JP4122887B2 - 車体前部構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車体前部構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両の衝突対策としては、例えば特開2002−46648号公報に開示されているように、サイドメンバに取り付くエプロンメンバの形状を工夫することにより、サイドメンバに軸方向入力が作用した際に、良好な軸圧壊を促して衝突エネルギーの吸収を図るようにしたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の車体前部構造では、サイドメンバに直接入力が作用するような衝突形態ではエネルギー吸収を良好かつ確実に行うことができるが、入力面が車両側端部に集中するような小オーバーラップ状態での衝突時には、サイドメンバへの前後方向入力の伝達が困難となり、サイドメンバの変形によるエネルギー吸収、つまりフロントコンパートメント全体でのエネルギー吸収量が不足しがちとなり、ひいては、キャビン部分の変形をラップ率が大きい衝突時と同等に抑えるためには大幅な車両重量の増加を招くことが懸念される。
【0004】
そこで本発明は、入力面が車両側端部に集中する小オーバーラップ状態での衝突時に、横方向への車体剛体移動を誘起・促進し、車体の変形量を低減することができる車体前部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】
請求項1記載の発明は、フロントコンパートメントの左右両側部で車両前後方向に配設された後方領域を有し、当該後方領域の前方となる部分を車両前方に向けて車幅方向外側となる部分と車幅方向内側となる部分との二股に分岐したサイドメンバと、左右両側の前記サイドメンバの前端に跨って車幅方向に延在するバンパーレインフォースと、前記バンパーレインフォースの車体後方かつ一対の前記サイドメンバ間に搭載されるパワーユニットと、を備え、前記サイドメンバを二股に分岐した部分のうち車幅方向内側となる部分に、車両前端部の側部に入力された車両後方に向かう衝突入力によって当該車幅方向内側となる部分を車幅方向内側に向けて曲折変形させて前記パワーユニットに干渉させることにより該衝突入力を該パワーユニットに直接伝達する変形モードコントロール機構を設けたことを特徴とする。
【0006】
【発明の効果】
本発明によれば、車両前端部の側部に車両後方に向かう衝突入力、例えば、入力面が車両側端部に集中する小オーバーラップ状態での衝突時の入力を、変形モードコントロール機構によってフロントコンパートメント内に搭載したパワーユニットおよび車体骨格部材に直接伝達して、車両を被衝突物に対して横方向に遠ざかりつつ前方に移動することができる。
【0007】
その結果として小オーバーラップ衝突時の車体変形の低減効果を高めることが可能となり、つまりは、小オーバーラップ衝突時の前後方向の入力を利用して、横方向への車体剛体移動を誘起、促進して、車体の変形量を低減することができる。
【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〜図12は本発明の車体前部構造の第1実施形態を示し、図1は本発明の対象とする自動車の外観斜視図、図2は車体前部の骨格構造を示す分解斜視図、図3は車体前部の骨格構造を示す略示的平面図、図4は車体前部右側の骨格構造を示す拡大斜視図、図5はサイドメンバ前方領域の拡大斜視図、図6は図5中A−A線に沿った拡大断面図、図7は強度調整手段を入力形態モデル(a)と応力分布図(b)で示す説明図、図8は強度調整手段の概念を示す応力分布図、図9は小オーバーラップ衝突時の車体前部右側の変形モードを示す略示的平面図、図10は小オーバーラップ衝突時の車両剛体移動イメージを示す平面図、図11は小オーバーラップ衝突時の車両重心位置の前方移動量と横方向移動量との関係を本実施形態と一般車両とを比較して示すグラフ、図12は前面衝突時のサイドメンバとサブサイドメンバおよびそれらを合体した反力と部材潰れ量との関係を示す反力特性イメージのグラフである。
【0010】
本実施形態の車体前部構造は図1に示す車両10のフロントコンパートメントF・Cに適用され、その骨格構造は、図2,図3に示すように左右両側部に車体前後方向に配設したサイドメンバ11を備え、これらサイドメンバ11の一般部分は平行に配置されており、かつ、それぞれのサイドメンバ11の前端部に跨ってフロントバンパーの骨格を成すバンパーレインフォース12を結合してある。
【0011】
また、それぞれのサイドメンバ11の後方にはダッシュパネル13からフロアパネル14の下面側に回り込むエクステンションサイドメンバ15を連設してあり、それぞれのエクステンションサイドメンバ15の車幅方向外方には略平行にサイドシル16が配置され、これらエクステンションサイドメンバ15とサイドシル16のそれぞれの前端部をアウトリガー17で連結してある。
【0012】
また、前記サイドメンバ11とエクステンションサイドメンバ15の連設部間に跨ってダッシュクロスメンバ18を結合してある。
