JP5447965B2 - 自動車における車体ルーフ構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体のルーフパネル上への積雪時に、このルーフパネルの車体の幅方向における中途部を構成するルーフパネル本体自身が、このルーフパネル本体上の積雪からの荷重に対し強固に対抗できるようにするための自動車における車体ルーフ構造に関するものである。

上記自動車における車体ルーフ構造には、従来、下記特許文献１に示されるものがある。この公報のものによれば、自動車における車体ルーフ構造は、車体の幅方向における左、右外側端部がそれぞれ車体の側壁に溶接により結合されて、車体の上面を形成するルーフパネルと、車体の左、右側壁部に架設されて、上記ルーフパネルをその下方から支持する車体の前後方向で複数の補強体とを備えている。

そして、上記ルーフパネル上への積雪時には、この積雪からの負荷に対し上記ルーフパネルと補強体とが協同して対抗することとされている。

特開２００３−１１２６５５号公報

ところで、上記従来の技術では、車体ルーフは、ルーフパネルに加えて複数の補強体を備えている。このため、車体ルーフの部品点数が多いことから、その構成が複雑になったり、車体ルーフの質量が過大になったりするおそれがある。

本発明は、上記のような事情に注目してなされたもので、本発明の目的は、車体のルーフパネル上への積雪時に、このルーフパネルの車体の幅方向における中途部を構成するルーフパネル本体自身が、このルーフパネル本体上の積雪からの荷重に対し強固に対抗できるようにして、上記ルーフパネルを補強するための補強体をできるだけ不要にすることにより、車体ルーフの部品点数を少なくしてその構成を簡単にし、かつ、その質量を小さくできるようにすることである。

請求項１の発明は、車体２の幅方向における左、右外側端部がそれぞれ車体２の側壁３に溶接Ｓにより結合されて、車体２の上面を形成するルーフパネル１３を備え、このルーフパネル１３が、このルーフパネル１３の車体２の幅方向における中途部を構成し、車体２の正面断面視（図１）で、上方に向かって円弧凸形状となるよう形成されるルーフパネル本体１７を備えた自動車における車体ルーフ構造において、
車体２の正面断面視（図１）において、上記ルーフパネル本体１７の左、右外側端同士を結ぶ仮想水平線２１からの上記ルーフパネル本体１７の部分の高さをｙとし、上記仮想水平線２１に沿った方向で、上記ルーフパネル本体１７の車体２の幅方向における中心線１８からこのルーフパネル本体１７の外側端に至るまでの上記ルーフパネル本体１７の部分の位置をｘとし、かつ、上記中心線１８上における上記仮想水平線２１からのルーフパネル本体１７のルーフ高さをｈとしたとき、上記ルーフパネル本体１７の断面形状が、
ｙ＝−ａｘ^ｎ＋ｈ、ただし、ｎ＝２．０１〜２．２０
の式を満足するようにしたことを特徴とする自動車における車体ルーフ構造である。

なお、この項において、上記各用語に付記した符号や図面番号は、本発明の技術的範囲を後述の「実施例」の項や図面の内容に限定解釈するものではない。

本発明による効果は、次の如くである。

請求項１の発明は、車体の幅方向における左、右外側端部がそれぞれ車体の側壁に溶接により結合されて、車体の上面を形成するルーフパネルを備え、このルーフパネルが、このルーフパネルの車体の幅方向における中途部を構成し、車体の正面断面視で、上方に向かって円弧凸形状となるよう形成されるルーフパネル本体を備えた自動車における車体ルーフ構造において、
車体の正面断面視において、上記ルーフパネル本体の左、右外側端同士を結ぶ仮想水平線からの上記ルーフパネル本体の部分の高さをｙとし、上記仮想水平線に沿った方向で、上記ルーフパネル本体の車体の幅方向における中心線からこのルーフパネル本体の外側端に至るまでの上記ルーフパネル本体の部分の位置をｘとし、かつ、上記中心線上における上記仮想水平線からのルーフパネル本体のルーフ高さをｈとしたとき、上記ルーフパネル本体の断面形状が、
ｙ＝−ａｘ^ｎ＋ｈ、ただし、ｎ＝２．０１〜２．２０
の式を満足するようにしている。

