JP6176468B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車体前部に前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームを配置した自動車の車体構造に関する。
自動車のフロントサイドフレームの鋼管を金型を用いずに三次元曲げ加工して構成し、その前部を非焼き入れ部とすることで前面衝突の衝突荷重の入力時に圧壊させてエネルギー吸収性能を発揮させるとともに、その後部を高周波焼き入れ部とすることで必要な強度を確保するものが、下記特許文献1により公知である。
また自動車のフロントサイドフレームの前部をアルミニウム合金製押し出し材で構成し、後部を複数のプレス鋼板を接合した中空閉断面構造としたものが、下記特許文献2により公知である。
日本特開2012−144253号公報 日本特開2004−217174号公報
ところで、上記特許文献1に記載されたものは、フロントサイドフレームの全体が金型を用いずに三次元曲げ加工した鋼管で構成されるため、プレス製品に比べて寸法精度が低い三次元曲げ加工製品が長尺になることで更に寸法精度が低下してしまい、フロントサイドフレームをダッシュパネルロア等の他部材に精度良く組み付けることが困難になる可能性があった。
また上記特許文献2に記載されたものは、フロントサイドフレームの前部に高価なアルミニウム合金製押し出し材を使用するためにコストアップの要因となるだけでなく、フロントサイドフレームの後部がプレス鋼板を接合した中空閉断面構造であるために充分な強度を確保することが難しく、特に前面衝突の衝突荷重が入力したときに大きな曲げモーメントが作用するキックアップ部の補強が必要になって重量が増加する可能性があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、フロントサイドフレームに三次元曲げ加工した金属管を使用して強度向上および軽量化を図りながら、必要な寸法精度を確保することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、車体前部に前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームを配置した自動車の車体構造であって、前記フロントサイドフレームはフロントサイドフレーム前部およびフロントサイドフレーム後部を備え、前記フロントサイドフレーム前部は、プレス加工した複数の金属パネルを接合することで中空閉断面に構成されてダッシュパネルロアの前壁に接続され、前記フロントサイドフレーム後部は、三次元曲げ加工により上向きに凸に湾曲する前側の第1湾曲部および下向きに凸に湾曲する後側の第2湾曲部を形成した金属管で構成されてダッシュパネルロアの傾斜壁にブラケットを介して接続されることを第1の特徴とする自動車の車体構造が提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、前記フロントサイドフレーム後部は、少なくとも上壁または下壁に長手方向に延びる溝を備えることを第2の特徴とする自動車の車体構造が提案される。
また本発明によれば、前記第1または第2の特徴に加えて、前記フロントサイドフレーム前部の前記金属パネルは引張強度が500〜800MPaであり、前記フロントサイドフレーム後部は引張強度が1500MPa以上であり、前記フロントサイドフレーム前部は、前記複数の金属パネル間に前記フロントサイドフレーム後部の前端を挟み込んだ状態で接合フランジにて相互に接合され、車幅方向外側の前記金属パネルは前輪との干渉を避けるための凹部を備え、かつ上面に形成された前記接合フランジはフロントダンパーハウジングの下端に接続されることを第3の特徴とする自動車の車体構造が提案される。
また本発明によれば、前記第1〜第3の何れか1つの特徴に加えて、前記フロントサイドフレーム前部の上下方向寸法は前記フロントサイドフレーム後部の上下方向寸法よりも大きく、前記フロントサイドフレームは前記フロントサイドフレーム前部の前端に接続された衝撃吸収フレームを備え、前記衝撃吸収フレームは引張強度が400MPa未満の直線状の鋼管よりなることを第4の特徴とする自動車の車体構造が提案される。
