JP6206302B2 - 車両用フレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両用フレーム構造に関し、特にフレームの長手方向と直交する断面が細長矩形的な細長形状の複数の細長形状部を荷重入力時の圧縮側と引張側の中間の中立面が長辺と直交するように配置した車両用フレーム構造に関する。

従来より、フロントサイドフレーム等の車両のフレーム構造において、衝突性能を向上させるために、衝突による荷重入力時、フレームを圧縮変形或いは折れ変形させることによって衝撃エネルギ吸収量を増加させることが行われている。
フレームの長手方向全体を軸圧縮で圧壊させて圧縮変形させることによって、高い値の衝撃エネルギ吸収量を安定的に維持できるため、圧縮変形を用いたエネルギ吸収機構は衝撃エネルギ吸収性能の面で優れていることが知られている。

一般に、フロントサイドフレームでは、前突時、構造上、バンパビームを介して衝撃荷重が伝達されるため、衝突荷重がフロントサイドフレームに対して軸心に対して軸心方向に作用することは極めて少なく、また、フレーム上にエンジン支持部やサスペンションのサブフレーム取付け部等が設けられているため、フロントサイドフレームの長手方向に高剛性領域が間欠的に形成されている。しかも、フロントサイドフレーム全体を軸圧縮で一様に座屈変形させる場合、フレームに対して内向きに変形させる応力と外向きに変形させる応力とを交互に作用させる必要があり、これらの応力を適正にコントロールすることは容易ではない。
そこで、フロントサイドフレームの先端部分に軸圧縮（圧縮変形）可能なクラッシュカンを設け、フロントサイドフレームの中間部から後端部に亙って積極的に折れ変形可能な複数の衝撃吸収機構を採用することにより衝撃エネルギ吸収量を増加させて、前突時の乗員保護を図っている（特許文献１）。

フレーム断面形状の変更によって衝撃エネルギ吸収量を増加させる技術も公知である。
特許文献２のフレーム構造は、サイドシルを構成するインナ部材とアウタ部材であって、インナ部材とアウタ部材の車幅方向縦断面が、上側接合部と、下側接合部と、両接合部の間において相手側に突出した凸部と、凸部の上下両側に設けた凹部とを有し、インナ部材とアウタ部材の上側接合部と下側接合部と凸部とを夫々接合し、凸部の上下両側に長手方向に延びる細長形状の閉断面部材を夫々形成している。

特許文献３のフレーム構造は、インナ部材とアウタ部材とを備えたキックアップ部と、長手方向に延びる閉断面状のフロントサイドフレームとを有し、キックアップ部とフロントサイドフレームとの間を互いに接する方向に凹ませた形状にし、両者を互いに接合して結合部を形成することにより、結合部の上側に第１閉断面部と下側に第２閉断面部とを形成している。

特許第５１０４２７２号公報 特許第５１９６０６７号公報 特許第３８２０８６７号公報

特許文献１の衝撃吸収機構では、入力した衝撃荷重のうち、主に、クラッシュカンの圧縮変形とフロントサイドフレームの折れ変形とによって吸収することができない荷重がフロントサイドフレームよりも後方の車体構成部材や車室等に伝達される。
この衝撃吸収機構では、折れ変形によって吸収される衝撃荷重がエネルギ吸収量全体の大半を占めるため、折れ変形によるエネルギ吸収特性は圧縮変形によるエネルギ吸収特性よりも衝撃エネルギ吸収性能に与える影響が大きい。
つまり、折れ変形によって吸収される衝撃荷重が小さい場合、衝撃吸収のために必要なフロントサイドフレームの変形ストローク、所謂クラッシュストロークが長くなり、車体デザインの自由度が低下する虞がある。

本発明者は、上記の問題点を検証するため、断面縦長矩形状のフレームの折れ変形のメカニズムについてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）による解析を行った。
まず、この解析の基本的な考え方について説明する。
長手方向に延びる閉断面状フレームに対して長手方向に圧縮荷重を作用させた場合、フレームは長手方向に直交する方向に向かって湾曲することから、中立面よりも湾曲中心側の面（圧縮側面）に長手直交方向から圧縮荷重が作用し、中立面よりも湾曲中心側と反対側の面（引張側面）に引張荷重が作用する状態に擬制することができる。
そこで、長手方向に延びる閉断面状フレームモデルを作成し、このフレームモデルの長手方向に延びる圧縮側面に対して長手直交方向から所定の圧縮荷重を作用させることによって、フレームモデルが支持できる荷重とフレームモデルが変形するストロークとの相関関係（以下、曲げＦＳ特性という）について解析した。

