JP4496956B2 - 車体前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車体前部構造、特に、エンジンルームと車室とにわたる領域の車体前部構造に関する。

車両のボディー、特に、車室と車室前方領域とに亘る骨格を構成する車体前部構成部材は、その剛性確保の必要性があると共に車両の前側からの衝突時には衝撃吸収機能を発揮することが要求されている。そこで、前後方向に延在される左右一対のサイドメンバの前方延出部には、予め、前後方向の圧縮変形を容易化した圧縮変形促進部を設け、車両の前方衝突時にはこの部位を塑性変形させて衝撃エネルギーを吸収し、車室の変形を抑え、乗員の安全確保を図っている。

即ち、車体前部構成部材が前方衝突をすると、例えば、図１１に示すように、衝突開始より車室前方領域変形（変形域ｕ１）とそれに続く車室下部変形（変形域ｕ２）が順次生じて車両停止段階に達している。この時、衝撃吸収機能を備えている車両の場合、実線ｇ１で示す変位量−減速度特性を示すのに対して、車体前部構成部材の衝撃吸収機能が低いと、図１１に２点差線ｇ２で示すような変位量−減速度特性を示す。この場合、サイドメンバの変形が進むに応じて、特に変形最終段階で大きな減速度が生じ、これが乗員の安全性を低減させる要因となる。

ところで、図９に示すように、前後に長い左右一対のサイドメンバ１００は前方延出部ｅ１とフロア対向部ｅ３を上下に段差を有するよう配置し、それらの間を傾斜したキックアップ部ｅ２を介し連続形成している。このキックアップ部ｅ２にはフロア１１０の先端に続き上方に湾曲して延びるダッシュパネル１２０が接合されており、車室対向面は乗員の足元１４０が載置されるように形成されている。

ここで、左右一対のサイドメンバでは水平に延びてきたフロア対向部と上向きに傾斜して延びるキックアップ部ｅ２とが連続する曲げ領域ｍが存在する。この曲げ領域ｍは車両の前側衝突時に曲げ応力を受けやすく、前側衝突時に大荷重を受けると前方延出部ｅ１の圧縮変形促進部１３０の圧縮変形に続いてこの曲げ領域ｍが、図１０に示すように曲げ変形して衝撃吸収を行うこととなる。

このフロア対向部ｅ３とキックアップ部ｅ２とが連続する曲げ領域ｍの曲げ変形を防止する技術として左右のフロントピラー（不図示）間に配備されるダッシュクロスメンバ１５０の中間部の２箇所を左右のサイドメンバ側の前方延出部ｅ１の後端と接合させて前側衝突時の大荷重をダッシュクロスメンバ１５０より左右のフロントピラー（不図示）に伝達して分散させ、フロア対向部ｅ３とキックアップ部ｅ２とが連続する曲げ領域ｍの変形を抑制する構造が知られており、その一例が、特許登録第３３６０６４７号公報（特許文献１）や、実用新案登録第２５２２６９０号公報（特許文献２）に開示されている。

特許登録第３３６０６４７号公報 実用新案登録第２５２２６９０号公報

しかしながら、ダッシュクロスメンバ１５０自体が前側衝突時の大荷重を受けて変形するような場合には、フロア対向部ｅ３とキックアップ部ｅ２とが連続する曲げ領域ｍの変形が進み、フロア１１０とダッシュパネル１２０との連結部近傍域上の乗員の足元１４０の空間が狭められることから、更なる改善が望まれている。
本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、車両の前側衝突時の大荷重によってサイドメンバのフロア対向部とキックアップ部とが連続する曲げ領域の変形を抑制して乗員の安全性を向上させることのできる車体前部構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の車体前部構造は、車体のフロア下方に位置するフロア対向部と上記フロア対向部より上方に位置して前方に延びる前方延出部と上記フロア対向部及び前方延出部を接続するキックアップ部とを有するフロントサイドメンバと、上記フロントサイドメンバの車幅方向外側に配置され車両上下方向に延在されたフロントピラーと、バー状部材であり、上記フロントピラーと上記フロントサイドメンバの前方延出部の後端付近とに接合されて、上記車体の前方衝突時の荷重を上記フロントサイドメンバ側から上記フロントピラーに伝達して分散させるメンバ部材とを備え、上記メンバ部材には車両前後方向へ所定以上の荷重が作用した場合に折れ変形するよう設定した湾曲部が形成され、上記キックアップ部の車室対向側であって上記フロア対向部より上位置の上記前方延出部の後端に近い部位に曲げ剛性低減部が形成され、上記車体の前方衝突時において、上記メンバ部材の湾曲部の折れ変位が生じた際に上記キックアップ部の曲げ剛性低減部の曲げ変位が生じるよう構成されたことを特徴とする。

