JP2021008222A

JP2021008222A - サイドレール

Info

Publication number: JP2021008222A
Application number: JP2019123456A
Authority: JP
Inventors: 石井　誠; Makoto Ishii; 誠石井
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-28

Abstract

【課題】必要な剛性を確保しつつ材料の無駄を減らしたサイドレールを提供する。【解決手段】フレーム車両において前後方向に延設され、圧縮強度が引張り強度よりも低い素材からなるサイドレール１０は、その法線が上下方向に延びる姿勢でフレーム車両に配置される上側フランジ１１と、上側フランジ１１と間隔をあけて対向配置された下側フランジ１２と、上側フランジ１１の車幅方向外縁部及び下側フランジ１２の車幅方向外縁部を繋ぐウェブ１３と、を備える。上側フランジ１１の板厚Ｔ１は、下側フランジ１２の板厚Ｔ２及びウェブ１３の板厚Ｔ３よりも厚い。【選択図】図２

Description

本発明は、フレーム車両のフレームを構成するサイドレールの構造に関する。

従来、トラックやバス等の車体に、フレームとボディとを分離させたセパレートフレーム構造が採用されたフレーム車両が知られている。すなわち、フレーム上にマウントを介して車室や荷台等のボディを載置した車両である。フレームは、車両前後方向に延設された左右一対のサイドレール（サイドメンバーとも呼ばれる）と、サイドレール間を繋ぐクロスメンバーとを備えて構成される。サイドレールは、例えば、高強度の板厚一定なプレートをＣ型に折り曲げて形成される（例えば特許文献１参照）。従来、サイドレールの素材としてはスチールが採用されることが多いが、今後は、乗用車に採用されつつある炭素繊維系の素材（例えばＣＦＲＰ）がフレーム車両のサイドレールに採用されることが予想される。

特開２００７−９９２２８号公報

ところで、炭素繊維系の素材は、圧縮強度と引張り強度とが互いに異なることが知られており、一般的に、引張り強度の方が圧縮強度よりも高い。また、Ｃ型断面のサイドレールでは、上側のフランジに圧縮荷重が作用し、下側のフランジに引張り荷重が作用する。そのため、炭素繊維系の素材を用いて板厚一定のサイドレールを形成した場合には、圧縮荷重を受ける部位の剛性が不足しないように板厚を設定する必要があり、引張り荷重を受ける部位にとっては無駄に板厚が確保されていることになる。

本開示のサイドレールは、このような課題に鑑み創案されたものであり、必要な剛性を確保しつつ材料の無駄を減らすことを目的の一つとする。

ここで開示するサイドレールは、フレーム車両において前後方向に延設され、圧縮強度が引張り強度よりも低い素材からなるサイドレールであって、その法線が上下方向に延びる姿勢で前記フレーム車両に配置される上側フランジと、前記上側フランジと間隔をあけて対向配置された下側フランジと、前記上側フランジの車幅方向外縁部及び前記下側フランジの車幅方向外縁部を繋ぐウェブと、を備え、前記上側フランジの板厚は、前記下側フランジの板厚及び前記ウェブの板厚よりも厚くなっている。

このサイドレールでは、上側フランジの板厚が下側フランジの板厚及びウェブの板厚よりも厚いため、圧縮荷重を受ける上側フランジの剛性が高められる。すなわち、素材の特性により圧縮強度が不足しうる上側フランジを肉厚にすることで必要な剛性が確保されるとともに、下側フランジの板厚及びウェブの板厚を無駄に増やすことがない。

本開示のサイドレールによれば、必要な剛性を確保しつつ材料の無駄を減らすことができる。

実施形態としてのサイドレールが適用されたフレーム車両のフレームとボディとを分解して示す模式図である。図１に示すサイドレールの車幅方向の縦断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面図）である。

図面を参照して、実施形態としてのサイドレールについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

以下の説明では、車両の前進方向を車両前方（単に「前方」という）とし、後進方向を車両後方（単に「後方」という）とし、前方を基準に左右を定める。また、車両前後方向を単に「前後方向」という。また、重力の方向を下方、その逆を上方として上下方向を定める。

［１．構成］
本実施形態のサイドレール１０は、図１に示す車両１に適用される。この車両１は、図示しないマウントを介してフレーム２上にボディ３が載置されたフレーム車両であり、フレーム２とボディ３とが分離したセパレートフレーム構造を備える。図１では、車両１のフレーム２及びボディ３以外の要素を省略し、フレーム２及びボディ３を分離させた状態を模式的に示す。なお、本実施形態では、ボディ３としてトラックのキャビンを例示しているが、ボディ３の種類は特に限られない。

フレーム２は、車両１に作用する荷重を支える骨格部材である。図１に例示するフレーム２は、左右一対のサイドレール１０と複数のクロスメンバー２０とが梯子状に連結されている。

サイドレール１０は、車両１の前端部から後端部までの略全長に亘って前後方向に延設される部材であり、車幅方向に互いに間隔をあけて一対配置される。なお、図１に例示するサイドレール１０は前後方向に直線状に延設されているが、車輪やパワートレイン等の配置に伴って上下方向や車幅方向に湾曲した形状であってもよい。サイドレール１０の詳細は後述する。