また本発明によれば、前記第4の特徴に加えて、前記衝撃吸収フレームは、前後方向に千鳥状に配置された複数の硬質部および複数の軟質部を備えることを第5の特徴とする自動車の車体構造が提案される。
また本発明によれば、前記第1〜第5の何れか1つの特徴に加えて、前記左右一対のフロントサイドフレームの後端を前後方向に直線状に延びる左右一対のフロアフレームの前端に接続するとともに、前記左右一対のフロアフレームの後端を車幅方向に延びるクロスメンバに接続したことを第6の特徴とする自動車の車体構造が提案される。
尚、実施の形態の第1金属パネル25、第2金属パネル26、第3金属パネル27および第4金属パネル28は本発明の金属パネルに対応する。
本発明の第1の特徴によれば、車体前部に配置されて前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームは、フロントサイドフレーム前部およびフロントサイドフレーム後部を備える。フロントサイドフレーム前部は、プレス加工した複数の金属パネルを接合することで中空閉断面に構成されてダッシュパネルロアの前壁に接続され、フロントサイドフレーム後部は、三次元曲げ加工により上向きに凸に湾曲する前側の第1湾曲部および下向きに凸に湾曲する後側の第2湾曲部を形成した金属管で構成されてダッシュパネルロアの傾斜壁にブラケットを介して接続されるので、金属管であって強度および剛性が高いフロントサイドフレーム後部の断面を金属パネルからなるフロントサイドフレームの前部の断面よりも小さくして軽量化を図るとともに、ダッシュパネルロアからのフロントサイドフレーム後部の下方への突出量を小さくして車体を低床化することができる。更に、ダッシュパネルロアの下部の形状に左右されることなく第1湾曲部および第2湾曲部の曲率を大きくし、フロントサイドフレーム後部の三次元曲げ加工による寸法精度の低下を更に低減することができる。
またフロントサイドフレーム全体を三次元曲げ加工した金属管で構成するのではなく、三次元曲げ加工により寸法精度が低くなり易いキックアップ部を形成するフロントサイドフレーム後部のみを金属管とし、その長さをフロントサイドフレームよりも短くして寸法精度の低下を最小限に抑えることができ、しかもフロントサイドフレーム後部を直接ダッシュパネルロアの下部に接続するのではなく、ブラケットを介して接続するので、ダッシュパネルロアの下部の形状に左右されることなく第1湾曲部および第2湾曲部の曲率を大きくし、三次元曲げ加工による寸法精度の低下を更に低減することができる。
また本発明の第2の特徴によれば、フロントサイドフレーム後部は、少なくとも上壁または下壁に長手方向に延びる溝を備えるので、溝によってフロントサイドフレーム後部の強度を高めるととともに、三次元曲げ加工時に発生する寸法精度のばらつきを減少させることができる。
また本発明の第3の特徴によれば、フロントサイドフレーム前部の金属パネルは引張強度が500〜800MPaであり、フロントサイドフレーム後部は引張強度が1500MPa以上であるので、前面衝突の衝突荷重が入力したときにフロントサイドフレーム前部を優先的に圧壊して車室を保護することができる。
またフロントサイドフレーム前部は、複数の金属パネル間にフロントサイドフレーム後部の前端を挟み込んだ状態で接合フランジにて相互に接合され、車幅方向外側の金属パネルは前輪との干渉を避けるための凹部を備え、かつ上面に形成された接合フランジはダンパーハウジングの下端に接続されるので、フロントサイドフレーム前部およびフロントサイドフレーム後部を強固かつ容易に接続することができ、しかも成形性の高い金属パネル製のフロントサイドフレーム前部により凹部を容易に形成できるだけでなく、接合フランジを利用してフロントダンパーハウジングの下端に容易に接続することができる。
また本発明の第4の特徴によれば、フロントサイドフレーム前部の上下方向寸法はフロントサイドフレーム後部の上下方向寸法よりも大きく、フロントサイドフレームはフロントサイドフレーム前部の前端に接続された衝撃吸収フレームを備え、衝撃吸収フレームは引張強度が400MPa未満の直線状の鋼管よりなるので、前面衝突の衝突荷重がフロントサイドフレームに入力したときに、最も引張強度が低い衝撃吸収フレームが先に圧壊して衝突エネルギーを吸収することができるだけでなく、衝撃吸収フレームは直線状であるので折れ曲がることなく安定的に圧壊してエネルギー吸収効果が高められる。しかもフロントサイドフレーム前部はフロントサイドフレーム後部よりも上下方向寸法が大きいのでエンジンやトランスミッションのような搭載物を強固に支持することができるだけでなく、搭載物の左右の設置スペースを拡大することができる。
