JP5935360B2 - 車両用フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体を構成するフレーム本体を有する車両用フレーム構造に関する技術分野に属する。

車両における車体の特にセンターピラーに用いられるフレーム本体は、車両の側突性能の観点から曲げに対する強度を向上させることが求められている。この曲げに対する強度を向上させるために、例えば特許文献１では、センターピラーを、車体外側のアウタパネルと、該アウタパネルと共に閉断面を形成する車体内側のインナパネルと、該アウタパネルとインナパネルとの間に配設された補強部材とで構成している。

また、特許文献２には、車体外側の外壁を前壁及び後壁よりも厚肉形成するとともに、前壁及び後壁の内側に、車幅方向略中央部から車体外側に向かって徐々に増厚する外側増厚部を形成することが開示されている。

さらに、特許文献３には、略角筒状をなし複数の稜部に丸みをつけた鋼板よりなる自動車車体部品における上記複数の稜部のうちの少なくとも一つの稜部およびその近傍に、焼き入れを施すことが開示されている。

特開２００３−０８１１３２号公報 特開２００３−２０５８５９号公報 特開平１０−２５８７６８号公報

しかし、上記特許文献２の構造は、鋳造が前提の構造であり、鋼板等をプレス成形してパネルを製造する方法には適用困難である。また、厚肉にする必要があり、その分だけ車体重量が増大するという問題がある。

また、上記特許文献３の構造では、プレス工程に加えて焼き入れ工程が必要となり、製造コストが増大するというという問題がある。

一方、特許文献１の構造では、パネルをプレス成形により低コストで製造することができるものの、フレーム本体を軽量化しつつ曲げに対する強度を向上させるためには、改良の余地がある。

本発明は、斯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、プレス成形により容易に製造可能でありながら、外部入力荷重によるフレーム本体の曲げに対する強度が大きい、軽量でかつ簡単な構造の車両用フレーム構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、車体を構成するフレーム本体を有する車両用フレーム構造を対象として、上記フレーム本体は、車体外方を向く第１面部と、該第１面部と対向するように第１面部の車体内側に位置し、該第１面部よりも幅広である第２面部と、第１面部と第２面部との幅方向の一側端部同士及び他側端部同士をそれぞれ繋いで、上記第１面部及び上記第２面部と共に閉断面を構成する２つの側面部とを有し、上記各側面部は、上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記第２面部との間の中間位置にて屈曲する１つ又は複数の屈曲部を有し、上記側面部において上記屈曲部が１つである場合の当該屈曲部よりも第１面部側の部分及び複数である場合の最も第１面部側の屈曲部よりも第１面部側の部分を外側部として、上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記外側部との間の閉断面内側のなす角度が、略９０度又は９０度よりも大きい値に設定され、上記フレーム本体の断面において、上記屈曲部が１つである場合の当該屈曲部及び複数である場合の最も第２面部側の屈曲部を特定屈曲部として、該特定屈曲部が、閉断面内側に突出するように屈曲しており、上記特定屈曲部は、上記第１面部におけるフレーム本体長手方向の中間部に、フレーム本体を、その長手方向の中間部が両端部に対して車体内側に突出するように湾曲させる外部入力荷重が作用したときにおいて、該外部入力荷重が作用した部分の近傍における上記側面部の上記第１面部側の端部ないしその近傍部分に生じる閉断面外向きの力を打ち消すことで、該閉断面外向きの力が生じる部分の閉断面外側への膨出を抑制するような閉断面内向きの力が生じる屈曲部である、という構成とした。

上記の構成により、第１面部におけるフレーム本体長手方向の中間部に外部入力荷重（フレーム本体を、その長手方向の中間部が両端部に対して車体内側に突出するように湾曲させる衝撃荷重）が作用したとき、その外部入力荷重が作用した部分の近傍における側面部の第１面部側の端部ないしその近傍に、閉断面外向きに作用する力が生じて、当該部分を局所座屈させようとするが、特定屈曲部が閉断面内側に突出していることで、当該特定屈曲部には、上記閉断面外向きの力を打ち消すように閉断面内向きの力が生じる。これにより、第１面部に大きな外部入力荷重が作用しても、その外部入力荷重が作用した部分の近傍における側面部の第１面部側の端部が局所座屈し難くなる。そして、第１面部と側面部の外側部との間の閉断面内側のなす角度が、略９０度又は９０度よりも大きい値であれば、プレス成形により第１面部と側面部とを一体的に形成することが容易にできるとともに、屈曲部がない場合に対して、フレーム本体の曲げに対する強度が向上する。ここで、略９０度の範囲は、９０度を含み、９０度に対してプレス成形による通常の誤差を加減した範囲である。

