JP6284056B1 - 車両用フレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】補強部材の曲げ強度と圧縮強度によって車両衝突時の荷重吸収量を増加することができる車両用フレーム構造を提供する。【解決手段】アウタパネル２ａと、アウタパネル２ａと協働して前後に延びる主閉断面Ｃを構成するインナパネルと、主閉断面内にアウタパネル２ａと前後に延びる副閉断面を構成する第２レイン１２と、インナパネルの第２レイン１２に対応する部分に形成されると共に衝突荷重によってフロントサイドフレーム２の第２レイン１２側への屈曲の起点を形成するビード部と、第２レイン１２よりも前側位置に、車両衝突時、第２レイン１２を屈曲方向に圧潰可能な第２取付部材１４とを有し、第２取付部材１４が、主閉断面内に形成された節状部材２３を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、主閉断面内にアウタパネルとインナパネルのうち一方のパネルと前後方向に延びる副閉断面を構成する補強部材とを備えた車両用フレーム構造に関する。

従来より、高張力鋼板製フロントサイドフレームの先端部分に軸圧縮変形可能なクラッシュカン（クラッシュボックスとも言う）を設け、フロントサイドフレームの途中部から後端部に亙って積極的に曲げ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突時の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。
このような衝撃吸収機構では、クラッシュカンの軸圧縮変形後、フロントサイドフレームの曲げ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、曲げ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ＥＡ（Energy Absorption）性能に与える影響が大きい。

そこで、本出願人は、フレームの主閉断面と協働して上下方向に隣り合うように形成された複数の副閉断面の横比を縦比よりも大きくすることにより、曲げ変形過渡において、発生する荷重に寄与するフレーム領域を拡大することができるフレーム構造、換言すれば、曲げ変形における一定ストロークの間、衝撃エネルギ吸収に適した荷重を維持可能なフレーム構造を既に提案している。

特許文献１のフレーム構造は、主閉断面と協働して上下に隣り合う５つの副閉断面を形成する第１補強部材が、第１圧縮側仕切部と第１引張側仕切部とを有する第１仕切壁部と、第２圧縮側仕切部と第２引張側仕切部とを有する第２仕切壁部とを備え、向い合う引張側稜線部の上下間隔が向い合う圧縮側稜線部の上下間隔よりも小さく形成され、荷重が入力したとき、前側領域の前端部分の第１，第２圧縮側仕切部の横幅と第１，第２引張側仕切部の横幅との差が、前側領域の後半部分の第１，第２圧縮側仕切部の横幅と第１，第２引張側仕切部の横幅との差よりも小さく形成されている。
これにより、フレームの座屈発生後、早期に向い合う引張側稜線部が当接することにより各仕切壁部が協働して引張側にトラス構造を構成し、曲げ変形に伴う断面崩れを抑制している。

特開２０１６−１１３０８４号公報

特許文献１のフレーム構造は、材料の塑性領域まで許容限界荷重を増加することができ、フレームの曲げ変形におけるＥＡ効率を増加している。
しかし、特許文献１の補強部材は、補強部材の保有する曲げ強度によってＥＡ効率を増加しているものの、軸圧縮変形について一切考慮されておらず、補強部材の保有する圧縮強度がフレームの曲げ変形におけるＥＡ効率増加に対して十分な貢献を果たしていない。
即ち、補強部材の曲げ強度に加えて圧縮強度を用いて衝撃荷重を吸収することができれば、更にＥＡ効率を増加することができ、荷重吸収量を増加することができる。

本発明の目的は、補強部材の曲げ強度と圧縮強度によって車両衝突時の荷重吸収量を増加することが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、車幅方向外側壁部を形成するアウタパネルと、車幅方向内側壁部を形成し且つ前記アウタパネルと協働して前後方向に延びる主閉断面を構成するインナパネルと、前記主閉断面内に前記アウタパネルとインナパネルのうち一方のパネルと前後方向に延びる副閉断面を構成する補強部材とを備えた車両用フレーム構造において、前記アウタパネルとインナパネルのうち他方のパネルの前記補強部材に対応する部分に形成されると共に衝突荷重によって前記車両用フレームの前記補強部材側への屈曲の起点を形成する屈曲促進部と、前記補強部材よりも先端側位置に、車両衝突時、前記補強部材を屈曲方向に圧潰可能な圧潰機構とを備えたことを特徴としている。

