JP2021187168A - 車両構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ルーフに優れた強度を付与しつつ、ルーフを薄板化することで軽量化を達成することができる車両構造を提供する。【解決手段】本発明の車両構造１は、ルーフ２の前後方向に延在するとともに車幅方向に並ぶ上方向に凸の複数のビード（ビード５ａ,５ｂ）と、前記ビード間（ビード５ａ,５ａ間、ビード５ａ,５ｂ間）で車幅方向に湾曲して上方向に膨出する湾曲形状部（湾曲形状部６ａ,６ｂ）と、を有することを特徴とする。車両構造１は、ルーフパネル３に十分な剛性を付与するとともに、ルーフパネル３の板厚を低減してルーフ２の軽量化を達成する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両構造に関する。

従来、車両側面視で車両前側のルーフ曲率半径を車両後側のルーフ曲率半径よりも小さく設定した車両構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この車両構造においては、ルーフ曲率半径を車両後側よりも車両前側で小さくすることによって車両前側でのルーフ剛性を高めている。

特開２０１８−０５２３９２号公報

ところが、ルーフ曲率半径を車両前側と車両後側とで変えた車両構造（例えば、特許文献１参照）は、ルーフの成形工程が複雑になる問題が生じる。
そこで、車幅方向の全体にわたって所定の曲率で上方に膨出するように湾曲するルーフが考えられる。このようなルーフを備える車両構造は、ルーフの曲率が統一されることで、従来の車両構造（例えば、特許文献１参照）と比べてルーフの成形工程が簡素化される。

しかしながら、このようなルーフを備えた車両構造は、走行時の車両安定性を考慮すると、ルーフの重量を軽減するべくルーフを薄板化するとともにルーフの曲率をできる限り低減した構造が望まれる。このような車両構造によれば、走行時の車両安定性に優れることのみならず、昨今好まれるボックスシェイプのデザインの豊富化にも寄与することができる。

その一方で、この車両構造は、例えば、積雪時におけるルーフの強度を確保するために、ルーフの曲率を増加させたいという前記の要請とは相反する要請もある。このような要請は、特にミニバンなどワンボックスタイプの車種で顕著となる。つまり、このような車両構造においては、ルーフに優れた強度を付与しつつ、ルーフを薄板化することで軽量化を達成することができるものが望まれている。

本発明の課題は、ルーフに優れた強度を付与しつつ、ルーフを薄板化することで軽量化を達成することができる車両構造を提供することにある。

前記課題を解決する本発明の車両構造は、ルーフの前後方向に延在するとともに車幅方向に並ぶ上方向に凸の複数のビードと、前記ビード間で車幅方向に湾曲して上方向に膨出する湾曲形状部と、を有することを特徴とする。

本発明の車両構造によれば、ルーフに優れた強度を付与しつつ、ルーフを薄板化することで軽量化を達成することができる車両構造を提供することができる。

本実施形態に係る車両構造の部分斜視図である。 図１のII−II断面図である。 図２のIII部の部分拡大図である。

次に、本発明を実施する形態（本実施形態）の車両構造について詳細に説明する。
本実施形態の車両構造は、ルーフの前後方向に延びる複数のビード間に、所定曲率で上方に膨出する湾曲形状部が形成されていることを主な特徴としている。
本実施形態では、ボックスシェイプのいわゆるミニバンに適用した車両構造を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下の説明における前後左右上下の方向は、図１に示す前後左右上下の方向を基準とする。

図１に示すように、本実施形態に係る車両構造１は、巨視的に、前後左右方向に比較的フラットなルーフ２を有している。
そして、このようなルーフ２の外形を主に構成するルーフパネル３は、平面視で略矩形に形成されている。
また、本実施形態に係る車両構造１は、このルーフパネル３の左右両側のそれぞれで前後方向に延びて車両側面部を形成するサイドパネル４を備えている。

そして、ルーフパネル３とサイドパネル４とは、例えばスポット溶接などによって接続されている。具体的には、図示は省略するが、ルーフパネル３の車幅方向の側縁は、正面視で段差状に折曲げ形成されて、いわゆるモヒカン溝の一方の半体を形成している。また、サイドパネル４の上縁は、正面視で段差状に折曲げ形成されて、いわゆるモヒカン溝の他方の半体を形成している。そして、両方の半体同士で形成されたモヒカン溝の底面部においてルーフパネル３とサイドパネル４とが接続されることとなる。

