JP2005162188A - 車体構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】 前後方向衝突時に前後方向骨格部材の軸方向への荷重集中を回避し、ラップ率が小さな衝突時でも前後方向骨格部材への軸方向荷重伝達を良好に行うことができる車体構造の提供を図る。
【解決手段】 前後方向骨格部材2の前端部分に湾曲部2Aを設け、車幅方向骨格部材3の背面17Aと、この背面17Aに対向する湾曲部2Aの壁面との間にくさび状の開放空間Sを形成して、前面衝突時に湾曲部2Aの曲げ変形を徐々に進行させて、湾曲部2Aと背面17Aとの接触面積を増加して荷重を分散し、前後方向骨格部材2の軸方向に荷重が集中するのを回避する。このとき、湾曲部2Aに変形モードコントロール手段100を設けて、局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部2Aの変形を安定的に行うことができるため、湾曲部2Aの急激な曲げ変形を防止して入力荷重のエネルギー吸収効率を更に向上できる
【選択図】 図5
【解決手段】 前後方向骨格部材2の前端部分に湾曲部2Aを設け、車幅方向骨格部材3の背面17Aと、この背面17Aに対向する湾曲部2Aの壁面との間にくさび状の開放空間Sを形成して、前面衝突時に湾曲部2Aの曲げ変形を徐々に進行させて、湾曲部2Aと背面17Aとの接触面積を増加して荷重を分散し、前後方向骨格部材2の軸方向に荷重が集中するのを回避する。このとき、湾曲部2Aに変形モードコントロール手段100を設けて、局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部2Aの変形を安定的に行うことができるため、湾曲部2Aの急激な曲げ変形を防止して入力荷重のエネルギー吸収効率を更に向上できる
【選択図】 図5
Description
本発明は、自動車の車体構造に関する。
自動車の車体構造の中には、前後方向骨格部材であるフロントサイドメンバの前端と、車幅方向骨格部材であるファーストクロスメンバとを、フロントサイドメンバの軸線上に配置したクラッシュボックスを介して結合して、車両の前面衝突の際にはこのクラッシュボックスが潰れ変形することによって初期エネルギーを吸収するとともに、フロントサイドメンバの軸方向の座屈変形(軸圧壊)を安定化させるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−356179号公報(第3頁、図4)
車両の前面衝突時におけるキャビンの変形を小さく抑制させるためには、前述のように前後方向骨格部材の軸圧壊によるエネルギー吸収が有効であるが、前面衝突時に前後方向骨格部材の軸方向に荷重が集中する傾向となる。
一方、車両の前面衝突時には、自車両および相手車両の損壊度合いを共に小さく抑制できることが望まれるが、例えば大型車両と小型車両のように前端部形状が不一致の車両の前面衝突等では、前述のように前後方向骨格部材に軸方向荷重が集中することも相俟ってインタラクション不足になる可能性がある。
そこで、本発明は車両の前後方向衝突時に前後方向骨格部材の軸方向への荷重集中を回避し、ラップ率が小さな衝突時でも前後方向骨格部材への軸方向荷重伝達を良好に行うという効果をより顕著に発揮できるようにした車体構造を提供するものである。
本発明の車体構造にあっては、車体前部または後部の車幅方向両側部に1対の前後方向骨格部材を車体前後方向に延在配置するとともに、これら1対の前後方向骨格部材の先端に跨って車幅方向に延在する車幅方向骨格部材を配置してあり、
この車幅方向骨格部材の背面に前後方向骨格部材の先端を結合する一方、この前後方向骨格部材は、その先端部分に車幅方向骨格部材との結合部分よりも車体中央方向位置に設定した曲率変化点から前方または後方部分を湾曲させた湾曲部を備え、車幅方向骨格部材の背面と、この背面に対向する湾曲部の壁面との間にくさび状の開放空間を形成し、
このくさび状の開放空間を形成した前記湾曲部に、前後方向からの荷重入力に対して局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部の変形を安定的に行わせるための変形モードコントロール手段を設けたことを最も主要な特徴とする。
この車幅方向骨格部材の背面に前後方向骨格部材の先端を結合する一方、この前後方向骨格部材は、その先端部分に車幅方向骨格部材との結合部分よりも車体中央方向位置に設定した曲率変化点から前方または後方部分を湾曲させた湾曲部を備え、車幅方向骨格部材の背面と、この背面に対向する湾曲部の壁面との間にくさび状の開放空間を形成し、
このくさび状の開放空間を形成した前記湾曲部に、前後方向からの荷重入力に対して局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部の変形を安定的に行わせるための変形モードコントロール手段を設けたことを最も主要な特徴とする。
本発明によれば、車幅方向骨格部材の背面と、前後方向骨格部材の湾曲部の前記背面と対向する壁面との間にくさび状の開放空間が存在しているため、車両の前後方向衝突時に車幅方向骨格部材の後退に伴ってその背面に対して前記湾曲部の対向壁面がこの背面に接するように倒れながら曲げ変形が進行し、湾曲部の曲率中心と反対側の部分で衝突接触面積が増加して、この接触面積の増加方向に荷重が分散されて前後方向骨格部材の軸方向に荷重が集中するのを回避できる。
このとき、前記湾曲部に変形モードコントロール手段を設けて、前後方向からの荷重入力により局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部の変形を安定的に行わせるようにしたので、湾曲部は局部的に急激な曲げ変形が防止されて徐々に車幅方向骨格部材の背面に接するため、その接触面積が時間とともに安定して増加し、入力荷重のエネルギー吸収効率を更に向上できるという利点がある。