【0013】
サイドメンバ11の中間部分には図3に示すように補強部分Aを設けて、この補強部分Aに、エンジンやトランスミッションからなるパワーユニットPをマウントするためのマウントブラケット19を設けている。
【0014】
ここで、本実施形態では図9に示すように、車両前端部の側部に車両後方に向かう衝突入力Fが作用した際に、該衝突入力Fを車幅方向内側に向かう横力Fy1,Fy2として変換して、フロントコンパートメントF・C内に搭載したパワーユニットPおよび車体骨格部材に直接伝達する荷重伝達機構Bを備えている。前記荷重伝達機構Bは具体的には以下に述べるサイドメンバ前方領域11Fおよびサブサイドメンバ20の構造をもって構成されている。
【0015】
即ち、図4に示すように、サイドメンバ11の補強部分Aから前方となるサイドメンバ前方領域11Fを車体前方に向かって車幅方向外方に傾斜(傾斜角θ)させて形成し、この外開きとなったサイドメンバ前方領域11Fに、図5に示すように長手方向に連なる仮想断面Ia,Ib…Ieの前部と後部に発生する最大応力が、前部が後部以上(前部≧後部)、若しくはこれに近い状態の強度となるような強度調整手段Cを設けてある。
【0016】
また、図3,図4に示すように前記サイドメンバ前方領域11Fの連設基部11Fb近傍から前方に向けて、サイドメンバ後方領域11Rの延長上に略真直なサブサイドメンバ20を設けて、その前端部を前記バンパーレインフォース12の後面に結合してあり、かつ、このサブサイドメンバ20に、前記衝突入力Fによりサブサイドメンバ20を車幅方向内側に向けて曲折変形させて前記パワーユニットPに干渉させる変形モードコントロール機構Dを設けてある。
【0017】
前記サイドメンバ前方領域11Fは、図4,図5に示すように平板帯状の第1プレート11aと、断面コ字状の第2プレート11bの両側フランジ部とをスポット溶接などで固設することにより閉断面構造として形成される。
【0018】
そして、前記強度調整手段Cは、サイドメンバ前方領域11Fの板厚分布を長手方向に変化させることにより構成し、図6に示すようにサイドメンバ前方領域11Fの前端方向から板厚T1,T2…T5が段階的に板厚変化(T1<T2<…<T5)する複数の板材▲1▼,▲2▼…▲5▼(図5参照)を全周溶接して接合した複合パネル材で構成していて、前記補強部分Aに最も近い部分が最も厚肉化した板材▲5▼となっている。
【0019】
また、このサイドメンバ前方領域11Fは、図7(a),(b)に示すようにサイドメンバ前方領域11Fの前端部に、前方からの衝突荷重Fが静的に作用した場合に、次の式1に示すように、各仮想断面Ia,Ib…Ie(図5参照)で発生する軸力成分応力(FY/A(y))とモーメント成分応力({FX×(L−y)}/Z(y))の和の最大値が、前部≒後部になるとともに、その上限値がサイドメンバ構成素材の降伏強度σ(y)となっている。
【0020】
σ(y)={FY/A(y)}+{FX×(L−y)}/Z(y) …式1
このとき、サイドメンバ前方領域11Fの板厚変化部分による最大応力の上限値は、前述のようにサイドメンバ11を構成する素材の降伏強度を基準に設定し、その結果、図8に示すように各板材▲1▼,▲2▼…▲5▼に対する降伏強度σ(y)の分布が得られる。
【0021】
前記サイドメンバ後方領域11Rの前端部には前記補強部分Aが位置し、この補強部分Aには車幅方向外側に向けて傾斜する湾曲部Eを形成し、サイドメンバ前方領域11Fをこの湾曲部Eの前端と長手方向に垂直な面で分割して、この分割位置でサイドメンバ前方領域11Fと湾曲部Eとを着脱自在に結合し、かつ、サブサイドメンバ20の後端部を前記湾曲部Eに2本の第1,第2ボルトB1,B2を介して着脱自在に結合してある。
【0022】
前記サイドメンバ前方領域11Fと湾曲部Eとの分割面の上下側には、図4に示すようにそれぞれにフランジ11c,11dを形成してあり、これらフランジ11c,11dを複数のボルトB3で締付け固定している。
【0023】
また、サイドメンバ前方領域11Fの前端は、図外のボルトなどの取り外し可能な締結手段を介してバンパーレインフォース12に着脱自在に結合する一方、サブサイドメンバ20の前端は、バンパーレインフォース12に連続溶接などにより一体に結合固定し、かつ、サイドメンバ前方領域11Fとサイドメンバ後方領域11Rとの連結部分、つまり前記湾曲部Eにサブサイドメンバ20の後端部を2本の第1,第2ボルトB1,B2を介して着脱自在に結合してある。
【0024】
前記第1,第2ボルトB1,B2のうち、一方の第1ボルトB1は、前記湾曲部Eの後部で車幅方向内側の面E1に近い位置を上下方向に貫通するとともに、他方の第2ボルトB2は前記湾曲部Eの前部で車幅方向外側の面E2に近い位置を上下方向に貫通して取り付けてある。
【0025】
前記変形モードコントロール機構Dは、図4に示すようにサブサイドメンバ20の後端部近傍で車幅方向内側の上下稜線部20c,20dに設けた第1ノッチ21と、サイドメンバの車幅方向外側の上下稜線部20e,20fに、前記第1ノッチ21から前方へ所要の間隔DXをおいて設けられた第2ノッチ22と、で構成してある。
