JP2015189255A - 自動車の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロントピラーアッパーおよびルーフサイドレールを一体化した上部部材の強度を高める。【解決手段】 フロントピラーアッパー１６ａおよびルーフサイドレール１６ｂを一体に備える上部部材１６は、長手方向に一定断面を有する金属中空管で構成される。上部部材１６の断面形状は、多角形断面の本体部５９と、本体部５９の下面に連続する該本体部５９よりも小断面の補強部６０とを備えるので、前面衝突の衝突荷重で上部部材１６に低荷重が加わったときに、曲げ方向内側に位置する補強部６０が圧縮荷重を効率的に支持することで上部部材１６の曲げ強度を高めることができ、また高荷重が加わったときには多角形断面の本体部５９が稜線ａにおいて上下方向に潰れて荷重を吸収することができる。【選択図】 図５

Description

本発明は、長手方向に一定断面を有する金属中空管でフロントピラーアッパーおよびルーフサイドレールを一体に備える上部部材を構成する自動車の車体構造に関する。

フロントピラーアッパー、ルーフサイドレール、リヤピラー、ルーフアーチ等を一体に備えるＦＲＰ製の上部車体の下部に埋設した金属部材と、フロア、サイドシル、ダッシュパネルロア等を一体に備えるＦＲＰ製の下部車体の上部に埋設した金属部材とを締結することで車体を組み立てるものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１２−１６２０９８号公報

ところで、ＦＲＰ製の車体に前面衝突の衝突荷重が入力すると、フロントピラーアッパーの上端がルーフサイドレールの前端に連続する部分に大きな曲げ荷重が作用するが、ＦＲＰ製の部材は引張荷重には強いが圧縮荷重には弱いため、曲げ変形により大きな圧縮荷重が作用するフロントピラーアッパーの下面において破壊が発生する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、フロントピラーアッパーおよびルーフサイドレールを一体化した上部部材の強度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、長手方向に一定断面を有する金属中空管でフロントピラーアッパーおよびルーフサイドレールを一体に備える上部部材を構成する自動車の車体構造であって、前記上部部材は、多角形断面の本体部と、前記本体部の下面に連続する該本体部よりも小断面の補強部と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、前記上部部材を支持するジョイント部材は、前記補強部が嵌合する溝部と、前記溝部の両側に連続する二つの第１接合面とを備え、前記本体部の二つの第２接合面が前記二つの第１接合面に当接して接合され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１または請求項２の構成に加えて、前記補強部は断面三角形であ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１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記本体部は断面六角形であ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２の構成に加えて、前記ジョイント部材は、フロントピラーロアの上壁あるいはリヤピラーの上壁に当接して長孔を介して前後位置調節自在にボルトで締結されるとともに、前記フロントピラーロアの後面あるいは前記リヤピラーの前面に当接して接着され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、前記ジョイント部材は、略前後方向に延びて前記上部部材を支持する上部部材支持部と、略上下方向に延びて前記フロントピラーロアの後面あるいは前記リヤピラーの前面に接着されるピラー接着部とを備えるＴ字状の部材であり、前記ピラー接着部の接着面は下端側が前後方向内側に傾斜するとともに、前記フロントピラーロアあるいは前記リヤピラーの接着面は上端側が前後方向外側に傾斜することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態の前部ジョイント部材６１および後部ジョイント部材６４は本発明のジョイント部材に対応する。

請求項１の構成によれば、フロントピラーアッパーおよびルーフサイドレールを一体に備える上部部材は、長手方向に一定断面を有する金属中空管で構成される。上部部材は、多角形断面の本体部と、本体部の下面に連続する該本体部よりも小断面の補強部とを備えるので、前面衝突の衝突荷重で上部部材に低荷重が加わったときに、曲げ方向内側に位置する補強部が圧縮荷重を効率的に支持することで上部部材の曲げ強度を高めることができ、また高荷重が加わったときには多角形断面の本体部が稜線において上下方向に潰れて荷重を吸収することができる。

また請求項２の構成によれば、上部部材を支持するジョイント部材は、補強部が嵌合する溝部と、溝部の両側に連続する二つの第１接合面とを備え、本体部の二つの第２接合面が二つの第１接合面に当接して接合されるので、補強部および溝部の嵌合により上部部材に対して上部部材を容易に位置決めすることができるだけでなく、第１接合面および第２接合面を密着させてジョイント部材および上部部材を強固に接合することができる。