以下、本発明の一実施形態を車体前部の構造を例にとって図面と共に詳述する。
図1〜図9は本発明の車体前部構造の第1実施形態を示し、図1は自動車の車体骨格構造を示す斜視図、図2は車体前部の骨格構造を示す要部斜視図、図3は図2における前後方向骨格部材と車幅方向骨格部材とを示す斜視図、図4は図3の要部を示す平面図、図5は前後方向骨格部材の湾曲部を後方から見た分解斜視図、図6は図5のA−A線に沿う断面図、図7は前後方向骨格部材と車幅方向骨格部材との結合部分を示す分解斜視図、図8は図7のB−B線に沿う断面図、図9は本発明の第1実施形態の作用を示す説明図である。
本実施形態の車体前部構造は図1に示すように、フロントコンパートメントF・Cの左右側壁を構成するフードリッジパネル1の下端部に、車体前後方向に延在する前後方向骨格部材としてのフロントサイドメンバ2を接合配置してある。
このフロントサイドメンバ2は車両の前面衝突時における主要なエネルギー吸収部材となるもので閉断面に形成され、その後端部はダッシュパネル13からフロアパネル6の下側に廻り込んでエクステンションサイドメンバとして後方へ延設してある。
フードリッジパネル1の上端部には、同じく車体前後方向に延在する前後方向骨格部材としての閉断面構造のフードリッジメンバ3を接合配置してある。
左右1対のフロントサイドメンバ2の前端部間、および左右1対のフードリッジメンバ3の前端部間に跨って、閉断面構造の車幅方向骨格部材としてのセンタークロスメンバ4およびアッパクロスメンバ5を結合配置してある。
キャビン骨格は、フロアパネル6の左右両側部に配設したサイドシル7、ルーフパネル8の左右両側部に配設したルーフサイドレール9、これらサイドシル7とルーフサイドレール9とに跨って上下方向に配設したフロントピラー10、センターピラー11、リヤピラー12の各種ピラー、およびダッシュパネル13の上端部で左右のフロントピラー10に跨って配設したカウルボックス14等により構成してある。
前記フロントサイドメンバ2は、エクステンションサイドメンバとの連設部分でアウトリガー15を介してサイドシル7の前端部に結合してある。
また、フードリッジメンバ3は、本実施形態ではその後端部をフードリッジパネル1の骨格部であるストラットタワー1aに結合して、このストラットタワー1aを介してカウルボックス14およびフロントピラー10に連接してある。
また、フロントコンパートメントF・Cの底部には、パワーユニット等を搭載支持するためのサブフレーム16を配設してある。
サブフレーム16は前後方向骨格部材としての左右のサイドフレーム17と、左右のサイドフレーム17の前端部間に跨って結合した車幅方向骨格部材としてのロアクロスメンバ18とを備え、本実施形態では左右のサイドフレーム17の後端部をリヤフレーム19で連結して平面井桁状に形成してある。
このサブフレーム16は前記各フレーム17,19およびロアクロスメンバ18の何れも閉断面構造としてあり、サイドフレーム17の前後方向中間部をフロントサイドメンバ2の下面にマウント部材を介して結合するとともに、このサイドフレーム17の後端部をアウトリガー15の下面にマウント部材を介して結合してある。
前記車幅方向骨格部材としてのセンタークロスメンバ4,アッパクロスメンバ5,およびロアクロスメンバ18は、図2に示すように、前端位置を上下方向に揃えて配設してあり、両側部分で上下方向のステイメンバ20により結合して連結してある。
前述の前後方向骨格部材2,3,17は、便宜上、図3〜図8にフロントサイドメンバ2とセンタークロスメンバ4の結合部分に例にとって示してあり、フロントサイドメンバ2の前端部は、図3,図4に示すように、センタークロスメンバ4の背面に結合してあるが、その構成はフードリッジメンバ3とアッパクロスメンバ5の結合部分、およびサイドフレーム17とロアクロスメンバ18の結合部分にあっても同様の構成となり、これらフードリッジメンバ3およびサイドフレーム17に対応する部材の符号を、前記フロントサイドメンバ2に対応する部材の符号の後に括弧を付して表示するものとし、以下、フロントサイドメンバ2,フードリッジメンバ3,サイドフレーム17をまとめて前後方向骨格部材として説明し、また、センタークロスメンバ4,アッパクロスメンバ5,ロアクロスメンバ18をまとめて車幅方向骨格部材として説明する。
前後方向骨格部材2,3,17は、それらの前端部分に車幅方向骨格部材4,5,18との結合部分よりも車体後方位置に設定した曲率変化点Kから前方部分を、図4に示すように、Pを曲率中心として所要の曲率で湾曲させた湾曲部2A,3A,17Aを備えていて、車幅方向骨格部材4,5,18の背面4a,5a,18aと、これに対向する湾曲部2A,3A,17Aの壁面との間にくさび状の開放空間S(図2〜4中、斜線部分で示す)を形成してある。
また、前記湾曲部2A,3A,17Aを、何れも曲率変化点Kから車幅方向内側に向けて湾曲させて形成してあり、また、これら湾曲部2A,3A,17Aは、フロントサイドメンバ2,フードリッジメンバ3,サイドフレーム17の一般部2B,3B,17Bと連続した断面矩形状の管状として形成してある。
図5に示すように、前記湾曲部2A,3A,17Aは、曲率変化点K部分を境として一般部2B,3B,17Bと別体に形成して、この一般部2Bの前端部に結合するようにしている。
この場合、図6にも示すように、一般部2B,3B,17Bの前端部に板厚相当の段差をもって小径部2B′,3B′,17B′を形成し、この小径部2B′,3B′,17B′を湾曲部2A,3A,17Bの後端末開口に嵌合するとともに、その差込み周縁部を溶接Wして、これら湾曲部2A,3A,17Aと一般部2B,3B,17Bとを結合している。
一方、図3,図4に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18は、少なくとも前後方向骨格部材2,3,17の各湾曲部2A,3A,17Aの前端を結合した両側端部を、平面視して車体後方に向けて湾曲形成してある。
