JP4830352B2 - 骨格部材構造及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両の骨格形成に用いられる骨格部材構造、及びこの骨格部材構造を用いた車両に関する。

従来、上述した分野に関連する技術として、例えば特許文献１に記載された自動車の側部車体構造がある。この車体構造では、車体のフロントピラー部及びサイドシル部を構成する中空の骨格部材内に板状の補強板が配置され、この補強板によって骨格部材内に２重の閉空間が形成されている。かかる２重の閉空間構造により、車体側部の剛性が高められ、衝突による荷重（衝突荷重）が加わった場合の車体の変形が抑制される。
特開２００２−２１１４３６号公報

ところで、車体に対して衝突荷重が加わると、骨格部材には、衝突箇所を中心とした曲げ荷重が加わる。このとき、骨格部材は断面矩形の棒状をなしており、その側面から衝突荷重が加わり、加わった曲げ荷重が一定量以上となると、いわゆるパンタグラフ変形が生じる。このパンタグラフ変形とは、骨格部材の側壁が座屈し、断面方向に見て衝突箇所が圧縮され、その略直交方向に伸張する変形である。そして、このパンタグラフ変形のストロークが大きくなると、骨格部材における衝突荷重の吸収性が低下してしまう。ここで、特許文献１に開示された側部車体構造において、このような衝突荷重が加わった場合には、骨格部材が２重の閉構造をなし、剛性が高められていることから、変形が開始されるまでの瞬間的な衝突荷重に対しては高い吸収性を発揮する。ところが、一旦骨格部材の座屈が始まってしまうと衝突荷重の吸収性の低下を抑制できず、衝突荷重を持続的に吸収しにくくなるという問題がある。

本発明は上記課題の解決のためになされたものであり、変形のストロークが大きくなった場合でも、衝突荷重を持続的に吸収できる骨格部材構造、及びこの骨格部材構造を用いた車両を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る骨格部材構造は、車両の骨格形成に用いられる骨格部材構造であって、断面凸形状で長尺の外側部材及び内側部材と、外側部材及び内側部材の間に配置される衝撃吸収部材とを備え、外側部材と内側部材とは、凸形状部分が車両の外側及び内側に向くようにそれぞれ配置されると共に、外側部材と内側部材との間に閉空間が形成されるようにして互いに接合され、衝撃吸収部材は、閉空間内において外側部材及び内側部材のいずれか一方の部材に固定され、他方の部材側に突出する突出部を有し、突出部の先端は、他方の部材における底面から離間して配置されていること特徴としている。

この骨格部材構造では、衝突による曲げ荷重によって外側部材及び内側部材が圧縮変形することにより、初めて衝撃吸収部材の突出部の先端が外側部材及び内側部材のいずれか一方に当接するように作用する。したがって、この骨格部材構造では、衝突荷重が加わったときに、まず外側部材及び内側部材が変形することによって衝撃荷重が吸収される。その後、外側部材及び内側部材に座屈が生じ、外側部材及び内側部材が構成する閉空間が圧縮されると、衝撃吸収部材が固定されていない外側部材及び内側部材のいずれか一方に衝撃吸収部材が当接する。この後、外側部材及び内側部材の座屈に伴い衝撃吸収部材が変形することによって衝突荷重が吸収される。このように、各部材が段階的に変形することにより、変形のストロークが大きくなった場合でも、衝突荷重を持続的に吸収することが可能となる。

また、閉空間内には、衝撃吸収部材に交差するようにして、外側部材及び内側部材の側面同士を連結する変形抑制部材が更に配置されていることが好ましい。このように、変形抑制部材によって側面同士が連結されることにより、外側部材及び内側部材の変形のストロークの急激な拡大が抑制され、衝突荷重のより持続的な吸収が可能となる。

また、本発明に係る車両は、上記骨格部材構造によって骨格形成がなされた車両であって、この骨格部材構造が少なくとも上下方向に延在する骨格に用いられていることを特徴としている。この車両では、側面衝突時に衝撃荷重を外側部材から受ける可能性が高いセンターピラー等に上記骨格部材構造が適用されることにより、対衝撃性の向上が効果的に図られる。

