JP5109124B2 - 車体下部の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は車体下部の補強構造、特に車体の捩じれ剛性を強化する補強構造に関する。

自動車の固定ルーフ部の無いオープンカーはルーフ部のある普通乗用車に比べて車体の捩じれ剛性が低くなる。このため、オープンカーは車両走行時にサスペンションからの入力等で車体が捩じれ変形しやすいといった不具合がある。そこで従来のオープンカーでは、車室フロアから前方へ延出する左右のフロントサイドメンバ間に車幅方向に架設されたフロントサスペンションクロスメンバの幅方向中央部と、車室フロアの左右両側位置とを左右一対のブレースで平面視ほぼＶ字形に連結して車体前側下部の捩じれ変形を防ぐことが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。

またＶ字形のブレースによる補強構造は車体前部に限らず、車体後部の補強にも有効であり、近年、車体後側下部でもＶ字形のブレースで補強することが行なわれている。図７ないし図９はＶ字形のブレースによる従来の代表的な車体後側下部の補強構造を示す。車体後側下部には車室フロアＦの左右両側縁に沿って設けられた左右のロッカー１，１の後端から斜め上方へキックアップしつつ、ロッカー１，１よりも一段高い位置で後方へ延びる左右一対のリヤサイドメンバ２，２が設けられている。リヤサイドメンバ２，２間には前後中間部にリヤクロスメンバ3が架設され、リヤサイドメンバ２，２の後端間にはリヤクロスメンバ3の下縁から後方へ向けてクロスメンバ３よりも一段低い位置にスペアタイヤ等を収納可能の荷室フロア4が設置されている。

ところで車体後側下部では、図は省略したが左右のリヤサイドメンバ２，２間に架設されてリヤタイヤのサスペンションを支持するリヤサスペンションクロスメンバは防振部材を介してリヤサイドメンバ２，２に取付けられ、固定的に取付けられておらず、また車種によってはリヤサスペンションクロスメンバが設けられていないものがあって、サスペンションクロスメンバに車体の捩じれ防止用のブレースを連結することができない。このため車体後側下部ではクロスメンバ3の車幅方向中央部から下方へ突出する箱型の突出部材5を設けて、その下面の高さ位置をロッカー１，１後端の高さに合わせてロッカー１，１後端と突出部材5の下端部とを左右のブレース６，６でほぼ水平方向かつ平面視Ｖ字形に連結することが行なわれている。

これによれば図９に示すように、車両走行時にリヤサスペンションからの走行荷重などにより左右のリヤサイドメンバ２，２がこれらの車幅方向の中央位置Ｔを中心に上下逆方向に変位 (矢印Ｒ)し、これに伴ってクロスメンバ３がその中央を中心として上下に揺動し、クロスメンバ3の中央から下方へ突出する突出部材５が車幅方向左右に揺動(矢印Ｓ)しようとするが、左右のブレース６，６の突っ張りにより突出部材5の揺動が阻止され、これに伴ってクロスメンバ３の揺動が阻止され、車体後部の左右両側の上下逆相の捩じれ変形が軽減される。
特開平５−１１６６４８号公報

ところでリヤクロスメンバ３から下方へ突出する突出部材５とＶ字形のブレース６，６とで構成された補強構造において問題となるのは突出部材５およびその上端の結合部の剛性である。Ｖ字形のブレース６，６により下端の動きが阻止された突出部材５には、リヤクロスメンバ３に左右両側で上下逆方向の力が作用すると、特に上端部付近とリヤクロスメンバ３との結合部に応力が集中し、その結果、突出部材５の上端部で変形や破損が生じ、車体の捩じれ変形を防止する作用が充分に発揮されなくなるおそれが生じる。
突出部材５の上端部付近の変形や破損は、突出部材５の幅を広くするなどして大型化することで防止することが考えられる。しかしながら、オープンカーと普通乗用車とは一般に車体下部の基本構造は共通とされており、大型の突出部材を設けるためにはリヤクロスメンバ３の形状等を改変する必要があり、両車種で車体の下部構造を共用することができなくなる。
そこで本発明は、突出部材とＶ字形のブレースを設置する車体下部において、車体の基本構造を改変することなく、効果的に車体の捩じれ変形を軽減する車体下部の補強構造を実現することを課題としてなされたものである。