ここで、この第1実施形態では、図5に示すように、くさび状の開放空間Sを形成した前記湾曲部2A,3A,17Aに、前方からの荷重入力に対して局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部2A,3A,17Aの変形を安定的に行わせるための変形モードコントロール手段としてのノッチ100を設けてある。
ノッチ100は、断面矩形状に形成した湾曲部2A,3A,17Aの曲率中心P側となる内側面2Aa,3Aa,17Aaの上,下稜線Rに切欠状として形成され、前後方向に適宜間隔をおいて複数(この実施形態では3箇所)形成してある。
前後方向骨格部材2,3,17と車幅方向骨格部材4,5,18との結合は、図7,図8に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の背面に平面T字状のブラケット21をボルト22を介して固定し、このブラケット21の受片21Aの側面に突設したプラグ部21Bに湾曲部2A,3A,17Aの端末開口を嵌合するとともに、その周縁部を受片21Aに溶接して、車幅方向骨格部材4,5,18と前後方向骨格部材2,3,17とを結合している。
以上の構成によりこの第1実施形態の車体前部構造によれば、車幅方向骨格部材4,5,18と前後方向骨格部材2,3,17との関係にあっては、この車幅方向骨格部材4,5,18の背面4a,5a,18aと前後方向骨格部材2,3,17の湾曲部2A,3A,17Aの前記背面4a,5a,18aと対向する壁面との間にくさび状の開放空間Sが存在しているため、車両の前面衝突時に図9の(A)に示す状態から(B)に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の後退に伴ってその背面4a,5a,18aに対して前記湾曲部2A,3A,17Aの対向壁面がこの背面4a,5a,18aに接するように倒れながら徐々に曲げ変形が進行し、湾曲部2A,3A,17Aの曲率中心Pと反対側の部分で衝突接触面積SAが図9(c)のLaからLbへと拡大して、この接触面積SAの増加方向に荷重が分散されて前後方向骨格部材2,3,17の軸方向に荷重が集中するのを回避することができる。
この結果、衝突物Mの衝突初期では前記湾曲部2A,3A,17Aが曲げ変形し、この湾曲部2A,3A,17Aがそれらの曲率変化点Kまで曲げ変形すると、続いて一般部2B,3B,17Bが軸方向に蛇腹状に座屈変形を開始し、これら曲げ変形と軸圧壊変形とによって衝突エネルギーを吸収する。
この時、本実施形態では前記湾曲部2A,3A,17Aに変形モードコントロール手段としてのノッチ100を設けて、前方からの衝突荷重が入力した際に曲げ変形の起点を前後方向3箇所に分散して、湾曲部2A,3A,17Aの1箇所に局部的な応力集中が発生するのを防止でき、これにより湾曲部2A,3A,17Aの変形を安定的に行うことができる。
また、複数のノッチ100を所定間隔をもって稜線Rに形成したことにより壁面がノッチ100により多分割され、湾曲部2A,3A,17Aは部分的な面剛性が向上して変形を安定させることができる。
従って、湾曲部2A,3A,17Aは1箇所からの急激な曲げ変形が防止されて徐々に車幅方向骨格部材4,5,18の背面4a,5a,18aに接するため、その接触面積が時間とともに安定して増加し、衝突荷重のエネルギー吸収効率の更なる向上を図ることができる。
また、前後方向骨格部材2,3,17への軸方向の荷重集中を回避するため、車体前部の損壊度合いの抑制効果を高め、衝突物Mが車両である場合には、相対的にこの相手車両Mの損壊度合いも小さく抑制することができる。
更に、前述のように湾曲部2A,3A,17Aがくさび状の開放空間Sの部分で曲げ変形して、この開放空間S側で衝突接触面積を拡大できるため、自車両と相手車両の前後方向の骨格部材同士のラップ率が小さな衝突にあっても、この衝突面積の拡大により前後方向骨格部材2,3,17に軸方向荷重を確実に伝達させて、効率的な衝突エネルギー吸収機能を発揮させることができる。
ところで、本実施形態では変形モードコントロール手段を複数のノッチ100で構成したので、これらノッチ100を単に湾曲部2A,3A,17Aの稜線Rに形成するという簡単な構成により目的を達成できるため、その加工を容易にして安価な製品を提供することができる。
このように、本実施形態では湾曲部2A,3A,17Aによる衝突時のエネルギー吸収効率が向上するため、キャビンの変形を効率よく抑制でき、また、重量の増大を抑制しつつ衝突性能の向上を図ることができる。
図10は前記第1実施形態の第1変形例を示し、この第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図10は前後方向骨格部材の湾曲部を後方から見た分解斜視図である。
この第1変形例では図10に示すように、複数(本実施形態では3本)のノッチ100aを溝状として、断面矩形状に形成した湾曲部2A,3A,17Aの曲率中心P側となる内側面2Aa,3Aa,17Aaに、稜線Rに直交若しくは略直交するようにして前後方向に所定間隔をおいて形成してある。
従って、この第1変形例によれば、湾曲部2A,3A,17Aの曲率中心P側となる内側面2Aa,3Aa,17Aaがノッチ100aにより多分割されるため、湾曲部2A,3A,17Aは部分的な面剛性が向上して変形を安定させることができ、前記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
図11は第1実施形態の第2変形例を示し、第1実施形態およびこれの第1変形例と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図11は前後方向骨格部材と車幅方向骨格部材との結合部分を示す後方から見た分解斜視図である。
