JP2016534914A - 自動車用車体前部モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は自動車の車体前部モジュール（１）に関し、左側Ａピラー（５）、右側Ａピラー（７）及びＡピラー（５，７）を接続するルーフレール（９）を備えた風防枠（３）、前記風防枠（３）の下方で自動車の客室の前方境界を規定する末端壁（１１）、及びインストゥルメントパネル支持部材（１３）を備え、前記右側Ａピラー（７）、前記左側Ａピラー（５）、前記Ａピラー（５，７）を接続する前記ルーフレール（９）、前記末端壁（１１）及び前記インストゥルメントパネル支持部材（１３）は前記車体前部モジュール（１）に統合されている。

Description

本発明は、左側Ａピラー、右側Ａピラー、及び前記Ａピラーを接続するルーフレールを備えた風防枠と、自動車の客室の前方境界を規定する風防枠下方の末端壁と、インストゥルメントパネル支持部材とを含む自動車用車体前部モジュールに関する。

車体は、通常、内部に例えば自動車のエンジンが収納された前部モジュール、座席を備えた中部モジュール、例えばセダンの場合にはトランク、或いはステーションワゴンの場合には荷室を有する後部モジュールを含む。

車体は、通常、鋼で製造され、その車体は、車体中部モジュールの領域でフロアパネルとして製造される支持床構造を有する。前記フロアパネルには、運転者と前席乗員のための座席と、任意に後部長椅子座席とが後から搭載される。近年の自動車の場合、例えばフェンダー、Ａ，Ｂ及びＣピラーといった自動車の側部モジュールが前記支持構造に側方から取付けられる。前記Ａ，Ｂ及びＣピラーは、クロスメンバーによって互いに接続されて車両ルーフを支える。更に、ＡピラーとＢピラーとの間、及びＢピラーとＣピラーとの間には、通常、ルーフレールがある。前記車体の個々の構成要素は、通常、互いに溶接され、十分な腐食防止力を与えるために、手間のかかる工程で塗装がすぐ次に供される。その上、内部に水や腐食性の塩が入る窪みは封じられる。

自動車の移動のためのエネルギーを低減するために、車重を低減する努力が広く行われている。これは、例えばプラスチックのように、例えば鋼よりも密度の小さい材料を使用することで可能である。特に、負荷のかからない構成要素は広くプラスチックで製造されている。自動車の車体の現在の構造における更なる不利な点は、十分な安定性を達成するために多大な材料が必要とされていることであり、それが更なる重量増につながる。

従って、本発明の目的は、簡易な方法で車体中部モジュールにつなぐことができ、材料削減と材料の選択に基づいて、従来の車体前部モジュールの場合よりも軽量化の達成を許容する車体前部モジュールを提供する。

自動車の車体前部モジュールによって前記目的を達成するため、左側Ａピラー、右側Ａピラー、及び前記Ａピラー同士を接続するルーフレールを備えた風防枠と、自動車の客室の前方境界を規定する風防枠下方の末端壁と、インストゥルメントパネル支持部材とを含み、前記右側Ａピラー、前記左側Ａピラー、前記Ａピラーを接続する前記ルーフレール、前記末端枠、及び前記インストゥルメントパネル支持部材は前記車体前部モジュールに統合されている。

この場合、前記左右のＡピラー、前記Ａピラーを接続する前記ルーフレール、前記末端壁及び前記インストゥルメントパネル支持部材は、一体の、又は一より多いパートからなる車体前部モジュールに統合されてもよい。

前記Ａピラー、ルーフレール、末端壁及びインストゥルメントパネル支持部材の統合は、車体前部モジュールの付加的な補剛を達成し、その結果、車体前部モジュールへの補強要素のための追加材料を節約できる。更に、これは、簡易な方法によって中部モジュールへの接続を可能とする安定した車体前部モジュールの創造を許容する。これは、車体前部モジュール、車体中部モジュール、車体後部モジュールの個別の製造を許容する。車体前部モジュールから車体中部モジュールへの、及び車体中部モジュールから車体後部モジュールへの接続点における寸法さえ一致すれば、どんな要求の車体前部モジュール、車体中部モジュール、車体後部モジュールも互いに結合することができるので、結果として車体のモジュラー構造が可能となる。

