JP2013216201A - 自動車のｃｆｒｐ製キャビン - Google Patents

Abstract

【課題】 前面衝突時におけるＣＦＲＰ製のキャビンのサイドシル部の脆性破壊を防止する。
【解決手段】 自動車のＣＦＲＰ製キャビン１１は少なくともフロアパネル部２４および左右のサイドシル部２１を備えており、前輪３３の後方に位置するサイドシル部２１の前端の車幅方向幅Ｗ１をフロントサイドフレーム３０側に向けて拡大し、前輪３３の車幅方向幅Ｗ２よりも大きくしたので、前面衝突時に前輪３３から入力する荷重をサイドシル部２１の前端に分散して伝達することで、サイドシル部２１の前端の面外変形による脆性破壊を防止して車室の変形を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、少なくともフロアパネル部および左右のサイドシル部を備える自動車のキャビンをＣＦＲＰで構成した自動車のＣＦＲＰ製キャビンに関する。

ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）でバスタブ状に成形した自動車のキャビンのサイドシル部の内部に、側面視で波板状に屈曲するエネルギー吸収部材を配置し、前面衝突時にサイドシル部に入力する荷重でエネルギー吸収部材を圧壊させて衝突エネルギーを吸収するものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４７８８５３９号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、車両の前面衝突時に後退する前輪の荷重がフロントピラーロア部を介してサイドシル部の前端に入力したとき、フロントピラーロア部が変形しながら後方に倒れてサイドシル部の前端との接続部のＣＦＲＰ材が脆性破壊し、その脆性破壊がサイドシル部の全体に伝播することで車室の変形を招く可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、前面衝突時におけるＣＦＲＰ製のキャビンのサイドシル部の脆性破壊を防止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、少なくともフロアパネル部および左右のサイドシル部を備える自動車のキャビンをＣＦＲＰで構成した自動車のＣＦＲＰ製キャビンであって、前輪の後方に位置する前記サイドシル部の前端の車幅方向幅をフロントサイドフレーム側に向けて拡大し、前記前輪の車幅方向幅よりも大きくしたことを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

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、前記前輪の後部に対向する前記サイドシル部の前壁の車幅方向内端から車幅方向内方および前方に湾曲する前側連結壁を前記フロントサイドフレームの後端に接続し、前記サイドシル部の車幅方向内側の側壁の前端から前記前側連結壁の後面に沿って延びる後側連結壁を前記フロントサイドフレームの後端に接続したことを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記サイドシル部の前端は上方に立ち上がってフロントピラーロア部を構成し、前記フロントピラーロア部の前面にダンパーハウジングを支持し、前記フロントピラーロア部の上面の車幅方向幅と前記ダンパーハウジングの上面の車幅方向幅とを略一致させたことを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記サイドシル部は前記フロントピラーロア部の後方に変形不可部を備え、前記変形不可部は側面視で前後方向および上下方向に対して傾斜して前記サイドシル部の上壁および下壁を接続する複数のリブを備えることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項３または請求項４の構成に加えて、前記サイドシル部の前記フロントピラーロア部は内部に衝撃吸収部材を配置した変形許可部を構成することを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記衝撃吸収部材はハニカムコアであることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記衝撃吸収部材は前後方向に延びる合成樹脂製のリブであることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

尚、実施の形態のフロントフロアパネル部２４は本発明のフロアパネル部に対応し、実施の形態のフロントサイドフレーム後部３０は本発明のフロントサイドフレームに対応し、実施の形態のハニカムコア３７およびリブ４０は本発明の衝撃吸収部材に対応する。

請求項１の構成によれば、自動車のＣＦＲＰ製キャビンは少なくともフロアパネル部および左右のサイドシル部を備えており、前輪の後方に位置するサイドシル部の前端の車幅方向幅をフロントサイドフレーム側に向けて拡大し、前輪の車幅方向幅よりも大きくしたので、前面衝突時に前輪から入力する荷重をサイドシル部の前端に分散して伝達することで、サイドシル部の前端の面外変形による脆性破壊を防止して車室の変形を最小限に抑えることができる。

