JP4283780B2 - 車体のフロア構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体のフロア構造に関し、詳しくは、側方からの衝突荷重を適宜に分散させる車体のフロア構造に関する。

一般に、車体のフロア構造では、フロアパネルの両サイドにサイドシルが溶接により接合されるとともに、フロアパネルの前後および必要に応じて途中に車体の左右方向に延びるクロスメンバが溶接により接合されている。
ところで、近年、車両の強度、剛性を高めるために、側面からの衝突に対する強度の向上や、側突荷重の分散が考慮されてきている。たとえば、特許文献１に開示された発明は、フロアの途中に配設されるクロスメンバを、車両の中央に形成されるトンネル部を貫通して連続して設けることで、側突荷重に対する強度を高め、荷重を分散させるようにしている。
特開２００４−３１４７２９号公報（段落０００６）

しかし、従来のフロア構造は、サイドシルとクロスメンバの接合部は、クロスメンバの先端をサイドシルの側部に突き当てて溶接をするのみであり、側方からの衝突があった場合には、サイドシルに入力された側突荷重をクロスメンバに伝えきれず、サイドシルとクロスメンバの接合部で変形し易かった。
また、強度の向上のために、部材の板厚を厚くしたり、大きな補強部材を設けることも考えられるが、この場合には、車体重量が増加し燃費の悪化を招くため、できる限り軽量で高い強度のフロア構造が求められている。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、側突荷重をクロスメンバへ効率良く伝達する車体のフロア構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の車体のフロア構造は、フロアパネルと、当該フロアパネルの両側部に接合されたサイドシルと、前記サイドシルに直交し前記両側部のサイドシルの間に配置されたクロスメンバとを有して四角形状の車体フロアを少なくとも一部に形成した車体のフロア構造であって、前記サイドシルと前記クロスメンバとにより形成される角部には、前記サイドシルおよび前記クロスメンバに対し斜めに配置され、接合された補強部材を設けており、前記フロアパネルには、前記サイドシルと前記クロスメンバとが交差する部位を中心とする同心円弧状のビードが形成されており、さらに、前記ビードは、平面視でその端部が前記サイドシルに対して略直交する状態に配置され、前記フロアパネルの中央へ向けて円弧に延びるとともに、前記クロスメンバへ向けて円弧に延び、前記サイドシルから入力された衝突荷重が波紋状に伝播する方向と略同じ方向性をもって衝突荷重に対し突っ張るように前記フロアパネルに形成されていることを特徴とする。

このような車体のフロア構造によれば、サイドシルとクロスメンバとの間で、これらと斜めに結合された補強部材が、いわば筋交いのように機能し、側突荷重がかかった場合にも、サイドシルをクロスメンバに対し曲げようとする力に対し、補強部材が突っ張って支えることになる。換言すれば、サイドシルにかかった側突荷重がクロスメンバへ効率良く伝達されることになる。また、左右のサイドシルとクロスメンバの接合部が補強される結果、これらで構成される部分がラーメン構造のようになり、擬似的に厚い板状となることから、部材のねじれが抑制され、車体の剛性を高めることができる。

さらに、補強部材とサイドシルが接合された部分は、側突荷重により曲げられにくくなり、サイドシルの曲げられる長さ（支点から作用点までの距離）が短くなる結果、サイドシルの曲げモーメントが減少し、サイドシルの補強を削減もしくは少なくすることができる。
また、前記したフロアパネルには、前記サイドシルと前記クロスメンバとが交差する部位を中心とする同心円弧状のビードが形成されているので、このように、フロアパネルに同心円弧状のビードが形成されていると、前後のクロスメンバの間に側突荷重がかかったときに、荷重の伝播方向に沿うような形でビードが配置されるため、ビードが荷重に対し突っ張るような状態で荷重を受け、フロアパネルの変形が抑えられる。また、この結果、サイドシルにかかった側突荷重をクロスメンバに伝え易くなる。

また、前記したフロア構造においては、前記補強部材は、前記フロアパネルとも接合されているのが望ましい。
補強部材が、フロアパネルとも接合されていることにより、サイドシルとクロスメンバの接合部が、フロアパネルおよび補強部材と合わせて立体的な閉空間となり、より剛性が高くなる。

また、前記補強部材は、前記フロアパネルに対し傾斜した傾斜面を有し、前記サイドシルの内側面、前記クロスメンバの内側面および前記フロアパネルとにより四面体を形成するように配置されるのが望ましい。
このように、補強部材が、サイドシル、クロスメンバおよびフロアパネルの３つで形成される隅に斜めに張り付くように配置され、これらの部材と共に四面体を形成することで、車室を広く取りつつ、十分な補強をすることができる。

