JP2014166781A - 車両の車体下部構造 - Google Patents

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秀樹 大上
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Abstract

【課題】側突時の衝撃力による車体の変形や車両走行時の車体の変形を効果的に防止できるようにする。
【解決手段】車両の車体下部構造が、左右各ロッカ20の長手方向の中途部20aから上方に延びる左右センタピラー27,27と、車体2の幅方向の中央側に配置される車体2の骨格部材と各ロッカ20とを互いに結合するブレース49とを備える。車体2の幅方向に延び、左右ロッカ20,20の各中途部20aを互いに結合するクロスフレーム42を設けると共に、各サイドメンバ13とクロスフレーム42とをそれぞれその交差部43で互いに結合する。車体2の左右各側部で、ブレース49が、交差部43から車体2の前方かつ外側方に延びて交差部43とロッカ20の前部側とを互いに結合する前部ブレース50と、交差部43から車体2の後方かつ外側方に延びて交差部43とロッカ20の後部側とを互いに結合する後部ブレース51とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、車体の前後方向に延びる左右サイドメンバと左右ロッカとを互いに結合させるブレースを備えた車両の車体下部構造に関するものである。
上記車両の車体下部構造は、一般に、車体の前後方向に延びて互いに結合される左右サイドメンバと、これら左右サイドメンバのそれぞれ外側方に配置される車体の左右側壁と、これら各側壁のそれぞれ下端縁部に形成されて車体の前後方向に延び、上記各サイドメンバに結合される左右ロッカと、上記各側壁のそれぞれ前後方向の中途部を構成し、上記各ロッカの長手方向の中途部から上方に延びる左右センタピラーとを備えている。
また、上記車両の車体下部構造には、従来、下記特許文献1に示されるものがあり、この公報のものによれば、車体の前後方向に延び、車体の幅方向の中央部に配置された車体の骨格部材であるフロアトンネルと上記した各ロッカとを互いに結合させるブレースを備えている。
そして、上記従来の技術によれば、車両の側突時、その車体の側部のロッカに与えられる衝撃力は、上記ブレースを介して上記フロアトンネルに効率よく伝達されるようになっている。このため、側突時に車体に与えられる衝撃力はこの車体の各部で支持され、これにより、車体が大きく変形することが防止されるようになっている。
特開2007−296957号公報
ところで、上記した従来の技術によれば、側突時の衝撃力による車体の変形は上記ブレースにより効果的に防止されるとされているが、このブレースにより結合されるロッカとフロアトンネルとは、車体下部の側端部と中央部とに位置して、車体の幅方向で互いに大きく離れている。
このため、上記ブレースの形状は大型になりがちであることから、その分、車体下部の構成が複雑になると共に質量が増大し、この結果、車体の生産性が低下して、その生産コストが高価になるおそれを生じる。
本発明は、上記のような事情に注目してなされたもので、本発明の目的は、側突時の衝撃力による車体の変形や車両走行時の車体の変形を効果的に防止できるようにし、かつ、このようにした場合でも、車体の生産性を向上させることができるようにすることである。
請求項1の発明は、車体2の前後方向に延びて互いに結合される左右サイドメンバ13,13と、これら左右サイドメンバ13,13のそれぞれ外側方に配置される車体2の左右側壁19,19と、これら各側壁19のそれぞれ下端縁部に形成されて車体2の前後方向に延び、上記各サイドメンバ13に結合される左右ロッカ20,20と、上記各側壁19のそれぞれ前後方向の中途部を構成し、上記各ロッカ20の長手方向の中途部20aから上方に延びる左右センタピラー27,27と、車体2の前後方向に延びて車体2の幅方向の中央側に配置される車体2の骨格部材と上記各ロッカ20とを互いに結合するブレース49とを備えた車両の車体下部構造において、
車体2の幅方向に延び、上記左右ロッカ20,20の上記各中途部20aを互いに結合するクロスフレーム42を設けると共に、上記各サイドメンバ13とクロスフレーム42とをそれぞれその交差部43で互いに結合し、
