JP2004168073A - 車体上部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の軽量化に支障を来すことなく衝突荷重の分散効率を高められる車体上部構造の提供を図る。
【解決手段】クロスメンバ１１は平面Ｘ字状に交差して形成されていて、左右一対のルーフサイドレール７に跨って連結してあるため、ルーフサイドレール７に車体前後方向に作用する衝突荷重を、該クロスメンバ１１を構成する斜交したフレーム１１Ａ，１１Ｂによって左右のルーフサイドレール７にほぼ均等に伝達させることができ、ルーフ骨格部材全体およびルーフパネル６への荷重分散を効率よく行えてルーフ部の変形を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車体上部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車の車体上部構造として、ルーフ部の車幅方向両側部に車両前後方向に延在配置した左右一対のルーフサイドレールと、これらルーフサイドレールに直交して連結配置した前後複数の車幅方向ルーフレールとを、閉断面に成形した鋼材で構成して、車体ルーフ骨格部材の剛性の向上と衝突性能の向上とを図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表２０００−５０５３９５（第２頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構造では車両衝突時における前記ルーフ骨格部材全体への荷重分散を効率的に行わせるためには、各ルーフ骨格部材の肉厚の増加や補強材の追加等が必要となって、重量的におよびコスト的に不利となってしまうことは否めない。
【０００５】
そこで、本発明はルーフ骨格部材を適切に配設することによって、車体の軽量化に支障を示すことなく衝突荷重の分散効率を高められる車体上部構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の車体上部構造にあっては、ルーフサイドの車体前後方向のルーフ骨格部材を構成する左右一対のルーフサイドレールと、これらルーフサイドレールに跨って車幅方向に連結配置されて車幅方向のルーフ骨格部材を構成する平面Ｘ字状に交差したクロスメンバと、を備えている。
【０００７】
【発明の効果】
クロスメンバは平面Ｘ字状に交差して形成されていて、左右一対のルーフサイドレールに跨って連結してあるため、ルーフサイドレールに車体前後方向に作用する衝突荷重を、該クロスメンバを構成する斜交した一対のフレームによって左右のルーフサイドレールにほぼ均等に伝達させることができ、ルーフ骨格部材全体およびルーフパネルへの荷重分散を効率よく行えてルーフ部の変形、ひいてはキャビンの変形を抑制することができる。
【０００８】
【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。
【０００９】
図１〜図８は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は本発明の第１実施形態を採用した車体の全体斜視図、図２は図１のＡ範囲部の拡大平面図、図３は図１のＢ範囲部の拡大平面図、図４は図２のＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図、図５は図２のＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図、図６は図３のＳＣ−ＳＣ線に沿う断面図、図７は前面衝突時における荷重入力状況を示す図１と同様の斜視図、図８はオフセット前面衝突時における作用を示す説明図である。
【００１０】
図１に示すように車体１のフロントコンパートメントＦ・Ｃの車幅方向両側には、車体前後方向に延在した左右一対のフロントサイドメンバ２を備えており、また、キャビンＣの下面を隔成するフロアパネル３の車幅方向両側には、車体前後方向に延在した左右一対のサイドシル４を設けてあって、これら左右のサイドシル４，４に跨ってフロアクロスメンバ５を車幅方向に接合配置してある。
【００１１】
キャビンＣの上面を隔成するルーフパネル６の車幅方向両側には、車体前後方向に延在した左右一対のルーフサイドレール７を設けてある。
【００１２】
前記サイドシル４とルーフサイドレール７に上下方向に跨ってフロントピラー８、センターピラー９，およびリヤピラー１０を、車体前側からこの順に連結配置してあり、これらサイドシル４，フロアクロスメンバ５，ルーフサイドレール７，および各ピラー８〜１０によってキャビン骨格を構成している。
