JP4668007B2 - 自動車のセンターピラー補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のセンターピラー補強構造に関する。

自動車車体には、車室の車体前後方向中央部の左右両側にて、フロアとルーフを連結する構造部材としてのセンターピラーが配設されている。自動車の側面衝突時の配慮が、特になされていないセンターピラーでは、他の自動車が側面衝突すると、センターピラーがベルトライン（サイドウインドの下端を通る線）付近で折れ曲がり易く、ベルトライン付近でセンターピラーが折れ曲がると、車室側への変形量が大きくなる。

そのため、側面衝突時においても車室内側への影響を少なくし、車室内空間をなるべく広く確保できるように、センターピラーの車室内側への変形量（変形幅）を抑制するセンターピラーの構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特許文献１では、センターピラーの下側ドアヒンジ取付部直下とロッカ上面との間の範囲が、センターピラーに側方から作用する荷重に対して強度的に他の部位に比べて弱い脆弱部とされている。そして、この脆弱部の上端部での車両前後方向を軸とした全断面塑性モーメントの値をセンターピラーの上下方向中央部における湾曲部の車両前後方向を軸とした全断面塑性モーメントの値より小さくした。このため、センターピラーは、下側ドアヒンジ取付部直下からロッカ上面との間の範囲で折れ曲がり、かつセンターピラーの上下方向中央部における湾曲部は、部分的に折れ曲がることなく湾曲した形状を保ったまま車室内側へ変形する。また、センターピラーの変形速度を抑制できる。

特許文献２は、特許文献１の補強構造を改良したものである。そして、センターピラーの上部におけるシートベルトアジャスタレールの上下方向中央部となる位置に形成され、前記シートベルトアジャスタレールを除いた前記センターピラーの車両前後方向を軸とした全断面塑性モーメントが不連続となる全断面塑性モーメント段差部を有する。また、前記全断面塑性モーメント段差部に対して上方側の全断面塑性モーメントの値が、ルーフサイドレールとの接合部における全断面塑性モーメントの値と、上下方向中央部における全断面塑性モーメントの値とを結ぶ全断面塑性モーメント直線に対して、低い値に設定されている。さらに、前記全断面塑性モーメント段差部に対して下方側の全断面塑性モーメントの値が、前記全断面塑性モーメント直線に対して、高い値に設定されている。このため、側面衝突時に、センターピラーは、上部の全断面塑性モーメント段差部と、下部の脆弱部とにおいて折れ曲がり、その上下方向中央部における湾曲部は、部分的に折れ曲がることなく湾曲した形状を保ったまま車室内側へ変形する。

特許文献３では、車体側部に上下方向に配置されるピラーを軽合金により形成した車体構造において、前記ピラーの上端と下端との間に、強度変化点を設定し、この強度変化点より上方に位置する前記ピラーの上部では、車体外方からの外力に対する部材強度を前記強度変化点より下方に位置する前記ピラーの下部の強度より大きく構成した。強度変化点はセンターピラーの肉厚変化による強度変化の変曲点として構成し、この変曲点では板厚を上部から下部に向かって急減させている。
特開平８−３１０４４２号公報（明細書の段落［００２０］，［００２４］） 特開２００４−１３０８２６号公報（明細書の段落［００２１］〜［００２６］，［００３０］） 特開２００１−１６３２５７号公報（明細書の段落［０１０５］〜［０１０７］）

従来技術では、側面衝突の際、車室内側へのセンターピラーの最大変形幅（変形量）を抑制するという意味で、有効であった。しかし、その観点は、車室内側に最も大きく移動する部位が特に注目されていた。さらに、特許文献３の如く、単に脆弱部又は屈曲部を一点設けるのではなく、センターピラー全体の強度を上下方向で変化させることで、変形後のセンターピラーの形状をコントロールする技術も提案されていた。しかし、この技術もセンターピラーの車室内側への屈曲変形により側面衝突による衝撃力を吸収するものであるため、どの部位を車室内側に突出させるかを調整するものにすぎなかった。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、側面衝突の際、センターピラーの最大変位量を抑制する点は従来技術と同様で、さらに、車室内側へのセンターピラーの変形量、特に突出量を減少することができる自動車のセンターピラー補強構造を提供することにある。

