JP2019006270A - 車両前部構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】ボデー剛性を確保しつつ、歩行者保護性能を向上させる。【解決手段】車両前部構造18は、ウインドシールドガラス20の下部に沿って車幅方向に延在し、ウインドシールドガラス20を支持する開断面構造のカウルトップパネル22と、カウルトップパネル22の下部及びダッシュパネル40の上部がそれぞれ接合され、車幅方向に延在される閉断面構造のカウルリインフォースメント30と、を備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、車両前部構造に関する。
特許文献1には、一対のピラーの上部間に架け渡されたカウルリインフォースメントと、フロア部の前縁とピラーとカウルリインフォースメントで囲われた部分を覆うよう設けられたダッシュパネルと、一対のフロントサイドフレーム後端から、ダッシュパネル及びフロア部に沿って下方へ延びる一対のキックアップ部と、を備えてなる自動車の前部車体構造が開示されている。この前部車体構造では、車両の前面衝突時のダッシュパネルの後退を抑制するために、一対のキックアップ部の少なくとも一方とカウルリインフォースメントとを連結するよう、上下方向に延びる補強部材が設けられている。
また、特許文献2には、カウルロアパネルとカウルアッパパネルを接合することで一部を閉断面とした閉断面部を設け、当該閉断面部をカウルリインフォースメントの車両上方側に設けた車両用カウル部周辺構造が開示されている。この車両用カウル部周辺構造によれば、ウインドシールドガラスの下端部に衝突荷重が入力されると、ウインドシールドガラスの下端部が支持される閉断面部が車両上下方向に圧縮変形される。これにより歩行者の頭部等が衝突した際のエネルギが吸収可能とされている。
一方、特許文献1及び特許文献2の構造では、ボデー剛性の確保と歩行者保護性能の向上とを両立させる観点で改善の余地がある。
特開2004−299633号公報 特開2009−90928号公報
本発明は、ボデー剛性を確保しつつ、歩行者保護性能を向上させることが可能な車両前部構造を提供することを目的とする。
請求項1の車両前部構造は、ウインドシールドガラスの下部に沿って車幅方向に延在し、前記ウインドシールドガラスを支持する開断面構造のカウルトップパネルと、前記カウルトップパネルの下部及びダッシュパネルの上部がそれぞれ接合され、車幅方向に延在される閉断面構造のカウルリインフォースメントと、を備えている。
請求項1の車両前部構造は、車両上方から、ウインドシールドガラス、カウルトップパネル、カウルリインフォースメント、及びダッシュパネルの順に構成されている。そのため、この車両前部構造では、ウインドシールドガラスが閉断面構造のカウルリインフォースメントに直接支持されず、開断面構造のカウルトップパネルに支持されている。ここで、カウルトップパネルは、車幅方向の一部に補強パネルが接合されることで、当該補強パネルとの組み合わせによる閉断面部を有していてもよい。請求項1に記載の車両前部構造によれば、閉断面構造のカウルリインフォースメントによりボデー剛性を確保することができる。また、カウルリインフォースメントとウインドシールドガラスとの間を開断面構造のカウルトップパネルで連結することにより、カウルトップパネルはウインドシールドガラスに車両下方の衝突荷重が作用した場合に圧縮変形することができる。すなわち、開断面構造のカウルトップパネルにより、例えば、歩行者の頭部等がウインドシールドガラスの下部に衝突した場合にカウルリインフォースメントまでの距離で衝突エネルギを吸収することができる。
請求項2の車両前部構造では、前記カウルリインフォースメントは、アルミニウムの押出し材で構成されている。
請求項2の車両前部構造によれば、パネルを組み合わせて閉断面構造のカウルリインフォースメントを形成する場合に比べて、接合のためのフランジ等を設けずに閉断面を構成することができる。すなわち、鉄よりも比重の小さなアルミニウムにより閉断面構造のカウルリインフォースメントを形成することで、軽量化を図ることができる。
請求項3の車両前部構造は、フロントピラーを構成し、かつ前記カウルリインフォースメントの車幅方向の端部が接合されるアルミダイキャスト製の接合部材、を備えている。
