JP4483588B2

JP4483588B2 - 車体上部構造

Info

Publication number: JP4483588B2
Application number: JP2005004909A
Authority: JP
Inventors: 正人金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006192998A

Description

本発明は、センタピラー上部とルーフリインフォースメントの車幅方向端部を連結する連結部材を備えた車体上部構造に関する。

センタピラーの上部と、該センタピラーの車体前後位置に一致して配置されたルーフリインフォースメントの車幅方向端部とを、ルーフコーナガセットにて互いに結合し、側突時のセンタピラーの変形を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−７６９３８号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、側突時にセンタピラーに入力される荷重に基づく曲げモーメントがルーフリインフォースメントに作用し、該ルーフリインフォースメントが大きく折れ曲がることでセンタピラーの車室内への侵入量が大きくなってしまうことが懸念される。この対策として、一般に上下方向の幅寸法の小さいルーフリインフォースメントが上記曲げモーメントに耐え得るように補強すると、車体上部が大幅に重量化する問題が生じる。

本発明は、上記事実を考慮して、車体上部を重量化することなく側突時にセンタピラーが車室内に侵入する量を低減することができる車体上部構造を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る車体上部構造は、車幅方向に長手とされると共に、車体の前後方向におけるセンタピラー設置部位に配置されて該車体のルーフパネルを補強するルーフリインフォースメントと、前記センタピラーの上部と前記ルーフリインフォースメントとを連結する連結部材と、前記連結部材又は前記ルーフリインフォースメントにおける車幅方向中央から所定距離以上離間した位置に設けられ、車幅方向の曲げに対し他の部分よりも弱い弱化部と、を備え、前記弱化部は、前記連結部材及び前記ルーフリインフォースメントにおける車幅方向中央から所定距離以上離間した位置に、それぞれ設けられており、かつ、前記連結部材の弱化部は、前記センタピラーに車体外側方から作用する荷重に基づく曲げモーメントによって、前記ルーフリインフォースメントが弱化部において折れ曲がるよりも前に折れ曲がるように設定されている。

請求項１記載の車体上部構造では、側突荷重がセンタピラーに入力されると、ルーフリインフォースメント及び連結部材には曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントによって、車体上部構造では弱化部において局所的な曲げ（折れ）が生じる。すると、ルーフリインフォースメントのそれ以上の曲げが緩和（抑制）され、該曲げに伴うセンタピラーの車室への侵入が抑制される。すなわち、車体上部を重量化する補強に頼らなくても、センタピラーが車室に大きく侵入することが抑制される。

このように、請求項１記載の車体上部構造では、車体上部を重量化することなく側突時にセンタピラーが車室内に侵入する量を低減することができる。なお、ルーフリインフォースメントにおける車幅方向中央から所定距離以上離間した位置は、側突時に十分な車室内生存空間（の車幅方向寸法）を確保することができる位置に設定することが望ましい。

また、本車体上部構造では、連結部材及びルーフリインフォースメントにおける車幅方向外端近傍にそれぞれ弱化部が設けられているため、側突時には２つ（以上）の弱化部が多段階に折れることで、センタピラーの車室への侵入が効果的に抑制される。

さらに、本車体上部構造では、２つの弱化部のうち車幅方向外側に位置する連結部材の弱化部が先に折れ曲がり、次いでルーフリインフォースメントの弱化部が折れ曲がる。これにより、上記したセンタピラーの車室への侵入を効果的に抑制するための多段階の折れが確実に生じる。

以上説明したように本発明に係る車体上部構造は、車体上部を重量化することなく側突時にセンタピラーが車室内に侵入する量を低減することができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る車体上部構造１０について、図１乃至図４に基づいて説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ、矢印ＲＥ、矢印ＵＰ、矢印ＬＯ、矢印ＩＮ、及び矢印ＯＵＴは、それぞれ車体上部構造１０が適用された自動車車体Ｓの前方向（進行方向）、後方向、上方向、下方向、車幅方向内側、及び車幅方向外側を示しており、以下単に上下前後及び車幅方向の内外を示す場合は上記各矢印方向に対応している。