本発明は、自動車の車室フロアの端部から延出して車室フロアよりも一段高く形成された左右のサイドメンバ間を車幅方向に架けわたすクロスメンバに、その車幅方向中央部から下方へ突出する突出部材を設け、該突出部材の下端部と、車室フロア下面側の左右両側位置とを左右一対のブレースでほぼ水平にかつ平面視ほぼＶ字形に連結した車体下部の補強構造において、
上記突出部材の下端部と上記左右のサイドメンバとをクロスメンバに沿う車幅方向に連結する補強部材を設け、
上記補強部材は、その一端を上記突出部材の下端部にボルト締め固定し、他端は、サスペンションクロスメンバの上記サイドメンバへの取付け部に設けたゴム弾性を有する防振部材を介在させて上記サイドメンバの下面側に配し、上記防振部材を上下方向に貫通せしめたボルト部材により上記他端を上記サイドメンバに固定せしめる（請求項１）。
突出部材の下端部と左右のサイドメンバとをクロスメンバに沿う車幅方向に左右の補強部材で連結したので、クロスメンバと突出部材と補強部材とで略三角形のトラス構造が形成され、左右のサイドメンバの上下逆相の力が作用したとき、突出部材とクロスメンバとの結合部に応力が集中せず、突出部材およびその上端の結合部の剛性が強化され、突出部材の下端部がＶ字形のブレースによって動きが阻止されるのと相まって車体の左右の上下逆相への変形を抑え、車体の捩じれ変形が軽減される。また補強部材の取付けをサスペンションクロスメンバの取付けボルトと共通に固定することで取付構造を簡素化できる。

上記防振部材は、内筒と、該内筒と同心で上記サスペンションクロスメンバの一端に結合せしめた外筒と、上記内筒と外筒とをこれらの間に介在して結合させたゴム弾性材とからなり、
上記内筒およびゴム弾性材を挟んで上記補強部材の他端を上記サイドメンバの下面側に配し、上記内筒を上下方向に貫通せしめたボルト部材により上記補強部材を上記サイドメンバに固定し、上記外筒を上記サスペンションクロスメンバの一端と一体に、上記サイドメンバと上記補強部材との間で遊動可能とした（請求項２）。
補強部材の他端は防振部材の内筒を介してリヤサイドメンバの下面に強固に固定できる。また補強部材の他端は外筒側の遊動範囲を規制するストッパの役割をなす。

上記左右のサイドメンバは、上記車室フロアの左右の両側縁に沿って設置された左右のロッカーの後端から該ロッカーよりも一段高く後方へ延出する左右のリヤサイドメンバであり、左右のリヤサイドメンバ間を車幅方向に架けわたすリヤクロスメンバの車幅方向中央部に下方へ突出する上記突出部材を設けて、該突出部材の下端部と上記左右のロッカーの後端部下面とを上記ブレースでほぼ水平に連結し、かつ上記突出部材の下端部と上記左右のリヤサイドメンバとを車幅方向に上記補強部材で連結した（請求項３）。
車体の左右のリヤサイドメンバ間を架けわたすリヤクロスメンバに突出部材を設け、突出部材と左右のロッカーとをＶ字形のブレースで連結した車体後部の補強構造において補強部材で突出部材の剛性を強化するのに好適である。

上記補強部材を幅細の板材または棒材で構成し、その長さ方向中間部と上記突出部材の側縁上端部とを縦板状の補強板で連結する（請求項４）。
補強部材の中間と突出部材の上端部とを補強板により結合することで、補強部材が小型であっても突出部材および上端の結合部の剛性を効果的に強化できる。

本発明の補強構造を車体後側の下部に適用した実施形態を説明する。本実施形態の車体後側の下部の基本構造は従来のそれとほぼ同じである。図１に示すように、車体後側の下部には、車室フロアＦの左右両側に前後方向に延びる一対のロッカー１，１がほぼ平行に設けてある。

左右のロッカー１，１の後端にはそれぞれ、これらの車内側面から後方へ延びる左右のリヤサイドメンバ２，２が連結してある。左右のリヤサイドメンバ２，２は、平面視、ロッカー１，１後端の連結部から中間部にかけて斜めに後方かつ車内側へ向けて緩やかに湾曲傾斜状に延び、中間部から後端に向けて後方へほぼ直線状に延設してある。またリヤサイドメンバ２，２はロッカー１，１後端の連結部から、側面視、上方かつ後方へ向けて突出するアーチ状に形成してあり、ロッカー１，１よりも一段高い位置に配置してある(図８参照)。

