JP2016124436A - 車両のフロアアンダーカバー - Google Patents

Abstract

【課題】運転席の取り付け部位に生じるねじれ変形を適切に抑制することができる車両のフロアアンダーカバーを提供する。【解決手段】フロアパネル１０の下方に取り付けられ、パネル状に構成された車両のフロアアンダーカバー５であって、サイドシル１とフロアトンネル９との間に張設された炭素繊維バンドをそれぞれ備える第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを有し、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、運転席を支持するシートレールが取り付けられた２本のクロスメンバー３ｂ、３ｃの間に対応する位置において交差するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のフロアアンダーカバーに係わり、特に、フロアパネルの下方に取り付けられ、パネル状に構成された車両のフロアアンダーカバーに関する。

従来から、車両の下部に設けたフロアパネル（言い換えるとフロアパン）などを用いて、振動の低減や剛性の向上を図った技術が提案されている。例えば、特許文献１には、フロアパネルに低剛性部と高剛性部とを形成し、低剛性部に制振材を設けて、エンジンなどからフレーム部材を介してフロアパネルへと伝達される振動を減衰させる技術が開示されている。また、例えば特許文献２には、複数のブレースで形成した三角形によってフロアトンネル部の左右両側縁を支えて、前後方向逆相の変位を抑制することで、車体のねじれを抑制する技術が開示されている。

特開２００４−２１７１２２号公報 特開２００９−１２０１００号公報

車両の走行時には、種々のモードのねじれや曲げなどの変形が車体に生じることが知られている。本発明の発明者は、実験やシミュレーションにより、車両の旋回時などに、運転席の取り付け部位（具体的にはフロアパネル）にねじれ変形が生じることを発見した。また、本発明者は、実走行試験の結果、このようなねじれ変形を抑制するような対策を施すと、操縦安定性（操安性）や運転フィーリングが向上することを発見した。
ところで、近年、車両の空力特性の向上のために、フロアパネルの下方にフロアアンダーカバーが取り付けられた車両が知られている。一般的なフロアアンダーカバーは、主に整流板として用いられており、車両に生じる変形を抑制するように構成されてはいない。そこで、本発明者は、そのようなフロアアンダーカバーを利用して、上記したような運転席の取り付け部位に生じるねじれ変形を抑制することを試みた。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、運転席の取り付け部位に生じるねじれ変形を適切に抑制することができる車両のフロアアンダーカバーを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、フロアパネルの下方に取り付けられ、パネル状に構成された車両のフロアアンダーカバーであって、サイドシルとフロアトンネルとの間に張設された炭素繊維バンドをそれぞれ備える第１及び第２の補強部を有し、第１及び第２の補強部は、運転席を支持するシートレールが取り付けられた２本のクロスメンバーの間に対応する位置において交差するように配置されている、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、フロアアンダーカバーにおいて運転席下方に設けた第１及び第２の補強部内の炭素繊維バンドが、車両の旋回時などにおいて当該炭素繊維バンドに作用する引張力に対して抵抗するよう作用することで、この際に運転席下方のフロアアンダーカバー自身に生じるねじれ変形を抑制することができる。その結果、フロアアンダーカバーが下方に取り付けられた、運転席の取り付け部位（フロアパネルなど）に生じるねじれ変形を適切に抑制することができる。これにより、操縦安定性や運転フィーリングを大きく向上させることが可能となる。

本発明において、好ましくは、第１及び第２の補強部は、２本のクロスメンバーの間に対応する位置に設けられている。
このように構成された本発明によれば、当該２本のクロスメンバーによって支持された運転席の取り付け部位において生じるねじれ変形を、効果的に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、第１及び第２の補強部は、Ｘ字を成すように配置されている。
このように構成された本発明によれば、運転席の取り付け部位において生じるねじれ変形を効果的に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、第１の補強部は、車両の左方向の旋回時に運転席下方の部材に生じるねじれ変形を抑制するよう機能し、第２の補強部は、車両の右方向の旋回時に運転席下方の部材に生じるねじれ変形を抑制するよう機能する。
このように構成された本発明によれば、特に車両の旋回時に運転席の取り付け部位に生じるねじれ変形を、効果的に抑制することができる。