材料の節約のほかに、更なる利点は、代替えの材料を使用し得ることである。これに適応する代替え材料としては、例えば、ポリマー材料がある。これらは、車体前部モジュールの更なる重量低減を許容する。本発明の範囲内では、ポリマー材料は、非補強ポリマーのみならず補強ポリマーやポリマーマトリックスを含む合成材料を含む。

前記車両思想によれば、前記車体前部モジュールは、自動車の駆動ユニットの据え付けを含んでもよい。これに相当する駆動ユニットとしては、例えば、内燃機関のほか、主要電動機がある。例えばホイールハブモータや後部に配置された駆動モジュールで駆動される自動車の場合には、前記車体前部モジュールは荷室のほか、例えばバッテリの据え付けを含んでもよい。この目的のため、前記車体前部モジュールには、例えばフロアパネルやフェンダー、一般にエンジンフードに引用されるような相当する可動カバーを備える。これらも、同様に、前記Ａピラー、前記ルーフレール、前記末端壁と一体に接続してもよい。もう一つの方法として、ここでは個別の付属部品の提供も可能とする。もし、フロアパネル、フェンダー及びエンジンフードが個別の部品として提供されるならば、前記車体前部モジュールは、自動車の客室の前方端部を表す。しかしながら、もし前記車体前部モジュールが車体前端部のための耐荷重部品のすべてを含むならば、それは好ましい。対応する支持部材に搭載される例えばフェンダーやエンジンフードといった非耐荷重部品は、モジュラー方法によって適応するように取付けられたり、例えばクリップのような例えば対応する据え付け法によって、互換可能に適合されたりしてもよく、これにより自動車の簡易な変更が可能である。

適合する横棒は、駆動ユニット又はトランク、及びフェンダー固定のための例えば支持部材を備えてもよい。これらの横棒は、車体前部モジュールに一体的に結合されていてもよいし、又は取り外し可能に結合されていてもよい。しかしながら、例えば接着剤による接着や溶接といった確固たる統合的な結合が好ましい。また、例えばリベット止めやねじ止めといった確固でない結合も可能である。

本発明の一実施形態では、前記Ａピラー及び前記ルーフレールは中空体として形成されると共に、空気をダクトで送るための経路や配線束がＡピラー及びルーフレール内に統合される。このダクトは、例えば前記Ａピラー及び前記ルーフレールの内部に個別の構成要素として挿入されてもよいが、Ａピラー及びルーフレールは中空体として製造されるのが好ましく、その結果、それらは経路として直接的に作用することができる。空気をダクトで送るための前記経路及び前記配線束の前記Ａピラーへの及び前記ルーフレールへの統合は、付加的な要素を回避可能なことを意味し、さらにＡピラー及びルーフレール内の配線経路によって、結果として電気的要素を簡易な方法で例えば接続することができる。Ａピラー及びルーフレールの近くのどんな要求の箇所でも換気出口を提供することができることからどんな要求の換気思想もまた実現することができる。これは、一切の通風装置なしに客室への例えば空気の導入を許容する。

客室に新鮮な空気を供給するために、前記風防枠下方の末端壁に新鮮な空気のための導入経路を形成することも好ましい。前記新鮮な空気は、前記導入経路を通り、適切な換気出口を経て客室に流入することができる。もし前記Ａピラー及びルーフレール内に新鮮な空気導入のための経路が備わっていたら、前記新鮮な空気のための末端枠の導入経路はなるだけ前記Ａピラー及びルーフレール内の経路に接続することが好ましく、その結果、前記新鮮な空気は、前記末端枠の導入経路を経て前記Ａピラー及びルーフレール内の経路に流入する。

