JP5201864B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車体構造に関する。

自動車の車体前部の構造として、車体前部に車体前後方向へ延びるフロントサイドメンバが車体幅方向に配置されている。各フロントサイドメンバの間には、エンジン及びトランスミッションなどが配置されるが、ステアリングハンドルを最大限に切った時（以下、最大操舵時）の前輪の位置を考え、前輪の最大操舵時の位置がフロントサイドメンバと干渉するのを避けるために、フロントサイドメンバの車体前後方向中間部には車体幅方向外側に車体幅方向内側へ向けて凹部が形成されている。また、衝突時における自動車の衝突エネルギーの吸収量が最も高いフロントサイドメンバの変形のしかたは、フロントサイドメンバの前端からフロントサイドメンバの後端へと順に軸圧潰していった場合である。

従来のフロントサイドメンバ構造のように、フロントサイドメンバに凹部を設けた場合、フロントサイドメンバの前端の断面中心線と凹部での断面中心線が車体幅方向にずれてしまう。また、フロントサイドメンバの前端の横断面積とフロントサイドメンバの凹部の横断面積を比べると、フロントサイドメンバの前端部の横断面積よりもフロントサイドメンバの凹部での横断面積の方が小さくなっている。このため、フロントサイドメンバの凹部が脆弱部となり、フロントサイドメンバの前端の断面中心線に沿って作用する入力によって、フロントサイドメンバの車体前後方向の中間部に車体幅方向の曲げモーメントが発生しやすく、衝突時にはフロントサイドメンバの前端部よりもフロントサイドメンバの凹部が先に変形する可能性がある。

そこで、フロントバンパの両端に衝撃吸収部を介してその前端がそれぞれ結合された一対のフロントサイドメンバの後端に、各フロントサイドメンバよりも上方と下方に配置されたフロントサイドメンバアッパ部材とフロントサイドメンバロア部材を連結し、衝突時における自動車の衝突エネルギーをフロントサイドメンバから上下のフロントサイドメンバアッパ部材とフロントサイドメンバロア部材に分散させて衝突時のエネルギーを吸収する車体構造が本出願人から特許文献１で提案されている。

特願２００６−１４３１７８号公報

特許文献１で提案されている車体構造においても衝突時のエネルギーを吸収することはできるが、より効率的に衝突時のエネルギーを吸収する点や圧潰特性に関しては工夫の余地が残されている。特にフロントサイドメンバロア部材の圧潰特性については前端側から順番に圧潰することが理想的であるので、フロントサイドメンバロア部材の後端側の結合強度が重要となる。結合構造に強度を持たせるのであれば、補強ブラケットの追加、締結部材となるボルトの本数を増やすことで対応することはできるが、これは部品点数や組み付け工数の増加につながると共に、重量増大の要因となってしまう。

本発明は、フロントサイドメンバロア部材の後端側の結合構造を工夫することで、部品点数や組み付け工数の増加、重量増大を招くことなく衝突時における衝突エネルギーの吸収性能や圧潰特性を向上する車体構造を提供することをその目的とする。

本発明は、衝突時における衝突エネルギーの吸収性能や圧潰特性を向上するに際し、特にフロントサイドメンバロア部材の後端側の結合構造を変更することで課題の解決を図った。

すなわち、請求項１の発明では、フロントバンパの両端に衝撃吸収部を介してその前端がそれぞれ結合された一対のフロントサイドメンバと、各フロントサイドメンバよりも上方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されたフロントサイドメンバアッパ部材と、各フロントサイドメンバよりも下方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されるとともに、後端がそれぞれ車体幅方向に末広がりとなる扇形状に形成され、かつ、平面形状が略Ｘ形状となるフロントサイドメンバロア部材と、車体幅方向に延存するとともに、フロントサイドメンバロア部材の後端が結合されるダッシュクロスメンバを有し、ダッシュクロスメンバを、フロントサイドメンバロア部材の後端の一部に車体後方側で当接可能な壁部を有するとともに、車体幅方向に配置されていて車体前後方向に延長された一対のサイドシルと、これらサイドシルと並列されたフロアサイドメンバに連結され、フロントサイドメンバロア部材の後端が、サイドシルとフロアサイドメンバとの間のダッシュクロスメンバに結合された構成とした。

