JP3674586B2

JP3674586B2 - 車体フレームの補強構造

Info

Publication number: JP3674586B2
Application number: JP2002007907A
Authority: JP
Inventors: 匡史牧田; 勇一沖
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: JP2003205868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車体フレームの補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体フレームは閉断面に形成したピラーやサイドメンバ，クロスメンバ，サイドシル等の各種の骨格部材を相互に溶接等により結合して構成してあり、これら骨格部材の閉断面内に発泡ウレタンを充填したり、レインフォースを付設する等して、軽量化を図りながら剛性を高めて衝突性能を確保することが行われている（特開２００１−８８４０号公報，特開平１１−２３５９６３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の補強構造では十分な補強効果を発揮させるためには、発泡ウレタンフォームの充填量やレインフォースの板厚の増大が伴って、車体重量が増加してしまうことは否めない。
【０００４】
そこで、本発明は車体重量の増加を伴うことなく十分な補強効果が得られる車体フレームの補強構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、閉断面に形成されたピラー，サイドメンバ，クロスメンバ，およびサイドシル等の骨格部材を相互に溶接等により結合して車体フレームを構成し、各骨格部材は、その周壁の少くとも一部を２つの壁部材をそれらの各対向面間に所要の隙間をおいて配置して２重構造としてある。
【０００６】
そして、この２重壁構造を構成する２つの壁部材の一方の座屈モード波形を他方の座屈モード波形の略逆相とする手段を設けてある。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、車両衝突時における車体フレームへの入力に対して、該車体フレームを構成する骨格部材の周壁の２重壁構造部分では、一方の壁部材の座屈モード波形が他方の壁部材の座屈モード波形の略逆相の波形で変形し、その際に発生する接触による抵抗力で骨格部材の変形を抑制することができると共に、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができ、従って、骨格部材の壁部材の板厚を徒らに増大することなく該骨格部材の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【０００９】
図１は本発明の対象とする自動車の外観斜視図で、車体１のキャビンＣにおける車体フレーム２としての車体サイドフレーム２Ｓ・Ｆは、フロントピラー３，センターピラー４，リヤピラー５等の上下方向の骨格部材と、これらピラー３〜５の各上端を継ぐルーフサイドの前後方向の骨格部材であるルーフサイドレール６と、前記ピラー３〜５の各下端を継ぐフロアサイドの前後方向骨格部材のサイドシル７と、で構成している。
【００１０】
また、キャビンＣの車体フレーム２としてのフロアフレーム２Ｆ・Ｆは、フロアパネル８の左右両側部の下面で前後方向に延在配置した前後方向骨格部材であるエクステンションサイドメンバ９と、フロアパネル８の上面で車幅方向に延在配置した車幅方向骨格部材であるクロスメンバ１０と、前述の車体サイドフレーム２Ｓ・Ｆの下側の骨格部材であるサイドシル７を含んで構成している。
【００１１】
前記エクステンションサイドメンバ９は、フロントコンパートメントＦ・Ｃの左右両側部に前後方向に延在配置した前後方向骨格部材であるサイドメンバ１１の後方延長部として、前述のようにフロアパネル８の下面に廻り込んで接合配置してある。