車体2の左右各側部で、上記ブレース49が、上記交差部43から車体2の前方かつ外側方に延びてこの交差部43と上記ロッカ20の前部側とを互いに結合する前部ブレース50と、上記交差部43から車体2の後方かつ外側方に延びてこの交差部43と上記ロッカ20の後部側とを互いに結合する後部ブレース51とを有したことを特徴とする車両の車体下部構造である。
なお、この項において、上記各用語に付記した符号や図面番号は、本発明の技術的範囲を後述の「実施例」の項や図面の内容に限定解釈するものではない。
本発明による効果は、次の如くである。
請求項1の発明は、車体の前後方向に延びて互いに結合される左右サイドメンバと、これら左右サイドメンバのそれぞれ外側方に配置される車体の左右側壁と、これら各側壁のそれぞれ下端縁部に形成されて車体の前後方向に延び、上記各サイドメンバに結合される左右ロッカと、上記各側壁のそれぞれ前後方向の中途部を構成し、上記各ロッカの長手方向の中途部から上方に延びる左右センタピラーと、車体の前後方向に延びて車体の幅方向の中央側に配置される車体の骨格部材と上記各ロッカとを互いに結合するブレースとを備えた車両の車体下部構造において、
車体の幅方向に延び、上記左右ロッカの上記各中途部を互いに結合するクロスフレームを設けると共に、上記各サイドメンバとクロスフレームとをそれぞれその交差部で互いに結合している。
このため、上記クロスフレームは、上記各ロッカのそれぞれ長手方向の各部分のうち、上記センタピラーの分岐部であって剛性がより高い左右中途部同士を結合している。しかも、上記クロスフレームの長手方向の中途部は、左右サイドメンバとの各交差部でこれら各サイドメンバと結合され、もって、上記各交差部はそれぞれ高剛性部とされている。
また、本発明によれば、車体の左右各側部で、上記ブレースが、上記交差部から車体の前方かつ外側方に延びてこの交差部と上記ロッカの前部側とを互いに結合する前部ブレースと、上記交差部から車体の後方かつ外側方に延びてこの交差部と上記ロッカの後部側とを互いに結合する後部ブレースとを有している。
このため、車体の左右各側部において、上記ロッカ、クロスフレーム、およびブレースの前、後部ブレースにより、上記した高剛性部である交差部を頂点とする一方、上記ロッカを底辺とした2つの直角三角形の組み合わせ構造に係る「高剛性体」が形成される。
よって、第1点として、車両の側突時に、車体下部の一側部におけるロッカに与えられる衝撃力は、上記クロスフレームと、このクロスフレームを含む上記「高剛性体」とを介し車体下部の他側部に至るまでの幅方向の各部のそれぞれに対し、より確実に分散されて伝達され、これら各部の全体により上記衝撃力が強固に支持される。この結果、側突時の衝撃力による車体の変形は、より効果的に防止される。
また、第2点として、車両の走行中に、車両が前左方旋回(もしくは前右方旋回)するとき、その車体には、この車体の幅方向の中央を通り車体の前後方向に延びる車体中心線回りの曲げモーメントが与えられがちとなって、上記サイドメンバに対しロッカが相対的に捩り変形しようとする。しかし、この場合には、上記ブレースの前、後部ブレースがそれぞれトーションバーとして働き、上記した捩り変形は直ちに、かつ、効果的に防止される。
ここで、前記したように、クロスフレームは、各ロッカのそれぞれ長手方向の各部分のうち、上記センタピラーの分岐分であって剛性がより高い左右中途部同士を結合しており、このため、車体下部における上記クロスフレーム周辺は捩れなどの変形が生じ難い高剛性部となっている。
このため、上記したように車両が前左方旋回(もしくは前右方旋回)するとき、その車体には、上記したクロスフレームと車体中心線との交点を通る垂直線回りの曲げモーメントが与えられがちとなり、かつ、車体の右側部(もしくは左側部)のロッカは、その遠心力により、車体の外側方に向かって凸の円弧形状となるよう変形しがちとなる。
そして、上記の場合には、サイドメンバに対しロッカは相対的に変位しようとするが、この際、特に、前記「高剛性体」におけるブレースの前部ブレースに直ちに引張応力の軸方向力が生じると同時に、後部ブレースに圧縮応力の軸方向力が生じるなどして、上記相対的な変位の発生は直ちに、かつ、効果的に防止される。