また本発明の第5の特徴によれば、衝撃吸収フレームは、前後方向に千鳥状に配置された複数の硬質部および複数の軟質部を備えるので、前面衝突の衝突荷重が軸心に対して斜めに入力したときに衝撃吸収フレームの軸方向の圧壊を安定させて衝撃吸収性能を高めることができる。
また本発明の第6の特徴によれば、左右一対のフロントサイドフレームの後端を前後方向に直線状に延びる左右一対のフロアフレームの前端に接続するとともに、左右一対のフロアフレームの後端を車幅方向に延びるクロスメンバに接続したので、フロントサイドフレーム後部をフロアフレームと一体に形成する場合に比べて、フロントサイドフレーム後部を短くして寸法精度を高めることができるだけでなく、フロアフレームは直線状であるので寸法精度が高いにも関わらずに製造が容易であり、しかも衝突荷重をフロントサイドフレームからフロアフレームおよびクロスメンバを介して車体各部に分散して吸収することができる。
図1は自動車の車体フレームの部分斜視図である。(第1の実施の形態) 図2は図1の2部拡大図である。(第1の実施の形態) 図3は図2に対応する分解斜視図である。(第1の実施の形態) 図4は図2の4−4線断面図である。(第1の実施の形態) 図5は図4の5A−5A線、5B−5B線、5C−5C線断面図である。(第1の実施の形態) 図6は図4の6A−6A線、6B−6B線、6C−6C線断面図である。(第1の実施の形態)
11 フロントサイドフレーム
12 フロアフレーム
17 クロスメンバ
19 フロントダンパーハウジング
20 ダッシュパネルロア
20a 前壁
20b 傾斜壁
22 衝撃吸収フレーム
22a 硬質部
22b 軟質部
23 フロントサイドフレーム前部
24 フロントサイドフレーム後部
24a 第1湾曲部
24b 第2湾曲部
24c 上壁
24d 下壁
24f 溝
25 第1金属パネル(金属パネル)
25a 接合フランジ
26 第2金属パネル(金属パネル)
26a 接合フランジ
26b 凹部
27 第3金属パネル(金属パネル)
27d ブラケット
28 第4金属パネル(金属パネル)
以下、図1〜図6に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向(車幅方向)および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。
第1の実施の形態
先ず、図1に示すように、自動車の車体前部に前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム11,11が配置されており、左右のフロントサイドフレーム11,11の後端に左右一対のフロアフレーム12,12の前端がジョイント13,13を介して接続される。左右のフロントサイドフレーム11,11および左右のフロアフレーム12,12の車幅方向外側に前後方向に延びる左右一対のサイドシル14,14が配置されており、左右のサイドシル14,14の前端から左右一対のフロントピラーロア15,15が起立するとともに、左右のフロントピラーロア15,15の上端に左右一対のフロントピラーアッパー16,16の下端が接続される。左右のサイドシル14,14が車幅方向に延びるクロスメンバ17で接続されており、クロスメンバ17に左右のフロアフレーム12,12の後端が接続される。フロアフレーム12,12およびクロスメンバ17は鋼管製である。
左右のフロントピラーロア15,15の上端から左右一対のアッパーメンバ18,18が前方に延びており、左右のアッパーメンバ18,18と左右のフロントサイドフレーム11,11とが、金属パネル製あるいはアルミニウム合金の鋳物製のフロントダンパーハウジング19,19により接続される。左右のフロントピラーロア15,15間がダッシュパネルロア20により接続され、ダッシュパネルロア20の車幅方向外端、アッパーメンバ18、フロントサイドフレーム11およびフロントダンパーハウジング19がフロントフェンダーインナー21により接続される。