また請求項２の構成によれば、前輪の後部に対向するサイドシル部の前壁の車幅方向内端から車幅方向内方および前方に湾曲する前側連結壁をフロントサイドフレームの後端に接続し、サイドシル部の車幅方向内側の側壁の前端から前側連結壁の後面に沿って延びる後側連結壁をフロントサイドフレームの後端に接続したので、フロントサイドフレームに入力した前面衝突の衝撃を前側連結壁および後側連結壁を介してサイドシル部に確実に伝達することができる。

また請求項３の構成によれば、サイドシル部の前端から上方に立ち上がるフロントピラーロア部の前面にダンパーハウジングを支持し、フロントピラーロア部の上面の車幅方向幅とダンパーハウジングの上面の車幅方向幅とを略一致させたので、前面衝突の荷重がダンパーハウジングからフロントピラーロア部を介してサイドシル部に入力するとき、その荷重をサイドシル部に確実に伝達することができる。

また請求項４の構成によれば、サイドシル部はフロントピラーロア部の後方に変形不可部を備え、変形不可部は側面視で前後方向および上下方向に対して傾斜してサイドシル部の上壁および下壁を接続する複数のリブを備えるので、サイドシル部の前端に前面衝突の荷重が入力したときに、リブにより補強されたサイドシル部の変形不可部の脆性破壊を防止して車室の変形を最小限に抑えることができる。

また請求項５の構成によれば、サイドシル部のフロントピラーロア部は内部に衝撃吸収部材を配置した変形許可部を構成するので、前面衝突に荷重がサイドシル部の前端に入力したときに、フロントピラーロア部の内部に収納した衝撃吸収部材が圧壊してエネルギー吸収性能を発揮することができる。

また請求項６の構成によれば、衝撃吸収部材はハニカムコアであるので、軽量でありながら高いエネルギー吸収性能を発揮することができる。

また請求項７の構成によれば、衝撃吸収部材は前後方向に延びる合成樹脂製のリブであるので、簡単な構造でありながら高いエネルギー吸収性能を発揮することができる。

自動車のＣＦＲＰ製のキャビンの斜視図。（第１の実施の形態） 図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態） 図２の３方向矢視図。（第１の実施の形態） 図３の４−４線断面図。（第１の実施の形態） 図３の５−５線断面図。（第１の実施の形態） 図４の６−６線断面図。（第１の実施の形態） 前記図４に対応する図。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書における前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向は、運転席に着座した運転者を基準としている。

図１および図２に示すように、自動車の車体フレームはカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のキャビン１１と、キャビン１１の前端に接続されたアルミニウム合金の鋳造部品である左右一対のサスペンション支持モジュール１２，１２と、アルミニウム合金の押出し材を所定長さに切断した左右一対のフロントサイドフレーム前部１３，１３と、ＣＦＲＰ製のフロントエンドモジュール１４と、ＣＦＲＰ製の左右一対のロアメンバ１５，１５と、ＣＦＲＰ製の左右一対のアッパーメンバ１６，１６とを備える。キャビン１１の後部上面には、２本のステーで補強されたＣＦＲＰ製のロールバー１７が立設される。

キャビン１１はアッパーパネル１８およびロアパネル１９を上下に接合した中空構造であり、前端のダッシュパネル部２０と、ダッシュパネル部２０の車幅方向両端から後方に延びる左右一対のサイドシル部２１，２１と、サイドシル部２１，２１の後端から後上方に延びる左右一対のリヤサイドフレーム部２２，２２と、リヤサイドフレーム部２２，２２の後端間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ部２３と、ダッシュパネル部２０および左右のサイドシル部２１，２１を接続するフロントフロアパネル部２４と、フロントフロアパネル部２４の後端から立ち上がるキックアップ部２５と、キックアップ部２５の上端から後方に延びてリヤサイドフレーム部２２，２２およびリヤクロスメンバ部２３に接続するリヤフロアパネル部２６とを備える。

