JP6677219B2 - 車体ルーフ補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体のルーフを補強する車体ルーフ補強構造に関し、特に、ルーフアウタパネルに樹脂製補強部材を貼付することによりルーフアウタパネル全体に亘る分布荷重を与えた際の剛性を確保するための積雪強度を向上させる車体ルーフ補強構造に関する。

自動車車体のルーフの重要な機能の一つに積雪強度の担保があり、ルーフの積雪強度を向上させるため、従来から、ルーフの外板を構成するルーフアウタパネルの板厚を増加させる方法の他、例えば特許文献１および特許文献２に開示されているように、ルーフを補強する部品として、車体上部の左右に配設されたサイドパネル同士を直線的につなぐルーフリンフォースを配設する方法が用いられてきた。

特開２０１２−２４５８９８号公報 特開２０１５−２０５５３３号公報

特許文献１および特許文献２に開示されている技術はいずれも、複数本のルーフリンフォースを用いてルーフパネルを補強するものであるため、積雪強度をさらに向上させるためには、ルーフリンフォースの本数を増加することを要し、車体重量の増加を招いてしまう。また、ルーフアウタパネルの板厚を増加させる方法があるが、車体の重量を増加させてしまう。

このように、ルーフの積雪強度を向上させる従来技術は車体の重量を増すものであるが、車体運動を考えた場合、車体のルーフは車両の重心位置から遠い上方位置にあるため、車両走行時において大きな慣性力が働き、例えばレーンチェンジに代表されるような車体挙動に影響を及ぼす。そのため、ルーフリンフォースは出来るだけ軽量であることが求められるが、ルーフパネルの積雪強度を向上して車体を軽量化することはできなかった。そのため、ルーフリンフォースを用いた車体よりも軽量かつ十分な積雪強度を有する車体ルーフの補強構造が望まれていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車体のルーフの積雪強度を確保しつつ車体を軽量化することができる車体ルーフ補強構造を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る車体ルーフ補強構造は、車体前方から順に配設されたＡピラー、ＢピラーおよびＣピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルにおける車体長さ方向と車体幅方向の長さの比が1.6以下であるセダンタイプの車体において、前記ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるものであって、前記帯状補強部材は、前記ルーフアウタパネルにおける前辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する前辺部と、前記ルーフアウタパネルにおける後辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する後辺部と、前記ルーフアウタパネルの各コーナー部に配置され、中央部が前記ルーフアウタパネルの内側に向かって凸状に屈曲する屈曲部と、各屈曲部から前記ルーフアウタパネルのコーナー部に向かって延在するコーナー延在部と、を備えてなることを特徴とするものである。

（２）本発明に係る車体ルーフ補強構造は、車体前方から順に配設されたＡピラー、Ｂピラー、ＣピラーおよびＤピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルにおける車体長さ方向と車体幅方向の長さの比が1.6超え2.0未満であるハッチバックタイプの車体において、前記ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるものであって、前記帯状補強部材は、前記ルーフアウタパネルにおける前辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する前辺部と、前記ルーフアウタパネルの左右両側にそれぞれ配置されて、前端側が前記前辺部の端部に接続され、後端側が前記ルーフアウタパネルにおける前記Ｃピラーの上端部近傍に配置されると共に該ルーフアウタパネルの内側に向かって弧状に湾曲する一対の内向き弧状部と、前端側が前記内向き弧状部に接続され、後端側が前記ルーフアウタパネルにおける後辺の中央近傍まで延在し、前記ルーフアウタパネルの外側に向かって弧状に湾曲する一対の外向き弧状部と、該外向き弧状部から前記ルーフアウタパネルのコーナー部に向かって延在する一対のコーナー延在部と、前記内向き弧状部の中央部と前記外向き弧状部とを架橋する一対の中央架橋部とを備えてなることを特徴とするものである。

（３）本発明に係る車体ルーフ補強構造は、車体前方から順に配設されたＡピラー、Ｂピラー、ＣピラーおよびＤピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルにおける車体長さ方向と車体幅方向の長さの比が2.0以上であるＳＵＶタイプの車体において、前記ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるものであって、前記帯状補強部材は、前記ルーフアウタパネルにおける前辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する前辺部と、前記ルーフアウタパネルのコーナー部同士を結ぶ対角線に沿って延在する対角線部と、前端側が該対角線部に接続され、後端側が前記ルーフアウタパネルにおける後辺の中央近傍まで延在し、前記ルーフアウタパネルの外側に向かって弧状に湾曲する一対の外向き弧状部と、該一対の外向き弧状部における両側のＢピラーの上端部近傍同士を架橋する第一架橋部と、前記外向き弧状部における両側のＣピラーの上端部近傍同士を架橋する第二架橋部と、前記外向き弧状部の前端側から車体幅方向外方に延在する幅方向延在部と、を備えてなることを特徴とするものである。

本発明においては、車体前方から順に配設されたＡピラー、ＢピラーおよびＣピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるものであって、前記帯状補強部材を備えることにより、ルーフアウタパネルの上面全体に分布荷重が作用したときの該ルーフアウタパネルの変形を低減させ、該ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させることができる。さらに、本発明によれば、積雪強度を維持したまま車体全体を軽量化することができる。

本発明の実施の形態１に係るセダンタイプの車体のルーフを補強する車体ルーフ補強構造を説明する図である。 本発明に至った経緯の説明において、形状最適化解析手法の処理の流れを示す図である。 本発明に至った経緯の説明において、ルーフを補強する補強部材の形状最適化解析に用いた車体モデル、補強部材モデルおよび最適化解析モデルを説明する図である。 本発明に至った経緯の説明において、補強部材モデルと該補強部材モデルと車体モデルとの結合状態および方法を説明する図である。 本発明に至った経緯の説明において、形状最適化解析で最適化解析モデルに与える荷重拘束条件を説明する図である。 セダンタイプの車体モデルを対象とした形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデルの一例を示す図である。 本発明に実施の形態２に係るハッチバックタイプの車体のルーフを補強する車体ルーフ補強構造を説明する図である。 ハッチバックタイプの車体モデルを対象とした形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデルの一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るＳＵＶタイプの車体のルーフを補強する車体ルーフ補強構造を説明する図である。 ＳＵＶタイプの車体モデルを対象とした形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデルの一例を示す図である。 実施例１において、最適形状補強部材モデルを用いて車体モデルを軽量化する車体解析モデルの一例を説明する図である（（ａ）：ルーフリンフォースを有する基準車体モデル、（ｂ）ルーフリンフォースを除去した車体モデル、（ｃ）最適形状補強部材モデル）。 実施例１において、セダンタイプの車体解析モデルのルーフアウタパネルの板厚と重量の関係（ａ）およびルーフアウタパネルの板厚と車体解析モデルの変化重量の関係（ｂ）を示すグラフである。 実施例１において、セダンタイプの車体解析モデルのルーフアウタパネルの板厚と剛性向上率との関係を示すグラフである。 実施例２において、ハッチバックタイプの車体解析モデルのルーフアウタパネルの板厚と重量の関係（ａ）およびルーフアウタパネルの板厚と車体解析モデルの変化重量の関係（ｂ）を示すグラフである。 実施例２において、ハッチバックタイプの車体解析モデルのルーフアウタパネルの板厚と剛性向上率との関係を示すグラフである。 実施例３において、ＳＵＶタイプの車体解析モデルのルーフアウタパネルの板厚と重量の関係（ａ）およびルーフアウタパネルの板厚と車体解析モデルの変化重量の関係（ｂ）を示すグラフである。 実施例３において、ＳＵＶタイプの車体解析モデルのルーフアウタパネルの板厚と剛性向上率との関係を示すグラフである。

