JP2015196388A - 自動車の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＦＲＰ製の車体の軽量化および強度を両立させながら車体後部に荷室を形成する。
【解決手段】 ＣＦＲＰ製の車体フロア１１の車幅方向外端に前後方向に配置したサイドシル１２と、サイドシル１２の前端から起立するフロントピラーロア１３と、サイドシル１２の後端から起立するリヤピラー１４とを側面視でＵ字状に形成し、左右のフロントピラーロア１３間をダッシュパネルロア１７で連結し、左右のリヤピラー１４間を後部隔壁１８で連結したので、車体フロア１１の周囲を取り囲むように補強して軽量な構造で車室の強度を高めることができるだけでなく、延長部１４ａを含むリヤピラー１４と後部フロア４４とを側部隔壁２３で連結し、後部フロア４４、後部隔壁１８および側部隔壁２３で荷室４５を区画したので、車体フロア１１の後方に荷室４５を容易に形成することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＦＲＰ製の車体フロアと、前記車体フロアの後方に連続するＣＦＲＰ製の後部フロアとを備える自動車の車体構造に関する。

金属製のシャーシに前後の車軸を弾性支持するスプリングストラットを設け、このスプリングストラットにＣＦＲＰ製のボディをボルトで取り付けるものが、下記特許文献１により公知である。

またＦＲＰ製の車体のクロスメンバをリヤパーティションの前面に配置し、クロスメンバとの間にリヤパーティションを挟むように金属製のブラケットを固定し、このブラケットに燃料タンクを支持するものが、下記特許文献２により公知である。

ＵＳ２０１３／０７６０６９ 特開２０１０−６４６９６号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、重量の大きい金属製のシャーシを有するため、ボディをＣＦＲＰ製としても軽量化に限界があるという問題があった。

また上記特許文献２に記載されたものは、金属製のブラケットに燃料タンクを支持することは可能であっても、それにサスペンション装置のダンパーを支持した場合には、ダンパーから入力する過大な荷重によってＦＲＰ製の車体が損傷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、ＣＦＲＰ製の車体の軽量化および強度を両立させながら車体後部に荷室を形成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、ＣＦＲＰ製の車体フロアと、前記車体フロアの後方に連続するＣＦＲＰ製の後部フロアとを備える自動車の車体構造であって、前記車体フロアの車幅方向外端に沿って前後方向に延びる左右のサイドシルと、前記左右のサイドシルの前端から起立する左右のフロントピラーロアと、前記左右のサイドシルの後端から起立する左右のリヤピラーとを側面視でＵ字状に形成し、前記左右のフロントピラーロア間をダッシュパネルロアで連結し、前記左右のリヤピラー間を後部隔壁で連結し、前記左右のリヤピラーの上端を後方に延長した左右の延長部を形成し、前記左右の延長部を含む前記左右のリヤピラーと前記後部フロアとを左右の側部隔壁で連結し、前記後部フロア、前記後部隔壁および前記左右の側部隔壁で荷室を区画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、前記車体フロアはアンダーフロアパネルおよびアッパーフロアパネルからなる中空部材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、前記車体フロアは前記サイドシルの車幅方向外端よりも車幅方向外側に突出する突出部を備え、少なくとも前記突出部内にエネルギー吸収部材を配置し、前記突出部の車幅方向外端と前記サイドシルの車幅方向外端とを連結部材で連結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、前記後部隔壁は、前記後部フロアの上面、前記側部隔壁の車幅方向内面および前記リヤピラーの下面に接合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、アウタースキンおよびインナースキンよりなる中空部材である前記後部隔壁は、その上端から後方に延出するリヤパーシェルを一体に備えて断面逆Ｌ字状に形成され、前記リヤパーシェルの前端の屈曲部において前記アウタースキンおよび前記インナースキンが相互に接合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６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、ＣＦＲＰ積層板からなる前記側部隔壁はリヤダンパーの上端を支持する段部を備え、前記側部隔壁は前記左右の延長部に連結部材を介して接続するとともに、前記リヤパーシェルの下面に接続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、実施の形態のリヤホイールハウスインナー２３は本発明の側部隔壁に対応する。

