JP4690450B2 - 車体フロア構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車体フロア構造の改良に関するものである。
従来の車体フロア構造として、フロアパネル上に、シートを取付けるために車幅方向に延びるシートブラケットを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006−82720公報
特許文献1の図1を以下の図8で説明する。なお、符号は振り直した。
図8は従来の車体フロア構造を示す要部斜視図であり、フロアパネル101は、車幅方向中央を前後に延びるセンタトンネル102と、このセンタトンネル102の左右に設けられたフロアパネル部103,103とからなり、これらのフロアパネル部103,103は後部がシート取付位置104とされ、フロアパネル部103,103の後端部はセンタトンネル102の高さまで立ち上げられてキックアップ部106が形成されている。
また、フロアパネル部103,103のそれぞれの外側縁にはサイドシル107,107が設けられ、車幅方向に延びてシートの前部が取付けられる前側シートブラケット111は、両端がセンタトンネル102の側面とサイドシル107の内側面とに取付けられ、下面がフロアパネル部103に取付けられ、また、車幅方向に延びてシートの後部が取付けられる後側シートブラケット112は、両端がセンタトンネル102の側面とサイドシル107の内側面とに取付けられ、下面がフロアパネル部103に取付けられ、背面がキックアップ部106に取付けられている。
前側シートブラケット111及び後側シートブラケット112は、内側の端部がセンタトンネル102の側面に接合されているだけであるから、接合部の剛性を十分に確保することが難しい。この接合部の剛性に関し、図9、図10で詳細に説明する。
図9はフロアパネルのトンネル部とクロスメンバとの接合部の剛性を説明する斜視図であり、フロアパネル121は、トンネル部122と、このトンネル部122の左右に設けられたフロア本体123,123とからなり、これらのフロア本体123,123の外側縁に前後に延びるサイドシル125がそれぞれ取付けられ、シートの前部が取付けられる前側クロスメンバ126及びシートの後部が取付けられる後側クロスメンバ127は、それぞれ両端がトンネル部122の側面とサイドシル125の内側面とに取付けられ、下部がフロア本体123に取付けられている。
図10(a),(b)は図9に示した車体フロア構造の断面を示す説明図である。
(a)は図9の10−10線断面図であり、トンネル部122の内側の内側面には車幅方向に延びる内側クロスメンバ128が取付けられている。なお、符号131は左右のフロア本体123,123の下面に取付けられた補強部材である。
(b)は(a)の要部拡大図であり、上記の前側クロスメンバ126は、単純にトンネル部122の外側面に接合され、内側クロスメンバ128も、単純にトンネル部122の内側面に接合されているだけであるから、前側クロスメンバ126の下方に出来る閉断面と、内側クロスメンバ128の上方に出来る閉断面との境になる接合部は、強度・剛性が低い脆弱部になる。
この結果、(a)において、車体の上下振動に伴って、フロアパネル121が上下に振動すると、フロアパネル121は、トンネル部122と前側クロスメンバ126との接合部、トンネル部122と内側クロスメンバ128との接合部を起点にして矢印で示すように折れ曲がるように大きく振動しやすくなる。
本発明の目的は、フロアパネルの上下振動を抑えることが可能な車体フロア構造を提供することにある。