上記車両用フレーム構造において、上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記第２面部における第１面部から最も離れた部分との間の第１面部に垂直な方向に沿った距離をＨａとし、上記特定屈曲部と上記第２面部における第１面部から最も離れた部分との間の第１面部に垂直な方向に沿った距離をｈａとしたとき、
０．５５≦ｈａ／Ｈａ≦０．９０
を満たす、ことが好ましい。

すなわち、屈曲部の第１面部に垂直な方向の位置によって、フレーム本体の曲げに対する強度が変化するが、０．５５≦ｈａ／Ｈａ≦０．９０を満たせば、フレーム本体の曲げに対する強度を良好に向上させることができる。

上記車両用フレーム構造において、上記屈曲部は１つであり、上記フレーム本体の断面において、上記側面部の第１面部側の端部と第２面部側の端部とを接続する第１仮想直線が、上記閉断面の外側に位置し、上記フレーム本体の断面において、上記側面部の第１面部側の端部と第２面部側の端部との間の上記第１面部に垂直な方向に沿った距離をＨとし、上記屈曲部と上記側面部の第２面部側の端部との間の上記第１面部に垂直な方向に沿った距離をｈとし、上記第１仮想直線と上記屈曲部を通りかつ上記第１面部に平行な第２仮想直線との交点と、上記屈曲部との間の距離をδとし、上記第１仮想直線が上記第１面部に垂直な方向に対してなす鋭角側の角度をθとしたとき、
０．５≦δ／（Ｈ−ｈ）tanθ≦１．０
を満たす、ことが好ましい。

このことにより、第１面部と側面部の外側部との間の閉断面内側のなす角度が９０度以上になるとともに、屈曲部がない場合に対して、フレーム本体の曲げに対する強度を良好に向上させることができる。

上記車両用フレーム構造において、上記第１面部におけるフレーム本体長手方向の少なくとも一部に、フレーム本体長手方向に延びるビードが形成されている、ことが好ましい。

このようなビードにより、第１面部における外部入力荷重が作用した部分が変形し難くなり、これに伴って、その外部入力荷重が作用した部分の近傍における側面部の第１面部側の端部がより一層局所座屈し難くなる。よって、フレーム本体の曲げに対する強度をより一層向上させることができる。

上記車両用フレーム構造において、上記フレーム本体は、車体のセンターピラーを構成するものである、ことが好ましい。

本発明の車両用フレーム構造をセンターピラーに適用することで、軽量でかつ簡単な構成で車両の側突性能を向上させることができる。

上記車両用フレーム構造において、上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記外側部との間の閉断面内側の角度が略９０度である、ことが好ましい。

このことで、屈曲部がない場合に対して、フレーム本体の曲げに対する強度を最大限に向上させることができる。

以上説明したように、本発明の車両用フレーム構造によると、プレス成形により容易に製造可能であるとともに、軽量でかつ簡単な構成であり、しかも、外部入力荷重によるフレーム本体の曲げに対する強度を向上させることが可能になり、よって、車体の衝突性能を低コストで向上させることができる。

本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用したフレーム本体を示す断面図である。 フレーム本体の要部の断面形状を拡大して示す図である。 試験フレーム本体Ａ〜Ｃの押圧ストロークと押圧荷重との関係を示すグラフである。 Ｍの値に応じた、閉断面形状及びＦｍａｘ質量効率の向上率を示す図である。 Ｍの値とＦｍａｘ質量効率の向上率との関係を示すグラフである。 ｈ／Ｈの値に応じた、閉断面形状及びＦｍａｘ質量効率の向上率を示す図である。 ｈ／Ｈの値とＦｍａｘ質量効率の向上率との関係を示すグラフである。 試験フレーム本体Ａ〜Ｃの閉断面形状及びＦｍａｘ質量効率の向上率を示す図である。 試験フレーム本体Ｄ〜Ｅの閉断面形状及びＦｍａｘ質量効率の向上率を示す図である。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用フレーム構造を適用したフレーム本体１の断面を示す。本実施形態では、このフレーム本体１は、車両車体のセンターピラーを構成するものであって、図１の紙面に垂直な方向（車体に設けられた状態では上下方向に相当する）に延びている。尚、本発明の車両用フレーム構造は、センターピラーの上下方向の略全体に適用してもよく、センターピラーの上下方向の一部（例えば、乗員の特に上半身を保護する観点から、センターピラーの上側部分）に適用してもよい。

