JP4400548B2

JP4400548B2 - 車体下部構造

Info

Publication number: JP4400548B2
Application number: JP2005319792A
Authority: JP
Inventors: 心田角; 浩己増田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2025-11-02
Also published as: CN101300166A; WO2007052133A1; BRPI0618190A2; JP2007125974A; CN101300166B; EP1943137B1; US7823964B2; US20090134667A1; DE602006009962D1; EP1943137A1

Description

本発明は、側面衝突を考慮した車体下部構造に関する。

下記特許文献１には、車両用シートの下方側に車両幅方向を長手方向として配置されると共に予め車両上方側へ凸となるように屈曲された中途部を備えたフロアクロスメンバを配設する技術が開示されている。

上記構成によれば、側面衝突時、フロアクロスメンバに衝突荷重が入力されると、フロアクロスメンバが更に上凸となるように屈曲して、車両用シートが車室内中央部側へ倒される。これにより、車両用シートに着座した乗員を保護しようとするものである。
特開平９−３９８３９号公報

しかしながら、上記先行技術による場合、予め途中部で屈曲されたフロアクロスメンバを車両用シートの下方側に新設する構成であるため、重量増加を招くと共に車両用シートの下方スペースが複雑化する不利がある。

その一方で、車体フロアの下方側には燃料タンク等が設置される関係であまりスペースを犠牲にしたくないという要請がある。

本発明は上記事実を考慮し、車体フロアの下方側に床下収納スペースを確保することができ、しかも側面衝突時には車体フロアを車両上方側へ凸となるように変形モードをコントロールすることで床下収納スペースに収納した部品等の保護を図ることができる車体下部構造を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る車体下部構造は、車室フロア下面を構成する車体フロアと、この車体フロアの下面側に配置され車両前後方向に沿って延在する複数の車体骨格部材と、これらの車体骨格部材間を車両幅方向に繋ぐクロスメンバと、を含んで構成された車体下部構造であって、前記クロスメンバは断面形状がハット形状に形成されて車体フロアの下面及び複数の車体骨格部材に接合されることで車体フロアの下面の複数の車体骨格部材間に閉断面部を形成すると共に、車体フロアの下面に対して車両下方側へ離間した位置に延在するクロスメンバ底壁部を、前記クロスメンバの長手方向の両接合端部間の全域に亘って車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成し、さらに、前記クロスメンバ底壁部は、車体フロアの下面からの距離が前記車体骨格部材への接合部位で最大となり、当該車体骨格部材への接合部位から前記車体骨格部材間の中間部へ向かうにつれて徐々に減少し、当該車体骨格部材間の中間部で最小となるアーチ状に形成されている、ことを特徴としている。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の車体下部構造において、前記クロスメンバは、車体フロアの両サイドに車両前後方向に沿って延在する左右一対のフロアサイドメンバと車体フロアの中央側に車両前後方向に沿って延在する左右一対のトンネルリインフォースとの間の二領域に、一直線となるようにそれぞれ配設されている、ことを特徴としている。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の車体下部構造において、前記クロスメンバ底壁部の下方に燃料タンクを配置した、ことを特徴としている。

請求項４記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車体下部構造において、前記クロスメンバが配設される領域に位置する車体フロアを、車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成した、ことを特徴としている。

請求項５記載の本発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の車体下部構造において、前記クロスメンバにおけるクロスメンバ底壁部の長手方向の端部にフランジ部を設け、当該フランジ部を最外側を通る前記車体骨格部材の下面に結合させた、ことを特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、車室フロア下面を構成する車体フロアの下面側には、車両前後方向に沿って延在する複数の車体骨格部材が配置されており、更にこれらの車体骨格部材間は断面形状がハット形状とされたクロスメンバによって車両幅方向に繋がれている。

ここで、本発明では、車体フロアの下面と複数の車体骨格部材とに接合されることで車体骨格部材間に閉断面部を形成するクロスメンバのクロスメンバ底壁部を、クロスメンバの長手方向の両接合端部間の全域に亘って車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成したので、クロスメンバ底壁部の下方側にスペースが確保される。従って、このスペース（床下収納スペース）を部品の収納等のために有効利用することができる。

また、前記の如く、クロスメンバ底壁部を、クロスメンバの長手方向の両接合端部間の全域に亘って車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成したので、側面衝突時にはクロスメンバの変形モードが車両上方側へ凸となる。従って、クロスメンバの下方に設けられたスペース（前記床下収納スペース）に収納した部品等を保護することができる。