【0026】
前記間隔DXは、図3に示すようにサブサイドメンバ20の車幅方向内側の面20aとパワーユニットPの側面(サブサイドメンバ20の内側面20aに対応する側面)とのクリアランスDY以上の距離としてある。
【0027】
また、前記パワーユニットPは、前述したようにサイドメンバ11の補強部分Aにマウントブラケット19に支持されるが、このマウントブラケット19以外に図4に示すように前記補強部分Aの領域に設けた前記湾曲部Eの下面から垂設した左右一対の取付部材23と、左右の前記エクステンションサイドメンバ15との4点で連結したサブフレーム30に支持されるようにしてある。
【0028】
サブフレーム30は、左右のサイドメンバ11の略下方に沿って前後配置される1対のサイド部材31と、これらサイド部材31の前端部に跨って結合したフロント部材32と、サイド部材31の後端部に跨って結合したリア部材33と、によって略矩形状に形成され、サイド部材31の前端部を前記取付部材23に結合するとともに、サイド部材31の後端部から後方かつ斜め外方に延長した延設部34をエクステンションサイドメンバ15に結合している。
【0029】
以上の構成により本実施形態の車体前部構造にあっては、荷重伝達機構Bを設けたことにより、車両前端部の側部に車両後方に向かう衝突入力、例えば、図9に示すように入力面が車両側端部に集中する小オーバーラップ状態での衝突時の入力Fを車幅方向内側に向かう横力Fy1,Fy2として変換して、フロントコンパートメントF・C内に搭載したパワーユニットPやサイドメンバ11,エクステンションサイドメンバ15等の車体骨格部材に直接伝達できるため、図10に示すように横方向への車両剛体移動を誘起・促進することができる。
【0030】
これにより、車両10は被衝突物K(例えば、路肩の柱状突起物)に対して横方向に遠ざかりつつ前方に移動することができ、その結果として小オーバーラップ衝突時の車体変形の低減効果を高めることが可能となり、つまりは、小オーバーラップ衝突時の前後方向の入力を利用して、横方向への車体剛体移動を誘起、促進して、車両10の変形量を低減することができる。
【0031】
即ち、前記荷重伝達機構Bはサイドメンバ前方領域Fを外開き状に傾斜し、かつ、サブサイドメンバ20を衝突時に積極的に折曲変形させることにより構成するようになっており、図9に示した小オーバーラップ衝突時の入力Fを、外開きとなったサイドメンバ前方領域11Fの先端部で直接受け止めることができる。
【0032】
このとき、サイドメンバ前方領域11Fには、図5に示すように長手方向に連なる仮想断面Ia,Ib…Ieの前部と後部に発生する最大応力が、前部が後部以上(前部≧後部)、若しくはこれに近い状態の強度となるような強度調整手段Cを設けてあるので、小ラップ衝突時に車両前後方向に平行な方向からの衝突に対して、サイドメンバ前方領域11Fは湾曲部Eに結合した付け根部分で折れ曲がることなく、図9に示すように入力点である前端部から順次軸圧壊Crを誘発し、その圧壊Crを後方に向かって持続的に伝播できるため、衝突エネルギーを効果的に吸収することができる。
【0033】
また、小オーバーラップ衝突時においては、サイドメンバ前方領域11Fが前方外側に傾斜しているために、前方からの入力Fを車両内側後方に向かう斜め方向の力として後方に伝達することができ、図9に示すように後方の骨格部材およびサブフレーム30に横力Fy1を作用させることができる。
【0034】
このとき、前記強度調整手段Cの設定領域におけるサイドメンバ前方領域11Fの後端部は、マウントブラケット19を補強する補強部分Aの近傍となっているのに加えて、湾曲部Eの下部にサブフレーム30の取付部材23を設けたので、湾曲部Eの強度向上を図りつつサイドメンバ前方領域11Fの変形モード安定化のための同部位への補強を低減することができる。
【0035】
また、前記強度調整手段Cによれば、軸方向入力Fの作用時における仮想断面Ia,Ib…Ie(図5参照)の最大応力分布は、前部が後方よりも大きくなるために、軸方向入力のみが作用する場合、つまり車両外側方向斜めからの衝突に対しても、サイドメンバ前端部からの変形を誘発し、その変形を後方に向かって持続的に伝播することにより衝突エネルギーを確実に吸収できることはいうまでもなく、つまりは、ラップ率や入力角度のバラツキに拘わらず安定して衝突エネルギーを吸収することができる。
【0036】
一方、前記サイドメンバ前方領域11Fの連設基部11Fb近傍から前方に向けて、サイドメンバ後方領域11Rの延長上に略真直に設けたサブサイドメンバ20は、変形モードコントロール機構Dにより前記衝突入力Fに対してサブサイドメンバ20を車幅方向内側に向けて曲折変形させて前記パワーユニットPに干渉させる。
【0037】