請求項１の構成によれば、ＣＦＲＰ製の車体フロアの車幅方向外端に沿って前後方向に延びる左右のサイドシルと、左右のサイドシルの前端から起立する左右のフロントピラーロアと、左右のサイドシルの後端から起立する左右のリヤピラーとを側面視でＵ字状に形成し、左右のフロントピラーロア間をダッシュパネルロアで連結し、左右のリヤピラー間を後部隔壁で連結したので、車体フロアの周囲をサイドシル、フロントピラーロア、リヤピラー、ダッシュパネルロアおよび後部隔壁で取り囲むように補強し、軽量な構造で車室の強度を高めることができるだけでなく、左右のリヤピラーの上端を後方に延長した左右の延長部を形成し、左右の延長部を含む左右のリヤピラーと後部フロアとを左右の側部隔壁で連結し、後部フロア、後部隔壁および左右の側部隔壁で荷室を区画したので、車体フロアの後方に荷室を容易に形成することができる。

また請求項２の構成によれば、車体フロアはアンダーフロアパネルおよびアッパーフロアパネルからなる中空部材であるので、車体フロアの強度を高めることができる。

また請求項３の構成によれば、車体フロアはサイドシルの車幅方向外端よりも車幅方向外側に突出する突出部を備え、少なくとも突出部内にエネルギー吸収部材を配置し、突出部の車幅方向外端とサイドシルの車幅方向外端とを連結部材で連結したので、側面衝突の衝突荷重を先ず車体フロアの突出部に入力させてエネルギー吸収部材の圧壊により衝突エネルギーの一部を吸収することで、サイドシルの車幅方向内側への倒れを防止することができ、しかも突出部の車幅方向外端とサイドシルの車幅方向外端とを連結部材で連結したので、サイドシルの倒れを一層確実に防止することができる。

また請求項４の構成によれば、後部隔壁は、後部フロアの上面、側部隔壁の車幅方向内面およびリヤピラーの下面に接合するので、後部隔壁で車体後部の剛性を確保しながら車室の容積を最大限に確保することができる。

また請求項５の構成によれば、アウタースキンおよびインナースキンよりなる中空部材である後部隔壁は、その上端から後方に延出するリヤパーシェルを一体に備えて断面逆Ｌ字状に形成され、リヤパーシェルの前端の屈曲部においてアウタースキンおよびインナースキンが相互に接合するので、後部隔壁を中空にして強度を高めながら、リヤパーシェルの前端の屈曲部においてアウタースキンに応力が集中するのを回避することができる。

また請求項６の構成によれば、ＣＦＲＰ積層板からなる側部隔壁はリヤダンパーの上端を支持する段部を備え、側部隔壁は左右の延長部に連結部材を介して接続するとともに、リヤパーシェルの下面に接続するので、リヤダンパーから側部隔壁の段部に入力した荷重を、リヤピラーの延長部およびリヤパーシェルに伝達して吸収することができる。

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４の５−５線断面図。 図３の６方向矢視図。 図１の７−７線断面図。 図７の８−８線断面図。

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。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１、図２および図５に示すように、車体フロア１１は、車幅方向中央部を前後方向に延びる逆Ｕ字状のフロアトンネル部１１ａと、フロアトンネル部１１ａの車幅方向両側に連続する左右一対のフロア部１１ｂ，１１ｂとを備える。アンダーフロアパネル２５のフロア部下壁２５ｃと、アッパーフロアパネル２６のフロア部上壁２６ａとを備えるフロア部１１ｂは、車幅方向両端部が車幅方向中央部に比べて上下方向に厚くなっており、その厚くなった部分に上下一対のエネルギー吸収部材３０，３０が配置される。エネルギー吸収部材３０，３０は衝撃吸収性能に優れたＰＡ（ポリアミド）あるいはナイロン製の波板状の部材で構成される。

