JP2020093686A - 車両用骨格構造 - Google Patents

Abstract

【課題】補強部に求められる要件を緩和しつつ、早期の弾性座屈を抑制して全体の曲げ耐力を向上させることができる車両用骨格構造を得る。【解決手段】センタピラー１０は、車幅方向内側に開口された断面形状が車両上下方向に延在されて構成される長尺状のセンタピラーアウタパネル１２と、センタピラーアウタパネル１２の開口側に接合されてセンタピラーアウタパネル１２とで閉断面構造を構成する長尺状のセンタピラーインナパネル１４と、開口方向に作用する荷重により曲げ変形するときの曲げ中立面Ｐとセンタピラーアウタパネル１２との交線Ｑに沿ってセンタピラーアウタパネル１２に設けられた補強部材１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用骨格構造に関する。

特許文献１には、高強度鋼板を用いた中空構造の車両用構造部材に関する発明が開示されている。具体的には、車両用構造部材は、断面形状がハット形状とされた第１の構造部材と、平板状の第２の構造部材とが接合されて閉断面構造とされている。また、この車両用構造部材には、第１の構造部材の底壁部又は第２の構造部材の天壁部の内面に補強部材が接着されている。これにより、車両衝突時に衝突荷重が入力された場合の底壁部又は天壁部の面外変形が抑制され、断面変形が抑制される。

特開２０１７−１５９８９６号公報

ところで、車体軽量化を目的として、高張力鋼板などの引張強度が高い鋼板を車両用骨格構造に使用して鋼板の板厚を薄くする（薄肉化する）ことが行われている。高強度鋼板を用いた場合、低強度の鋼板を用いた場合と同程度の耐荷重性能とするために、例えば板厚と降伏強度の積が同等となるように板厚を設定すると、板厚が薄くなり、軽量化という目的を達成することができる。一方で、薄肉化により剛性（曲げ剛性及び軸剛性）が低下してしまうため、車両用骨格構造に衝突荷重等が作用した場合に、圧縮応力により早期に弾性座屈が生じて断面崩壊（塑性座屈）に到るという問題が生じる。この場合、車両用骨格構造に作用する荷重が、鋼板を構成する材料が本来有する降伏強度に到達する前に断面崩壊が生じてしまい、高強度化された材料の強度を十分に活かすことができない。

上述の問題を解決するために、上記特許文献１に記載の車両用構造部材のように最も大きい圧縮応力が作用する底壁部又は天壁部に補強部材を設けた場合、補強部材にも大きい圧縮応力が作用することとなる。そのため、補強部材が大きい圧縮応力に耐え得る強度及び剛性を備えなければならず、補強部材に使用する材料の特性や板厚等に対する制約が大きくなってしまう。

本発明は上記事実を考慮し、補強部に求められる要件を緩和しつつ、早期の弾性座屈を抑制して全体の曲げ耐力を向上させることができる車両用骨格構造を得ることを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る車両用骨格構造は、第１方向に開口された断面形状が、第１方向と交差する第２方向に延在されて構成される長尺状の第１部材と、前記第１部材の開口側に接合されて前記第１部材とで閉断面構造を構成する長尺状の第２部材と、前記第１方向に作用する荷重により曲げ変形するときの曲げ中立面と前記第１部材との交線に沿って当該第１部材に設けられた補強部と、を備える。

請求項１に記載の本発明に係る車両用骨格構造では、第１方向に開口された断面形状が第１方向と交差する第２方向に延在されて長尺状の第１部材が構成されている。また、第１部材の開口側には長尺状の第２部材が接合されて、第１部材と第２部材とで閉断面構造が構成されている。補強部は、仮に第１方向に作用する荷重により車両用骨格構造が曲げ変形するときの曲げ中立面と第１部材との交線に沿って第１部材に設けられている。補強部は曲げ中立面に沿って配置されるため、補強部には圧縮応力も引張応力も作用しない。これにより、補強部に求められる強度、剛性等の要件を緩和しつつ、第１部材の面外変形を抑制して早期の弾性座屈を抑制し、弾性座屈から塑性座屈に進展して断面崩壊に到ることを抑制することができる。結果として、薄肉化による軽量化を実現しつつ、車両用骨格構造全体の曲げ耐力を向上させて、高強度化された材料の強度を十分に活かすことができる。

