JP2008143292A - 車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 部材を追加したり部材の肉厚を増加させたりすることなく車体骨格の結合部近傍の強度を増大させることのできる車体構造の提供。
【解決手段】曲げ荷重を受けるサイドシル１４とクロスメンバー１８、１９との結合部において、クロスメンバー１８、１９の曲げの圧縮面となる面の結合点中心から車内側に向かってビード１８Ａ、１９Ａが形成された車体構造である。前記車体構造においては、ビード１８Ａ、１９Ａの結合点中心から車内側端部までの長さａは、前記面の幅ｂとの間に以下の関係：
ｂ≦ａ≦２ｂ
が成り立つように設定されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車体構造にかかり、特に、曲げ荷重を受ける車体骨格を有する車体構造に関する。

車体の前後方向に延びる左右一対のサイドシルと、車幅方向に沿って設けられ、前記サイドシルを結合するクロスメンバーと、前記サイドシルとクロスメンバーとに結合されたフロアパネルとを備える車体構造の自動車においては、シートは通常クロスメンバーで支持される。

したがって前記自動車が走行中に前方に位置する物体に衝突する前面衝突を起すと、前記シートに着座していた着座者の慣性力による大きな外力がクロスメンバーに加わる。これにより、クロスメンバーとサイドシルとの結合部にクロスメンバーの端部を剥離させる方向に大きな応力が生じる。

そこで、サイドシルとクロスメンバーとの結合強度を向上させるべく、サイドシルとクロスメンバーとフロアパネル端縁とを互いに結合する補強板を設け、サイドシルとクロスメンバーの端部と補強版との各一部を互いに重ね合わせて結合することが提案された（特許文献１）。
特開２０００−２５６５５号公報

前記結合方法によってサイドシルとクロスメンバーとフロアパネルとの前記方向に沿った結合強度は大幅に改善された。

しかしながら、上述した前面衝突時の対策も重要ではあるが、サイドシルとクロスメンバーとの結合部においては、側面衝突時にサイドシルを屈曲させる方向への荷重が入力されることから、その方向への強度の向上も強く求められる。

また、特許文献１の結合方法においては、部材が増加するから、コストおよび質量の増加が避けられないという問題もある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、部材を追加したり部材の肉厚を増加させたりすることなく、車体骨格の結合部近傍の強度、特にクロスメンバーを屈曲させる方向の結合強度を増大させることのできる車体構造の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両前後方向の部材とクロス部材との結合部であって曲げ荷重を受ける車体骨格の結合部において、前記クロス部材の曲げの圧縮面となる面の結合点中心から車内側に向かってビードを形成するとともに、前記ビードの結合点中心から車内側端部までの長さａと前記面の幅ｂとの間に以下の関係：
ｂ≦ａ≦２ｂ
が成り立つように前記長さａを設定したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、曲げの圧縮面となる面の結合点中心から車内側に向かってビードを形成するとともに、そのビードの結合中心から車内側端部までの長さａを圧縮メンの幅ｂ以上２ｂ以下としたので、前記面の曲げ荷重に対する抵抗力を有効に高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車体構造において、前記車両前後方向の部材として車両の前後方向に沿って設けられたサイドシルを備え、前記クロス部材として前記車両の幅方向に沿って設けられて一端において前記サイドシルに結合されたクロスメンバーを備え、前記ビードが、前記クロスメンバーにおける曲げの圧縮面となる面に形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記車体構造において前記クロスメンバーにおける曲げの圧縮面となる面、即ち上面に前記長さａを有するビードを設けている故に、前記面の圧縮強度が大幅に向上する。

請求項１の発明によれば、前述のように、曲げの圧縮面となる面の曲げ荷重に対する抵抗力が高まるから、部材を追加したり部材の肉厚を増加させたりすることなく車体骨格の結合部近傍の強度を増大させることができる。
また請求項２の発明によれば、サイドシルとクロスメンバーとの結合部付近におけるクロスメンバー上面の曲げ強度が大幅に向上するから、側面衝突時における車体骨格の変形を抑えることができる。

１．実施形態１
［構成］
本発明の車体構造を有する自動車の一例について以下に説明する。
図１に示すように、この自動車１の車体２は、梯子状に組まれた車体フレーム３と車体フレーム３に支持される板金製の車体本体（図示せず。）を備えている。なお、図中矢印ＦＲは車両の前後方向を、矢印ＩＮは車両幅方向内側を、矢印ＵＰは車両の上方向を示している。