この車両用フレーム構造では、前記アウタパネルとインナパネルのうち他方のパネルの前記補強部材に対応する部分に形成されると共に衝突荷重によって前記車両用フレームの前記補強部材側への屈曲の起点を形成する屈曲促進部を有するため、補強部材を衝撃荷重によって予め設定された起点で曲げ変形をさせることができる。
前記補強部材よりも先端側位置に、車両衝突時、前記補強部材を屈曲方向に圧潰可能な圧潰機構を有するため、圧潰機構が補強部材を屈曲方向に圧潰することができ、補強部材の圧縮強度により衝撃荷重を吸収することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記圧潰機構が、前記主閉断面内に形成された節状部材を備えていることを特徴としている。
この構成によれば、既存の剛性部材である節状部材によって補強部材を屈曲方向に圧潰することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記圧潰機構が、前記他方のパネルに接合されていることを特徴としている。
この構成によれば、他方のパネルの変形を利用して圧潰機構を屈曲方向に変位させることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記補強部材が、前記他方のパネルから離隔していることを特徴としている。
この構成によれば、衝撃荷重により他方のパネルに対して予め規定された曲げ変形を開始させることができ、時間差を付けて補強部材に曲げ変形をさせることができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記圧潰機構が、補機取付用筒部材を備えていることを特徴としている。
この構成によれば、既存の高剛性部材である補機取付用筒部材によって補強部材を確実に屈曲方向に圧潰することができる。

本発明の車両用フレーム構造によれば、補強部材の曲げ強度と圧縮強度によって車両衝突時の荷重吸収量を増加することができる。

実施例１に係る車体前部の平面図である。 右側フロントサイドフレームをエンジンルーム内側上方から視た側面図である。 右側フロントサイドフレームからインナバネルを省略した側面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 図２のV−V線断面図である。 第２レインを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜め前方から視た図を示している。 第２取付部材を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜め上方から視た図、（ｃ）は斜め下方から視た図を示している。 車両衝突後の第２レインと第２取付部材の挙動を説明する図である。

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。
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。
尚、図において、矢印Ｆ方向を前方とし、矢印Ｌ方向を左方とし、矢印Ｕ方向を上方として説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図８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と車室とを上下及び左右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の前側で前後に延びる左右１対のフロントサイドフレーム２（車両用フレーム）と、これら１対のフロントサイドフレーム２の車幅方向外側位置でタワー形状に夫々立設された左右１対のサスタワー部３と、これら１対のサスタワー部３と前述のダッシュパネル１とを上下及び前後に延びて夫々連結する左右１対のエプロン部４と、これら１対のエプロン部４上端から前後に夫々延びる左右１対のエプロンレインメンバ５と、１対のサスタワー部３の後側上端部を連結する桶状のカウルユニット６等を備えている。
尚、この前部車体構造は左右対象構造であるため、主に車体右側の構造について説明する。

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。
フロントサイドフレーム２は、前端部に、車両衝突時、前面から衝撃荷重を受けた際、圧縮変形（軸圧縮変形）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（図示略）がセットプレートを介して設置されている。
また、このフロントサイドフレーム２は、途中部分に、略円柱形状のエンジンマウント装置（図示略）を含む各種補機が支持され、後端側部分に、サスペンションサブフレーム（図示略）が支持されている。

図３〜図５に示すように、フロントサイドフレーム２は、高張力鋼板をプレス成形することにより形成された略ハット状のアウタパネル２ａとインナパネル２ｂ等を備えている。
アウタパネル２ａとインナパネル２ｂは、各々の上下両フランジ部が夫々接合され、上下方向に長い、所謂縦比が横比よりも大きな略矩形状で且つ前後にストレート状に延びる主閉断面Ｃを構成している。

アウタパネル２ａには、途中部分に左方（インナパネル２ｂ側）へ湾曲した湾曲部７と、後端部分に左方へ凹入して上下に延びるビード部８とが形成されている。
これら湾曲部７及びビード部８は、前方から衝撃荷重が入力したとき、アウタパネル２ａが左方に向かって曲げ変形するための起点を形成している。
インナパネル２ｂには、湾曲部７よりも後方で且つビード部８よりも前方部分に右方へ凹入して上下に延びるビード部９（屈曲促進部）が形成されている。
ビード部９は、前方から衝撃荷重が入力したとき、インナパネル２ｂが右方に向かって曲げ変形するための起点を形成している。

図３〜図５に示すように、フロントサイドフレーム２の主閉断面Ｃ内には、フロントサイドフレーム２の剛性を高くするための第１，第２レインフォースメント（以下、第１，第２レインと略す）１１，１２と、各種補機類を支持するための第１〜第３取付部材１３〜１５等が配設されている。