即ち、前記変形モードコントロール機構Dは、図4に示すようにサブサイドメンバ20の後端部近傍で車幅方向内側の上下稜線部20c,20dに設けた第1ノッチ21と、サイドメンバの車幅方向外側の上下稜線部20e,20fに、前記第1ノッチ21から前方へ所要の間隔DX、つまり、サブサイドメンバ20の車幅方向内側の面20aとパワーユニットPの側面とのクリアランスDY以上の距離をおいて設けられた第2ノッチ22と、で構成したので、図9に示すように前記衝突入力Fにより第1ノッチ21を内側支点としてサブサイドメンバ20が車幅方向内方に折曲しつつ、第2ノッチ22を内側支点としてサブサイドメンバ20の前端部が車幅方向外方に山形に折曲し、全体としてサブサイドメンバ20が略く字状に折曲されることになる。
【0038】
すると、第2ノッチ22を支点として折曲した山形の頂点部分22aがパワーユニットPの前側部に後方斜め方向に突き当たり、この頂点部分22aが突き当たった干渉部分とパワーユニットPの前側面Pfとの間でサブサイドメンバ20が突っ張り材として機能する。
【0039】
従って、小オーバーラップ衝突時の入力FをパワーユニットPを斜め後方に直接押し込む力として伝達することになり、前後方向の入力の一部から車幅方向内方への横力Fy2を発生させ、その結果、前記サイドメンバ11による横力Fy1と合わせて、小オーバーラップ衝突時にサイドメンバ11やサブフレーム30等の強固な骨格部材とパワーユニットPの剛体重量物に横力Fy1,Fy2を作用させることができる。
【0040】
このため、図11に示すように本実施形態の荷重伝達機構Bを設けた車両10は、一般の車両構造に比較して前方変位に対する横方向変位を大きく稼ぐことができ、被衝突物Kに対して横方向に大きく遠ざかりつつ前方に移動するため、小オーバーラップ時の前後方向の入力Fを利用して、横方向への車体剛体移動を誘起・促進して車両10の変形を効率良く抑制することができる。
【0041】
ところで、本実施形態の車体前部構造にあっては、上述の作用・効果に加えてサイドメンバ前方領域11Fの前端を、取り外し可能な締結手段を介してバンパーレインフォース12に着脱自在に結合する一方、サブサイドメンバ20の前端をバンパーレインフォース12に連続溶接などにより一体に結合固定し、かつ、サイドメンバ前方領域11Fとサイドメンバ後方領域11Rとの連結部分となる湾曲部Eに第1,第2ボルトB1,B2を介してサブサイドメンバ20の後端部を着脱自在に結合したので、サブサイドメンバ20とバンパーレインフォース12をモジュール構造とすることができるため、生産性の向上を図ることができる。
【0042】
また、サイドメンバ前方領域11Fを湾曲部Eの前端と長手方向に垂直な面で分割して、この分割位置でサイドメンバ前方領域11Fと湾曲部Eとを複数のボルトB3を介して着脱自在に結合し、かつ、サブサイドメンバ20の後端部を前記湾曲部Eに2本のボルトB1,B2を介して着脱自在に結合したので、サイドメンバ11の湾曲部Eよりも前方をフロントエンドモジュール構造とすることが可能になり、生産性は元より、本体骨格部材に損傷が及ばない程度の低速時の軽衝突に対する修理性をも向上することができる。
【0043】
更に、前記第1,第2ボルトB1,B2のうち、一方の第1ボルトB1は、前記湾曲部Eの後部で車幅方向内側の面E1に近い位置を上下方向に貫通するとともに、他方の第2ボルトB2は前記湾曲部Eの前部で車幅方向外側の面E2に近い位置を上下方向に貫通して取り付けたので、前方から入力Fが作用してサブサイドメンバ20が第1,第2ノッチ21,22から折曲する際には、図9に示すように後方の第1ボルトB1を中心軸として前方の第2ボルトB2を車両内側に引っ張るモーメントMを発生させる。
【0044】
すると、サイドメンバ11の湾曲部Eに発生するサイドメンバ11を外側に折り曲げる方向のモーメントの一部を、前記モーメントMによって打ち消すことがため、湾曲部Eに要求される強度を低減させることが可能となって補強を軽減して、その分だけ軽量化を達成することができる。
【0045】
このとき、サブサイドメンバ20の変形モードは折れ曲がりモードであるため、その反力特性は図12に示すように三角波に近い特性αとなり、徐々に反力が上がっていくサイドメンバ前方領域11Fの特性βとのコンビネーションにより、矩形波に近い反力特性γをもったエネルギー吸収構造を形成することができる。
【0046】
また、前記変形モードコントロール機構Dを、図4に示すようにサブサイドメンバ20の後端部近傍で車幅方向内側の上下稜線部20c,20dに設けた第1ノッチ21と、サイドメンバの車幅方向外側の上下稜線部20e,20fに、前記第1ノッチ21から前方へ所要の間隔DXをおいて設けられた第2ノッチ22と、で構成したので、サブサイドメンバ20を目的とする形状に安定して折曲させることができるとともに、第1,第2ノッチ21,22の幅や深さを調整することで、サブサイドメンバ20のピーク荷重をコントロールすることができる。
【0047】
これにより、図12に示したようにサイドメンバ11との共働作用による矩形波に近い反力特性γを、当初の設計通りの特性に近づけることができる。
【0048】
