JP2003312536A - 車体骨格フレームの補強構造 - Google Patents
車体骨格フレームの補強構造Info
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Abstract
変更を伴わずに補強効果の向上を図る。 【解決手段】 フロントピラー10を構成する中断面の
アウタ材(11,12)とその内部のリインフオース1
3の各座屈モード波形のピーク位置を異ならせることに
より、両者の間で長さ方向で全体的に変形モードの干渉
が生じて変形を分散させることができる。
Description
レームの補強構造に関する。
構造としては、例えば特開2001−180518号公
報に示されているように、車体骨格フレームを構成する
骨格部材を中空断面のアウタ材と、その内部に設けたリ
インフオースとで構成し、該リインフオースをアウタ材
の内側全体を覆うように広い範囲で一体成形することに
より、軽量かつ効率的にアウタ材を補強するようにした
ものが知られている。
うな従来の車体骨格フレームの補強構造では、リインフ
オースをアウタ材の内面の凹凸形状に沿った形状として
あるため、アウタ材の強度はリインフオースを設置した
分だけ全体的に向上するものの、その強度分布はリイン
フオースを設置する前と変化はなく、故に、折れ変形の
発生位置もリインフオースによる補強前と変わらず、ア
ウタ材を補強している割には折れ変形部位に対してしか
補強効果がないので、必ずしも効果的な補強とは云えな
い。
断面のアウタ材とその内部に設置するリインフオースの
各座屈変形モードを適切に設定することによって、板厚
の増大や補強手段の増設等を伴うことなく補強効果を向
上することができる車体骨格フレームの補強構造を提供
するものである。
骨格フレームを構成する骨格構造は、中空断面のアウタ
材の内部にその長さ方向の略両端部間に亘ってリインフ
オースを設置してあって、これらアウタ材とリインフオ
ースの各座屈モード波形のピーク位置を互いに異ならせ
て設定したことを特徴としている。
断面のアウタ材の内部にその長さ方向の略両端部に亘っ
て設置してあって、これらアウタ材とリインフオースの
各座屈モード波形のピーク位置を互いに異ならせて設定
してあるので、骨格部材に衝突荷重が作用してアウタ材
およびリインフオースが座屈した際に、両者の間で長さ
方向で全体的に変形モードの干渉が生じ、全体として変
形の同期が回避される結果、変形初期にはアウタ材とリ
インフオースはそれぞれ独立して座屈しながら荷重を分
担して骨格部材全体に変形を分散させることができ、変
形が進行すると両者は干渉して局所的な変形の成長が抑
制され、かつ、その干渉の抵抗力で骨格部材の変形を抑
制することができると共に、圧壊反力を高めてエネルギ
ー吸収量を増大でき、従って、アウタ材およびリインフ
オースの板厚を増大したり、補強材を増設したりするこ
となく骨格部材の補強効果を高めて衝突性能を向上する
ことができる。
ともに詳述する。
格フレームを示しており、フロントピラー10、センタ
ーピラー20、リヤピラー30等の上下方向の骨格部材
と、これらピラー10〜30の各上端を継ぐルーフサイ
ドの前後方向の骨格部材であるルーフサイドレール40
と、前記ピラー10〜30の各下端を継ぐフロアサイド
の前後方向の骨格部材であるサイドシル50と、フロン
トコンパートメントの左右両側部に配置した前後方向の
骨格部材であるフロントサイドメンバ60、および該フ
ロントサイドメンバ60の後方延長部である後述のサイ
ドメンバエクステンション70等を備えている。
乗用車の車体に共通なものであり、本発明は前述のどの
骨格部材へも適用可能である。
に適用した第1実施形態を示している。
とピラーインナ12とからなる中空断面(閉断面)のア
ウタ材と、このアウタ材(11,12)の中空断面の内
部にその長さ方向(前後方向)の両端部、即ち、前端A
から後端Bに亘ってリインフオース13を設置して構成
している。
れも略ハット形断面に形成してあって、それらのフラン
ジ11a,12aをスポット溶接することにより閉断面
を形成している。
した中央部付近C点は、別の骨格部材であるヘッダーレ
ール130と接合するために3つ又構造となっており、