図１に示すように、本実施形態でのルーフパネル３には、前後方向に延びるように、一対の第一ビード５ａと、一対の第二ビード５ｂと、が形成されている。これら第一ビード５ａと、第二ビード５ｂとは、ルーフパネル３が部分的に上方に突出した凸部にて形成されている。第二ビード５ｂは、第一ビード５ａよりも幅広に形成されている。
そして、一対の第一ビード５ａ同士は、ルーフパネル３の車幅方向の中央で所定の間隔を開けて並ぶように配置されている。
また、一対の第二ビード５ｂのそれぞれは、一対の第一ビード５ａを車幅方向外側から所定の間隔を開けて挟むようにルーフパネル３に形成されている。
なお、図１中、符号７は、後に説明する溝部であり、符号９は、後に説明するカバーである。

図２は、図１のII−II断面図である。
図２に示すように、第一ビード５ａと第二ビード５ｂとは、下方に開くコ字状断面を有している。
本実施形態でのルーフパネル３は、一対の第一ビード５ａ同士の間に第一湾曲形状部６ａを有するとともに、第一ビード５ａと第二ビード５ｂとの間に第二湾曲形状部６ｂを有している。
このような第一湾曲形状部６ａと第二湾曲形状部６ｂとは、ルーフパネル３の車幅方向の端部よりも中央部寄りに形成されている。

第一湾曲形状部６ａは、一対の第一ビード５ａ同士の間に位置するルーフパネル３が車幅方向（図２の左右方向）に湾曲して上方向に膨出した形状となっている。
この第一湾曲形状部６ａは、ルーフパネル３の車幅方向中央にあってルーフ２の前後方向に延びている。
また、第一湾曲形状部６ａは、所定の曲率で湾曲しており、その曲率中心Ｃ１は、ルーフパネル３における車幅方向（図２の左右方向）の中心、つまり第一湾曲形状部６ａにおける車幅方向の中心点Ｐ１の真下に形成されている。
そして、第一湾曲形状部６ａの曲率は、本実施形態の車両構造１におけるルーフ２の後記する要求曲率Ｒに略等しくなるように設定されている。これにより第一湾曲形状部６ａおける曲率半径ｒ１は、この要求曲率Ｒの曲率半径ｒと略同じ値になっている。
なお、図２中、符号Ｃは、要求曲率Ｒの曲率中心である。

第二湾曲形状部６ｂは、第一ビード５ａと第二ビード５ｂとの間に位置するルーフパネル３が車幅方向（図２の左右方向）に湾曲して上方向に膨出した形状となっている。
この第二湾曲形状部６ｂは、第一湾曲形状部６ａと並行するように前後方向に延びている。
また、第一湾曲形状部６ａは、所定の曲率で湾曲しており、その曲率中心Ｃ２は、第二湾曲形状部６ｂにおける車幅方向の中心点Ｐ２の真下に形成されている。
そして、第二湾曲形状部６ｂの曲率は、後記する要求曲率Ｒに略等しくなるように設定されている。これにより第二湾曲形状部６ｂおける曲率半径ｒ２は、この要求曲率Ｒの曲率半径ｒと略同じ値になっている。

つまり、本実施形態での第一湾曲形状部６ａの曲率半径ｒ１と第二湾曲形状部６ｂの曲率半径ｒ２とは、要求曲率Ｒの曲率半径ｒと同じ値になっている。
そして、本実施形態の車両構造１においては、第一湾曲形状部６ａの曲率中心Ｃ１と、二つの第二湾曲形状部６ｂの曲率中心Ｃ２とが、車幅方向に互いに離れた位置に設定されている。具体的には、第一湾曲形状部６ａの曲率中心Ｃ１と、二つの第二湾曲形状部６ｂの曲率中心Ｃ２とが、図２に示す車両後面視で、車幅方向に一列に並ぶように設定されている。

次に、ルーフ２の要求曲率Ｒについて説明する。
図２中、要求曲率Ｒは、仮想線（二点鎖線）で示している。
この要求曲率Ｒは、第一及び第二ビード５ａ,５ｂなどのビードがないルーフパネル（図示省略）を想定した場合に、ＣＡＥ（computer aided engineering）に基づく設計上要求されるルーフの車幅方向の全体にわたる曲率である。

