JP2007513829A - 車両用ａピラー - Google Patents

Abstract

本発明は車両用のＡピラーに関し、前記ピラー（４）は車両のルーフ（３）から車両のフロア（５）に向かって延在し、その長手方向の少なくとも一部に湾曲部を有する。Ａピラーは、基本的に中空の内部を有する基本的に硬質の周囲表面（１７）を有する。本発明のＡピラーはその湾曲した長手方向部分（１５）にＡピラー（４）の中空断面（７）を貫通する補強ストラット（６）を備えるということにより特徴付けられる。補強ストラット（６）は、Ａピラー（４）の後壁領域（１６）から前壁領域（１８）まで延在する。補強ストラット（６）は、上部及び下部境界線に沿って楕円形もしくは円形の陥凹部（１２、１４）を備える。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の車両用Ａピラーに関する。

高い車体剛性度及び高い車体強度を前提とした、軽量構造の観点における車体への要求がますます高まっている。公開された特許文献１ならびに特許文献２が車体部品、具体的には鋳鋼からなり、異なる補強材またはリブ付き構造によって補強されたＡピラーを提案している。しかしながら、提案された両方のＡピラーは、補強の役目を果たす非常に多数のストラットとリブを備える。しかしながら、部品の重量を最適化するために、部品の強度ならびに剛性度を保持する一方で多数のストラット構造を減らすことが必要である。本発明の目的は、従来技術のＡピラーと同等の強度ならびに剛性を有し、より軽量なＡピラーを提供することである。

独国特許出願公開第１００ １５ ３２５ Ａ１号明細書 国際公開第０３ ０３ １２ ５２ Ａ１号パンフレット

その目的は、請求項１の特徴を備えたＡピラーにおいて達成される。

請求項１による車両のＡピラーは、車両のルーフから車両のフロア方向に延在し、本発明の場合、少なくとも長手方向の一部にわたって湾曲形状を有する。Ａピラーは、基本的に硬質の周囲表面を有し、本発明の場合、その内側領域は基本的に中空構造である。

請求項１によるＡピラーは、その湾曲した長手方向部分に、Ａピラーの中空断面を貫通する補強ストラットを備えるということで特徴付けられる。補強ストラットは、車両に対してＡピラーを後壁領域から前壁領域まで貫通する。本発明において、補強ストラットは車両に対する上部及び下部境界線に楕円形もしくは円形の陥凹部を有するように構成される。その楕円もしくは円の半径は、陥凹部の形状に従って変更可能である。従って、陥凹部は湾曲した形状をとることができる。

請求項１による補強ストラットは、Ａピラーをその最も湾曲した領域において、正確に言えば後部領域から前部領域まで、貫通する。これは、車両が横転した場合に最大の負荷がかかる領域において補強ストラットがＡピラーを貫通するということを意味する。この負荷状況では、最大の力はまずＡピラーの湾曲部に作用し、続いて特に前壁領域と後壁領域に作用する。この場合、車両に対して前方の壁領域には引張力がかかり、この時、後壁領域には圧縮力がかかっている。従って補強ストラットは、厳しい引張力がかかる領域から厳しい圧縮力がかかる領域まで特別の方法で延在する。高い負荷がかかる領域の両方が、補強ストラットによって連結される結果として、Ａピラーの座屈強さ、もしくは撓みに対する抵抗性が特別の方法において改善される。

補強ストラットのこの断面形状によって応力が分散されるが、もしそうでない場合は、その応力はＡピラーの壁領域が支えなければならないであろう。この方法により、壁領域は負荷から緩和される。これにより、より高い強度を有するＡピラーがもたらされ、同時に材料の節約と、その結果としてＡピラーの壁領域の重量の低減を可能にする。

さらに、請求項１によるＡピラーの補強ストラットは、上部および下部境界線に楕円形もしくは円形の陥凹部を有するということで特徴付けられる。これらの陥凹部には、Ａピラーの剛性が、ストラットによって補強される湾曲領域において連続的かつ均一に高められるという効果がある。これによって、剛性の不連続性が回避される。剛性の不連続性は、動的負荷がかかる際、補強ストラットに切欠きを入れるような応力をもたらすであろうし、それが次にはストラットの破壊と、Ａピラーの剛性ならびに強度の突然の損失につながるであろう。従って、補強ストラットの陥凹部は、車両が横転した場合に発生する突然の高い動的応力の発生に対して最適化される。

補強ストラットの高さは、その最も深い陥凹部から測定した場合は常に、少なくとも５センチメートルであると有利である。補強ストラットは一般に、本発明においては３０センチメートルである最大高さを有する。特別に負荷がかかる状況においては、高さをより高くすることも有利であろう。