本発明の車体のフロア構造によれば、サイドシルにかかった側突荷重を効率よくクロスメンバへ伝えることができる。また、これにより、サイドシルなどに配置される補強部材を省略することができ、車両の軽量化に貢献することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、実施形態に係る車体のフロア構造を示す全体斜視図であり、図２は、図１の部分拡大斜視図であり、（ａ）が右前部分、（ｂ）が右後部分を示す。なお、以下の説明において、前後左右、上下の方向は、車両の運転者から見た方向を基準とする。

図１に示すように、車体Ｂのフロア構造１は、車室の床を構成するフロアパネル１０と、フロアパネル１０の左右両側に接合されたサイドシル２０と、車両の横方向に延びるように配置された複数のクロスメンバ３０とを備えて構成されている。サイドシル２０、クロスメンバ３０は、ともに２枚以上の部材により、閉断面を形成している。

本実施形態におけるクロスメンバ３０には、フロアパネル１０の前部で、ダッシュパネル３５の下に接合されるフロントクロスメンバ３１と、フロアパネル１０の前後中央付近、つまり前席（図示せず）の下部に相当する位置で左右方向に延びるフロアクロスメンバ３２と、フロアパネル１０の後部に接合された左右方向に延びるリアクロスメンバ３３とがある。これらのクロスメンバ３０は、いずれもサイドシル２０と直交する向きに配置され、左右のサイドシル２０と、フロントクロスメンバ３１およびリアクロスメンバ３３とは、平面視で長方形のフレームを形成している。なお、フロントクロスメンバ３１は、車室とボンネット内とを仕切るダッシュパネル３５と一体に形成したダッシュクロスメンバとして構成してもよい。また、サイドシル２０は、フロアパネル１０の両側部に前後方向に向けて配置されるフロアフレームと隣接して形成される場合もあるが、本発明では、かかるフロアフレームと合わせてフロアパネル１０の両側部に前後方向に向けて配置される部材を一つのサイドシル２０として説明する。

フロアパネル１０の左右方向中央には、フロアパネル１０の剛性を上げるために、前後に延びるフロアトンネル１１が形成されている。また、フロアパネル１０の下面には、前方に延びる２つのフロントサイドメンバ５１と、後方に延びる２つのリアサイドメンバ５２とが接合されている。

左右のサイドシル２０と、フロントクロスメンバ３１とが接合される隅部には、これらに対し斜めに配置され、接合された第１の補強部材４１が設けられている。

第１の補強部材４１は、図２（ａ）に示すように、斜面部４１ａと、斜面部４１ａに連続して、サイドシル２０の内側面２０ａ（車室側の面）に沿って上に延びる側壁４１ｂと、斜面部４１ａに連続して、フロントクロスメンバ３１の内側面３１ａ（車室側の面）に沿って上に延びる前壁４１ｃとを有する。

斜面部４１ａは、フロアパネル１０上のサイドシル２０とフロントクロスメンバ３１とを斜めに繋ぐ直線Ｄ１から、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１の上面の結合点Ｃ１に向かって延びる平面に沿って形成されている。つまり、斜面部４１ａは、サイドシル２０の内側面２０ａ、フロントクロスメンバ３１の内側面３１ａおよびフロアパネル１０により形成される隅部に斜めに当てられるように配置され、これらの部材とともに、四面体を形成している。

斜面部４１ａの下端には、フロアパネル１０に沿って延びるフランジ４１ｄが形成され、側壁４１ｂの上端には、サイドシル２０の上面に沿ってフランジ４１ｅが形成され、前壁４１ｃの上端には、フロントクロスメンバ３１の上面に沿ってフランジ４１ｆが形成されている。

そして、各フランジ４１ｄ，４１ｅ，４１ｆは、それぞれフロアパネル１０、サイドシル２０、フロントクロスメンバ３１に×印においてスポット溶接されている。
サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１の左前側の接合部にも、左右反転した第１の補強部材４１（補強部材）が同様に設けられている。

このように第１の補強部材４１は、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１により形成される角部に設けられ、これらの接合部を補強している。第１の補強部材４１は、図２（ａ）に示した形状に限られず、フロントサイドメンバ５１に向けて延びるように形成し、フロントサイドメンバ５１と溶接されていても良い。

図１に示すように、左右のサイドシル２０とリアクロスメンバ３３とが接合される隅部には、これらに対し斜めに配置され、接合された第２の補強部材４２（補強部材）が設けられている。