請求項２記載の車体前部構造は、請求項１記載の車体前部構造において、上記フロントサイドメンバのキックアップ対向部は開口部を上向きとしたハット型断面部材とそれに接合する平板部材からなり、上記剛性低減部は上記平板部材の切除部として形成されることを特徴とする。

請求項３記載の車体前部構造は、請求項１記載の車体前部構造において、上記剛性低減部は上記平板部材に形成されるビード部として形成されることを特徴とする。

請求項４記載の車体前部構造は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の車体前部構造において、上記フロントサイドメンバの前方延出部には前後方向への圧縮変形を容易化する圧縮変形促進部が形成されたことを特徴とする。

請求項１記載の車体前部構造によれば、左右のフロントサイドメンバの前方よりの過荷重がダッシュパネル側に加わった場合、キックアップの車室対向側であってフロア対向部より上位置の前方延出部の後端に近い部位に設けられた曲げ剛性低減部が応力集中を受けて折れ変形する。このため、フロア対向部とキックアップ対向部とが連続する下曲げ領域近傍の変形を抑制でき、この下曲げ領域より十分に上位置に曲げ剛性低減部が形成されるので、下曲げ領域側に位置する乗員の足元の安全性を向上できる。しかも、屈曲する剛性低減部はフロア対向部の近傍域より上方に位置し、その部位で折れ変形が生じても、その前側の前方延出部が下方に変位する量を比較的低減でき、これによって車両同士の衝突時に相手車両へのもぐり込みを抑制でき、この点で、乗員の安全性が向上する。

請求項２記載の車体前部構造によれば、ハット型断面部材とそれに接合する平板部材とでキックアップ対向部が形成されている場合、平板部材の切除部を剛性低減部として比較的容易に形成できる。

請求項３記載の車体前部構造によれば、ハット型断面部材とそれに接合する平板部材とでキックアップ対向部が形成されている場合、平板部材にビード部を形成することで剛性低減部を比較的容易に形成できる。

請求項４記載の車体前部構造によれば、フロントサイドメンバの前方延出部に圧縮変形促進部が形成されることで、車両の衝突時には、まず、前方延出部の圧縮変形促進部がその長手方向に圧縮変形して前方衝突時の衝撃を吸収し、次いでキックアップ対向部の剛性低減部は折れ変形して衝撃を吸収するため、車室乗員の安全性が向上し、しかも前方延出部が下方に変位する量を比較的低減でき、これによって車両同士の衝突時に相手車両へのもぐり込みを抑制でき、この点でも乗員の安全性が向上する。

図１、図３にはこの発明の一実施形態としての車体前部構造が適用された自動車である車両を示す。
車両１はその車体前部のエンジンルーム２と、それに続く車室３とを備え、ボディー全体はシャシ４に一体的に結合されている。図２に示すように、シャシ４の前部は、前後方向Ｘに長い左右一対のサイドメンバ５と、両メンバを相互に一体的に結合する複数のクロスメンバ６、７、８と、左右一対のサイドメンバ５より車幅方向Ｙ外側に延出する複数の補助メンバ９とを備える。
左右一対のサイドメンバ５は、その主要部において閉断面形状のフレームを成しており、水平に延びる前方延出部ｅ１と傾斜して延びるキックアップ部ｅ２と水平に延びるフロア対向部ｅ３とを備える。

前方延出部ｅ１は車幅方向Ｙ外側に開口するコ字形部材１１（図５（ｄ）参照）とその開口を閉鎖するように重ねられ一体接合される縦向き板１２とで形成される。特に、前方延出部ｅ１はその前後方向Ｘにおける中間域に、前後方向Ｘの圧縮変形を容易化するための加工、例えば、車幅方向Ｙに連続する不図示の小穴列やビード等からなる剛性弱点部を所定域に連続して設けて圧縮変形促進部１３を形成している。この圧縮変形促進部１３は車両１が定常状態であると十分の剛性を確保でき、前後方向Ｘに過荷重を受けた場合にのみ圧縮変形してその領域を前後方向Ｘに短縮するように潰れ変形し、衝撃エネルギーの吸収を図るという機能を備える。

左右の前方延出部ｅ１の後端部は後述する上曲げ領域ｎをなし、その部位ｎに荷重分散ブラケット１４が一体結合される。左右の荷重分散ブラケット１４は各前方延出部ｅ１の後端部に溶着される基部１４１と、基部１４１より上方に延出し、後方対向面を有する連結部１４２とで形成される。左右の連結部１４２の後方対向面にはダッシュクロスメンバ１５の中間部の２箇所が当接し、それぞれが相互に一体結合される。