エネルギー吸収部材３０，３０の車幅方向内側には支持壁３１が接着により固定されており、支持壁３１の車幅方向外面に形成した嵌合溝にエネルギー吸収部材３０，３０が嵌合して接着により接合される。そしてエネルギー吸収部材３０，３０の上面がアッパーフロアパネル２６の下面に接着により接合され、エネルギー吸収部材３０，３０の下面がアンダーフロアパネル２５の上面に接着により接合される。

支持壁３１の車幅方向内側であってフロア部１１ｂの厚さが変化する部分に、前後方向に延びるＣＦＲＰ製（あるいはアルミニウム製）の荷重分散フレーム３２が配置される。荷重分散フレーム３２の上面および下面はそれぞれアッパーフロアパネル２６の下面およびアンダーフロアパネル２５の上面に接着により接合され、かつ車幅方向外面は支持壁３１の車幅方向内面に接着により接合される。荷重分散フレーム３２の車幅方向内側のフロア部１１ｂの内部に波板状のコア３３が配置され、その上面および下面がそれぞれアッパーフロアパネル２６の下面およびアンダーフロアパネル２５の上面に接着により接合される。

サイドシル１２は、外側壁４６、上壁４７、下壁４８および内側壁４９を備えて四角形状の閉断面に構成されており、その内部に複数の隔壁板３６…が前後方向に所定間隔で配置される。サイドシル１２の下壁４８は、車体フロア１１の車幅方向外端部、つまりエネルギー吸収部材３０，３０の上部において、アッパーフロアパネル２６の上面に載置されて接着により接合されるが、車体フロア１１の車幅方向外端に形成した突出部１１ｃがサイドシル１２の車幅方向外端よりも車幅方向外側に突出する。そしてサイドシル１２の車幅方向外端と車体フロア１１の車幅方向外端とに、ＣＦＲＰ製の板材よりなる断面クランク状の連結部材３７の上下端部がそれぞれ接着により接合される。

図６〜図８に示すように、ＣＦＲＰ積層板よりなるリヤホイールハウスインナー２３は水平な段部２３ａを備えており、段部２３ａの下面にアルミニウム合金製のヒューズ部材５９がボルト６０…およびナット６１…で固定される。ヒューズ部材５９は一定断面の押し出し材の一部を切除することで製造される。ヒューズ部材５９の下面にはリヤサスペンション装置のリヤダンパー６２の上端が支持される。

リヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａの車幅方向外端から上方に延びる側壁部２３ｂの上端は、リヤピラー１４の上端を後方に延長した延長部１４ａの下面に接合されており、左右の延長部１４ａ，１４ａの下面間を接続するリヤパーシェル１９の下面と、リヤホイールハウスインナー２３の側壁部２３ｂの車幅方向内面と、リヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａの上面とに、ＣＦＲＰ積層板よりなる前後２枚の連結部材６３，６３が接合される。前後２枚の連結部材６３，６３は、ヒューズ部材５９の上方に位置している。

断面Ｌ字状に屈曲する後部隔壁１８およびリヤパーシェル１９は、インナースキン６４およびアウタースキン６５間に波板状のコア６６を挟んだ中空部材であるが、後部隔壁１８およびリヤパーシェル１９の境界の屈曲部でコア６６が途切れた部分において、アウタースキン６５の上面がインナースキン６４の下面に当接して接合される。

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。

車体フロア１１およびサイドシル１２の車幅方向外端部に側面衝突の衝突荷重が入力すると、車体フロア１１の内部に配置したエネルギー吸収部材３０，３０とサイドシル１２の内部に配置した隔壁板３６…とが圧壊して衝突エネルギーの一部を吸収し、そこで吸収しきれなかった衝突エネルギーは荷重分散フレーム３２を介して車体フロア１１のフロア部１１ｂに伝達されて吸収される。