また、車体骨格部材間にクロスメンバと車体フロアとで閉断面部が形成されるため、側面衝突時の荷重伝達性能も確保される。

請求項４記載の本発明によれば、クロスメンバが配設される領域に位置する車体フロアを、車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成したので、クロスメンバの断面を大きく確保することができる。

請求項５記載の本発明によれば、クロスメンバにおけるクロスメンバ底壁部の長手方向の端部にフランジ部を設け、当該フランジ部を最外側を通る車体骨格部材の下面に結合させたので、特に車高が高い車両が側面衝突してきて車体骨格部材がその軸線回りに車室内側へ回転（つまり、車体右側面側の最外側を通る車体骨格部材を車両後方側から見た場合、当該車体骨格部材がその軸線回りに反時計方向へ回転）しようとした際に、この動きをクロスメンバ底壁部の長手方向の端部に設けられて車体骨格部材に結合されたフランジ部がせん断で受け止める。

以上説明したように、請求項１記載の車体下部構造は、断面ハット形状のクロスメンバを車体フロアの下面及び複数の車体骨格部材に接合して車体フロアの下面側の車体骨格部材間に閉断面部を形成すると共に、車体フロアの下面に対して車両下方側へ離間した位置に延在するクロスメンバ底壁部を、クロスメンバの長手方向の両接合端部間の全域に亘って車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成したので、車体フロアの下方側に床下収納スペースを確保することができ、しかも側面衝突時には車体フロアを車両上方側へ凸となるように変形モードをコントロールすることで床下収納スペースに収納した部品等の保護を図ることができるという優れた効果を有する。

請求項４記載の本発明に係る車体下部構造は、クロスメンバが配設される領域に位置する車体フロアを、車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成したので、クロスメンバの断面を大きく確保することができ、その結果、側面衝突時の衝突荷重を効果的に伝達して吸収することができるという優れた効果を有する。

請求項５記載の本発明に係る車体下部構造は、クロスメンバにおけるクロスメンバ底壁部の長手方向の端部にフランジ部を設け、当該フランジ部を最外側を通る車体骨格部材の下面に結合させたので、特に車高が高い車両が側面衝突してきた場合に、車体骨格部材の回転変形を効果的に抑制することができるという優れた効果を有する。

（全体構成）
以下、図１〜図９を用いて、本発明に係る車体下部構造の実施形態について説明する。

なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＩＮは車両幅方向内側を示しており、矢印ＯＵＴは車両幅方向外側を示している。

図５には、本実施形態に係る車体下部構造の骨格が平面図で示されている。この図に示されるように、車体下部骨格１０は、フロントフロア部１２と、リヤアンダボディー部１４とを備えている。フロントフロア部１２には車両前後方向に沿って合計６本の車体骨格部材が配置されており、前面衝突時の前後方向入力荷重に対して６本の車体骨格部材で伝達する（入力荷重を６本の車体骨格部材を使って車両後方側へ流す）ようになっている。

具体的には、フロントフロア部１２の両サイドには、車両前後方向に沿って延在する左右一対のフロアサイドメンバ１６が配設されている。さらに、フロントフロア部１２におけるフロアサイドメンバ１６の内側には、車両前後方向に沿って延在しかつ途中から車両幅方向外側へ斜めに延びる左右一対のフロントサイドメンバ１８が配置されている。さらに、フロントフロア部１２におけるフロントサイドメンバ１８の内側には、車両後方側から車両前方側へ向かうにつれて裾広がりにラウンドする左右一対のトンネルアンダリインフォース２０が配設されている。

トンネルアンダリインフォース２０の前端部は、フロントサイドメンバ１８の途中部位（フロントフロア部１２の領域内へ入り始めた部位）の内側の側面に溶接されている。また、トンネルアンダリインフォース２０の後端部は、フロアサイドメンバ１６の後端部間に車両幅方向に沿って配置された第３クロスメンバ２２の前面に溶接されている。さらに、フロントサイドメンバ１８の後端部は、左右のフロアサイドメンバ１６の長手方向中間部間に車両幅方向に沿って二分割されて配置された第２クロスメンバ２４の前面に溶接されている。なお、第２クロスメンバ２４の外側の端部はフロアサイドメンバ１６の長手方向中間部の内側の側面に溶接されており（この点については後述する）、内側の端部はトンネルアンダリインフォース２０の外側の側面に溶接されている。また、左右一対のフロントサイドメンバ１８の前端部間には、車両幅方向に沿って延在する第１クロスメンバ２６が配設されている。

