JP4728296B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車体構造に係り、軽量化を図りながら、フルラップ衝突やオフセット衝突に対する強度の向上を実現する技術に関する。

モノコック構造の自動車（以下、モノコック車と記す）は、薄鋼板をプレス成型することで多数のボディパネルや骨格部材を製造した後、これらをスポット溶接等により接合することでボディが製造される。そして、このようなモノコック車には、車体の前方へ左右一対のフロントサイドフレームを延ばすとともに、これら両フロントサイドフレームの前端をバンパビームで連結し、フロントサイドフレームの後部上方に設けられた一対のフロントピラーの前端から左右一対のアッパメンバを前方へ延ばすとともに、連結部材を介してこれら前端を両フロントサイドフレームの前端外側に接合した車体構造を採用しているものがある。

上記構成の車体構造では一般に、フロントサイドフレームの車幅方向外側にホイールハウスが設けられ、ホイールハウス上部に設けられたダンパベースが両アッパメンバの車幅方向内側に接合されている。ホイールハウスの後方には、ダッシュボードロアパネルが設けられ、これにより、エンジンルームと車室空間とが画成されている。そして、正面衝突による荷重は、フロントサイドフレームへ伝達されるだけでなく、アッパメンバを介してフロントピラーにも伝達されるようになっており、衝突荷重が所定値以上である場合には、フロントサイドフレームやアッパメンバ等の前部が大きく変形することで衝突エネルギを吸収し、車室空間の変形を防止して乗員の安全を図っている。

低速運転中のフルラップ衝突と異なり、高速運転時における衝突やオフセット衝突などの場合、その衝突荷重は非常に大きいため、このような条件下では衝突荷重をフロントピラーへ効率的に分散させる必要がある。そして、この課題を解決するために、上記構成の車体構造において、アッパメンバを車体後方に向けて上がり勾配となるように略直線状に形成した自動車前部の車体構造が本出願人によって提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−１１２１７３号公報

しかしながら、フロントサイドフレーム等の前部の変形のみでは衝突エネルギが吸収されない場合、衝突荷重は前輪へ入力し、ダンパベースを介してアッパメンバへ伝達されるため、板厚を厚くする等してアッパメンバ後部の剛性を高める必要があった。また、各フレームを構成するパネルや骨格部材は上述したようにスポット溶接により接合されているのが一般的であるが、アッパメンバ後部の剛性を高めた場合には、アッパメンバとフロントピラーとの接合強度も高める必要があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、軽量化を図りながら、オフセット衝突およびフルラップ衝突に対する強度の向上を実現した自動車の車体構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、自動車の車体構造において、車体前部に配置され、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム（２，３）と、フロントサイドフレームの後部上方に配置された左右一対のフロントサイドピラーアッパ（６，７）と、その前端が連結部材（８，９）を介してフロントサイドフレームの前端に接合され、その後端がフロントサイドピラーアッパの前端に接合され、更に、車幅方向内側にダンパベース（２６，２７）が接合された左右一対のアッパメンバ（１０，１１）とを備え、左右のフロントサイドピラーアッパと左右のアッパメンバとの接合部には、その左右側部にダッシュボードサイドメンバ（１８，１９）を有して水平に延設されたダッシュボードアッパ（２０）が接合されており、ダッシュボードアッパの下方にはダッシュボードロア（２１）が垂設されてエンジンルーム（２２）と車室（２３）とを画成し、左右のアッパメンバの車幅方向内側であってダッシュボードロアの前方には、その上下がアッパメンバとフロントサイドフレームとに接合され、上端部にダンパベースが一体形成された左右一対のホイールハウス（２４，２５）が設けられており、アッパメンバは、車幅方向外側面および上面を構成するアッパメンバアウタ（３１）と、車幅方向内側面および下面を構成するアッパメンバインナ（３２）とから構成された閉断面を有し、ダッシュボードアッパとの接合部においては、ダッシュボードサイドメンバがアッパメンバアウタとアッパメンバインナとに接合されることによって閉断面を形成し、アッパメンバインナのダッシュボードサイドメンバとのオーバーラップ部位における車幅方向内側面にダンパベースが接合され、アッパメンバの閉断面内には、前後方向におけるダンパベースが接合された位置に、アッパメンバアウタの上面および車幅方向外側面に沿って断面略円弧状のアウタスチフナ（３３）が設けられ、アッパメンバインナの下面および車幅方向内側面に沿って断面Ｌ字状のインナスチフナ（３４）が設けられ、アッパメンバは、後端近傍の上部がダッシュボードサイドメンバにボルト締結され、後端近傍の下部記フロントサイドピラーアッパの前端にボルト締結されるように構成する。

