撞能量。
本实施方式的车身结构具备由第一复合部件(外侧面板10)构成的车身侧部1和由第二复合部件(底面板20)构成的车身下部2。第一和第二复合部件(10、20)分别由金属板(11、21)和含有不连续纤维的FRTP部(12、22)构成。
因此，可以通过具有金属板和FRTP部的复合结构的复合部件来构筑以往使用金属制的片等进行部分加强的结构，可以大幅削减部件数量。此外，除了削减部件的数量之外，通过用FRTP代替金属(将金属片设为衬垫层120及加强肋121/开口部23内的板状部24)来实现轻量化。另外，由于使用由金属板(不是单纯的树脂)和纤维强化热塑性树脂构成的复合部件形成车身侧部1和车身下部2，所以能够提高车身结构的强度和刚性(不增加重量)。
进而，第一复合部件的FRTP部具备在金属板上形成的衬垫层120和从该衬垫层120竖立设置的加强肋121而构成。因此，在车身侧部1，FRTP部的形状自由度高，因此能够将加强肋121配置在所希望的位置，能够可靠地提高车身侧部1的强度和刚性。
另一方面，第二复合部件的FRTP部具有填充开口部23并堵塞该开口部23的板状部24。因此，第二复合部件能够在维持板形状的状态下提高车身下部2的强度和刚性。
在此，第二复合部件的FRTP部中包含的不连续纤维比第一复合部件的FRTP部中包含的不连续纤维长。换言之，第一复合部件的FRTP部中包含的不连续纤维比第二复合部件的FRTP部中包含的不连续纤维短，因此第一复合部件的FRTP部的形状自由度高，如上所述，能够将加强肋121配置在所希望的位置，能够可靠地提高车身侧部1的强度和刚性。
另一方面，由于第二复合部件的FRTP部中包含的不连续纤维较长，因此即使没有形成加强肋等的空间，也能够通过第二复合部件在维持板形状的状态下(与第一复合部件相比)进一步提高车身下部2的强度和刚性(特别是面刚性)。而且，通过将这样特性不同的第一复合部件(由短纤维形成的高形状自由度)及第二复合部件(由长纤维形成的高强度及高刚性)选择性地用于车身侧部1及车身下部2，能够可靠地提高车身结构的强度及刚性(在实现部件数削减及轻量化的基础上)。
另外，车身侧部1和车身下部2通过第一复合部件的金属板和第二复合部件的金属板的焊接而直接接合。即，FRTP部不会阻碍车身侧部1与车身下部2的接合，能够通过与现有技术相同的方法可靠地接合车身侧部1与车身下部2。
在本实施方式的车身结构中，在车身侧部1中，设置在车身下方侧的加强肋121所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在车身上方侧的加强肋121所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。因此，通过加强肋121更重点地提高了车身结构的下方侧(特别是B柱下部或A柱下部)的强度和刚性。其结果，抑制了侧面碰撞时的车身侧部1的局部变形，并且构筑了使侧面碰撞的负荷有效地分散到车身下部2的多负荷通路。另外，由于降低了车辆重心位置，所以也提高了车辆的运动性能。
在本实施方式的车身结构中，车身下部2还具备下纵梁内面板(下纵梁内侧部件)20a作为第二复合部件(除了底面板20之外)。沿着下纵梁内面板20a形成的FRTP部22a具备：在金属板(21，21a)上形成的衬垫层220和从该衬垫层220竖立设置的加强肋(三角肋)221。设置在车身下部2的周缘部的加强肋221所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在车身下部2的中央部的加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。因此，作为车架结构的一部分的车身下部2的周缘部的强度和刚性被更重点地提高。其结果，能够有效地抑制针对向车身的各种静态以及动态输入的车身变形。另外，通过在周缘部重点设置的加强肋221来构筑有效地分散碰撞负荷的多负荷通路，能够由车身下部2整体充分承受碰撞负荷。
在此，在本实施方式的车身结构中，在下纵梁内面板20a的金属板21a上形成有由纤维强化热塑性树脂构成的衬垫层220，衬垫层220的不连续纤维在车身结构的长边方向上取向。因此，能够有效地对抗作用在下纵梁上的轴向力(例如前面碰撞)，并且也能够有效地对抗以使下纵梁挠曲的方式作用的横向力(例如侧面碰撞时)。
进而，下纵梁内面板20a的衬垫层220的不连续纤维比板状部24的不连续纤维长。因此，可以更有效地提高下纵梁内面板20a的衬垫层220的强度和刚性，构筑有效地分散碰撞负荷的多负荷通路，可以由车身下部2整体充分地承受碰撞负荷。
另外，在本实施方式的车身结构中，车身下部2还具备后保险杠加强件(后部保险杠加强部件)20b作为第二复合部件(除了底面板20和下纵梁内面板20a之外)。形成在后保险杠加强件20b的金属板21b上的FRTP部22b具有衬垫层220，衬垫层220的不连续纤维沿车身结构的横向取向。因此，即使对于作用为使后保险杠加强件20b挠曲的力(例如后面碰撞时)也能够有效地对抗。其结果，能够抑制后保险杠加强件20b的局部变形，能够将碰撞负荷有效地传递到车身骨架结构(纵梁201)。
另外，本实施方式的车身结构还具备由金属构成的车身前部4，车身前部4与车身下部2的金属板21(以及车身侧部1的金属板11)直接接合。因此，能够通过与以往同样的施工方法可靠地与车身下部2(车身侧部1)接合。由于不需要特别的接合结构或接合方法，因此能够抑制车身结构的制造成本的上升。另外，由于车身前部4由金属构成，所以在碰撞时延展性地压曲，能够高效地吸收碰撞能量。进而，在车身前部4中收纳有内燃机(电动机及逆变器)等发热源，但由于车身前部4由相对于热稳定的金属构成，因此车身结构不易受到上述发热源产生的热的影响。