【００１２】
前記各種ピラー３〜５、およびルーフサイドレール６は、何れも図２に示すように略ハット形断面に形成したインナパネル１２と該インナパネル１２よりも絞り深さの大きな略ハット形断面に形成したアウタパネル１３とを、それらの接合フランジ１２ａ，１３ａを突合わせてスポット溶接により接合して閉断面に形成してある。
【００１３】
前記閉断面に形成した上側骨格部材３〜６は、何れもその周壁の一部、本実施形態にあっては前記アウタパネル１３側の周壁を、該アウタパネル１３とその内側に沿って配設したレインフォース１４とで２重壁構造としてあり、従って、本実施形態ではこれらアウタパネル１３とレインフォース１４とが２重壁構造における２つの壁部材を構成している。
【００１４】
レインフォース１４はアウタパネル１３と略同一のハット形断面形状に形成してあり、接合フランジ１４ａを前記インナパネル１２とアウタパネル１３の接合フランジ１２ａ，１３ａ間に挟んで接合してある。
【００１５】
アウタパネル１３の略ハット形断面の頂部壁１３ｂとその両側の側壁１３ｃと、レインフォース１４の略ハット形断面の頂部壁１４ｂとその両側の側壁１４ｃとは、それらの各対向面間に所要の隙間をおいて配置してある。
【００１６】
そして、前記２つの壁部材であるアウタパネル１３とレインフォース１４のうち、一方の壁部材であるレインフォース１４の座屈モード波形ＳＢ（図１１参照）を、他方の壁部材であるアウタパネル１３の座屈モード波形ＳＡ（図１１参照）の略逆相とする手段１５を設けてある。
【００１７】
本実施形態ではこの座屈モード波形を逆相にする手段１５として、レインフォース１４の前記頂部壁１４ｂに、両側の側壁１４ｃとの境の稜線に跨って内側に凸となる断面三角形状のビード部１６を、前述の座屈モード波形ＳＢが得られるようにレインフォース１４の長さ方向に複数個設けて構成している。
【００１８】
また、前記サイドシル７は、図３に示すように略ハット形断面に形成したインナパネル１７と、該インナパネル１７よりも絞り深さの大きな略ハット形断面に形成したアウタパネル１８とを、それらの接合フランジ１７ａ，１８ａを突合わせてスポット溶接により接合して閉断面に形成してある。
【００１９】
アウタパネル１８は上壁１８ｂをステップ状に有段成形してある一方、側壁１８ｃは丸みをもったシル底面を形成するように下側部を湾曲して形成して、異形ハット形断面としてある。
【００２０】
この下側骨格部材であるサイドシル７にあっても、その周壁の一部である前記アウタパネル１８側の周壁を、該アウタパネル１８とその内側に沿って配設したレインフォース１９とで２重壁構造として、これらアウタパネル１８とレインフォース１９とが２重壁構造における２つの壁部材となっている。
【００２１】
レインフォース１９はアウタパネル１８と略同一の異形ハット形断面に形成してあり、接合フランジ１９ａを前記インナパネル１７とアウタパネル１８の接合フランジ１７ａ，１８ａ間に挟んで接合してある。
【００２２】
アウタパネル１８の上壁１８ｂと側壁１８ｃと、レインフォース１９の上壁１９ｂと側壁１９ｃとは、それらの各対向面間に所要の隙間をおいて配置してある。
【００２３】
このサイドシル７にあっても、前記アウタパネル１８とレインフォース１９のうち、一方の壁部材であるレインフォース１９の座屈モード波形ＳＢを、他方の壁部材であるアウタパネル１８の座屈モード波形ＳＡの略逆相とする手段１５として、内側に凸となる断面三角形状のビード部２０を、前述の座屈モード波形ＳＢが得られるようにレインフォース１９の長さ方向に複数個設けてある。
【００２４】
このビード部２０は、レインフォース１９の側壁１９ｃに上壁１９ｂとの境の稜線と、下側の接合フランジ１９ａとの境の稜線とに跨って形成してある。
【００２５】
エクステンションサイドメンバ９とクロスメンバ１０は、何れも図４，図５に示すように略ハット形断面に形成してある。
【００２６】