即ち、上記発明によれば、ルーフパネル上への積雪時に、そのルーフパネル本体上の積雪からの荷重が、このルーフパネル本体に与えられる場合、このルーフパネル本体に、車体の幅方向で三点の座屈が同時に発生するという「合計三点座屈」を得ることができる。このため、上記ルーフパネル本体に上記荷重により一点もしくは二点の座屈を発生させるようにした場合に比べて、上記ルーフパネル本体の上記荷重に対する強度が飛躍的に向上する。

この結果、上記ルーフパネル本体自身が上記積雪からの荷重に対し強固に対抗することから、上記ルーフパネルを補強するための補強体をできるだけ不要にでき、よって、その分、車体ルーフの部品点数を少なくしてその構成を簡単にし、かつ、その質量を小さくすることができる。

図２のI−I線矢視断面線図である。 自動車の全体平面図である。 図１の部分拡大断面図である。 図１に相当する図で、形状指数を定める根拠を説明するための図である。 積雪高さと形状指数との関係における第１、第２応答曲面の各断面図である。

本発明の自動車における車体ルーフ構造に関し、車体のルーフパネル上への積雪時に、このルーフパネルの車体の幅方向における中途部を構成するルーフパネル本体自身が、このルーフパネル本体上の積雪からの荷重に対し強固に対抗できるようにして、上記ルーフパネルを補強するための補強体をできるだけ不要にすることにより、車体ルーフの部品点数を少なくしてその構成を簡単にし、かつ、その質量を小さくできるようにする、という目的を実現するため、本発明を実施するための形態は、次の如くである。

即ち、車体の幅方向における左、右外側端部がそれぞれ車体の側壁に溶接により結合されて、車体の上面を形成するルーフパネルを備え、このルーフパネルが、このルーフパネルの車体の幅方向における中途部を構成し、車体の正面断面視で、上方に向かって円弧凸形状となるよう形成されるルーフパネル本体を備えた自動車における車体ルーフ構造において、
車体の正面断面視において、上記ルーフパネル本体の左、右外側端同士を結ぶ仮想水平線からの上記ルーフパネル本体の部分の高さをｙとし、上記仮想水平線に沿った方向で、上記ルーフパネル本体の車体の幅方向における中心線からこのルーフパネル本体の外側端に至るまでの上記ルーフパネル本体の部分の位置をｘとし、かつ、上記中心線上における上記仮想水平線からのルーフパネル本体のルーフ高さをｈとしたとき、上記ルーフパネル本体の断面形状が、
ｙ＝−ａｘ^ｎ＋ｈ、ただし、ｎ＝２．０１〜２．２０
の式を満足するようにしている。

本発明をより詳細に説明するために、その実施例を添付の図に従って説明する。

図１〜３において、符号１は自動車であり、矢印Ｆｒは、この自動車１の進行方向の前方を示している。また、下記する左右とは、自動車１の車体２の幅方向をいうものとする。

上記車体２は、その左、右各側部を構成する側壁３，３と、車体２の上端部を構成し、上記左、右側壁３，３の各上端縁部に架設されるルーフ４とを備え、これら側壁３，３とルーフ４とで囲まれた車体２の内部が車室５とされている。

また、上記側壁３は、この側壁３の上端縁部を構成し、車体２の前後方向に延びるルーフサイドレール８と、縦方向に延びて、これら各ルーフサイドレール８を車体２の下部に支持する前、後複数のピラー９とを備え、これらルーフサイドレール８とピラー９とは、それぞれ車体２の骨格部材を構成して、十分の強度と剛性とを備えている。

上記ルーフ４は、車体２の幅方向における左、右外側端部１２，１２がそれぞれ上記各側壁３のルーフサイドレール８にスポット溶接Ｓにより結合されて、車体２の上面を形成する板金製のルーフパネル１３と、このルーフパネル１３を下方から覆って上記車室５の上面を形成するルーフライニング１４とを備えている。