本発明の車両のフロアアンダーカバーによれば、運転席の取り付け部位に生じるねじれ変形を適切に抑制することができる。

本発明の実施形態による車両のフロアアンダーカバーを適用した車体を下方から見た底面図である。 本発明の実施形態による車両のフロアアンダーカバーが適用されるフロアパネルなどを抽出して上方から観察した斜視図である。 車両の旋回時などにおいて運転席の取り付け部位に生じるねじれ変形を説明するための模式図である。 本発明の実施形態によるフロアアンダーカバーを上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態によるフロアアンダーカバーにおける第１及び第２の補強部の断面図であって、図５（ａ）は、図４のVa−Va線に沿って見た断面図であり、図５（ｂ）は、図４のVb−Vb線に沿って見た断面図である。 本発明の実施形態によるフロアアンダーカバーにおける炭素繊維バンドの端部を固定する構造の説明図であって、図４のVI−VI線に沿って見た断面図である。 本発明の実施形態によるフロアアンダーカバーが、車両が左旋回する場合に生じるねじれ変形を抑制するメカニズムを説明するための模式図である。 本発明の実施形態によるフロアアンダーカバーが、車両が右旋回する場合に生じるねじれ変形を抑制するメカニズムを説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両のフロアアンダーカバーについて説明する。なお、以下の説明では、左側に運転席が設けられた左ハンドル仕様の車両を例に挙げるものとする。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による車両のフロアアンダーカバーが適用された車体下部構造の概要について説明する。図１は、本発明の実施形態による車両のフロアアンダーカバーを適用した車体を下方から見た底面図を示しており、図２は、本発明の実施形態による車両のフロアアンダーカバーが適用されるフロアパネルなどを抽出して上方から観察した斜視図を示している。

図１に示すよう、主に、車両の下部には、ドア下に配置され、車体の両サイドを構成するように車両前後方向に延びる一対のサイドシル１と、車幅方向に延びる複数のクロスメンバー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、車幅方向中央部において、車両前後方向に延びると共に上方に膨出するフロアトンネル９と（図２参照）、フロアトンネル９を挟んで両側に設けられ、車体の床面部分を構成するフロアパネル１０と（図２参照）、車両の下部を覆うようにフロアパネル１０の下方に取り付けられたパネル状の部材であり、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂが一部分に設けられたフロアアンダーカバー５と、が設けられている。

また、図２に示すように、クロスメンバー３ｂ、３ｃ（図２ではクロスメンバー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうちの一部のみを示している）は、断面コ字状にて車幅方向に延びており、フロアパネル１０の上面に接合されていると共に、フロアトンネル９とサイドシル１とを連結している（図１参照）。更に、クロスメンバー３ｂ及びクロスメンバー３ｃは、それぞれ、所謂Ｎｏ．２クロスメンバー及びＮｏ．２．５クロスメンバーに相当し、図示しない運転席としてのシートを支持するシートレール２０が取り付けられる。なお、図２では、運転席側のみを図示しているが、助手席側においても、助手席を支持するシートレールがクロスメンバー３ｂ、３ｃに取り付けられる。

ここで、図３を参照して、車両の走行時において車体に生じるねじれ変形について説明する。

図３は、本発明者が実験やシミュレーションにより得た、車両の旋回時などにおいて運転席の取り付け部位（具体的にはフロアパネル１０）に生じるねじれ変形を説明するための模式図である。図３では、運転席下方のフロアパネル１０の部分のみを模式的に示しており、このフロアパネル１０の部分の元の位置を破線で示し、このフロアパネル１０の部分の変形時の位置を実線で示している。

