JP3900143B2 - 自動車のピラー構造 - Google Patents

Description

本発明は自動車のピラー構造に関する。

自動車のピラー構造の中には、軽量金属の鋳物材からなるピラーアウタとピラーインナの各サイドシル連設部分に、互いに噛み込むようなリブ構造を設けて、このリブ構造の噛み込みによってピラーアウタとピラーインナとの接合強度を高められるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３１３３５３号公報（第２頁、図１）

しかしながら前記従来のピラー構造では、リブ構造がサイドシル部に上下に亘って車幅方向に横断する形に構成されるため、車両の側面衝突時に該サイドシル部が車幅方向に変形しにくく、エネルギー吸収効率が低くなってしまうことは否めない。

そこで、本発明はピラー剛性を損なうことなく該ピラーとサイドシルとの連設部分では、側面衝突入力に対してサイドシルの車幅方向の変形をスムーズに行わせることができる自動車のピラー構造を提供するものである。

本発明の自動車のピラー構造は、車室側が開放した略コ字形断面のピラーアウタと、該ピラーアウタの車室側開放部を閉塞したピラーインナとで閉断面に形成したスチール製のピラーと、
ピラーアウタの内面形状に沿って略コ字形断面に形成されて、該ピラーアウタの内面に沿って配設された軽量金属の鋳物材からなるピラーレインフォースと、を備え、
前記ピラーレインフォースの下端部に、ピラー下端部に連設されて車体前後方向に延在する閉断面構造のサイドシル内に突出して車体前後方向に延在する延設部を設け、
前記延設部の前後端部を車室側が開放した略コ字形断面に形成して、該延設部の前，後端末に、車幅方向に延びる端壁を設けると共に、該端壁に側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部を設ける一方、該延設部の前後端部の上壁を繋ぐ横リブと、該横リブと延設部の下壁とを繋ぐ縦リブと、を設け、これら横リブと縦リブとに、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、スチール製のピラーであっても、その閉断面内にはピラーアウタの内面形状に沿って軽量金属の鋳物材からなる略コ字形断面のピラーレインフォースが存在し、しかも、その下端部には前，後端末に端壁を備えてサイドシル内に突出して前後方向に延在する延設部を設けてあるためピラー剛性が高く、車両の前面衝突に対してサイドシルに前後方向に作用する入力荷重を、ピラー側に効率よく分散負担させることができる。

一方、側面衝突に対しては、前記延設部の端壁には脆弱部を設けてあるため、側方からの入力荷重により該端壁から車幅方向の座屈変形が促されて延設部およびサイドシルの車幅方向への座屈変形をスムーズに行わせることができて、エネルギー吸収効果を高めることができる。また、延設部は略コ字形断面に形成してあると共に、その前後端部の上壁を繋ぐ横リブと、該横リブと下壁を繋ぐ縦リブを設け、これら各リブには、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部を設けてあるため、側面衝突に対するサイドシル周辺の車幅方向内側への座屈変形性能を維持しながら、ピラーの付け根部分における前後方向の強度・剛性を高くして前記前後方向入力荷重のピラー側への分散伝達性をより一層高められる。

以下、本発明の一実施形態をピラーとしてセンターピラーを例にとって図面と共に詳述する。

図１〜図７は、本発明のピラー構造の一実施形態を示すもので、図１はピラー構造の分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は（Ａ）に図１のＣ−Ｃ線に沿う断面と、（Ｂ）に同断面部位における側面衝突時の応力分布を併記して示す説明図、図５は図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図６は図５の車室側から見た斜視図、図７は側面衝突時におけるピラーの変形作用説明図である。

図１に示すように本実施形態におけるセンターピラー１は、車室側が開放した略コ字形断面のピラーアウタ２と、平板状に形成されてピラーアウタ２の車室側開放部を閉塞するピラーインナ３とを、それらの前後フランジ２ａ，３ａ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。

本実施形態では、前記ピラーアウタ２は、上，下端に連設したレールアウタ５とシルアウタ８とを一体に成形したサイドボディＳの一部として構成してある。

ルーフサイドレール４は、前記サイドボディＳのレールアウタ５と、レールインナ６とをそれらの上下フランジ５ａ，６ａを突合わせてスポット溶接により接合して閉断面として形成し、サイドシル７は、同じく前記サイドボディＳのシルアウタ８と、シルインナ９とをそれらの上下フランジ８ａ，９ａを突合わせてスポット溶接により接合して閉断面として形成してある。

ルーフサイドレール４内には、レールアウタ５の内面形状に沿って形成したレールレインフォース１０を、前記レールアウタ５およびレールインナ６の上下フランジ５ａ，６ａ間に挟んで接合して配設してある。

