JP4973074B2 - 車体のルーフサイド構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体のルーフサイド構造に関する。

自動車の構造において、車体がロールオーバー（横転）した際に乗員スペースを確保するため、ルーフサイド部分の変形を少なくすることが望ましい。

自動車上部車体構造において、アルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールを、鋼製のサイドパネルアウタ空間内に、車体前後方向に延在させて取り付けることでロールオーバー時のルーフサイド部の剛性を高めた構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

あるいはロールオーバフレームを強度の高い左右一対のリアピラー、リアヘッダー、さらには乗降用開口部の後部形状にそれぞれ沿って配設する構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

上記構成は何れも略一定断面であるルーフサイドリンホース（補強材）の断面係数を高め、変形を抑制することでロールオーバー時の剛性を確保している。しかし、ルーフサイドリンホースの断面係数を高めても質量対効果が小さいという欠点がある。つまり質量の増加分に対して剛性の増加量が少ないので、車体の重量増の割に剛性向上の効果が少ない。

また図３に示すように、一般にルーフサイド部１０はフロントピラー３０とセンターピラー３２との間で緩やかに湾曲しているため、ロールオーバー時にルーフサイド部１０が路面Ｇから荷重を受けると、初期の入力点がフロントピラー３０とセンターピラー３２間の湾曲部に集中し、発生モーメントが大きくなり、その湾曲部に集中する荷重によりフロントピラー３０とセンターピラー３２間のルーフサイド部１０が変形し易くなるが、これに対して上記のようにルーフサイドリインフォースの断面係数を高めて剛性を向上させる方法で対応しようとすれば更なる重量増加を招いてしまう。
特開２００５−２３１４１０号公報 特開２００２−２９４５０号公報

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、ロールオーバー時にルーフサイド部の変形を少なくすることを目的とする。

請求項１に記載の車体のルーフサイド構造は、湾曲部を有するルーフサイドリインフォースが設けられた車体のルーフサイド構造であって、前記ルーフサイドリインフォースにおけるフロントピラーからセンタピラーにかけての範囲における湾曲部の前後には、少なくとも２つの荷重入力点としての車両上方に突出した凸部が設けられたことを特徴とする。

これにより路面からの入力点が少なくとも２点以上になり、ルーフサイド部の発生モーメントが低減し、乗員室の変形を抑えることができる。
さらに、凸部の設定位置および突出量などから入力点の位置をより厳密に設定することができ、ルーフサイド部の発生モーメントをより細かく制御できる。

請求項２に記載の車体のルーフサイド構造は、湾曲部を有するルーフサイドリインフォースが設けられた車体のルーフサイド構造であって、前記ルーフサイドリインフォースにおけるフロントピラーからセンタピラーにかけての範囲における湾曲部の前後には、荷重入力点としての車両上方に突出した凸部とサイドメンバアウタが変形した結果ルーフサイドリインフォースに生じる荷重入力点とを備えることを特徴とする。

＜ルーフサイド構造の概要＞
本発明に係るルーフサイド構造について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、車体の前方を矢印Ｆで、後方を矢印Ｒで、内側を矢印Ｉで、外側を矢印Ｏで、それぞれ示している。

図１には本発明に係る車体の構造が示されている。

図１に示すように、自動車の車体１はルーフパネル２０が乗員室（キャビン）３６の天井を形成し、フロントピラー（Ａピラー）３０、センターピラー（Ｂピラー）３２、リアピラー（Ｃピラー）３４でルーフパネル２０両脇に形成されたルーフサイド部１０を支持している。

ルーフサイド部１０はルーフパネル２０の幅方向両脇に接合されてルーフパネル２０を支持し、乗員室３６の空間を確保している。

実際の車体１は図示しない乗降用ドアが両側に設けられて側壁を形成し、これが開閉されることによって乗員の乗降を可能にしている。

ここで、上記のような車体１が走行中に横転し、上下逆の状態に転倒（ロールオーバー）した際には、図２に示すようにルーフパネル２０が路面Ｇと接触して車体１の重量を支えることになる。あるいは転倒時の衝撃を吸収し、更にルーフパネル２０に荷重がかかる（図中白矢印）場合も考えられる。このときルーフパネル２０を支持するルーフサイド部１０に車体１の重量がかかることになる。