本発明の実施の形態１乃至３に係る車体ルーフ部補強構造を説明する前に、本発明に至った経緯を図２〜図６に基づいて説明する。

＜本発明に至った経緯＞
本発明者はこれまで、車体に要求される剛性等の性能を保持しつつ車体の軽量化を実現する手法として、例えば特開２０１３−２５５３３号に開示されている形状最適化解析方法を提案した。

形状最適化解析方法とは、予め所定形状、例えばＴ字型形状を想定し、その形状を前提として最適な形状を求めるのではなく、所定の形状を想定することなく、与えられた解析条件を満たす最適な形状をトポロジー最適化等により求めるものである。
また、トポロジー最適化とは、ある程度の大きさの設計空間を設け、当該設計空間に立体要素を組み込み、与えられた解析条件を満たしつつ必要最小限の立体要素を残すことで当該解析条件を満たす最適形状を得るという方法である。トポロジー最適化においては、設計空間をなす立体要素に直接拘束を行い、直接荷重を加えるという方法が用いられる。

そこで本発明者は、従来用いられていたルーフリンフォースの替わりに車体のルーフアウタパネルの下面に樹脂製の補強部材を貼付することにより、該ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させることを目的として、前記補強部材を解析対象として形状最適化解析を行い、その最適形状に関する予備的検討を行った。ここで、形状最適化解析は、図２に示すステップＳ１からステップＳ９を実行することにより行った。以下、図２に示す各ステップにおける処理について説明する。なお、ステップＳ１からステップＳ９は、コンピュータ上で実行することができる。

≪車体モデル取得ステップ≫
車体モデル取得ステップＳ１は、平面要素及び／又は立体要素を用いて前記車体をモデル化した車体モデル３１（図３（ａ））を取得するステップである。
車体モデル３１は、自動車の車体骨格部品やシャシー部品等といった複数の部品で構成されたものであり、補強部材を貼付することにより補強する対象となるルーフアウタパネル３３を有する。

≪補強部材モデル生成ステップ≫
補強部材モデル生成ステップＳ３は、立体要素３５ａ（図４参照）からなり車体モデル３１の一部と結合する車体モデル３１とは別の補強部材モデル３５（図３（ｂ）参照）を生成するステップである。

図４に示す補強部材モデル３５は、車体モデル３１において補強する対象となる部位であるルーフアウタパネル３３の下面から下方に向かって立体要素３５ａを積み重ねるように生成したものである。
そして、補強部材モデル生成ステップＳ３において生成される補強部材モデル３５は、後述する最適化解析モデル生成ステップＳ７における最適化解析の対象となるものであり、最適化解析の過程において、補強に不要な部位に位置する立体要素は消去され補強に必要となる部位に位置する立体要素が残存する。

≪材料特性設定ステップ≫
材料特性設定ステップＳ５は、補強部材モデル生成ステップＳ３において生成した補強部材モデル３５の材料特性を設定するステップである。
本発明では、樹脂製の補強部材によりルーフアウタパネルを補強することを対象としているため、材料特性設定ステップＳ５において補強部材モデル３５に設定する材料特性としては、樹脂のヤング率、ポアソン比及び比重などが挙げられる。

さらに、補強部材が、例えばFRP（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化樹脂）のようにその材料特性が面内異方性を有する樹脂の場合においては、補強部材モデル３５の材料特性の面内異方性を与える主軸角度を与え、該主軸角度に対応する前記材料特性の値を設定することで、補強部材モデル３５の材料特性の面内異方性が設定される。また、補強部材が複数の層からなる場合においては、該複数の層ごとに主軸角度を設定することも可能である。

≪最適化解析モデル生成ステップ≫
最適化解析モデル生成ステップＳ７は、補強部材モデル生成ステップＳ３において生成した補強部材モデル３５を車体モデル３１の一部に結合して最適化解析モデル３６（図３（ｃ）参照）を生成するものである。

ルーフアウタパネル３３と補強部材モデル３５との結合は、例えば、ルーフアウタパネル３３が図４に示すように平面要素３３ａでモデル化されている場合、補強部材モデル３５の立体要素３５ａのノード（節点）とルーフアウタパネル３３の平面要素３３ａのノードとを共有することにより行うことができる。

≪最適化解析ステップ≫
最適化解析ステップＳ９は、最適化解析モデル生成ステップＳ７において生成した最適化解析モデル３６に解析条件を与え、補強部材モデル３５を最適化の解析処理を行う対象として最適化解析を行い、補強部材モデル３５の最適形状を求めるステップである。

最適化解析モデル３６に与える解析条件としては、最適化解析モデル３６に荷重を付加する位置や拘束位置を与える荷重拘束条件（図５参照）と、最適化解析の目的に応じて設定する目的条件と制約条件がある。

最適化解析ステップＳ９における最適化解析には、トポロジー最適化を適用することができる。さらに、トポロジー最適化において密度法を適用する場合、要素のペナルティ係数を2以上に設定して離散化を行うようにすることが好ましい。
もっとも、最適化解析ステップＳ９における最適化解析には、他の計算方式により最適化の解析処理を適用することができ、最適化の解析処理を行うものとしては、例えば、市販されている有限要素を用いた解析ソフトを使用することができる。

図６に、上記のステップＳ１からステップＳ９を実行して得られた最適形状補強部材モデル３７の形状を示す。最適形状補強部材モデル３７は、車体モデル３１における４箇所のジャッキアップ設置部（図５の△印）を完全拘束とし、ルーフアウタパネル３３の上面の節点に対して車体高さ方向下向きに500Nの分布荷重を与える荷重拘束条件（図５参照）と、ひずみエネルギー総和を最小とする目的条件と、体積制約率を20%以下する制約条件を最適化解析ステップＳ９における解析条件として与えて求めたものである。

最適形状補強部材モデル３７は、図６（ｂ）中に破線で示すように、ルーフアウタパネル３３の車体長さ方向における前辺および後辺のそれぞれに沿ってルーフアウタパネル３３の両側辺まで延在する形状と、ルーフアウタパネル３３の各コーナー部に配置され、中央部がルーフアウタパネル３３の内側に向かって凸状に屈曲する形状と、該屈曲する形状の部位からルーフアウタパネル３３のコーナー部に向かって延在する形状とを有するものになった。

最適形状補強部材モデル３７がこのような形状となったのは、最適化解析の過程において、車体変位が小さい部位には立体要素は残存せず、車体変位が大きい部位を支持するように立体要素が残存したためであると考えられる。

そして、本発明者は、上記の形状最適化解析により得られた結果に基づいて、積雪強度を効果的に向上させる車体ルーフ部補強構造に関してさらに検討をすすめた結果、形状最適化解析により求めた最適形状補強部材モデル３７における上記の各形状に相当する部位に沿って樹脂製の帯状補強部材をルーフアウタパネルの下面に貼付すればよいことを見出した。

