JP5056323B2 - 車体前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体前部構造に関する。

下記特許文献１には、前面衝突時にラジエータサポート（壁体）に入力された衝突荷重を、ラジエータサポートとサブフレーム（車体構成部材）とを連結するロアメンバ（荷重伝達部材）を介してサブフレームに伝達する構造が開示されている。

ここで、ロアメンバの前後両側の結合部の高さが異なる場合には、ロアメンバに曲げモーメントが発生して曲げ変形が生じることにより効率的な荷重伝達が行われないため、その対策としてロアメンバの板厚増加等による高剛性化が必要となり、ロアメンバの重量が増加する。
特開２００６−１３７３２６号公報

本発明は、上記事実を考慮し、前面衝突時における壁体から車体構成部材への荷重伝達性能を、荷重伝達部材の重量増加を伴わずに確保できる車体前部構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の車体前部構造は、車体前部の両サイドに車両前後方向を長手方向として配置された左右一対のフロントサイドメンバと、車体の前端部に車幅方向を長手方向として配置され、左右一対の前記フロントサイドメンバの前端部同士を連結するバンパリインフォースと、前記バンパリインフォースの車両後方側に近接して配置され、前面衝突時に衝突荷重が入力される壁体と、前記フロントサイドメンバの下方側に車両前後方向に沿って配置され、前端部を前記壁体に、当該前端部に対して車両上下方向の一方側にオフセットして配置された後端部が車体構成部材に結合されると共に、前後両端部間の長手方向の少なくとも一部が車両上下方向の他方側に膨らむ湾曲部とされているとともに、閉断面構造とされた荷重伝達部材と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載の車体前部構造によれば、前面衝突時、フロントバンパリインフォースの車両後方側に近接して配置された壁体に車両後方側への衝突荷重が入力された場合には、荷重伝達部材が、フロントサイドメンバの車両下方側において車両前後方向に沿って延設され、前端部を壁体に後端部を車体構成部材に結合されていることにより、壁体に入力された衝突荷重が車体構成部材に伝達される。

ここで、荷重伝達部材の車体構成部材に結合された後端部が、壁体に結合された前端部に対して車両上下方向の一方側にオフセットされているため、荷重伝達部材を直線状に構成した場合には、荷重伝達部材の車両前後方向の各断面において、入力荷重のモーメントアーム長が前後両端部のオフセット量に応じて長くなり、曲げモーメントが大きくなる。

これに対して、本発明構造では、荷重伝達部材における前両端部間の少なくとも一部を、車両上下方向の他方側、即ち、前面衝突時に入力される衝突荷重のモーメントアーム長が短くなる側へ膨らむように曲げたことにより、前面衝突時に荷重伝達部材に生じる曲げモーメントを減少させている。

また、本発明構造では、荷重伝達部材を湾曲させることにより荷重伝達部材に対して連続的な形状変化を与えている。これにより、荷重伝達部材を屈曲させる等、荷重伝達部材に対して非連続な形状変化を与える場合と比して、前面衝突時に荷重伝達部材に生じる応力集中を緩和できる。

よって、該曲げモーメントの減少により荷重伝達部材の曲げ変形の抑制効果を増大させることができ、これにより、荷重伝達部材に要求される車両前後方向の剛性の要求度が下がるため、前面衝突時における壁体から車体構成部材への荷重伝達性能を、荷重伝達部材の重量増加を伴わずに確保することが可能となる。

請求項２に記載の車体前部構造は、請求項１に記載の車体前部構造であって、前記湾曲部の長手方向の少なくとも一部を、前面衝突時に入力される衝突荷重によって作用する曲げモーメントのモーメントアーム長を０とする軸力作用線と側面視にてオーバーラップさせたことを特徴とする。

請求項２に記載の車体前部構造では、荷重伝達部材に設けられた湾曲部の長手方向の少なくとも一部を、前面衝突時に入力される衝突荷重によって作用する曲げモーメントのモーメントアーム長を０とする軸力作用線と側面視にてオーバーラップさせている。これにより、前面衝突時に湾曲部の長手方向の少なくとも一部において生じる曲げモーメントをより一層減少でき、荷重伝達部材に生じる曲げ変形をより効果的に抑制できる。