図１には車体上部構造１０が適用された車体Ｓの前後方向略中央部の上部における車幅方向の外端部が断面図にて示されている。この車体上部構造１０は、基本的に左右（車幅方向に）対称に形成されているので、以下、左右方向の一方側についてのみ説明することとする。図１図に示される如く、車体Ｓの前後方向略中央部には、上下方向に長手とされたセンタピラー１２が配置されている。センタピラー１２の下端は、車体Ｓのフロア構造部１１（図３及び図４参照）に溶接にて結合されている。フロア構造部１１の構造の説明は省略する。一方、センタピラー１２の上端は、車体Ｓのルーフ１４の車幅方向両端に沿って前後方向に長手とされたルーフサイドレール１６に結合されている。

具体的には、センタピラー１２は、センタピラーインナ１８と、センタピラーアウタ２０と、これらの間に配設されたセンタピラーリインフォースメント２２とを備えて構成されている。また、ルーフサイドレール１６は、ルーフサイドレールインナ２４と、ルーフサイドレールアウタ２６と、これらの間に配設されたルーフサイドレールリインフォースメント２８とを備えて構成されている。そして、ルーフサイドレールインナ２４とルーフサイドレールリインフォースメント２８とは、それぞれの車幅方向内側のフランジ２４Ａ、２８Ａが互いに溶接にて結合されると共に、それぞれの車幅方向外側のフランジ２４Ｂ、２８Ｂ間にセンタピラーインナ１８の上端１８Ａを挟み込んだ状態で該フランジ２４Ｂ、２８Ｂが上端１８Ａと共に溶接にて結合されている。

この状態で、ルーフサイドレールインナ２４とルーフサイドレールリインフォースメント２８とは、図１に示すように閉断面構造を形成している。また、ルーフサイドレールリインフォースメント２８の外面には、センタピラーリインフォースメント２２の上端２２Ａが溶接にて結合されている。このセンタピラーリインフォースメント２２は、センタピラーインナ１８とで閉断面構造を形成している。さらに、センタピラーアウタ２０とルーフサイドレールアウタ２６とは一体に形成されており、ルーフサイドレールアウタ２６の車幅方向内側に形成されたフランジ２６Ａが上記フランジ２８Ａの外側に溶接にて結合されている。この状態で、センタピラーアウタ２０は、センタピラーリインフォースメント２２（センタピラーインナ１８）とで閉断面構造を形成しており、ルーフサイドレールアウタ２６は、ルーフサイドレールリインフォースメント２８（ルーフサイドレールインナ２４）とで閉断面構造を形成している。

さらに、車体Ｓでは、ルーフ１４の車幅方向外端がルーフサイドレール１６に結合されている。具体的には、ルーフ１４は、ルーフパネル３０と、センタピラー１２の前後位置に一致する位置でルーフパネル３０の内面に固着されたルーフリインフォースメント３２とを備えて構成されている。ルーフリインフォースメント３２は、車幅方向に長手とされると共に、その長手方向に両端に設けられたフランジ３２Ａがルーフパネル３０の車幅方向外端に設けられたフランジ３０Ａに溶接にて結合されている。このフランジ３０Ａ、３２Ａがルーフサイドレール１６におけるフランジ２４Ａ、２８Ａ、２６Ａの結合部に溶接にて結合されている。

図２に示される如く、ルーフリインフォースメント３２は、車幅方向から見た側断面視で上向きに開口した略ハット形状とされており、その底部３２Ｂの前後方向中央部からは、車幅方向の略全長に亘る凸部３２Ｃが膨出されている。このルーフリインフォースメント３２は、凸部３２Ｃ及び上記ハット形状を形成する前後のフランジ３２Ｄがそれぞれルーフパネル３０の内面に溶接にて固着されており、該ルーフパネル３０との間に閉断面構造を形成している。したがって、ルーフパネル３０は、ルーフリインフォースメント３２によって補強されている。

そして、車体上部構造１０は、センタピラー１２の上部とルーフリインフォースメント３２の車幅方向外端とを連結する連結部材としてのルーフガセット３４を備えている。この実施形態では、ルーフガセット３４は、上記の通りセンタピラー１２の上端に結合されているルーフサイドレール１６（を介してセンタピラー１２）とルーフリインフォースメント３２とを連結する構成とされている。

具体的には、図２に示される如く、ルーフガセット３４は、車幅方向から見た側断面視で上向きに開口した略ハット形状とされると共に車幅方向内端が該車幅方内向きに開口しており、ルーフリインフォースメント３２の車幅方向端部を嵌入可能に形成されている。また、ルーフガセット３４は、断面視で上記の如くハット形状とされることで、所要の剛性を確保している。さらに、ルーフガセット３４の底部３２Ｂにおける前後方向中央部でかつ車幅方向外端近傍からは、ボルト受け座３４Ｂが膨出されて形成されている。ボルト受け座３４Ｂにはボルト貫通孔３６が設けられており、底部３２Ｂにおけるボルト受け座３４Ｂよりも車幅方向内側部分には前後一対のボルト貫通孔３８が設けられている。

