JP6418204B2 - 車両の前部車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルを備えた車両の車体前部構造に関する。

従来、車両の進行方向を制御するためのステアリング機構では、運転者によるステアリングホイールの操作により生じたステアリングシャフトの回転が、該回転を増幅させるためのステアリングギアボックスなどを介して車輪に伝達される。エンジンルームと車室とを車体前後方向に仕切るダッシュパネルには、ステアリングシャフトを挿通させるための貫通孔が形成されている。

特許文献１には、エンジンルームのダスト、泥水、騒音などが車室内に入り込むのを防止するために、前記貫通孔にカバー部材を設けることが記載されている。特許文献２には、ステアリングシャフトの組立を容易に行うために、前記貫通孔を大きく開口させるとともに前記貫通孔にカバー部材を設けることが記載されている。

また、一般的に、車両の車体前部では、ダッシュパネルの前面に、車体前後方向に延びるフロントサイドフレームが設けられている。フロントサイドフレームは、エンジンルームの左右両側部に設けられ、車両の前面衝突時には、該フロントサイドフレームがエンジンルーム内で座屈または屈曲することで、衝撃荷重のエネルギーが吸収される。これにより、ダッシュパネルに加わる衝突荷重が低減し、ダッシュパネルの車室内側への変形が抑制される。

特許第５３５２７４０号明細書 特許第４９９７３０８号明細書

ところで、車両の前面衝突時には、エンジンルームに配置されたパワートレインがダッシュパネルの位置まで後退して、パワートレインからダッシュパネルに荷重が入力されるおそれがある。このとき、エンジンルーム内において、パワートレインの後退を許容するためのスペース（いわゆるクラッシュストローク）が十分に確保されていれば、パワートレインがダッシュパネルの位置まで後退することはなく、または、少なくとも、パワートレインからダッシュパネルに入力される荷重を十分に小さくすることができる。

しかし、近年、車両の軽量化やデザイン上の要請により、エンジンルームを含む車体前部が小型化されることがある。この場合、パワートレインのクラッシュストロークを確保することが困難になるため、前面衝突時にパワートレインからダッシュパネルに入力される荷重を小さくしてダッシュパネルの車室内側への変形を抑制するためには、例えばパワートレインの後退を抑制するための部材を別途設ける必要がある。しかし、この場合、車体前部の小型化が阻害されるおそれがある。

そこで、本発明は、車体前部の小型化とダッシュパネルの車室内側への変形の抑制とを両立可能な車両の前部車体構造を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る車両の前部車体構造は次のように構成したことを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明は、
エンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルを備えた車両の前部車体構造であって、
前記ダッシュパネルには、ステアリングシャフトを貫通させるためのステアリングシャフト貫通孔が設けられ、
前記ステアリングシャフト貫通孔には、車体前方へ向けて隆起する隆起部を有するカバー部材が設けられ、
前記カバー部材は、前記ダッシュパネルを構成する材料よりもヤング率が小さい金属材料で構成されており、前記ダッシュパネルよりも車体前後方向についての圧縮強度が低いことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記カバー部材の隆起部は、前記ステアリングシャフト貫通孔を画定する縁部を有し、
前記縁部には、該縁部に沿って補強部材が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記補強部材は、前記カバー部材を構成する材料よりもヤング率が大きい材料で構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記ダッシュパネルの車幅方向中央下部には、トンネル開口部が設けられ、
前記トンネル開口部の外縁に沿って車幅方向に延びるように設けられたクロスメンバをさらに備え、
前記カバー部材は、前記ダッシュパネルに固定された固定部を有し、
前記クロスメンバは、前記カバー部材にオーバラップして設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ダッシュパネルのステアリングシャフト貫通孔に、ダッシュパネルよりも車体前後方向についての圧縮強度が低いカバー部材が設けられているので、前面衝突が生じてパワートレインが後退したときには、パワートレインは、カバー部材において車体の前方へ向けて隆起する隆起部にまず当接し、該カバー部材に荷重を入力し、座屈などの変形を生じさせる。これにより、パワートレインからダッシュパネルに入力される可能性のある衝突荷重のエネルギーの少なくとも一部がカバー部材に吸収され、ひいてはダッシュパネルの車室内側への変形を抑制できる。

また、カバー部材が、ダッシュパネルを構成する材料よりもヤング率が小さい材料で構成されていることにより、カバー部材の車体前後方向についての圧縮強度がダッシュパネルよりも小さくなるので、上記効果が具体的に達成される。

