JP4938716B2 - 自動車の前部車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の前部車体構造に係り、車室空間の拡大を図りつつ、荷重分散によって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、フロントピラーロアの上端から車体前方へ左右一対のアッパメンバを延ばし、このアッパメンバにダンパベースの車幅方向外側端縁を接合するとともにホイールハウスの上部を構成させた車体構造を採用しているものがある。

そして、大きな応力負荷を支えて強度・剛性を向上させるべく、フロントピラーロアのヒンジ部下部の内面にレインフォースメント・ピラーロアを取り付け、このレインフォースメント・ピラーロアにダッシュサイド・パネルを取り付け、フロントピラーロアのヒンジ部上部の外面にホイールハウスアッパメンバ（レインフォースメント・カウルサイドおよびレインフォースメント・エンジンコンパートメントパネル）を取り付けた車体において、レインフォースメント・フロントピラーロアに対して前方へ延出する補強部を形成してホイールハウスアッパメンバ（レインフォースメント・カウルサイド）に溶接した側部車体構造が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−２６０９４１号公報

しかしながら、上記構成の車体構造では、左右のフロントピラーロアはクロスメンバで連結されていないため、ホイールハウスアッパメンバはフロントピラーロアのみによって支持され、支持剛性が低い。ホイールハウスアッパメンバの支持剛性を高めるためには、部材の板厚を厚くしたり、フロントピラーロアの太くしたりする必要があるため、車体重量が増大してしまうという課題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、車室空間の拡大を図りつつ、重量化を招くことなく、入力する荷重を分散させることによって衝突に対する強度の向上を実現する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、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と、前記両フロントサイドフレームの後部側方に配置され、左右一対のフロントピラーロアと、その後端が前記フロントピラーロアに接合され、前記フロントサイドフレームに接合されたフロントホイールハウスの上部を構成する左右一対のホイールハウスアッパメンバと、前記両フロントピラーロア間に配置されたダッシュボードロアと、前記ダッシュボードロアの下部に接合されて閉断面をなすダッシュロアクロスメンバとを備えた自動車の前部車体構造において、前記フロントピラーインナは、前記フロントピラーアウタとの前側の接合部から更に前方へ延出しており、前記ホイールハウスアッパメンバは、前記フロントピラーロアの上部から前方へ略水平に延出する上部水平部と、前記フロントピラーロアの下部から前方へ略水平に延出する下部水平部と、該下部水平部の前部から前方斜め上方へ延出し、前記上部水平部に接合された傾斜部とを有するとともに、アッパメンバアウタが前記フロントピラーインナの前方へ延出した部分に接合されることによって閉断面を形成して前記フロントピラーとともにトラス構造を形成し、車室空間を拡大するとともに、前突時に前記傾斜部から前記下部水平部に伝わる衝突荷重を分散すべく、前記ダッシュロアクロスメンバの両端が前記両下部水平部の前端に接合されるように構成する（請求項１）。

上記構成の自動車の前部車体構造においては、前記下部水平部の前記ダッシュロアクロスメンバとの接合位置に、スチフナを取り付けるとよい（請求項２）。

本発明によれば、ホイールハウスアッパメンバの前端から入力した衝突荷重は、上部水平部からフロントピラーロア、フロントピラーアッパへ至る荷重経路と、傾斜部から下部水平部、閉断面をなすダッシュロアクロスメンバまたはサイドシルへ至る荷重経路とに分散されるため、衝突に対する車体強度が向上する。また、ダッシュロアクロスメンバがフロントピラーロアよりも前方に配置されるため、車室空間を広くとることができる。更に、車室空間を狭くすることなく、ホイールハウスアッパメンバをトラス構造としてダッシュロアクロスメンバおよびフロントピラーロアの両方に結合させることにより、支持剛性を高めることができる。

また、傾斜部がフロントピラーインナによって閉断面に形成されることにより、傾斜部の形成とダッシュロアクロスメンバとの接合をスポット溶接で行うことが可能となり、製造が容易となる。

一方、下部水平部のダッシュロアクロスメンバとの接合位置にスチフナを取り付けることにより、ダッシュロアクロスメンバへの荷重分散に対する強度を高め、効率的に荷重分散させることができる。