エクステンションサイドメンバ９はその結合フランジ９ａを介してフロアパネル８の下面に接合して閉断面を形成し、クロスメンバ１０はその結合フランジ１０ａを介してフロアパネル８の上面に接合して閉断面を形成している。
【００２７】
そして、これらエクステンションサイドメンバ９およびクロスメンバ１０の何れも、周壁をそれらの内側に沿って配設したレインフォース２１によって２重壁構造として、エクステンションサイドメンバ９とレインフォース２１、およびクロスメンバ１０とレインフォース２１、がそれぞれの２重壁構造における壁部材となっている。
【００２８】
レインフォース２１はエクステンションサイドメンバ９，クロスメンバ１０と略同一のハット形断面形状に形成してあり、接合フランジ２１ａを前記接合フランジ９ａ又は１０ａとフロアパネル８との間に挟んで接合してある。
【００２９】
このレインフォース２１の場合も前述と同様に、その頂部壁２１ｂおよび両側の側壁２１ｃと、エクステンションサイドメンバ９およびクロスメンバ１０における各頂部壁９ｂ，１０ｂと両側の側壁９ｃ，１０ｃと、の各対向面間に所要の隙間をおいて配置してある。
【００３０】
そして、これらエクステンションサイドメンバ９およびクロスメンバ１０にあっても、一方の壁部材であるレインフォース２１の座屈モード波形ＳＢを、他方の壁部材であるエクステンションサイドメンバ９，クロスメンバ１０の各座屈モード波形ＳＡの略逆相とする手段１５として、内側に凸となる断面三角形状のビード部２２を、前記座屈モード波形ＳＢが得られるようにレインフォース２１の長さ方向に複数個設けてある。
【００３１】
このビード部２２は前記レインフォース１４の場合と同様に、レインフォース２１の頂部壁２１ｂに、両側の側壁２１ｃとの境の稜線に跨って形成してある。
【００３２】
前記フロントピラー３にあっては、ピラーロアとピラーアッパとに分割されていることから、図６に示すように前述のレインフォース１４もロア側１４ＦＰ₁とアッパ側１４ＦＰ₂とに分割されているが、これらフロントピラー３における上，下のレインフォース１４ＦＰ₁，１４ＦＰ₂と、ルーフサイドレール６におけるレインフォース１４ＲＳとを、それぞれ対応する端部同志を接続して連続させるか、もしくは接続しないで不連続状態としてもよい。
【００３３】
また、センターピラー４とルーフサイドレール６およびサイドシル７との接続部分では、図７に示すようにセンターピラー４におけるレインフォース１４ＣＰの上端部を、ルーフサイドレール６におけるレインフォース１４ＲＳの外周に嵌合して接合する一方、該センターピラー４におけるレインフォース１４ＣＰの下端部をサイドシル７におけるレインフォース１９の外周に嵌合して接合する。
【００３４】
更に、ルーフサイドレール６におけるレインフォース１４は、フロント側１４ＲＳ₁とリヤ側１４ＲＳ₂とに分割されるが、これらは、図８に示すように端部同志を接続して連続させるか、もしくは接続しないで不連続状態としてもよく、また、このリヤ側のレインフォース１４ＲＳ₂とリヤピラー５におけるレインフォース１４ＲＰとは、図９に示すように端部同志を接続して連続させるか、もしくは接続しないで不連続状態としてもよい。
【００３５】
以上の実施形態の構造によれば、車両の衝突等により前述の骨格部材３，４，５，６，７，９，１０等にその軸方向に衝突入力が作用して、それらが長さ方向に蛇腹状に座屈変形した場合、前記骨格部材の２重構造部分では、図１０に示す変形前の平行状態から図１１に示すように、外側の他方の壁部材１３，１８，９，１０の蛇腹状の座屈モード波形ＳＡに対して、内側の一方の壁部材１４，１９，２１の座屈モード波形ＳＢが前記手段１５によって略逆位相となって変形し、一方の波形ＳＢの「山」の部分と他方の波形ＳＡの「谷」の部分とで両壁部材が強接触するようになる。
【００３６】
このため、図１２に示す同位相の座屈モード波形で変形したものと比較した場合、図１３に示すように逆位相で変形する構造によって（ａ線）、同位相で変形する通常の構造（ｂ線）に対して接触力（抵抗力）が著しく高められる。
【００３７】
