JP2009113638A - 自動車の前部車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時の入力により、サイドメンバが上方に変形するのを確実に防止できる自動車の前部車体構造を提供する。
【解決手段】車両衝突時の荷重入力により、補強部材４がアッパメンバ３との結合部２０を中心に下方に回動することにより、サイドメンバ２の前後方向中途部（フロントメンバ部２ａの後端部）を上方に折れ変形させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両前後方向に延びる左，右のサイドメンバの上方に、アッパメンバを該アッパメンバの前端が該サイドメンバの前端より後方に位置するよう配設した自動車の前部車体構造に関する。

最近の自動車では、アッパメンバをサイドメンバより後方に偏位させて配置することによりアッパメンバの前方に配置スペースを形成し、該配置スペースにヘッドライトを配設する場合がある。このような構造を採用した場合、前面衝突時の入力によりサイドメンバ前端部が上方に変形すると、車体前部が沈み込み、車体後部が浮き上がるという、いわゆるピッチング現象が生じるおそれがあり、衝撃力を有効に吸収できない。

このようなサイドメンバ前端部が上方に変形するのを防止するために、アッパメンバの前端部とサイドメンバとを上下方向に延びる剛性部材で結合し、サイドメンバの前端部を剛性部材とアッパメンバとで押さえ込むという、いわゆるモーメントキャンセラ構造を採用する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３３５６１９号公報

ところで、前記従来の、サイドメンバとアッパメンバとを剛性部材により強固に結合する構造の場合、衝突初期はサイドメンバの前端部を軸方向に圧縮変形させ、衝突中期はサイドメンバとアッパメンバとで分担して荷重を吸収させることを狙っている。しかしこの従来構造の場合、前記衝突初期においてサイドメンバの前端部が上方に変形する場合があり、前記ピッチング減少を確実に回避できないという問題がある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、衝突時の入力により、サイドメンバ前端部が上方に変形するのを確実に防止できる自動車の前部車体構造を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、車両前後方向に延びるサイドメンバと、該サイドメンバの上方にて車両前後方向に延び、かつその前端が前記サイドメンバの前端より後方に位置するよう配設されたアッパメンバと、該アッパメンバの前端部と前記サイドメンバとの間に架け渡して結合された補強部材とを備えた自動車の前部車体構造であって、車両衝突時の荷重入力により、前記補強部材は、前記アッパメンバとの結合部を中心に下方に回動することにより、前記サイドメンバの前後方向中途部を上方に折れ変形させることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の自動車の前部車体構造において、
前記補強部材とアッパメンバとの結合部は、その周辺部位より脆弱に形成されていることを特徴としている。

請求項１の発明に係る前部車体構造によれば、車両衝突時の荷重入力により、補強部材がアッパメンバとの結合部を中心に下方に回動することから、該補強部材によりサイドメンバ前端部は下方に押さえ込まれることとなり、これに伴ってサイドメンバの前後方向中途部が上方に持ち上がる。その結果、車体前部全体が持ち上がることになり、車体前部が沈み込み、車体後部が浮き上がるというピッチング現象を抑制できる。

請求項２の発明では、補強部材とアッパメンバとの結合部がその周辺部位より脆弱に形成されているので、補強部材が結合部を中心に下方に回動し易くなり、サイドメンバの中途部の上方への折れ変形を確実に行うことができる。また、この折れ変形の確実化を、補強部材とアッパメンバとの結合部を脆弱にするという簡単な手段で実現でき、コストの上昇といった問題を回避できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図４は、本発明の一実施形態による自動車の前部車体構造を説明するための図であり、図１は自動車の前部車体フレームの側面図、図２は前部車体フレームの平面図、図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４は車両衝突時における前部車体フレームの挙動状態を模式的に示す図である。

図において、１は自動車の前部車体フレームを示している。該前部車体フレーム１は、車両前後方向に延びる左，右のサイドメンバ２，２と、該左，右のサイドメンバ２の上方にて車両前後方向に延びる左，右のアッパメンバ３，３と、該左，右のアッパメンバ３の前端部３ｂと前記サイドメンバ２とを連結する左，右の補強部材４，４とを備えている。ここで、前部車体フレーム１は、車体中心線Ｃに対して略左右対称をなしている。

また前部車体フレーム１は、左，右のサイドメンバ２の車外側に配置され、該サイドメンバ２と平行に延びる左，右のロッカパネル５，５と、前記左，右のサイドメンバ２の車内側に配置され、該サイドメンバ２と略平行に延びる左，右のトンネルメンバ６，６と、前記左，右のサイドメンバ２の後端部，左，右のロッカパネル５及び左，右のトンネルメンバ６を車幅方向に連結するクロスメンバ７とを有している。

前記左，右のサイドメンバ２は、閉断面をなす角筒状のものであり、前後方向に略直線状に延びるフロントメンバ部２ａと、該フロントメンバ部２ａの後端から後斜め下方に延びるキック部２ｂと、該キック部２ｂの下端から後方に略直線状に延びるリヤメンバ部２ｃとを有する。前記キック部２ｂの断面積は、フロントメンバ部２ａの断面積より小さく設定されている。

