JP6589918B2

JP6589918B2 - 車両骨格部材

Info

Publication number: JP6589918B2
Application number: JP2017056535A
Authority: JP
Inventors: 光希池田; 俊助金谷; 靖典澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: DE102018106310A1; CN108674489B; DE102018106310B4; US10486744B2; US20180273096A1; JP2018158639A; CN108674489A

Description

本発明は、車両骨格部材に関する。

閉断面構造の車両骨格部材として、ハット型断面とされた２つのパネルのフランジ部同士をスポット溶接した車両骨格部材が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５−０８９７２１号公報

ハット型断面とされた２枚のパネルのフランジ部同士をスポット溶接した車両骨格部材では、フランジ部によって曲げ剛性が向上し、衝突時における側面部の面外変形が抑制される。
しかしながら、２枚のパネルのフランジ部同士をスポット溶接するためには、スポット溶接部周辺に打点しろが必要である。このため、フランジ部には所定の大きさが必要となり、車両骨格部材の質量効率(最大曲げ荷重／質量）が低下する。

本発明は上記事実を考慮し、曲げ剛性を確保しつつ、質量効率を向上させた車両骨格部材を提供することを課題とする。

本発明の第１態様の車両骨格部材は、車両外側に位置し、車両内側が開口された断面Ｕ字状のアウタパネル部と、車両内側に位置し、車両外側が開口された断面Ｕ字状とされ、開口両端が前記アウタパネル部の開口両端にそれぞれ突き合わされて接合され、前記アウタパネル部と共に閉断面を構成するインナパネル部と、前記アウタパネル部と前記インナパネル部の片方又は両方の突き合せ接合部分に形成され、前記閉断面の外側へ向けて突出するビード部と、を有する。

第１態様の車両骨格部材では、インナパネル部の開口両端とアウタパネル部の開口両端とがそれぞれ突き合わされて接合されていることから、例えば、アウタパネル部に形成したフランジ部とインナパネル部に形成したフランジ部とをスポット溶接で接合する態様と比べて、接合用の部分であって最大曲げ荷重の向上に寄与しない部分を有さないため、質量効率が向上する。
また、車両骨格部材では、アウタパネル部とインナパネル部の片方又は両方の突き合せ接合部分にビード部が形成されていることから、例えば、アウタパネル部とインナパネル部の突き合せ接合部分にビード部が形成されない構成と比べて、断面係数が高くなるため、曲げ剛性を確保できる。

本発明の第２態様の車両骨格部材は、第１態様の車両骨格部材において、前前記アウタパネル部の開口端と前記インナパネル部の開口端は、前記ビード部の頂部にそれぞれ位置する。

第２態様の車両骨格部材では、アウタパネル部の開口端とインナパネル部の開口端がビード部の頂部にそれぞれ位置している。すなわち、アウタパネル部の開口端側に頂部を境界にして分割されたビード部の一方が形成され、インナパネル部の開口端側に分割されたビード部の他方が形成されている。このため、上記車両骨格部材では、例えば、ビード部の壁部や根元部で該ビード部が分割される態様と比べて、アウタパネル部とインナパネル部のプレス成形を容易に行うことができる。

本発明の第３態様の車両骨格部材は、第１態様又は第２態様の車両骨格部材において、前記ビード部の頂部は、前記閉断面において車両内外方向の中央又は該中央よりも車両外側に位置している。

第３態様の車両骨格部材では、アウタパネル部とインナパネル部によって構成される閉断面において、ビード部の頂部を車両内外方向の中央又は該中央よりも車両外側に位置させていることから、例えば、ビード部の頂部を上記中央よりも車両内側に位置させる態様と比べて、車両外側から内側への入力（例えば、衝突荷重）に対する曲げ剛性（最大曲げ荷重）が向上する。すなわち、上記車両骨格部材では、車両内外方向の中央部分又は車両内外方向の中央よりも車両外側に位置する部分の剛性がビード部により向上しているため、車両外側から内側への入力に対して、面外変形を抑制することができる。なお、ここでいう最大曲げ荷重とは、車両骨格部材に塑性変形が生じる最大の曲げ荷重（限界曲げ荷重）を指す。

