JP2006044651A - 自動車のための車体 - Google Patents

Abstract

【課題】単個エレメント、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから接合される自動車の車体の材料の使用を好適化すること。
【解決手段】単個エレメントから特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから構成される自動車の車体において、一方向で変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルから成る単個エレメントが少なくとも部分的に使用されており、該単個エレメントにおいて、該単個エレメントに亘る固有負荷の分布幅がパネル厚さ分布の選択によって減少又は最小化させられていること。
【選択図】図１

Description

本発明は単個エレメント、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから成る自動車の車体及びこのような車体を設計する方法に関する。ここでは車体とは生車体であって、フード及びドアを含んでいることができる。

異なるパネル厚さを有する単個エレメントから自動車の車体を製造することは既に公知である。さらに事故に際して所定の時間的及び／又は空間的な変形動作を示すために、変化するパネル厚さを有するパネルエレメントを自動車に使用することもすでに公知である。

使用材料が決まっている状態での車体強度、特に捩れ強度の観点からは、自動車構造、つまり車体形状付与を改善する努力が常に成されている。

本発明の課題は自動車の車体における材料使用を好適化するために新しい出発点を準備することである。

前記課題の第１の解決策は、少なくとも部分的に、１つの軸線の方向に、特にその長手延在方向に変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルから成る単個エレメントが使用されており、これら単個エレメントにおいて、走行コンディションのもとで弾性的な変形に際して単個エレメントに亘って作用する固有負荷のスペクトル（分布幅）がパネル厚さの分布の選択により減少又は最小化されることで解決された。これは、一定のパネル厚さで構成された場合に固有にわずかに負荷されるパネルエレメントの部分が、該パネルエレメントの内部で、わずかなパネル厚さで構成されることを意味する。これによって材料の使用は、車体強度が著しく阻害されることなく減少させられることができる。何故ならばこの場合には強度限界は引続き維持されるからである。先に述べたわずかなパネル厚さはフレキシブル圧延過程で一つの軸に沿って変化するパネル厚さで示される。

この場合には特に、パネル厚さ分布の選択は走行コンディションにおいてもっぱら弾性的な変形しか行なってはならないように負荷に適合させられる。

第２の解決策の特徴は、単個エレメントとして少なくとも１部、フレキシブル圧延された、１つの軸に沿って、特にその長手方向に変化するパネル厚さを有するパネルから成る単個エレメントを使用し、該単個エレメントにおいてクラッシュした場合の単個エレメントに亘る塑性変形に際しこの固有の負荷のスペクトル（分布幅）がパネル厚さの分布の選択によって増大又は最大化されていることである。

これによって所定の単個エレメントのためには、パネル厚さ分布の選択を好適な塑性変形が行われるようにしたいクラッシュ時の負荷に適合させることが達成された。この場合、変形は目的に合わせられてかつあらかじめ規定されて、パネル厚さの減少されたもしくは最小化された範囲で実施される。これは特にクラッシュ時に主軸にてエネルギを吸収しようとする単個エレメントに当嵌まる。

すべての車体もしくはすべての車体構成部分はその負荷に応じて重量を最適化して構成する必要がある。従来は局部的な最大負荷は構成しようとする構造体の単個エレメントの最小のパネル厚さを決定する。この場合には一方では構造体内にて厚さが異なりかつ場合によっては溶接によって互いに結合できる異なる材料から成るパネルから成る単個エレメントを使用するために例えばテイラード溶接ブランクが使用される。他方では構造の最適化に寄与するために局部的な補強シート又は補強プレートが単個エレメントに使用される。これは本発明によれば、フレキシブル圧延されたパネルから成る一体の単個エレメントもしくはそれから製作された成形体又は管で置換えることができる。テイラード溶接ブランクと補強プレートとを使用した場合には厚さの飛躍が発生するのに対し、本発明によれば負荷好適化された流線形の厚さ移行部が、弱化した溶接シームを同時に回避して得られる。構造体に必要な接合部位の数は減少させることができる。

