JP5245674B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車体構造に関し、その中でもサイドフレームとバンパーとの間にクラッシュカンが設けられた車体構造に関する。

従来より、車両の前後方向に延びるサイドフレームの端部と、車幅方向に延びるバンパーとの間にサイドフレームよりも剛性を低くしたクラッシュカン（クラッシュボックス）を設け、その座屈変形によって車両衝突初期の衝突エネルギーを吸収させる技術が知られている。

また、クラッシュカンを用いずにサイドフレーム自体の座屈変形で衝突エネルギーを吸収させる技術も提案されている（特許文献１）。

そこでのサイドフレームには、比較的厚みの薄い鋼板が用いられて十字形状をした閉断面構造に形成されており、その壁面には凸状のビードや凹状のビードが形成されている。

そうすることで、車両衝突時には１２個の角部でエネルギーの吸収量を増加させながらもサイドフレームを折れ曲がり難くでき、ビードを起点にして安定した蛇腹状の座屈変形を行わせることができるとしている。
特開平８−３３７１８３号公報

衝突初期の衝突エネルギーはクラッシュカンで緩和させることができるが、クラッシュカンが潰れて機能しなくなった後も更に衝突エネルギー加わる場合には、サイドフレームがその衝突エネルギーを吸収することとなる。

そのとき、サイドフレームの両側にはエンジンユニットとタイヤが近接して位置しているため、サイドフレームが折れ曲がったときには、その折れ曲がり方によってはエンジンユニットに干渉して予期せぬトラブルを招くおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両衝突時にクラッシュカンが潰れてサイドフレームに衝突エネルギーが作用する場合に、サイドフレームが、エンジンユニットとの干渉を避けながら、効果的にその衝突エネルギーを吸収できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、断面略十字のクラッシュカンに接続されるサイドフレームの端部に、クラッシュカンに対応して断面略十字の姿勢支持部を形成して、端部を折れ曲がり難くするとともに、エンジンユニットと干渉し易い部分については、エンジンユニットに干渉しないよう、サイドフレームが所定の状態に折れ曲がるように設定した。

具体的には、車両の左右に前後方向に延びるように設けられた一対のサイドフレームと、上記一対のサイドフレームの間に搭載されたエンジンユニットと、車両の前側を車幅方向に延びるバンパービームと、を備え、上記サイドフレームの前端部と、上記バンパービームとの間にクラッシュカンが設けられた車体構造であって、上記クラッシュカンは、略十字形状の断面を有し、その４つの突出部を車両の上下左右方向に向けた状態で車両の前後方向に延びるように上記サイドフレームの前端部に接続され、上記サイドフレームは、その前端部に上記クラッシュカンに対応した略十字形状の断面を有する姿勢支持部を有し、上記姿勢支持部における車幅方向内側に位置する内側帯状突出部は、車幅方向外側に位置する外側帯状突出部よりも車両の前後方向に長く形成され、上記サイドフレームの前端部が、上記外側帯状突出部の後端と上記内側帯状突出部の後端との間の軸ずれ部位で、車幅方向外側に軸ずれし、上記サイドフレームに直接的に衝突エネルギーが作用した場合に、当該サイドフレームが、上記軸ずれ部位で内折れするとともに当該軸ずれ部位よりも後方で外折れするように設定され、かつ、上記エンジンユニットの後端部が、当該軸ずれ部位よりも後方に位置するように設定されている構成とする。

係る構成によれば、車両の衝突時には、断面略十字形状のクラッシュカンに接続されるサイドフレームの端部に、クラッシュカンに対応して断面略十字形状の姿勢支持部が設けられているので、クラッシュカンがその座屈軸方向に確りと支持され、クラッシュカンの適切な座屈変形が効果的に導かれる。

そして、クラッシュカンが完全に潰れてサイドフレームに衝突エネルギーが直接的に作用するようになると、断面略十字形状の姿勢支持部は構造的に折れ曲がり難くなっているため、姿勢支持部自体が折れ曲ってその車幅方向内側に配設されているエンジンユニットと干渉しないようになっている。