本発明は、曲げ剛性を確保しつつ、質量効率を向上させた車両骨格部材を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両骨格部材の断面図である。本発明の第２実施形態に係る車両骨格部材の断面図である。比較例１の車両骨格部材の断面図である。比較例２の車両骨格部材の断面図である。静的４点曲げ試験の概要を示す側面図である。実験に用いた各車両骨格部材の質量効率に関するグラフである。（Ａ）実施例２の車両骨格部材の変形状態を示す断面図である。（Ｂ）比較例２の車両骨格部材の変形状態を示す断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る車両骨格部材について説明する。

［車両骨格部材］
図１に示されるように、本実施形態の車両骨格部材２０は、金属製の長尺部材であり、車両のフレームを構成する部材である。例えば、センタピラー（Ｂピラー）、ダッシュクロスメンバ、フロントバンパリインフォースメント、リアクロスメンバー、リアバンパリインフォースメントに用いてもよい。なお、車両骨格部材２０は、車両の上記フレーム構成部材以外の部材として用いてもよい。

車両骨格部材２０は、アウタパネル部２２と、インナパネル部２４と、ビード部２６とを有している。図１では、車両に備えられた車両骨格部材２０から見て、車両外側（衝突荷重入力側）を矢印ＯＵＴで示し、車両内側を矢印ＩＮで示している。なお、車両骨格部材２０を例えばセンタピラーとした場合、センタピラーの車両外側は、車両幅方向外側である。また、車両骨格部材２０を例えばフロントバンパリインフォースメントとした場合、フロントバンパリインフォースメントの車両外側は、車両前方である。

（アウタパネル部）
アウタパネル部２２は、車両骨格部材２０の車両外側に位置しており、車両内側が開口された断面Ｕ字状とされている。具体的には、アウタパネル部２２は、平板部２２Ａと、平板部２２Ａの両端部から車両内側へ向けてそれぞれ延びる側板部２２Ｂと、を有している。このアウタパネル部２２は、金属板（本実施形態では、高張力鋼板）をプレス成形したものであり、平板部２２Ａと側板部２２Ｂとの境界に曲げ部２２Ｃが形成されている。

（インナパネル部）
インナパネル部２４は、車両骨格部材２０の車両内側に位置しており、車両外側が開口された断面Ｕ字状とされている。具体的には、インナパネル部２４は、平板部２４Ａと、平板部２４Ａの両端部から車両外側へ向けてそれぞれ延びる側板部２４Ｂと、を有している。このインナパネル部２４は、金属板（本実施形態では、高張力鋼板）をプレス成形したものであり、平板部２４Ａと側板部２４Ｂとの境界に曲げ部２４Ｃが形成されている。

また、アウタパネル部２２の開口両端２２Ｄとインナパネル部２４の開口両端２４Ｄがそれぞれ突き合わされて接合（本実施形態では、レーザー溶接）されている。この突き合せ接合により、アウタパネル部２２とインナパネル部２４とによって閉断面が構成されている。すなわち、車両骨格部材２０が閉断面構造とされている。
なお、アウタパネル部２２の開口端２２Ｄは、側板部２２Ｂの端（車両内側の端）を指し、インナパネル部２４の開口端２４Ｄは、側板部２４Ｂの端（車両外側の端）を指している。

（ビード部）
ビード部２６は、アウタパネル部２２とインナパネル部２４の両方の突き合せ接合部分Ｗに形成されている。これらのビード部２６は、上記閉断面の外側へ向けてそれぞれ突出している。また、アウタパネル部２２の開口端２２Ｄとインナパネル部２４の開口端２４Ｄは、ビード部２６の頂部２６Ａにそれぞれ位置している。すなわち、ビード部２６の頂部２６Ａでアウタパネル部２２の開口端２２Ｄとインナパネル部２４の開口端２４Ｄが突き合わされて接合されている。
なお、アウタパネル部２２の開口端２２Ｄ側には、ビード部２６の頂部２６Ａを境界にして分割されたビード部２６の一方（以下、適宜「ビード半部２６Ｂ」と記載する。）が形成されている。このビード半部２６Ｂは、前述した金属板のプレス成形時に両側板部２２Ｂの端にそれぞれ形成される。同様に、インナパネル部２４の開口端２４Ｄ側には、ビード部２６の頂部２６Ａを境界にして分割されたビード部２６の他方（以下、適宜「ビード半部２６Ｃ」と記載する。）が形成されている。このビード半部２６Ｃは、前述した金属板のプレス成形時に両側板部２４Ｂの端にそれぞれ形成される。