以上、説明したように、本発明に係る車両用骨格構造によれば、補強部に求められる要件を緩和しつつ、早期の弾性座屈を抑制して全体の曲げ耐力を向上させることができる、という優れた効果を有する。

第１実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラーの要部を拡大して示す斜視図である。 図１の２−２線断面図と対応する応力分布図である。 第１実施形態の変形例を示す斜視図である。 第１実施形態における補強部材に異なる材料を使用した場合の曲げモーメントを示すグラフである。 （Ａ）は、第２実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラーの要部を拡大して示す斜視図である。（Ｂ）は、第２実施形態の変形例を示す斜視図である。 第１実施形態及び第２実施形態に係る車両用骨格構造の曲げモーメントを比較例の曲げモーメントと共に示すグラフである。 （Ａ）は、補強部材を備えない比較例に係る車両用骨格構造における曲げ変形時の断面崩壊直前の長手方向圧縮ひずみの分布を示す模式図である。（Ｂ）は、第１実施形態に係る車両用骨格構造における曲げ変形時の断面崩壊直前の長手方向圧縮ひずみの分布を示す模式図である。 図１及び図７（Ｂ）に示される第１実施形態に係る車両用骨格構造の曲げモーメントを、図７（Ａ）に示される比較例に係る車両用骨格構造及び参考例に係る車両用骨格構造の曲げモーメントと比較して示すグラフである。 （Ａ）は、圧縮側に補強部材を配置した比較例に係る車両用骨格構造の斜視図である。（Ｂ）は、引張側に補強部材を配置した比較例に係る車両用骨格構造の斜視図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示される比較例に係る車両用骨格構造と、第１実施形態に係る車両用骨格構造とを比較した、曲げモーメントを示すグラフである。

[第１実施形態]
以下、図１〜図４及び図７（Ａ）〜図１０を参照して、第１実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラー１０について説明する。なお、各図に適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示している。また、矢印ＩＮは車幅方向内側を示しており、矢印ＯＵＴは車幅方向外側を示している。

図１には、第１実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラー１０の要部が斜視図で示されている。この図に示されるように、センタピラー１０は、閉断面構造とされた長尺状の車体骨格部材である。また、センタピラー１０は、車両側部の上端部において車両前後方向に沿って配設された図示しないルーフサイドレールの長手方向中間部と車両側部の下端部において車両前後方向に沿って配設された図示しないロッカの長手方向中間部とを車両上下方向に連結している。

センタピラー１０は、車室外側に配置された長尺状の「第１部材」としてのセンタピラーアウタパネル（以下、単に「ピラーアウタパネル」という）１２と、ピラーアウタパネル１２の車室内側に配置された長尺状の「第２部材」としてのセンタピラーインナパネル（以下、単に「ピラーインナパネル」という）１４と、ピラーアウタパネル１２に接合された「補強部」としての一対の補強部材１６と、を含んで構成されている。ピラーアウタパネル１２とピラーインナパネル１４とは、車両前後方向の前端部同士及び後端部同士がそれぞれ接合されて閉断面構造を構成している。

本実施形態のセンタピラー１０は、ピラーアウタパネル１２、ピラーインナパネル１４、及び一対の補強部材１６がそれぞれ高張力鋼板（ハイテン材）によって構成されている。補足すると、本明細書において、「高張力鋼板」とは、普通鋼板よりも引張強度が高い鋼板の意味であり、引張強度が９８０ＭＰａ以上ある超高張力鋼板（超ハイテン材）を含むものである。一例として、ピラーアウタパネル１２は１４７０ＭＰａの引張強度を有する板厚１．２ｍｍの鋼板、ピラーインナパネル１４は４４０ＭＰａの引張強度を有する板厚１．０ｍｍの鋼板でそれぞれ構成され、一対の補強部材１６は、１４７０ＭＰａの引張強度を有する板厚２ｍｍの鋼板で構成されている。