具体的には、この要求曲率Ｒを求める手段においては、例えばルーフに対する積雪量に基づく外力（荷重）を考慮し、ルーフパネルの形成材料、ルーフパネルの厚さなどの設計パラメータの値が仮設定された車両構造の解析モデルを用いて、ルーフの各位置（ルーフパネルの仮設定した曲率の周方向における各区画位置）における圧縮荷重やせん断荷重などの荷重状態が解析される。なお、この荷重状態の解析は、解析モデルに対して、例えば、線形有限要素解析（又は非線形有限要素解析）を適用して行うことができる。

そして、ルーフの各位置における荷重状態に基づいてルーフパネルに対する設計要求が設定される。具体的には、演算した荷重状態に対してルーフパネルが圧屈しないように、荷重状態に所定のマージンを加味して設計要求を満たした要求曲率Ｒが求められることとなる。

また、ルーフパネル３は、図２に示すように、それぞれの第二ビード５ｂの車幅方向外側に溝部７を有している。
これら一対の溝部７は、ルーフパネル３が部分的に下方に窪むことで形成され、上方に開くコ字状断面を有している。
そして、溝部７は、第二ビード５ｂと並行するように前後方向に延びている。溝部７は、雨水などを前後方向に流す排水溝としての機能を有する。

これら一対の溝部７の車幅方向外側には、前記のモヒカン溝８が形成されている。このモヒカン溝８は、前記のように、ルーフパネル３とサイドパネル４との接続部を形成する。これらのモヒカン溝８は、特許請求の範囲にいう「接続溝」に相当する。
そして、このモヒカン溝８には、カバー９が嵌め入れられている。
なお、本実施形態でのカバー９は、合成樹脂で形成され、図２示す車両後面視で、下方に開くコ字状断面を有している。そして、カバー９は、図１に示すように、溝部７と並行するように前後方向に延びている。

図３は、図２のIII部の部分拡大図である。
このような車両構造１においては、図３に示すように、第二ビード５ｂと第二ビード５ｂに隣接する第二湾曲形状部６ｂとの高低差Ｄｈ１よりも、第二ビード５ｂと第二ビード５ｂに隣接する溝部７の底部との高低差Ｄｈ２の方が大きくなるように設定されている。
また、ルーフパネル３の一般部とカバー９の表面部との高低差Ｄｈ３は、ルーフパネル３の一般部と溝部７の底部との高低差Ｄｈ４よりも小さくなるように設定されている。

次に、本実施形態に係る車両構造１の奏する作用効果について説明する。
本実施形態の車両構造１は、一対の第一ビード５ａ同士の間に第一湾曲形状部６ａを有するとともに、第一ビード５ａと第二ビード５ｂとの間に第二湾曲形状部６ｂを有している。
このような車両構造１によれば、ビード５ａ,５ａ間、及びビード５ａ,５ｂ間のそれぞれに湾曲形状部６ａ,６ｂを配置することによって、ルーフパネル３に十分な剛性を確保することができる。これにより車両構造１は、ルーフパネル３の板厚を低減することができ、ルーフ２自体の軽量化を達成することができる。

また、本実施形態の車両構造１においては、第一湾曲形状部６ａの曲率半径ｒ１と第二湾曲形状部６ｂの曲率半径ｒ２とが、要求曲率Ｒの曲率半径ｒと同じ値になっている。
このような車両構造１によれば、ビードが無いと仮定したルーフパネルの要求曲率Ｒと同じ値となるように、湾曲形状部６ａ,６ｂのそれぞれの曲率半径ｒ１,ｒ２が設定されるので、ビードの有無に応じた曲率の設定が不要となって、設計工数が削減される。

また、本実施形態の車両構造１においては、第一湾曲形状部６ａと第二湾曲形状部６ｂとは、ルーフパネル３の車幅方向の端部よりも中央部寄りに形成されている。
このような車両構造１によれば、車両側面視で、湾曲形状部６ａ,６ｂは、ユーザーの視界から一番離れた場所に形成されるので、外観性に影響が少ない。

また、本実施形態の車両構造１においては、第二ビード５ｂ（ビード）と第二ビード５ｂ（ビード）に隣接する第二湾曲形状部６ｂ（湾曲形状部）との高低差Ｄｈ１よりも、第二ビード５ｂ（ビード）と第二ビード５ｂに隣接する溝部７の底部との高低差Ｄｈ２の方が大きくなるように設定されている。
このような車両構造１によれば、排水機能が必要とされる車幅方向外側のルーフ２の縁部において、十分な排水機能を確保することができる。