ビード部２６の頂部２６Ａは、上記閉断面において円弧状に湾曲している。具体的には、ビード部２６は、根元部から頂部２６Ａに亘って連続した湾曲形状とされている。また、ビード部２６の頂部２６Ａは、上記閉断面において車両内外方向の中央に位置している。

次に本実施形態の車両骨格部材２０の作用効果について説明する。
車両骨格部材２０では、インナパネル部２４の開口両端２４Ｄとアウタパネル部２２の開口両端２４Ｄとがそれぞれ突き合わされて接合されていることから、例えば、アウタパネル部に形成したフランジ部とインナパネル部に形成したフランジ部とをスポット溶接で接合する形態と比べて、接合用の部分であって最大曲げ荷重の向上に寄与しない部分を有さないため、質量効率(最大曲げ荷重／質量）が向上する。
また、車両骨格部材２０では、アウタパネル部２２とインナパネル部２４の両方の接合部分Ｗにビード部２６が形成されていることから、例えば、アウタパネル部とインナパネル部の突き合せ接合部分Ｗにビード部２６が形成されない構成と比べて、断面係数が高くなるため、曲げ剛性を確保できる。これにより、車両骨格部材２０では、車両外側から内側への入力（衝突荷重）に対する車両骨格部材２０の曲げ変形、特に車両骨格部材２０の側面部２０Ａの面外曲げ変形を抑制できる。なお、車両骨格部材２０の側面部２０Ａは、アウタパネル部２２の側板部２２Ｂとインナパネル部２４の側板部２４Ｂとを含む部分である。

車両骨格部材２０では、アウタパネル部２２の開口端２２Ｄとインナパネル部２４の開口端２４Ｄがビード部２６の頂部２６Ａにそれぞれ位置している。すなわち、アウタパネル部２２の開口端２２Ｄ側に頂部２６Ａを境界にして分割されたビード半部２６Ｂが形成され、インナパネル部２４の開口端２４Ｄ側にビード半部２６Ｃが形成されている。このため、車両骨格部材２０では、例えば、ビード部２６の壁部や根元部で該ビード部２６が分割される形態と比べて、ビード半部２６Ｂ又はビード半部２６Ｃのいずれかの形状がアンダーカット形状とならないため、アウタパネル部２２とインナパネル部２４のプレス成形を容易に行うことができる。また、アウタパネル部２２のビード半部２６Ｂとインナパネル部２４のビード半部２６Ｃをプレス成形するための金型を共通化することも可能である。

さらに、車両骨格部材２０では、アウタパネル部２２とインナパネル部２４によって構成される上記閉断面において、ビード部２６の頂部２６Ａを車両内外方向の中央に位置させていることから、例えば、ビード部２６の頂部２６Ａを上記中央よりも車両内側に位置させる形態と比べて、車両外側から内側への入力（例えば、衝突荷重）に対する車両骨格部材２０の曲げ剛性（最大曲げ荷重）が向上する。すなわち、車両骨格部材２０では、車両内外方向の中央部分の剛性がビード部２６により向上しているため、車両外側から内側への入力に対して、面外変形を抑制することができる。なお、ここでいう最大曲げ荷重とは、車両骨格部材２０に塑性変形が生じる最大の曲げ荷重（限界曲げ荷重）を指す。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態に係る車両骨格部材について説明する。

［車両骨格部材］
図２に示されるように、第２実施形態の車両骨格部材３０は、ビード部２６の位置を除いて第１実施形態の車両骨格部材２０と同様の構成であるため、以下では、ビード部２６の位置について説明する。なお、車両骨格部材３０において、第１実施形態の車両骨格部材２０と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略している。

