JP3637141B2 - 車両車体の側面衝突対策構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車体に適用される側面衝突対策構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車両が側面衝突を受けたとき、主としてセンタピラーが主要な強度部材(耐衝突部材)として機能することは、従来より周知であり、センタピラーを複数のリンフォースメントにより補強,補剛して、側面衝突時のセンタピラーの変形量を減少させ、乗員を保護するようにしたものは従来より種々開発されている(例えば実開平4−81887号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
センタピラーやサイドドア等を強化し抗力を増大させることにより、車体側面から突っ込んでくるバリアをその抗力にて減速させる、という従来の側面衝突対策構造は、ある程度以上の重量をもった比較的大型の車両には充分な効果をもたらす。
【0004】
しかし、とりわけ軽自動車のような車両重量が軽くシートに着座した乗員と車体最外側面との間のスペースに充分な余裕をもたない車両においては、車体抗力を増強させて乗員の傷害を軽減させようとする方策だけでは限界があり、対策に要する重量増やコスト増のわりには効果が少なく、生産性の悪化をまねき、軽量小型でコストも廉価であるという軽自動車本来の利点を失ってしまう。又、堅固な車体を構成したにしてもしても、自重より大きな重量をもつ車両が衝突した場合は、その慣性エネルギを吸収できずにはじき飛ばされてしまい、乗員の安全を確保できない、という課題を有している。
【0005】
本発明は、上記のような課題に対処し得る小型軽量の車両の側面衝突対策構造を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上端部がサイドレールに結合され、下端部がサイドシルに結合されたセンタピラーをもつ車両車体において、上記センタピラーを補強するピラーリンフォースメントの強度を、予め側面衝突時に発生するセンタピラー各部位の曲げモーメントの分布に合わせて必要強度をもつよう設定し、サイドシルとセンタピラー下端部との結合部におけるサイドシルリンフォースの強度をサイドシルリンフォースの他の部分の強度に比して小さくするようサイドシルを形成したことにより、側面衝突時に、サイドシルをそのサイドシルとセンタピラー下端部との結合部より内側へ屈曲変形させつつ、センタピラーがその上端のサイドレールとの結合部付近を支点として振り子のように車室内方向へ回動変位するよう構成したものである。
【0007】
又、本発明は、上端部がサイドレールに結合され、下端部がサイドシルに結合されたセンタピラーをもつ車両車体において、上記センタピラーの上下方向のほぼ中央部に屈曲変形し易い強度的不連続部を設け、サイドシルとセンタピラー下端部との結合部におけるサイドシルリンフォースの強度をサイドシルリンフォースの他の部分の強度に比して小さくするようサイドシルを形成したことを特徴とするものであり、これにより、側面衝突時に、センタピラーは、その強度的不連続部より上方の部分は変形せず、該強度的不連続部より下方の部分が、サイドシルをそのサイドシルとセンタピラー下端部との結合部より内側へ屈曲変形させつつ、該強度的不連続部を支点として振り子のように車室内方向へ回動変位するよう構成したものである。
【0008】
上記のように、側面衝突時、サイドシルを内側へ屈曲変形させつつ、センタピラーが上端のサイドレールとの結合部付近又はセンタピラーのほぼ中央部に設けた強度的不連続部を支点として振り子のように内側へ回動変位するよう構成したことにより、センタピラーの下方部がシート及び該シートに着座している乗員の腰部付近を内側へ押し込み、乗員が車室内方へ移動する速度を有するので、車体及びドアが侵入する速度に対して、乗員が受ける衝撃が相対的に低減される効果を生み、更にセンタピラーのほぼ中央部から上部にかけての部分は車室内方向への変位が非常に少ないかほとんどゼロであるから、軽自動車のように乗員の側外方スペースに余裕があまりない車両であっても、乗員の胸部付近及び頭部付近がセンタピラーに激突するようなことはほとんどなく、側面衝突による乗員の傷害を大幅に軽減できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0010】