一方、リヤアンダボディー部１４側にも、左右一対のリヤアンダサイドメンバ２８が車両前後方向に沿って延在されている。これらのリヤアンダサイドメンバ２８の前端部は、車両幅方向外側へ裾広がり状にラウンドされてフロアサイドメンバ１６の後端部の内側の側面に溶接されている。また、リヤアンダサイドメンバ２８間には、複数のリヤクロスメンバ３０が車両幅方向を長手方向として配置されている。

（要部構成）
次に、本実施形態の要部及びその周辺構造について説明する。

図３には、上述した車体下部骨格１０の第２クロスメンバ２４付近の平面構造が拡大して示されている。さらに、図１には、当該第２クロスメンバ２４の配設位置における縦断面構造が示されている。

これらの図に示されるように、フロアサイドメンバ１６とトンネルアンダリインフォース２０には、断面形状がハット形状とされた第２クロスメンバ２４が掛け渡されている。なお、第２クロスメンバ２４は開放面が車両上方側を向くように配置されており、前後のフランジ部２４Ａがフロントフロアパネル３２の下面に溶接されている。これにより、フロントフロアパネル３２と第２クロスメンバ２４との間に車両幅方向に延在してフロアサイドメンバ１６とトンネルアンダリインフォース２０との間を繋ぐ閉断面部３４が形成されている。

上記第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂは、車両正面視（図１の向きから見ると車両背面視）で見た場合に、車両上方側が凸となるアーチ形状に形成されており、この点に本実施形態の特徴がある。従って、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂの下方側には、アーチ形状とされた分だけ収納スペース３６が形成され、本実施形態では、この収納スペース３６に燃料タンクやマフラ等の床下部品３８が収納されている。

なお、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂは、アーチ状に形成されているがフロントフロアパネル３２からは離間されている。また、図４に示されるように、第２クロスメンバ２４の長手方向の外側の端部には前壁２４Ｃ及び後壁２４Ｄにフランジ部２４Ｅ、２４Ｆが形成されている他、底壁部２４Ｂからもフランジ部２４Ｇが形成されている。前壁２４Ｃ及び後壁２４Ｄのフランジ部２４Ｅ、２４Ｆは、断面形状がハット状に形成されたフロアサイドメンバ１６の縦壁１６Ｃに溶接されている。また、底壁部２４Ｂのフランジ部２４Ｇは、フロアサイドメンバ１６の下部壁１６Ｄに溶接されている。

また、図１に示されるように、フロアサイドメンバ１６の上下のフランジ部１６Ａ、１６Ｂはセンタピラー４０のピラーインナパネル４２に溶接されている。さらに、フロアサイドメンバ１６の上面にはフロントフロアパネル３２の幅方向の端部３２Ａが溶接されている。また、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂの長手方向の内側の端部は、トンネルアンダリインフォース２０の下面に溶接されている。

更に説明すると、図３に示されるように、フロントサイドメンバ１８の後部は斜めに真直ぐに延びており、その後端部１８Ａは第２クロスメンバ２４の長手方向の外側の端部近傍（フロアサイドメンバ１６よりも車両幅方向内側）に溶接されている。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る車体下部構造では、フロントフロアパネル３２の下面においてフロアサイドメンバ１６とトンネルアンダリインフォース２０とを車両幅方向に繋ぐ第２クロスメンバ２４（の底壁部２４Ｂ）の形状を、車両正面視で車両上方側へ凸となるアーチ状に形成したので、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂの下方側に収納スペース３６が確保される。従って、この収納スペース３６（床下収納スペース）を燃料タンクやマフラ等の床下部品３８の収納等のために有効利用することができる。

補足すると、近年、３列シート等ユーティリティを重視した車両が増加しており、その場合リヤアンダボディーにシート格納スペースを設ける等の関係で、従来ではリヤアンダボディーの下方スペースに配置していた燃料タンクやマフラ等の床下部品をフロントフロアパネルの領域の下方に収納する必要性が生じてきている。このため、本実施形態のような構成を採ると、ユーティリティ重視の車両に対して極めて有効に作用する。

また、前記の如く、第２クロスメンバ２４（の底壁部２４Ｂ）の形状を車両正面視で車両上方側へ凸となるアーチ状に形成したので、側面衝突時には第２クロスメンバ２４の変形モードが車両上方側へ凸となる。すなわち、図２に示されるように、車体側部（センタピラー４０）に側面衝突荷重Ｆが入力されると、その側面衝突荷重Ｆはフロアサイドメンバ１６を介して第２クロスメンバ２４に軸力として入力される。ここで、第２クロスメンバ２４（の底壁部２４Ｂ）は車両正面視で車両上方側へ凸となるアーチ状に形成されているので、第２クロスメンバ２４はその長手方向の中間部を屈曲起点として車両上方側へ凸となるように変形される。従って、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂの下方側（床下収納スペース）に収納した床下部品３８を保護することができる。

