JP2002337735A - 自動車の車体構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フロントピラーアッパの上下方向曲げ荷重に
よる曲げ変形の抑制を図る。 【解決手段】 閉断面に押出し成形したフロントピラー
アッパ２の前端部と、鋳造成形したフロントピラーロア
３の上端部の結合部１１とを、フロントピラーアッパ２
に上下方向に作用する曲げ入力に対して、該フロントピ
ラーアッパ２の略曲げ中立面０の近傍位置で接合してあ
るため、該接合部に生じる曲げ応力が小さく済んで接合
部の剥離を防止でき、フロントピラーアッパ２の上下方
向の曲げ変形を極力小さく抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車の車体構造、
とりわけ、車体前部の上下方向骨格部材を構成するフロ
ントピラーの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】フロントピラーの多くは、例えば特開平
６−２８６６５０号公報に示されているように、略ハッ
ト形断面に形成した一対のピラー部材を、それらのフラ
ンジ同志を重合して溶接して閉断面を構成するようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】車両の前面衝突時に
は、車体ウエスト部よりも上方に存在するフロントピラ
ーアッパには衝突入力が該フロントピラーアッパに上下
方向の曲げ荷重として作用する傾向にあって、これは、
前面衝突でも特にオフセット衝突時にこの傾向が高くな
り、また、ルーフ圧壊持にあっても該フロントピラーア
ッパには上下方向の曲げ荷重が作用することはよく知ら
れているところである。

【０００４】ところで、前述のように略ハット形断面の
一対のピラー部材を突き合わせてフランジ接合してフロ
ントピラーを閉断面に構成する場合、室内空間の確保や
前方視界および側方視界の確保、あるいは車体デザイン
上の観点から、フロントピラーアッパにおける前記フラ
ンジ接合部の設定位置が一義的に決められてしまい、フ
ロントピラーアッパに前記曲げ荷重が作用した際に、フ
ランジ接合部が剥離して大きく曲げ変形する可能性があ
る。

【０００５】一方、フロントピラーを閉断面の複数のセ
グメントに押出し成形して、これらを継ぎ合わせて該フ
ロントピラーを構成するようにしたものも知られている
が（米国特許明細書第４，６１８，１６３号参照）、こ
の構造にあってもフロントピラーアッパに作用する上下
方向の曲げ荷重に対する各セグメントの継ぎ合わせ接合
部分の耐剥離構成については何等工夫されるところはな
い。

【０００６】そこで、本発明はフロントピラーアッパに
上下方向に作用する曲げ荷重に対して、曲げ変形を極力
小さく抑制することができる自動車の車体構造を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、前端がフロントウインドシールドの下端近傍に延在
し、後端部が少くともセンターピラーの上端部に結合さ
れるフロントピラーアッパを軽量金属材料で閉断面に押
出し成形する一方、上端部がフロントピラーアッパの前
端部に結合されるフロントピラーロアを軽量金属材料で
構成し、前記フロントピラーロアの上端部にはフロント
ピラーアッパの前端部の下面部を受容して内包する結合
部を形成し、これらフロントピラーアッパの前端部とフ
ロントピラーロアの結合部とを、フロントピラーアッパ
に上下方向に作用する曲げ入力に対して、該フロントピ
ラーアッパの略曲げ中立面の近傍位置で溶接して接合し
たことを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明にあっては、請求項１に記
載のフロントピラーロアの上側部に、結合部の後端部近
傍位置に上下方向に延在する後部脆弱部を形成したこと
を特徴としている請求項３の発明にあっては、請求項２
に記載のフロントピラーロアの上側部に、該フロントピ
ラーロアの前端部と後部脆弱部との間で結合部の下側に
沿って、前記後部脆弱部よりも脆弱な中間脆弱部を設け
たことを特徴としている。

【０００９】請求項４の発明にあっては、請求項２，３
に記載の後部脆弱部を外側壁と前壁および後壁とで開断
面に形成すると共に、これら前、後壁を外側壁よりも板
厚を厚く設定したことを特徴としている。