また請求項３の構成によれば、補強部は断面三角形であるので、補強部をジョイント部材の溝部に嵌合する作業が容易になる。

また請求項４の構成によれば、本体部は断面六角形であるので、その平坦面にルーフパネルやドアを沿わせることができる。

また請求項５の構成によれば、ジョイント部材は、フロントピラーロアの上面あるいはリヤピラーの上面に当接して長孔を介して前後位置調節自在にボルトで締結されるとともに、フロントピラーロアの後面あるいはリヤピラーの前面に当接して接着されるので、フロントピラーロアおよびリヤピラー間の距離のばらつきや上部部材の長さのばらつきを吸収して組み付け性を高めるとともに、前後方向の荷重が入力したときにボルトが長孔に沿って滑ることで衝撃吸収性能を発揮させることができる。

また請求項６の構成によれば、ジョイント部材は、略前後方向に延びて上部部材を支持する上部部材支持部と、略上下方向に延びてフロントピラーロアの後面あるいはリヤピラーの前面に接着されるピラー接着部とを備えるＴ字状の部材であるので、その上部部材支持部に上部部材を強固に支持することができるだけでなく、ピラー接着部の接着面は下端側が前後方向内側に傾斜するとともに、フロントピラーロアあるいはリヤピラーの接着面は上端側が前後方向外側に傾斜するので、上部部材からジョイント部材に下向きの荷重が加わったときに、その荷重をジョイント部材からフロントピラーロアあるいはリヤピラーに効率的に伝達して支持することができる。

自動車の車体フレームの斜め前方から見た斜視図。 自動車の車体フレームの斜め後方から見た斜視図。 図１の３方向矢視図。 図３の４Ａ方向および４Ｂ方向矢視図。 図２の５部拡大図。 図２の６部拡大図。 図５の７方向矢視図。 図６の８方向矢視図。

以下、図１〜図８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〜図４に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）を主たる材料とする自動車の車体フレームは、車体フロア１１と、車体フロア１１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１２，１２と、左右のサイドシル１２，１２の前端から前上方に起立する左右一対のフロントピラーロア１３，１３と、左右のサイドシル１２，１２の後端から後上方に起立する左右一対のリヤピラー１４，１４と、左右のサイドシル１２，１２の前後方向中間部から上方に起立する左右一対のセンターピラー１５，１５と、左右のフロントピラーロア１３，１３の上端から左右のセンターピラー１５，１５の上端を経由して左右のリヤピラー１４，１４の上端に延びる左右一対の上部部材１６，１６とを備える。上部部材１６は、前半部がフロントピラーアッパー１６ａを構成し、後半部がルーフサイドレール１６ｂを構成する。そして左右のセンターピラー１５，１５の上端間がルーフアーチ２４で接合される。

車体フロア１１の前端と左右のフロントピラーロア１３，１３の前面とに平板状のダッシュパネルロア１７が接合され、車体フロア１１の後端と左右のリヤピラー１４，１４の後面とに平板状の後部隔壁１８が接合され、 後部隔壁１８の後端からリヤパーシェル１９が後方に水平に延出する。車体フロア１１の前端に左右一対のアルミニウム合金製の取付台座２０，２０が固定され、取付台座２０，２０の前端に左右一対のアルミニウム合金製のフロントサイドフレーム２１，２１の後端が固定される。

車体フロア１１の下壁の後端から左右一対のリヤサイドフレーム２２，２２が後方に延びており、リヤピラー１４，１４およびリヤサイドフレーム２２，２２が左右一対のリヤホイールハウスインナー２３，２３で接合される。車体フロア１１の上壁の後端は後部隔壁１８の位置で終わっており、後部隔壁１８の後方には車体フロア１１の上壁とは別部材の後部フロア４４が配置され、後部隔壁１８よりも後方に延びる車体フロア１１の下壁と後部フロア４４とにより閉断面を有するリヤサイドフレーム２２，２２が構成される。そして後部フロア４４の上方に荷室４５が区画される。

図２、図３、図５および図７に示すように、フロントピラーアッパー１６ａおよびルーフサイドレール１６ｂを一体化した上部部材１６は、長手方向に一定断面を有するアルミニウム合金の押し出し材で構成されるもので、その断面形状は六角形の本体部５９と、本体部５９の下側の一辺から下向きに突出する三角形の補強部６０とを備える。本体部５９は補強部６０の両側に連続する一対の第２接合面５９ａ，５９ａを備えており、一対の第２接合面５９ａ，５９ａは上方に向かってＶ字状に拡開する。

上部部材１６の前半部を構成するフロントピラーアッパー１６ａの前端部は、フロントピラーロア１３の上壁１３ａにアルミニウム合金製の前部ジョイント部材６１を介して固定される。前部ジョイント部材６１は、略前後方向に延びる上部部材支持部６１ａと、上部部材支持部６１ａの下面から略下方に延びるピラー接着部６１ｂとを備える側面視でＴ字状の部材であり、上部部材支持部６１ａの上面には前後方向に延びる断面四角形の溝よりなる溝部６１ｃと、溝部６１ｃの開口端から上方に向かってＶ字状に拡開する一対の第１接合面６１ｄ，６１ｄとが形成される。