上記ルーフパネル１３は、このルーフパネル１３の車体２の幅方向における略全体の中途部を構成するルーフパネル本体１７を備えている。このルーフパネル本体１７は、車体２の正面断面視（図１）で、上方に向かって円弧凸形状となるよう形成され、かつ、車体２の幅方向におけるルーフ４の中心線１８を基準として左右対称形とされている。

上記ルーフパネル１３の各外側端部１２は、上記ルーフパネル本体１７の左、右外側端から一旦下方に向かって一体的に延出する縦向き片１２ａと、この縦向き片１２ａの下端縁から車体２の外側方に向かって一体的に延出する横向き片１２ｂとを備え、この横向き片１２ｂが、前記したようにルーフサイドレール８に溶接Ｓされている。つまり、上記各外側端部１２は断面Ｌ字形状をなして、上記ルーフサイドレール８に溶接Ｓされることにより、十分の強度と剛性とを備えている。

上記車体２の正面断面視（図１）において、上記ルーフパネル本体１７の左、右各外側端同士を結ぶ仮想水平線２１からの上記ルーフパネル本体１７の部分の高さをｙ（≧０）とし、上記仮想水平線２１に沿った方向で、上記中心線１８からルーフパネル本体１７の外側端に至るまでの上記ルーフパネル本体１７の部分の位置をｘとしたとき、上記ルーフパネル本体１７の断面形状が下記式を満足することとされている。

ｙ＝−ａｘ^ｎ＋ｈ

ただし、ｙ≧０、ｘ≧０で、車体２の幅方向における上記ルーフパネル本体１７の全幅をｗとしたとき、−ｗ／２≦ｘ≦ｗ／２である。

また、ｈは、上記中心線１８上におけるルーフパネル本体１７のルーフ高さであり、上記ｈやａの値は、主に、ルーフ４上面の排水性やルーフ４の外観上の見栄えにより定められる値である。なお、実機では、一般に、ｗ／２＝３６０〜７００ｍｍ、ｈ＝１０〜６０ｍｍであり、軽自動車に限定すれば、ｗ／２＝４１２〜５１２ｍｍ、ｈ＝２８〜４０ｍｍである。

また、ｎは形状指数であって、ｎ＝２．０１〜２．２０、より好ましくは、ｎ＝２．０４〜２．１８であり、更に好ましくは、ｎ＝２．０７〜２．１７である。ここで、上記したｗ，ｈ，ｎの各値をそれぞれ定めれば、これら各値から上記ａの値は一意的に決定される。具体的には、上記したようにｗ／２＝３６０〜７００ｍｍ、ｈ＝１０〜６０ｍｍ、ｎ＝２．０１〜２．２０とすれば、ａ＝２．５３×１０^−５〜１．７６×１０^−３となる。また、軽自動車に限定して、上記したように、ｗ／２＝４１２〜５１２、ｈ＝２８〜４０、ｎ＝２．０１〜２．２０とすれば、ａ＝１．７６×１０^−４〜６．４９×１０^−４となる。

次に、上記した範囲に形状指数ｎの値を定めた根拠を下記する。

まず、初期設定として、上記ルーフパネル１３上に積雪があったとし、上記ルーフパネル本体１７が上記積雪から等分布荷重２４を与えられるとする。この場合、この荷重２４により、上記ルーフパネル本体１７は下方に向かって変形しようとする。そして、この際、この変形モードが安定していると考えられるのは、自動車１の長手方向のある一部分において、第１の点として、図４（ａ）で示すように、上記ルーフパネル本体１７の車体２の幅方向における中央部にのみ、一点の座屈２５が発生するという「中央部一点座屈」の場合である。また、第２の点として、図４（ｂ）で示すように、上記ルーフパネル本体１７の両側部にそれぞれ一点の座屈２５、つまり、合計二点の座屈２５が同時に発生するという「両側部各一点座屈」の場合である。

そこで、上記第１の点に関し、図４（ａ）にて図示のルーフパネル本体１７の「中央部一点座屈」を得ることを目的とし、実験計画法に基づき、下記「表１」における４つの因子と３つの水準との組み合わせを割り付けて実験を行い、その結果より応答曲面解析を行い、図５で示すように、積雪高さと、形状指数ｎに係る上記ルーフパネル本体１７形状相当の第１応答曲面の断面２６を得た。