この第2変形例では湾曲部2A,3A,17Aを車幅方向骨格部材4,5,18に結合するにあたって、図11に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の背面4a,5a,18aに複数のスタッドボルト23を突設する一方、湾曲部2A,3A,17Aの端末部の外側面2Ab,3Ab,17Abに設けたボルト挿通孔24を、このスタッドボルト23に挿通してナット25で締結することにより、車幅方向骨格部材4,5,18と前後方向骨格部材2,3,17とを結合してあり、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
尚、この第2変形例では、第1変形例(図10参照)に示すように、内側面2Aa,3Aa,17Aaに溝状のノッチ100aを形成した湾曲部2A,3A,17Aに適用した場合を示すが、勿論、図5に示す稜線Rに切欠状のノッチ100を形成した第1実施形態の湾曲部2A,3A,17Aにあっても適用することができる。
図12は第1実施形態の第3変形例を示し、第1実施形態およびこれの第1変形例と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図12は前後方向骨格部材の一般部と湾曲部との結合部分を示す後方から見た分解斜視図である。
この第3変形例では湾曲部2A,3A,17Aを前後方向骨格部材2,3,17の一般部2B,3B,17Bに結合するにあたって、図12に示すように、湾曲部2A,3A,17Aの後端末に複数のスタッドボルト27を突設した端蓋26を固設する一方、一般部2B,3B,17Bの前端末に複数のボルト挿通孔28aを設けた端蓋28を固設し、これらボルト挿通孔28aをスタッドボルト27に挿通して端蓋26,28同士を突き合わせて、ナット29で締結することによって、これら湾曲部2A,3A,17Aと一般部2B,3B,17Bとを結合してあり、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
尚、この第3変形例にあっても、第1変形例(図10参照)に示す溝状のノッチ100aを形成した湾曲部2A,3A,17Aに適用した場合を示すが、図5に示す稜線Rに切欠状のノッチ100を形成した第1実施形態の湾曲部2A,3A,17Aにあっても適用することができる。
ところで、前記第1実施形態およびその第1〜第3変形例では、湾曲部2A,3A,17Aを断面矩形状に形成したが、これに限ることなく湾曲部2A,3A,17Aは断面多角形状に形成して、その曲率中心P側となる内側面2Aa,3Aa,17Aaまたはその内側面2Aa,3Aa,17Aaの稜線Rに、この稜線Rに直交若しくは略直交して複数のノッチを設けてあればよい。
図13,図14は本発明の第2実施形態を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図13は前後方向骨格部材の湾曲部を前方から見た分解斜視図、図14は図13のC−C線に沿った断面図である。
この第2実施形態の車体前部構造では、図13に示すように、変形モードコントロール手段を、断面矩形状に形成した湾曲部2A,3A,17Aの曲率中心Pの配置側とは反対側となる外側面2Ab,3Ab,17Abおよびそれの両側に配置される上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adに、それらの面剛性を高める1つまたは複数のビード101,102によって構成してある。
ビード101は、湾曲部2A,3A,17Aの外側面2Ab,3Ab,17Abに、上,下の稜線Rに対して平行となるように外方に突出させて2条形成してあり、また、他方のビード102は、上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adに、稜線Rに対して直交するように外方に突出させて3条形成してある。
このとき、湾曲部2A,3A,17Aは、図14に示すように、上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adを、内側面2Aa,3Aa,17Aaおよび外側面2Ab,3Ab,17Abよりも厚肉化して形成してある。
ところで、この第2実施形態にあっても前記第1実施形態と同様に、湾曲部2A,3A,17Aは一般部2B,3B,17Bと別体に形成して結合するようになっており、この結合方法としては第1実施形態の図5に示すように、一般部2B,3B,17Bを湾曲部2A,3A,17Bの後端末開口に嵌合して溶接してもよく、また、第1実施形態の第3変形例の図12に示すように、湾曲部2A,3A,17Aの後端末および一般部2B,3B,17Bの前端末にそれぞれ固設した端蓋26,28を介してナット29で締結してもよい。
また、湾曲部2A,3A,17Aを車幅方向骨格部材4,5,18に結合する方法としては、第1実施形態の図7に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の背面に固定したブラケット21のプラグ部21Bに湾曲部2A,3A,17Aの端末開口を嵌合して溶接してもよく、また、第1実施形態の第3変形例の図11に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の背面4a,5a,18aに突設したスタッドボルト23に、湾曲部2A,3A,17Aのボルト挿通孔24を挿通してナット25で締結してもよい。
従って、この第2実施形態の車体前部構造によれば、外側面2Ab,3Ab,17Abおよび上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adにビード101,102を形成したことにより、これらビード101,102による面剛性の向上により湾曲部2A,3A,17Aの変形モードをコントロールできるため、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、湾曲部2A,3A,17Aの肉厚を、上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adを、内側面2Aa,3Aa,17Aaおよび外側面2Ab,3Ab,17Abよりも厚肉化することにより、衝突変形時に発生するモーメントで湾曲部2A,3A,17Aの内側面2Aa,3Aa,17Aaおよび外側面2Ab,3Ab,17Abに作用する圧縮力および引張り力を、厚肉化した上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adの面剛性により支持してエネルギー吸収量を増大することができる。
