JP2005297856A - 車両用ドアの補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 側面衝突入力に対して車両内方に変形するビーム部材を略直線状に形状保持させることにより、このビーム部材の両端部を支持するピラー部材に効率良く荷重分散させて、ビーム部材の軽量化を図りつつ強度向上をも達成することができる車両用ドアの補強構造の提供を図る。
【解決手段】 ドア１内部に取付けたビーム部材２０に入力変換手段３０を設けて、側面衝突入力をピラー部材２０の長さ方向入力に変換・持続させ、形状保持手段４０を設けてビーム部材２０を略直線状態に形状保持させることにより、側面衝突荷重を入力変換手段３０によりビーム部材２０の長手方向の圧縮荷重として入力吸収する一方、形状保持手段４０により前後のピラー部材７，８に効率良く分散して、変形後にも反力を維持してエネルギー吸収効率を高め、ビーム部材２０、つまりドア１の車室内への変形を抑制する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車体側面に設けられる車両用ドアの補強構造に関する。

自動車等の車両では車体側面に設けたドアを補強して、側面衝突時の荷重入力に対処するようにしたものがあり、例えば、板材の両側縁の一部が重なり合った状態のパイプ状の構成を基本構成として、最高荷重とエネルギー吸収量の両方を重視するタイプの車両用ドアのビーム部材を構成したものが知られている（特許文献１参照）。
特開平９−１２２７４５号公報（第５頁、第２図）

しかしながら、かかる従来のビーム部材は鋼板を端部が重なり合うようにして筒状に巻回して構成したもので、側面衝突によりビーム部材が車両内方に進入してくる際には、ビーム部材に張力が作用し、更には車両内方に折り曲がるような入力が常に作用する状態になる。

従って、ビーム部材が車両内方に一旦変形した後は、側面衝突荷重の入力の継続に伴って車両内方への変形移動が継続的となって、ビーム部材の車室内への進入量が大きくなる可能性がある。

近年にあっては、自車よりも大型かつ質量が大きい車との衝突問題であるコンパティビリティ（両立性）への対応など、衝突性能向上をより合理的に高いレベルで達成することが求められている。

そこで、本発明は側面衝突入力に対して車両内方に変形するビーム部材を略直線状に形状保持させることにより、このビーム部材の両端部を支持するピラー部材に効率良く荷重分散させて、ビーム部材の軽量化を図りつつ強度向上をも達成することができる車両用ドアの補強構造を提供するものである。

本発明にあっては、ルーフ部およびフロア部の車幅方向両側にそれぞれ配置したサイドルーフレールとサイドシルとを、車体前後方向に適宜間隔をおいて配置した複数のピラー部材によって車体上下方向に連結し、これらサイドルーフレールおよびサイドシルと前後のピラー部材とによって形成される車体開口部にドアを取り付けるとともに、このドア内部に前記前後のピラー部材に長さ方向両端部が跨るビーム部材を設けた車体構造であって、
前記ビーム部材に、車両外方から内方へと略水平方向に作用する側面衝突入力をこのピラー部材の長さ方向入力に変換・持続させる入力変換手段と、
前記側面衝突入力により車幅方向内方に変形するビーム部材を略直線状態に形状保持する形状保持手段と、を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、側面衝突により衝突荷重がビーム部材に車両外方から内方へと略水平方向に入力した場合に、この側面衝突荷重を入力変換手段によりビーム部材の長さ方向入力に変換・持続させるため、ビーム部材の長手方向の圧縮荷重として入力吸収する一方、車両内方へと変形するビーム部材は、形状保持手段により略直線状態に保持されるため、ビーム部材の長さ方向に変換された入力荷重を前後のピラー部材に効率良く分散して、変形後にも反力を維持してエネルギー吸収効率を高め、ビーム部材の車両内方への変形、つまりドアの車室内への変形を抑制できるようになり、ビーム部材の軽量化を図りつつ強度向上をも達成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図６は本発明の第１実施形態を示し、図１はドアを分離して示す車体の全体斜視図、図２はドアを（ａ）に全体と（ｂ）にドアアウターパネルを取外した状態でそれぞれ示す斜視図、図３はビーム部材の取り付け状態を示す平面図、図４はビーム部材の端部変形許容部を示す分解斜視図、図５は中腹部変形許容部を示す要部斜視図、図６はビーム部材の曲げ特性図である。