本発明の改良形態において、Ａピラーと補強ストラットとが、一体の鋳鋼部品として構成される。この場合、補強ストラットは特別に強固にＡピラーと連結され、これは剛性にとって有益である。さらに、一体部品の製造によって、複数の接合工程を省略することができ、従って製造コストが削減される。

特に鋳造工程における製造によって、Ａピラーならびに補強ストラットの壁領域を異なる壁厚さで構成することが可能である。これにより、特別に負荷がかかる状況には特別の方法を講じることが可能で、従って、より少ない負荷がかかる場所では材料を低減することが可能であり、このことが次には部品の重量にとって有益になる。

有利な改良形態では、次にＡピラーは増大した壁厚さの壁領域から増大した壁厚さの別の壁領域まで延在する。これらの壁領域は、最も強い引張応力と圧縮応力とがいずれの場合においてもかかりやすい壁領域である。既に説明したように、これらの壁領域は、車両に対して前部および後部の壁領域である。結果として、これらの壁領域、前部および後部壁領域は、従って増大した壁厚さで構成される。対照的に、Ａピラーの側部壁領域は、適切に薄い態様で製造することができる。

請求項１の特徴を有するＡピラーを貫通するストラットは、Ａピラーに通常は設けられる別のストラットの数の大幅な減少をもたらす。本発明の改良形態では、負荷状況に応じて、Ａピラー全体に１つの補強ストラットだけを設けることができる。

本発明の有利な改良形態が、以下の図面を参照することにより、さらに詳しく説明される。

図１は典型的な車両内の、特許請求されるＡピラーの基本的な構成を示す。図１において投影面にある長手方向中央面によって区分される車両２は、側端部８、シル１０及び車両ルーフ３及び車両フロア５を備える。従って、Ａピラーは車両ルーフ３から車両フロア５の方向に延在し、この例では、シル１０で終端する。Ａピラーは基本的に硬質の周囲表面１７を有する。図１で定義される座標系が全ての別の図面に対して適用されるが、それはより理解しやすい表現を目的とするためである。図１で図示される座標系によると、車両の進行方向に対する横断面、この場合は投影面、がＸＺ面と称される。この定義に従うと、Ｙ軸は投影面を指向するものであり、ＸＹ面は車道とほぼ一致する。

図１と同様に、図２ａはＡピラー４を車両なしで図示する。図２ａはＡピラー４の断面図である。ここで、その断面において、ＡピラーはＸＺ面に完全に位置付けられるわけではなく、つまりそれは車両の種類に依存するものであり、Ａピラーの断面形状もＹ方向に湾曲を有していることに留意されたい。従って、ＡピラーのＸＺ面の断面は、図２ａで図示されるように、単に図式の簡略化を構成する。

この段階で、用語Ａピラーは、極めて一般的にはこのピラーの伸長の様々な範囲を含む、ということが指摘されなければならない。これは図５ａ〜ｃによって定義され得る。図５ａは、車両ルーフ（ここでは図示されない）から側端部８（ここでは破線で図示される）まで達するＡピラー４を図示する。図５ｂのＡピラー４は、車両ルーフから側端部８を越えて達し、そこで車体の残りの部分と接続部材（図示されない）によって接続される。用語Ａピラーを、車両ルーフから側端部８を越えて車両フロア５あるいはシル１０まで伸長する図５ｃによるＡピラー４を意味するものとして理解することもできる。

図２ａのＡピラー４は、Ａピラー４の湾曲部１５の領域に配置される補強ストラット６を備える。湾曲部１５の最も湾曲した領域は、多くの場合、側端部８又はその少し上の領域に延在する。この場合、断面図２ｂおよび２ｃに図示されるように、補強ストラット構造６はほぼＸ方法に延在し、補強ストラット６の正確な断面形状は、車両横転時の負荷状況Ｆによる図４で示される応力プロファイルに対して適合される。

補強ストラット６は基本的に、進行方向（Ｘ方向）に対するＡピラーの後部領域１６から進行方向に対するＡピラー４の前部領域１８まで延在する。最大の引張応力及び圧縮応力が同様に作用するこれらの壁領域１６、１８は、Ａピラー４の最大の壁厚さを同様に有する。これと対照的に、外側すなわち側部壁領域２０は、Ｙ方向に比較的薄く構成される。適切であれば壁領域２０を、Ａピラーがもはやこの領域に材料を一切含まない、従って開放設計であるような構成にすることさえも可能である。