図１ないし図４に示すように、左右のリヤサイドメンバ２，２の中間部には車幅方向にリヤクロスメンバ3が架設してある。リヤクロスメンバ3はアッパパネル3０とロアパネル3１とで閉断面構造をなし、左右両端が両リヤサイドメンバ２，２の中間部の車内面に溶接結合してある。

リヤクロスメンバ３にはアッパパネル３０の下縁を縦壁状に下方へ延出せしめた下端部３２が形成してある。該下端部３２は、その下縁が、左右のリヤサイドメンバ２の後端部間に架設され、両リヤサイドメンバ２よりも一段低い位置でスペアタイヤ等の収納部を形成する荷室フロア４の前縁と結合してあり、上記収納部の前面部を形成している。尚、車室フロアＦは左右のロッカー１，１間、および左右のリヤサイドメンバ２，２の前半部間に設けられ、フロア後縁はリヤクロスメンバ３に沿っても設けられる。

リヤクロスメンバ３の下方には車幅方向の中央部に、下端部３２と荷室フロア４の前縁との結合部から下方へ突出する突出部材５が設けてある。突出部材５は前面パネル５０と後面パネル５１および上面パネル５２とで中空の箱型に形成してある。突出部材５の下端は前面パネル５０および後面パネル５１の下縁フランジ同士を重ね合わせて結合した下面部５３で閉じてある。

突出部材５は、上面パネル５２の前縁の結合フランジをリヤクロスメンバ３の下端部３２に重ね合わせて溶接するとともに、後縁の結合フランジを荷室パネル４の下面前端に溶接してある。突出部材５の車幅方向の幅はリヤクロスメンバ３の車幅方向に沿う長さの約４分の１の寸法に設定してあり、下面部５３の高さ位置は左右のロッカー１，１の後端下面の高さ位置とほぼ同じに設定してある。

このように構成した車体後部には左右のロッカー１，１の後端と突出部材５の下面部５３とを左右一対のブレース６，６により平面視ほぼＶ字形に連結してある。ブレース６，６は肉厚の帯状金属板からなる長尺部材で、前端をロッカー６，６の後端下面にボルト締め固定するとともに、後端を突出部材５の下面部５３の幅方向中央寄りの左右両側位置にボルト締め固定してある。

そして突出部材５にはこれを左右両側から支えるように、下面部５３の左右両端と、下面５３よりも上方位置にある左右のリヤサイドメンバ２，２とをリヤクロスメンバ３に沿う車幅方向に連結する左右の補強部材７，７が設けてある。

補強部材７，７は厚肉の帯状金属板で構成してあり、車両中央側の端末７１，７１がブレース６の後端よりも車外側の位置で突出部材５の下面部５３に重ね合わせてボルト締め固定してある。
補強部材７の車外側の端末７２，７２は一般部よりも幅の広い円盤状に形成してある。端末７２，７２は、左右のリヤサイドメンバ２，２の下方に設置されて、リヤサイドメンバ２，２の下面に防振部材９を介して取り付けられるリヤサスペンションクロスメンバ８(図１において仮想線で表す)の左右後端と一体にボルト部材９０により締結してある。

リヤサスペンションクロスメンバ８は、前後方向に配置され、かつ前後中間部を車内側へ湾曲せしめた太径パイプ材からなる左右の側辺部８１，８１と、両側辺部８１，８１の前後位置を車幅方向にクロス部材８２,８３で架けわたした井桁型に形成してある。リヤサスペンションクロスメンバ８は左右の側辺部８１，８１の前端および後端がそれぞれリヤサイドメンバ２，２の下面に防振部材９を介して取付けられる。

図５はリヤサスペンションクロスメンバ８の後端と補強部材７の端末７２とをリヤサイドメンバ２の下面に結合した結合部の縦断面を示す。防振部材９は内筒９１とこれと同心の外筒９２とをゴム弾性材９３でつないだ２重の円筒構造をなし、リヤサスペンションクロスメンバ８の円筒状の取付部８５内に下方から嵌入して外筒９２が取付部８５の内面に接合してある。この場合、取付部８５の上端開口が外筒９２の上端径よりも狭くしてあり、かつ外筒９２の下縁が取付部８５の下端開口よりも拡径してあり、防振部材９に対して取付部８５が下方へ抜けないように構成してある。