【００１０】請求項５の発明にあっては、請求項１〜４
に記載の自動車の車体構造であって、フロントピラーロ
アの前後方向略前半部の板厚を薄くし、前後方向略後半
部の上部ドアヒンジ取付部周りから下側部に亘る領域の
板厚を厚く設定したことを特徴としている。

【００１１】請求項６の発明にあっては、請求項１〜５
に記載の自動車の車体構造であって、フロントピラーア
ッパの前端部とフロントピラーロアの結合部との接合部
分の閉断面積を、前端に至るに従って漸次高さ方向に大
きく形成したことを特徴としている。

【００１２】請求項７の発明にあっては、請求項１〜６
に記載の自動車の車体構造であって、フロントピラーア
ッパを多角形の閉断面に形成し、各隅角部の内側に厚肉
部を形成したことを特徴としている。

【００１３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、フロン
トピラーアッパは軽量金属材料をもって閉断面に押出し
成形してあるため該フロントピラーアッパ自体の剛性が
高く、しかも、フロントピラーアッパの前端部とフロン
トピラーロアの結合部とを、フロントピラーアッパに上
下方向に作用する曲げ入力に対して、該フロントピラー
アッパの略曲げ中立面の近傍位置で溶接して接合してあ
るため、該接合部に生じる曲げ応力が小さく済んで接合
部の剥離を防止でき、従って、フロントピラーアッパの
上下方向の曲げ変形を極力小さく抑制できてフロントウ
インドシールドあるいはフロントドアウインドウパネル
の割れを防止することができる。

【００１４】また、前述のようにフロントピラーアッパ
の前端部とフロントピラーロアの結合部との接合部に生
じる曲げ応力が小さくなるため、溶接長さや溶接時間を
短縮して溶接熱によるピラー剛性への影響を大幅に軽減
でき、熱影響を見込んだ板厚増大を最小限に抑制できて
重量的におよびコスト的に有利に得ることができる。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、フロントピラーアッパに作用す
る上下方向の曲げ荷重に対して、後部脆弱部で上下方向
に発生する反力を小さくできるため、フロントピラーア
ッパとフロントピラーロアとの接合部領域と、フロント
ピラーアッパの一般部領域との境界部分に応力集中によ
る局部変形を回避できて、フロントウインドシールドあ
るいはフロントドアウインドウパネルの割れ防止効果を
高めることができる。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
の発明の効果に加えて、後部脆弱部の前方に前後方向に
所要領域で中間脆弱部が存在しているため、該後部脆弱
部の上下方向反力の抑制作用を十分に発揮させることが
できる。

【００１７】請求項４に記載の発明によれば、請求項
２，３の発明の効果に加えて、後部脆弱部を構成する開
断面の前、後壁の剛性を確保できるため、通常時にあっ
てはドア枠部としての機能を十分に維持できると共に、
フロントピラーアッパに上下方向曲げ荷重が作用した場
合に、外側壁の座屈変形をトリガーとして後部脆弱部を
全体的に座屈変形させて上下方向反力の抑制作用を発揮
させることができる。

【００１８】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４の発明の効果に加えて、フロントピラーロアの前後
方向略後半部の所要領域で剛性を確保してドア枠部とし
ての機能を十分に維持できると共に、車両の前面衝突時
にはフロントピラーロアの前端部を座屈変形させて衝突
入力をフロントピラーアッパに軸力として伝達して、該
フロントピラーから各車体骨格部材へ衝突入力を分散負
担させることができる。

【００１９】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５の発明の効果に加えて、フロントピラーアッパに上
下方向曲げ荷重が作用した場合に、曲げモーメントが大
きいフロントピラーアッパ前端側の抗力を高めて、該フ
ロントピラーアッパ前端部の局部的な変形を防止するこ
とができる。