請求項２に記載の発明によれば、カバー部材の隆起部に、ステアリングシャフト貫通孔を画定する縁部に沿って補強部材が設けられていることにより、パワートレインから入力される荷重を受けたときに縁部に破れなどの損傷の発生を抑制できる。

請求項３に記載の発明によれば、補強部材がカバー部材を構成する材料よりもヤング率が大きい材料で構成されていることにより、請求項２の効果が具体的に達成される。

請求項４に記載の発明によれば、トンネル開口部の外縁に沿って車幅方向に延びるように設けられたクロスメンバが、カバー部材にオーバラップして設けられているので、パワートレインからカバー部材に入力される荷重が、クロスメンバの長さにわたって分散される。これにより、カバー部材によるエネルギー吸収能力を高めることができる。

本発明の実施形態に係る車体構造を備えた車両の前部を後側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る車体構造を備えた車両の前部を左側から見た側面図である。 本発明の実施形態に係る車体構造を備えた車両の前部を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る車体構造を備えた車両の前部を示す正面図である。 ステアリングシャフト貫通孔に設けられるカバー部材を車体前方側から見た図である。 ステアリングシャフト貫通孔に設けられるカバー部材を車体後方側から見た図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 ダッシュパネルの車幅方向中央に設けられるパネル補強部材を示す図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図４のＣ−Ｃ線断面図である。 図４のＤ−Ｄ線断面図である。 図４のＥ−Ｅ線断面図である。 本発明の他の実施形態に係る車体構造を備えた車両の前部を示す正面図である。 図１３のＦ−Ｆ線断面図である。 図１３、図１４に示す実施形態の変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向を示す用語（前、後、左、右、上、下）を用いるが、これらの用語は本発明の理解を容易にするために用いているのであって、これらの用語により本発明の範囲が限定されると理解するべきではない。また、前記特定の方向を示す用語は、車体を基準とした方向を指すものとする。したがって、実施形態で用いる「車幅方向」は、左右方向に一致する。

（ダッシュパネル１０）
図１に示すように、本発明の実施形態に係る車体構造を備えた車両１の前部には、車室とエンジンルームとを前後方向に仕切るダッシュパネル１０が設けられている。エンジンルームは、エンジンやバッテリ、変速機などが収容される空間である。なお、本発明では、車両が電気自動車である場合にも、車体前部においてバッテリ、変速機などが収容される空間をエンジンルームという。

ダッシュパネル１０は、ダッシュパネルロア１１と、ダッシュパネルロア１１の上縁部に接合されて該上縁部から上方に延びるダッシュパネルアッパ（図示せず）と、ダッシュパネルロア１１の下縁部に接合されて該下縁部から下方に延びるトーボード１２とを有する。トーボード１２は、車室の底面を構成するフロアパネル（図示せず）とダッシュパネルロア１１とを接続している。ダッシュパネル１０の車幅方向中央下部には、上方へ膨出するトンネル部１３が設けられている。

実施形態では、ダッシュパネル１０は、高張力鋼板（以下、ハイテン鋼という）で構成されている。

ダッシュパネル１０の前面には、前後方向に延びるフロントサイドフレーム１４が左右一対に設けられている。車両の前面衝突時には、フロントサイドフレーム１４がエンジンルーム内で座屈または屈曲して潰れることで、衝突荷重のエネルギーが吸収される。

ダッシュパネル１０の前方には、タイロッドなどを介して左右の前輪に連結されるステアリングギヤ機構（図示せず）が配置されている。ステアリングギヤ機構は、運転者の操作によるステアリングホイール２１の回転をステアリングギヤ機構へと伝達するためのステアリングシャフト２２に連結されている（図２、図３を参照）。ステアリングシャフト２２は、ユニバーサルジョイント２３を介して互いに連結されたギヤ側シャフト２２ａとホイール側シャフト２２ｂとを有する。ステアリングギヤ機構の前方には、エンジンや変速機からなるパワートレイン１００が配置されている。

図４に示すように、ダッシュパネルロア１１には、複数のビードが形成されている。ダッシュパネルロア１１の車幅方向中央部に形成されて車室外側に突出するビード１１ａには、後述するパネル補強部材４０を挟んで複数の貫通孔１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが形成されている。これらの貫通孔は、エンジンルームに配置されたコンプレッサ（図示せず）と、インストルメントパネルの内部空間に配置されたエアコンユニット（図示せず）とを接続するホースが通過する。