本発明に係る車体ルーフ部補強構造は、上記の検討により完成したものであり、その具体的な構成等を以下の実施の形態１に説明する。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る車体ルーフ補強構造１は、図１に示すように、車体前方から後方に向かって順に配設された車体幅方向における左右一対のＡピラー３、Ｂピラー５およびＣピラー７によって支持される略矩形状のルーフアウタパネル９と、Ａピラー３、Ｂピラー５およびＣピラー７の上端を連結する左右一対のルーフサイドレール１１とを有し、ルーフアウタパネル９における車体長さ方向の長さＬと車体幅方向の長さＷの比Ｌ／Ｗが1.6以下であるセダンタイプの車体１３において、ルーフアウタパネル９の下面に樹脂製の帯状補強部材１５を貼付することによりルーフアウタパネル９の積雪強度を向上させるものである。

そして、帯状補強部材１５は、ルーフアウタパネル９における前辺９ａに沿って左右一対の側辺９ｃまで延在する前辺部１７と、ルーフアウタパネル９の後辺９ｂに沿って両側辺９ｃまで延在する後辺部１９と、ルーフアウタパネル９の各コーナー部９ｄに配置され、中央がルーフアウタパネル９の内側に向かって凸状に屈曲する屈曲部２１と、各屈曲部２１からルーフアウタパネル９のコーナー部９ｄに向かって延在するコーナー延在部２３とを備えている。

ここで、ルーフアウタパネル９におけるコーナー部９ｄは、前辺９ａ又は後辺９ｂと各側辺９ｃとが交差して形成される部位である。そして、帯状補強部材１５の屈曲部２１は、その一端が前辺９ａ又は後辺９ｂに接続し、他端が側辺９ｃに接続して、コーナー部９ｄの頂部を跨ぐように設置されている。

さらに、屈曲部２１は、図１に示すように、その中央がルーフアウタパネル９の内側に向かって凸状に屈曲し、該中央付近からコーナー延在部２３がコーナー部９ｄの頂部に向かって延在している。
ただし、コーナー延在部２３は、屈曲部２１が設置されているコーナー部９ｄの頂部に向かって延在しているものに限らず、コーナー部９ｄにおいて屈曲部２１の両端が接続する部位の間に向かって延在しているものであってもよい。

なお、帯状補強部材１５は、前述のとおり、セダンタイプの車体モデル３１を解析対象とした形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデル３７（図６参照）に基づいてその形状が規定されたものである。

そして、このように規定された帯状補強部材１５は、様々な形状の部位の加工を容易にすることに加えて重量の観点から、その材質は樹脂製（硬質プラスチック、繊維強化樹脂など）とする。

ここで、帯状補強部材１５の幅および厚みは、帯状補強部材１５の全体に亘って均一としてもよいし、又は、形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデル３７の形状に基づいて局所的に（例えば、前辺部１７、後辺部１９、屈曲部２１およびコーナー延在部２３毎に）異なるものとしてもよく、目標とする積雪強度や車体の重量に応じて適宜設定することができる。
さらには、帯状補強部材１５は、図６に示す最適形状補強部材モデル３７と同一形状に加工したものであってもよい。

本実施の形態１に係る車体ルーフ補強構造１において、帯状補強部材１５をルーフアウタパネル９の下面に貼付することにより積雪強度が向上する理由は以下のとおりである。

セダンタイプの車体１３（図３（ａ）の車体モデル３１参照）は、図１に示すルーフアウタパネル５１の車体長さ方向と車体幅方向の長さの比（図１中のＬとＷの比）が後述するハッチバックタイプやＳＵＶタイプの車体ほど大きくなく（Ｌ／Ｗ≦1.6）、ルーフアウタパネル９の上面全体に一様な分布荷重が作用すると、ルーフアウタパネル９の前部および最後部における変形量が他の部位に比べて大きい。

本実施の形態１に係る車体ルーフ補強構造１においては、ルーフアウタパネル９に分布荷重が作用したときの変形量を小さくするのに最適な形状である最適形状補強部材モデル３７に基づいて帯状補強部材１５が規定されているため、変形量が大きいルーフアウタパネル９の前部および最後部の剛性を向上するようにルーフアウタパネル９の下面に樹脂製の帯状補強部材１５が貼付されている。その結果、本実施の形態１に係る車体ルーフ補強構造１によれば、ルーフアウタパネル９に分布荷重が作用したときの変形量を小さくすることができ、積雪強度を適切に向上させることができる。

さらに、従来、セダンタイプの車体においてはルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるためにルーフリンフォース（図１１中のルーフリンフォース１２５参照）が設けられているが、本実施の形態１に係る車体ルーフ補強構造１においては、当該ルーフリンフォースの替わりに帯状補強部材１５を用いることにより、ルーフアウタパネル９の積雪強度を維持したまま車体全体を軽量化することができる。
なお、本実施の形態１に係る車体ルーフ補強構造１による積雪強度の向上と車体の軽量化に関しては、後述する実施例１にて実証する。

上記の説明は、セダンタイプの車体についてのものであったが、本発明者は、セダンタイプの車体とはルーフアウタパネルの車体長さ方向と車体幅方向の長さの比と、該ルーフアウタパネルを支持するピラーの本数が異なるハッチバックタイプの車体およびＳＵＶ（Ｓｐｏｒｔ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ）タイプの車体それぞれについても、ルーフアウタパネルを補強する補強部材の形状最適化解析を行った。その結果、ハッチバックタイプの車体およびＳＵＶタイプの車体においても、各車体について形状最適化解析により求めた最適形状補強部材モデルに基づいて樹脂製の帯状補強部材をルーフアウタパネルの下面に貼付することにより、積雪強度を適切に向上することができる車体ルーフ補強構造が得られることを見出した。
ハッチバックタイプおよびＳＵＶタイプの車体の車体ルーフ補強構造を以下の実施の形態２および３においてそれぞれ説明する。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る車体ルーフ補強構造４１は、図７に示すように、車体前方から後方に向かって順に配設された車体幅方向における左右一対のＡピラー４３、Ｂピラー４５、Ｃピラー４７およびＤピラー４９によって支持される略矩形状のルーフアウタパネル５１と、Ａピラー４３、Ｂピラー４５、Ｃピラー４７およびＤピラー４９の上端を連結する左右一対のルーフサイドレール５３とを有し、ルーフアウタパネル５１における車体長さ方向の長さＬと車体幅方向の長さＷの比Ｌ／Ｗが1.6超え2.0未満であるハッチバックタイプの車体５５において、ルーフアウタパネル５１の下面に樹脂製の帯状補強部材５７を貼付することによりルーフアウタパネル５１の積雪強度を向上させるものである。

そして、帯状補強部材５７は、ルーフアウタパネル５１における前辺５１ａに沿ってルーフアウタパネル５１の両側辺５１ｃまで延在する前辺部５９と、ルーフアウタパネル５１の左右両側にそれぞれ配置されて、前端側が前辺部５９の端部に接続され、後端側がルーフアウタパネル５１におけるＣピラー４７の上端部近傍に配置されると共にルーフアウタパネル５１の内側に向かって弧状に湾曲する左右一対の内向き弧状部６１と、前端側が内向き弧状部６１に接続され、後端側がルーフアウタパネル５１における後辺５１ｂの中央近傍まで延在し、ルーフアウタパネル５１の外側に向かって弧状に湾曲する左右一対の外向き弧状部６３と、各外向き弧状部６３からルーフアウタパネル５１の車体後方側のコーナー部５１ｄに向かって延在する一対のコーナー延在部６５と、内向き弧状部６１の中央部と外向き弧状部６３とを架橋する一対の中央架橋部６７とを備えている。