この結果、図１４の反力（強度）比較グラフに同様にａ線（逆位相），ｂ線（同位相）で示すように、逆位相にすることによって骨格部材の反力が増大して変形を抑制できると共に、図１５のエネルギー吸収量比較グラフに同様にａ線（逆位相），ｂ線（同位相）で示すように、逆位相にすることによって骨格部材によるエネルギー吸収量を増大することができる。
【００３８】
従って、前記各骨格部材の壁部材の板厚を徒らに増大することなく該骨格部材の補強効果を高めて、衝突性能を向上することができる。
【００３９】
ここで、本実施形態では前述の座屈モード波形を逆相にする手段１５として、２重壁構造における内側のレインフォース１４，１９，又は２１に、複数のビード部１６，２０，又は２２を設けて構成しているため、これらビード部の形成ピッチを調整することによって前記座屈モード波形ＳＢを容易に得ることができる。
【００４０】
前記実施形態ではレインフォース１４，２１の頂部壁１４ｂ，２１ｂにビード部１６，２２を設けているが、この他、図１６にクロスメンバ１０を代表として示す第２実施形態のように、その内側のレインフォース２１の頂部壁２１ｂの両側の側壁２１ｃにビード部２２を設けるようにしてもよい。
【００４１】
図１７，図１８は座屈モード波形を逆相にする手段１５の他の実施形態を示すもので、これらの実施形態では何れも骨格部材としてクロスメンバ１０を代表して示している。
【００４２】
図１７に示す第３実施形態では、前記第１，第２実施形態のビード部２２に替えて、レインフォース２１の頂部壁２１ｂに内側に凸となるエンボス部２３を該レインフォース２１の長さ方向に複数個設けたものである。
【００４３】
このエンボス部２３は前記頂部壁２１ｂの幅方向に長軸を持つ長楕円形としてある。
【００４４】
従って、この第３実施形態によればエンボス部２３が前述のビード部２０と同様に座屈の誘起点となってレインフォース２１の座屈変形を整然と行わせることができて、前記第１，第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
図１８に示す第４実施形態にあっては、レインフォース２１の頂部壁２１ｂの壁面形状を、その長さ方向に滑らかに連続する波形状に形成して前述の手段１５としたものである。
【００４６】
この頂部壁２１ｂの波形形状の「山」と「谷」は、２重壁構造における他方の壁部材であるクロスメンバ１０の座屈モード波形における「谷」と「山」に対向するような波形ピッチで形成してある。
【００４７】
従って、この第４実施形態によればレインフォース２１がその頂部壁２１ｂの波形形状の「山」と「谷」によって蛇腹状の座屈変形がより整然と行われて、外側の壁部材のクロスメンバ１０の座屈モード波形ＳＡに対して略逆相の座屈モード波形ＳＢの変形を行わせることができる。
【００４８】
ここで、前記第１〜第４実施形態において、２重壁構造部分における内側のレインフォース１４，１９，２１と、外側の壁部材１３，１８，９，１０とは、それらの板厚構成を同じに、もしくは異ならせることによって、互いに逆相となる座屈変形の開始タイミングや、接触力（抵抗力）等を容易にコントロールすることができる。
【００４９】
図１９は図１８に示した第４実施形態の変形例である第５実施形態を示すもので、本実施形態では前記頂部壁２１ｂの波形形状における「山」の部分を厚肉部とし、「谷」の部分を薄肉部として、これら厚肉部と薄肉部とが交互に連続するようにしたものである。
【００５０】
従って、この第５実施形態によればレインフォース２１の蛇腹状の座屈変形が薄肉部とした波形形状の各「谷」を起点に誘発されて、前述の座屈モード波形ＳＢの変形を更に整然と行わせることができると共に、厚肉部の「山」の部分が外側の壁部材（この例ではクロスメンバ１０）の座屈波形の「谷」の部分とより強く接触して抵抗力を高めることができる。
【００５１】
前記第１〜第５実施形態では、何れも２重壁構造部分における内側の壁部材であるレインフォース１４，１９，２２に、座屈モード波形を逆相にする手段１５を設けてあるため、外観を些かも損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とする自動車の外観斜視図。
