JP2009029244A - 車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フロアトンネルへ大きな荷重が入力された場合にフロアトンネルとその左右両側の構造部材との相対的な動きを抑制するとともに荷重を分散させる車体構造を提供することを課題とする。
【解決手段】フロアトンネル１１を有する車体構造１であって、フロアトンネル１１の少なくとも前部を補強するトンネル補強部材１４，１４と、トンネル補強部材１４，１４とサイドメンバ１２，１２とに結合される支持フレーム１５あるいはトンネル補強部材１４，１４とサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３とに結合される支持フレームとを備えることを特徴とし、支持フレーム１５がフロアトンネル１１の前端部に配置されると好適である。
【選択図】図１

Description

本発明は、フロアトンネルを有する車体構造に関する。

車体のフロアには、構造部材として、エンジンルーム内のフロントサイドメンバから延びる左右一対のサイドメンバやその外側に配置される左右一対のサイドシルなどが配設されている。特に、後輪駆動車などの場合、プロペラシャフトなどを配設するために、フロアには、車幅方向の中央に車両前後方向に延びるフロアトンネルが設けられている。フロアトンネルには、周辺の他の構造部材とは独立してトンネル部を補強するためのトンネルリーンフォースメントが配設されている。さらに、特許文献１に記載の車体構造では、左右のサイドメンバを連結するトンネルクロスメンバが配設され、このトンネルクロスメンバに直線的に接合され、サイドメンバとサイドシルとを室外側で連結する一対のフロアクロスメンバが配設されている。
特開２００６−３１２３５１号公報 実開平６−４７０８６号公報

車両前面片側あるいは中央付近の限られた領域に対するＰＯＬＥ（電信柱など）前面衝突やオフセット前面衝突の場合、クラッシュボックスやフロントサイドメンバの横折れなどによって、客室より前でエネルギを吸収するためのＥＡ[Energy Absorbtion]構造部材（フロントサイドメンバなど）がフルラップ前面衝突と比べて有効に機能できず、衝突による過大な荷重（エネルギ）を十分に吸収できない。そのため、その吸収できなかった過大な荷重によって客室前方に位置するエンジンが客室側に押し込まれ、フロアトンネル（ひいては、客室）へ過大な荷重が入力される。その反動によって、車両の後方構造の大質量がサイドメンバやサイドシルを介して前方に出ようとするので、フロアトンネルとサイドメンバやサイドシルとの間に相対的に動きが発生する。特許文献１に記載の車体構造では、サイドメンバとサイドシルとの間の相対的な動きしか抑制できず、フロアトンネルへの過大な荷重を分散できない。

そこで、トンネルリーンフォースメントの耐力を大幅に向上させることを考えた場合、トンネル部全域にトンネルリーンフォースメントを設けると、大きな質量増大を招く。また、トンネル部の客室前側の部分だけにトンネルリーンフォースメントを設けると、過大な荷重によって強度の強い部分と弱い部分との境界で横折れする虞がある。

そこで、本発明は、フロアトンネルへ大きな荷重が入力された場合にフロアトンネルとその左右両側の構造部材との相対的な動きを抑制するとともに荷重を分散させる車体構造を提供することを課題とする。

本発明に係る車体構造は、フロアトンネルを有する車体構造であって、フロアトンネルの少なくとも前部を補強するトンネル補強部材と、トンネル補強部材とサイドメンバとに結合される支持フレームとを備えることを特徴とする。

この車体構造では、フロアトンネルがトンネル補強部材で補強されており、支持フレームによってトンネル補強部材とその外側のサイドメンバとを結合している。ＰＯＬＥ前面衝突やオフセット前面衝突などによってフロアトンネルに大きな荷重が入力された場合、この車体構造では、その荷重がトンネル補強部材を介して支持フレームに伝達され、さらに、その伝達された荷重が支持フレームを介してサイドメンバに伝達される。これによって、フロアトンネルへの大きな入力荷重をトンネル補強部材からサイドメンバに分散でき、分散された各荷重に対してトンネル補強部材及びサイドメンバで反力をそれぞれ発生させることができる。さらに、この車体構造では、支持フレームによって、入力荷重によるフロアトンネルの後方への動きを抑制するとともにサイドメンバの前方への動きを抑制し、フロアトンネルとサイドメンバとの相対的な動きを抑制する。その結果、フロアトンネルへの大きな荷重に対して大きな反力を発生させることができ、客室の変形を防止あるいは極力抑制することができる。