請求項1に係る発明は、フロアパネルの中央部に前後に延びるトンネル部が設けられ、前記フロアパネルの左右端部に前後に延びるサイドシルが取付けられ、トンネル部とサイドシルとがフロアパネル上を車幅方向に延びるクロスメンバで連結された車体フロア構造において、トンネル部に段部が形成され、トンネル部内にこれの左右の側壁を連結する車幅方向に延びるトンネル内クロスメンバを設け、このトンネル内クロスメンバと、フロアパネル上のクロスメンバとが段部を介して直線状に接合され、クロスメンバは、断面多角形状に折り曲げられ、このクロスメンバに形成された稜線に挟まれた部位に軽量化を図る軽量穴が開けられて穴密集部を形成し、クロスメンバは、前壁と、この前壁の上端から後方斜め上方に延びる前傾斜壁と、上壁、後傾斜壁とを有し、この前傾斜壁にシートを取付けるためのシート取付穴が開けられ、シート取付穴の周辺を除いて軽量穴が開けられて穴密集部を形成し、前壁は軽量化のための穴密集部が設けられていないことを特徴とする。
例えば、フロアパネルが上下方向に振動する際に、トンネル内クロスメンバとフロアパネル上のクロスメンバとが直線状に接合されることで、トンネル内クロスメンバとフロアパネル上のクロスメンバとに段部を介して作用する引張力でフロアパネルの上下方向の変位が小さくなり、また、トンネル内クロスメンバとフロアパネル上のクロスメンバとが段部を介して接合されることで段部が3枚重ね構造になり、フロアパネル上のクロスメンバと段部との接合部及びトンネル内クロスメンバと段部との接合部に折れ曲がり点が生じにくくなる。
この結果、フロアパネルが上下方向に振動しにくくなる。
また本発明は、クロスメンバが、断面多角形状に折り曲げられ、このクロスメンバに形成された稜線に挟まれた部位に軽量化を図る軽量穴が開けられているので、クロスメンバの稜線が主に剛性を確保するため、稜線に挟まれた部位に軽量穴を開けてもクロスメンバ剛性低下の影響は小さい。
また本発明は、クロスメンバが、前壁と、この前壁の上端から後方斜め上方に延びる前傾斜壁とを有し、この前傾斜壁にシートを取付けるためのシート取付穴が開けられ、このシート取付穴の周辺を除いて軽量穴が開けられているので、例えば、ブレーキング時や車両の前部が衝突した際には、シートからクロスメンバに前向きの荷重が伝わり、この荷重が、主に前傾斜壁のシート取付穴周辺と前壁とで支持される。
請求項2に係る発明は、トンネル内クロスメンバは、縦壁と、この縦壁の下部に一体に折り曲げ形成された底壁とからなり、前記クロスメンバの上壁とが、トンネル内クロスメンバの底壁を介して直線状に接合されていることを特徴とする。
作用として、クロスメンバ(インナクロスメンバ)とトンネル内クロスメンバが直線状に連結されて車幅方向の引張力に対して強度・剛性が増し、例えば、フロントフロアパネル11に上下方向の振動が生じたときに、フロントフロアパネルの上下方向の変位を小さくすることができる。
請求項1に係る発明では、トンネル部に段部が形成され、トンネル部内に設けられたトンネル内クロスメンバと、フロアパネル上のクロスメンバとが段部を介して直線状に接合されるので、フロアパネルの上下方向の変位を抑えることができ、フロアパネルの上下振動を抑えることができて、乗り心地を向上させることができる。
また本発明では、クロスメンバが、断面多角形状に折り曲げられ、このクロスメンバに形成された稜線に挟まれた部位に軽量化を図る軽量穴が開けられているので、軽量穴によりクロスメンバの軽量化を図りながら、稜線によりクロスメンバの剛性を確保することができる。
さらに本発明では、クロスメンバが、前壁と、この前壁の上端から後方斜め上方に延びる前傾斜壁とを有し、この前傾斜壁にシートを取付けるためのシート取付穴が開けられ、このシート取付穴の周辺を除いて軽量穴が開けられているので、前傾斜壁のシート取付穴周辺と前壁とでブレーキング時や車両衝突時にシートからクロスメンバに伝わる前向きの荷重を支えることができる。
請求項2に係る発明では、トンネル内クロスメンバは、縦壁と、この縦壁の下部に一体に折り曲げ形成された底壁とからなり、前記クロスメンバの上壁とが、トンネル内クロスメンバの底壁を介して直線状に接合されているので、クロスメンバ(インナクロスメンバ)とトンネル内クロスメンバが直線状に連結されて車幅方向の引張力に対して強度・剛性が増し、例えば、フロントフロアパネル11に上下方向の振動が生じたときに、フロントフロアパネルの上下方向の変位を小さくすることができる。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る車体フロア構造を示すアンダボディの斜視図であり、図中の矢印(FRONT)はアンダボディを備える自動車の前方を示している(以下同じ。)。