請求項3の車両前部構造は、アルミダイキャスト製の接合部材を含んでフロントピラーが構成されている。例えば、この接合部材は、フロントピラーアッパとフロントピラーロアとの連結に用いられる部材として設けることができる。請求項3の車両前部構造によれば、アルミダイキャスト製の接合部材において、カウルリインフォースメントに作用する荷重を受けることができる。つまり、単にパネルを組み合わせて形成されたフロントピラーにカウルリインフォースメントを接合させる場合に比べて、カウルリインフォースメントが受けた荷重をフロントピラーに分散させることができる。
請求項4の車両前部構造では、前記接合部材は、車幅方向内側に延出する断面U字状の延出部を備え、前記カウルリインフォースメントの壁部は、前記延出部に当接された状態で固定されている。
請求項4の車両前部構造では、延出部の内側にカウルリインフォースメントが挿入される、又は、カウルリインフォースメントの内側に延出部が挿入されることにより、両者が固定されている。請求項4の車両前部構造によれば、カウルリインフォースメントと接合部材との接合部分では、両部材が重なる部分が設けられているため、荷重が集中しやすい接合部分における変形が抑制される。
本発明によれば、ボデー剛性を確保しつつ、歩行者保護性能を向上させることが可能な車両前部構造を提供することができる。
本発明の実施形態に係る車両前部構造におけるカウル部を車幅方向内側かつ車両後方側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る車両前部構造におけるカウル部の側方断面図(図1のA−A断面図)である。 本発明の実施形態に係る車両前部構造における作用を示す側方断面図(図2に対応する図)である。 比較例1に係る車両前部構造におけるカウル部の側方断面図である。 比較例2に係る車両前部構造におけるカウル部の側方断面図である。 本発明の実施形態に係る車両前部構造を車体モジュールにより構成される車両に適用した例を示す側方断面図である。
本発明の一実施形態に係る車両前部構造について図1〜図3を用いて説明する。なお、各図において、矢印FRは車両前方を示し、矢印UPは車両上方を示し、矢印OUTは車幅方向外側を示している。また、車両の前部は、基本的に左右対称に構成されているので、車両右方側を図示して説明する。
図1及び図2には、車両前部構造18が適用された車両10のカウル部16が図示されている。図1はウインドシールドガラス20の図示を省略しているが、車両10のカウル部16は、車幅方向両端のフロントピラー50の間に設けられている。図1及び図2に示されるように、カウル部16は、ウインドシールドガラス20を支持するカウルトップパネル22と、カウルトップパネル22の車両下方側が接合されるカウルリインフォースメント30とを含んで構成されている。また、カウルリインフォースメント30の車両下方側には車両前部室12と車室14(図2参照)とを区画するダッシュパネル40が接合されている。ここで、車両前部室12には、内燃機関が収容されるエンジンルームや、例えば電気自動車におけるモータ等の駆動源が収容される空間が含まれる。カウルトップパネル22、カウルリインフォースメント30及びダッシュパネル40は、車幅方向に延在しており、車幅方向両端のフロントピラー50に連結されている。
図1に示されるように、フロントピラー50は、フロントピラーアッパ52とフロントピラーロア54とを含んで構成されており、両者はアルミダイキャスト製の接合部材60に接合されている。補足すると、フロントピラーアッパ52は、車幅方向外側のピラーアウタアッパと、車幅方向内側のピラーインナアッパとをスポット溶接等により接合することで形成された骨格部材であって、閉断面を有している。フロントピラーアッパ52は、接合部材60の車両上方側の開口部(図示せず)に挿入され、ボルト56が締結されることで固定されている。一方、フロントピラーロア54は、車幅方向外側のピラーアウタロアと、車幅方向内側のピラーインナロアとをスポット溶接等により接合することで形成された骨格部材であって、閉断面を有している。フロントピラーロア54は、接合部材60の車両下方側の開口部(図示せず)に挿入され、接合部材60に対して溶接されることで固定されている。したがって、フロントピラーロア54の外壁面と接合部材60の端面により形成される段差部分には、アーク溶接による溶接部T1が形成されている。
