JP6094765B2 - 車体上部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体上部構造に係わり、特に、車室前方の車幅方向両端において後上方へ傾斜して延びる左右１対のフロントピラーを有する車体上部構造に関する。

従来、車両のオフセット衝突時において車室空間を確保するために、車室前方の車幅方向両端において後上方へ傾斜して延びるフロントピラーの曲げ変形を抑制するようにした車体構造が提案されている。
例えば、特許文献１には、軽量金属材料を閉断面に押出し成形してフロントピラーを形成したことにより、フロントピラー自体の剛性を高めた車体構造が記載されている。

特開２００２−３３７７３５号公報

ところで、上述した特許文献１に記載されているように押出し成形によって閉断面を形成したフロントピラーの他に、長手方向に直交する断面においてコ字状に形成した複数枚のパネルのフランジ部分を接合することにより閉断面を形成したフロントピラーも存在する。

オフセット衝突時、フロントピラーに衝撃荷重が入力されると、その衝撃荷重はフロントピラーを上下方向に曲げる曲げ荷重として作用するが、複数枚のパネルのフランジ部分を貼り合せたフロントピラーにおいては、圧縮力が作用する曲げ変形の内側に位置するフランジ部分が座屈し、フランジの接合部が剥離することによって、フロントピラーに大きい曲げ変形が生じる。従って、フロントピラーの曲げ変形を抑制するためには、フロントピラーのフランジ部分に座屈が発生するときの最大曲げ荷重をより大きくすることが要求される。そこで、従来のフロントピラーにおいては、フロントピラーを構成するパネルの板厚を厚くしたり、フロントピラーの閉断面を大型化したりすることが提案されている。

しかしながら、車両の燃費向上が強く要望されている近年では、車体の軽量化の必要性が高まっているので、車体重量の増大につながるパネルの板厚の増加やフロントピラーの閉断面の大型化は、フロントピラーの曲げ変形を抑制するための対策として採用することが難しい。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、車体重量の増大を招くことなく、オフセット衝突時の外力に対するフロントピラーの曲げ強度を向上させることができる車体上部構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の車体上部構造は、車室前方の車幅方向両端において後上方へ傾斜して延びる左右１対のフロントピラーを有する車体上部構造であって、フロントピラーは、このフロントピラーの長手方向に直交する断面において車幅方向内側に開口したコ字状に形成されたレインフォースメントパネルと、レインフォースメントパネルの車幅方向内側に接合された平板状のインナパネルと、このフロントピラーの長手方向に直交する断面において車幅方向内側に開口したコ字状に形成され、レインフォースメントパネルを車幅方向外側から覆うアウタパネルとを有し、レインフォースメントパネル、インナパネル、及びアウタパネルは、これらのレインフォースメントパネル及びアウタパネルのドア開口側端部に形成されたドア開口側フランジ部と、インナパネルのドア開口側端部とを重ね合わせたドア開口側接合部において接合され、フロントピラーに曲げ荷重が作用した場合におけるこのフロントピラーの長手方向中央近傍におけるせん断中心を、このフロントピラーの他の箇所におけるせん断中心よりもドア開口側接合部に近接させたことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、フロントピラーに曲げ荷重が作用した場合におけるフロントピラーの長手方向中央近傍におけるせん断中心を、フロントピラーの他の箇所におけるせん断中心よりもドア開口側接合部に近接させたので、フロントピラーに曲げ荷重が作用したときのフロントピラーの長手方向中央近傍における中立面の位置を、せん断中心をドア開口側接合部に近接させない場合の中立面よりもドア開口側接合部に近接させることができる。従って、フロントピラーの長手方向中央近傍におけるドア開口側接合部に作用する圧縮力を、せん断中心をドア開口側接合部に近接させない場合と比較して低減することができ、これにより、アウタパネルのドア開口側フランジ部の座屈発生を遅らせることができ、オフセット衝突時にフロントピラーに屈曲を生じさせる最大曲げ荷重を増大させることができる。

