JP2018111427A - 車体骨格構造 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッシュボックスを骨格部材に締結する構成に比べて、前面衝突時におけるクラッシュストロークを長くすることができる車体骨格構造を得る。【解決手段】車体骨格構造２０は、第１板部３２と第２板部３４とを備えたサイドレール１４を有する。第１板部３２は、板厚が第１板厚ｄ１に設定されると共に車両前後方向に延在されている。第２板部３４は、板厚が第１板厚ｄ１よりも厚い第２板厚ｄ２に設定されると共に第１板部３２との結合部位に段差３８が形成されるように第１板部３２の後端に結合され車両前後方向に延在されている。【選択図】図３

Description

本発明は、車体骨格構造に関する。

特許文献１には、車両前後方向に延びるフロントサイドメンバと、フロントサイドメンバの前端部に連結されたクラッシュボックスとを有する車体骨格構造が開示されている。

特開２０１５−６３２４３号公報

クラッシュボックスとフロントサイドメンバは、クラッシュボックス側のプレートと、フロントサイドメンバ側のプレートとを車両前後方向にボルトで締結することで、連結される。この２枚のプレートが連結された部位は、車両前後方向に衝突荷重が作用した場合に変形し難い。言い換えると、２枚のプレートが連結された部位は、衝突エネルギーの吸収にほとんど寄与しないデッドスペースとなっている。このように、限られた大きさの車体において、前面衝突時におけるクラッシュストロークを長くするには、改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、クラッシュボックスを骨格部材に締結する構成に比べて、前面衝突時におけるクラッシュストロークを長くすることができる車体骨格構造を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係る車体骨格構造は、板厚が第１板厚に設定されると共にバンパリインフォースメントに結合され車両前後方向に延在された第１板部と、板厚が前記第１板厚よりも厚い第２板厚に設定されると共に前記第１板部との結合部位に段差が形成されるように前記第１板部の後端に差厚結合され車両前後方向に延在された第２板部と、を備えた骨格部材を有する。

差厚結合とは、いわゆるテーラードブランク溶接のことであり、板厚が異なる複数の鋼板又は板厚及び材質が異なる複数の鋼板をプレス成形前にレーザ溶接等にて溶接（接合）し、１つの鋼板とするものである。

請求項１に記載の本発明に係る車体骨格構造では、板厚が薄い第１板厚の第１板部と、板厚が厚い第２板厚の第２板部とで、入力された衝突荷重に対する耐力が異なっている。このため、前面衝突において骨格部材に衝突荷重が入力された場合には、第１板部が圧縮変形すると共に衝突エネルギーを吸収し、第２板部が衝突荷重に抵抗する。ここで、第１板部と第２板部が直接、差厚結合されており、これらの結合部位には他の部材が介在しない。このため、第１板部が、第１板部と第２板部との結合部まで変形が可能となるので、クラッシュボックスを有する構成に比べて、前面衝突時におけるクラッシュストロークを長くすることができる。

以上説明したように、請求項１に記載の車体骨格構造によれば、クラッシュボックスを骨格部材に締結する構成に比べて、前面衝突時におけるクラッシュストロークを長くすることができるという効果を有する。

本実施形態に係る車体骨格構造が適用された車両の骨格部分の平面図である。 本実施形態に係る車体骨格構造の側面図である。 （Ａ）本実施形態に係る第１板部と第２板部との結合部を示す横断面図（図２のＡ−Ａ線断面）であり、（Ｂ）第１比較例に係る第１板部と第２板部との結合部を示す横断面図である。 （Ａ）本実施形態の変形例に係る車体骨格構造の側面図であり、（Ｂ）本実施形態の変形例に係るフロントサイドメンバとブラケットとの結合部（図４（Ａ）の一点鎖線Ｍの内側）を示す説明図である。 第２比較例に係るフロントサイドメンバとクラッシュボックスとの結合部を示す部分側面図である。

