JP2014065407A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の骨格、特に部材の交差部や屈曲部での強度と剛性を両立させる車両を提供することである。
【解決手段】本発明の車両は、複数の部材により主要な骨格が形成される車両であって、複数の部材が交差する部分、または１つの部材の屈曲部に強化樹脂からなる補強部材２０を設けており、交差する部分または屈曲部で、複数の方向へ延設される補強部材において、外力に対して補強部材２０に沿って発生する少なくとも２つの力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部２０Aを設けている。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の部材により主要な骨格が形成される車両に関する。

従来から複数の部材により主要な骨格が形成される車両、例えばモノコック構造からなる車両において、車両の骨格を形成するインナーパネルとアウターパネルとして、鋼板（高張力鋼や超高張力鋼）、鉄板、アルミなどが使用されている。このようなモノコック構造からなる車両では、正面や側面からの瞬間的な衝撃やオフセット衝突などからの車室空間の安全性確保のため、十分な強度と剛性（力の伝達）が求められている。

また、一方で、車両重量の重い車は、軽い車両との衝突を考慮したとき、車両の骨格を堅く作るのではなく、軽い車両からの衝撃を吸収するように設計する必要があるため、力が集中する交差部分または屈曲部分での、強度と剛性の両立、さらには、衝撃に応じて曲がり、折れやすいように設計する必要がある。

さらに振動などによる騒音の発生や伝達を抑えることが求められている。また、モノコック構造からなる車両は、フロントピラー、サイドルーフレール、センターピラー、サイドシルなどから構成されるが、それぞれの部材に作用する荷重や衝撃を効率的に分散させるために、それぞれの部材の交差部や力の伝達方向が変わる屈曲部などには、十分な結合剛性が求められる。

例えば、特許文献１では、車体の側方および前方からの衝突荷重を確実に他の部材に分散伝達し、衝突による変形を抑える車体側面の下部構造が開示されている。

特許文献２では側面衝突時の車体変形モードを調整するために、車体側部のサイドルーフにレール補強部とサイドシルにシル強度調整部を備えた構造が開示されている。

一方、特許文献３には、ワイヤハーネスの車体固定構造において、インナーパネルとアウターパネルのうち少なくとも一方を繊維強化樹脂で成形している技術が開示されている。

特開２０００―１０８９３０号公報 特開２００１―７１９４８号公報 特開２００４―１２３０３６号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載の技術では、車両の骨格の強度と剛性、また衝撃力の吸収の観点から十分に満たすことができなかった。

また、振動などによる騒音の発生や伝達を抑えることができなかった。さらに、部材間の交差部や部材の屈曲部に作用する力を十分に伝達できるような結合剛性を持ち合わせていなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、車両の骨格、特に部材の交差部や屈曲部での強度と剛性を両立させることができる車両を提供することである。

このような課題を解決するために、本発明に係る車両は、複数の部材により主要な骨格が形成される車両であって、複数の部材が交差する部分、または１つの部材の屈曲部に強化樹脂からなる補強部材を設けており、交差する部分または屈曲部で、複数の方向へ延設される補強部材において、外力に対して補強部材に沿って発生する少なくとも２つの力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部を設けている。

好適には、上記解決手段に加えて、本発明に係る車両は、力の伝達方向が補強部材の長手方向である。

好適には、上記解決手段に加えて、本発明に係る車両は、力の伝達方向が、想定する外力によって生じる、補強部材内の力の伝達方向であり、外力に対して、力の伝達方向が複数ある場合は、想定される一番大きな力の伝達方向と次に大きな力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部を設けている。

好適には、上記解決手段に加えて、本発明に係る車両は、補強部材が立体構造である。

好適には、上記解決手段に加えて、本発明に係る車両は、脆弱部が、補強部材の幅方向に対して、車両の外側から内側または内側から外側へいくに従って、脆弱度が増加するように形成されている。

好適には、上記解決手段に加えて、本発明に係る車両は、補強部材が繊維強化樹脂または炭素繊維強化樹脂である。

本発明の車両によれば、車両の骨格の強度と剛性を両立できる。

本発明の実施形態に係る車両の骨格である。 本発明の実施形態に係る車両の一部拡大分解図である。 本発明の第１の実施形態における車両の骨格の一部拡大断面斜視図である。 図３におけるＸ方向から見た本発明の第１の実施形態における車両の骨格の一部拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態における車両の骨格の一部拡大透視斜視図である。 本発明の実施形態に係る車両の一部拡大図において力の方向を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両の一部拡大図において力の方向を示す図である。 本発明の第２の実施形態における車両の骨格の一部拡大透視図である。 本発明の第３の実施形態における車両の骨格の一部拡大透視図である。

