JP6156036B2

JP6156036B2 - 自動車の車体構造

Info

Publication number: JP6156036B2
Application number: JP2013206986A
Authority: JP
Inventors: 隆造加藤; 源内　聖; 聖源内
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: JP2015071327A

Description

本発明は、自動車の車体構造に関する。

特許文献１には、車体の後部に車両前後方向に延在する左右一対のリアサイドメンバ間に、同様に車両前後方向に延在する一対のリアセンターフレームを配設した車体構造が開示されている。

特開２００９―６７３７６号公報

特許文献１の開示技術は、車両の後面衝突時に、リアサイドメンバとリアセンターフレームとが共に潰れ変形することによって衝突エネルギーを吸収させてその吸収量を増大しようとするものであるが、エネルギー吸収部材としてリアセンターフレームを増設するため、重量的におよびコスト的に不利となってしまうことは否めない。

そこで、本発明は車体サイドメンバとサスペンションメンバとをエネルギー吸収部材として、これらを適切に潰れ変形させることで衝突エネルギーを効率的に吸収できるようにした自動車の車体構造を提供するものである。

本発明に係る自動車の車体構造は、車体の前部または後部の車幅方向両側部に車両前後方向に延在配置された左右一対の車体サイドメンバと、この車体サイドメンバの下側に車体端部側と車体中央側の前，後の締結部により、該車体サイドメンバと略平行に連結配置されたサスペンションメンバと、を備えている。

前記車体サイドメンバは、前記前，後の締結部間に対応した部分に設定されて車両衝突時の軸方向入力に対して山折れ変形を促す第１の折れ曲がり促進部と、前記車体中央側の締結部よりも車体中央側の部分に設定されて前記軸方向入力に対して谷折れ変形を促す第２の折れ曲がり促進部と、を備えている。

そして、前記第１の折れ曲がり促進部を設定した部分の断面中心位置と、前記第２の折れ曲がり促進部を設定した部分の断面中心位置とを、前記車体サイドメンバの前記軸方向入力端となる車体端部側の端部の断面中心位置に対して、それぞれ上，下にオフセットして設定したことを主要な特徴としている。

本発明によれば、車両衝突時に車体サイドメンバの車体端部側の端部に軸方向に作用する衝突入力に対して、該車体サイドメンバが第１，第２の折れ曲がり促進部を起点に側面視して略Ｚ字状に折れ曲がる変形モードにコントロールされる。

これにより、前記第２の折れ曲がり促進部を中心とするサスペンションメンバの上向きの回動が規制されて、該サスペンションメンバを車体サイドメンバと略平行な配置状態を保持したまま上方へ変位させる。

この結果、前記衝突入力をサスペンションメンバに軸方向の圧潰荷重として入力させて、該サスペンションメンバを車体サイドメンバと共に適切に潰れ変形させ、衝突エネルギーを効率的に吸収することができる。

本発明を車体後部に適用した実施形態の下側から見た斜視説明図。図１に示した実施形態の側面説明図。図１に示した実施形態におけるリアサイドメンバを分解して示す斜視説明図。図３に示したリアサイドメンバの組立状態を示す斜視説明図。図４のＡ―Ａ線に沿う断面図。図４のＢ―Ｂ線に沿う断面図。図１に示した実施形態におけるリアサスペンションメンバの変形前と変形後とを（Ａ），（Ｂ）にて示す平面説明図。図１に示した実施形態の変形前と変形後とを（Ａ），（Ｂ）にて示す側面説明図。図８に示した車体変形時における車両減速度と時間との関係を示す特性図。

以下、本発明の一実施形態を車体後部に適用した場合を例に採って図面と共に詳述する。

図１に示す実施形態の車体構造は、本発明を車体後部に適用したもので、車体サイドメンバとしてのリアサイドメンバ１１とサスペンションメンバとしてのリアサスペンションメンバ２１との配置状況を下面側から見て示している。