上記フレーム本体１は、車体外側に位置するアウタパネル２と、車体内側に位置するインナパネル３と、これらアウタパネル２及びインナパネル３間に設けられたレインフォースメント４（アウタレインフォースメントとも呼ばれる）とを有している。アウタパネル２及びインナパネル３は閉断面を構成し、インナパネル３及びレインフォースメント４も閉断面を構成する。また、アウタパネル２及びレインフォースメント４も閉断面を構成する。

アウタパネル２は、本体部２ａと、該本体部２ａの幅方向両端部にそれぞれ接続されたフランジ部２ｂとを有する。インナパネル３は、本体部３ａと、該本体部３ａの幅方向両端部にそれぞれ接続されたフランジ部３ｂとを有する。レインフォースメント４は、本体部４ａと、該本体部４ａの幅方向両端部にそれぞれ接続されたフランジ部４ｂとを有する。アウタパネル２、インナパネル３及びレインフォースメント４は、プレス成形によりそれぞれ形成したものであり、プレス成形後にフランジ部２ｂ，３ｂ，４ｂを互いに重ね合わせて接合することで、フレーム本体１が完成する。

本実施形態では、インナパネル３及びレインフォースメント４に対して本発明の車両用フレーム構造を適用している。アウタパネル２は、基本的には、意匠的な観点から設けられたものであって、本体部２ａがレインフォースメント４の車体外側を覆っている。レインフォースメント４は、引張強度が９８０ＭＰａ以上でありかつ板厚が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である高強度鋼板が好ましく、熱間プレス成形により形成することが好ましい。

上記フレーム本体１は、車体外方を向く第１面部１１と、該第１面部１１と対向するように第１面部１１の車体内側に位置し、該第１面部１１よりも幅広である第２面部１２と、第１面部１１と第２面部１２との幅方向の一側端部同士及び他側端部同士をそれぞれ繋いで、第１面部１１及び第２面部１２と共に閉断面を構成する２つの側面部１３とを有している。第１面部１１及び２つの側面部１３は、レインフォースメント４の本体部４ａで構成され、第２面部１２は、インナパネル３の本体部３ａで構成されている。インナパネル３のフランジ部３ｂとレインフォースメント４のフランジ部４ｂとが互いに接合されることで、第２面部１２と側面部１３とが繋がることになる。本実施形態では、フレーム本体１の断面において、第２面部１２（本体部３ａ）及び２つのフランジ部３ｂは同じ直線上に位置し、第１面部１１は、この直線と平行な直線上に位置している。

第１面部１１におけるフレーム本体１長手方向の少なくとも一部（例えば、乗員の上半身を保護する観点から、センターピラーの上側部分）には、フレーム本体１長手方向に延びるビードが形成されていることが好ましい。このようなビードは、第１面部１１の幅方向の１箇所（例えば略中央）に設けてもよく、幅方向の複数箇所に設けてもよい。また、ビードは、第１面部１１、第２面部１２及び側面部１３による閉断面（以下、単に閉断面という）の内側に突出したものが好ましいが、閉断面外側に突出したものであってもよい。

上記各側面部１３は、フレーム本体１の断面において、第１面部１１と第２面部１２との間の中間位置にて屈曲する１つの屈曲部１４（特定屈曲部に相当）を有している。この屈曲部１４は、フレーム本体１の断面において、閉断面内側に突出するように屈曲している。そして、側面部１３において屈曲部１４よりも第１面部１１側の部分を外側部１３ａとして、フレーム本体１の断面において、第１面部１１と外側部１３ａとの間の閉断面内側のなす角度αが、略９０度又は９０度よりも大きい値に設定されている。ここで、略９０度の範囲は、９０度を含み、９０度に対してプレス成形による通常の誤差を加減した範囲である。上記角度αが、基本的に９０度以上であれば、プレス成形により第１面部１１及び２つの側面部１３を一体的に形成することが容易にできる。