補強ストラット６、６’の断面を発生する力に応じてまたそのＺ方向伸長に関してテーパ加工する又は厚くすることが可能である補強ストラット６が、図２ｃのＹＸ断面（中空断面７）において、破線６’と共に図示される。補強ストラット６又は６’の壁厚さは、鋳造工程上の理由から、便宜上、その長手方向の伸長に沿ってＹＸ面に対して中央領域においてテーパ加工される（線６’を参照）。このテーパ加工６’によって、Ａピラーの鋳造中及び鋳造部分の冷却中、応力はほとんど発生しない。

図２ｂは、図２ａのＹＸ面ＩＩｂに沿った中空断面７を図示する。断面ＩＩｂは図２ａの補強ストラット６の陥凹部１２の領域を通る。次に図２ｂにおいて、より厚い壁厚さを領域１８及び２０に、すなわち高い引張応力及び圧縮応力がかかる領域に見ることができる。補強ストラット６の出張りが既に存在しているが、陥凹部１２によって中断される。

これらの陥凹部１２及び１４が組み込まれない場合、図４による負荷状況（力Ｆによって特徴付けられ、車両の横転を想定することを意図している）において、補強ストラット６の破壊をもたらしうる応力ピーク２１が発生するであろう。陥凹部１２及び１４によって、応力ピーク２１は最小限に抑えられる。図４ではさらに、負荷状況において発生し、Ａピラーの前側に作用する引張応力２４ならびにＡピラーの後側に作用する圧縮応力２６が、図解的に図示される。原則として、Ａピラーの全体の断面形状が、引張応力２４および圧縮応力２６発生する領域において、より厚い壁厚さを有することが有利である。

応力ピークを最小限に抑える別の可能性は、図３のように、補強ストラット６を上部領域でより薄くし、中央領域でより厚くし、下部領域で再度薄くするように設計することである。図３ａが、この種類のＡピラーを図示しており、これは基本的に図２ａのものと対応するが、そこに存在する陥凹部１２及び１４を一切備えない。代わりに、この種類のＡピラー４は、ＹＸ面に位置する断面３ｂ、３ｃに従って壁厚さを変化させる。可能性のある変化する壁厚さの例が、図３ｂ及び３ｃに図示される。この種類の補強ストラット６はいずれも、その中央が最も厚くなる。それらをどのように上方および下方へテーパ加工するかは、それぞれの場合に存在する負荷状況に依存する。図３によるこの種類の補強ストラット６にも、上部及び下部領域に陥凹部（ここでは図示せず）が設けられてもよいことはいうまでもない。

Ａピラーと補強ストラットとを備えた車両の長手方向断面を示す。 補強ストラットを備えたＡピラーの長手方向断面を示す。 図２ａのＡピラーのＩＩｂ部分に沿った断面を示す。 図２ａによるＡピラーのＩＩｃ部分に沿った断面を示す。 異なる断面を有する補強ストラットを備えたＡピラーの長手方向断面を示す。 図３ａのＩＩＩｂ、ＩＩＩｃ部分の補強ストラットの断面の例を示す。 Ａピラーに作用する力を示したＡピラーの断面を示す。 Ａピラーならびに側端部およびシル領域に対するＡピラーの配向の様々な種類を示す。

Claims (7)

1. 車両（２）用のＡピラーであって、車両のルーフ（３）から車両のフロア（５）方向に延在し、少なくとも長手方向の一部にわたって湾曲形状を有し、基本的に硬質の周囲表面（１７）を有し、内側領域が基本的に中空構造であるＡピラー（４）において、
   前記湾曲した長手方向部分（１５）に、前記Ａピラーは前記Ａピラー（４）の中空断面（７）を貫通する補強ストラット（６）を備え、
   同補強ストラット（６）は車両（２）に対して前記Ａピラー（４）の後壁領域（１６）から前壁領域（１８）まで延在し、
   前記補強ストラット（１６）は前記車両（２）に対する上部及び下部境界線に沿って楕円形もしくは円形の陥凹部（１２、１４）を有すること
   を特徴とするＡピラー。
2. 前記補強ストラット（６）は、それぞれの最も深い陥凹部（１２、１４）から測定した場合、少なくとも５センチメートルの高さを有することを特徴とする請求項１に記載のＡピラー。
3. 前記Ａピラー（４）は、一体の鋳鋼部品として前記補強ストラット（６）と一緒に構成されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のＡピラー。
4. 前記Ａピラー（４）の壁領域（１６、１８、２０）が、異なる壁厚さで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＡピラー。
5. 前記補強ストラット（６）は、増大した壁厚さの壁領域（１６）から増大した壁厚さの他の壁領域（１８）まで延在することを特徴とする請求項４に記載のＡピラー。
6. 前記Ａピラー（４）は、前部壁領域（１８）及び後部壁領域（１６）に増大した壁厚さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＡピラー。
7. 前記Ａピラー（４）は補強ストラット（６）を１つだけ備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＡピラー。

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