ここで、一対の内向き弧状部６１は、図７に示すように、互いに接触しないように、内側に向かって弧状に湾曲した形状であることが望ましい。
また、外向き弧状部６３は、前端がＢピラー４５よりも前方において内向き弧状部６１に接続し、中央部がルーフアウタパネル５１の側辺５１ｃにおけるＢピラー４５の上端に相当する部位に接するように外側に向かって弧状に湾曲している。そして、左右一対の外向き弧状部６３は、双方の後端が後辺５１ｂの中央近傍において連結している。
さらに、コーナー延在部６５は、外向き弧状部６３における内向き弧状部６１と交差する部位と後辺５１ｂに接続する部位との間から各コーナー部５１ｄの頂部に向かって延在している。なお、コーナー部５１ｄは、前辺５１ａ又は後辺５１ｂと各側辺５１ｃとが交差して形成される部位である。

また、中央架橋部６７は、内向き弧状部６１の中央部と外向き弧状部６３とを架橋するものであるが、外向き弧状部６３における架橋する部位としては、内向き弧状部６１の中央部と外向き弧状部６３における側辺５１ｃと接する部位であることが好ましく、さらには、Ｂピラー４５の上端に相当する部位であることがより好ましい。

なお、帯状補強部材５７は、前述の実施の形態１と同様、図８に示すようなハッチバックタイプの車体モデル７１を解析対象としてルーフアウタパネル７３を補強する補強部材の形状を最適化する形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデル７５に基づいてその形状が規定されたものである。

図８に示す最適形状補強部材モデル７５は、図２に示す最適化解析ステップＳ９において与える解析条件として、車体解析モデル７７における４箇所のジャッキアップ設置部を完全拘束とし、ルーフアウタパネル７３の上面の節点に対して車体高さ方向下向きに500Nの分布荷重を与える荷重拘束条件（図５参照）と、ひずみエネルギー総和を最小とする目的条件と、体積制約率を20%以下とする制約条件を与えて求めたものである。

すなわち、帯状補強部材５７は、図８（ｂ）に示す最適形状補強部材モデル７５において破線で示す形状に対応するものであり、図７に示したように、前辺部５９、内向き弧状部６１、外向き弧状部６３、コーナー延在部６５および中央架橋部６７を有している。

そして、このように規定された帯状補強部材５７は、前辺部５９、内向き弧状部６１、外向き弧状部６３、コーナー延在部６５および中央架橋部６７といった様々な形状の部位の加工を容易にすることに加えて重量の観点から、その材質は樹脂製（硬質プラスチック、繊維強化樹脂など）とする。

ここで、帯状補強部材５７の幅および厚みは、帯状補強部材５７の全体に亘って均一としてもよいし、又は、形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデル７５の形状に基づいて局所的に（例えば、前辺部５９、内向き弧状部６１、外向き弧状部６３、コーナー延在部６５および中央架橋部６７毎に）異なるものとしてもよく、目標とする積雪強度および重量に応じて適宜設定すればよい。
さらには、帯状補強部材５７は、最適形状補強部材モデル７５と同一形状に加工したものであってもよい。

本実施の形態２に係る車体ルーフ補強構造４１において、帯状補強部材５７をルーフアウタパネル５１の下面に貼付することにより積雪強度が向上する理由は以下のとおりである。

一般に、ハッチバックタイプの車体５５は、前述のセダンタイプの車体１３に比べると、ルーフアウタパネル５１の車体長さ方向と車体幅方向の長さの比（図７中のＬ／Ｗ）が大きいため（Ｌ／Ｗ＜2.0）、ルーフアウタパネル５１の上面全体に一様な分布荷重が作用すると、ルーフアウタパネル５１の前部および中央部後端における変形量が大きい。

本実施の形態２に係る車体ルーフ補強構造４１においては、ルーフアウタパネル５１に分布荷重が作用したときの変形量を小さくするのに最適な形状である最適形状補強部材モデル７５に基づいて帯状補強部材５７が規定されているため、変形量が大きいルーフアウタパネル５１の前部および中央部後端の剛性を向上するようにルーフアウタパネル５１の下面に樹脂製の帯状補強部材５７が貼付されている。その結果、本実施の形態２に係る車体ルーフ補強構造４１によれば、ルーフアウタパネル５１に分布荷重が作用したときの変形量を小さくすることができ、積雪強度を適切に向上させることができる。

さらに、一般的なハッチバックタイプの車体においては、ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるため、前述のセダンタイプの車体１３と同様にルーフアウタパネルを補強するルーフリンフォース（図１１中のルーフリンフォース１２５参照）が設けられているが、本実施の形態２に係る車体ルーフ補強構造４１においては、当該ルーフリンフォースの替わりに帯状補強部材５７を用いることにより、ルーフアウタパネル５１の積雪強度を維持したまま車体全体を軽量化することができる。
なお、本実施の形態２に係る車体ルーフ補強構造４１による積雪強度の向上と車体の軽量化に関しては、後述する実施例２にて実証する。

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３に係る車体ルーフ補強構造８１は、図９に示すように、車体前方から後方に向かって順に配設された車体幅方向における左右一対のＡピラー８３、Ｂピラー８５、Ｃピラー８７およびＤピラー８９によって支持される略矩形状のルーフアウタパネル９１と、Ａピラー８３、Ｂピラー８５、Ｃピラー８７およびＤピラー８９の上端を連結する左右一対のルーフサイドレール９３とを有し、ルーフアウタパネル９１における車体長さ方向の長さＬと車体幅方向の長さＷの比Ｌ／Ｗが2.0以上であるＳＵＶタイプの車体９５において、ルーフアウタパネル９１の下面に樹脂製の帯状補強部材９７を貼付することによりルーフアウタパネル９１の積雪強度を向上させるものである。

そして、帯状補強部材９７は、ルーフアウタパネル９１における前辺９１ａに沿ってルーフアウタパネル９１の両側辺９１ｃまで延在する前辺部９９と、ルーフアウタパネル９１のコーナー部９１ｄ同士を結ぶ対角線に沿って延在する対角線部１０１と、前端側が対角線部１０１に接続され、後端側がルーフアウタパネル９１における後辺９１ｂの中央近傍まで延在し、ルーフアウタパネル９１の外側に向かって弧状に湾曲する左右一対の外向き弧状部１０３と、外向き弧状部１０３における両側の一対のＢピラー８５の上端部近傍同士を架橋する第一架橋部１０５と、外向き弧状部１０３における両側の一対のＣピラー８７の上端部近傍同士を架橋する第二架橋部１０７と、外向き弧状部１０３の前端側から車体幅方向外方に延在する幅方向延在部１０９とを備えている。

外向き弧状部１０３は、前端がＢピラー８５よりも前方において対角線部１０１に接続し、中央部がルーフアウタパネル９１の側辺９１ｃにおけるＢピラー８５の上端とＣピラー８７の上端との間に相当する部位に接するように外側に向かって弧状に湾曲した形状である。そして、図９において左右一対の外向き弧状部１０３は、双方の後端が後辺９１ｂの中央近傍において連結しているが、必ずしも連結していることを要するものではない。

また、幅方向延在部１０９は、側辺９１ｃにおけるＢピラー８５の上端に相当する部位と連結するように外向き弧状部１０３の前端側から車体幅方向外方に延在するものであることが好ましい。

なお、帯状補強部材９７は、図１０に示すようなＳＵＶタイプの車体モデル１１１を解析対象としてルーフアウタパネル１１３を補強する補強部材の形状を最適化する形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデル１１５に基づいてその形状が規定されたものである。

