JP4415684B2 - サイドメンバのキックアップ部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両前後方向を長手方向として配置されて途中部分に車両下方側へ斜めに屈曲されるキックアップ部を備えたサイドメンバに適用されるキックアップ部構造に関する。

一般に、車体前部の両サイドには、車両前後方向を長手方向とする左右一対のフロントサイドメンバが車両骨格部材として配設されている。通常、フロントサイドメンバは、前部が車両前後方向に延在されており、中間部（ダッシュパネルと交差する付近）で車両後方かつ斜め下方側へ屈曲された後（以下、この部分をキックアップ部と称す）、後部が車体フロアの下面に延在されるようになっている。

ここで、前面衝突時、フロントサイドメンバには、フロントバンパリインフォースメント等を介して軸圧縮荷重が入力される。かかる軸圧縮荷重によって、キックアップ部には比較的大きな曲げモーメントが発生する。従って、重量増加を最小限に抑えつつキックアップ部を効果的に補強する必要がある。この種の補強技術の先行技術としては、下記特許文献１に開示された技術があり、以下に簡単に説明する。

この先行技術では、フロントサイドメンバのキックアップ部は、車両上方側が開放された断面ハット形状を成している。キックアップ部の開放部分にはダッシュパネルの下部が溶接されており、これによりキックアップ部は閉断面構造を成している。さらに、キックアップ部内には、断面形状が略山形形状とされたリインフォースメントが配設されている。このリインフォースメントを曲げ圧縮変形側にのみ配置することにより、前面衝突時にキックアップ部が断面崩れするのを抑制するようになっている。
特開２００３−２３１４８３号公報

しかしながら、上記構成による場合、キックアップ部の板厚及びこれを閉止するダッシュパネル下部の板厚並びに閉断面内に配置されるリインフォースメントの板厚の板厚比を適切に選定しなければ、前面衝突時にキックアップ部が座屈することが考えられる。

これを回避するためには、各部材の板厚を予め厚めに設定すればよいが、その場合には重量増加を招く。

本発明は上記事実を考慮し、重量増加を抑制しつつ、衝突時にキックアップ部が座屈するのを防止することができるサイドメンバのキックアップ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サイドメンバのキックアップ部構造は、前記キックアップ部は、断面形状が略ハット形状とされかつ車両上方側が開放面となるように配置されるキックアップ本体部と、このキックアップ本体部の開放面を閉止するキックアップ閉止部材と、を含んで構成されていると共に、薄板で構成された薄板部と当該薄板部よりも板厚が厚い厚板で構成された厚板部とが一体に構成された部材を有すると共に、前記キックアップ閉止部材は当該部材の厚板部とされており、さらに、前記キックアップ本体部に対する前記キックアップ閉止部材の板厚比を１．３以上１．８以下に設定した、としている。

請求項２記載の本発明に係るサイドメンバのキックアップ部構造は、請求項１記載の発明において、前記キックアップ本体部の底壁と側壁とのなす角度を９５°以上９７°以下に設定した、ことを特徴としている。

以下、請求項１記載の本発明をフロントサイドメンバに適用した場合を例にして、本発明の作用を説明する。

前面衝突時、フロントサイドメンバの前部には軸圧縮荷重（軸力）が入力される。これにより、フロントサイドメンバの途中部分に形成されたキックアップ部には、曲げモーメント（曲げ力）が発生する。

ここで、本発明では、キックアップ部が、断面形状が略ハット形状とされかつ車両上方側が開放面となるように配置されるキックアップ本体部と、このキックアップ本体部の開放面を閉止するキックアップ閉止部材と、を含んで構成されていると共に、薄板で構成された薄板部と当該薄板部よりも板厚が厚い厚板で構成された厚板部とが一体に構成された部材を有すると共に、キックアップ閉止部材を当該部材の厚板部で構成し、さらに、キックアップ本体部に対するキックアップ閉止部材の板厚比を１．３以上１．８以下に設定したので、キックアップ本体部の曲げ耐力（座屈し易さ）とキックアップ閉止部材の曲げ耐力（座屈し易さ）とが均衡する。すなわち、キックアップ本体部とキックアップ閉止部材との曲げモーメントの入力に対する抵抗力（座屈し易さ）のバランスが適正化される。