また、接合部材60は、車幅方向内側に延出され、かつ車幅方向内側から見て断面U字状の延出部62を備えている。詳しくは、延出部62は、車両上方側、車両前方側及び車両下方側に壁面を有すると共に、車両後方側が開放されている(図2参照)。したがって、本実施形態では、延出部62に対してカウルリインフォースメント30を車幅方向内側又は車両後方側から差し込むことができる。そして、図2に示されるように、カウルリインフォースメント30は、カウルリインフォースメント30の壁部32の外壁面が延出部62の内壁面に当接された状態で、溶接により固定されている。したがって、壁部32の外壁面と延出部62の端面により形成される段差部分にアーク溶接によって溶接部T2が形成されている。なお、断面U字状の延出部62は、本実施形態のように、車両後方側が開放される形状に限らない。例えば、車両前方側、車両上方側、又は車両下方側のいずれを開放させる形状にしてもよい。
図1及び図2に示されるように、カウルトップパネル22は、ウインドシールドガラス20の下部に沿って車幅方向に延在する開断面構造の部材である。このカウルトップパネル22は、カウルリインフォースメント30に接合される下フランジ22Aと、下フランジ22Aの車両前方端部からウインドシールドガラス20(車両上方側)に向けて延出される立設部22Bを有している。また、カウルトップパネル22は、立設部22Bの車両上方端部から車両前方に向けて延出し、さらに車両前方端部が車両下方に向けて折り曲げられた載置部22Cを有している。この載置部22Cは、ウインドシールドガラス20の支持部として形成されている。さらに、カウルトップパネル22は、載置部22Cの車両前方かつ車両下方の端部から車両前方に向けて延出される前フランジ22Dを有している。この前フランジ22Dは、後述する補強パネル24(図2参照)との接合部分として形成されている。
図2に示されるように、カウルトップパネル22では、載置部22Cの車両上方側の面に固定部26とクッションゴム28とが設けられている。固定部26はウレタン接着剤等の弾性や柔軟性を有する接着剤であって、ウインドシールドガラス20の周囲を囲むように設けられている。以上のように、ウインドシールドガラス20は、固定部26及びクッションゴム28を介してカウルトップパネル22に支持されている。
ここで、カウルトップパネル22には、車幅方向の複数個所において、補強パネル24が接合されている。補強パネル24は、車両後方側において車両上下方向に延在される後フランジ24Aと、車両前方側において車両前後方向に延在される前フランジ24Bと、を含んで構成されている。後フランジ24Aがカウルトップパネル22の立設部22Bに当接されると共に、後フランジ24Aと立設部22Bとがスポット溶接により固定されている(図2の打点W1参照)。また、前フランジ24Bがカウルトップパネル22の前フランジ22Dに当接されると共に、前フランジ24Bと前フランジ22Dとがスポット溶接により固定されている(図2の打点W2参照)。
図1及び2に示されるように、カウルリインフォースメント30は、車幅方向に延在する閉断面構造の部材である。このカウルリインフォースメント30は、アルミニウムの押出し材で構成されている。カウルリインフォースメント30は、車幅方向外側においてフロントピラー50を構成する接合部材60と接合され、車両上方側においてカウルトップパネル22と接合され、車両下方側においてダッシュパネル40と接合されている。
ここで、カウルリインフォースメント30では、車両上方側の面に対してカウルトップパネル22の下フランジ22Aがリベット36により固定されている。なお、カウルリインフォースメント30の車幅方向外側の端部では、壁部32と接合部材60の延出部62とが重なった状態で接合されている(図2参照)。そのため、カウルトップパネル22の下フランジ22Aは、延出部62よりも車幅方向内側においては壁部32の車両上方側の面に当接され、壁部32と延出部62とが重なった部分においては延出部62の車両上方側の面に当接されている。つまり、壁部32と延出部62とが重なった部分では、カウルトップパネル22は接合部材60と共にカウルリインフォースメント30に対して接合されている。なお、カウルリインフォースメント30とカウルトップパネル22との接合方法はリベット36に限らない。例えば、ボルトや溶接による接合方法であってもよい。