図15は前記第2実施形態の変形例を示し、この第2実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図15は前後方向骨格部材の湾曲部を前方から見た分解斜視図である。
この変形例では図15に示すように、湾曲部2A,3A,17Aの外側面2Ab,3Ab,17Abに形成したビード101を幅広の1条とするとともに、上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adに形成したビード102を幅広の2条としたもので、このようにビード101,102の幅や条数を変化させることにより、面剛性を精度良く調整することができるため、湾曲部2A,3A,17Aの変形モードのコントロール精度を更に向上することができる。
また、この変形例にあっても、第2実施形態(図14参照)と同様に上・下面2Ac,3Ac,17Acおよび2Ad,3Ad,17Adを、内側面2Aa,3Aa,17Aaおよび外側面2Ab,3Ab,17Abよりも厚肉形成してある。
更に、それぞれを別体形成した湾曲部2A,3A,17Aと一般部2B,3B,17Bとは、第1実施形態(図5参照)と同様に嵌合溶接による結合、若しくは第1実施形態の第3変形例(図12参照)と同様に端蓋26,28を介した結合でもよい。
更にまた、湾曲部2A,3A,17Aと車幅方向骨格部材4,5,18とは、第1実施形態(図7参照)と同様にブラケット21を介した溶接結合、または第1実施形態の第2変形例(図11参照)と同様にスタッドボルト23を介したナット25締結でもよい。
図16,図17は本発明の第3実施形態を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図16は前後方向骨格部材の湾曲部を後方から見た分解斜視図、図17は図16のD−D線に沿う断面図である。
この第3実施形態の車体前部構造では、図16に示すように、変形モードコントロール手段は、湾曲部2A,3A,17Aをその長さ方向にそれぞれの断面係数が異なるように異径に複数に分割し、それぞれの分割部材D1〜D4を相互に結合した分割構造によって構成してある。
前記湾曲部2A,3A,17Aは、前後方向骨格部材2,3,17の一般部2B,3B,17Bに略沿った矩形状の閉断面構造として形成され、前端から後方に向かって断面積が増大するテーパ状に形成してある。
そして、長さ方向に複数に分割(本実施形態では4片)した各分割部材D1〜D4は、図17に示すように、前方部材(例えば、D2に対してはD1、D3に対してはD2…)の後端末の外周に、後方部材(例えば、D1に対してはD2、D2に対してはD3…)の前端末の開口部内周を密接嵌合し、それぞれを溶接Wにより結合してある。
この場合、各分割部材D1〜D4の結合部は、それぞれの嵌合部分に図外のシール材や接着材などを介在させて接合強度を高めることが好ましい。
ところで、この第3実施形態にあっても、湾曲部2A,3A,17Aを一般部2B,3B,17Bに結合する方法としては、第1実施形態の図5に示すように、一般部2B,3B,17Bを湾曲部2A,3A,17Bの後端末開口に嵌合して溶接してもよく、また、第1実施形態の第3変形例の図12に示すように、湾曲部2A,3A,17Aの後端末および一般部2B,3B,17Bの前端末にそれぞれ固設した端蓋26,28を介してナット29で締結してもよい。
また、湾曲部2A,3A,17Aを車幅方向骨格部材4,5,18に結合する方法としては、第1実施形態の図7に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の背面に固定したブラケット21のプラグ部21Bに湾曲部2A,3A,17Aの端末開口を嵌合して溶接してもよく、また、第1実施形態の第3変形例の図11に示すように、車幅方向骨格部材4,5,18の背面4a,5a,18aに突設したスタッドボルト23に、湾曲部2A,3A,17Aのボルト挿通孔24を挿通してナット25で締結してもよい。
従って、この第3実施形態の車体前部構造によれば、湾曲部2A,3A,17Aを複数に分割した各分割部材D1〜D4は、断面積の違いにより前方部材に対して後方部材の断面係数が大きくなっており、前面衝突時に各分割部材D1〜D4は前方から後方に向かって変形が順次進行するため、安定した変形モードおよび衝突反力が得られ、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
また、前記各分割部材D1〜D4は、隣接する部材同士を相互に嵌合して接合してあるため、各嵌合部分が高強度となって反力を向上できるとともに、曲げモーメントに対しても湾曲部2A,3A,17Aの局部応力集中による部材の急激な変形を抑制することができる。
図18は前記第3実施形態の変形例を示し、この第3実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図18は前後方向骨格部材の湾曲部を前方から見た分解斜視図である。
この変形例では図18に示すように、前後方向骨格部材2,3,17の一般部2B,3B,17Bを断面円形状に形成してあり、これに伴って湾曲部2A,3A,17Aも断面円形のテーパ状に形成したものである。