図１は、本発明の実施形態に係る車両の骨格である。図１に基づいて本発明の車両の骨格について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両１である。車両１は複数の部材により主要な骨格が形成されており、フロントピラー部１０、サイドルーフレール部１１、センターピラー部１２、サイドシル部１３などから構成されている。

フロントピラー部１０は車両１の車室空間を構成する前部を形成しており、フロントガラスのサイドを保持するように配置される。また、フロントピラー部１０は、車両の下部に向かって形成され、サイドシル部１３と結合する。

サイドルーフレール部１１は、車両１の車室空間を構成する上部の前後方向に延設されており、車両１の屋根のサイド部分を形成している。

センターピラー部１２は、車両１の前側ドアと後側ドアの間に設けられた柱状のピラーであり、車両１のサイド部分にサイドルーフレール部１１とサイドシル部１３の間を上下方向に配置されている。

サイドシル部１３は、車両１のサイド下部を、車両１の前後方向に配置されている。

各部材はさらに複数の部材から構成されており、例えば、インナー部材とアウター部材を接合したものや、インナー部材とアウター部材の間にリンフォース（補強部材）を挿入し接合したものがある。

図２は、本発明の実施形態に係る車両の一部拡大分解図である。モノコック構造を有する車両の一部は、フロントピラーアウター部１０Ａ、サイドルーフレールアウター部１１Ａ、センターピラーアウター部１２Ａ、サイドシルアウター部１３Ａから構成される。それぞれの部材間の接合部の断面は、ほぼコの字形状またはＣ字形状となっている。

これらの部材のうち複数の部材が交差する部分または１つの部材の屈曲部に補強部材を設けている。本実施形態では、フロントピラーアウター部１０Ａの屈曲部に補強部材２０を設けた。補強部材２０は、炭素繊維強化樹脂で形成されている。

上記のように構成したので、炭素繊維強化樹脂で形成された補強部材により、衝突に対する強度を好適に保つことが可能となる。また、炭素繊維強化樹脂特有の剛性により、荷重に対する伝達を好適に行うことができる。

さらに、補強部材２０は立体構造であり、中身も炭素繊維強化樹脂で詰まった状態の構造であるため、振動等により発生する騒音を吸収し、防音材・防振材としても機能する。

このため、衝突安全性と操縦安定性を両立することが可能となる。また、従来の場合では、補強をするためには、鋼板、鉄板、アルミなどを使用する必要があったが、軽量な炭素繊維強化樹脂で形成したため、全体として車両１の軽量化を図ることが可能となる。さらに、防音材・防振材としても機能するため、車室内に対する防音・防振効果もある。

また、例えば、フロントピラー部１０に対して、前方から瞬間的な力があった場合、フロントピラー部１０の折曲に対する強度および伝達を行う剛性が両立していないと、フロントピラー部１０へかかる力がうまく伝達されない。しかし、本実施形態によれば、強度と剛性を両立するように強化樹脂を設計することで、フロントピラーへかかる力をうまく他の部材へと伝達することができる。

さらに、前方からの力に対して、バンパー、左右前輪の内側に1本ずつ配置されるフロントサイドメンバーを伝達した力は、フロントピラー部１０とフロントサイドメンバーが結合するスティフナーを伝達し、フロントピラー部１０、サイドシル部１３、センタートンネルなどへ分散される。これにより、前方からの力の全てを車両前部で受けるのではなく、後方へ逃がすことができる。

上述したような外部からの力の伝達や、外部からの力に対抗するための強度が必要な交差部、例えば、図１で説明したフロントピラー部１０、サイドルーフレール部１１、センターピラー部１２、サイドシル部１３だけでなく、フロントサイドメンバー、スティフナー、センタートンネルにおける屈曲部や交差部に対しても、本発明を適用することが可能である。

また、これら交差部での接合部分において間隙がある場合には、その間隙に炭素繊維強化樹脂からなる補強部材を挿入し、補強部材を介して接続することで、要求される強度と剛性にするように調節することも可能になる。

ここで、本発明の基本的な実施形態では、炭素繊維強化樹脂（CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics）を用いたが、繊維強化樹脂（FRP:Fiber Reinforced Plastics）、炭素繊維強化熱硬化性樹脂（CFRTS:Carbon Fiber Reinforced Thermosets）、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（CFRTP:Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics）であってもよい。これらは、部位に要求される強度特性や剛性特性、その他の条件に応じて使用することが可能である。

また、本発明の基本的な実施形態では、補強部材２０は立体構造であり、中身も炭素繊維強化樹脂で詰まった状態の構造としたが、中身を炭素繊維強化樹脂とするのではなく、発泡剤を充填させた構造などでもよい。これにより、より防音効果や防振効果がある発泡剤を選択することも可能である。