また、本発明において、好ましくは、フロントピラーの長手方向中央近傍におけるレインフォースメントパネルのドア開口側の側面を、フロントピラーの他の箇所におけるレインフォースメントパネルのドア開口側の側面よりもドア開口側接合部に近接させる。
このように構成された本発明においては、フロントピラーの長手方向中央近傍におけるレインフォースメントパネルのドア開口側の側面の位置を変更するだけで、フロントピラーの長手方向中央近傍におけるせん断中心をフロントピラーの他の箇所におけるせん断中心よりもドア開口側接合部に近接させ、オフセット衝突時にフロントピラーに屈曲を生じさせる最大曲げ荷重を増大させることができるので、各パネルの板厚の増加やフロントピラーの閉断面の大型化により車体重量の増大を招くことなく、オフセット衝突時の外力に対するフロントピラーの曲げ強度を向上させることができる。

本発明による車体上部構造によれば、車体重量の増大を招くことなく、オフセット衝突時の外力に対するフロントピラーの曲げ強度を向上させることができる。

本発明の実施形態による車体上部構造を適用した車体の斜視図である。 本発明の実施形態によるＡピラーを示す部分拡大斜視図である。 オフセット衝突荷重入力時におけるＡピラーの変形を示す部分拡大斜視図である。 オフセット衝突荷重入力時におけるＡピラーの図３に続く変形を示す部分拡大斜視図である。 オフセット衝突荷重入力時におけるＡピラーの図４に続く変形を示す部分拡大斜視図である。 本発明の実施形態によるＡピラーとそのせん断中心位置を示す側面図である。 図６におけるVII−VII矢視断面図である。 本発明の実施形態によるＡピラーの内部構造を示す断面図であり、（ａ）は図６におけるVIII−VIII矢視断面図、（ｂ）は図６のVIII−VIII断面においてＡピラーに生じる応力を概念的に示した応力分布図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車体上部構造を説明する。
まず、図１により、本発明の実施形態による車体上部構造を適用した車体について説明する。図１は、本発明の実施形態による車体上部構造を適用した車体の斜視図である。

図１において、符号１は本発明の実施形態による車体上部構造を適用した車体を示す。この車体１は、車体１下部の車幅方向両端部において車体前後方向に延びる左右１対のサイドシル２と、左右１対のサイドシル２のそれぞれの前端部から車体上方へ延びる左右１対のヒンジピラー４と、左右１対のサイドシル２のそれぞれの中間部から車体上方へ延びる左右１対のＢピラー６（センターピラー）と、左右１対のサイドシル２のそれぞれの後端部から車体上方へ延びるＣピラー８とを有している。

また、ヒンジピラー４の上端部から後上方へ傾斜して延びるように左右１対のＡピラー（フロントピラー）１０が設けられており、このＡピラー１０の上端部からＣピラー８の上端部まで、車体１上部の車幅方向両端部において車体前後方向に延びるように左右１対のルーフサイドレール１２が設けられている。このルーフサイドレール１２は、Ａピラー１０、Ｂピラー６、及びＣピラー８のそれぞれの上端部に接合されている。これらのＡピラー１０、Ｂピラー６、Ｃピラー８、及びルーフサイドレール１２によって、車体上部構造が形成される。

車室空間は、サイドシル２、ヒンジピラー４、Ａピラー１０、Ｂピラー６、Ｃピラー８、及びルーフサイドレール１２によって囲まれた空間として形成される。さらに、左右１対のＡピラー１０の間は、フロントウィンドウガラスを設けるためのフロントウィンドウ開口１４として形成され、Ａピラー１０及びヒンジピラー４とＢピラー６との間は、フロントサイドドアを設けるためのドア開口１６として形成されている。

次に、図２により、本発明の実施形態による車体上部構造におけるヒンジピラー４について説明する。図２は、本発明の実施形態による車幅方向左側のＡピラー１０を示す部分拡大斜視図である。