ピラーインナ12側に向けて開口部14が形成されてい
る。
ピラーインナ12と同様に略ハット形断面に形成されて
おり、本実施形態ではピラーアウタ11の内面に沿うよ
うに形成されているが、設計によってはピラーインナ1
2の内面に沿って配設される場合もある。
aをピラーアウタ11,ピラーインナ12の各フランジ
11a,12a間に挟み込んでスポット溶接により一体
的に接合されている。
10のアウタ材を2つのフレーム材11,12をスポッ
ト溶接して閉断面に構成しているが、これは、例えばア
ルミ合金等の軽量金属材料の中空押出し材を用いてもよ
く、また、リインフオース13としては前記フレーム材
に替えて硬質ウレタン材を用いることができる。
実施形態ではピラーアッパ10Uとピラーロア10Lと
の境となる略ボデイウエストライン上でフードリッジメ
ンバ110およびカウルメンバ120等の他の骨格部材
との結合部を指し、また、後端Bとはセンターピラー3
0の上端部との結合部を指している。
ー10の上側部は、ルーフサイドレール40の前記セン
ターピラー20から前方領域となる略前半部分を含んで
いる。
びリインフオース13にそれぞれ変形のピーク位置発生
手段150を設けて、これらピーク位置発生手段150
によりアウタ材(11,12)とリインフオース13の
各座屈モード波形のピーク位置を異ならせて設定してあ
る。
ようにその中央付近C点は上下方向に側面略くの字状に
屈曲していると共に内側に開口部14を備えていて強度
的に脆弱部となっており、前端A点に前方から入力する
衝突荷重Fに対して図4に示すように該C点を起点にア
ウタ材(11,12)が前記屈曲方向に座屈変形するこ
とから、この脆弱部C点をもってアウタ材(11,1
2)のピーク位置発生手段150としている。
タ材(11,12)における脆弱部C点と異なる位置、
例えば前記A点とC点との中間位置のD点、および前記
C点とB点との中間位置のE点の上縁側に、それぞれ座
屈変形を誘発させる脆弱部としてのビード部13A,1
3Bを設けて、これらビード部13A,13Bをもって
リインフオース13のピーク位置発生手段150として
いる。
前記D点とE点との間に長さ方向(前後方向)に補強ビ
ード13Cを設けてもよい。
10が、車両前方から衝突されて外力Fを受けた場合の
作用を示すもので、図4はアウタ材(11,12)の座
屈変形態様を、図5はリインフオース13の座屈変形態
様を、および図6はこれらアウタ材(11,12)とリ
インフオース13との座屈変形を合成した変形態様を示
している。
から衝突荷重Fが作用すると、前記C点において屈曲部
と開口部14が設けられて脆弱部となっているため、図
4に示すようにこのC点が折れ曲がり変形の開始点とな
る。
で上下方向に屈曲したC点から前後にずれたD,E点に
脆弱部13A,13Bが存在しているため、図5に示す
ようにA−C点間ではD点を中心として、およびC−B
間ではE点を中心に折れ曲がり変形が開始する。
屈モード波形のピーク位置が前記中央付近のC点におけ
る1点であるのに対して、リインフオース13ではその
座屈モード波形のピーク位置が前記C点から前後に位相
が異なるD点とE点の2点となる。
ー10の長さ方向全体では座屈モード波形のピーク位置
が、D,C,Eの3点となり変形が広域に分散され、変
形初期にはアウタ材(11,12)とリインフオース1
3とがそれぞれ独立して座屈しながら荷重を分担してフ
ロントピラー10の全体に変形を分散させることができ
る。
C,Dの3点で相互に干渉するが、これらは何れもピー
ク位置がずれて一致しないため、互いの干渉により両者
の局所的な変形の成長が抑制され、かつ、その干渉によ
る抵抗力でフロントピラー10の変形を抑制できると共
に、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大すること
ができる。
されることによる効果を示したものであり、アウタ材
(11,12)およびリインフオース13のピーク位置
が一致せずにずれることにより、同図のa1 線に示すよ
うに全体としての変形モードのピークが分散されてフロ
ントピラー10の変形レベルを下げることができ、従っ
て、アウタ材(11,12)およびリインフオース13