よって、上記第1、第2点によれば、車両の旋回時、その車体の各種変形が直ちに、かつ、効果的に防止されることから、車両の旋回操作の開始からこの車両が旋回し始めるときの応答性が向上し、車両への乗り心地が向上する。
そして、上記した車体の効果的な変形防止という効果は、高剛性部となるようにした上記サイドメンバとクロスフレームとの交差部から、前、後方、かつ、それぞれ外側方に前、後部ブレースを延出し、その各延出端部を上記ロッカに結合することにより達成され、つまり、上記した車体の効果的な変形防止は、従来の技術に比べ、コンパクトな構成により達成される。
よって、その分、上記した車体の効果的な変形防止は、簡単な構成で、質量が大きくなることを回避しつつ達成できることから、車体の生産性が向上して、その生産コストを安価にすることができる。
図3の部分拡大図である。 車両の簡略側面図である。 車両の簡略平面図である。 図1のIV−IV線矢視拡大断面図である。
本発明の車両の車体下部構造に関し、側突時の衝撃力による車体の変形や車両走行時の車体の変形を効果的に防止できるようにし、かつ、このようにした場合でも、車体の生産性を向上させることができるようにする、という目的を実現するため、本発明を実施するための形態は、次の如くである。
即ち、車両の車体下部構造は、車体の前後方向に延びて互いに結合される左右サイドメンバと、これら左右サイドメンバのそれぞれ外側方に配置される車体の左右側壁と、これら各側壁のそれぞれ下端縁部に形成されて車体の前後方向に延び、上記各サイドメンバに結合される左右ロッカと、上記各側壁のそれぞれ前後方向の中途部を構成し、上記各ロッカの長手方向の中途部から上方に延びる左右センタピラーと、車体の前後方向に延びて車体の幅方向の中央側に配置される車体の骨格部材と上記各ロッカとを互いに結合するブレースとを備える。
車体の幅方向に延び、上記左右ロッカの上記各中途部を互いに結合するクロスフレームが設けられると共に、上記各サイドメンバとクロスフレームとはそれぞれその交差部で互いに結合される。車体の左右各側部で、上記ブレースは、上記交差部から車体の前方かつ外側方に延びてこの交差部と上記ロッカの前部側とを互いに結合する前部ブレースと、上記交差部から車体の後方かつ外側方に延びてこの交差部と上記ロッカの後部側とを互いに結合する後部ブレースとを有している。
本発明をより詳細に説明するために、その実施例を添付の図に従って説明する。
図において、符号1は、自動車で例示される車両であり、矢印Frは、この車両1の進行方向の前方を示している。また、下記する左右とは、車両1の車体2の前方に向かっての車体2の幅方向をいうものとする。
上記車両1は、上記車体2と、この車体2に懸架されて車体2を走行路面3上に支持するそれぞれ左右一対の前、後車輪4,5とを備え、左右前車輪4,4が車両1の旋回用の操向車輪とされる。上記車体2は板金製で、この車体2は、その下部を構成してこの車体2の骨格部材を構成する車体フレーム8と、この車体フレーム8上に支持され、内部が車室9とされる車体本体10とを備え、上記車体フレーム8に上記各車輪4,5が懸架される。上記車両1は、車体2の幅方向の中央を通り車体2の前後方向に延びる車体中心線11を基準として左右対称形とされる。
上記車体フレーム8は、車体2の幅方向で互いに離れ、かつ、車体2の前後方向に延びる左右サイドメンバ13,13と、これら左右サイドメンバ13,13の前、後端部同士、および後部の長手方向における中途部同士を互いに結合する前、後、中途部クロスメンバ14,15,16とを有している。
上記車体2の車体本体10は、上記車室9の左右側面を形成し、上記左右サイドメンバ13,13のそれぞれ外側方に少し離れて配置される左右側壁19,19を有している。これら各側壁19のそれぞれ下端縁部に車体2の前後方向に延びる左右ロッカ20,20が形成される。これら各ロッカ20は、その長手方向の各部が中空閉断面構造とされて十分に高い剛性を有し、これにより、これら各ロッカ20は車体2の骨格部材を構成している。
上記各サイドメンバ13と各ロッカ20とは上下方向で互いにほぼ同位置に配置される。車体2の左右各側部において、上記ロッカ20の前端部は、トルクボックスといわれる前結合材21により上記サイドメンバ13の前部に結合される。また、上記ロッカ20の後端部は、ガセットといわれる後結合材22により上記サイドメンバ13の後部に結合される。