レインフォースメント４のプレス成形の観点から、フレーム本体１の断面において、第１面部１１と側面部１３の外側部１３ａとの角部が、円弧部で構成されていてもよく、また、側面部１３における屈曲部１４よりも第２面部１２側の部分である内側部１３ｂとフランジ部４ｂとの角部が円弧部で構成されていてもよい。外側部１３ａ及び内側部１３ｂは、フレーム本体１の断面において、直線状に延びている。

車両の側突により、第１面部１１におけるフレーム本体１長手方向の中間部に外部入力荷重（フレーム本体１を、その長手方向の中間部が両端部に対して車体内側に突出するように湾曲させる衝撃荷重）が作用して、フレーム本体１が湾曲したときにおいて、第１面部１１と第２面部１２との曲率半径が相違することになり、これに伴って第１面部１１側（圧縮側）と第２面部１２側（引張側）とで周長差が生じるが、この周長差を小さくしようとする力が働き、これにより、第１面部１１と第２面部１２とが互いに近付こうとする。また、第１面部１１においてその外部入力荷重が作用した部分が外部入力荷重により凹むことによっても、第１面部１１と第２面部１２とが互いに近付こうとする。この結果、上記外部入力荷重が作用した部分の近傍における側面部１３の第１面部１１側の端部ないしその近傍に、側面部１３をフランジ部４ｂを支点として閉断面外側へ倒す力（閉断面外向きに作用する力）が生じて、当該部分を局所座屈させようとする（当該部分を局所的に閉断面外側に膨出させようとする）。このような局所座屈が生じると、フレーム本体１の曲げに対する強度が低下する。

しかし、本実施形態では、側面部１３に、閉断面内側に突出する屈曲部１４が設けられており、この屈曲部１４には、上記閉断面外向きの力を打ち消すように閉断面内向きの力が生じる。これにより、第１面部１１に大きな外部入力荷重が作用しても、その外部入力荷重が作用した部分の近傍における側面部１３の第１面部１１側の端部が局所座屈し難くなる。したがって、外部入力荷重によるフレーム本体１の曲げに対する強度を確保することができ、車両の側突性能が向上する。

また、第１面部１１にビードが形成されている場合、そのビードが形成された部分に外部入力荷重が作用した場合には、第１面部１１における外部入力荷重が作用した部分が変形し難くなり、これに伴って、その外部入力荷重が作用した部分の近傍における側面部１３の第１面部１１側の端部がより一層局所座屈し難くなる。

図２に示すように、フレーム本体１の断面において、側面部１３の第１面部１１側の端部Ｐ１と第２面部１２側の端部Ｐ２とを接続する第１仮想直線Ｌ１が、上記閉断面の外側に位置している。すなわち、屈曲部１４が第１仮想直線Ｌ１に対して閉断面内側に位置している。第１仮想直線Ｌ１は、屈曲部１４がない側面部１３に相当する。尚、第１面部１１と側面部１３の外側部１３ａとの角部及び内側部１３ｂとフランジ部４ｂとの角部が円弧部で構成されている場合であっても、ここでは、Ｐ１及びＰ２の位置は、図３に示す如く、円弧部がない場合の尖った角部と同じ位置とする。

フレーム本体１の断面において、側面部１３の第１面部１１側の端部Ｐ１と第２面部１２側の端部Ｐ２との間の第１面部１１に垂直な方向に沿った距離をＨとし、屈曲部１４と側面部１３の第２面部１２側の端部Ｐ２との間の第１面部１１に垂直な方向に沿った距離をｈとし、第１仮想直線Ｌ１と屈曲部１４を通りかつ第１面部１１に平行な第２仮想直線Ｌ２との交点Ｐ３と、屈曲部１４との間の距離をδとし、第１仮想直線Ｌ１が第１面部１１に垂直な方向に対してなす鋭角側の角度（第１仮想直線Ｌ１と、Ｐ１を通りかつ第１面部１１に垂直な第３仮想直線Ｌ３との間の鋭角側の角度）をθとしたとき、
０．５≦δ／（Ｈ−ｈ）tanθ≦１．０ …（１）
を満たすことが好ましい。

