JP6844487B2 - 車両の車体側部の上部アーチ構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車体側部の骨格構造に関し、特に上部アーチ構造に関する。

車両、例えば自動車の車体側部には、車体下部構造に立設される複数のピラー、およびピラーの上端をつなぐように車両の前後方向に延びるルーフサイドレールが設けられる。左右のルーフサイドレールの間にルーフが設けられ、ピラーはルーフサイドレールを介してルーフを支えている。フロントピラーは、ウインドシールドガラスの傾斜に沿って後傾し、リアピラーは前傾しているものが多い。フロントピラー、ルーフサイドレールおよびリアピラーは、全体としてアーチ状となっている。以降、フロントピラー、ルーフサイドレールおよびリアピラーで構成される構造体を上部アーチ構造と記す。

下記特許文献１の段落００１１には、近年、車体用強度部材に関し、高張力鋼板が多用されていることが紹介されている。また、同文献の段落０２４６〜０２６２には、ピラー（６３，６７）とルーフサイドレール（６５）で構成されたアーチ構造の内部に、高強度の鋼材で作製された閉断面の補強部材（７０，７０−１）を配置した車体の側部構造が開示されている。なお、上記の（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられた符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１２−１８８１１５号公報

車両の車体側部の上部アーチ構造は、前方および後方衝突時に荷重を受ける強度部材であり、高い強度が求められる。一方、搭乗者、特に運転者の視界を確保するために、細いことが望まれる。よって、上部アーチ構造は、細くかつ強度が高いことが求められており、形状および強度の面で改善の余地がある。

また、上部アーチ構造に高張力鋼板を用いた場合、高張力鋼板は加工時のスプリングバックが大きいという問題がある。

本発明は、上部アーチ構造の強度を高めると共に、上部アーチ構造に用いられる高張力鋼板のスプリングバックを抑制することを目的とする。

本発明に係る車両の車体側部の上部アーチ構造は、この上部アーチ構造の長手方向に沿って延び、車両の幅方向において外側に位置するアウタ部材と、この上部アーチ構造の長手方向に沿って延び、車両の幅方向において内側に位置し、長手方向に延びる両側の側縁部がアウタ部材に接合されて、アウタ部材と共に閉断面構造を形成しているインナ部材と、を含む。そして、インナ部材には、インナ部材の長手方向に延びる少なくとも一方の側縁部に隣接して、アウタ部材に向けて張り出すコの字形の断面形状を有し、この側縁部に沿って延びるビードが形成されている。

インナ部材にコの字形の断面形状のビードを形成したことにより、山形の断面形状のビードを形成した場合、またはビードを形成しない場合に比べ、断面２次モーメントが大きくなり、上部アーチ構造の強度が向上し、またビードによりスプリングバックを抑えることができる。

インナ部材は、車両の前後方向においてねじり形状であってよい。長尺の板材を長手方向にねじれた形に成形した場合、ねじれが戻るようにスプリングバックが発生するが、ビードを設けることにより、スプリングバックを抑制することができる。

ビードは、車両の上下方向において上側の、インナ部材の側縁部の近傍に形成することができる。上部アーチ構造は、前方衝突時に上側に大きい応力が発生し、ビードを上側の側縁部に設けることで、有効に上部アーチ構造の強度を高めることができる。

さらに、上部アーチ構造が、上部アーチ構造の長手方向に沿って延び、アウタ部材の内側面に接合される補強部材を含むものとすることができる。この補強部材は、アウタ部材に接合されている部分から延び、端縁がインナ部材のビードの車両上下方向下側の面に対向する対向縁部を有する。上部アーチ構造が変形を受けたとき、補強部材の対向縁部がインナ部材のビードに当接し、更なる上部アーチ構造の変形を抑制する。

車体側部の上部アーチ構造において、インナ部材にコの字形の断面形状のビードを設けたことにより、上部アーチ部材の強度を高くすることができる。また、ビードによりインナ部材の成形時のスプリングバックを抑えることができる。

車両の車体側部を示す図である。 図４のＡ−Ａ線によるフロントピラーの断面図である。 図４のＢ−Ｂ線によるフロントピラーの断面図である。 図２，３の断面の位置を示す図である。 インナ部材の概略形状を示す図である。 他のフロントピラーの断面図である。 前方衝突時の図６に示すフロントピラーの変形を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、車両、特にセダン型乗用車の車体１０の左側の側部の構造を示す図である。図１において、矢印ＦＲで示す方向が車両の前方であり、矢印ＵＰで示す方向が車両の上方、矢印ＬＨが車両の側方を示す。以降の説明において、特段の断りがない限り、前後上下左右などの方向及び向きを表す語句は、車両に関する方向および向きを意味する。なお、右側の車体側部は、図１に示す車体側部と左右対称である。

車体側部は、フロアメンバの側方を前後方向に延びるロッカー部１２と、ロッカー部１２に立設される前部柱状部材１４および中央柱状部材１６と、ロッカー部１２から後方に設けられるリアホイールハウス部１８と、リアホイールハウス部１８に立設される後部柱状部材２０と、これらの柱状部材１４，１６，２０の上端をつなぐように前後方向に延びるルーフサイドレール２２を含む。

