JP6579307B2 - 車体骨格構造 - Google Patents

Description

本発明は、車室部を支える車体骨格構造に関する。

自動車（車両）は、乗員の居る車室部のフロア（下部）が車体骨格構造で支えられる。
多くの車室部は、フロアのフロント側にフロントシートが配置され、フロアのリヤ側にリヤシートが配置されるため、車体骨格構造は、特許文献１や特許文献２に開示されているように車室部の下部両側（車幅方向）に、車体前後方向に延びる一対のサイドメンバ部材を配置し、これらサイドメンバ部材、さらにサイドメンバ部材の車幅方向外側に配置されているサイドシル間に渡り、フロントシートやリヤシートの下部を通るクロスメンバを設けた格子形の構造が用いられる。

ところで、乗員の居る車室部は、衝突安全性の面から、衝突荷重に耐える剛性強度が求められる。
ところが、単純に格子形にしただけの車体骨格構造は、車両の前突、すなわち車両の前部端に衝突荷重が加わる衝突の場合、衝突荷重が車幅方向両側のサイドメンバ部材に集中して入力されるため、車体骨格構造の各部が衝突荷重に耐えきれずに歪んでしまうことがある。

また格子形の車体骨格構造は、車両の側突、特に車体側部に衝突荷重が局所的に加わる場合、一部材であるクロスメンバに衝突荷重が集中して入力されやすく、車体骨格構造が歪んでしまうことがある。

特開２０１３− ６３７５８号公報 特開２０１３−１０７５８３号公報

そこで、衝突時の車体骨格構造の変形を抑えるため、衝突荷重を受けやすいサイドメンバ部材やクロスメンバの厚みや断面積を増やしたり、補強部材を設けたりするといった個々の部材の剛性を高める補強対策が講じられている。
しかし、衝突荷重は過大になる傾向があるため、単純に個々の部材を補強する対策だけでは、十分に対応できず、車室部の変形は抑えられ難い。

そこで、本発明の目的は、衝突荷重の分散、耐力の向上により、乗員の居る車室部の変形が抑えられる車体骨格構造を提供する。

本発明の態様は、フロントシートの後側にリヤシートが配置され、前記フロントシートとリヤシートの間に上下方向に延びるセンタピラー部が配置される車室部を有する車体骨格構造であって、車室部の下部の車幅方向両側の最外側で車体前後方向に沿って延設され、センタピラー部の下端部が結合される一対のサイドシルと、各サイドシルの内側でそれぞれ車体前部から車体後部にかけて車体前後方向に沿って延設された一対のサイドメンバ部材とを備え、サイドメンバ部材は、車室部の前端から車幅方向外側斜め後方に延びてサイドシルのセンタピラー部が結合される部位に連結された後、車幅方向内側斜め後方へ延設されるよう構成されるものとした。

本発明によれば、車両の前突に伴う衝突荷重は、サイドメンバ部材からサイドシルのセンタピラー部の結合される部位へ分散してサイドシルの後方へ伝わる。つまり、衝突荷重の負担は、サイドメンバ部材の一部材だけでなくサイドシルでも行われる。これにより、サイドメンバ部材の負担は軽減される。しかも、サイドメンバ部材が連結された部分は、センタピラー部との結合で高い剛性強度が確保される部位のため、サイドシルの車幅方向外側への変形がセンタピラー部によって抑えられる。また車両の側突に伴う衝突荷重も、サイドシルからサイドメンバ部材を伝って車両前方側と後方側へ分散されるため、サイドシルおよびサイドメンバ部材の一部に衝突荷重が集中することを抑制でき、負担は軽減される。

したがって、衝突荷重の分散、耐力を向上する構造により、フロントシート周辺やリヤシート周辺である乗員の足元を置く領域の変形は抑えられ、乗員の居る車室部の変形を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る車体骨格構造を概略的に示す斜視図。 図１中のＡ-Ａ線に沿う断面図。 図１中の矢視Ｂから見た下面図。 （ａ）は車両の前突時における衝突荷重の伝わりを説明する模式図、（ｂ）は同衝突荷重が分散される挙動を説明する線図。 車両の側突時における衝突荷重の伝わりを説明する模式図。

