JP2020111118A - 車体前部構造 - Google Patents

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卓也 小柳
Takuya Koyanagi
卓也 小柳
亮介 近澤
Ryosuke Chikasawa
亮介 近澤
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Abstract

【課題】車両の前突時にフロントサイドメンバの変形によるエネルギ吸収量の増加を図った車体前部構造を提供する。【解決手段】車両の前突によりフロントサイドメンバ14の前端から車両後方側に衝撃荷重が入力されると、フロントサイドメンバ14において前部14Fと後部14Rが軸方向に圧縮変形される。前部14F、14Rの軸方向の圧縮変形が終了すると、フロントサイドメンバ14においてRF18の配設位置である中央部14Mで車幅方向内側に折り曲げ変形される。このように、フロントサイドメンバ14が軸方向の圧縮変形終了後に折り曲げ変形されることにより、フロントサイドメンバ14による衝撃エネルギの吸収量を増加させることができる。【選択図】図3

Description

本発明は、車体前部構造に関する。
従来、車両の前突時に車両前部において車両前後方向に延在する骨格部材を変形させることによって、衝突による衝撃エネルギを吸収する構造が提案されている。
特許文献1には、略矩形断面を有する中空フレームの一壁部の長手方向中間部に脆弱部を有し、一壁部と対向する他壁部に断面ハット形状のエネルギ吸収部材が頂面を脆弱部と離間させて(隙間を空けて)取り付けられた車体構造が提案されている。
このような構造の中空フレームをフロントサイドフレームに適用したものが開示されている。この場合、車両の前突によって車両前方から衝撃荷重がフロントサイドフレームに入力されると、フロントサイドフレームにおいて脆弱部が設けられた位置を起点として、フロントサイドフレームがエネルギ吸収部材と共に折れ曲がり、前突による衝撃エネルギを吸収することが記載されている。
国際公開第2018/025565号公報
しかし、上記従来技術のように中空フレームを折り曲げる変形よりも中空フレームを軸方向に圧縮変形した方が、一般的に衝撃エネルギの吸収量は大きい。
一方、中空フレームを軸方向に圧縮変形させる場合でも、圧縮しきれない部分(潰れ残り)が発生し、衝撃エネルギの吸収の点において改善の余地がある。
すなわち、上記車体構造は、中空フレーム(フロントサイドフレーム)の変形による車両の前突時のエネルギ吸収において改善の余地がある。
本発明は上記事実を考慮し、車両の前突時にフロントサイドメンバの変形によるエネルギ吸収量の増加を図った車体前部構造を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明に係る車体前部構造は、車両の前室において、車幅方向両側で車両前後方向に延在し、車両後方側端部が車体構造部に支持された車両骨格部材であり、略矩形断面を有する一対のフロントサイドメンバと、前記フロントサイドメンバの対向する一対の壁部の一方の壁部に接合された前接合部と、前記フロントサイドメンバの対向する一対の壁部の他方の壁部で前記前接合部よりも車両後方側で接合された後接合部と、前記前接合部の後端から前記後接合部の前端をつなぐ傾斜部と、を有するリインフォースメントと、を備える。
このように構成された車体前部構造では、車両の前突によりフロントサイドメンバの車両前方側端部(以下、「前端」という)から車両後方側に衝撃荷重が入力されると、フロントサイドメンバにおいて相対的に圧縮強度の高いリインフォースメント設置位置よりも車両前方側が軸方向に圧縮変形される。
さらに、フロントサイドメンバの車両前方側における軸方向の圧縮変形が終了すると、フロントサイドメンバにおいて相対的に圧縮強度の高いリインフォースメント配設位置よりも車両後方側が軸方向に圧縮変形される。このフロントサイドメンバの車両後方側の軸方向の圧縮変形が終了すると、リインフォースメントの前接合部と後接合部が車両前後方向でオフセットされている(前接合部が後接合部よりも車両前方側に位置する)ため、フロントサイドメンバがリインフォースメントの配設位置で一方の壁部側に折り曲げ変形される。