〔全体構成〕
図１には、本実施形態に係る車両１０の骨格部分が示されている。なお、各図に適宜示す矢印ＦＲは車両前方（進行方向）を示しており、矢印ＵＰは車両上方を示しており、ＯＵＴは車幅方向外側を示している。以下、単に前後、上下、左右の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車体前後方向の前後、車体上下方向の上下、進行方向を向いた場合の車幅方向の左右を示すものとする。

車両１０は、一例として、フレーム構造の車両（フレーム車）として構成されている。また、車両１０には、本実施形態に係る車体骨格構造２０が適用されている。車体骨格構造２０は、車幅方向両側に設けられた骨格部材の一例としての一対のサイドレール１４を有する。

一対のサイドレール１４は、車両前部１２の車幅方向両外側に車両前後方向に沿って延在されている。サイドレール１４の前部１４Ａ側における車幅方向両外側には、図示しないフロントタイヤが配設される。このため、サイドレール１４の前部１４Ａ側では、このフロントタイヤとの干渉を考慮して、サイドレール１４の車両前後方向中間に位置する中間部１４Ｂ側よりも車幅方向の寸法が短くなるように設定されている。サイドレール１４の車両前後方向の前部１４Ａと中間部１４Ｂとの間には、サイドレール１４の車両前方から車両後方へ向かって車幅方向外側へ屈曲された屈曲部１５が設けられている。

一対のサイドレール１４の前端部には、後述するエクステンション２２が形成されている。言い換えると、エクステンション２２は、サイドレール１４の一部である。一対のエクステンション２２の前端２３には、車幅方向に沿ってバンパリインフォースメント１６が架け渡されている。一対のサイドレール１４の間でかつバンパリインフォースメント１６よりも車両後方側には、複数のクロスメンバ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが車幅方向に沿って延在されている。これにより、車両前部１２には、はしご形のフレームが形成されている。なお、クロスメンバ１８Ａ及びクロスメンバ１８Ｂは、サイドレール１４の前部１４Ａに架け渡されている。クロスメンバ１８Ｃは、屈曲部１５付近に架け渡されている。

サイドレール１４におけるクロスメンバ１８Ｂとクロスメンバ１８Ｃとの間の部位には、車幅方向外側に突出したサスペンションマウントブラケット１９が配設されている。サスペンションマウントブラケット１９には、図示しないサスペンションマウントが取付けられるようになっている。このサスペンションマウント及びサスペンションマウントブラケット１９を介して、サスペンションユニットがサイドレール１４に連結できるように構成されている。

屈曲部１５の後側には、キャブマウントブラケット１７が配設されている。キャブマウントブラケット１７は、屈曲部１５から車両幅方向外側へ突出されている。そして、キャブマウントブラケット１７を介して、図示しないキャビン（ボデー）をサイドレール１４に連結できるように構成されている。

〔要部構成〕
次に、エクステンション２２について説明する。

図２に示すように、エクステンション２２は、サイドレール１４の前部において車体前方に向けて延在された部位である。また、エクステンション２２は、サイドレールインナパネル２４と、サイドレールインナパネル２４に対して車幅方向の外側から接合された図示しないサイドレールアウタパネルとで構成されている。さらに、エクステンション２２は、車両前後方向から見た場合に略矩形状の閉断面構造とされている。

サイドレールインナパネル２４は、車両前後方向から見た場合に車幅方向外側へ開口した断面ハット形状に形成されている。具体的には、サイドレールインナパネル２４は、車両上下方向に直立し車両前後方向に延在された縦壁２６と、縦壁２６の上端及び下端から車幅方向外側へ延在されると共に車両前後方向に延在された一対の横壁２８とを有する。

また、サイドレールインナパネル２４は、前端部を構成する第１板部３２と、第１板部３２よりも板厚が厚く、第１板部３２の車両前後方向の後端に差厚結合された第２板部３４とを備える。具体的には、サイドレールインナパネル２４は、薄い鋼板部と厚い鋼板部とを備えた差厚鋼板をプレス成形することにより形成されている。