図１０に示す最適形状補強部材モデル１１５は、図２に示す最適化解析ステップＳ９において与える解析条件として、車体解析モデル１１７における４箇所のジャッキアップ設置部を完全拘束とし、ルーフアウタパネル１１３の上面の節点に対して車体高さ方向下向きに500Nの分布荷重を与える荷重拘束条件（図５参照）と、ひずみエネルギー総和を最小とする目的条件と、体積制約率を20%以下とする制約条件を与えたものである。

すなわち、帯状補強部材９７は、図１０（ｂ）に示す最適形状補強部材モデル１１５の破線の形状に対応するものであり、図９に示したように、前辺部９９、対角線部１０１、外向き弧状部１０３、第一架橋部１０５および第二架橋部１０７および幅方向延在部１０９を有している。

そして、このように規定された帯状補強部材９７は、前辺部９９、対角線部１０１、外向き弧状部１０３、第一架橋部１０５および第二架橋部１０７および幅方向延在部１０９といった様々な形状の部位の加工を容易にすることに加えて重量の観点から、帯状補強部材９７の材質は樹脂製とするとよい。

ここで、帯状補強部材９７の幅および厚みは、帯状補強部材９７の全体に亘って均一としてもよいし、又は、形状最適化解析により得られた最適形状補強部材モデル１１５の形状に基づいて局所的に（例えば、前辺部９９、対角線部１０１、外向き弧状部１０３、第一架橋部１０５、第二架橋部１０７および幅方向延在部１０９毎に）異なるものとしてもよく、目標とする積雪強度および重量に応じて適宜設定すればよい。
さらには、最適形状補強部材モデル１１５と同一形状に製造した帯状補強部材を、車体９５のルーフアウタパネル９１の下面に貼付したものであってもよい。

本実施の形態３に係る車体ルーフ補強構造８１において、帯状補強部材９７をルーフアウタパネル５１の下面に貼付することにより積雪強度が向上する理由は以下のとおりである。

一般に、ＳＵＶタイプの車体９５は、ルーフアウタパネル９１の車体長さ方向と車体幅方向の長さの比（図９中のＬ／Ｗ）が前述のセダンタイプの車体１３やハッチバックタイプの車体５５（図７参照）よりも大きいため（Ｌ／Ｗ≧2.0）、ルーフアウタパネル９１の上面全体に一様な分布荷重が作用すると、ルーフアウタパネル９１の中央部前寄りにおける変形量が大きい。

これに対して本実施の形態３に係る車体ルーフ補強構造８１においては、ルーフアウタパネル９１に分布荷重が作用したときの変形量を小さくするのに最適な形状である最適形状補強部材モデル１１５に基づいて帯状補強部材９７が規定されているため、変形量が大きいルーフアウタパネル９１の中央部前寄りの剛性を向上するようにルーフアウタパネル９１の下面に樹脂製の帯状補強部材９７が貼付されている。その結果、本実施の形態３に係る車体ルーフ補強構造８１によれば、ルーフアウタパネル９１に分布荷重が作用したときの変形量を小さくすることができ、積雪強度を適切に向上させることができる。

さらには、一般的なＳＵＶタイプの車体においては、ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させるために、前述のセダンタイプの車体１３と同様にルーフリンフォース（図１１中のルーフリンフォース１２５参照）が設置されているが、本実施の形態３に係る車体ルーフ補強構造８１においては、当該ルーフリンフォースの替わりに帯状補強部材９７を用いることにより、ルーフアウタパネル９１の積雪強度を維持したまま車体全体を軽量化することができる。
なお、本実施の形態３に係る車体ルーフ補強構造８１による積雪強度の向上と車体の軽量化に関しては、後述する実施例３にて実証する。

実施例１では、セダンタイプの車体に本発明に係る車体ルーフ補強構造を適用することによる積雪強度の向上と車体の軽量化を検討する実験を行った。以下、これについて説明する。

ここでは、図１に示す帯状補強部材１５を備えた車体ルーフ補強構造１を適用したセダンタイプの車体１３のルーフアウタパネル９の積雪強度と、車体ルーフ補強構造１を適用することによる車体１３の軽量化を検討するために、図６に示す最適形状補強部材モデル３７をセダンタイプの車体モデル３１に結合した車体解析モデル３９におけるルーフアウタパネル３３の剛性と車体解析モデル３９の重量変化を求めた。

最適形状補強部材モデル３７は、前述の実施の形態で述べた形状最適化解析（図２〜図５参照）により求めたものであり、その重量は5.3kgであった。なお、形状最適化解析で与えた解析条件（荷重拘束条件、目的条件および制約条件）は、前述の実施の形態で示したものと同じである。
なお、実施例１における車体モデル３１および最適形状補強部材モデル３７の材質は、それぞれ鋼板および樹脂とし、これらの材料特性として表１に示す値を与えた。

実施例１では、積雪強度を以下のように評価した。
まず、車体モデル３１のルーフアウタパネル３３の下面に最適形状補強部材モデル３７を結合して車体解析モデル３９を生成し、図５に示す荷重拘束条件を車体解析モデル３９に与えて構造解析を行った。
荷重拘束条件は、車体解析モデル３９における４箇所のジャッキアップ設置部（図５中の△印）を完全拘束とし、ルーフアウタパネル３３の上面の節点に対して車体高さ方向下向きに500Nの分布荷重を与えた。
このような荷重拘束条件を与えて構造解析を行い、車体解析モデル３９のルーフアウタパネル３３の最大変位を取得した。そして、ルーフアウタパネル３３に与えた荷重の総和を前記取得した最大変位で除した値である車体解析モデル３９の剛性値を積雪強度として求めた。

また、車体の軽量化は、以下のように評価した。
まず、図１１に示すように、セダンタイプの車体モデル３１に対して左右のルーフサイドレール１２３をつなぐようにルーフリンフォース１２５を配設した基準車体モデル１２１を生成し、基準車体モデル１２１に荷重拘束条件を与えて構造解析を行った。ここで、荷重拘束条件は、前述の車体解析モデル３９に与えたものと同一（図５参照）とした。
そして、基準車体モデル１２１のルーフアウタパネル３３の最大変位を、性能（剛性）維持の基準とする基準値として取得した。

次に、最適形状補強部材モデル３７を結合した車体解析モデル３９についても、基準車体モデル１２１と同様に荷重拘束条件を与えて構造解析を行い、車体解析モデル３９のルーフアウタパネル３３における車体高さ方向の最大変位を解析値として取得した。

そして、車体解析モデル３９のルーフアウタパネル３３における最大変位（解析値）と、基準車体モデル１２１のルーフアウタパネル３３における最大変位（基準値）とを比較し、車体解析モデル３９の最大変位が基準車体モデル１２１の最大変位よりも小さい場合、車体解析モデル３９のルーフアウタパネル３３の板厚を減少させて構造解析を行い、ルーフアウタパネル３３の最大変位を再び取得した。
このように、車体解析モデル３９の最大変位が、基準車体モデル１２１の最大変位と等しく（等価剛性）なるまで、車体解析モデル３９のルーフアウタパネル３３の板厚を減少させて繰り返し構造解析を行った。

図１２に、セダンタイプの車体解析モデル３９におけるルーフアウタパネル３３の板厚と重量の関係と、ルーフアウタパネル３３の板厚と車体の変化重量の関係を示す。

図１２（ｂ）に示す車体の変化重量は、板厚1.2mmのルーフアウタパネル３３にルーフリンフォース１２５を配設した基準車体モデル１２１の重量を基準として、ルーフアウタパネル３３の板厚を変化させたときの車体解析モデル３９の変化重量であり、最適形状補強部材モデル３７（図６参照）の重量からルーフリンフォース１２５の重量（=1.7kg）及びルーフアウタパネル３３の板厚減少によって変化した重量を減じたものである。