ダッシュクロスメンバ１５は所定の剛性を有するバー状部材であり、ここでは屈曲形成された金属パイプが採用されている。ダッシュクロスメンバ１５の左右端には接続用の金属ブラケット１６が溶着されている。左右の金属ブラケット１６は左右のフロントピラー１７の高さ方向での中間部の外壁面に接合するよう屈曲形成され、相互に溶着される。なお、ダッシュクロスメンバ１５に前後方向の過荷重が加わり、設定値を越えるような場合には、このダッシュクロスメンバ１５の左右湾曲部１５１が折れ変位するように設定され、これにより、衝撃吸収機能を発揮できるように形成されている。

左右のフロントピラー１７は車両上下方向Ｚに延在されており、その下端が左右一対のサイドメンバ５より車幅方向Ｙで外側に延出する左右補助メンバ９（図３参照）に一体的に連結され、不図示の左右のサイドシルの前端にも一体的に連結される。さらに、左右のフロントピラー１７の上端は不図示の左右のルーフサイドレールやフロントルーフレールにも結合され、左右のフロントピラー１７の間は不図示のカウルトップによって相互に結合され、十分な剛性を確保している。

このため車両１の前側衝突時にサイドメンバ５より過荷重の一部が荷重分散ブラケット１４を介しダッシュクロスメンバ１５に加わる。この場合、左右のフロントピラー１７に分散し伝達された過荷重の一部は車体基部に確実に分散して受取られる。特に、ダッシュクロスメンバ１５に加わる過荷重が設定値を越えるような場合には、ダッシュクロスメンバ１５の左右湾曲部１５１が折れ変位（図２の符号Ｊ参照）して衝撃吸収に寄与できる。

車室３の下部のフロア対向部ｅ３は、上向き開口のハット形断面部材５０１（後述の図５（ａ）と同様）と、その上縁のフランジに重なり相互に溶着される長板部材５０２とで形成されている。長板部材５０２はフロア１８の下面に連結されることでこの部位が閉断面形状のサイドメンバ５として機能できる。フロア対向部ｅ３の前端側と前方延出部ｅ１の後端側とは傾斜して延びるキックアップ部ｅ２によって相互に一体的に結合される。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、キックアップ部ｅ２は上向き開口のハット形断面部材５０１と、その上縁のフランジに重なり相互に溶着される長板部材５０２とで形成され、これによって、この部位が閉断面形状のサイドメンバ５のキックアップ部ｅ２として機能できる。なお、長板部材５０２にはフロア１８の前端縁に接合されたダッシュパネル１９の傾斜部が重なり、相互に連結されており、ダッシュパネル１９の縦壁部の上端は不図示の車幅方向に長いカウルトップに接合される。

キックアップ部ｅ２の下端とフロア対向部ｅ３とが連続形成されてなる下曲げ領域ｍと、キックアップ部ｅ２の上端と前方延出部ｅ１とが屈曲して連続形成されてなる上曲げ領域ｎとは傾斜領域ｑ（図１、２参照）を介し連続して形成される。なお、上曲げ領域ｎには上述の荷重分散ブラケット１４が溶着される。
ここで、傾斜領域ｑのうち上曲げ領域ｎとの境近傍、即ち、フロア対向部ｅ３より上位置の前方延出部ｅ１に近い部位に曲げ剛性低減部Ｅが形成される。

曲げ剛性低減部Ｅはその周辺部より曲げ剛性が低く成るように形成されればよい。ここでは、図５（ａ）に示すように、ハット形断面部材５０１の左右フランジｆに対して接合されている傾斜長板５０２ｓが、この部位で所定幅ｔ１で切除されてなる切除部を曲げ剛性低減部Ｅ（図６（ａ）参照）として形成されている。

曲げ剛性低減部Ｅは車両１が定常状態であると十分の曲げ剛性を確保でき、前方延出部ｅ１より加わる前後方向Ｘの過荷重を上曲げ領域ｎで受ける場合にのみ、曲げ剛性低減部Ｅに曲げ応力を集中して受けることにより、キックアップ部ｅ２の他の部位より曲げ変形が促進されるように形成される。このため、車両１の前方衝突時に前後方向Ｘの過荷重が曲げ剛性低減部Ｅに加わり、同部が後方変位をするような場合には、キックアップ部ｅ２の比較的上端側で折れ変位が生じるように屈曲変位モードの調整を行うことができる。

