JP4837455B2 - Front body structure of the vehicle - Google Patents
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本発明は、カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材で、左右のフロントサイドフレーム間と、フロントサイドフレームの上方に配置された左右のアッパーメンバ間とを接続する車両の前部車体構造に関する。 The present invention is a front end member made of a synthetic resin reinforced with carbon fiber, and connects the left and right front side frames with the left and right upper members disposed above the front side frame. It relates to the body structure.
自動車の車体の前端に配置されてラジエータやヘッドライトを支持するフロントエンド部材を、ガラス繊維で補強した熱可塑性樹脂で構成することで、振動疲労特性および耐衝撃性の向上とコストダウンとを図るものが、下記特許文献1により公知である。
ところで上記従来のフロントエンド部材は、合成樹脂の補強にガラス繊維を用いているので、重量が大きいだけでなく機械的な強度も充分ではなかった。また上記従来のフロントエンド部材は、ラジエータやヘッドライトのような部品を支持することを主眼に形状が決定されており、車体のフロントサイドフレーム等のフレーム部材との協働により車体剛性を高めるための形状の工夫がなされていなかった。 By the way, since the conventional front end member uses glass fiber for reinforcing the synthetic resin, it is not only heavy but also has insufficient mechanical strength. In addition, the shape of the above-described conventional front end member is determined mainly to support components such as a radiator and a headlight, and in order to increase the rigidity of the vehicle body in cooperation with a frame member such as a front side frame of the vehicle body. The shape of the was not devised.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量で強度の高いフロントエンド部材で車体剛性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to increase the rigidity of a vehicle body with a light-weight and high-strength front end member.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材で、左右のフロントサイドフレーム間と、フロントサイドフレームの左右方向外側の上方に配置されて前記フロントサイドフレームよりも高い位置の中間部から前下りに傾斜し、その前端が前記フロントサイドフレームの前端に連結された左右のアッパーメンバ間とを接続する車両の前部車体構造であって、前記フロントエンド部材は、車体中央部で車体左右方向に配置されて前記左右のフロントサイドフレームの前端に接続される第1部分と、第1部分の左右両端から左右外側後方に延びて前記左右のアッパーメンバの中間部に接続される左右一対の第2部分とを備えており、前記第1部分は、概ね水平な上壁と、前記上壁の前縁から概ね下向きに延びる前壁と、前記上壁および前壁の左右の側縁に連なって概ね車体前後方向に延びる左右一対の側壁とを有するボックス構造であり、前記上壁は、前記第2部分の上壁と同一面上で連なって平面視でアーチ状に構成され、前記前壁の下縁は逆U字状に湾曲し、該下縁に沿うように前記左右のフロントサイドフレームの前端との接続部を有し、長繊維よりなる前記カーボン繊維の主要な配列方向を、前記アーチに沿って前記左右のアッパーメンバの中間部を指向する方向と、前記第1部分の前壁の下縁に沿って前記フロントサイドフレームの前端との接続部を指向する方向とに設定したことを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a front end member made of a synthetic resin reinforced with carbon fiber can be used between the left and right front side frames and in the left and right direction of the front side frame. A front of a vehicle that is disposed on the outer side and is inclined forward and downward from an intermediate portion at a position higher than the front side frame, and the front end connects between the left and right upper members connected to the front end of the front side frame. The front end member is arranged in the left-right direction of the vehicle body at the center of the vehicle body and is connected to the front ends of the left and right front side frames, and the left and right outer sides from the left and right ends of the first portion. Ri you a pair of left and right second portion connected to the middle portion of the upper member of the left and right extending backward, the first portion, a generally horizontal A box structure having a wall, a front wall extending generally downward from a front edge of the upper wall, and a pair of left and right side walls extending in the vehicle front-rear direction in series with the left and right side edges of the upper wall and the front wall; The upper wall is connected in the same plane as the upper wall of the second part, and is configured in an arch shape in plan view, and the lower edge of the front wall is curved in an inverted U shape and extends along the lower edge. A connecting portion with the front ends of the left and right front side frames, the main arrangement direction of the carbon fibers made of long fibers, the direction of directing the middle portion of the left and right upper members along the arch, and A front vehicle body structure for a vehicle is proposed, characterized in that the front body structure is set along the lower edge of the front wall of the first part in a direction that points to the connecting portion with the front end of the front side frame .