本発明の上記車体構造では、支持フレームは、トンネル補強部材とサイドメンバ及びサイドシルとに結合される構成としてもよい。

この車体構造では、支持フレームによってトンネル補強部材とその外側のサイドメンバ及び更に外側のサイドシルとを結合している。フロアトンネルに大きな荷重が入力された場合、この車体構造では、その荷重がトンネル補強部材を介して支持フレームに伝達され、さらに、その伝達された荷重が支持フレームを介してサイドメンバの他にその外側のサイドシルにも伝達される。これによって、フロアトンネルへの大きな入力荷重をトンネル補強部材からサイドメンバ及びサイドシルに分散でき、分散された各荷重に対してトンネル補強部材、サイドメンバ及びサイドシルで反力をそれぞれ発生させることができる。さらに、この車体構造では、支持フレームによって、入力荷重によるフロアトンネルの後方への動きを抑制するとともにサイドメンバ及びサイドシルの前方への動きを抑制し、フロアトンネルとサイドメンバ及びサイドシルとの相対的な動きを抑制する。さらに、サイドシルがサイドメンバに対して相対的に前方に出ようとする動きも抑制できる。その結果、荷重をより分散でき、入力荷重に対してよりより大きな反力を発生させることができ、局所変形を抑制できる。

本発明の上記車体構造では、支持フレームは、フロアトンネルの前端部に配置されると好適である。支持フレームを前端部に位置させるほど、支持フレームまで荷重を伝達するためのトンネル補強部材を短くでき、質量を低減できる。

本発明は、支持フレームによってトンネル補強部材とその外側の構造部材（サイドメンバなど）との間を結ぶことにより、フロアトンネルへ大きな荷重が入力された場合でもフロアトンネルとその外側の構造部材との相対的な動きを抑制できるとともに荷重を分散でき、客室の変形を抑制（防止）できる。

以下、図面を参照して、本発明に係る車体構造の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る車体構造を、後輪駆動車における車体下部構造に適用する。本実施の形態に係る車体下部構造は、支持フレームを備えており、支持フレームによってトンネルリーンフォースメントとその左右両側の構造部材とを結ぶ。本実施の形態には、支持フレームの形状及び支持フレームの結合先が異なる２つの形態がある。

図１〜図３を参照して、第１の実施の形態に係る車体下部構造１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る車体下部構造を示す平面図である。図２は、図１の車体下部構造の斜視図である。図３は、図１の車体下部構造の正面図である。

車体下部構造１では、車体の底部にフロア１０が配設されている。フロア１０には、車幅方向（Ｗ）において車体中央に、車両前後方向（Ｌ）に延びるトンネル部１１が設けられている。トンネル部１１は、車両高さ方向（Ｈ）においてフロア１０より上方に突出した凸形状であり、下方が開口している。トンネル部１１の内部には、プロペラシャフトＰＳや排気管ＥＰ，ＥＰが配置される。

また、フロア１０には、車幅方向（Ｗ）においてトンネル部１１の左右の外側に、車両前後方向（Ｌ）においてエンジンルーム内のフロントサイドメンバＦＳＭ，ＦＳＭから延びる左右一対のサイドメンバ１２，１２が配設されている。各サイドメンバ１２は、フランジ部を有するハット形状（断面視）であり、フランジ部がフロア１０に接合される。また、フロア１０には、車幅方向（Ｗ）において各サイドメンバ１２，１２の外側に、車両前後方向（Ｌ）に延びる左右一対のサイドシル１３，１３が配設されている。

さらに、車体下部構造１は、左右一対のトンネルリーンフォースメント１４，１４及び支持フレーム１５を備えている。なお、第１の実施の形態では、トンネルリーンフォースメント１４が特許請求の範囲に記載するトンネル補強部材に相当し、支持フレーム１５が特許請求の範囲に記載する支持フレームに相当する。