この第１実施形態の車両用ドアの補強構造は、図１に示すように、フロントドア１およびリアドア２を備えた自動車Ｍに適用され、ルーフ部３およびフロア部４の車幅方向両側にそれぞれ配置したサイドルーフレール５とサイドシル６とを、車体前後方向に適宜間隔をおいて配置した３本のピラー部材としてのフロントピラー７，センターピラー８およびリアピラー９によって車体上下方向に連結してある。

そして、これらサイドルーフレール５およびサイドシル６とフロントピラー７およびセンターピラー８とによって形成される前方の車体開口部１０に前記フロントドア１を取り付けるとともに、サイドルーフレール５およびサイドシル６とセンターピラー８およびリアピラー９とによって形成される後方の車体開口部１１に前記リアドア２を取り付けてある。

フロントドア１の前側縁を、上下２箇所のフロントヒンジ１２を介してフロントピラー７に開閉自在に取り付けるとともに、リアドア２の前側縁を、上下２箇所のリアヒンジ１３を介してセンターピラー８に開閉自在に取り付けてある。

また、フロントドア１の後側縁を、フロントストライカ１４を介してセンターピラー８に係脱可能に連結するとともに、リアドア２の後側縁を、リアストライカ１５を介してリアピラー９に係脱可能に連結してある。

図２（ａ）にフロントドア１を例にとってドア構造を示し、このフロントドア１の内部には、図２（ｂ）に示すようにドアアウターパネル１ａを取り外したドアインナーパネル１ｂ側に、略車両前後方向に配置したビーム部材２０を設けてある。

尚、前記ビーム部材２０の取付け構造はリアドア２にあっても同様となるが、以下フロントドア１に例を取って説明するものとする。

前記ビーム部材２０は断面矩形状の閉断面に形成され、図３に示すようにその長さ方向（前後方向）両端部を、ブラケット２１を介して上方のフロントヒンジ１２とフロントストライカ１４に各対応するインナーパネル１ｂの前後両側部に取り付けて、ドア１の閉止状態でビーム部材２０の両端部を、前記ヒンジ１２および前記ストライカ１４を介してフロントピラー７とセンターピラー８に高い強度をもって支持してある。

ここで、本実施形態では前記ビーム部材２０に、車両外方から内方へと略水平方向に作用する側面衝突入力をこのピラー部材２０の長さ方向入力に変換・持続させる入力変換手段３０を設けてある。

入力変換手段３０は、図３に示すようにビーム部材２０を車幅方向外方に湾曲させて、その中腹部に車両外方に凸となる頂点部Ｔを有する湾曲形状に形成することによって構成して、側面衝突荷重が前記頂点部Ｔに入力されるようにしてある。

また、側面衝突荷重が入力するとビーム部材２０は車幅方向内方に変形するが、本実施形態では側面衝突荷重により、車幅方向内方に変形するビーム部材２０を略直線状態に形状保持する形状保持手段４０を設けてある。

形状保持手段４０は、図３，図４に示すようにビーム部材２０の両端部に設けられて、このビーム部材２０の車両外方壁面を支点に平面視して扇状に変形する端部変形許容部としてのエネルギー吸収体４１と、図３，図５に示すようにビーム部材２０の中腹部前後に設けられてビーム部材２０の車両内方壁面を支点に平面視して扇状に変形する中腹部変形許容部としてのノッチ４２と、を設けるとともに、図３に示すように前記各変形許容部４１，４２を除く部分の車室内側部と車室外側部の長さ方向壁面長Ｌ（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）を、ビーム部材２０の両端部の支持部材間スパンＳと略同一長さに形成するとともに、前記各変形許容部４１，４２の圧縮強度をビーム部材本体部分２０ａの圧縮強度よりも低く設定することにより構成してある。

即ち、前記ビーム部材２０の両端部は、上述したようにブラケット２１を介してドア１のインナーパネル１ｂに取付けられるが、ブラケット２１は、図４に示すようにビーム部材２０の上下幅をもって一対の棚部２１ａを設けてアルミ合金等の軽合金鋳物として一体成形してある一方、ビーム部材２０の端末には、圧縮荷重を伝達するためのエンドプレート２３を結合するとともに、このビーム部材２０の端部に上下方向に貫通するカラー２４を溶接してある。