防振部材９および取付部８５は、取付部８５を貫通して上方へ突出した内筒９１の上縁をリヤサイドメンバ２の下面のウェルドナット２５まわりに下方から当接するとともに、取付部８５上縁をゴム弾性材を有するリング状のスペーサー９５を介して上記下面に当てる。そして、円盤状の補強部材７の端末７２は、その中央に設けたボルト貫通孔まわりの内周を下から内筒９１の下縁に当接せしめるとともに、端末７２外周をゴム弾性材９３からなる外筒９２の下縁に当てて防振部材９を下から支えるように配置し、端末７２の上記ボルト貫通孔および内筒９１を貫通するボルト部材９０を上記ウェルドナット２５に下方から締め付けてある。

これにより補強部材７の端末７２は防振部材９の内筒９１を介してリヤサイドメンバ２の下面に強固に固定される。一方、リヤサスペンションクロスメンバ８の取付部８５はゴム弾性材９３および外筒９２を介してリヤサイドメンバ２の下面に対して若干遊動可能に取り付けられる。また外周を外筒９２の下縁にゴム弾性材９３を介して対向させた補強部材７の端末７２は外筒９２側の遊動範囲を規制するストッパの役割をなす。

車両走行時、左右のリヤサイドメンバ２，２にはリヤサスペンションから上下方向に入力が作用する。この場合、小さな上下入力は上記防振部材９で吸収されるが大きな上下入力が作用すると、図３に示すように、左右のリヤサイドメンバ２，２は、これらの間に車幅方向に架けわたしたリヤクロスメンバ３の車幅方向中央部Ｔを中心に上下逆相に変位（矢印Ｒ）し、これに伴い、リヤクロスメンバ３は中央部Ｔを中心に左右両側が上下に揺動し、中央部Ｔから下方へ突出した突出部材５の下端は左右に揺動(矢印Ｓ)することとなる。

これに対して、突出部材５の下端は左右のロッカー１，１の後端とをV字形に左右のブレース６，６で連結されているので、突出部材５の下端の左右の揺動が抑えられ、これによりリヤクロスメンバ３の上下揺動が抑えられる。
しかしながらこのとき、上下に揺動させようとする力が作用するリヤクロスメンバ３と突出部材５の上端との結合部には応力集中が発生する。そこで本実施形態では突出部材５の下端と、これよりも上方位置にある左右のリヤサイドメンバ２，２とを補強部材７，７で連結し、リヤクロスメンバ３と突出部材５と、左右の補強部材７，７とで略三角形のトラス構造を形成したから、リヤクロスメンバ３と突出部材５の上端との結合部に応力集中が発生せず、突出部材５を大型化しなくても上記結合部の変形ないし破損の発生が防止され、リヤサイドメンバ２，２の上下逆相の変位を抑制して車体後部の捩じれ変形が軽減される。

また本実施形態は、突出部材５を大型にする必要がないからクロスメンバ３に改変を加えることなく取付けることができる。また補強部材７，７の車体への取付けにリヤサスペンションクロスメンバ８の車体への取付部を利用して取付けることができる。従って突出部材５および補強部材７，７は普通乗用車と共用の車体に容易に取付けることができる。補強部材７，７の端末７２，７２で、防振部材９の下面側の上記ストッパの役目を持たせることができ都合がよい。

また補強部材７，７による突出部材５の補強構造は、リヤサスペンションクロスメンバが設けられていない車両にも適用することができる。この場合、補強部材７，７の端末７２，７２は左右のリヤサイドメンバ２，２の下面にボルト締め固定するようになし、容易に取付けできる。

図６は本発明の他の実施形態を示すもので、図２に対応して要部斜視図を示す。本実施形態の基本構造は先の実施形態のそれと同一で相違点を中心に説明する。尚、同一部材は同一符号で表し、それらの説明を省略する。
本実施形態では、左右の補強部材７，７の長さ方向中間部と、突出部材５の左右の側縁の上端部とを縦板状の左右一対の補強板７０，７０でつないだ構造としてある。各補強板７０，７０は略三角形の金属板で形成してあり、傾斜辺たる幅広の基端縁７０１が補強部材７，７の中間部にその長さ方向に沿って溶接してある。そして補強部材７，７から車内側かつ上方へ突出する細幅の先端部７０２を突出部材５の後面の上端の左右の隅角付近に重ね合わせてボルト締め固定してある。