図1は、第1の実施の形態を示すもので、1はセンタピラー、2はサイドレール、3はサイドシル、4はフロアパネル、5はルーフブレース、6はルーフパネルであり、センタピラー1の上端部と下端部はサイドレール2とサイドシル3にそれぞれ結合され、フロアパネル4の側端部はサイドシル3に接合固着され、ルーフパネル6とその下部に設けられる車幅方向のルーフブレース5の各側端部はサイドレール2にそれぞれ固着される。7はサイドドアである。
【0011】
センタピラー1は、通常それぞれほぼハット型断面をなすピラーアウタ11とピラーインナ12とから閉断面に構成され、該閉断面の内部にピラーリンフォースメントを設けて補強した構造となっているのが一般的である。そして、側面衝突時に発生するセンタピラー各部位の曲げモーメントは、図2の(A)のような分布を示すのが普通である。そこで、その曲げモーメントの分布に合せて、第1ピラーリンフォースメント13と第2ピラーリンフォースメント14とでセンタピラー1を最小限必要な強度をもつよう補強している。
【0012】
即ち、図2の(B)乃至(G)に示す例では、第1ピラーリンフォースメント13は、ピラーアウタ11の内側にほぼ沿うハット型断面をなし、センタピラー1の上端部から下端部まで通る長さを有し、上方部にシートベルト装置のショルダベルトアンカレッジ部13aがピラーインナ12側に部分的に膨出して形成される。該ショルダベルトアンカレッジ部13aは、曲げモーメント分布が圧縮から引っ張りへ移る上側のモーメント値がゼロの点にほぼ合せて設定される。
【0013】
第2ピラーリンフォースメント14は、第1ピラーリンフォースメント13の内側に接合固着されるほぼコ字状断面をなし、センタピラー1の上下方向のほぼ中央部、即ちサイドドア7の窓肩部の高さ付近のかなり大きな曲げモーメントを生ずる部位を局部的に補強するよう構成される。
【0014】
上記第1ピラーリンフォースメント13の所定位置に第2ピラーリンフォースメント14を接合固着し、該第1ピラーリンフォースメント13の両側フランジをピラーアウタ11とピラーインナ12の接合フランジに挟み込んでスポット溶接等にて固着することにより、第1ピラーリンフォースメント13がピラーアウタ11にほぼ沿って上端から下端まで通り、かなり大きな曲げモーメントが生ずる部位が第2ピラーリンフォースメント14の追加にて特に補強された構造のセンタピラー1が構成される。
【0015】
上記センタピラー1の下部とサイドシル3との結合部は、センタピラー1に側面衝突荷重が作用したとき、センタピラー1の下部に押されてサイドシル3が車体内側方向へ比較的容易に屈曲するような構成となっている。
【0016】
その具体的構造の一例を、図3を参照して以下説明する。
【0017】
サイドシル3は、通常サイドシルアウタ31とサイドシルインナ32とからなる閉断面部の内部にサイドシルリンフォースメント33を設けて補強した構造となっているが、図3に示すように、サイドシルリンフォースメント33を前側部分33aと後側部分33bとに分割し、センタピラー1下端の結合部とその前後の所定範囲にサイドシルリンフォースメント33が存在しない補強の不連続部を形成する。そして、該補強の不連続部の車両前後方向のほぼ中央部において、センタピラー1の第1ピラーリンフォースメント13をサイドシル3の断面内にてサイドシルインナ32に接合固着する。更に、補強の不連続部において、第1ピラーリンフォースメント13の接合固着部の前後位置に、サイドシルインナ32に穴(例えばスポット溶接等の作業穴)32aを設けて、サイドシル3が該補強の不連続部にて内側に屈曲変形し易い構造としている。センタピラー1のピラーアウタ11及びピラーインナ12の下端部は、従来通りサイドシルアウタ31及びサイドシルインナ32にそれぞれ接合固着される。
【0018】
上記センタピラー1の上端部は、ルーフパネル6側端に沿う前後方向閉断面のサイドレール2に結合されるが、その結合部は、センタピラー1の下部が側面衝突により内側へ変位したとき、センタピラー1上端とサイドレール2との結合部付近が支点(回動中心)となってセンタピラー1が内側へ回動するような構造となっている。