更に、その姿勢支持部における車幅方向内側の突出部が、車幅方向外側の突出部よりも車両の前後方向に長く形成されているので、サイドフレームは、車幅方向外側の突出部の後端が位置する部位で「く」字状に折れ曲がって、更にそれよりも車両の前後方向の後側の部分が車幅方向外側に突き出すようになる。

従って、サイドフレームが車幅方向内側のエンジンユニットとの干渉を避けて折れ曲がり、効果的に衝突エネルギーを吸収するので、安全性をよりいっそう向上させることができる。

更に、上記姿勢支持部の車幅方向内外の各突出部は、上記クラッシュカン側の端部から他方の端部に向かって徐々にその突出量が小さくなっているようにしておくとよい。

そうすれば、姿勢支持部に続くサイドフレームの前後方向中間部は、車幅方向の寸法が相対的に小さくなってその両側のスペースが大きくなる利点があるし、衝突エネルギーが滑らかに伝わってより安定して所定の方向に折れ曲がるように導くことができる。

また、上記サイドフレームにおける車幅方向外側の突出部の終端近傍にビード部が凹設されているものとすることができる。

そうすれば、ビード部に導かれていっそう安定してサイドフレームの上記のような折れ曲がりを導くことができる。

更に、上記サイドフレームにおける車幅方向内側の突出部の終端近傍にビード部が凹設されているようにすれば、よりいっそう安定してサイドフレームの上記のような折れ曲がりを導くことができる。

以上説明したように、本発明によれば、サイドフレームに衝突エネルギーが作用するような状況になっても、サイドフレームが、エンジンユニットとの干渉を避けながらうまく折れ曲がることでそのエネルギーを効果的に吸収するので、安全性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の車体構造を適用した自動車（車両）の要部を示している。この図は自動車の右前部における車体構造を示しており、そこには自動車の右側を前後方向に延びるサイドフレーム１や自動車の前側を車幅方向に延びるバンパービーム２、クラッシュカン３などが設けられている。

自動車の左前部にもサイドフレーム（図示せず）が設けられていて、これらの間にエンジンルーム５が形成されるようになっている。エンジンルーム５内には、バンパービーム２及びサイドフレーム１に近接した状態で、エンジン本体や各種ポンプ等の補機で構成されるエンジンユニット６が搭載されている。サイドフレーム１の車幅方向外側に位置しているのは前輪７である。

尚、左右対称状になっている点を除けば自動車前部の左右の車体構造は同様であるため、以下の説明では自動車の左前部についての説明は省略する。また、前後等の方向は、特に言及しない限り図１に示す自動車の前後等の方向を示すものとする。

｛バンパービーム｝
バンパービーム２は、図２に示すように、剛性を強化するためにビームプレート３１とビームメンバー３２とが接合されて閉断面構造に形成されている。ビームプレート３１は車幅方向に延びる帯板状の鋼材からなる。ビームメンバー３２は鋼材をプレス加工した条材からなり、断面コ字状に突出して車幅方向に延びる突条部３３を有している。

｛サイドフレーム｝
サイドフレーム１は、図２〜図５に示すように、各々が比較的厚みの厚い鋼板をプレス加工して形成された、車幅方向内側に位置するインナメンバー４１と、車幅方向外側に位置するアウタメンバー４２とで構成されている。これらそれぞれの上下に各々形成されたフランジどうしがスポット溶接によって接合されることでサイドフレーム１は閉断面構造に形成されている。サイドフレーム１は、その前端側の部分に断面略十字形状をした姿勢支持部４５を有している。

詳しくは、サイドフレーム１は、上下に対向して前後方向に延びる帯板状の上面部８１及び下面部８２と、これら上面部８１及び下面部８２の車幅方向内側の両側縁に連なる内側面部８３と、同様に車幅方向外側の両側縁に連なる外側面部８４とで構成されるフレームボディ１ａを備えている。フレームボディ１ａの断面形状は、内外幅寸法よりも上下幅寸法がやや長い縦長の略長方形となっている。そして、上述の接合されたフランジとして、上面部８１から上側に上フランジ部８５が張り出し、下面部８２から下側に下フランジ部８６が張り出している。