以下、本発明を図１から図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は本発明の要部となる乗用車など車両の車体骨格構造１aを示し、図２は同車体骨格構造１aの断面図（図１中のＡ−Ａ線）、図３は同車体骨格構造１aの下面図（図１中の矢視Ｂ方向）を示している。
上記車体骨格構造１aは、乗員の居る車室部１の下部を支える下部骨格部１５を有して構成される。

車室部１は、図１〜図３中の二点鎖線に示されるように下部にフロア３を有し、同フロア３の車幅方向中央にバックボーン部５（例えばフロアトンネルでなる）を有する。そして、この車両前後方向に延びるバックボーン部５を挟んだ両側のフロア部分（フロント側）には、一対のフロントシート７（いずれもシートクッション９ａ，シートバック９ｂを有して構成）が配置され、同フロントシート７の後側には、リヤシート１１（ベンチシートタイプ：シートクッション１１ａの一部しか図示せず）が配置される。また車室部１の車幅方向両側には、フロントシート７とリヤシート１１間に位置して上下方向に延びるセンタピラー部１８（図２に片側が図示）が配置される。

下部骨格部１５は、図１〜図３に示されるように車室部１の車幅方向両側の最外側に配置された一対のサイドシル１７と、サイドシル１７の車幅方向内側に配置されて、車室部１のフロア３下方を通る一対のサイドメンバ部材１９と、サイドメンバ部材１９間に配置される複数のクロスメンバ３６とを有している。ちなみにサイドシル１７、サイドメンバ部材１９は、いずれも車体前後方向に沿って延びる閉断面を構成し、クロスメンバ３６は車幅方向に延びる閉断面を構成している。そして、各サイドシル１７の中間部分、具体的には各サイドシル１７のフロントシート７とリヤシート１１との間の部分には、センタピラー部１８（図２、３に二点鎖線で図示）の基端部（下端部）が結合される。このセンタピラー部１８の基端部（下端部）の結合により、同サイドシル１７の中間部分は、他の部分より格段に高い剛性強度を有する部位となる。

サイドメンバ部材１９の前部は、キックアップ部２１（図２）を介して車体前部まで延びている。またサイドメンバ部材１９の後部は、キックアップ部２３（図２）を介して車体後部まで延びている。
そして、この下部骨格部１５は、前突（車体前部に衝突荷重が加わる衝突）や側突（車体側部に衝突荷重が加わる衝突）の衝突荷重から、車室部１が耐えられるように構造が工夫されている。

以下に詳細な構造について説明する。
図１および図３に示されるようにサイドメンバ部材１９は、車室部１のセンタピラー部１８より前側で車両後方に向かうにしたがって車幅方向外側へ延在する前方傾斜部３７と、前方傾斜部３７に続いてセンタピラー部１８より後側で車両後方に向かうにしたがって車幅方向内側へ延在する後方傾斜部４１とを有して構成される。

具体的には、前方傾斜部３７は、車室部１の前端となる例えばダッシュパネル１ｂ（車室部内外を仕切るパネル部材）の直下の位置から、フロントシート７の下方を通ってサイドシル１７のセンタピラー部１８が結合される部位の側部まで斜め外側方向に直線状に延びている。そして、前方傾斜部３７の後部が、サイドシル１７のセンタピラー部１８と結合される部位の側部に、溶接などにより結合されている。図１および図２中の符号３７ａはその固定した結合部を示している。

一方、後方傾斜部４１は、前方傾斜部３７の後部から連続して斜め内側方向（車幅方向）へ曲成されて、リヤシート１１下の位置まで直線状に延びている。
つまり、サイドメンバ部材１９は、車室部１の下方において、車室部１の前部から車幅方向外側斜め後方へ延びてサイドシル１７のセンタピラー部１８が結合される部位に結合された後、車幅方向内側斜め後方へ延びるよう構成されている。