前記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、アウターパネルの内側にアウターリインフォースメントとピラーインナーとが閉断面を成すように設けられた自動車のセンターピラー補強構造である。そして、前記アウターリインフォースメントのベルトラインより下方には、前記自動車の前後方向において一部のみに、前記アウターリインフォースメントの他の外面より車体外側向きに突出した凸条が形成されており、前記凸条には、複数の脆弱部が設けられている。

この発明では、側面衝突時に、外力が車体外方からセンターピラーに作用すると、センターピラーはアウターリインフォースメントの脆弱部において車室内側に折れ曲がる。脆弱部は、ベルトラインより下方に設けられた凸条に形成されているため、センターピラーの折れ曲がり部位はベルトラインより下方となり、折れ曲がり部位がベルトライン付近の場合に比較してセンターピラーの車室内側への変形量が小さくなる。また、複数の脆弱部が隣接して、領域として脆弱部を形成することにより、外力が側方より脆弱部に作用すると、脆弱部が幅広く潰れる形で変形することで、外力の一部が吸収される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記アウターパネルは、前記アウターリインフォースメントの外面を覆うように設けられたピラーアウターで構成されている。この発明では、５ドア車や４ドア車において、請求項１に記載の発明の作用・効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記アウターパネルは、３ドアタイプの車体において前記アウターリインフォースメントの前側外面と、前記アウターリインフォースメントの前側外面より車体の後部とを覆うように設けられている。この発明では、３ドア車において、請求項１に記載の発明の作用・効果が得られる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記凸条は、上下方向に延びるライン状に形成されており、前記脆弱部は、車室内側に凹んだ凹面で構成されており、２個の凹面が連続するように形成されている。この発明では、脆弱部及びその周辺の強度を所望の値に設計するのが容易になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記凸条は、上下方向に延びるライン状に形成されており、前記脆弱部は、車両前後方向に延びる溝で形成されている。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記アウターリインフォースメントと前記ピラーインナーとの間において、前記脆弱部が形成されている位置の一部に対して前記アウターリインフォースメントを挟んで重複するように、第２のリインフォースメントが配置されている。

本発明によれば、側面衝突の際、センターピラーの最大変位量を抑制する点は従来技術と同様で、他の部位の車室内側への突出を増加させること無く、車室内側へのセンターピラーの変形量を減少することができる。

以下、本発明を３ドアタイプの車体に具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図中、矢印ＦＲは車体前方方向を、矢印ＩＮは車体内側方向を、矢印ＵＰは車体上方方向を示す。

図１（ａ）に示すように、３ドアタイプの車体においては、センターピラー１１は、４ドアタイプや５ドアタイプの車体と異なり、アウターパネル１２がピラーアウターを兼用している。センターピラー１１は、アウターパネル１２の内側にアウターリインフォースメント１３とピラーインナー１４とが閉断面を成すように接合されて設けられている。アウターパネル１２は、前端面１２ａが閉位置におけるフロントドア（サイドドア）１５の後端面１５ａと対向する状態で、アウターリインフォースメント１３の前側外面１３ａと、アウターリインフォースメント１３の前側外面１３ａより車体の後部とを覆うように設けられている。

図１（ｂ）は、アウターパネル１２を省略した状態でセンターピラー１１を車体外側から見た側面図である。図１（ｂ）に示すように、アウターリインフォースメント１３は、車体前後方向に沿って延びるルーフサイドレール１６と、ロッカパネル１７との間に、上下方向に延びる状態で設けられている。アウターリインフォースメント１３は、上端がルーフサイドレール１６に、下端がロッカパネル１７に連結されている。