図３に示すように、路面Ｇからの荷重Ｆの初期入力点が一箇所であった場合、フロントピラー３０とセンターピラー３２との間の湾曲部に荷重が集中してしまうため、ルーフサイド部１０における発生モーメントが大きくなり（発生モーメントを表す図中白矢印の長さが中央付近ほど長くなり）ルーフサイド部１０の変形を招き、最終的にはルーフパネル２０が乗員室３６内側へ変形してしまう。

これを防ぐためにルーフサイド部１０の強度を高める目的で、図５に示すルーフサイドリインフォース１４／１６の断面係数を高める方法が既に提案されているが、前述のようにルーフサイドリインフォース１４／１６の断面係数を高めても重量増加に見合う効果は得られず、質量対効果は小さい。

そこで本発明では図４のように路面Ｇからの荷重Ｆの初期入力点を２箇所以上に増やし、従来は図３のようにルーフサイド部１０が受けた荷重の一部をフロントピラー３０とセンターピラー３２に流すことで、フロントピラー３０とセンターピラー３２間の一点に荷重が集中してしまう事態を防ぎ、ルーフサイド部１０における発生モーメントを小さくすることで（図中白矢印）ルーフサイド部１０の変形を防ぎ、ルーフパネル２０の変形を抑える。

＜入力ブラケット＞
図４〜５には本発明の第１実施形態に係る車体のルーフサイド構造が示されている。

車体のロールオーバー時、ルーフサイド部１０が路面Ｇから受ける荷重Ｆは、ルーフサイド部１０が略一様な強度かつ初期入力点が一箇所であれば、図３のようにフロントピラー３０とセンターピラー３２との間の湾曲部に集中してしまうため、ルーフサイド部１０における発生モーメントが大きくなり（図中白矢印）ルーフサイド部１０の変形を招く。

これに対して図４のように上方に（ロールオーバー時には路面Ｇに向かって）突出した凸部となる入力ブラケット１２をルーフサイド部１０に設けることにより、フロントピラー３０とセンターピラー３２に荷重Ｆを流すことができるので、ルーフサイド部１０における発生モーメントを小さくできる。

具体的には図５のように、ロールオーバー時にフロントピラー３０とセンターピラー３２間のルーフパネル２０が１００ｍｍストロークする間に、路面Ｇからの初期入力点が複数存在するように、ルーフサイド部１０の補強材であるルーフサイドリインフォースＯＵＴ１６上に入力ブラケット１２を設けることで上記の効果を得ることができる。

図５（Ａ）のように車体がロールオーバー（実際には図に示すように５°程度前傾）時、路面Ｇからの荷重によりルーフパネル２０が１００ｍｍストロークする間に入力ブラケット１２がＣおよびＢ点で路面Ｇからの荷重を受け止め、フロントピラー３０とセンターピラー３２に荷重を流す。

図５（Ａ）のＡ−Ａ’断面を図５（Ｂ）に示す。

図５（Ｃ）に示すような入力ブラケット１２をサイドメンバアウタ２２の内側、ルーフサイドリインフォースＯＵＴ１６上に設け、ロールオーバー時には意図的に初期入力点とする。加えて図のように入力ブラケット１２の上面を水平でなく角度を持たせることで、路面Ｇとロールオーバー時に角度をもって路面Ｇと接触する際（図では２５°）にも初期入力点としての効力を持つようにすることができる。

より具体的にはルーフサイドリインフォースＩＮ１４／ＯＵＴ１６にて構成されたルーフサイドリインフォース上に入力ブラケット１２を設け、その外側にサイドメンバアウタ２２を設けて外装とする。入力ブラケット１２とサイドメンバアウタ２２の間には接着剤などを充填して強度を確保してもよい。