リアサイドメンバ１１は車体後部の前後方向骨格部材を構成するもので、リアフロアパネル１の車幅方向両側縁部に接合して車両前後方向に延在配置してある。そして、これら左右のリアサイドメンバ１１，１１に跨って、図外の後輪を支持するリアサスペンションメンバ２１を連結配置している。

リアサスペンションメンバ２１は後述するように車体中央側と車体端部側の前，後の締結部２２，２３を備え、これらの締結部２２，２３をリアサイドメンバ１１の前，後側部の下面に設けた座部１２，１３に締結固定して、リアサイドメンバ１１と略平行に連結配置している。

リアサイドメンバ１１は図２に示すように、車両の後面衝突時の軸方向入力Ｆに対して山折れ変形（上向きの折れ変形）を促す第１の折れ曲がり促進部１４と、該軸方向入力Ｆに対して谷折れ変形（下向きの折れ変形）を促す第２の折れ曲がり促進部１５と，を備えている。

第１の折れ曲がり促進部１４は、リアサスペンションメンバ２１の前，後の締結部２２，２３間に対応した部分に設定され、第２の折れ曲がり促進部１５は、前側（車体中央側）の締結部２２に隣接してそれよりも車体中央側の部分に設定してある。

そして、第１の折れ曲がり促進部１４を設定した部分の断面中心位置Ｏ_１と、第２の折れ曲がり促進部１５を設定した部分の断面中心位置Ｏ_２とを、リアサイドメンバ１１の前記軸方向入力端となる後端部の断面中心位置Ｏに対して、それぞれ上，下にオフセットして設定している。

具体的には、上述のリアサイドメンバ１１はフロントフロアのフロア骨格部材の１つであるサイドシル２に繋がるメンバ基部１１Ａと、該メンバ基部１１Ａから傾斜して立ち上がるキックアップ部１１Ｂと、該キックアップ部１１Ｂから略水平に延出するメンバ一般部１１Ｃと，を備えている。

上述の座部１２と１３は、キックアップ部１１Ｂの下側部下面とメンバ一般部１１Ｃの後側部下面に形成してあって、リアサスペンションメンバ２１は前，後の締結部２２，２３をこれら座部１２，１３に締結固定することにより、上述のようにキックアップ部１１Ｂの下側部下面とメンバ一般部１１Ｃの後側部下面とに跨って、略水平に連結配置してある。

そして、第１の折れ曲がり促進部１４を、前，後の締結部２２，２３の中間部に対応するメンバ一般部１１Ｃの車両前後方向中間位置に設定する一方、第２の折れ曲がり促進部１５を、前側（車体中央側）の締結部２２よりも車体中央側となる前記メンバ一般部１１Ａとキックアップ部１１Ｂとの連結位置に設定してある。

第１の折れ曲がり促進部１４および第２の折れ曲がり促進部１５は、それぞれ局部的に脆弱構造とすることによって容易に構成することができる。例えば、第１の折れ曲がり促進部１４にあっては、メンバ一般部１１Ｃの下側稜線に図１，２に例示するように潰れビードを凹設して脆弱構造とし、また、第２の折れ曲がり促進部１５にあっては、メンバ基部１１Ａとキックアップ部１１Ｂとの上面側連設部に車幅方向に折れ線や潰れビードを凹設して脆弱構造とすることにより容易に構成することができる。

なお、図１中、符号３はリアサスペンションメンバ２１の前側の締結部２２と、前記フロントフロアサイドのサイドシル２の後端部とを連結する補強部材のピンステイを示している。

本実施形態ではリアサイドメンバ１１を図３〜図６に示すように、何れも金属プレートからなる溝形断面のロアメンバ１６と、その上側開放部を閉塞して溶接接合したＬ字形断面のアッパメンバ１７とで閉断面に形成している。

図３，図４に示す例では、メンバ基部１１Ａの車幅方向外側が開放する開断面となるようにロアメンバ１６とアッパメンバ１７を構成し、このメンバ基部１１Ａをサイドシル２のシルインナ２ａの後端に外嵌してスポット溶接等により接合固定するようにしている。