こうしたフロントシート７、リヤシート１１下に斜めに配置されるサイドメンバ部材１９により、前突の衝突荷重（車体前部から加わる荷重）がサイドシル１７へ分散されるようにしている。しかも、剛性強度が高くなるサイドシル１７のセンタピラー部１８との結合部位に連結することで、前突に伴うサイドシル１７の変形を抑えるとともに、衝突荷重をセンタピラー部１８側にも分散するようにしている。また側突の衝突荷重（車体側部から加わる荷重）に対しても、前方傾斜部３７や後方傾斜部４１へ衝突荷重が分散され、サイドシル１７の車室部１内側への変形が抑えられるようにしている。

また、これら一対のサイドメンバ部材１９の間には、複数のクロスメンバ３６として、本実施形態では少なくとも３箇所にクロスメンバ３６が掛け渡されている。
具体的には、図１および図３に示されるようにサイドメンバ部材１９がサイドシル１７に連結される前方傾斜部３７と後方傾斜部４１との境界部の間、すなわちサイドメンバ部材１９とサイドシル１７とが結合される部位の間には、クロスメンバ３６の一つであるセンタクロスメンバ３６ａが車幅方向に沿って掛け渡される。センタクロスメンバ３６ａの各端部は、それぞれ境界部に連結され、前方傾斜部３７および後方傾斜部４１に車幅方向に対する耐力を与えている。つまり、前方傾斜部３７の後部間に掛け渡されるセンタクロスメンバ３６ａによって、前方傾斜部３７から伝わる前突の衝突荷重や、サイドシル１７から伝わる側突の衝突荷重に対して有効な剛性強度を与えている。なお、本実施形態では、センタクロスメンバ３６ａは、フロントシート７の直後に配置されている。

また図１および図３に示されるようにダッシュパネル１ｂ（車室部１の前部端に相当）の下側に配置される前方傾斜部３７前部の間には、クロスメンバ３６の一つであるフロントクロスメンバ３６ｂが車幅方向に沿って掛け渡され、後方傾斜部４１後部のリヤシート１１下に配置される部位の間にも、同様にクロスメンバ３６の一つであるリヤクロスメンバ３６ｃが車幅方向に沿って掛け渡されている。つまり、車室部１の車体前後方向中間部にセンタクロスメンバ３６ａが配置され、センタクロスメンバ３６ａより前方の車室部１の前端部にフロントクロスメンバ３６ｂが配置され、センタクロスメンバ３６ａより後方のリヤシート１１の下方にリヤクロスメンバ３６ｃが配置されている。

そして、サイドメンバ部材１９（前方傾斜部３７および後方傾斜部４１）と、車室部１前部に配置されるフロントクロスメンバ３６ｂと、車室部１後部に配置されるリヤクロスメンバ３６ｃとで、センタクロスメンバ３６ａの周りに六角形を形成している。つまり、言い換えると、一対のサイドシル１７の間に、フロントクロスメンバ３６ｂ、サイドメンバ部材１９の前方傾斜部３７、後方傾斜部４１およびリヤクロスメンバ３６ｃをそれぞれ辺とした六角形状（図３中の一点鎖線）の枠部４５を形成し、この枠部４５がサイドシル１７と結合される部分（センタピラー１８間）をセンタクロスメンバ３６ａで内側から補強した構造としている。これにより、フロア下部（車室部１の下部）の全体に、衝突荷重を効率よく分散して受けることができる、優れた耐力を有するフレーム組部を構成している。

また、本実施形態では、図１および図３に示されるように各前方傾斜部３７の前部と各サイドシル１７の前部との間を、例えばフレーム形のフロントガセット４７で連結した構造、各後方傾斜部４１の後部と各サイドシル１７の後部との間を例えばフレーム形のリヤガセット４９で連結した構造が用いられている。具体的にはフロントガセット４７は、フロントクロスメンバ３６ｂの延長線上に沿って、前方傾斜部３７とサイドシル１７との間に配置されて固定され、リヤガセット４９は、リヤクロスメンバ３６ｃの延長線上に沿って、後方傾斜部４１とサイドシル１７との間に配置されて固定されている。そして、図４（ａ）にも示されるようにサイドメンバ部材１９とサイドシル１７との間に、フロントガセット４７、前方傾斜部３７、サイドシル１７の前側部分（センタクロスメンバ３６ａが結合される位置までの前部分）とで囲まれるフロント側の三角形状部５１ａと、リヤガセット４９、後方傾斜部４１、サイドシル１７の後側部分（サイドシル１７後部までの後部分）とで囲まれるリヤ側の三角形状部５１ｂとを構成している。つまり、六角形状の枠部４５の車幅方向両側に、それぞれ剛性強度に優れる２つのトラス構造を構築し、枠部４５を外側から補強することで、車室部１のフロア３下部に、より一層高い耐力をもたらしている。そして、車室部１のフロア３下部を、六角形状の枠部４５と４つのトラス構造とセンタクロスメンバ３６ａとによって補強することで、枠部４５の変形、すなわち車室部１の変形を抑制した構造としている。