本発明によれば、フロントサイドフレームまたは前輪から入力した衝突荷重は、アッパメンバを介してフロントサイドピラーアッパへ伝達されるが、アッパメンバのダンパベースが接合された部位はスチフナによってその剛性を高められているため、フロントサイドフレーム等の前部の潰れ、衝突エネルギの吸収が確実に行われる。また、エネルギ吸収されなかった衝突荷重がアッパメンバの後部へ確実に伝達されるとともに、ダンパベース接合部位の変形により、ダンパベースが後退してダッシュボードロアに干渉する虞が低減される。

また、アッパメンバの後端を、フロントサイドピラーアッパにボルト締結すること、あるいは、アッパメンバの後端を、ダッシュボードアッパの左右各側部にボルト締結することにより、アッパメンバがフロントサイドピラーアッパ等の車体構造に高い接合強度をもって確実に接合される。これにより、衝突時におけるダンパベースの後退が一層確実に防止され、正面衝突に対する乗員の安全性がより向上する。

≪実施形態の構成≫
以下、図面を参照して、本発明を適用した自動車用車体構造の一実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、ハッチバック乗用車用のボディに本発明を適用したものであり、図１は実施形態に係る車体骨格構造を示す斜視図であり、図２は実施形態に係る車体骨格構造の前部を示す右側面図である。なお、図２以降においては、ボディ１の骨格構造が概ね左右対称の構成をなしているため、ボディ１の右側構造について説明し、左側構造についてはその説明を省略する。

図１、図２に示すように、実施形態のボディ１は、その前部主要部材として、車体前部に配置された前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム２，３と、両フロントサイドフレーム２，３の後部側方に鉛直方向に延びる左右一対のフロントサイドピラーロア４，５と、両フロントサイドピラーロア４，５の上方に一体形成され、両フロントサイドフレーム２，３の後部上方に配置された左右一対のフロントサイドピラーアッパ６，７と、その前端が連結部材８，９を介して両フロントサイドフレーム２，３の前端に接合され、その後端が両フロントサイドピラーアッパ６，７の前端に接合された左右一対のアッパメンバ１０，１１とを備えている。

両フロントサイドフレーム２，３の前端には、前方に延出する左右一対のフロントサイドフレームエクステンション１２，１３が接合され、その前端には左右方向に延在するバンパビーム１４が設けられている。また、両フロントサイドフレーム２，３の前端部車幅方向内側には、左右のバルクヘッドサイドステイ１５，１６が垂設され、その上端がバルクヘッドアッパフレームで連結されると共に、その下方には左右にフロントロアクロスメンバ１７が設けられている。

左右のフロントサイドピラーアッパ６，７と左右のアッパメンバ１０，１１との接合部には、その左右のダッシュボードサイドメンバ１８，１９が接合されたダッシュボードアッパ２０が水平に延設されており、その下方にはダッシュボードロア２１が垂設されてエンジンルーム２２と車室２３とを画成している。左右のアッパメンバ１０，１１の車幅方向内側であってダッシュボードロア２１の前方には、その上下がアッパメンバ１０，１１とフロントサイドフレーム２，３とにそれぞれ接合された左右一対のホイールハウス２４，２５が設けられており、その上端部にはそれぞれダンパベース２６，２７が一体形成されている。

図２に示すように、ダッシュボードサイドメンバ１９は、フロントサイドピラーアッパ７の前端７ａを前方へ延出するような形態で、フロントサイドピラーアッパ７にスポット溶接されている。そして、アッパメンバ１１の後端は、フロントサイドピラーアッパ７の前端７ａおよびダッシュボードサイドメンバ１９にスポット溶接されている。また、アッパメンバ１１は後端に近づくほど横断面形状における縦寸法が大きくなっており、後端近傍の上部がボルト２８によってダッシュボードサイドメンバ１９に締結されるとともに、後端近傍の下部がボルト２９によってフロントサイドピラーアッパ７の前端７ａに締結されている。