前部柱状部材１４は、ロッカー部１２の前端部に立設されるダッシュパネルサイド部２４と、ダッシュパネルサイド部２４の上端から上方かつ後方に延び、ルーフサイドレール２２に至るフロントピラー２６を含む。フロントピラー２６は、ウインドシールド２７と不図示のフロントドアの窓との境界に位置する。中央柱状部材１６は、ロッカー部１２の前後方向における中央部に立設されるセンタピラー２８である。センタピラー２８は、不図示のフロントドアとリアドアの間に位置する。

リアホイールハウス部１８は、ロッカー部１２の後端部に接続され、リアホイールを収める空間を形成すると共に、ラゲッジルームの側壁を形成する。後部柱状部材２０は、リアホイールハウス部１８の上縁の前端部から上方かつ前方に延び、ルーフサイドレール２２に至るリアピラー３０である。ルーフサイドレール２２は、ルーフ３２の側縁を前後方向に延びている。

フロントピラー２６、ルーフサイドレール２２およびリアピラー３０は、車体側部の上部に位置し、側方から視たとき全体として上に凸のアーチ形状を呈する。以降、フロントピラー２６、ルーフサイドレール２２およびリアピラー３０の全体を上部アーチ構造３４と記す。

車体１０は、強度を受け持つ骨格構造と骨格構造を覆う表面部材を有する。図１においては、フロントピラー２６およびルーフサイドレール２２の一部を、表面部材を省いて骨格構造が見える状態で示している。上部アーチ構造３４の骨格構造は、上部アーチ構造３４の長手方向に沿って延びる複数の長尺の板状部材を連ねて形成される。

図２および図３は、フロントピラー２６の、図４に示すＡ−Ａ線断面図（図２）およびＢ−Ｂ線断面図（図３）である。図２，３において、右方が車幅方向において外側、左方が内側、つまり車室側である。

フロントピラー２６は、骨格構造を形成するアウタ部材３６およびインナ部材３８と、車体の外側の表面を形成する外表面部材４０を含む。アウタ部材３６とインナ部材３８は、長尺の板状鋼板を図示する断面形状にプレス成形され、アウタ部材３６とインナ部材３８の長手方向に延びる両側縁部同士を溶接等の手法により接合して閉断面構造の車体骨格構造が形成される。アウタ部材３６が車幅方向の外側に位置し、インナ部材３８が内側に位置する。アウタ部材３６とインナ部材３８のそれぞれは、フロントピラー２６の全長にわたって延びるものであっても、またフロントピラー２６の長手方向の一部に配置されたものであってもよい。後者の場合には、複数の部材を連ねてフロントピラー２６を構成する。また、フロントピラー２６からルーフサイドレール２２に渡って延びる部材とすることもできる。

外表面部材４０は、アウタ部材３６の更に外側に配置され、アウタ部材３６に、またはアウタ部材３６およびインナ部材３８に溶接等の手法により接合されている。

図５は、インナ部材３８の概略形状を単体で示す図である。インナ部材３８は、長手方向に延びる両側縁部４２，４４においてアウタ部材３６と接合される。接合方法は、前述のように溶接、特にスポット溶接とすることができる。また、接着剤を用いて接合することもできる。インナ部材３８には、側縁部４２，４４に隣接し、側縁部４２，４４に沿って延びるビード４６，４８が形成されている。車両上下方向の上側に位置するビード４６を上側ビード４６、もう一方のビードを下側ビード４８と記す。上側ビード４６は、略コの字形の断面形状を有し、インナ部材３８の全長にわたって畝状に延びている。下側ビード４８は山形の断面形状を有し、インナ部材３８の全長にわたって畝状に延びている。

インナ部材３８は、長手方向においてねじられた形状を有する。図２と図３を比較すると、インナ部材３８は、車両の左右方向に直交する鉛直面Ｈに対して、車両の前方（図２）よりも後方（図３）において傾きが大きい（θ2＞θ1）。これは、車両の側面が上方にいくほど、内側に傾いていることに起因する。平板材をプレス成形等により成形して、ねじられた形状に成形した場合、成形された部材は、ねじりが戻るように変形しようとする。このスプリングバックは、強度の高い鋼板ほど大きく作用する。成形時には、スプリングバックの量をあらかじめ見積もって多めの変形を与えるが、寸法精度の観点からスプリングバックの量は少ない方が望ましい。

インナ部材３８においては、両側の側縁部にそれぞれ隣接して上側ビード４６および下側ビード４８を設け、さらに上側ビード４６の断面形状をコの字形にしたことで、スプリングバックの量を抑えている。ビードのコの字形の断面は、山形の断面に比べて稜線が多くなり、スプリングバックの量を小さくすることができる。インナ部材３８の上側ビード４６は、３本の稜線５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）を有する（図５参照）。例えば、稜線５０ｂを省いて稜線５０ａと稜線５０ｃを平面でつなぎ、上側ビードを山形断面にした場合に比べ、コの字形断面を採用した場合、稜線の数が多くなる。山形断面の下側ビード４８の稜線５２は、符号５２ａ，５２ｂで示す２本であるが、成形時のスプリングバックを抑えるためにコの字形断面としてもよい。