もし前記Ａピラーを通って客室に新鮮な空気が流入することができるならば、それは、客室内に空気をダクトで送るための前記経路から新鮮な空気が流れて通過する開口部の例えばＡピラーへの形成を可能とする。この場合、前記開口部は、要求されるどんな形状で具体化されてもよい。例えば、それは、たくさんの小さな開口部、でなければ幾つかの大きめの開口部の提供を可能とする。ここではどんな要求配置も可能である。特に、それは、追加加工の過程で、新鮮な空気の出口開口部の例えば構成を可能とする。これはまた、拡散換気を可能としたり、或いは客室内に異なる換気区域を実行可能としたりする、複雑な三次元格子構造の例えば実現を可能とする。

前記車体前部モジュールの一実施形態では、バックミラーのミラー支持部材がルーフレールに形成される。このミラー支持部材は、なるべくルーフレールに一体に結合されることがさらに好ましい。前記ミラー支持部材は、空気をダクトで送るための経路を付加的に備えたり、空気をダクトで送るためのルーフレール内の経路から新鮮な空気が出て通過することが可能な開口部を付加的に有したりしてもよい。前記ミラー支持部材に新鮮な空気のための開口部があることで、冬に前方窓の速やかな除霜を実現することが可能な暖かい空気の例えば供給を可能とする。加えて、前記ミラーの基部内の換気開口部により自動車内の換気区域の更なる適合が可能となる。

特に好ましい形態として、前記Ａピラー、前記ルーフレール、前記末端壁及び前記インストゥルメントパネル支持部材は、プラスチックを含む材料から製造される。プラスチックを含む適合する材料は、特に、繊維強化プラスチック、有機シート、或いはサンドイッチ構造がある。

相当するサンドイッチ構造は、例えば、間にフォームが合体された繊維強化プラスチックや金属の２枚のシートが含まれる。

もし前記Ａピラー、ルーフレール、末端壁及びインストゥルメントパネル支持部材の製造に繊維強化プラスチックが用いられるならば、マトリックス材料としてなるべく熱可塑性素材の繊維強化プラスチックが用いられることが特に好ましい。その繊維は、短繊維、中繊維又は連続糸で使用されるのがよい。もし前記繊維が連続糸の形状で用いられるならば、それらは簀子状、編物状又は織物状構造、或いはそのほかの任意の形態として使用可能である。もし前記連続糸が簀子状、織物状又は編物状構造で用いられるならば、それは、その他のものの一番上に繊維体の多層を配置することが可能である。簀子状繊維構造の場合には、その個々の層の繊維は互いに関連して方向付けされるのがよい。

特に、前記繊維が簀子状構造の形態で用いられるのが好ましい。

前記繊維の素材としては、例えばグラスファイバー、カーボンファイバー、チタン酸カリウム繊維、バサルト繊維又はアラミド繊維が適応する。特に、このような強化繊維プラスチックのマトリックスのためのポリマー材料としては、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が適応する。ポリアミド又はポリウレタンは、ここでは特に好ましい。

特に前記Ａピラー、ルーフレール及び前記末端壁といった個々の構成要素に導入されているワイヤーメッシュによって付加的な補強が達成される。この場合の前記ワイヤーメッシュの線材はなるだけ金属で製造されるのが好ましい。この金属としては、例えば鋼、アルミニウム又はマグネシウムが適応する。前記金属としては、鋼の使用が特に好ましい。

もし前記Ａピラー、前記ルーフレール、前記末端壁及び／又は前記インストゥルメントパネル支持部材が、特に、或るフォームが中に差し込まれた二つの殻の形態からなる前記サンドイッチ構造で製造されるか、又はもう一つの方法として完全に金属で製造されるのであれば、その金属は、鋼、アルミニウム又はマグネシウムからなるべく選択されるのがよい。

しかしながら、繊維強化ポリマーは前記二つの殻構造として好ましい。

二つの殻構造、即ちサンドイッチ構造における繊維強化プラスチック又は金属製の二つの殻の間に差し込まれる前記フォームとしては、なるべくポリマーフォームが好ましい。適応するポリマーフォームとしては、例えばポリウレタン（ＰＵ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）又はポリエステルを主成分とする独立気泡又は連続気泡のフォームがある。