以上説明したように、本発明に係る骨格部材構造及びこの骨格部材構造を用いた車両によれば、変形のストロークが大きくなった場合でも、衝突荷重を持続的に吸収できる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る骨格部材構造の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る骨格部材構造の一実施形態が適用された車両のサイドボディを示す斜視図であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１及び図２に示すように、骨格部材構造１は、外側部材２と、内側部材３と、衝撃吸収部材４と、変形抑制部材５とによって構成されている。本実施形態における骨格部材構造１は、図１に示すように、車両Ｃの骨格のうち、上下方向に延在する骨格であるセンターピラー６に適用されている。

外側部材２及び内側部材３は、それぞれ長尺の型材によって形成され、車両Ｃの上下方向に延在している。外側部材２は、図２に示すように、天頂部分をなす平板状の本体部２ａを有している。また、本体部２ａの両側端部は、本体部２ａの一面側に略垂直に屈曲した形状の側壁部２ｂ，２ｂとなっている。また、内側部材３についても、外側部材２と同様に、長尺の型材によって形成され、車両Ｃの上下方向に延在している。内側部材３は、天頂部分をなす平板状の本体部３ａを有している。この本体部３ａの両側端部は、本体部３ａから一面側に略垂直に屈曲した形状の側壁部３ｂ，３ｂとなっている。そして、この外側部材２と内側部材３とは、本体部２ａ及び本体部３ａがそれぞれ車両Ｃの外側及び内側に向くようにして、センターピラー６のアウターパネル６ａ内に配置されている。

さらに、外側部材２の側壁部２ｂ，２ｂと内側部材３の側壁部３ｂ，３ｂとの先端は、それぞれ側方に向かって略垂直に屈曲し、接合片２ｃ，２ｃ及び接合片３ｃ，３ｃとなっている。そして、外側部材２の接合片２ｃ，２ｃの一面と内側部材３の接合片３ｃ，３ｃの一面とは互いに向き合わされ、この向き合わせ部分の略中央には、スポット溶接部Ｗ１が形成されている。このスポット溶接部Ｗ１により、外側部材２と内側部材３とは強固に接合され、外側部材２と内側部材３との間には、本体部２ａ，３ａ、側壁部２ｂ，２ｂ、及び側壁部３ｂ，３ｂに囲まれた断面略長方形状の閉空間Ｓが形成されている。

衝撃吸収部材４は、長尺の型材によって形成され、車両Ｃの上下方向に延在している。この衝撃吸収部材４は、天頂部分をなす平板状の連結部４ａを有している。また、連結部４ａの両側端部は、一面側に略垂直に屈曲し、左右一対の突出部４ｂ，４ｂとなっている。そして、衝撃吸収部材４は、連結部４ａが外側部材２の底面２ｄ（本体部２ａの内面）側に向き合わされるようにして、閉空間Ｓ内に配置されている。

さらに、各突出部４ｂ，４ｂの基端部４ｃ，４ｃは、外側部材２の内側面２ｅ，２ｅ（側壁部２ｂ，２ｂの内面）側に沿って延在し、この基端部４ｃ，４ｃと内側面２ｅ，２ｅとの接触部分の略中央には、スポット溶接部Ｗ２，Ｗ２がそれぞれ形成されている。このスポット溶接部Ｗ２，Ｗ２により、衝撃吸収部材４は、外側部材２の側壁部２ｂ，２ｂに強固に接合されている。そして、各突出部４ｂ，４ｂの先端部４ｄ，４ｄは、内側部材３の底面３ｄ（本体部３ａの内面側）に向かってこの底面３ｄと略垂直に突出し、底面３ｄから所定の距離だけ離間した位置に配置されている。

一方、変形抑制部材５は、長尺の型材によって形成され、車両Ｃの上下方向に延在している。この変形抑制部材５は、天頂部分をなす平板状の基部５ａを有している。基部５ａの両側端部は、一面側に略垂直に屈曲し、左右一対の補助突出部５ｂ，５ｂとなっている。そして、変形抑制部材５は、基部５ａが外側部材２側に向くようにして衝撃吸収部材４の内側に嵌め込まれ、閉空間Ｓ内に配置されている。