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記第2部分は、概ね水平な上壁および下壁と、上壁および下壁の前縁間を概ね上下方向に接続する前壁とを有してJ字状の横断面に形成され、前記上壁は前記下壁よりも車体前後方向の幅が広く、かつ前記上壁は前記アッパーメンバとの接続部から前記第1部分との接続部に向かって車体前後方向の幅が増加することを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
According to the invention described in
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記第1部分の左右両端に、カーボン繊維で補強した合成樹脂でU字状に形成されたラジエータサポート部の左右両端を接続し、前記カーボン繊維の主要な配列方向を該ラジエータサポート部の長手方向としたことを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
According to the invention described in
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記フロントエンド部材は、カーボン繊維を平行に配列し、その配列方向が相互に異なる複数のシートを多層に積層したものを金型で成形して構成され、前記複数のシートはカーボン繊維の配列方向が相互に異なるメインシート、表層シートおよび中間シートを含み、前記メインシートのカーボン繊維の配列方向は前記主要な配列方向に沿い、前記表層シートのカーボン繊維の配列方向は金型の型閉め方向に沿い、前記中間シートのカーボン繊維の配列方向は前記メインシートおよび前記表層シートのカーボン繊維の配列方向と異なることを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
According to the invention described in
尚、実施の形態のカーボン糸22は本発明のカーボン繊維に対応する。 The carbon yarn 22 of the embodiment corresponds to the carbon fiber of the present invention.
請求項1の構成によれば、カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材を、車体中央部で車体左右方向に配置されて左右のフロントサイドフレームの前端に接続される第1部分と、この第1部分の左右両端から左右外側後方に延びて左右のアッパーメンバの中間部に接続される左右一対の第2部分とを備えて平面視でアーチ状に構成するとともに、フロントエンド部材の第1部分を上壁、前壁および左右一対の側壁とを有するボックス構造としたので、車体の捩じり剛性を効果的に高めることができる。しかも長繊維よりなるカーボン繊維の主要な配列方向を、フロントエンド部材の前記アーチ状の部分に沿って左右のアッパーメンバの中間部を指向する方向と、第1部分の前壁の逆U字状に湾曲する下縁に沿ってフロントサイドフレームの前端との接続部を指向する方向とに設定したので、従来のガラス繊維を用いたフロントエンド部材に比べて軽量で高強度であるだけでなく、フロントエンド部材で左右のフロントサイドフレームおよび左右のアッパーメンバを強固に接続して車体剛性を高め、旋回時等における車体の捩じれを防止して走行安定性を高めたり、車両の衝突時の荷重をフロントエンド部材からフロントサイドフレームおよびアッパーメンバに効果的に伝達して衝撃吸収効果を高めたりすることができる。 According to the configuration of the first aspect, the front end member made of the synthetic resin reinforced with the carbon fiber is disposed in the left-right direction of the vehicle body at the center of the vehicle body and is connected to the front ends of the left and right front side frames. And a pair of left and right second portions extending rearwardly from the left and right ends of the first portion and connected to the middle portion of the left and right upper members, and configured in an arch shape in plan view, and a front end member Since the first portion has a box structure having an upper wall, a front wall, and a pair of left and right side walls, the torsional rigidity of the vehicle body can be effectively increased. In addition, the main arrangement direction of the carbon fibers made of long fibers is oriented along the arched portion of the front end member toward the middle portion of the left and right upper members, and the inverted U-shape of the front wall of the first portion Because it is set in a direction that points to the connecting portion with the front end of the front side frame along the lower edge that curves in a straight line, it is not only lightweight and high strength compared to the front end member using conventional glass fiber, Front end members firmly connect the left and right front side frames and left and right upper members to increase vehicle body rigidity, prevent torsion of the vehicle body during turning, improve running stability, and reduce the load during vehicle collisions. The shock absorbing effect can be enhanced by effectively transmitting from the front end member to the front side frame and the upper member .