このとき、車体フロア１１はサイドシル１２よりも車幅方向外側に突出する突出部１１ｃを備え、少なくとも突出部１１ｃ内にエネルギー吸収部材３０，３０を配置したので（図５参照）、側面衝突の衝突荷重をサイドシル１２よりも先に車体フロア１１の突出部１１ｃに入力させ、車体フロア１１の突出部１１ｃ内に配置したエネルギー吸収部材３０，３０の圧壊により衝突エネルギーの一部を吸収することで、サイドシル１２の車幅方向内側への倒れを防止することができる。

しかもサイドシル１２よりも車幅方向内側の車体フロア１１はＣＦＲＰ積層板よりなるアンダーフロアパネル２５およびＣＦＲＰ積層板よりなるアッパーフロアパネル２６間にコア３３を挟持して構成され、かつ車体フロア１１はエネルギー吸収部材３０，３０を収納する部分の厚さがコア３３を収納する部分の厚さよりも大きく、エネルギー吸収部材３０，３０とコア３３との間に荷重分散フレーム３２を備えるので（図５参照）、サイドシル１２に入力する側面衝突の衝突荷重に対し、エネルギー吸収部材３０，３０の厚さを増加させてエネルギー吸収性能を高めながら、その車幅方向内側の車体フロア１１の厚さを減少させて軽量化を図ることができる。

さて後輪の上下動に伴う荷重はリヤサスペンションのリヤダンパー５１を介してリヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａに伝達されるが、リヤダンパー５１とリヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａとの間にアルミニウム合金製のヒューズ部材５９が配置されており、リヤダンパー５１から所定値以上の荷重が入力するとヒューズ部材５９が上下方向に潰れるように塑性変形することで、リヤホイールハウスインナー２３や、それに接続するリヤピラー１４の延長１４ａやリヤパーシェル１９の破壊を防止することができ、しかもヒューズ部材５９だけを金属部材として重量の増加を最小限に抑えることができる。

またリヤピラー１４の上端を後方に延長した延長部１４ａにリヤホイールハウスインナー２３の側壁部２３ｂの上端を接合し、リヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａの下面にヒューズ部材５９を支持し、リヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａの上面を、リヤピラー１４の延長部１４ａとリヤパーシェル１９とに連結部材６３，６３を介して連結したので（図６参照）、ヒューズ部材５９からリヤホイールハウスインナー２３の段部２３ａに入力した荷重を、連結部材６３，６３を介してリヤピラー１４およびリヤパーシェル１９に伝達して吸収することができる。

また後部フロア４４の下面に左右のリヤサイドフレーム２２，２２を備え、リヤホイールハウスインナー２３，２３はリヤピラー１４，１４およびリヤサイドフレーム２２，２２を連結するので（図６参照）、リヤダンパー５１，５１からヒューズ部材５９，５９に入力した荷重を、リヤホイールハウスインナー２３，２３からリヤピラー１４，１４を介してサイドシル１２，１２に伝達するとともに、リヤホイールハウスインナー２３，２３からリヤサイドフレーム１２，１２に伝達して吸収することができる。

また車体フロア１１は左右のサイドシル１２，１２と、左右のサイドシル１２，１２の前端から起立する左右のフロントピラーロア１３，１３と、左右のフロントピラーロア１３，１３を連結するダッシュパネルロア１７と、左右のサイドシル１２，１２の後端から起立する左右のリヤピラー１３，１３と、左右のリヤピラー１３，１３を連結する後部隔壁１８とを備えるので、車体フロア１１の周囲を取り囲むように補強して車室の強度を高めることができるだけでなく、車体フロア１１の後端から後方に延びる後部フロア４４の車幅方向外端部と、延長部１４ａ，１４ａを含む左右のリヤピラー１４，１４とを左右のリヤホイールハウスインナー２３，２３で連結し、後部フロア４４、後部隔壁１８および左右のリヤホイールハウスインナー２３，２３で荷室４５を区画したので、車体フロア１１の後方に荷室４５を容易に形成することができる。