勿論、この変形例にあっても前記第3実施形態と同様に、湾曲部2A,3A,17Aをその長さ方向にそれぞれの断面係数が異なるように複数に分割し、それぞれの分割部材D1〜D4を相互に結合した分割構造としてあり、各分割部材D1〜D4は、前方部材(例えば、D2に対してはD1、D3に対してはD2…)の後端末の外周に、後方部材(例えば、D1に対してはD2、D2に対してはD3…)の前端末の開口部内周を密接嵌合し、それぞれを溶接Wにより結合してあり、第3実施形態と同様の作用効果を奏する。
この場合、それぞれを別体形成した湾曲部2A,3A,17Aと一般部2B,3B,17Bとは、第1実施形態(図5参照)と同様に嵌合溶接による結合、若しくは第1実施形態の第3変形例(図12参照)と同様に端蓋26,28を介した結合でもよく、また、湾曲部2A,3A,17Aと車幅方向骨格部材4,5,18とは、第1実施形態(図7参照)と同様にブラケット21を介した溶接結合、または第1実施形態の第2変形例(図11参照)と同様にスタッドボルト23を介したナット25締結でもよい。
図19〜図25は本発明の第4実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図19は車体前部の骨格構造の斜視図、図20はフードリッジメンバの湾曲部の斜視図、図21は湾曲部とアッパクロスメンバとの取り付け構造の斜視図、図22は湾曲部とフードリッジメンバとの取り付け構造の斜視図、図23はサブフレームの湾曲部を下方から見た斜視図、図24は湾曲部とロアクロスメンバとの取り付け構造の斜視図、図25は湾曲部とサブフレームとの取り付け構造の斜視図である。
この第4実施形態の車体前部構造は、図19に示すように、車幅方向骨格部材としてのフロントサイドメンバ2,フードリッジメンバ3およびサイドフレーム17を第1実施形態と同様に上下方向に配置し、これら骨格部材の車幅方向に対を成すもの同士の前端部に跨ってセンタークロスメンバ4,アッパクロスメンバ5およびロアクロスメンバ18を結合してあり、それぞれの結合部分には前記各実施形態と同様に湾曲部2A′,3A′,17A′を設けてある。
本実施形態が上記各実施形態と主に異なる点は、前記湾曲部2A′,3A′,17A′の曲率方向をそれぞれ異ならせたことにある。
具体的には、フロントサイドメンバ2前端部の湾曲部(本実施形態では中段湾曲部と称する)2A′は、前記各実施形態と同様に曲率中心をこの湾曲部2A′の車幅方向内方に配置してあるが、フードリッジメンバ3前端部の湾曲部(本実施形態では上段湾曲部と称する)3A′は、図20に示すように、曲率中心Pをこの湾曲部3A′の車体下方に配置して、この湾曲部3A′の形状を車体後方から前方に向かって下方に湾曲させてあり、また、サイドフレーム17前端部の湾曲部(本実施形態では下段湾曲部と称する)17A′は、図23に示すように、曲率中心Pをこの湾曲部17A′の車体上方に配置して、この湾曲部17A′の形状を車体後方から前方に向かって上方に湾曲させてある。
前記中段,上段,下段の各湾曲部2A′,3A′,17A′は前記第1,第2実施形態と同様に断面矩形状の管状に形成され、特に、本実施形態では図20,図23に示すように、上段および下段の湾曲部3A′,17A′には、それぞれの曲率中心Pの配置側とは反対側となる外側面3A′a,17A′aに変形モードコントロール手段としてのビード110,120を形成するとともに、この外側面3A′a,17A′aの両側に配置される左・右両側面3A′b,17A′bに変形モードコントロール手段としてのビード111,121を形成してある。
本実施形態では前記外側面3A′a,17A′aのビード110,120はそれぞれ2条を形成してあり、前記左・右両側面3A′b,17A′bのビード111,121はそれぞれ3条を形成してある。
尚、中段湾曲部2A′は、第1実施形態若しくは第2実施形態に示す構成をもって、切欠状のノッチ100や溝状のノッチ100aまたはビード101,102を変形コントロール手段として形成することができ、更には他の構造となる変形コントロール手段を用いることができる。
上段湾曲部3A′とアッパクロスメンバ5との結合は、第1実施形態に用いた平面T字状のブラケット21(図7参照)を横置きして用いる状態となり、本実施形態では図21に示すように、アッパクロスメンバ5の背面5aに側面T字状のブラケット30をボルト31を介して固定し、このブラケット30の受片30Aの上面に突設したプラグ部30Bに、上段湾曲部3A′の端末開口を嵌合するとともに、その周縁部を受片30Aに溶接してある。
また、上段湾曲部3A′とフードリッジメンバ3との結合は、第1実施形態の嵌合タイプ(図5参照)と同様に、図22に示すように、フードリッジメンバ3の一般部3Bの前端部に板厚相当の段差をもって小径部3B′を形成し、この小径部3B′を上段湾曲部3A′の後端末開口に嵌合するとともに、その差込み周縁部を溶接してある。
一方、下段湾曲部17A′とロアクロスメンバ18との結合は、前記上段湾曲部3A′の結合に用いたブラケット30を上下逆置きして用いる状態となり、図24に示すように、ロアクロスメンバ18の背面18aに側面逆T字状のブラケット32をボルト33を介して固定し、このブラケット32の受片32Aの下面に突設したプラグ部32Bに、下段湾曲部17A′の端末開口を嵌合するとともに、その周縁部を受片32Aに溶接してある。
また、下段湾曲部17A′とサイドフレーム17との結合は、前記上段湾曲部3A′とフードリッジメンバ3との結合と同様に、図25に示すように、サイドフレーム17の一般部17Bの前端部に板厚相当の段差をもって小径部17B′を形成し、この小径部17B′を下段湾曲部17A′の後端末開口に嵌合するとともに、その差込み周縁部を溶接してある。
従って、この第4実施形態の車体前部構造によれば、前後方向骨格部材として上下3段に設けたフロントサイドメンバ2,フードリッジメンバ3およびサイドフレーム17の中段湾曲部2A′,上段湾曲部3A′および下段湾曲部17A′の曲率付与方向、つまり湾曲方向をそれぞれ異ならせたので、衝突方向に応じて各湾曲部2A′,3A′,17A′のいずれかが衝突荷重の入力に対して有効に変形して衝突接触面積を増大することができ、ひいては、一般部2B,3B,17Bの蛇腹状の座屈変形による衝突エネルギーの吸収効果を高めることができる。