アンダボディ10は、フロントフロアパネル11と、このフロントフロアパネル11の両端部に車体前後方向に延びるように取付けられたサイドシル12,13と、フロントフロアパネル11の車幅方向中央部に前後方向に延びるように形成されたトンネル部11a及びサイドシル12,13のそれぞれを左右に連結する一対の第1クロスメンバ14,16、一対の第2クロスメンバ17,18と、左右のサイドシル12,13を連結するとともにフロントフロアパネル11の後端に取付けられたミドルフロアクロスメンバ21と、フロントフロアパネル11におけるトンネル部11aの両側の上面に前後に延びるように取付けられたフロントフロアメンバ22,23とからなり、サイドシル12,13にそれぞれセンタピラー24,26の下端が取付けられている。
フロントフロアパネル11は、トンネル部11aと、このトンネル部11aの左右に設けられたフロア本体11b,11cとからなる。
サイドシル12は、フロントフロアパネル11に取付けられたサイドシルインナ31と、このサイドシルインナ31に取付けられたサイドシル補強材32と、このサイドシル補強材32の外側に取付けられるサイドシルアウタ(不図示)とからなり、サイドシルインナ31及びサイドシルアウタにセンタピラー24が取付けられている。
同様に、サイドシル13は、サイドシルインナ36と、サイドシル補強材37と、サイドシルアウタ(不図示)とからなり、サイドシルインナ36及びサイドシルアウタにセンタピラー26が取付けられている。
第1クロスメンバ14は、トンネル部11aに一端が連結されたインナクロスメンバ41と、このインナクロスメンバ41の他端に一端が取付けられるとともに他端がサイドシル12のサイドシルインナ31に連結されたアウタクロスメンバ42とからなり、シート(不図示)の下部に設けられた左右一対のレール(不図示)の前端部を取付けるために、インナクロスメンバ41のトンネル部11a寄りの斜面にシート取付穴41aが開けられ、アウタクロスメンバ42の斜面にシート取付穴42aが開けられている。
同様に、第1クロスメンバ16は、インナクロスメンバ43と、アウタクロスメンバ44とからなり、インナクロスメンバ43にシート取付穴43a(不図示)、アウタクロスメンバ44にシート取付穴44aが開けられている。
第2クロスメンバ17は、トンネル部11aに一端が連結されたインナクロスメンバ46と、このインナクロスメンバ46の他端に一端が取付けられるとともに他端がサイドシル12のサイドシルインナ31に連結されたアウタクロスメンバ47とからなり、シート(不図示)の下部に設けられた左右一対のレール(不図示)の後端部を取付けるために、インナクロスメンバ46のトンネル部11a寄りの上面にシート取付穴46aが開けられ、アウタクロスメンバ47の上面にシート取付穴47a(不図示)が開けられている。
同様に、第2クロスメンバ18は、インナクロスメンバ48と、アウタクロスメンバ49とからなり、インナクロスメンバ48にシート取付穴48a(不図示)、アウタクロスメンバ49にシート取付穴49aが開けられている。
上記のサイドシルインナ31及びサイドシル補強材32の内側には、センタピラー24の前方及び後方に且つ第1クロスメンバ14及びミドルフロアクロスメンバ21の側方にそれぞれバルクヘッド51,52が取付けられている。
このように第1クロスメンバ14及びミドルフロアクロスメンバ21の側方にバルクヘッド51,52を設けることで、例えば、センタピラー24に側方から荷重が入力した際に、その荷重をサイドシル12からバルクヘッド51,52を介して第1クロスメンバ14及びミドルフロアクロスメンバ21に効果的に伝達することができる。
同様に、サイドシルインナ36及びサイドシル補強材37の内側にも、バルクヘッド51,52(不図示)が取付けられている。