リアクロスメンバ３３は、サイドシル２０の手前で切れており、第２の補強部材４２は、サイドシル２０を左右方向へ延長しつつ、サイドシル２０に斜めに繋がるように形成されている。

第２の補強部材４２は、図２（ｂ）に示すように、左右方向の車両中央側がリアクロスメンバ３３の上面に沿って延びるとともに、車両の両側が前方に向かって斜めに延びる上面部４２ａと、上面部４２ａの前端から下方に延びる前壁４２ｂとを有して構成されている。

そして、前壁４２ｂの下端からは、フロアパネル１０に沿ってフランジ４２ｃが形成され、車両の側部側からサイドシル２０の内側面２０ａに沿って前方に延びるフランジ４２ｄと、上面部４２ａの車両の側部側からサイドシル２０の上面に沿って延びるフランジ４２ｅとが形成されている。各フランジ４２ｃ，４２ｄ，４２ｅは、それぞれフロアパネル１０、サイドシル２０の内側面２０ａ、サイドシル２０の上面に×印においてスポット溶接されている。サイドシル２０とリアクロスメンバ３３の左後側の接合部にも、左右反転した第２の補強部材４２が同様に設けられている。

このように第２の補強部材４２は、サイドシル２０とリアクロスメンバ３３により形成される角部に設けられ、これらの接合部を補強している。

図１に示すように、フロアパネル１０は、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１が交差する部位を中心として同心の円弧に沿って延びるビード１２が複数形成されている。同様に、サイドシル２０とリアクロスメンバ３３が交差する部位を中心として同心の円弧に沿って延びるビード１２が複数形成されている。これらのビード１２の断面は、典型的には、半円状の断面を有するが、台形状や、山形の断面を有していても良い。

以上のように構成された実施形態に係るフロア構造１の作用効果について説明する。
図３は、本実施形態のフロア構造の作用を説明するための、フロア構造の平面図である。
実施形態に係るフロア構造１は、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１およびリアクロスメンバ３３からなる四角形状を有しているが、この四角形状の前側の角部は、第１の補強部材４１によりサイドシル２０とフロントクロスメンバ３１とを斜めに結合するように補強されている。そのため、係る角部の強度および剛性が確保され、サイドシル２０およびフロントクロスメンバ３１のねじれが抑制される。また、四角形状の後側の角部が第２の補強部材４２によりサイドシル２０とリアクロスメンバ３３とを斜めに結合するように補強していることによっても、係る角部の強度および剛性が確保され、サイドシル２０およびリアクロスメンバ３３のねじれが抑制される。

そして、図３に示すように、車体Ｂの側方から車両の衝突があった場合など、側突荷重が入力された場合には、太い矢印Ａ１に示したように、この荷重が、サイドシル２０から、第１の補強部材４１を通ってフロントクロスメンバ３１に伝わり易くなる。このとき、第１の補強部材４１はフロントクロスメンバ３１とサイドシル２０との間で、いわば筋交いのように突っ張るように作用し、サイドシル２０がフロントクロスメンバ３１との接合点を支点として曲がるのが抑制される。これをさらに詳しく説明すると、第１の補強部材４１が無い場合には、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１との結合点Ｃ１を支点として、サイドシル２０が曲げられ、作用点と結合点Ｃ１の距離Ｌ１が長くなる。すなわち、サイドシル２０の前部に掛かる曲げモーメントが大きくなる。これに対し、第１の補強部材４１がある場合には、第１の補強部材４１の突っ張り力によって、第１の補強部材４１とサイドシル２０の結合点Ｃ２が支点となり、作用点までの距離Ｌ２が短くなる。そのため、サイドシル２０に掛かる曲げモーメントが小さくなる。

同様にして、矢印Ａ２に示したように、側突荷重がサイドシル２０から、第２の補強部材４２を通ってリアクロスメンバ３３に伝わり易くなる。この場合には、第２の補強部材４２がリアクロスメンバ３３とサイドシル２０との間でなだらかな力の伝達経路を形成するので、サイドシル２０に入力された荷重がリアクロスメンバ３３へ効率良く伝わり、サイドシル２０が曲がるのが抑制される。

また、側突荷重は、図３に示す太い二点鎖線の波紋のようにフロアパネル１０上を伝わっていくが、フロアパネル１０の四隅を中心とした同心円弧状のビード１２により、フロアパネル１０に掛かる荷重が受け止められる。すなわち、ビード１２は、その延びる方向が二点鎖線の波紋と略直交するように配置されているため、ビード１２が荷重に対して突っ張るように作用し、フロアパネル１０の変形が抑制される。さらに言えば、ビード１２が側突荷重をフロントクロスメンバ３１およびリアクロスメンバ３３へ伝えている。
なお、矢印Ａ３，Ａ４に示すように、第１の補強部材４１および第２の補強部材４２を通った側突荷重は、サイドシル２０を曲げるように作用しないため、フロントサイドメンバ５１およびリアサイドメンバ５２にも効率良く伝達される。