図３は実施形態に係る車体骨格構造の要部を示す透視右側面図であり、図４は図２中のIV−IV断面図である。図３、図４に示すように、アッパメンバ１１は、その車幅方向外側面および上面を構成するアッパメンバアウタ３１と、その車幅方向内側面および下面を構成するアッパメンバインナ３２とから構成された閉断面を有している。そして、ダッシュボードアッパ２０との接合部においては、図４に示すように、ダッシュボードサイドメンバ１９がアッパメンバアウタ３１とアッパメンバインナ３２とに接合されることによって、閉断面を形成している。そして、アッパメンバインナ３２のダッシュボードサイドメンバ１９とのラップ部位における車幅方向内側面に、ダンパベース２７が接合されている。

アッパメンバ１１の閉断面内には、前後方向におけるダンパベース２７が接合された位置に、アッパメンバアウタ３１の上面および車幅方向外側面に沿って断面略円弧状のアウタスチフナ３３が設けられ、アッパメンバインナ３２の下面および車幅方向内側面に沿って断面Ｌ字状のインナスチフナ３４が設けられている。

図４に示すように、ダッシュボードサイドメンバ１９の車幅方向内側には、ウェルドナット３０が設置されており、ボルト２８がアッパメンバ１１の車幅方向外側から締め付けられることで、ウェルドナット３０と螺着し、アッパメンバ１１とダッシュボードサイドメンバ１９とを締結している。同様に、ボルト２９が設置されるフロントサイドピラーアッパ７の前端７ａ（フロントサイドピラーロア５の上方前端部）の内側にも、図示しないウェドナットが溶着されており、アッパメンバ１１とフロントサイドピラーアッパ７とがボルト締結されている。

≪実施形態の作用効果≫
次に、本実施形態のボディ１における作用効果について説明する。自動車の走行時あるいは停車時において、ボディ１の前面に車両や障害物が衝突する（すなわち、正面衝突が起きる）ことがある。正面衝突によってバンパビーム１４から入力した衝突荷重は、フロントサイドフレーム２，３を伝って後方のフロアフレームやサイドシルインナ等に伝達される。また、アッパメンバ１０，１１に入力した衝突荷重は、後方のフロントサイドピラーアッパ６，７に伝達される。衝突荷重が大きい場合には、フロントサイドフレーム２，３およびアッパメンバ１０，１１の前部が最初に潰れることにより、衝突エネルギが吸収される。

しかし、高速走行時におけるフルラップ衝突の場合や、オフセット衝突の場合など、フレーム前部の変形のみでは衝突エネルギが吸収されない場合、障害物または潰れたアッパメンバ１１の前部が前輪（図示せず）に干渉し、前輪およびダンパベース２７を押し下げる。この際、アッパメンバ１１には、長手方向への圧縮荷重だけでなく、後端接合部を支点とする下方向への曲げモーメントが作用するが、後端に近づくほど横断面形状における縦寸法が大きくなっているため、アッパメンバ１１後部の衝突に対する曲げ剛性が高められている。

また、ダンパベース２７から入力した衝突荷重は、アッパメンバ１１に対し、圧縮荷重、下方向の曲げモーメントだけでなく、車幅方向内側への曲げモーメントを作用させるが、アウタスチフナ３３およびインナスチフナ３４がダンパベース２７の配置位置におけるアッパメンバ１１の閉断面内に設けられているため、アッパメンバ１１の前端から入力する衝突荷重だけでなく、ダンパベース２７から入力する衝突荷重に対しても、アッパメンバ１１の剛性が高められている。

更に、アッパメンバ１１の後端近傍の上下が、ボルト２８，２９によってそれぞれダッシュボードサイドメンバ１９およびフロントサイドピラーアッパ７の前端７ａに締結されていることにより、アッパメンバ１１後端とフロントサイドピラーアッパ７前端との接合強度が高められており、剛性の高められたアッパメンバ１１がボディ１に確実に接合される。したがって、アッパメンバ１１に入力した衝突荷重がフロントサイドピラーアッパ７へ効率的に伝達される他、アッパメンバ１１の接合が外れることによってダンパベース２７が後退してダッシュボードロア２１に干渉することが抑止されている。これにより、正面衝突を起しても車室２３が確保され、乗員に対する安全性が向上している。