また、カウルリインフォースメント30では、車両下方側の面に対してダッシュパネル40の車両上方側端部に設けられた上フランジ40Aがボルト38により固定されている。なお、ダッシュパネル40の上フランジ40Aは、延出部62よりも車幅方向内側においては壁部32の車両下方側の面に当接され、壁部32と延出部62とが重なった部分においては延出部62の車両下方側の面に当接されている。つまり、壁部32と延出部62とが重なった部分では、ダッシュパネル40は接合部材60と共にカウルリインフォースメント30に対して接合されている。なお、カウルリインフォースメント30とダッシュパネル40との接合方法はボルト38に限らない。例えば、リベットや溶接による接合方法であってもよい。
以上のように、各部材が接合された車両前部構造18では、各接合部にシーラSを塗布することにより、車両前部室12から車室14への水等の浸入を防いでいる。
(作用効果)
次に本実施形態の作用及び効果について比較例との対比により説明する。
図2に示されるように、本実施形態の車両前部構造18は、車両上方から開断面構造のカウルトップパネル22、閉断面構造のカウルリインフォースメント30、及び開断面構造のダッシュパネル40の順に構成されている。ここで、図2に示される衝突体80がウインドシールドガラス20の下部に衝突した場合の作用について説明する。
図3は歩行者の頭部等の衝突体80がウインドシールドガラス20の下部に衝突した状態の模式図である。図3に示されるように、衝突体80がウインドシールドガラス20の下部に衝突すると、カウル部16では、車両下方側に向かう衝突荷重Fが固定部26及びクッションゴム28を介してカウルトップパネル22に入力される。ここで、上述のとおり、カウルトップパネル22は補強パネル24と接合された場所では閉断面を有しているが、補強パネル24と接合されない場所では開断面とされている。これに対して、カウルトップパネル22が固定されるカウルリインフォースメント30はアルミの押出し材により車幅方向の全域が閉断面構造とされている。つまり、カウル部16では、カウルリインフォースメント30よりもカウルトップパネル22の方が剛性は低いため、カウル部16が受ける衝突荷重Fが過大になると、カウルトップパネル22が車両上下方向に圧縮変形される。すなわち、ウインドシールドガラス20からカウルリインフォースメント30までの距離で衝突エネルギを吸収することができる。これにより、カウル部16側から衝突体80に入力される衝突反力が低減される。
(比較例1)
比較例1は、上記特許文献1に例示されるように、カウル部において車両上方端部にカウルリインフォースメントを配置すると共に、当該カウルリインフォースメントにおいてウインドシールドガラスを直接支持する車両前部構造の例である。図4に比較例1の車両前部構造118におけるカウル部116周辺の構造を示す。なお、本実施形態と同じ構成には同じ符号を付している。比較例1のカウル部116は、車幅方向に延在し、かつウインドシールドガラス20を支持するカウルリインフォースメント130を備えている。
カウルリインフォースメント130は、ハット型形状の断面を有するカウルアッパパネル132と、ハット型形状の断面を有するカウルロアパネル134とをスポット溶接により接合することで(打点W11参照)形成された骨格部材であって、閉断面を有している。ここで、ウインドシールドガラス20は、固定部26及びクッションゴム28を介してカウルアッパパネル132に支持されている。また、カウルロアパネル134の車両前方側には、車両上下方向に延在するダッシュパネル140がスポット溶接により接合されている(打点W12参照)。そして、各部材の接合部にはシーラSが塗布されており、車両前部室12から車室14への水等の侵入が防止されている。
比較例1では、カウル部116において車両上方側にカウルリインフォースメント130が存在するのみであることから、本実施形態と比べて、カウルリインフォースメントの断面積を大きくすることができる。そのため、比較例1では、鉄製のパネル材を組み合わせたことによる骨格構造のカウルリインフォースメント130であっても車両の剛性を確保することができる。一方、比較例1は、衝突体80がウインドシールドガラス20の下部に衝突した場合、衝突体80による衝突荷重Fがほぼそのままカウルリインフォースメント130に加わるため、本実施形態に比べて衝突エネルギの吸収性能が劣る。すなわち、歩行者保護性能の向上は難しい。
(比較例2)