この結果、フロントサイドメンバは、リインフォースメント配設位置の車両前方側及び車両後方側における軸方向の圧縮変形と、リインフォースメント配設位置における折り曲げ変形によって車両の前突による衝撃エネルギを効率的に吸収することができる。
すなわち、フロントサイドメンバは、リインフォースメント配設位置の車両前方側および車両後方側で軸方向に圧縮変形させることによって、フロントサイドメンバを折り曲げ変形のみさせるものと比較して車両の前突に対するエネルギ吸収量を増加させることができる。
また、フロントサイドメンバを軸方向に圧縮変形だけさせた場合には、潰れ残りが生ずるおそれがあるが、この車体前部構造のフロントサイドメンバは軸方向の圧縮変形終了後にリインフォースメント配設位置から折り曲げ変形されるので、潰れ残り量を一層減少させてエネルギ吸収量を増加させることができる。
すなわち、フロントサイドメンバのエネルギ吸収量を増加させることができる。
請求項1記載の発明に係る車体前部構造は、上記構成としたので、車両の前突時にフロントサイドメンバの変形による衝撃エネルギ吸収量の増加させることができる。
第1実施形態に係る車体前部構造の車幅方向一方側を模式的に示した平面図である。 第1実施形態に係る車体前部構造の要部を模式的に示した斜視図である。 (A)〜(C)は、第1実施形態に係る車体前部構造における前面衝突時の変形状態を示す図である。 第1実施形態及び比較例に係る前面衝突時の荷重・ストーローク線図である。 (A)は比較例1に係る車体前部構造の車幅方向一方側を模式的に示した平面図、(B)は、比較例1に係る車体前部構造の前面衝突時の変形状態を示す図である。 (A)は比較例2に係る車体前部構造の車幅方向一方側を模式的に示した平面図、(B)は、比較例2に係る車体前部構造の前面衝突時の変形状態を示す図である。 第2実施形態に係る車体前部構造の車幅方向一方側を模式的に示した平面図である。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る車体前部構造について図1〜図6を参照して説明する。なお、各図において矢印FRは車両前方、矢印UPは車両上方、矢印Wは車幅方向、矢印INは車幅方向内側、矢印OUTは車幅方向外側をそれぞれ示す。また、車体前部構造は、平面視で左右対称なので、車体の左側部分(左側のフロントサイドメンバ)のみを表示し、本発明と関係ない部分を図示省略する。
(構成)
図1に示すように、本実施形態に係る自動車の車体前部構造(以下、「車体前部構造」という)10は、車両前部おいて車幅方向に延在するバンパリインフォースメント(以下、「バンパRF」という)12と、バンパRF12の車幅方向両端部側から車両後方側に延在する左右一対のフロントサイドメンバ14(片側のみ図示)と、フロントサイドメンバ14の後端部が連結された車体構造部16と、を有する。
フロントサイドメンバ14は、図2に示すように、車両上方側の上壁14A、車幅方向内側の内側側壁14B、車幅方向外側の外側側壁14C、車両下方側の底壁14Dから構成された断面矩形の中空部材である。このフロントサイドメンバ14の内部には、リインフォースメント(以下、「RF」という)18が配設されている。この上壁14A、内側側壁14B、外側側壁14C、底壁14Dが「壁部」に相当する。
なお、フロントサイドメンバ14において、車両前後方向におけるRF18配設部分よりも車両前方側部分、車両後方側部分を、それぞれ前部14F、後部14Rという。また、フロントサイドメンバ14において、車両前後方向におけるRF18配設部分を中央部14Mという。
RF18は、図1及び図2に示すように、フロントサイドメンバ14の内側側壁14Bに接合され車両前後方向に延在する前接合部18Aと、フロントサイドメンバ14の外側側壁14Cに前接合部18Aよりも車両後方側で接合され車両前後方向に延在する後接合部18Bと、前接合部18Aの後端と後接合部18Bの前端とを接続し平面視で車両後方に向かって車幅方向外側に傾斜した傾斜部18Cとを備える。
このように、RF18は、前接合部18A、後接合部18Bでそれぞれフロントサイドメンバ14の内側側壁14B、外側側壁14Cに接合されることにより、フロントサイドメンバ14の中央部14Mに配設されている。本実施形態では、内側側壁14Bが「一方の壁部」、外側側壁14Cが「他方の壁部」に相当する。