図１（ｂ），（ｃ）に示すように、アウターリインフォースメント１３には、ベルトラインＬより下方に複数の脆弱部１８が設けられている。詳述すると、アウターリインフォースメント１３には、車体外側向きに突出した凸条１９が、上下方向に延びるライン状に形成されている。凸条１９は、車体後方側に片寄った位置に形成されている。脆弱部１８は、凸条１９に設けられるとともに車室内側に凹んだ凹面２０で形成されている。この実施形態では、２個の凹面２０が連続するように形成されている。

また、図１（ａ）に示すように、アウターリインフォースメント１３の内側には第２のリインフォースメント２１が設けられている。第２のリインフォースメント２１は、断面略コ字状に形成されるとともに、アウターリインフォースメント１３の全長の約８０％の長さを有し、その下端が凸条１９の下端付近に位置するようにアウターリインフォースメント１３に固着されている。第２のリインフォースメント２１は、アウターリインフォースメント１３に車体外側方向から外力が作用した際に、第２のリインフォースメント２１の上端２１ａ及び下端２１ｂ（いずれも図１（ｂ）に図示）の部分においてセンターピラー１１の強度が急激に低下しないように形成されている。この実施形態では、第２のリインフォースメント２１の下端２１ｂは水平ではなく斜めに延びる曲線状に形成されており、上端２１ａは車幅方向の幅を短くすることで強度を変化させている。

アウターパネル１２は、例えば、厚さが０．７ｍｍの鋼板により形成されているのに対して、アウターリインフォースメント１３は、例えば、厚さが２．０ｍｍ〜２．５ｍｍの鋼板で形成されている。

次に前記のように構成されたセンターピラー１１の作用を説明する。図２（ａ）に示すように、側面衝突時に車体外方からの外力がセンターピラー１１に側方から作用すると、外力は先ずアウターパネル１２に作用する。アウターパネル１２は、厚さが０．７ｍｍとアウターリインフォースメント１３の厚さの１／３程度と薄いため、変形によっても側面衝突時の衝撃力をほとんど吸収することはできない。よって、側面衝突時の衝撃力の大部分は、アウターリインフォースメント１３、及び、ピラーインナー１４、第２のリインフォースメント２１等に伝達される。図２（ａ），（ｂ）は、アウターパネル１２を省略して、アウターリインフォースメント１３及びピラーインナー１４の関係を示している。

センターピラー１１は、アウターリインフォースメント１３のベルトラインＬより下方に設けられた脆弱部１８、及び、第２のリインフォースメント２１の配置等よりなるセンターピラー１１の強度分布より、脆弱部１８付近で変形し易く、側面衝突時に外力が作用するとセンターピラー１１は、脆弱部１８において車室内側に折れ曲がる。その結果、折れ曲がり部位がベルトライン付近の場合に比較してセンターピラー１１の車室内側への変形量が小さくなる。

図２（ｂ）に、時速５０ｋｍでＳＵＶ側面衝突のシミュレーション試験を行った時の衝突後の最終状態を示す。なお、ＳＵＶとは、ＳＰＯＲＴ ＵＴＩＬＩＴＹ ＶＥＨＩＣＬＥ の略であり、その用途より一般的なコンパクトカーやセダンタイプの一般的な乗用車より車重が重く、車高及びバンパーの位置が高いのが特徴である。このため、側面衝突時に乗用車側に及ぼす衝撃力も、一般的な乗用車同士よりも大きくなる。図２（ｂ）において、実線は脆弱部が１個の場合を示し、破線はこの実施形態の場合を示す。ＳＵＶ側面衝突の場合、衝突する車両のバンパー４０が、衝突される車両のシートベルトリトラクタ２５の高さ付近となる位置関係で衝突が起こる。

