JP6308190B2

JP6308190B2 - 車体骨格構造

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Publication number: JP6308190B2
Application number: JP2015180633A
Authority: JP
Inventors: 樹徳橋田; 北方　慎太郎; 慎太郎北方
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: JP2017056760A; US9908492B2; US20170072885A1; EP3141435A1; CN106515629A; EP3141435B1; CN106515629B

Description

本発明は、車体骨格構造に関する。

下記特許文献１には、中空形状の長尺バンパ材（中空骨格部材）に補強部材が内装された構造が開示されている。

特開２００８− ２４０１９号公報

しかしながら、上記従来の構造をＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）製のバンパ材やアルミニウム合金製のバンパ材に適用した場合、内装された補強部材の端部の部分でバンパ材が破断したり、降伏することが想定される。

本発明は上記事実を考慮し、中空の骨格部材に補強部材が内装された車体骨格構造において、骨格部材が破断することや降伏することが抑制された車体骨格構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の車体骨格構造は、長尺状に形成された中空の骨格部材と、前記骨格部材の対向する一対の内面のうち一方の内面に接触した第１接触部、前記一対の内面のうち他方の内面に接触した第２接触部、及び、前記第１接触部と前記第２接触部とを連結した連結部、を含んで構成された補強部材と、を備え、前記補強部材における少なくとも前記第２接触部及び前記連結部には、前記他方の内面側の端部から前記一方の内面側へ向けて延び、深さが前記一対の内面が互いに対向する間隔の４分の１以上とされたスリットが形成されており、前記骨格部材は、車両前部の車幅方向両側に車両前後方向に沿って延設された一対の前後方向部材の前端に取付けられ、車幅方向に沿って延設されたバンパリインフォースメントであり、前記補強部材は、前記第１接触部を車両前方に向けると共に前記第２接触部を車両後方に向ける方向で、前記バンパリインフォースメントの車幅方向両端であって前記前後方向部材の前端が対向する部分を含んで一対設けられ、前記スリットは、前記前後方向部材の前端が対向する部分よりも車幅方向内側に形成されている。

請求項１に記載の車体骨格構造は、第１接触部、第２接触部及び連結部を含んで構成された補強部材を備えている。このうち、第１接触部は、骨格部材の対向する一対の内面のうち一方の内面に接触しており、第２接触部は、一対の内面のうち他方の内面に接触している。そして、連結部が第１接触部と第２接触部とを連結している。このため、一対の内面が対向する方向の圧縮力に対する車体骨格構造の強度が向上されている。

また、補強部材における少なくとも第２接触部及び連結部には、他方の内面側の端部から一方の内面側へ向けて延び、深さが一対の内面が互いに対向する間隔の４分の１以上とされたスリットが形成されている。このように、補強部材に他方の内面側の端部から一方の内面側へ向けて延びるスリットが形成されているので、スリットが形成されていない態様と比較して、車体骨格構造の曲げ剛性がスリットが形成された部分において低下する。これにより、骨格部材におけるひずみを、骨格部材における補強部材の端部だけでなく、骨格部材における補強部材のスリットが形成された部分にも分散させることができる。その結果、一対の内面が対向する方向の圧縮力に対する車体骨格構造の強度を保ったままで、一対の内面が対向する方向の荷重が骨格部材に入力されて骨格部材が曲げ変形する場合に骨格部材が破断することや降伏することが抑制される。

さらに、請求項１に記載の車体骨格構造では、補強部材がバンパＲＦの車幅方向の両端であって前後方向部材の前端が対向する部分を含んで一対設けられている。また、補強部材は、第１接触部を車両前方に向けると共に第２接触部を車両後方に向ける方向で設けられている。このため、例えば、車両がオフセット衝突した場合、バンパＲＦの両端でバンパＲＦの断面崩れが抑制され、かつ、衝突荷重を前後方向部材へ効率よく伝達することができる。

また、この車体骨格構造では、補強部材のスリットが前後方向部材の前端が対向する部分よりも車幅方向内側に位置している。このため、例えば、車両がオフセット衝突してバンパＲＦが曲がる場合、バンパＲＦに発生するひずみを、バンパＲＦにおける補強部材の車幅方向内側の端部だけでなく、スリットが設けられた部分にも分散させることができ、バンパＲＦが破断することや降伏することが抑制される。