また、フロントサイドメンバ14の後端部が接合されている車体構造部16は、フロントサイドメンバ14よりも車両後方側に配置される部材であり、フロントサイドメンバ14を支持すると共に、車両前方側から衝撃荷重が入力された場合に、フロントサイドメンバ14が変形してエネルギ吸収可能に支持するものであれば、特に限定するものではない。例えば、ダッシュパネルやフロントサイドメンバリアである。
なお、図1においてハッチングしている部分は、バリアBである。
(比較例1の構造)
次に、車体前部構造10の作用の説明に用いる比較例1に係る車体前部構造200について説明する。車体前部構造10と同様の構成要素には、同一の参照符号に200を足した符号を付してその説明を省略する。
車体前部構造200は、図5(A)に示すように、第1実施形態の車体前部構造10(フロントサイドメンバ14)からRF18を取り除いた(フロントサイドメンバ214にRF18が配設されていない)構造である。
(比較例2の構造)
続いて、車体前部構造10の作用の説明に用いる比較例2に係る車体前部構造300について説明する。車体前部構造10と同様の構成要素には、同一の参照符号に300を足した符号を付してその説明を省略する。
車体前部構造300は、図6(A)に示すように、フロントサイドメンバ314の外側側壁314Cの車両前後方向略中央部に脆弱部320を設けると共に、内側側壁314Bにおいて脆弱部320と対向する部位に平面視でハット形状のエネルギ吸収部材322を設けている。
エネルギ吸収部材322は、それぞれ内側側壁14Bの車両前方側、車両後方側に接合されるフランジ部324A、324Bと、フランジ部324Aの後端、フランジ部324Bの前端から車幅方向外側に延在する側壁326A、326Bと、側壁326A、326Bの外側端部を結ぶ頂壁328と、を有する。
[作用]
このように構成された車体前部構造10の作用について説明する。先ず、比較例1、比較例2の作用について説明し、次に、本実施形態の車体前部構造10の作用について説明する。
(比較例1の作用)
先ず、車体前部構造200をバリアBに前面衝突させると、図5(B)に示すように、フロントサイドメンバ214の車両前方側から車両後方側に衝撃荷重が入力されることにより、フロントサイドメンバ214が車両前後方向(軸方向)に圧縮変形される。圧縮変形後のフロントサイドメンバ214の軸方向長さ(潰れ残り量)は、図5(B)に示すように、L2である。
(比較例2の作用)
次に、車体前部構造300をバリアBに前面衝突させると、図6(B)に示すように、フロントサイドメンバ314は脆弱部320を起点として、エネルギ吸収部材322と共に車幅方向内側に折れ曲げ変形されることによって、衝撃エネルギが吸収される。この際、車体前部構造300ではフロントサイドメンバ314と共にエネルギ吸収部材322が折り曲げ変形されるため、フロントサイドメンバ314のみが折り曲げ変形される(エネルギ吸収部材322がないもの(「比較例3」という))と比較して、フロントサイドメンバ314によるエネルギ吸収量を増大させることができる。図4に示すように、比較例3(C3)よりも比較例2(C2)の方が変形後半の荷重が大きくなり、エネルギ吸収量が増大する。
(本実施形態の作用)
先ず、車体前部構造10をバリアBに前面衝突させると(車両が前突すると)、バンパRF12からフロントサイドメンバ14に衝撃荷重が入力される。断面矩形の中空部材であるフロントサイドメンバ14には、中央部14MにRF18が配設されているため、前部14F、後部14Rよりも中央部14Mの圧縮強度が局部的(相対的)に高く設定されている。
したがって、図3(A)に示すように、フロントサイドメンバ14に車両前方から衝撃荷重が入力されると、圧縮強度が相対的に高い中央部14Mよりも車両前方側に位置する前部14Fが軸方向に圧縮変形される。
次に、図3(B)に示すように、フロントサイドメンバ14の前部14Fの軸方向の圧縮変形が終了すると、中央部14Mよりも圧縮強度の低い後部14Rが軸方向に圧縮変形される。
さらに、図3(C)に示すように、フロントサイドメンバ14の後部14Rの軸方向の圧縮変形が終了すると、フロントサイドメンバ14においてRF18が取り付けられた中央部14Mが、車幅方向内側に折り曲げられる。