フロントエンドモジュール１４は、車幅方向に延びるバンパービーム２７と、バンパービーム２７の車幅方向両端部から後方に延びてフロントサイドフレーム前部１３，１３の前端に接続される左右一対のバンパービームエクステンション２８，２８と、バンパービームエクステンション２８，２８間に支持された枠状のフロントバルクヘッド２９とを備える。各々のサスペンション支持モジュール１２は、フロントサイドフレーム前部１３の後端とダッシュパネル部２０の前面とに接続されたフロントサイドフレーム後部３０と、フロントサイドフレーム後部３０から車幅方向外側かつ上方に延びてダッシュパネル部２０の前面に接続されたダンパーハウジング３１とを一体に備える。ロアメンバ１５，１５はバンパービーム２７の車幅方向両端部から車幅方向外側に延び、そこから後上方に屈曲してアッパーメンバ１６，１６の前端に接続され、アッパーメンバ１６，１６の後端はダッシュパネル部２０の車幅方向両端上部に接続される。

次に、図１〜図６に基づいてキャビン１１の構造を詳細に説明する。

キャビン１１を構成するアッパーパネル１８およびロアパネル１９は、その外周を取り囲むように延びる接合フランジ１８ａ，１９ａを備えており、両接合フランジ１８ａ，１９ａは接着、溶着、リベット等で接合される。

フロントフロアパネル部２４を構成するアッパーパネル１８およびロアパネル１９の車幅方向中央部には、前後方向に延びるフロアトンネル２４ａが上向きに隆起するように形成される。ロアパネル１９は、フロアトンネル２４ａとサイドシル部２１，２１との間が平坦であるのに対し、アッパーパネル１８はフロアトンネル２４ａとサイドシル部２１，２１とを車幅方向に接続する前後２本のクロスメンバ１８ｂ，１８ｂを備える。一方、リヤフロアパネル部２６は、アッパーパネル１８およびロアパネル１９が共に平坦に形成される。

サイドシル部２１の前部は上方に立ち上がってフロントピラーロア部３２を構成しており、フロントピラーロア部３２の前壁３２ａ（図２および図４参照）は前輪３３の後面に対向するホイールハウス後壁を構成する。フロントピラーロア部３２の車幅方向内側の側壁３２ｂ（図１、図３および図６参照）は、サイドシル部２１の車幅方向内壁２１ａに対して車幅方向内側に拡開しており、これによりフロントピラーロア部３２の前壁３２ａの車幅方向幅、つまりサイドシル部２１の前端の車幅方向幅Ｗ１は、その前方に位置する前輪３３の車幅方向幅Ｗ２よりも大きくなっている（図３参照）。

フロントピラーロア部３２の前壁３２ａは車幅方向内方かつ前方に弧状に湾曲して前側連結壁３４（図６参照）を構成するとともに、フロントピラーロア部３２の側壁３２ｂは車幅方向内方かつ前方に弧状に湾曲して後側連結壁３５（図６参照）を構成し、前側連結壁３４および後側連結壁３５はダッシュパネル部２０の前面に締結されたサスペンション支持モジュール１２のフロントサイドフレーム後部３０の後端に接続する。フロントピラーロア部３２の上端の車幅方向幅Ｗ３は、サスペンション支持モジュール１２のダンパーハウジング３１の上端の車幅方向幅Ｗ４に略一致している（図３参照）。

サイドシル部２１のフロントピラーロア部３２は車両の前面衝突時に圧壊して衝突エネルギーを吸収する変形許可部３６（図４参照）を構成するもので、その内部には例えばアルミニウム合金製の四角柱の集合体であるハニカムコア３７が軸線を前後方向に向けて配置される。サイドシル部２１のフロントピラーロア部３２よりも後方部分は強度の高い変形不可部３８（図４参照）を構成するもので、その内部には側面視でＸ字状を成す合成樹脂製の複数のリブ３９…が配置される。