差厚結合とは、いわゆるテーラードブランク溶接のことであり、板厚が異なる複数の鋼板（ブランク材）又は板厚及び材質が異なる複数の鋼板（ブランク材）をプレス成形前にレーザ溶接等にて溶接（接合）し、１つの鋼板とするものである。差厚結合を用いて異種鋼板をつなぎ合わせることにより、１枚の素材の特性を部分的に変えることができる。なお、図示しないサイドレールアウタパネルは、サイドレールインナパネル２４と同様に第１板部３２及び第２板部３４を有するが、ここではサイドレールインナパネル２４について説明し、サイドレールアウタパネルの説明を省略する。

＜第１板部＞
図２に示す第１板部３２の車両前後方向の前端面は、バンパリインフォースメント１６の一部の後端にボルト３５により締結されている。そして、第１板部３２は、バンパリインフォースメント１６の後端位置から車両後方に向けて、車両前後方向の長さＬ１で延在されている。また、第１板部３２には、車幅方向外側に向けて開口するように内側に窪んだビード３３が形成されている。

ビード３３は、車両１０の前面衝突時にエクステンション２２（サイドレール１４）の変形（折れ曲がり）を誘発させるために、第１板部３２の他の部位に比べて車両前後方向の荷重に対する強度が低下された脆弱部として形成されている。図３（Ａ）に示すように、第１板部３２は、板厚が第１板厚ｄ１に設定されている。また、第１板部３２は、一例として、軟質の鋼板で構成されている。このように、第１板部３２は、軟質の鋼板で構成されており、車両１０の前面衝突時に入力される衝突荷重に対する耐力が低くなるように第１板厚ｄ１が設定されている。

＜第２板部＞
図２に示す第２板部３４の車両前後方向の前端面は、既述の差厚結合により、第１板部３２の後端に結合されている。そして、第２板部３４は、第１板部３２の後端位置から車両後方に向けて、車両前後方向の長さＬ２（＞Ｌ１）で延在されている。なお、第２板部３４は、第１板部３２よりも硬い（硬質の）鋼板により構成されている。

図３（Ａ）に示すように、第２板部３４は、板厚が第１板部３２の第１板厚ｄ１よりも厚い第２板厚ｄ２に設定されている。これにより、第１板部３２と第２板部３４との差厚結合による結合部３６（境界部分）には、後述する段差３８が形成されている。なお、本実施形態では、一例として、結合部３６を車幅方向から見た場合に、結合部３６が車両上下方向に沿った直線状に形成されている。ここで、サイドレール１４の閉断面空間側を裏側、外側を表側と称する。一例として、第１板部３２の表側（車幅方向内側）の側面３２Ａと、第２板部３４の表側（車幅方向内側）の側面３４Ａとは、同一面上に配置されている。つまり、側面３２Ａと側面３４Ａは、車両前後方向に面が揃えられている。

一方、第１板部３２の裏側（車幅方向外側）の側面３２Ｂと、第２板部３４の裏側（車幅方向外側）の側面３４Ｂとは、車幅方向にずれて配置されている。つまり、第１板部３２の側面３２Ｂと第２板部３４の側面３４Ｂとの間には、車幅方向にｄ２−ｄ１の幅に相当する段差３８が形成されている。このように、第２板部３４は、第１板部３２に比べて硬質の鋼板で構成されかつ第２板厚ｄ２が第１板厚ｄ１に比べて厚い。このため、車両１０の前面衝突時に入力される衝突荷重に対する耐力は、第２板部３４の方が第１板部３２に比べて高く設定されている。

なお、第１板部３２と第２板部３４との結合において形成された溶接ビード４２は、段差３８を覆って形成されている。つまり、溶接ビード４２は、第１板部３２及び第２板部３４に対して裏側（閉断面空間側）に形成されている。このため、第１板部３２及び第２板部３４の結合部３６を車幅方向から見た場合に、溶接ビード４２は見えない（隠れている）。

