JP2013193637A - 車両のキャビン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量でありながら側面衝突時の衝突荷重に対する高い強度を備えた車両のキャビン構造を提供する。
【解決手段】 ＣＦＲＰでルーフアーチ１６と一体に形成されたセンターピラー１５と、ＣＦＲＰでフロア部１３と一体に形成されたサイドシル１２とを、アルミニウム鋳造品の連結部材１４を介して連結する際に、連結部材１４の下部をサイドシル１２の車幅方向内面および車幅方向外面を挟むように固定し、連結部材１４の上部をセンターピラー１５の下部に挿入して固定したので、重量の軽減を図りながら車両の側面衝突時に車室の変形を最小限に抑えることができる。しかも連結部材１４の上下方向中間部に車幅方向内向きに開放する凹部１４ｄを形成したので、連結部材１４の重量を軽減するとともにシートベルトのリトラクタ２４等の物品を収納する空間を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、左右のサイドシルを含むフロア部をカーボン繊維強化樹脂で一体成形し、左右のセンターピラーおよびルーフアーチをカーボン繊維強化樹脂で中空断面に一体成形し、前記センターピラーと前記サイドシルとをアルミニウム鋳造品の連結部材を介して連結する車両のキャビン構造に関する。

カーボン繊維強化樹脂製のアンダーボディにカーボン繊維強化樹脂のアッパーキャビン部を結合して自動車の車体を構成する際に、アッパーキャビン部のセンターピラーの下端の車幅方向外面から下向きに延びるフランジ部を、アンダーボディのキャビンの壁部に接着剤やボルトで固定するものが、下記特許文献１により公知である。

また金属製の車体下部体に設けたフロントピラーロア、センターピラーロアおよびリヤピラーロアの上端に、カーボン繊維強化樹脂製の車体上部体に設けたフロントピラーアッパ、センターピラーアッパおよびリヤピラーアッパの下端を嵌合して接着により結合するものが、下記特許文献２により公知である。

特開２００８−３７１２３号公報 特開２０１１−８８４９３号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、カーボン繊維強化樹脂製のセンターピラーとカーボン繊維強化樹脂製のキャビンとを単に接着やボルトで結合するだけなので、側面衝突時の衝突荷重がセンターピラーの下部に加わると、その結合部が容易に圧壊してしまう可能性があり、特にセンターピラーにシートベルトのリトラクタのような物品を収納するための切欠きを形成した場合には、その強度が更に低下する懸念がある。

また上記特許文献２に記載されたものは、フロントピラーロア、センターピラーロアおよびリヤピラーロアを含む車体下部体が金属製であるため、それをカーボン繊維強化樹脂製とした場合に比べて重量削減に限界があるという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量でありながら側面衝突時の衝突荷重に対する高い強度を備えた車両のキャビン構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、左右のサイドシルを含むフロア部をカーボン繊維強化樹脂で一体成形し、左右のセンターピラーおよびルーフアーチをカーボン繊維強化樹脂で中空断面に一体成形し、前記センターピラーと前記サイドシルとをアルミニウム鋳造品の連結部材を介して連結する車両のキャビン構造であって、前記連結部材の下部は前記サイドシルの車幅方向内面および車幅方向外面を挟むように固定され、前記連結部材の上部は前記センターピラーの下部に挿入されて固定され、前記連結部材の上下方向中間部には車幅方向内向きに開放する凹部が形成されることを特徴とする車両のキャビン構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記凹部には車体前後方向に延びるリブが設けられ、前記リブには切欠きが形成されることを特徴とする車両のキャビン構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記リブは前端および後端の高さが異なるように傾斜することを特徴とする車両のキャビン構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記センターピラーおよび前記ルーフアーチの境界部を金属製あるいはカーボン繊維強化樹脂製で中空断面を有するルーフサイドレールが貫通することを特徴とする車両のキャビン構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記サイドシルの車幅方向外面と前記連結部材との固定部には、車体前後方向に延びる段部が形成されることを特徴とする車両のキャビン構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記サイドシルはアッパーパネルおよびロアパネルを車幅方向外面においてフランジ結合して構成されることを特徴とする車両のキャビン構造が提案される。