上記各側壁19の前、後部にそれぞれ車室9の内外を連通させる前、後ドア開口25,26が形成される。上記各側壁19のそれぞれ前後方向の中途部には、上記前、後ドア開口25,26を仕切るよう上記各ロッカ20の長手方向の中途部20aから上方に一体的に延びる左右センタピラー27,27が形成される。これら各センタピラー27は、その長手方向の各部が中空閉断面構造とされて十分に高い剛性を有し、これにより、これら各センタピラー27は車体2の骨格部材を構成している。
車体2の車体本体10は、上記車体フレーム8の上面、かつ、左右各ロッカ20の内側面に結合されて、上記車室9の下面を形成するフロアパネル30と、上記左右側壁19,19の各上端縁部に架設されて、上記車室9の上面を形成するルーフパネル31とを有している。
上記フロアパネル30は、その前後方向の中途部に後上り状に屈曲するパネル屈曲部33を有し、このパネル屈曲部33よりも前側の前部フロアパネル34から見て、後側の後部フロアパネル35は上り段差となるよう形成される。上記パネル屈曲部33は、上記各センタピラー27よりも少し後方に位置して上記左右ロッカ20,20に架設され、高剛性部とされる。また、上記前部フロアパネル34の車体2の幅方向の中央部には、上方に向かって膨出するよう形成され、車体2の前後方向に長く延びて、その後端部が上記パネル屈曲部33に一体的に結合されるフロアトンネル36が形成される。このフロアトンネル36は、十分に高い剛性を有して車体2の骨格部材を構成し、その後部は上記パネル屈曲部33を補強して、このパネル屈曲部33の剛性を、より向上させている。
車体2の幅方向に延び、上記左右ロッカ20,20とフロアトンネル36とをそれぞれ互いに結合する左右前クロスフレーム39,39が設けられる。上記各サイドメンバ13と各前クロスフレーム39とのそれぞれ長手方向の中途部は、車体2の平面視(図1、図3)で互いに直交状に交差している。そして、この交差部40で、上記各サイドメンバ13と各前クロスフレーム39とは上記フロアパネル30の前部フロアパネル34の一部を挟んで互いに強固に結合される。
上記左右前クロスフレーム39,39の後方で、車体2の幅方向の全体にわたって延び、上記左右ロッカ20,20の上記各中途部20aとフロアトンネル36の後部とを互いに結合する後クロスフレーム42が設けられる。上記各サイドメンバ13と上記後クロスフレーム42とのそれぞれ長手方向の中途部は、車体2の平面視(図1、図3)で互いに直交状に交差している。そして、この交差部43で、上記各サイドメンバ13と後クロスフレーム42とは上記フロアパネル30の前部フロアパネル34の一部を挟んで互いに強固に結合される。
上記後クロスフレーム42は、その長手方向の各端部側を構成し、上記左右ロッカ20,20とフロアトンネル36とをそれぞれ互いに結合すると共に上記フロアパネル30の前部フロアパネル34の上面に結合される左右フレーム本体44,44と、上記フロアトンネル36を跨ぐように車体2の幅方向に延び,その各端部が上記前部フロアパネル34の下面に締結具45により結合されるフレーム連結材46とを有している。この場合、車体2の平面視(図1)で、上記各フレーム本体44における上記フロアトンネル36側の端部と上記フレーム連結材46の各端部とは重なるよう配置されている。
車体2の左右各側部において、上記車体2の幅方向の中央側に配置される車体2の骨格部材である上記サイドメンバ13と上記ロッカ20とを互いに結合するブレース49が設けられる。このブレース49は、上記交差部43から車体2の前方かつ外側方に直線的に延びてこの交差部43と上記ロッカ20の前部側とを結合する前部ブレース50と、上記交差部43から車体2の後方かつ外側方に直線的に延びてこの交差部43と上記ロッカ20の後部側とを互いに結合する後部ブレース51とを有している。