【0019】
その具体的構造の一例を、図4を参照して以下説明する。
【0020】
図4に示すように、サイドレールアウタ21とサイドレールインナ22とからなるサイドレール2のセンタピラー1上端の結合部において、サイドレールインナ22の内側面には車体外側に凸なる第1ビード部22aが車体前後方向に向けて形成され、サイドレールインナ22の下縁フランジから下方に延びるピラーインナ接合面22bにも車体外側に凸なる第2ビード部22cが第1ビード22aとほぼ平行に形成されている。ピラーインナ12の上部は、サイドレールインナ22との結合部では上方がT字状に広がり、該ピラーインナ12を上記ピラーインナ接合面22bを含むサイドレールインナ22の車室内側の面に接合固着することにより、上記第1ビード部22aと第2ビード部22cがピラーインナ12にて車室内側から覆われて互いに平行な上下2条の箱形断面部が形成され、サイドレール2のセンタピラー上端結合部位の強度,剛性の向上をはかっている。
【0021】
センタピラー1の第1ピラーリンフォースメント13の上部は、サイドレール2の断面内に延び、上端部が上記サイドレールインナ22の第1ビード部22aの外側に近接対向した状態となっている。第1ピラーリンフォースメント13はサイドレール2の断面内に入るところでピラーインナ接合面22bにスポット溶接されるだけで、サイドレール2の断面内ではどこにも結合されず、サイドレール2とは切り離された構造となっている。従って、センタピラー1に内向きの側面衝突荷重が入力すると、第1ピラーリンフォースメント13の上端部分が第1ビード部22aに接触すると共に、第2ビード部22cの両側部に接触して内側へ押すが、該部位はビード部22a及び22cとピラーインナ12とで形成された2条の箱形断面部で補強,補剛されているので、サイドレール2は局所的な断面変形を来すことなく、該荷重はサイドレール2の一般断面部へと伝達,分散され、センタピラー1は該センタピラー上端とサイドレール2との結合部付近、例えばルーフブレース5の側端部を支点として内側へ回動する。
【0022】
上記において、図1(A),(B)に示すように、センタピラー1に内向きの側面衝突荷重が入力すると、センタピラー1は上記のように側面衝突に伴って生ずる曲げモーメントの分布に合せて効果的に補強されているので、センタピラー1自体は変形せず、荷重が第1ピラーリンフォースメント13の下端部からサイドシル3のサイドシルインナ32へと入力する。ここで、前述したようにサイドシル3のセンタピラー下端の結合部は補強の不連続部で内側に屈曲変形し易い構造となっているので、図1(C)に示すように、サイドシル3はフロアパネル4を座屈変形させつつ内側へ屈曲変形し、それに伴ないセンタピラー1はそれ自体が屈曲変形することなく上部のサイドレール2との結合部付近を支点として振り子のように内側へ回動し、上記サイドシル3の屈曲変形,フロアパネル4の座屈変形等により衝突エネルギの吸収が行なわれる。
【0023】
このセンタピラー1の振り子のような動きにて、センタピラー1の下方部及びサイドドア7の下方部の車室内側への移動量はかなり大きく、その移動によってシート8及び該シート8に着座している乗員の腰部付近は内側へ押し込まれる。
このようにシート8及び乗員の腰部付近が内方へ押し込まれ乗員が振り子のように振られることと、センタピラー1及びサイドドア7の車室内側への移動量が上方にいくほど小となることとにり、センタピラー1及びサイドドア7等が乗員の胸部付近や頭部等に激突するようなことがなく、乗員の安全を確保することができる。
【0024】
一般に、軽自動車のように車体重量が軽く且つ乗員の側外方スペースの余裕があまりない車両では、側面衝突エネルギー吸収のための車体(センタピラー)のクラッシュストロークで乗員の安全を確保することは非常に困難である。又、側面衝突に対し車体抗力を上げ車体変形を抑制すると、自重が軽量であるために、衝突車両によって自車が撥ね飛ばされてしまい、乗員に大きな衝撃を与えることになる。更に又、軽自動車等にて車体変形が生じないように車体を補強しようとすると、部品点数が多くなり生産性が悪化しコスト高及び重量アップをまねき、軽自動車などの例ではメリットがなくなってしまう。
【0025】
