JP2019014342A - 車体前部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲形状の側部フレームを有する車体前部構造において、衝突荷重に対する変形形状を安定化させ、衝撃エネルギーを安定して吸収する。
【解決手段】フロントサイドフレーム３１の車幅方向外側に側部フレーム１が配置され、側部フレーム１は、アッパメンバ２と、アッパメンバ２の前端に接続して前下方に延びるロアメンバ３と、を備え、アッパメンバ２とロアメンバ３との接続部には、前上方に向けて屈曲する上屈曲部４が形成され、上屈曲部４の前方に、ロアメンバ３の閉断面部を隔てるバルクヘッド１７を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車体前部構造に関する。

車両前後方向に延び、後端がフロントピラーに接合され、前端が車両前部構成部に接合された側部フレームの従来技術として、特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１には、前端がヘッドランプブラケットに接合されたアッパメンバについて記載されている。

特許第５６４０９３４号公報

フロントピラーから水平状に延びるアッパメンバを途中から下方に屈曲させ、前下方に斜めに延びるロアメンバを構成したうえで車両前部構成部に接続させる技術が知られている。本発明は、このような屈曲形状の側部フレームを有する車体前部構造において、衝突荷重に対する変形形状を安定化させ、衝撃エネルギーを安定して吸収することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、フロントサイドフレームの車幅方向外側に側部フレームが配置され、該側部フレームは、アッパメンバと、該アッパメンバの前端に接続して前下方に延びるロアメンバと、を備え、前記アッパメンバと前記ロアメンバとの接続部には、前上方に向けて屈曲する屈曲部が形成され、前記屈曲部の前方に、前記ロアメンバの閉断面部を隔てるバルクヘッドを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で、車両衝突時の側部フレームの変形形状を安定化させることができる。

本実施形態に係る車体前部構造の斜視図である。 側部フレームのアウタパネルを外した状態の車体前部構造の斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 バルクヘッドの外観斜視図である。 （ａ）はロアメンバとアッパメンバのインナパネル同士の接続部周りの側面図、（ｂ）はロアメンバとアッパメンバのアウタパネル同士の接続部周りの側面図である。 フェンダー支持ブラケットの外観斜視図である。 図６におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１において、側部フレーム１は、フロントサイドフレーム３１の車幅方向外側に配置されている。フロントサイドフレーム３１は、略水平状で車両前後方向に延びている。側部フレーム１とフロントサイドフレーム３１とは、車両の車幅方向両側に左右一対として配置されており、図１は車両左側に配置された側部フレーム１およびフロントサイドフレーム３１を示している。以下では、この車両左側に配置された側部フレーム１について説明するが、車両右側のものも左右対称の形状である以外は同じ構造である。

「側部フレーム１」
側部フレーム１は、図示しない前輪の上方で略水平状に車両前後方向に延び、後端がフロントピラー４１に接続するホイールハウスアッパメンバ（以降、単にアッパメンバという）２と、アッパメンバ２の前端に接続し、前下方に延びるホイールハウスロアメンバ（以降、単にロアメンバという）３と、を備えて構成されている。アッパメンバ２は、前寄りの前アッパメンバと、この前アッパメンバの後端にスポット溶接等で接続し、後方に延びてその後端がフロントピラー４１に接続する後アッパメンバ２Ａと、を備えて構成されている。後アッパメンバ２Ａの車幅方向内側には、図示しないダンパを上方から覆うダンパベース４２が配置されている。以降の説明で、アッパメンバ２とは前アッパメンバの部位を指すものとする。

「ロアメンバ３」
ロアメンバ３は、アッパメンバ２との接続部から前下方に略直線状に延びる傾斜直線部３Ａと、傾斜直線部３Ａの下端から下屈曲部５を介して前方に水平状に若干量延設する下部水平直線部３Ｂと、を有した形状からなる。下屈曲部５は、前上方に向けて凹状に形成されている。下部水平直線部３Ｂの前端は、上下方向および前後方向に関しフロントサイドフレーム３１の前端と略同じ位置となる。下部水平直線部３Ｂの前端とフロントサイドフレーム３１の前端とは、ガセット３２を介して互いに連結されている。

