JP2007118875A - 車両骨格構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の重量を増加させることなく、車両骨格の剛性を高めることができる車両骨格構造を提供する。
【解決手段】 車両骨格構造１では、センターピラー２の補強部材であるピラーＲ／Ｆ６に予応力が付与されているので、衝突荷重によってピラーＲ／Ｆ６に生じる応力を緩和することができる。そのため、ピラーＲ／Ｆ６は、予応力が付与されていない場合と比較して、より大きな衝突荷重に耐えることが可能となる。このように、車両骨格構造１では、Ｒ／Ｆの部材点数や材厚などの増加によらずにピラーＲ／Ｆ６の耐性を高めているので、車両Ｃの質量を増加させることなくセンターピラー２の剛性を向上させることができる。また、このことは、センターピラー２内の構成を簡素化し、車両Ｃの低コスト化も実現する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車等の車両の骨格形成に用いられる車両骨格構造に関する。

車両の骨格を形成する技術として、例えば特許文献１に記載のセンターピラー構造がある。この従来のセンターピラー構造では、車両のセンターピラーアウタ部の内側にインナアッパパネルが固定されている。そして、インナアッパパネルは、ドアヒンジ取付部を頂点として車両の内側に湾曲し、インナロアパネルに結合されている。これにより、外部から加わる衝突荷重がセンターピラーの上下方向に伝達される。
特開平９−２５４８１１号公報

しかしながら、上述した従来のセンターピラー構造では、インナアッパパネルによる衝突荷重の伝達効率は高められているものの、インナアッパパネル自体の剛性を高める構造を有しているわけではない。したがって、例えば衝突荷重に耐え切れずにインナアッパパネルが変形等してしまうと、衝突荷重の伝達が十分になされず、結果としてセンターピラーの剛性が低下するおそれがあった。これに対し、センターピラーの剛性を高めるために補強部材を多用すると、車両の重量を増加せざるを得ないという問題があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、車両の重量を増加させることなく、車両骨格の剛性を高めることができる車両骨格構造を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る車両骨格構造は、車両の骨格を形成する骨格部材と、骨格部材内に延在し、車両の衝突時に骨格部材に入力される衝突荷重によって生じる応力と反対の向きに予応力が付与された補強部材とを備えている。

この車両骨格構造では、衝突荷重によって補強部材に生じる応力が、予応力の作用によって緩和される。そのため、補強部材は、予応力が付与されていない場合と比較して、より大きな衝突荷重に耐えることが可能となっている。このように、この車両骨格構造では、部材点数や材厚などの増加によらずに補強部材の耐性が高められるので、車両の質量を増加させることなく車両骨格の剛性を向上させることができる。また、このことは、骨格部材内の構成を簡素化し、車両の低コスト化も実現する。

また、予応力として、補強部材における衝突荷重の入力側には長手方向に沿う引張応力が付与され、入力側の反対側には長手方向に沿う圧縮応力が付与されていることが好ましい。車両の衝突時には、補強部材における衝突荷重の入力側に圧縮応力が加わり、反対側に引張応力が加わる。したがって、補強部材への予応力として入力側に引張応力を付与し、反対側には圧縮応力を付与しておくことで、衝突荷重に対する補強部材の耐性を一層高めることができる。

また、補強部材は、少なくとも入力側の両端部で骨格部材に固定されていることが好ましい。こうすると、補強部材に付与される引張荷重が骨格部材によって受け止められるので、骨格部材における圧縮応力の発生を効果的に緩和できる。これにより、車両骨格の剛性を一層向上させることができる。

また、骨格部材は、車両の上下方向に延在する部材であることが好ましい。例えば車両のセンターピラーなど、側面衝突時に衝突荷重を受ける可能性が高い部材に上記骨格構造を適用することにより、車両の耐衝撃性を効果的に向上させることができる。

また、骨格部材は、車両の前後方向に延在する部材の屈曲部であることが好ましい。例えば車両のサイドメンバのキック部など、正面衝突（または追突）時に衝突荷重を受ける可能性が高い部材に上記骨格構造を適用することにより、車両の耐衝撃性を効果的に向上させることができる。

以上説明したように、本発明に係る車両骨格構造によれば、車両の重量を増加させることなく、車両骨格の剛性を高めることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る車両骨格構造の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両骨格構造が適用された車両を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す車両におけるセンターピラー内の構成を示す断面図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図１に示すように、車両骨格構造１は、車両Ｃの両側部でそれぞれ上下に延在するセンターピラー（骨格部材）２に適用される構造であり、車両Ｃの側部に他の車両（図示しない）が側面衝突した場合の耐衝撃性を高めるための構造である。なお、車両Ｃは、同図に示すようなセダンタイプの車種に限られず、ＳＵＶやスポーツカーといった様々な車種であってもよい。