本発明者は、運転席下方のフロアパネル１０に、図３中の矢印Ａ１１、Ａ１２に示すような、ねじれ変形が生じることを発見した。また、本発明者は、実走行試験の結果、このようなねじれ変形を抑制するような対策を施すと、操縦安定性や運転フィーリングが向上することを発見した。なお、図３では、フロアパネル１０に生じるねじれモードの１つを例示しており、実際にはフロアパネル１０には種々のねじれモードが発生する。

したがって、本実施形態では、このような運転席下方のフロアパネル１０などに生じるねじれ変形を抑制するような車体下部構造を採用している。具体的には、本実施形態では、フロアパネル１０の下方に取り付けられたフロアアンダーカバー５について、運転席下方に対応する位置に第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを設け（図１参照）、そのようなフロアアンダーカバー５によってねじれ変形を抑制するようにしている。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施形態によるフロアアンダーカバー５の構成について具体的に説明する。図４は、本発明の実施形態によるフロアアンダーカバー５（特に運転席側（つまり車両の左側）に設けられたもの）を上方から見た斜視図を示している。また、図５（ａ）は、図４のVa−Va線に沿って見た断面図を示し、図５（ｂ）は、図４のVb−Vb線に沿って見た断面図を示している。

図４に示すように、フロアアンダーカバー５は、サイドシル１からフロアトンネル９に向かって斜め方向に延びる、２つの第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを有する。これらの第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、運転席を支持するシートレール２０が取り付けられるクロスメンバー３ｂ、３ｃの下方に対応する位置に設けられている（図１及び図２も合わせて参照）。具体的には、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、クロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間において交差し、且つ、クロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間において上方視でＸ字を形成するように配置されている。

詳しくは、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、それぞれ、クロスメンバー３ｂ、クロスメンバー３ｃ、サイドシル１及びフロアトンネル９の各々の一辺によって形成される矩形の２本の対角線に沿うように配置されている。つまり、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、クロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間に対角配置されている。この場合、第１の補強部７ａは、一端（前端）が、クロスメンバー３ｂとフロアトンネル９との交差部付近に接続されており、他端（後端）が、クロスメンバー３ｃとサイドシル１との交差部付近に接続されている。また、第２の補強部７ｂは、一端（前端）が、クロスメンバー３ｂとサイドシル１との交差部付近に接続されており、他端（後端）が、クロスメンバー３ｃとフロアトンネル９との交差部付近に接続されている。

また、図５（ａ）に示すように、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、それぞれ、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを内部に備えている。炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：carbon-fiber-reinforced plastic）の繊維を、幾重にも巻いて環状にし、これを樹脂で鋳込んで一体化したものであり、全体として輪ゴムのような形状を有している。炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂは、サイドシル１とフロアトンネル９との間に張設されている。具体的には、第１の補強部７ａ内の炭素繊維バンド１３ａは、一端が、クロスメンバー３ｂとフロアトンネル９との交差部付近に連結されると共に、他端が、クロスメンバー３ｃとサイドシル１との交差部付近に連結されることにより、張設されており、また、第２の補強部７ｂ内の炭素繊維バンド１３ｂは、一端が、クロスメンバー３ｂとサイドシル１との交差部付近に連結されると共に、他端が、クロスメンバー３ｃとフロアトンネル９との交差部付近に連結されることにより、張設されている（図４参照）。

また、図５（ｂ）に示すように、第１の補強部７ａと第２の補強部７ｂとが交差する部分において、炭素繊維バンド１３ａと炭素繊維バンド１３ｂとが重なり合わないように、炭素繊維バンド１３ａと炭素繊維バンド１３ｂとが上下方向にずらされて配置されている。この場合、炭素繊維バンド１３ｂが炭素繊維バンド１３ａよりも上方に配置されている、言い換えると炭素繊維バンド１３ａが炭素繊維バンド１３ｂよりも下方に配置されている（図５（ａ）も参照）。