例えば、ルーフアウタパネル３３が板厚1.2mmの場合における車体の変化重量は、ルーフアウタパネル３３の板厚を減少させていないため、これによって変化する重量が0kgであるため、最適形状補強部材モデル３７の重量（=5.3kg）からルーフリンフォース１２５の重量（=2.2kg）を減じた値（5.3kg-1.7kg=+3.6kg）となる。

実施例１で対象とした車体解析モデル３９のルーフアウタパネル３３は、初期の板厚が1.2mm、重量が5.3kgであり、図１２（ａ）に示すように、ルーフアウタパネル３３の重量は、その板厚との相関係数RがR²＝1となることから、その板厚の減少とともに直線的に減少する。

そして、図１２（ｂ）に示すように、ルーフアウタパネル３３の板厚減少に伴って車体の変化重量は減少し、ルーフアウタパネル３３の板厚が0.93mmのとき、車体の変化重量は0kgとなる。すなわち、ルーフアウタパネル３３の板厚を0.93mm以下に減少することにより、車体解析モデル３９は、ルーフリンフォース１２５が配設された基準車体モデル１２１よりも軽量化できることがわかる。

図１３に、ルーフアウタパネル３３の板厚を変更したときの車体解析モデル３９の剛性向上率を示す。ここで、剛性向上率は、ルーフリンフォース１２５を配設した基準車体モデル１２１の剛性と、最適形状補強部材モデル３７を結合した車体解析モデル３９の剛性との比であり、基準車体モデル１２１および車体解析モデル３９の剛性はそれぞれ、構造解析においてルーフアウタパネル３３に与えた荷重の総和を最大変位で除した値である。

図１３より、ルーフアウタパネル３３が初期板厚1.2mmであるとき、車体解析モデル３９の剛性は、基準車体モデル１２１に場合に比べて約33%高い値である。すなわち、この結果は、ルーフリンフォースの替わりに本発明に係る帯状補強部材を備えた車体ルーフ構造とすることで、車体の積雪強度が向上することを示唆する。

さらに、ルーフアウタパネル３３の板厚を減少させると、車体解析モデル３９の剛性向上率は減少し、板厚0.53mmのときに剛性向上率はほぼ0%、すなわち、ルーフリンフォース１２５を設置した基準車体モデル１２１の剛性とほぼ等しくなった（等価剛性）。

よって、図１２および図１３の結果から、ルーフリンフォース１２５の替わりに最適形状補強部材モデル３７を用いてルーフアウタパネル３３を補強する場合、ルーフアウタパネル３３の板厚を1.2mmから0.53mmに減少することで、図１２（ｂ）の点線矢印から、ルーフアウタパネル３３の板厚0.53mmは車体の変化重量-5.2kgに対応することから、ルーフリンフォース１２５が配設された基準車体モデル１２１と同等の剛性を保ったまま、ルーフリンフォース１２５の削減とルーフアウタパネル３３の板厚減少によって、車体重量を5.2kg軽量化できることが示された。

上記の結果から、本発明に係るセダンタイプの車体の車体ルーフ補強構造においては、従来用いられてきたルーフリンフォースの替わりに、最適形状補強部材モデル３７の形状に基づいて規定した帯状補強部材をルーフアウタパネルの下面に貼付することで、車体のルーフアウタパネルの積雪強度を向上することができ、さらに、積雪強度を維持したまま車体を軽量化することができることが示された。

実施例２では、ハッチバックタイプの車体に本発明に係る車体ルーフ補強構造を適用することによる積雪強度の向上と車体の軽量化を検討する実験を行った。以下、これについて説明する。

ここでは、図７に示す帯状補強部材５７を備えた車体ルーフ補強構造４１を適用したハッチバックタイプの車体５５のルーフアウタパネル５１の積雪強度と、車体ルーフ補強構造４１を適用することによる車体５５の軽量化を検討するために、図８に示す最適形状補強部材モデル７５をハッチバックタイプの車体モデル７１に結合した車体解析モデル７７におけるルーフアウタパネル７３の剛性と車体解析モデル７７の重量変化を求めた。

最適形状補強部材モデル７５は、前述の実施の形態で述べた形状最適化解析（図２〜図５参照）により求めたものであり、その重量は5.7kgであった。なお、形状最適化解析で与えた解析条件（荷重拘束条件、目的条件および制約条件）は、前述の実施の形態２で示したものと同じである。
なお、実施例１と同様、実施例２における車体モデル７１および最適形状補強部材モデル７５の材質は、それぞれ鋼板および樹脂とし、これらの材料特性として前掲した表１に示す値を与えた。

積雪強度は、実施例１と同様の方法により評価した。
まず、車体解析モデル７７に対して図５に示すものと同様の荷重拘束条件を与えて構造解析を行い、ルーフアウタパネル７３における最大変位を取得する。そして、前記構造解析においてルーフアウタパネル７３に与えた荷重の総和を最大変位で除した値を車体解析モデル７７の剛性値を積雪強度として求めた。

また、車体の軽量化に関しても実施例１と同様の方法により評価した。
まず、図１１に示す基準車体モデル１２１と同様に、ハッチバックタイプの車体モデル７１にルーフリンフォースを配設した基準車体モデル（図示なし）と、最適形状補強部材モデル７５を結合した車体解析モデル７７のそれぞれについて構造解析を行い、ルーフアウタパネルの最大変位を取得した。

そして、車体解析モデル７７のルーフアウタパネル７３における最大変位（解析値）と、前記基準車体モデルのルーフアウタパネルにおける最大変位（基準値）とを比較し、車体解析モデル７７の最大変位が、前記基準車体モデルの最大変位と等しく（等価剛性）なるまで、車体解析モデル７７のルーフアウタパネル７３の板厚を減少させて繰り返し構造解析を行うとともに、ルーフアウタパネル７３の板厚を減少させたときの車体解析モデル７７の重量を取得した。

図１４に、ハッチバックタイプの車体解析モデル７７におけるルーフアウタパネル７３の板厚とその重量の関係と、ルーフアウタパネル７３の板厚と車体の変化重量の関係を示す。

車体解析モデル７７において、板厚を減少する前のルーフアウタパネル７３の初期の板厚は0.75mm、重量は11.8kgである。そして、図１４（ｂ）に示す車体の変化重量は、ルーフリンフォースを配設した基準車体モデルの重量を基準とし、ルーフアウタパネル７３を初期板厚0.75mmから変化させたときの車体解析モデル７７の変化重量であり、最適形状補強部材モデル７５（図８参照）の重量（=5.7kg）から前記ルーフリンフォースの重量（=2.2kg）とルーフアウタパネル７３の板厚減少によって変化した重量とを減じたものである。

例えば、ルーフアウタパネル７３が初期板厚0.75mmのままの場合においては、ルーフアウタパネル７３の板厚を減少させていないため、これによって変化する重量が0kgであるため、車体の変化重量は、最適形状補強部材モデル７５の重量（=5.7kg）から前記ルーフリンフォースの重量（=2.2kg）を減じた値（5.7kg-2.2kg=+3.5kg）となる。

実施例２で対象とした車体解析モデル７７のルーフアウタパネル７３は、図１４（ａ）に示すように、ルーフアウタパネル７３の重量は、その板厚との相関係数RがR²＝1となることから、その板厚の減少とともに直線的に減少する。