尚、実施の形態の第１リブ１４ｈおよび第２リブ１４ｉは本発明のリブに対応する。

請求項１の構成によれば、カーボン繊維強化樹脂でルーフアーチと一体に形成されたセンターピラーと、カーボン繊維強化樹脂でフロア部と一体に形成されたサイドシルとを、アルミニウム鋳造品の連結部材を介して連結する際に、連結部材の下部をサイドシルの車幅方向内面および車幅方向外面を挟むように固定し、連結部材の上部をセンターピラーの下部に挿入して固定したので、車両の側面衝突時に相手車両の衝突荷重をカーボン繊維強化樹脂に比べて高強度のアルミニウム鋳造品の連結部材で受け止めて延性変形させることで、重量の軽減を図りながら車室の変形を最小限に抑えることができる。しかも連結部材の上下方向中間部に車幅方向内向きに開放する凹部を形成したので、連結部材の重量を軽減するとともにシートベルトのリトラクタ等の物品を収納する空間を確保することができる。

また請求項２の構成によれば、連結部材の凹部に車体前後方向に延びるリブを設けたので側面衝突に対する連結部材の強度を高めることができ、またリブに切欠きを形成したので、そのリブによって連結部材の強度を高めながら、シートベルトのリトラクタやウエビング等の物品を収納する空間を容易に確保することができる。

また請求項３の構成によれば、リブは前端および後端の高さが異なるように傾斜するので、側面衝突時に相手車両の水平方向に延びるバンパーによってリブが圧壊する可能性を高めて衝撃吸収効果を高めることができる。

また請求項４の構成によれば、センターピラーおよびルーフアーチの境界部を金属製あるいはカーボン繊維強化樹脂製で中空断面のルーフサイドレールが貫通するので、特別な固定部材を必要とせずにセンターピラーにルーフアーチを強固に接続し、側面衝突の荷重をセンターピラーからルーフサイドレールに伝達して分散させることができる。

また請求項５の構成によれば、サイドシルの車幅方向外面と連結部材との固定部に車体前後方向に延びる段部を形成したので、段部により両者の結合面積を増加させて強固な固定が可能になるだけでなく、段部による補強効果で側面衝突時の変形を最小限に抑えることができる。

また請求項６の構成によれば、サイドシルはアッパーパネルおよびロアパネルを車幅方向外面においてフランジ結合して構成したので、フロア部とサイドシルとを一体成形することが容易になるだけでなく、サイドシルの断面積を最大限に確保して曲げ強度を高めることができる。

自動車の車体フレームの部分斜視図。 図１の２−２線断面図。 図２の３−３線断面図。

以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、自動車の車体は、フロアパネル１１および左右一対のサイドシル１２，１２を一体に備えるフロア部１３と、サイドシル１２，１２の前後方向中間部に固定された左右一対の連結部材１４，１４と、連結部材１４，１４の上端から起立する左右一対のセンターピラー１５，１５と、センターピラー１５，１５の上端間を車幅方向に接続するルーフアーチ１６と、センターピラー１５，１５およびルーフアーチ１６の接続部を貫通して車体前後方向に延びる左右一対のルーフサイドレール１７，１７とを備える。

フロア部１３はカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製であり、アッパーパネル１８およびロアパネル１９を、それらの外周の接合フランジ１８ａ，１９ａで接合することで、中空のサイドシル１２，１２が一体に形成される。左右のサイドシル１２，１２の車幅方向内側には、平坦なフロアパネル１１，１１と、フロアパネル１１，１１の車幅方向中央部から上方にトンネル状に立ち上がるフロアトンネル２０とが形成されており、フロアパネル１１，１１およびフロアトンネル２０は、アッパーパネル１８およびロアパネル１９間にハニカムパネル２２を挟んだハニカム構造を有している。尚、フロアトンネル２０の内部に所定枚数のバルクヘッド２１…を形成すれば、フロアトンネル２０の強度を高めることができる。