ロアメンバ３は、アウタパネル６とインナパネル７とから構成されている。図３に示すように、アウタパネル６は、車幅方向に水平状に延設する上面６Ａと、上面６Ａの車幅方向外端から下方に鉛直状に延設する外側面６Ｂと、上面６Ａの車幅方向内端から上方に鉛直状に延設する上向きフランジからなる上フランジ６Ｃと、外側面６Ｂの下端から車幅方向外側に水平状に延びる横向きフランジからなる下フランジ６Ｄと、を備えて構成されている。上面６Ａは、車幅方向略中央部に形成された稜線（段差部）６Ｅを境として、車幅方向外側の方が車幅方向内側よりも若干低く位置している。

インナパネル７は、車幅方向に水平状に延設する下面７Ａと、下面７Ａの車幅方向内端から上方に略鉛直状に延設する内側面７Ｂと、内側面７Ｂの上端から上方に鉛直状に延設する上向きフランジからなる上フランジ７Ｃと、下面７Ａの車幅方向外端から車幅方向外側に水平状に延設する横向きフランジからなる下フランジ７Ｄと、を備えて構成されている。以上により、上フランジ６Ｃ，７Ｃ同士および下フランジ６Ｄ，７Ｄ同士がスポット溶接等により結合されることで、上面６Ａと下面７Ａとが上下に対向するとともに外側面６Ｂと内側面７Ｂとが左右に対向し、ロアメンバ３の内部に中空断面部である矩形状の閉断面部８が形成される。

「アッパメンバ２」
図１、図２において、ロアメンバ３と同様に、アッパメンバ２もアウタパネル９とインナパネル１０とから構成されている。アウタパネル９は、車幅方向に水平状に延設する上面９Ａと、上面９Ａの車幅方向外端から下方に鉛直状に延設する外側面９Ｂと、上面９Ａの車幅方向内端に形成される上フランジ９Ｃと、外側面９Ｂの下端に形成される下フランジ９Ｄと、を備えて構成されている。上面９Ａには、前記稜線６Ｅに連続する稜線９Ｅが形成されている。

図２に示すように、インナパネル１０は、車幅方向に略水平状に延設する下面１０Ａと、下面１０Ａの車幅方向内端から上方に略鉛直状に延設する内側面１０Ｂと、内側面１０Ｂの上端に形成される上フランジ１０Ｃと、下面１０Ａの車幅方向外端に形成される下フランジ１０Ｄと、を備えて構成されている。以上により、上フランジ９Ｃ，１０Ｃ同士および下フランジ９Ｄ，１０Ｄ同士がスポット溶接等により結合されることで、上面９Ａと下面１０Ａとが上下に対向するとともに外側面９Ｂと内側面１０Ｂとが左右に対向し、アッパメンバ２の内部に中空断面部である矩形状の閉断面部が形成される。

アッパメンバ２の前端とロアメンバ３の後端とは、互いに重なり合ってスポット溶接等により結合されている。具体的には、インナパネル１０がインナパネル７に対し下方および車幅方向内側から重なるとともに、アウタパネル６がアウタパネル９に対し上方および車幅方向外側から重なるように配置されている。図５（ａ）の符号Ｔ１は、インナパネル７，１０同士が重なり合った接続部１１の重なり代を示している。接続部１１は、内側面７Ｂ，１０Ｂ同士の重なり代の方が下面７Ａ，１０Ａ同士の重なり代よりも大きく設定されている。図５（ｂ）の符号Ｔ２は、アウタパネル６，９同士が重なり合った接続部１２の重なり代を示している。接続部１２は、外側面６Ｂ，９Ｂ同士の重なり代の方が上面６Ａ，９Ａ同士の重なり代よりも大きく設定されている。