クロスメンバー２０は、一対のサイドレール１０の間を車幅方向に接続する部材であり、前後方向に間隔をあけて複数配置される。クロスメンバー２０の前後方向に沿う縦断面形状は、例えば閉断面形状やＣ型に形成される。図１に例示する車両１には、五つのクロスメンバー２０が設けられているが、クロスメンバー２０の個数や配置はこれに限られない。なお、フレーム２とボディ３との間に配置されるマウントは、ボディ３に伝わる振動や衝撃を緩和する緩衝部材である。

次に、サイドレール１０の構成について詳述する。図２に示すように、サイドレール１０は、延設方向に直交する方向（車幅方向）の縦断面形状がＣ型の、いわゆるチャンネル鋼と同様の形状に形成されている。本実施形態のサイドレール１０は、車幅方向内側に開口を向けた姿勢で車両１に配置される。サイドレール１０は、圧縮強度が引張り強度よりも低い素材（例えば、炭素繊維系の素材）から形成される。

サイドレール１０は、その法線が上下方向に延びる姿勢で車両１に配置される上側フランジ１１と、上側フランジ１１と間隔をあけて対向配置された下側フランジ１２と、これら二つのフランジ１１，１２の車幅方向外縁部同士を繋ぐウェブ１３とを有する。本実施形態のサイドレール１０では、上側フランジ１１及び下側フランジ１２が互いに平行かつ水平方向に延在する平面部として設けられ、ウェブ１３が鉛直方向に延在する平面部として設けられる。

サイドレール１０は、一断面における板厚が不均一に形成される。具体的には、上側フランジ１１の板厚Ｔ１が、下側フランジ１２の板厚Ｔ２及びウェブ１３の板厚Ｔ３よりも厚い。なお、下側フランジ１２の板厚Ｔ２は、ウェブ１３の板厚Ｔ３と同等に形成されてもよいし、やや薄く形成されてもよい。

また、本実施形態のサイドレール１０では、上側フランジ１１とウェブ１３とで形成される角部１４が、その内側と外側とで異なるカーブ（曲率）に設定される。具体的には、角部１４の内面１４ａの曲率半径Ｒａが、角部１４の外面１４ｂの曲率半径Ｒｂよりも大きい。言い換えると、角部１４は、外面１４ｂの方が内面１４ａよりもカーブがきつくなっている。なお、内面１４ａは、上側フランジ１１の下面とウェブ１３の車幅方向内側を向く面との間に位置する曲面であり、外面１４ｂは、上側フランジ１１の上面とウェブ１３の車幅方向外側を向く面との間に位置する曲面である。

サイドレール１０の板厚Ｔ１〜Ｔ３の値は、前後方向において一様であってもよいし、前後方向位置に応じて異なっていてもよい。例えば、サイドフレーム２の上方に配置されるボディ３の大きさや重量等によって、サイドレール１０に要求される剛性がその前後方向位置で異なる場合には、要求される剛性が高い位置での板厚Ｔ１〜Ｔ３を他の位置よりも大きくすることが好ましい。

［２．作用，効果］
車両１のサイドレール１０では、上側フランジ１１の上部にボディ３や荷台（図示略）が載置されることから、上側フランジ１１に圧縮荷重が作用し、下側フランジ１２に引張り荷重が作用する。

これに対し、上記のサイドレール１０は、圧縮強度が引張り強度よりも低い素材で形成されているが、上側フランジ１１の板厚Ｔ１が下側フランジ１２の板厚Ｔ２及びウェブ１３の板厚Ｔ３よりも厚いため、圧縮荷重を受ける上側フランジ１１の剛性が高められる。すなわち、素材の特性により圧縮強度が不足しうる上側フランジ１１を肉厚にすることで必要な剛性が確保されるとともに、下側フランジ１２の板厚Ｔ２及びウェブ１３の板厚Ｔ３を無駄に増やすことがない。

つまり、一断面における板厚Ｔ１〜Ｔ３を不均一とすることで、圧縮側と引張側とで合理的に荷重を受け持つことができるため、必要な剛性を確保しつつ材料の無駄を減らすことができる。
また、上側フランジ１１とウェブ１３とで形成される角部１４のカーブを、内側と外側とで異なるように形成することで、角部１４の剛性を確保することができる。

［３．変形例］
上述したサイドレール１０の構成は一例である。例えば、サイドレール１０の素材は炭素繊維系の素材に限られず、圧縮強度が引張り強度よりも低い素材であればよい。また、サイドレール１０の角部１４は、内面１４ａの曲率半径Ｒａと外面１４ｂの曲率半径Ｒｂとが同一であってもよいし、前者が後者よりも小さくなっていてもよい。なお、上記のサイドレール１０の製造方法は特に限られず、押出成形やプレス加工などを採用してよい。

１車両
２フレーム
３ボディ
１０サイドレール
１１上側フランジ
１２下側フランジ
１３ウェブ面
１４角部
１４ａ内面
１４ｂ外面
２０クロスメンバー

Claims

フレーム車両において前後方向に延設され、圧縮強度が引張り強度よりも低い素材からなるサイドレールであって、
その法線が上下方向に延びる姿勢で前記フレーム車両に配置される上側フランジと、
前記上側フランジと間隔をあけて対向配置された下側フランジと、
前記上側フランジの車幅方向外縁部及び前記下側フランジの車幅方向外縁部を繋ぐウェブと、を備え、
前記上側フランジの板厚は、前記下側フランジの板厚及び前記ウェブの板厚よりも厚いことを特徴とする、サイドレール。