ピラーインナ３はその上端部をルーフサイドレール４内に延長して、レールアウタ５およびレールインナ６の各下フランジ５ａ，６ａ間にレールレインフォース１０と共に挟んで一体に接合してある一方、ピラーインナ３の下端部はサイドシル７内に延長して、シルアウタ８およびシルインナ９の上下フランジ８ａ，９ａ間に挟んで一体に接合してある。

前記サイドボディＳ，ピラーインナ３，レールアウタ５，シルインナ９，およびレールレインフォース１０は何れもスチールのプレス成形品が用いられている。

このように、車体前後方向に延在する閉断面のルーフサイドレール４とサイドシル７とに上下方向に跨って閉断面のセンターピラー１を結合することによって、車体側部の基本的な車体骨格構造が構成される。

ここで、本実施形態にあっては、前記センターピラー１の閉断面内に、ピラーアウタ２の内面形状に沿って略コ字形断面に形成されて、該ピラーアウタ２の内面に沿うピラーレインフォース１１を配設してある。

ピラーレインフォース１１はアルミ合金等の軽量金属の鋳物材で構成され、その前後フランジ１１ａをピラーアウタ２およびピラーインナ３の前後フランジ２ａ，３ａ間に挟んでスポット溶接により接合してある。

ピラーレインフォース１１の上端部には、レールインナ６とレールレインフォース１０との間の閉断面内に嵌合する接続部１４を側面略Ｔ字状に延設し、その上下フランジ１４ａをレールアウタ５およびレールインナ６の上下フランジ５ａ，６ａ間にレールレインフォース１０と共に挟んで一体に接合してある。

また、ピラーレインフォース１１の下端部には、シルアウタ８とシルインナ９との間の閉断面内に、前記ピラーインナ３の下端延長部と共に突出して車体前後方向に延在する延設部１５を、側面逆Ｔ字状に延接してある。

この延設部１３の前後端末、具体的にはピラーレインフォース１１の側壁１２の延長部で形成される側壁１６の前後端末から車幅方向内側に延びる端壁１７をほぼ直角に曲折した状態に設けてあると共に、該端壁１７には、側方からの入力荷重に対して座屈変形を促す脆弱部２０を設けてある。

本実施形態ではこの脆弱部２０を、端壁１７の車幅方向内側の端縁から弧状に形成した切欠部として形成してある。

また、本実施形態では、ピラーレインフォース１１の前後壁１３を前後方向に弯曲しつつ前記側壁１６の上縁に沿って延長して延設部１５の上壁１８となすと共に、側壁１６の下縁から車幅方向内側に向けて下壁１９を延設して、該延設部１５の前後端部を車室側が開放した略コ字形断面として形成してあり、従って、前記端壁１７はこの延設部１５のコ字形断面の前後端末を塞ぐ形で形成してある。

また、前記上，下壁１８，１９の端縁にはフランジ１８ａ，１９ａを形成してあって、これらフランジ１８ａ，１９ａをサイドシル７の閉断面内に突出した前記ピラーインナ３の下端延長部に接合してある（図３参照）。

延設部１５には、前，後の上壁１８，１８を繋ぐ横リブ２１と、該横リブ２１の前後方向中央部と下壁１９を繋ぐ縦リブ２２とを設けてあり、これら各リブ２１，２２には、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部２３，２４を設けてある（図２参照）。

これら脆弱部２３，２４は、前記端壁１７の脆弱部２０と同様にリブ２１，２２の車幅方向内側の端縁から弧状に形成した切欠部として形成してある。

一方、ピラーレインフォース１１の側面衝突荷重を最も受け易い所要地上高部位、即ち、一般的な車両のフロントバンパー地上高に相当する高さ位置には、その前後壁１３に上下方向に切欠部２５を形成してあり、この切欠部２５に、該切欠部２５を閉塞するスチール製のパッチ材２６を接合してある。

パッチ材２６は、ピラーレインフォース１１の前後フランジ１１ａに連なる前後フランジ２６ａを有し、該フランジ２６ａをピラーアウタ２およびピラーインナ３の前後フランジ２ａ，３ａ間に挟んでスポット溶接により接合してある（図４Ａ参照）。

また、ピラーインナ３の下側部には開口２７を設け、該開口２７から図５，図６に示すようにシートベルト装置のリトラクタ２８を挿入して、該リトラクタ２８を開口部２７の上縁部分にボルト・ナット等の締結部材２９により締結固定するようにしているが、前記ピラーレインフォース１１の側壁１２の内面から前記ピラーインナ３のリトラクタ取付部に向けてリトラクタ２８の上面を支持するリトラクタ支持リブ３０を設け、該リトラクタ支持リブ３０の先端部をピラーインナ３のリトラクタ取付部の近傍に連結してある。