本実施形態によれば、リヤクロスメンバ３、突出部材５および補強部材７，７で形成される略三角形のトラス構造の中に、突出部材５と、補強部材７，７、および補強板７０,７０とで更に略三角形のトラス構造を形成したので突出部材５、補強部材７，７および両者の結合部の剛性が更に強化され、車体後部の高い捩じれ軽減効果を発揮できる。

本発明は車体後部の補強に限らず、車体前部の補強に適用してもよい。車体全部の左右のフロントサイドメンバ間に車幅方向に架設されたフロントクロスメンバから下方へ突出する突出部材を設け、これとロッカーの前端とをＶ字形にブレースで連結するとともに、突出部材と両フロントサイドメンバとを補強部材で連結してもよい。

本発明の車体下部の補強構造を示すもので、車体後側の下部に適用した概略平面図である。 上記補強構造を適用した車体後側の下部の要部斜視図である。 図１のIII―III線に沿う断面図である。 図１のIV―IV線に沿う断面図である。 図１のＶ―Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の他の補強構造を適用した車体後側の下部の要部斜視図である。 従来の車体下部の補強構造を示す、車体後側の下部の概略平面図である。 図７のVIII―VIII線に沿う断面図である。 図７のIX―IX線に沿う断面図である。

符号の説明

Ｆ 車室フロア
１ ロッカー
２ リヤサイドメンバ(サイドメンバ)
３ リヤクロスメンバ(クロスメンバ)
５ 突出部材
５３ 下端部
６ Ｖ字形のブレース
７ 補強部材
７２ 車外側の端末(一端)
７０ 補強板
８ リヤサスペンションクロスメンバ(サスペンションクロスメンバ)
９ 防振部材
９０ ボルト部材
９１ 内筒
９２ 外筒
９３ ゴム弾性材

Claims (4)

1. 自動車の車室フロアの端部から延出して車室フロアよりも一段高く形成された左右のサイドメンバ間を車幅方向に架けわたすクロスメンバに、その車幅方向中央部から下方へ突出する突出部材を設け、該突出部材の下端部と、車室フロア下面側の左右両側位置とを左右一対のブレースでほぼ水平にかつ平面視ほぼＶ字形に連結した車体下部の補強構造において、
   上記突出部材の下端部と上記左右のサイドメンバとをクロスメンバに沿う車幅方向に連結する補強部材を設け、
   上記補強部材は、その一端を上記突出部材の下端部にボルト締め固定し、他端は、サスペンションクロスメンバの上記サイドメンバへの取付け部に設けたゴム弾性を有する防振部材を介在させて上記サイドメンバの下面側に配し、上記防振部材を上下方向に貫通せしめたボルト部材により上記他端を上記サイドメンバに固定せしめたことを特徴とする車体下部の補強構造。
2. 上記防振部材は、内筒と、該内筒と同心で上記サスペンションクロスメンバの一端に結合せしめた外筒と、上記内筒と外筒とをこれらの間に介在して結合させたゴム弾性材とからなり、
   上記内筒およびゴム弾性材を挟んで上記補強部材の他端を上記サイドメンバの下面側に配し、上記内筒を上下方向に貫通せしめたボルト部材により上記補強部材を上記サイドメンバに固定し、上記外筒を上記サスペンションクロスメンバの一端と一体に、上記サイドメンバと上記補強部材との間で遊動可能とした請求項１に記載の車体下部の補強構造。
3. 上記左右のサイドメンバは、上記車室フロアの左右の両側縁に沿って設置された左右のロッカーの後端から該ロッカーよりも一段高く後方へ延出する左右のリヤサイドメンバであり、左右のリヤサイドメンバ間を車幅方向に架けわたすリヤクロスメンバの車幅方向中央部に下方へ突出する上記突出部材を設けて、該突出部材の下端部と上記左右のロッカーの後端部下面とを上記ブレースでほぼ水平に連結し、かつ上記突出部材の下端部と上記左右のリヤサイドメンバとを車幅方向に上記補強部材で連結した請求項１または２に記載の車体下部の補強構造。
4. 上記補強部材を幅細の板材または棒材で構成し、その長さ方向中間部と上記突出部材の側縁上端部とを縦板状の補強板で連結した請求項１ないし３に記載の車体下部の補強構造。