JP5434136B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体の前部または後部にサイドメンバを備えた車体構造に関する。

従来、例えば車体前部には車体骨格部材の一つであるサイドメンバとしてフロントサイドメンバが配設される。該フロントサイドメンバは車両前方から後方に至る部位に、後方斜め下方に屈曲する屈曲部を介して車両居室部の下側に潜り込む構造となっている。このとき、屈曲部は、前方から後方に延設する際に車両居室部の近傍が屈曲始端部となり、車両居室部の下側に潜り込んだ部分が屈曲終端部となる。

そして、屈曲部の上壁部の肉厚を下壁部よりも厚くして、その上壁部の強度を増大することにより、前面衝突時に屈曲部の上方屈曲を抑制したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３６２４２４号公報

しかしながら、かかる従来のサイドメンバを備えた車体構造は、屈曲部の上壁部を厚肉化して強度を増大しているが、上壁部の肉厚は一定となっているため、前後方向の荷重が入力された際に、屈曲部の屈曲終端部を中心として上方に屈曲変形するため、その屈曲部は全体的に車両居室部側に大きく変形してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、前後方向の荷重入力に対して、サイドメンバに設けた屈曲部の変形量を抑制した車体構造を提供するものである。

本発明にあっては、車体前後方向に沿ってサイドメンバを延設し、該サイドメンバに、車両居室部に至る近傍で下方に屈曲した後に車両居室部の下側に潜る屈曲部を設けた車体構造において、前記サイドメンバは、少なくとも車両上方側に位置する上壁部と、該上壁部の下方において該上壁部と対向する下壁部と、を有し、前記上壁部の前記下壁部と対向する側の面である下面には、屈曲始端部から屈曲終端部に至るまで強度を向上させるための補剛手段が配設されて、前記屈曲部の少なくとも前記屈曲始端部から前記屈曲終端部までの前記上壁部の下面の強度が下壁部よりも大きく形成され、前記上壁部の前記屈曲終端部よりも前記屈曲始端部に寄った部位に、前記サイドメンバに対して軸方向の圧縮荷重が入力された場合にサイドメンバを折曲げ変形させる脆弱部が設けられ、該脆弱部は、前記補剛手段の下面から前記上壁部の上面側に向かって凹設された凹部とされることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、サイドメンバに前後方向の荷重が入力された場合に、脆弱部を中心としてサイドメンバが上方に折曲げ変形する。このサイドメンバの折曲げ変形部分は、屈曲終端部よりも荷重の入力側に移動した部位となり、車両居室部側への変形量を小さくできる。

本発明の一実施形態にかかるフロントサイドメンバの屈曲部の周辺を示す断面図である。 図１中I−I線、II−II線、III−III線、に沿った箇所で切断して（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ模式的に示す断面図である。 フロントサイドメンバの屈曲部の上壁部を厚肉化した状態を模式的に示す断面図である。 フロントサイドメンバの屈曲部の下壁部に取付ブラケットを設けた状態を模式的に示す断面図である。 フロントサイドメンバの屈曲部の下壁部にサスペンションメンバを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。 フロントサイドメンバの屈曲部の変形量を従来と比較して示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１〜図６は本発明にかかる車体構造の一実施形態を示し、図１に示すように、前後方向に延設されるサイドメンバの一例としてフロントサイドメンバ１について説明するものとする。

フロントサイドメンバ１は、図１に示すように、エンジンルームの車幅方向両側に一対に配設されている。そして、フロントサイドメンバ１は、フロントバンパが取り付く前端部から車両居室部Ｒに向かって車両後方に延在し、車両居室部Ｒの近傍でダッシュロアクロスメンバ２に突き当たった後、ダッシュロアパネル３に沿って下方に屈曲してフロアパネル４の下側に潜り、フロアパネル４の下側で車両前後方向に延在するエクステンション部５に連結される。