第１レイン１１は、湾曲部７と左右に重畳するように配置され、断面略Ｗ字状の本体部１１ａと、この本体部１１ａの上下両端部から夫々延びる１対のフランジ部１１ｂを備えている。それ故、車両衝突時、湾曲部７が第１レイン１１の屈曲の起点を構成している。
本体部１１ａは、中段部の右側壁部がアウタパネル２ａに接合され、上段部及び下段部の左側壁部がインナパネル２ｂに接合されている。
１対のフランジ部１１ｂは、アウタパネル２ａの上下フランジ部とインナパネル２ｂの上下フランジ部に夫々挟み込まれて３重接合されている。
これにより、第１レイン１１は、アウタパネル２ａと協働して前後に延びる上下１対の閉断面と、これら上下１対の閉断面の間にインナパネル２ｂと協働して前後に延びる閉断面との３つの閉断面を主閉断面Ｃ内に構成している。

次に、第２レイン１２（補強部材）について説明する。
図３〜図５に示すように、第２レイン１２は、第１レイン１１よりも後方で且つビード部９に左右に対向する領域に配置されている。それ故、車両衝突時、ビード部９が第２レイン１２の屈曲の起点を構成している。
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、第２レイン１２は、断面略Ｗ字状の本体部１２ａと、この本体部１２ａの上下両端部から夫々延びる１対のフランジ部１２ｂを備えている。

本体部１２ａは、中段部の右側壁部がアウタパネル２ａから僅かに離隔するように形成され、上段部及び下段部の左側壁部がインナパネル２ｂから所定距離離隔するように形成されている。上側フランジ部１２ｂはアウタパネル２ａの上側フランジ部よりも下側部分に溶接にて接合され、下側フランジ部１２ｂはアウタパネル２ａの下側フランジ部よりも上側部分に溶接にて接合されている。
これにより、第２レイン１２は、主閉断面Ｃ内においてアウタパネル２ａと協働して前後に延びる断面略Ｕ字状の副閉断面ｃをビード部９に対向する位置に構成されている。

次に、第１，第２取付部材１３，１４について説明する。
第１取付部材１３は、補機をフロントサイドフレーム２に支持するため、第１レイン１１よりも前方位置に配置されている。
この第１取付部材１３は、アウタパネル２ａとインナパネル２ｂに接合された節状部材２１と、この節状部材２１に接合された筒状のカラー２２とを備えている。
第１取付部材１３は、設置位置と支持対象物を除き第２取付部材１４と同じ構成である。

図３，図４に示すように、第２取付部材１４（圧潰機構）は、パワーユニット（図示略）をエンジンマウント装置によって弾性支持するため、第１レイン１１よりも後方且つ第２レイン１２よりも前方位置に配置されている。
この第２取付部材１４は、アウタパネル２ａとインナパネル２ｂに接合された節状部材２３と、この節状部材２３に接合された筒状のカラー２４とを備えている。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、節状部材２３は、断面略Ｕ字状に形成されて左方に向けて開口された本体部２３ａと、この本体部２３ａの前端及び後端から前方及び後方に鉛直状に夫々延びる前後１対の第１フランジ部２３ｂと、本体部２３ａの上側前端及び上側後端から前方及び後方に水平状に夫々延びる前後１対の第２フランジ部２３ｃと、本体部２３ａの下側前端及び下側後端から前方及び後方に水平状に夫々延びる前後１対の第３フランジ部２３ｄと、本体部２３ａの上端及び下端から上方及び下方に鉛直状に夫々延びる前後１対の第４フランジ部２３ｅを備えている。

図４に示すように、本体部２３ａは、カラー２４の前後及び右側部分を囲繞可能に形成されている。本体部２３ａの右端部が、第２レイン１２の左右寸法の中央地点よりもアウタパネル２ａに近接するように配置されている。
１対の第１フランジ部２３ｂはインナパネル２ｂの側壁部に接合され、後側の第１フランジ部２３ｂがビード部９よりも前方位置に固着されている。
１対の第２フランジ部２３ｃがインナパネル２ｂの上壁部に接合され、１対の第３フランジ部２３ｄがインナパネル２ｂの下壁部に接合されている。
１対の第４フランジ部２３ｅは、アウタパネル２ａの上下フランジ部とインナパネル２ｂの上下フランジ部に夫々挟み込まれて３重接合されている。