リブ３９…はジグザグに折り曲げられた上半部および下半部からなり、上半部はサイドシル部２１の上壁２１ｃに接着され、下半部はサイドシル部２１の下壁２１ｄに接着され、上半部および下半部はどうしはＸ字状の交差部で接着される（図４参照）。またリブ３９…の左右両端はサイドシル部２１の車幅方向内壁２１ａおよび車幅方向外壁２１ｂに接着される（図５参照）。ハニカムコア３７の前端はフロントピラーロア部３２の前壁３２ａに接着され、ハニカムコア３７の後端はサイドシル部２１のリブ３９…の前端のＸ字状の交差部に接着される（図４参照）。

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。

自動車が前面衝突すると、フロントエンドモジュール１４に入力した衝突荷重はフロントサイドフレーム前部１３からフロントサイドフレーム後部３０およびダンパーハウジング３１よりなるサスペンション支持モジュール１２に伝達され、そこからキャビン１１のダッシュパネル部２０およびフロントピラーロア部３２に入力される。また前面衝突により前輪３３が後退すると、前輪３３の後方に位置するキャビン１１のフロントピラーロア部３２の前壁３２ａに衝突荷重が入力される。

前輪３３の後部に対向するフロントピラーロア部３２の前壁３２ａの車幅方向内端から車幅方向内方および前方に湾曲する前側連結壁３４をダッシュパネル部２０を挟んでフロントサイドフレーム後部３０の後端に接続し、サイドシル部２１のフロントピラーロア部３２の車幅方向内側の側壁３２ｂの前端から前側連結壁３４の後面に沿って延びる後側連結壁３５をダッシュパネル部２０を挟んでフロントサイドフレーム後部３０の後端に接続したので、フロントサイドフレーム後部３０に入力した前面衝突の衝撃を前側連結壁３４および後側連結壁３５を介してサイドシル部２１に確実に伝達して分散することができる。

しかもサスペンション支持モジュール１２のダンパーハウジング３１の上面の車幅方向幅Ｗ４と、その後方に接続されたサイドシル部２１の前端のフロントピラーロア部３２の上面の車幅方向幅Ｗ３とを略一致させたので（図３参照）、前面衝突の荷重がダンパーハウジング３１からフロントピラーロア部３２を介してサイドシル部２１に入力するとき、その荷重を均等に分散してフロントピラーロア部３２に伝達することができる。

またホイールハウス後壁を構成するフロントピラーロア部３２の前壁３２ａに前輪３３から衝突荷重が入力するとき、フロントピラーロア部３２前端の車幅方向幅Ｗ１を車幅方向内側に向けて拡大し、前輪３３の車幅方向幅Ｗ２よりも大きくしたので（図３参照）、前輪３３から入力する衝突荷重をサイドシル部２１のフロントピラーロア部３２に分散して伝達することで、フロントピラーロア部３２の面外変形による脆性破壊を防止して車室の変形を最小限に抑えることができる。

このとき、フロントピラーロア部３２は、内部にハニカムコア３７よりなる衝撃吸収部材を配置した変形許可部３６を構成するので、前面衝突の荷重がフロントピラーロア部３２に入力したときに、フロントピラーロア部３２の内部に収納したハニカムコア３７が圧壊してエネルギー吸収性能を発揮することができる。特に、衝撃吸収部材をハニカムコア３７で構成したので、軽量でありながら高いエネルギー吸収性能を発揮することができる。

一方、サイドシル部２１はフロントピラーロア部３２の後方に変形不可部３８を備え、変形不可部３８は側面視で前後方向および上下方向に対して傾斜してサイドシル部２１の上壁２１ｃおよび下壁２１ｄを接続する複数のＸ字状のリブ３９…を備えるので、サイドシル部２１の前端に前面衝突の荷重が入力したときに、リブ３９…により補強されたサイドシル部２１の変形不可部３８の脆性破壊を防止して車室の変形を最小限に抑えることができる。