在本实施方式的车身结构中，车身上部3也由第一复合部件(车顶横梁30和车顶纵梁30b/车顶面板30a(变形例))构成，车身侧部1和车身上部3通过第一复合部件的金属板(11、31)彼此的焊接而直接接合。因此，能够有效地赋予车身上部3即车身的车顶强度及刚性。当然，由于能够削减所使用的金属的量，因此能够实现轻量化。另外，由于通过车身上部3的轻量化来降低车辆重心位置，所以也提高了车辆的运动性能。
在此，第一复合部件(车顶横梁30和车顶纵梁30b)的FRTP部的不连续纤维沿车身结构的横向取向。因此，即使对于从侧方作用于车身上部3的横向力(例如侧面碰撞时或侧翻时)也能够有效地对抗。
如上所述，参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施例。本发明的范围参照请求项的范围来决定。
另外，本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式的LFT-D成形中，将预先挤出的复合物放置在模具内，然后进行压缩成形。但是，在LFT-D成形中，有时在将复合物挤出到模具内后再进行压缩成形。总之都是在LFT-D成形中，在压缩成形之前形成LFT复合物，之后在模具内与金属部件一起压缩成形LFT复合物。
符号说明
1：车身侧部
2：车身下部
3：车身上部
4：车身前部
10：外侧面板(第一复合部件)
10a：内侧面板(第一复合部件)
20：底面板(第二复合部件)
20a：下纵梁内面板(下纵梁内侧部件：第二复合部件)
20b：后保险杠加强件(后部保险杠加强部件：第二复合部件)
30：车顶横梁(第一复合部件)
30a：车顶面板(第一复合部件：变形例)
30b：车顶纵梁(第一复合部件)
11、11a、21、21a、21b、31：金属板
12、12a、22、22a、22b、32：纤维强化热塑性树脂部(FRTP部)
23：开口部
24：板状部
120、220：衬垫层
121、221：加强肋(肋、三角肋)

Claims (13)

1.一种车身结构，其特征在于，具备：
车身侧部，其由第一复合部件构成，该第一复合部件由金属板和含有不连续纤维的纤维强化热塑性树脂部构成；
车身下部，其由第二复合部件构成，该第二复合部件由金属板和含有不连续纤维的纤维强化热塑性树脂部构成，
所述第一复合部件的所述纤维强化热塑性树脂部具备形成在所述金属板上的多个加强部而构成，
所述第二复合部件的所述纤维强化热塑性树脂部具备周缘部与所述金属板一体化的板状部而构成，
所述车身侧部和所述车身下部通过所述第一复合部件的所述金属板与所述第二复合部件的所述金属板的接合而接合，
所述第二复合部件的所述不连续纤维比所述第一复合部件的所述不连续纤维长。
2.如权利要求1所述的车身结构，其特征在于，
所述板状部填充所述金属板上形成的开口部并堵塞该开口部。
3.如权利要求1所述的车身结构，其特征在于，
所述车身侧部和所述车身下部通过所述第一复合部件的所述金属板与所述第二复合部件的所述金属板的焊接而直接接合。
4.如权利要求1～3中任一项所述的车身结构，其特征在于，
所述加强部为加强肋。
5.如权利要求4所述的车身结构，其特征在于，
所述第一复合部件的所述纤维强化热塑性树脂部具备形成在所述金属板上的衬垫层和从该衬垫层竖立设置的多个所述加强肋。
6.如权利要求4所述的车身结构，其特征在于，
在所述车身侧部，设置在车身的下方侧的所述加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在所述车身的上方侧的所述加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。
7.如权利要求1～3中任一项所述的车身结构，其特征在于，
所述车身下部具备下纵梁内侧部件作为所述第二复合部件，
所述下纵梁内侧部件的所述纤维强化热塑性树脂部具备在所述金属板上形成的衬垫层和从该衬垫层竖立设置的加强肋而构成，
设置在包括所述下纵梁内侧部件的所述车身下部的周缘部的所述加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量比设置在所述车身下部的中央部的所述加强肋所使用的纤维强化热塑性树脂的量多。
8.如权利要求7所述的车身结构，其特征在于，
所述下纵梁内侧部件的所述衬垫层的所述不连续纤维沿所述车身结构的长边方向取向。
9.如权利要求7所述的车身结构，其特征在于，
所述下纵梁内侧部件的所述衬垫层的所述不连续纤维比形成所述板状部的所述纤维强化热塑性树脂的所述不连续纤维长。
10.如权利要求7所述的车身结构，其特征在于，
所述车身下部还具备后部保险杠加强部件作为所述第二复合部件，
在构成所述后部保险杠加强部件的所述金属板的加强部件内表面上，形成有由所述第二复合部件的所述纤维强化热塑性树脂构成的衬垫层，
形成所述后部保险杠加强部件的所述衬垫层的所述纤维强化热塑性树脂的所述不连续纤维沿所述车身结构的横向取向。
11.如权利要求1～3中任一项所述的车身结构，其特征在于，
所述车身结构还具备由金属构成的车身前部，
所述车身前部与所述车身下部的所述金属板或所述车身侧部的所述金属板直接接合。
12.如权利要求1～3中任一项所述的车身结构，其特征在于，
所述车身结构还具备构成车身的车顶的车身上部，
所述车身上部由所述第一复合部件构成，
所述车身侧部和所述车身上部通过所述第一复合部件的所述金属板彼此的焊接而直接接合。
13.如权利要求12所述的车身结构，其特征在于，
所述车身上部的所述第一复合部件的所述纤维强化热塑性树脂部的所述不连续纤维沿所述车身结构的横向取向。
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