ダッシュパネル１０の車幅方向中央下部には、ダッシュパネルロア１１とトーボード１２にわたって、トンネル部１３を画定するトンネル開口部１１ｅが設けられている。

実施形態では、ダッシュパネルロア１１とトーボード１２との境界１０ａに跨って、運転席（実施形態では、左側）の前方に略楕円形のステアリングシャフト貫通孔１５が形成されている。ステアリングシャフト貫通孔１５は、ステアリングシャフト２２（実施形態ではギヤ側シャフト２２ａ）が貫通するように形成されている。

（カバー部材３０）
図１から図７に示すように、ステアリングシャフト貫通孔１５には、カバー部材３０が設けられている。図５、図６に示すように、カバー部材３０は、ダッシュパネルロア１１に固定された固定部３１と、固定部３１に接続され、前方へ向けて隆起する隆起部３２とを有する。実施形態では、固定部３１は、ダッシュパネルロア１１の車室内側の面に溶接されて設けられた上側接合部３１ａと、トーボード１２の車室内側の面に溶接されて設けられた下側接合部３１ｂとを有する。変形例として、固定部３１は、ダッシュパネル１０の車室外側の面に設けられていてもよいし、少なくとも部分的にボルトなどの締結部材によりダッシュパネル１０に固定されていてもよい。

カバー部材３０の隆起部３２は、上側接合部３１ａに接続されて上側から下側に向かって前方に傾斜して延びる上側傾斜面部３２ａと、下側接合部３１ｂに接続されて下側から上側に向かって前方に傾斜して延びる下側傾斜面部３２ｂとを有する。上側傾斜面部３２ａと下側傾斜面部３２ｂとは、頂点部３２ｃで接続されている。したがって、図７に示すように、カバー部材３０では頂点部３２ｃが最も前方に位置する。実施形態では、隆起部３２の下側傾斜面部３２ｂにより、ステアリングシャフト貫通孔１５を画定する縁部が構成される。

カバー部材３０は、例えば正面衝突の際に後退するパワートレイン１００からダッシュパネル１０に入力される衝突荷重のエネルギーの少なくとも一部を吸収し、これによりダッシュパネル１０の車室内側への変形を抑制するために設けられている。したがって、カバー部材３０は、前方から入力される荷重を受け、確実に座屈または屈曲して潰れることが好ましく、そのために車体前後方向（車体前方）についての圧縮強度がダッシュパネル１０よりも小さくされる。

実施形態では、ダッシュパネル１０を構成する材料よりもヤング率が小さい材料でカバー部材３０を構成することにより、カバー部材３０の車体前後方向についての圧縮強度を小さくしている。ダッシュパネルがハイテン鋼で構成されている場合、カバー部材３０は通常の鋼板（冷間圧延鋼鈑）で構成されていてもよい。

なお、材料を選択する代わりに、カバー部材３０の厚さを所望の値に設定することにより、カバー部材３０の車体前後方向についての圧縮強度を小さくしてもよい。一方、カバー部材３０は、衝突荷重のエネルギーを多く吸収するものであることが好ましい。したがって、カバー部材３０の材料、厚さおよび形状は、カバー部材３０の確実な座屈を担保しつつ所望のエネルギー量を吸収できるように設定される。

カバー部材３０の下側傾斜面部３２ｂには、当該下側傾斜面部３２ｂに沿って縁部補強部材３３が設けられている。実施形態では、縁部補強部材３３は、下側傾斜面部３２ｂの車室内側の面の下方に、略Ｕ字形状を成すように溶接されて設けられている。変形例として、縁部補強部材３３は、下側傾斜面部３２ｂの車室外側の面に設けられてもよいし、少なくとも部分的にボルトなどの締結部材により縁部に固定されていてもよい。また、縁部補強部材３３は、例えば下側傾斜面部３２ｂの全体に、ステアリングシャフト貫通孔１５を囲んで略Ｏ字形状を成すように設けられてもよい。

縁部補強部材３３は、前方から入力される荷重による下側傾斜面部３２ｂの破れなどの損傷を抑制するために設けられている。縁部補強部材３３は、カバー部材３０を構成する材料よりもヤング率が大きい材料で構成されている。当該ヤング率が大きい材料は、ハイテン鋼、マグネシウム合金、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であってもよい。