図１３に、解析した曲げＦＳ特性のグラフを示す。尚、縦軸がフレームモデルに作用する荷重、横軸がフレームモデルの変形ストロークである。
図１３に示すように、長手方向に延びる閉断面状フレームでは、所定の変形ストローク値において最大荷重が発生し、その後、急激に荷重が低下している。
即ち、荷重が作用する閉断面状フレームの特定領域のみが曲げ強度に寄与していると考えられるため、この特定領域に許容限界を越える荷重（座屈応力）が作用したとき、特定領域が座屈し、閉断面状フレーム全体が座屈変形して衝撃エネルギ吸収量が減少する。
以上のことから、曲げ強度に寄与するフレーム領域を長手方向に長く拡大し、曲げＦＳ特性の最大荷重を一定ストロークの間維持する特性に設定することによって、クラッシュストロークを短縮化し、衝撃エネルギ吸収性能を高くできることを知見した。

最大荷重を一定ストロークの間維持するような曲げＦＳ特性にする方法として、閉断面状フレームの板厚を厚くする手法や中立面が長辺と直交するように閉断面状フレームの横比を縦比よりも大きくする手法が考えられる。
しかし、閉断面状フレームの板厚を厚くする場合、車体重量やフレーム自体のコストが増加し、また、閉断面状フレームの横比を縦比よりも大きく設定する場合、エンジンルームに配置される各部材の配置スペースが不利になるため、何れの場合も現実的ではない。

特許文献２，３のように、閉断面状に形成された小型の細長形状部を複数連結した閉断面状フレームを構成することも考えられる。この場合、細長形状部の横比が縦比よりも大きくなるように長辺の幅と短辺の幅とを設定することによって、理論上、最大荷重を一定ストロークの間維持するような曲げＦＳ特性に設定することができると推測される。
しかし、細長形状部を複数連結した閉断面状フレームに対して長手直交方向に圧縮荷重を作用させた場合、細長形状部の中立線よりも圧縮側に張り出した圧縮側部分が大きくなるため、細長形状部の圧縮側部分が長辺と直交する方向へ傾倒するという新たな課題を招く虞がある。また、細長形状部の圧縮側部分が長辺と直交する方向へ傾倒した場合、曲げ強度に寄与するフレーム領域が減少するため、曲げＦＳ特性の最大荷重を一定ストロークの間維持することができず、十分な衝撃エネルギ吸収性能を確保することができない。

本発明の目的は、クラッシュストロークを短縮化しつつ衝撃エネルギ吸収性能を確保できる車両用フレーム構造等を提供することである。

請求項１の車両用フレーム構造は、長手方向と直交する断面が細長矩形的な細長形状の複数の細長形状部を荷重入力時の圧縮側と引張側の中間の中立面が長辺と直交するように配置し、隣り合う細長形状部の互いに離隔した長辺同士を連結部で連結した車両用フレーム構造において、前記連結部が前記中立面に一致する位置に配置され、前記連結部よりも圧縮側において前記長辺と短辺との交差角度を８０度以上８９度以下に設定し、前記連結部よりも引張側において前記長辺と短辺との交差角度を９０度以上に形成し、前記細長形状部の短辺に対する長辺の比が２以上に設定されたことを特徴としている。

この車両用フレーム構造では、連結部よりも圧縮側に張り出した細長形状部の圧縮側部分が大きいにも拘らず、荷重入力時、細長形状部の圧縮側部分が長辺と直交する方向へ傾倒することを防止できる。それ故、曲げ強度に寄与するフレーム領域を拡大することができ、曲げＦＳ特性の最大荷重を一定ストロークの間維持することができることから、クラッシュストロークを短縮化しつつ衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができる。
また、荷重入力に伴う圧縮側細長形状部の傾倒を防止しつつ、一層衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記連結部よりも引張側における前記隣り合う細長形状部の間に長辺に夫々当接して前記細長形状部の前記長辺と直交する方向への傾倒を抑制する少なくとも１つの傾倒抑制部材を設けたことを特徴としている。
これにより、細長形状部の引張側部分が長辺と直交する方向へ傾倒することを防止できるため、更に衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記車両用フレーム構造が閉断面状のフロントサイドフレーム内に配設されたフロントサイドレインフォースメントであることを特徴としている。
これにより、フロントサイドフレームの衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができ、乗員保護性能を向上できる。