図2は本発明に係る第1クロスメンバを示す斜視図であり、第1クロスメンバ14は、インナクロスメンバ41とアウタクロスメンバ42とからなり、インナクロスメンバ41及びアウタクロスメンバ42は共に多角形状に折り曲げ形成されている。
インナクロスメンバ41は、軽量化のための微細穴61が複数開けられた穴密集部63,64が部分的に設けられている。
図3(a)〜(c)は本発明に係るインナクロスメンバを説明する説明図である。
(a)において、インナクロスメンバ41は、前壁41eと、この前壁41eの上縁から一体に後方斜め上方に延びる前傾斜壁41fと、この前傾斜壁41fの後縁から一体に後方に延びる上壁41cと、この上壁41cの後縁から一体に後方斜め下方に延びる後傾斜壁41hと、前壁41eの下縁に一体に設けられた前フランジ41jと、後傾斜壁41hの下縁に一体に設けられた後フランジ41kとからなる。
前壁41eは、軽量化のための穴密集部が設けられていない。これは、例えば、ブレーキング時や車両の衝突時にシートからインナクロスメンバ41に作用する前向きの荷重を前壁41eが前傾斜壁41fのシート取付穴41aの周辺と共に支えるようにするためである。
前傾斜壁41fは、シートを取付けるためのシート取付穴41aと、このシート取付穴41aから離れた位置、即ち、シート取付穴41aを使用して取付けられたシートから所定荷重がインナクロスメンバ41に作用した際に所定負荷を越えない位置に複数の微細穴61が開けられた穴密集部63とが設けられている。
上壁41cは、各種部品の取付部66〜68と、穴密集部64と、フロントフロアパネル11(図1参照)のトンネル部11a(図1参照)に接合するためのインナクロスメンバ41の内側端部に車体前後方向に延びるように形成されたトンネル接合部41mとが設けられている。
図中の符号71は前壁41eと前傾斜壁41fとの間の稜線、72は前傾斜壁41fと上壁41cとの間の稜線、73は上壁41cと後傾斜壁41hとの間の稜線である。
これらの稜線71〜73は、インナクロスメンバ41の剛性を向上させる部分であり、稜線71,72間に穴密集部63、稜線72,73間に穴密集部64が設けられていても、稜線71〜73によってインナクロスメンバ41の剛性が確保されている。
(b)は(a)のb矢視図であり、後傾斜壁41hは、作用する負荷が低いため、全面又はほぼ全面に穴密集部76が設けられている。これにより、インナクロスメンバ41の軽量化重量を大きくすることができる。
上記の(a),(b)において、微細穴61は、隣接する部品の取付部、溶接による接合部及び稜線上には開けられていない。
(c)は穴密集部63の正面図であり、微細穴61が縦横に並列に開けられている。
微細穴61の内径をD1、各微細穴61のピッチをP1とすると、例えば、D1=3mm、P1=5mmである。他の穴密集部についても、穴密集部63と同様に微細穴61が開けられている。
図4は本発明に係るインナクロスメンバの微細穴の配置の別実施形態を示す説明図であり、穴密集部63Aは、微細穴61が千鳥状に開けられている。即ち、3つの微細穴61の各中心を結んだ三角形が正三角形になる。
微細穴61の内径をD2、隣り合う微細穴61の中心間距離をP3、縦に並んだ微細穴61同士のピッチをP4とすると、例えば、D2=3mm、P3=5mm、P4=√3xP3である。
図5(a),(b)は本発明に係る車体フロア構造を説明する断面図である。
(a)は図1の5−5線断面図であり、フロントフロアパネル11のトンネル部11aの内側には、トンネル部11aの左右の側壁11g,11hを連結する車幅方向に延びるトンネル内クロスメンバ78が設けられている。
トンネル内クロスメンバ78は、縦壁78aと、この縦壁78aの下部に一体に折曲げ形成された底壁78bとからなる。なお、符号81はフロントフロアパネル11の左右のフロア本体11b,11cの下面同士を連結する補強部材である。