比較例2は、上記特許文献2に例示されるように、カウルロアパネルとカウルアッパパネルを接合することで一部を閉断面とした閉断面部を設け、当該閉断面部をカウルリインフォースメントの車両上方側に接合させた車両前部構造の例である。図5に比較例2の車両前部構造218におけるカウル部216周辺の構造を示す。なお、本実施形態と同じ構成には同じ符号を付している。比較例2のカウル部216は、車幅方向に延在し、かつウインドシールドガラス20を支持する閉断面部220と、閉断面部220の車両下方側に接合されるカウルリインフォースメント230と、を備えている。
閉断面部220は、カウルアッパパネル222、カウルロアパネル224及び補強パネル226をそれぞれスポット溶接により接合することで(打点W21、W22参照)形成された骨格部材であって、閉断面が形成されている。なお、閉断面部220において補強パネル226は車幅方向の数箇所に設けられている。つまり、補強パネル226の存在しない箇所は開断面とされている。ここで、ウインドシールドガラス20は、固定部26及びクッションゴム28を介してカウルアッパパネル222に支持されている。また、カウルロアパネル224の車両後方側であって閉断面部220の車両下方側では、カウルリインフォースメント230をスポット溶接により接合することで(打点W22、W23参照)、閉断面部232が形成されている。さらに、カウルロアパネル224の車両下方側には、車両上下方向に延在するダッシュパネル240がスポット溶接により接合されている(打点W24参照)。そして、各部材の接合部にはシーラSが塗布されており、車両前部室12から車室14への水等の侵入が防止されている。
比較例2では、カウル部216において、部分的に開断面を有する閉断面部220を設け、衝突体80がウインドシールドガラス20の下部に衝突した場合、衝突体80による衝突荷重Fにより閉断面部220が車両上下方向に圧縮変形可能に形成されている。これにより、本実施形態と同様に衝突エネルギの吸収性能を確保できるため、歩行者保護性能を向上させることができる。一方、比較例2は、閉断面部220の車両下方側にカウルリインフォースメント230による閉断面部232を形成しているが、車両前部室12側や車室14側への張り出しを抑えようとすると、閉断面部232の断面積を大きくすることは難しい。そして、鉄製のパネル材を組み合わせたことによる骨格構造においては、車両の剛性を向上させることは難しい。
(まとめ)
以上のように、各比較例と本実施形態との効果を比較すると、比較例1では車両の剛性を確保することはできるものの、歩行者保護性能の向上は難しく、比較例2では歩行者保護性能は向上するものの、車両の剛性を確保することが難しい。
これに対して本実施形態では、カウルリインフォースメント30を骨格部材に特化させた。特にアルミニウム製の押出し材でカウルリインフォースメント30を構成することにより、鉄製のパネル材を組み合わせる場合に比べて断面積を確保しやすくなるため、ボデー剛性を向上させることができる。また、本実施形態では、カウルトップパネル22をウインドシールドガラス20の受け面に機能特化させた。特にカウルトップパネル22を開断面構造とすることにより、ウインドシールドガラス20に車両下方の衝突荷重Fが作用した場合に圧縮変形を可能とした。これにより、ウインドシールドガラス20からカウルリインフォースメント30までの距離で衝突エネルギを吸収することができる。以上、本実施形態によれば、ボデー剛性を確保しつつ、歩行者保護性能を向上させることができる。つまり、本実施形態では各比較例では実現できなかったボデー剛性の確保と歩行者保護性能の向上を両立させることができる。
また、本実施形態はカウルトップパネル22とカウルリインフォースメント30とが分離構造であるため、ウインドシールドガラス20を装着するための枠部分の調整が容易となる。つまり、ウインドシールドガラスを装着する際の位置精度を高めることができる。
本実施形態は各比較例と比べて、さらに以下の効果を有している。比較例1及び比較例2は、共に鉄製のパネル材をスポット溶接することにより隔壁や骨格を形成している。したがって、カウル部の質量は増加する、特に比較例2は部品点数が多くなるため重量が増加する。また、部材(パネル)同士の接合箇所が多くなるとシーラSの塗布量が多くなる。これに対し、本実施形態のカウル部16は、カウルリインフォースメント30とカウルトップパネル22との組み合わせを基本構造とするため、各比較例と比べて部品点数が少なくて済む。また、骨格部材となるカウルリインフォースメント30が鉄よりも比重の小さなアルミニウム製であることから軽量化を図ることができる。さらに、アルミニウムの押出し材により閉断面が構成されるため、パネル材を組み合わせて閉断面構造を得る場合と比べて部材同士の接合箇所を減らすことができる。すなわち、シーラSの塗布量を減らすことができる。