なお、１つの例では、フロアアンダーカバー５の成形時に、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを当該フロアアンダーカバー５に鋳込むことで、フロアアンダーカバー５と炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂとが一体に成形される。この場合には、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂは、フロアアンダーカバー５と一体形成されることとなる。他の例では、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂをフロアアンダーカバー５に取り付けた後に断面コ字状のカバーで囲み（言い換えると炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂをトンネル状部材内に収容する）、このカバーをフロアアンダーカバー５に取り付けるようにしてもよい。この場合には、カバーで囲まれた炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを含む部分が、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを構成することとなる。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態によるフロアアンダーカバー５の炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂの端部を固定する構造の一例について説明する。

図６は、図４のVI−VI線に沿って見た断面図を示している。具体的には、図６は、第２の補強部７ｂの炭素繊維バンド１３ｂにおける前端を固定する構造を示す断面図である。図６に示すように、第２の補強部７ｂの炭素繊維バンド１３ｂは、フロアパネル１０（又はクロスメンバー３ｂ）の下面に固定されたボルト１５に引っ掛けられており、当該ボルト１５は、ウェルドナット１７を用いて車体に締結されている。
図６では、第２の補強部７ｂの炭素繊維バンド１３ｂにおける前端を固定する構造のみを示したが、第１の補強部７ａの炭素繊維バンド１３ａにおける前端及び後端、並びに第２の補強部７ｂの炭素繊維バンド１３ｂにおける後端を固定する場合にも、同様の構造が適用される。このようにして炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂの端部をボルトを用いて固定することで、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂは、両端に位置する２つのボルトに巻き付けられると共に、２つのボルトの間で張り渡されるようにして環状に形成されることとなる。好適には、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを引っ掛けるボルトは、フロアアンダーカバー５を車体に固定するためのボルトと共用するのがよいが、そうすることに特に限定はされない。

更に、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを取付ける際には、車体を持ち上げ、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを所定のボルトに引っ掛けるとよい。この場合、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを引っ掛けた後、車体を地面に降ろすと、車重により車体が車幅方向中央に向けて撓み、この撓みによって炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂに引張力が生じるため、炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂが好適に張設されることとなる。

次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施形態によるフロアアンダーカバー５の作用効果について説明する。

図７は、本発明の実施形態によるフロアアンダーカバー５が、車両が左旋回する場合に生じるねじれ変形を抑制するメカニズムを説明するための模式図である。図７では、運転席下方のフロアアンダーカバー５の部分のみを模式的に示している。具体的には、このフロアアンダーカバー５の部分の元の位置を破線で示し、このフロアアンダーカバー５の部分の変形時の位置を実線で示している。なお、当該実線で示す図は、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを有しないフロアアンダーカバー５の変形を示しているものとする。

図７に示すように、左旋回時には、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを有しないフロアアンダーカバー５においては、車両前方側の部位はほとんど変位していないが（矢印Ａ２１、Ａ２２参照）、フロアトンネル９側且つ車両後方側の部位が大きく下がり（矢印Ａ２３参照）、サイドシル１側且つ車両後方側の部位が少し下がる（矢印Ａ２４参照）、というようなねじれ変形が生じる。一方で、フロアアンダーカバー５に第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを設けた場合、フロアアンダーカバー５がこのようなねじれ変形を起こそうとしたときに、特に第１の補強部７ａ内の炭素繊維バンド１３ａに大きな引張力（矢印Ｂ１）が作用することとなる。この場合、炭素繊維バンド１３ａがこの引張力に対して抵抗するよう作用することで、左旋回時においてフロアアンダーカバー５に生じるねじれ変形が抑制されることとなる。

他方で、図８は、本発明の実施形態によるフロアアンダーカバー５が、車両が右旋回する場合に生じるねじれ変形を抑制するメカニズムを説明するための模式図である。図８でも、運転席下方のフロアアンダーカバー５の部分のみを模式的に示しており、このフロアアンダーカバー５の部分の元の位置を破線で示し、このフロアアンダーカバー５の部分の変形時の位置を実線で示している（当該実線で示す図は、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを有しないフロアアンダーカバー５の変形を示している）。