センターピラー２は、図２及び図３に示すように、アウタパネル３と、インナパネル４と、ピラーアウタリインホースメント（以下「ピラーアウタＲ／Ｆ」と記す）５とによって構成されている。

アウタパネル３及びインナパネル４は、センターピラー２の外郭を構成する部材であり、それぞれ長尺の型材によって形成されている。図３に示すように、アウタパネル３には、長手方向に沿って車両Ｃの外側に突出する突出部３ａが設けられ、インナパネル４には、長手方向に沿って車両Ｃの内側に突出する突出部４ａが設けられている。そして、アウタパネル３とインナパネル４とは、各突出部３ａ，４ａの位置が一致するように重ね合わされ、これにより、センターピラー２の内部には、閉空間Ｓが形成されている。

ピラーアウタＲ／Ｆ５は、アウタパネル３を補強する部材であり、アウタパネル３と同様に、長尺の型材によって形成されている。このピラーアウタＲ／Ｆ５にも、長手方向に沿って車両Ｃの外側に突出する突出部５ａが設けられており、ピラーアウタＲ／Ｆ５は、突出部５ａがアウタパネル３の突出部３ａに嵌まり込んだ状態で、アウタパネル３の内側に取り付けられている。

さらに、センターピラー２の閉空間Ｓ内には、図２及び図３に示すように、ピラーリインホースメント（以下「ピラーＲ／Ｆ」と記す）６が配置されている。ピラーＲ／Ｆ６は、センターピラー２の剛性を高める補強部材であり、長尺の中空型材によって形成されている。

このピラーＲ／Ｆ６には、車両Ｃの側面衝突時にセンターピラー２に入力される衝突荷重によって生じる応力と反対の向きに予応力が付与されている。ここで、ピラーＲ／Ｆ６に付与される予応力の応力分布を図４に示す。図４では、引張応力を＋、圧縮応力を−とし、各予応力の大きさを領域の幅によって模式的に示している。

同図に示すように、ピラーＲ／Ｆ６において、衝突荷重の入力側となる車両外側面６ａには、長手方向に沿う所定の引張応力が付与されている。また、衝突荷重の入力側の反対側となる車両内側面６ｂには、長手方向に沿う所定の圧縮応力が付与されている。

さらに、ピラーＲ／Ｆ６の両側面６ｃ，６ｄには、略中央部分から車両外側にかけて引張応力が付与され、略中央部分から車両内側にかけて圧縮応力が付与されている。ピラーＲ／Ｆ６の両側面６ｃ，６ｄに付与される引張応力は車両外側に近づくにつれて大きく、圧縮応力は車両内側に近づくにつれて大きくなっている。そして、ピラーＲ／Ｆ６は、図２に示すように、引張応力が付与されている両側面６ｃ，６ｄにおける車両外側の両端部にそれぞれ形成された溶接部Ｗ１，Ｗ２、及びこの溶接部Ｗ１，Ｗ２の間でピラーＲ／Ｆ６の長手方向に沿って千鳥状に形成された複数の溶接部（図示しない）によって、ピラーアウタＲ／Ｆ５の内側に強固に固定されている。

なお、上述したような応力分布を有するピラーＲ／Ｆ６は、例えば図５に示すように、センターピラー２への組み付け状態よりも曲率の小さい長尺の中空型材Ｋを用意し、この型材に曲率が大きくなるように曲げ加工を行うことによって容易に製作できる。

続いて、上述した車両骨格構造１の作用効果について説明する。

車両骨格構造１が適用された車両Ｃに他の車両（図示しない）が側面衝突した場合、センターピラー２には、車両Ｃの外側から衝突荷重が入力され、その結果、ピラーＲ／Ｆ６には所定の応力が生じる。ここで、衝突荷重によってピラーＲ／Ｆ６に生じる応力の応力分布を図６に示す。

同図に示すように、ピラーＲ／Ｆ６において、衝突荷重の入力側となる車両外側面６ａには、長手方向に沿う圧縮応力が発生する。また、車両内側面６ｂには、長手方向に沿う引張応力が発生する。さらに、ピラーＲ／Ｆ６の両側面６ｃ，６ｄには、略中央部分から車両外側にかけて圧縮応力が発生すると共に、略中央部分から車両内側にかけて引張応力が発生する。このピラーＲ／Ｆ６の両側面６ｃ，６ｄに発生する圧縮応力は車両外側に近づくにつれて大きく、引張応力は車両内側に近づくにつれて大きくなっている。