請求項２の発明では、フロントバンパの両端に衝撃吸収部を介してその前端がそれぞれ結合された一対のフロントサイドメンバと、各フロントサイドメンバよりも上方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されたフロントサイドメンバアッパ部材と、各フロントサイドメンバよりも下方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されるとともに、後端がそれぞれ車体幅方向に末広がりとなる扇形状に形成され、かつ、平面形状が略Ｘ形状となるフロントサイドメンバロア部材と、車体幅方向に延存するとともに、フロントサイドメンバロア部材の後端が結合されるダッシュクロスメンバを有し、ダッシュクロスメンバは、フロントサイドメンバロア部材の後端に形成された後端取付部に車体後方側で当接可能な壁部を有するとともに、フロントサイドメンバロア部材の後端に形成された後端取付部が、前記壁部に沿うような断面形状に形成され、かつ、該後端取付部の後端面が前記壁部に当接するように固定された構成とした。

本発明によれば、一対のフロントサイドメンバよりも上方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されたフロントサイドメンバアッパ部材と、各フロントサイドメンバよりも下方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されるとともに、後端がそれぞれ車体幅方向に末広がりとなる扇形状に形成され、かつ、平面形状が略Ｘ形状となるフロントサイドメンバロア部材とを備え、ダッシュクロスメンバが、フロントサイドメンバロア部材の後端の一部に車体後方側で当接可能な壁部を有するので、フロントサイドメンバに入力される衝突時の衝突エネルギーは、フロントサイドメンバアッパ部材とフロントサイドメンバロア部材に分散される。このとき、フロントサイドメンバロア部材の後端はダッシュクロスメンバの設けた壁部と接触するので、ダッシュクロスメンバの壁部によりフロントサイドメンバロア部材の後端の剛性が高められるため、部品点数や組み付け工数の増加、重量増大を招くことなく衝突時における衝突エネルギーの吸収性能や圧潰特性を向上することができる。

本発明によれば、ダッシュクロスメンバを、車体幅方向に配置されていて車体前後方向に延長された一対のサイドシルと、これらサイドシルと並列されたフロアサイドメンバに連結され、フロントサイドメンバロア部材の後端が、サイドシルとフロアサイドメンバとの間のダッシュクロスメンバに結合された構成としたので、フロントサイドメンバロア部材に伝達された衝突エネルギーは、さらにサイドシルとフロアサイドメンバへと分散されるので、衝突時の衝突エネルギーを効率よく車体後方へ伝達分散することができるとともに、フロントサイドメンバロア部材全体の剛性を従来よりも低くすることができ、フロントサイドメンバロア部材の板厚を薄くでき、車体の軽量化を図ることができる。

本発明によれば、ダッシュクロスメンバは、フロントサイドメンバロア部材の後端に形成された後端取付部に車体後方側で当接可能な壁部を有するとともに、フロントサイドメンバロア部材の後端に形成された後端取付部が、前記壁部に沿うような断面形状に形成され、かつ、該後端取付部の後端面が前記壁部に当接するように固定された構成としたので、フロントサイドメンバロア部材の後端取付部がダッシュクロスメンバの壁部と面接触することになり、よりダッシュクロスメンバの壁部でフロントサイドメンバロア部材の後端の剛性が高められ、部品点数や組み付け工数の増加、重量増大を招くことなく衝突時における衝突エネルギーの吸収性能や圧潰特性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図中Ｆは車体前方を、Ｒは車体後方を、Ｗは車体幅方向を、Ｉｎは車体幅方向内側をそれぞれ示す。図１，図２に示すように、本発明に係る車体構造は、左右のフロントピラーロア１０の上部がカウルトップ１１で接合され、各フロントピラーロア１０の中部がダッシュクロスメンバアッパ１６で結合されている。フロントピラーロア１０の車体方向側には、図示しないがキャビンが形成されている。