【００１３】
そして、図１〜図３に示すように左右一対のルーフサイドレール７，７に跨って、平面Ｘ字状に交差したクロスメンバ１１を車幅方向に連結配置してある。
【００１４】
ルーフサイドレール７は図４，図６に示すようにアウタパネル７ａとインナパネル７ｂとで閉断面に形成してある一方、クロスメンバ１１は斜交した一対のフレーム１１Ａ，１１Ｂを略ハット形断面に形成してある。
【００１５】
ルーフパネル６はその車幅方向両端部をルーフサイドレール７の上部フランジ７ｃに上下方向に重合して接合してあり、クロスメンバ１１はフランジ１１ａをこのルーフパネル６の下面に重合して接合して閉断面を形成すると共に、端末フランジ１１ａ’をルーフサイドレール７のインナパネル７ｂに車幅方向に重合して接合して、ルーフサイドレール７とルーフパネル６との接合面と、ルーフサイドレール７とクロスメンバ１１との接合面とを、ほぼ直角に位相を異ならせて互いに異方向に設定してある。
【００１６】
本実施形態にあっては、左右一対のルーフサイドレール７のフロントピラー８との連結部間、およびセンターピラー９との連結部間に跨って、該ルーフサイドレール７と略直交する前後一対のルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒを車幅方向に連結配置してある。
【００１７】
これらルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒは略ハット形断面に形成してあって、それらの車幅方向端末部を図６に示すようにルーフサイドレール７の上部フランジ７ｃとルーフパネル６の端部と共に上下方向に重合して接合し、該ルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒの一般部分は上縁フランジを介してルーフパネル６の下面に接着材により接着固定してある。
【００１８】
そして、前記クロスメンバ１１をこれら前後一対のルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒ間に配置して、フレーム１１Ａ，１１Ｂの各前端をルーフサイドレール７とフロントピラー８との連結部に近接して該ルーフサイドレール７に連結してあると共に、フレーム１１Ａ、１１Ｂの各後端をルーフサイドレール７とセンターピラー９との連結部に近接して該ルーフサイドレール７に連結してある。
【００１９】
更に、本実施形態ではクロスメンバ１１の端部とルーフサイドレール７との連結部分の前側の連結コーナー部分に、図２，図３に示すように前記連結部分の閉断面積を車両後方に向けて増加する平面三角形状のコーナーピース１３を設けてある。
【００２０】
このコーナーピース１３は図５に示すように略ハット形断面に形成してあって、その上縁フランジ１３ａをルーフパネル６の下面に重合して接合すると共に、車幅方向外側の端部をルーフサイドレール７のインナパネル７ｂ面に突合わせて接合して前記連結コーナー部分に閉断面を形成している。
【００２１】
クロスメンバ１１のフレーム１１Ａ，１１Ｂの各端部は図５に示すようにＬ字状断面として、その端末部をコーナーピース１３の下面に重合して接合してある。
【００２２】
以上の第１実施形態の車体上部構造にあっては、車両のフルラップ前面衝突時に図７に示すように左右のフロントサイドメンバ２，２の前端に衝突荷重Ｆが入力すると、この衝突荷重Ｆはサイドシル４とフロントピラー８に荷重Ｆａ，Ｆｂとして分散される。
【００２３】
フロントピラー８に分散した荷重成分Ｆｂはルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌに前後方向荷重Ｆｂ１として伝達されるが、クロスメンバ１１の斜交したフレーム１１Ａ，１１Ｂの各前端からそれぞれＦｂ２として分散してこれらフレーム１１Ａ，１１Ｂを介して互いに反対側のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌに伝達され、左右のフロントピラー８，８から左右のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌに伝達される衝突荷重をほぼ均等に分散させることができる。
【００２４】
この結果、ルーフ骨格部材全体およびルーフパネル６への荷重分散を効率よく行えてルーフ部の変形、ひいてはキャビンＣの変形を抑制することができる。
【００２５】