本発明によればフレキシブル圧延によって、負荷好適化された壁厚経過は該壁厚経過が流線形である調和のとれた厚さ変化によって特徴づけられるように製作される。この調和のとれた、単個構成部分にとって特徴的であるパネル厚さ経過は固有の負荷で規定される。しかしこの負荷は個々の構成部分に対する局所的な値ではなく、個々の構成部分の負荷は車体構造全体の負荷によって規定される。これは単個エレメントのパネル厚さの好適化に際して常に構造体全体の動作が考慮される必要があることを意味する。したがって構造体全体を考慮して単個構造部分の負荷好適化を実施する好適化工具が必要である。この場合、負荷固有の設計のための好適化基準は一方ではわずかな重量のもとで同じ機能的な構成部分特性でありかつ他方ではわずかな重量のもとでの最適なクラッシュ特性もしくは同じ重量のもとでの改善されたクラッシュ特性であることができる。

流線形のパネル厚さ変化を用いて重量及び強度の好適化された車体構造は、パネル厚さ変化が好適化アルゴリズムによって計算されることで求められる。この好適化アルゴリズムは単個構成部分の作用と負荷を常に車体構造全体を考慮して最適化する。

本発明の構成ではフレキシブル圧延されたパネルから成る、以下の単個エレメントの少なくとも１つ、すなわち、
−横保持体後車軸
−横保持体前車軸
−横保持体端壁
−屋根横保持体
−補強部エンジンカバー
−シート横保持体前／後
−横保持体リアシート
−コックピット横保持体
が走行コンディションにおける負荷に適合させられている。

この場合には軸方向の端部及び／又は他の領域に対する特に結合領域が大きな材料厚さで構成されている。

さらに具体的に、以下の単個エレメントの少なくとも１つ、すなわち、
−長手方向保持体前／後
−緩衝器（バンパ）
−ドアシル
−Ｂコラム
−ドアインパクト保持体
−補強部トランミッショントンネル
−補強部トンネル
−閉鎖部Ｂ−コラム
−屋根フレーム前／後
がフレキシブル圧延されたパネルから成り、クラッシュ時の負荷に適合させられていることが本発明の構成で提案されている。

この場合には特に長手方向の経過に亘って材料厚さの大きい領域と材料厚さの小さい領域とが何度も交互に設けられている。

別の具体化策では少なくとも互いに接続する以下の単個エレメント、すなわち、
−長手方向保持体Ｉと長手方向保持体ＩＩ
−長手方向保持体と閉鎖部分
−横保持体と閉鎖部分
−Ｂコラムと閉鎖部
がフレキシブル圧延されたパネルからのコンビネーションから成っている。

さらに少なくとも以下の単個エレメントすなわち、
−ドアインナパネル
−サイドフレーム
−フローアパネル前
−フローアパネル後
−横保持体端壁
−ドアアウタパネル
がフレキシブル圧延されたパネルと種々の厚さを有する溶接されたパネル（テイラード溶接ブランク）とからのコンディションから成っていることが提案されている。

単個エレメントは溶接及び／又はクリンチング及び／又は接着により互いに接合されていることができる。

本発明の別の構想によれば単個エレメント、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントから接合されている自動車の車体を設計する方法において、コンスタントなパネル厚さを有するパネルから成る単個エレメントに基づいて強度計算を実施し、走行領域における弾性的な変形のもとでの少なくとも個々の単個エレメントの固有負荷のスペクトル（分布幅）を変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルを使用することにより減少させるか又は最小化することが提案されている。

さらに本発明の別の構想によれば、単個エレメント、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから接合されている自動車の車体を設計する方法において、コンスタントなパネル厚さを有するパネルから成る単個エレメントに基づいて強度計算を実施し、クラッシュに際して塑性変形のもとでエネルギを吸収するための、少なくとも個々の単個エレメントの固有の負荷分布幅を、長手方向に変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルを使用することで増大するかもしくは最大化することが提案されている。

この場合には、特に前述の２つのケースで、強度計算が反復的に実施されかつ変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルの表示限界の確認と材料強度限界の確認のもとで最適化されることが提案されている。設計に際してはフレキシブル圧延されたパネルから成る単個エレメントの内部の曲げに対する固有負荷が±１０％のスペクトル（分布幅）の内部にあることを考慮しなければならない。さらにフレキシブル圧延されたパネルから成る単個エレメントの内部の引っ張り／押圧に基づく固有負荷は±２０％のスペクトル（分布幅）の内部に位置していることを考慮する必要がある。