そして、内側面部８３の前端側には、その上下幅方向の中間を前後方向に帯状に延びる断面コ字状の内側帯状突出部４３ａが突出形成され、外側面部８４の前端側には、その上下幅方向の中間を前後方向に帯状に延びる断面コ字状の外側帯状突出部４３ｂが突出形成されていて、サイドフレーム１の前端部に断面が略十字形状の姿勢支持部４５が形成されているのである。

図５は、その姿勢支持部４５の断面を示している。断面視で、内側帯状突出部４３ａの天面部１００は、内側帯状突出部４３ａの上下にそれぞれ位置する上内側面部１０１及び下内側面部１０２と略同じ長さであり、内側帯状突出部４３ａの両側面部１０３，１０３よりも長くなっている。外側帯状突出部４３ｂの天面部１０４や上外側面部１０５及び下外側面部１０６、外側帯状突出部４３ｂの両側面部１０７，１０７も同様の関係になっている。一方、上面部８１及び下面部８２はこれら各面部１００，・・，１０７よりも長く形成されている。

内側帯状突出部４３ａ及び外側帯状突出部４３ｂはいずれもサイドフレーム１の前端から後方に延びているが、内側帯状突出部４３ａは、外側帯状突出部４３ｂよりも後端が後方に位置しており、外側帯状突出部４３ｂよりも前後方向に長く形成されている。

また、内側帯状突出部４３ａ及び外側帯状突出部４３ｂのそれぞれは、前端から後端に向かって徐々にその車幅方向における突出量が小さくなるように先窄まり状に形成されている。これにより、姿勢支持部４５に続くサイドフレーム１の前後方向中間部は、車幅方向の寸法が相対的に小さくなってその両側のスペースが大きくなる利点がある。

図４に示すように、サイドフレーム１はその前後方向中間が僅かに湾曲していて、その前端側は僅かに車幅方向外側にずれている。

詳しくは、図４に示すように、平面視において、フレームボディ１ａの長手方向中心を通る軸線は、その前端から外側帯状突出部４３ｂの後端近傍までの部分の軸線Ｐ１（第１軸線Ｐ１ともいう）がその部分より後方の部分の軸線Ｐ２（第２軸線Ｐ２ともいう）よりも車幅方向外側に位置していて、サイドフレーム１は概ね内側帯状突出部４３ａと外側帯状突出部４３ｂとの間の部分で軸ずれしている（軸ずれ部位Ｗともいう）。

そして、外側帯状突出部４３ｂの後端近傍、詳しくは外側面部８４における外側帯状突出部４３ｂの窄まった終端の先の部分には、図２に示すように、上下方向に延びる外側ビード部８７が凹設されている。外側帯状突出部４３ｂの長手方向中間にも上下幅方向に延びるビード８８が凹設されている。

また、図３に示すように、内側帯状突出部４３ａの後端近傍、詳しくは内側面部８３における内側帯状突出部４３ａの窄まった終端の先の部分に、上下幅方向に延びる内側ビード部８９が凹設されている。この内側ビード部８９の上下には、前後方向に延びる補強溝９０，９０が連続して凹設されている。尚、両補強溝９０の前端は内側帯状突出部４３ａの後端よりも後方に位置している。

このサイドフレーム１の姿勢支持部４５の前端には、四隅にボルト孔が形成された固定プレート８が前方に面するように接合されている。この固定プレート８の前面には、これに対応してその四隅にボルト孔が形成された略矩形の取付プレート９が対向状に配設されている。取付プレート９と固定プレート８とは、重なり合う各々のボルト孔に挿通されたボルトＢをナットで締結することによって固定されている。

そして、この取付プレート９の前面に、自動車がその前方から衝突した時にその衝撃を吸収して緩和するようにクラッシュカン３が接合されている。

｛クラッシュカン｝
クラッシュカン３は、比較的厚みの薄い鋼板をプレス加工して形成された略同形態の２つの要素部材を互いに突き合わして接合することにより形成されていて、サイドフレーム１の姿勢支持部４５と略同形同寸法の略十字形状の断面を有している。そして、その４つの突出部３ａ、３ａ、３ｂ、３ｂをそれぞれ車両の上下左右方向に向けた状態で車両の前後方向に延びるように配設されていて、その一端が取付プレート９に接続され、他端がバンパービーム２の端部に接続されている。