そこで、上記のようにセンタピラー1の補強を、該センタピラーの各部位で必要な強度性能に合せて合理的に行なうことにより、補強過剰部位の廃止による部品点数,生産コスト及び重量の低減をはかると共に、サイドシル3に補強の不連続部を形成し、該サイドシル3の補強の不連続部にセンタピラー1の下部を結合し、側面衝突時に先ずサイドシル3が補強の不連続部にて内側に屈曲変形してセンタピラー1が上部のサイドレール2との結合部付近を支点として振り子のように内側へ回動するよう構成したことにより、センタピラー1の下方部の内側変位にてシート8と乗員の腰部が押されて乗員も振り子のように内側へ振られ、軽自動車のように側外方スペースの余裕があまりない車両であっても、衝突エネルギの吸収が効果的に行なわれると共に、乗員の少なくとも胸部から頭部にかけては激突を免れ、乗員の被る傷害を大幅に軽減させることができるものである。
【0026】
尚、上記図2に示す例では、センタピラー1の補強を、センタピラーの上端から下端まで通る第1ピラーリンフォースメント13と、側面衝突に伴ない発生する曲げモーメントのかなり大きい部位を局部的に補強する第2ピラーリンフォースメント14とで行なった例を示しているが、センタピラー1の具体的補強手段は図2に示す構造に限らず、例えば図5に示すように、ピラーリンフォースメントとしてアッパリンフォースメント130とロアリンフォースメント140との2部品を用い、アッパリンフォースメント130の下方部分とロアリンフォースメント140の上方部分とをラップさせて固着した構造とし、このラップ代を側面衝突に伴ない発生するセンタピラーの曲げモーメントの大きい部位に合せて設定する構成としても良い。この場合、アッパリンフォースメント130に形成されるショルダベルトアンカレッジ部130aは、図2の場合と同様に、上方の曲げモーメント値がゼロの点にほぼ合せて設定する。
【0027】
又、側面衝突にて生ずるセンタピラー各部位の曲げモーメントの分布が、上記図2(A)に示すものとは異なる場合は、第1ピラーリンフォースメント13に付加される第2ピラーリンフォースメント14による局部的な補強部位、又は上下のリンフォースメントのラップ代によるセンタピラーの局部的な補強部位も、図2(B)又は図5に示す例とは異なることは当然である。図6は側面衝突にて生ずるセンタピラーの曲げモーメント分布からサイドドア窓肩部付近の高さ位置から上方の部位が強度的に厳しい場合の例を示しており、この場合はセンタピラーの上端部から下端部まで通る第1ピラーリンフォースメント13の上方部分の外側に第2ピラーリンフォースメント14を接合固着して、センタピラーの強度的に厳しい上方部位をショルダベルトアンカレッジ部13aを含めて第2ピラーリンフォースメント14の追加で局部的に補強することにより、側面衝突に対するセンタピラーの必要強度を得ることができるものである。尚、他の特別な目的からセンタピラー1の上方部分の強度を特に高くしたい場合も、上記図6に示すような補強構造を採用するものとする。
【0028】
図7は、本発明の第2の実施の形態を示すものである。
【0029】
この図7では、センタピラー1のほぼ中央部(サイドドアの窓肩部付近即ちシート8に着座した乗員の胸部付近にほぼ一致する高さ位置)に第1の強度的不連続部1aを構成し、該第1の強度的不連続部1aより上方の部分は、図示しないピラーリンフォースメントによって側面衝突時に屈曲変形しないよう強固に補強され、該センタピラー1の上端部とサイドレール2とルーフブレース5との結合部も屈曲変形しないよう強固な結合構造とし、且つルーフブレース5自体も反力と曲げモーメント等に充分抗し得る強度をもった構造に構成される。
【0030】
そして、センタピラー1の上記第1の強度的不連続部1aの下方部分の下端寄りの位置(シート8に着座した乗員の腰部付近かそれよりやや低い高さ位置)に第2の強度的不連続部1bを設定し、側面衝突時にセンタピラー1が上記第1の強度的不連続部1a及び第2の強度的不連続部1bを屈曲点として屈曲変形するよう構成している。
【0031】