図２に示されるように、ピラーアウタパネル１２は、「第２方向」としての長手方向（車両上下方向）に対して直交する方向に切断したときの断面形状が、「第１方向」としての車両内側方向に開口された略ハット形状とされている。具体的には、ピラーアウタパネル１２は、車両上下方向及び車両前後方向に沿って配設されて略ハット形状の底壁を成す底壁部１２Ａと、底壁部１２Ａの車両前方側端部から車幅方向内側に延出された前壁部１２Ｂと、底壁部１２Ａの車両後方側端部から車幅方向内側に延出されて前壁部１２Ｂと共に開口を形成する後壁部１２Ｃと、前壁部１２Ｂの車幅方向内側端部から車両前方側に延出された前フランジ部１２Ｄと、後壁部１２Ｃの車幅方向内側端部から車両後方側に延出された後フランジ部１２Ｅと、によって構成されている。

底壁部１２Ａの車両前後方向中間部には、車幅方向内側に膨出する凸部１２Ａ１が車両上下方向に沿って形成されている。すなわち、底壁部１２Ａと前壁部１２Ｂと後壁部１２Ｃとは、長手方向に対して直交する方向に切断したときの断面形状が略Ｍ字状とされている。

ピラーインナパネル１４は、車幅方向を板厚方向として配設された平板状の部材であり、ピラーアウタパネル１２の開口を閉塞する本体部１４Ａと、本体部１４Ａの車両前方側に位置する前接合部１４Ｂと、車両後方側に位置する後接合部１４Ｃと、によって構成されている。

ピラーアウタパネル１２の前フランジ部１２Ｄ及び後フランジ部１２Ｅは、ピラーインナパネル１４の前接合部１４Ｂ及び後接合部１４Ｃとそれぞれスポット溶接等により接合されている。これによりピラーアウタパネル１２とピラーインナパネル１４とで閉断面構造を構成している。

ピラーアウタパネル１２の前壁部１２Ｂの後面及び後壁部１２Ｃの前面における車幅方向中央部には、一対の補強部材１６が設けられている。この一対の補強部材１６は、車両上下方向に延在される長尺状の部材であり、前壁部１２Ｂの後面及び後壁部１２Ｃの前面にそれぞれ溶接等により接合されている。

次に、一対の補強部材１６の位置について、図１を参照してより詳細に説明する。仮にセンタピラー１０に対して車幅方向外側から内側に向かう方向（ピラーアウタパネル１２の開口方向）に荷重Ｆが作用した場合には、曲げモーメントＭが発生し、センタピラー１０の車幅方向外側の部位には圧縮応力（−σ）が、車幅方向内側の部位には引張応力（+σ）が作用する（図２の応力分布図参照）。このとき、圧縮ひずみも引張ひずみも生じない面が、曲げ中立面Ｐである。この曲げ中立面Ｐと、センタピラー１０の長手方向に直交する断面（図２参照）との交線が曲げ中立軸Ｎである。本実施形態では、曲げ中立面Ｐは、ピラーアウタパネル１２の車幅方向中央部において車両前後方向及び車両上下方向に延在された面であり、ピラーインナパネル１４と略平行とされている。また、一対の補強部材１６は、この曲げ中立面Ｐがピラーアウタパネル１２と交わる位置に設けられている。言い換えると、一対の補強部材１６は、曲げ中立面Ｐとピラーアウタパネル１２との交線Ｑに沿って、前壁部１２Ｂの後面及び後壁部１２Ｃの前面にそれぞれ接合されている。すなわち、一対の補強部材１６は、板厚方向に直交する短手方向が曲げ中立面Ｐと交差し、かつ長手方向が曲げ中立面Ｐに沿うように配置されている。なお、便宜上、曲げ中立面Ｐ及び曲げ中立軸Ｎをセンタピラー１０の外まで延長して図示している。