前記Ａピラー、ルーフレール、末端壁及びインストゥルメントパネル支持部材を構成する一体構造を獲得するために、それらはなるべく確固として互いに結合されているのが望ましい。特に、前記Ａピラー、前記ルーフレール、前記末端壁及び前記インストゥルメントパネル支持部材は、なるべく互いに溶接されているのが望ましい。しかしながら、溶接結合のほかに、個々の部品を互いに接着剤で接着することも選択的に可能である。代わりに、例えばリベット止めやねじ止めによってそれらを互いに確固でなく結合してもよい。

本発明の特に好ましい形態として、前記インストゥルメントパネル支持部材は、連続気泡プラスチック材料の被覆物を持つ。このような被覆物として、例えばBASF SE製の登録商標Steronという名のものが使用可能である。これは、例えばＰＵの表面に応用することができる表面被覆技術を含む。このような連続気泡構造は、容量性スイッチ及び／又は照光ディスプレイ要素を連続気泡プラスチック材料の被覆物の中に配置することを許容する。これは、要求されている明白な接合や分割なしに、完全に閉じたインストゥルメントパネルを可能とする。連続気泡プラスチック材料の被覆物下のスイッチの位置は、例えば対応する適正な照光により了解される。もし容量性スイッチが使用されていれば、単に触るだけで、それらを作動させることもできる。それは、押されるべき明白な高さを必要としない。

客室のための手触りの要求を満たすために、例えばポリウレタンフォームといった適合するポリマーフォームからなる特にインストゥルメントパネル支持部材への詰め物に応用可能であり、次いで適応する表面被覆を備えたそれを提供可能である。この目的のために、例えば未膨張のしなやかなポリマー材料や例えばSteronのようなほかの連続気泡ポリマーからなる表面も製造することができる。

全体としての車両の製造のために、前記車体前部モジュールは中部モジュール及び後部モジュールに結合される。ここで前記車体前部モジュールは、例えば溶接や接着剤による接着により、車体前部モジュールに車体中部モジュールが確固として結合できる手法によって設計される。例えばリベット止めやねじ止めといった、前記車体前部モジュールと前記車体中部モジュールとの確固でない結合も可能である。

前記車体前部モジュールと前記車体中部モジュールの確固とした結合の場合には、それらを一体に接着剤で接着されている場合に特に好ましい。

本発明の代表的な形態が図面に表されると共に以下の記載によって詳細に説明される。

車体前部モジュールの斜視図を示す。 Ａピラーに設けられた換気開口部の種々の形態を示す。 ミラー基部を示す。 客室から見た前記前部モジュールを示す。

図１は、本発明に応じて形成された車体前部モジュールの斜視図を示す。

車体前部モジュール1は、左側Ａピラー５及び右側Ａピラー７及び前記Ａピラー５，７を接続するルーフレール９を備えた風防枠３を含む。それはまた、前記風防枠３下方の末端枠１１、及び図１で概略的に表されているだけのインストゥルメントパネル支持部材１３を含む。

車体前部モジュールはまた、対応するように形成された車体中部モジュールに結合可能な手法でなるべく設計するのがよい。その車体前部モジュール１の車体中部モジュールへの結合は、なるべく溶接又は接着剤による接着で行われるのがよい。加えて又は選択的に、車体前部モジュール１と車体中部モジュールをねじ止めしたりリベット止めしたりすることも可能である。

例えば前述した繊維強化プラスチック、有機シート又はサンドイッチ構造といったプラスチックを含む材料は、車体前部モジュール１のための材料としてなるべく用いるのが望ましい。

もし前記末端壁１１の近くで前記車体前部モジュールに前記支持部材１３が形成されるならば、自動車の前部の設計にも有利である。前方フェンダーは例えばクロスメンバー１５に付着させることができる。更に、クロスメンバー１５は、車両前部の設計のためにも、駆動ユニット又は搬送される物品の収容のための空間の形成のためにも使用可能である。

図１に示すように、前記クロスメンバー１５が中空体として設計されるならば、それはまた有利である。この場合、前記クロスメンバーは新鮮な空気を供給するための開口部として同時に役立つであろうことが可能となる。また、前記Ａピラー５，７及び前記ルーフレール９が中空体として設計されることが好ましく、そうであると、これらは新鮮な空気が流れて通過する経路を形成することができ、その新鮮な空気は適切な換気開口部を経て自動車の客室に入ることができる。加えて、自動車の操作や制御のために要求される電気配線も、中空体で構成される前記Ａピラー５，７及びルーフレール９内に配線することができる。