図１においては自動車の車体の主要な部分が分解図で示されている。この場合、左上には自動車後部の部分が配置されかつ右下には自動車前部の部分が示されている。大きなパネル厚さは濃く着色されかつ小さなパネル厚さは薄く着色されて示されている。この場合、パネル厚さが変化し、したがって異なる薄さに着色された部分はフレキシブル圧延されたパネルから一体に製作されている。

底パネル１１はコンスタントな厚さのパネルから製作されており、このパネルは図面では統一的に着色されている。これはトンネルブリッジ１３にも当嵌まる。底パネル１１の上に置かれるシート横保持体１２，１２’はフレキシブル圧延されたパネルから製造されている。このパネルはそれぞれ端部に大きい厚さを有している。底パネル１１には前方に向かって、それぞれコンスタントな厚さのパネルから成る、中央の補強部１５と共に端壁１４が接続する。端壁１４の縁部には上部横保持体１６と下部横保持体１７とが接続する。この上部横保持体１６と下部横保持体１７とはいずれもコンスタントな厚さを有するパネルから成っている。さらに端壁には長手方向保持体ＩＩ １９，１９’がその閉鎖部１８，１８’で接続している。この閉鎖部は１８，１８’はそれぞれ端部にて中央領域よりも大きな厚さを有している。前記長手方向保持体ＩＩ １９，１９’は前方の横保持体２０を介して互いに結合されている。閉鎖部分２２，２２’を有する長手方向保持体２１，２１’はそれぞれ端部にて中央領域よりも大きな厚さを有している。長手方向保持体２１，２１’にはばね脚ドーム２３，２３’のための受容部が結合されている。長手方向保持体Ｉ２４，２４’はフレキシブル圧延された材料から成り、それぞれ端部にて中央域よりも大きな厚さを有している。衝突吸収のための前方の横保持体２５は、上方の長手方向保持体の前方の自由端を結合している。横保持体２５には前方の閉鎖プレート２６，２６’が結合されている。衝突吸収のための前記横保持体２５もその端部にて中央領域よりも大きい厚さを有している。底パネル１１の後方領域においては横保持体２７はリアシートの下に取付けられ、さらに後車軸受容のための横保持体２８が取付けられる。両者はそれぞれ端部にて、中央領域よりも大きな厚さを有している。さらにそれぞれコンスタントなパネル厚さのパネルから成る下方の帽子受取りフレーム２９と上方の帽子受取りフレーム３０とが示されている。これらの帽子受取りフレーム２９，３０はあとで詳細に説明するサイド部分と結合される。底パネル１１には直接的にトランクルーム底パネル３１が載置されている。このトランクルーム底パネル３１は内側のトランクルーム端壁３２とリアスキルト３３を保持している。トランクルーム端壁３２とリアスキルト３３はそれぞれ一定厚さのパネルから成っている。底パネル１１にはさらにサイドフレーム部分３４，３４’が当付けられている。これらのサイドフレーム部分３４，３４’はフレキシブル圧延されたパネルから成り、個別的にはＡコラム３５，３５’、Ｂコラム３６，３６’、Ｃコラム３７，３７’並びにリアマッドガード３８，３８’から成っている。ＡコラムとＣコラムとの間にはドアシル３９，３９’と上方のドアフレーム４０，４０’とが位置している。さらにＢコラム２６はその中央領域にて薄い材料から成り、ドアシル３９，３９’と上方のドアフレーム４０，４０’とにおける接続領域にて厚い材料から成っている。ドアシル３９，３９’は長手方向で見てそれぞれ材料厚さの大きい端領域とＢコラムとＣコラムとを取付ける材料厚さの小さい領域とを有している。