図２に示すように、Ａピラー１０は、Ａピラー１０の長手方向に直交する断面において車幅方向内側に開口したコ字状に形成されたレインフォースメントパネル１８と、このレインフォースメントパネル１８の車幅方向内側に接合された平板状のインナパネル２０とを有しており、これらのレインフォースメントパネル１８とインナパネル２０とによって閉断面が形成されている。これらのレインフォースメントパネル１８及びインナパネル２０の板厚は、例えば１ｍｍである。
さらに、Ａピラー１０の長手方向に直交する断面において車幅方向内側に開口したコ字状に形成されたアウタパネル２２が、レインフォースメントパネル１８を車幅方向外側から覆うように設けられている。このアウタパネル２２の板厚は、レインフォースメントパネル１８及びインナパネル２０の板厚よりも薄く、例えば０．７ｍｍである。

レインフォースメントパネル１８は、断面がコ字状に形成されたコ字形部２４と、このコ字形部２４のフロントウィンドウ開口１４側（上側）の端部においてＡピラー１０の長手方向に沿って延びるように形成されたフロントウィンドウ開口側フランジ部２６と、コ字形部２４のドア開口１６側（下側）の端部においてＡピラー１０の長手方向に沿って延びるように形成されたドア開口側フランジ部２８が形成されている。
同様に、アウタパネル２２は、断面がコ字状に形成されたコ字形部３０と、このコ字形部３０のフロントウィンドウ開口側（上側）の端部においてＡピラー１０の長手方向に沿って延びるように形成されたフロントウィンドウ開口側フランジ部３２と、コ字形部３０のドア開口１６側（下側）の端部においてＡピラー１０の長手方向に沿って延びるように形成されたドア開口側フランジ部３４が形成されている。

図２に示すように、アウタパネル２２の各フランジ部、レインフォースメントパネル１８の各フランジ部、並びにインナパネル２０のフロントウィンドウ開口側及びドア開口側端部を重ね合わせ、その重ね合わせた接合部３６をＡピラー１０の長手方向に沿って所定間隔（例えば４０ｍｍ間隔）でスポット溶接することにより、アウタパネル２２、レインフォースメントパネル１８、及びインナパネル２０が互いに固定されている。

次に、図３乃至図５によりオフセット衝突荷重入力時におけるＡピラー１０の変形を説明する。図３は、オフセット衝突荷重入力時におけるＡピラー１０の変形を示す部分拡大斜視図であり、図４は、オフセット衝突荷重入力時におけるＡピラー１０の図３に続く変形を示す部分拡大斜視図であり、図５は、オフセット衝突荷重入力時におけるＡピラー１０の図４に続く変形を示す部分拡大斜視図である。

図３に示すように、車体１左前部に対するオフセット衝突時、車幅方向左側のＡピラー１０に対して車体後方に向かう衝撃荷重が入力されると、このＡピラー１０を上方に向かって曲げる曲げ荷重がＡピラー１０に作用する。これに伴い、曲げ外側に位置するＡピラー１０のフロントウィンドウ開口１４側には引っ張り力が作用し、曲げ内側に位置するＡピラー１０のドア開口１６側には圧縮力が作用する。上述したように、アウタパネル２２のフランジ部、レインフォースメントパネル１８のフランジ部、及びインナパネル２０の上下端部を重ね合わせた接合部３６は所定間隔でスポット溶接されているので、Ａピラー１０のドア開口１６側の接合部３６に圧縮力が作用すると、図３に示すように、特に応力が集中するＡピラー１０の長手方向中央近傍において互いに隣接するスポット溶接部３８の中間部分に口開きが発生する。具体的には、レインフォースメントパネル１８及びインナパネル２０よりも板厚の薄いアウタパネル２２のドア開口側フランジ部３４が、隣接するスポット溶接部３８の中間部分において車幅方向外側（図３では上側）に向かって湾曲する。一方、レインフォースメントパネル１８のドア開口側フランジ部２８及びインナパネル２０のドア開口側端部は、隣接するスポット溶接部３８の中間部分において車幅方向内側（図３では下側）に向かって湾曲する。この時点で、Ａピラー１０に作用する曲げ荷重が最大となる。

