JP4290540B2 - 車体のシャーシ構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車とくにスポーツカーやレーシングカーなどの車体のシャーシ構造に係り、とくに乗降のし易い軽量で高捩り剛性を得るためのシャーシ構造に関する。

スポーツカーでは、車体の軽量化が絶対的課題であり、しかも車体の剛性が高いことが要求される。そのため、シャーシは、ビームと呼ばれる軽量の中空金属材を枠部材として用いて構成している。これにより、軽量でありかつ剛性に富むシャーシを構成することができる。

他方、自動車は搭乗者が乗り降りするものであるから、乗り降りがし難いものであっては不都合である。その観点から従来のスポーツカーを見ると、必ずしも満足できない構造となっている。

それは、とくにサイド・シルと呼ばれる側部構造に関するものであり、かなりの程度の高さと幅があるため、搭乗者が乗り降りする際の乗り越えに不便を感じるものとなっている。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、搭乗者の乗降性を阻害せずに軽量かつ高剛性を満足する車体のシャーシ構造を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
車体の運転席を含む部分に配され、前記車体の幅方向に少なくとも１つの座席用スペースを形成するように、前記車体の前後方向に沿って配された少なくとも４本の基礎ビーム、およびこれら基礎ビームの各下部に接合される板材を有する中央ブロックと、
前記車体の前方部分に配され、前記基礎ビームにおける前記車体の前寄り各端部に上下逆向きに接合される上ビーム、前記車体の幅方向に配され、前記上ビームの上部が接合される前部横ビーム、および２枚ずつ４枚の板材が山形に接合され、この山形の基端が前記基礎ビームの前端に接合され、先端が前記車体の前方に向かって山形に突出した前方耐捩り構造体と、前記車体の後方部分に配され、前記基礎ビームにおける前記車体の後寄り各端部に上下逆向きに接合される上ビーム、前記車体の幅方向に配され、前記上ビームの上部が接合される後部横ビーム、この後部横ビームとほぼ同一位置に配され、前記基礎ビームの後端に接合される後方耐捩り壁、ならびに側部および上部にビームが配されてなるフレームが、前記基礎ビームの後端に連なって設けられた後部ブロックとをそなえ、前記基礎ビームおよび前記上ビームは、横断面形状がほぼ三角形状であって、この三角形状は１辺が他の２辺よりも短い三角形である中空ビームを、前記１辺が上面あるいは下面となるように設けられてなる車体のシャーシ構造、
を提供するものである。

本発明は上述のように、横断面形状がほぼ３角形のビームを長手方向に配置して、座席位置に座席用間隔が形成されるようにビームの前後に剛性構造を設けたため、軽量かつ高剛性を保ちながら、サイド・シルがあまり高くならず搭乗者の乗降性を損なうことのないシャーシ構造を提供することができる。すなわち、搭乗者がシートに掛けたままで足を車体外に向けたとき、サイド・シルの頂部が膝の裏側に対応する部位となり、その高さで乗降時の脚の動作機能との整合性を持つこととなり、シートに掛けたままの状態で足を着地することができる。

図1は、本発明に係るシャーシの全体形状を示す斜視図である。図1は、その左側が車体の前部を、右側が車体の後部を示しており、車体を左斜め前方から見た状態を示したものである。以下の説明文中での方向は、とくに断らない限り、車輌に組み込まれた状態における内外、上下、前後を指すものとする。

図1に示すシャーシは、中央ブロック１００を挟んで後部ブロック２００および前方耐捩り構造体３００が配された、３ブロックにより構成されている。

中央ブロック１００では、車体の前後方向の中央部であって幅方向の中央に、車体の前後方向を向いた2本の中ビーム１１１，１１２が配され、この中ビーム１１１，１１２の両側に座席分のスペースを空けて外ビーム１１３，１１４が配されている。これら中ビーム１１１，１１２および外ビーム１１３，１１４は互いに平行に配されるものであり、そのうち中ビーム１１１，１１２は主として中央ブロック１００に配されているが、外ビーム１１３，１１４は後部ブロック２００の端部まで延びている。

そして、中ビーム１１１，１１２および外ビーム１１３，１１４は、横断面形状が高さ方向に長く幅の狭い３角形、もしくはそれに近似した形状をしている。中ビーム１１１，１１２および外ビーム１１３，１１４の下面には、板材１１５が接合されており、座席の支持構造等を構成するとともにビーム相互の結合構造を構成する。そして、外ビーム１１３，１１４の高さが車体への乗降時の入り口高さとなり、サイド・シル構造を決定する。

