JP2015063208A - 自動車の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車のサイドシルに柱状物が側面衝突したときのエネルギー吸収性能を高める。
【解決手段】 ＦＲＰ製のフロアパネル１２の車幅方向外端にＦＲＰ製の中空閉断面のサイドシル１３を接続し、サイドシル１３の内部にエネルギー吸収部材２５，２６を配置する。サイドシル１３の車幅方向外面に前後方向に延びる金属製の中空閉断面の荷重伝達部材２８を配置したので、柱状物３６との側面衝突により荷重伝達部材２８に局所的な衝突荷重が入力した場合でも、延性を有する荷重伝達部材２８が曲げ変形することで衝突荷重をサイドシル１３の前後方向の広い範囲に伝達して効率的にエネルギー吸収することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＦＲＰ製のフロアパネルの車幅方向外端にＦＲＰ製の中空閉断面のサイドシルを接続し、前記サイドシルの内部にエネルギー吸収部材を配置した自動車の車体構造に関する。

フロアパネル、ロッカ（サイドシル）、フロントピラーロア、ダッシュパネルロア、リヤピラー等を有する自動車の車体をＣＦＲＰで一体に成形し、サイドシルの内部に波型のエネルギー吸収部材を配置することで、サイドシルに入力する側面衝突の衝突荷重を吸収するものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４８４００７２号公報

ところで、路面に立設したポール等の柱状物がＣＦＲＰ製のサイドシルに側面衝突した場合、サイドシルの車幅方向外壁に集中的な大荷重が入力するため、車幅方向外壁のＣＦＲＰを高強度に設定しても前記集中的な大荷重に耐えきれず、柱状物が衝突した部分が局部的に破断する可能性がある。このように、サイドシルの車幅方向外壁が局部的に破断すると、その内側のエネルギー吸収部材の広い範囲に衝突エネルギーを効率的に伝達することができず、エネルギー吸収部材やサイドシルの車幅方向内壁も局部的に破断して柱状物がフロアパネルに嵌入する虞がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、自動車のサイドシルに柱状物が側面衝突したときのエネルギー吸収性能を高め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、ＦＲＰ製のフロアパネルの車幅方向外端にＦＲＰ製の中空閉断面のサイドシルを接続し、前記サイドシルの内部にエネルギー吸収部材を配置した自動車の車体構造であって、前記サイドシルの車幅方向外面に前後方向に延びる金属製の中空閉断面の荷重伝達部材を配置したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

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、前記荷重伝達部材は、車幅方向外壁および車幅方向内壁を接続する水平壁を備えることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

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、前記サイドシルの内部は水平な隔壁によって上部空間および下部空間に区画されており、前記水平壁は前記隔壁と高さ方向に整列することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記エネルギー吸収部材は、前記上部空間および前記下部空間にそれぞれ配置された波板状の部材からなることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

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、前記荷重伝達部材は前記サイドシルの全長に亙って配置され、センターピラーの少なくとも下部を構成するアルミニウム鋳物製のセンターピラーロアで前記荷重伝達部材の車幅方向外壁を覆ったことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

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、前記サイドシルの上方に位置するドアの内部に配置したドアビームの下端を、側面視で前記荷重伝達部材にオーバラップさせたことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態の上部エネルギー吸収部材２５および下部エネルギー吸収部材２６は本発明のエネルギー吸収部材に対応し、実施の形態のフロントドア３１およびリヤドア３３は本発明のドアに対応する。

請求項１の構成によれば、ＦＲＰ製のフロアパネルの車幅方向外端にＦＲＰ製の中空閉断面のサイドシルを接続し、サイドシルの内部にエネルギー吸収部材を配置する。サイドシルの車幅方向外面に前後方向に延びる金属製の中空閉断面の荷重伝達部材を配置したので、柱状物との側面衝突により荷重伝達部材に局所的な衝突荷重が入力した場合でも、延性を有する荷重伝達部材が曲げ変形することで衝突荷重をサイドシルの前後方向の広い範囲に伝達して効率的にエネルギー吸収することができる。

また請求項２の構成によれば、荷重伝達部材は、車幅方向外壁および車幅方向内壁を接続する水平壁を備えるので、荷重伝達部材の強度を高めて衝突荷重を一層効率的にサイドシルに伝達することができる。