これに対し、車両骨格構造１では、センターピラー２の補強部材であるピラーＲ／Ｆ６に対し、図４に示した応力分布を有する予応力が付与されている。そのため、衝突荷重によってピラーＲ／Ｆ６の車両外側面６ａ、車両内側面６ｂ、及び両側面６ｃ，６ｄに生じる応力は、図７に示すように、予応力の作用によってそれぞれ緩和されることとなる。

このように、衝突荷重によって生じる応力を緩和する予応力を付与することにより、ピラーＲ／Ｆ６は、予応力が付与されていない場合と比較して、より大きな衝突荷重に耐えることが可能となっている。したがって、この車両骨格構造１では、Ｒ／Ｆの部材点数や材厚などの増加によらずにピラーＲ／Ｆ６の耐性を高めることができ、車両Ｃの質量を増加させることなくセンターピラー２の剛性を向上させることができる。また、このことは、センターピラー２内の構成を簡素化し、車両Ｃの低コスト化も実現する。

さらに、車両骨格構造１では、ピラーＲ／Ｆ６は、少なくとも引張応力が付与されている両側面６ｃ，６ｄにおける車両外側の両端部にそれぞれ形成された溶接部Ｗ１，Ｗ２によって、センターピラー２のピラーアウタＲ／Ｆ５に固定されている。したがって、ピラーＲ／Ｆ６に付与される引張荷重がピラーアウタＲ／Ｆ５によって受け止められるので、センターピラー２における圧縮応力の発生を効果的に緩和できる。これにより、センターピラー２の剛性を一層向上させることができる。

［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る車両骨格構造が適用された車両を示す斜視図である。図９は、図８に示す車両におけるフロントサイドメンバのキック部を示す斜視図であり、図１０はその内部構造を示す側断面図である。また、図１１は、図１０におけるＸＩ−ＸＩ線断面図である。

図８に示すように、車両骨格構造１０は、車両Ｄの両側部でそれぞれ前後に延在するフロントサイドメンバ１１のキック部（骨格部材）１２に適用される構造であり、車両Ｄの側部に他の車両（図示しない）が正面衝突（又は追突）した場合の耐衝撃性を高めるための構造である。

キック部１２は、図９〜図１１に示すように、メンバリア１３と、フロアパネル１４とによって構成されている。メンバリア１３及びフロアパネル１４は、それぞれキック部１２の外郭を構成する部材である。メンバリア１３は、長尺の型材によって形成され、長手方向に沿って車両Ｄの下側に突出する突出部１３ａが設けられている。また、フロアパネル１４は、平板状の型材によって形成され、メンバリア１３の上部を覆うように取り付けられている。これにより、キック部１２の内部には、閉空間Ｐが形成されている。

さらに、キック部１２の閉空間Ｐ内には、キックリインホースメント（以下「キックＲ／Ｆ」と記す）１５が配置されている。キックＲ／Ｆ１５は、キック部１２の剛性を高める補強部材であり、長尺の中空型材によって形成されている。このキックＲ／Ｆ１５には、第１実施形態におけるピラーＲ／Ｆ６と同様に、車両Ｄの正面衝突（又は追突）時にキック部１２に入力される衝突荷重によって生じる応力と反対の向きに予応力が付与されている。

すなわち、キックＲ／Ｆ１５の車両下側面１５ａには、長手方向に沿う圧縮応力が付与され、車両上側面１５ｂには、長手方向に沿う引張応力が付与されている。また、キックＲ／Ｆ１５の両側面１５ｃ，１５ｄには、略中央部分から車両下側にかけて圧縮応力が付与され、略中央部分から車両上側にかけて引張応力が付与されている。このキックＲ／Ｆ１５の両側面１５ｃ，１５ｄに付与される圧縮応力は車両下側に近づくにつれて大きく、引張応力は車両上側に近づくにつれて大きくなっている。

そして、キックＲ／Ｆ１５は、図１０に示すように、引張応力が付与されている両側面１５ｃ，１５ｄにおける車両上側の両端部にそれぞれ形成された溶接部Ｗ３，Ｗ４、及びこの溶接部Ｗ３，Ｗ４の間でキックＲ／Ｆ１５の長手方向に沿って千鳥状に形成された複数の溶接部（図示しない）によって、メンバリア１３の内側に強固に固定されている。