一方、図２に示される如く、ルーフリインフォースメント３２の底部３２Ｂにおけるボルト貫通孔３８に対応する位置には、それぞれボルト貫通孔４０が設けられている。図１に示される如く、底部３２Ｂの上面には、ボルト貫通孔３８、４０を貫通したボルト４４の螺合が可能とされたウェルドナット４６（図２では図示省略）が設けられている。また、ルーフサイドレールインナ２４におけるボルト貫通孔３６に対応する位置には、ボルト貫通孔４２が設けられており、ルーフサイドレールインナ２４の上面には、ボルト貫通孔３６、４２を貫通したボルト４８の螺合が可能とされたウェルドナット５０が設けられている。

これにより、ルーフガセット３４は、そのボルト貫通孔３８及びルーフリインフォースメント３２のボルト貫通孔４０を貫通したボルト４４がウェルドナット４６に螺合することで、該ルーフリインフォースメント３２に結合されると共に、そのボルト貫通孔３６及びルーフサイドレールインナ２４のボルト貫通孔４２を貫通したボルト４８がウェルドナット５０に螺合することで、該ルーフサイドレールインナ２４に結合されて、ルーフリインフォースメント３２とルーフサイドレール１６すなわちセンタピラー１２の上端とを連結する構成である。

さらに、車体上部構造１０は、ルーフリインフォースメント３２に設けた弱化部としてのクラッシュビード５２と、ルーフガセット３４に設定した弱化部としての応力集中部５４とを備えている。クラッシュビード５２は、ルーフリインフォースメント３２の車幅方向外端部におけるルーフガセット３４よりも車幅方向内側部分に配置され、凸部３２Ｃの両側の底部３２Ａを膨出させることで形成されている。これにより、ルーフリインフォースメント３２は、車幅方向の曲げモーメントが作用した際に、クラッシュビード５２において折れ曲がるようになっている。この実施形態では、クラッシュビード５２が車幅方向中央（図３及び図４に示す中心線ＣＬ）から４００ｍｍ以上離間して配置されている。

ルーフガセット３４の応力集中部５４は、ボルト受け座３４Ｂの車幅方向内端と底部３４Ａとの境界部として設定されている。具体的には、図１及び図２に示される如く、ボルト受け座３４Ｂは、その車幅方向内端部が、ボルト貫通孔３６の形成面から底部３４Ａ側に向けて連続的に低位となるように傾斜した傾斜部３４Ｃとされており、該傾斜部３４Ｃと底部３４Ａとの境界部がルーフガセット３４の強度の断点（不連続部）である応力集中部５４とされている。これにより、ルーフガセット３４は、車幅方向の曲げモーメントが作用した際に、応力集中部５４において折れ曲がるようになっている。

そして、車体上部構造１０では、ルーフガセット３４がルーフリインフォースメント３２とルーフサイドレール１６（センタピラー１２）とを連結した状態で、センタピラー１２に車体外側から内向きの力が作用してルーフリインフォースメント３２に車幅方向の曲げモーメントが作用した場合には、ルーフリインフォースメント３２がクラッシュビード５２において折れ曲がる前に、ルーフガセット３４が応力集中部５４において折れ曲がる設定とされている。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の車体上部構造１０が適用された自動車は、車体Ｓのセンタピラー１２に他車両等が側面衝突（側突）すると、図３（Ａ）に模式的に示される如く、センタピラー１２には車幅方向内向きの荷重Ｆが作用し、ルーフリインフォースメント３２には荷重Ｆに基づく車幅方向の曲げモーメントＭが作用する。

図４（Ａ）に示される如く、衝突車両がセダン車等の乗用車７０である場合には、荷重Ｆがセンタピラー１２における比較的低い位置に入力され、該荷重Ｆのフロア構造部１１によって支持される割合が高く、ルーフリインフォースメント３２に作用する曲げモーメントＭが小さい。このため、ルーフリインフォースメント３２の曲げモーメントＭによる変形が小さく、またルーフガセット３４がセンタピラー１２の上端廻りの曲げモーメントを支持するので該センタピラー１２の車室への侵入量が小さく、車体Ｓでは乗員の十分な生存空間が確保される。