＜作用及び効果＞
次に、第１実施形態に係るセンタピラー１０の作用及び効果について、図７（Ａ）〜図１０を参照して説明する。

図７（Ａ）には、比較例に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラー１００に車幅方向外側から内側に向かって荷重Ｆが入力されて断面崩壊が生じる直前の状態における長手方向の圧縮ひずみ（部材表面におけるひずみ）の分布が模式的に示されている。この図に示されるように、比較例のセンタピラー１００は、ピラーアウタパネル１０２及びピラーインナパネル１０４によって構成され、本発明の第１実施形態のような一対の補強部材１６が設けられていない。このため、断面崩壊が生じる直前の圧縮ひずみの分布は、ピラーアウタパネル１０２の前壁部１０２Ｂ及び後壁部１０２Ｃの曲げ中立軸Ｎよりも車幅方向外側の部位において、車幅方向に振幅を有する波型の分布となっている。すなわち、ピラーアウタパネル１０２の前壁部１０２Ｂ及び後壁部１０２Ｃにおいて、断面崩壊直前に弾性座屈が生じている。この弾性座屈がさらに進展することで稜線（底壁部１０２Ａと前壁部１０２Ｂ及び後壁部１０２Ｃとのそれぞれの境界部分）の座屈が生じ、断面崩壊（塑性変形）へと到る。なお、この図では図示が省略されているが、曲げ中立軸Ｎよりも車幅方向内側の部位には引張ひずみが生じている。

これに対し、本発明の第１実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラー１０では、図７（Ｂ）に示されるように、センタピラー１０の曲げ中立面Ｐ（図１参照）がピラーアウタパネル１２と交わる交線に沿って一対の補強部材１６が設けられている。このため、荷重Ｆが作用したときの長手方向の圧縮ひずみの分布には、図７（Ａ）に示される補強部材を備えない比較例のような弾性座屈の波が生じていない。

本発明の第１実施形態に係る車両用骨格構造において弾性座屈が生じない理由について、図７（Ａ）に示される補強部材を備えない比較例のセンタピラー１００と、図７（Ｂ）に示される本発明の第１実施形態のセンタピラー１０とを比較しながら説明する。両者は曲げ中立面がほぼ同じ位置にあるため圧縮ひずみが生じる領域はほぼ同じであるが、圧縮応力が作用したときに面外変形を生じ易い部位の面積が異なる。すなわち、比較例のセンタピラー１００には補強部が設けられていないため、ピラーアウタパネル１０２の前壁部１０２Ｂ及び後壁部１０２Ｃの全体が面外変形を生じ易い部位である。一方で、本実施形態のセンタピラー１０では、ピラーアウタパネル１２の前壁部１２Ｂ及び後壁部１２Ｃにおける曲げ中立面Ｐ（図１参照）に沿った位置に補強部材１６が設けられて断面積が大きくなっているため、他の部位よりも剛性が大きく（変形を生じにくく）なっている。このため、圧縮応力により面外変形を生じ易い部位が補強部材１６よりも圧縮側（車幅方向外側）となり、比較例と比べて面外変形を生じ易い部位の面積が小さい。これにより、本実施形態に係る車両用骨格構造では、図７（Ａ）に示される比較例のような振幅及び波長の大きな弾性座屈の波が生じることが抑制され、弾性座屈が生じたとしてもその波長は小さく、塑性座屈に進展することが抑制される。

したがって、本実施形態に係る車両用骨格構造では、早期の弾性座屈の発生が抑制され、車両用骨格構造に作用する荷重Ｆが鋼板の材料が本来有する降伏強度に到達する前に断面崩壊へと到ることが抑制される。また、補強部材１６には圧縮ひずみも引張ひずみも生じないため、圧縮側の底壁部１２Ａに補強部材を設ける場合と比べて、補強部材１６の強度や板厚が小さくても十分な曲げ耐力が得られる。これにより、補強部材１６に求められる要件を緩和しつつ早期の弾性座屈を抑制して、弾性座屈からさらに塑性座屈に進展して断面崩壊に到ることを抑制することができる。結果として、薄肉化による軽量化を実現しつつ、車両用骨格構造全体の曲げ耐力を向上させて、高強度化された材料の強度を十分に活かすことができる。

図８には、上述の図７（Ａ）に示される補強部材を備えない比較例に係る車両用骨格構造と、図１、図２及び図７（Ｂ）に示される本発明の第１実施形態に係る車両用骨格構造と、参考例に係る車両用骨格構造とに対して、それぞれ車幅方向外側から内側に向かって荷重を作用させて、曲げによる破壊（断面崩壊）が生じるときの最大荷重から求められた最大曲げモーメントが示されている。より詳細に説明すると、車両用骨格構造の曲げモーメントは長手方向の位置により異なり、荷重が作用する位置に生じる曲げモーメントが最大となる。図８に示される曲げモーメントは、断面崩壊が生じたときに荷重が作用する位置に生じる曲げモーメントである。