本発明の車両用フレーム構造によれば、クラッシュストロークを短縮化しつつ衝撃エネルギ吸収性能を確保することができる。

実施例１に係るフロントサイドフレームをエンジンルーム内方側から視た側面図である。 図１の平面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 フロントサイドレインの斜視図である。 フロントサイドレインの分解斜視図である。 前面衝撃荷重の入力前の車両の状態を示す模式図である。 前面衝撃荷重の入力後の車両の状態を示す模式図である。 細長形状部の連結形態が異なるフロントサイドレインの解析用モデルであって、（ａ）は実施例１の解析用モデルの長手直交方向断面図を示し、（ｂ）は互いに離隔した短辺同士を連結した解析用モデルの長手直交方向断面図を示し、（ｃ）は長辺同士を直接連結した解析用モデルの長手直交方向断面図を示している。 各解析用モデルを解析した曲げＦＳ特性のグラフである。 角部の交差角度とエネルギ吸収率との相関関係を示すグラフである。 実施例２に係るフロントサイドレインの長手直交方向断面図である。 従来の閉断面状フレームモデルを解析した曲げＦＳ特性のグラフである。

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。
以下の説明は、本発明を車両のフロントサイドフレームに適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１１に基づいて説明する。
まず、フロントサイドフレームが設置された前部車体構造について簡潔に説明する。
図１，図２に示すように、車両Ｖは、エンジンルームＥと車室Ｃとを上下方向および車幅方向に延びて仕切るダッシュパネル１と、このダッシュパネル１の前方位置で車体前後方向に延びるフロントサイドフレーム２と、ダッシュパネル１の下方位置で車体後方側に延びるフロアメインフレーム３と、ダッシュパネル１の上部前方に設置されるカウルボックス４と、フロントサイドフレーム２の側方位置でタワー形状に立設されるサスタワー部５と、このサスタワー部５と前述のダッシュパネル１とを上下方向および車体前後方向に延びて連結するエプロン部６と、エプロン部６上端で車体前後方向に延びるエプロンレインメンバ７と、エプロン部６下部でフロントタイヤＴを収容するよう略半円状に膨出形成されたタイヤハウス８等を備えている。尚、左右対象構造であるため、主に車体右側構造について説明し、車体左側構造については説明を省略する。また、以下、車体前後方向前方を前方とし、進行方向に対して左方を左方として説明する。

フロントサイドフレーム２の前端部には、前面衝撃荷重を受けた際、圧縮変形（軸圧縮）して、衝突エネルギの一部を吸収するためのクラッシュカン９を設置している。
ダッシュパネル１の下部前面には、車幅方向に延びる閉断面を構成するダッシュロアクロス１０を接合固定している。このダッシュロアクロス１０を設けることで、ダッシュパネル１下部の剛性を高めている。
フロントサイドフレーム２の前後方向中央部には、略円柱形状のエンジンマウント１１を設置して、このエンジンマウント１１によってパワーユニット（図示略）を弾性支持している。また、このエンジンマウント１１よりも下方のフロントサイドフレーム２内には、エンジンマウント１１の取付け剛性を高めるために、マウント取付けレイン１２を設置している。

図１に示すように、フロントサイドフレーム２の後部には、下方に傾斜して湾曲形成された湾曲部２ａを形成している。フロントサイドフレーム２の後部下面には、サスペンションサブフレーム（図示略）を取付けるサブフレーム取付けブラケット１３を接合固定している。図２に示すように、フロントサイドフレーム２後部の車幅方向内方側には、略筋交状に傾斜して延びる連結補強メンバ１４を設置して、フロントサイドフレーム２の湾曲部２ａとダッシュロアクロス１０とを強固に連結している。

そして、フロントサイドフレーム２の後端上部２ｂ（図２参照）は、ダッシュロアクロス１０に接合固定されるように構成しており、後端下部２ｃ（図１参照）は、フロアメインフレーム３の前端に連結部１５を介して連結固定されている。
また、フロントサイドフレーム２の後部上方には、エプロン部６の車幅外方側で車体上方側に延びる上部連結メンバ１６を設置して、フロントピラー（図示略）とフロントサイドフレーム２の後部とを連結している。

次に、フロントサイドフレーム２について詳細に説明する。
図３に示すように、フロントサイドフレーム２は、断面略ハット形状のインナパネル２１の上端フランジ部２１ａと下端フランジ部２１ｂとを断面略ハット形状のアウタパネル２２の上端フランジ部２２ａと下端フランジ部２２ｂとに夫々接合固定することにより、上下方向に長い、所謂縦比が横比よりも大きな略長方形状の閉断面を構成している。