図2〜図4に示すように、フロントサイドフレーム11は、衝撃吸収フレーム22、フロントサイドフレーム前部23およびフロントサイドフレーム後部24で構成される。鋼板を矩形状の一定断面にロールフォーミング成形した直線状の鋼管よりなる衝撃吸収フレーム22は、部分的な焼き入れを行うことで前後方向に千鳥状に配置された複数の硬質部22a…および複数の軟質部22b…を備える。
フロントサイドフレーム前部23は、ハイテン材の鋼板を冷間プレスで成形した金属パネルで構成されて前半部および後半部に分割されており、前半部は、車幅方向外側に開放するコ字状断面を有する鋼板よりなる第1金属パネル25と、平板状の鋼板よりなる第2金属パネル26とを、それらの接合フランジ25a,25a,26a,26aにおいて溶接して閉断面に構成される(図3、図5(A)および図5(B)参照)。第1金属パネル25および第2金属パネル26間に衝撃吸収フレーム22の後端を挟んで溶接することで、フロントサイドフレーム前部23の前半部に衝撃吸収フレーム22が接続される(図3および図5(A)参照)。第2金属パネル26の下部は車幅方向内側に窪んでおり、その部分が前輪との干渉を回避するための凹部26bとなる。そして上側の接合フランジ25a,26aがフロントダンパーハウジング19の下端に車幅方向外側から重ね合わされて溶接W1される(図5(B)参照)。
フロントサイドフレーム前部23の後半部は、上方に開放するコ字状断面を有する鋼板よりなる第3金属パネル27と、平板状の鋼板よりなる第4金属パネル28とを、それらの接合フランジ27a,27a,28a,28aにおいて溶接して閉断面に構成され(図3および図5(C)参照)、その後半部の前端は前半部の後端に嵌合して溶接される(図2〜図4参照)。第4金属パネル28の車幅方向外端を上向きに折り曲げた接合フランジ28bがフロントフェンダーインナー21の下端に重ね合わされて溶接W2される(図1〜図3および図5(C)参照)。そして第4金属パネル28の後端を上向きに折り曲げた接合フランジ28cがダッシュパネルロア20の前壁20aの下端に重ね合わされて溶接W3される(図1〜図3および図5(C)参照)。
フロントサイドフレーム後部24は、鋼板を横長の矩形状の一定断面にロールフォーミング成形した直線状の鋼管を、側面視でS字状を成すように三次元熱間曲げ加工して焼き入れ硬化したもので構成される。フロントサイドフレーム後部24は、上向きに凸に湾曲する前側の第1湾曲部24aと、下向きに凸に湾曲する後側の第2湾曲部24bを備えており、前端が後端に対して高くなるようにキックアップしている。フロントサイドフレーム後部24の上壁24cおよび下壁24dには、その長手方向と平行に2本の溝24f,24fが形成されており、これらの溝24f,24fにより強度および剛性が高められる。三次元熱間曲げ加工したフロントサイドフレーム後部24は寸法精度が低くなりがちであるが、それに溝24f,24fを設けることにより三次元熱間曲げ加工時に生じる寸法のばらつきを減少させることができる。
フロントサイドフレーム後部24は、その下壁24dおよび左右の側壁24e,24eが、第3金属パネル27の下壁27bおよび左右の側壁27c,27cに溶接W4される(図5(C)、図6(A)および図6(B)参照)。第3金属パネル27は第4金属パネル28の後端よりも後方に延長されてブラケット27dを構成し、そのブラケット27dをダッシュパネルロア20の傾斜壁20bの下面およびフロアパネル29の下面に溶接することで、フロントサイドフレーム後部24がダッシュパネルロア20およびフロアパネル29に接続される(図6(A)および図6(B)参照)。
ジョイント13は上向きに開放するコ字状断面の部材であり、フロントサイドフレーム後部24の後端および同じく鋼管であるフロアフレーム12の前端に下方から嵌合した状態で、その接合フランジ13a,13aがフロアパネル29の下面に溶接される。フロントサイドフレーム後部24の前半部は、フロントサイドフレーム前部23の後半部内に嵌合しており、その部分でフロントサイドフレーム後部24の高さはフロントサイドフレーム前部23の高さよりも低くなっている。