そして、このように、クロスメンバ１１の配設によってルーフ部での荷重分散を効率よく行えることから、ルーフサイドレール７を始めとしてフロントピラー８やセンターピラー９等の骨格部材の肉厚を増加したり、これら各骨格部材内に補強メンバを増設しなくても済むため、車両の軽量化に些かも支障を来すことはない。
【００２６】
特に、本実施形態ではクロスメンバ１１の車幅方向端部を、前後一対のルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒとルーフサイドレール７との連結部に近接して該ルーフサイドレール７に連結してあるため、これらルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒを介して左右のルーフサイドレール７，７相互への荷重分散作用が得られて、前記荷重分散交率をより一層高めることができる。
【００２７】
しかも、クロスメンバ１１のフレーム１１Ａ，１１Ｂの各端部とルーフサイドレール７との連結部分の前側の連結コーナー部分には、平面略三角形のコーナーピース１３を設けて、前記連結部分の断面積を車両後方に向けて増加させてあるため、これらフレーム１１Ａ，１１Ｂとルーフサイドレール７との連結部分の剛性が高められ、かつ、前記ルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒとによる荷重分散機能と相俟って、左右のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌの前後方向のずれ、所謂左右のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌ間での剪断変形に対する抵抗力が増大して、車体上部の変形を抑制することができる。
【００２８】
更には、ルーフサイドレール７とルーフパネル６との接合面と、ルーフサイドレール７とクロスメンバ１１との接合面とを、ほぼ直角に位相を異ならせて互いに異方向に設定してあるため、クロスメンバ１１のフレーム１１Ａ，１１Ｂとルーフパネル６とで構成した各閉断面部を介して互いに反対側のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌへ荷重が伝達される際に、前記接合面の位相の相違によってねじれ荷重成分に対して各接合面で剪断荷重として受けて被伝達側のルーフサイドレール７Ｒ又は７Ｌへ伝達できて、荷重分散効果を更に高めることができる。
【００２９】
次に、車両のオフセット前面衝突時における作用を図８と共に説明する。
【００３０】
図８の（Ａ）は車両の全体平面図、（Ｂ）は第１実施形態の車体上部構造の変形状態を示す平面図、（Ｃ）は第１実施形態におけるルーフ骨格部材の抗力発生状況を示す平面図、（Ｄ）は（Ｃ）図における一方のフレームの変位状況を示す平面図、（Ｅ）は第１実施形態の比較例における車体上部構造の変形状態を示す平面図である。
【００３１】
図８の（Ａ）に示すように車体１の前端部右側に衝突物Ｍから衝突荷重Ｆが入力すると、フロントサイドメンバ２，フロントピラー８を経由して右側のルーフサイドレール７Ｒに（Ｂ）図に示すように車体前方から後方に向けて衝突荷重Ｆｂ１が作用する。
【００３２】
この片側への衝突荷重Ｆｂ１の入力により、左側のルーフサイドレール７Ｌに対して右側のルーフサイドレール７Ｒが車体後方へずれて、左右のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌ間で剪断変形が生じる傾向となる。
【００３３】
このとき、（Ｄ）図に示すようにクロスメンバ１１の一方のフレーム７Ｂは左側のルーフサイドレール７Ｌとの連結点Ｐを支点に車体後方に向けて回転移動し、その変位Ｌによって左右のルーフサイドレール７Ｒ，７Ｌに対して（Ｃ）図に示すようにそれぞれ車幅方向外側への押付け力ｆａが発生する。
【００３４】
これと同時に前後のルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒには右側のサイドレール７Ｒ側から左側のサイドレール７Ｌ側へ向けて押付け力ｆｂが発生する。
【００３５】
従って、これらの押付け力ｆａ、ｆｂが前記剪断変形に対する抵抗力となって（Ｂ）図に示すように車体上部の剪断変形が抑制される。
【００３６】
他方、（Ｅ）図に示すように前記第１実施形態におけるクロスメンバ１１が無い比較例の場合には、前記荷重入力Ｆｂ１によって前後のルーフボウ１２Ｆ，１２Ｒの右側端部が右側のルーフサイドレール７Ｒと共に車体後方へずれ動いて、車体上部の剪断変形の抑制が効かなくなってしまう。
【００３７】