従って、フロントサイドメンバ１の後端部にはダッシュロアパネル３に沿った屈曲部１１が形成され、該屈曲部１１によってフロントサイドメンバ１の一般部分とエクステンション部５とを連結している。このとき、屈曲部１１は、ダッシュロアクロスメンバ２の近傍部分を屈曲始端部１１Ａとして、この屈曲始端部１１Ａから後方斜め下方に傾斜し、エクステンション部５に連結される部分が屈曲終端部１１Ｂとなっている。

屈曲部１１は、上壁部１１Ｗａ、下壁部１１Ｗｂ、およびサイドプレート１１ｓによって矩形状の閉断面構造となっている。

ここで、本実施形態では、屈曲部１１の屈曲始端部１１Ａから屈曲終端部１１Ｂまでの上壁部１１Ｗａの強度を下壁部１１Ｗｂよりも大きくし、上壁部１１Ｗａの屈曲終端部１１Ｂよりも屈曲始端部１１Ａに寄った部位、つまり、屈曲終端部１１Ｂよりも前方側に脆弱部としての凹部１２を設けてある。

また、屈曲部１１の内方には、屈曲始端部１１Ａから屈曲終端部１１Ｂに至るまでリブ構造体１３を配設することにより剛性を増大させている。リブ構造体１３は、上壁部１１Ｗａの内面に溶接等により接合される上側板１３ａと、この上側板１３ａと適宜間隔を設けて配設される下側板１３ｂと、これら上側板１３ａと下側板１３ｂとを連結する複数のリブ片１３ｃと、によって構成される。

下側板１３ｂには、上側板１３ａ方向に向けて部分的に凹設された凹部１２が形成され、該凹部１２が脆弱部となっている。尚、本実施形態では、凹部１２は、屈曲終端部１１Ｂよりも前方側で、かつ、ダッシュパネル基準面Ｓよりも後方側に配設されている。

また、下側板１３ｂの後端は、エクステンション部５のロワープレート５ｗへと滑らかに連結されている。このとき、上側板１３ａと下側板１３ｂの後端どうしは、端板１３ｄによって連結される。

リブ片１３ｃは複数設けられ、それら複数のリブ片１３ｃは、複数組のＶ字状構造を成すように上側板１３ａと下側板１３ｂとの間に配置され、それぞれを溶接することにより上側板１３ａと下側板１３ｂとが一体に結合される。このとき、凹部１２の形成部分では、上側板１３ａと下側板１３ｂとの間に１つのリブ片１３ｃが、それぞれの側板１３ａ、１３ｂに対して略直角に結合され、それら双方の側板１３ａ、１３ｂの結合強度を増大できるようになっている。

従って、このように、上壁部１１Ｗａにリブ構造体１３を結合することにより、上壁部１１Ｗａの強度を下壁部１１Ｗｂよりも増大することができる。これにより、前面衝突荷重がフロントサイドメンバ１の軸方向に入力されて屈曲部１１に伝達され、該屈曲部１１が上方に変形される際に、強度中心線（図示せず）が屈曲部１１の軸線（図示せず）よりも上方に移動して曲げ強度が向上される。

このように、上壁部１１Ｗａと、下壁部１１Ｗｂと、サイドプレート１１ｓと、によって閉断面に形成された屈曲部１１は、それの屈曲始端部１１Ａでは図２（ａ）に示す断面形状となり、凹部１２の配置部分では図２（ｂ）に示す断面形状となり、また、屈曲終端部１１Ｂでは図２（ｃ）に示す断面形状となる。

そして、上壁部１１Ｗａの断面形状は図３に模式的に示すことができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、下壁部１１Ｗｂが凹部１２の下方に対応する部位よりも荷重の入力側（車両前方）に寄った部位に、部品取付用のブラケット１４が設けられる。