アッパメンバ２の前端は前下方に向けて湾曲状に形成されており、これに滑らかに連なるように、ロアメンバ３の後端も若干湾曲状に形成されている。これにより、アッパメンバ２とロアメンバ３との接続部１３（すなわち、前記した接続部１１および接続部１２）には、前上方に向けて屈曲する上屈曲部４が形成されている。

「スチフナ１４」
図２に示すように、インナパネル７，１０には、接続部１３を挟んでロアメンバ３の延設方向に延びる補強部材としてのスチフナ１４がスポット溶接等により取り付けられている。スチフナ１４は、概ね下面７Ａ，１０Ａと内側面７Ｂ，１０Ｂとにかけて略直交状に屈曲した断面略Ｌ字形状を呈している。具体的には、スチフナ１４は、接続部１１よりも前側で下面部７Ａと内側面７Ｂとに取り付けられる前剛性部１４Ａと、接続部１１よりも後側で下面部１０Ａと内側面１０Ｂとに取り付けられる後剛性部１４Ｂと、接続部１１で内側面７Ｂに取り付けられ、前剛性部１４Ａと後剛性部１４Ｂとを連結する連結部１４Ｃと、を備えて構成されている。

接続部１１の後方において、アッパメンバ２の下面１０Ａと内側面１０Ｂとのコーナー部には、前方衝突荷重の入力時に上屈曲部４の座屈変形を誘起する脆弱部２０としての凹部１５が形成されている。凹部１５は、アッパメンバ２の閉断面部の内部に向けて窪むように形成された窪みである。スチフナ１４には、閉断面部内に突出することとなる凹部１５との干渉を避ける切欠き部１４Ｄが形成されている。この切欠き部１４Ｄも上屈曲部４の座屈変形を誘起する脆弱部２０の機能を担う。さらに、凹部１５の真横の下面１０Ａには、上方に閉断面部内に向けて突出し、車幅方向に沿ったビード１６が形成されている。このビード１６も上屈曲部４の座屈変形を誘起する脆弱部２０の機能を担う。これら脆弱部２０は、後述するフェンダー支持ブラケット１８の後端部１８Ｂの下方に設けられている。

「バルクヘッド１７」
上屈曲部４の前方には、ロアメンバ３の閉断面部８をロアメンバ３の延設方向に隔てる補強用のバルクヘッド１７が設けられている。図３および図４を参照して、バルクヘッド１７は、傾斜直線部３Ａの延設方向との略直交面に沿って形成され、閉断面部８の形状に略倣った矩形状の隔壁板部１７Ａを備えている。この隔壁板部１７Ａの下端、車幅方向内端、上端にはそれぞれ、ロアメンバ３の延設方向に沿って接続部１３側に向けて延びる下フランジ１７Ｂ、側フランジ１７Ｃ、上フランジ１７Ｄが形成されている。

図３において、下フランジ１７Ｂは、スチフナ１４の前剛性部１４Ａとともにロアメンバ３の下面７Ａにスポット溶接等により取り付けられる。側フランジ１７Ｃは、前剛性部１４Ａとともにロアメンバ３の内側面７Ｂにスポット溶接等により取り付けられる。上フランジ１７Ｄは、本実施形態では、ロアメンバ３の上面６Ａに対して３ｍｍ程度の若干の隙間Ｓを空けて対向するように位置している。隙間Ｓが一定となるように、上フランジ１７Ｄには、上面６Ａの稜線６Ｅに対応するように稜線１７Ｅが形成されている。なお、場合により、上フランジ１７Ｄを上面６Ａに溶接等で結合してもよい。