そして、図１４（ｂ）に示すように、ルーフアウタパネル７３の板厚減少に伴って車体の変化重量は減少し、ルーフアウタパネル７３の板厚が0.52mmのとき、車体の変化重量は0kgとなる。すなわち、ルーフアウタパネル７３の板厚を0.52mm以下に減少することにより、車体解析モデル７７は、ルーフリンフォースが配設された基準車体モデルよりも軽量化できることがわかる。

図１５に、ルーフアウタパネル７３の板厚を変更したときの車体解析モデル７７の剛性向上率を示す。ここで、剛性向上率は、ルーフリンフォースを配設した前記基準車体モデルの剛性と、最適形状補強部材モデル７５を結合した車体解析モデル７７の剛性との比であり、前記基準車体モデルおよび車体解析モデル７７の剛性はそれぞれ、構造解析においてルーフアウタパネル７３に与えた荷重の総和を最大変位で除した値である。

図１５より、ルーフアウタパネル７３が初期板厚0.75mmであるとき、車体解析モデル７７の剛性は、前記基準車体モデルの場合に比べて約40%高い値である。すなわち、この結果は、ルーフリンフォースの替わりに本発明に係る帯状補強部材を備えた車体ルーフ構造とすることで、車体の積雪強度を向上させることが可能であることを示唆する。

さらに、ルーフアウタパネル７３の板厚を減少させると、車体解析モデル７７の剛性向上率は減少し、板厚0.44mmのときに剛性向上率はほぼ0%、すなわち、前記基準車体モデルの剛性とほぼ等しくなった（等価剛性）。

よって、図１４および図１５の結果から、ルーフリンフォースの替わりに最適形状補強部材モデル７５を用いてルーフアウタパネル７３を補強する場合、ルーフアウタパネル７３の板厚を0.75mmから0.44mmに減少することで、図１４（ｂ）の点線矢印から、ルーフアウタパネル７３の板厚0.44mmは車体の変化重量-1.3kgに対応することから、ルーフリンフォースが配設された基準車体モデルと同等の剛性を保ったまま、ルーフリンフォースの削減とルーフアウタパネル７３の板厚減少によって、車体重量を1.3kg軽量化できることが示された。

上記の結果から、本発明に係るハッチバックタイプの車体の車体ルーフ補強構造においても、従来用いられていたルーフリンフォースの替わりに、最適形状補強部材モデル７５の形状に基づいて規定した帯状補強部材をルーフアウタパネルの下面に貼付することで、車体のルーフアウタパネルの積雪強度を向上することができ、さらに、積雪強度を維持したまま車体を軽量化することができることが示された。

実施例３では、ＳＵＶタイプの車体に本発明に係る車体ルーフ補強構造を適用することによる積雪強度の向上と車体の軽量化を検討する実験を行った。以下、これについて説明する。

ここでは、図９に示す帯状補強部材９７を備えた車体ルーフ補強構造８１を適用したＳＵＶタイプの車体９５のルーフアウタパネル９１の積雪強度と、車体ルーフ補強構造８１を適用することによる車体９５の軽量化を検討するために、図１０に示す最適形状補強部材モデル１１５をＳＵＶタイプの車体モデル１１１に結合した車体解析モデル１１７におけるルーフアウタパネル１１３の剛性と車体解析モデル１１７の重量変化を求めた。

最適形状補強部材モデル１１５は、前述の実施の形態で述べた形状最適化解析（図２〜図５参照）により求めたものであり、その重量は9.5kgであった。なお、形状最適化解析で与えた解析条件（荷重拘束条件、目的条件および制約条件）は、前述の実施の形態３で示したものと同じである。
なお、実施例１および実施例２と同様、実施例３における車体モデル１１１および最適形状補強部材モデル１１５の材質は、それぞれ鋼板および樹脂とし、これらの材料特性として前掲した表１に示す値を与えた。

積雪強度は、実施例１と同様の方法により評価した。
すなわち、まず、車体モデル１１１に最適形状補強部材モデル１１５を結合して生成した車体解析モデル１１７に対して図５と同様に荷重拘束条件を与えて構造解析を行い、ルーフアウタパネル１１３における最大変位を取得する。そして、前記構造解析においてルーフアウタパネル１１３に与えた荷重の総和を最大変位で除した値を車体解析モデル１１７の剛性値として求め、該剛性値に基づいて積雪強度を評価した。

また、車体の軽量化に関しても実施例１と同様の方法により評価した。
すなわち、図１１に示すセダンタイプの基準車体モデル１２１と同様に、ＳＵＶタイプの車体モデル１１１にルーフリンフォースを配設した基準車体モデル（図示なし）と、最適形状補強部材モデル１１５を結合した車体解析モデル１１７のそれぞれについて構造解析を行い、ルーフアウタパネルの最大変位を取得した。

そして、車体解析モデル１１７のルーフアウタパネル１１３における最大変位（解析値）と、前記基準車体モデルのルーフアウタパネルにおける最大変位（基準値）とを比較し、車体解析モデル１１７の最大変位が、前記基準車体モデルの最大変位と等しく（等価剛性）なるまで、車体解析モデル１１７のルーフアウタパネル１１３の板厚を減少させて繰り返し構造解析を行うとともに、ルーフアウタパネル１１３の板厚を減少させたときの車体解析モデルの重量を取得した。

図１６に、ＳＵＶタイプの車体解析モデル１１７におけるルーフアウタパネル１１３の板厚とその重量の関係と、ルーフアウタパネル１１３の板厚と車体の変化重量の関係を示す。

車体解析モデル１１７において、板厚を減少する前のルーフアウタパネル１１３の初期の板厚は0.65mm、重量は13.7kgである。そして、図１６（ｂ）に示す車体の変化重量は、前記ルーフリンフォースを配設した基準車体モデルの重量を基準とし、ルーフアウタパネル１１３を初期板厚0.65mmから変化させたときの車体解析モデル１１７の変化重量であり、最適形状補強部材モデル１１５（図１０参照）の重量（=9.5kg）から前記ルーフリンフォースの重量（=3.7kg）とルーフアウタパネル１１３の板厚減少によって変化した重量とを減じたものである。

例えば、ルーフアウタパネル１１３が初期板厚0.65mmのままの場合においてはルーフアウタパネル１１３の板厚を減少させていないため、これによって変化する重量が0kgであるため、車体の変化重量は、最適形状補強部材モデル１１５の重量（=9.5kg）から前記ルーフリンフォースの重量（=3.7kg）を減じた値（9.5kg-3.7kg=+5.8kg）となる。

実施例３で対象とした車体解析モデル１１７のルーフアウタパネル１１３は、図１６（ａ）に示すように、ルーフアウタパネル１１３の重量は、その板厚との相関係数RがR²＝1となることから、その板厚の減少とともに直線的に減少する。

そして、図１６（ｂ）に示すように、ルーフアウタパネル１１３の板厚減少に伴って車体の変化重量は減少し、ルーフアウタパネル１１３の板厚が0.36mmのとき、車体の変化重量は0kgとなる。すなわち、ルーフアウタパネル１１３の板厚を0.36mm以下に減少することにより、車体解析モデル１１７は、ルーフリンフォースが配設された前記基準車体モデルよりも軽量化できることがわかる。