ブラケット１４は、下壁部１１Ｗｂを下方に山形状に突出して形成され、そのブラケット１４の下側面１４ａは略水平に形成される。

そして、このようにブラケット１４を形成した屈曲部１１の断面形状は、図４に模式的に示すことができる。

更に、本実施形態では、下壁部１１Ｗｂが凹部１２の下方に対応する部位近傍の外側に、サスペンションメンバ１５が取り付けられる。

サスペンションメンバ１５は、サスペンションのアームやロッド類を車体に固定する際に用いる部材で、サブフレームとも称され、そのサスペンションメンバ１５の後端部が屈曲部１１の下壁部１１Ｗｂに取り付けられる。このとき、本実施形態では、図１に示すように、サスペンションメンバ１５はボルト１６を介して上述のブラケット１４に取り付けられる。

そして、このようにブラケット１４にサスペンションメンバ１５を取り付けた屈曲部１１の断面形状は、図５に模式的に示すことができる。

以上の構成により本実施形態の車体構造によれば、屈曲部１１の屈曲始端部１１Ａから屈曲終端部１１Ｂまでの上壁部１１Ｗａの強度を下壁部１１Ｗｂよりも大きくし、その上壁部１１Ｗａの屈曲終端部１１Ｂよりも屈曲始端部１１Ａに寄った部位に、脆弱部である凹部１２を設けてある。従って、屈曲部１１の上壁部１１Ｗａの強度を増大させた場合にも、上壁部１１Ｗａは、前面衝突荷重Ｆに対して凹部１２を中心として上方に変形することになる。

つまり、図３に示すように、屈曲部１１の上壁部１１Ｗａを、ダッシュパネル基準面Ｓよりも後方、かつ、屈曲終端部１１Ｂよりも前方に凹部１２を設けて肉厚を薄くすることにより、凹部１２の後端よりも前方の断面二次モーメントを屈曲終端部１１Ｂ近傍よりも小さくすることができる。

従って、屈曲部１１は変形により衝突エネルギーを吸収しつつ、その変形部分は、屈曲部１１の変形部分は、屈曲終端部１１Ｂよりも荷重Ｆの入力側にＫ（図３参照）だけ移動した部位となり、凹部１２から屈曲始端部１１Ａまでの長さが短縮化される。これにより、屈曲部１１の回転をα分だけ抑制して、屈曲部１１の上方へのたわみ（変形）量、つまり、車両居室部側への変形量を小さくできる。

次に、屈曲部１１のたわみ量を小さくできる効果を、凹部１２を設けない場合に対して設けた場合を比較して、図６の模式図を用いて解析してみる。

即ち、上壁部１１Ｗａは、前面衝突荷重の入力に対して屈曲終端部１１Ｂ側を固定点、屈曲始端部１１Ａ側をモーメントの入力点とする単純な片持ち梁として捉えることができる。このとき、凹部１２を設けない場合（Ｐ）の梁長Ｌは、屈曲終端部１１Ｂと屈曲始端部１１Ａとの間となり、凹部１２を設けた場合（Ｑ）の梁長Ｌ′は、凹部１２と屈曲始端部１１Ａとの間となる。

従って、（Ｐ）の場合の梁長Ｌのたわみ量νは、
ν＝Ｍ・Ｌ２／２・Ｅ・Ｉ ……（１） となり、
（Ｑ）の場合の梁長Ｌ′のたわみ量ν′は、
ν′＝Ｍ′・Ｌ′２／２・Ｅ・Ｉ′ ……（２） となる。

尚、Ｅは、ヤング率であり、Ｉ、Ｉ′は断面二次モーメントである。

ここで、梁長Ｌと梁長Ｌ′の屈曲始端部１１Ａ側に入力されるモーメントＭおよびＭ′は略同一（Ｍ≒Ｍ′）と考えて良いため、（２）式は、
ν′＝Ｍ・Ｌ′２／２・Ｅ・Ｉ′ ……（３） と置き換えることができる。

従って、（Ｐ）に対する（Ｑ）のたわみ減少比率は、
ν′／ν＝（Ｍ・Ｌ′２／２・Ｅ・Ｉ′）／（Ｍ・Ｌ２／２・Ｅ・Ｉ） となり、これは、
ν′／ν＝（Ｌ′／Ｌ）２・（Ｉ／Ｉ′） ……（４）となる。