各フロントピラーロア１０の下方には、車体幅方向Ｗに配置されていて車体前後方向ＦＲに延長された一対のサイドシル１７，１７と、これらサイドシル１７，１７と並列され、車体前後方向ＦＲに延設されたフロアサイドメンバ４０，４０が配置されている。各サイドシルの前端１７ａ，１７ａは、各フロントピラーロア１０の下部にそれぞれ溶接などにより結合されている。各フロアサイドメンバの前端４０ａ，４０ａは、それぞれ車体幅方向Ｗに延設されたダッシュクロスメンバロア１５Ａ，１５Ｂを介して、それぞれサイドシルの前端１７ａ，１７ａと溶接などで結合されている。本形態において、ダッシュクロスメンバロア１５Ａ，１５Ｂは車体幅方向全域に延設されたものではなく、各サイドシル１７と各フロアサイドメンバ４０とを連結するに足りる長さとされており、従来のように車体幅領域全域に延設されたものよりも軽量としながらもキャビン強度確保の一要素を成している。

各フロントピラーロア１０よりも車体前方Ｆには、フロントバンパ１２の両端に衝撃吸収部１３，１３を介してその前端１ａ，１ａがそれぞれ結合された左右一対のフロントサイドメンバ１，１と、各フロントサイドメンバ１よりも上方に配置され、その前端２ａ，２ａが各フロントサイドメンバ１にそれぞれ連結された左右一対のフロントサイドメンバアッパ部材２，２と、各フロントサイドメンバ１よりも下方に配置され、その前端３Ａａ，３Ｂａが各フロントサイドメンバ１に連結されたフロントサイドメンバロア部材３が配置されている。

フロントサイドメンバアッパ部材２，２は、図３に示すように前輪３０の中心軸より上方に配置されている。図３に示すように、フロントサイドメンバアッパ２，２と各前輪の頭頂部３１は、それぞれほぼ同じ高さに位置するが、最大操舵時に干渉する虞のある前輪３０の前部内側３２もしくは前輪３０の後部内側３３はフロントサイドメンバアッパ２よりも低い位置にあるため、フロントサイドメンバアッパ２と前輪３０の前部内側３２又は後部内側３３とが干渉することはない。

図１，図２に示すように、フロントサイドメンバロア３は、前輪３０の中心軸より下方でフロア４とほぼ同じ高さにダッシュクロスメンバロア１５Ａ，１５Ｂから車体前方に向けて延びるアーム部３Ａ，３Ｂと、両アーム部を連結する基部３Ｃとで構成されている。フロントサイドメンバロア３は、例えば、鋳物にて一体成型されたものである。

各フロントサイドメンバロア部材の前端３Ａａ，３Ｂａの間には車幅方向に延設されたフロントクロスメンバ５０が連結されている。各フロントサイドメンバロア部材の後端３Ａｂ，３Ｂｂは、それぞれ車体幅方向Ｗに末広がりとなる扇形状に形成されていて、ダッシュクロスメンバロア１５Ａ，１５Ｂにボルト５０によって締結されることで各サイドシル１７と各フロアサイドメンバ４０にそれぞれ連結されている。

図４に示すように、アーム部３Ａ，３Ｂは、フロントサイドメンバアッパ２，２同様、左右の前輪３０の前部内側３２又は後部内側３３が干渉しないように、車体幅方向外側から車体幅方向内側Ｉｎ側に向かった凹部が形成されていて、その平面形状が略Ｘ形状とされている。このため、フロントサイドメンバロア３は、最大操舵時に干渉する虞のある前輪３０の前部内側３２もしくは前輪３０の後部内側３３よりも車体幅方向内側Ｉｎ側に向かって凹部が形成されているため、フロントサイドメンロア３と前輪３０の前部内側３２又は後部内側３３とが干渉することはない。