以下、図面を参照して、本発明を適用した自動車用前部車体構造の実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、モノコック構造を採用した自動車のボディに本発明を適用したものである。ボディ１の骨格構造は概ね左右対称の構成をなしているため、説明にあたっては、ボディ１の左右に配置された部材または部位等については、それぞれ数字の符号に左右を示す添字ｌまたはｒを付して、例えば、左側ホイールハウスアッパメンバ６ｌ、右側ホイールハウスアッパメンバ６ｒと記すとともに、総称する場合には、例えば、ホイールハウスアッパメンバ６と記す。

≪実施形態の構成≫
図１は実施形態に係る前部車体骨格構造の斜視図を示し、図２は実施形態に係る前部車体骨格構造の左側面図を示し、図３は図２中のIII−III断面図を示し、図４は図２中のIV−IV断面図を示している。図１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２ｌ，２ｒと、両フロントサイドフレーム２の後部側方に鉛直方向に延びる左右一対のフロントピラーロア３ｌ，３ｒと、その前端がバルクヘッドアッパフレーム７に接合され、その後端が両フロントピラーロア３に接合された左右一対のホイールハウスアッパメンバ６ｌ，６ｒとを備えている。

両フロントピラーロア３は、その下端が左右のサイドシル１６ｌ，１６ｒに接合され、その上端には、上方斜め後方へ向かって延設された左右一対のフロントピラーアッパ４ｌ，４ｒが両フロントピラーロア３と一体形成されている。両フロントサイドフレーム２の前端には垂直に延在する左右のバルクヘッドサイドステイ５ｌ、５ｒが接合され、その上端はバルクヘッドアッパフレーム７に接合され、その下端はフロントロアクロスメンバ８で連結されている。

また、両フロントピラーロア３は、その上端がダッシュボードアッパ９によって車幅方向について相互に連結されている。両フロントピラーロア３間におけるダッシュボードアッパ９の下方には、ダッシュボードロア１０が垂設され、車室２１とエンジンルーム２２とを画成している。そしてダッシュボードロア１０の下部には、前方へ突出する断面コ字状のダッシュロアクロスメンバ１１が下縁に沿って接合されており、ダッシュボードロア１０と共に閉断面のクロスメンバを形成している。

左右のホイールハウスアッパメンバ６の前後方向における中央近傍の車幅方向内側には、その上部および下部がそれぞれホイールハウスアッパメンバ６およびフロントサイドフレーム２に接合された左右一対のダンパハウジング１２ｌ，１２ｒが設置されている。ダンパハウジング１２の上面には、前輪の荷重を支持するダンパベース１３ｌ，１３ｒがそれぞれ一体形成されている。両ダンパハウジング１２の後方には、ホイールハウスリア１４ｌ，１４ｒ（右側のみ図示）が設けられ、これらダンパハウジング１２、ダンパベース１３、ホイールハウスアッパメンバ６、ホイールハウスリア１４等によってホイールハウス１５が構成されている。

図２に併せて示すように、ホイールハウスアッパメンバ６は、フロントピラーロア３の上端から前方へ略水平に延出する上部水平部６ａと、フロントピラーロア３の下部から前方へ、上部水平部６ａよりも短く略水平に延出する下部水平部６ｂと、下部水平部６ｂの前部上縁から前方斜め上方へ延出するとともに、上部水平部６ａに接合された傾斜部６ｃとを有している。これら上部水平部６ａ、下部水平部６ｂおよび傾斜部６ｃは、いずれも閉断面を有し、フロントピラーロア３と共に略三角形のトラス構造を形成している。

図３に示すように、フロントピラーロア３は、車幅方向外側に配置されたフロントピラーアウタ３ｏと、車幅方向内側に配置されたフロントピラーインナ３ｉとから構成されている。フロントピラーロア３の閉断面内には、ドアヒンジ取付ナット１８を備えたフロントピラーロアスチフナ１７が、フロントピラーアウタ３ｏに面接触するように接合されており、これにより、ドアの取付強度が向上されている。