また請求項2の構成によれば、フロントエンド部材の第2部分が上壁、下壁および前壁を有してJ字状の横断面に形成されで構成され、上壁は下壁よりも車体前後方向の幅が広く、かつ上壁はアッパーメンバとの接続部から第1部分との接続部に向かって車体前後方向の幅が増加するので、第2部分により車体剛性を効果的に高めることができる。
Further, according to the configuration of
また請求項3の構成によれば、U字状に形成されてフロントエンド部材の第1部分の左右両端に接続されるラジエータサポート部は、その長手方向がカーボン繊維の主要な配列方向とされるので、該ラジエータサポート部の剛性を高めることができる。
According to the configuration of
また請求項4の構成によれば、カーボン繊維を平行に配列し、その配列方向が相互に異なる複数のシートを多層に積層したものを金型で成形してフロントエンド部材を構成する際に、複数のシートはカーボン繊維の配列方向が相互に異なるメインシート、表層シートおよび中間シートを含み、メインシートのカーボン繊維の配列方向は前記主要な配列方向に沿い、表層シートのカーボン繊維の配列方向は金型の型閉め方向に沿い、中間シートのカーボン繊維の配列方向はメインシートおよび表層シートのカーボン繊維の配列方向と異なるので、成形を終えたフロントエンド部材を金型から取り出したときにバックリングによる変形が発生するのを防止することができるだけでなく、金型の型閉め時に表層のカーボン繊維が引っ掛かって成型不良が発生するのを防止することができる。
According to the configuration of
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1〜図7は本発明の実施の形態を示すもので、図1は自動車の車体前部の骨格の斜視図、図2は図1の2方向矢視図、図3は図2の3方向矢視図、図4はフロントエンド部材のカーボン糸の配列方向を示す模式図、図5はフロントエンド部材の素材となるシートの斜視図、図6はフロントエンド部材の素材となるシートの積層状態を示す模式図、図7はフロントエンド部材の表層のカーボン糸の配列方向を示す模式図である。 1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of a skeleton at the front of a vehicle body of an automobile, FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a schematic view showing the arrangement direction of carbon yarns of the front end member, FIG. 5 is a perspective view of a sheet that is a material of the front end member, and FIG. 6 is a stack of sheets that are a material of the front end member FIG. 7 is a schematic diagram showing the arrangement direction of carbon yarns on the surface layer of the front end member.
図1は自動車の前部のフレーム構造を示すもので、エンジンルーム11の左右両側に左右のフロントサイドフレーム12,12が車体前後方向に配置されており、左右のフロントピラー13,13の前端から左右のアッパーメンバ14,14が車体前方に延出する。フロントサイドフレーム12,12の左右方向外側に配置されたアッパーメンバ14,14は、フロントサイドフレーム12,12よりも高い位置から前下りに傾斜し、その前端がフロントサイドフレーム12,12の前端に連結部材15,15により連結される。
FIG. 1 shows a front frame structure of an automobile. Left and right
エンジンルーム11の前方には、カーボン繊維で補強した合成樹脂で一体に成形したフロントエンド部材16が配置される。フロントエンド部材16は、左右方向に延びて前記フロントサイドフレーム12,12の前端に固定される第1部分17と、第1部分17の左右両端から左右外側後方に斜めに延びて前記アッパーメンバ14,14の中間部上面に固定される左右の第2部分18,18と、第1部分17の左右両端から下方にU字状に垂下してラジエータ20(図2参照)を支持するラジエータサポート部19とで構成される。
A
図1〜図3から明らかなように、フロントエンド部材16の第1部分17は、概ね水平に延びる上壁17aと、上壁17aの前縁から概ね下方に延びる前壁17bと、上壁17aおよび前壁17bの左右の端縁に接続されて概ね前後方向に延びる左右の側壁17c,17cとで、捩じり荷重に対する剛性が高いボックス構造に構成される。またフロントエンド部材16の第1部分17の中央には、ボンネットフードのフードロック(図示せず)を支持するフードロック支持部17dが設けられる。
As is apparent from FIGS. 1 to 3, the