上述の通り、高強度鋼板を車両用骨格構造に使用する場合に、低強度の鋼板を用いた場合と同程度の耐荷重性能となるように板厚を設定すると、薄肉化により剛性が低下して早期に弾性座屈が生じ、断面崩壊を引き起こすため、曲げモーメントは低下してしまう。一例として、補強部材を備えない比較例に係る車両用骨格構造（図７（Ａ）参照）では、１４７０ＭＰａの引張強度を有する板厚１．２ｍｍの鋼板でピラーアウタパネル１０２が構成されている。この比較例の曲げモーメント（図８中央参照）は、参考例として示される、１１８０ＭＰａの引張強度を有する板厚１．４ｍｍの鋼板でピラーアウタパネルを構成して補強部材を設けない場合の曲げモーメント（図８左側参照）と比べて、約１０％低下する。

一方、本発明の第１実施形態では、上述の通り、一例としてピラーアウタパネル１２は１４７０ＭＰａの引張強度を有する板厚１．２ｍｍの鋼板、補強部材１６は、１１４０ＭＰａの引張強度を有する板厚２ｍｍの鋼板でそれぞれ構成されている。この場合、引張強度及び板厚が同一の鋼板で構成されて補強部材が設けられていない比較例（図８中央参照）と比べて、曲げモーメントは約１０％向上し（図８右側参照）、１１８０ＭＰａ鋼板（板厚１．４ｍｍ）を使用した参考例と同等である。このように、本実施形態に係る車両用骨格構造では、薄肉化を実現しつつ、曲げ耐力を向上させることができる。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、別の比較例に係る車両用骨格構造を適用したセンタピラー２００及びセンタピラー３００がそれぞれ示されている。センタピラー２００、３００は、各部が本発明の第１実施形態のセンタピラー１０と同じ板厚の同一材料（引張強度同一）で構成されているが、補強部材２０６、３０６の位置が異なっている。すなわち、センタピラー２００では、一対の補強部材２０６はピラーアウタパネル２０２の圧縮側（曲げ中立軸Ｎよりも車幅方向外側）に配置されている。この場合、曲げ中立軸Ｎ上に配置されるよりも大きい圧縮応力が補強部材２０６に作用するため、センタピラー２００全体の曲げ耐力の向上が見られない（図１０参照）。すなわち、圧縮側に補強部材２０６を配置する比較例に係る構成で本実施形態のセンタピラー１０と同じ曲げ耐力を実現するには、補強部材２０６の強度及び剛性を増大させる必要があり、補強部材に求められる要件（強度、板厚等）の制約が大きい。

また、図９（Ｂ）に示されるセンタピラー３００では、一対の補強部材３０６はピラーアウタパネル３０２の引張側（曲げ中立軸Ｎよりも車幅方向内側）に配置されている。この場合、面外変形を生じ易い部位の面積（補強部材３０６よりも車幅方向外側の面積）が本実施形態に比べて大きい上に、補強部材３０６が引張側に配置されていて、圧縮応力に対する曲げ耐力向上への寄与が少ないことから、センタピラー３００全体の曲げ耐力の向上が見られない（図１０参照）。このように、本実施形態に係る車両用骨格構造では、圧縮側又は引張側に補強部材２０６、３０６を配置した比較例に比べて曲げ耐力を向上させることができる。

次に、第１実施形態の変形例について説明する。

第１実施形態においては、一対の補強部材１６はピラーアウタパネル１２の前壁部１２Ｂの後面上及び後壁部１２Ｃの前面上、すなわち閉断面内に設けられているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限られない。一対の補強部材１６は、ピラーアウタパネル１２と曲げ中立面Ｐとの交線Ｑに沿ってピラーアウタパネル１２に配置されていればよい。

例えば、図３に示されるように、一対の補強部材１６を、ピラーアウタパネル１２の前壁部１２Ｂの前面上及び後壁部１２Ｃの後面上、すなわち閉断面外に設けてもよい。このような構成とした場合でも、一対の補強部材１６は、ピラーアウタパネル１２と曲げ中立面Ｐとの交線Ｑに沿って配置されているので、早期の弾性座屈を抑制してセンタピラー１０の曲げ耐力を向上させることができる。

