JP2011057092A

JP2011057092A - 車体前部構造

Info

Publication number: JP2011057092A
Application number: JP2009209468A
Authority: JP
Inventors: Isao Satsukawa; 勲薩川; Masato Shida; 正人志田; Toshiyuki Niwa; 俊之丹羽; Takashi Ariga; 高有賀; Noriyuki Suzuki; 規之鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp; Unipres Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Unipres Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】走行時にかかる車体横方向荷重による変形を抑え自動車の安全性を高めるために、既存構造を基準に車体重量の増加を極力抑制しつつ、ストラットタワーに作用する横方向荷重に対する剛性を高めることができる車体前部構造を提供する。
【解決手段】既存の車体前部構造において、エンジンルーム内の隔壁を活用し、隔壁上部とダッシュパネル１やカウルボックス２を鋼材等でできている隔壁結合部品５で接続することにより、部品重量の増加を最小限に抑え、ストラットタワー１１−１，２にかかる横方向荷重を、隔壁を通してダッシュパネル１やカウルボックス２といった横方向荷重に対する剛性の大きい部品にも負担させることが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車の車体前部構造に関するものである。

自動車の車体前部の剛性強化については、従来から、種々の提案があった。例えば、特許文献１には、ダッシュパネルとエンジンの間の縦隔壁の下端とダッシュパネルを概ね水平な隔壁で接続することにより、電装部品や油圧系部品（以下、要熱保護部品という。）をエンジンや排気系統の熱から保護したり、車室内に対する遮音性を高めたりするだけでなく、ダッシュパネル回りの車体剛性を一段と高めることができることが示されている。

特許文献２には、従来ダッシュパネルに接続されていたフロントサイドメンバを、カウルサイドメンバーとフロントピラーに接続し、ダッシュパネルに沿うように配置したダッシュパネルレインフォースメントメンバーに接続することにより、ダッシュパネル周辺部の車体支持剛性を向上することが示されている。
また、一般的に後付部品としてストラットタワーバーを装着することにより車体剛性を向上させる効果があることが知られている。

特開２００２−３３７７３９号公報特開平５−２７０４４３号公報

高速走行中のレーンチェンジなどにより自動車に車体横方向の外力が加わると、図２に示すように、車体の横方向に荷重がストラットタワー上部にかかる。このとき、車室に対してストラットタワー上部付近が荷重方向に大きく変形してしまい、自動車の車体前部の横方向荷重に対する車体剛性が不足していた。そのため、自動車の走行安定性を高める観点から、車体前部の横方向荷重に対する変形を極力抑えることが求められている。そこで、発明者らは、ストラットタワー上部にかかる横荷重に対抗する車体剛性を確保するため、左右両ストラットタワー上部に接続し略コの字型に設置される隔壁の活用を考えた。しかし、本来隔壁は前述したように遮音性、遮熱性が目的であり、安易に板厚を増すことは車体重量の増加となり、コスト上昇や、燃料消費率の悪化をもたらし、適切な対処方法ではない。

例えば特許文献１の方法では、このストラットタワー上部にかかる横方向荷重に対し、ダッシュパネルと接続している水平隔壁部に曲げモメーメントや捩れモーメントが発生し、それに対抗する剛性が得られないという問題がある。そもそも特許文献１では、本発明で課題とするストラットタワー上部にかかる車体横方向荷重は想定されていない。さらに、特許文献１の水平隔壁は、もともと遮音性、遮熱性確保のためであるので、板厚が薄いことが想定されており、そのままでは十分な剛性は得られない。

特許文献２の方法は、車体の下部構造に属するものであるため、直接ストラットタワー上部にかかる荷重を受けることはできない。
また、ストラットタワーバー等の専用部品の装着も、車体重量増やコスト上昇を伴い、燃料消費率の悪化に直結する。