センターピラー１１のピラーインナー１４におけるシート座面高さ付近（最も移動する部位）の変位量は、脆弱部が１個の場合とほぼ同じであった。しかし、アウターリインフォースメント１３の脆弱部１８は、脆弱部が１個の場合より大きく変形した。また、センターピラー１１のピラーインナー１４におけるヘッドレスト高さ付近の車室内側への変形量は、脆弱部が１個の場合より減少した。脆弱部１８より下方の部分の車室内側への変形量も脆弱部が１個の場合より減少した。

実車についても時速５０ｋｍでＳＵＶ側面衝突の試験を行った結果、同様の効果が得られた。
前記効果が得られる理由は、脆弱部１８を複数設けることにより、脆弱部が１個の場合と異なり、アウターリインフォースメント１３が複数の脆弱部１８が形成された領域においても変形し易くなって、広い範囲でアウターリインフォースメント１３が潰れる形態で変形する。その結果、衝突のエネルギーのうち、脆弱部１８の変形で吸収される分が増加し、センターピラー１１の上端及び下端付近の変形量が減少したと推定される。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）アウターパネル１２の内側にアウターリインフォースメント１３とピラーインナー１４とが閉断面を成すように設けられたセンターピラー１１において、アウターリインフォースメント１３のベルトラインＬより下方に複数の脆弱部１８が設けられている。従って、センターピラー１１の折れ曲がり部位はベルトラインＬより下方となり、折れ曲がり部位がベルトラインＬ付近の場合に比較してセンターピラー１１の車室内側への最大変形量が小さくなる。また、複数の脆弱部１８が存在することにより、アウターリインフォースメント１３の複数の脆弱部を有する領域が潰れる形で変形し、衝撃力の一部を吸収する。このため、車室内側へのセンターピラーの変形量、特に、車室上部におけるセンターピラー１１の車室内側への変形量を減少することができる。

（２）アウターリインフォースメント１３に凸条１９を形成するとともに凸条１９の一部に強度が弱い部分を設けることにより脆弱部１８を構成している。また、第２のリインフォースメント２１が、脆弱部１８に大半と重複するように配置されている。従って、センターピラー１１全体の強度を低下させずに、アウターリインフォースメント１３の一部が他の部分に比較して強度が弱い脆弱部１８を設けることができる。

（３）アウターパネル１２は、３ドアタイプの車体においてアウターリインフォースメント１３の前側外面１３ａと、アウターリインフォースメント１３の前側外面１３ａより車体の後部とを覆うように設けられている。従って、３ドア車において、前記（１）の効果が得られる。

（４）アウターリインフォースメント１３には、車体外側向きに突出した凸条１９が、上下方向に延びるライン状に形成されており、脆弱部１８は凸条１９に設けられた車室内側に凹んだ凹面２０で構成されており、２個の凹面２０が連続するように形成されている。従って、脆弱部１８及びその周辺の強度を所望の値に設計するのが容易になる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図３に従って説明する。この実施形態は、
脆弱部１８の構成を変更した点が第１の実施形態と異なり、その他の構成は同じであるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図３に示すように、凸条１９は、全体が上下方向において外側に凸となる形状に形成されるとともに、脆弱部１８は、凸条１９に設けられた車両前後方向に延びる溝２２で形成されている。この実施形態では３個の溝２２が設けられている。この実施形態においても、側面衝突時のように車体外方からの外力がセンターピラー１１に側方から作用すると、アウターリインフォースメント１３は、最も弱い部分である脆弱部１８の部分において車室内側に折れ曲がる。そして、衝突のエネルギーのうち、脆弱部１８の変形で吸収される分が増加し、センターピラー１１の上端及び下端付近の変形量が減少する。

従って、この第２の実施形態では、脆弱部１８の数及び形状が異なるが、前記第１の実施形態の効果（１）〜（３）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（５）脆弱部１８は凸条１９に設けられた車両前後方向に延びる溝２２で形成されている。従って、脆弱部１８の形成が凹面２０を形成する場合に比較して簡単になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 凹面２０の数を３個以上にしたり、溝２２の数を２個あるいは４個以上にしたりしてもよい。