以上の構成により、図８に示すように、前方から衝撃荷重が入力したとき、本体部２３ａは、右方に向かって曲げ変形するインナパネル２ｂに追従して第２レイン１２の屈曲方向に移行するため、略円弧状の軌跡Ｔ上を移動する。
本体部２３ａの後端壁部が第２レイン１２の前端部に当接した後、カラー２４を含めて本体部２３ａによる第２レイン１２の押圧が開始され、第２レイン１２が圧潰される。
第２レイン１２を屈曲変形と略同期して圧潰による圧縮変形させている。

次に、第３取付部材１５について説明する。
第３取付部材１５は、サスペンションサブフレームをフロントサイドフレーム２に支持するため、第２レイン１２よりも後方位置に配置されている。
この第３取付部材１５は、アウタパネル２ａとインナパネル２ｂに接合された節状部材２５と、この節状部材２５に接合された筒状のナット２６とを備えている。
図３，図４に示すように、節状部材２５は、主閉断面Ｃを前後に仕切るように配設され、上下左右のフランジ部がアウタパネル２ａとインナパネル２ｂに溶接されている。
ナット２６は、節状部材２５の前側に配置され、サスペンションサブフレームをボルトを介して支持可能に構成されている。

次に、本実施例の車両用フレーム構造における作用、効果を説明する。
この車両用フレーム構造では、インナパネル２ｂの第２レイン１２に対応する部分に形成されると共に衝突荷重によってフロントサイドフレーム２（インナパネル２ｂ）の第２レイン１２側への屈曲の起点を形成するビード部９を有するため、第２レイン１２を衝撃荷重によって予め設定された起点で曲げ変形をさせることができる。
第２レイン１２よりも前側位置に、車両衝突時、第２レイン１２を屈曲方向に圧潰可能な第２取付部材１４を有するため、第２取付部材１４が第２レイン１２を屈曲方向に圧潰することができ、第２レイン１２の圧縮強度により衝撃荷重を吸収することができる。

第２取付部材１４が、主閉断面Ｃ内に形成された節状部材２３を備えているため、既存の剛性部材である節状部材２３によって第２レイン１２を屈曲方向に圧潰することができる。
第２取付部材１４が、インナパネル２ｂに接合されているため、インナパネル２の変形を利用して圧潰機構を屈曲方向に変位させることができる。

第２レイン１２が、インナパネル２ｂから離隔しているため、衝撃荷重によりインナパネル２ｂに対して予め規定された曲げ変形を開始させることができ、時間差を付けて第２レイン１２に曲げ変形をさせることができる。
第２取付部材１４が、カラー２４を備えているため、既存の高剛性部材であるカラー２４によって第２レイン１２を確実に屈曲方向に圧潰することができる。

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例を説明したが、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、１つのレイン及び圧潰機構として１つの取付部材を設けた例を説明したが、フレーム内に、レインとこのレインよりも先端側（衝撃荷重入力側）に配置された圧潰機構とを複数組設けることも可能である。
また、圧潰機構は、節状部材とカラーを必ずしも備える必要はなく、衝撃荷重によりレインの屈曲による変形方向に追随移動可能で且つ押圧圧潰可能であればカラー、ナット、ボルト等何れであっても良い。

３〕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
Ｃ 主閉断面
ｃ 副閉断面
２ フロントサイドフレーム
２ａ アウタパネル
２ｂ インナパネル
９ ビード部
１２ 第２レイン
１４ 第２取付部材
２３ 節状部材
２４ カラー

Claims (5)

1. 車幅方向外側壁部を形成するアウタパネルと、車幅方向内側壁部を形成し且つ前記アウタパネルと協働して前後方向に延びる主閉断面を構成するインナパネルと、前記主閉断面内に前記アウタパネルとインナパネルのうち一方のパネルと前後方向に延びる副閉断面を構成する補強部材とを備えた車両用フレーム構造において、
   前記アウタパネルとインナパネルのうち他方のパネルの前記補強部材に対応する部分に形成されると共に衝突荷重によって前記車両用フレームの前記補強部材側への屈曲の起点を形成する屈曲促進部と、
   前記補強部材よりも先端側位置に、車両衝突時、前記補強部材を屈曲方向に圧潰可能な圧潰機構とを備えたことを特徴とする車両用フレーム構造。
2. 前記圧潰機構が、前記主閉断面内に形成された節状部材を備えている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. 前記圧潰機構が、前記他方のパネルに接合されてい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。
4. 前記補強部材が、前記他方のパネルから離隔していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。
5. 前記圧潰機構が、補機取付用筒部材を備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用フレーム構造。