図４(ａ), （ｂ）および図５には、様々な衝突における衝突荷重の伝達状態が示されている。図４(ａ) の模式図は、衝突荷重の伝わり方を示し、図４(ｂ) の線図は、そのときのサイドメンバ部材１９、サイドシル１７に作用する衝突荷重の変化具合を示している。
つぎに、図１〜図５を参照して本実施形態の車体骨格構造１aの衝突時おける衝突荷重の伝達状態とその作用効果について説明する。

図１および図３のように例えば車体前方から衝突荷重Ｆ１がサイドメンバ部材１９へ加わる場合、衝突荷重Ｆ１は、図４(ａ)中の矢印に示されるように車体前方から前方傾斜部３７へ伝わる。ここで、前方傾斜部３７は、斜め外側方向に傾斜した姿勢で、サイドシル１７のセンタピラー部１８が結合された部分に連結されているので、図４(ａ)中の各矢印に示されるように前方傾斜部３７とサイドシル１７との結合部３７aから、サイドシル１７へ分散され、サイドメンバ部材１９の後方傾斜部４１へ伝達される衝突荷重は減少される。

衝突荷重の変化を見ると、図４（ｂ）に示されるようにサイドメンバ部材１９に加わる衝突荷重は荷重分散により減少され、サイドメンバ部材１９の負担が軽減される。
ここで、サイドシル１７に分散された衝突荷重は、サイドシル１７の長手方向に沿って車両後方に伝達されると同時に車幅方向外側に向かって作用する。そのため、サイドシル１７には、車幅方向外側へ変形させようとする力が働くが、前方傾斜部３７の後部は、最も高い剛性強度をもたらす、センタピラー部１８の基端部（下端部）が結合された部分に固定されている上、センタクロスメンバ３６ａで支持されているので、図４（ｂ）に示されるように前方傾斜部３７から伝わる衝突荷重は、センタピラー部１８およびセンタクロスメンバ３６ａがもたらす剛性強度で受け止められる。つまり、サイドシル１７やサイドメンバ部材１９の車幅方向外側への変形は抑えられる。

しかも、それだけでなくセンタクロスメンバ３６ａの周りに形成される六角形状の構造物（六角形の枠部４５）がもたらす剛性強度や、同六角形状の構造物の変形をトラス構造の剛性強度で抑え込む構造により、一対のサイドシル１７間に安定した高い剛性強度を確保しているので、サイドシル１７やサイドメンバ部材１９の変形を確実に抑えることができる。

それ故、前突時にフロントシート７およびリヤシート１１下を通るサイドメンバ部材１９や各部材の変形を抑えることができ、車室部１の変形を抑制することが可能となる。
同作用効果は、図３および図４（ａ）に示されるようにオフセット前突、例えば車体前方片側から衝突荷重Ｆ３が片方のサイドレール部材１９に加わる場合についても同様である。