以上説明したように、本発明の車体骨格構造は、中空の骨格部材に補強部材が内装された車体骨格構造において骨格部材が破断することや降伏することが抑制された、という優れた効果を有する。

さらに、この車体骨格構造では、バンパＲＦが破断又は降伏することが抑制されると共に、前後方向部材へ衝突荷重を効率よく伝達することができる、という優れた効果を有する。

第１実施形態の車両骨格構造の全体構成を示し、骨格部材の一部を破断して示す斜視図である。図１の補強部材を拡大して示す斜視図である。図１の車両骨格構造において、骨格部材を上下方向の中間部で水平方向に切断した状態を拡大して示す断面図である。第１実施形態の車体骨格構造の曲げ変形を示し、（Ａ）は骨格部材の前面側が凹となる変形状態、（Ｂ）は骨格部材の後面側が凹となる変形状態を示す。第２実施形態の車体骨格構造が備える補強部材を示す拡大斜視図である。第３実施形態の車体骨格構造が適用されたバンパＲＦであり、オフセット衝突の際に変形する様子を（Ａ）、（Ｂ），（Ｃ）の順番で示している。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図４を用いて、本発明に係るの第１実施形態について説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜上、骨格部材１２の長手方向を左右方向として説明を進める。そして、各図に示される矢印ＵＰを上方向、矢印ＦＲを前方向、矢印ＲＨを右方向とする。

[全体構成]
図１には、第１実施形態の車体骨格構造Ｓ１が示されている。この図に示されるように、車体骨格構造Ｓ１は、中空の骨格部材１２と、骨格部材１２の内部に設けられた補強部材１４と、を備えている。骨格部材１２及び補強部材１４の材質は、共に、炭素繊維強化樹脂（以下、「ＣＦＲＰ」という）とされている。

[骨格部材]
骨格部材１２は、断面形状が略矩形とされた長尺状の部材であり、内部に空間を有する。図３には、骨格部材１２を上下方向中間部で水平方向に切断した状態が示されている。この図に示されるように、骨格部材１２の内部における前面２０（一方の内面）と、内部における後面２２（他方の内面）とは、前後方向に対向している。以下、補強部材１４の説明において、前方向側のことを前面２０側、後方向側のことを後面２２側ということがある。

[補強部材]
図１に示されるように、骨格部材１２の内部であって骨格部材１２の長手方向の両端部には、補強部材１４が設けられている。図２には、補強部材１４が拡大して示されている。この図に示されるように、補強部材１４は、所謂ハット型形状とされている。すなわち、補強部材１４は、上下方向及び左右方向に延在された板状の第１接触部１４Ｆと、第１接触部１４Ｆの上下方向の両端部から後側へ延設され、前後方向及び左右方向に延在された板状の一対の連結部１４Ｍと、一対の連結部１４Ｍの後側端部からそれぞれ上方向、下方向へ延設され、上下方向及び左右方向に延在された板状の一対の第２接触部１４Ｒと、を備えている。

図３に示されるように、第１接触部１４Ｆ（の前側の面）は、骨格部材１２の内部における前面２０に接触している。他方、第２接触部１４Ｒ（の後側の面）は、骨格部材１２の内部における後面２２に接触している。そして、本実施形態では、振動溶着により骨格部材１２と補強部材１４が接合されている。

また、補強部材１４には、スリット１６が形成されている。スリット１６は、補強部材１４における後面２２側の端部から前面２０側へ向けて形成されている。すなわち、スリット１６は、補強部材１４における第２接触部１４Ｒを基端１６Ａとし、第１接触部１４Ｆ側へ向けて形成されている。そして、スリット１６の先端１６Ｂは、連結部１４Ｍと第１接触部１４Ｆとの境界部分（稜線１８）まで到達している。

さらに具体的には、スリット１６は複数（本実施形態では６つ）形成されており、上側の第２接触部１４Ｒ及び連結部１４Ｍ、及び、下側のの第２接触部１４Ｒ及び連結部１４Ｍの各々に対して、それぞれ３つずつ形成されている。図３に示されるように、下側のスリット１６と上側のスリット１６とは、上面視で重なる位置に形成されている。また、スリット１６が延びる方向は、前後方向（前面２０と後面２２とが対向する方向）に平行とされている。