また請求項３の構成によれば、サイドシルの内部は水平な隔壁によって上部空間および下部空間に区画されており、水平壁は隔壁と高さ方向に整列するので、荷重伝達部材に入力した局所的な衝突荷重を一層効率的にサイドシルに伝達することができる。

また請求項４の構成によれば、エネルギー吸収部材は、上部空間および下部空間にそれぞれ配置された波板状の部材からなるので、衝突荷重により波板状の部材が圧壊して大きなエネルギー吸収効果を発揮することができる。

また請求項５の構成によれば、荷重伝達部材はサイドシルの全長に亙って配置され、センターピラーの少なくとも下部を構成するアルミニウム鋳物製のセンターピラーロアで荷重伝達部材の車幅方向外壁を覆ったので、センターピラーの下部に入力した側面衝突の衝突荷重を強度の高いセンターピラーロアを介して荷重伝達部材に伝達することで、センターピラーの車室内への移動を阻止することができる。

また請求項６の構成によれば、サイドシルの上方に位置するドアの内部に配置したドアビームの下端を、側面視で荷重伝達部材にオーバラップさせたので、ドアに入力した側面衝突の衝突荷重をドアビームを介して荷重伝達部材に伝達することで、ドアの車室内への移動を阻止することができる。

ＣＦＲＰ製の自動車車体の平面図。 図１の２方向矢視図。 図１の３−３線断面図。 図２の４−４線断面図。 図２の５方向矢視図。 柱状物との側面衝突時の作用説明図。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１および図２に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）で一体に成形されたバスタブ状のキャビン１１は、フロアパネル１２と、フロアパネル１２の左右両側部に沿って前後方向に延びる左右一対のサイドシル１３，１３と、左右のサイドシル１３，１３の前端から起立する左右一対のフロントピラーロア１４，１４と、フロアパネル１２の前端および左右のフロントピラーロア１４，１４の前端を接続するダッシュパネルロア１５と、ダッシュパネルロア１５の後面からフロアパネル１２の車幅方向中央部を後方に延びるフロアトンネル１６と、左右のサイドシル１３，１３の前後方向中間部から起立する左右一対のセンターピラー１７，１７と、左右のサイドシル１３，１３の後端から起立する左右一対のリヤピラー１８，１８と、左右のフロントピラーロア１４，１４の上端から後上方に延びる左右一対のフロントピラーアッパー１９，１９と、左右のフロントピラーアッパー１９，１９の後端から後方に延び、左右のセンターピラー１７，１７の上端を経て左右のリヤピラー１８，１８の上端に接続するルーフサイドレール２０，２０とを備える。

図３〜図５に示すように、キャビン１１は、車体外側に位置するアウタースキン２１と車体内側に位置するインナースキン２２とを、それらの外周に形成した接合フランジ２１ａ，２２ａ（図４参照）で接合した中空構造であり、フロアパネル１２およびダッシュパネルロア１５はアウタースキン２１およびインナースキン２２間に挟まれた波板状のコア材２３を備える。

サイドシル１３は、アウタースキン２１で構成された下壁１３ａと、インナースキン２２で構成された側壁１３ｂ、上壁１３ｃおよび側壁１３ｄとを備えており、一対の側壁１３ｂ，１３間を接続するＣＦＲＰ製の隔壁２４で上下に仕切られる。サイドシル１３の隔壁２４よりも上方の空間には、側面視でジグザグに屈曲するＣＦＲＰ製の上部エネルギー吸収部材２５が配置されるとともに、サイドシル１３の隔壁２４よりも下方の空間には、側面視でジグザグに屈曲するＣＦＲＰ製の下部エネルギー吸収部材２６が配置される。上部エネルギー吸収部材２５の上端はサイドシル１３の上壁１３ｃの下面に接続され、下端は隔壁２４の上面に接続される。また下部エネルギー吸収部材２６の上端は隔壁２４の下面に接続され、下端はサイドシル１３の下壁１３ａの上面に接続される。