次に、図４に示すように、Ａピラー１０の変形が進むと、Ａピラー１０のドア開口１６側の接合部３６に作用する圧縮力により、隣接するスポット溶接部３８の中間部分における接合部３６の口開きが拡大する。具体的には、アウタパネル２２のドア開口側フランジ部３４が座屈し、このアウタパネル２２のコ字形部３０にも変形が生じる。また、レインフォースメントパネル１８のドア開口側フランジ部２８は、インナパネル２０のドア開口側端部から離れて車幅方向内側に向かってさらに湾曲する。この時点では、既にアウタパネル２２のドア開口側フランジ部３４が座屈しているので、Ａピラー１０に作用する曲げ荷重は図３に示した時点よりも低下している。

次に、図５に示すように、Ａピラー１０の変形が更に進むと、Ａピラー１０のドア開口１６側の接合部３６に作用する圧縮力により、隣接するスポット溶接部３８の中間部分における接合部３６の口開きが拡大する。具体的には、口開きが生じた箇所の両側に位置するスポット溶接部３８に応力集中が生じた後、これらのスポット溶接部３８が破断し、アウタパネル２２、レインフォースメントパネル１８、及びインナパネル２０の剥離が進行する。アウタパネル２２の変形はコ字形部３０の全体に及び、レインフォースメントパネル１８やインナパネル２０にも座屈が生じる。その結果、Ａピラー１０全体が屈曲し始める。この時点では、Ａピラー１０に作用する曲げ荷重は図４に示した時点よりも低下している。

即ち、図３乃至図５に示したように、オフセット衝突時、Ａピラー１０を上方に向かって曲げる曲げ荷重が作用すると、特に圧縮応力が集中するＡピラー１０の長手方向中央近傍のドア開口側接合部３６において、互いに隣接するスポット溶接部３８の中間部分に口開きが発生し、アウタパネル２２のドア開口側フランジ部３４が座屈することを発端としてＡピラー１０の屈曲が進行する。従って、Ａピラー１０の長手方向中央近傍においてドア開口側接合部３６に及ぶ圧縮力を抑制することにより、アウタパネル２２のドア開口側フランジ部３４の座屈発生を遅らせることができ、Ａピラー１０に屈曲を生じさせる最大曲げ荷重を増大させることができると考えられる。

次に、図６乃至図８により、Ａピラー１０の長手方向中央近傍においてドア開口側接合部３６に及ぶ圧縮力を抑制するための、Ａピラー１０の内部構造を説明する。図６は、本発明の実施形態によるＡピラー１０とそのせん断中心位置を示す側面図である。また、図７は、本発明の実施形態によるＡピラー１０の内部構造を示す断面図であり、図６におけるVII−VII矢視断面図である。また、図８は、本発明の実施形態によるＡピラー１０の内部構造を示す断面図であり、図８（ａ）は図６におけるVIII−VIII矢視断面図、図８（ｂ）は図６のVIII−VIII断面においてＡピラー１０に生じる応力を概念的に示した応力分布図である。

非対称の断面形状を有するＡピラー１０に曲げ荷重が作用した場合、Ａピラー１０の断面にはねじりモーメントによるせん断力が発生する。このねじりの中心（せん断中心４０）は、図７及び図８（ａ）に示すように、レインフォースメントパネル１８とインナパネル２０とによって囲まれた閉断面の内部に位置している。せん断中心４０の位置は、アウタパネル２２、レインフォースメントパネル１８、及びインナパネル２０の形状及び板厚に応じて定まる。

本実施形態においては、図６に示すように、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるせん断中心４０を、Ａピラー１０の他の箇所（例えばＡピラー１０の長手方向両端部近傍）におけるせん断中心４０よりもドア開口側接合部３６に近接させている。具体的には、図８（ａ）に示すように、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるレインフォースメントパネル１８のコ字形部２４の一部（図８（ａ）ではドア開口１６側の側面）を、Ａピラー１０の他の箇所のレインフォースメントパネル１８のコ字形部２４（例えば、図７に示した断面を図８（ａ）において想像線により示す）よりもドア開口側接合部３６に近接させている。特に、ホットプレス製法によれば、上述のようにＡピラー１０の長手方向に沿って断面形状を変化させたレインフォースメントパネル１８やアウタパネル２２等を容易に形成することができる。