インナパネル２１の車幅方向内方側壁面には、前端部から凹形状に窪み水平方向に延びる第１凹状溝２１ｃを形成している。また、アウタパネル２２の車幅方向外方側壁面にも、同様に、前端部から凹形状に窪み水平方向に延びる第２凹状溝２２ｃを形成している（図２参照）。フロントサイドフレーム２の中央部位置では、図２に示すように、第１凹状溝２１ｃの後端が、第２凹状溝２２ｃの後端よりも後方側まで延びるように形成している。

図４に示すように、フロントサイドフレーム２の閉断面内には、サブフレーム取付けブラケット１３の前端近傍位置から前方に延びるフロントサイドレインフォースメント（以下、フロントサイドレインと略す）３０が配設されている。
このフロントサイドレイン３０は、正面視で視て、車幅方向縦断面が細長矩形的な細長形状に形成され且つ荷重入力時の圧縮側と引張側の中間の中立面ＮＰが長辺と略直交するように上下方向に配列された４つの細長形状部４０と、上下方向に隣り合う細長形状部４０の互いに離隔した長辺同士を連結する３つの連結部４１を備えている。
尚、本発明における細長矩形的な細長形状の細長形状部とは、長手方向直交断面において、１対の長辺と１対の短辺とを備え且つ性能として矩形形状の基本特性を有する形状部であり、長辺又は短辺の途中部分に基本的な矩形形状の特性を阻害しない範囲の角部、湾曲部或いは屈曲部を形成した形状を含むものである。

図４〜図６に示すように、フロントサイドレイン３０は、前後方向に延びるインナレイン３１とアウタレイン３２とによって形成されている。フロントサイドレイン３０は、上半部と下半部とが上下対称の構成であるため、以下、主に上半部について説明する。
インナレイン３１は、上下方向に配列された４つの凸部３１ａと、上端の凸部３１ａから上方へ延びる上端フランジ部３１ｂと、下端の凸部３１ａから下方へ延びる下端フランジ部３１ｂと、隣り合う凸部３１ａの車幅方向外側端を連結する３つの中間フランジ部３１ｃとを備えている。

４つの凸部３１ａは、正面視で視て、車幅方向内側に張り出した１対の横辺３１ｓと、これら１対の横辺３１ｓの車幅方向内側端部を鉛直状に連結すると共に横辺３１ｓよりも幅が狭くなるように設定された縦辺３１ｔとによって夫々構成されている。
最上端の横辺３１ｓの車幅方向外側端部から上端フランジ部３１ｂが鉛直上方に延び、最下端の横辺３１ｓの車幅方向外側端部から下端フランジ部３１ｂが鉛直下方に延びている。１対の横辺３１ｓと縦辺３１ｔとの交差角度（内角）θ１が９０度未満（例えば８３度）に夫々設定されている。３つの中間フランジ部３１ｃは、隣り合う凸部３１ａの互いに離隔した横辺３１ｓの車幅方向外側端部同士を連結している。

アウタレイン３２は、インナレイン３１と左右対称に構成され、４つの凸部３２ａと、上端の凸部３２ａから上方へ延びる上端フランジ部３２ｂと、下端の凸部３２ａから下方へ延びる下端フランジ部３２ｂと、隣り合う凸部３２ａの車幅方向内側端を連結する３つの中間フランジ部３２ｃとを備えている。

４つの凸部３２ａは、正面視で視て、車幅方向外側に張り出した１対の横辺３２ｓと、これら１対の横辺３２ｓの車幅方向内側端部を鉛直状に連結すると共に横辺３２ｓよりも幅が狭くなるように設定された縦辺３２ｔとによって夫々構成されている。

図６に示すように、フロントサイドレイン３０を形成する際、予め金属製板材をプレス成形してインナレイン３１とアウタレイン３２とを形成し、上端フランジ部３１ｂと上端フランジ部３２ｂ及び下端フランジ部３１ｂと下端フランジ部３２ｂを夫々位置決めして当接させた後、上端フランジ部３１ｂ，３２ｂと下端フランジ部３１ｂ，３２ｂを夫々溶接接合する。このとき、中間フランジ部３１ｃ，３２ｃとは、少なくとも一部が当接状態に保持されている。