請求項３に記載の車体前部構造は、請求項２に記載の車体前部構造であって、前記荷重伝達部材における前後両側の支持点間の中央部を、前記軸力作用線と側面視にてオーバーラップさせたことを特徴とする。

請求項３に記載の車体前部構造では、通常であれば曲げモーメントが最大となる荷重伝達部材の前後両側の支持点間の中央部を、上記軸力作用線と側面視にてオーバーラップさせることにより、当該部位において前面衝突時に生じる曲げモーメントを減少させ、前面衝突時に荷重伝達部材に生じる曲げ変形を効果的に抑制している。

請求項４に記載の車体前部構造は、請求項２又は請求項３に記載の車体前部構造であって、前記湾曲部の長手方向の少なくとも一部における図心が、側面視にて前記軸力作用線上に位置するように構成したことを特徴とする。

請求項４に記載の車体前部構造では、湾曲部の長手方向の少なくとも一部における図心が、側面視にて上記軸力作用線上に位置することから、当該一致させた範囲においては曲げモーメントが発生しなくなる。これにより、前面衝突時に湾曲部の長手方向の少なくとも一部において生じる曲げモーメントをさらに減少させ、荷重伝達部材に生じる曲げ変形をさらに抑制させることが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、前面衝突時における壁体から車体構成部材への荷重伝達性能を、荷重伝達部材の重量増加を伴わずに確保できる車体前部構造を提供できる。

次に、本発明の車体前部構造の一実施形態を図１〜図３に従って説明する。なお、図中矢印ＦＲは車両前方方向を、矢印ＵＰは車両上方方向を示す。

図１には、本実施形態に係る車体前部構造の側面図が示されている。この図に示されるように、車体前部１０の両サイドには、車両前後方向を長手方向として左右一対のフロントサイドメンバ１２が配設されている。フロントサイドメンバ１２は、車両前後方向に沿って直線状に延びる本体部１２Ａを備えており、この本体部１２Ａの後端部からは図示しないキックアップ部が斜め下方へ屈曲するように設定されている。このキックアップ部の後端部は、エンジンルーム１４と図示しないキャビンとを隔成する図示しないダッシュパネルの下端側に結合されている。なお、フロントサイドメンバ１２は、フロントサイドメンバアウタパネルとフロントサイドメンバインナパネルとを結合させることにより略筒状（閉断面構造）に形成されている。

上記左右一対のフロントサイドメンバ１２の前端部には、所定値以上の衝突荷重が入力されることにより軸圧縮塑性変形する略筒体形状のクラッシュボックス１８が、後述のラジエータサポート縦壁３０Ａを介してボルト締結等により結合されている。さらに、左右のクラッシュボックス１８の前端部同士は、車幅方向を長手方向として配置された長尺状のフロントバンパリインフォース２０によって相互に連結されている。これにより、前面衝突時にフロントバンパに入力された荷重が、左右のクラッシュボックス１８及びフロントサイドメンバ１２に効率良く伝達されるようになっている。なお、フロントサイドメンバ１２及びクラッシュボックス１８の双方を合わせた構造体が、本発明における「フロントサイドメンバ」に相当する。

なお、フロントバンパリインフォース２０はフロントバンパの一部を構成する強度部材であり、その前方側には図示しないアブソーバ及びフロントバンパカバーが配設されている。

また、車体前部１０の前端部（フロントバンパリインフォース２０の車両後方側）には、ラジエータ２２がフロントバンパリインフォース２０に近接して配置されている。ラジエータ２２はフロントバンパリインフォース２０の長手方向に沿って配置された薄型構造体であり、正面視で略矩形状を成しており、車両水平面に対して略垂直に立設されている。

