JP6457763B2 - 車両のアンダーフロアフレームシステム - Google Patents

Description

本発明は、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる車両のアンダーフロアフレームシステムに関する。

従来のＳｔｅｅｌ ＢＩＷ アンダーフロアフレームは、別途製作されたフロアサイド／クロスメンバー、センター／リアフロア及びサイドシル／サイドメンバーを別途溶接して製作し、連結クロスメンバーが開断面から構成されている。

この場合、センター／リアフロアの連結部が断絶され、連結構造を構成するためのメンバー数が増加し、開口部のメンバーが部分的に開断面（閉断面断絶）で構成され、フロアメンバーの連結性不足による剛性の不連続が発生し、多発的な耐久問題を発生させる。

また、サイドシル／サイドメンバー／クロスメンバーを連結するための部材数が多すぎて、側面に衝突する時、クロスメンバーの開断面の構造による過剰変形が発生する問題があった。

上記の背景技術として説明した事項は、本発明の背景に対する理解を助けるためのものであって、この技術分野における当業者に既に知られた従来技術に該当するものとして受け入れてはならない。

特表平１０−５０７９８３号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる車両のアンダーフロアフレームシステムを提供することにある。

このような目的を達成するための、本発明の車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材で成形され、四角枠状として閉じた四角状を成し、前方部がフロントバンパーメンバーで、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバーであり、後方部がリアバンパーメンバーを成すメインフレーム，炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切ってメインフレームの両側サイドメンバーの中間部を連結するセンタークロスメンバー，炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切ってメインフレームの両側サイドメンバーのフロント部を連結するフロントクロスメンバー及びサイドメンバーのリア部を連結するリアクロスメンバー，及び炭素纎維複合材で成形され、センタークロスメンバーの上方空間を通るように車両の長さ方向に延長し、フロントクロスメンバーとリアクロスメンバーを連結するセンタートンネルメンバー、を含むことを特徴とする。

センタークロスメンバーは、前方センタークロスメンバーと後方センタークロスメンバーの一対として設けられ、互いに一定距離を隔てて平行に離隔されることを特徴とする。

センタートンネルメンバーは、フロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバー側で端部が二筋に分岐し、それぞれ分岐した端部はフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーに密着して、同一の方向に延長することを特徴とする。

センタートンネルメンバーの分岐した端部は、メインフレームのサイドメンバーに連結され、サイドメンバー、センタートンネルメンバーの分岐した端部、対応するフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーの端部は三角形の空いた空間を有して相互に連結されることを特徴とする。

センタートンネルメンバーの分岐点は、対応するフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーと共に三角形の空いた空間を形成することを特徴とする。

炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長し、メインフレームのサイドメンバーに結合した追加サイドメンバー，及び炭素纎維複合材で成形され、追加サイドメンバーの外側端に結合したドアシルメンバー、をさらに含み、センタートンネルメンバーの前端部の分岐した端部は、フロントクロスメンバー、サイドメンバー、追加サイドメンバー、ドアシルメンバーと連結することを特徴とする。

センタートンネルメンバーの後端部の分岐した端部は、リアクロスメンバー、追加サイドメンバーと連結することを特徴とする。

追加サイドメンバーの前端部は延長され、サイドメンバーを媒介にしてフロントクロスメンバーと連結することを特徴とする。

炭素纎維複合材で成形され、センタートンネルメンバーから上方に分岐して延長し、端部がカウルクロスメンバーと連結する支持メンバー、をさらに含むことを特徴とする。

センタートンネルメンバーは、リアクロスメンバー側で端部が二筋に分岐し、それぞれ分岐した端部は、リアクロスメンバーに密着し、同一の方向に延長してメインフレームのサイドメンバーに連結され、サイドメンバー、センタートンネルメンバーの分岐した端部、リアクロスメンバーの端部は、三角形の空いた空間を有して互に連結されることを特徴とする。

センタートンネルメンバーは、並んで密着して延長する二筋から構成され、フロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバー側でそれぞれの筋が分岐してフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーに密着し、同一の方向に延長することを特徴とする。

上述のような構造からなる車両のアンダーフロアフレームシステムによると、炭素纎維複合材を利用するので剛性を高め、重量を低減することができる。

特に、連結部で剛性の不連続を防止することができ、一体成形によって連続的な剛性と製造上の利点が得られるようになる。

また、自由な連結性を通じて衝突時の荷重を效果的に分散できるようになる。

本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメインフレームを示した図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを下方から眺めた図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメンバーの断面を示した図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムの效果を示したグラフである。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを上方から眺めた図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを車両に適用した状態を示した図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムにおけるスプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムにおけるスプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。 本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムにおけるスプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。