センターピラー１５，１５およびルーフアーチ１６はカーボン繊維強化樹脂製であり、それらの接続部に設けられたルーフサイドレール連結部２３，２３と共に一体に形成される。「凸」字状の閉断面を有するセンターピラー１５，１５の上端部と、矩形状の閉断面を有するルーフアーチ１６の車幅方向両端部とは、ルーフサイドレール連結部２３，２３の位置で滑らかに連結しており、ルーフサイドレール連結部２３，２３は車体前後方向の軸線を有する円形断面のパイプ状に構成される。ルーフサイドレール１７，１７は金属あるいはカーボン繊維強化樹脂製の円形断面を有するパイプ材であり、ルーフサイドレール連結部２３，２３の内部に嵌合して接着剤、リベット、ボルト等により固定される。

一方、左右の連結部材１４，１４はアルミニウム鋳造品で構成される。各々の連結部材１４は水平断面が「凸」字状の部材であり、車幅方向の厚さが小さい前部１４ａおよび後部１４ｃと、車幅方向の大きい厚さを有して前部１４ａおよび後部１４ｃから外側に張り出す中間部１４ｂとを備えており、その車幅方向内面が開放することで凹部１４ｄが形成される。連結部材１４の凹部１４ｄの下側には概ね水平な底壁１４ｅが形成されており、底壁１４ｅの車幅方向外端から階段状の段部ａを有する外側固定部１４ｆが下向きに突出するとともに、底壁１４ｅの車幅方向内端から内側固定部１４ｇが下向きに突出する。

連結部材１４の外側固定部１４ｆは、アッパーパネル１８よりなるサイドシル１２の上面の段部ｂに係合するように接着剤、リベット、ボルト等で固定され、連結部材１４の内側固定部１４ｇは、アッパーパネル１８よりなるサイドシル１２の車幅方向内面に接着剤、リベット、ボルト等で固定される。つまり、連結部材１４の外側固定部１４ｆおよび内側固定部１４ｇは、サイドシル１２の車幅方向外面および内面を挟むように固定される。また連結部材１４の上端部は、その前部１４ａ、中間部１４ｂおよび後部１４ｃがセンターピラー１５下端の内面に嵌合し、接着剤、リベット、ボルト等で固定される。

車幅方向内向きに開放する連結部材１４の凹部１４ｄの内面には、概ね前後方向に延びる第１リブ１４ｈおよび第２リブ１４ｉが上下２段に形成される。第１リブ１４ｈおよび第２リブ１４ｉは前側が後側に比べて低くなるように若干傾斜しており、その車幅方向内縁に中間部１４ｂの内面に向かって切り欠かれた切欠きｃ，ｄがそれぞれ形成される。

連結部材１４の凹部１４ｄの底壁１４ｅ上に、シートベルト装置のリトラクタ２４が支持される。リトラクタ２４から上方に引き出されたウエビング２５は、第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉの切欠きｃ，ｄを通ってセンターピラー１５内に延び、図示せぬ開口から車室内に導かれる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

車体側面に他車両が衝突したとき、連結部材１４の高さは他車両のバンパー２６（図２参照）の高さに概ね合致しているため、衝突荷重は先ず連結部材１４に入力される。アルミニウム鋳造品の連結部材１４は強度が高く、しかもその横断面が前部１４ａ、後部１４ｃおよび中間部１４ｂを有する「凸」字状であるため、前部１４ａおよび後部１４ｃから突出する中間部１４ｂが補強リブとして機能する。しかも連結部材１４の凹部１４ｄに第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉが形成されているため、その強度は更に高められる。その結果、他車両から受ける衝突荷重によって、図２に示すように、連結部材１４は車幅方向内側に湾曲するように延性変形しながら大きな反力を発生し、その延性によって変形のロバスト性を向上させて衝突荷重を効果的に吸収することができる。

また連結部材１４の下部はカーボン繊維強化樹脂で中空に形成した曲げ強度の高いサイドシル１２の車幅方向内面および車幅方向外面を挟むように固定され、連結部材１４の上部はカーボン繊維強化樹脂で中空に形成した曲げ強度の高いセンターピラー１５の内部に嵌合して固定されるので、連結部材１４がサイドシル１２およびセンターピラー１５から分離するのを防止し、連結部材１４の延性変形を促進して衝撃吸収効果を高めることができる。特に、連結部材１４の底壁１４ｅの車幅方向外端から延びる外側固定部１４ｆの階段状の段部ａと、アッパーパネル１８よりなるサイドシル１２の上面の段部ｂとが係合することで、連結部材１４とサイドシル１２との結合強度が一層高められる。しかもサイドシル１２はアッパーパネル１８およびロアパネル１９を車幅方向外面においてフランジ結合して構成したので、フロア部１３とサイドシル１２とを一体成形することが容易になるだけでなく、サイドシル１２の断面積を最大限に確保して曲げ強度を高めることができる。