なお、曲げ剛性低減部Ｅとしては、図６（ａ）の傾斜長板５０２ｓの所定幅ｔ１の切除部に代えて、図６（ｂ）に示すように、傾斜長板５０２ｓに所定幅ｔ２の凹状の逆ビード５０２ｂを曲げ剛性低減部Ｅとして形成してもよい。この場合、ハット形断面部材５０１の逆ビード５０２ｂと対向する部位となる左右フランジｆ及び縦壁部ｗには、逆ビード５０２ｂを嵌合させるような形状の凹部（図６（ｂ）の２点差線参照）が形成されることとなるが、左右フランジｆに不図示の切除部を設けて曲げ剛性を調整してもよい。

このような車体前部構造を備えた車両１が定常状態で走行中は、車体前部は路面反力をシャシ４側が受けても各部は十分な耐久性を持って走行できる。このような車両１が前側より障害物Ｍ（図８参照）に衝突したとする。
この場合、前方衝突時の過荷重が比較的小さい場合には、左右一対のサイドメンバ５の前方延出部ｅ１における圧縮変形促進部１３が前後方向Ｘに過荷重を受けて圧縮変形して前後方向Ｘに短縮するように潰れ変形し、衝撃エネルギーの吸収を図る。

衝突時の過荷重が比較的大きいと、この場合は、左右一対のサイドメンバ５の前方延出部ｅ１の圧縮変形促進部１３が前後方向Ｘに短縮するように潰れ変形し、衝撃エネルギーの一部を吸収し、さらに、過荷重が左右の荷重分散ブラケット１４、ダッシュクロスメンバ１５を介し左右一対のフロントピラー１７側に分散して伝達される。この際、ダッシュクロスメンバ１５に加わる過荷重が過度に大きく、設定値を越えるような場合には、ダッシュクロスメンバ１５の左右湾曲部１５１が折れ変位Ｊ（図２参照）して衝撃エネルギーの吸収を促進できる。
さらに、これに続いて左右一対のサイドメンバ５のキックアップ部ｅ２の曲げ剛性低減部Ｅが曲げ変形して衝撃エネルギーの吸収を促進できる。

なお、図７には、車体前部構成部材のサイドメンバ５が衝撃吸収機能を働かせて変形量を増加させていく段階での車両１の減速度の変位を示した。
ここで明らかなように、衝突開始より車室前方圧縮域Ｕ１とそれに続く曲げ剛性低減部Ｅでの変形域Ｕ２を経て車両停止段階までの間の減速度は全域で比較的フラット化され、過度に減速度が大きくなる状態を抑制することができる。これは図１の車体前部構造においては、車両１の前方からの衝突時に、前方延出部ｅ１の圧縮変形促進部１３の圧縮変位と、ダッシュクロスメンバ１５の左右湾曲部１５１の折れ変位と、キックアップ部ｅ２の曲げ剛性低減部Ｅの曲げ変位とによって衝撃吸収機能を順次発揮できたためであり、過度に減速度が大きくならず、車室３の乗員の衝突時の安全性を向上させることができた。

特に、左右一対のサイドメンバ５のキックアップ部ｅ２の曲げ剛性低減部Ｅが周辺の他の部位より曲げ変形し易くしたので、フロア対向部ｅ３とキックアップ部ｅ２とが連続する下曲げ領域ｍ近傍の変形を抑制することとなる。
このため、曲げ剛性低減部Ｅが傾斜部の下曲げ領域ｍより十分に上位置に形成されることによって、そこでの曲げ変形が生じたとしても、乗員の足元１０はキックアップ部ｅ２の最下端の下曲げ領域ｍ側に位置することより乗員の足元１０の安全性を確保することができる。

さらに、車両１の曲げ剛性低減部Ｅは下曲げ領域ｍより十分に上位置にあることより、左右一対のサイドメンバ５の前方延出部ｅ１が、例え、圧縮変形してもその際の下方への変形量が比較的少なくて済む。このため、車両同士の衝突時において、前方延出部ｅ１側に結合されている車体前部構成部材が沈み込み変位することに起因して衝突時に車両１が相手車両へもぐり込むことを抑制でき、この点でも乗員の安全性が向上する。

さらに、図１の車体前部構造ではハット型断面部材５０１とそれに接合する傾斜長板５０２ｓとでキックアップ部ｅ２を形成したが、この場合に傾斜長板５０２ｓ（平板部材）の切除部を曲げ剛性低減部Ｅとして比較的容易に形成できる。さらに、ハット型断面部材５０１とそれに接合する傾斜長板５０２ｓ（平板部材）とでキックアップ部ｅ２を形成した場合において、傾斜長板５０２ｓにビード部５０２ｂを形成することでも剛性低減部を比較的容易に形成できる。