フロントサイドメンバロア部材３は、その前端３Ａａ，３Ｂａ側が後端３Ａｂ，３Ｂｂよりも脆弱に形成されている。この点について図５を用いて説明すると、アーム部３Ａ，３Ｂの、符号Ａで示す前端３Ａａ，３Ｂａが位置する領域は、符号Ｂで示す中央領域や符号Ｃで示す後端３Ａｂ，３Ｂｂが位置する領域よりもその板厚が薄く形成されている。後端３Ａｂ，３Ｂｂの位置する領域Ｃには、前端３Ａａ，３Ｂａに衝突荷重が加わった際に前端３Ａａ，３Ｂａがよりも遅く変形する脆弱変形部６０，６０がそれぞれ設けられている。本形態において、脆弱変形部６０，６０は、図ボルト５０でダッシュクロスメンバロア１５Ａ，１５Ｂに取り付けられる後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃよりも車体前方に位置する扇部分に車体上下方向に貫通する開口部６１を形成することで構成されている。

本形態において、脆弱変形部６０，６０は領域Ｃに位置する後端３Ａｂ，３Ｂｂにそれぞれ開口部６１，６１を設けることで脆弱変形部６０，６０を構成したが、開口部ではなく、例えば、領域Ｃの板厚を部分的に薄くする手法によって脆弱変形部６０，６０を構成するようにしても良い。

次にフロントサイドメンロア３の後端側の取付構造について説明する。各ダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂは、図６、図７に示すように、フロントサイドメンバロア部３の後端３Ａｂ，３Ｂｂに形成された後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃに、車体後方側Ｒで当接可能な壁部１５Ａ１，１５Ｂ１が形成されている。各ダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂは、押し出し成型されているので、断面形状を形成に関してはプレス成型などに比べて自由度が高く、壁部１５Ａ１，１５Ｂ１を低コストで容易に形成することができる。壁部１５Ａ１，１５Ｂ１及び後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃには、それぞれボルト５５が挿通される孔５６，５７が形成されている。ダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂの上面には、孔５６と照合するようにパイプナット５８が固定されている。本形態において、後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃは２本のボルト５５で壁部１５Ａ１，１５Ｂ１にそれぞれ締結固定される。後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃは、壁部１５Ａ１，１５Ｂ１に沿うような断面形状とされていて、その後端面３Ａｄ，３Ｂｄが壁部１５Ａ１，１５Ｂ１に当接するように固定される。

このような構成の車体構造によると、フロントサイドメンバロア部材３の後端３Ａｂ，３Ｂｂを、車体幅方向Ｗに配置されていて車体前後方向に延長された一対のサイドシル１７，１７と、これらサイドシルと並列されたフロアサイドメンバ４０，４０に連結したので、フロントサイドメンバ１，１に入力される衝突時の衝突エネルギーは、フロントサイドメンバアッパ部材２とフロントサイドメンバロア部材３に分散される。また、フロントサイドメンバロア部材３に伝達される衝突エネルギーは、前端３Ａａ，３Ｂａから後端３Ａｂ，３Ｂｂへと伝達されサイドシル１７，１７とフロアサイドメンバ４０，４０へとそれぞれ分散されることになる。この伝達経路においては、フロントサイドメンバロア部材３でもっとも強度がない前端３Ａａ，３Ｂａが位置する領域Ａが最初に変形して後方側へ圧潰して衝突時の衝突エネルギーが吸収される。領域Ａの圧潰で衝突エネルギーが吸収できない場合には、開口部６１，６１が形成されることで脆弱変形部６０，６０が設けられて領域Ｃが変形して後方側へ圧潰して衝撃エネルギーを吸収するとともに、サイドシル１７，１７とフロアサイドメンバ４０，４０へとそれぞれ分散して伝達する。このため、従来構成よりも、効率よく車体後方へ衝突エネルギーを伝達分散することができる。また、フロントサイドメンバロア部材３に伝達された衝突エネルギーは、各サイドシル１７と各フロアサイドメンバ４０へと分散されるため、フロントサイドメンバロア部材３全体の強度を従来よりも低くすることができ、フロントサイドメンバロア部材３の板厚を薄くでき、車体の軽量化を図ることができる。

ダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂには、フロントサイドメンバロア部材の後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃに車体後方側Ｒで当接可能な壁部１５Ａ１，１５Ｂ１を形成したので、フロントサイドメンバロア部材３に衝突エネルギーが伝達された際に、後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃが壁部１５Ａ１，１５Ｂ１と接触して、この壁部によりフロントサイドメンバロア部材の後端３Ａｂ，３Ｂｂ側の強度が高められるため、部品点数や組み付け工数の増加、重量増大を招くことなく衝突時における衝突エネルギーの吸収性能や圧潰特性を向上することができる。

後端３Ａｂ，３Ｂｂは、各サイドシル１７とフロアサイドメンバ４０にそれぞれ連結されたダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂに結合したので、各サイドシル１７とフロアサイドメンバ４０の間隔が異なる車体に対しても特別にフロントサイドメンバロア部材３の後端形状を変更することなく結合することができ、衝突時の衝突エネルギーを効率よく車体後方への伝達分散特性を維持して軽量化を図りつつも、部品の共有化を図ることができる。

後端３Ａｂ，３Ｂｂの後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃが、壁部１５Ａ１，１５Ｂ１に沿うような断面形状とされていて、その後端面３Ａｄ，３Ｂｄが壁部１５Ａ１，１５Ｂ１に当接するようにダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ固定されるので、後端取付部３Ａｃ，３Ｂｃとが壁部１５Ａ１，１５Ｂ１とが最初から面接触しているので、フロントサイドメンバロア部材の後端３Ａｂ，３Ｂｂ側の剛性がより高くできる。このことは衝突エネルギーがよりダイレクトにダッシュクロスメンバ１５Ａ，１５Ｂに伝達され易くなり、より各サイドシル１７とフロアサイドメンバ４０への分散し易い構造となる。

フロントサイドメンバロア部材３の前端３Ａａ，３Ｂａ側の領域Ａを後端３Ａｂ，３Ｂｂ側の領域Ｃよりも脆弱に形成したので、フロントサイドメンバ１からフロントサイドメンバロア部材３に衝突エネルギーが伝達された際に、同フロントサイドメンバロア部材３の前端３Ａａ，３Ｂａ側を確実に変形させることができ、早期に衝突エネルギーを吸収することができる。そしてフロントサイドメンバロア部材の後端前端３Ａｂ，３Ｂｂ側の領域Ｃには、前端３Ａａ，３Ｂａに衝突荷重が加わった際に、前端３Ａａ，３Ｂａよりも遅く変形する脆弱変形部６０をそれぞれ設けたので、フロントサイドメンバロア部材３に伝達されて前端３Ａａ，３Ｂａの領域Ａの変形で吸収しきれなかった衝突エネルギーを脆弱変形部６０の変形により吸収することができ、より衝突時のエネルギーを効率よく車体後方への伝達分散特性を維持することができる。

図８は、本発明の別な形態を示す。この形態では、ダッシュクロスメンバ１５Ａとサイドシル１７とフロアサイドメンバ４０を複数の支柱部材７０Ａ，７０Ｂで連結し、ダッシュクロスメンバ１５Ｂとサイドシル１７とフロアサイドメンバ４０を複数の支柱部材７１Ａ，７１Ｂで連結したものである。支柱部材７０Ａ，７０Ｂは、その前端がそれぞれダッシュクロスメンバ１５Ａの中央に連結され、他端が車体後方に向かって末広がりになるいようにそれぞれサイドシル１７とフロアサイドメンバ４０に連結されている。支柱部材７１Ａ，７１Ｂは、その前端がそれぞれダッシュクロスメンバ１５Ｂの中央に連結され、他端が車体後方に向かって末広がりになるいようにそれぞれサイドシル１７とフロアサイドメンバ４０に連結されている。