そして、ビーム部材２０の端部を前記ブラケット２１の棚部２１ａ間に差込み、この棚部２１ａに形成した取付穴２５と前記カラー２４とを一致させて、これら取付穴２５およびカラー２４に枢軸となるボルト２６を挿通してナット２６ａ締めして連結してある。

このとき、ブラケット２１の棚部２１ａ間の奥側底面２１ｂと前記エンドプレート２３との間には平面扇形の空間部が形成され、この空間部の形状に沿って前記エネルギー吸収体４１を扇形ブロック状に形成し、このエネルギー吸収体４１を前記空間部に装填してある。このエネルギー吸収体４１は、圧縮変形される素材、例えば発泡樹脂や発泡アルミニウムで形成してある。

従って、ビーム部材２０の両端部は前記ブラケット２１を介してドア１のインナーパネル１ａに回動自在に支持されるとともに、そのビーム部材２０の両端部に前記エネルギー吸収体４１が配置されることになる。

一方、前記ノッチ４２は、図５に示すように断面矩形状に形成したビーム部材２０の車両外方の上下角部をＶ字状に凹設して形成してある。

前記ビーム部材２０に設けた入力変換手段３０および形状保持手段４０は、リアドア２に設けたビーム部材にあっても同様に構成される。

以上の構成によりこの第１実施形態によれば、フロントドア１ではビーム部材２０は、頂点部Ｔを車幅方向外方に最も突出した部分として全体的に車体外方に湾曲し、その長さ方向両端部がブラケット２１を介してドア１のインナーパネル１ｂに結合し、ドア１の閉止状態ではヒンジ１２とストライカ１４を介してフロントピラー７とセンターピラー８に強固に支持されている。

尚、リアドア２ではビーム部材は、ヒンジ１３とストライカ１５を介してセンターピラー８とリアピラー９に強固に支持されることになる。

従って、側面衝突時に入力される荷重をビーム部材２０の頂点部Ｔで受け止め、このビーム部材２０の両端部で前後に配置したフロントピラー７とセンターピラー８との間（リアドア２ではセンターピラー８とリアピラー９との間）で突っ張ることにより、衝突初期におけるドア反力をより早く発生させてドア１の変形を抑制する。

また、ビーム部材２０が頂点部Ｔを最突出部として湾曲しているため、このビーム部材２０の長さ方向（前後方向）に圧縮力が作用した際には、車幅方向外方に凸となるモーメントが内力として誘起され、このモーメントは側面衝突時の衝突荷重によりビーム部材２０を車幅方向内方に凸となるように作用する外力モーメントとは反対方向に作用して、この外力モーメントを打ち消すことにより、ビーム部材２０に対する衝突荷重による負荷を軽減することができ、ひいては、衝突荷重に対するドア反力をより合理的に向上させることができる。

このため、ビーム部材２０の両端部が突っ張ることによりドア反力を維持することができ、つまりは側面衝突による入力をビーム部材２０の湾曲形状で構成する入力変換手段３０により、ビーム部材２０の長さ方向入力に変換・持続させるので、ビーム部材２０の長手方向の圧縮荷重として入力吸収を行わせることができる。

そして、側面衝突時の入力がビーム部材２０の長さ方向の圧縮荷重として変換されて、この圧縮荷重がエネルギー吸収体４１およびノッチ４２の変形強度よりも大きい場合は、図３中破線に示すようにこれらエネルギー吸収体４１およびノッチ４２が圧潰変形し、これらの圧潰によっても衝突エネルギーを吸収する。

また、前記エネルギー吸収体４１およびノッチ４２の変形が完了すると、ビーム部材２０の両端部において車体内方への回転が抑制され、ここに形状保持手段４０としての機能が発揮されて、ビーム部材２０を略直線状態に形状保持する。

この結果、前記側面衝突時の入力荷重はフロントピラー７とセンターピラー８（リアドア２にあってはセンターピラー８とリアピラー９）に効率良く分散され、ビーム部材２０、ひいてはドア１，２の車室内への進入を効果的に抑制することができる。