【図２】本発明の第１実施形態を示すピラー部分およびルーフサイドレール部分の構造説明図。
【図３】本発明の第１実施形態を示すサイドシル部分の構造説明図。
【図４】本発明の第１実施形態を示すエクステンションサイドメンバ部分の構造説明図。
【図５】本発明の第１実施形態を示すクロスメンバ部分の構造説明図。
【図６】本発明の第１実施形態におけるフロントピラー部分のレインフォース構造を示す斜視図。
【図７】本発明の第１実施形態におけるセンターピラー部分のレインフォース構造を示す斜視図。
【図８】本発明の第１実施形態におけるルーフサイドレール部分のレインフォース構造を示す斜視図。
【図９】本発明の第１実施形態におけるリヤピラー部分のレインフォース構造を示す斜視図。
【図１０】本発明の第１実施形態における２重壁構造部分の変形前の状態を示す断面図。
【図１１】本発明の第１実施形態における２重壁構造部分の変形状態を示す断面図。
【図１２】本発明の２重壁構造部分の変形状態と比較して同位相で変形した場合を示す断面図。
【図１３】本発明の２重壁構造部分の変形による接触力を同位相で変形した場合と比較して示すグラフ。
【図１４】本発明の２重壁構造部分の変形による反力を同位相で変形した場合と比較して示すグラフ。
【図１５】本発明の２重壁構造部分の変形によるエネルギー吸収量を同位相で変形した場合と比較して示すグラフ。
【図１６】本発明の第２実施形態を示す図５と同様の構造説明図。
【図１７】本発明の第３実施形態を示す図５と同様の構造説明図。
【図１８】本発明の第４実施形態を示す図５と同様の構造説明図。
【図１９】本発明の第５実施形態を示す図１８のＡ−Ａ線相当の断面図。
【符号の説明】
１車体
２，２Ｓ・Ｆ，２Ｆ・Ｆ車体フレーム
３フロントピラー（骨格部材）
４センターピラー（骨格部材）
５リヤピラー（骨格部材）
６ルーフサイドレール（骨格部材）
７サイドシル（骨格部材）
９エクステンションサイドメンバ（骨格部材・他方の壁部材）
１０クロスメンバ（骨格部材・他方の壁部材）
１２インナパネル
１３アウタパネル（他方の壁部材）
１４，１９，２１レインフォース（一方の壁部材）
１５座屈モード波形を逆相にする手段
１６，２０，２２ビード部
１８サイドシルのアウタパネル（他方の壁部材）
２３エンボス部
ＳＢ一方（内側）の壁部材の座屈モード波形
ＳＡ他方（外側）の壁部材の座屈モード波形

Claims

複数の骨格部材を相互に結合して車体フレームを構成し、前記骨格部材は、その周壁の少くとも一部を２つの壁部材をそれらの各対向面間に所要の隙間をおいて配置して２重壁構造とし、これら壁部材の一方の座屈モード波形を他方の座屈モード波形の略逆相とする手段を設けたことを特徴とする車体フレームの補強構造。
座屈モード波形を逆相にする手段として、一方の壁部材の壁面にビード部を設けて構成したことを特徴とする請求項１に記載の車体フレームの補強構造。
座屈モード波形を逆相にする手段として、一方の壁部材の壁面形状を滑らかに連続する波形状にして構成したことを特徴とする請求項１に記載の車体フレームの補強構造。
座屈モード波形を逆相にする手段として、一方の壁部材の壁面に複数のエンボス部を列設して構成したことを特徴とする請求項１に記載の車体フレームの補強構造。
座屈モード波形を逆相にする手段として、一方の壁部材を厚肉部と薄肉部とを交互に連続的に形成して構成したことを特徴とする請求項１に記載の車体フレームの補強構造。
内，外２つの壁部材は板厚構成を同じに、もしくは異ならせて構成したことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の車体フレームの補強構造。
一方の壁部材が２重壁構造の内側の壁部材であることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の車体フレームの補強構造。