これは、フロントサイドメンバ14の内側側壁14Bに取り付けられたRF18の前接合部18Aは、フロントサイドメンバ14の外側側壁14Cに取り付けられたRF18の後接合部18Bよりも車両前方側に配設されており、前接合部18Aの後端から後接合部18Bの前端に向かって車幅方向内側に向う傾斜部18Cが形成されている(図1参照)ため、フロントサイドメンバ14に車両前方から衝撃荷重が入力されると、フロントサイドメンバ14の中央部14Mで車幅方向内側に折れ曲がることになる。この結果、フロントサイドメンバ14の軸方向長さ(潰れ残り量)はL1となる。
すなわち、軸方向の圧縮変形のみの比較例1と比較して、フロントサイドメンバ14の車両前後方向の潰れ量を大きく(潰れ残り量を小さく(L1<L2))することができる。
このように、フロントサイドメンバ14の中央部14MにRF18を配置したことによって、前突による衝撃荷重がバンパRF12からフロントサイドメンバ14に入力されると、フロントサイドメンバ14において圧縮強度が相対的に高い中央部14Mを除く、前部14Fと後部14Rが順次圧縮変形される。
したがって、本実施形態に係る車体前部構造10は、図4に示すように、比較例2、比較例3のようにフロントサイドメンバを曲げ変形させるもの(C2、C3)と比較して変形後半の荷重が大きくなる(図4、C1参照)。すなわち、車体前部構造10は、フロントサイドメンバを曲げ変形させるものと比較してエネルギ吸収量を増大させることができる。
また、車体前部構造10では、フロントサイドメンバ14の内部に配設されたRF18の作用により軸方向の圧縮変形後に中央部14Mで車幅方向内側に折れ曲がる。したがって、比較例1のように、フロントサイドメンバ14を軸方向に圧縮変形のみさせた場合と比較して潰れ残り量を減少させることができる(L1<L2)。すなわち、車体前部構造10では、圧縮変形後に曲げ変形させることでフロントサイドメンバ14の潰れ量を増加させ、エネルギ吸収量を一層増加させることができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る車体前部構造について図7を参照して説明する。この車体前部構造は、電気自動車に適用されたものである。なお、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図6に示すように、車体前部構造100において、車幅方向両側部で車両前後方向に延在するフロントサイドメンバ14の後端は、フロントサイドメンバリア104に接合されている。フロントサイドメンバリア104は、図示しないダッシュパネルと接合されており、モータルーム106とキャビン108とを隔てている。
フロントサイドメンバ14の車両前後方向の略中央には、内部にRF18が配設されている。フロントサイドメンバ14の内側側壁にRF18の前接合部18Aが接合されており、外側側壁に後接合部18Bが接合されている。
フロントサイドメンバ14の車幅方向外側かつ車両上方側には、エプロンアッパメンバ110の後部110Bが車両前後方向に沿って延在されている。エプロンアッパメンバ110は、長尺状に形成されており、エプロンアッパメンバ110の前部110Aは、車幅方向内側に曲げられながら車両下方側に向けて延びている。エプロンアッパメンバ110は、フロントサイドメンバ14と同様に左右に一対設けられている。エプロンアッパメンバ110の前下端部110Fは、フロントサイドメンバ14の前部14F側の端部(以下、「前端部」という)側に接続され、エプロンアッパメンバ110の後端部は、図示しないフロントピラーに接合されている。フロントサイドメンバ14とエプロンアッパメンバ110の後部110Bとの間には、サスペンションタワー112が設けられている。
バンパRF12とフロントサイドメンバ14との間には、クラッシュボックス114が介在されている。クラッシュボックス114は、車両前後方向に沿って延在され、車両前方側へ向けて車幅方向外側に傾斜している。クラッシュボックス114は、バンパRF12からの所定値以上の荷重入力により軸方向に圧縮変形するように構成されている。