このため、曲率方向が異方向となった複数の湾曲部2A′,3A′,17A′によって広い範囲の衝突方向に対応させることができ、効率よく衝突エネルギーを吸収することができる。
また、衝突対象物とのラップ率が低い衝突形態にあっても、衝突接触面積が安定して時間とともに増加するため、衝突エネルギーの吸収量を大幅に増大することができる。
更に、このように衝突エネルギーの吸収効率が向上するためキャビンの変形を抑制でき、ひいては、重量を抑制しつつ衝突性能の向上を図ることができる。
勿論、この第4実施形態にあっても、前記各湾曲部2A′,3A′,17A′にビード等の変形モードコントロール手段を設けてあるので、湾曲部2A′,3A′,17A′の1箇所に局部的な応力集中が発生するのを防止でき、これにより湾曲部2A′,3A′,17A′の変形を安定的に行うことができる。
図26〜図28は前記第4実施形態の第1変形例を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図26はフードリッジメンバの湾曲部の斜視図、図27は湾曲部とアッパクロスメンバとの取り付け構造の斜視図、図28は湾曲部とフードリッジメンバとの取り付け構造の斜視図である。
この第1変形例の上段湾曲部3A″は、図26に示すように、外側面3A″aに変形モードコントロール手段としてのビード110aを1条形成するとともに、左・右両側面3A″bに変形モードコントロール手段としてのビード111aを2条形成してある。
そして、図27に示すように、上段湾曲部3A″とアッパクロスメンバ5との結合は、第1実施形態の第2変形例(図11参照)と同様に、アッパクロスメンバ5の背面5aに複数のスタッドボルト23を突設する一方、上段湾曲部3A″の端末部の外側面3A″aに設けたボルト挿通孔24を、このスタッドボルト23に挿通してナット25で締結してある。
また、図28に示すように、上段湾曲部3A″とフードリッジメンバ3との結合は、第1実施形態の第3変形例(図12参照)と同様に、上段湾曲部3A″の後端末に複数のスタッドボルト27を突設した端蓋26を固設する一方、フードリッジメンバ3の一般部3Bの前端末に複数のボルト挿通孔28aを設けた端蓋28を固設し、これらボルト挿通孔28aをスタッドボルト27に挿通して端蓋26,28同士を突き合わせてナット29締結してある。
図29〜図31は前記第4実施形態の第2変形例を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図29はサブフレームの湾曲部を下方から見た斜視図、図30は湾曲部とアッパクロスメンバとの取り付け構造の斜視図、図31は湾曲部とフードリッジメンバとの取り付け構造の斜視図である。
この第2変形例の下段湾曲部17A″は、図29に示すように、外側面17A″aに変形モードコントロール手段としてのビード120aを1条形成するとともに、左・右両側面17A″bに変形モードコントロール手段としてのビード121aを2条形成してある。
そして、図30に示すように、下段湾曲部17A″とロアクロスメンバ18との結合は、前記第1変形例(図27参照)と同様に、ロアクロスメンバ18の背面18aに複数のスタッドボルト23を突設する一方、下段湾曲部17A″の端末部の外側面17A″aに設けたボルト挿通孔24を、このスタッドボルト23に挿通してナット25で締結してある。
また、図31に示すように、下段湾曲部17A″とサイドフレーム17との結合は、前記第1変形例(図28参照)と同様に、下段湾曲部17A″の後端末に複数のスタッドボルト27を突設した端蓋26を固設する一方、サイドフレーム17の一般部17Bの前端末に複数のボルト挿通孔28aを設けた端蓋28を固設し、これらボルト挿通孔28aをスタッドボルト27に挿通して端蓋26,28同士を突き合わせてナット29締結してある。
図32〜図35は本発明の第5実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図32は自動車の車体骨格構造を示す斜視図、図33は車体前部の骨格構造を示す要部斜視図、図34は図33中E部を詳細に示す斜視図、図35は図34の構成の要素部分を(a),(b)に分解して説明する斜視図、図36は図33中F部を詳細に示す斜視図である。
この第5実施形態では、図32,図33に示すように、車幅方向骨格部材としてのセンタークロスメンバ4とロアクロスメンバ18とを設けた場合を示し、前記各実施形態と同様にセンタークロスメンバ4はフロントサイドメンバ2の前端部間に結合されるとともに、ロアクロスメンバ18はサブフレーム16のサイドフレーム17の前端部間に結合され、本実施形態にあっても第4実施形態と同様にこれらセンタークロスメンバ4およびロアクロスメンバ18の湾曲部2A″,17Axの曲率付与方向をそれぞれ異ならせてある。
ここで、本実施形態が前記第4実施形態と主に異なる点は、図34に示すように、ロアクロスメンバ18に結合したサイドフレーム17の湾曲部17Axに曲率変化点K1,K2を複数(本実施形態では2つ)設けて、その曲率付与方向を多次元に設定したことにある。
即ち、前記湾曲部17Axは、図35(a)に示すように、サイドフレーム17の上下方向を軸線としてこの湾曲部17Axを外方に湾曲させる曲率変化点K1を設けるとともに、同図(b)に示すようにサイドフレーム17の車幅方向を軸線として湾曲部17Axを上方に湾曲させる曲率変化点K2を設け、これら2つの曲率変化点K1,K2によって湾曲部17Axを上方かつ外方に湾曲してある。
尚、前記湾曲部17Axは、図33中E部に示す車体左側を説明したが、勿論車体右側の湾曲部17Axにあっても同様の構成となる。