フロントピラーアッパー１６ａの前端部は、補強部６０が前部ジョイント部材６１の溝部６１ｃに上方から嵌合し、かつ本体部５９の一対の第２接合面５９ａ，５９ａが前部ジョイント部材６１の一対の第１接合面６１ｄ，６１ｄに上方から密着した状態で、ＭＩＧ溶接Ｗにより接合される。

前部ジョイント部材６１の上部部材支持部６１ａの前端部には、前後方向に長い左右一対の長孔６１ｅ，６１ｅが上下方向に貫通しており、長孔６１ｅ，６１ｅの上端には、それよりも大径の凹部６１ｆ，６１ｆが形成される。一方、前部ジョイント部材６１の上部部材支持部６１ａの前端部が当接するフロントピラーロア１３の上壁１３ａには２個のナット６２，６２が埋設されており、長孔６１ｅ，６１ｅを貫通する２本のボルト６３，６３がナット６２，６２に螺合することで、前部ジョイント部材６１がフロントピラーロア１３に締結される。このとき、ボルト６３，６３の頭部は外部に突出しないように前部ジョイント部材６１の凹部６１ｆ，６１ｆ内に収納される。

前部ジョイント部材６１のピラー接着部６１ｂは下方に向かって前後方向幅が減少するようにテーパーしており、その前面を構成する接着面６１ｇがフロントピラーロア１３の後面を構成する接着面１３ｂに接着Ｇにより接合される。このとき、両接着面６１ｇ，１３ｂは側面視で前上方から後下方に傾斜している。

図２、図３、図６および図８に示すように、上部部材１６の後半部を構成するルーフサイドレール１６ｂの後端部は、リヤピラー１４の上壁１４ａにアルミニウム合金製の後部ジョイント部材６４を介して固定される。後部ジョイント部材６４自体の構造と、それをリヤピラー１４の上壁１４ａおよびルーフサイドレール１６ｂに固定する構造とは、既に説明した前部ジョイント部材６１自体の構造と、それをフロントピラーロア１３の上壁１３ａおよびフロントピラーアッパー１６ａに固定する構造と実質的に同じであるため、その重複する説明は省略する。

尚、前部ジョイント部材６１の上部部材支持部６１ａ、ピラー接着部６１ｂ、溝部６１ｃ、第１接合面６１ｄ、長孔６１ｅ、凹部６１ｆおよび接着面６１ｇは、それぞれ後部ジョイント部材６４の上部部材支持部６４ａ、ピラー接着部６４ｂ、溝部６４ｃ、第１接合面６４ｄ、長孔６４ｅ、凹部６４ｆおよび接着面６４に対応し、フロントピラーロア１３の上壁１３ａおよび接着面１３ｂは、それぞれリヤピラー１４の上壁１４ａおよび接着面１４ｂに対応する。

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。

前面衝突の衝突荷重がフロントピラーロア１３に入力すると、その衝突荷重は前部ジョイント部材６１を介してフロントピラーアッパー１６ａに伝達されるが、フロントピラーアッパー１６ａおよびルーフサイドレール１６ｂを一体化した上部部材１６は上向きに凸に湾曲しているため、衝突荷重により上部部材１６は更に湾曲するように変形し、特に変形が大きいフロントピラーアッパー１６ａの後部では上面に強い引張荷重が作用して下面に強い圧縮荷重が作用する。

仮に上部部材１６が圧縮荷重に弱いＣＦＲＰ製である場合には、圧縮荷重が作用する下面から破壊する可能性があるが、本実施の形態では上部部材１６をアルミニウム合金の押し出し材よりなる中空管で構成するとともに、その本体部５９の下面に補強部６０を突設したので、圧縮荷重を補強部６０で効果的に支持して上部部材１６の破壊を防止することができる。更に大きい衝突荷重が入力した場合には、図２の円内に鎖線で示すように、六角形断面の本体部５９が車幅方向に離間する一対の稜線ａ，ａで上下方向に潰れることで、衝突エネルギーを吸収することができる。

また上部部材１６のフロントピラーアッパー１６ａの前端を前部ジョイント部材６１に接合する際に、前部ジョイント部材６１は、フロントピラーアッパー１６ａの補強部６０が嵌合する溝部６１ｃと、溝部６１ｃの両側に連続する二つの第１接合面６１ｄ，６１ｄとを備え、本体部５９の二つの第２接合面５９ａ，５９ａが二つの第１接合面６１ｄ，６１ｄに当接して溶接Ｗされるので、補強部６０および溝部６１ｃの嵌合により前部ジョイント部材６１に対してフロントピラーアッパー１６ａを容易に位置決めすることができるだけでなく、第１接合面６１ｄ，６１ｄおよび第２接合面５９ａ，５９ａを密着させて前部ジョイント部材６１およびフロントピラーアッパー１６ａを強固に溶接Ｗすることができる。