また、本実施形態の車両構造１においては、ルーフパネル３の一般部とカバー９の表面部との高低差Ｄｈ３が、ルーフパネル３の一般部と溝部７の底部との高低差Ｄｈ４よりも小さくなるように設定されている。
このような車両構造１によれば、車幅方向外側に位置するモヒカン溝８（接続溝）を浅くすることができるので、車両側面視でのモヒカン溝８が目立たなくなってルーフ２の外観性（美観）が向上する。

また、本実施形態の車両構造１においては、第一湾曲形状部６ａの曲率中心Ｃ１と、二つの第二湾曲形状部６ｂの曲率中心Ｃ２とが、車幅方向に互いに離れた位置に設定されている。
このような車両構造１によれば、曲率中心Ｃ１,Ｃ２同士が重なるものと異なって、ルーフパネル３の車幅方向端部での高さが下方にシフトすることが避けられる。これにより車両構造１においては、ルーフパネル３に要求される所定の剛性を付与しつつも、車両全体の形状に与える影響が少ない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、第一湾曲形状部６ａの曲率中心Ｃ１と、二つの第二湾曲形状部６ｂの曲率中心Ｃ２とが、水平方向に並ぶものを想定しているが、曲率中心Ｃ１と曲率中心Ｃ２とは、相対的に上下方向にシフトした構成とすることもできる。
また、前記実施形態では、第二湾曲形状部６ｂの曲率中心Ｃ２が、第二湾曲形状部６ｂにおける車幅方向の中心点Ｐ２の真下に形成されているが、曲率中心Ｃ２のそれぞれは、水平方向に多少シフトする構成でも構わない。

１ 車両構造
２ ルーフ
３ ルーフパネル
４ サイドパネル
５ａ 第一ビード（ビード）
５ｂ 第二ビード（ビード）
６ａ 第一湾曲形状部（湾曲形状部）
６ｂ 第二湾曲形状部（湾曲形状部）
７ 溝部
８ モヒカン溝（接合溝）
９ カバー
Ｃ１ 第一湾曲形状部の曲率中心
Ｃ２ 第二湾曲形状部の曲率中心
Ｄｈ１ 第二ビードと第二湾曲形状部との高低差
Ｄｈ２ 第二ビードと溝部の底部との高低差
Ｄｈ３ ルーフパネルの一般部とカバーの表面部との高低差
Ｄｈ４ ルーフパネルの一般部と溝部の底部との高低差
ｒ 要求曲率の曲率半径
ｒ１ 第一湾曲形状部の曲率半径
ｒ２ 第二湾曲形状部の曲率半径
Ｒ 要求曲率

Claims (6)

1. ルーフの前後方向に延在するとともに車幅方向に複数並ぶ上方向に凸のビードと、
   前記ビード間で車幅方向に湾曲して上方向に膨出する湾曲形状部と、
   を有することを特徴とする車両構造。
2. 前記湾曲形状部は複数設けられ、
   それぞれの前記湾曲形状部における曲率半径は、前記ビードがないと仮定した場合に前記ルーフの車幅方向の全体にわたる要求曲率半径と略同じ値に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の車両構造。
3. 前記湾曲形状部は、前記ルーフの車幅方向の端部よりも前記ルーフの中央部寄りに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両構造。
4. 前記ルーフには、前記湾曲形状部よりも車幅方向外側で前後方法に延びる溝部が設けられ、
   前記ビードと当該ビードに隣接する前記湾曲形状部との高低差よりも、当該ビードと当該ビードに隣接する前記溝部の底部との高低差のほうが大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両構造。
5. 前記ルーフには、前記溝部よりも車幅方向外側で、ルーフパネルとサイドパネルとを接合する接合溝と、前記接合溝に嵌合するカバーと、が設けられ、
   前記ルーフパネルと前記カバーとの高低差は、前記ルーフパネルと前記溝部の底部との高低差よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の車両構造。
6. 前記湾曲形状部は複数設けられ、
   それぞれの前記湾曲形状部における曲率半径の中心は、車幅方向に互いに離れた位置に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両構造。

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