次に、図１および図５のように側突、例えば衝突荷重Ｆ２が車体側部であるサイドシル１７の中間部へ局所的に加わる場合について説明する。
図５中の矢印に示されるように加わる衝撃荷重Ｆ２は、サイドシル１７とセンタピラー部１８とサイドメンバ部材１９との三者が結合される結合部３７aから、前方傾斜部３７や後方傾斜部４１やセンタクロスメンバ３６ａへそれぞれ分散される。前方傾斜部３７に分散された衝突荷重は、前方傾斜部３７から車両前方側へ伝達されるとともにフロントクロスメンバ３６ｂに伝達される。一方、後方傾斜部４１へ分散された衝突荷重は、後方傾斜部４１から車両後方側へ伝達されるとともにリヤクロスメンバ３６ｃに伝達される。つまり、側突に伴う衝突荷重Ｆ２は、サイドシル１７やセンタクロスメンバ３６ａといった特定の部材に集中せずに、サイドメンバ部材１９を介して前後のクロスメンバ３６ｂ、３６ｃへ分散されるため、サイドシル１７およびセンタクロスメンバ３６ａの負担は軽減される。しかも、センタピラー部１８との結合がもたらすサイドシル１７の高い剛性強度や、センタクロスメンバ３６ａの周りに形成される六角形状の構造物（六角形の枠部４５）がもたらす剛性強度や、同六角形状の構造物周りのトラス構造がもたらす剛性強度により、前突時と同様、サイドメンバ部材１９や各部材（フロントシート７およびリヤシート１１下を通る部材）の変形を抑えることができる。

以上、説明したように本発明の車体骨格構造１ａによれば、衝突荷重を効率よく分散するとともに、剛性を確保して耐力を向上できる構造とすることができる。
したがって、前突や側突時などにおいて、フロントシート７周辺やリヤシート１１周辺の乗員の足元を置く領域の変形を抑え、乗員の居る車室部１の変形を確実に抑えることができる。

なお、上述した一実施形態における各構成およびその組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であることはいうまでもない。また本発明は、一実施形態によって限定されることはなく、「特許請求の範囲」によってのみ限定されることはいうまでもない。

１ 車室部
７ フロントシート
１１ リヤシート
１５ 下部骨格部
１７ サイドシル
１８ センタピラー部
１９ サイドメンバ部材
３６a センタクロスメンバ
３６ｂ フロントクロスメンバ
３６ｃ リヤクロスメンバ
３７ 前方傾斜部
４１ 後方傾斜部
４７ フロントガセット
４９ リヤガセット

Claims (5)

1. フロントシートの後側にリヤシートが配置され、前記フロントシートと前記リヤシートの間に上下方向に延びるセンタピラー部が配置される車室部を有する車体骨格構造であって、
   前記車室部の下部の車幅方向両側の最外側で車体前後方向に沿って延設され、前記センタピラー部の下端部が結合される一対のサイドシルと、
   前記各サイドシルの内側でそれぞれ車体前部から車体後部にかけて車体前後方向に沿って延設された一対のサイドメンバ部材と、を備え、
   前記サイドメンバ部材は、前記車室部の前端から車幅方向外側斜め後方に延びて前記サイドシルの前記センタピラー部が結合される部位に連結された後、車幅方向内側斜め後方へ延設されるよう構成される
   ことを特徴とする車体骨格構造。
2. 車幅方向に延設され、前記サイドメンバ部材の前記サイドシルとの結合部間を連結するように掛け渡されたセンタクロスメンバを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の車体骨格構造。
3. 前記センタクロスメンバより前方で車幅方向に延設され、前記サイドメンバ部材間に掛け渡されたフロントクロスメンバと、
   前記センタクロスメンバより後方で車幅方向に延設され、前記サイドメンバ部材間に掛け渡されたリヤクロスメンバと、を備え、
   前記車室部の下部に前記一対のサイドメンバ部材と前記フロントクロスメンバと前記リヤクロスメンバとで六角形状の枠部を構成した
   ことを特徴とする請求項２に記載の車体骨格構造。
4. 前記フロントクロスメンバが前記車室部の前端に配置され、前記リヤクロスメンバが前記リヤシートの下方に配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の車体骨格構造。
5. 前記サイドメンバ部材の前部と前記サイドシルの前部との間を連結するフロントガセットと、
   前記サイドメンバ部材の後部と前記サイドシルの後部との間を連結するリヤガセットとを有し、
   前記フロントガセットは、前記フロントクロスメンバの延長線上の位置に配置され、前記リヤガセットは、前記リヤクロスメンバの延長線上の位置に配置される
   ことを特徴する請求項３または請求項４に記載の車体骨格構造。

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