上述のところで、車体前部構造での左右一対のサイドメンバ５の曲げ剛性低減部Ｅが形成されるキックアップ部ｅ２はハット型断面部材５０１とそれに接合する傾斜長板５０２ｓ（平板部材）とからなる閉断面構造を採るものとして説明したが、これに代えて次のような構成を採用してもよい。
即ち、傾斜長板５０２ｓ（平板部材）を排除し、ハット型断面部材５０１の左右フランジｆに直接ダッシュパネル１９が接合されるサイドメンバ構造の場合において、図５（ｅ）に示すようにハット型断面部材５０２のキックアップ部ｅ２上で上曲げ領域ｎ近傍部分における左右フランジｆの一部に切欠部ｒを設け、これによりサイドメンバ５の曲げ剛性低減部Ｅを形成してもよく、この場合も図１の車体前部構造とほぼ同様の作用効果が得られる。

本発明の一実施形態としての車体前部構造が適用された車両前部のシャシの定常状態での要部を概略的に示す側面図である。 図１の車両前部のシャシの前方衝突後の要部を概略的に示す側面図である。 図１の車両前部のシャシの平面図である。 図１の車両前部のシャシの斜視図である。 図１の車体前部構造で用いるサイドメンバの断面図で、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図１のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）は本発明の他の実施形態で用いるサイドメンバの剛性低減部の要部切欠側面図である。 図１の車体前部構造で用いるサイドメンバのキックアップ部上の剛性低減部を示し、（ａ）は図１上の剛性低減部の斜視図、（ｂ）は他の変形例としての剛性低減部の斜視図である。 図１のサイドメンバのキックアップ部上の剛性低減部の衝突時のサイドメンバ変位量−車両の減速度の特性線図である。 図１の車両前部のシャシの衝突後における平面図である。 従来の車両前部のシャシの定常状態での要部を概略的に示す側面図である。 従来の車両前部のシャシの衝突後の状態での要部を概略的に示す側面図である。 従来のサイドメンバのキックアップ部上の剛性低減部の衝突時の変位に伴うサイドメンバ変位量−車両の減速度との特性線図である。

符号の説明

１ 車両
２ エンジンルーム
５ フロントサイドメンバ
１３ 圧縮変形促進部
１５ ダッシュクロスメンバ
１７ フロントピラー
１８ フロア
１９ ダッシュパネル
ｅ１ 前方延出部
ｅ２ キックアップ対向部
ｅ３ フロア対向部
Ｅ 曲げ剛性低減部
Ｘ 車両前後方向
Ｙ 車幅方向
Ｚ 車両上下方向

Claims (4)

1. 車体のフロア下方に位置するフロア対向部と上記フロア対向部より上方に位置して前方に延びる前方延出部と上記フロア対向部及び前方延出部を接続するキックアップ部とを有するフロントサイドメンバと、
   上記フロントサイドメンバの車幅方向外側に配置され車両上下方向に延在されたフロントピラーと、
   バー状部材であり、上記フロントピラーと上記フロントサイドメンバの前方延出部の後端付近とに接合されて、上記車体の前方衝突時の荷重を上記フロントサイドメンバ側から上記フロントピラーに伝達して分散させるメンバ部材とを備え、
   上記メンバ部材には車両前後方向へ所定以上の荷重が作用した場合に折れ変形するよう設定した湾曲部が形成され、
   上記キックアップ部の車室対向側であって上記フロア対向部より上位置の上記前方延出部の後端に近い部位に曲げ剛性低減部が形成され、
   上記車体の前方衝突時において、上記メンバ部材の湾曲部の折れ変位が生じた際に上記キックアップ部の曲げ剛性低減部の曲げ変位が生じるよう構成されたことを特徴とする車体前部構造。
2. 請求項１記載の車体前部構造において、
   上記フロントサイドメンバのキックアップ対向部は開口部を上向きとしたハット型断面部材とそれに接合する平板部材からなり、上記剛性低減部は上記平板部材の切除部として形成されることを特徴とする車体前部構造。
3. 請求項１記載の車体前部構造において、
   上記剛性低減部は上記平板部材に形成されるビード部として形成されることを特徴とする車体前部構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の車体前部構造において、
   上記フロントサイドメンバの前方延出部には前後方向への圧縮変形を容易化する圧縮変形促進部が形成されたことを特徴とする車体前部構造。

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