トンネルリーンフォースメント１４は、車両前後方向（Ｌ）においてトンネル部１１の前端から支持フレーム１５に接する位置までに配置され、車幅方向（Ｗ）においてトンネル部１１の外端におけるフロア１０の下面１０ａに配設される。トンネルリーンフォースメント１４は、車両高さ方向（Ｈ）においてフロア１０より下方に突出した凸形状であり、外側にフランジ部１４ａを有するとともに内側に接合部１４ｂを有している。フランジ部１４ａは、フロア１０の下面１０ａに沿った面であり、下面１０ａに接合される。接合部１４ｂは、トンネル部１１の側壁１１ａの内面に沿った面であり、側壁１１ａの内面に接合される。

トンネルリーンフォースメント１４の後端は、底面１４ｃが支持フレーム１５の前面１５ａに沿って上方へ折れ曲がって後端壁１４ｄが構成され、さらに、フロア１０の下面１０ａに沿って後方へ折り曲がってフランジ部１４ｅが構成される。後端壁１４ｄは、支持フレーム１５の前面１５ａに接した状態で配置される。また、フランジ部１４ｅは、支持フレーム１５の上面１５ｂとフロア１０の下面１０ａに挟まれ、上面１５ｂと下面１０ａにそれぞれ接した状態で配置される。フランジ部１４ｅには、ボルト孔が形成されている。なお、トンネルリーンフォースメント１４の前端も、底面１４ｃが上方へ折れ曲がって前端壁を構成するようにしてもよい。

支持フレーム１５は、車両前後方向（Ｌ）においてトンネル部１１の前端部に配置され、車幅方向（Ｗ）において左右のサイドメンバ１２，１２の間に配置される。支持フレーム１５は、胴部１５ｃと左右の前脚部１５ｄ，１５ｄ及び後脚部１５ｅ，１５ｅからなる。

胴部１５ｃは、四角柱状であり、少し下方に湾曲した形状である。胴部１５ｃは、車幅方向（Ｗ）において左右のトンネルリーンフォースメント１４，１４間を十分に跨ぐ長さを有している。胴部１５ｃには、トンネルリーンフォースメント１４，１４の各フランジ部１４ｅ，１４ｅのボルト孔に対応する位置にボルト孔がそれぞれ形成されている。胴部１５ｃの端部は、前脚部１５ｄと後脚部１５ｅが分岐し、前脚部１５ｄが前方側に延び、後脚部１５ｅが後方側に延びる。

前脚部１５ｄは、四角柱状であり、先端部がサイドメンバ１２の凸形状に沿って階段状になっている。前脚部１５ｄは、車幅方向（Ｗ）において一端が胴部１５ｃの端部に繋がっており、他端がサイドメンバ１２まで延びる。前脚部１５ｄの他端の位置は、車両前後方向（Ｌ）において胴部１５ｃより前方であり、フロア１０の前端付近である。前脚部１５ｄの他端には、サイドメンバ１２の底面１２ａと重なる箇所にボルト孔が形成されている。なお、サイドメンバ１２の底面１２ａにも、この前脚部１５ｄのボルト孔に対応する位置にボルト孔が形成されている。

後脚部１５ｅは、四角柱状であり、先端部がサイドメンバ１２の凸形状に沿って階段状になっている。後脚部１５ｅは、車幅方向（Ｗ）において一端が胴部１５ｃの端部に繋がっており、他端がサイドメンバ１２まで延びる。後脚部１５ｅの他端の位置は、車両前後方向（Ｌ）において胴部１５ｃより後方である。後脚部１５ｅの他端には、サイドメンバ１２の底面１２ａと重なる箇所にボルト孔が形成されている。なお、サイドメンバ１２の底面１２ａにも、この後脚部１５ｅのボルト孔に対応する位置にボルト孔が形成されている。