上記2箇所の強度的不連続部1a及び1bの具体的構成としては、図示は省略しているが、例えば実開平6−72787号公報に開示されているように、センタピラーを補強するピラーリンフォースメントに途切れ部を設けるとか、或は該ピラーリンフォースメント(又はピラーリンフォースメントとピラーインナ)に車両前後方向のビード部を形成する、といった手段等、側面衝突に伴って発生するセンタピラーの曲げモーメントに対し他の部分より屈曲変形し易い任意の構成を採用できる。尚、センタピラー1の下方部分において、上記第1及び第2の強度的不連続部1a及び1b以外の部位は、ほとんど屈曲変形しないようにピラーリンフォースメントにて補強されている。
【0032】
センタピラー1の下端部とサイドシル3との結合部は、前記第1の実施の形態と同様に、側面衝突時に該結合部にてサイドシル3が内側へ屈曲変形し易い構造となっている。その具体例としては図3に示すような構造が採用される。
【0033】
上記において、側面衝突時は、図7(B)に示すように、センタピラー1とサイドシル3との結合部付近においてサイドシル3がフロアパネル4を座屈変形させつつ内側へ屈曲変形し、それに伴ないセンタピラー1の下方部分は第1の強度的不連続部1aを支点として車室内側へ振り子のように回動すると同時に、第2の強度的不連続部1bにて内側へ折れ曲がり、このサイドシル3の屈曲変形,フロアパネル4の座屈変形及びセンタピラー1の折れ曲がり等により衝突エネルギの吸収が行なわれる。
【0034】
上記センタピラー1の下方部分の振り子のような内側への動きにより、シート8及び乗員の腰部付近はセンタピラー1の下方部及びサイドドア7の下方部にて内側へ押し込まれ乗員も振り子のように振られるが、センタピラー1の第1の強度的不連続部1aより上方の部分は変形しないので、乗員の胸部付近から頭部にかけてはセンタピラー1との間にある程度のスペースが確保され、軽自動車のように乗員の側外方スペースに余裕があまりない車両であっても、乗員の安全を確保できる。
【0035】
側面衝突時にセンタピラーがその中央部付近から内側へ折れ曲がって車室内側へ入り込むと、乗員の胸部付近に激突する虞れがあるが、上記のようにセンタピラーがその上端部付近或はほぼ中央部を支点として振り子のように内側へ回動変位する構成を採ったことにより、乗員は腰部付近をシートと一緒に内側へ押し込まれるだけで、センタピラーが乗員の胸部付近から頭部にかけて激突するようなことがなく、乗員の安全を確保することができるものである。
【0036】
以上説明したように、本発明は軽自動車のように重量が軽量で乗員の側外方スペースにあまり余裕がない車両の側面衝突対策として極めて効果的であるが、本発明は軽自動車だけでなくあらゆる形式の車両の側面衝突対策構造として適用できる。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、極めて簡単な構成により、側面衝突時の衝突エネルギを効果的に吸収できると共に、乗員の側外方スペースにあまり余裕がない車両であっても、乗員の安全を確保することができるもので、特に軽自動車用の側面衝突対策構造として極めて大なる効果をもたらし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示すもので、(A)は車両の側面衝突の概略態様を説明する外観斜視図、(B)は側面衝突前のセンタピラーを含む片側の車体構造と乗員との位置関係を示す概略縦断正面図、(C)は側面衝突時の車体の変形と乗員との位置関係を示す概略縦断正面図である。
【図2】図1におけるセンタピラーの構成例を示す図で、(A)は側面衝突に伴って生ずるセンタピラー各部位の曲げモーメントの分布図、(B)はセンタピラーの縦断正面図、(C)はピラーリンフォースメントの分解斜視図、(D),(E),(F)及び(G)は(B)のD−D,E−E,F−F及びG−Gの各断面図である。
【図3】図1におけるセンタピラーの下部とサイドシルとの結合構造の一具体例を示す図で、(A)はピラーアウタとサイドシルアウタとを取り除いた状態の斜視図、(B),(C)及び(D)は(A)のB−B,C−C及びD−Dの各断面図である。
【図4】図1におけるセンタピラーの上部とサイドレールとの結合構造の一具体例を示す図で、(A)はピラーアウタとサイドレールアウタとを取り除いた状態の斜視図、(B)は(A)のB−B断面図である。
【図5】センタピラーを補強するピラーリンフォースメントの他の構成例を示す分解斜視図である。