図中ａ、ｂは図５（Ａ）に示す路面Ｇからルーフサイド部１０に荷重が掛かり、１００ｍｍストロークする間に最も突出した外周部ｂが入力ブラケット１２と同一面上にまで沈み、剛性の高いａ部とともに路面Ｇからの荷重を受けることを示す。

＜剛性変局点＞
図６には参考例としての第２実施形態に係る車体のルーフサイド構造が示されている。

第１実施形態においては車体のロールオーバー時、ルーフサイド部１０が路面Ｇから受ける荷重Ｆをフロントピラー３０とセンターピラー３２に流すため、入力ブラケットをルーフサイドリインフォース上に設けたが、入力ブラケットを設けるかわりにルーフサイド部１０自体の剛性を意図的に不均一な構成としてもよい。

すなわち図６に示すように、本実施形態においてはルーフサイド部１０に剛性弱部１０Ａと剛性強部１０Ｂとを設け、ロールオーバー時に路面Ｇからの荷重によってルーフサイド部１０がストロークする間に剛性弱部１０Ａがまず内側に沈むため、剛性強部１０Ｂとの境界にある２箇所の剛性変局点Ｃが路面Ｇからの入力点となる。

剛性変局点Ｃから先は剛性強部１０Ｂとなるので、それ以上の変形を起こす荷重は剛性強部１０Ｂからフロントピラー３０とセンターピラー３２に流れ、結果として剛性変局点Ｃが前記第１実施形態における入力ブラケット１２の役割を果たし、ルーフサイド部１０における発生モーメントを小さくできる。

＜入力ブラケット一個＞
図７には本発明の第３実施形態に係る車体のルーフサイド構造が示されている。

第１実施形態においては車体のロールオーバー時、ルーフサイド部１０が路面Ｇから受ける荷重Ｆをフロントピラー３０とセンターピラー３２に流すため、２箇所の入力ブラケットをルーフサイドリインフォース上に設けたが、入力ブラケットを２箇所設けるかわりに一箇所の入力ブラケットと、ルーフサイド部１０が変形した結果、意図せず生じる入力点とでルーフサイド部１０における発生モーメントを小さくしてもよい。

すなわち図７に示すように、本実施形態においてはルーフサイド部１０に入力ブラケット１２を１箇所設け、もう１箇所は入力ブラケット１２に換えて入力点Ｂとすることで荷重はフロントピラー３０とセンターピラー３２に流れ、結果として入力点Ｂが前記第１実施形態における入力ブラケット１２の役割を果たし、ルーフサイド部１０における発生モーメントを小さくできる。

具体的には、図７に示すように車体のロールオーバー時に路面Ｇからの荷重によってルーフサイド部１０がストロークする間に入力ブラケット１２が入力点となるのは第１実施形態と同様である。これに加えて本実施形態では図５（Ｂ）に示すようなサイドメンバアウタ２２の最上部ｂが路面Ｇからの荷重により沈み、入力ブラケット１２の存在しない入力点Ｂ近傍ではサイドメンバアウタ２２の外縁であるｂの変形がルーフサイドリインフォースＯＵＴ１６まで達した際、図７の破線ａ（＝ルーフサイドリインフォースＩＮ、ルーフパネル２０と重なっているため剛性の高い箇所）と等しい高さになるため、ここで剛性が高くなり、結果として意図せず生じた入力点Ｂが路面Ｇからの入力点となる。

前記第１および第２実施形態が入力ブラケット１２および剛性変局点Ｃを意図的に設け、路面Ｇからのロールオーバー時の入力点としているのに対して、上記のように本実施形態ではルーフサイド部１０の形状／内部構造に起因する、意図的でない入力点Ｂを設定している。これにより構造の簡略化／コスト削減を行うことができる。

＜組み合わせ＞
図８には本発明の第４実施形態に係る車体のルーフサイド構造が示されている。

前記第１および第２実施形態においては車体のロールオーバー時、ルーフサイド部１０が路面Ｇから受ける荷重Ｆをフロントピラー３０とセンターピラー３２に流すため、入力ブラケット１２をルーフサイドリインフォース１４／１６上に設け、あるいはルーフサイド部１０自体の剛性を意図的に不均一な構成として荷重をフロントピラー３０とセンターピラー３２に流し、ルーフサイド部１０における発生モーメントを小さくしている。