また、このような横断面形状がほぼ３角形のビームは、横断面が４角のビームと異なり狭幅部分があるので、その配置上の向きおよび姿勢を適当に選定することにより、効果的に乗車スペースを生み出させることができる。

そこで、外ビーム１１３，１１４の寸法は、このことを考慮して適当な高さになるように選定するが、乗降時の利便性を考慮して高さを抑えた構成を採ったにしてもある程度の高さとすることができる。外ビーム１１３，１１４は、中ビーム１１１，１１２と同一の横断面形状寸法であってもよいし、異なるものであってもよい。

中ビーム１１１，１１２および外ビーム１１３，１１４は、中央ブロック１００における後部ブロック２００との境界部分に、座席後部板１３０が設けられている。この座席後部板１３０は、垂直方向に中および外ビーム１１１〜１１４が持つ高さ寸法のほぼ２倍の高さを持っており、下半分は中および外ビーム１１１〜１１４が食い込んだ形で結合しており、上半分は後部ブロック２００側から、中および外ビーム１１１〜１１４の各上部に逆向きに重ね合わされた、上ビーム２２１，２２２，２２３，２２４が接合されている。

なお、上下のビーム接合部は，十分な強度が得られるならば、その接合方法は特に選ばない。したがって、例えば接合部の外枠に接合部の形状に一致させる形状を持った支持板を接着剤とリベットとを用い、接着させるという方法などが有効である。

後部ブロック２００では、外ビーム１１３，１１４およびその上に重ねられた上ビーム２２３，２２４の後端が、角ビーム２１１，２２５および２２６により構成される、ほぼ台形状のフレームによって相互に結合される。これらの上ビームも、基礎ビームと同様に横断面形状が細長い不等辺３角形であり、そのうちの長辺がほぼ垂直方向を向くように配置して用いられる。

他方、前方耐捩り構造体３００では、中ビーム１１１，１１２および外ビーム１１３，１１４の各前端、ならびにこれら中および外ビーム１１１〜１１４それぞれの前端寄りの各上部に逆向きに重ね合わされた上ビーム１２１，１２２（ともに図２に示す），１２３，１２４があり、これらのビーム１２１〜１２４の各前端に前隔壁３０１，３０２，３０３および３０４が接合されている。これら前隔壁３０１〜３０４は、車体の左右に１つずつで合計２つの山形を形成するように、車体の前後方向に対して斜めに設けられている。

そして、上ビーム１２１〜１２４および前隔壁３０１，３０２の上端に、角ビームつまり横断面が角型のビーム１２５および１２６により構成された、平面形状がほぼ３角形のフレームが接合される（この角ビーム１２５は、１２６を含めて車体の前後方向に対して横方向に配置されているから横ビームとも呼ぶ。）。また、角ビーム１２６は、足回りの懸架装置の取付け部としても利用され得る。

さらに、前隔壁３０１〜３０４が形成する２つの山形における垂直方向の各稜線に、車体の前後方向に沿ったほぼ台形状の垂直板材３０５，３０６が接合される。この垂直板材３０５，３０６の各前端部相互間を連結するように、円管状の渡し部材３０７が設けられる。

図２は、図１に示したシャーシ構造を分解図示したものである。この図２では、各部材は、中央ブロック１００、後部ブロック２００および前方耐捩り構造体３００に対応させた位置関係で示されてはいない。

この図２では、図１において、他の部材の陰に隠れていて部材自体の形状、構造が明確に示されていなかったものについての形状、構造を明示している。

とくに、この図２で明確に示されているのは、中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム１２１〜１２４と前隔壁３０１〜３０４との関係、ならびに中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム２２１〜２２４と座席後部板１３０との関係についてである。

すなわち、中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム１２１〜１２４は、その前端が前隔壁３０１〜３０４の面に合わせて、左右方向にある角度を持たせて斜めに切断されている。また、上ビーム２２１〜２２４は、その前端が座席後部板１３０の上方向を向いた傾斜に合わせて斜めに切断されている。

この結果、中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム１２１〜１２４は、前隔壁３０１〜３０４と強固に接合され、また中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム２２１〜２２４は、座席後部板１３０と強固に接合される。