本実施形態では、フロントピラー50を構成するアルミダイキャスト製の接合部材60にカウルリインフォースメント30の車幅方向の端部が接合されている。すなわち、本実施形態によれば、アルミダイキャスト製の接合部材60において、カウルリインフォースメント30に作用する荷重を受けることができる。つまり、単にパネルを組み合わせて形成されたフロントピラーにカウルリインフォースメントを接合させる場合に比べて、カウルリインフォースメントが受けた荷重をフロントピラーに分散させることができる。
さらに、本実施形態の接合部材60は車幅方向内側に延出する断面U字状の延出部62を備えており、カウルリインフォースメント30の壁部32が延出部62に当接された状態で固定されている。本実施形態によれば、カウルリインフォースメント30と接合部材60との接合部分において、両部材が重なる部分を設けることにより、荷重が集中しやすい接合部分の変形を抑制することができる。
なお、本実施形態では、接合部材60の延出部62の内側にカウルリインフォースメント30が挿入されていた。詳しくは、延出部62の内壁面にカウルリインフォースメント30の外壁面が当接された状態で固定されていた。しかし、これに限らず、カウルリインフォースメント30の内側に延出部62が挿入される、つまり、カウルリインフォースメント30の内壁面に延出部62の外壁面が当接された状態で固定される形態であってもよい。
(補足)
本実施形態の車両前部構造18は、複数の車体モジュールを含んで構成される車両に適用することができる。例えば、フロアモジュール、フロントモジュール及びリアモジュールにより形成されるアンダーモジュールと、アンダーモジュールの車両上方に接合されるルーフモジュールとにより構成される車両において、車両前部構造18は次のように適用することができる。すなわち、図6に示されるように、ルーフモジュール72には予めカウルトップパネル22を設け、アンダーモジュール74には予めカウルリインフォースメント30を設ける。この場合、ルーフモジュール72とアンダーモジュール74とを接合することで、同時にカウル部16を形成することができる。なお、ウインドシールドガラス20はルーフモジュール72に予め装着させてもよいし、ルーフモジュール72とアンダーモジュール74との接合後に装着させてもよい。
本実施形態のフロントピラー50は、図1に示されるように、接合部材60の車両上方側の開口部にフロントピラーアッパ52が挿入され、車両下方側の開口部にフロントピラーロア54が挿入されることで形成されている。そして、本実施形態では、接合部材60がアルミダイキャスト製であることから、フロントピラーアッパ52、フロントピラーロア54、更にはカウルリインフォースメント30を強固に固定することができる。なお、接合部材60においては、車両上下方向中央部に上下を隔てるような隔壁(リブ)を設けてもよい。これにより接合部材60の剛性をさらに向上させることができる。
18 車両前部構造
20 ウインドシールドガラス
22 カウルトップパネル
30 カウルリインフォースメント
32 壁部
40 ダッシュパネル
50 フロントピラー
60 接合部材
62 延出部

Claims (4)

  1. ウインドシールドガラスの下部に沿って車幅方向に延在し、前記ウインドシールドガラスを支持する開断面構造のカウルトップパネルと、
    前記カウルトップパネルの下部及びダッシュパネルの上部がそれぞれ接合され、車幅方向に延在される閉断面構造のカウルリインフォースメントと、
    を備えた車両前部構造。
  2. 前記カウルリインフォースメントは、アルミニウムの押出し材で構成されている請求項1に記載の車両前部構造。
  3. フロントピラーを構成し、かつ前記カウルリインフォースメントの車幅方向の端部が接合されるアルミダイキャスト製の接合部材、
    を備えた請求項1又は2に記載の車両前部構造。
  4. 前記接合部材は、車幅方向内側に延出する断面U字状の延出部を備え、
    前記カウルリインフォースメントの壁部は、前記延出部に当接された状態で固定されている請求項3に記載の車両前部構造。
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