以上により、横辺３１ｓとこの横辺３１ｓに連なる横辺３２ｓとからなる１対の長辺と、縦辺３１ｔ，３２ｔからなる１対の短辺とによって前後方向と直交する断面（車幅方向断面）が細長矩形的な細長形状の細長形状部４０が上下配列されて形成され、中間フランジ部３１ｃ，３２ｃによって隣り合う細長形状部４０の互いに離隔した長辺同士を連結する連結部４１が形成される。各連結部４１は、各細長形状部４０の車幅方向中心部に沿って前後方向に延びているため、細長形状部４０の中立面ＮＰの位置に一致している。
尚、細長形状部４０の短辺に対する長辺の比が２未満の場合、曲げＦＳ特性のフラット化効果が低くなるため、細長形状部４０の短辺に対する長辺の比は２以上になるように設定する。本実施例では、横辺３１ｓ（３２ｓ）を縦辺３１ｔ（３２ｔ）の２倍の長さ（長辺：短辺が４：１）に設定している。

次に、図７、図８の模式図に基づき、車両Ｖが前面衝撃荷重を受けたときの変形挙動について説明する。
これらの模式図において、Ｆはフロントサイドフレームとクラッシュボックスとからなるフロントフレーム体、Ｄはダッシュパネル、Ｍは連結補強メンバ、Ｉはダッシュロアクロスとトンネル部に設けたメンバ部材とからなる内側荷重伝達体、Ｕは上部連結メンバ、Ｑ（ハッチング領域）はマウント取付けレイン、Ｒ（ハッチング領域）はサブフレーム取付けブラケット、Ｔはフロントタイヤを夫々示している。

また、フロントフレーム体Ｆには、変形後の位置関係が容易に分かるように、便宜上、前後方向に略直線状に延びる複数のポイントを設定している。
第１ポイントＰ１はクラッシュカン９の前端位置、第２ポイントＰ２はフロントサイドフレーム２の前端位置、第３ポイントＰ３はフロントサイドフレーム２の中間位置、第４ポイントＰ４はマウント取付けレイン１２の後端位置、第５ポイントＰ５はサブフレーム取付けブラケット１３の前端位置を示している。

荷重Ｚが作用すると、フロントフレーム体Ｆは、圧縮変形と車幅方向の折れ変形を積極的に生じさせて衝撃エネルギを吸収する。
図８に示すように、衝突体Ｗがフロントフレーム体Ｆに衝突すると、フロントフレーム体Ｆの第１ポイントＰ１と第２ポイントＰ２との間と、第３ポイントＰ３の途中までの間とに座屈変形が生じる。第３ポイントＰ３から第４ポイントＰ４の間では、マウント取付けレインＱ等が存在して変形を生じさせることができないため、第２ポイントＰ２と第３ポイントＰ３との間で一旦車幅方向内側に折れ変形（内折れ変形）を生じさせ、第３ポイントＰ３で車幅方向外側へ折れ変形（外折れ変形）をさせるようにしている。

第４ポイントＰ４でも、第１凹状溝２１ａが車両後方側まで延びるように形成することで、第５ポイントＰ５までの間を車幅方向外側に折れ変形させる。
第５ポイントＰ５では、サブフレーム取付けブラケットＲでサブフレームを取り付け固定し、その後方位置で荷重分散するためにフレーム剛性を高めているから、車幅方向内方側への折れ変形（内折れ変形）が生じる。

以上のように、第３ポイントＰ３と第４ポイントＰ４では、車幅方向外側への折れ変形を生じさせ、第５ポイントＰ５では、車幅方向内側への折れ変形（内折れ変形）を生じさせることで、車体部材の後退を抑制し、車体部材の後退量や乗員への影響を小さくすることができる。

次に、本実施例の車両用フレーム構造における作用、効果について説明する。
上記のように、第５ポイントＰ５では、荷重Ｚの作用によって車幅方向外側に突出するように座屈変形していることから、前面衝撃荷重を受けたとき、フロントサイドレイン３０の第５ポイントＰ５相当部分に対して車幅方向外側に向かう荷重が作用するものと見做すことができる。そこで、４つの細長形状部（θ＝９０度）を離隔状態で上下配置すると共に向かい合う長辺同士を中立面位置で連結した本実施例に相当するフロントサイドレインのモデルＭ１（図９（ａ）参照）と、４つの細長形状部を離隔状態で上下配置すると共に上下方向に隣り合う短辺を連結したフロントサイドレインのモデルＭ２（図９（ｂ）参照）と、上下配置された４つの細長形状部の長辺を直接連結したフロントサイドレインのモデルＭ３（図９（ｃ）参照）とを準備し、夫々のモデルＭ１〜Ｍ３において、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す矢印方向から荷重ｆを作用させたときの変形についてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）による第１の解析を行った。尚、モデルＭ１〜Ｍ３は、細長形状部の材質、前後長、形状（細長比）を同条件に設定している。