サイドフレーム部分３４，３４’に対しては内からそれぞれＡコラム４１，４１’のための下方の閉鎖部とＡコラム４５，４５’のための上方の閉鎖部、ドアシル領域４２，４２’、Ｂコラム４３，４３’のための閉鎖部及びルーフフレーム成形材４４，４４’が接合される。この場合にも異なるパネル厚さが見られる。しかもパネル４２，４２’においてはそれぞれ前と後ろの補強部と中央部とが示されかつパネル４３，４３’及び４５，４５’においては両端部における補強部が示され、パネル４４，４４’においてはそれぞれ接続部位における補強部が示されている。さらに厚さのほぼ変わらないパネルから成るルーフパネル４６並びにそれぞれ一定の厚さから成る前後のルーフ横保持体４７，４８が示されている。さらに同様に一定厚さのパネルから成るマッドガードインサート４９，４９’，５０，５０’が示されている。さらに底パネル１１にはフレキシブル圧延されたパネルから成る閉鎖部分５２，５２’を有する後方の長手方向保持体５１，５１’が当付けられている。この場合には長手方向でそれぞれの端部において中央領域よりも大きなパネル厚さが構成されている。

図２においてはＢコラムの長手方向に亘るパネル厚さ経過曲線が示されている。この場合にはベルトローラ固定装置のためのパネル厚さ補強部６３とベルト変向装置固定装置のための補強部６４とが他の一定のパネル厚さ経過に対して示されている。最小のパネル厚さは約１．３ｍｍであるのに対し、最高の補強部６３の領域におけるパネル厚さは約２．６ｍｍで小さい方の補強部６４の領域におけるパネル厚さは約１．５ｍｍである。これは約６００ｍｍの材料長さの場合に当嵌まる。

図３においては長手方向シルのためのパネル厚さ経過曲線が示されている。この場合には、Ａコラム取付け領域におけるパネル厚さ補強部６５とＢコラム取付け領域におけるパネル厚さ補強部６６とが認識できる。前方へＡコラム取付け部を越えてパネル厚さは、２段階でわずかに増加する。この場合には最小のパネル厚さは約１０ｍｍであるのに対し、最大のパネル厚さは１．８ｍｍである。これは約１，３５０ｍｍの材料長に当嵌まる。

図４にはリアシートの下の横保持体のパネル厚さ経過曲線が示されている。この場合にはパネル補強部７０が中央にかつ接合点のためのパネル補強部６８，６９が外側端部に設けられている。最小のパネル厚さは０．８ｍｍで、最大のパネル厚さは１．２５ｍｍである。これは約１，５００ｍｍの全材料の長手方向長さに当嵌まる。

図５においては前方の横保持体のためのパネル厚さ経過曲線が示されている。この場合には接合点のための外側の端部における低い方のパネル厚さ補強部７１，７２と２つの対称的に配置されたパネル厚さ補強部７３，７４とその間にある領域が認められる。最小のパネル厚さは約１．５ｍｍで、最大のパネル厚さは２．５ｍｍである。この場合、材料の全長は約１，０５０ｍｍである。

図６には自動車長手方向に延びて自動車ドア内に挿入されるドア衝突保持体のためのパネル厚さの経過が示されている。この場合にはパネル厚さ補強部７５，７６が両端部に設けられている。中央領域にはこれに対しパネル厚さ減少部７７が設けられている。この場合、最小のパネル厚さは約０．８ｍｍであるのに対し、最大のパネル厚さは約１．３ｍｍである。全長は約１，０００ｍｍで移行長さは２００ｍｍを越えている。

図７にはＡコラム又はＢコラムに取付けられることができるヒンジ補強部のためのパネル厚さの経過曲線が示されている。この場合には大きな長手方向領域に亘って延在する流線形の厚さ移行部が形成されている。この場合には長さに亘って対称的な経過で２つの外側のパネル厚さ補強部７８，７９と２つの中央パネル厚さ補強部８０，８１とが認められる。最小のパネル厚さは１．０ｍｍであるのに対し、最大のパネル厚さは約１．７５ｍｍである。これは約１，３００ｍｍの材料長さに当嵌まる。

自動車の車体の単個部分の分解図。 Ｂコラムのパネル厚さの経過曲線を示した図。 長手方向保持体のパネル厚さの経過曲線を示した図。 後方の横保持体のパネル厚さの経過曲線を示した図。 前方の横保持体のパネル厚さの経過曲線を示した図。 ドア衝突保持体のパネル厚さ経過曲線を示した図。 ヒンジ補強装置のパネル厚さ経過曲線を示した図。