本実施形態では、ピラーインナ３の開口２７の上縁部を部分的にピラー閉断面内側に切越し成形して、その切越し片２７ａにリトラクタ支持リブ３０をボルト・ナット等の締結部材３１により締結固定してある。

前記リトラクタ支持リブ３０はＬ字形断面として形成してあり、その水平リブ片には、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部３２を設けてある。

この脆弱部３２も、前記脆弱部２０，２３，２４と同様に、水平リブ片の端縁から弧状に形成した切欠部としてある。

他方、前記サイドシル７の閉断面内には、前記ピラーレインフォース１１の延設部１５の前後端末に連設されて、車体前後方向に延在する例えばスチール製のシルレインフォース３３を設けてある。

このシルレインフォース３３は、延設部１５の前後端部に外嵌して接合固定される略コ字形断面に形成されていて、その上下フランジ３３ａをシルアウタ８およびシルインナ９の上下フランジ８ａ，９ａ間に挟んでスポット溶接により接合してある。

以上の構成によりこの実施形態のピラー構造によれば、スチール製のセンターピラー１であっても、その閉断面内にはピラーアウタ２の内面形状に沿って軽量金属の鋳物材からなる略コ字形断面のピラーレインフォース１１が存在し、しかも、その下端部には前，後端末に端壁１７を備えてサイドシル７内に突出して前後方向に延在する延設部１５を設けてあるためピラー剛性が高く、車両の前面衝突に対してサイドシル７に前後方向に作用する入力荷重を、センターピラー１側に効率よく分散負担させることができる。

このため、サイドシル７の折れ曲がり変形を抑制して衝突反力を高く維持し、フロントコンパートメントの潰れ変形を効率的に行わせてエネルギー吸収量を増大できると共に、車室の変形を抑制することができる。

一方、側面衝突に対しては、前記延設部１５の端壁１７には脆弱部２０を設けてあるため、側方からの入力荷重により該端壁１７から車幅方向の座屈変形が促されて延設部１５およびサイドシル７の車幅方向への座屈変形をスムーズに行わせることができて、エネルギー吸収効果を高めることができる。

ところで、本実施形態では前記ピラーレインフォース１１の延設部１５の前後端部には、サイドシル７の閉断面内に前後方向に延在するシルレインフォース３３を連設してあるため、前面衝突時にサイドシル７に作用する軸力を、センターピラー１へはもとより、その後方のリヤピラー、リヤクロスメンバ等の車体後部骨格部材への荷重分散伝達性を良好にすることができる。

また、延設部１５は略コ字形断面に形成してあると共に、その前後端部の上壁１８，１８を繋ぐ横リブ２１と、該横リブ２１と下壁１９を繋ぐ縦リブ２２を設け、これら各リブ２１，２２には、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部２３，２４を設けてあるため、側面衝突に対するサイドシル７周辺の車幅方向内側への座屈変形性能を維持しながら、センターピラー１の付け根部分における前後方向の強度・剛性を高くして前記前後方向入力荷重のセンターピラー１側への分散伝達性をより一層高められる。

また、ピラーレインフォース１１の側面衝突荷重を最も受け易い所要部位には、その前後壁１３に切欠部２５を形成してあるため、側面衝突によりセンターピラー１における前記ピラーレインフォース１１の切欠部２５の形成相当部位に衝突荷重が作用すると、前記切欠部２５が脆弱部となってピラーレインフォース１１の車室側への曲げ変形を促進することができて、図７に示すようにセンターピラー１の車室側への曲げ変形がスムーズに行われることと、前述のようにサイドシル７の車室側への座屈変形がスムーズに行われることによって、該センターピラー１がルーフサイドレール４側を支点として下側が車室側へ回転移動する理想的な変形モードが得られ、乗員の側部ヘッドクリアランスの確保に有効となる。

しかも、前記切欠部２５にはスチール製のパッチ材２６を接合して、該切欠部２５の形成部分ではスチール製のピラーアウタ２とピラーインナ３の各フランジ２ａ，３ａ間にパッチ材２６のフランジ２６ａを挟んで接合してあるため、前述の側面衝突時にピラーレインフォース１１が切欠部２５部分を起点に車室側へ曲げ変形すると、図４の（Ａ），（Ｂ）に示すように、センターピラー１の車室側では圧縮応力δ_aが、車室側では引張り応力δ_bが発生することにより、鋳物材からなるピラーレインフォース１１は延び変形が得られないため前記引張り応力δ_bの発生側では破壊が生じる傾向となるものの、スチール製のパッチ材２６によって切欠部２５周りでの延び変形が許容されるため、ピラーレインフォース１１の破壊を伴うことなく効率的なエネルギー吸収作用を発揮させることができる。