上記の入力ブラケット１２およびルーフサイド部１０の構造は単独で用いるほか、組み合わせて用いてもよい。

すなわち図８（Ａ）に示すように、ルーフサイド部１０に補強材４０、４２を設けて剛性を意図的に不均一な構成とし、かつ入力ブラケット１２をルーフサイドリインフォース１４／１６上に設けることで両実施形態の特徴を兼ね備えた別個の実施形態とすることもできる。

図８（Ａ）のように、フロントピラー３０からルーフサイド部１０にかけて補強材４０を設けて剛性強部とし、かつ剛性強部（補強材４０）と剛性弱部１０Ａとの境界には入力ブラケット１２を設けてロールオーバー時の入力点とする。

図８（Ｂ）に示す拡大図のように補強材４０／４２をルーフサイド部１０に設け、ロールオーバー時にルーフサイド部１０において剛性弱部１０Ａが荷重を受け、ストロークし始めると共に剛性弱部１０Ａの両端部に設けられた２基の入力ブラケット１２が入力点となる。図８（Ｂ）のＡ−Ａ'断面図である図８（Ｃ）に示すように補強材４０はルーフサイドリインフォースＩＮ１４に補強材４０Ｂ、ルーフサイドリインフォースＯＵＴ１６に補強材４０Ａを設けるなど、より強固な構成としてもよい。

これにより、入力ブラケット１２をルーフサイドリインフォース１４／１６上に設ける方法、あるいはルーフサイド部１０に補強材４０、４２を設けて剛性を意図的に不均一な構成とする方法の一方だけを採用した場合に比較して、より路面Ｇからの入力点を明確に規定し、ルーフサイド部１０の発生モーメントを低減し、乗員室３６の変形を抑えることができる。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば上記実施形態では４ドアセダンを例に挙げたが、２ドアクーペや３ドア／５ドアハッチバック、あるいはピックアップなどの形態でもよい。即ちフロントピラー３０とセンターピラー３２でルーフサイド部１０を支える構造であれば車体の形状は限定されることはない。

本発明のルーフサイド構造をもつ車両を左斜め前からから見た斜視図である。 本発明のルーフサイド構造をもつ車両の横転時側面図である。 従来のルーフサイド構造の発生モーメントを示す概念図である。 本発明のルーフサイド構造の発生モーメントを示す概念図である。 本発明の第１実施形態に掛かるルーフサイド構造を示す図である。 参考例としての第２実施形態に掛かるルーフサイド構造を示す図である。 本発明の第３実施形態に掛かるルーフサイド構造を示す図である。 本発明の第４実施形態に掛かるルーフサイド構造を示す図である。

符号の説明

１ 車両
１０ ルーフサイド部
１０Ａ 剛性弱部
１０Ｂ 剛性強部
１２ 入力ブラケット（凸部）
１４ ルーフサイドリインフォースＩＮ（強度部材）
１６ ルーフサイドリインフォースＯＵＴ（強度部材）
２０ ルーフパネル
２２ サイドメンバアウタ
３０ フロントピラー
３２ センターピラー
４０ 補強部材
４２ 補強部材
Ｇ 路面

Claims (2)

1. 湾曲部を有するルーフサイドリインフォースが設けられた車体のルーフサイド構造であって、
   前記ルーフサイドリインフォースにおけるフロントピラーからセンタピラーにかけての範囲における湾曲部の前後には、少なくとも２つの荷重入力点としての車両上方に突出した凸部が設けられた、
   ことを特徴とする車体のルーフサイド構造。
2. 湾曲部を有するルーフサイドリインフォースが設けられた車体のルーフサイド構造であって、
   前記ルーフサイドリインフォースにおけるフロントピラーからセンタピラーにかけての範囲における湾曲部の前後には、荷重入力点としての車両上方に突出した凸部とサイドメンバアウタが変形した結果ルーフサイドリインフォースに生じる荷重入力点とを備える、
   ことを特徴とする車体のルーフサイド構造。

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