上記ラジエータ２２はラジエータサポート３０によって車体側に支持されている。このラジエータサポート３０はラジエータ２２の側部側を支持するラジエータ縦壁３０Ａと、車幅方向を長手方向として配置されラジエータ２２の下縁側を支持するラジエータサポートロア３０Ｂと、を含んで構成されている。また、ラジエータサポート縦壁３０Ａの下端側には、円柱状の第２メンバ４６の後端部が結合されている。なお、ラジエータサポート３０及びラジエータ２２の双方を合わせた構造体が、本発明における「壁体」に相当する。

ここで、上述した左右一対のフロントサイドメンバ１２の下方側には、略車両前後方向を長手方向とする荷重伝達部材としての長尺状のロアメンバ３８がそれぞれ配設されている。ロアメンバ３８は、閉断面構造とされている。ロアメンバ３８の後端部３８Ａは、車体下部に配置された車体構成部材としてのサブフレーム（フロントサスペンションメンバ）４０の前端部にブラケット４２を介して結合されている。サブフレーム４０の後端部は、フロントサイドメンバ１２の後部に結合されている。また、サブフレーム４０の車両前側には、ステアリングギアボックス４４等が配設されている。なお、ロアメンバ３８及びブラケット４２の双方を合わせた構造体が、本発明における「荷重伝達部材」に相当する。

上記ロアメンバ３８の前端部３８Ｂは、ラジエータサポートロア３０Ｂの下面における車幅方向外端部にボルト締結により結合されている。一方、ロアメンバ３８の後端側では、側面視にてＬ字型のブラケット４２が、サブフレーム４０の前端部に形成された縦壁部４０Ａにボルト締結により結合され、縦壁部４０Ａから車両前方へ延出している。このブラケット４２の正面視における断面形状は、下方側に開口したチャンネル形状とされており、ロアメンバ３８の後端部３８Ａが、ブラケット４２の前端部４２Ａの断面内部に嵌め込まれた状態で、これらが、溶接等により結合されている。

なお、ロアメンバ３８の後端部３８Ａ（ブラケット４２と結合されている部分）は、前端部３８Ｂ（ラジエータ２２と結合されている部分）に対して車両下方側へオフセットされている。また、前端部３８Ｂ及び後端部３８Ａは、ともに側面視にて直線状の直線部とされているのに対して、これらの間の中間部は、車両下方側（車両上下方向の一方側）に曲率中心を有する（車両上方側（車両上下方向の他方側）に膨らんだ）Ｒ状の湾曲部とされている。

ここで、ロアメンバ３８の設計手法について、図２及び図３を参照して説明する。

まず、本実施形態におけるロアメンバ３８に替えて、図２に示す直線状のロアメンバ３９を用いた場合において、前面衝突時の衝突荷重がロアメンバ３９に入力された際の、ロアメンバ３９における力学的状態を考察する。この考察においては、まず、計算により、ロアメンバ３９における長手方向（車両前後方向）の所定ピッチ毎の各断面に作用するＹ軸（車幅方向に沿った軸）回りのモーメントＭｙと、Ｘ方向（車両後方向）の力ＦｘをＦＥＭ解析等により算出する。即ち、モーメントＭｙは、下記(１)式とは別の解析方法により算出する。

そして、算出されたモーメントＭｙを力Ｆｘで除することにより、モーメントレバー（モーメントアーム）Ｌを算出し（Ｍｙ＝Ｆｘ・Ｌ…(１)）、各断面におけるモーメントレバーＬがゼロになる仮想軸力作用点（図中正方形のプロットで示す点）を結ぶ仮想軸力作用線Ｌ０を設定する。この仮想軸力作用線Ｌ０は、ラジエータサポートロア３０Ｂの下端後端部とブラケット４２の前端部とを結ぶ直線と略一致する。