＜第１比較例＞
図３（Ｂ）には、本実施形態に対する第１比較例の車体骨格構造２００として、第１板部３２と第２板部３４との結合部をアーク溶接によって形成した状態が示されている。車体骨格構造２００では、第１板部３２の後端部と第２板部３４の前端部とが、車両前後方向に重ねられて（ラップされて）いる。車両前後方向のラップ代はＷ１となっている。このため、ラップ代Ｗ１に相当する部分の材料が余分に必要となり、軽量化が難しい。また、車体骨格構造２００では、アーク溶接によるビード２０２が結合部の表側（外側）に形成されている。このため、エクステンション２２の周辺に配置される取付部品とアーク溶接によるビードとの干渉が生じる可能性がある。

＜第２比較例＞
図５には、本実施形態に対する第２比較例の車体骨格構造２１０として、車両前後方向に延在されたフロントサイドメンバ２１２と、フロントサイドメンバ２１２の前端部に結合されたクラッシュボックス２１４との結合部が示されている。車体骨格構造２１０では、フロントサイドメンバ２１２の前端で車幅方向に張り出されたフランジ２１２Ａと、クラッシュボックス２１４の後端で車幅方向に張り出されたフランジ２１４Ａとが、車両前後方向に重ねられ、ボルト２１６で締結されている。また、フランジ２１２Ａの一部とフランジ２１４Ａの一部とが、溶接により車両前後方向に結合されている。

２箇所の溶接ビードＡ、Ｂの車両前後方向の合計長さをＬａ＋Ｌｂとし、フランジ２１２Ａ、フランジ２１４Ａの車両前後方向の合計長さをＬｃ＋Ｌｄとする。ここで、車体骨格構造２１０では、前面衝突時においてクラッシュボックス２１４に衝突荷重が入力された場合に、合計の長さＬａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄに相当する範囲が、クラッシュストロークとして機能しない範囲となる。言い換えると、車体骨格構造２１０では、合計の長さＬａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄに相当する範囲がデッドスペースとなるため、限られたスペースを有効活用しにくい。

〔作用及び効果〕
次に、本実施形態の車体骨格構造２０の作用及び効果について説明する。

図３（Ａ）に示す車体骨格構造２０では、板厚が薄い第１板厚ｄ１の第１板部３２と、板厚が厚い第２板厚ｄ２の第２板部３４とで、入力された衝突荷重に対する耐力が異なっている。言い換えると、エクステンション２２の前部と後部で耐力差をつけることにより、衝突性能がコントロールされている。このため、図２に示す車両１０の前面衝突時において、サイドレール１４の前部に衝突荷重が入力された場合には、耐力の低い第１板部３２が第２板部３４よりも先に圧縮変形すると共に衝突エネルギーを吸収し、耐力の高い第２板部３４が衝突荷重に抵抗する。

ここで、車体骨格構造２０では、第１板部３２と第２板部３４が直接、結合されており、結合部３６には他の部材が介在しない。言い換えると、既述の第２比較例（図５参照）におけるクラッシュボックス２１４とフロントサイドメンバ２１２との結合部が廃止されるので、変形し難いデッドスペースが第２比較例に比べて縮小されている。このため、衝突荷重が入力された場合に、第１板部３２が結合部３６まで変形可能となる。これにより、車体骨格構造２０では、クラッシュボックスを骨格部材に締結する既述の第２比較例に比べて、前面衝突時におけるクラッシュストローク（変形長さ）を長くすることができる。言い換えると、車両１０の限られたスペースを有効活用することができる。さらに、結合部３６では、ボルト及びナットが無いため、衝突性能がボルト及びナットによる締結性能に依存しない。

また、車体骨格構造２０では、既述の第２比較例（図５参照）におけるクラッシュボックス２１４とフロントサイドメンバ２１２との結合部が廃止されることにより、結合のためのプレート、ボルト及びナットが不要となる。これにより、第２比較例に比べて、車両１０を軽量化することができる。そして、ボルト及びナットが不要となることで、部品点数を削減することができる。