また、図２に示されるように、補強部材１４は、長手方向の両端部のうち一方の端部（図２の左側端部）において断面形状がハット形状のまま開放された形状となっている。他方、補強部材は、長手方向の両端部のうち他方の端部（図２の右側端部）においては、前方向から後方向に進むにつれて右側へ傾斜する傾斜部２０が設けられている。これにより、図３に示されるように、補強部材１４は、傾斜部２０において骨格部材１２の前面２０から離れる形状となっている。なお、傾斜部２０は、設けられていなくてもよい。

＜作用・効果＞
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

本実施形態の車体骨格構造Ｓ１では、第１接触部１４Ｆ、第２接触部１４Ｒ及び連結部１４Ｍを含んで構成された補強部材１４を備えている。このうち、図３に示されるように、第１接触部１４Ｆは、骨格部材１２の対向する一対の内面のうち一方の内面（前面２０）に接触しており、第２接触部１４Ｒは、一対の内面のうち他方の内面（後面２２）に接触している。そして、連結部１４Ｍが第１接触部１４Ｆと第２接触部１４Ｒとを連結している。このため、一対の内面（前面２０、後面２２）が対向する方向（前後方向）の圧縮力に対する車体骨格構造Ｓ１の強度が向上されている。換言すると、骨格部材１２の断面潰れが抑制されている。

また、補強部材１４には、他方の内面（後面２２）側の端部から一方の内面（前面２０）側へ向けて延び、深さが一対の内面（前面２０、後面２２）が互いに対向する間隔と略同一とされたスリット１６が形成されている。このように、補強部材１４に他方の内面側の端部から一方の内面側へ向けて延びるスリット１６が形成されているので、スリット１６が形成されていない態様と比較して、車体骨格構造Ｓ１の曲げ剛性がスリット１６が形成された部分において低下する。これにより、図２（Ａ）、（Ｂ）の矢印Ｃで示した骨格部材１２におけるひずみを、骨格部材１２における補強部材１４の端部だけでなく、骨格部材１２における補強部材１４のスリットが形成された部分にも分散させることができる。その結果、一対の内面（前面２０、後面２２）が対向する方向の荷重が骨格部材に入力されて骨格部材が曲げ変形する場合に骨格部材１２が破断することや降伏することが抑制される。

また、本実施形態の車体骨格構造Ｓ１では、スリット１６の先端１６Ｂは、連結部１４Ｍと第１接触部１４Ｆとの境界部分（稜線１８）まで到達している。このため、補強部材１４におけるスリット１６が形成された部分では、補強部材１４は第１接触部１４Ｆのみの構成となっている。このように、スリット１６が形成された部分において補強部材１４は、骨格部材１２の前面２０に接触している第１接触部１４Ｆのみの構成となっているため、車体骨格構造Ｓ１の曲げ剛性が効率的に低減されている。

〔第２実施形態〕
以下、図５を用いて、本発明に係るの第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の車体骨格構造Ｓ２が第１実施形態と異なる部分は補強部材３４の構造のみであるため、補強部材３４の構造についてのみ説明し、その他の説明は省略する。

第２実施形態の補強部材３４は、断面形状が矩形とされている。すなわち、補強部材３４は、上下方向及び左右方向に延在された板状の第１接触部３４Ｆと、第１接触部３４Ｆの上下方向の両端部から後側へ延設され、前後方向及び左右方向に延在された板状の一対の連結部３４Ｍと、一対の連結部３４Ｍの後側端部同士を上下方向に繋ぎ、上下方向及び左右方向に延在された板状の第２接触部３４Ｒと、を備えている。

スリット１６は、上方から見て、第２接触部３４Ｒから第１接触部３４Ｆへ向けて形成されている。すなわち、第２接触部３４Ｒにおいては、上下方向に延びるスリット１６が形成されており、その長さは、第２接触部３４Ｒの上下方向の全域に亘っている。そして、第２接触部３４Ｒにおけるスリット１６から連続するように、一対の連結部３４Ｍにおいて、前後方向に延びるスリット１６が形成されている。スリット１６の先端は、連結部３４Ｍと第１接触部３４Ｆとの境界部分（稜線１８）にまで到達している。
＜作用・効果＞
このように構成された第２実施形態の補強部材３４を備える車体骨格構造Ｓ２によっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。すなわち、一対の内面（前面２０、後面２２）が対向する方向の荷重が骨格部材に入力されて骨格部材が曲げ変形する場合に骨格部材１２が破断することや降伏することが抑制される。