以下では、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳察する。

図１は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメインフレームを示した図面、図２は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを下方から眺めた図面、図３は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメンバーの断面を示した図面であり、図４は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムの效果を示したグラフである。

本発明による車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材で成形された車両のアンダーフロアフレームシステムであって、四角枠状として相互一体に連結されるように成形されて閉じた四角状を成し、前方部がフロントバンパーメンバー１２０で、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバー１４０であり、後方部がリアバンパーメンバー１６０を成すメインフレーム１００，及びメインフレーム１００と一体に成形され、車幅方向に横切って両側サイドメンバー１４０の中間部を連結するセンタークロスメンバー２００、を含む。

本発明は、図１のように一体型のメインフレーム１００及びセンタークロスメンバー２００を構成することによって連続的な剛性を確保できるようにする。具体的には、本発明による車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材で成形された一体のメンバーを主要部とする。

メインフレーム１００は車両のアンダーフロアフレームシステムであって、四角枠状として相互一体に連結されるように成形され、閉じた四角状を成す。

基本的に炭素纎維複合体で成形されるため形状の自由度が高く、したがって、フロアを成す車体フレームの枠を四角状にする。これを通じて既存の車体構造に比べて剛性がはるかに高くなる。

四角形のメインフレーム１００は、前方部がフロントバンパーメンバー１２０で、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバー１４０であり、後方部がリアバンパーメンバー１６０を成す。

そして、センタークロスメンバー２００は、メインフレーム１００と一体に成形され、車幅方向に横切って両側サイドメンバー１４０の中間部を連結する。

図２は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを下方から眺めた図面であって、センタークロスメンバー２００は前方センタークロスメンバー２２０と後方センタークロスメンバー２４０の一対として設けられ、互いに一定距離を隔てて平行に離隔される。

そして、フロントクロスメンバー４００とリアクロスメンバー５００が追加される。これらも炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切るように形成されて、それぞれメインフレーム１００の両側フロントサイドメンバー部１４２を連結し、メインフレーム１００の両側リアサイドメンバー部１４６を連結する。

そして、さらに炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長するように形成され、フロントクロスメンバー４００とリアクロスメンバー５００を連結するセンタートンネルメンバー３００がさらに追加される。

総合的に見ると、センタートンネルメンバー３００は、フロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００側で端部が二筋に分岐し、それぞれ分岐した端部３２０、３４０はフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００に密着して同一の方向に延長される。

そして、センタートンネルメンバー３００の分岐した端部はメインフレーム１００のサイドメンバー１４０に連結され、サイドメンバー１４０、センタートンネルメンバー３００の分岐した端部３２０、３４０、対応するフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００の端部は三角形の空いた空間Ａを有して相互に連結される。このような三角形の空間を持ち、それぞれのメンバーが三角形の辺を成すようにすることによって、接合部における剛性が大きく増大する。

また、センタートンネルメンバー３００の分岐点は、対応するフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００と共に三角形の空いた空間Ｂを形成し、これも剛性が増大する構造である。

具体的には、センタートンネルメンバー３００はリアクロスメンバー５００側で端部が二筋に分岐し、それぞれの分岐した端部３２０、３４０はリアクロスメンバー５００に密着し、同一の方向に延長してメインフレーム１００のサイドメンバー１４０に連結され、サイドメンバー１４０、センタートンネルメンバー３００の分岐した端部、リアクロスメンバー５００の端部は三角形の空いた空間Ａを有して相互に連結される。

特に、図示したように、センタートンネルメンバー３００は並んで密着して延長する二筋から構成され、フロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００側でそれぞれの筋が分岐してフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００に密着し、同一の方向に延長する。これを通じて、センタークロスメンバー２００が分岐する構造ではなく、連続的な構造に形成されて剛性を高められる。

一方、図２のように、センタートンネルメンバー３００はセンタークロスメンバー２００の下方空間を通るように延長される。

そして、上記それぞれのメンバーは炭素纎維複合材で成形され、図３のように四角の枠を形成する外被層１０、外被層１０に規定された内部空間を格子型に分ける内部隔壁３０、区画された内部空間を満たす炭素纎維複合材である充填材５０から構成される。

図４は、図２のＣ部分に対する剛性評価結果であって、本発明の場合、従来のスチール材フレームの場合よりメンバー間の連結部位で連続的な閉断面構造を実現できるので、剛性の変化が連続的であることが分かる。

また、図５のように、車両の外側では追加サイドメンバー６００とドアシルメンバー７００が設けられる。これらメンバーもまた炭素纎維複合材で成形される。具体的には、追加サイドメンバー６００は車両の長さ方向に延長され、メインフレーム１００のサイドメンバー１４０に結合される。そして、ドアシルメンバー７００は炭素纎維複合材で成形され、追加サイドメンバー６００の外側端に結合される。