なお、第２クロスメンバ２４の変形に伴ってフロントフロアパネル３２にも第２クロスメンバ２４の前壁２４Ｃ及び後壁２４Ｄを介して車両上方側への荷重が入力されるので、フロントフロアパネル３２も入力荷重に応じた量だけ車両上方側へ凸となるように多少は変形する。

以上を総括すると、本実施形態に係る車体下部構造によれば、フロントフロアパネル３２の下方側に収納スペース３６を確保することができ、しかも側面衝突時にはフロントフロアパネル３２を車両上方側へ凸となるように変形モードをコントロールすることで収納スペース３６に収納した床下部品３８等の保護を図ることができる。

また、本実施形態に係る車体下部構造では、第２クロスメンバ２４における底壁部２４Ｂの長手方向の外側の端部にフランジ部２４Ｇを設け、当該フランジ部２４Ｇを最外側を通るフロアサイドメンバ１６の下面に結合させたので、特に車高が高い車両（ＳＵＶ等）が側面衝突してきてフロアサイドメンバ１６がその軸線回りに回転しようとした際に、その動きを第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂの長手方向の外側の端部に設けられたフランジ部２４Ｇがせん断で受け止める。

図面を用いて説明すると、図６に示されるように、センタピラー４０の下部側に側面衝突荷重Ｆが入力された場合、センタピラー４０の下部は車室内側へ倒れ込むように変形する。このため、センタピラー４０の下端部内側を車両前後方向に通るフロアサイドメンバ１６は、その軸線回りに反時計方向（矢印Ｍ方向）へ回転しようとする。今仮に、図６に二点鎖線で図示したように、底壁部がストレート形状とされた第２クロスメンバ４６を考えた場合、この第２クロスメンバ４６の長手方向の外側の端部には下方へ屈曲したフランジ部４６Ａが形成されてこのフランジ部４６Ａがフロアサイドメンバ１６の縦壁１６Ｃに溶接されることになる。この場合、当該フランジ部４６Ａはフロアサイドメンバ１６の回転を剥離方向に受け止めることになるが、本実施形態によれば、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂをアーチ形状にしてフランジ部２４Ｇをフロアクロスメンバ１６の下面に溶接したので、前記回転をせん断で受け止めることができる。従って、特に車高が高い車両が側面衝突してきた場合に、最外側に位置する車体骨格部材であるフロアサイドメンバ１６の回転変形を効果的に抑制することができる。

その他にも、本実施形態に係る車体下部構造によれば、以下の効果が得られる。

第一に、図７に示されるように、フロントサイドメンバ１８の後端部１８Ａを車両幅方向外側へ斜めに配置して第２クロスメンバ２４の長手方向の外側の端部に結合させたので、前面衝突時に衝突荷重Ｆ’をフロアサイドメンバ１６に円滑に伝達する（流す）ことができ、しかも結合部分の形状を作り易い。つまり、前面衝突時の衝突荷重Ｆ’をフロアサイドメンバ１６に効率良く伝達することだけを考えれば、フロントサイドメンバの後端部を第２クロスメンバ２４ではなくフロアサイドメンバ１６に直付けすればよいが、その場合にはフロントサイドメンバの後端部のフロアサイドメンバ１６への結合部分の形状が作り難く、生産性が著しく低下する。また、フロントサイドメンバ１８を図７図示位置よりも車両幅方向内側へずらして第２クロスメンバ２４に結合させた場合には、第２クロスメンバ２４を通る前面衝突時の衝突荷重Ｆ’の荷重伝達経路が長くなり過ぎて、フロアサイドメンバ１６に円滑に流れない。しかし、本実施形態のように、フロントサイドメンバ１８の後端部１８Ａをなるべく車両幅方向外側へ寄せてかつ第２クロスメンバ２４に結合させる構成を採ることにより、前面衝突時の荷重伝達性能を損なうことなく、生産性をも向上させることができる。

第二に、フロントサイドメンバ１８の後端部１８Ａを車両幅方向外側へ斜めに配置して第２クロスメンバ２４の長手方向の外側の端部に結合させることでトンネルアンダリインフォース２０との車両幅方向の距離を確保したので、図８に示されるように、床下の収納スペース３６を広く確保することができる。