更に好ましいのは、
０．８≦δ／（Ｈ−ｈ）tanθ≦１．０ …（２）
を満たすことである。

フレーム本体１の断面において、上記交点Ｐ３と、第２仮想直線Ｌ２と第３仮想直線Ｌ３との交点Ｐ４との間の距離が（Ｈ−ｈ）tanθとなるので、δ／（Ｈ−ｈ）tanθ（＝Ｍとする）の値は、屈曲部１４が、Ｐ３とＰ４との間の距離に対して、Ｐ３から閉断面内側にどの程度入り込んでいるかを示すものであり、Ｍ＝０（δ＝０）であれば、側面部１３に屈曲部１４がなく、Ｍ＞０であれば、側面部１３に、閉断面内側に突出するように屈曲する屈曲部１４が存在することになる。また、Ｍ＝１．０であれば、屈曲部１４が交点Ｐ４に位置することになり、このとき、上記角度αが９０度になる。これにより、Ｍ≦１．０であれば、上記角度αが９０度以上になる。したがって、少なくともＭの値は０を超え１．０以下であればよい。但し、屈曲部１４がない場合に対して、フレーム本体１の曲げに対する強度を良好に向上させる観点からは、式（１）（特に式（２））を満たすようにすることが好ましい（図４及び図５参照）。特に、Ｍ＝１．０、つまり上記角度αが略９０度であれば、フレーム本体１の曲げに対する強度を最大限に向上させることができる（図４及び図５参照）。

また、フレーム本体１の断面において、第１面部１１と第２面部１２における第１面部１１から最も離れた部分との間の第１面部１１に垂直な方向に沿った距離をＨａ（本実施形態では、Ｈと略等しい）とし、屈曲部１４（特定屈曲部）と第２面部１２における第１面部１２から最も離れた部分との間の第１面部１１に垂直な方向に沿った距離をｈａ（本実施形態では、ｈと略等しい）としたとき、
０．５５≦ｈａ／Ｈａ≦０．９０…（３）
を満たすことが好ましい。

更に好ましいのは、
０．６０≦ｈａ／Ｈａ≦０．８５…（４）
を満たすことである。

すなわち、屈曲部１４の第１面部１１に垂直な方向の位置によって、フレーム本体１の曲げに対する強度が変化し、式（３）（特に式（４））を満たせば、フレーム本体１の曲げに対する強度を良好に向上させることができる（図６及び図７参照）。尚、ｈａ及びＨａについて第２面部１２における第１面部１２から最も離れた部分を基準とするのは、外部入力荷重によるフレーム本体１の湾曲時にその部分に最大引張応力が発生するため、この部分を基準とするのが適切と考えられるからである。

図３は、側面部１３に屈曲部１４を設けた試験フレーム本体Ａ及びＢと屈曲部１４を設けていない試験フレーム本体Ｃとに対して曲げ試験を行った結果を示す。

試験フレーム本体Ａは、図４におけるＭ＝１．００の試験フレーム本体と同じであって、側面部１３に屈曲部１４が設けられているが、第１面部１１にビードは設けられていない。試験フレーム本体Ｂは、試験フレーム本体Ａに対して、第１面部１１の幅方向の略中央における試験フレーム本体長手方向の全体にビードを設けたものである。このビードは、閉断面内側に突出している。試験フレーム本体Ｃは、図４におけるＭ＝０の試験フレーム本体と同じであって、側面部１３に屈曲部１４を設けていないものである（図８の試験フレーム本体Ａ〜Ｃの閉断面形状を参照）。これら試験フレーム本体Ａ〜Ｃは、上記フレーム本体１と同様に、センターピラーを構成するものであるが、試験フレーム本体Ａ〜Ｃには、アウタパネル２は設けていない（後述の他の試験フレーム本体も同様）。

上記各試験フレーム本体Ａ〜Ｃに対して、第１面部１１における長手方向中間部に、第１面部１１の幅方向に沿って延びる円柱状の圧子を押圧して、そのときの圧子の押圧ストロークと、外部入力荷重としての押圧荷重（曲げ荷重）との関係を調べた結果が、図３である。

押圧荷重が最大となったときに局所座屈が生じていると考えられ、押圧荷重はそれよりも大きくはならない。すなわち、押圧荷重の最大値（Ｆｍａｘ）が大きいほど、試験フレーム本体の曲げに対する強度が高いことになる。側面部１３に屈曲部１４が設けられた試験フレーム本体Ａ及びＢでは、屈曲部１４が設けられていない試験フレーム本体Ｃよりも、フレーム本体の曲げに対する強度が向上することになる。また、第１面部１１にビードが設けられた試験フレーム本体Ｂでは、フレーム本体の曲げに対する強度がより一層向上することになる。