第２の実施の形態

次に、図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態ではフロントピラーロア部３２の内部に配置される衝撃吸収部材がハニカムコア３７で構成されているが、第２の実施の形態は前記衝撃吸収部材が前後方向および上下方向に延びる１枚の合成樹脂製のリブ４０で構成される。リブ４０の前端はフロントピラーロア部３２の前壁３２ａに接着され、下端はフロントピラーロア部３２の下壁３２ｄに接着され、後端はサイドシル部２１の内部に配置したＸ字状のリブ３９…に接着される。

本実施の形態によれば、衝撃吸収部材を前後方向および上下方向に延びる１枚の合成樹脂製のリブ４０で構成したので、簡単な構造でありながら高いエネルギー吸収性能を発揮することができる。

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、ハニカムコア３７は四角柱の集合体である必要はなく、六角柱や三角柱の集合体であっても良く、その材質はアルミニウム合金等の金属に限定されず、合成樹脂であっても良い。

１１ キャビン
２１ サイドシル部
２１ａ 車幅方向内壁
２１ｃ 上壁
２１ｄ 下壁
２４ フロントフロアパネル部（フロアパネル部）
３０ フロントサイドフレーム後部（フロントサイドフレーム）
３１ ダンパーハウジング
３２ フロントピラーロア部
３２ａ 前壁
３２ｂ 側壁
３３ 前輪
３４ 前側連結壁
３５ 後側連結壁
３６ 変形許可部
３７ ハニカムコア（衝撃吸収部材）
３８ 変形不可部
３９ リブ
４０ リブ（衝撃吸収部材）
Ｗ１ サイドシル部の前端の車幅方向幅
Ｗ２ 前輪の車幅方向幅
Ｗ３ フロントピラーロア部の上面の車幅方向幅
Ｗ４ ダンパーハウジングの上面の車幅方向幅

Claims (7)

1. 少なくともフロアパネル部（２４）および左右のサイドシル部（２１）を備える自動車のキャビン（１１）をＣＦＲＰで構成した自動車のＣＦＲＰ製キャビンであって、
   前輪（３３）の後方に位置する前記サイドシル部（２１）の前端の車幅方向幅（Ｗ１）をフロントサイドフレーム（３０）側に向けて拡大し、前記前輪（３３）の車幅方向幅（Ｗ２）よりも大きくしたことを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
2. 前記前輪（３３）の後部に対向する前記サイドシル部（２１）の前壁（３２ａ）の車幅方向内端から車幅方向内方および前方に湾曲する前側連結壁（３４）を前記フロントサイドフレーム（３０）の後端に接続し、前記サイドシル部（２１）の車幅方向内側の側壁（３２ｂ）の前端から前記前側連結壁（３４）の後面に沿って延びる後側連結壁（３５）を前記フロントサイドフレーム（３０）の後端に接続したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
3. 前記サイドシル部（２１）の前端は上方に立ち上がってフロントピラーロア部（３２）を構成し、前記フロントピラーロア部（３２）の前面にダンパーハウジング（３１）を支持し、前記フロントピラーロア部（３２）の上面の車幅方向幅（Ｗ３）と前記ダンパーハウジング（３１）の上面の車幅方向幅（Ｗ４）とを略一致させたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
4. 前記サイドシル部（２１）は前記フロントピラーロア部（３２）の後方に変形不可部（３８）を備え、前記変形不可部（３８）は側面視で前後方向および上下方向に対して傾斜して前記サイドシル部（２１）の上壁（２１ｃ）および下壁（２１ｄ）を接続する複数のリブ（３９）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
5. 前記サイドシル部（２１）の前記フロントピラーロア部（３２）は内部に衝撃吸収部材（３７，４０）を配置した変形許可部（３６）を構成することを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
6. 前記衝撃吸収部材はハニカムコア（３７）であることを特徴とする、請求項５に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
7. 前記衝撃吸収部材は前後方向に延びる合成樹脂製のリブ（４０）であることを特徴とする、請求項５に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。

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