（パネル補強部材４０）
ダッシュパネルロア１１の車幅方向中央部には、略Ｔ字形状のパネル補強部材４０が設けられている。パネル補強部材４０は、ダッシュパネル１０の剛性（曲げ剛性）を向上させ、ダッシュパネル１０の左右縁部が前後方向に振れるような振動や、ダッシュパネル１０の上下縁部が前後方向に振れるような振動を抑制し、これにより車室内の騒音を低減するために設けられている。したがって、好ましい実施形態では、パネル補強部材４０は、曲げ剛性を高くするために、板厚が大きくされ、または、断面二次モーメントが大きくなるように形成されている。当該断面二次モーメントの大きい形状として、パネル補強部材４０の車体前後方向の寸法（後述する頂面４１ａ，４２ａの、ダッシュパネル１０の車室外側の面に対する高さ）を大きくして断面積を大きくしてもよいし、ダッシュパネル１０でパネル補強部材４０が設けられる位置に車室内側に突出するビードを設けてもよい。

ダッシュパネル１０において、トンネル開口部１１ｅの周囲や、貫通孔１１ｂ〜１１ｄの位置では、剛性が低くなっており、振動の起点となりやすい。そこで、図８から図１３に示すように、パネル補強部材４０は、ダッシュパネル１０のトンネル開口部１１ｅの上縁に沿って車幅方向に延びる第１部分４１と、第１部分４１から車体上下方向に延びる第２部分４２とを有する。実施形態では、パネル補強部材４０の第２部分４２は、第１部分４１の中央部を始点として延びている。

実施形態では、パネル補強部材４０の第１部分４１と第２部分４２とは別体で構成されている。図８に示すように、パネル補強部材４０の第１部分４１は、車室内側に開口する略断面ハット状部材であり、互いに接続された頂面４１ａ、周面４１ｂおよびフランジ部４１ｃを有する。第１部分４１の頂面４１ａの両端部は、前方から見て略半円形に形成されている。周面４１ｂおよびフランジ部４１ｃは、全周にわたって連続して設けられている。

図８に示すように、パネル補強部材４０の第１部分４１は、車室内側に開口する略断面ハット状部材であり、互いに接続された頂面４２ａ、周面４２ｂおよびフランジ部４２ｃを有する。また、第２部分４２の頂面４２ａの上端部は、前方から見て方形に形成されている。第２部分４２の周面４２ｂおよびフランジ部４２ｃは、下端部を除く全周にわたって連続して設けられている。第２部分４２の下端部は開放されているが、第１部分４１を部分的に覆っており、当該開放部は第１部分４１により閉じられる。

実施形態では、第１部分４１、第２部分４２のフランジ部４１ｃ，４２ｃは、ダッシュパネルロア１１の車室外側の面に溶接されて設けられている。これにより、パネル補強部材４０は、その全周にわたって、ダッシュパネルロア１１との間で閉断面を形成している。実施形態では、図９、図１０に示すように、パネル補強部材４０の第２部分４２とダッシュパネルロア１１との間には上下方向に延びる閉断面Ｃ１が形成され、図９から図１１に示すように、パネル補強部材４０の第１部分４１とダッシュパネルロア１１との間には車幅方向に延びる閉断面Ｃ２が形成されている。このようにして、パネル補強部材４０の剛性を向上させ、パネル補強部材４０による振動抑制効果を効果的に得ることができる。

変形例として、パネル補強部材４０は、ダッシュパネルロア１１の車室内側の面に設けられていてもよいし、少なくとも部分的にダッシュパネル１０にボルトなどの締結部材により固定されていてもよい。

実施形態では、第１部分４１の頂面４１ａの高さと第２部分４２の頂面４２ａの高さとは略等しい。具体的に言うと、頂面４２ａの高さは頂面４１ａの高さよりもわずかに大きい。これにより、第２部分４２の下端部が第１部分４１を覆ったときに、第１部分４１と第２部分４２の稜線同士が接続され、第１部分４１と第２部分４２との間で振動荷重が効果的に伝達される。

次に、図１３、図１４を用いて本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態では、パネル補強部材４０の第１部分に符号１４１を付して説明する。この実施形態では、第１部分１４１は、トンネル開口部１１ｅの上縁（外縁の一部）に沿って設けられた中央部１４２と、中央部１４２の両端に設けられ、トンネル開口部１１ｅの外縁に沿って車幅方向から下方に傾斜して設けられた傾斜部１４３ａ，１４３ｂと、傾斜部１４３ａ，１４３ｂから車幅方向外側に、ダッシュパネルロア１１とトーボード１２との境界１０ｃに沿って設けられた延設部１４４ａ，１４４ｂとを有する。この実施形態のように、第１部分１４１を車幅方向に長く設けることにより、パネル補強部材４０による振動抑制効果をさらに効果的に得ることができる。