また、第１実施形態においては補強部材１６が鋼板製とされている例を示したが、本発明の実施形態はこれに限られない。補強部材１６は、曲げ中立面Ｐに沿って配置されて圧縮応力が作用しないため、圧縮側（例えば底壁部１２Ａの車幅方向内側の面）に配置される場合と比べて、降伏強度が低い材料、軽量の材料（比重が小さい材料）を使用することができる。例えば、図１〜図３及び図７（Ｂ）に示される補強部材１６をアルミニウム、ＡＢＳ樹脂、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、炭素繊維強化プラスチック）等により構成してもよい。アルミニウムを使用する場合には、溶接又は接着剤によりピラーアウタパネル１２に接合又は接着する。また、ＡＢＳ樹脂、ＣＦＲＰを使用する場合には、接着剤によりピラーアウタパネル１２に接着する。

アルミニウム、ＡＢＳ樹脂、ＣＦＲＰ等は、鋼板に比べるとヤング率が小さい（下記表１参照）。センタピラー１０の弾性座屈を抑制するためには補強部材１６には所定の曲げ剛性が求められるが、ヤング率が鋼板よりも小さい材料を使用した場合でも、断面二次モーメントを大きくする（例えば、板厚を厚くする）ことにより必要な曲げ剛性を確保することができる。アルミニウム、ＡＢＳ樹脂、ＣＦＲＰの各材料を使用して、曲げ剛性を第１実施形態の鋼板製の補強部材１６（引張強度１４７０ＭＰａ、板厚２．０ｍｍ）の曲げ剛性と略同一に設定し、かつ部材幅（車両上下方向の寸法）を略同一として補強部材１６を構成した場合の補強部材１６の板厚及び重量比（鋼板で構成された補強部材１６の重量を１とした場合の重量比）をヤング率及び比重と共に下記表１に示す。

表１に示される板厚を有する各材料により構成された補強部材１６は、上述の通り曲げ剛性が引張強度１４７０ＭＰａ、板厚２．０ｍｍの鋼板製とされた補強部材１６と略同一に設定されている。図４には、これらの異なる材料で構成された補強部材１６を備えるセンタピラー１０に対して車幅方向外側から内側に向かって荷重を作用させて、曲げによる破壊（断面崩壊）が生じるときの最大荷重から求められた最大曲げモーメントが示されている。この図に示されるように、補強部材１６が異なる材料で構成されている場合でも、補強部材１６の曲げ剛性が略同一とされている場合には、補強部材を備えない場合（図４左側参照）と比べて最大曲げモーメントが高くなっており、曲げ耐力向上の効果が鋼板と同等である。このように、本発明の第１実施形態によれば、補強部材１６は曲げ中立面に沿って配置されていて圧縮応力が作用しないため、圧縮側に配置される場合に比べて強度が低い材料、ヤング率が低い材料、比重が低い（軽い）材料を補強部材１６に使用することができると共に、高強度の材料（鋼板）を使用した場合と同等の曲げ耐力を実現することができる。すなわち、補強部材１６に求められる材料特性の要件を緩和しつつ、曲げ耐力を向上させることができる。

[第２実施形態]
以下、図５（Ａ）〜図６及び図７（Ａ）を参照して、第２実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラー２０、３０について説明する。なお、これらの図では、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図５（Ａ）に示されるように、第２実施形態のセンタピラー２０においては、第１実施形態における補強部材１６は設けられていない。代わりに、補強部材１６と同じ位置に「補強部」としての前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆが設けられている。

詳しく説明すると、第２実施形態のセンタピラー２０は、「第１部材」としてのピラーアウタパネル２２と、ピラーインナパネル１４と、を含んで構成されている。ピラーアウタパネル２２は、凸部２２Ａ１を備える底壁部２２Ａと、底壁部２２Ａの車両前方側端部から車幅方向内側に延出された第１前壁部２２Ｂと、第１前壁部２２Ｂの車幅方向内側端部から車両前方側且つ車幅方向内側に延出された前傾斜壁部２２Ｃと、前傾斜壁部２２Ｃの車幅方向内側端部から車幅方向内側に向かって延出されて第１前壁部２２Ｂの延長面に対して略平行に配置された第２前壁部２２Ｄと、底壁部２２Ａの車両後方側端部から車幅方向内側に延出された第１後壁部２２Ｅと、第１後壁部２２Ｅの車幅方向内側端部から車両後方側且つ車幅方向内側に延出された後傾斜壁部２２Ｆと、後傾斜壁部２２Ｆの車幅方向内側端部から車幅方向内側に向かって延出されて第１後壁部２２Ｅの延長面に略平行に配置された第２後壁部２２Ｇと、前フランジ部２２Ｈと、後フランジ部２２Ｉと、によって構成されている。