符号の説明

１１ 底プレート
１２，１２’ シート横保持体
１３ トンネルブリッジ
１４ 端壁
１５ 補強パネル
１６ 横保持体、端壁、上
１７ 横保持体、端壁、下
１８，１８’ 閉鎖部分、長手方向保持体ＩＩ
１９，１９’ 長手方向保持体ＩＩ
２０ 前方の横保持体
２１，２１’ 長手方向保持体、上
２２，２２’ 閉鎖部長手方向保持体、上
２３，２３’ 受容部、ばね足ドーム
２４，２４’ 長手方向保持体Ｉ
２５ 横保持体、ロック受容部
２６，２６’ 閉鎖部、前
２７ 横保持体、リアシート下
２８ 横保持体、後部の軸受容部
２９ 下部の帽子受取りフレーム
３０ 上方の帽子受取りフレーム
３１ トランクルーム底パネル
３２ 内側のトランクルーム端板
３３ リアスキルト
３４，３４’ サイドフレーム部分
３５，３５’ Ａコラム
３６．３６’ Ｂコラム
３７，３７’ Ｃコラム
３８，３８’ リアマッドガード
３９，３９’ ドアシル
４０，４０’ 上部ドアフレーム
４１，４１’ 閉鎖部、Ａコラム、底
４２，４２’ ドアシルプレート
４３，４３’ Ｂコラムプレート
４４，４４’ ルーフフレーム成形体
４５，４５’ 閉鎖部、Ａコラム、上
４６ 屋パネル
４７ 前方の屋根横保持体
４９，４９’ マッドガードインサート
５０，５０’ マッドガードインサート
５１，５１’ 後部屋根横保持体
５２，５２’ 後部長手方向保持体の閉鎖部
６３ パネル肉厚部
６４ パネル肉厚部
６５ パネル肉厚部
６６ パネル肉厚部
６７ パネル肉厚部
６８ パネル肉厚部
６９ パネル肉厚部
７０ パネル肉厚部
７１ パネル肉厚部
７２ パネル肉厚部
７３ パネル肉厚部
７４ パネル肉厚部
７５ パネル肉厚部
７６ パネル肉厚部
７７ パネル肉厚部
７８ パネル肉厚部
７９ パネル肉厚部
８０ パネル肉厚部
８１ パネル肉厚部

Claims (4)

1. 単個エレメントから、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから構成される形式の自動車の車体において、一方向で変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルから成る単個エレメントが少なくとも部分的に使用されており、該単個エレメントにおいて、該単個エレメントに亘る固有負荷の分布幅がパネル厚さ分布の選択によって減少又は最小化させられていることを特徴とする、自動車の車体。
2. 単個エレメントから、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから構成される形式の自動車の車体において、一方向で変化するパネル厚さを有するフレキシブル圧延されたパネルから成る単個エレメントが少なくとも部分的に使用されており、該単個エレメントにおいて、該単個エレメントに亘る固有負荷の分布幅がパネル厚さ分布の選択によって増大又は最大化されていることを特徴とする、自動車の車体。
3. 単個エレメントから、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから構成された自動車の車体を設計する方法において、コンスタントなパネル厚さを有するパネルから成る単個エレメントをベースとして強度計算を行ない、走行使用状態での弾性変形下での少なくとも個々の単個エレメント（１１）の固有負荷の分布幅を、一方向に沿って変化するパネル厚さ（１１）を有するフレキシブル圧延されたパネルの使用によって減少又は最小化する、自動車の車体を設計する方法。
4. 単個エレメントから、特にパネルから成る中空成形体と面エレメントとから構成された自動車の車体を設計する方法において、コンスタントなパネル厚さを有するパネルから成る単個エレメントをベースとして強度計算を行ない、クラッシュ時のエネルギを塑性変形のもとで吸収するために少なくとも個々の単個エレメント（１１）の固有負荷を、一方向に沿って変化するパネル厚さ（１１）を有するフレキシブル圧延されたパネルを使用することで増大又は最大化する、自動車の車体を設計する方法。