このように、本実施形態の第１の補強部材４１および第２の補強部材４２により、サイドシル２０が曲がるのが抑制されるととともに、サイドシル２０、フロントクロスメンバ３１、リアクロスメンバ３３が擬似的にラーメン構造、言い換えれば厚い板のようになって各部材のねじれが抑制され、車体Ｂの剛性感が向上する。そして、側突荷重は、第１の補強部材４１および第２の補強部材４２を介してフロントクロスメンバ３１およびリアクロスメンバ３３へ効率良く伝達（分散）される。この結果、フロア構造１を構成するサイドシル２０、フロントクロスメンバ３１、リアクロスメンバ３３およびフロアパネル１０の変形が抑制される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、リアクロスメンバ３３は、サイドシル２０の手前で切れており、第２の補強部材４２を介してサイドシル２０に接合された形態としたが、リアクロスメンバ３３とサイドシル２０とを直接接合した形態とすることもできる。

また、変形例に係る第１の補強部材を示す拡大斜視図を、図４（ａ），（ｂ）に示す。実施形態においては、第１の補強部材４１は、斜面部４１ａを形成するようにしたが、図４（ａ）に示すように、ハット状の断面で長手状に形成した第１の補強部材４３を構成し、この第１の補強部材４３をサイドシル２０とフロントクロスメンバ３１とに対し斜めに配置し、これらと接合するように配置してもよい。また、フロアパネル１０から、ビード１２を省略することもできる。

また、図４（ｂ）に示すように、斜面部４１ａを形成することなく、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１が形成する角（隅）に対応する三角形の上面部４４ａと、上面部４４ａから鉛直下方に延び、サイドシル２０とフロントクロスメンバ３１を斜めに繋ぐように延びる側壁４４ｂを有する第１の補強部材４４を構成することもできる。

もっとも、これらの第１の補強部材４３，４４は、車室内への張り出しが大きいので、前記した実施形態のような斜面部４１ａを有してなる第１の補強部材４１を採用することで、車室空間を広くとりつつ、十分な補強を実現することができる。

実施形態に係る車体のフロア構造を示す全体斜視図である。 図１の部分拡大斜視図であり、（ａ）が右前部分、（ｂ）が右後部分を示す。 本実施形態のフロア構造の作用を説明するための、フロア構造の平面図である。 （ａ），（ｂ）は、変形例に係る第１の補強部材を示す拡大斜視図である。

符号の説明

１ フロア構造
１０ フロアパネル
１１ フロアトンネル
１２ ビード
２０ サイドシル
２０ａ 内側面
３０ クロスメンバ
３１ フロントクロスメンバ
３１ａ 内側面
３２ フロアクロスメンバ
３３ リアクロスメンバ
４１，４３，４４ 第１の補強部材
４１ａ 斜面部
４２ 第２の補強部材
Ｂ 車体

Claims (3)

1. フロアパネルと、当該フロアパネルの両側部に接合されたサイドシルと、前記サイドシルに直交し前記両側部のサイドシルの間に配置されたクロスメンバとを有して四角形状の車体フロアを少なくとも一部に形成した車体のフロア構造であって、
   前記サイドシルと前記クロスメンバとにより形成される角部には、前記サイドシルおよび前記クロスメンバに対し斜めに配置され、接合された補強部材を設けており、
   前記フロアパネルには、前記サイドシルと前記クロスメンバとが交差する部位を中心とする同心円弧状のビードが形成されており、
   さらに、前記ビードは、平面視でその端部が前記サイドシルに対して略直交する状態に配置され、前記フロアパネルの中央へ向けて円弧に延びるとともに、前記クロスメンバへ向けて円弧に延び、前記サイドシルから入力された衝突荷重が波紋状に伝播する方向と略同じ方向性をもって衝突荷重に対し突っ張るように前記フロアパネルに形成されていることを特徴とする車体のフロア構造。
2. 前記補強部材は、前記フロアパネルとも接合されていることを特徴とする請求項１に記載の車体のフロア構造。
3. 前記補強部材は、前記フロアパネルに対して傾斜した傾斜面を有し、前記サイドシルの内側面、前記クロスメンバの内側面および前記フロアパネルとにより四面体を形成するように配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体のフロア構造。

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