昨今の地球温暖化防止のため二酸化炭素排出量の削減が求められ、自動車走行時の燃料消費率向上のために車体の軽量化が必須となり、部品の数や板厚の削減が行なわれている。
そこで、本発明は、上記時代の要求に応えるべく、既存構造を基準に車体重量の増加を極力抑制し、ストラットタワーに作用する横方向荷重に対する剛性を高めることができる車体前部構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意検討を行い、既存の自動車の車体前部構造における隔壁の構造を見直し、隔壁上部とダッシュパネルやカウルボックスを鋼材等からなる隔壁結合部品で結合することにより、部品重量の増加を最小限に抑え、スタラットタワーにかかる横方向荷重を、隔壁を通してダッシュパネルやカウルボックスといった横方向荷重に対する剛性の大きい部品に負担させることが可能となることを見出し、本発明を成すに至った。

その発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）左右のストラットタワー間をつなぎエンジン搭載側とダッシュパネル側を隔てる隔壁を有する自動車の車体前部構造において、前記隔壁のうちダッシュパネルの前側に位置する部分の一部または全部の隔壁上部とダッシュパネルまたはカウルボックスが、隔壁結合部品で結合されていることを特徴とする自動車の車体前部構造。

（２）前記隔壁結合部品が、前記隔壁のうちダッシュパネルの前側に位置する部分の左右屈曲部で、該隔壁の上部と結合することを特徴とする（１）に記載の自動車の車体前部構造。

（３）前記隔壁結合部品が、ダッシュパネルまたはカウルボックスの車体幅方向の中央部で結合することを特徴とする（１）又は（２）に記載の自動車の車体前部構造。

（４）前記隔壁結合部品が水平の状態で結合されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の自動車の車体前部構造。

（５）前記隔壁結合部品が前記隔壁と結合する位置と、前記隔壁がストラットタワーに結合する位置とにおいて、それらの鉛直方向の高さの差が、それらの水平方向直線距離の３０％以内であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の自動車の車体前部構造。

本発明によれば、自動車の車体前部構造において、既存の隔壁を活用し、ストラットタワーにかかる横方向荷重に対抗する剛性を、重量増加を極力抑えて得ることができる。そのため、環境調和性、コスト等の経済性の観点に優れ、自動車の走行時の安全性を確保することができることとなる。

従来例を示す平面図。従来例の変形を示す平面図。従来例を示す斜視図。本発明の第一の実施形態を示す斜視図。本発明の第二の実施形態を示す斜視図。本発明の第三の実施形態を示す斜視図。従来例での車体前部変形を示す図。本発明の第一の実施形態での車体前部変形を示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図４に、本発明の第一の実施形態にかかる実施例を示す。図４において、１は車室内とエンジルーム間に設けられたダッシュパネルを示し、その上部には外気導入部および車体骨格部材として機能するカウルボックス２が配置される。このダッシュパネル１の上部前方に要熱保護部品やワイパーアームが格納される空間３があり、要熱保護部品とエンジン４を隔離するための隔壁５が配置されている。隔壁５は、概ねコの字形状をしており、その両端はスラットタワー１１−１，１１−２と、溶接又はボルトナット等で結合している。（図４においては、車体の左前方のスラットタワー１１−１のみを図示している。）通常、隔壁は、ストラットタワーの荷重作用点近傍に取り付けられる。概ねコの字形状をしている隔壁５の、ダッシュパネル前側に位置する部分がストラットタワーに向けて屈曲する部分である左右屈曲部６−１、６−２（ダッシュパネルの前側に位置する隔壁が屈曲部）がある。隔壁のうちダッシュパネルの前側に位置する部分（これら屈曲部の間に挟まれた部分）であるダッシュパネル前方部７は、カウルボックス２及びダッシュパネル１と正対している。図４で示す本発明の実施形態は、この隔壁のダッシュパネル前方部７とカウルボックス２及びダッシュパネル１を、隔壁結合部品８により、両者を結合する構造となっている。図４では、隔壁のダッシュパネル前方部７とカウルボックス２を板状の隔壁結合部品８で結合しているところを示している。図４の実施形態では、隔壁結合部品８は、板状の鋼材でできている。隔壁結合部品８と隔壁５、カウルボックス２又はダッシュパネル１との結合部は、スポット溶接・アーク溶接など通常の金属同士を結合する方法により結合される。隔壁結合部品８の材質は、特に限定しないが、隔壁５や、ダッシュパネル１、カウルボックス２と同じ材質のものが望ましい。通常の自動車の車体構造においては、鋼材が使われているので、隔壁結合部品も鋼材とすることが望ましい。