前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆは、仮にセンタピラー２０に対して車幅方向外側から内側に向かう方向（ピラーアウタパネル２２の開口方向）に荷重Ｆが作用した場合の曲げ中立面Ｐと、ピラーアウタパネル２２との交線Ｑ（車両前方側の交線は図示が省略されている）に沿って配置されている。言い換えると、前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆは、板厚方向に直交する短手方向が曲げ中立面Ｐと交差し、かつ長手方向が曲げ中立面Ｐに沿うように構成されている。

＜作用及び効果＞
次に、第２実施形態に係るセンタピラー２０の作用及び効果について、図５（Ａ）、図６及び図７（Ａ）を参照して説明する。

本発明の第２実施形態に係る車両用骨格構造では、図５（Ａ）に示されるように、ピラーアウタパネル２２と曲げ中立面Ｐとの交線Ｑに沿って前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆが延在されている。前傾斜壁部２２Ｃが設けられている部位では、隣接する第１前壁部２２Ｂ及び第２前壁部２２Ｄとの境界部分に沿って稜線が形成され、前傾斜壁部２２Ｃが設けられていない場合に比べて断面二次モーメントが大きくなっていることから、曲げ剛性が大きくなっている。同様に、後傾斜壁部２２Ｆが設けられている部位では、設けられていない場合と比べて曲げ剛性が大きくなっている。このため、上記第１実施形態と同様に、面外変形を生じ易い部位が前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆよりも圧縮側（車幅方向外側）となり、図７（Ａ）に示される比較例（補強部を有しない）と比べて面外変形を生じ易い部位の面積が小さい。これにより、早期の弾性座屈の発生が抑制され、車両用骨格構造に作用する荷重Ｆが鋼板の材料が本来有する降伏強度に到達する前に断面崩壊へと到ることが抑制される。図６に示されるように、第２実施形態に係る前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆを備えるセンタピラー２０の最大曲げモーメントは、補強部を備えない比較例に比べて大きくなっている。

また、前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆには圧縮ひずみも引張ひずみも生じないため、圧縮側の底壁部２２Ａに傾斜壁を設ける場合と比べて、前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆの部位の断面二次モーメントが低い場合、すなわち断面積が小さい場合でも、十分な曲げ耐力が得られる。このように、第２実施形態に係る車両用骨格構造では、前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆに求められる剛性の要件（すなわち断面形状の要件）を緩和しつつ早期の弾性座屈を抑制して車両用骨格構造全体の曲げ耐力を向上させることができる。結果として、材料の高強度を十分に活かしつつ軽量化することができる。

また、第２実施形態に係る車両用骨格構造では、補強部材を別部材として追加することなく曲げ耐力を向上させることができる。

次に、第２実施形態の変形例について説明する。

図５（Ｂ）に示されるように、第２実施形態の変形例に係るセンタピラー３０においては、第２実施形態の前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆに替えて、これらと同位置にそれぞれ「補強部」としての前ビード部３２Ｃ及び後ビード部３２Ｅが設けられている。

第２実施形態のセンタピラー３０は、「第１部材」としてのピラーアウタパネル３２と、ピラーインナパネル１４と、を含んで構成されている。ピラーアウタパネル３２は、凸部３２Ａ１を備える底壁部３２Ａと、底壁部３２Ａの車両前方側端部から車幅方向内側に延出された第１前壁部３２Ｂと、前壁部３２Ｂの車幅方向中間部に設けられて前壁部３２Ｂと曲げ中立面Ｐとの交線Ｑに沿って延在された前ビード部３２Ｃと、底壁部３２Ａの車両後方側端部から車幅方向内側に延出された後壁部３２Ｄと、後壁部３２Ｄの車幅方向中間部に設けられて後壁部３２Ｄと曲げ中立面Ｐとの交線Ｑに沿って延在された後ビード部３２Ｅと、前フランジ部３２Ｆと、後フランジ部３２Ｇと、によって構成されている。