続いて、δの値（つまりＭの値）を変化させた種々の試験フレーム本体に対して上記曲げ試験を行い、押圧荷重の最大値Ｆｍａｘをフレーム本体の質量で割った値（以下、Ｆｍａｘ質量効率という）の向上率を求めた。このＦｍａｘ質量効率の向上率は、側面部１３に屈曲部１４がない場合（δ＝０つまりＭ＝０である場合）を基準にした向上率である。ここでは、ｈ／Ｈ（本実施形態では、ｈａ／Ｈａと略等しい）は０．７５と一定にしている。また、Ｐ１及びＰ２の位置並びに第１仮想直線Ｌ１の角度θの値も一定である。また、δの値（Ｍの値）の正負については、屈曲部１４が第１仮想直線Ｌ１に対して閉断面内側に位置する場合を＋とし、閉断面外側に位置する場合を−とする。つまり、δ（Ｍ）が負である場合には、屈曲部１４が閉断面外側に突出するように屈曲していることになる。また、Ｍの値が１を超えると、屈強部１４が第３仮想直線Ｌ３よりも閉断面内側に位置することになる（上記角度αが９０度よりも小さくなる）。尚、ここでは、δの値を変化させても、試験フレーム本体の質量は顕著には変化しないので、Ｆｍａｘ質量効率の向上率は、Ｆｍａｘの、側面部１３に屈曲部１４がない場合に対する向上率と殆ど同じであるが、軽量化の観点から、Ｆｍａｘ質量効率の向上率を厳密に求めている。

Ｍの値とＦｍａｘ質量効率の向上率との関係を図４及び図５に示す。また、図４では、Ｍの値に応じた閉断面形状を合わせて示す。

図５から分かるように、Ｍの値が０を超えれば（屈曲部１４が閉断面内側に突出するように屈曲していれば）、Ｆｍａｘ質量効率が向上するが、Ｍの値が０．５以上１．０以下、特に０．８以上１．０以下であれば、Ｆｍａｘ質量効率を良好に向上させることができる。特に、Ｍ＝１．０、つまり上記角度αが略９０度であれば、Ｆｍａｘ質量効率の向上率が最大となる。

次いで、ｈ／Ｈの値（ｈａ／Ｈａの値と同じと見做せる）を変化させた種々の試験フレーム本体に対して上記曲げ試験を行い、Ｆｍａｘ質量効率の向上率を求めた。このＦｍａｘ質量効率の向上率は、側面部１３に屈曲部１４がない場合（ｈ／Ｈ＝１．０である場合）を基準にした向上率である。ここでは、Ｍの値は１．００（α＝９０度）と一定である。また、Ｐ１及びＰ２の位置並びに第１仮想直線Ｌ１の角度θの値も一定である。尚、図６におけるｈ／Ｈ＝１．００の試験フレーム本体は、図４におけるＭ＝０の試験フレーム本体（側面部１３に屈曲部１４がない試験フレーム本体）と同じである。当該試験フレーム本体のｈ／Ｈの値は０であるとも言える。また、図６におけるｈ／Ｈ＝０．７５の試験フレーム本体は、図４におけるＭ＝１．００の試験フレーム本体と同じである。

ｈ／Ｈの値とＦｍａｘ質量効率の向上率との関係を図６及び図７に示す。また、図６では、ｈ／Ｈの値に応じた閉断面形状を合わせて示す。

図７から分かるように、ｈ／Ｈの値が０を超え１．００未満であれば、Ｆｍａｘ質量効率が向上するが、ｈ／Ｈの値が０．５５以上０．９０以下、特に０．６０以上０．８５以下であれば、Ｆｍａｘ質量効率を良好に向上させることができる。すなわち、屈曲部１４の第１面部１１に垂直な方向の位置を適切に設定することで、側面部１３の第１面部１１側の端部ないしその近傍に生じる閉断面外向きの力を良好に打ち消すことができる。