【００２０】請求項７に記載の発明によれば、車両の前
面衝突時や側面衝突時あるいはルーフ圧壊時にフロント
ピラーアッパに作用する曲げモーメント、又は車両の前
面衝突時にフロントピラーアッパに作用する軸力に対す
る抗力を高められて、該フロントピラーアッパの局部的
な変形を防止することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面と
共に詳述する。

【００２２】図１〜３において、１はフロントピラーを
示し、該フロントピラー１は前端がフロントウインドシ
ールド９（図４，７参照）の下端近傍に延在し、後端部
が後述するセンターピラー１８の上端部に結合されるフ
ロントピラーアッパ２と、上端部がフロントピラーアッ
パ２の前端部に結合されるフロントピラーロア３とに分
離して形成してある。

【００２３】フロントピラーアッパ２はアルミ合金等の
軽量金属材料をもって、例えば略四角形閉断面に押出し
成形してあり、該四角形閉断面の各隅角部の内側には図
４〜７に示すように厚肉部４を形成してある。

【００２４】また、フロントピラーアッパ２の上面部の
車幅方向内側の側部には、図４〜７に示すようにフロン
トウインドシールド９の側縁部を受容して接着固定する
ための段部５を形成してあると共に、閉断面内には該段
部５の隅角部から下面部に跨って補強用の縦リブ６を一
体成形してあり、かつ、下面部にはドア開口部８の周縁
フランジの上辺部を構成する突縁部７を一体成形してあ
る。

【００２５】フロントピラーロア３はフロントピラーア
ッパ２と同様の軽量金属材料をもって開断面に鋳造成形
してある。

【００２６】このフロントピラーロア３の上端部には、
フロントピラーアッパ２の前端部の後傾角度に合わせて
傾斜して成形されて、該フロントピラーアッパ２の前端
部の下面部を受容して内包する棚状の結合部１１を形成
してある。

【００２７】また、フロントピラーロア３の上側部に
は、前記結合部１１の後端部近傍位置に後部脆弱部１２
を該フロントピラーロア３の後縁部に沿って上下方向に
延在して形成してあると共に、その前方にフロントピラ
ーロア３の前端部と該後部脆弱部１２との間で前記結合
部１１の下側に沿って、該後部脆弱部１２よりも脆弱な
中間脆弱部１３を形成してある。

【００２８】本実施形態では後部脆弱部１２を、図８に
示すように外側壁１２ａと前、後壁１２ｂ，１２ｃとで
略コ字形の開断面に形成してあると共に、これら前、後
壁１２ｂ，１２ｃを外側壁１２ａよりも板厚を厚く設定
してある。

【００２９】また、中間脆弱部１３はこの後部脆弱部１
２の前側で前記結合部１１の下側を斜辺とする側面直角
三角形状の開口部として形成してあり、該開口部１３の
下辺は略車体のウエストライン位置に設定してある。

【００３０】フロントピラーロア３の前後方向略後半部
には、上、下のドアヒンジ取付部１４が設定されるが、
本実施形態ではこのフロントピラーロア３の前後方向略
前半部の板厚を薄くし、前後方向略後半部の前記上部の
ドアヒンジ取付部１４周りから下側部に亘る領域に板厚
を厚くした厚肉部３ａを形成してある。

【００３１】そして、前記フロントピラーアッパ２の前
端部とフロントピラーロア３の結合部１１の車幅方向外
縁部とを、図４〜７に示すように車両の前面衝突時又は
ルーフ圧潰時にフロントピラーアッパ２に上下方向に作
用する曲げ入力に対して、該フロントピラーアッパ２の
略曲げ中立面０の近傍位置で前後方向に連続して溶接し
て接合してある。

【００３２】前記フロントピラーアッパ２の下面部に形
成した突縁部７は、本実施形態では該フロントピラーア
ッパ２の前端末近傍まで形成してあり、そこで、前記結
合部１１の車幅方向内縁部を該突縁部７に前後方向に連
続して溶接して接合してある。