ストラットタワー１１−１，１１−２にかかる車体横方向荷重（図３の１６−１，１６−２）は、ストラットタワーの荷重作用点近傍で結合された隔壁５と隔壁結合部品８を介して、ダッシュパネル１又はカウルボックス２に伝達される。ダッシュパネル１の上部は、カウルボックス２など車体幅方向に敷設された骨格部材があり、車体横方向荷重に対する剛性は極めて高い構造となっている。そのため、通常の運転走行中にストラットタワーに働く車体横方向荷重に抗するには、十分な剛性を有している。

また、通常の自動車前部構造では、車体横方向荷重が作用する部位となるストラットタワー上部の高さと、隔壁上部は、ほぼ同じ高さであり、隔壁結合部品８を隔壁上部に概ね水平に取り付けることは、当該横方向荷重を伝達する上で、隔壁結合部品８や関連部材に大きな曲げモーメントや捩れモーメントが発生することがない。そのため、概ね水平な隔壁結合部品８の薄肉化が達成でき、重量増を最小限に抑えながら、ストラットタワー変位を抑制する効果の大きい構造を得ることができる。

曲げモーメントの観点から、隔壁がストラットタワーと結合する位置（ストラットタワー上部の荷重作用点の近傍）と、概ね水平な隔壁結合部品が隔壁と結合する位置との鉛直方向の高さの差は、それらの水平方向直線距離の３０％（水平基準で±３０％）以内であることが望ましい。３０％を超えると、曲げモーメントは、タンジェントカーブに従って、極端に大きくなる。もちろん、この比率は小さい方がよく、できれば１０%以下（水平基準±１０%以下）、さらに望ましくは５％以下（水平基準±５%以下）になるとよい。その分、概ね水平な隔壁結合部品８に必要な剛性が軽減でき、隔壁結合部品の薄肉化が達成できる。

同様に、隔壁結合部品８は、概ね水平な状態で取付けられることが望ましい。水平に取り付けることにより、ストラットタワーから隔壁に伝達された荷重が、曲げモーメント等を発生させることなく、隔壁結合部品を介してダッシュパネル等へ伝達されることが可能となる。ここで、概ね水平とは、上記隔壁の取り付け状態同様、水平距離に対する鉛直方向高さの比が３０％以下（水平基準±３０％以下）であるとよい。この比率も小さい方がよく、できれば１０%以下（水平基準±１０%以下）、さらに望ましくは５％以下（水平基準±５%以下）になるとよい。

以上の実施形態によれば、横方向の荷重に対する剛性（入力荷重と車体変形量の比）は従来構造に対して４．７％向上することができる。ここで入力荷重とは、ストラットタワー１１−１，１１−２にかかる車体横方向荷重１６−１，１６−２のことを指し、車体変形量とは、ダッシュパネル１又はカウルボックス２に対するストラットタワーの変位量を指す。上記実施例の場合、結合部品の追加による重量変化は、＋０．３ｋｇであった。従来のように隔壁の板厚を増して、本実施形態と同等の剛性向上を図る場合、隔壁の板厚を２倍としなければならず、車体の重量変化は＋２．２ｋｇとなる。従って、従来の車体重量に比較して１．９ｋｇの低減となる。部品の軽量化が極限まで図られている現状においては、この効果は極めて大きいものである。

図５に本発明の第二の実施形態にかかる実施例を示す。本実施形態においては、隔壁の左右屈曲部（左右コーナ部）６−１、６−２とカウルボックス２を板状の概ね水平な隔壁結合部品９−１、９−２で結合する構造となっている。結合部は、スポット溶接やアーク溶接など通常の金属同士を結合する方法により結合される。また、隔壁の左右屈曲部とは、隔壁のダッシュパネル前方部７の左右にある屈曲点（コーナ）を含んでいれば、その幅については問わない。従来は隔壁の変形のうち、屈曲部の変形が大きく、これを防止することと、ストラットタワーに作用する荷重をカウルボックス又はダッシュパネルに伝達するために、隔壁屈曲部とこれに正対するカウルボックス又はダッシュパネルを結合することとした。