しかも、本発明では、リインフォースメント等を別途配設する構成とは異なるので、部品点数が削減され、重量も最小限の増加に抑えられる。

請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の板厚比を採用した上で、キックアップ本体部の底壁と側壁とのなす角度を９５°以上９７°以下に設定したので、キックアップ部の側壁が座屈し難くなる。

以上説明したように、請求項１記載の本発明に係るサイドメンバのキックアップ部構造は、断面形状が略ハット形状とされかつ車両上方側が開放面となるように配置されるキックアップ本体部と、このキックアップ本体部の開放面を閉止するキックアップ閉止部材と、を含んでキックアップ部が構成されていると共に、薄板で構成された薄板部と当該薄板部よりも板厚が厚い厚板で構成された厚板部とが一体に構成された部材を有すると共に、キックアップ閉止部材は当該部材の厚板部とされており、さらに、キックアップ本体部に対するキックアップ閉止部材の板厚比を１．３以上１．８以下に設定したので、キックアップ本体部とキックアップ閉止部材との曲げモーメントの入力に対する抵抗力のバランスが適正化され、その結果、重量増加を抑制しつつ、衝突時にキックアップ部が座屈するのを防止することができるという優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係るサイドメンバのキックアップ部構造は、請求項１記載の発明において、キックアップ本体部の底壁と側壁とのなす角度を９５°以上９７°以下に設定したので、キックアップ部の側壁が座屈し難くなり、その結果、軽量効果を向上させることができるという優れた効果を有する。

以下、図１〜図６を用いて、本発明に係るサイドメンバのキックアップ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いる。

図１には、フロントサイドメンバ１０の組付状態の斜視図が概略的に示されている。また、図２には、フロントサイドメンバ１０が組付けられたフロアパネル１２の斜視図が概略的に示されている。これらの図に示されるように、フロントサイドメンバ１０は、車体前部の両サイドに車両前後方向に沿って配置される前部１４と、エンジンルームとキャビンとを仕切るダッシュパネル付近で車両後方斜め下側へ屈曲されるキックアップ部１６と、このキックアップ部１６から車両後方側へ延出される後部１８とによって構成されている。

前部１４は、エンジンルーム側が開放面となるように配置された断面ハット形状のフロントサイドメンバアウタ２０と、このフロントサイドメンバアウタ２０の開放面を閉止する平板状のフロントサイドメンバインナ２２とによって構成されており、閉断面構造とされている。

また、キックアップ部１６は、車両上方側が開放面となるように配置されたキックアップ本体部２４と、このキックアップ本体部２４の開放面を閉止するフロアパネル１２の前部２６とによって構成されており、閉断面構造とされている。

さらに、後部１８は、キックアップ部１６と同様に、車両上方側が開放面となるように配置された後部本体部２８と、この後部本体部２６の開放面を閉止するフロアパネル１２の一般部３０とによって構成されており、閉断面構造とされている。

ここで、キックアップ部１６の構成について詳細に説明する。図３に示されるように、キックアップ本体部２４は略ハット形状の断面形状を成しており、底壁２４Ａと、左右一対の側壁２４Ｂと、各側壁２４Ｂの上端部から互いに離反する方向へ屈曲されたフランジ部２４Ｃとを備えている。一方、キックアップ本体部２４の開放面を閉止するフロアパネル１２の前部２６は、薄板で構成された薄板部２６Ａと、この薄板部２６Ａにテーラードブランク等の接合手段によって一体に構成されたキックアップ閉止部材としての厚板部２６Ｂとを備えている。実際にキックアップ本体部２４の開放面を閉止しているのは厚板部２６Ｂであり、その幅方向寸法はキックアップ本体部２４の左右のフランジ部２４Ｃの端末間の寸法に一致している。

上記キックアップ本体部２４の板厚をｔ１とし、厚板部２６Ｂの板厚をｔ２とすると、本実施形態では、板厚比（ｔ２／ｔ１）が１．３以上１．８以下の範囲に設定されている。さらに、キックアップ本体部２４の底壁２４Ａと側壁２４Ｂとのなす角度∠θは、９５°以上９７°以下に設定されている。

なお、図１に示されるように、上述したキックアップ部１６の断面構造は、フロントサイドメンバ１０の後部１８についても同様に採用（維持）されており、後部本体部２８の開放面を閉止するフロアパネル１２の一般部３０は、薄板部３０Ａと厚板部３０Ｂとによって構成されている。