また、パワーユニットPをマウントしたサイドメンバ11やリヤエクステンションメンバ15等の車体骨格部材の支持点の近傍にサブフレーム30を連結したので、サイドメンバ11からの横力Fy1をサブフレーム30を介して、反対側のサイドメンバ11や後方のエクステンションサイドメンバ15等の車体前部の骨格部材に確実かつ安定的に伝達することができるとともに、湾曲部Eの下面にサブフレーム30の取付部材23を設けたことにより、湾曲部Eの強度向上を図りつつ、サイドメンバ11の変形モード安定化のための同部位への補強を低減することができる。
【0049】
以上の本実施形態の作用効果について以下にまとめる。
【0050】
車両前端部に、車両側端部に後方に向かう入力が作用した際に、同入力を車両内側後方に向かう斜め方向の力として、フロントコンパートメント内に存在する重量物のパワーユニット、及び車両骨格部材に直接伝達する荷重伝達機構を有しているので、入力面が車両側端部に集中する小オーバーラップ状態での衝突時の入力に対して、横方向への車両剛体移動を誘起、促進する。これにより車両は被衝突物に対して、横方向に遠ざかりながら、前方へ移動することができ、その結果として小オーバーラップ衝突時の車体の変形を効率よく低減することが可能となる。つまり、小オーバーラップ時の前後方向の入力を利用して、横方向への車両剛体移動を誘起・促進し、車体の変形量を低減することができる。
【0051】
サイドメンバにおけるエンジンマウントの為の補強部分から前方を、前方に向けて車幅方向外側へ傾斜させているので、車両側端部に入力点が集中する小オーバーラップ衝突においても、サイドメンバの先端部で直接的に入力を受け止めることができる。
【0052】
また、この補強部分と、その前方部分において、サイドメンバ前端部へ斜め入力が作用した際に、長手方向に連なる仮想断面の前部と後部に発生する最大応力が、前部≧後部となるようなサイドメンバの強度調整手段を設けているために、サイドメンバ先端部に対して外側後方に向かう斜めの入力、つまり小オーバーラップ衝突時を含めた車両前後方向に平行な方向からの衝突に対して、サイドメンバ前部がその付け根部で折れ曲がることなく、入力点である前端部からの変形を誘発するとともに、その変形を後方へ向かって持続的に伝播することにより、衝突エネルギを確実に吸収することができると共に、小オーバーラップ衝突時においては、サイドメンバが前方外側に傾斜しているが故に、前方からの入力を車両内側後方に向かう斜め方向の力として後方に伝達することができ、エンジンマウント及び後方の骨格部材に横方向の入力を作用させることができる。なお、強度調製手段設定領域における後端部はエンジンマウントの為に設けられた補強部分としているので、既存の特性を活用することにより補強を軽減することができ、構造の合理化・軽量化を図ることができる。
【0053】
また、上記の強度調製手段によれば、横方向入力作用時における仮想断面最大応力分布は前部>後部となるために、軸方向入力だけが作用する場合、つまり車両外側方向斜めからの衝突に対しても、サイドメンバ前端部からの変形を誘発し、その変形を後方へ向かって持続的に伝播することにより衝突エネルギを確実に吸収することができる。つまり、ラップ率及び入力角度のばらつきによらず安定したエネルギ吸収を行うことができる。
【0054】
また、サイドメンバが外側へ傾斜する湾曲部近傍から、前後方向に略真直に配され、前端部においてバンパレインフォースの後面に接合されるサブサイドメンバには、後方へ向かう入力に対して長手方向途中部分で車幅方向内側へ凸となり、凸となった頂点部分がパワーユニットの側端部よりも車幅方向内側になるように折れ曲がるための変形モードコントロール機構が設けられているために、小オーバーラップ衝突時においてはバンパレインフォースを介した入力に対して車両内側へ凸となるように、くの字状に折れ曲がる。そして、くの字モードの頂点部分がパワーユニットの前面に斜め方向に突き当たり、同干渉部と前端部の間で突っ張り材として機能する。つまり、小オーバーラップ衝突時の入力を、パワーユニットを斜め後方に直接押し込む力として伝達することにより、前後方向の入力の一部を横方向の力としてパワーユニットに直接伝達することができる。その結果、上記サイドメンバとの協調作用により、横方向への車両剛体移動を誘起、促進することが可能となり、小オーバーラップ衝突時の車体変形量を効果的に低減することができる。
【0055】
また、サブサイドメンバの変形モードは折れ曲がりモードであるため、その反力特性は三角波に近い特性となり、徐々に反力が上がっていくサイドメンバとのコンビネーションにより、矩形波に近い反力特性をもったフロントエンドエネルギー吸収構造を形成することができる。
【0056】
サイドメンバ前端部は、バンパーレインフォースとボルトなどの取り外しが可能な締結手段により結合されると共に、サブサイドメンバの前端部はバンパーレインフォースと連続溶接などにより直接接合せしめられると共に、後端部はサイドメンバの湾曲部近傍に対してボルトなど取り外しが可能な締結手段により結合されているので、サブサイドメンバとバンパーレインフォースをモジュール構造とすることができ生産性向上を図ることができる。
【0057】