図３は、本発明の第１の実施形態における車両の骨格の一部拡大断面斜視図である。

断面がコの字形状であるフロントピラーアウター部１０Ａの屈曲部に、フロントピラーアウター部１０Ａに嵌め合う大きさの補強部材２０を嵌める。補強部材２０は、炭素繊維強化樹脂で形成されている。補強部材２０は、フロントピラーアウター部１０Ａのすべてに渡って設ける必要はなく、要求される強度と剛性に応じた長さで、屈曲部に配置される。

図４は、図３におけるＸ方向から見た本発明の第１の実施形態における車両の骨格の一部拡大断面図である。図４で示すように、炭素繊維強化樹脂で形成した補強部材２０は、フロントピラーアウター部１０Ａの内壁に、補強部材２０の一部を接するくらいに配置し、フロントピラーアウター部１０Ａの外側への凸部に対しては、空間を設けた状態で配置する。

図５は、本発明の第１の実施形態における車両の骨格の一部拡大透視斜視図である。図５では、フロントピラーアウター部１０Ａに補強部材２０が嵌め合った状態を示している。フロントピラーアウター部１０Ａを２点鎖線で示している。補強部材２０は、屈曲部の内側に脆弱部２０Ａを備えている。脆弱部２０Ａは補強部材２０の幅方向、車両に配置されたときの車両の外側から内側に向けて設けられている。

脆弱部２０Ａは、車両内側がより脆弱度が大きく、車両の外側がより脆弱度が小さくなるように設けられている。このように脆弱部２０Ａを設けることで、力を受けたときに、その力を吸収するように意図的に車両の骨格を折ることができる。

脆弱度は、図５のように、脆弱性を持たせたい部位を削ったり、違う部材にしたり、加工時に熱などをかけてその部位のみの特性を変えるなどして調整する。

次に図６，７を用いて、車両に対する外力と補強部材での力の伝達について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る車両の一部拡大図において力の方向を示す図である。

図６では、センターピラーアウター部１２Ａの下部から外力３０が入力されたときの補強部材２１での力の伝達を示している。外力３０がセンターピラーアウター部１２Ａの下部から入力されると、３つの方向に延設されている補強部材２１の交差部において、当該３方向へ力が分散し伝達する（図６における力４１、力４２、力４３）。力４１、力４２、力４３は、補強部材２１に沿って発生し、補強部材２１の長手方向に伝達する。

この３方向への力のうち一番大きな力４１の伝達方向と次に大きな力４２の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部（図６においては図示せず）を設けることができる。

このように車両の骨格を形成することで、交差部や屈曲部にかかる力に応じて、より力を吸収しやすいように、車両を設計することができる。

図７は、本発明の実施形態に係る車両の一部拡大図において力の方向を示す図である。図７では、センターピラーアウター部１２Ａの前部から外力３１が入力されたときの補強部材２１での力の伝達を示している。外力３１がセンターピラーアウター部１２Ａの前部から入力されると、３つの方向に延設されている補強部材２１の交差部において、力４４と力４５の方向へ力が分散し伝達する。力４４、力４５は、補強部材２１に沿って発生し、補強部材２１の長手方向に伝達する。

この力４４の伝達方向と力４５の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部（図７においては図示せず）を設けることができる。

このように車両の骨格を形成することで、交差部や屈曲部にかかる力に応じて、より力を吸収しやすいように、車両を設計することができる。

本発明では、補強部材の強化樹脂の種類や、厚さ、脆弱部の位置と形状などの変更によって、車両構造の強度、剛性、力の吸収などを調整することで、外部からの力によって生じる、補強部材を伝達する力をコントロールする。

続いて、本発明の第２、第３の具体的な実施形態を、図８、図９に基いて説明する。図８は、本発明の第２の実施形態における車両の骨格の一部拡大透視図である。

図８は、車両１の骨格における３方向から交差する部分であって、アウター部材とインナー部材が嵌め合い、管状になった部材１４の中空に、炭素繊維強化樹脂で形成した補強部材２２が配置されていることを示す。

この配置において、補強部材２２は、アウター部材とインナー部材によって作られる管状部材１４の中空、つまりアウター部材とインナー部材の内側に接するくらいの形状とする。さらに、図８において、下側に凸状となっている部分の右側へ延設されている部位の付根と、左側へ延設されている部位の付根の部位に脆弱部２２Ａ，２２Ｂを設けている。このとき、補強部材２１は、アウター部材またはインナー部材に対して接着剤やネジなどで接合しても、接合しなくてもよい。

部材に対して衝撃があった際には、補強部材２２と、アウター部材およびインナー部材の間の隙間はなくなり、衝撃による力は伝達する。さらに、外力の方向と強さに応じて、脆弱部により、補強部材２２に伝達する力が吸収されるように交差部が曲がり、折れていく。