次に、図３に示すように、本実施形態におけるロアメンバ３８における長手方向の各断面の図心（図中白抜き菱形で示す断面の中心点）のＺ方向（車両上下方向）の位置を設定する。この図心の位置設定は、ロアメンバ３８における各断面の図心（断面中心点）を結ぶ図心線（軸線）Ｌ１の少なくとも一部が、側面視にて仮想軸力作用線Ｌ０とオーバーラップするように行う。詳細には、ロアメンバ３８の湾曲部３８Ｃにおける長手方向中央部（前後両側の支持点間の中央部）が仮想軸力作用線Ｌ０の中央部とオーバーラップするように、図心の位置設定を行う。

なお、図心線Ｌ１の一部を仮想軸力作用線Ｌ０と側面視にてオーバーラップさせることは必須ではなく、ロアメンバ３８の湾曲部３８Ｃの長手方向の少なくとも一部が、側面視にて仮想軸力作用線Ｌ０とオーバーラップしていればよい。

次に、本実施形態における作用及び効果について説明する。

図１に示される状態が前面衝突前の車体前部１０の状態である。この状態から相手車両等と前面衝突すると、前面衝突時の衝突荷重がフロントバンパリインフォース２０に入力される。このため、フロントバンパリインフォース２０の長手方向の両端部に結合された左右一対のクラッシュボックス１８が車両前後方向に軸圧縮塑性変形し、所定のエネルギー吸収を行う。

クラッシュボックス１８の変形量が所定量に達すると、フロントバンパリインフォース２０の車両後方側に近接して配置されたラジエータ２２に車両後方側への衝突荷重Ｆが入力される。衝突荷重Ｆの一部（以下、衝突荷重ｆ１という）は、ラジエータサポートロア３０Ｂからロアメンバ３８に入力され、その後、ロアメンバ３８からサブフレーム４０へ伝達される。

ここで、ロアメンバ３８のラジエータサポートロア３０Ｂに結合された前端部３８Ｂと、ロアメンバ３８のブラケット４２に結合された後端部３８Ａとは、衝突荷重ｆ１の進行方向に対して交差する方向にオフセットされているため、ロアメンバ３８の長手方向の各断面にはＹ軸回りのモーメントＭｙが発生する。

しかし、本実施形態では、ロアメンバ３８の湾曲部３８Ｃが車両下方側に曲率中心を持つＲ状の湾曲部とされることにより、図心線Ｌ１の一部（特に中央部）が上記仮想軸力作用線Ｌ０に沿わされ、さらには、側面視にてオーバーラップされている。これにより、ロアメンバ３８の長手方向両端側から中央側へかけてモーメントレバーＬが縮小化され、中央部においてはモーメントレバーＬが０となるため、ロアメンバ３８の湾曲部３８Ｃの各断面、特に湾曲部３８Ｃの長手方向中央部の断面に作用するＹ軸回りのモーメントＭｙを減少させることができる。

よって、衝突荷重ｆ１によるロアメンバ３８の車両上下方向の曲げ変形を抑制できることにより、ロアメンバ３８による衝突荷重ｆ１のサブフレーム４０への荷重伝達性能を確保することが可能となる。従って、ロアメンバ３８の車両前後方向に対する剛性の要求度が低くなり、以って、ロアメンバ３８の薄肉化等による部品軽量化、コスト低減が可能となる。

ここで、図２に示す直線状のロアメンバ３９（図心線Ｌ１´）の場合には、支持点（車両前後方向の両端部）からの距離が最大となる両支持点間の中央部においてＹ軸回りのモーメントＭｙが最大となる。これに対して、図３に示すように本実施形態では、ロアメンバ３８の湾曲部３８Ｃの長手方向中央部（前後両側の支持点間の中央部）におけるＹ軸回りのモーメントレバーＬを０にすることで、ロアメンバ３８に生じるＹ軸回りのモーメントＭｙを効果的に減少させている。なお、本実施形態では、ロアメンバ３８の長手方向の各断面に生じる曲げモーメントの最大値を、図２に示す比較例と比して１／２程度まで減少させることが可能である。

また、本実施形態では、ロアメンバ３８の中間部をＲ状に湾曲させることにより当該中間部に対して連続的な形状変化を与えている。これにより、ロアメンバ３８の中間部を屈曲させる等、当該中間部に対して非連続な形状変化を与える場合と比して、当該中間部における応力集中を緩和でき、ロアメンバ３８の曲げ変形を抑制できる。