衝撃吸収フレーム22の引張強度は400MPa未満に設定され、フロントサイドフレーム前部23の引張強度は500〜800MPaに設定され、フロントサイドフレーム後部24の引張強度は1500MPa以上に設定される。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
鋼管を三次元熱間曲げ加工してフロントサイドフレーム後部24を構成したので、それ自体の強度および剛性が高いフロントサイドフレーム後部24の断面を、フロントサイドフレーム前部23の断面よりも小さくして軽量化を図るとともにダッシュパネルロア20からのフロントサイドフレーム後部24の下方への突出量を小さくして車体を低床化することができる。
また鋼管を三次元熱間曲げ加工すると、その寸法精度を確保することが難しくなるが、フロントサイドフレーム11の後半部分だけを三次元熱間曲げ加工したフロントサイドフレーム後部24で構成し、前半部分を第1〜第4金属パネル25〜28で構成したことにより、フロントサイドフレーム後部24の全長を短くして寸法精度の低下を最小限に抑えることができる。
また三次元熱間曲げ加工は、曲げ加工した製品の曲率が小さいと寸法精度の低下が著しくなるため、ある程度大きな曲率で曲げ加工することが望ましいが、フロントサイドフレーム後部24をダッシュパネルロア20の下部に直接接続するのではなく、ブラケット27dを介して接続するので、ダッシュパネルロア20の下部の形状に左右されることなく第1湾曲部24aおよび第2湾曲部24bの曲率を大きくし、フロントサイドフレーム後部24の三次元曲げ加工による寸法精度の低下を更に低減することができる。
またフロントサイドフレーム後部24は、少なくとも上壁24cおよび下壁24dに長手方向に延びる溝24f…を備えるので、溝24f…によってフロントサイドフレーム後部24の強度を高めるととともに、三次元曲げ加工時に発生する寸法精度のばらつきを更に減少させることができる。
また前面衝突の衝突荷重がフロントサイドフレーム11に入力したときに、前端の衝撃吸収フレーム22の引張強度がフロントサイドフレーム11のうちで最も小さい400MPa未満に設定されるため、衝突荷重により衝撃吸収フレーム22が最初に圧壊し、初期荷重を効果的に吸収して衝撃を弱めることができる。衝突速度が低い場合には、衝撃吸収フレーム22よりも後方のフロントサイドフレーム11の変形を抑制して修理費を節減することができる。またフロントサイドフレーム前部23の第1〜第4金属パネル25〜28は引張強度が500〜800MPaであり、フロントサイドフレーム後部24は引張強度が1500MPa以上であるので、衝突速度が更に高い場合に、前面衝突の衝突荷重が入力したときにフロントサイドフレーム前部23がフロントサイドフレーム後部24に先立って圧壊することで車室を保護することができる。
特に、衝撃吸収フレーム22は直線状であるので折れ曲がることなく安定的に圧壊してエネルギー吸収効果が高められるだけでなく、前後方向に千鳥状に配置された複数の硬質部22a…および複数の軟質部22b…を備えるので、前面衝突の衝突荷重が軸心に対して斜めに入力したときに衝撃吸収フレーム22の軸方向の圧壊を安定させて衝撃吸収性能を高めることができる。
しかもフロントサイドフレーム前部23はフロントサイドフレーム後部24よりも上下方向寸法が大きいので、フロントサイドフレーム前部23にエンジンやトランスミッションのような搭載物を強固に支持することができるだけでなく、搭載物の左右の設置スペースを拡大することができる。
またフロントサイドフレーム前部23は、第3、第4金属パネル27,28間にフロントサイドフレーム後部24の前端を挟み込んだ状態で閉断面に接合されるので、フロントサイドフレーム前部23およびフロントサイドフレーム後部24を強固かつ容易に接続することができる。しかも第2金属パネル26は前輪との干渉を避けるための凹部26bを備えるので、金属パネルにより凹部26bを容易に形成できるだけでなく、第1金属パネル25および第2金属パネル26の上面に形成された接合フランジ25a,26aを利用して、フロントサイドフレーム前部23をフロントダンパーハウジング19に容易に接続することができる。