フロントエンド部材16の各第2部分18は、概ね水平かつ平行に延びる上壁18aおよび下壁18bと、上壁18aおよび下壁18bの前縁間を接続するように概ね上下方向に延びる前壁18cとで構成されており、上壁18aの前後幅は下壁18bの前後幅よりも広く、従って第2部分18は横断面はJ字状に形成される。
Each of the
第1部分17の上壁17aは左右方向中央部の前後幅が最も細く、そこから左右方向外側に向かって後方に幅が広がっている。また左右の第2部分18,18の上壁18a,18aは第1部分17の側壁17c,17cに連なる部分の前後幅が最も広く、そこから左右のアッパーメンバ14,14に連なる部分に向かって前後幅が次第に減少する。第1部分17の上壁17aおよび第2部分18,18の上壁18a,18aは同一面上で連なっており、その形状は平面視で中央部が前方に突出するアーチ状をなしている。
The
第1部分17の前壁17bの下縁は逆U字状に湾曲しており、従って前壁17bの上下幅は中央部で最も狭く、側壁17c,17cに連なる左右両端部で最も広くなっている。また第1部分17の側壁17c,17cの形状は、上壁17aの後縁および前壁17bの下縁を結ぶ辺が斜辺をなす概ね直角三角形となる。そして第1部分17は、前壁17aの左右下端と、側壁17c,17cの前下端と、ラジエータサポート部19の左右両端とが交差する部分で、左右のフロントサイドフレーム12,12の前端に固定される。
The lower edge of the
フロントエンド部材16に用いられるカーボン繊維は長さが20mm〜500mmの長繊維であり、予め糸状に編まれたカーボン糸の状態で使用される。図4はフロントエンド部材16の各部のカーボン糸(カーボン繊維)の主要な配列方向を模式的に示すもので、何れの部分もその長手方向にカーボン糸が沿うように配置される。特に重要なのは、第1部分17の上壁17aと、第1部分17の前壁17bの上部と、左右の第2部分18,18とにおけるカーボン糸の配列方向が、それらの長手方向に沿っていることである(符号A参照)。また第1部分17の前壁17aの下縁に沿うように、つまり左右のフロントサイドフレーム12,12の前端との接続部を指向するようにカーボン糸が配列される(符号B参照)。更に、U字状のラジエータサポート部19は、その長手方向にカーボン糸が沿うように配置される(符号C参照)。
The carbon fibers used for the
図5および図6はフロントエンド部材16の製造方法を示すものである。
5 and 6 show a method of manufacturing the
先ず、図5に示すように合成樹脂フィルム21に多数のカーボン糸22を平行に縫い付けてたシート23を準備し、このシート23を所定形状に切断したものを、図6に示すように所定枚数積層する。このとき、カーボン糸22の方向が主要な配列方向に沿うメインシート23(1)が最も多い枚数積層され、その所定枚数(実施の形態では3枚)毎に、カーボン糸22の方向が前記主要な配列方向と交差する第1、第2中間シート23(2),23(3)が挟まれるように積層される。第1、第2中間シート23(2),23(3)のカーボン糸22は、メインシート23(1)のカーボン糸22に対し、それぞれ右45°方向および左45°方向に交差している。またフロントエンド部材16の表面に位置する表層シート23(4)は、そのカーボン糸22の方向が金型の型閉め方向に沿うように配置される。
First, as shown in FIG. 5, a
即ち、積層されたシート23を金型のキャビティ内に挿入した状態で合成樹脂を射出成形してフロントエンド部材16を製造するが、金型を型閉めする際に、キャビティ面と擦れる部分のカーボン糸22を前記型閉め方向と平行に配置する。
That is, the
これを図7に基づいて具体的に説明する。図7はフロントエンド部材16の第1部分17を成形する金型の一部を模式的に示すもので、金型24の下型25および上型26のうち、矢印Pで示す型閉め方向と平行な第1部分17の前壁17bは、型閉め時に下型25のキャビティ面25aおよび上型26のキャビティ面26aに擦れることになる。このとき、カーボン糸22の配列方向が型閉め方向に対して平行でないと、カーボン糸22がキャビティ面25a,26aに引っ掛かってシート23の積層が崩れてしまう可能性がある。
This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 7 schematically shows a part of a mold for forming the
しかしながら本実施の形態によれば、表層シート23(4)を、そのカーボン糸22の方向が金型24の型閉め方向に沿うように配置することで、型閉め時にカーボン糸22がキャビティ面25a,26aに引っ掛かかるのを防止してカーボン糸22の乱れを防止することができる。図7における実線の矢印は表層のカーボン糸22の配列方向であり、破線の矢印は主要なカーボン糸22の配列方向である。
However, according to the present embodiment, the surface layer sheet 23 (4) is arranged so that the direction of the carbon yarn 22 is along the mold closing direction of the