ここで、センタートンネルメンバー３００の前端部の分岐した端部３０１は、フロントクロスメンバー４００、サイドメンバー１４０、追加サイドメンバー６００、ドアシルメンバー７００と連結される。そして、センタートンネルメンバー３００の後端部の分岐した端部は、リアクロスメンバー５００、追加サイドメンバー６００と連結される。このような構造を通じて車両全体のねじり剛性を増大することができる。

一方、追加サイドメンバー６００の前端部は、延長してサイドメンバー１４０を介してフロントクロスメンバー４００と連結される。そして、炭素纎維複合材で成形され、センタートンネルメンバー３００で上方に分岐して延長し、端部がカウルクロスメンバー（ＣＣ）と連結した支持メンバー３６０をさらに含む。支持メンバー３６０を通じて車両全体のねじり剛性が更に上昇する。すなわち、センタートンネルメンバー３００がセンタークロスメンバー２００の上方を通るように構成される幾分独特な形を取ることにより、センタートンネルメンバー３００とカウルクロスメンバー（ＣＣ）を支持メンバー３６０を連結することが可能となり、これを通じて追加的に剛性が増大する效果を得られる。

下記の表は、このようなセンタートンネルメンバー３００が存在する場合とそうでない場合の剛性対比を示したものである。

上記のような解析結果を見ると、センタートンネルメンバー３００を本発明のように分岐して他のメンバーと構造用接着剤などを使って接着及び連結することによって、ねじり静剛性を３．４％向上させ、ＢＩＷ重量で割った非剛性を２．４％改善したことを確認できる。

本発明のセンタートンネルメンバーは炭素纎維複合材であって、内装材として使えるほどの表面特性が優秀であり、構造剛性がＳｔｅｅｌ素材に比べて同等以上の水準である。また、成形性が優れていてＳｔｅｅｌ ＢＩＷで適用し難い構造設計が可能である。

このようなセンタートンネルメンバーを活用して、内装材としての外観品質を維持しながら車体構造の剛性を向上できるセンターコンソール構造を設計することができる。これによりセンタートンネルであると同時にセンターコンソールになるメンバーは、アンダーフロアに位置した他のメンバーと接合してねじり剛性を増大させ、既存センタートンネルメンバーに比べてフロアの上端に位置するので、曲げモーメント慣性が増大して曲げ剛性を向上することができる。したがって、剛性増大のためのスチール部品を追加したり、または厚さを増加せずとも車体剛性を確保すると同時に車体を軽量化できる。

図７ないし９は、本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムにおいて、スプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。

本発明による車両のアンダーフロアフレームシステムは、図示したように、上述の追加サイドメンバー６００の後端部がメインフレーム１００のリアバンパーメンバー１４６に沿って延長され、炭素纎維複合材で成形された追加リアメンバー６２０を形成することができる。

すなわち、追加サイドメンバー６００は、各サイドメンバー１４０に対応するように一対として設けられるが、各追加サイドメンバー６００の後端部は、炭素纎維複合材で成形された追加リアメンバー６２０を通じて連結したり、または追加リアメンバー６２０は追加サイドメンバー６００と一体に成形することができる。図示した実施例の場合は、一体に成形された場合を表す。

そして、追加サイドメンバー６００はサイドメンバー１４０の外側端に連結することができる。また、追加リアメンバー６２０は、リアバンパーメンバー１４６の下端に沿って密着して連結することができる。すなわち、サイドメンバー１４０とリアバンパーメンバー１４６は、高さの差を持つように折り曲げられて連結され、その高さの差によって追加サイドメンバー６００はサイドメンバー１４０の外側端に同一の高さで連結されて側方衝突に対する剛性を確保し、追加リアメンバー６２０はリアバンパーメンバー１４６の下端に連結されて後方衝突に対する剛性を確保する。

そして、追加リアメンバー６２０の下端には、後輪サスペンションスプリングが安着されるスプリングシート（ＳＳ）が結合される。具体的には、追加リアメンバー６２０とリアバンパーメンバー１４６の結合点で、追加リアメンバー６２０の下端に後輪サスペンションスプリングが安着されるスプリングシート（ＳＳ）が結合される。

スプリングシート（ＳＳ）に対応するリアバンパーメンバー１４６の上端には、炭素纎維複合材で成形されたピラーメンバー（ＢＢ）の下端が連結されると同時にバンパーメインメンバー（ＢＵ）が連結される。

このような構造を通じて後方衝突経路を安定的に形成することができ、図８のように最小５個の荷重伝達経路が形成されることによって従来の車体構造では見られなかった荷重分散が成される。さらに、そのような荷重は溶接などを通じて中間に切断される経路を持つことなく、面接着による伝達経路を成すことにより、荷重が效果的に各メンバーに伝達される。