図１０に、ＣＡＥによる第１の解析結果を示す。
尚、モデルＭ１〜Ｍ３の支持可能な荷重ｆとモデルＭ１〜Ｍ３の変形ストロークとの曲げＦＳ特性を各々のモデルＭ１〜Ｍ３に対応したＬ１〜Ｌ３で示している。
図１０に示すように、モデルＭ２，Ｍ３は、長辺が鉛直状に配置された単一の閉断面によって構成されたフロントサイドレインに比べて高い荷重まで座屈しないものと推測されるが、荷重ピーク値を持続して維持することができないため、結果的に、衝撃エネルギ吸収量が低い。モデルＭ１は、モデルＭ２よりも最大荷重が低いものの、所定期間安定して最大荷重を維持しているため、モデルＭ２よりも衝撃エネルギ吸収量を高くすることができる。

本実施例では、前面衝撃荷重を受けたとき、第５ポイントＰ５に対して車幅方向外側に向かう荷重が作用した状態に擬制できることから、フロントサイドレイン３０には、インナレイン３１に圧縮荷重が作用し、アウタレイン３２に引張荷重が作用すると見做せる。
それ故、前面衝撃を受けたとき、中立面ＮＰよりも圧縮側に張り出した４つの凸部３１ａに圧縮荷重入力前後において曲げモーメントに伴う周長差が生じることから、凸部３１ａが周長差を解消するために細長形状部４０の長辺と直交する方向（上方又は下方）へ傾倒するため、横辺３１ｓや縦辺３１ｔに変形が発生し、上記のような解析上の曲げＦＳ特性を得ることができない。

そこで、図９（ａ）に示すモデルＭ１を用いて、細長形状部の長辺と短辺との交差角度（内角）θを任意に変更し、夫々の交差角度θにおけるエネルギ吸収率（エネルギ吸収量／質量）についてＣＡＥによる第２の解析を行った。尚、４隅の交差角度θは全て同じ角度θに設定した。

図１１に基づき、ＣＡＥによる第２の解析結果について説明する。
図１１に示すように、細長形状部の長辺と短辺との交差角度θが９０度未満のとき、９０度以上のときに比べてエネルギ吸収率が高い。
これは、交差角度θが９０度未満の場合、細長形状部の上側長辺は上側に傾斜し、下側長辺は下側に傾斜しているため、荷重入力時、両長辺に夫々の傾斜方向に傾倒させる応力が発生し、両長辺を連結する短辺を介して夫々の応力が相殺されることにより両長辺の姿勢をバランスさせている。
一方、細長形状部の長辺と短辺との交差角度θが９０度以上のとき、圧縮側の細長形状部の傾倒が発生し、断面崩れによってエネルギ吸収率が急激に低下する。
細長形状部の長辺と短辺との交差角度θが９０度以上の場合、上側長辺は下方への傾倒応力が発生し、下側長辺は上方への傾倒応力が発生するため、両長辺を連結する短辺に圧縮応力が集中し、断面崩れを生じるものと推測される。尚、この傾向は、圧縮側部分で顕著であり、引張側部分は交差角度θが９０度以上であっても、所定範囲であれば細長形状部の傾倒は生じない。

また、交差角度θが８０度未満では、細長形状部の傾倒は発生しないものの、エネルギ吸収率が低下している。これは、両長辺を連結する短辺に作用する応力が姿勢をバランスさせる許容範囲を超えるためと推測される。
以上の結果から、少なくとも圧縮側において細長形状部の長辺と短辺との交差角度θを９０度未満に設定することで、細長形状部の傾斜を抑制することができ、好ましくは、８０度以上８９度以下の範囲であり、交差角度θが８３度のとき、最も高いエネルギ吸収率を発揮することができることが判明した。

本車両用フレーム構造によれば、連結部４１よりも圧縮側において長辺と短辺との交差角度を９０度未満に形成したことにより、荷重入力時、連結部４１よりも圧縮側に張り出した凸部３１ａが大きいにも拘らず、凸部３１ａが上下方向へ傾倒することを防止できる。それ故、曲げ強度に寄与するフレーム領域を拡大することができ、曲げＦＳ特性の最大荷重を一定ストロークの間維持することができることから、クラッシュストロークを短縮化しつつ衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができる。