さらに、車体骨格構造２０では、既述の第１比較例（図３（Ｂ）参照）のラップ代Ｗ１が不要となっている。このため、ラップ代Ｗ１に相当する部分の軽量化やクラッシュストロークのデッドスペースを削減することができる。また、第１板部３２の後端部と第２板部３４の前端部とが車両前後方向にラップされていないことにより、第１比較例に比べて、錆が生じ難い。

加えて、車体骨格構造２０では、結合部３６において溶接により形成された溶接ビードが表側に浮き出ないため、車両１０においてエクステンション２２の周辺に配置される取付部品と溶接ビードとの干渉を抑制することができる。

（変形例）
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

図４（Ａ）には、本実施形態の変形例として、エクステンション２２にキャブマウントブラケット５２が溶接された車体骨格構造２０が示されている。キャブマウントブラケット５２は、エクステンション２２の結合部３６の上面を覆うように、エクステンション２２に対して車両上下方向の上側から重ねられ溶接されている。この構成における車両前後方向のクラッシュストロークは、第１板部３２の前端からキャブマウントブラケット５２の溶接部位の前端までの長さＬ３となる。

図４（Ｂ）に示す変形例の車体骨格構造２０では、エクステンション２２へのキャブマウントブラケット５２の溶接により、溶接ビード５４が形成されている。ここで、キャブマウントブラケット５２の前端から溶接ビード５４の前端までの長さＬ４の部分は、クラッシュストロークとして機能し難い部分となる。しかし、長さＬ４は、既述の第２比較例の合計の長さＬａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ（図５参照）に比べて短くなっている。このため、変形例の車体骨格構造２０においても、第２比較例に比べて、前面衝突時におけるクラッシュストローク（変形長さ）を長くすることができる。

（他の変形例）
第１板部３２、第２板部３４は、第２板厚ｄ２が第１板厚ｄ１よりも厚い関係を満たす構成であれば、車両前後方向において車幅方向の板厚が異なっていてもよい。また、第１板部３２及び第２板部３４は、第２板部３４が第１板部３２に比べて硬質のものに限らず、同じ材料で形成されていてもよい。さらに、第１板部３２と第２板部３４との結合部３６は、サイドレールインナパネル２４に形成されるものに限らず、サイドレールアウタパネルに形成されていてもよい。

結合部３６は、車幅方向から見た場合に、車両上下方向に沿った直線状の部位に限らず、上部が下部に対して車両前後方向の前側又は後側に位置する傾斜方向に沿った直線状の部位であってもよい。また、結合部３６は、直線状に限らず、円弧状や階段状に形成されていてもよい。さらに、結合部３６は、車両上下方向から見た場合に車幅方向に沿った直線状の部位に限らず、左側端部が右側端部に対して車両前後方向の前側又は後側に位置する傾斜方向に沿った直線状の部位であってもよい。

車体骨格構造が適用される車両は、車両１０のようなフレーム車に限らず、キャビンと骨格部材とが一体とされたモノコック構造の車両（モノコック車）であってもよい。モノコック車では、既述のサイドレール１４がフロントサイドメンバに置き換わる。つまり、モノコック車のフロントサイドメンバを骨格部材の一例として、該フロントサイドメンバに差厚結合を適用してもよい。

以上、本発明の実施形態及び変形例に係る車体骨格構造について説明したが、これらの実施形態及び変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１４ サイドレール（骨格部材の一例）
１６ バンパリインフォースメント
２０ 車体骨格構造
３２ 第１板部
３４ 第２板部
３８ 段差
ｄ１ 第１板厚
ｄ２ 第２板厚

Claims (1)

1. 板厚が第１板厚に設定されると共にバンパリインフォースメントに結合され車両前後方向に延在された第１板部と、板厚が前記第１板厚よりも厚い第２板厚に設定されると共に前記第１板部との結合部位に段差が形成されるように前記第１板部の後端に差厚結合され車両前後方向に延在された第２板部と、を備えた骨格部材を有する車体骨格構造。