の板厚を徒に増大したり、補強材を増設したりすること
なくフロントピラー10の補強効果を高めて衝突性能を
向上することができる。
生手段150として、アウタ材(11,12)およびリ
インフオース13に脆弱部C,D,Eを設けて構成して
いるため、アウタ材(11,12)に前述のように構造
上の理由により脆弱部Cがある場合でも、これを考慮し
てリインフオース13の任意の位置に脆弱部D,Eを設
けることにより、両者における座屈モード波形のピーク
位置を容易に調整することができる。
12)とリインフオース13におけるピーク位置数が異
なる場合を示したが、ピーク位置数を両者で同数に揃え
て相互の位置を異ならせて設定することもでき、かつ、
ピーク位置数は要求特性に応じて任意に設定することが
できる。
0に適用した第2実施形態を示している。
端Aをルーフサイドレール40(本実施例ではフロント
ピラー10の上側後部)に結合し、下端Bはサイドシル
50に結合している。
面)のアウタ材21と、このアウタ材21の中空断面の
内部にその長さ方向の両端部、即ち、上端Aから下端B
に亘ってリインフオース22を設置して構成している。
フレーム材と略平板状のクロージングプレートとをスポ
ット溶接して閉断面を構成したものが知られているが、
本実施形態ではこのアウタ材21を例えばアルミ金属等
の軽量金属材料をもって中空断面に押出し成形したもの
を用いており、リインフオース22も同質材の中空断面
の押出し成形材を用いている。
ンジ21aを、対応するルーフサイドレール40,サイ
ドシル50に突き合わせて接合してある一方、リインフ
オース22は該アウタ材21の中空断面内に挿通し、
上,下端をルーフサイドレール40,サイドシル50を
貫通して、上,下端に設けたフランジ22aを介してこ
れらルーフサイドレール40,サイドシル50の各内部
の突き当て面に接合してある。
オース22にそれぞれ変形のピーク位置発生手段150
を設けて、これらピーク位置発生手段150によりアウ
タ材21とリインフオース22の各座屈モード波形のピ
ーク位置を異ならせて設定してある。
外の側面ウインドウ配置領域となるA−C間(C位置は
略ドアウエストラインに相当する)では側面ウインドウ
の湾曲形状にほぼ合わせて外向きの弧を描いているが、
図外のドアを支持するC−B間では強度上の理由により
ほぼ鉛直となるように設計されていて、前記C点は略上
半部の湾曲形状と略下半部の鉛直形状とが外向きにくの
字状に屈曲した屈曲部となって、側面衝突に対して抗力
が高い部位となっている。
センターピラー20に衝突する場合、相手車両のバンパ
ーやエンジンの高さに相当するD位置、つまり、前記C
点よりも下方位置のD点は前記外向きに屈曲した強度の
高いC点と、サイドシル50との結合により補剛された
B点との中間位置で前記側面衝突荷重に対して脆弱部と
みなされ、アウタ材21はこのD点をピーク位置とする
変形モードを発生することから、この脆弱部D点をもっ
てアウタ材21のピーク位置発生手段150としてい
る。
タ材21における脆弱部D点と異なる位置、例えば前記
サイドシル50との結合により補剛されたB点に近接し
た位置に、前記側面衝突荷重に対して座屈変形を誘発さ
せる脆弱部としてのビード部22Aを設けて、該ビード
部22Aをもってリインフオース22のピーク位置発生
手段150としている。
ラー20が、車両側方から衝突されて外力Fを受けた場
合の作用について示すものである。
両がセンターピラー20に衝突する場合、相手車両のバ
ンパーの高さ位置に相当する前記D点に衝突荷重Fが入
力し、アウタ材21はこのD点をピーク位置として座屈
変形する。
も下方のE点に座屈変形を誘発するビード部22Aを設
けてあるため、該E点をピーク位置として座屈変形す
る。
22とは変形初期にはそれぞれ独立して座屈しながら荷
重を分担してセンターピラー20の全体に変形を分散さ
せ、そして、変形が進行すると両者は前記D,Eの2点
で相互に干渉して、両者の局所的な変形の成長が抑制さ
れ、従って、前記第1実施例とほぼ同様の効果を得るこ
とができる。
(A)に示すように前記側面衝突荷重Fの入力によりア
ウタ材21は前記D点をピーク位置として座屈変形し、