次に、最初の曲げ試験で用いた試験フレーム本体Ａ〜ＣのＦｍａｘ質量効率の向上率（側面部１３に屈曲部１４がない試験フレーム本体Ｃを基準にした向上率）を求めた。この結果を図８に示す。これにより、図２と共に、第１面部１１にビードを設ける効果が分かる。

上記実施形態では、各側面部１３に１つの屈曲部１４しか設けていないが、各側面部１３に複数の屈曲部１４を設けるようにしてもよい。この場合、各側面部１３において複数の屈曲部１４のうち最も第１面部１１側の屈曲部１４よりも第１面部１１側の部分を外側部１３ａとして、フレーム本体１の断面において、第１面部１１と上記外側部１３ａとの間の閉断面内側のなす角度が、略９０度又は９０度よりも大きい値に設定され、各側面部１３の複数の屈曲部１４のうち最も第２面部１２側の屈曲部１４（特定屈曲部に相当）が、閉断面内側に突出するように屈曲していればよい。残りの屈曲部１４は、閉断面外側に突出していてもよく、閉断面内側に突出していてもよい。すなわち、側面部１３の第１面部１１側の端部と最も第２面部１２側の屈曲部１４（特定屈曲部）との間に、閉断面外側に突出する屈曲部１４が存在していて、側面部１３の第１面部１１側の端部ないしその近傍に生じる閉断面外向きの力に加えて、該閉断面外側に突出する屈曲部１４に閉断面外向きの力が生じても、これらの力を、最も第２面部１２側の屈曲部１４（特定屈曲部）に生じる閉断面内向きの力によって打ち消すことができるようになる。

このように各側面部１３に複数の屈曲部１４を設ける場合も、屈曲部１４が１つである場合と同様に、式（３）（特に式（４））を満たすことが好ましい。この場合、ｈａは、最も第２面部側の屈曲部１４（特定屈曲部）と第２面部１２における第１面部１１から最も離れた部分との間の第１面部１１に垂直な方向に沿った距離となる。

ここで、各側面部１３に２つの屈曲部１４が設けられた試験フレーム本体Ｄ〜Ｆに対して上記曲げ試験を行い、試験フレーム本体Ｄ及びＥのＦｍａｘ質量効率の、試験フレーム本体Ｆに対する向上率を求めた。

試験フレーム本体Ｄでは、上側（第１面部１１側）の屈曲部１４が閉断面内側に突出するように屈曲し、下側（第２面部側）の屈曲部１４も閉断面内側に突出するように屈曲している。試験フレーム本体Ｅでは、上側の屈曲部１４が閉断面外側に突出するように屈曲し、下側の屈曲部１４が閉断面内側に突出するように屈曲している。試験フレーム本体Ｆでは、上側の屈曲部１４が閉断面内側に突出するように屈曲し、下側の屈曲部１４が閉断面外側に突出するように屈曲している。試験フレーム本体Ｄ〜Ｆの断面形状は、屈曲部１４が１つである場合の上記試験フレーム本体の断面形状に対して、側面部１３の形状のみが異なる。

試験フレーム本体Ｄ〜Ｆの上側及び下側の各屈曲部１４について、屈曲部１４が１つである場合に計算したＭ及びｈ／Ｈの値を同様にして求めた。その際の第１仮想直線Ｌ１は、屈曲部１４が１つである場合の第１仮想直線Ｌ１と同じである。その結果と閉断面形状を図９に示す（閉断面形状において屈曲部１４を黒丸で示す）。また、図９には、試験フレーム本体Ｄ及びＥのＦｍａｘ質量効率の向上率（フレーム本体Ｆに対する向上率）も示す。

試験フレーム本体Ｆのように下側の屈曲部１４が閉断面外側に突出している場合よりも、試験フレーム本体Ｄ及びＥのように少なくとも下側の屈曲部１４が閉断面内側に突出している場合の方が、Ｆａｘ質量効率が向上することが分かる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、本発明の車両用フレーム構造を、インナパネル３及びレインフォースメント４に適用したが、アウタパネル２及びインナパネル３に適用することも可能である。この場合、第１面部１１及び側面部１３をアウタパネル２の本体部２ａで構成すればよく、レインフォースメント４はあってもなくてもよい。