〔第３実施形態〕
以下、図６を用いて、本発明に係るの第３実施形態について説明する。図６（Ａ）には、第３実施形態の車体骨格構造Ｓ３が示されている。この図に示されるように、第３実施形態では、車両前部に車幅方向に沿って設けられるバンパリインフォースメント４０（以下、バンパＲＦ４０という。）に車体骨格構造Ｓ３が適用されている。なお、図６に示される矢印ＦＲは車両前方向を示し、矢印ＬＨを車両左方向を示す。

バンパＲＦ４０は、車幅方向に沿って延設される骨格部材であり、車両におけるフロントバンパー（図示省略）の車両後方に配置される。バンパＲＦ４０の車両後方には、左右一対のクラッシュボックス４２が取付けられている。クラッシュボックス４２は、車両略前後方向に軸を向けて配置されており、クラッシュボックス４２の後部は、車両略前後方向に延設された骨格部材であるフロントサイドメンバ（図示省略）に接続されている。そして、フロントサイドメンバの車両前後方向後部は、車体構造のうち車室を構成する部分に連結されている。これらのクラッシュボックス４２及びフロントサイドメンバは、合わせて、車両前部の車幅方向両側に車両前後方向に沿って延設された前後方向部材と把握されるものである。本実施形態では、クラッシュボックス４２及びフロントサイドメンバが本発明の「前後方向部材」に相当する。

補強部材１４は左右一対設けられており、バンパＲＦ４０の内部であって車幅方向両端に配置されている。補強部材１４の車幅方向の長さは、バンパＲＦ４０の長さの略三分の一程度とされている。また、バンパＲＦ４０は、車幅方向両端部において車両後方側に向けて傾斜する形状とされている。これに合わせ、補強部材１４もバンパＲＦ４０の傾斜した形状に合わせて形成されている。また、補強部材１４は、バンパＲＦ４０の両端を含むように配置されている。これにより、バンパＲＦ４０は、両端において補強部材１４により断面潰れが抑制されている。

また、補強部材１４は、バンパＲＦ４０のうちクラッシュボックス４２の前端が対向する部分（骨格対向部４０Ａ）を含むようにして配置されている。さらに、補強部材１４のスリット１６は、骨格対向部４０Ａよりも車幅方向内側に位置している。

＜作用・効果＞
次に、第３実施形態の作用及び効果について説明する。

第３実施形態では、衝突体Ｗにオフセット衝突した場合、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示されるようにバンパＲＦ４０が変形をする。これらの図に示されるように、車両の左側部分に衝突体Ｗが衝突した場合、左右方向（車幅方向）に延びるバンパＲＦ４０のうち左側部分が車両後方へ変位し、バンパＲＦ４０が曲がる。

バンパＲＦ４０の補強部材１４が設けられた部分では、バンパＲＦ４０の断面崩れが抑制される。そして、衝突荷重をクラッシュボックス４２及びフロントサイドメンバへ効率よく伝達することができ、クラッシュボックス４２及びフロントサイドメンバにおいて衝突エネルギーを吸収させることができる。

さらに、補強部材１４のスリット１６が骨格対向部４０Ａよりも車幅方向内側に位置しているので、バンパＲＦ４０における補強部材１４の車幅方向内側端部だけでなく、スリット１６が設けられた部分にもひずみを分散させることができる。その結果、バンパＲＦ４０が破断することが抑制される。そして、バンパＲＦ４０の車幅方向中央部においては、前後方向の圧縮により断面潰れが起こり、これによってもひずみが抑制される。

以上のように、第３実施形態の車体骨格構造Ｓ３では、バンパＲＦ４０が破断することが抑制されると共に、クラッシュボックス４２及びフロントサイドメンバへ衝突荷重を効率よく伝達することができる。

〔上記実施形態の補足説明〕
なお、上述した各実施形態では、骨格部材１２の断面形状が矩形とされていたが、本発明はこれに限定されない。骨格部材は長尺状でかつ中空に形成されていればよく、例えば骨格部材の断面形状が略６角形であってもよい。また、骨格部材は、２枚の板材が接合されることで形成されたものであってもよい。また、骨格部材や補強部材の材質は、ＣＦＲＰに限定されず、例えばガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）やアルミニウム合金であってもよい。また、骨格部材と補強部材とで材料が異なってもよい。