車体フレーム３は、車体前部に配置されて車体の前後方向に沿って延在する左右１対のフロントサイドフレーム１３と、フロントサイドフレーム１３の外側で前後方向に延在する左右１対のサイドシル１４と、サイドシル１４の後端部側から夫々後方に延在してその前端部がサイドシル１４の後端部に結合された１対のリアサイドフレーム１５とを有する。

また、車体フレーム３は、フロントサイドフレーム１３の前端部を互いに結合するフロントバンパリンフォースメント１６と、フロントサイドフレーム１３の長手方向の中途部とこれに車幅方向で対応するサイドシル１４の前端部とを互いに結合するクロスメンバー１７と、各フロントサイドフレーム１３の長手方向中途部と各サイドシル１４の長手方向中途部とを互いに結合するサイドメンバー１８、１９と、サイドシル１４の後端部およびリアサイドフレーム１５の前端部を互いに結合するクロスメンバー２０と、リアサイドフレーム１５の長手方向中央部を互いに結合する２本のクロスメンバー２１と、リアサイドフレーム１５の後端部を互いに結合するリアバンパリンフォースメント２２とを備える。

サイドシル１４の間には、車体の床部を形成するフロアパネル２３が設けられている。図２に示すように、フロアパネル２３はサイドフレーム１３の上側に設けられている。フロアパネル２３の端縁は下方に折り曲げられてサイドシル１４にスポット溶接されている。

図１および図２に示すように、フロアパネル２３の中央部には、ｓｈ対の情報へ膨出され、且つ車体の前後方向に沿って延在するトンネル部３１が設けられている。トンネル部３１の内部には中央部メンバー４１が結合されている。

サイドシル１４は、図２および図３に示すように、車幅方向で対面するインナーパネル１４Ａとアウターパネル１４Ｂとを備え、インナーパネル１４Ａとアウターパネル１４Ｂとは上縁同士および下縁同士が夫々スポット溶接され、これによって閉断面構造とされている。

クロスメンバー１８、１９は全体としてハット型の断面を有し、上面１８Ｅ、１９Ｅにおけるサイドシル１４に結合される側の末端部に上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃが、側面におけるサイドシル１４に結合される側の末端部に側面フランジ１８Ｂ、１９Ｂが、下面に下面フランジ１８Ｄ、１９Ｄが形成されている。

クロスメンバー１８、１９は、夫々上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃにおいてサイドシル１４のインナーパネル１４Ａにおける上側の面に図３において「×」印で示すように３箇所でスポット溶接され、側面フランジ１８Ｂ、１９Ｂにおいてインナーパネル１４Ａの側面にスポット溶接されている。クロスメンバー１８、１９とインナーパネル１４Ａとの結合は、スポット溶接以外にボルト締結やリベット結合によってもよい。また、クロスメンバー１８、１９の末端部にフランジを設けることなく、サイドシル１４の側面に突合せ溶接してもよい。クロスメンバー１８、１９は、底部フランジ１８Ｄ、１９Ｄにおいてフロアパネル２３の上面にスポット溶接されている。

ここで、クロスメンバー１８、１９において曲げの圧縮荷重が加わる面である上面１８Ｅ、１９Ｅには、図２および図３に示すように、サイドシル１４と結合される上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃから車体中央部に向かってビード１８Ａ、１９Ａが２本ずつ設けられている。また、前述した上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃとサイドシル１４のインナーパネル１４Ａとのスポット溶接は、ビード１８Ａ、１９Ａを避けた位置で行われている。なお、ビード１８Ａ、１９Ａの本数は２本には限定されず、１本でもよく、３本以上であってもよい。ビード１８Ａ、１９Ａの長さａは、クロスメンバー１８、１９の上面１８Ｅ、１９Ｅの幅をｂとしたとき、
ｂ≦ａ≦２ａ
の関係が成り立つように設定されている。ビード１８Ａ、１９Ａの長さａが前記範囲であれば、クロスメンバー１８、１９とサイドシル１４との結合部において充分な曲げ圧縮強度が得られる。理由については後述する。

［作用］
以下、実施形態１の作用について説明する。
クロスメンバー１８、１９にビードを設けない場合においてクロスメンバー１８、１９の上面１８Ｅ、１９Ｅおよび上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃが圧縮面になる方向に曲げ応力が作用すると、図８（Ｃ）に示すように、クロスメンバー１８、１９の上面１８Ｅ、１９Ｅおよび上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃには、波長２ｂの座屈波形が生じる。その結果、図６に示すようにクロスメンバー１８、１９の上面および上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃが波状に大きく変形する。なお、図８において横軸はクロスメンバー１８、１９とサイドシル１４との結合部からの長さを、縦軸は変形量を示す。