○ アウターリインフォースメント１３全体の強度を低下させずに、その一部が他の部分に比較して強度が弱い脆弱部１８を設ける構成として、アウターリインフォースメント１３に凸条１９を形成するとともに凸条１９の一部に凹面２０や溝２２を設ける代わりに、孔や肉厚の薄い部分を設けてもよい。

○ 凸条１９は、アウターリインフォースメント１３上において車体後部寄りに片寄った状態で形成される構造に限らず、車体前部寄りに片寄った状態で設けたり、あるいは中央部に設けたりしてもよい。

○ ３ドア車のセンターピラー１１に限らず、５ドア車や４ドア車のセンターピラーに適用してもよい。その場合は、図４に示すように、アウターパネル３０は、フロントドア１５の後端面１５ａ及びリアドア３１の前端面３１ａと対応可能に、かつアウターリインフォースメント１３の外面を覆うように設けられたピラーアウターで構成される。この発明では、５ドア車や４ドア車において、アウターリインフォースメント１３に前記各実施形態の構成を採用することにより、同様な効果が得られる。

○ 第２のリインフォースメント２１にもアウターリインフォースメント１３の脆弱部１８に対応する脆弱部を設けてもよい。
○ 第２のリインフォースメント２１を省略してもよい。第２のリインフォースメント２１を省略した場合、それを補うために、アウターリインフォースメント１３の強度を高めるようにしてもよい。具体的には、アウターリインフォースメント１３の肉厚を厚くしたり、補強用のリブを設けたりする。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記脆弱部は強度が他の部分より相対的に弱くなるように形成されている。

（ａ）はセンターピラー補強構造の断面図、（ｂ）はアウターパネルを省略したセンターピラーの概略側面図、（ｃ）は同じく部分概略斜視図、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線における断面図。 （ａ）は側面衝突前の状態を示す模式図、（ｂ）は側面衝突の最終状態を示す模式図。 第２の実施形態におけるアウターパネルを省略したセンターピラーの部分概略斜視図。 別の実施形態におけるセンターピラー補強構造の断面図。

符号の説明

Ｌ…ベルトライン、１２，３０…アウターパネル、１３…アウターリインフォースメント、１３ａ…前側外面、１４…ピラーインナー、１８…脆弱部、１９…凸条、２０…凹面、２２…溝。

Claims (6)

1. アウターパネルの内側にアウターリインフォースメントとピラーインナーとが閉断面を成すように設けられた自動車のセンターピラー補強構造であって、
   前記アウターリインフォースメントのベルトラインより下方には、前記自動車の前後方向において一部のみに、前記アウターリインフォースメントの他の外面より車体外側向きに突出した凸条が形成されており、前記凸条には、複数の脆弱部が設けられている自動車のセンターピラー補強構造。
2. 前記アウターパネルは、前記アウターリインフォースメントの外面を覆うように設けられたピラーアウターで構成されている請求項１に記載の自動車のセンターピラー補強構造。
3. 前記アウターパネルは、３ドアタイプの車体において前記アウターリインフォースメントの前側外面と、前記アウターリインフォースメントの前側外面より車体の後部とを覆うように設けられている請求項１に記載の自動車のセンターピラー補強構造。
4. 前記凸条は、上下方向に延びるライン状に形成されており、前記脆弱部は、車室内側に凹んだ凹面で構成されており、２個の凹面が連続するように形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の自動車のセンターピラー補強構造。
5. 前記凸条は、上下方向に延びるライン状に形成されており、前記脆弱部は、車両前後方向に延びる溝で形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の自動車のセンターピラー補強構造。
6. 前記アウターリインフォースメントと前記ピラーインナーとの間において、前記脆弱部が形成されている位置の一部に対して前記アウターリインフォースメントを挟んで重複するように、第２のリインフォースメントが配置されている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の自動車のセンターピラー補強構造。

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