更に、ビーム部材２０は図３中破線に示す略直線状態の形状保持状態から側面衝突が更に進むと、部材長不変領域Ｒに張力が伝達され、前後のボルト２６結合間を介してドア１，２の前後方向に位置するピラー７，８，９に荷重を伝達する。

そして、張力の伝達が開始されるまでエネルギー吸収体４１およびノッチ４２では持続的に反力を発生するとともに、エネルギーを吸収することができ、これにより、ビーム部材２０は図６に示すように理想的な曲げ特性を発揮することができる。

従って、本実施形態では入力変換手段３０によって側面衝突による入力荷重をビーム部材２０の長さ方向入力に変換して持続させ、かつ、形状保持手段４０によって車両内方に変形するビーム部材２０を略直線状態に形状保持して、フロントドア１にあってはフロントピラー７とセンターピラー８、リアドア２にあってはセンターピラー８とリアピラー９に荷重分散させることができる。

また、本実施形態では前記入力変換手段３０を、ビーム部材２０を車幅方向外方に湾曲させて、その中腹部に車両外方に凸となる頂点部Ｔを有する湾曲形状として構成したので、ドア反力のより早い立上りと、入力の変換・持続作用を発揮させることができる。

一方、形状保持手段４０は、ビーム部材２０の両端部にエネルギー吸収体４１で形成した端部変形許容部と、ビーム部材２０の中腹部にノッチ４２で形成した中腹部変形許容部とを設けて、ビーム部材２０の長さ方向壁面長Ｌ（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）を、ビーム部材２０の両端部の支持部材間スパンＳと略同一長さに形成するとともに、エネルギー吸収体４１とノッチ４２の圧縮強度をビーム部材本体部分２０ａの圧縮強度よりも低く設定することにより構成したので、ビーム部材２０で長さ方向入力として変換された荷重が前記各変形許容部４１，４２の変形強度よりも大きくなると、これら変形許容部４１，４２を変形誘起部として確実に潰れ変形させて衝突エネルギーを吸収できるとともに、変形許容部４１，４２の変形完了によりビーム部材２０を略直線状態に形状保持させて、前後のピラー７，８，９への荷重の分散を効率良く行わせることができる。

また、前記ビーム部材２０の両端変形許容部を構成するエネルギー吸収体４１は、これを形成した素材の圧縮変形特性を適宜選定しておくことにより、また、ビーム部材２０の中腹部変形許容部を構成するノッチ４２は、その切り込み深さや切り込み幅を調節しておくことにより、要求特性に応じて変形開始点およびエネルギー吸収の調整を任意に設定することができる。

図７は本発明の第２実施形態を示し、前記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７はビーム部材の中腹部分を示す斜視図である。

本実施形態は中腹部変形許容部の変形例を示し、この中腹部変形許容部は、ビーム部材２０の車両外側面から内側面に向かって平面Ｖ字状に切欠いたＶ字状切欠部４３と、このＶ字状切欠部４３を覆う蓋部材４４（図中破線で示す）と、からなる平面三角状脆弱部４５で形成してある。

即ち、前記Ｖ字状切欠部４３はそのＶ字状先端がビーム部材２０の車両内側面に到達する深さに形成してあり、一方、前記蓋部材４４はビーム部材本体部分２０ａよりも薄肉に形成され、これをＶ字状切欠部４３の周縁部に溶接して結合してある。

従って、この実施形態にあっても、側面衝突時の入力がビーム部材２０の長さ方向の圧縮荷重として変換されてＶ字状切欠部４３に作用すると、蓋部材４４を圧潰しつつＶ字状切欠部４３の対向辺４３ａが近接しつつエネルギーを吸収し、そして、その対向辺４３ａが底付きした時点で形状保持手段４０としての機能が発揮されて、ビーム部材２０の車体内方への回転を抑制して略直線状態に形状保持することができる。

図８は本発明の第３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８はビーム部材の成型工程を（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す説明図である。

本実施形態では前記第２実施形態に示す三角状脆弱部４５の変形例を示し、本実施形態の三角状脆弱部４６は図８に示すように液圧成形でビーム部材２０を成形する際に用いる２枚の差厚鋼板５０，５１で形成することができる。