そして、第１の折れ曲がり促進部１４における山折れ変形により圧縮側となる下壁内面と、第２の折れ曲がり促進部１５における谷折れ変形により圧縮側となる上壁内面とに、それぞれ圧潰反力を補うためのレインフォース１８，１９をスポット溶接等により接合配置してある。

このリアサイドメンバ１１における第２の折れ曲がり促進部１５の強度は、リアサスペンションメンバ２１の強度と、リアサイドメンバ１１における該リアサスペンションメンバ２１を配設した領域の強度との合計よりも大きく設定される。

図７は前述のリアサスペンションメンバ２１の一実施形態を示しており、車両前後方向に延在する左右一対のサイドメンバ２４と、これらサイドメンバ２４，２４を連結した前後一対のクロスメンバ２５，２６と、を備えて平面略方形のフレーム形状としている。

クロスメンバ２５，２６は、何れもサイドメンバ２４との結合部分から車幅方向外側に
延出するアーム部２５Ａ，２６Ａを備えていて、これらアーム部２５Ａ，２６Ａの端部に前述の締結部２２，２３を設けている。

締結部２２，２３として、防振用のインシュレータを備えた汎用のブッシュタイプのマウント部材を用いることができる。

前側のクロスメンバ２５は、アーム部２５Ａを含めて略直状に形成してある一方、後側のクロスメンバ２６は平面視して車両前方に向けて凸となる弓状に形成して、アーム部２６Ａを車両後方の車体端部側に向く斜め後方に延出させている。

これにより、アーム部２６Ａに車両の後面衝突時における所要寸法の潰れストローク領域Ｓ１を設定している。

このアーム部２６Ａは、その強度をリアサスペンションメンバ２１の他の部分に比較して低く設定してあって、該リアサスペンションメンバ２１における前記潰れストローク領域Ｓ１の車両前方側に、車両の後面衝突時に潰れ変形が及びにくい保形領域Ｓ２を確保するようにしている。

また、アーム部２６Ａの締結部２３によるリアサイドメンバ２１に対する連結点は、図２に示すようにリアサイドメンバ１１の後端部、例えば、図外のリアバンパーに繋がるクラッシュボックス４の後端から所要のオフセット量Ｌをもって車両前方（車体中央側）にオフセットした位置に設定している。

以上の構成からなる本実施形態によれば、車両の後面衝突時にリアサイドメンバ１１の後端部に軸方向に所定値以上の衝突入力Ｆが作用すると、リアサイドメンバ１１が車両前方に潰れ変形する。

このとき、リアサイドメンバ１１はその後端に軸方向に作用する衝突入力Ｆに対して、第１の折れ曲がり促進部１４と第２の折れ曲がり促進部１５における前述の各断面中心位置Ｏ_１，Ｏ_２のオフセット配置により、これらの折れ曲がり促進部１４，１５を起点に側面視して略Ｚ字状に折れ曲がる変形モードにコントロールされる。

即ち、図２に示すように第１の折れ曲がり促進部１４では紙面時計方向のモーメントＭ１が作用して山折れ変形を促し、第２の折れ曲がり促進部１５では紙面反時計方向のモーメントＭ２が作用して谷折れ変形を促す。

これにより、前記第２の折れ曲がり促進部１５を中心とするリアサスペンションメンバ２１の全体的な上向きの回動が規制され、図８の（Ａ）に示す状態から（Ｂ）に示すようにリアサスペンションメンバ２１をリアサイドメンバ１１と略平行な配置状態を保持したまま上方へ変位、即ち、リフトアップ移動させる。

この結果、前記衝突入力Ｆをリアサスペンションメンバ２１に軸方向の圧潰荷重として入力させて、該リアサスペンションメンバ２１をリアサイドメンバ１１と共に適切に潰れ変形させ、衝突エネルギーを効率的に吸収することができる。

また、上述のようにリアサイドメンバ１１を側面視して略Ｚ字状に折れ曲がり変形させて、リアサスペンションメンバ２１をほぼ水平状態のままリフトアップ移動させるため、その前端部がリアサスペンションメンバ２１の前方のフロア下に配置した燃料タンクあるいは電気自動車におけるバッテリ等の重要保安部品１０と干渉するのを回避することもできる。