図１７に、ルーフアウタパネル１１３の板厚を変更したときの車体解析モデル１１７の剛性向上率を示す。ここで、剛性向上率は、ルーフリンフォースを配設した前記基準車体モデルの剛性と、最適形状補強部材モデル１１５を結合した車体解析モデル１１７の剛性との比であり、前記基準車体モデルおよび車体解析モデル１１７の剛性はそれぞれ、構造解析においてルーフアウタパネル１１３に与えた荷重の総和を最大変位で除した値である。

図１７より、ルーフアウタパネル１１３が初期板厚0.65mmであるとき、車体解析モデル１１７は、前記基準車体モデルに場合に比べて約80%高い値である。すなわち、この結果は、ルーフリンフォースの替わりに本発明に係る帯状補強部材を備えた車体ルーフ構造とすることで、車体の積雪強度を向上させることが可能であることを示唆する。

さらに、ルーフアウタパネル１１３の板厚を減少させると、車体解析モデル１１７の剛性向上率は減少し、板厚0.29mmのときに剛性向上率はほぼ0%、すなわち、前記基準車体モデルの剛性とほぼ等しくなった（等価剛性）。

よって、図１６および図１７の結果から、ルーフリンフォースの替わりに最適形状補強部材モデル１１５を用いてルーフアウタパネル１１３を補強する場合、ルーフアウタパネル１１３の板厚を0.65mmから0.29mmに減少することで、図１６（ｂ）の点線矢印から、ルーフアウタパネル１１３の板厚0.29mmは車体の変化重量-1.7kgに対応することから、ルーフリンフォースが配設された前記基準車体モデルと同等の剛性を保ったまま、ルーフリンフォースの削減とルーフアウタパネル１１３の板厚減少によって、車体重量を1.7kg軽量化できることが示された。

上記の結果から、本発明に係るＳＵＶタイプの車体の車体ルーフ補強構造においても、従来用いられていたルーフリンフォースの替わりに、最適形状補強部材モデル１１５の形状に基づいて規定した帯状補強部材をルーフアウタパネルの下面に貼付したものとすることで、車体のルーフアウタパネルの積雪強度を向上することができ、さらに、積雪強度を維持したまま車体を軽量化することができることが示された。

１ 車体ルーフ補強構造
３ Ａピラー
５ Ｂピラー
７ Ｃピラー
９ ルーフアウタパネル
９ａ 前辺
９ｂ 後辺
９ｃ 側辺
９ｄ コーナー部
１１ ルーフサイドレール
１３ 車体
１５ 帯状補強部材
１７ 前辺部
１９ 後辺部
２１ 屈曲部
２３ コーナー延在部
３１ 車体モデル（セダンタイプ）
３３ ルーフアウタパネル
３５ 補強部材モデル
３６ 最適化解析モデル
３７ 最適形状補強部材モデル
３９ 車体解析モデル
４１ 車体ルーフ補強構造
４３ Ａピラー
４５ Ｂピラー
４７ Ｃピラー
４９ Ｄピラー
５１ ルーフアウタパネル
５１ａ 前辺
５１ｂ 後辺
５１ｃ 側辺
５１ｄ コーナー部
５３ ルーフサイドレール
５５ 車体
５７ 帯状補強部材
５９ 前辺部
６１ 内向き弧状部
６３ 外向き弧状部
６５ コーナー延在部
６７ 中央架橋部
７１ 車体モデル
７３ ルーフアウタパネル
７５ 最適形状補強部材モデル
７７ 車体解析モデル
８１ 車体ルーフ補強構造
８３ Ａピラー
８５ Ｂピラー
８７ Ｃピラー
８９ Ｄピラー
９１ ルーフアウタパネル
９１ａ 前辺
９１ｂ 後辺
９１ｃ 側辺
９１ｄ コーナー部
９３ ルーフサイドレール
９５ 車体
９７ 帯状補強部材
９９ 前辺部
１０１ 対角線部
１０３ 外向き弧状部
１０５ 第一架橋部
１０７ 第二架橋部
１０９ 幅方向延在部
１１１ 車体モデル（ＳＵＶタイプ）
１１３ ルーフアウタパネル
１１５ 最適形状補強部材モデル
１１７ 車体解析モデル
１２１ 基準車体モデル
１２３ ルーフサイドレール
１２５ ルーフリンフォース

Claims (3)

1. 車体前方から順に配設されたＡピラー、ＢピラーおよびＣピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルにおける車体長さ方向と車体幅方向の長さの比が1.6以下であるセダンタイプの車体において、前記ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させる車体ルーフ補強構造であって、
   前記帯状補強部材は、
   前記ルーフアウタパネルにおける前辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する前辺部と、前記ルーフアウタパネルにおける後辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する後辺部と、
   前記ルーフアウタパネルの各コーナー部に配置され、中央部が前記ルーフアウタパネルの内側に向かって凸状に屈曲する屈曲部と、
   各屈曲部から前記ルーフアウタパネルのコーナー部に向かって延在するコーナー延在部と、を備えてなることを特徴とする車体ルーフ補強構造。
2. 車体前方から順に配設されたＡピラー、Ｂピラー、ＣピラーおよびＤピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルにおける車体長さ方向と車体幅方向の長さの比が1.6超え2.0未満であるハッチバックタイプの車体において、前記ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させる車体ルーフ補強構造であって、
   前記帯状補強部材は、
   前記ルーフアウタパネルにおける前辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する前辺部と、
   前記ルーフアウタパネルの左右両側にそれぞれ配置されて、前端側が前記前辺部の端部に接続され、後端側が前記ルーフアウタパネルにおける前記Ｃピラーの上端部近傍に配置されると共に該ルーフアウタパネルの内側に向かって弧状に湾曲する一対の内向き弧状部と、
   前端側が前記内向き弧状部に接続され、後端側が前記ルーフアウタパネルにおける後辺の中央近傍まで延在し、前記ルーフアウタパネルの外側に向かって弧状に湾曲する一対の外向き弧状部と、
   該外向き弧状部から前記ルーフアウタパネルのコーナー部に向かって延在する一対のコーナー延在部と、
   前記内向き弧状部の中央部と前記外向き弧状部とを架橋する一対の中央架橋部とを備えてなることを特徴とする車体ルーフ補強構造。
3. 車体前方から順に配設されたＡピラー、Ｂピラー、ＣピラーおよびＤピラーによって支持される略矩形状のルーフアウタパネルを有し、該ルーフアウタパネルにおける車体長さ方向と車体幅方向の長さの比が2.0以上であるＳＵＶタイプの車体において、前記ルーフアウタパネルの下面に樹脂製の帯状補強部材を貼付することにより前記ルーフアウタパネルの積雪強度を向上させる車体ルーフ補強構造であって、
   前記帯状補強部材は、
   前記ルーフアウタパネルにおける前辺に沿って前記ルーフアウタパネルの両側辺まで延在する前辺部と、
   前記ルーフアウタパネルのコーナー部同士を結ぶ対角線に沿って延在する対角線部と、
   前端側が該対角線部に接続され、後端側が前記ルーフアウタパネルにおける後辺の中央近傍まで延在し、前記ルーフアウタパネルの外側に向かって弧状に湾曲する一対の外向き弧状部と、
   該一対の外向き弧状部における両側のＢピラーの上端部近傍同士を架橋する第一架橋部と、
   前記外向き弧状部における両側のＣピラーの上端部近傍同士を架橋する第二架橋部と、
   前記外向き弧状部の前端側から車体幅方向外方に延在する幅方向延在部と、を備えてなることを特徴とする車体ルーフ補強構造。