「フェンダー支持ブラケット（ブラケット部材）１８」
図１、図５、図６を参照して、上屈曲部４には、前端部１８Ａがバルクヘッド１７の上部の近傍に位置してロアメンバ３の上面６Ａにスポット溶接等で接続するとともに、後端部１８Ｂがアッパメンバ２の上面９Ａにスポット溶接等で接続し、前上方に向けて突出した突出部１８Ｃを有するフェンダー支持ブラケット１８が設けられている。つまり、フェンダー支持ブラケット１８は、接続部１３を挟んでロアメンバ３の上面６Ａとアッパメンバ２の上面９Ａとの間に掛け渡されている。フェンダー支持ブラケット１８は、車体の図示しないフロントフェンダーを支持する。突出部１８Ｃは、前端部１８Ａから車幅方向に沿う面として略鉛直状に上方に延びる前面１８Ｄと、後端部１８Ｂから車幅方向に沿う面として略水平状に前方に延びる上面１８Ｅとで構成されている。図５から判るように、前端部１８Ａは、ロアメンバ３の延設方向に関して、バルクヘッド１７の上フランジ１７Ｄと重なるようには位置しておらず、上フランジ１７Ｄよりも若干前側に位置して上面６Ａに接続している。

図６において、前端部１８Ａは、稜線６Ｅに跨って上面６Ａに接面するため、稜線６Ｅに倣った稜線１８Ｆが形成されている。後端部１８Ｂも稜線９Ｅに跨って上面９Ａに接面するため、稜線９Ｅに倣った稜線１８Ｇが形成されている。前面１８Ｄの車幅方向中央には、前端部１８Ａまでにかけて上下方向に延びる浅溝状のビード１９が形成されている。図７に示すように、ビード１９は後方側に凸状となるように形成されている。図６に示すように、ビード１９の上端側はそのまま上面１８Ｅの中程あたりまで回り込むように形成されている。

「作用」
前方衝突荷重が側部フレーム１に入力すると、側部フレーム１には、下屈曲部５および上屈曲部４を折り曲げ点として傾斜直線部３Ａが前方側に起立するいわゆるＺ字折れの座屈変形が生じ、この変形過程で衝撃エネルギーが吸収される。

ここで、上屈曲部４においては、アッパメンバ２とロアメンバ３との重なり部である接続部１３が配置されている。接続部１３は板厚が増して強度が高いことから、上屈曲部４での変形の折り曲げ点は、接続部１３をよけて、接続部１３よりも前或いは後のどちらかになる傾向にある。本発明者は、接続部１３よりも後を折り曲げ点とした場合の方が、接続部１３でのアッパメンバ２とロアメンバ３との接続状態を維持しつつ、上屈曲部４を緩やかに曲げることができ、衝撃エネルギーの吸収効率が良くなることを解析した。しかし、アッパメンバ２やロアメンバ３の長さや、フロントサイドフレーム３１の折れモードとの兼ね合い、エンジン部品の挙動等、様々な要因により、安定的に接続部１３の後で折り曲げることが困難な場合がある。

この問題に対し、本発明は、接続部１３の前側に、ロアメンバ３の閉断面部８をロアメンバ３の延設方向に隔てるバルクヘッド１７を設けたので、衝突荷重を受けてロアメンバ３の上面６Ａと下面７Ａとが互いに近接しようとする閉断面部８の変形がバルクヘッド１７により阻止される。

以上のように、フロントサイドフレーム３１の車幅方向外側に側部フレーム１が配置され、側部フレーム１は、アッパメンバ２と、該アッパメンバ２の前端に接続して前下方に延びるロアメンバ３と、を備え、アッパメンバ２とロアメンバ３との接続部１３には、前上方に向けて屈曲する上屈曲部４が形成され、上屈曲部４の前方に、ロアメンバ３の閉断面部８を隔てるバルクヘッド１７を設ければ、接続部１３の前での折り曲げを抑制でき、その分、所望の折り曲げ箇所である接続部１３の後で折り曲げを安定して生じさせることができる。

特に、バルクヘッド１７の上部に、ロアメンバ３の延設方向に延びる上フランジ１７Ｄが形成されている構成とすれば、衝突荷重を受けた際、下面７Ａ側に変形しようとする上面６Ａを、上フランジ１７Ｄにより面として受け止めることができる。本実施形態では、上フランジ１７Ｄと上面６Ａとの間に隙間Ｓを設けているが、上面６Ａがこの隙間Ｓ分だけ下方に移動して上フランジ１７Ｄに突き当たった以降は、下方への変形が阻止されることとなる。これにより、上面６Ａの変形を効果的に阻止し、接続部１３の前での折り曲げを一層抑制できる。