第１部分１４１は、フランジ部がダッシュパネルロア１１に接合されていてもよいし、少なくとも部分的にダッシュパネル１０にボルトなどの締結部材により固定されていてもよい。

図示している好ましい実施形態では、第１部分１４１の左側に設けられた延設部１４４ｂには、カバー部材３０の隆起部３２の上側傾斜面部３２ａに干渉しないように切欠き部１４４ｃが設けられており、第１部分１４１は切欠き部１４４ｃの位置でカバー部材３０とオーバラップして設けられている。これにより、車両の前面衝突の際にパワートレイン１００からカバー部材３０に入力される荷重が、車幅方向に延びる第１部分１４１の長さにわたって分散される。これにより、カバー部材３０によるエネルギー吸収能力を高めることができる。

（クロスメンバ５０）
図１５を用いて、図１３、図１４に示す実施形態の変形例について説明する。この変形例では、パネル補強部材４０の第１部分１４１に対応するクロスメンバ５０が設けられている。クロスメンバ５０は、図４において、パネル補強部材４０の第１部分４１の全体と第２部分４２の一部とを覆うように設けられている。クロスメンバ５０は、トンネル開口部１１ｅの上縁（外縁の一部）に沿って設けられた中央部５１と、中央部５１の両端に設けられ、トンネル開口部１１ｅの外縁に沿って車幅方向から下方に傾斜して設けられた傾斜部５２ａ，５２ｂと、傾斜部５２ａ，５２ｂから車幅方向外側に、ダッシュパネルロア１１とトーボード１２との境界１０ｃに沿って設けられた延設部５３ａ，５３ｂとを有する。図示している好ましい実施形態では、クロスメンバ５０の左側に設けられた延設部５３ａには、カバー部材３０の隆起部３２の上側傾斜面部３２ａに干渉しないように切欠き部５３ｃが設けられており、クロスメンバ５０は切欠き部５３ｃの位置でカバー部材３０とオーバラップして設けられている。

以上、複数の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されると理解すべきではない。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、上述の実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。

以上のように、本発明によれば、車体前部の小型化とダッシュパネルの車室内側への変形の抑制とを両立することが可能となるから、この種の車両の製造産業分野において本発明が好適に利用される可能性がある。

１ 車両
１０ ダッシュパネル
１１ ダッシュパネルロア
１１ｂ〜１１ｄ 貫通孔
１１ｅ トンネル開口部
１２ トーボード
１３ トンネル部
１５ ステアリングシャフト貫通孔
２２ ステアリングシャフト
３０ カバー部材
３１ 固定部
３２ 隆起部
３３ 縁部補強部材
４０ パネル補強部材
４１，１４１ 第１部分
４２ 第２部分
５０ クロスメンバ
１００ パワートレイン
Ｃ１，Ｃ２ 閉断面

Claims (4)

1. エンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルを備えた車両の前部車体構造であって、
   前記ダッシュパネルには、ステアリングシャフトを貫通させるためのステアリングシャフト貫通孔が設けられ、
   前記ステアリングシャフト貫通孔には、車体前方へ向けて隆起する隆起部を有するカバー部材が設けられ、
   前記カバー部材は、前記ダッシュパネルを構成する材料よりもヤング率が小さい金属材料で構成されており、前記ダッシュパネルよりも車体前後方向についての圧縮強度が低いことを特徴とする、
   車両の前部車体構造。
2. 前記カバー部材の隆起部は、前記ステアリングシャフト貫通孔を画定する縁部を有し、
   前記縁部には、該縁部に沿って補強部材が設けられていることを特徴とする、
   請求項１に記載の車両の前部車体構造。
3. 前記補強部材は、前記カバー部材を構成する材料よりもヤング率が大きい材料で構成されていることを特徴とする、
   請求項２に記載の車両の前部車体構造。
4. 前記ダッシュパネルの車幅方向中央下部には、トンネル開口部が設けられ、
   前記トンネル開口部の外縁に沿って車幅方向に延びるように設けられたクロスメンバをさらに備え、
   前記カバー部材は、前記ダッシュパネルに固定された固定部を有し、
   前記クロスメンバは、前記カバー部材にオーバラップして設けられていることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の車両の前部車体構造。

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