(b)は(a)の要部拡大図であり、トンネル部11aは、側壁11g,11hの高さの中間部にそれぞれ水平に形成された段部11j,11kを備え、これらの段部11j,11kの上面11m,11mにインナクロスメンバ41,43のトンネル接合部41m,43mが配置され、段部11j,11kの下面11n,11nにトンネル内クロスメンバ78の底壁78bに設けられた左右のトンネル接合部78e,78fが配置され、これらのトンネル接合部41mと段部11jとトンネル接合部78eとが共にスポット溶接され、また、トンネル接合部43mと段部11kとトンネル接合部78fとが共にスポット溶接されている。
この結果、(a)に示したように、インナクロスメンバ41の上壁41cとインナクロスメンバ43の上壁43cとが、トンネル内クロスメンバ78の底壁78bを介して直線状に接合されている。
これにより、(1)インナクロスメンバ41、トンネル内クロスメンバ78及びインナクロスメンバ43が直線状に連結されて車幅方向の引張力に対して強度・剛性が増し、例えば、フロントフロアパネル11に上下方向の振動が生じたときに、フロントフロアパネル11の上下方向の変位を小さくすることができる。
更に、(2)トンネル接合部41m、段部11j及びトンネル接合部78eが3枚重ねられ、また、トンネル接合部43m、段部11k及びトンネル接合部78fが3枚重ねられて、従来のようなトンネル部とクロスメンバとの接合部の折れ曲がりが生じにくくなる。
以上の(1)及び(2)から、フロントフロアパネル11の上下方向の振動を抑えることができ、第1クロスメンバ14,16及び第2クロスメンバ17,18(図1参照)に取付けられたシートに振動が伝わりにくくなり、乗り心地を向上させることができる。
図6は図1の6−6線断面図(但し、以下に示すレール92、ボルト94及び取付用ブラケット96は追加されている。)であり、第1クロスメンバ14のインナクロスメンバ41は、前壁41eと、この前壁41eの上縁から一体に後方斜め上方に延びる前傾斜壁41fと、この前傾斜壁41fの後縁から一体に後方に延びる上壁41cと、この上壁41cの後縁から一体に後方斜め下方に延びる後傾斜壁41hと、前壁41eの下縁に一体に設けられた前フランジ41jと、後傾斜壁41hの下縁に一体に設けられた後フランジ41kとからなり、前傾斜壁41fに、シート、詳しくは、シートの左右のレール91,92(一方の符号92のみ示す。)を取付けるためにボルト94を通すシート取付穴41aと、ボルト94をねじ込むナット95とが設けられ、前フランジ41j及び後フランジ41kがフロントフロアパネル11に取付けられている。なお、符号96はレール92に設けられた取付用ブラケットであり、前傾斜壁41fにボルト94で締結される。符号97は前壁41eと前フランジ41jとの間の稜線、符号98は後傾斜壁41hと後フランジ41kとの間の稜線である。
図7は本発明に係るインナクロスメンバの剛性を説明するグラフであり、シート側からインナクロスメンバに前向きの所定荷重を加えたときに、インナクロスメンバにおけるシート取付点(図6に示されたシート取付穴41aの位置であり、ボルト94又はナット95の位置でもよい。)で測定された変位量を示している。グラフの縦軸は取付点の変位量を表し、ベース材料(インナクロスメンバ41(図3(a)参照)に対して穴密集部が設けられていないものである。)の変位量を100としている。
比較例はベース材料に対して板厚を薄くして軽量化を図ったもの、実施例は本実施形態のインナクロスメンバ41であり、比較例、実施例は共にベース材料に対して100gの軽量化を実施している。
グラフでは、比較例が、ベース材料に対して変位が36%増加するのに比べて、実施例では、ベース材料に対して変位が6%の増加にとどまっている。
このように、実施例は、比較例と同一重量だけ軽量化を行ったにも関わらず、比較例よりも変位を小さくすることができる、即ち剛性を高めることができる。
上記の図1、図5に示したように、フロントフロアパネル11の中央部に前後に延びるトンネル部11aが設けられ、フロントフロアパネル11の左右端部に前後に延びるサイドシル12,13が取付けられ、トンネル部11aとサイドシル12,13とがフロントフロアパネル11上を車幅方向に延びるクロスメンバとしての第1クロスメンバ14,16で連結された車体フロア構造において、トンネル部11aに段部11j,11kが形成され、トンネル部11a内に設けられたトンネル内クロスメンバとしてのインナクロスメンバ48と、フロントフロアパネル11上の第1クロスメンバ14,16とが段部11j,11kを介して直線状に接合されるので、フロントフロアパネル11の上下方向の変位を抑えることができ、フロントフロアパネル11の上下振動を抑えることができて、車両の乗り心地を向上させることができる。