左右一対のフロントサイドメンバ14同士の間には、クロスメンバ116が配置されている。クロスメンバ116は、左右一対のフロントサイドメンバ14の前端部同士を、後述するガセット118Gの一部と共に、車幅方向に連結している。クロスメンバ116は、車体前部構造100の骨格部の一部を構成し、車幅方向に直交する断面形状が略矩形状の閉断面構造とされている。
フロントサイドメンバ14、エプロンアッパメンバ110、クラッシュボックス114及びクロスメンバ116の連結部118には、ガセット118Gが配置されている。ガセット118Gには、連結用の筒状部が形成され、フロントサイドメンバ14の前端部側、エプロンアッパメンバ110の前下端部110F側、クラッシュボックス114の後端部114A及びクロスメンバ116の車幅方向外側の端部116A側が、それぞれ挿入された状態で接合されている。ガセット118Gとその接合相手との接合には、例えば溶着(一例として所謂、Flow Drill Screw、FDS(登録商標))を適用することができる。
フロントサイドメンバ14の前部14Fの下面側にはサスペンションメンバ120の前側取付用のボデーマウント122Sが固定されている。また、フロントサイドメンバ14の後部14Rの下面側にはサスペンションメンバ120の後側取付用のボデーマウント122Tが固定されている。これらにより、左右一対のフロントサイドメンバ14の下面側には、サスペンションメンバ120の両サイド側が取り付けられており、左右一対のフロントサイドメンバ14にサスペンションメンバ120が吊り下げられた状態で支持されている。
サスペンションメンバ120は、車幅方向の左右に一対で配置されたサイドレール124を備えると共に、車両前後方向の前後に一対で配置されたフロントクロスメンバ126及びリヤクロスメンバ128を備えている。フロントクロスメンバ126及びリヤクロスメンバ128は、左右一対のサイドレール124同士を車幅方向に連結している。フロントクロスメンバ126は、リヤクロスメンバ128よりも車両前方側に配置されている。
フロントクロスメンバ126の両サイド側でサイドレール124よりも車幅方向内側の部位には、図示しないサスペンションロアアームが取り付けられるロアアーム取付部126Xが設けられている。また、リヤクロスメンバ128の両サイド側でサイドレール124よりも車幅方向外側の部位には、図示しないサスペンションロアアームが取り付けられるロアアーム取付部128Xが設けられている。
また、サイドレール124の後端部には、連結用部材130が固定されている。連結用部材130は、その車両後方側に配置される図示しないバッテリユニット(電池パック)の前端部に取り付けられている。なお、前記バッテリユニットは、車両フロア132の下方側に搭載されている。
サスペンションメンバ120の上には、一例として、モータユニット134、パワーコントロールユニット(PCU)136、エアコン(AC)用コンプレッサ138を含む電装部品(以下、これらをまとめて「電装部品群140」と略す)が搭載されている。モータユニット134は、前輪駆動用の駆動源であるモータ134Mと、モータ134Mの出力軸に連結された減速機(図示省略)と、前記減速機におけるファイナルギヤに連結されて前輪へ駆動トルクを伝達するドライブシャフト(図示省略)と、を備えている。電装部品群140は、クロスメンバ116に対して車両後方側に離れて配置されている。
また、クロスメンバ116に対して車両後方側でかつモータ134Mに対して車両前方側には、ラジエータ142が配置されている。ラジエータ142は、薄型の略直方体形状とされ、車幅方向及び車両上下方向に沿って延在されている。また、ラジエータ142は、冷却水の冷却用とされ、サスペンションメンバ120のフロントクロスメンバ126の上に固定されている。本実施形態では、一例として、ラジエータ142の下部の全部がフロントクロスメンバ126の上に載置された状態とされているが、変形例として、ラジエータ142の下部の一部がフロントクロスメンバ126の上に載置された状態で固定されてもよい。