即ち、液圧成形によるビーム部材２０は、図８（ａ）に示すように２枚の差厚鋼板５０，５１の両側縁部同士を、同図（ｂ）に示すようにレーザ溶接して袋状に形成し、そして、同図（ｃ）に示すようにこの袋状に形成した差厚鋼板５０，５１間に長さ方向両端部から高液圧を注入して所定形状、つまり、本実施形態では断面矩形状に膨出させるようになっている。

このとき、前記差厚鋼板５０，５１は一般部５０ａ，５１ａの肉厚をｔ１に形成する一方、これにＶ字状の肉厚部５０ｂ，５１ｂを形成して、この肉厚部５０ｂ，５１ｂの肉厚をｔ２（ｔ２＞ｔ１）としておくことにより、液圧成形によりビーム部材２０を成形完了した時点で前後２箇所の前記三角状脆弱部４５が形成される。

ところで、本発明の車両用ドアの補強構造は第１〜第３実施形態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用することができる。

本発明が適用される車両のドアを分離して示す車体の全体斜視図である。 本発明が適用されるドアを（ａ）に全体と（ｂ）にアウタードアパネルを取外した状態でそれぞれ示す斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるビーム部材の取り付け状態を示す平面図である。 本発明の第１実施形態におけるビーム部材の端部変形許容部を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態における中腹部変形許容部を示す要部斜視図である。 本発明におけるビーム部材の曲げ特性図である。 本発明の第２実施形態におけるビーム部材の中腹部分を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態におけるビーム部材の成型工程を（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す説明図である。

符号の説明

１ フロントドア
２ リアドア
３ ルーフ部
４ フロア部
５ サイドルーフレール
６ サイドシル
７ フロントピラー（ピラー部材）
８ センターピラー（ピラー部材）
９ リアピラー（ピラー部材）
２０ ビーム部材
３０ 入力変換手段
４０ 形状保持手段
４１ エネルギー吸収体（端部変形許容部）
４２ ノッチ（中腹部変形許容部）
４５，４６ 三角状脆弱部（中腹部変形許容部）
Ｔ 頂点部

Claims (6)

1. ルーフ部およびフロア部の車幅方向両側にそれぞれ配置したサイドルーフレールとサイドシルとを、車体前後方向に適宜間隔をおいて配置した複数のピラー部材によって車体上下方向に連結し、これらサイドルーフおよびサイドシルと前後のピラー部材とによって形成される車体開口部にドアを取り付けるとともに、このドア内部に前記前後のピラー部材に長さ方向両端部が跨るビーム部材を設けた車体構造であって、
   前記ビーム部材に、車両外方から内方へと略水平方向に作用する側面衝突入力をこのピラー部材の長さ方向入力に変換・持続させる入力変換手段と、
   前記側面衝突入力により車幅方向内方に変形するビーム部材を略直線状態に形状保持する形状保持手段と、を設けたことを特徴とする車両用ドアの補強構造。
2. 入力変換手段は、ビーム部材を車幅方向外方に湾曲させて、その中腹部に車両外方に凸となる頂点部を有する湾曲形状に形成することによって構成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ドアの補強構造。
3. 形状保持手段は、ビーム部材の両端部に設けられて、このビーム部材の車両外方壁面を支点に平面視して扇状に変形する端部変形許容部と、ビーム部材の中腹部に設けられてビーム部材の車両内方壁面を支点に平面視して扇状に変形する中腹部変形許容部と、を設けるとともに、前記各変形許容部を除く部分の車室内側部と車室外側部の長さ方向壁面長を、ビーム部材の両端部の支持部材間スパンと略同一の長さに形成するとともに、前記各変形許容部の圧縮強度をビーム部材本体部分の圧縮強度よりも低く設定することにより構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ドアの補強構造。
4. 前記端部変形許容部はフロントヒンジとフロントストライカに対応するインナーパネルに取り付けたブラケットに収納されるエネルギー吸収体からなることを特徴とする請求項３に記載の車両用ドアの補強構造。
5. 前記エネルギー吸収体は、発泡樹脂や発泡アルミニウム等の圧縮変形される素材から形成したことを特徴とする請求項４に記載の車両用ドアの補強構造。
6. 前記中腹部変形許容部は断面矩形状に形成したビーム部材の車両外方の上下角部をＶ字状に凹設して形成したノッチからなることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の車両用ドアの補強構造。
   
   

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