また、上記第２の点に関し、図４（ｂ）にて図示のルーフパネル本体１７の「両側部各一点座屈」を得ることを目的とし、下記「表２」における４つの因子と３つの水準との種々の組み合わせを用いて上記と同様の応答曲面解析を行い、図５で示すように、上記と同様の第２応答曲面の断面２７を得た。

図５において、上記第１応答曲面の断面２６と第２応答曲面の断面２７とが交差する交点２８においては、図４（ａ）図示の「中央部一点座屈」と、図４（ｂ）図示の「両側部各一点座屈」とが同時に発生し、つまり、ルーフパネル本体１７に、車体２の幅方向で三点の座屈２５が同時に発生するという「合計三点座屈」が得られる部分であり、上記交点２８における上記形状指数ｎの値は、略２．１２である。

そして、上記したように、形状指数ｎの値を定めてやれば、ルーフパネル本体１７上に与えられる上記荷重２４により、上記ルーフパネル本体１７には「合計三点座屈」が得られることとなる。そして、これによれば、上記ルーフパネル本体１７に上記荷重２４により一点もしくは二点の座屈２５を発生させるようにした場合に比べて、上記ルーフパネル本体１７の上記荷重２４に対する強度が飛躍的に向上する、という「作用」が生じる。

また、上記「作用」は、上記した形状指数ｎの値の近傍における、ある範囲で生じるため、前記したように、ｎ＝２．０１〜２．２０、より好ましくは、ｎ＝２．０４〜２．１８、更に好ましくは、ｎ＝２．０７〜２．１７としたのである。

そして、上記「作用」によれば、車体２のルーフパネル１３上への積雪時には、上記ルーフパネル本体１７自身が上記積雪からの荷重２４に対し強固に対抗することから、上記ルーフパネル１３を補強するための補強体をできるだけ不要にでき、よって、その分、車体ルーフ４の部品点数を少なくしてその構成を簡単にし、かつ、その質量を小さくすることができる。

なお、図１中一点鎖線のルーフパネル本体１７はｎ＝１．５とした場合のもの、二点鎖線のルーフパネル本体１７はｎ＝２とした場合のもの、実線のルーフパネル本体１７はｎ＝３とした場合のものを示している。

また、上記形状指数ｎは、自動車１の長手方向におけるルーフパネル本体１７の各部において互いに一定値ではなく、このルーフパネル本体１７の縦曲率に合わせて適宜変更すればよい。

１ 自動車
２ 車体
３ 側壁
４ ルーフ
５ 車室
１２ 外側端部
１２ａ 縦向き片
１２ｂ 横向き片
１３ ルーフパネル
１４ ルーフライニング
１７ ルーフパネル本体
１８ 中心線
２１ 仮想水平線
２４ 荷重
２５ 座屈
２６ 第１応答曲面の断面
２７ 第２応答曲面の断面
２８ 交点
Ｓ 溶接
ｈ ルーフ高さ
ｎ 形状指数

Claims (1)

1. 車体の幅方向における左、右外側端部がそれぞれ車体の側壁に溶接により結合されて、車体の上面を形成するルーフパネルを備え、このルーフパネルが、このルーフパネルの車体の幅方向における中途部を構成し、車体の正面断面視で、上方に向かって円弧凸形状となるよう形成されるルーフパネル本体を備えた自動車における車体ルーフ構造において、
   車体の正面断面視において、上記ルーフパネル本体の左、右外側端同士を結ぶ仮想水平線からの上記ルーフパネル本体の部分の高さをｙとし、上記仮想水平線に沿った方向で、上記ルーフパネル本体の車体の幅方向における中心線からこのルーフパネル本体の外側端に至るまでの上記ルーフパネル本体の部分の位置をｘとし、かつ、上記中心線上における上記仮想水平線からのルーフパネル本体のルーフ高さをｈとしたとき、上記ルーフパネル本体の断面形状が、
   ｙ＝−ａｘ^ｎ＋ｈ、ただし、ｎ＝２．０１〜２．２０
   の式を満足するようにしたことを特徴とする自動車における車体ルーフ構造。

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