更に、本実施形態ではピラーレインフォース１１の下側部には、その側壁１２からピラーインナ３のリトラクタ取付部に向けてリトラクタ２８の上面を支持するリトラクタ支持リブ３０を設けてあるため、シートベルトによる乗員拘束時にリトラクタ２８に斜め上方に作用する入力荷重を受けて、ピラーレインフォース１１を主体としてセンターピラー１全体で効率よく負担することができることと併せて、該リトラクタ支持リブ３０の先端部をピラーインナ３のリトラクタ取付部の近傍に締結してあるため、該リトラクタ取付部の強度・剛性を高められることから、乗員拘束性能を一段と向上することができる。

しかも、このリトラクタ支持リブ３０には、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部３２を設けてあるため、側面衝突時におけるセンターピラー１の下側部の車室側への曲げ変形に些かも支障を来すことはない。

ところで、本発明のピラー構造を、前記実施形態に例をとって説明したが、前記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採ることができることは勿論、ピラーとしては、前記センターピラーの他に、フロントピラー、リヤピラーにも適用することができる。

本発明のピラー構造の一実施形態を示す分解斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 （Ａ）に図１のＣ−Ｃ線に沿う断面と、（Ｂ）に同断面部位における側面衝突時の応力分布を併記して示す説明図。 図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。 図５の車室側から見た斜視図。 側面衝突時におけるピラーの変形作用説明図。

符号の説明

１…センターピラー（ピラー）
２…ピラーアウタ
３…ピラーインナ
４…ルーフサイドレール
５…レールアウタ
６…レールインナ
７…サイドシル
８…シルアウタ
９…シルインナ
１０…レールレインフォース
１１…ピラーレインフォース
１２…ピラーレインフォースの側壁
１３…ピラーレインフォースの前後壁
１５…延設部
１６…延設部の側壁
１７…延設部の端壁
１８…延設部の上壁
１９…延設部の下壁
２０…端壁の脆弱部
２１…横リブ
２２…縦リブ
２３…横リブの脆弱部
２４…縦リブの脆弱部
２５…切欠部
２６…パッチ材
２８…リトラクタ
３０…リトラクタ支持リブ
３２…リトラクタ支持リブの脆弱部
３３…シルレインフォース

Claims (5)

1. 車室側が開放した略コ字形断面のピラーアウタと、該ピラーアウタの車室側開放部を閉塞したピラーインナとで閉断面に形成したスチール製のピラーと、
   ピラーアウタの内面形状に沿って略コ字形断面に形成されて、該ピラーアウタの内面に沿って配設された軽量金属の鋳物材からなるピラーレインフォースと、を備え、
   前記ピラーレインフォースの下端部に、ピラー下端部に連設されて車体前後方向に延在する閉断面構造のサイドシル内に突出して車体前後方向に延在する延設部を設け、
   前記延設部の前後端部を車室側が開放した略コ字形断面に形成して、該延設部の前，後端末に、車幅方向に延びる端壁を設けると共に、該端壁に側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部を設ける一方、該延設部の前後端部の上壁を繋ぐ横リブと、該横リブと延設部の下壁とを繋ぐ縦リブと、を設け、これら横リブと縦リブとに、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部を設けたことを特徴とする自動車のピラー構造。
2. 延設部の前後方向端末に、サイドシル内に車体前後方向に延在するシルレインフォースを連設したことを特徴とする請求項１に記載の自動車のピラー構造。
3. ピラーレインフォースの側面衝突荷重を最も受け易い所要地上高部位で、その前後壁に切欠部を形成し、この切欠部に、該切欠部を閉塞するスチール製のパッチ材を接合して、該切欠部形成部分では、ピラーアウタとピラーインナの各フランジ間にパッチ材のフランジを介装して一体的に接合したことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車のピラー構造。
4. 延設部上方のピラーレインフォース下側部に、その側壁からピラーインナのリトラクタ取付部に向けてリトラクタの上面を支持するリトラクタ支持リブを設け、該リトラクタ支持リブの端部をピラーインナのリトラクタ取付部の近傍に連結したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の自動車のピラー構造。
5. リトラクタ支持リブに、側方からの入力荷重に対して変形を促す脆弱部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の自動車のピラー構造。

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