一方、図４（Ｂ）に示される如く、衝突車両が、車高が高くかつ車体重量の大きい車両、例えば所謂ＳＵＶ（スポーツユーティリティビークル）８０である場合には、上記した乗用車７０等が衝突した場合と比較して、センタピラー１２の高い位置に大きな荷重Ｆが作用する。この場合、荷重Ｆのフロア構造部１１によって支持される割合が低く、また荷重Ｆ自体が大きくなるため、ルーフリインフォースメント３２に作用する曲げモーメントＭが大きい。

すると、車体上部構造１０では、ルーフガセット３４が応力集中部５４において折れ曲がり、ルーフリインフォースメント３２に作用する曲げモーメントＭが緩和される。また、この変形によって衝突による衝撃エネルギの一部が吸収（消費）される。次いで、残余の衝撃エネルギによる曲げモーメントＭによって、ルーフリインフォースメント３２がクラッシュビード５２において折れ曲がり、この残余の衝撃エネルギも吸収される。

ここで、車体上部構造１０では、ルーフガセット３４に応力集中部５４を設けたため、側突時にルーフリインフォースメント３２に作用する曲げモーメントＭが緩和され、センタピラー１２の車室への侵入が抑制される。このことを、応力集中部５４及びクラッシュビード５２を備えない比較対象構成（図示省略）との比較で説明する。

比較対象構成では、ＳＵＶ等がセンタピラーに側突した場合、本実施形態と同様にルーフリインフォースメントに大きな曲げモーメントが作用する。すると、このルーフリインフォースメントは、その構造上の最も弱い部位（位置決め基準孔の設置部位等）で折れ曲がることで衝突エネルギを吸収するが、図３（Ｂ）に示す如く、ルーフリインフォースメントにおける折れ曲がり部位よりも車幅方向外側に位置する部分がモーメントアーム（見掛け上のセンタピラーの高さ）を増大してしまう。このため、ルーフリインフォースメントに作用する曲げモーメントＭの緩和効果よりも曲げモーメントＭの増大効果が大きく、曲げモーメントＭが増大してルーフリインフォースメントの折れ（曲げ）が増大する（折れ曲がり部位が車幅方向内側に移動（進行）していく）。このため、センタピラー１２が車室内に大きく侵入し、車室内空間が狭められる。

これに対して、車体上部構造１０を備えた車体Ｓでは、曲げモーメントＭによって最初に折れ曲がる部位が車幅方向の外端近傍に位置するルーフガセット３４の応力集中部５４であるため、図３（Ｂ）に示すモーメントアーム長の増大量が極めて小さい。このため、ルーフガセット３４が応力集中部５４で折れ曲がる際には、ルーフリインフォースメント３２に作用する曲げモーメントＭが確実に緩和される。また、センタピラー１２の車室への侵入も抑制される。

さらに、残余のエネルギがある場合には、ルーフリインフォースメント３２がクラッシュビード５２において折れ曲がるため、これによって残余の衝撃エネルギが吸収されると共に、このクラッシュビード５２の設置位置を超えて車幅方向内側に曲げが増大すること、すなわちセンタピラー１２が車室に侵入することが抑制される。そして、このクラッシュビード５２が車幅方向中央から４００ｍｍ以上離間して設けられているため、車幅方向に略４００ｍｍの室内生存空間を確保することができる。また、比較的軽量な自動車に本車体上部構造１０を適用した場合でも、相対的に大型の（重い）自動車に側突された際における上記残余の衝撃エネルギが、自動車自体の移動によって消費されるので、この残余の衝撃エネルギによるルーフリインフォースメント３２の曲げが増大する（クラッシュビード５２を超えて車幅方向内側に曲げが進行する）ことが防止される。すなわち、車体上部構造１０は、小型車に適用されても側突時に十分な室内生存空間を確保することができる。