このような構成とすると、フロントサイドメンバロア部材３に入力された衝突エネルギーがそれぞれ支柱部材７０Ａ，７０Ｂ及び支柱部材７１Ａ，７１Ｂを介して左右のサイドシル１７とフロアサイドメンバ４０にそれぞれ効率よく伝達することができる。

本発明にかかる車体構造の主要構成を車体上方から見た斜視図である。 本発明にかかる車体構造の主要構成を車体下方から見た平面図である。 本発明にかかる車体構造と前輪との関係を車体側方から見た概略構成図である。 本発明にかかる車体構造と前輪との関係を車体上方から見た概略構成図である。 本発明の主要構成となるフロントサイドメンバロア部材の構成を示す斜視図である。 フロントサイドメンバロア部材の後端とダッシュクロスメンバの取付部を示す拡大図である。 フロントサイドメンバロア部材の後端とダッシュクロスメンバとの取付状態の断面図である。 本発明の別な形態を示す車体構造の主要構成を車体下方から見た平面図である。

符号の説明

１，１ 一対のフロントサイドメンバ
２，２ フロントサイドメンバアッパ部材
３ フロントサイドメンバロア部材
３Ａａ，３Ｂａ フロントサイドメンバロア部材の前端
３Ａｂ，３Ｂｂ フロントサイドメンバロア部材の後端
３Ａｃ，３Ｂｃ フロントサイドメンバロア部材の後端取付部
１２ フロントバンパ
１３ 衝撃吸収部
１５Ａ，１５Ｂ ダッシュクロスメンバ
１５Ａ１，１５Ｂ１ 壁部
１７，１７ 一対のサイドシル
４０，４０ フロアサイドメンバ
Ｗ 車体幅方向
ＦＲ 車体前後方向

Claims (2)

1. フロントバンパの両端に衝撃吸収部を介してその前端がそれぞれ結合された一対のフロントサイドメンバと、
   各フロントサイドメンバよりも上方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されたフロントサイドメンバアッパ部材と、
   各フロントサイドメンバよりも下方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されるとともに、後端がそれぞれ車体幅方向に末広がりとなる扇形状に形成され、かつ、平面形状が略Ｘ形状となるフロントサイドメンバロア部材と、
   前記車体幅方向に延存するとともに、前記フロントサイドメンバロア部材の後端が結合されるダッシュクロスメンバを有し、
   前記ダッシュクロスメンバは、前記フロントサイドメンバロア部材の後端の一部に車体後方側で当接可能な壁部を有するとともに、前記車体幅方向に配置されていて車体前後方向に延長された一対のサイドシルと、これらサイドシルと並列されたフロアサイドメンバに連結され、
   前記フロントサイドメンバロア部材の後端が、前記サイドシルと前記フロアサイドメンバとの間の前記ダッシュクロスメンバに結合されていることを特徴とする車体構造。
2. フロントバンパの両端に衝撃吸収部を介してその前端がそれぞれ結合された一対のフロントサイドメンバと、
   各フロントサイドメンバよりも上方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されたフロントサイドメンバアッパ部材と、
   各フロントサイドメンバよりも下方に配置され、その前端が各フロントサイドメンバに連結されるとともに、後端がそれぞれ車体幅方向に末広がりとなる扇形状に形成され、かつ、平面形状が略Ｘ形状となるフロントサイドメンバロア部材と、
   前記車体幅方向に延存するとともに、前記フロントサイドメンバロア部材の後端が結合されるダッシュクロスメンバを有し、
   前記ダッシュクロスメンバは、前記フロントサイドメンバロア部材の後端に形成された後端取付部に車体後方側で当接可能な壁部を有するとともに、
   前記フロントサイドメンバロア部材の後端に形成された後端取付部が、前記壁部に沿うような断面形状に形成され、かつ、該後端取付部の後端面が前記壁部に当接するように固定されていることを特徴とする車体構造。

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