上記ロッカ20と交差部43とに対し、上記前、後部ブレース50,51の各端部はそれぞれ締結具52によって結合される。上記前部ブレース50の前端部は上記ロッカ20と前クロスフレーム39端部との結合部の近傍に配置される。一方、上記後部ブレース51の後端部は上記ロッカ20とフロアパネル30のパネル屈曲部33端部との結合部の後方に配置され、つまり、上記後部ブレース51は、上記フロアパネル30のうち、前、後部フロアパネル34,35に比べて明らかに高剛性部となる上記パネル屈曲部33を車体2の前後方向で跨ぐよう設けられる。また、上記前、後部ブレース50,51は、上記交差部43を基準として前後対称形とされるが、必ずしも対称形である必要はない。また、上記前、後部ブレース50,51の主体はパイプ材であるが、断面円形の中実棒であってもよい。
上記各前クロスフレーム39と後クロスフレーム42とにそれぞれ跨るよう左右一対のシートレール55,55が設けられる。これら各シートレール55は上記各前クロスフレーム39と後クロスフレーム42とにそれぞれ締結具56により支持される。上記各シートレール55に対し前後移動可能にフロントシート57が支持される。
上記構成によれば、車体2の幅方向に延び、上記左右ロッカ20,20の上記各中途部20aを互いに結合する後クロスフレーム42を設けると共に、上記各サイドメンバ13と後クロスフレーム42とをそれぞれその交差部43で互いに結合している。
このため、上記後クロスフレーム42は、上記各ロッカ20のそれぞれ長手方向の各部分のうち、上記センタピラー27の分岐部であって剛性がより高い左右中途部20a,20a同士を結合している。しかも、上記後クロスフレーム42の長手方向の中途部は、左右サイドメンバ13,13との各交差部43でこれら各サイドメンバ13と結合され、もって、上記各交差部43はそれぞれ高剛性部とされている。
また、上記構成によれば、車体2の左右各側部で、上記ブレース49が、上記交差部43から車体2の前方かつ外側方に延びてこの交差部43と上記ロッカ20の前部側とを互いに結合する前部ブレース50と、上記交差部43から車体2の後方かつ外側方に延びてこの交差部43と上記ロッカ20の後部側とを互いに結合する後部ブレース51とを有している。
このため、車体2の左右各側部において、上記ロッカ20、後クロスフレーム42、およびブレース49の前、後部ブレース50,51により、上記した高剛性部である交差部43を頂点とする一方、上記ロッカ20を底辺とした2つの直角三角形の組み合わせ構造に係る「高剛性体」が形成される。
よって、第1点として、車両1の側突時に、車体2下部の一側部におけるロッカ20に与えられる衝撃力は、上記後クロスフレーム42と、この後クロスフレーム42を含む上記「高剛性体」とを介し車体2下部の他側部に至るまでの幅方向の各部のそれぞれに対し、より確実に分散されて伝達され、これら各部の全体により上記衝撃力が強固に支持される。この結果、側突時の衝撃力による車体2の変形は、より効果的に防止される。
また、第2点として、図1で示すように、車両1の走行中に、例えば、車両1が前左方旋回Aするとき、その車体2には、上記車体中心線11回りの曲げモーメントMxが上記車輪4,5側から与えられがちとなって、上記サイドメンバ13に対しロッカ20が相対的に捩り変形しようとする。しかし、この場合には、上記ブレース49の前、後部ブレース50,51がそれぞれトーションバーとして働き、上記した捩り変形は直ちに、かつ、効果的に防止される。
ここで、前記したように、後クロスフレーム42は、各ロッカ20のそれぞれ長手方向の各部分のうち、上記センタピラー27の分岐分であって剛性がより高い左右中途部20a,20a同士を結合しており、このため、車体2下部における上記後クロスフレーム42周辺は捩れなどの変形が生じ難い高剛性部となっている。
このため、上記したように車両1が前左方旋回Aするとき、その車体2には、上記した後クロスフレーム42と車体中心線11との交点を通る垂直線60回りの曲げモーメントMzが上記車輪4,5側から与えられがちとなり、かつ、車体2の右側部のロッカ20は、その遠心力により、図1中一点鎖線で示すように、車体2の外側方に向かって凸の円弧形状となるよう変形しがちとなる。
そして、上記の場合には、サイドメンバ13に対しロッカ20は相対的に変位しようとするが、この際、特に、前記「高剛性体」におけるブレース49の前部ブレース50に直ちに引張応力Tの軸方向力が生じると同時に、後部ブレース51に圧縮応力Cの軸方向力が生じるなどして、上記相対的な変位の発生は直ちに、かつ、効果的に防止される。