車両骨格部材３０では、ビード部２６の頂部２６Ａは、アウタパネル部２２とインナパネル部２４とで構成される閉断面において、車両内外方向の中央よりも車両外側に位置している。

次に本実施形態の車両骨格部材３０の作用効果について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成で得られる作用効果については、その説明を省略する。

車両骨格部材３０では、アウタパネル部２２とインナパネル部２４によって構成される閉断面において、ビード部２６の頂部２６Ａを車両内外方向の中央よりも車両外側に位置させていることから、第１実施形態の車両骨格部材２０と比べて、車両外側から内側への入力（例えば、衝突荷重）に対する車両骨格部材３０の曲げ剛性（最大曲げ荷重）が向上する。すなわち、車両骨格部材３０では、車両内外方向の中央よりも車両外側に位置する部分の剛性がビード部２６により向上しているため、車両外側から内側への入力に対して、車両外側に位置する部分の面外変形を抑制することができる。これにより、車両骨格部材３０の側面部３０Ａの面外曲げ変形がさらに抑制される。

＜その他の実施形態＞
第１実施形態では、アウタパネル部２２とインナパネル部２４の両方の突き合せ接合部分Ｗにビード部２６を形成する構成としているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、アウタパネル部２２とインナパネル部２４の一方の突き合せ接合部分Ｗにビード部２６を形成し、他方の突き合せ接合部分Ｗにビード部２６を形成しない構成としてもよい。この構成においても、例えば、アウタパネル部とインナパネル部の両方の突き合せ接合部分Ｗにビード部２６が形成されない構成と比べて、曲げ剛性を確保できる。なお、上記構成については、第２の実施形態に適用してもよい。

また、第１実施形態では、アウタパネル部２２の開口両端２２Ｄとインナパネル部２４の開口両端２４Ｄとをそれぞれ突き合わせて接合しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、アウタパネル部２２の一方の開口端２２Ｄとインナパネル部２４の一方の開口端２４Ｄとを突き合わせて接合し、アウタパネル部２２の他方の開口端２２Ｄを折り曲げてフランジ部を形成し、インナパネル部２４の他方の開口端２４Ｄを折り曲げてフランジ部を形成し、これらのフランジ部同士をスポット溶接で接合する構成としてもよい。なお、上記構成については、第２の実施形態に適用してもよい。

さらに、第１実施形態では、アウタパネル部２２とインナパネル部２４によって構成される閉断面において、ビード部２６の頂部２６Ａを円弧状に湾曲させているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、上記閉断面において、ビード部２６の頂部２６Ａを平坦部としてもよい。なお、上記構成については、第２の実施形態に適用してもよい。

またさらに、第１実施形態では、アウタパネル部２２とインナパネル部２４によって構成される閉断面において、ビード部２６の形状を根元から頂部２６Ａに亘って連続した湾曲形状としているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、上記閉断面において、ビード部２６の根元から頂部２６Ａまでの部分（壁部）がビード部２６の突出方向に沿って延びる形状としてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

＜実験＞
本発明の効果を確認するため、本発明に係る実施例の車両骨格部材と比較例の車両骨格部材を準備して以下の実験を実施した。

まず、実験で使用した実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の各車両骨格部材について説明し、その後、実験条件について説明する。

（実施例１）
実施例１の車両骨格部材は、第１実施形態の車両骨格部材２０（図１参照）と同じ構造である。そのため、実施例１の車両骨格部材の説明は、第１実施形態の車両骨格部材２０を例に説明する。実施例１の車両骨格部材は、断面サイズＡ（横）×Ｂ（縦）が６５ｍｍ×７０ｍｍとされ、板厚Ｔが１．０ｍｍとされている。また、実施例１の車両骨格部材は、１１８０Ｍｐａ級の二層鋼板によって構成されている。さらに、実施例１の車両骨格部材は、ビード部２６の頂部２６Ａ（頂点）が車両内外方向の中央に位置している。言い換えると、車両骨格部材２０の側面部２０Ａの長さをＨとしたとき、０．５Ｈの位置にビード部２６の頂部２６Ａが位置している。また、ビード部２６の突出高さＬは１０ｍｍとされている。なお、側面部２０Ａの長さＨは、アウタパネル部２２の曲げ部２２Ｃの曲げ外面の端２２Ｅからインナパネル部２４の曲げ部２４Ｃの曲げ外面の端２４Ｅまでの側面部２０Ａに沿った長さである。同様に、ビード部２６の突出高さＬは、側面部２０Ａからビード部２６の頂部２６Ａまでのビード部突出方向に沿った長さ（高さ）である。