リインフオース22は前記E点をピーク位置として座屈
変形するが、この変形が進行すると図13の(B)に示
すように、リインフオース22の変形モードは前記D点
からピーク位置E点に向かって傾斜しているため、アウ
タ材21のピーク位置がその変形の成長過程でリインフ
オース22の前記変形モードのE点近傍の傾斜に相当す
る壁面の傾斜に沿ってE点に向かって徐々に下方に移動
され、結果的にサイドシル50との結合により補剛され
たB点に近付くことになる。
中でも最も強度剛性の高い骨格部材の1つであり捩り強
度も高いので、前記アウタ材21のピーク位置D点が座
屈変形の進行に伴ってサイドシル50に近付くことによ
り、該サイドシル50による抵抗力の増加を期待するこ
とができる。
とほぼ同様の効果が得られる他に、前述のようにアウタ
材21のピーク位置D点が側面衝突する相手車両との関
係で補剛されたB点よりも離れた位置の設定となる場合
でも、リインフオース22のピーク位置E点をD点とB
点との間で該B点に近接させて設定することによって、
該リインフオース22のピーク位置(E点)近傍で変形
のピーク発生に伴って傾斜変形する壁面を、該アウタ材
21の発生ピーク位置をガイド作用により移動調整する
モード調整手段とすることができ、このモード調整手段
により前記アウタ材21の発生ピーク位置を剛性の高い
B点に近付くように移動させてセンターピラー20の変
形抑制効果をより一層高めることができる。
リインフオース22自体の壁面を有効利用して専用部材
を不要としているため、コスト的にも有利に得ることが
できる。
バに適用した第3実施形態を示している。
は、ダッシュパネル90のトーボード傾斜面に沿ってフ
ロアパネル80の下面に廻り込んで前後方向に延在する
閉断面のサイドメンバエクステンション70として構成
されている一方、フロアセンターのトンネル部80Aの
下側稜線の下面側には、略ハット形断面に形成されて閉
断面を構成するトンネルメンバ140が前後方向に接合
配置されている。
記サイドメンバエクステンション70と直交してサイド
シル50とトンネルメンバ140とに亘ってフロアクロ
スメンバ100が車幅方向に設けられ、これらサイドシ
ル50、サイドメンバエクステンション70,フロアク
ロスメンバ100、およびトンネルメンバ140等でフ
ロア骨格メンバを構成している。
でも、前記フロアクロスメンバ100に本発明を適用し
た場合を例に採っている。
断面に形成されてフランジ100aを介してフロアパネ
ル80の下面に接合して中空断面(閉断面)を形成した
アウタ材101と、このアウタ材101の中空断面内に
その長さ方向(車幅方向)の両端部に亘って配置したリ
インフオース102とを備えている。
車両の前面衝突時に前方から入力する荷重をキャビン後
方へ伝達分散する役割を担うため、前後方向に連続した
構造が求められる。
のアウタ材101はサイドメンバエクステンション70
と交差するC点で左右に2分割して構成され、該サイド
メンバエクステンション70の側部に突き合わせて結合
されている。
では硬質ウレタン材が用いられ、アウタ材101のサイ
ドシル50との結合部A点と、トンネルメンバ140と
の結合部B点とに亘る連続体として配置されている。
ョン70の左右側壁には貫通孔70aが設けられ、リイ
ンフオース102は該貫通孔70aを通してサイドメン
バエクステンション70と交差している。
びB点において、対応するサイドシル50,トンネルメ
ンバ140に接着等により結合されているが、フロアク
ロスメンバ100とは非接合としてあって、両者の間に
は僅かな間隙が確保されている。
ース102を硬質ウレタン材としてあるが、これは、勿
論、アウタ材101と同様の略ハット形断面のパネル材
としてもよく、また、アウタ材101,リインフオース
102,サイドメンバエクステンション70、およびト
ンネルメンバ140として、アルミ合金等の中空押出し
材を用いることもできる。
100が、前面斜めオフセット衝突により外力Fを受け
た場合の作用について示すものである。
外側に位置するサイドシル50から車幅方向内側のサイ
ドメンバエクステンション70,トンネルメンバ140
の順に衝突荷重F1 ,F2 ,F3 で示すように入力度合
いが低くなる。