これに対して、長さａ＝ｂのビード１８Ａ、１９Ａを設けたときは、図８（Ｂ）に示すように、座屈波形の最初の半波長において変形量が大幅に少なくなる。その結果、クロスメンバー１８、１９の上面および上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃの変形は、図４に示すようにビード１８Ａ、１９Ａを設けないときに比較して大幅に抑えることができる。

更に、ビード１８Ａ、１９Ａの長さをａ＝２ｂに延長したときは、図８（Ａ）に示すように、座屈波形の最初の半波長のみならず後半部の半波長においても変形量が大幅に少なくなる。その結果、ロスメンバー１８、１９の上面１８Ｅ、１９Ｅおよび上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃの変形は、図５に示すようにビード１８Ａ、１９Ａの長さａをａ＝ｂと設定したときに比較して更に抑えることができる。

但し、ビード１８Ａ、１９Ａの長さａを２ｂよりも長くしても、上面１８Ｅ、１９Ｅおよび上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃの変形は、ビード１８Ａ，１９Ａの長さａが２ｂのときに比較してさほど異ならない。

このように、クロスメンバー１８、１９の曲げの圧縮面となる上面１８Ｅ、１９Ｅおよびそれに引き続く上面フランジ１８Ｃ、１９Ｃに長さａ＝ｂ〜２ｂのビード１８Ａ、１９Ａを設けることにより、結合部における上方への曲げ強度が大幅に向上することがわかる。
ここで、自動車１が側面衝突すると、サイドシル１４に衝突時の衝撃が加わり、クロスメンバー１８、１９とサイドシル１４との間に結合部を上方に曲げようとする力が加わるが、本実施形態によれば、ビード１８Ａ、１９Ａによって上方への曲げ強度が向上することにより、側面衝突時の車体フレーム３の変形を抑えることができる。

なお、本発明の車体構造は、曲げ応力を受ける部分の結合部のみならず、軸力と曲げ応力とを受ける結合部、および軸力のみを受ける結合部にも適用できる。

図１は、実施形態１の自動車の備える車体フレームの構造を示す平面図である。 図２は、図１に示す車体フレームにおいてサイドシルとクロスメンバーとの結合部近傍を車幅方向にそって切断した拡大断面図である。 図３は、前記サイドシルとクロスメンバーとの結合部近傍の構成を示す拡大斜視図である。 図４は、クロスメンバーに長さａ＝ｂ（ｂはクロスメンバーの上面の幅である。）のビードを形成した場合の上方への曲げ変形の様子を示す斜視図である。 図５は、クロスメンバーに長さａ＝２ｂ（ｂはクロスメンバーの上面の幅である。）のビードを形成した場合の上方への曲げ変形の様子を示す斜視図である。 図６は、クロスメンバーにビードを形成しない場合の上方への曲げ変形の様子を示す斜視図である。 図７は、クロスメンバーに形成したビードの長さと上方への曲げ強度との関係を示すグラフである。 図８は、クロスメンバーにビードを形成した場合およびビードを形成しない場合における上方への曲げ応力を加えたときの座屈波形を示す説明図である。

符号の説明

１ 自動車
３ 車体フレーム
１３ フロントサイドフレーム
１４ サイドシル
１５ リアサイドフレーム
１６ クロスメンバー
１７ クロスメンバー
１８ クロスメンバー
１８Ａ ビード
１８Ｂ 側面フランジ
１８Ｃ 上面フランジ
１８Ｄ 底部フランジ
１８Ｅ 上面
１９ クロスメンバー
１９Ａ ビード
１９Ｂ 側面フランジ
１９Ｃ 上面フランジ
１９Ｄ 底部フランジ
１９Ｅ 上面

Claims (2)

1. 車両前後方向の部材とクロス部材との結合部であって曲げ荷重を受ける車体骨格の結合部において、前記クロス部材の曲げの圧縮面となる面の結合点中心から車内側に向かってビードを形成するとともに、前記ビードの結合点中心から車内側端部までの長さａと前記面の幅ｂとの間に以下の関係：
   ｂ≦ａ≦２ｂ
   が成り立つように前記長さａを設定したことを特徴とする車体構造。
2. 前記車体骨格は、前記車両前後方向の部材として車両の前後方向に沿って設けられたサイドシルを備え、前記クロス部材として前記車両の幅方向に沿って設けられて一端において前記サイドシルに結合されたクロスメンバーを備え、前記ビードは、前記クロスメンバーにおける曲げの圧縮面となる面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車体構造。

Images