図４に併せて示すように、フロントピラーインナ３ｉは、複数の板材が接合されることにより、フロントピラーアウタ３ｏとの前側の接合部から更に前方へ垂設状態で延出しており、ホイールハウスアッパメンバ６の一部のインナ部材を兼ねている。ホイールハウスアッパメンバ６は、アッパメンバアウタ６ｏがフロントピラーインナ３ｉ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、フロントピラーインナ３ｉは、アッパメンバアウタ６ｏとフロントピラーアウタ３ｏとによって囲繞される略三角形の開口を塞ぐようにこれらに接合されており、これにより、トラス構造の補強が図られている。

図３に示すように、ホイールハウスアッパメンバ６の下部水平部６ｂの前端には、ダッシュロアクロスメンバ１１が接合されている。そして、下部水平部６ｂ内には、下部水平部６ｂのアウタとインナ（フロントピラーインナ３ｉとアッパメンバアウタ６ｏ）とに接合されたスチフナ１９が、ダッシュボードロア１０と同一平面上に配置されている。

≪実施形態に係る前部車体構造の組立手順≫
次に、実施形態に係る前部車体構造の組立手順について説明する。図５はダッシュロアクロスメンバ１１の左端部を示す斜視図であり、図６はホイールハウスアッパメンバ６の分解状態を示す斜視図であり、図７はホイールハウスアッパメンバ６のフロントピラーロア３への接合状態を示す斜視図であり、図８はダッシュロアクロスメンバ１１のホイールハウスアッパメンバ６への接合状態を示す斜視図である。

図５に示すように、ダッシュロアクロスメンバ１１は、後部が開いたコ字状断面の後端上部および下部に接合フランジ１１ａを備えており、この接合フランジ１１ａ上の溶接点ａにおけるスポット溶接によってダッシュボードロア１０に接合されている。そしてダッシュロアクロスメンバ１１の車幅方向の両端部には、フロントピラーインナ３ｉ（図６参照）との接合の際にスポット溶接の溶接点となる接合フランジ１１ｂが、コ字状断面の上面、前面、下面のそれぞれに形成されている。

図６に示すように、アッパメンバアウタ６ｏは、下部水平部６ｂ内にスチフナ１９が設置された状態でフロントピラーアウタ３ｏおよびフロントピラーインナ３ｉに対してスポット溶接によって接合される。図７に示すように、アッパメンバアウタ６ｏは、フロントピラーアウタ３ｏに対しては、溶接点ｂにおけるスポット溶接によって接合され、フロントピラーインナ３ｉに対しては、溶接点ｃにおけるスポット溶接によって接合される。

図８に示すように、アッパメンバアウタ６ｏは、その下端に、溶接点ｄにおけるスポット溶接によって接合され、略水平に延在して下部水平部６ｂの下面を構成する下端面部材２０を備えている。下端面部材２０の車幅方向内側には、接合フランジ２０ａが垂設されており、接合フランジ２０ａ上の溶接点ｅにおけるスポット溶接によっても、アッパメンバアウタ６ｏはフロントピラーインナ３ｉに接合される。

≪実施形態の作用効果≫
図９を参照して、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。図９は前部車体骨格構造を示し、白塗矢印はバルクヘッドアッパフレーム７から入力する衝突荷重の流れを、黒塗矢印はフロントロアクロスメンバ８およびバルクヘッドサイドステイ５から入力する衝突荷重の流れを示している。

実施形態に係る自動車が正面衝突を起こすと、フロントロアクロスメンバ８およびバルクヘッドサイドステイ５から入力した衝突荷重は、フロントサイドフレーム２、ダッシュロアクロスメンバ１１、ホイールハウスアッパメンバ６の下部水平部６ｂを順に伝ってサイドシル１６に伝達する。一方、バルクヘッドアッパフレーム７に入力した衝突荷重は、その大半がホイールハウスアッパメンバ６の上部水平部６ａを伝ってフロントピラーロア３、フロントピラーアッパ４へ伝達し、その一部が傾斜部６ｃを介して下部水平部６ｂを介してへサイドシル１６へ伝達する。