以上説明したように、車体上部構造１０では、応力集中部５４及びクラッシュビード５２を備えたため、換言すれば、応力集中部５４とクラッシュビード５２とが異なるタイミングで折れ曲がる２段折れ構造を実現したため、応力集中部５４における折れ曲がりによってルーフリインフォースメント３２の曲げモーメントＭを緩和すると共に、その後特定の部位（クラッシュビード５２）を折れ曲がるようにしてセンタピラー１２の車室への侵入を抑え、室内生存空間を確保することができる。このため、上記した比較対象構成の如き構成で室内生存空間を確保するために用いられる補強部材に頼る必要がない。特に、上記比較対象構成では、センタピラー１２への側突時にルーフ１４が不特定部位で折れ曲がり、かつ折れ曲がり変形の進行程度すなわちセンタピラー１２の車室への侵入量を予測することができないために、安全確保のために大規模な補強を採る場合が考えられるが、本実施形態では、このような大規模な補強を施すことを避けることができる。

このように、本実施形態に係る車体上部構造１０では、車体上部を重量化することなく側突時にセンタピラー１２が車室内に侵入する量を低減することができる。

次に本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態と基本的に同一の部品・部分については上記第１の実施形態と同一の符号を付してその説明・及び図示を省略する。

図５には、本発明の第２の実施形態に係る車体上部構造１０を構成するルーフガセット６０が斜視図にて示されている。この図に示される如く、ルーフガセット６０は、応力集中部５４に代えてクラッシュビード６２を備える点で、ルーフガセット３４とは異なる。

具体的には、車幅方向から見た側断面視でハット形状とされたルーフガセット６０は、その底部６０Ａにおける前後方向中央部が膨出されてボルト受け座６０Ｂが形成されている。ボルト受け座６０Ｂは、ルーフガセット６０の車幅方向内端に至っており、その車幅方向内側の一部がルーフリインフォースメント３２の凸部３２Ｃに下側から入り込むようになっている。そして、クラッシュビード６２は、ボルト受け座６０Ｂに設けられたボルト貫通孔３６と、底部６０Ａにボルト受け座６０Ｂを挟んで一対設けられたボルト貫通孔３８との間の底部６０Ａが膨出されて形成されている。クラッシュビード６２は、ボルト受け座６０Ｂを挟んで前後両側に形成されている。

この第２の実施形態では、ルーフガセット６０におけるモーメントＭによる折れ曲がり部位がクラッシュビード６２である点を除き、第１の実施形態と全く同様に構成されている。したがって、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記各実施形態では、本発明における弱化部がルーフリインフォースメント３２、ルーフガセット３４、６０にそれぞれクラッシュビード５２、応力集中部５４又はクラッシュビード６２として設けられた構成を示したが、本発明はこれに限定されない。また、弱化部の構造としては、クラッシュビード５２、６２や応力集中部６４に限定されることはなく、例えば、薄肉部や切り抜き部等を設けることで弱化部を設定しても良い。

本発明の第１の実施形態に係る車体上部構造を示す車体前方から見た断面図である。本発明の第１の実施形態に係る車体上部構造を構成するルーフリインフォースメント及びルーフガセットの斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る車体上部構造が適用された車体に側突時に作用する力及びモーメントを概略的に示す図であって、（Ａ）は車体変形前の状態を示す模式図、（Ｂ）は車体変形過程の模式図である。本発明の第１の実施形態に係る車体上部構造が適用された車体に側突状態を示す図であって、（Ａ）は衝突車両が乗用車である場合の模式図、（Ｂ）は衝突車両がＳＵＶである場合の模式図である。本発明の第２の実施形態に係る車体上部構造を構成するルーフガセットの斜視図である。

符号の説明

１０車体上部構造
１２センタピラー
３０ルーフパネル
３２ルーフリインフォースメント
３４ルーフガセット（連結部材）
５２クラッシュビード（弱化部）
５４応力集中部（弱化部）
６０ルーフガセット（連結部材）
６２クラッシュビード（弱化部）

Claims

車幅方向に長手とされると共に、車体の前後方向におけるセンタピラー設置部位に配置されて該車体のルーフパネルを補強するルーフリインフォースメントと、
前記センタピラーの上部と前記ルーフリインフォースメントとを連結する連結部材と、
前記連結部材又は前記ルーフリインフォースメントにおける車幅方向中央から所定距離以上離間した位置に設けられ、車幅方向の曲げに対し他の部分よりも弱い弱化部と、
を備え、
前記弱化部は、前記連結部材及び前記ルーフリインフォースメントにおける車幅方向中央から所定距離以上離間した位置に、それぞれ設けられており、
かつ、前記連結部材の弱化部は、前記センタピラーに車体外側方から作用する荷重に基づく曲げモーメントによって、前記ルーフリインフォースメントが弱化部において折れ曲がるよりも前に折れ曲がるように設定されている車体上部構造。