また、本発明の車両用フレーム構造は、センターピラーの他に、バンパーレインフォースメント、フロントサイドフレーム（特にキックアップ部）、フロアパネルの車幅方向両側にて車体前後方向に延びるサイドシル、ルーフパネルの車幅方向両側にて車体前後方向に延びるルーフレール、ルーフレールに設けられかつ車幅方向に延びるルーフクロスメンバ、フロントピラー、リヤサイドフレーム、フロアパネルに設けられかつ車幅方向に延びるフロアクロスメンバ等に適用することも可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、車体を構成するフレーム本体を有する車両用フレーム構造に有用であり、特にフレーム本体が、車体のセンターピラーを構成するものである場合に有用である。

１ フレーム本体
２ アウタパネル
３ インナパネル
４ レインフォースメント
１１ 第１面部
１２ 第２面部
１３ 側面部
１４ 屈曲部

Claims (6)

1. 車体を構成するフレーム本体を有する車両用フレーム構造であって、
   上記フレーム本体は、車体外方を向く第１面部と、該第１面部と対向するように第１面部の車体内側に位置し、該第１面部よりも幅広である第２面部と、第１面部と第２面部との幅方向の一側端部同士及び他側端部同士をそれぞれ繋いで、上記第１面部及び上記第２面部と共に閉断面を構成する２つの側面部とを有し、
   上記各側面部は、上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記第２面部との間の中間位置にて屈曲する１つ又は複数の屈曲部を有し、
   上記側面部において上記屈曲部が１つである場合の当該屈曲部よりも第１面部側の部分及び複数である場合の最も第１面部側の屈曲部よりも第１面部側の部分を外側部として、上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記外側部との間の閉断面内側のなす角度が、略９０度又は９０度よりも大きい値に設定され、
   上記フレーム本体の断面において、上記屈曲部が１つである場合の当該屈曲部及び複数である場合の最も第２面部側の屈曲部を特定屈曲部として、該特定屈曲部が、閉断面内側に突出するように屈曲しており、
   上記特定屈曲部は、上記第１面部におけるフレーム本体長手方向の中間部に、フレーム本体を、その長手方向の中間部が両端部に対して車体内側に突出するように湾曲させる外部入力荷重が作用したときにおいて、該外部入力荷重が作用した部分の近傍における上記側面部の上記第１面部側の端部ないしその近傍部分に生じる閉断面外向きの力を打ち消すことで、該閉断面外向きの力が生じる部分の閉断面外側への膨出を抑制するような閉断面内向きの力が生じる屈曲部であることを特徴とする車両用フレーム構造。
2. 請求項１記載の車両用フレーム構造において、
   上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記第２面部における第１面部から最も離れた部分との間の第１面部に垂直な方向に沿った距離をＨａとし、上記特定屈曲部と上記第２面部における第１面部から最も離れた部分との間の第１面部に垂直な方向に沿った距離をｈａとしたとき、
   ０．５５≦ｈａ／Ｈａ≦０．９０
   を満たすことを特徴とする車両用フレーム構造。
3. 請求項１又は２記載の車両用フレーム構造において、
   上記屈曲部は１つであり、
   上記フレーム本体の断面において、上記側面部の第１面部側の端部と第２面部側の端部とを接続する第１仮想直線が、上記閉断面の外側に位置し、
   上記フレーム本体の断面において、上記側面部の第１面部側の端部と第２面部側の端部との間の上記第１面部に垂直な方向に沿った距離をＨとし、上記屈曲部と上記側面部の第２面部側の端部との間の上記第１面部に垂直な方向に沿った距離をｈとし、上記第１仮想直線と上記屈曲部を通りかつ上記第１面部に平行な第２仮想直線との交点と、上記屈曲部との間の距離をδとし、上記第１仮想直線が上記第１面部に垂直な方向に対してなす鋭角側の角度をθとしたとき、
   ０．５≦δ／（Ｈ−ｈ）tanθ≦１．０
   を満たすことを特徴とする車両用フレーム構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用フレーム構造において、
   上記第１面部におけるフレーム本体長手方向の少なくとも一部に、フレーム本体長手方向に延びるビードが形成されていることを特徴とする車両用フレーム構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用フレーム構造において、
   上記フレーム本体は、車体のセンターピラーを構成するものであることを特徴とする車両用フレーム構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両用フレーム構造において、
   上記フレーム本体の断面において、上記第１面部と上記外側部との間の閉断面内側の角度が略９０度であることを特徴とする車両用フレーム構造。

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