図１に示す形態では、ここでは図示しない風防を受けることが可能となるよう設計された凹部１７が風防枠３に形成されており、風防は通常凹部１７に接着剤で接着される。前記風防枠３への風防の接着剤による接着は、車体前部モジュール１の付加的な強化という効果を有する。

図２．１〜２．４には、Ａピラーにおける換気開口部の種々の形態を示す。図２．１〜２．４の表示は、個々のケースにおいて、例として前記右側Ａピラー７に配置されている。前記左側Ａピラー５も、なるべく図示される右側ピラー７と鏡面対称の関係に設計するのが好ましい。

ここに図示する形態では、種々の形態の換気開口部１９はＡピラーに形成されている。前記換気開口部１９の要求されるどんな形状や配置もここでは可能である。例えば、提示可能な種々の構造及び配置を伴って、種々の大きさの穴を含んでもよい。前記開口部は、多孔質表面を作り出すために及び換気開口部１９が実質的に見えないようにするために十分に小さなものを選択することもできる。穴のほか、前記換気開口部１９をスリット形状に設計することも、互いに関連するあらゆる配列の要求に従ってスリットを配列することも可能である。スリットと円形穴との組み合わせもまた可能である。前記スリットは、この場合、曲線や角度を描いてもよい。これは、換気開口部１９の種々の配置を許容する。Ａピラーにおける換気開口部１９の自在な配置の更なる利点は、いかなる通風装置もなしに、結果として客室が十分に換気されることを可能とする。それはまた、例えばＡピラー全体にわたる前記換気開口部の大きさや数を変化させることで、異なる換気区域の形成を可能とする。

前記換気開口部１９の形状は、なるだけ付加的な加工で実現されるのが望ましく、また、「速やかなモデルづくり」にゆだねられてもよい。付加的な加工では、材料の積層によって構成要素が形成される。これを実現可能とする対応する手法としては、例えば、３Ｄプリンティング、ステレオリソグラフ及びレーザー焼結法がある。

付加的な加工は、拡散換気を許容する複雑な三次元構造の形成も許容する。

図２．１〜２．４に示すような前記Ａピラー５，７における換気開口部のほかに、適応する換気開口部を前記ルーフレール９のほか前記インストゥルメントパネル支持部材１３に備えることもまたもちろん可能である。前記車体前部モジュール１におけるあらゆる要求個所への前記換気開口部１９の配置は、さらに特にまた拡散換気といった種々の換気の発想の実現を許容し、そしていかなる通風装置もなしに客室に空気が必然的に導かれる。

ミラー基部２１は、なるだけ車体前部モジュール１のルーフレール９に付着されるのが望ましい。このようなミラー基部２１が図３に例示される。

プラスチックを含む材料で前記車体前部モジュールを形成する際、さらにミラー基部２１のいかなる配置の要求も具現化することが可能である。ミラー基部２１が中空体として設計されるならばそれはまた有利である。それは、同様に中空形状のルーフレール９に接続可能であり、その結果、ルーフレール９及びミラー基部２１は同様に換気のために作用する。この場合、図３に示すように、例えばミラー基部内の付加的な通気口２３の統合を可能とする。ここに示す形態では、前記通気口２３は、下に向いており、例えば前方窓の速やかな除霜のためや、もし前方窓が曇っているならば、前方の良好な視界を速やかに提供するために前方窓に風をあてるために作用することができる。

上記のとおり、前記Ａピラー５，７における前記換気開口部１９、ミラー基部２１における通気口２３がなるだけ速やかなモデルづくりで設計されることにより、結果として通気口２３の開口部は、車両の形状に独自に適合するように設計することができる。曇った、又は霜で覆われた窓のより速やかな浄化を達成するために空気の流れが前方窓に向かうように向きを調整することのほかに、客室の付加的な換気として使用することができるように前記通気王２３の開口部を客室に向けることもまたもちろん可能である。