また連結部材１４の凹部１４ｄに車体前後方向に延びる第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉを設けたので、側面衝突に対する連結部材１４の強度を更に高めることができるだけでなく、第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉは前端および後端の高さが異なるように傾斜するので、側面衝突時に相手車両の水平方向に延びるバンパー２６によってリブが圧壊する可能性を高めて衝撃吸収効果を確実に高めることができる。

また連結部材１４に凹部１４ｄを形成したので、連結部材１４の重量を軽減するとともに、その凹部１４ｄを利用してシートベルトのリトラクタ２４を収納する空間を確保することができる。しかも第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉに切欠きｃ，ｄを形成したので、リトラクタ２４から上方に延びるウエビング２５が第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉと干渉するのを回避することができる。リブを多数枚設けた場合や、リトラクタ２５が縦長の場合であっても、リブに切欠きを設けることでリトラクタ２５を支障なく収納することができる。

またセンターピラー１５およびルーフアーチ１６の接続部を金属製あるいはカーボン繊維強化樹脂製で中空断面を有するルーフサイドレール１７が貫通するので、特別な固定部材を必要とせずにセンターピラー１５にルーフアーチ１６を強固に接続し、側面衝突の荷重をセンターピラー１５からルーフサイドレール１７に伝達して分散させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉを前下りに形成しているが、それを水平あるいは前上がりに形成することができる。

また実施の形態では第１、第２リブ１４ｈ，１４ｉを２本設けているが、リブの数は２本に限定されるものではない。

また実施の形態では連結部材１４の凹部１４ｄにシートベルトのリトラクタ２４を収納しているが、リトラクタ２４以外の任意の物品を収納することができる。

１２ サイドシル
１３ フロア部
１４ 連結部材
１４ｄ 凹部
１４ｈ 第１リブ（リブ）
１４ｉ 第２リブ（リブ）
１５ センターピラー
１６ ルーフアーチ
１７ ルーフサイドレール
１８ アッパーパネル
１９ ロアパネル
ａ 段部
ｂ 段部
ｃ 切欠き
ｄ 切欠き

Claims (6)

1. 左右のサイドシル（１２）を含むフロア部（１３）をカーボン繊維強化樹脂で一体成形し、左右のセンターピラー（１５）およびルーフアーチ（１６）をカーボン繊維強化樹脂で中空断面に一体成形し、前記センターピラー（１５）と前記サイドシル（１２）とをアルミニウム鋳造品の連結部材（１４）を介して連結する車両のキャビン構造であって、
   前記連結部材（１４）の下部は前記サイドシル（１２）の車幅方向内面および車幅方向外面を挟むように固定され、前記連結部材（１４）の上部は前記センターピラー（１５）の下部に挿入されて固定され、前記連結部材（１４）の上下方向中間部には車幅方向内向きに開放する凹部（１４ｄ）が形成されることを特徴とする車両のキャビン構造。
2. 前記凹部（１４ｄ）には車体前後方向に延びるリブ（１４ｈ，１４ｉ）が設けられ、前記リブ（１４ｈ，１４ｉ）には切欠き（ｃ，ｄ）が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の車両のキャビン構造。
3. 前記リブ（１４ｈ，１４ｉ）は前端および後端の高さが異なるように傾斜することを特徴とする、請求項２に記載の車両のキャビン構造。
4. 前記センターピラー（１５）および前記ルーフアーチ（１６）の境界部を金属製あるいはカーボン繊維強化樹脂製で中空断面を有するルーフサイドレール（１７）が貫通することを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両のキャビン構造。
5. 前記サイドシル（１２）の車幅方向外面と前記連結部材（１４）との固定部には、車体前後方向に延びる段部（ａ，ｂ）が形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両のキャビン構造。
6. 前記サイドシル（１２）はアッパーパネル（１８）およびロアパネル（１９）を車幅方向外面においてフランジ結合して構成されることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の車両のキャビン構造。

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