特に本実施形態では上述のリアサイドメンバ１１を、フロントフロアサイドのサイドシル２に繋がるメンバ基部１１Ａと、ここから傾斜して立ち上がるキックアップ部１１Ｂと、これに連設して略水平に延出するメンバ一般部１１Ｃとして形成している。

従って、このリアサイドメンバ１１の造形と、第１，第２の折れ曲がり促進部１４，１５の設定と、リアサスペンションメンバ２１の締結部２２，２３の各連結位置の設定とにより、車両の後面衝突時にキックアップ部１１Ｂを支柱とする前記リアサイドメンバ１１の側面略Ｚ字状の折れ曲がり変形と、リアサスペンションメンバ２１の略水平を保ったリフトアップ移動とを構造上無理なく行わせることができる。

これにより、車体後部の車両前後方向の座屈変形モードが安定化して車両前方への潰れ変形を整然と行わせ、良好なエネルギー吸収効果を得ることができる。

また、本実施形態ではリアサイドメンバ１１を金属プレートからなるロアメンバ１６とアッパメンバ１７とを接合した閉断面に形成して、第１の折れ曲がり促進部１４における山折れ変形により圧縮側となる下壁内面と、第２の折れ曲がり促進部１５における谷折れ変形により圧縮側となる上壁内面とに、それぞれレインフォース１８，１９を接合配置している。

これにより、リアサイドメンバ１１の前述の造形および車両前後方向の強度分布の設定を設計上有利に行えることは勿論、前，後の折れ曲がり促進部１４，１５の圧潰反力の低下をレインフォース１８，１９で補って、所要の衝突エネルギー吸収量の確保を設計上有利に行うことができる。

一方、リアサスペンションメンバ２１は、左右一対のサイドメンバ２４と、前後一対のクロスメンバ２５，２６とで平面略方形のフレーム形状としてあり、後側のクロスメンバ２６の車幅方向外側のアーム部２６Ａを斜め後方に延出して形成している。そして、このアーム部２６Ａの端部に前述の後側の締結部２３を設けると共に、該アーム部２６Ａの強度をリアサスペンションメンバ２１の他の部分に比較して低く設定している。

これにより、車両の後面衝突に対して所要寸法の潰れストローク領域Ｓ１を確保して、要求されるエネルギー吸収量を容易に得ることができる。そして、この潰れストローク領域Ｓ１の前側に保形領域Ｓ２を確保できるので、例えば、電気自動車等においてインバータ等の高電圧部品をこの保形領域Ｓ２に搭載することによって、当該部品の後面衝突時における保護効果を高めることができる。

また、本実施形態ではリアサスペンションメンバ２１のアーム部２６Ａ端の締結部２３の連結点と、リアサイドメンバ１１の後端構成部とに所要のオフセット量Ｌを設定している。

これにより、車両の後面衝突時にリアサイドメンバ１１は衝突初期から潰れ変形してエネルギー吸収し、リアサスペンションメンバ２１は衝突途中から潰れ変形してエネルギー吸収するマルチロードパス構造が得られる。

この結果、図９にＧ１線で示すように、リアサイドメンバ反力ａとリアサスペンションメンバ反力ｂとで合成される車両減速度の増加を低減するＧコントロールを良好に行えて、乗員に対する負荷を軽減することができる。なお、図９のＧ２線はリアサイドメンバ１１とリアサスペンションメンバ２１がほぼ同時に潰れ変形した場合における車両減速度を示している。

ここで、自動車の車体後部構造では、車体デザインの自由度を広げるためにリアサイドメンバ１１の後方延出長を短くする要求があるが、この後方延出長を短くしてしまうと後面衝突時における潰れ変形によるエネルギー吸収量が低減してしまう。

そこで、リアサイドメンバ１１の後方延出長を短くした上で、リアサスペンションメンバ２１をエネルギー吸収メンバとして有効に機能できればエネルギー吸収量の不足を補えるのであるが、後面衝突対策としてはエネルギー吸収量の確保だけでは十分とは言えない。