前記左，右のキック部２ｂには、車外側に延びるアウタトルクボックス８及び車内側に延びるインナトルクボックス９が結合されている。該アウタトルクボックス８の外端部に前記ロッカパネル５の前端部が結合され、インナトルクボックス９の内端部に前記トンネルメンバ６の前端部が結合されている。

前記左，右のサイドメンバ２のキック部２ｂの下方には、中空状のサスペンションメンバ１０が配置されている。該サスペンションメンバ１０には、エンジンユニット（不図示）及び左，右の前輪１４，１４を支持するサスペンションアーム（不図示）が搭載されている。

前記サスペンションメンバ１０の左，右前端部には、支持パイプ１１，１１が接続され、該左，右の支持パイプ１１は、車幅方向外側に屈曲して延びて、前記フロントメンバ部２ａの後端部下面にボルト１２により取り付けられている。またサスペンションメンバ１０の左，右後端部は、前記キック部２ｂの下端部下面にボルト１３により取り付けられている。

前記左，右のサイドメンバ２のフロントメンバ部２ａとアッパメンバ３との間には、サスペンションタワー１５，１５が配置され、該左，右のサスペンションタワー１５の上端部はアッパメンバ３に結合され、下端部はフロントメンバ部２ａに結合されている。この左，右のサスペンションタワー１５の後側壁にはダッシュパネル１６が接続され、該ダッシュパネル１６の下縁部にはフロアパネル１７の前縁部が接続されている。

前記左，右のアッパメンバ３は、縦断面ハット状の剛体からなり、車両側方から見ると、前側にいくほど上下寸法が小さくなる概ね三角形状をなしている。

前記左，右のアッパメンバ３の後端部３ａは、上下方向に延びるフロントピラー１８に結合され、該左，右のフロントピラー１８の下端部は前記ロッカパネル５に結合されている（図３参照）。

前記左，右のアッパメンバ３の前端３′は、サイドメンバ２の前端２′より後方に位置しており、該左，右のアッパメンバ３の前端３′とサイドメンバ２の前端２′との間に形成された配置スペースにヘッドライト等の車両構成部品が配設されている。

前記左，右の補強部材４は、閉断面を有し、上下方向に延びる剛体で構成されており、車両側方から見ると、上側にいくほど前後寸法が小さくなる概ね三角形状をなしている。

前記左，右の補強部材４の頂角部４ａは前記アッパメンバ３の前端部３ｂに結合され、下辺部４ｂは前記サイドメンバ２のフロントメンバ部２ａに結合されている。これによりフロントメンバ部２ａの補強部材４より前側部分は、前面衝突時に軸方向に圧縮変形するクラッシュストローク部２ａ′となっている。

前記左，右の補強部材４の、前壁部４ｃはアッパメンバ３の前端部３ｂから前下りに傾斜して延びており、また後壁部４ｄはアッパメンバ３の前端部３ｂから大略真下に延びている。そのため前記補強部材４の前壁部４ｃの長さａは、後壁部４ｄの長さｂより長くなっており、車両側方から見ると、略直角三角形をなしている。

前記左，右の補強部材４の頂角部４ａとアッパメンバ３の前端部３ｂとの結合部２０は、その周辺部より脆弱に、あるいは低強度に形成されている。詳細には、アッパメンバ３の前端部３ｂは、その一部３ｂ′を切り欠くことにより尖り形状をなしており、該尖り形状をなす前端部３ｂに頂角部４ａが溶接により接合されている。このようにして、前記結合部２０は、アッパメンバ３の前端部３ｂより後方の部分及び補強部材４の頂角部４ａより下方の部分より脆弱となっている。

このように側面視三角形状の補強部材４の下辺部をフロントメンバ部２ａに高剛性をなすように結合するとともに、三角形状の頂角部４ａを尖り形状の前端部３ｂに脆弱をなすように結合したので、前面衝突時の荷重入力により、前記補強部材４がアッパメンバ３との結合部２０を中心に下方に回動し、これに伴って前記サイドメンバ２のフロントメンバ部２ａの後端部が上方に折れ変形する。

詳細には、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、前面衝突時の入力により、フロントメンバ部２ａのクラッシュストローク部２ａ′が軸方向に圧縮変形しつつ、補強部材４が結合部２０を中心にフロントメンバ部２ａを押し下げる方向に回動し、これに伴ってフロントメンバ部２ａが下方に変形し、該フロントメンバ部２ａの後端部のキック部２ｂとの境界部分が上方に逆Ｖ字状に折れ曲がる。この場合、アッパメンバ３及び補強部材４自体は剛体であるので変形したり，座屈したりすることは殆どなく、主として脆弱な結合部２０のみが変形する。