本実施形態では、上述したように、アッパメンバ１１の構成部材（アッパメンバアウタ３１およびアッパメンバインナ３２）の板厚を厚くするのではなく、必要に応じて断面寸法を変化させたり、補強材（アウタスチフナ３３およびインナスチフナ３４）を用いたりすることにより、ボディ１の軽量化を図りながら、オフセット衝突およびフルラップ衝突に対するボディ１の強度向上を実現できた。

また、アッパメンバ１１を、アッパメンバアウタ３１およびアッパメンバインナ３２と、アウタスチフナ３３およびインナスチフナ３４とに分割したため、必要に応じて板厚や材質（通常の鋼板と高張力鋼板）を使い分けることが可能となり、成型性や生産性の向上を実現できた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明をハッチバック乗用車に適用したものであるが、セダン型４ドア／２ドア乗用車等、他の自動車に本発明を適用してもよい。また、上記実施形態ではアッパメンバ１１の後端上部をダッシュボードサイドメンバ１９に締結しているが、フロントサイドピラーアッパ７の前端７ａへ直接締結してもよい。更に、アッパメンバ１０，１１やフロントサイドピラーアッパ６，７、フロントサイドピラーロア４，５等の具体的形状や接合形態等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態に係る車体骨格構造を示す斜視図 実施形態に係る車体骨格構造の前部を示す右側面図 実施形態に係る車体骨格構造の要部を示す透視右側面図 図２中のIＶ−IＶ断面図

符号の説明

１ ボディ
２，３ フロントサイドフレーム
４，５ フロントサイドピラーロア
６，７ フロントサイドピラーアッパ
８，９ 連結部材
１０，１１ アッパメンバ
１８，１９ ダッシュボードサイドメンバ
２０ ダッシュボードアッパ
２１ ダッシュボードロア
２２ エンジンルーム
２３ 車室
２４，２５ ホイールハウス
２６，２７ ダンパベース
２８，２９ ボルト
３０ ウェルドナット
３１ アッパメンバアウタ
３２ アッパメンバインナ
３３ アウタスチフナ
３４ インナスチフナ

Claims (1)

1. 車体前部に配置され、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームと、
   前記フロントサイドフレームの後部上方に配置された左右一対のフロントサイドピラーアッパと、
   その前端が連結部材を介して前記フロントサイドフレームの前端に接合され、その後端が前記フロントサイドピラーアッパの前端に接合され、更に、車幅方向内側にダンパベースが接合された左右一対のアッパメンバと
   を備え、
   前記左右のフロントサイドピラーアッパと前記左右のアッパメンバとの接合部には、その左右側部にダッシュボードサイドメンバを有して水平に延設されたダッシュボードアッパが接合されており、当該ダッシュボードアッパの下方にはダッシュボードロアが垂設されてエンジンルームと車室とを画成し、前記左右のアッパメンバの車幅方向内側であって前記ダッシュボードロアの前方には、その上下が前記アッパメンバと前記フロントサイドフレームとに接合され、上端部に前記ダンパベースが一体形成された左右一対のホイールハウスが設けられており、
   前記アッパメンバは、車幅方向外側面および上面を構成するアッパメンバアウタと、車幅方向内側面および下面を構成するアッパメンバインナとから構成された閉断面を有し、前記ダッシュボードアッパとの接合部においては、前記ダッシュボードサイドメンバが前記アッパメンバアウタと前記アッパメンバインナとに接合されることによって閉断面を形成し、前記アッパメンバインナの前記ダッシュボードサイドメンバとのオーバーラップ部位における車幅方向内側面に前記ダンパベースが接合され、
   前記アッパメンバの閉断面内には、前後方向における前記ダンパベースが接合された位置に、前記アッパメンバアウタの上面および車幅方向外側面に沿って断面略円弧状のアウタスチフナが設けられ、前記アッパメンバインナの下面および車幅方向内側面に沿って断面Ｌ字状のインナスチフナが設けられ、
   前記アッパメンバは、後端近傍の上部が前記ダッシュボードサイドメンバにボルト締結され、後端近傍の下部が前記フロントサイドピラーアッパの前端にボルト締結されたことを特徴とする自動車の車体構造。

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