サイドメンバは、外側に向かって傾斜する湾曲部の前端部近傍で、傾斜したサイドメンバの長手方向に垂直な面で前後に分割され、同分割位置にてボルトなどの取り外しが可能な締結手段により結合されると共に、サブサイドメンバの後端部はサイドメンバの湾曲部近傍に対してボルトなど取り外しが可能な締結手段により結合されているので、サイドメンバ湾曲部よりも前方をフロントエンドモジュール構造とすることが可能となる為に、生産性は元より、低速時の軽衝突に対する修理性も向上する。
【0058】
サブサイドメンバは、サイドメンバの外側に向かって傾斜する湾曲部近傍において、同湾曲部を上下方向に貫通する2本のボルトにより結合され、一本のボルトは湾曲部後端部近傍の車幅方向内側の面に近い位置を上下方向に貫通し、もう一本のボルトは湾曲部前端部の車幅方向外側の面に近い位置を上下方向に貫通するように配置されているので、前方から入力が作用して、サブサイドメンバがくの字状に折れ曲る際には、後方の貫通ボルトを軸に前方のボルトを車両内側に引っ張るモーメントを発生させる。これにより、サイドメンバの湾曲部に発生するサイドメンバを外側に折り曲げる方向のモーメントの一部を打ち消すことができる為、湾曲部に対する補強を軽減でき軽量化を図ることができる。
【0059】
サブサイドメンバに設けられた変形モードコントロール機構は、サブサイドメンバの後端部近傍車幅方向内側の上下角部に設けられた第1ノッチと、サブサイドメンバの車幅方向外側の面において上記第1ノッチから前方に向かい、サブサイドメンバ内側面とパワーユニットの側面とのクリアランス以上離れた位置に設けられた車幅方向内側の上下角部に設けられた第2ノッチにより構成されているために、安定したサブサイドメンバのくの字状折れモードを誘起できると共に、該ノッチの幅、深さをコントロールすることで、サブサイドメンバのピーク荷重をコントロールすることができる。これにより、サイドメンバとの強調作用による矩形波に近い反力特性を、設計思想に基づいた特性に近づけることができる。
【0060】
図13,図14は本発明の第2実施形態を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【0061】
図13はパワーユニットの斜視図、図14は小オーバーラップ衝突時の車体前部右側の変形モードを示す略示的平面図であり、この第2実施形態の車体前部構造は、パワーユニットPに、衝突入力によるサブサイドメンバ20の車幅方向内側への曲折変形時に、この曲折変形の頂点部分22aに係合する突起部40を設けている。
【0062】
突起部40は、車幅方向外方に向けて前記頂点部分22aに干渉する当接面41と、パワーユニットPにボルト結合する取付面42とによって断面L字状のブラケットとして形成してあり、当接面41を外方に配置するようにしてパワーユニットPの前側面Pfの左右両側部分に固定してある。
【0063】
前記当接面41は、サブサイドメンバ20の前記頂点部分22aの位置が衝突時の変形状態によって上下方向に変動した場合にも、この頂点部分22aと確実に係合できるように上下方向に所定長さをもって形成してある。
【0064】
従って、この第2実施形態の車体前部構造にあっては前記第1実施形態と同様の作用・効果を奏しつつ、図14に示すように小オーバーラップ衝突によりサブサイドメンバ20が変形モードコントロール機構Dにより折曲変形して、折曲変形した頂点部分22aがパワーユニットPの前面Pfに干渉した際に、その頂点部分22aが突起部40の当接面41に係合するため、前記頂点部分22aが横滑りするのを防止して、サブサイドメンバ22が突っ張り材としての機能を確実に発揮し、横力Fy2を確実にパワーユニットPに伝達することができる。
【0065】
図15は本発明の第3実施形態を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【0066】
図15は車体前部右側の骨格構造を示す拡大斜視図で、この第3実施形態の車体前部構造は、サイドメンバ前方領域11Fをサイドメンバ後方領域11Rと別体成形し、その後端部をサイドメンバ11の補強部分Aの近傍に着脱自在に結合する一方、サブサイドメンバ20をサイドメンバ後方領域11Rから連続して一体に形成するようになっている。
【0067】
即ち、サイドメンバ後方領域11Rと別体成形したサイドメンバ前方領域11Fの後端部にフランジ11Ffを設け、このフランジ11Ffの上下両側部を前記補強部分Aの上下側に設けられるフランジAfにボルト,ナット等を介して結合するようにしている。
【0068】
前記フランジ11Ffは、外開きしたサイドメンバ前方領域11Fに対して傾斜角θをもって傾斜しており、このフランジ11Ffを前記補強部分Aに結合することにより、サイドメンバ前方領域11Fは所定の角度θをもって車幅方向外方に傾斜されることになる。
【0069】
また、サブサイドメンバ20に設ける変形モードコントロール機構Dは、サブサイドメンバ20の後端部近傍で車幅方向内側の面20aに設けられて、車幅方向外側に向けて膨出した縦長の第3ノッチ24と、サブサイドメンバ20の車幅方向外側の面20bに前記第3ノッチ24から前方へ所要の間隔DXをおいて設けられて、車幅方向内側に向けて膨出した縦長の第4ノッチ25と、で構成してある。