（実施例２）
実施例２の車両骨格部材は、第２実施形態の車両骨格部材３０（図２参照）と同じ構造である。そのため、実施例２の車両骨格部材の説明は、第２実施形態の車両骨格部材３０を例に説明する。なお、実施例２の車両骨格部材は、アウタパネル部２２の曲げ部２２Ｃの曲げ外面の端２２Ｅから０．２５Ｈの位置にビード部２６の頂部２６Ａ（頂点）が位置する構成を除いて実施例１と同じ構造である。

（比較例１）
比較例１の車両骨格部材４０は、ハット型断面とされた２つのパネル４２のフランジ部４２Ａ同士をスポット溶接した車両骨格部材（図３参照）である。なお、比較例１の車両骨格部材の断面サイズ及び板厚は、実施例１の車両骨格部材と同じである。

（比較例２）
比較例２の車両骨格部材５０は、アウタパネル部５２とインナパネル部５４の突き合せ接合部分にビード部を形成しない構造の車両骨格部材（図４参照）である。なお、比較例２の車両骨格部材の断面サイズ及び板厚は、実施例１の車両骨格部材と同じである。

（実験条件）
実験では、実施例及び比較例の各車両骨格部材に静的４点曲げ試験を実施した。この静的４点曲げ試験では、図５に示されるように、支点間距離Ｘを８００ｍｍに設定した。なお、車両骨格部材のインナパネル部を支持する支点部材６０の表面は半径２５ｍｍの円弧状とされている。また、車両骨格部材のアウタパネル部を押圧する力点部材６２の表面は半径２５ｍｍの円弧状とされている。
静的４点曲げ試験で実施例及び比較例の各車両骨格部材の最大曲げ荷重を測定し、測定結果から質量効率を算出し、図６に棒グラフで示した。

図６に示されるように、本発明が適用された実施例１及び実施例２は、比較例１及び比較例２よりも質量効率が向上していることが分かる。また、実施例１よりも実施例２で質量効率が向上していることから、ビード部の位置を０．５Ｈよりも０．２５Ｈとすることが最大曲げ荷重の向上に寄与していることが分かる。

なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）では、比較例２と実施例２の各車両骨格部材が同じ荷重を受けて変形した状態を示している。この図７（Ａ）及び図７（Ｂ）から分かるように、比較例２の車両骨格部材５０の側面部５０Ａの面外変形に対して実施例２の車両骨格部材３０の側面部３０Ａの面外変形が抑制されている。これは、車両骨格部材の側面部にビード部が設けられることで側面部の面外変形方向の剛性が向上したためと推量される。

２０車両骨格部材
２２アウタパネル部
２２Ｄ開口端
２４インナパネル部
２４Ｄ開口端
２６ビード部
２６Ａ頂部
３０車両骨格部材

Claims

車両外側に位置し、車両内側が開口された断面Ｕ字状のアウタパネル部と、
車両内側に位置し、車両外側が開口された断面Ｕ字状とされ、開口両端が前記アウタパネル部の開口両端にそれぞれ突き合わされて接合され、前記アウタパネル部と共に閉断面を構成するインナパネル部と、
前記アウタパネル部と前記インナパネル部の片方又は両方の突き合せ接合部分に形成され、前記閉断面の外側へ向けて突出するビード部と、
を有する車両骨格部材。
前記アウタパネル部の開口端と前記インナパネル部の開口端は、前記ビード部の頂部にそれぞれ位置する、請求項１に記載の車両骨格部材。
前記ビード部の頂部は、前記閉断面において車両内外方向の中央又は該中央よりも車両外側に位置している、請求項１又は請求項２に記載の車両骨格部材。