【００３３】また、これらフロントピラーアッパ２の前
端部とフロントピラーロア３の結合部１１との結合部分
の閉断面積は、前端に至るに従って漸次高さ方向にｈ₁
からｈ₂ へと大きく形成してある。

【００３４】フロントピラーロア３は前述のように鋳造
成形してそれ自体は開断面となっているが、車体サイド
構成体１５のダッシュサイド１６の外側面に重合して周
縁部分を接合して閉断面を形成している。

【００３５】車体サイド構成体１５はダッシュサイド１
６と、サイドシル１７のシルインナ１７Ｂと、センター
ピラー１８のピラーインナロア１８Ｃと一体にアルミ合
金等の軽量金属材料をもって鋳造成形してあり、ダッシ
ュサイド１６の前側部上縁は図４に示すように前記結合
部１１の車幅方向外縁部と同様に、フロントピラーアッ
パ２の前端部に該フロントピラーアッパ２の曲げ中立面
０の近傍位置で前後方向に連続して溶接して接合してあ
ると共に、該ダッシュサイド１６の後側部上縁は開口部
（中間脆弱部）３の下縁に沿って前後方向に連続して溶
接して接合してある。

【００３６】また、サイドシル１７のシルアウタ１７Ａ
およびセンターピラー１８のピラーアウタ１８Ａ、ピラ
ーインナアッパ１８Ｂの何れも、車体サイド構成体１５
と同様に軽量金属材料をもって鋳造成形してあり、ピラ
ーアウタ１８Ａの下部前端とフロントピラーロア３の下
部後端とをシルアウタ１７Ａを介して溶接して結合し、
前記ピラーインナアッパ１８Ｂの下端をピラーインナロ
ア１８Ｃの上端に溶接接合してサブアッセンブリした状
態で、これらシルアウタ１７Ａ、ピラーアウタ１８Ａ
を、対応するシルインナ１７Ｂ、ピラーインナアッパ１
８Ｂ、ピラーインナロア１８Ｃに突き合わせて溶接して
結合してある。

【００３７】以上の実施形態の構造によれば、フロント
ピラーアッパ２は軽量金属材料をもって閉断面に押出し
成形してあるため該フロントピラーアッパ２自体の剛性
が高く、しかも、フロントピラーアッパ２の前端部とフ
ロントピラーロア３の結合部１１とを、フロントピラー
アッパ２に上下方向に作用する曲げ入力に対して、該フ
ロントピラーアッパ２の略曲げ中立面０の近傍位置で溶
接して接合してあるため、図６に応力分布を併記して示
したように該接合部分では曲げ応力σが小さく済んで接
合部の剥離を防止でき、従って、フロントピラーアッパ
２の上下方向の曲げ変形を極力小さく抑制できてフロン
トウインドシールド９あるいは図外のフロントドアウイ
ンドウパネルの割れを防止することができる。

【００３８】また、このようにフロントピラーアッパ２
の前端部とフロントピラーロア３の結合部１１との接合
部に生じる曲げ応力σが小さいため、溶接長さや溶接時
間を短縮して溶接熱によるピラー剛性への影響を大幅に
軽減することができる。

【００３９】この結果、熱影響を見込んだ板厚増大を最
小限に抑制できて重量的におよびコスト的に有利に得る
ことができる。

【００４０】図９は車両のオフセット前面衝突時におけ
るフロントピラーアッパ２の曲げ変形の作用モデルを、
および図１０はその曲げ変形時のモーメント図を示して
おり、また、図１１はルーフ圧潰時におけるフロントピ
ラーアッパ２の曲げ変形の作用モデルを、および図１２
はその曲げ変形時のモーメント図をそれぞれ示してい
る。