また前記第1、第2中間シート23(2),23(3)をメインシート23(1)間に介在させないと、成形したフロントエンド部材16を金型24から取り出したときにバックリングによる変形が発生する可能性があるが、第1、第2中間シート23(2),23(3)を介在させることで前記バックリングを防止してフロントエンド部材16の成形精度を高めることができる。
If the first and second intermediate sheets 23 (2) and 23 (3) are not interposed between the main sheets 23 (1), deformation caused by buckling when the molded
このようにして成形されたフロントエンド部材16は、その補強にカーボン繊維を用いたことで、ガラス繊維を用いたものに比べて軽量でありながら強度が高くなる。しかも、前記カーボン繊維は20mm〜500mmの長繊維であるため、一層の強度向上が可能になる。
Since the
しかして、左右のアッパーメンバ14,14の中間部には左右のサスペンション装置のダンパーから上下方向の荷重が入力し、この荷重は左右がアンバランスであるために車体を捩じり変形させて走行性能を低下させる問題があるが、本実施の形態によればフロントエンド部材16が左右のアッパーメンバ14,14間および左右のフロントサイドフレーム12,12間を強固に接続しているため、車体剛性を増加させて車体の捩じり変形を防止することで走行性能を高めることができる。
Thus, a vertical load is input from the dampers of the left and right suspension devices to the middle part of the left and right
このとき、フロントエンド部材16の第1部分17がボックス構造を有していることと、前後方向の幅が広い第2部分18の上壁18aが筋交いとして機能することとで、車体剛性を一層効果的に増加させることができる。
At this time, since the
また車両が正面衝突してフロントエンド部材16の第1部分17の前壁17bに車体後方に向かう衝突荷重が作用したときに、その荷重を第1部分17の前壁17bから左右のフロントサイドフレーム12,12の前端に直接伝達するとともに、第1部分17および第2部分18を介して左右のアッパーメンバ14,14の中間部に伝達し、フロントサイドフレーム12,12およびアッパーメンバ14,14を衝突荷重で効果的に圧壊して衝撃吸収性能を高めることができる。
When the vehicle collides head-on and a collision load directed toward the rear of the vehicle body acts on the
このとき、フロントエンド部材16の第1部分17の前壁17bの下縁に沿うカーボン糸22の主要な配列方向はフロントサイドフレーム12,12を指向しており、かつフロントエンド部材16は平面視で前方に向かって突出するアーチ状に形成され、そのアーチに方向にカーボン糸22の主要な配列方向が沿っているので、衝突荷重をフロントサイドフレーム12,12およびアッパーメンバ14,14に一層効果的に伝達することができる。
At this time, the main arrangement direction of the carbon yarns 22 along the lower edge of the
また正面衝突時にボンネットフードが上方に折れ曲がるように変形すると、フードロック支持部17dが設けられた第1部分17の中央に大きな上向きの荷重が作用するが、前記アーチに沿うカーボン糸22の配列によりフードロック支持部17dの上方への変形を抑制することができる。
Further, when the hood hood is deformed so as to be bent upward at the time of a frontal collision, a large upward load acts on the center of the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、フロントエンド部材16を構成するメインシート23(1)および中間シート23(2),23(3)の数やカーボン糸22の方向は、実施の形態に限定されるものではない。
For example, the number of main sheets 23 (1) and intermediate sheets 23 (2) and 23 (3) constituting the
12 フロントサイドフレーム
14 アッパーメンバ
16 フロントエンド部材
17 第1部分
17a 上壁
17b 前壁
17c 側壁
18 第2部分
18a 上壁
18b 下壁
18c 前壁
19 ラジエータサポート部
22 カーボン糸(カーボン繊維)
23 シート
24 金型
12
23
Claims (4)
前記フロントエンド部材(16)は、車体中央部で車体左右方向に配置されて前記左右のフロントサイドフレーム(12)の前端に接続される第1部分(17)と、第1部分(17)の左右両端から左右外側後方に延びて前記左右のアッパーメンバ(14)の中間部に接続される左右一対の第2部分(18)とを備えており、