なお、車両1の前右方旋回時にも、上記と同様の作用が生じる。
また、上記車両1が、その走行中に加減速したり、走行路面3の段差部を通過したりする場合にも、上記と同様な作用により、車体2の変形が防止される。
よって、上記第1、第2点によれば、車両1の旋回時などには、その車体2の各種変形が直ちに、かつ、効果的に防止されることから、特に、車両1の旋回操作の開始からこの車両1が旋回し始めるときの応答性が向上し、車両1への乗り心地が向上する。
また、前記したように、ブレース49の後部ブレース51は、上記フロアパネル30のうち、前、後部フロアパネル34,35に比べて明らかに高剛性部となる上記パネル屈曲部33を車体2の前後方向で跨ぐよう設けられる。
このため、車両1の側突時や走行時における車体2の各種変形時に、上記パネル屈曲部33に応力集中が生じようとすることは、上記後部ブレース51の有効利用による簡単な構成で効果的に防止される。よって、車両1の側突時や走行時に、車体2の上記パネル屈曲部33周りに大きい変形が生じることは効果的に防止される。
また、前記フロントシート57は、高剛性部とされる前クロスフレーム39と後クロスフレーム42とによって強固に支持されることから、上記フロントシート57への座り心地が向上し、これに伴い、車両1への乗り心地が更に向上する。
そして、上記した車体2の効果的な変形防止という効果は、高剛性部となるようにした上記サイドメンバ13と後クロスフレーム42との交差部43から、前、後方、かつ、それぞれ外側方に前、後部ブレース50,51を延出し、その各延出端部を上記ロッカ20に結合することにより達成され、つまり、上記した車体2の効果的な変形防止は、従来の技術に比べ、コンパクトな構成により達成される。
よって、その分、上記した車体2の効果的な変形防止は、簡単な構成で、質量が大きくなることを回避しつつ達成できることから、車体2の生産性が向上して、その生産コストを安価にすることができる。
1 車両
2 車体
3 走行路面
4 車輪
5 車輪
11 車体中心線
13 サイドメンバ
19 側壁
20 ロッカ
20a 中途部
27 センタピラー
30 フロアパネル
31 ルーフパネル
33 パネル屈曲部
34 前部フロアパネル
35 後部フロアパネル
36 フロアトンネル
39 前クロスフレーム
40 交差部
42 クロスフレーム(後クロスフレーム)
43 交差部
44 フレーム本体
45 締結具
46 フレーム連結材
49 ブレース
50 前部ブレース
51 後部ブレース
52 締結具
55 シートレール
56 締結具
57 フロントシート
60 垂直線
A 前左方旋回
C 圧縮応力
T 引張応力

Claims (1)

  1. 車体の前後方向に延びて互いに結合される左右サイドメンバと、これら左右サイドメンバのそれぞれ外側方に配置される車体の左右側壁と、これら各側壁のそれぞれ下端縁部に形成されて車体の前後方向に延び、上記各サイドメンバに結合される左右ロッカと、上記各側壁のそれぞれ前後方向の中途部を構成し、上記各ロッカの長手方向の中途部から上方に延びる左右センタピラーと、車体の前後方向に延びて車体の幅方向の中央側に配置される車体の骨格部材と上記各ロッカとを互いに結合するブレースとを備えた車両の車体下部構造において、
    車体の幅方向に延び、上記左右ロッカの上記各中途部を互いに結合するクロスフレームを設けると共に、上記各サイドメンバとクロスフレームとをそれぞれその交差部で互いに結合し、
    車体の左右各側部で、上記ブレースが、上記交差部から車体の前方かつ外側方に延びてこの交差部と上記ロッカの前部側とを互いに結合する前部ブレースと、上記交差部から車体の後方かつ外側方に延びてこの交差部と上記ロッカの後部側とを互いに結合する後部ブレースとを有したことを特徴とする車両の車体下部構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016132400A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 マツダ株式会社 車両の下部車体構造

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