従って、前記湾曲部17Axとロアクロスメンバ18との間には、図35(a)に示すように、この湾曲部17Axの車幅方向内方側にくさび状の開放空間S1が形成されるとともに、図35(b)に示すように、湾曲部17Axの下側にはもう1つのくさび状の開放空間S2が形成されることになる。
尚、サイドメンバ2の前端部に設けた中段湾曲部2A″は図36に示すように、前記各実施形態と同様に曲率変化点Kを設けて内方に湾曲させて、この湾曲部2A″とセンタークロスメンバ4との間に、湾曲部2A″の車幅方向外方にくさび状の開放空間Sが形成されている。
従って、この第5実施形態の車体前部構造によれば、サイドフレーム17前端部の湾曲部17Axを上方かつ外方に湾曲したので、このロアクロスメンバ18に入力した衝突荷重に対して湾曲部17Axが変形する際に、車幅方向のみならず車体上下方向での衝突接触面積が増大する。
このため、車両に対して斜め前方から衝突する衝突対象物などの車幅方向のロバスト性(堅牢性)のみならず、例えばバンパーなどのエネルギー吸収部材の高さが異なる車両同士の衝突時に、高さ方向のロバスト性をも向上させることができる。
ところで、サイドフレーム17の前記湾曲部17Axは上方および外方の二次元に湾曲したが、このようにこの湾曲部17Axには外方に湾曲する要素が存在するため、サイドメンバ2の湾曲部2A″が内方に湾曲していることと相俟って、これら湾曲部2A″,17Axの変形により車幅方向の接触面積を大きく稼ぐことができ、斜め前方からの衝突に対するエネルギーの吸収効率をより高めることができる。
ところで、本発明の車体前部構造を、第1〜第5実施形態およびそれらの変形例に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができる。例えば、前記実施形態では衝突荷重入力の大きい前面衝突対策に本発明を適用した例を示したが、図示はしないが後面衝突対策(車体後部構造)にも本発明を適用できるのはもちろんである。
1 フードリッジパネル
2 フロントサイドメンバ(前後方向骨格部材)
2A,2A′,2A″ 湾曲部
2B 一般部
3 フードリッジメンバ(前後方向骨格部材)
3A,3A′,3A″ 湾曲部
3B 一般部
4 センタークロスメンバ(車幅方向骨格部材)
4a 背面
5 アッパクロスメンバ(車幅方向骨格部材)
5a 背面
17 サイドフレーム(前後方向骨格部材)
17A,17A′,17A″,17Ax 湾曲部
17B 一般部
18 ロアクロスメンバ(車幅方向骨格部材)
18a 背面
100,100a ノッチ(変形モードコントロール手段)
101,102,110,110a,111,111a,120,120a, 121,121a ビード(変形モードコントロール手段)
F・C フロントコンパートメント
K,K1,K2 曲率変化点
S,S1,S2 くさび状の開放空間
P 曲率中心
R 稜線
D1〜D4 分割部材
2 フロントサイドメンバ(前後方向骨格部材)
2A,2A′,2A″ 湾曲部
2B 一般部
3 フードリッジメンバ(前後方向骨格部材)
3A,3A′,3A″ 湾曲部
3B 一般部
4 センタークロスメンバ(車幅方向骨格部材)
4a 背面
5 アッパクロスメンバ(車幅方向骨格部材)
5a 背面
17 サイドフレーム(前後方向骨格部材)
17A,17A′,17A″,17Ax 湾曲部
17B 一般部
18 ロアクロスメンバ(車幅方向骨格部材)
18a 背面
100,100a ノッチ(変形モードコントロール手段)
101,102,110,110a,111,111a,120,120a, 121,121a ビード(変形モードコントロール手段)
F・C フロントコンパートメント
K,K1,K2 曲率変化点
S,S1,S2 くさび状の開放空間
P 曲率中心
R 稜線
D1〜D4 分割部材
Claims (6)
- 車体前部または後部の車幅方向両側部に車体前後方向に延在配置した1対の前後方向骨格部材と、
前記1対の前後方向骨格部材の先端に跨って結合されて車幅方向に延在する車幅方向骨格部材と、を備えた車体構造であって、
前記前後方向骨格部材の先端を、車幅方向骨格部材の背面に結合し、
この前後方向骨格部材は、その先端部分に車幅方向骨格部材との結合部分よりも車体中央方向位置に設定した曲率変化点から前方または後方部分を湾曲させた湾曲部を備えて、前記車幅方向骨格部材の背面と、この背面に対向する湾曲部の壁面との間にくさび状の開放空間を形成し、
このくさび状の開放空間を形成した前記湾曲部に、前後方向からの荷重入力に対して局部的な応力集中の発生を防止して湾曲部の変形を安定的に行わせるための変形モードコントロール手段を設けたことを特徴とする車体構造。 - 先端に跨って車幅方向骨格部材を結合した1対の前後方向骨格部材を、車体上下方向に複数組設け、少なくとも1組の前後方向骨格部材の湾曲部の曲率付与方向を、他組の前後方向骨格部材の湾曲部の曲率付与方向と異ならせたことを特徴とする請求項1に記載の車体構造。
- 変形モードコントロール手段は、湾曲部を断面多角形状に形成して、その曲率中心側となる側面またはその側面の上,下稜線に前後方向に適宜間隔をおいて形成したノッチであることを特徴とする請求項1または2に記載の車体構造。
- 変形モードコントロール手段は、湾曲部を断面多角形状に形成して、その曲率中心側の側面を除くいずれか1つの面または複数の面に形成されて、それらの面剛性を高めるビードであることを特徴とする請求項1または2に記載の車体構造。
- 変形モードコントロール手段は、湾曲部をその長さ方向にそれぞれの断面係数が異なるように複数に分割し、それぞれの分割部材を相互に結合した分割構造であることを特徴とする請求項1または2に記載の車体構造。
- 湾曲部は、曲率変化点を複数設けてその曲率付与方向を多次元に設定したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の車体構造。
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