また左右一対のフロントサイドフレーム11,11の後端を前後方向に直線状に延びる左右一対の鋼管製のフロアフレーム12,12の前端にジョイント13を介して接続するとともに、左右一対のフロアフレーム12,12の後端に車幅方向に延びる鋼管製のクロスメンバ17を接続したので、フロントサイドフレーム後部24,24をフロアフレーム12,12と一体の鋼管で形成する場合に比べて、鋼管の長さを短くして寸法精度を高めることができ、またフロアフレーム12,12は直線状であるので寸法精度が高いだけでなく鋼管の製造が容易であり、しかも衝突荷重をフロントサイドフレーム11,11からフロアフレーム12,12およびクロスメンバ17を介して車体各部に分散して吸収することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態ではブラケット27dをフロントサイドフレーム前部23を構成する第3金属パネル27の一部で構成しているが、ブラケット27dをフロントサイドフレーム前部23と別部材で構成しても良い。

Claims (6)

  1. 車体前部に前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム(11)を配置した自動車の車体構造であって、
    前記フロントサイドフレーム(11)はフロントサイドフレーム前部(23)およびフロントサイドフレーム後部(24)を備え、
    前記フロントサイドフレーム前部(23)は、プレス加工した複数の金属パネル(25〜28)を接合することで中空閉断面に構成されてダッシュパネルロア(20)の前壁(20a)に接続され、
    前記フロントサイドフレーム後部(24)は、三次元曲げ加工により上向きに凸に湾曲する前側の第1湾曲部(24a)および下向きに凸に湾曲する後側の第2湾曲部(24b)を形成した金属管で構成されてダッシュパネルロア(20)の傾斜壁(20b)にブラケット(27d)を介して接続されることを特徴とする自動車の車体構造。
  2. 前記フロントサイドフレーム後部(24)は、少なくとも上壁(24c)または下壁(24d)に長手方向に延びる溝(24f)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の自動車の車体構造。
  3. 前記フロントサイドフレーム前部(23)の前記金属パネル(25〜28)は引張強度が500〜800MPaであり、前記フロントサイドフレーム後部(24)は引張強度が1500MPa以上であり、
    前記フロントサイドフレーム前部(23)は、前記複数の金属パネル(25,26)間に前記フロントサイドフレーム後部(24)の前端を挟み込んだ状態で接合フランジ(25a,26a)にて相互に接合され、車幅方向外側の前記金属パネル(26)は前輪との干渉を避けるための凹部(26b)を備え、かつ上面に形成された前記接合フランジ(25a,26a)はフロントダンパーハウジング(19)の下端に接続されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の自動車の車体構造。
  4. 前記フロントサイドフレーム前部(23)の上下方向寸法は前記フロントサイドフレーム後部(24)の上下方向寸法よりも大きく、前記フロントサイドフレーム(11)は前記フロントサイドフレーム前部(23)の前端に接続された衝撃吸収フレーム(22)を備え、前記衝撃吸収フレーム(22)は引張強度が400MPa未満の直線状の鋼管よりなることを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の自動車の車体構造。
  5. 前記衝撃吸収フレーム(22)は、前後方向に千鳥状に配置された複数の硬質部(22a)および複数の軟質部(22b)を備えることを特徴とする、請求項4に記載の自動車の車体構造。
  6. 前記左右一対のフロントサイドフレーム(11)の後端を前後方向に直線状に延びる左右一対のフロアフレーム(12)の前端に接続するとともに、前記左右一対のフロアフレーム(12)の後端を車幅方向に延びるクロスメンバ(17)に接続したことを特徴とする、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の自動車の車体構造。
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