本変形例のセンタピラー３０では、ピラーアウタパネル３２と曲げ中立面Ｐとの交線Ｑに沿って前ビード部３２Ｃ及び後ビード部３２Ｅが延在されている。前ビード部３２Ｃ及び後ビード部３２Ｅが設けられた位置では、曲げ剛性が大きくなっている。このため、図６に示されるように、ビード部を備える本変形例のセンタピラー３０の最大曲げモーメントは、補強部を備えない比較例に比べて大きくなっている。このように、本変形例によれば、上述の第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、前ビード部３２Ｃ及び後ビード部３２Ｅに求められる剛性の要件（すなわち断面形状の要件）を緩和しつつ早期の弾性座屈を抑制して車両用骨格構造全体の曲げ耐力を向上させることができる。

［上記実施形態の補足説明］
なお、上記実施形態を示す図１〜３、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）においては、曲げ中立面Ｐ（曲げ中立軸Ｎ）がピラーインナパネル１４と略平行とされているが、本発明はこれに限定されない。曲げ中立面Ｐは、圧縮ひずみも引張ひずみも生じない面であり、センタピラー１０、２０、３０の断面形状によってその位置が異なる。このため、曲げ中立面Ｐはピラーインナパネル１４と平行とは限らないし、ピラーアウタパネル１２、２２、３２の車幅方向中央に位置するとも限らない。したがって、補強部（一対の補強部材１６、前傾斜壁部２２Ｃ及び後傾斜壁部２２Ｆ、並びに前ビード部３２Ｃ及び後ビード部３２Ｅ）の位置は、車両前方側に位置する補強部と後方側に位置する補強部とで、ピラーインナパネル１４からの距離がそれぞれ異なっていてもよいし、ピラーアウタパネル１２、２２、３２の車幅方向中央でなくともよい。

また、上記実施形態に係るセンタピラー１０、２０、３０では、ピラーインナパネル１４は平板状とされているが、本発明はこれに限定されない。例えば、車幅方向外側に向かって開口した、ピラーアウタパネル１２、２２、３２よりも浅型の略ハット形状であってもよい。

また、上記実施形態においては、本発明の車両用骨格構造をセンタピラー１０、２０、３０に適用するものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ルーフサイドレール、ロッカ、フロントピラー、リアピラー、バンパリインフォースメント、フロアクロスメンバなどに適用してもよい。フロアクロスメンバに適用する場合には、車両上下方向上側に配置されて下側に向かって開口した断面略ハット形状の部材が「第１部材」となり、車両上下方向下側に配置される部材が「第２部材」となる。フロアクロスメンバの場合には、側面衝突等によりフロアクロスメンバに入力される荷重は、フロアクロスメンバの長手方向の荷重であるが、この場合であっても、第１部材に車両上下方向下向き（開口方向）に作用する荷重による曲げを仮定したときの曲げ中立面に沿って補強部を設けることにより軸剛性が向上するため、長手方向の荷重による曲げ変形が抑制され、曲げ耐力を向上させることができる。

１０、２０、３０ センタピラー（車両用骨格構造）
１２、２２、３２ センタピラーアウタパネル（第１部材）
１４ センタピラーインナパネル（第２部材）
１６ 補強部材（補強部）
２２Ｃ 前傾斜壁部（補強部）
２２Ｆ 後傾斜壁部（補強部）
３２Ｃ 前ビード部（補強部）
３２Ｅ 後ビード部（補強部）
Ｐ 曲げ中立面
Ｑ 交線

Claims (1)

1. 第１方向に開口された断面形状が、第１方向と交差する第２方向に延在されて構成される長尺状の第１部材と、
   前記第１部材の開口側に接合されて前記第１部材とで閉断面構造を構成する長尺状の第２部材と、
   前記第１方向に作用する荷重により曲げ変形するときの曲げ中立面と前記第１部材との交線に沿って当該第１部材に設けられた補強部と、
   を備える車両用骨格構造。