サイドシル１３の隔壁２４よりも下方であってフロアパネル１２と接続する部分に、台形断面を有する金属パイプよりなる補強部材２７が、アウタースキン２１およびインナースキン２２間に挟まれるように配置される。またサイドシル１３の車幅方向外側の側壁１３ｄに、アルミニウム等の金属よりなる荷重伝達部材２８が接着により固定される。荷重伝達部材２８はサイドシル１３の全長に亙って配置されるもので、上壁２８ａ、下壁２８ｂ、車幅方向外壁２８ｃおよび車幅方向内壁２８ｄよりなる矩形状断面の内部に、車幅方向外壁２８ｃおよび車幅方向内壁２８ｄを水平方向に接続する水平壁２８ｅを配置した日字状断面を有する。荷重伝達部材２８の水平方向に延びる水平壁２８ｅは、サイドシル１３の水平方向に延びる隔壁２４と同じ高さに整列するように配置される。

センターピラー１７は、ＣＦＲＰ製のセンターピラーアッパー２９とアルミニウム鋳物製のセンターピラーロア３０とからなり、左右のセンターピラーアッパー２９，２９とルーフアーチ３５とが逆Ｕ字状に一体成形される。センターピラーロア３０は、車幅方向内側に向かって開放する凹部内に水平方向に延びる複数の補強リブ３０ａ…を備えるとともに、その下端に逆Ｕ字状断面のサイドシル嵌合部３０ｂと、逆Ｌ字状断面の荷重伝達部材嵌合部３０ｃとを備えており、サイドシル嵌合部３０ｂがサイドシル１３の上壁１３ｃおよび両側壁１３ｂ，１３ｄの上部に嵌合して接着され、荷重伝達部材嵌合部３０ｃが荷重伝達部材２８の上壁２８ａおよび車幅方向外壁２８ｃに嵌合して接着されることで、センターピラーロア３０がサイドシル１３に強固に接続される。

図２に示すように、サイドシル１３の前半部、フロントピラーロア１４、フロントピラーアッパー１９、ルーフサイドレール２０の前半部およびセンターピラー１７に囲まれたドア開口にフロントドア３１が配置されており、フロントドア３１の内部に前下りに装着されたドアビーム３２は、側面視で前端が荷重伝達部材２８の前端と重なり合い、後端がセンターピラーロア３０と重なり合う。またサイドシル１３の後半部、リヤピラー１８、ルーフサイドレール２０の後半部およびセンターピラー１７に囲まれたドア開口にリヤドア３３が配置されており、リヤドア３３の内部に前上りに装着されたドアビーム３４は、側面視で後端が荷重伝達部材２８の後端と重なり合い、前端がセンターピラーロア３０重なり合う。

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。

サイドシル１３に側面衝突の衝突荷重が入力すると、サイドシル１３の内部に配置された上部エネルギー吸収部材２５および下部エネルギー吸収部材２６が圧壊して衝突エネルギーの一部が吸収され、衝突エネルギーの残部はサイドシル１３からフロアパネル１２に分散されて吸収される。ただし、図６（Ｂ）に比較例として示すように、ポール、電柱あるいは立ち木等の柱状物３６との側面衝突によりサイドシル１３に集中的な衝突荷重が入力したような場合には、延性の低いＣＦＲＰ製のサイドシル１３が局部的に圧壊するため、上部エネルギー吸収部材２５および下部エネルギー吸収部材２６に衝突荷重を分散することができず、サイドシル１３が一気に破壊して柱状物３６が車室内に嵌入する可能性がある。

しかしながら、図６（Ａ）に実施の形態として示すように、ＣＦＲＰに比べて延性の高いアルミニウム等の金属よりなる荷重伝達部材２８をサイドシル１３の車幅方向外側の側壁１３ｄに沿って配置したので、柱状物３６との側面衝突により荷重伝達部材２８が車幅方向内側に向かって弧状に変形し、この荷重伝達部材２８に押されたサイドシル１３の上部エネルギー吸収部材２５および下部エネルギー吸収部材２６が広い範囲に亙って圧壊する。これにより、衝突エネルギーを効率的に吸収し、サイドシル１３の完全な破壊を阻止して柱状物３６が車室内に嵌入するのを防止することができる。