そして、中央ブロック１００は、車輌の前後方向に配された４本の中および外ビーム１１１〜１１４の前に、上ビーム１２１〜１２４および前隔壁３０１〜３０４、角ビーム１２５，１２６による剛性構造があり、また後に、上ビーム２２１〜２２４および座席後部板１３０、ビーム２２０による剛性構造があって剛性が高められている。

さらに、前方耐捩り構造体３００は垂直板材３０５，３０６およびその関連部材により、また後部ブロック２００は上ビーム２２３，２２４および角ビーム２１１，２２５，２２６による台形フレームにより補強されている。

図３(a),(b)は、図１および図２に示したシャーシの主要構造を側面図および平面図として示したものである。これら両図に示すように、シャーシの剛性を持たせる主要部材は、中央ブロックの前部では中および外ビーム１１１〜１１４、上ビーム１２１〜１２４、および角ビーム１２５であり、また後部では中および外ビーム１１１〜１１４、上ビーム２２１〜２２４、および角ビーム２２０であることは前述の通りである。

この図３(a),(b)でとくに示したのは、平面的に見て角ビーム２２０とほぼ重なる位置に垂直、もしくは傾斜して設けられた後方耐捩り壁２３０であり、座席後部板１３０の後方部分を補強している。後方耐捩り壁の材料としては、ハニカムウォールが最適であるが、これと同等の機能、強度を持つ板材、壁材もしくは構造体（トラスなど）に換えてもよい。

これにより、搭乗者の着座位置からみると、前方が車体の前後方向のビームに組み合わされた前隔壁３０１〜３０４および角ビーム１２５により、また後方が車体の前後方向のビームに組み合わされた座席後部板１３０（図１、図２）、角ビーム２２０および後方耐捩り壁２３０により強度が得られる。

図４(a)〜(d)は、図３(b)におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面およびＤ−Ｄ断面をそれぞれ示している。すなわち、図４(a)は、シャーシ前部の角ビーム１２５が設けられた位置で切断されており、この角ビーム１２５、ならびに中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム１２１〜１２４の各横断面が現れている。

次に図４(b)は、中および外ビーム１１１〜１１４だけの位置で切断されており、これらのビームの各下面に板材１１５が接合されている。このようにして、着座時における搭乗者の安全が図られている。

そして図４(c)は、シャーシ中央から後部に移る部分のビーム２２０が設けられた位置で切断されており、中および外ビーム１１１〜１１４および上ビーム１２１〜１２４、ならびに角ビーム２２０が示されているとともに、後方耐捩り壁２３０が現れている。これにより、座席後方は強固な構造となっている。そして、図４（d）では、シャーシの後端にある角ビーム２１１の位置で切断された状態が示されている。

中および外ビーム１１１〜１１４、上ビーム１２１〜１２４および２２１〜２２４は、横断面形状がほぼ三角形状であって、この三角形状は１辺が他の２辺よりも短い三角形である中空ビームであり、短辺が下面、または上面となるように設けられる。これにより、曲げ応力に対する強度が得られ、結果としてシャーシの曲げ荷重に対する強度が大きくなる。

図５(a),(b)は、本発明に係るシャーシに対して衝突負荷が加わったとき、各部材に対してどのように伝達されるかを示した平面図および側面図である。いま、前方からの衝突負荷Ｆａが加わったとする。この衝突負荷Ｆａは、渡し部材３０７から垂直板材３０５，３０６を経て前隔壁３０１〜３０４に到る間に４分割されてＦａ１ないしＦａ４となり、４本の中および外ビーム１１１〜１１４に伝達される。このように４分割される結果、１本のビームには大きな衝突負荷Ｆｂの一部、たとえば１／４のみが与えられる。

また、後方からの衝突負荷Ｆｂについても、前隔壁のような部材は存在しないが、後方耐捩り壁２３０等の機能により衝突負荷が分割されて、中および外ビーム１１１〜１１４に与えられる。

図６（a），(b)は、本発明に係るシャーシを用いた場合の車輌用ドア構成例を示したものである。そして図６(a)は、右ドアを車輌の横断面で切断した状態で示している。シャーシは、中ビーム１１２，外ビーム１１４および板材１１５のみが示されているが、中ビーム１１２および外ビーム１１４として横断面形状が横方向の幅が狭いものを用いているため、車体幅寸法中のビームの占める度合いが少なくなっている。したがって、同一車体幅で考えた場合、ドアの厚みを相対的により大きくすることができる。