また、上屈曲部４に配置され、前端部１８Ａがバルクヘッド１７の上部の近傍に位置するとともに後端部１８Ｂがアッパメンバ２の上面９Ａに接続し、前上方に向けて突出した突出部１８Ｃを有するフェンダー支持ブラケット（ブラケット部材）１８を設ければ、次のような効果が奏される。フェンダー支持ブラケット１８でロアメンバ３の上面６Ａとアッパメンバ２の上面９Ａとを接続することにより、通常時におけるロアメンバ３とアッパメンバ２との結合強度を高めることができる。そして、前方衝突時等には、前端部１８Ａがバルクヘッド１７の上部の近傍でロアメンバ３の上面６Ａに接続していることにより、前端部１８Ａとバルクヘッド１７の上端とが協働して上面６Ａの折り曲げを阻止する。これにより、接続部１３の前での折り曲げを一層抑制できる。

フェンダー支持ブラケット１８の下方に、アッパメンバ２の脆弱部２０を設ければ、脆弱部２０に応力を集中させることができ、接続部１３の後で確実に折り曲げを生じさせることができる。脆弱部２０をフェンダー支持ブラケット１８の下方に配置することで、側部フレーム１の剛性の低下を抑制できる。

フェンダー支持ブラケット部材１８の突出部１８Ｃに、前端部１８Ａに向かって上下方向に延びるビード１９を設ければ、フェンダー支持ブラケット部材１８の強度を効果的に高めることができる。これにより、アッパメンバ２とロアメンバ３との結合強度を高めることができ、アッパメンバ２とロアメンバ３の意図しない曲げ変形を抑制できる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。実施形態では、バルクヘッド１７をインナパネル７側にスポット溶接で取り付けたが、場合によりアウタパネル６側にスポット溶接で取り付けてもよい。また、バルクヘッド１７をインナパネル７、アウタパネル６の双方にスポット溶接で取り付けてもよい。

１ 側部フレーム
２ アッパメンバ
３ ロアメンバ
４ 上屈曲部
５ 下屈曲部
６ アウタパネル（ロアメンバ側）
７ インナパネル（ロアメンバ側）
８ 閉断面部
９ アウタパネル（アッパメンバ側）
１０ インナパネル（アッパメンバ側）
１３ 接続部
１４ スチフナ
１４Ｄ 切欠き部
１５ 凹部
１６ ビード
１７ バルクヘッド
１７Ｄ 上フランジ
１８ フェンダー支持ブラケット（ブラケット部材）
１８Ａ 前端部
１８Ｂ 後端部
１８Ｃ 突出部
１９ ビード
２０ 脆弱部
３１ フロントサイドフレーム
４１ フロントピラー

Claims (5)

1. フロントサイドフレームの車幅方向外側に側部フレームが配置され、
   該側部フレームは、アッパメンバと、該アッパメンバの前端に接続して前下方に延びるロアメンバと、を備え、
   前記アッパメンバと前記ロアメンバとの接続部には、前上方に向けて屈曲する屈曲部が形成され、
   前記屈曲部の前方に、前記ロアメンバの閉断面部を隔てるバルクヘッドを設けたことを特徴とする車体前部構造。
2. 前記バルクヘッドの上部に、前記ロアメンバの延設方向に延びる上フランジが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 前記屈曲部に配置され、前端部が前記バルクヘッドの上部の近傍に位置するとともに後端部が前記アッパメンバの上面に接続し、前上方に向けて突出した突出部を有するブラケット部材を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体前部構造。
4. 前記ブラケット部材の下方に、前記アッパメンバの脆弱部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の車体前部構造。
5. 前記ブラケット部材の突出部に、前記前端部に向かって上下方向に延びるビードを設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車体前部構造。

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