このように、本実施形態に係る前部車体構造によれば、ホイールハウスアッパメンバ６の前端から入力した衝突荷重は、上部水平部６ａからフロントピラーロア３、フロントピラーアッパ４へ至る荷重経路と、傾斜部６ｃから下部水平部６ｂ、サイドシル１６へ至る荷重経路とに分散されるため、衝突に対する車体強度が向上している。また、傾斜部６ｃへ分散した衝突荷重は、特に斜め衝突の場合にはサイドシル１６だけでなく、閉断面をなすダッシュロアクロスメンバ１１へも分散可能である。

そして、ダッシュロアクロスメンバ１１はフロントピラーロア３よりも前方に配置されているため、車室２１の空間を広くとることが可能となっている。更に、車室空間を狭くすることなく、ホイールハウスアッパメンバ６をトラス構造としてダッシュロアクロスメンバ１１およびフロントピラーロア３の両方に結合させることにより、支持剛性が高まっている。

そして本実施形態では、傾斜部６ｃがフロントピラーインナ３ｉによって閉断面に形成されることにより、傾斜部６ｃの形成とダッシュロアクロスメンバ１１との接合をスポット溶接で行うことが可能となり、製造が容易となっている。

一方、下部水平部６ｂのダッシュロアクロスメンバ１１との接合位置にスチフナ１９が取り付けられたことにより、ダッシュロアクロスメンバ１１への荷重分散およびダッシュロアクロスメンバ１１からの荷重分散に対する強度が高まり、効率的な荷重分散が可能となった。

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ＳＵＶのボディに適用したものであるが、ハッチバックやセダン等、あらゆるタイプの自動車に適用可能である。また、各種部材の具体的な構成等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

前部車体骨格構造の斜視図 前部車体骨格構造の左側面図 図２中のIII−III断面図 図２中のIV−IV断面図 前部車体構造の要部を示す組立説明図 前部車体構造の要部を示す組立説明図 前部車体構造の要部を示す組立説明図 前部車体構造の要部を示す組立説明図 前部車体骨格構造の作用説明図

符号の説明

１ ボディ
２ フロントサイドフレーム
３ フロントピラーロア
３ｏ フロントピラーアウタ
３ｉ フロントピラーインナ
４ フロントピラーアッパ
６ ホイールハウスアッパメンバ
６ａ 上部水平部
６ｂ 下部水平部
６ｃ 傾斜部
６ｏ アッパメンバアウタ
１０ ダッシュボードロア
１１ ダッシュロアクロスメンバ
１２ ダンパハウジング
１５ ホイールハウス
１６ サイドシル
２１ 車室
２２ エンジンルーム

Claims (2)

1. 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と、
   前記両フロントサイドフレームの後部側方に配置され、フロントピラーアウタとフロントピラーインナとにより閉断面に形成された左右一対のフロントピラーロアと、
   その後端が前記フロントピラーロアに接合され、前記フロントサイドフレームに接合されたフロントホイールハウスの上部を構成する左右一対のホイールハウスアッパメンバと、
   前記両フロントピラーロア間に配置されたダッシュボードロアと、
   前記ダッシュボードロアの下部に接合されて閉断面をなすダッシュロアクロスメンバと
   を備え、
   前記フロントピラーインナは、前記フロントピラーアウタとの前側の接合部から更に前方へ延出しており、
   前記ホイールハウスアッパメンバは、前記フロントピラーロアの上部から前方へ略水平に延出する上部水平部と、前記フロントピラーロアの下部から前方へ略水平に延出する下部水平部と、該下部水平部の前部から前方斜め上方へ延出し、前記上部水平部に接合された傾斜部とを有するとともに、アッパメンバアウタが前記フロントピラーインナの前方へ延出した部分に接合されることによって閉断面を形成して前記フロントピラーとともにトラス構造を形成し、
   車室空間を拡大するとともに、前突時に前記傾斜部から前記下部水平部に伝わる衝突荷重を分散すべく、前記ダッシュロアクロスメンバの両端が前記両下部水平部の前端に接合されたことを特徴とする自動車の前部車体構造。
2. 前記下部水平部の前記ダッシュロアクロスメンバとの接合位置には、スチフナが取り付けられたことを特徴とする、請求項１に記載の自動車の前部車体構造。

Images