図４は、車両の客室から見た車体前部モジュールを示している。

この場合、インストゥルメントパネル２５はインストゥルメントパネル支持部材１３に差し込まれている。前記インストゥルメントパネル２５は、なるだけ連続気泡プラスチック材料で被覆されていることが望ましい。このような連続気泡プラスチック材料は一方では心地よい手触りを有し、一方では連続気泡プラスチック材料の被覆の下に例えばディスプレイ要素２７やほかのスイッチを配置することも可能で、この場合ディスプレイ要素は前記連続気泡プラスチック材料を通して見える。これは、均質で滑らかな表面、及び要求される明白でない結合又は分離を許容する。もし、連続気泡プラスチック材料の被覆の下にスイッチが収容されるならば、それらはなるだけ容量性であることが望ましく、即ち見えないスイッチであり、しかしむしろそれらスイッチは単に触っただけで作動する。

１ 車体前部モジュール
３ 風防枠
５ 左側Ａピラー
７ 右側Ａピラー
９ ルーフレール
１１ 末端壁
１３ インストゥルメントパネル支持部材
１５ クロスメンバー
１７ 凹部
１９ 換気開口部
２１ ミラー基部
２３ 通気口
２５ インストゥルメントパネル
２７ ディスプレイ要素

Claims (12)

1. 左側Ａピラー（５）、右側Ａピラー（７）及び前記Ａピラー（５，７）を接続するルーフレール（９）を備えた風防枠（３）と、前記風防枠（３）の下方で自動車の客室の前方境界を規定する末端壁（１１）と、インストゥルメントパネル支持部材（１３）とを備え、前記右側Ａピラー（７）、前記左側Ａピラー（５）、前記Ａピラー（５，７）を接続する前記ルーフレール（９）、前記末端壁（１１）及び前記インストゥルメントパネル支持部材（１３）は車体前部モジュール（１）に統合されている自動車用車体前部モジュール。
2. 前記Ａピラー（５，７）及び前記ルーフレール（９）は中空体として形成され、空気をダクトで送るための経路及び配線束は前記Ａピラー（５，７）及び前記ルーフレール（９）内に統合される請求項１に係る自動車用車体前部モジュール。
3. 新鮮な空気のための供給経路が、前記風防枠（３）の下方の前記末端壁（１１）に形成される請求項１又は２に係る自動車用車体前部モジュール。
4. 前記客室に空気をダクトで送るための前記経路から新鮮な空気が流れだすことのできる開口部が前記Ａピラー（５，７）に形成される請求項２又は３に係る自動車用車体前部モジュール。
5. 前記Ａピラー（５，７）、前記ルーフレール（９）、前記末端壁（１１）及び前記インストゥルメントパネル支持部材（１３）はプラスチックを含む材料で製造される請求項１乃至４の何れか一項に係る自動車用車体前部モジュール。
6. 前記プラスチックを含む材料が、繊維強化プラスチック、有機金属シート又はサンドイッチ構造である請求項５に係る自動車用車体前部モジュール。
7. 前記サンドイッチ構造は、上側シート及び下側シート及びそれらのシートの間に収容されるポリマーフォームで作られる請求項６に係る自動車用車体前部モジュール。
8. 前記上側シート及び前記下側シートは、何れの場合も有機シートである請求項７に係る自動車用車体前部モジュール。
9. バックミラーのミラー基部（２１）が前記ルーフレール（９）に形成される請求項１乃至８の何れか一項に係る自動車用車体前部モジュール。
10. 前記ミラー基部（２１）は、空気をダクトで送るための経路を含むと共に前記空気をダクトで送るための経路の新鮮な空気が通過して吹出すことが可能な開口部を有する請求項９に係る自動車用車体前部モジュール。
11. 前記インストゥルメントパネル支持部材は連続気泡プラスチック材料の被覆を有する請求項１乃至１０の何れか一項に係る自動車用車体前部モジュール。
12. 容量性スイッチ及び／又は照光ディスプレイ要素（２７）が前記連続気泡プラスチック材料の前記被覆の下側に配置される請求項１１に係る自動車用車体前部モジュール。

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