【００４１】これらの図からも判るように、一対のハッ
ト形断面のピラー部材を突き合わせて、曲げ中立面から
離れた位置でフランジ接合して閉断面を構成したフロン
トピラーアッパでは、図９、図１１のｂ線で示すように
前記フランジ接合部が剥離してしまうためフロントピラ
ーアッパの上下方向の曲げ変形量が大きくなってしまう
が、本実施形態の構成によれば前述の理由によりａ線で
示すようにフロントピラーアッパ２の上下方向の曲げ変
形量を小さく抑制することができる。

【００４２】ここで、前述のようにフロントピラーアッ
パ２の前端部はフロントピラーロア３の結合部１１と接
合してあるため、フロントピラーアッパ２のセンターピ
ラー１８との接合部間の一般部領域に較べてピラー剛性
が高く、従って、この結合部１１との接合部領域と一般
部領域との境界部分では上下方向の曲げ変形荷重によっ
て図９、図１１のｃ線で示すように応力集中による局部
変形が生じ、これに伴って一般部領域にも応力集中が発
生して局部変形が生じる可能性がある。

【００４３】一方、本実施形態では前述のようにフロン
トピラーロア３の上側後部には結合部１１の後端部近傍
位置に後部脆弱部１２が上下方向に延在しているため、
結合部１１の後端部分で上下方向の曲げ荷重に対して該
後部脆弱部１２が例えば上向きの曲げ荷重に対しては伸
び方向に変形し、下向きの曲げ荷重に対しては縮小方向
に変形する所謂ばね系として作用して、上下方向に発生
する反力を小さくできるため、前記接合部領域と一般部
領域との境界部分に応力集中による局部変形を回避する
ことができる。

【００４４】特に、この後部脆弱部１２の前方には、フ
ロントピラーロア３の前端部と後部脆弱部１２との間で
結合部１１の下側に沿って該後部脆弱部１２よりも脆弱
な中間脆弱部としての開口部１３を形成してあるため、
前記後部脆弱部１２の伸、縮方向の変形がスムーズに行
われて該後部脆弱部１２の上下方向反力の抑制作用を十
分に発揮させることができる。

【００４５】従って、これら後部脆弱部１２および中間
脆弱部１３による上下方向反力の抑制作用で、フロント
ピラーアッパ２の応力集中による局部変形を回避するこ
とができるため、フロントウインドシールド９および図
外のフロントドアウインドウパネルの割れ防止効果を高
めることができる。

【００４６】しかも、前記後部脆弱部１２は略コ字形の
開断面に形成してその前、後壁１２ｂ、１２ｃを外側壁
１２ａよりも板厚を厚くして、該前、後壁１２ｃの剛性
を確保してあるため、通常時にあってはドア枠部として
の機能を十分に維持できると共に、フロントピラーアッ
パ２に上下方向曲げ荷重が作用した場合に、図８に破線
で示すように外側壁１２ａの座屈変形をトリガーとして
後部脆弱部１２を全体的に座屈変形させて上下方向反力
の抑制作用を発揮させることができる。

【００４７】また、フロントピラーアッパ２の前端部と
フロントピラーロア３の結合部１１との接合部分は、そ
の閉断面積を前端に至るに従って漸次高さ方向にｈ₁ か
らｈ ₂ へと大きく形成してあるため、フロントピラーア
ッパ２上下方向曲げ荷重が作用した場合に、曲げモーメ
ントが大きいフロントピラーアッパ２の前端側（図１
０，１２参照）の抗力を高めて、該フロントピラーアッ
パ２の前端部の局部的な変形を防止することができる。

【００４８】更に、フロントピラーロア３はその前後方
向略前半部の板厚を薄くし、前後方向略後半部の上部の
ドアヒンジ取付部１４周りから下側部に亘る領域に板厚
を厚くした厚肉部３ａを形成してあるため、図外のフロ
ントドアが取付けられる所要領域で剛性を確保してドア
枠部としての機能を十分に維持できると共に、車両の前
面衝突時にはフロントピラーロア３の前端部を座屈変形
させて衝突入力をフロントピラーアッパ２に軸力として
伝達して、該フロントピラーアッパ２からこれに連なる
各車体骨格部材へ衝突入力を分散負担させることができ
る。