このように構成された支持フレーム１５は、車両前後方向（Ｌ）において前面１５ａが左右のトンネルリーンフォースメント１４，１４の後端壁１４ｄ，１４ｄに接する位置に配置され、上面１５ｂがトンネルリーンフォースメント１４，１４のフランジ部１４ｅ，１４ｅに接した状態で配置される。さらに、支持フレーム１５は、車幅方向（Ｗ）において胴部１５ｃが左右のトンネルリーンフォースメント１４，１４を跨ぎ、左右の前脚部１５ｄ，１５ｄ及び後脚部１５ｅ，１５ｅの各外端部が左右のサイドメンバ１２，１２の各底面１２ａ，１２ａに位置するように配置される。そして、胴部１５ｃの各ボルト孔とトンネルリーンフォースメント１４，１４のフランジ部１４ｅ，１４ｅの各ボルト孔の位置が合わされ、前脚部１５ｄ，１５ｄ及び後脚部１５ｅ，１５ｅの各ボルト孔とサイドメンバ１２，１２の底面１２ａ，１２ａの各ボルト孔の位置が合わされ、それぞれボルト締結で固定される。このように、支持フレーム１５は、トンネルリーンフォースメント１４，１４と左右のサイドメンバ１２，１２との間を繋ぎ、荷重分散部材となる。

図１〜図３を参照して、ＰＯＬＥ前面衝突などによって車両前面中央付近の限られた領域に過大な荷重が入力された場合の車体下部構造１における作用について説明する。車両前面の中央付近に過大な荷重が入力され、バンパＢがＵ字状に折れ曲がり、クラッシュボックスＣＢ，ＣＢやフロントサイドメンバＦＳＭ，ＦＳＭが横折れすると、これらＥＡ構造部材によって十分なＥＡ量が得られない。そのため、エンジンＥが客室側に押し込まれ、トンネル部１１へ過大な荷重（衝突によるエネルギ）が入力される。これによって、トンネル部１１が後方へ下がろうとし、その反動によって車両の後方構造の大質量がサイドメンバ１２，１２などを介して前方に出ようとする。

このときに、車体下部構造１では、このトンネル部１１の前方からの過大な荷重がトンネルリーンフォースメント１４，１４に入力される。トンネルリーンフォースメント１４，１４では、その入力された荷重に対して反力を発生させるとともに、その入力された荷重を後端壁１４ｄ，１４ｄに接触している支持フレーム１５に伝達する。支持フレーム１５では、その伝達された荷重を左右のサイドメンバ１２，１２に伝達し、荷重を分散する。左右のサイドメンバ１２，１２では、伝達された荷重に対して反力をそれぞれ発生させる。さらに、支持フレーム１５では、トンネル部１１（トンネルリーンフォースメント１４，１４）の後方への動きを抑制するとともにサイドメンバ１２，１２の前方への動きを抑制し、トンネル部１１とサイドメンバ１２，１２との相対的な動きを抑制する。これらの作用によって、客室への過大な荷重の入力を抑制でき、客室の変形を抑制（防止）できる。

ちなみに、車両に荷重（衝突によるエネルギ）が入力されると、車両では、力（荷重に対する反力）×変形量でその荷重を吸収する。したがって、大きな反力を発生できるほど、変形量を抑えることができる。そこで、この車体下部構造１では、トンネルリーンフォースメント１４，１４で受けた荷重をサイドメンバ１２，１２に分散することにより、トンネルリーンフォースメント１４，１４及びサイドメンバ１２，１２でそれぞれ反力を発生させ、大きな反力を発生させることができる。これによって、車両における変形量（特に、客室の変形量）を低減できる。

この車体下部構造１によれば、支持フレーム１５によってトンネルリーンフォースメント１４，１４とサイドメンバ１２，１２との間を結ぶことにより、トンネルリーンフォースメント１４，１４に入力された荷重を左右のサイドメンバ１２，１２に分散できるとともにトンネル部１１とサイドメンバ１２，１２との相対的な動きを抑制できる。これによって、客室の変形を極力抑制あるいは防止することができる。

さらに、車体下部構造１では、支持フレーム１５が前脚部１５ｄと後脚部１５ｅを有し、前後２点で支持しているので、１点当たりの荷重を少なくでき、より効率的に荷重を分散できる。また、車体下部構造１では、支持フレーム１５をトンネル部１１の前端部に配置することにより、トンネルリーンフォースメント１４，１４の長さを短くできるので、トンネルリーンフォースメント１４による質量を低減でき、軽量化を図ることができる。