て前後方向の変形レベルが大きく、最内側のトンネルメ
ンバ140では変形レベルが小さくなって、結果的にフ
ロアが側方へ傾斜した変形状態を呈する。
を、および図18は前記リインフオース102の変形モ
ードを示すもので、アウタ材101は図17に示すよう
にサイドメンバエクステンション70との結合部C点を
支持端として曲げ変形を生じる。このとき、車体基準で
見た最大後退位置はサイドシル50との結合部A点とな
るが、アウタ材101の両端点A,Bを結ぶ基準線から
見た湾曲変形のピーク位置は前記A点とC点との中間の
D点となる。
に内設されたリインフオース102も前記A点が車体基
準の最大後退位置となるが、反対側の支持端はB点であ
るので、これら2点A,Bを結ぶ基準線から見た湾曲変
形のピーク位置はこれらA−B点間の略中間のC点とな
る。
ス102の両者を合成した変形モードにおけるピーク位
置は、互いに車幅方向に異なるD点とC点の2点となっ
て、フロアクロスメンバ100の全体に変形を分散させ
て、該フロアクロスメンバ100の変形、延いてはフロ
アパネル80の変形を抑制することができる。
01およびリインフオース102に特別に変形のピーク
位置発生手段150を設けることなく、アウタ材101
のフロア骨格構成上、左右2分割されてサイドメンバエ
クステンション70に交差して結合配置されることを考
慮し、内接するリインフオース102を連続直状として
配設することによってこれら両者の変形のピーク位置を
車幅方向に異ならせて、最適な補強効果を得ることがで
きる。
を示す外観斜視図。
の配設状態を示す斜視図。
面説明図。
示す側面説明図。
の座屈変形挙動を合成して示す側面説明図。
を説明する波形線図。
す半断面正面図。
分を示す略示的斜視図。
ーの縦断面図。
ーの変形モードを説明する図12と同様の縦断面図。
ら見た斜視図。
図。
メンバのアウタ材の変形モードを示す説明図。
メンバのリインフオースの変形モードを示す説明図。
Claims (8)
- 【請求項1】 車体骨格フレームを構成する骨格部材を
中空断面をもつアウタ材と、該アウタ材の内部にその長
さ方向の略両端部間に亘って設置されるリインフオース
とで構成し、 これらアウタ材とリインフオースの各座屈モード波形の
ピーク位置を互いに異ならせて設定したことを特徴とす
る車体骨格フレームの補強構造。 - 【請求項2】 前記請求項1において、リインフオース
に変形のピーク位置発生手段を設けて、該ピーク位置発
生手段によりアウタ材に対してリインフオースの座屈モ
ード波形のピーク位置を異ならせたことを特徴とする車
体骨格フレームの補強構造。 - 【請求項3】 前記請求項1において、アウタ材に変形
のピーク位置発生手段を設けて、該ピーク位置発生手段
によりリインフオースに対してアウタ材の座屈モード波
形のピーク位置を異ならせたことを特徴とする車体骨格
フレームの補強構造。 - 【請求項4】 前記請求項1または2において、ピーク
位置発生手段を他の骨格部材との結合部に近接して設け
たことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。 - 【請求項5】 前記請求項1において、アウタ材とリイ
ンフオースにそれぞれ変形のピーク位置発生手段を設
け、一方のピーク位置発生手段を他の骨格部材との結合
部に近接させ、他方のピーク位置発生手段を他の骨格部
材との結合部から離して設定することにより、各座屈モ
ード波形のピーク位置を異ならせたことを特徴とする車
体骨格フレームの補強構造。 - 【請求項6】 前記請求項2〜5の何れかにおいて、変
形のピーク位置発生手段を脆弱的により形成したことを
特徴とする車体骨格フレームの補強構造。 - 【請求項7】 前記請求項2〜6の何れかにおいて、変
形のピーク位置発生手段により発生させたピーク位置を
移動調整するモード調整手段を設けたことを特徴とする
車体骨格フレームの補強構造。 - 【請求項8】 請求項7において、モード調整手段を、
相対するアウタ材又はリインフオースの発生ピーク位置
近傍の壁面で構成したことを特徴とする車体骨格フレー
ムの補強構造。
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