図９は、本発明の第３の実施形態における車両の骨格の一部拡大透視図である。図９は、車両１の骨格における３方向から交差する部分であって、アウター部材とインナー部材が嵌め合い、管状になった部材１５，１６，１７が炭素繊維強化樹脂で形成した補強部材２３を介して接続されていることを示す。

この配置において、補強部材２３は、管状部材１５，１６，１７が、要求されるように接続するための形状となっている。

このような接続部材として使用する、炭素繊維強化樹脂で形成した補強部材２３にも脆弱部２３Ａを設けることで、衝撃による力を吸収し、屈曲部で曲げるように、車両の骨格を設計することができる。

また、上記のように接続することで、複数の部材が交差する部分、または１つの部材が３方向で交差する部分の強度および剛性、また衝撃力の吸収を、補強部材２３によって調整することができる。

＜実施形態の構成及び効果＞
本実施形態における車両は、複数の部材からなるモノコック構造を有する車両であって、複数の部材が交差する部分、または１つの部材の屈曲部に強化樹脂からなる補強部材を設けており、交差する部分または屈曲部で、複数の方向へ延設される補強部材において、外力に対して補強部材に沿って発生する少なくとも２つの力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部を設けている。

上記のように構成したことで、複数の部材が交差する部分、または１つの部材の屈折部での強度と剛性を適度に設計し、さらに、衝撃力の吸収が可能となり、更なる安全性が得られる。

本実施形態における車両は、力の伝達方向が補強部材の長手方向である。

本実施形態における車両は、力の伝達方向が想定する外力によって生じる、補強部材内の力の伝達方向であり、外力に対して、力の伝達方向が複数ある場合は、想定される一番大きな力の伝達方向と次に大きな力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部を設けている。

上記のように構成したことで、強度と剛性を適度に設計し、さらに衝撃力をより吸収することができる。

本実施形態における車両は、補強部材が立体構造である。

上記のように構成したことで、強度と剛性を適度に設計し、さらに防音、防振が可能となる。

本実施形態における車両は、脆弱部が、補強部材の幅方向に対して、車両の外側から内側または内側から外側へいくに従って、脆弱度が増加するように形成されている。

上記のように構成したことで、強度と剛性を適度に設計しながら、意図した方向へと力を伝達し、車両の骨格を意図した方向へ曲げることができる。

さらに、本実施形態における車両は、補強部材が繊維強化樹脂または炭素繊維強化樹脂である。

上記のように構成したことで、強度と剛性を適度に設計し、衝突安全性と操作安定性の両立が可能となる。

＜定義等＞
本発明の想定する外力とは、車両の外部からの衝撃の力のことである。本発明では、この想定する外力によって生じる、補強部材を伝達する力に対して、車両構造の強度、剛性、力の吸収などを、補強部材の強化樹脂の種類や、厚さ、脆弱部の位置と形状などの変更によって調整する。

本発明の強化樹脂とは、繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂、炭素繊維強化熱硬化性樹脂、炭素繊維強化熱可塑性樹脂などをいう。

１ 車両
１０ フロントピラー部
１０Ａ フロントピラーアウター部
１１ サイドルーフレール部
１１Ａ サイドルーフレールアウター部
１２ センターピラー部
１２Ａ センターピラーアウター部
１３ サイドシル部
１３Ａ サイドシルアウター部
２０，２１，２２，２３ 補強部材
２０Ａ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ 脆弱部
３０，３１ 外力
４１，４２，４３，４４，４５ 力

Claims (6)

1. 複数の部材により主要な骨格が形成される車両であって、
   前記複数の部材が交差する部分、または１つの前記部材の屈曲部に強化樹脂からなる補強部材を設けており、
   前記交差する部分または前記屈曲部で、複数の方向へ延設される前記補強部材において、外力に対して前記補強部材に沿って発生する少なくとも２つの力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部を設けた車両。
2. 前記力の伝達方向は、前記補強部材の長手方向である請求項１記載の車両。
3. 前記力の伝達方向は、想定する前記外力によって生じる、前記補強部材内の力の伝達方向であり、
   前記外力に対して、前記力の伝達方向が複数ある場合は、想定される一番大きな力の伝達方向と次に大きな力の伝達方向が形成する交差角度の小さい角度側に脆弱部を設けた請求項１または２のいずれか１項に記載の車両。
4. 前記補強部材が、立体構造である請求項１から３のいずれか１項に記載の車両。
5. 前記脆弱部が、前記補強部材の幅方向に対して、車両の外側から内側または内側から外側へいくに従って、脆弱度が増加するように形成されている請求項４に記載の車両。
6. 前記補強部材が、繊維強化樹脂または炭素繊維強化樹脂である請求項１から５のいずれか１項に記載の車両。