クラッシュカン３の長手方向中心を通る座屈軸Ｐ３は、取付プレート９の平坦な前面（取付面）に直交するとともに、サイドフレーム１の第１軸線Ｐ１と重なるように設定されている。クラッシュカン３は座屈軸Ｐ１方向の圧縮荷重に対して最もバランスよく座屈変形してそのエネルギーを効果的に吸収できるようになっているからである。

クラッシュカン３の前端側の上下の突出部３ａ，３ａは、各々前方に突き出すように延設されていて、図４に示すように、クラッシュカン３は、バンパービーム２の突条部３３を上下方向から挟み込むように嵌め込まれて、その前端縁に沿ってすみ肉溶接されている。従って、バンパービーム２にどのような方向から荷重が作用しても、そのエネルギーが適切に伝わってクラッシュカン３の機能が効果的に発揮できるようになっている。

また、クラッシュカン３のバンパービーム２寄りの部分には、複数（本実施形態では３つ）のビード５６，５６，・・・が形成されている。これらビード５６によってクラッシュカン３の安定した座屈変形が導かれるようになっている。

｛車体構造の作用｝
次に、上記構成の自動車が衝突した場合における車体構造の作用について説明する。

図６は図１に対応した図であり、バンパービーム２に対して図中の矢印が示すように、その前方から荷重が作用した場合の変化を示している。尚、仮想線は衝突前を、実線は衝突後を表している。

衝突初期には、まず、クラッシュカン３が座屈変形することによって衝突エネルギーが吸収される。このとき、クラッシュカン３はサイドフレーム１の姿勢支持部４５によって座屈軸Ｐ１方向に確りと支持されているため、クラッシュカン３の適切な座屈変形を効果的に導くことができる。

そして、クラッシュカン３が完全に潰れてしまうと、もはやクラッシュカン３はその機能が発揮できなくなるため、それ以降の衝突エネルギーはサイドフレーム１に直接的に作用することとなる。

そうしたとき、サイドフレーム１は車幅方向内側のエンジンユニット６との干渉を避けつつ、効果的に衝突エネルギーを吸収できるようになっている。

すなわち、サイドフレーム１の姿勢支持部４５は構造的に折れ曲がり難く形成されているため、姿勢支持部４５が折れ曲ってエンジンユニット６に干渉するのを効果的に阻止できるようになっている。

そして、その姿勢支持部４５を構成しているサイドフレーム１の前端部は、車幅方向外側に僅かに軸ずれしているため、姿勢支持部４５はその軸ずれ部位Ｗを基点に車幅方向外側へは折れ曲がり易いが、車幅方向内側へは折れ曲がり難くなっている。

更に、その軸ずれ部位Ｗには外側帯状突出部４３ｂの後端が位置して外側ビード部８７が形成されているうえ、内側帯状突出部４３ａが外側帯状突出部４３ｂよりも前後方向に長く形成されていて、その後端が更に先に位置しているため、サイドフレーム１はその軸ずれ部位Ｗ（内折れ部位Ｗ１ともいう）で、折曲点が車幅方向内側に位置する「く」字状に折れ曲がり易くなっている。その内折れ部位Ｗ１よりも後方に位置する内側帯状突出部４３ａの後端近傍の部位（外折れ部位Ｗ２ともいう）には、内側ビード部８９が形成されているため、サイドフレーム１はその部位で折曲点が車幅方向外側に位置する「く」字状に折れ曲がり易くなっている。

しかも、内側帯状突出部４３ａ及び外側帯状突出部４３ｂは、後端に向かって徐々にその突出量が小さくなる先窄まりに形成されているため、衝突エネルギーが滑らかに伝わってより安定して所定の方向に折れ曲がるようになっている。

そして、サイドフレーム１の前端側は姿勢支持部４５によって折れ曲がり難くなっていることから、内折れ部位Ｗ１の車幅方向内側への突出量は相対的に小さく、外折れ部位Ｗ２の車幅方向外側への突出量は相対的に大きくなり易い。

その際、衝突による変形によってエンジンユニット６も後方に変位するが、そのエンジンユニット６の後端部と干渉し易いサイドフレーム１の部分に外折れ部位Ｗ２が位置するように設定されているため、エンジンユニット６とサイドフレーム１との干渉を効果的に回避することができ、エンジンユニット６の損傷に伴う予期せぬトラブルを招かずに済む。