次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

前面衝突時、衝突荷重はフロントバンパリインフォースメントを介してフロントサイドメンバ１０の前部１４に軸圧縮荷重（軸力）として入力される。これにより、フロントサイドメンバ１０の途中部分に形成されたキックアップ部１６には、曲げモーメント（曲げ力）が発生する。つまり、キックアップ部１６は、軸力と曲げ力を同時に受ける車体骨格部材ということになる。

ここで、本実施形態では、キックアップ部１６が、断面形状が略ハット形状とされかつ車両上方側が開放面となるように配置されるキックアップ本体部２４と、このキックアップ本体部２４の開放面を閉止するフロアパネル１２の前部１４の厚板部２６Ｂと、を含んで構成されており、キックアップ本体部２４に対する厚板部２６Ｂの板厚比（ｔ２／ｔ１）を１．３以上１．８以下の範囲に設定したので、キックアップ本体部２４の側壁２４Ｂの曲げ耐力（座屈し易さ）と厚板部２６Ｂの曲げ耐力（座屈し易さ）とが均衡する。すなわち、キックアップ本体部２４の側壁２４Ｂと厚板部２６Ｂとの曲げモーメントの入力に対する抵抗力（座屈し易さ）のバランスが適正化される。

しかも、本実施形態では、リインフォースメント等を別途配設する構成とは異なり、厚板部２６Ｂの肉厚増加分のみの重量増加で済むので、部品点数が削減され、重量も最小限の増加に抑えられる。

その結果、本実施形態に係るフロントサイドメンバのキックアップ部構造によれば、重量増加を抑制しつつ、正面衝突時にキックアップ部が座屈するのを防止することができる。

また、本実施形態では、上記の板厚比を採用した上で、キックアップ本体部２４の底壁２４Ａと側壁２４Ｂとのなす角度∠θを９５°以上９７°以下に設定したので、キックアップ部１６の側壁２４Ｂが座屈し難くなる。その結果、本実施形態によれば、軽量効果を向上させることができる。

以下、上記効果を裏付けるＣＡＥ解析結果について説明する。

まず、ＣＡＥ解析の対象としたキックアップ部の断面構造について説明する。図４に示されるように、この例では、キックアップ部４０のキックアップ本体部については前述した図３に示されるものと同一構成の断面略ハット形状のキックアップ本体部２４が使用さされている。但し、キックアップ本体部２４の開放面を閉止するキックアップ閉止部材については、フロアパネル１２の前部２６ではなく、平板状の厚板部材４２が用いられている。

図５は、図４に示される断面形状のキックアップ部４０を使って、板厚比に対する最大曲げモーメントを調べた結果をグラフ化したものである。なお、このグラフの横軸はキックアップ本体部２４の側壁２４Ｂに対する厚板部材４２の板厚比であり、縦軸は最大曲げモーメントである。このグラフから板厚比が１．３以上１．８以下のときに極めて高い最大曲げモーメントが得られることが解る。なお、板厚比が１．３未満になると、圧縮面（即ち、厚板部材４２）側が先に座屈する傾向が強くなる。逆に、板厚比が１．８を超えると、キックアップ本体部２４の側壁２４Ｂが先に座屈する傾向が強くなる。

つまり、理論として考えた場合、圧縮面（厚板部材４２）及び側壁２４Ｂのどちらが先に座屈しても、その時点で断面全体としては断面崩れが生じることになるため、曲げ耐力としては圧縮面（厚板部材４２）及び側壁２４Ｂが同時に座屈するときに最も大きくなると考えられる。従って、両者がバランス良く座屈する範囲である板厚比＝１．３〜１．８の範囲が最適値と考えられる。

一方、図６は、図４に示される断面形状のキックアップ部４０を使って、底壁２４Ａと側壁２４Ｂとのなす角度∠θに対する最大曲げモーメントを調べた結果をグラフ化したものである。このグラフから∠θ＝約９５°〜約９７°の範囲のときに極めて高い最大曲げモーメントが得られることが解る。なお、∠θが９０°以下になると、プレス成形が困難になることから、実用的ではなくなる。