ここで、基部５ａは、閉空間Ｓの略中央で衝撃吸収部材４の連結部４ａと略平行に延在すると共に、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂと直交するように配置されている。また、補助突出部５ｂ，５ｂは、それぞれ衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂの内側に沿いながら内側部材３の底面３ｄに向かって略垂直に突出し、補助突出部５ｂ，５ｂの先端部５ｃ，５ｃは、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂの先端部４ｄ，４ｄと同じ位置まで延在している。

さらに、補助突出部５ｂ，５ｂの先端部５ｃ，５ｃと衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂの先端部４ｄ，４ｄとの接触部分の略中央には、スポット溶接部Ｗ３，Ｗ３が形成されている。このスポット溶接部Ｗ３，Ｗ３により、変形抑制部材５は、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂの内側に強固に接合され、外側部材２の側壁部２ｂ，２ｂ同士と内側部材３の側壁部３ｂ，３ｂ同士とは、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂ及び変形抑制部材５の補助突出部５ｂ，５ｂを介し、変形抑制部材５の基部５ａによって強固に連結されている。

次に、上述した構成を有する骨格部材構造１の作用効果について説明する。

車両Ｃにおけるセンターピラー６付近に障害物等が衝突すると、センターピラー６には、衝突箇所を中心とする車両Ｃの内側への曲げ荷重（以下「衝突荷重」と称す）が加わる。そして、このセンターピラー６に加わる衝突荷重は、まず骨格部材構造１における外側部材２及び内側部材３が圧縮変形することによって吸収される。

このとき、外側部材２及び内側部材３の変形が進んでいく過程で、外側部材２の側壁部２ｂ，２ｂ及び内側部材３の側壁部３ｂ，３ｂが座屈し、断面方向に見て衝突箇所が圧縮され、その略直交方向に伸張する、いわゆるパンタグラフ変形が起きる。このパンタグラフ変形のストロークが大きくなると、外側部材２及び内側部材３による衝突荷重の吸収性が低下する。そのため、単に外側部材２及び内側部材３の剛性を高めるだけでは、座屈が開始するまでの瞬間的な衝突荷重の吸収性はあるものの、一旦座屈が始まってしまうと、衝突荷重を持続的に吸収しにくくなる。

これに対し、骨格部材構造１では、外側部材２と内側部材３との間の閉空間Ｓ内に衝撃吸収部材４と変形抑制部材５とが配置されている。そして、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂは、外側部材２の側壁部２ｂ，２ｂにそれぞれ固定されて内側部材３側に突出し、この突出部４ｂ，４ｂの先端部４ｄ，４ｄは、内側部材３の底面３ｄから離間して配置されている。さらには、変形抑制部材５にも、突出部４ｂ，４ｂと同様に配置された補助突出部５ｂ，５ｂが設けられている。

したがって、この骨格部材構造１では、衝突荷重によって外側部材２及び内側部材３が圧縮変形することにより、初めて衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂの先端部４ｄ，４ｄと変形抑制部材５の補助突出部５ｂ，５ｂの先端部５ｃ，５ｃとが内側部材３の底面３ｄに当接するように作用する。つまり、この骨格部材構造１では、衝突荷重が加わったときに、まず外側部材２及び内側部材３が変形することによって衝撃荷重が吸収され、その後、変形ストロークが大きくなって外側部材２及び内側部材３に座屈が生じ、外側部材２と内側部材３とが構成する閉空間Ｓが圧縮されると、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂ及び変形抑制部材５の補助突出部５ｂ，５ｂが内側部材３の底面３ｄに当接する。この後、外側部材２及び内側部材３の座屈に伴い衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂ及び変形抑制部材５の補助突出部５ｂ，５ｂが変形することによって衝突荷重が吸収される。このように、各部材が段階的に変形することにより、変形のストロークが大きくなった場合でも衝突荷重を持続的に吸収され、全体としてより多くの衝突荷重を吸収することができる。そして、この骨格部材構造１を、側面衝突時に衝撃荷重を外側部材２側から受ける可能性が高いセンターピラー６に適用した車両Ｃでは、耐衝撃性の向上が効果的に図られる。