前記第1部分(17)は、概ね水平な上壁(17a)と、前記上壁(17a)の前縁から概ね下向きに延びる前壁(17b)と、前記上壁(17a)および前壁(17b)の左右の側縁に連なって概ね車体前後方向に延びる左右一対の側壁(17c)とを有するボックス構造であり、前記上壁(17a)は、前記第2部分(18)の上壁(18a)と同一面上で連なって平面視でアーチ状に構成され、前記前壁(17b)の下縁は逆U字状に湾曲し、該下縁に沿うように前記左右のフロントサイドフレーム(12)の前端との接続部を有し、
長繊維よりなる前記カーボン繊維(22)の主要な配列方向を、前記アーチに沿って前記左右のアッパーメンバ(14)の中間部を指向する方向と、前記第1部分(17)の前壁(17b)の下縁に沿って前記フロントサイドフレーム(12)の前端との接続部を指向する方向とに設定したことを特徴とする車両の前部車体構造。 Carbon fiber front end member made of a reinforced synthetic resin (22) (16), and between the left and right front side frames (12), is disposed above the left-right direction outer side of the front side frame (12) wherein A vehicle that inclines forward and downward from an intermediate portion at a position higher than the front side frame (12), and has a front end connected between the left and right upper members (14) connected to the front end of the front side frame (12) . A front body structure,
The front end member (16) includes a first portion (17) disposed in the left-right direction of the vehicle body at the vehicle body center portion and connected to the front ends of the left and right front side frames (12), and a first portion (17). a pair of left and right second portion connected to an intermediate portion of the left and right ends extend to the left and right outer rear left and right upper members (14) (18) Contact is,
The first portion (17) includes a generally horizontal upper wall (17a), a front wall (17b) extending generally downward from a front edge of the upper wall (17a), the upper wall (17a) and the front wall ( 17b) is a box structure having a pair of left and right side walls (17c) extending in the longitudinal direction of the vehicle body and continuing to the left and right side edges, and the upper wall (17a) is an upper wall of the second part (18) ( 18a) are formed in an arch shape in a plan view, and the lower edge of the front wall (17b) is curved in an inverted U shape, and the left and right front side frames ( 12) having a connecting portion with the front end,
The main arrangement direction of the carbon fibers (22) made of long fibers is oriented along the arch toward the middle portion of the left and right upper members (14), and the front wall of the first portion (17) ( 17b) A vehicle front body structure characterized in that the vehicle body is set in a direction along a lower edge of the front side frame (12) with a front end of the front side frame (12) .
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