これにより、炭素纎維複合材の自由な成形性に基づいて、後方衝突に效率的なフロアメンバーの一体化連結構造を成すことができ、車両のローリングが抑制され、バンプ時にスプリングシートに伝わる衝撃が效果的に分散され剛性が確保される。また、後方衝突時、荷重を多重分散する、メンバーの閉断面及び一体化構造によって、強度を向上させる效率的な構造を成す。また、リア側のメンバーを二重メンバー接合構造で成形することによって、スプリングシート部が補強され、ねじり剛性及びフロア剛性を向上することができる。また、従来のように、この部分に適用される追加的な補強材による腐食問題が解決され耐久性能の向上に役立つ。

上述のような構造からなる車両のアンダーフロアフレームシステムによると、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる。

特に、連結部において剛性の不連続を防止することができ、一体成形によって連続的な剛性及び製造上の利点が得られる。

また、自由な連結性を通じて、衝突時、荷重を效果的に分散することができる。

本発明は、特定の実施例に関して図示して説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない限度内で、本発明を多様に改良及び変更をできるということは、当業界における当業者において自明なことである。

本発明は、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる車両のアンダーフロアフレームシステムの分野に適用できる。

１００ メインフレーム
２００ センタークロスメンバー
３００ センタートンネルメンバー
４００ フロントクロスメンバー
５００ リアクロスメンバー

Claims (11)

1. 炭素纎維複合材で成形され、四角枠状として閉じた四角状を成し、前方部がフロントバンパーメンバーで、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバーであり、後方部がリアバンパーメンバーを成すメインフレーム、
   炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切ってメインフレームの両側サイドメンバーの中間部を連結するセンタークロスメンバー、
   炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切ってメインフレームの両側サイドメンバーのフロント部を連結するフロントクロスメンバー及びサイドメンバーのリア部を連結するリアクロスメンバー、及び
   炭素纎維複合材で成形され、センタークロスメンバーの上方空間を通るように車両の長さ方向に延長し、フロントクロスメンバーとリアクロスメンバーを連結するセンタートンネルメンバー、を含む車両のアンダーフロアフレームシステム。
2. センタークロスメンバーは、前方センタークロスメンバーと後方センタークロスメンバーの一対として設けられ、互いに一定距離を隔てて平行に離隔されることを特徴とする請求項１に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
3. センタートンネルメンバーは、フロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバー側で端部が二筋に分岐し、それぞれ分岐した端部はフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーに密着して、同一の方向に延長することを特徴とする請求項１に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
4. センタートンネルメンバーの分岐した端部は、メインフレームのサイドメンバーに連結され、サイドメンバー、センタートンネルメンバーの分岐した端部、対応するフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーの端部は三角形の空いた空間を有して相互に連結されることを特徴とする請求項３に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
5. センタートンネルメンバーの分岐点は、対応するフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーと共に三角形の空いた空間を形成することを特徴とする請求項３に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
6. 炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長し、メインフレームのサイドメンバーに結合した追加サイドメンバー、
   及び、炭素纎維複合材で成形され、追加サイドメンバーの外側端に結合したドアシルメンバー、をさらに含み、
   センタートンネルメンバーの前端部の分岐した端部は、フロントクロスメンバー、サイドメンバー、追加サイドメンバー、ドアシルメンバーと連結することを特徴とする請求項３に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
7. センタートンネルメンバーの後端部の分岐した端部は、リアクロスメンバー、追加サイドメンバーと連結することを特徴とする請求項６に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
8. 炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長し、メインフレームのサイドメンバーに結合した追加サイドメンバーをさらに含み、
   前記追加サイドメンバーの前端部は延長され、サイドメンバーを媒介にしてフロントクロスメンバーと連結することを特徴とする請求項３に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
9. 炭素纎維複合材で成形され、センタートンネルメンバーから上方に分岐して延長し、端部がカウルクロスメンバーと連結する支持メンバー、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
10. センタートンネルメンバーは、リアクロスメンバー側で端部が二筋に分岐し、それぞれ分岐した端部は、リアクロスメンバーに密着し、同一の方向に延長してメインフレームのサイドメンバーに連結され、サイドメンバー、センタートンネルメンバーの分岐した端部、リアクロスメンバーの端部は、三角形の空いた空間を有して互に連結されることを特徴とする請求項１に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
11. センタートンネルメンバーは、並んで密着して延長する二筋から構成され、フロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバー側でそれぞれの筋が分岐してフロントクロスメンバーまたはリアクロスメンバーに密着し、同一の方向に延長することを特徴とする請求項１に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。

Images