図９〜図１１は本発明の第２実施形態を示すもので、図９，図１０は前記第１実施形態における図２，図３と同様の平面図、図１１は図９のＳＤ−ＳＤ線に沿う断面図である。
【００３８】
この第２実施形態にあっては、前記第１実施形態におけるクロスメンバ１１のフレーム１１Ａ，１１Ｂの各端部を、ルーフサイドレール７に対して連結ピン１４によって前後方向に回転自在に連結してある。
【００３９】
このとき、コーナーピース１３とフレーム１１Ａ，１１Ｂの端部との接合部分（図５参照）は、ある所定値以上の剪断荷重で剥離し得るように第１実施形態の構造と較べて接合剛性を低めてある。
【００４０】
従って、この第２実施形態の構造によれば、前記第１実施形態とほぼ同様の作用効果が得られるが、特に、オフセット前面衝突時には所定値以上の荷重入力でコーナーピース１３とフレーム１１Ａ，１１Ｂの端部との接合部が破断して、連結ピン１４を中心にフレーム１１Ａ，１１Ｂの回転移動がスムーズに行われて車体上部の剪断変形の抑制効果を高めることができる。
【００４１】
ここで、前記各実施形態において、図１２に示すようにクロスメンバ１１のフレーム１１Ａ，１１Ｂに複数の円形ビード１５を設けて面剛性を高めて、該クロスメンバ１１の荷重伝達性能を向上させることもできる。
【００４２】
また、図１３、図１４に示すようにクロスメンバ１１のフレーム１１Ａ，１１Ｂに複数の開孔１６を設けると共にその孔縁をフランジアップさせることにより、フレーム１１Ａ，１１Ｂの剛性低下を抑えてクロスメンバ１１の軽量化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を採用した車体の全体斜視図。
【図２】図１のＡ範囲部の拡大平面図。
【図３】図１のＢ範囲部の拡大平面図。
【図４】図２のＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。
【図５】図２のＳＢ−ＳＢ線に沿う断面図。
【図６】図３のＳＣ−ＳＣ線に沿う断面図。
【図７】前面衝突時における荷重入力状況を示す図１と同様の斜視図。
【図８】オフセット前面衝突時における作用を示す説明図。
【図９】本発明の第２実施形態を示す図２と同様の平面図。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す図３と同様の平面図。
【図１１】図９のＳＤ−ＳＤ線に沿う断面図。
【図１２】クロスメンバにおけるフレームの異なる例を示す図２と同様の平面図。
【図１３】クロスメンバにおけるフレームの更に異なる例を示す図２と同様の平面図。
【図１４】図１３のＳＥ−ＳＥ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…車体
２…フロントサイドメンバ
４…サイドシル
６…ルーフパネル
７，７Ｒ，７Ｌ…ルーフサイドレール
８…フロントピラー
９…センターピラー
１０…リヤピラー
１１…クロスメンバ
１１Ａ，１１Ｂ…フレーム
１２Ｆ，１２Ｒ…ルーフボウ
１３…コーナーピース
Ｆ・Ｃ…フロントコンパートメント
Ｆ…キャビン

Claims (5)

1. ルーフ部の車幅方向両側部に車両前後方向に延在配置した左右一対のルーフサイドレールと、
   これらルーフサイドレールに跨って車幅方向に連結配置した、平面Ｘ字状に交差したクロスメンバと、を備えたことを特徴とする車体上部構造。
2. 左右一対のルーフサイドレールに跨って、該ルーフサイドレールと略直交する前後一対のルーフボウを車幅方向に連結配置し、これら前後のルーフボウ間に前記クロスメンバを配設して、ルーフボウとルーフサイドレールとの連結部に近接して該クロスメンバの端部をルーフサイドレールに連結したことを特徴とする請求項１に記載の車体上部構造。
3. クロスメンバ端部とルーフサイドレールとの連結部分の少くとも前側の連結コーナー部分に、前記連結部分の断面積を車両後方に向けて増加するコーナーピースを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の車体上部構造。
4. ルーフサイドレールとルーフパネルとの接合面と、ルーフサイドレールとクロスメンバとの接合面とを、互いに異方向に設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車体上部構造。
5. クロスメンバの端部をルーフサイドレールに前後方向に回転自在に連結したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車体上部構造。

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