第三に、図６に示されるように、第２クロスメンバ２４の底壁部２４Ｂの形状をアーチ状にしたので、アーチ状ではないストレート形状の第２クロスメンバ４６（二点鎖線参照）に比し、第２クロスメンバ２４の断面を大きくすることができる。その結果、側面衝突荷重Ｆを反対側の側面へ流す荷重伝達性能を向上させることができ、又座屈耐力も向上させることができる。

なお、上述した本実施形態では、フロントフロアパネル３２については凹凸の無いフラットな形状にしたが、これに限らず、図９に示されるように、フロントフロアパネル５０における第２クロスメンバ２４が配設される部位に車両上方側へ突出する凸部５２を設けるようにしてもよい。この場合、第２クロスメンバ２４の実質的な断面が大きくなるので、前記第三の効果と同様の効果が得られる。すなわち、側面衝突時の衝突荷重Ｆを効果的に伝達して吸収することができる。

また、上述した本実施形態では、第２クロスメンバ２４を所定曲率半径の円弧面であるアーチ状に形成したが、これに限らず、車両上方側へ凸となる凸状に形成されて本発明と同様の作用・効果が得られるクロスメンバであれば、本発明に含まれる。従って、例えば、複数の円弧面を組み合わせてアーチ形状に近い形状とされた底壁部を備えたクロスメンバや、複数の平面を組み合わせてアーチ形状に近い形状とされた底壁部を備えたクロスメンバ等も本発明に含まれる。

本実施形態に係る車体下部構造の要部を拡大して示す図５及び図３の１−１線断面図である。本実施形態に係る車体下部構造を採用した場合において側面衝突したときの変形モードを示す図１に対応する断面図である。図１に示される本実施形態の要部の平面構造を示す平面図である。第２クロスメンバとフロアサイドメンバとの結合部の構造を示す拡大斜視図である。車体下部骨格の全体構造を示す平面図である。本実施形態の効果（側面衝突荷重を剥離からせん断で受ける点）を説明するための要部拡大縦断面図である。本実施形態の効果（前面衝突荷重の荷重伝達性能維持と生産性向上とを両立させる点）を説明するための要部拡大平面図である。本実施形態の効果（床下収納スペースを確保できる点）を説明するための図３の８−８線断面図である。別の実施形態を示す図１に対応する縦断面図である。

符号の説明

１０車体下部骨格
１２フロントフロア部
１６フロアサイドメンバ（車体骨格部材）
１６Ｄ下部壁
１８フロントサイドメンバ（車体骨格部材）
２０トンネルリインフォース（車体骨格部材）
２４第２クロスメンバ
２４Ｂ底壁部
２４Ｇフランジ部
３２フロントフロアパネル（車体フロア）
３４閉断面部
３６収納スペース
３８床下部品
５０フロントフロアパネル（車体フロア）
５２凸部

Claims

車室フロア下面を構成する車体フロアと、この車体フロアの下面側に配置され車両前後方向に沿って延在する複数の車体骨格部材と、これらの車体骨格部材間を車両幅方向に繋ぐクロスメンバと、を含んで構成された車体下部構造であって、
前記クロスメンバは断面形状がハット形状に形成されて車体フロアの下面及び複数の車体骨格部材に接合されることで車体フロアの下面の複数の車体骨格部材間に閉断面部を形成すると共に、
車体フロアの下面に対して車両下方側へ離間した位置に延在するクロスメンバ底壁部を、前記クロスメンバの長手方向の両接合端部間の全域に亘って車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成し、
さらに、前記クロスメンバ底壁部は、車体フロアの下面からの距離が前記車体骨格部材への接合部位で最大となり、当該車体骨格部材への接合部位から前記車体骨格部材間の中間部へ向かうにつれて徐々に減少し、当該車体骨格部材間の中間部で最小となるアーチ状に形成されている、
ことを特徴とする車体下部構造。
前記クロスメンバは、車体フロアの両サイドに車両前後方向に沿って延在する左右一対のフロアサイドメンバと車体フロアの中央側に車両前後方向に沿って延在する左右一対のトンネルリインフォースとの間の二領域に、一直線となるようにそれぞれ配設されている、
ことを特徴とする請求項１記載の車体下部構造。
前記クロスメンバ底壁部の下方に燃料タンクを配置した、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車体下部構造。
前記クロスメンバが配設される領域に位置する車体フロアを、車両正面視で車両上方側へ凸となる凸状に形成した、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車体下部構造。
前記クロスメンバにおけるクロスメンバ底壁部の長手方向の端部にフランジ部を設け、当該フランジ部を最外側を通る前記車体骨格部材の下面に結合させた、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の車体下部構造。