上記の図2に示したように、第1クロスメンバ14,16が、断面多角形状に折り曲げられ、この第1クロスメンバ14,16に形成された稜線71〜73,98に挟まれた部位に軽量化を図る軽量穴としての微細穴61が複数開けられているので、微細穴61により第1クロスメンバ14,16の軽量化を図りながら、稜線71〜73,97,98により第1クロスメンバ14,16の剛性を確保することができる。
上記の図2、図6に示したように、第1クロスメンバ14,16が、前壁41eと、この前壁41eの上端から後方斜め上方に延びる前傾斜壁41fとを有し、この前傾斜壁41fにシートを取付けるためのシート取付穴41aが開けられ、このシート取付穴41aの周辺を除いて微細穴61が開けられているので、前傾斜壁41fのシート取付穴41a周辺と前壁41eとでブレーキング時や車両衝突時にシートから第1クロスメンバ14,16に伝わる前向きの荷重を支えることができる。
本発明の車体フロア構造は、四輪車に好適である。
本発明に係る車体フロア構造を示すアンダボディの斜視図である。 本発明に係る第1クロスメンバを示す斜視図である。 本発明に係るインナクロスメンバを説明する説明図である。 本発明に係るインナクロスメンバの微細穴の配置の別実施形態を示す説明図である。 本発明に係る車体フロア構造を説明する断面図である。 図1の6−6線断面図である。 本発明に係るインナクロスメンバの剛性を説明するグラフである。 従来の車体フロア構造を示す要部斜視図である。 フロアパネルのトンネル部とクロスメンバとの接合部との接合部の剛性を説明する斜視図である。 図9に示した車体フロア構造の断面を示す説明図である。
符号の説明
11…フロアパネル(フロントフロアパネル)、11a…トンネル部、11j,11k…段部、12,13…サイドシル、14,16…クロスメンバ(第1クロスメンバ)、41a,43a…シート取付穴、41e…前壁、41f…前傾斜壁、41c、43c…クロスメンバの上壁、48…トンネル内クロスメンバ(インナクロスメンバ)、61…軽量穴(微細穴)、76…穴密集部、78…トンネル内クロスメンバ、78a…縦壁、78b…底壁、71〜73,97,98…稜線。

Claims (2)

  1. フロアパネルの中央部に前後に延びるトンネル部が設けられ、前記フロアパネルの左右端部に前後に延びるサイドシルが取付けられ、前記トンネル部と前記サイドシルとが前記フロアパネル上を車幅方向に延びるクロスメンバで連結された車体フロア構造において、
    前記トンネル部に段部が形成され、前記トンネル部内にこれの左右の側壁を連結する車幅方向に延びるトンネル内クロスメンバを設け、このトンネル内クロスメンバと、前記フロアパネル上のクロスメンバとが前記段部を介して直線状に接合され、
    前記クロスメンバは、断面多角形状に折り曲げられ、このクロスメンバに形成された稜線に挟まれた部位に軽量化を図る軽量穴が開けられて穴密集部を形成し、
    前記クロスメンバは、前壁と、この前壁の上端から後方斜め上方に延びる前傾斜壁と、上壁、後傾斜壁とを有し、この前傾斜壁にシートを取付けるためのシート取付穴が開けられ、シート取付穴の周辺を除いて前記軽量穴が開けられて穴密集部を形成し、前記前壁は軽量化のための穴密集部が設けられていない、
    ことを特徴とする車体フロア構造。
  2. 前記トンネル内クロスメンバは、縦壁と、この縦壁の下部に一体に折り曲げ形成された底壁とからなり、前記クロスメンバの上壁とが、トンネル内クロスメンバの底壁を介して直線状に接合されていることを特徴とする請求項1記載の車体フロア構造。
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