ここで、（Ｌ′／Ｌ）＝０．８、Ｉ／Ｉ′＝１／０．８（凹部１２の形状によって決定される。）とすると、（４）式は、
ν′／ν＝（０．８）２×（１／０．８）＝０．８ となる。

従って、ν′−ν＝０．８ν−ν＝−０．２ν が得られ、凹部１２を設けない（Ｐ）に対して凹部１２を設けた（Ｑ）の場合は、たわみ量を２割程抑えることが理解される。

また、本実施形態では、応力が集中する脆弱部を、リブ構造体１３の下面に凹設した凹部１２として形成したので、簡素な構造でフロントサイドメンバ１の折り曲げ起点部を前方に移動させることができる。

更に、本実施形態では、下壁部１１Ｗｂが凹部１２の下方に対応する部位近傍の外側に、サスペンションメンバ１５を取り付けたので、図５に示すように、フロントサイドメンバ１から前面衝突荷重Ｆが入力した場合に、屈曲部１１にはモーメントＭ′が働く。一方、サスペンションメンバ１５からも衝突荷重Ｆ′が入力され、屈曲部１１にはサスペンションメンバ１５の取付部に上述のモーメントＭ′を打ち消す方向にモーメントＭ″が働くことになる。その結果、屈曲部１１の凹部１２にはモーメントＭ′とモーメントＭ″とが相殺されて（Ｍ′−Ｍ″）作用し、屈曲部１１の上方へのたわみ量をより低減して、車両居室部側への変形量を更に小さくできる。

更にまた、本実施形態では、下壁部１１Ｗｂが凹部１２の下方に対応する部位よりも荷重の入力側（車両前方）に寄った部位に、部品取付用のブラケット１４を設けたので、そのブラケット１４が補強部となって、図４に示すように、屈曲部１１の変形基点となる凹部１２よりも前方の断面二次モーメントを大きくすることが可能となる。これにより、屈曲部１１の上方へのたわみ量の更なる低減を可能として、車両居室部側への変形量を更に小さくできる。

また、本実施形態では、上記ブラケット１４にサスペンションメンバ１５をボルト１６によって取り付けてあるが、この場合、上壁部１１Ｗａに設けた凹部１２をボルト１６の工具スペースとして用いることができる。

ところで、本発明の車体構造は前記実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

例えば、上記実施形態では、フロントサイドメンバ１に例に取って説明したが、これに限ることなく車両居室部の下方に潜る屈曲部を有するリヤサイドメンバにも本発明を適用することができ、後面衝突荷重に対して同様の効果を奏することができる。

１ フロントサイドメンバ（サイドメンバ）
１１ 屈曲部
１１Ａ 屈曲始端部
１１Ｂ 屈曲終端部
１１Ｗａ 上壁部
１１Ｗｂ 下壁部
１２ 凹部（脆弱部）
１４ ブラケット
１５ サスペンションメンバ

Claims (2)

1. 車体前後方向に配設されて、車両居室部に至る近傍で下方に屈曲した後に車両居室部の下側に潜る屈曲部を有するサイドメンバを備えた車体構造において、
   前記サイドメンバは、少なくとも車両上方側に位置する上壁部と、該上壁部の下方において該上壁部と対向する下壁部と、を有し、
   前記上壁部の前記下壁部と対向する側の面である下面には、屈曲始端部から屈曲終端部に至るまで強度を向上させるための補剛手段が配設されて、前記屈曲部の少なくとも前記屈曲始端部から前記屈曲終端部までの前記上壁部の下面の強度が下壁部よりも大きく形成され、前記上壁部の前記屈曲終端部よりも前記屈曲始端部に寄った部位に、前記サイドメンバに対して軸方向の圧縮荷重が入力された場合にサイドメンバを折曲げ変形させる脆弱部が設けられ、
   該脆弱部は、前記補剛手段の下面から前記上壁部の上面側に向かって凹設された凹部とされることを特徴とする車体構造。
2. 前記サイドメンバにおける脆弱部の下方にサスペンションメンバを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の車体構造。

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