フロントメンバ部２ａが上方に折れ曲がると、サスペンションメンバ１０の支持パイプ１１に上下方向の荷重が作用することから、該支持パイプ１１が破断してサイドメンバ２から離脱する。さらにフロントメンバ部２ａの折れ曲がりが大きくなると、エンジンやトランスミッションからの力も加わり、サスペンションメンバ１０の左，右後端部が破断し、該サスペンションメンバ１０全体が脱落する。

一方、前記フロントメンバ部２ａが上方に折れ曲がり、補強部材４がさらに回動して前壁部４ｃが略垂直状態になるに伴って、フロントメンバ部２ａが前記入力をフロントピラー１８に矢印ｃ方向に作用させる。

このようにしてサイドメンバ２のフロントメンバ部２ａは、補強部材４により下方に押し込められることから、衝突と略同時にサスペンションメンバ１０が脱落し、車体のクラッシュストロークを稼ぐことができる。その結果、サスペンションメンバ１０を含むエンジンユニットが室内側に進入するのを防止できる。

またフロントメンバ部２ａが下方に押し込められることにより、フロントピラー１８周辺部分がリフトアップされる。その結果、車体前部全体が持ち上がることとなり、車体前部が沈み込み、そのため、車体の後部が浮き上がるというピッチング現象が抑制される。その結果、図４に示すように、乗員をシートに拘束するシートベルト装置のアンカー２５が前方に移動するのを回避でき、該アンカー２５をロック位置に保持することができ、乗員の拘束性能を確保できる。即ち、図５に示すように、ピッチング現象により車体後部が浮き上がると、該浮き上がりに応じてアンカー２５がロック位置からｘだけ前方に移動することとなる。場合によっては、乗員を拘束しているシートベルトが緩む方向に移動し、乗員の拘束性能に影響を与える可能性がある。

このように本実施形態によれば、前面衝突時の荷重入力により、補強部材４がアッパメンバ３との結合部２０を中心に下方に回動するように構成したので、補強部材４によりサイドメンバ２のフロントメンバ部２ａは下方に押さえ込まれると同時に、フロントメンバ部２ａの後端部が上方に持ち上がることとなる。これにより、車体前部の沈み込みを抑制し、さらには逆にリフトアップさせることにより、車体後部が持ち上がるというピッチング現象を抑制できるとともに、サスペンションメンバ１０を略瞬時に脱落させることができる。

本実施形態では、前記補強部材４とアッパメンバ３との結合部２０を、その周辺部位である補強部材４，アッパメンバ３自体の剛性，強度より脆弱に形成したので、補強部材４が結合部２０を中心に回動し易くなり、ピッチング現象の抑制を、結合部２０を脆弱化させるという簡単な手段で実現でき、コストの上昇を回避できる。

本実施形態では、前記補強部材４の前壁部４ｃの長さａを後壁部４ｄの長さｂより大きくしたので、衝突時のフロントメンバ部２ａの下方への押さえ込みをより確実に行うことができ、ピッチング現象をより一層確実に抑制することができる。ここで、前部車体の大きさ，寸法等に応じて後壁部４ｄの長さｂに対する前壁部４ｃの長さａの比率を変えることにより、ピッチング量を調整することが可能である。

なお、前記実施形態では、結合部２０を、アッパメンバ３の前端部３ｂの一部３ｂ′を切り欠くことにより脆弱に形成した場合を説明したが、本発明における脆弱化には、各種の変形例が考えられる。例えば、結合部の板厚を他の部分より薄くしたり、結合部の溶接量を他の部分より少なくしたりしてもよく、あるいは結合部をボルト結合やヒンジ構造にしたり、アッパメンバ，補強部材の結合部以外の部分に補強ビード等を追加し、これにより結合部の剛性，強度を相対的に低くするようにしてもよい。

本発明の一実施形態による自動車の前部車体フレームの側面図である。 前記前部車体フレームの平面図である。 前記実施形態による前部車体フレームの変形状態を示す模式図である。 前記実施形態による車体のピッチング現象の抑制効果を示す模式図である。 一般的な車体のピッチング現象を示す模式図である。

符号の説明

１ 前部車体フレーム
２ サイドメンバ
２′ 前端
３ アッパメンバ
３′ 前端
３ｂ 前端部
４ 補強部材
２０ 結合部

Claims (2)

1. 車両前後方向に延びるサイドメンバと、該サイドメンバの上方にて車両前後方向に延び、かつその前端が前記サイドメンバの前端より後方に位置するよう配設されたアッパメンバと、該アッパメンバの前端部と前記サイドメンバとの間に架け渡して結合された補強部材とを備えた自動車の前部車体構造であって、
   車両衝突時の荷重入力により、前記補強部材は、前記アッパメンバとの結合部を中心に下方に回動することにより、前記サイドメンバの前後方向中途部を上方に折れ変形させることを特徴とする自動車の前部車体構造。
2. 請求項１に記載の自動車の前部車体構造において、
   前記補強部材とアッパメンバとの結合部は、その周辺部位より脆弱に形成されていることを特徴とする自動車の前部車体構造。

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