【図6】センタピラー補強用のピラーリンフォースメントの更に他の構成例を示す図であり、(A)は斜視図、(B),(C)及び(D)は(A)のB−B,C−C及びD−Dの各断面図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態を示す図で、(A)は側面衝突前のセンタピラーを含む片側車体構造と乗員との位置関係を示す概略縦断正面図、(B)は側面衝突時の車体の変形と乗員との位置関係を示す概略縦断正面図である。
【符号の説明】
1 センタピラー
1a 第1の強度的不連続部
1b 第2の強度的不連続部
2 サイドレール
3 サイドシル
4 フロアパネル
5 ルーフブレース
6 ルーフパネル
7 サイドドア
8 シート
11 ピラーアウタ
12 ピラーインナ
13 第1ピラーリンフォースメント
14 第2ピラーリンフォースメント
21 サイドレールアウタ
22 サイドレールインナ
22a ビード部
22b ピラーインナ接合面
22c ビード部
31 サイドシルアウタ
32 サイドシルインナ
32a 穴
33 サイドシルリンフォースメント
33a 前側部分
33b 後側部分
Claims (6)
- 上端部が前後方向に延在するサイドレールに結合され、下端部が前後方向に延在するサイドシルに結合されたセンタピラーを備えた車両車体において、上記センタピラーを補強するピラーリンフォースメントの強度を、予め側面衝突時に発生するセンタピラー各部位の曲げモーメントの分布に合わせて必要強度をもつよう設定し、サイドシルとセンタピラー下端部との結合部におけるサイドシルリンフォースの強度をサイドシルリンフォースの他の部分の強度に比して小さくすることを特徴とする車両車体の側面衝突対策構造。
- 請求項1に記載の車両車体の側面衝突対策構造において、サイドレールはサイドレールアウタとサイドレールインナとから閉断面に構成され、上記サイドレールインナのセンタピラー上部の結合部位には、外側に凸なるビード部が形成され、該サイドレールインナの車室側の面にセンタピラーのピラーインナが接合固着されることにより、上記ビード部とピラーインナとで箱形断面部が形成されて補強,補剛され、ピラーリンフォースメントの上端部がサイドレールの断面内に延びて上記ビード部に近接対向し、側面衝突時に上記ピラーリンフォースメントの上端部がビード部に接触して、荷重をビード部にて形成されている箱形断面部からサイドレールの一般断面部へと伝達,分散させて、センタピラーの室内方向への回動を許容する振り子の支点を形成するようになっていることを特徴とする車両車体の側面衝突対策構造。
- 上端部が前後方向に延在するサイドレールに結合され、下端部が前後方向に延在するサイドシルに結合されたセンタピラーを備えた車両車体において、上記センタピラーの上下方向ほぼ中央部に強度的不連続部を形成し、サイドシルとセンタピラー下端部との結合部におけるサイドシルリンフォースの強度をサイドシルリンフォースの他の部分の強度に比して小さくすることを特徴とする車両車体の側面衝突対策構造。
- 請求項3に記載の車両車体の側面衝突対策構造において、上記センタピラーの上記強度的不連続部より下方の部分に、第2の強度的不連続部を形成したことを特徴とする車両車体の側面衝突対策構造。
- 請求項1又は3に記載の車両車体の側面衝突対策構造において、サイドシルアウタとサイドシルインナとからなる閉断面部の内部にサイドシルリンフォースメントを設けて補強した構造となっているサイドシルの上記サイドシルリンフォースメントを、前側部分と後側部分とに分割し、該前側部分と後側部分との間にサイドシルリンフォースメントが存在しない補強の不連続部を形成してサイドシルリンフォースの強度の不連続部を構成し、上記補強の不連続部の車両前後方向のほぼ中央部にて、サイドシルインナにセンタピラーのピラーリンフォースメントの下端部分を結合したことを特徴とする車両車体の側面衝突対策構造。
- 請求項5に記載の車両車体の側面衝突対策構造において、上記サイドシルリンフォースの補強の不連続部の車両前後方向の両端部付近において、サイドシルインナに穴が設けられていることを特徴とする車両車体の側面衝突対策構造。
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