そこで、図６(a)に示すように、ドア４００に、２つの３角ビーム４０１，４０２および後方耐捩り壁４０３を組み込んだ構成を採っている。この場合、図６(b)に示すように、後方耐捩り壁４０３はドア４００によって３点あるいは４点で支持している。

したがって、ドア４００の外部から衝突負荷が作用した場合は、後方耐捩り壁４０３およびその背後の３角ビーム４０１，４０２で受け止められた後で、３あるいは４点の支持ポイントに分散され、その残りがサイド・シルである外ビーム１１４に与えられることになる。

このため、サイド・シルには衝突負荷全体からみればその一部が与えられるだけであり、搭乗者が受ける衝撃はかなり緩和される。

（変形例）
上記実施例では、とくに材料を特定していないが、ビームおよび各板材は、軽量化の観点からアルミニウムあるいはその合金製であることが望ましい。チタニウム等の、アルミニウム以上に軽量で強度のあるものは、さらに好適である。

また、主要部材として用いたビームは、断面形状がほぼ３角形のものとしたが、この３角形は厳密なものではなく、３角形としての要素つまり３つの辺を含む範囲で種々変形することができる。

さらに、ビームはシャーシ全体について同様の寸法、形状のものを利用しているが、対象に応じてある程度異なる寸法、異なる形状のものを用いるようにしてもよい。

本発明の一実施例の構成を示す斜視図。 図１の構造を分解して示した斜視図。 図３(a)，(b)は、上記実施例の主要構造を示す平面図および側面図。 図４(a)−(d)は、図３(b)におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線で切断した状態をそれぞれ示す断面図。 図５(a)，(b)は、上記実施例に対する衝突負荷の伝達状況を示す説明図。 図６(a)，(b)は、上記実施例と組み合わせ得るドアの構造例を示す断面図および説明図。

符号の説明

１００ 中央ブロック
１１１，１１２ 中ビーム（基礎ビーム）
１１３，１１４ 外ビーム（基礎ビーム）
１２１−１２６ 上ビーム
２００ 後部ブロック
２１１−２２６ 角ビーム
３００ 前方耐捩り構造体
３０１，３０４ 前隔壁
３０５，３０６ 垂直板材
３０７ 渡し部材
４０３ 後方耐捩り壁

Claims (4)

1. 車体の運転席を含む部分に配され、前記車体の幅方向に少なくとも１つの座席用スペースを形成するように、前記車体の前後方向に沿って配された少なくとも４本の基礎ビーム、およびこれら基礎ビームの各下部に接合される板材を有する中央ブロックと、
   前記車体の前方部分に配され、前記基礎ビームにおける前記車体の前寄り各端部に上下逆向きに接合される上ビーム、前記車体の幅方向に配され、前記上ビームの上部が接合される前部横ビーム、および２枚ずつ４枚の板材が山形に接合され、この山形の基端が前記基礎ビームの前端に接合され、先端が前記車体の前方に向かって山形に突出した前方耐捩り構造体と、
   前記車体の後方部分に配され、前記基礎ビームにおける前記車体の後寄り各端部に上下逆向きに接合される上ビーム、前記車体の幅方向に配され、前記上ビームの上部が接合される後部横ビーム、この後部横ビームとほぼ同一位置に配され、前記基礎ビームの後端に接合される後方耐捩り壁、ならびに側部および上部にビームが配されてなるフレームが、前記基礎ビームの後端に連なって設けられた後部ブロックとをそなえ、
   前記基礎ビームおよび前記上ビームは、横断面形状がほぼ三角形状であって、この三角形状は１辺が他の２辺よりも短い三角形である中空ビームを、前記１辺が上面あるいは下面となるように設けられてなる車体のシャーシ構造。
2. 請求項１記載の車体のシャーシ構造において、
   前記前方耐捩り構造体は、前記車体の前方からの衝突負荷を分割して前記基礎ビームに伝達する前隔壁を有する車体のシャーシ構造。
3. 請求項１記載の車体のシャーシ構造において、
   前記後部ブロックは、前記基礎ビーム中の両側のビームを延長させてなる車体のシャーシ構造。
4. 請求項１記載の車体のシャーシ構造において、
   前記後部ブロックは、前記基礎ビームの上方に重なる上ビーム、および前記基礎ビーム同士を連結する横ビームを有する車体のシャーシ構造。

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