【0070】
この第3実施形態にあっても前記所要の間隔DXは、前記第1実施形態と同様にサブサイドメンバ20の車幅方向内側の面20aとパワーユニットPの側面とのクリアランスDY(図3参照)以上の距離となっている。
【0071】
従って、この実施形態の車体前部構造にあっては、前記第1実施形態と同様の作用・効果を奏しつつ、図15に示すようにサイドメンバ後方領域11Rと別体成形したサイドメンバ前方領域11Fの後端部を、サイドメンバ11の補強部分Aの近傍に着脱自在に結合し、かつ、サブサイドメンバ20をサイドメンバ後方領域11Rから連続して一体に形成したので、従来の車体前部構造に対してサイドメンバの前端部分をサブサイドメンバとし、これに新たにサイドメンバ前方領域11Fを付加するという構造を採用できるため、従来の車体構造に対する設計変更幅が小さく、より幅広いジャンルの車種に簡単に適用することができる。
【0072】
また、変形モードコントロール機構Dを、サブサイドメンバ20の後端部近傍で車幅方向内側の面20aに設けられて、車幅方向外側に向けて膨出した縦長の第3ノッチ24と、サブサイドメンバ20の車幅方向外側の面20bに前記第3ノッチ24から前方へ所要の間隔DXをおいて設けられて、車幅方向内側に向けて膨出した縦長の第4ノッチ25と、で構成したので、前記第1実施形態に示した第1,第2ノッチ21,22と同様に、衝突入力F(図9参照)によりサブサイドメンバ20を安定的に略く字状に折曲変形することができる。
【0073】
図16は本発明の第4実施形態を示し、前記第1実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べる。
【0074】
図16は車体前部の骨格構造を示す略示的平面図で、この第4実施形態の車体前部構造は、変形モードコントロール機構Dを、サブサイドメンバ20の後端部近傍から前方に向けて車幅方向内方に一旦傾斜(傾斜部分26)した後、この傾斜部分26の基部から前方へ所要の間隔DXをおいた位置から前方を、車体前後方向と平行に若しくは車幅方向外方に傾斜(傾斜部分27)させて構成している。
【0075】
前記所要の間隔DXは、前記第1実施形態の変形モードコントロール機構Dと同様であり、図16に示すようにサブサイドメンバ20の車幅方向内側の面20aとパワーユニットPの側面とのクリアランスDY以上の距離としてある。
【0076】
従って、この第4実施形態の車体前部構造にあっては、前記第1実施形態と同様の作用・効果を奏しつつ、サブサイドメンバ20に傾斜部分26,27を形成して変形モードコントロール機構Dとしたので、衝突入力F(図9参照)によりサブサイドメンバ20を安定的に略く字状の折曲変形を誘起できるとともに、特に本実施形態では前記傾斜部分26,27の傾斜角を調整することにより、サブサイドメンバ20の反力特性をコントロールすることができるようになり、サイドメンバ11との共働作用による矩形波に近い反力特性γ(図12参照)を、当初の設計通りの特性に近づけることができる。
【0077】
ところで、本発明の車体前部構造は前記第1〜第4実施形態を例にとって説明したが、これに限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲内でその他の構成となる実施形態をとることができる。
【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実施形態における車体前部の骨格構造を示す分解斜視図。
【図3】本発明の第1実施形態における車体前部の骨格構造を示す略示的平面図。
【図4】本発明の第1実施形態における車体前部右側の骨格構造を示す拡大斜視図。
【図5】本発明の第1実施形態におけるサイドメンバ前方領域の拡大斜視図。
【図6】図5中A−A線に沿った拡大断面図。
【図7】本発明の第1実施形態における強度調整手段を入力形態モデル(a)と応力分布図(b)で示す説明図。
【図8】本発明の第1実施形態における強度調整手段の概念を示す応力分布図。
【図9】本発明の第1実施形態における小オーバーラップ衝突時の車体前部右側の変形モードを示す略示的平面図。
【図10】本発明の第1実施形態における小オーバーラップ衝突時の車両剛体移動イメージを示す平面図。
【図11】本発明の第1実施形態における小オーバーラップ衝突時の車両重心位置の前方移動量と横方向移動量との関係を本実施形態と従来とを比較して示すグラフ。
【図12】本発明の第1実施形態における前面衝突時のサイドメンバとサブサイドメンバおよびそれらを合体した反力と部材潰れ量との関係を示す反力特性イメージのグラフ。
【図13】本発明の第2実施形態におけるパワーユニットの斜視図。
【図14】本発明の第2実施形態における小オーバーラップ衝突時の車体前部右側の変形モードを示す略示的平面図。
【図15】本発明の第3実施形態における車体前部右側の骨格構造を示す拡大斜視図。
【図16】本発明の第4実施形態における車体前部の骨格構造を示す略示的平面図。
【符号の説明】
F・C フロントコンパートメント