【００４９】一方、このフロントピラーアッパ２は多角
形閉断面に形成して、各隅各部の内側に厚肉部４を形成
してあるため、前記車両前面衝突時におけるフロントピ
ラーアッパ２に作用する軸力に対する抗力を高められる
と共に、上下方向曲げモーメントあるいは側面衝突時に
おける左右方向曲げモーメントに対する抗力を高められ
て、該フロントピラーアッパ２の局部変形防止効果を更
に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す分解斜視図。

【図２】同実施形態の組付状態を示す側面図。

【図３】同実施形態におけるフロントピラーアッパとフ
ロントピラーロアとの結合状態を示す斜視図。

【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図６】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図７】図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図。

【図８】図２のＥ−Ｅ線に沿う断面図。

【図９】オフセット前面衝突時におけるフロントピラー
アッパの曲げ変形作用モデル図。

【図１０】オフセット前面衝突時におけるフロントピラ
ーアッパの曲げ変形モーメント図。

【図１１】ルーフ圧潰時におけるフロントピラーアッパ
の曲げ変形作用モデル図。

【図１２】ルーフ圧潰時におけるフロントピラーアッパ
の曲げ変形モーメント図。

【符号の説明】

１…フロントピラー ２…フロントピラーアッパ ３…フロントピラーロア ３ａ…厚肉部 ４…フロントピラーアッパの隅角部の厚肉部 １１…結合部 １２…後部脆弱部 １２ａ…外側壁 １２ｂ…前壁 １２ｃ…後壁 １３…中間脆弱部 １４…ドアヒンジ取付部 ０…曲げ中立面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前端がフロントウインドシールドの下端
   近傍に延在し、後端部が少くともセンターピラーの上端
   部に結合されるフロントピラーアッパを軽量金属材料で
   閉断面に押出し成形する一方、 上端部がフロントピラーアッパの前端部に結合されるフ
   ロントピラーロアを軽量金属材料で構成し、 前記フロントピラーロアの上端部にはフロントピラーア
   ッパの前端部の下面部を受容して内包する結合部を形成
   し、 これらフロントピラーアッパの前端部とフロントピラー
   ロアの結合部とを、フロントピラーアッパに上下方向に
   作用する曲げ入力に対して、該フロントピラーアッパの
   略曲げ中立面の近傍位置で溶接して接合したことを特徴
   とする自動車の車体構造。
2. 【請求項２】 フロントピラーロアの上側部に、結合部
   の後端部近傍位置に上下方向に延在する後部脆弱部を形
   成したことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体
   構造。
3. 【請求項３】 フロントピラーロアの上側部に、該フロ
   ントピラーロアの前端部と後部脆弱部との間で結合部の
   下側に沿って、前記後部脆弱部よりも脆弱な中間脆弱部
   を設けたことを特徴とする請求項２に記載の自動車の車
   体構造。
4. 【請求項４】 後部脆弱部を外側壁と前壁および後壁と
   で開断面に形成すると共に、これら前、後壁を外側壁よ
   りも板厚を厚く設定したことを特徴とする請求項２，３
   に記載の自動車の車体構造。
5. 【請求項５】 フロントピラーロアの前後方向略前半部
   の板厚を薄くし、前後方向略後半部の上部ドアヒンジ取
   付部周りから下側部に亘る領域の板厚を厚く設定したこ
   とを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自動車の
   車体構造。
6. 【請求項６】 フロントピラーアッパの前端部とフロン
   トピラーロアの結合部との接合部分の閉断面積を、前端
   に至るに従って漸次高さ方向に大きく形成したことを特
   徴とする請求項１〜５の何れかに記載の自動車の車体構
   造。
7. 【請求項７】 フロントピラーアッパを多角形の閉断面
   に形成し、各隅角部の内側に厚肉部を形成したことを特
   徴とする請求項１〜６の何れかに記載の自動車の車体構
   造。