図８に示すように、右旋回時には、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを有しないフロアアンダーカバー５においては、車両前方側の部位はほとんど変位していないが（矢印Ａ３１、Ａ３２参照）、フロアトンネル９側且つ車両後方側の部位が大きく上がり（矢印Ａ３３参照）、サイドシル１側且つ車両後方側の部位が少し下がる（矢印Ａ３４参照）、というようなねじれ変形が生じる。一方で、フロアアンダーカバー５に第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを設けた場合、フロアアンダーカバー５がこのようなねじれ変形を起こそうとしたときに、特に第２の補強部７ｂ内の炭素繊維バンド１３ｂに大きな引張力（矢印Ｂ２）が作用することとなる。この場合、炭素繊維バンド１３ｂがこの引張力に対して抵抗するよう作用することで、右旋回時においてフロアアンダーカバー５に生じるねじれ変形が抑制されることとなる。

以上のことから、本実施形態によれば、フロアアンダーカバー５に設けた第１及び第２の補強部７ａ、７ｂ（詳しくは炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂ）によって、車両の旋回時などにおいて運転席下方のフロアアンダーカバー５自身に生じるねじれ変形を抑制することができ、その結果、運転席の取り付け部位（フロアパネル１０など）に生じるねじれ変形を適切に抑制することが可能となる。これにより、操縦安定性や運転フィーリングを大きく向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、フロアパネル１０の下方に設けたフロアアンダーカバー５に炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを適用しているので、フロアパネル１０に炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂを適用する場合と比較して、てこの原理により、引張力に対して抵抗する炭素繊維バンド１３ａ、１３ｂによる効果が大きくなり、ねじれ変形を効果的に抑制することが可能となる。

なお、上述した実施形態では、クロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間に第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを配置していたが、詳しくはクロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間にぴったり収まるように第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを配置していたが、こうすることに限定はされない。少なくとも第１の補強部７ａと第２の補強部７ｂとがクロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間において交差すれば、つまり第１の補強部７ａと第２の補強部７ｂとの交差部位がクロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間に位置すれば、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを如何様に配置してもよい。

また、上述した実施形態では、Ｘ字を形成するように第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを配置していたが、Ｘ字の代わりにＶ字を形成するように第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを配置してもよい。例えば、車幅方向外向き又は車幅方向内向きに開いたＶ字を形成するように第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを配置してもよい。その場合にも、Ｖ字の先端部に対応する第１及び第２の補強部７ａ、７ｂの交差部位がクロスメンバー３ｂとクロスメンバー３ｃとの間に位置するように、第１及び第２の補強部７ａ、７ｂを配置すればよい。

１ サイドシル
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ クロスメンバー
５ フロアアンダーカバー
７ａ 第１の補強部
７ｂ 第２の補強部
９ フロアトンネル
１０ フロアパネル
１３ａ、１３ｂ 炭素繊維バンド
２０ シートレール

Claims (4)

1. フロアパネルの下方に取り付けられ、パネル状に構成された車両のフロアアンダーカバーであって、
   サイドシルとフロアトンネルとの間に張設された炭素繊維バンドをそれぞれ備える第１及び第２の補強部を有し、
   上記第１及び第２の補強部は、運転席を支持するシートレールが取り付けられた２本のクロスメンバーの間に対応する位置において交差するように配置されている、ことを特徴とする車両のフロアアンダーカバー。
2. 上記第１及び第２の補強部は、上記２本のクロスメンバーの間に対応する位置に設けられている、請求項１に記載の車両のフロアアンダーカバー。
3. 上記第１及び第２の補強部は、Ｘ字を成すように配置されている、請求項１又は２に記載の車両のフロアアンダーカバー。
4. 上記第１の補強部は、車両の左方向の旋回時に運転席下方の部材に生じるねじれ変形を抑制するよう機能し、上記第２の補強部は、車両の右方向の旋回時に運転席下方の部材に生じるねじれ変形を抑制するよう機能する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両のフロアアンダーカバー。

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