10 車両
11 サイドメンバ
11F サイドメンバ前方領域
11R サイドメンバ後方領域
12 バンパーレインフォース
20 サブサイドメンバ
21 第1ノッチ
22 第2ノッチ
22a 頂点部分
24 第3ノッチ
25 第4ノッチ
26,27 サブサイドメンバの傾斜部分
30 サブフレーム
40 突起部
A 補強部分
B 荷重伝達機構
C 強度調整手段
D 変形モードコントロール機構
E 湾曲部
P パワーユニット
Ia,Ib…Ie 仮想断面
Claims (12)
- フロントコンパートメントの左右両側部で車両前後方向に配設された後方領域を有し、当該後方領域の前方となる部分を車両前方に向けて車幅方向外側となる部分と車幅方向内側となる部分との二股に分岐したサイドメンバと、
左右両側の前記サイドメンバの前端に跨って車幅方向に延在するバンパーレインフォースと、
前記バンパーレインフォースの車体後方かつ一対の前記サイドメンバ間に搭載されるパワーユニットと、
を備え、
前記サイドメンバを二股に分岐した部分のうち車幅方向内側となる部分に、車両前端部の側部に入力された車両後方に向かう衝突入力によって当該車幅方向内側となる部分を車幅方向内側に向けて曲折変形させて前記パワーユニットに干渉させることにより該衝突入力を該パワーユニットに直接伝達する変形モードコントロール機構を設けたことを特徴とする車体前部構造。 - 前記サイドメンバの後方領域の前端部に前記パワーユニットを搭載するための補強部分を設け、
前記二股に分岐した部分のうち車幅方向外側となる部分を、車両前方に向かって車幅方向外方に傾斜させたサイドメンバ前方領域とし、前記二股に分岐した部分のうち車幅方向内側となる部分を、前記サイドメンバ後方領域の延長線上に略真直に前方に向けて伸びるサブサイドメンバとしたことを特徴とする請求項1に記載の車体前部構造。 - 前記サイドメンバ前方領域に、長手方向に連なる仮想断面の前部と後部に発生する最大応力が、前部が後部以上、若しくはこれに近い状態の強度となるような強度調整手段を設けたことを特徴とする請求項2に記載の車体前部構造。
- サイドメンバ前方領域の前端をバンパーレインフォースに着脱自在に結合する一方、
サブサイドメンバの前端をバンパーレインフォースと一体に結合固定し、
かつ、該サブサイドメンバの後端部をサイドメンバ前方領域とサイドメンバ後方領域との連結部分に着脱自在に結合したことを特徴とする請求項2に記載の車体前部構造。 - サイドメンバ前方領域をサイドメンバ後方領域と別体成形し、その後端部を前記補強部分の近傍に着脱自在に結合する一方、
サブサイドメンバをサイドメンバ後方領域と一体に形成したことを特徴とする請求項2または3に記載の車体前部構造。 - サイドメンバ後方領域前端部の前記補強部分に車幅方向外側に向けて傾斜した湾曲部を形成し、サイドメンバ前方領域を該湾曲部の前端と長手方向に垂直な面で分割して、該分割位置で着脱自在に結合してある一方、
サブサイドメンバは、その後端部を前記湾曲部に着脱自在に結合したことを特徴とする請求項2に記載の車体前部構造。 - サブサイドメンバは、サイドメンバ後方領域の湾曲部に、該湾曲部を上下方向に貫通する2本のボルトにより結合され、
これら2本のボルトのうち一方のボルトは、前記湾曲部の後部で車幅方向内側の面に近い位置を上下方向に貫通し、
他方のボルトは前記湾曲部の前部で車幅方向外側の面に近い位置を上下方向に貫通して取り付けたことを特徴とする請求項6に記載の車体前部構造。 - 変形モードコントロール機構は、
サブサイドメンバの後端部近傍で車幅方向内側の上下稜線部に設けられた第1ノッチと、
サブサイドメンバの車幅方向外側の上下稜線部に、前記第1ノッチから前方へ所要の間隔をおいて設けられた第2ノッチと、で構成したことを特徴とする請求項2〜7のうちいずれか一つに記載の車体前部構造。 - 変形モードコントロール機構は、
サブサイドメンバの後端部近傍で車幅方向内側の面に設けられて、車幅方向外側に向けて膨出した縦長の第3ノッチと、
サブサイドメンバの車幅方向外側の面に前記第3ノッチから前方へ所要の間隔をおいて設けられて、車幅方向内側に向けて膨出した縦長の第4ノッチと、で構成したことを特徴とする請求項2〜7のうちいずれか一つに記載の車体前部構造。 - 変形モードコントロール機構は、サブサイドメンバの後端部近傍から前方に向けて車幅方向内方に一旦傾斜した後、この傾斜部分の基部から前方へ所要の間隔をおいた位置から前方を、車体前後方向と平行に若しくは車幅方向外方に傾斜させて構成したことを特徴とする請求項2〜7のうちいずれか一つに記載の車体前部構造。
- パワーユニットに、衝突入力によるサブサイドメンバの車幅方向内側への曲折変形時に、この曲折変形の頂点部分に係合する突起部を設けたことを特徴とする請求項2〜10のうちいずれか一つに記載の車体前部構造。
- パワーユニットをマウントした車体骨格部材の支持点の近傍にサブフレームを連結したことを特徴とする請求項1〜11のうちいずれか一つに記載の車体前部構造。
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