さらに、この骨格部材構造１では、変形抑制部材５の基部５ａによって、外側部材２の側壁部２ｂ，２ｂ同士及び内側部材３の側壁部３ｂ，３ｂ同士が連結されている。このため、衝突荷重が加わった際の外側部材２及び内側部材３の幅方向の伸張が抑制されるので、側壁部２ｂ，２ｂ同士及び側壁部３ｂ，３ｂ同士が連結されていない場合に比べて、パンタグラフ変形の進行を緩やかにすることができる。この結果として、外側部材２及び内側部材３による衝突荷重の吸収をより持続的にすることが可能となっている。

続いて、上述した骨格部材構造１における衝突荷重の持続性を実証するために行った実験について説明する。

本実験は、両端を支持した骨格部材構造の中央部分に曲げ荷重を加えて、この曲げ荷重に伴う変形ストロークに対して荷重吸収量がどのように変化するかを調べたものである。実施例として、上述した骨格部材構造１と同等の構成を有するテストピースを用意し、比較例として、衝撃吸収部材４及び変形抑制部材５を設けずに外側部材２及び内側部材３のみで構成した骨格部材構造を用意した。

本実験の結果を図３のグラフに示す。図３において、横軸は変形ストローク量、縦軸は単位質量当たりの荷重吸収量を示している。図３のグラフＡに示すように、実施例に係る骨格部材構造では、荷重吸収量がピークを迎えた後も荷重吸収量の減少は緩やかであり、変形ストロークが増大した場合であっても荷重吸収の持続性が保たれていることが確認された。一方、グラフＢに示すように、比較例に係る骨格部材構造では、荷重吸収量のピーク値自体は実施例よりも高くなっているものの、変形ストロークが増大していくと荷重吸収性が急激に減少していることが確認された。以上の結果から、本実施形態に係る骨格部材構造１では、衝撃吸収部材４及び変形抑制部材５の作用により、変形ストロークが大きくなった場合でも、衝突荷重を持続的に吸収できることが実証された。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、外側部材２及び内側部材３は断面凸形状であればよく、例えば断面円形状等であってもよい。また、閉空間Ｓ内において、衝撃吸収部材４及び変形抑制部材５の向きを反転させて内側部材３に接合し、衝突荷重によって外側部材２及び内側部材３が圧縮変形した場合に、衝撃吸収部材４の突出部４ｂ，４ｂ及び変形抑制部材５の補助突出部５ｂ，５ｂが外側部材２の底面２ｄに当接するようにしてもよい。このような構成によっても上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、この骨格部材構造１の車両への適用はセンターピラーに限られるものではなく、衝突荷重によるパンタグラフ変形の発生が想定される箇所（例えば、ロッカー、ルーフ、フロントサイドメンバキック）の骨格形成にそれぞれ適用することが可能である。これにより、車両Ｃの耐衝撃性の一層の向上が図られる。

本発明に係る骨格部材構造の一実施形態が適用された車両のサイドボディを示す斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である 図１に示した骨格部材構造と比較例に係る骨格部材構造とについての変形ストロークに対する荷重吸収性を示したグラフである。

符号の説明

１…骨格部材構造、２…外側部材、３…内側部材、３ｄ…底面、４…衝撃吸収部材、４ｂ…突出部、５…変形抑制部材、６…センターピラー、Ｃ…車両、Ｓ…閉空間。

Claims (1)

1. 車両の骨格形成に用いられる骨格部材構造であって、
   断面ハット形状の長尺の外側部材及び内側部材の縁部同士を接合して閉断面骨格を形成
   し、
   前記閉断面骨格内に断面コの字型の衝撃吸収部材の外側面部を前記外側部材の内面また
   は前記内側部材の内面に接合すると共に、前記衝撃吸収部材の一対の側壁部の先端部を前
   記閉断面骨格内において非接触状態とし、
   前記閉断面骨格が荷重を受けて圧縮して前記衝撃吸収部材の前記先端部が前記閉断面骨
   格の内面と接触したときの前記衝撃吸収部材の幅方向への前記先端部の伸張を抑制する断面コの字型の変形抑制部材を前記先端部間に配置しており、
   前記変形抑制部材の一対の側壁部の先端部と、前記衝撃吸収部材の前記先端部とは、互いに接触した状態で同方向かつ同位置まで延在していることを特徴とする骨格部材構造。

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