図４を参照して、他の形状の支持フレーム１６について説明する。支持フレーム１６は、支持フレーム１５と同様に、胴部１６ｃと左右の前脚部及び後脚部からなる。支持フレーム１６では、胴部１６ｃの形状だけが支持フレーム１５と異なる。胴部１６ｃは、トンネル部１１の内面に沿った形状を有しており、車両高さ方向（Ｈ）において上方に突出した凸形状である。したがって、支持フレーム１６は、車幅方向（Ｗ）においてトンネル部１１に全域が沿った形状である。

図５を参照して、第２の実施の形態に係る車体下部構造２について説明する。図５は、第２の実施の形態に係る車体下部構造を示す平面図である。なお、車体下部構造２では、第１の実施の形態に係る車体下部構造１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。

車体下部構造２は、車体下部構造１と比較すると、支持フレーム２５の形状及び支持フレーム２５の結合先が異なる。なお、第２の実施の形態では、支持フレーム２５が特許請求の範囲に記載する支持フレームに相当する。

支持フレーム２５は、車両前後方向（Ｌ）においてトンネル部１１の前端部に配置され、車幅方向（Ｗ）において左右のサイドシル１３，１３の間に配置される。支持フレーム２５も、第１の実施の形態に係る支持フレーム１５と同様に、胴部２５ｃと左右の前脚部２５ｄ，２５ｄ及び後脚部２５ｅ，２５ｅからなり、略Ｘ字形状（平面視）である。支持フレーム２５では、前脚部２５ｄの形状だけが支持フレーム１５と異なる。

前脚部２５ｄは、四角柱状であり、先端部がサイドシル１３の形状に沿った形状になっている。前脚部２５ｄは、車幅方向（Ｗ）において一端が胴部２５ｃの端部に繋がっており、他端がサイドシル１３まで延びる。前脚部２５ｄの他端の位置は、車両前後方向（Ｌ）において胴部２５ｃより前方であり、フロア１０の前端付近である。前脚部２５ｄの他端には、サイドシル１３の底面１３ａと重なる箇所にボルト孔が形成されている。なお、サイドシル１３の底面１３ａにも、この前脚部２５ｄのボルト孔に対応する位置にボルト孔が形成されている。

このように構成された支持フレーム２５は、車両前後方向（Ｌ）において前面２５ａが左右のトンネルリーンフォースメント１４，１４の各後端壁１４ｄ，１４ｄに接する位置に配置され、上面がトンネルリーンフォースメント１４，１４のフランジ部に接した状態で配置される。さらに、支持フレーム２５は、車幅方向（Ｗ）において胴部２５ｃが左右のトンネルリーンフォースメント１４，１４を跨ぎ、左右の前脚部２５ｄ，２５ｄの各外端部が左右のサイドシル１３，１３の各底面１３ａ，１３ａに位置するように配置され、後脚部２５ｅ，２５ｅの各外端部が左右のサイドメンバ１２，１２の各底面１２ａ，１２ａに位置するように配置される。そして、胴部２５ｃの各ボルト孔とトンネルリーンフォースメント１４，１４のフランジ部の各ボルト孔の位置が合わされ、前脚部２５ｄ，２５ｄの各ボルト孔とサイドシル１３，１３の底面１３ａ，１３ａの各ボルト孔の位置が合わされ、後脚部２５ｅ，２５ｅの各ボルト孔とサイドメンバ１２，１２の底面１２ａ，１２ａの各ボルト孔の位置が合わされ、それぞれボルト締結で固定される。このように、支持フレーム２５は、トンネルリーンフォースメント１４，１４と左右のサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３との間を繋ぎ、荷重分散部材となる。