また、上述した各実施形態では、振動溶着により、補強部材１４と骨格部材１２とが接合されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、接着剤によって接合されていてもよい。また、補強部材と骨格部材とが溶接やリベットによって接合されていてもよい。

また、第３実施形態では、本発明が（フロント）バンパＲＦ４０に適用された形態を説明したが、これ以外にも、リアバンパＲＦ、フロントピラー、センターピラー、リアピラー、ロッカ（サイドシル）、ルーフサイドレール等、様々な車体骨格部材に適用することができる。

また、上記実施形態では、補強部材１４が設けられる位置が、骨格部材１２の長手方向の両端部であったが、本発明はこれに限られない。さらに言うと、補強部材１４が設けられる位置は、骨格部材１２の端部でなくてもよく、内部であればよい。また、補強部材におけるスリットが形成されている位置も特に限定されない。但し、補強部材の端部における骨格部材への応力集中の抑制という観点及び補強部材の基本的機能である断面潰れの抑制という観点からすると、スリットは補強部材の端部付近に形成されていることが好ましい。

また、上記実施形態では、補強部材１４、３４の形状が、断面矩形又は断面ハット型形状であったが、本発明はこれに限られない。補強部材は、骨格部材の対向する一対の内面のうち一方の内面に接触した第１接触部、一対の内面のうち他方の内面に接触した第２接触部、及び、第１接触部と第２接触部とを連結した連結部、を含んで構成されたものであればよい。

また、上記実施形態では、スリット１６の先端１６Ｂが第１接触部１４Ｆと連結部１４Ｍの境界にまで到達していたが、本発明はこれに限定されない。つまり、スリットの先端が第１接触部まで到達しておらず、連結部に位置しているものであってもよい。換言すると、スリットは、補強部材における少なくとも第２接触部及び連結部に形成されていればよい。スリットの深さが一対の内面が対向する間隔より小さい（浅い）場合でも、曲げ変形時の応力を分散する作用を奏するからである。なお、スリットの深さとは、一対の内面が対向する方向に測った場合の寸法である。

また、上記実施形態では、スリット１６が、前後方向（前面２０と後面２２とが対向する方向）に平行とされていたが、本発明はこれに限られない。スリットは、一対の内面が対向する方向に対して傾斜されていてもよい。

Ｓ１車体骨格構造
１２骨格部材
２０前面（対向する一対の内面のうち一方の内面）
２２後面（対向する一対の内面のうち他方の内面）
１４補強部材
１４Ｆ第１接触部
１４Ｒ第２接触部
１４Ｍ連結部
１６スリット
Ｓ２車体骨格構造
３４補強部材
３４Ｆ第１接触部
３４Ｒ第２接触部
３４Ｍ連結部
Ｓ３車体骨格構造
４０バンパリインフォースメント
４０Ａ骨格対向部（前後方向部材の前端が対向する部分）
４２クラッシュボックス（前後方向部材）

Claims

長尺状に形成された中空の骨格部材と、
前記骨格部材の対向する一対の内面のうち一方の内面に接触した第１接触部、前記一対の内面のうち他方の内面に接触した第２接触部、及び、前記第１接触部と前記第２接触部とを連結した連結部、を含んで構成された補強部材と、
を備え、
前記補強部材における少なくとも前記第２接触部及び前記連結部には、
前記他方の内面側の端部から前記一方の内面側へ向けて延び、深さが前記一対の内面が互いに対向する間隔の４分の１以上とされたスリットが形成されており、
前記骨格部材は、
車両前部の車幅方向両側に車両前後方向に沿って延設された一対の前後方向部材の前端に取付けられ、車幅方向に沿って延設されたバンパリインフォースメントであり、
前記補強部材は、
前記第１接触部を車両前方に向けると共に前記第２接触部を車両後方に向ける方向で、前記バンパリインフォースメントの車幅方向両端であって前記前後方向部材の前端が対向する部分を含んで一対設けられ、
前記スリットは、前記前後方向部材の前端が対向する部分よりも車幅方向内側に形成されている、
車体骨格構造。