ラジエータ142の上辺部は、上部支持部材であるラジエータサポートアッパ(図示省略)に固定されて支持されている。ラジエータサポートアッパは、ラジエータ142の上辺部に沿って車幅方向に延在され、一例として図示しないブレース等の連結部材によって、サスペンションタワー112に連結されている。なお、図7に示されるラジエータ142の左右両側の側辺部は、それぞれ図示しない縦柱状のラジエータサポートサイドを介してフロントサイドメンバ14側に固定されるのが好ましい。左右一対のラジエータサポートサイドは、サスペンションメンバ120のフロントクロスメンバ126の上に固定されてもよい。また、左右一対のラジエータサポートサイドの上端部同士がラジエータサポートアッパによって連結されてもよい。
以上説明したバンパRF12、クラッシュボックス114、左右一対のフロントサイドメンバ14、エプロンアッパメンバ110、クロスメンバ116、フロントサイドメンバリア104、サスペンションタワー112、サスペンションメンバ120及び連結用部材130は、本実施形態では金属製(一例としてアルミニウム合金製)とされる。
(作用)
この車体前部構造100を有する車両が前突し、バンパRF12に前突による衝撃荷重が入力されると、クラッシュボックス114が軸方向に圧縮される。クラッシュボックス114の軸方向の圧縮変形が終了すると、フロントサイドメンバ14において局部的に圧縮強度が高いRF18配設位置(中央部14M)よりも車両前方側の前部14Fが軸方向に圧縮変形する。フロントサイドメンバ14の前部14Fの圧縮変形が終了すると、後部14Rが軸方向に圧縮変形される。
フロントサイドメンバ14の後部14Rの軸方向の圧縮変形が終了すると、フロントサイドメンバ14のRF18配設位置である中央部14Mを中心として、フロントサイドメンバ14が車幅方向内側に折り曲げ変形される。
このように、車体前部構造100においても、車両の前突時にフロントサイドメンバ14にRF18を設けることによってフロントサイドメンバ14(前部14F、後部14R)を軸方向に圧縮変形させ、折り曲げ変形のみの場合と比較してエネルギ吸収量を増大させることができる。また、軸方向の圧縮変形後に折り曲げ変形させることによって、軸方向の圧縮変形のみの場合と比較して潰れ量(軸方向の変形量)を増加させてエネルギ吸収量を一層増加させることができる。
[その他]
なお、第2実施形態では、フロントサイドメンバ14とバンパRF12との間にクラッシュボックス114を配設したが、車両の前突時において先ずバンパRF12から衝撃荷重が入力されるとクラッシュボックス114が軸方向に圧縮変形され、圧縮変形後はクラッシュボックス114がない場合と同様にフロントサイドメンバ14が変形される。
また、第2実施形態では、車体前部構造100が電気自動車に適用されたものについて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、車体前部構造は、電気自動車に限定されず、エンジン駆動車両やハイブリッド車等にも適用可能である。
さらに、第1、第2実施形態では、フロントサイドメンバ14に配設されたRF18は、前接合部18Aをフロントサイドメンバ14の内側側壁14Bに接合し、後接合部18Bをフロントサイドメンバの外側側壁14Cに接合したが、これに限定するものではない。すなわち、フロントサイドメンバ14の対向する壁部(上壁14Aと底壁14D、又は内側側壁14Bと外側側壁14C)の一方にRF18の前接合部18Aを接合し、他方にRF18の前接合部18Aを接合すれば同様の作用効果を奏することができる。
10、100 車体前部構造
14 フロントサイドメンバ
14A 上壁(壁部)
14B 内側側壁(壁部)
14C 外側側壁(壁部)
14D 底壁(壁部)
18 リインフォースメント
18A 前接合部
18B 後接合部

Claims (1)

  1. 車両の前室において、車幅方向両側で車両前後方向に延在し、車両後方側端部が車体構造部に支持された車両骨格部材であり、略矩形断面を有する一対のフロントサイドメンバと、
    前記フロントサイドメンバの対向する一対の壁部の一方の壁部に接合された前接合部と、前記フロントサイドメンバの対向する一対の壁部の他方の壁部で前記前接合部よりも車両後方側で接合された後接合部と、前記前接合部の後端から前記後接合部の前端をつなぐ傾斜部と、を有するリインフォースメントと、
    を備える車両前部構造。
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