しかも後部隔壁１８は、後部フロア４４の上面、リヤホイールハウスインナー２３，２３の車幅方向内面およびリヤピラー１４，１４の下面に接合するので、後部隔壁１８で車体後部の剛性を確保しながら車室の容積を最大限に確保することができる。

またインナースキン６４およびアウタースキン６５よりなる中空部材である後部隔壁１８は、その上端から後方に延出するリヤパーシェル１９を一体に備えて断面逆Ｌ字状に形成され、リヤパーシェル１９の前端の屈曲部においてインナースキン６４およびアウタースキン６５が相互に接合するので、後部隔壁１８を中空にして強度を高めながら、リヤパーシェル１９の前端の屈曲部においてアウタースキン６５に応力が集中するのを回避することができる。

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、本発明の側部隔壁は実施の形態のリヤホイールハウスインナー２３に限定されるものではない。

１１ 車体フロア
１１ｃ 突出部
１２ サイドシル
１３ フロントピラーロア
１４ リヤピラー
１４ａ 延長部
１７ ダッシュパネルロア
１８ 後部隔壁
１９ リヤパーシェル
２３ リヤホイールハウスインナー（側部隔壁）
２３ａ 段部
２５ アンダーフロアパネル
２６ アッパーフロアパネル
３０ エネルギー吸収部材
３７ 連結部材
４４ 後部フロア
４５ 荷室
６２ リヤダンパー
６３ 連結部材
６４ インナースキン
６５ アウタースキン

Claims (6)

1. ＣＦＲＰ製の車体フロア（１１）と、前記車体フロア（１１）の後方に連続するＣＦＲＰ製の後部フロア（４４）とを備える自動車の車体構造であって、
   前記車体フロア（１１）の車幅方向外端に沿って前後方向に延びる左右のサイドシル（１２）と、前記左右のサイドシル（１２）の前端から起立する左右のフロントピラーロア（１３）と、前記左右のサイドシル（１２）の後端から起立する左右のリヤピラー（１４）とを側面視でＵ字状に形成し、前記左右のフロントピラーロア（１３）間をダッシュパネルロア（１７）で連結し、前記左右のリヤピラー（１４）間を後部隔壁（１８）で連結し、前記左右のリヤピラー（１４）の上端を後方に延長した左右の延長部（１４ａ）を形成し、前記左右の延長部（１４ａ）を含む前記左右のリヤピラー（１４）と前記後部フロア（４４）とを左右の側部隔壁（２３）で連結し、前記後部フロア（４４）、前記後部隔壁（１８）および前記左右の側部隔壁（２３）で荷室（４５）を区画したことを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記車体フロア（１１）はアンダーフロアパネル（２５）およびアッパーフロアパネル（２６）からなる中空部材であ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. 前記車体フロア（１１）は前記サイドシル（１２）の車幅方向外端よりも車幅方向外側に突出する突出部（１１ｃ）を備え、少なくとも前記突出部（１１ｃ）内にエネルギー吸収部材（３０）を配置し、前記突出部（１１ｃ）の車幅方向外端と前記サイドシル（１２）の車幅方向外端とを連結部材（３７）で連結したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記後部隔壁（１８）は、前記後部フロア（４４）の上面、前記側部隔壁（２３）の車幅方向内面および前記リヤピラー（１４）の下面に接合す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. アウタースキン（６５）およびインナースキン（６４）よりなる中空部材である前記後部隔壁（１８）は、その上端から後方に延出するリヤパーシェル（１９）を一体に備えて断面逆Ｌ字状に形成され、前記リヤパーシェル（１９）の前端の屈曲部において前記アウタースキン（６５）および前記インナースキン（６４）が相互に接合することを特徴とする、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. ＣＦＲＰ積層板からなる前記側部隔壁（２３）はリヤダンパー（６２）の上端を支持する段部（２３ａ）を備え、前記側部隔壁（２３）は前記左右の延長部（１４ａ）に連結部材（６３）を介して接続するとともに、前記リヤパーシェル（１９）の下面に接続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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