一方、本実施形態では前述のように、リアサスペンションメンバ２１をエネルギー吸収メンバとして有効に機能させることができることに加えて、車両減速度の増加を低減するＧコントロールを良好に行えるため、リアサイドメンバ１１の後方延出長を短くする車体デザイン上の要求に対して、後面衝突対策を満足させて十分に応えることができる。

以上のように本発明を車体の後部構造に適用して著効を発揮できるが、車体の前部構造に適用することも勿論可能で、この場合、車体サイドメンバはフロントサイドメンバに、およびサスペンションメンバはフロントサスペンションメンバに対応し、車体端部側とは車体のフロントエンドを指す。

１１…リアサイドメンバ（車体サイドメンバ）
１１Ａ…メンバ基部
１１Ｂ…キックアップ部
１１Ｃ…メンバ一般部
１４…第１の折れ曲がり促進部
１５…第２の折れ曲がり促進部
１６…ロアメンバ
１７…アッパメンバ
１８・１９…レインフォース
２１…リアサスペンションメンバ（サスペンションメンバ）
２２・２３…締結部
２４…サイドメンバ
２５・２６…クロスメンバ

Claims

車体の前部または後部の車幅方向両側部に車両前後方向に延在配置された左右一対の車体サイドメンバと、
前記車体サイドメンバの下側に車体端部側と車体中央側の前，後の締結部により、該車体サイドメンバと略平行に連結配置されたサスペンションメンバと、を備え、
前記車体サイドメンバは、前記前，後の締結部間に対応した部分に設定されて車両衝突時の軸方向入力に対して山折れ変形を促す第１の折れ曲がり促進部と、前記車体中央側の締結部よりも車体中央側の部分に設定されて前記軸方向入力に対して谷折れ変形を促す第２の折れ曲がり促進部と、を備えている一方、
前記第１の折れ曲がり促進部を設定した部分の断面中心位置と、第２の折れ曲がり促進部を設定した部分の断面中心位置とを、前記車体サイドメンバの前記軸方向入力端となる車体端部側の端部の断面中心位置に対して、それぞれ上，下にオフセットして設定したことを特徴とする自動車の車体構造。
前記車体サイドメンバは、フロア骨格部材に繋がるメンバ基部と、該メンバ基部から傾斜して立ち上がるキックアップ部と、該キックアップ部から略水平に延出するメンバ一般部と、を備え、
前記サスペンションメンバを、前記前，後の締結部により前記車体サイドメンバのメンバ一般部の下面と、前記キックアップ部の下側部下面とに跨って略水平に連結配置し、
前記第１の折れ曲がり促進部を、前記前，後の締結部の中間部に対応する前記メンバ一般部の車両前後方向中間位置に設定する一方、
前記第２の折れ曲がり促進部を、前記車体中央側の締結部よりも車体中央側となる前記メンバ基部と前記キックアップ部との連設位置に設定したことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体構造。
前記車体サイドメンバを、アッパメンバとロアメンバとを接合した閉断面に形成して、前記第１の折れ曲がり促進部における山折れ変形により圧縮側となる下壁内面と、前記第２の折れ曲がり促進部における谷折れ変形により圧縮側となる上壁内面とに、それぞれレインフォースを接合配置したことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体構造。
前記サスペンションメンバは、車両前後方向に延在する左右一対のサイドメンバと、これらサイドメンバを連結した前，後一対のクロスメンバと、を備え、
前記車体端部側の締結部は、前記クロスメンバの一方に車体端部方向に向けて延出したアーム部の端部に設定してあって、該アーム部の強度をサスペンションメンバの他の部分に比較して低く設定したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の自動車の車体構造。
前記車体サイドメンバにおける前記サスペンションメンバの車体端部側の締結部の連結点を、該車体サイドメンバの車体端部側の端部から車体中央側にオフセットした位置に設定したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の自動車の車体構造。
前記車体サイドメンバおよびサスペンションメンバが、車体の後部に配置したリアサイドメンバおよびリアサスペンションメンバであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の自動車の車体構造。