このように、サイドフレーム１は、所定の部位で所定の方向に折れ曲がるように設定されていることから、サイドフレーム１に作用する衝突エネルギーを折れ曲がりによって効果的に吸収することができ、エンジンユニット６との干渉を効果的に回避することができる。

また、仮に姿勢支持部４５が折れ曲がるようなことがあっても、外側帯状突出部４３ｂにビード８８が形成されているので、このビード８８に導かれて姿勢支持部４５はその後側が車幅方向外側に向かうように折れ曲がり易くなっており、エンジンユニット６との干渉を回避すべく、万全が期されている。

以上説明したように、本発明の車体構造によれば、車両衝突時にクラッシュカン３が完全に潰れてしまうような強い衝撃が加わっても、サイドフレーム１が、エンジンユニット６との干渉を避けて効率よく折れ曲がることによってその衝突エネルギーを効果的に吸収するため、安全性をよりいっそう向上させることができる。

本発明の車体構造を適用した車両の要部を示す平面図である。 図１の矢印Ｘ方向から見た概略斜視図である。 バンパービームを除いて図１の矢印Ｙ方向から見た概略斜視図である。 サイドフレームの要部を示す平面図である。 図４におけるＺ−Ｚ線断面図である。 サイドフレームが折れ曲がった状態を示す概念図である。

符号の説明

１ サイドフレーム
２ バンパービーム
３ クラッシュカン
６ エンジンユニット
７ 前輪
３３ 突条部
４３ａ 内側帯状突出部
４３ｂ 外側帯状突出部
５６ ビード
８７ 外側ビード部
８８ ビード
８９ 内側ビード部

Claims (6)

1. 車両の左右に前後方向に延びるように設けられた一対のサイドフレームと、
   上記一対のサイドフレームの間に搭載されたエンジンユニットと、
   車両の前側を車幅方向に延びるバンパービームと、
   を備え、
   上記サイドフレームの前端部と、上記バンパービームとの間にクラッシュカンが設けられた車体構造であって、
   上記クラッシュカンは、略十字形状の断面を有し、その４つの突出部を車両の上下左右方向に向けた状態で車両の前後方向に延びるように上記サイドフレームの前端部に接続され、
   上記サイドフレームは、その前端部に上記クラッシュカンに対応した略十字形状の断面を有する姿勢支持部を有し、
   上記姿勢支持部における車幅方向内側に位置する内側帯状突出部は、車幅方向外側に位置する外側帯状突出部よりも車両の前後方向に長く形成され、
   上記サイドフレームの前端部が、上記外側帯状突出部の後端と上記内側帯状突出部の後端との間の軸ずれ部位で、車幅方向外側に軸ずれし、
   上記サイドフレームに直接的に衝突エネルギーが作用した場合に、当該サイドフレームが、上記軸ずれ部位で内折れするとともに当該軸ずれ部位よりも後方で外折れするように設定され、かつ、上記エンジンユニットの後端部が、当該軸ずれ部位よりも後方に位置するように設定されていることを特徴とする車体構造。
2. 請求項１に記載の車体構造であって、
   上記外側帯状突出部及び上記内側帯状突出部の各突出部は、上記クラッシュカン側の端部から他方の端部に向かって徐々にその突出量が小さくなっていることを特徴とする車体構造。
3. 請求項２に記載の車体構造であって、
   上記サイドフレームは、略長方形状の断面を有するフレームボディを有し、
   上記フレームボディにおける車幅方向内側に面する内側面部の前端側に、上記内側帯状突出部が形成され、
   平面視で、上記内側帯状突出部の天面部と上記内側面部とが、上記エンジンユニットの後端部よりも前側において略平行に車両の前後方向に延びていることを特徴とする車体構造。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車体構造であって、
   上記外側帯状突出部の終端近傍にビード部が凹設されていることを特徴とする車体構造。
5. 請求項４に記載の車体構造であって、
   上記内側帯状突出部の終端近傍にビード部が凹設されていることを特徴とする車体構造。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の車体構造であって、
   上記外側帯状突出部の長手方向中間に、上下幅方向に延びるビードが凹設されていることを特徴とする車体構造。

Images