特に、交差角度を８０度以上８９度以下に設定したため、凸部３１ａの傾倒を防止しつつ、一層衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができる。
また、本発明を閉断面状のフロントサイドフレーム２内に配設されたフロントサイドレイン３０に適用したため、フロントサイドフレーム２の衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができ、乗員保護性能を向上できる。

次に、実施例２に係るフロントサイドレイン３０Ａについて図１２に基づいて説明する。
実施例１のフロントサイドレイン３０は、凸部３１ａと凸部３２ａとを左右対称に構成したのに対し、実施例２のフロントサイドレイン３０Ａは、凸部５１ａと凸部５２ａとを左右非対称に構成している。尚、実施例１と同様の部材については、同一の符号を付している。

図１２に示すように、フロントサイドレイン３０Ａは、正面視で視て、前後直交方向断面が細長矩形的な細長形状に形成され且つ荷重入力時の圧縮側と引張側の中間の中立面ＮＰが長辺と直交するように上下方向に配列された４つの細長形状部４０Ａと、上下方向に隣り合う細長形状部４０Ａの互いに離隔した長辺同士を連結する３つの連結部４１Ａと、連結部４１Ａよりも車幅方向外側（引張側）において隣り合う細長形状部４０Ａの互いに離隔した長辺に夫々当接した複数の充填材４２（傾倒抑制部材）を備えている。

フロントサイドレイン３０Ａは、前後方向に延びると共に、前面衝撃荷重を受けたとき、圧縮荷重が作用するインナレイン３１と引張荷重が作用するアウタレイン３３とによって形成されている。フロントサイドレイン３０Ａは、上半部と下半部とが上下線対称の構成であるため、以下、主に上半部について説明する。

インナレイン３１は、４つの凸部３１ａと、上端の凸部３１ａから上方へ延びる上端フランジ部３１ｂと、下端の凸部３１ａから下方へ延びる下端フランジ部３１ｂと、隣り合う凸部３１ａの車幅方向外側端を連結する３つの中間フランジ部３１ｃとを備えている。
４つの凸部３１ａは、正面視で視て、車幅方向内側に張り出した１対の横辺３１ｓと、これら１対の横辺３１ｓの車幅方向内側端部を鉛直状に連結すると共に横辺３１ｓよりも車幅方向幅が狭くなるように設定された縦辺３１ｔとによって夫々構成されている。尚、１対の横辺３１ｓと縦辺３１ｔとの交差角度θ１は８３度に設定している。

アウタレイン３３は、４つの凸部３３ａと、上端の凸部３３ａから上方へ延びる上端フランジ部３３ｂと、下端の凸部３３ａから下方へ延びる下端フランジ部３３ｂと、隣り合う凸部３３ａの車幅方向外側端を連結する３つの中間フランジ部３３ｃとを備えている。

４つの凸部３３ａは、正面視で視て、車幅方向外側に張り出した１対の横辺３３ｓと、これら１対の横辺３３ｓの車幅方向内側端部を鉛直状に連結すると共に横辺３３ｓよりも幅が狭くなるように設定された縦辺３３ｔとによって夫々構成されている。
最上端の横辺３３ｓの車幅方向外側端部から上端フランジ部３３ｂが鉛直上方に延び、最下端の横辺３３ｓの車幅方向外側端部から下端フランジ部３３ｂが鉛直下方に延びている。１対の横辺３３ｓと縦辺３２ｔとの交差角度θ２が９０度以上（例えば９０度）に夫々設定されている。３つの中間フランジ部３３ｃは、車幅方向外側に張り出すように湾曲形成され、隣り合う凸部３３ａの互いに離隔した横辺３３ｓの車幅方向内側端部同士を連結している。

以上により、横辺３１ｓとこの横辺３１ｓに連なる横辺３３ｓとからなる１対の長辺と、縦辺３１ｔ，３３ｔからなる１対の短辺とによって前後方向と直交する断面が細長矩形的な細長形状の細長形状部４０Ａが形成され、中間フランジ部３１ｃ，３３ｃによって隣り合う細長形状部４０Ａの互いに離隔した長辺同士を連結する連結部４１Ａが形成される。各連結部４１Ａは、各細長形状部４０Ａの車幅方向中心部に沿って前後方向に延びているため、細長形状部４０Ａの中立面ＮＰの位置に一致している。