なお、このようなキックＲ／Ｆ１５は、キック部１２への組み付け状態よりも曲率の大きい長尺の中空型材を用意し、この型材に曲率が小さくなるように曲げ加工を行うことによって容易に製作できる。

このような車両骨格構造１０が適用された車両Ｄに他の車両（図示しない）が正面衝突（又は追突）した場合、キック部１２には、フロントサイドメンバ１１を伝って衝突荷重が入力される。その結果、キックＲ／Ｆ１５の車両下側面１５ａには、長手方向に沿う引張応力が発生する。また、車両上側面１５ｂには、長手方向に沿う圧縮応力が発生する。

さらに、キックＲ／Ｆ１５の両側面１５ｃ，１５ｄには、略中央部分から車両下側にかけて引張応力が発生すると共に、略中央部分から車両上側にかけて圧縮応力が発生する。このピラーＲ／Ｆ１５の両側面１５ｃ，１５ｄに発生する引張応力は車両下側に近づくにつれて大きく、圧縮応力は車両上側に近づくにつれて大きいものとなる。

これに対し、キックＲ／Ｆ１５は、第１実施形態におけるピラーＲ／Ｆ６と同様の作用効果を奏し、予応力が付与されていない場合と比較して、より大きな衝突荷重に耐えることができる。したがって、車両骨格構造１０においても、Ｒ／Ｆの部材点数や材厚などの増加によらずにキックＲ／Ｆ１５の耐性を高めることができ、車両Ｄの質量を増加させることなくキック部１２の剛性を向上させることができる。

また、車両骨格構造１０においても、キックＲ／Ｆ１５は、少なくとも引張応力が付与されている両側面１５ｃ，１５ｄにおける車両上側の両端部にそれぞれ形成された溶接部Ｗ３，Ｗ４によって、メンバリア１３に固定されている。これにより、キック部１２における圧縮応力の発生を効果的に緩和でき、キック部１２の剛性を一層向上させることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上述した各実施形態では、骨格部材としてセンターピラー２及びフロントサイドメンバ１１のキック部１２を例示したが、この他にも、フロントピラー、リアピラー、リアサイドメンバ等、衝突荷重を受ける可能性が高い骨格部材に適用できる。また、上述した各実施形態では、補強部材であるピラーＲ／Ｆ６及びキックＲ／Ｆ１５を長尺の中空型材によって形成したが、図１２に示すように、断面略コの字状の長尺の型材Ｌを用いてもよい。

本発明の第１実施形態に係る車両骨格構造が適用された車両を示す斜視図である。 図１に示す車両におけるセンターピラー内の構成を示す断面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 ピラーＲ／Ｆに付与される予応力の応力分布を示す図である。 ピラーＲ／Ｆの製作方法の一例を示す図である。 衝突荷重によってピラーＲ／Ｆに生じる応力の応力分布を示す図である。 予応力が作用した後にピラーＲ／Ｆに残存する応力の応力分布を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る車両骨格構造が適用された車両を示す斜視図である。 図８に示す車両におけるフロントサイドメンバのキック部を示す斜視図である。 フロントサイドメンバのキック部内の構成を示す側断面図である。 図１０におけるＸＩ−ＸＩ線断面図である。 変形例に係るピラーＲ／Ｆを示す断面図である。

符号の説明

１，１０…車両骨格構造、２…センターピラー（骨格部材）、６…ピラーＲ／Ｆ（補強部材）、１２…キック部（骨格部材、屈曲部）、１５…キックＲ／Ｆ（補強部材）、Ｃ，Ｄ…車両。

Claims (5)

1. 車両の骨格を形成する骨格部材と、
   前記骨格部材内に延在し、前記車両の衝突時に前記骨格部材に入力される衝突荷重によって生じる応力と反対の向きに予応力が付与された補強部材とを備えた車両骨格構造。
2. 前記予応力として、前記補強部材における前記衝突荷重の入力側には長手方向に沿う引張応力が付与され、前記入力側の反対側には長手方向に沿う圧縮応力が付与されている請求項１記載の車両骨格構造。
3. 前記補強部材は、少なくとも前記入力側の両端部で前記骨格部材に固定されている請求項２記載の車両骨格構造。
4. 前記骨格部材は、前記車両の上下方向に延在する部材である請求項１〜３のいずれか一項記載の車両骨格構造。
5. 前記骨格部材は、前記車両の前後方向に延在する部材の屈曲部である請求項１〜３のいずれか一項記載の車両骨格構造。
   

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