また、上側ビード４６をコの字形断面としたことにより、山形断面に比べてフロントピラー２６の断面２次モーメントが大きくなり、フロントピラー２６の強度が高くなる。フロントピラー２６においては、通常上側部分に高い応力が発生するので、この実施形態のインナ部材３８は上側ビード４６をコの字形断面としている。しかし、下側部分に高い応力が発生する場合には、下側ビード４８をコの字形断面としてもよい。また、上側、下側両方のビード４６，４８をコの字形断面としてもよい。

図６は、本発明の他の実施形態の上部アーチ構造、特にフロントピラー６０を示す図である。図２および図３と同様、図中の右方が車幅方向において外側、左方が内側である。前述のフロントピラー２６と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

フロントピラー６０は、アウタ部材３６とインナ部材３８で形成された閉断面空間内に補強部材６２を有している。補強部材６２は、概略コの字形の断面形状を有し、アウタ部材３６に沿って延びて配置されている。補強部材６２は、アウタ部材３６の外側に突出した部分の内側面に接合されている。接合の手法としては、溶接や、接着剤による接着等を採用することができる。補強部材６２は、アウタ部材３６に接合された部分から内側に延び、更に上側ビード４６の下側の側面６４に向けて下側から延びる対向縁部６６を有する。対向縁部６６の端縁６６ａは、上側ビードの側面６４に間隔を空けて対向している。

図７は、前方衝突時のフロントピラー６０の変形を示す模式図である。変形前の形状が実線で示され、変形後の形状が一点鎖線で示されている。また、変形前の各構成要素に前述と同じ符号を付し、変形後の要素には変形前の符号に「’」を付けた符号を付している。上側ビード４６と間隔を空けて対向していた補強部材６２の対向縁部６６は、フロントピラー６０の変形に伴い上側ビード４６の側面６４に接近し、当接する。当接すると、補強部材６２は、変形による荷重を受けるようになって、フロントピラー６０の更なる変形に抗する。これにより、フロントピラー６０の断面形状の変形が抑制され、フロントピラー６０の強度が高められる。

アウタ部材３６およびインナ部材３８は、例えば引張り強度が１２００〜１５００ＭＰａの高張力鋼を用いることができる。また、補強部材６２は、例えば引張り強度が５９０ＭＰａの鋼材を用いることができる。

以上においては、フロントピラーの中央部の骨格構造に関して説明したが、これに限らず、上部アーチ構造の他の部位に上述の構造と同様の構造を採用することができる。また、セダン型の乗用車に限らず、２ドア車、ミニバン、ステーションワゴンなどにも採用することができる。ミニバンやステーションワゴンの場合、客室と荷室の間にあるピラー（セダンのリアピラーに対応）に加え、荷室の最後部にもピラーが存在する。このピラーにも、上述の構造を採用することもできる。

１０ 車体、１２ ロッカー部、１４ 前部柱状部材、１６ 中央柱状部材、１８ リアホイールハウス部、２０ 後部柱状部材、２２ ルーフサイドレール、２４ ダッシュパネルサイド部、２６ フロントピラー、２７ ウインドシールド、２８ センタピラー、３０ リアピラー、３２ ルーフ、３４ 上部アーチ構造、３６ アウタ部材、３８ インナ部材、４０ 外表面部材、４２，４４ インナ部材の側縁部、４６ 上側ビード、４８ 下側ビード、５０ 上側ビードの稜線、５２ 下側ビードの稜線、６０ フロントピラー、６２ 補強部材、６４ 上側ビードの下側の側面、６６ 対向縁部。

Claims (2)

1. 車両の車体側部の上部アーチ構造であって、
   当該上部アーチ構造の長手方向に沿って延び、車両の幅方向において外側に位置するアウタ部材と、
   当該上部アーチ構造の長手方向に沿って延び、車両の幅方向において内側に位置し、長手方向に延びる両側の側縁部が前記アウタ部材に接合されて、前記アウタ部材と共に閉断面構造を形成しているインナ部材と、
   を含み、
   前記インナ部材には、当該インナ部材の、車両の上下方向において上側の前記側縁部に隣接して、前記アウタ部材に向けて張り出すコの字形の断面形状を有し、当該側縁部に沿って延びるビードが形成されており、
   さらに、当該上部アーチ構造の長手方向に沿って延び、前記アウタ部材の内側面に接合される補強部材であって、前記アウタ部材に接合されている部分から延び、端縁が前記ビードの車両上下方向下側の面に対向する対向縁部を有する補強部材を含む、
   車体側部の上部アーチ構造。
2. 請求項１に記載の車体側部の上部アーチ構造であって、前記インナ部材は、車両の前後方向においてねじり形状となっている、車体側部の上部アーチ構造。