その他、本実施形態に係るフロントサイドメンバのキックアップ部構造のように、テーラードブランク等の接合手段を用いてフロアパネル１２の前部２６の薄板部２６Ａと厚板部２６Ｂとを一部材化することにより、薄板部と厚板部の二重構造にした場合と比べて、座屈が起こり難くなるというメリットがある。

なお、上述した本実施形態では、フロントサイドメンバに対して本発明を適用したが、これに限らず、リヤサイドメンバに対して本発明を適用してもよい。この場合、追突時に本実施形態と同様の効果が発揮される。

また、上述した本実施形態では、厚板部２６Ｂを設ける手法としてテーラードブランクを挙げたが、それ以外の接合手段としては、マッシュシーム溶接やスポット溶接、接着剤接合、レーザ重ね合わせ溶接といった手法が適用可能である。その場合においても、本実施形態の基本的な効果は同様に得られる。

さらに、上述した本実施形態では、テーラードブランク等の接合手段により、フロアパネル１２の前部２６、一般部３０に厚板部２６Ｂ、３０Ｂを一体に形成したが、これに限らず、車種によってはダッシュパネルの下部折り曲げ部に厚板部を設ける構成を採ってもよい。

また、上述した本実施形態では、フロントサイドメンバ１０が前部１４からキックアップ部１６を経て後部１８に至るまで非分割の構造となっているが、これに限らず、フロントサイドメンバを車両前後方向に複数に分割してもよい。その場合においても、本実施形態の基本的な効果は同様に得られる。

同様の観点から、上述した本実施形態では、一枚板のフロアパネル１２に厚板部２６Ｂ、３０Ｂを設ける構成を採ったが、これに限らず、フロアパネルを車両前後方向又は車両幅方向に複数に分割してもよい。その場合においても、本実施形態の基本的な効果は同様に得られる。

さらに、上述した本実施形態では、前面衝突時に大きな曲げモーメントが発生するキックアップ部１６を主たる対象として説明してきたが、同様の構成で成り立っているフロントサイドメンバ１０の後部１８も同じ効果を潜在的に備えている。逆に観れば、フロントサイドメンバの前部についても本実施形態のキックアップ部１６と同様の構成を採用すれば、前部についてもキックアップ部１６と同様の効果を潜在的に持たせることができる。

本実施形態に係るフロントサイドメンバのキックアップ部構造を示す拡大斜視図である。 本実施形態に係るフロントサイドメンバのキックアップ部構造のフロアパネルへの組付状態を示す斜視図である。 本実施形態に係るフロントサイドメンバのキックアップ部構造の軸直角方向の断面構造を示す要部拡大断面図（図１の３−３線断面図）である。 ＣＡＥ解析の対象としたキックアップ部の断面構造を示す図３に対応する要部拡大断面図である。 図４に示される断面形状のキックアップ部を使って板厚比に対する最大曲げモーメントを調べた結果を示すグラフである。 図４に示される断面形状のキックアップ部を使って底壁と側壁とのなす角度∠θに対する最大曲げモーメントを調べた結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ フロントサイドメンバ
１６ キックアップ部
２４ キックアップ本体部
２６ キップアップ部の前部（薄板部と厚板部とが一体に構成された部材）
２６Ａ 薄板部
２６Ｂ 厚板部（キックアップ閉止部材）
４０ キックアップ部
４２ 厚板部材（キックアップ閉止部材）

Claims (2)

1. 車両前後方向を長手方向として配置されて途中部分に車両下方側へ斜めに屈曲されるキックアップ部を備えたサイドメンバに適用されるキックアップ構造であって、
   前記キックアップ部は、断面形状が略ハット形状とされかつ車両上方側が開放面となるように配置されるキックアップ本体部と、このキックアップ本体部の開放面を閉止するキックアップ閉止部材と、を含んで構成されていると共に、
   薄板で構成された薄板部と当該薄板部よりも板厚が厚い厚板で構成された厚板部とが一体に構成された部材を有すると共に、前記キックアップ閉止部材は当該部材の厚板部とされており、
   さらに、前記キックアップ本体部に対する前記キックアップ閉止部材の板厚比を１．３以上１．８以下に設定した、
   ことを特徴とするサイドメンバのキックアップ部構造。
2. 前記キックアップ本体部の底壁と側壁とのなす角度を９５°以上９７°以下に設定した、
   ことを特徴とする請求項１記載のサイドメンバのキックアップ部構造。

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