特に、補強部６０は下向きに尖った三角形断面であるので、補強部６０を前部ジョイント部材６１の溝部６１ｃに嵌合する際に、補強部６０がガイドの機能を果たすことで作業性が向上する。また本体部５９は断面六角形であるので、図２の円内に示すように、本体部５９の平坦面にルーフパネル６５やドア６６を沿わせることができる。

またフロントピラーロア１３の上端およびリヤピラー１４の上端間の距離には製造上の寸法誤差があり、上部部材１６の長さにも製造上の寸法誤差があるが、予め上部部材１６に固定した前部ジョイント部材６１をフロントピラーロア１３の上壁１３ａにボルト６３，６３で締結するときに、長孔６１ｅ，６１ｅの範囲内で前部ジョイント部材６１の前後位置を調整することができるので、前記寸法誤差を吸収して組み付け性を高めることができる。しかも前面衝突の衝突荷重が入力したときに、ボルト６３，６３が長孔６１ｅ，６１ｅに沿って滑ることで、衝撃吸収性能を発揮させることができる。

以上、前部ジョイント部材６１、フロントピラーアッパー１６ａおよびフロントピラーロア１３の接合部の構造および作用を中心に説明したが、後部ジョイント部材６４、ルーフサイドレール１６ｂおよびリヤピラー１４の接合部の構造および作用も同様である。

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、上部部材１６の本体部５９の断面形状は六角形に限定されるものではなく、補強部６０の断面形状は三角形に限定されるものではない。

１３ フロントピラーロア
１３ａ 上壁
１３ｂ 接着面
１４ リヤピラー
１４ａ 上壁
１４ｂ 接着面
１６ 上部部材
１６ａ フロントピラーアッパー
１６ｂ ルーフサイドレール
５９ 本体部
５９ａ 第２接合面
６０ 補強部
６１ 前部ジョイント部材（ジョイント部材）
６１ａ 上部部材支持部
６１ｂ ピラー接着部
６１ｃ 溝部
６１ｄ 第１接合面
６１ｅ 長孔
６１ｇ 接着面
６３ ボルト
６４ 後部ジョイント部材（ジョイント部材）
６４ａ 上部部材支持部
６４ｂ ピラー接着部
６４ｃ 溝部
６４ｄ 第１接合面
６４ｅ 長孔
６４ｇ 接着面

Claims (6)

1. 長手方向に一定断面を有する金属中空管でフロントピラーアッパー（１６ａ）およびルーフサイドレール（１６ｂ）を一体に備える上部部材（１６）を構成する自動車の車体構造であって、
   前記上部部材（１６）は、多角形断面の本体部（５９）と、前記本体部（５９）の下面に連続する該本体部（５９）よりも小断面の補強部（６０）とを備えることを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記上部部材（１６）を支持するジョイント部材（６１，６４）は、前記補強部（６０）が嵌合する溝部（６１ｃ，６４ｃ）と、前記溝部（６１ｃ，６４ｃ）の両側に連続する二つの第１接合面（６１ｄ，６４ｄ）とを備え、前記本体部（５９）の二つの第２接合面（５９ａ）が前記二つの第１接合面（６１ｄ，６４ｄ）に当接して接合され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. 前記補強部（６０）は断面三角形であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記本体部（５９）は断面六角形であることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
5. 前記ジョイント部材（６１，６４）は、フロントピラーロア（１３）の上壁（１３ａ）あるいはリヤピラー（１４）の上壁（１４ａ）に当接して長孔（６１ｅ，６４ｅ）を介して前後位置調節自在にボルト（６３）で締結されるとともに、前記フロントピラーロア（１３）の後面あるいは前記リヤピラー（１４）の前面に当接して接着され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。
6. 前記ジョイント部材（６１，６４）は、略前後方向に延びて前記上部部材（１６）を支持する上部部材支持部（６１ａ，６４ａ）と、略上下方向に延びて前記フロントピラーロア（１３）の後面あるいは前記リヤピラー（１４）の前面に接着されるピラー接着部（６１ｂ，６４ｂ）とを備えるＴ字状の部材であり、前記ピラー接着部（６１ｂ，６４ｂ）の接着面（６１ｇ，６４ｇ）は下端側が前後方向内側に傾斜するとともに、前記フロントピラーロア（１３）あるいは前記リヤピラー（１４）の接着面（１３ｂ，１４ｂ）は上端側が前後方向外側に傾斜することを特徴とする、請求項５に記載の自動車の車体構造。

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