上記実施形態によれば、車体横方向の荷重に対する剛性（入力荷重と車体変形量の比）は従来構造に対して４．０％向上することができた。さらに、結合部品９−１、９−２が、実施例１の概ね水平な隔壁結合部品８に比べ小さいため、さらに車体重量の軽量化を図ることができた。

図６に、本発明の第三の実施形態にかかる実施例を示す。本実施形態にあたっては、隔壁の左右屈曲部６−１、６−２とカウルボックス中央部を棒状の概ね水平な隔壁結合部品１０−１、１０−２で結合する構造となっている。結合部は、スポット溶接やアーク溶接など通常の金属同士を結合する方法により結合される。

上記実施形態によれば、車体横方向の荷重に対する剛性（入力荷重と車体変形量の比）は従来構造に対して２．６％向上することができた。さらに、棒状の結合部品を用いて隔壁コーナ部とカウルボックス中央部を結合することにより、より車体重量の軽量化を図り、ワイパーアームの動作障害を回避することができる。
これらの実施形態における横方向荷重に対する車体の変形量は、市販の有限要素解析プログラムMSC.Nastranによって算出した。

以上、本実施例に基づき本発明について説明したが、本実施例は、本発明の一実施形態を示しているにすぎない。従って、本発明を実施する上での実施形態は、実施例に示した実施形態に限定されることはなく、本発明の要件を満足するものであればよい。

本発明は、既存の自動車車体前部構造をそのままの状態で適用できるものであり、特に複雑な設計や、大きな設計変更を伴わず、簡便な作業で取り付け可能であり、その上、車体変形に対し、大きな効果をもたらすだけでなく、重量の増加を極力抑えることができるので、燃料消費率の悪化させることなく、効果を享受できる。つまり、極めて簡便な方法で、環境調和性、コスト等の経済性に優れ、自動車の走行時の安全性を確保することができることとなった。本発明が、自動車産業で利用可能なのは言うまでもなく、人類の生活品質の向上に貢献するものと確信している。

１ダッシュパネル
２カウルボックス
３要熱保護部品及びワイパーアーム格納する空間
４エンジン
５隔壁
６−１、６−２隔壁屈曲部
７隔壁のダッシュパネル前方部
８概ね水平な隔壁結合部品（第一の実施形態）
９−１、９−２概ね水平な隔壁結合部品（第二の実施形態）
１０−１、１０−２概ね水平な隔壁結合部品（第三の実施形態）
１１−１、１１−２ストラットタワー
１２−１、１２−２上部サイドフレーム
１３−１、１３−２下部サイドフレーム
１４ラジエータ
１５バンパ
１６−１、１６−２ストラットタワーの荷重作用点

Claims

左右のストラットタワー間をつなぎエンジン搭載側とダッシュパネル側を隔てる隔壁を有する自動車の車体前部構造において、前記隔壁のうちダッシュパネルの前側に位置する部分の一部または全部の隔壁上部とダッシュパネルまたはカウルボックスが、隔壁結合部品で結合されていることを特徴とする自動車の車体前部構造。
前記隔壁結合部品が、前記隔壁のうちダッシュパネルの前側に位置する部分の左右屈曲部で、該隔壁の上部と結合することを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体前部構造。
前記隔壁結合部品が、ダッシュパネルまたはカウルボックスの車体幅方向の中央部で結合することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車の車体前部構造。
前記隔壁結合部品が水平の状態で結合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車の車体前部構造。
前記隔壁結合部品が前記隔壁と結合する位置と、前記隔壁がストラットタワーに結合する位置とにおいて、それらの鉛直方向の高さの差が、それらの水平方向直線距離の３０％以内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車の車体前部構造。