以上、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、本実施形態では、ロアメンバ３８の後端部３８Ａをロアメンバ３８の前端部３８Ｂに対して車両下側に配置し、ロアメンバ３８の中間部に車両上側に膨らんだ湾曲部３８Ｃを形成したが、ロアメンバ３８の後端部３８Ａをロアメンバ３８の前端部３８Ｂに対して車両上側に配置した場合には、ロアメンバ３８の中間部に車両下側に膨らんだ湾曲部３８Ｃを形成することによって本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施形態では、壁体をラジエータサポート３０及びラジエータ２２により構成したが、コンデンササポートやコンデンサ等の他の構成物に替えることも可能である。また、ラジエータサポート３０及びラジエータ２２等の壁体により垂直面が構成されていることは必須ではなく、該壁体が車両上下方向に対して傾斜して配設されていてもよい。

また、本実施形態では、荷重伝達部材としてのロアメンバ３８の前端部３８Ｂをラジエータサポートロア３０Ｂの下面にボルト締結したが、ラジエータサポート３０の側部や背部等、ラジエータサポート３０の他部位に取り付けてもよく、また、ブラケットを介してラジエータサポート３０に取り付けてもよい。また、ロアメンバ３８の後端部３８Ａについては、ブラケット４２を介さずにサブフレーム４０に直接取り付けてもよく、サブフレーム４０における縦壁部４０Ａ以外の部位に取り付けてもよい。

また、本実施形態では、ロアメンバ３８を閉断面構造に構成したが、例えば、コ字型断面やハット型断面等の開断面構造に構成してもよい。

さらに、本実施形態では、ロアメンバ３８の前端部３８Ｂ及び後端部３８Ａを除く広範囲を湾曲部３８Ｃとして構成したが、ロアメンバ３８の長手方向の少なくとも一部が湾曲部とされていればよく、前端部３８Ｂ及び後端部３８Ａを含む全体が湾曲部とされていてもよい。

本発明の一実施形態に係る車体前部構造を示す側面図である。 比較例に係る車体前部構造を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る車体前部構造を示す側面図である。

符号の説明

１０ 車体前部
１２ フロントサイドメンバ
１８ クラッシュボックス（フロントサイドメンバ）
２０ フロントバンパリインフォース
２２ ラジエータ（壁体）
３８ ロアメンバ（荷重伝達部材）
３８Ａ 湾曲部
４０ サブフレーム（車体構成部材）
４２ ブラケット（荷重伝達部材）

Claims (4)

1. 車体前部の両サイドに車両前後方向を長手方向として配置された左右一対のフロントサイドメンバと、
   車体の前端部に車幅方向を長手方向として配置され、左右一対の前記フロントサイドメンバの前端部同士を連結するバンパリインフォースと、
   前記バンパリインフォースの車両後方側に近接して配置され、前面衝突時に衝突荷重が入力される壁体と、
   前記フロントサイドメンバの下方側に車両前後方向に沿って配置され、前端部を前記壁体に、当該前端部に対して車両上下方向の一方側にオフセットして配置された後端部が車体構成部材に結合されると共に、前後両端部間の長手方向の少なくとも一部が車両上下方向の他方側に膨らむ湾曲部とされ、且つ閉断面構造とされた荷重伝達部材と、
   を有することを特徴とする車体前部構造。
2. 前記湾曲部の長手方向の少なくとも一部を、前面衝突時に入力される衝突荷重によって作用する曲げモーメントのモーメントアーム長を０とする軸力作用線と側面視にてオーバーラップさせたことを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 前記荷重伝達部材における前後両側の支持点間の中央部を、前記軸力作用線と側面視にてオーバーラップさせたことを特徴とする請求項２に記載の車体前部構造。
4. 前記湾曲部の長手方向の少なくとも一部における図心が、側面視にて前記軸力作用線上に位置するように構成したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車体前部構造。

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