図５を参照して、ＰＯＬＥ前面衝突などによって車両前面中央付近の限られた領域に過大な荷重が入力された場合の車体下部構造２における作用について説明する。第１の実施の形態で説明したようにトンネル部１１へ過大な荷重が入力されると、車体下部構造２でも、この過大な荷重がトンネルリーンフォースメント１４，１４に入力される。トンネルリーンフォースメント１４，１４では、その入力された荷重に対して反力を発生させるとともに、その入力された荷重を後端壁１４ｄ，１４ｄに接触している支持フレーム２５に伝達する。支持フレーム２５では、その伝達された荷重を左右のサイドメンバ１２，１２に伝達するとともに左右のサイドシル１３，１３に伝達し、荷重を分散する。左右のサイドメンバ１２，１２では、伝達された荷重に対して反力をそれぞれ発生させる。また、左右のサイドシル１３，１３では、伝達された荷重に対して反力をそれぞれ発生させる。さらに、支持フレーム２５では、トンネル部１１の後方への動きを抑制するとともにサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３の前方への動きを抑制し、トンネル部１１とサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３との相対的な動きを抑制する。これらの作用によって、客室への過大な荷重の入力を抑制でき、客室の変形を抑制（防止）できる。

この車体下部構造２によれば、支持フレーム２５によってトンネルリーンフォースメント１４，１４とサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３との間を結ぶことにより、トンネルリーンフォースメント１４，１４に入力された荷重を左右のサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３に分散できるとともにトンネル部１１とサイドメンバ１２，１２及びサイドシル１３，１３との相対的な動きを抑制できる。さらに、サイドシル１３，１３がサイドメンバ１２，１２に対して相対的に前方に出ようとする動きも抑制できる。特に、車体下部構造２では、サイドメンバ１２，１２だけでなくサイドシル１３，１３にも荷重を分散できるので、荷重をより多く分散でき、入力荷重に対してより大きな反力を発生でき、局所変形も抑制することができる。これによって、客室の変形を極力抑制あるいは防止することができる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では後輪駆動車に適用したが、フロアトンネルを有している他の車両にも適用可能である。

また、本実施の形態では支持フレームをトンネル部の前端部に配設する構成としたが、上記したような作用効果を得られるなら、支持フレームを前端部より後方に配設してもよい。また、本実施の形態ではトンネル部の前端部だけを補強するトンネルリーンフォースメントとしたが、それより後方までの延びるトンネルリーンフォースメントとしてもよい。特に、配置スペースの関係で、支持フレームを前端部より後方に配置しなければならない場合には、少なくともその位置までトンネルリーンフォースメントを延ばす必要がある。

また、本実施の形態では支持フレームを略Ｘ字形状（平面視）としたが、トンネルリーンフォースメントとサイドメンバとに結合あるいはトンネルリーンフォースメントとサイドメンバ及びサイドシルとに結合でき、上記したような作用効果を得られるなら、支持フレームを他の形状としてもよい。

第１の実施の形態に係る車体下部構造を示す平面図である。 図１の車体下部構造の斜視図である。 図１の車体下部構造の正面図である。 他の支持フレームを備える車体下部構造の正面図である。 第２の実施の形態に係る車体下部構造を示す平面図である。

符号の説明

１，２…車体下部構造、１０…フロア、１０ａ…下面、１１…トンネル部、１１ａ…側壁、１２…サイドメンバ、１２ａ…底面、１３…サイドシル、１３ａ…底面、１４…トンネルリーンフォースメント、１４ａ…フランジ部、１４ｂ…接合部、１４ｃ…底面、１４ｄ…後端壁、１４ｅ…フランジ部、１５，１６，２５…支持部材、１５ａ，２５ａ…前面、１５ｂ…上面、１５ｃ，１６ｃ，２５ｃ…胴部、１５ｄ，２５ｄ…前脚部、１５ｅ，２５ｅ…後脚部

Claims (3)

1. フロアトンネルを有する車体構造であって、
   フロアトンネルの少なくとも前部を補強するトンネル補強部材と、
   前記トンネル補強部材とサイドメンバとに結合される支持フレームと
   を備えることを特徴とする車体構造。
2. 前記支持フレームは、前記トンネル補強部材とサイドメンバ及びサイドシルとに結合されることを特徴とする請求項１に記載する車体構造。
3. 前記支持フレームは、前記フロアトンネルの前端部に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する車体構造。

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