複数の充填材４２は、３つの連結部４１Ａと、これら連結部４１よりも車幅方向外側において隣り合う細長形状部４０Ａの互いに離隔した１対の長辺（横辺３３ｓ）とによって形成された前後方向に延びる３つの溝部に夫々配設されている。
充填材４２は、インナレイン３１とアウタレイン３３とを接合してフロントサイドレイン３０を形成する際、予め、夫々の連結部４１Ａ（中間フランジ部３３ｃ）又は引張側長辺（横辺３３ｓ）に連結部４１Ａの前後長に対応した長さの発泡シート（図示略）が貼着され、塗装における乾燥工程の熱を利用して発泡させることにより、設置される。発泡後の充填材４２は、体積が所定量（例えば５〜２０倍）に膨張するため、連結部４１Ａと隣り合う細長形状部４０Ａの互いに離隔した１対の引張側長辺とに夫々当接すると同時に接着される。尚、充填材４２は、間欠的に配設しても良く、また、金属製リブや合成樹脂製リブを用いても良い。

本車両用フレーム構造によれば、連結部４１Ａ（中立面ＮＰ）よりも引張側において隣り合う細長形状部４０Ａの互いに離隔した引張側長辺に夫々当接して細長形状部４０Ａの上下方向への傾倒を抑制する充填材４２を設けたことにより、荷重入力時、連結部４１よりも引張側に張り出した凸部３３ａが大きいにも拘らず、凸部３３ａが上下方向へ傾倒することを防止できるため、曲げ強度に寄与するフレーム領域を拡大することができ、曲げＦＳ特性の最大荷重を一定ストロークの間維持することができることから、クラッシュストロークを短縮化しつつ衝撃エネルギ吸収性能を高くすることができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、フロントサイドフレームの閉断面内部に配設されるフロントサイドレインに適用した例を説明したが、フロントサイドレインではなく、フロントサイドフレーム自体（アウタパネル・インナパネル）に適用しても良い。また、リヤサイドフレーム、サスクロスメンバ、バンパビーム、センタピラー、インパクトバー等、少なくとも、圧縮荷重と引張荷重とが作用する車両用フレームであれば何れにも適用することができる。

２〕前記実施形態においては、細長形状部を上下方向に４つ配列した例を説明したが、少なくとも２つ以上設ければ良く、５つ以上配列しても良い。また、細長形状部の長辺を水平状に延びるように構成した例を説明したが、圧縮荷重（引張荷重）の作用する方向に細長形状部の短辺が対向すれば良く、圧縮荷重が鉛直方向に入力する場合、細長形状部の長辺を鉛直方向に延びるように構成することで本発明の効果を奏することができる。

３〕前記実施形態においては、インナレインとアウタレインとを形成するに当り、金属製板材を予めプレス成形してフロントサイドレインを形成した例を説明したが、アルミ合金をフレーム材料とする場合、押出成形を用いて成形することも可能である。また、合成樹脂等をフレーム材料とする場合、射出成形を用いて成形しても良い。
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

Ｖ 車両
２ フロントサイドフレーム
３０，３０Ａ フロントサイドレイン
３１ａ 凸部
３１ｓ 横辺
３２ｓ 横辺
３３ａ 凸部
３３ｓ 横辺
４０，４０Ａ 細長形状部
４１，４１Ａ 連結部
４２ 充填材

Claims (3)

1. 長手方向と直交する断面が細長矩形的な細長形状の複数の細長形状部を荷重入力時の圧縮側と引張側の中間の中立面が長辺と直交するように配置し、隣り合う細長形状部の互いに離隔した長辺同士を連結部で連結した車両用フレーム構造において、
   前記連結部が前記中立面に一致する位置に配置され、
   前記連結部よりも圧縮側において前記長辺と短辺との交差角度を８０度以上８９度以下に設定し、
   前記連結部よりも引張側において前記長辺と短辺との交差角度を９０度以上に形成し、
   前記細長形状部の短辺に対する長辺の比が２以上に設定されたことを特徴とする車両用フレーム構造。
2. 前記連結部よりも引張側における前記隣り合う細長形状部の間に長辺に夫々当接して前記細長形状部の前記長辺と直交する方向への傾倒を抑制する少なくとも１つの傾倒抑制部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用フレーム構造。
3. 前記車両用フレーム構造が閉断面状のフロントサイドフレーム内に配設されたフロントサイドレインフォースメントであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用フレーム構造。