また荷重伝達部材２８は車幅方向外壁２８ｃおよび車幅方向内壁２８ｄを接続する水平壁２８ｅを備える中空閉断面の部材であるため、軽量でありながら高い強度を持ち、側面衝突の衝突荷重を一層効率的にサイドシル１３に伝達することができるだけでなく、荷重伝達部材２８の水平壁２８ｅは、サイドシル１３の内部を上部空間および下部空間に区画する水平な隔壁２４と高さ方向に整列するので、荷重伝達部材２８に入力した局所的な衝突荷重を一層効率的にサイドシル１３に伝達することができる。

しかもサイドシル１３の上部エネルギー吸収部材２５および下部エネルギー吸収部材２６は、隔壁２４で区画された上部空間および下部空間にそれぞれ配置された波板状の部材からなるので、衝突荷重により波板状の部材が圧壊して大きなエネルギー吸収効果を発揮することができる。

また荷重伝達部材２８はサイドシル１３の全長に亙って配置され、センターピラー１７下部を構成するアルミニウム鋳物製のセンターピラーロア３０で荷重伝達部材２８の車幅方向外壁２８ｃを覆ったので（図４参照）、センターピラー１７の下部に入力した側面衝突の衝突荷重を強度の高いセンターピラーロア３０を介して荷重伝達部材２８に伝達することで、センターピラー１７の車室内への移動を阻止することができる。

またサイドシル１３の上方に位置するフロントドア３１およびリヤドア３３の内部に配置したドアビーム３２，３４の一端側を側面視で荷重伝達部材２８にオーバラップさせるとともに、他端側を側面視でセンターピラーロア３０にオーバラップさせたので、フロントドア３１およびリヤドア３３に入力した側面衝突の衝突荷重をドアビーム３２，３４を介して荷重伝達部材２８およびセンターピラーロア３０に伝達することで、フロントドア３１およびリヤドア３３の車室内への移動を阻止することができる。

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、本発明のＦＲＰは実施の形態のＣＦＲＰに限定されず、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）等の他種のＦＲＰであっても良い。

また本発明のエネルギー吸収部材は実施の形態の波板状の上部エネルギー吸収部材２５および下部エネルギー吸収部材２６に限定されず、ハニカム材等の任意の構造のものを採用可能であり、かつ必ずしも二つの部材に分割されている必要はない。

また荷重伝達部材２８の材質はアルミニウムに限定されず、鉄等の他種の金属であっても良い。

１２ フロアパネル
１３ サイドシル
１７ センターピラー
２４ 隔壁
２５ 上部エネルギー吸収部材（エネルギー吸収部材）
２６ 下部エネルギー吸収部材（エネルギー吸収部材）
２８ 荷重伝達部材
２８ｃ 車幅方向外壁
２８ｄ 車幅方向内壁
２８ｅ 水平壁
３０ センターピラーロア
３１ フロントドア（ドア）
３２ ドアビーム
３３ リヤドア（ドア）
３４ ドアビーム

Claims (6)

1. ＦＲＰ製のフロアパネル（１２）の車幅方向外端にＦＲＰ製の中空閉断面のサイドシル（１３）を接続し、前記サイドシル（１３）の内部にエネルギー吸収部材（２５，２６）を配置した自動車の車体構造であって、
   前記サイドシル（１３）の車幅方向外面に前後方向に延びる金属製の中空閉断面の荷重伝達部材（２８）を配置したことを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記荷重伝達部材（２８）は、車幅方向外壁（２８ｃ）および車幅方向内壁（２８ｄ）を接続する水平壁（２８ｅ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。
3. 前記サイドシル（１３）の内部は水平な隔壁（２４）によって上部空間および下部空間に区画されており、前記水平壁（２８ｅ）は前記隔壁（２４）と高さ方向に整列することを特徴とする、請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記エネルギー吸収部材（２５，２６）は、前記上部空間および前記下部空間にそれぞれ配置された波板状の部材からなることを特徴とする、請求項３に記載の自動車の車体構造。
5. 前記荷重伝達部材（２８）は前記サイドシル（１３）の全長に亙って配置され、センターピラー（１７）の少なくとも下部を構成するアルミニウム鋳物製のセンターピラーロア（３０）で前記荷重伝達部材（２８）の車幅方向外壁（２８ｃ）を覆ったことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
6. 前記サイドシル（１３）の上方に位置するドア（３１，３３）の内部に配置したドアビーム（３２，３４）の下端を、側面視で前記荷重伝達部材（２８）にオーバラップさせたことを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の自動車の車体構造。

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