このように、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるせん断中心４０を、Ａピラー１０の他の箇所におけるせん断中心４０よりもドア開口側接合部３６に近接させたことにより、図８（ｂ）に示すように、Ａピラー１０に曲げ荷重が作用したときのＡピラー１０の長手方向中央近傍における中立面４２（図８（ｂ）において一点鎖線により示す）の位置は、せん断中心４０をドア開口側接合部３６に近接させない場合の中立面４２（図８（ｂ）において想像線により示す）よりもドア開口側接合部３６に近接する。その結果、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるドア開口側接合部３６に作用する圧縮力は、せん断中心４０をドア開口側接合部３６に近接させない場合と比較して低減される。

次に、上述した本発明の実施形態による車体上部構造の効果を説明する。

まず、Ａピラー１０に曲げ荷重が作用した場合におけるＡピラー１０の長手方向中央近傍におけるせん断中心４０を、Ａピラー１０の他の箇所におけるせん断中心４０よりもドア開口側接合部３６に近接させたので、Ａピラー１０に曲げ荷重が作用したときのＡピラー１０の長手方向中央近傍における中立面４２の位置は、せん断中心４０をドア開口側接合部３６に近接させない場合の中立面４２よりもドア開口側接合部３６に近接する。従って、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるドア開口側接合部３６に作用する圧縮力を、せん断中心４０をドア開口側接合部３６に近接させない場合と比較して低減することができ、これにより、アウタパネル２２のドア開口側フランジ部３４の座屈発生を遅らせることができ、オフセット衝突時にＡピラー１０に屈曲を生じさせる最大曲げ荷重を増大させることができる。

特に、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるレインフォースメントパネル１８のドア開口１６側の側面を、Ａピラー１０の他の箇所におけるレインフォースメントパネル１８のドア開口１６側の側面よりもドア開口側接合部３６に近接させるだけで、Ａピラー１０の長手方向中央近傍におけるせん断中心４０をＡピラー１０の他の箇所におけるせん断中心４０よりもドア開口側接合部３６に近接させ、オフセット衝突時にＡピラー１０に屈曲を生じさせる最大曲げ荷重を増大させることができるので、各パネルの板厚の増加やＡピラー１０の閉断面の大型化により車体重量の増大を招くことなく、オフセット衝突時の外力に対するＡピラー１０の曲げ強度を向上させることができる。

１ 車体
２ サイドシル
４ ヒンジピラー
６ Ｂピラー
８ Ｃピラー
１０ Ａピラー
１２ ルーフサイドレール
１４ フロントウィンドウ開口
１６ ドア開口
１８ レインフォースメントパネル
２０ インナパネル
２２ アウタパネル
２４、３０ コ字形部
２６、３２ フロントウィンドウ開口側フランジ部
２８、３４ ドア開口側フランジ部
３６ 接合部
３８ スポット溶接部
４０ せん断中心
４２ 中立面

Claims (2)

1. 車室前方の車幅方向両端において後上方へ傾斜して延びる左右１対のフロントピラーを有する車体上部構造であって、
   上記フロントピラーは、このフロントピラーの長手方向に直交する断面において車幅方向内側に開口したコ字状に形成されたレインフォースメントパネルと、上記レインフォースメントパネルの車幅方向内側に接合された平板状のインナパネルと、このフロントピラーの長手方向に直交する断面において車幅方向内側に開口したコ字状に形成され、上記レインフォースメントパネルを車幅方向外側から覆うアウタパネルとを有し、
   上記レインフォースメントパネル、上記インナパネル、及び上記アウタパネルは、これらのレインフォースメントパネル及びアウタパネルのドア開口側端部に形成されたドア開口側フランジ部と、上記インナパネルのドア開口側端部とを重ね合わせたドア開口側接合部において接合され、
   上記フロントピラーに曲げ荷重が作用した場合におけるこのフロントピラーの長手方向中央近傍におけるせん断中心を、このフロントピラーの他の箇所におけるせん断中心よりもドア開口側接合部に近接させたことを特徴とする車体上部構造。
2. 上記フロントピラーの長手方向中央近傍における上記レインフォースメントパネルのドア開口側の側面を、上記フロントピラーの他の箇所におけるレインフォースメントパネルのドア開口側の側面よりも上記ドア開口側接合部に近接させた請求項１に記載の車体上部構造。

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