JP6902971B2

JP6902971B2 - 自動車ボデー用のｂピラーならびにこのようなｂピラーを備えた自動車ボデー

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Publication number: JP6902971B2
Application number: JP2017172092A
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Inventors: シュテフェンスフーベアトゥス; シュピールフォーゲルベアンハート
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Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2021-07-14
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Description

本発明は、自動車ボデー用のＢピラーであって、ヘッド部分、センター部分およびフット部分ならびに内面および外面を備えた板金成形部材を有しており、ヘッド部分は内面に、Ｂピラーをルーフ領域に結合するための結合領域を有しており、フット部分は、Ｂピラーをシル領域に結合するように形成されており、センター部分は、ヘッド部分とフット部分との間に延在していてＢピラーの長手方向を規定しており、板金成形部材は少なくともセンター部分に、トップハット形断面を有しており、これにより、内面の側に車両取付け部品を収容するための中空空間が形成されており、当該Ｂピラーはさらに、上側部分、中間部分および下側部分を備えた繊維複合部材を有しており、下側部分は、板金成形部材のセンター部分内で終わっているものに関する。さらに本発明は、このようなＢピラーを備えた自動車ボデーに関する。

衝突時の特性が改良された、より軽量のＢピラーを提供するために、Ｂピラーの金属成形部材を繊維強化複合材料により部分的に補強するハイブリッド構成形式でＢピラーを製造することは周知である。独国特許出願公開第１０２００６０２７５４６号明細書（DE 10 2006 027 546 A1）に記載の、複数の板金成形部材から成るマルチシェル型のＢピラーは、側面衝突時の乗員保護のために、Ｂピラーの中心領域において、衝突保護用補強部材により補強されている。この補強部材は、繊維・プラスチック複合体から成っている。独国特許出願公開第１０２０１２０２３６５３号明細書（DE 10 2012 023 653 A1）からは、平らな板金裁断部材から成る内部閉鎖部材を備えたＢピラーが公知であり、内部閉鎖部材には外側から、繊維強化プラスチックから成る軽量構成部材が被せ嵌められている。繊維複合部材は、内部閉鎖部材の全長にわたり延在している。

本発明の根底を成す課題は、高い剛性を有すると共に、要求の多い、衝突時の荷重条件を満たす、重量を削減されたＢピラーを提供することにある。さらに、高い剛性を有すると共に、要求の多い、衝突時の荷重条件を満たす、重量を削減された自動車ボデーを提供する、という課題もある。

１つの解決手段は、繊維複合部材が、板金成形部材の外面に外側から被せ嵌められている、冒頭で述べた形式のＢピラーにあり、この場合、板金成形部材のヘッド部分が、外面に支持領域を有しており、繊維複合部材の上側部分が当接領域を有しており、該当接領域は前記支持領域の側方を包囲するように係合して、支持領域にＢピラーの長手方向で支持されている。

本発明の根底を成す考察は、Ｂピラーは支持型の車両ピラーであり、組込み状態において自動車ボデーのルーフ領域を、自動車ボデーのシル領域に結合している、という点にある。「組込み状態」に関しては、Ｂピラーが自動車ボデーにおいてルーフ領域とシル領域との間に用いられている状態を意味する。「下」、「上」または「中」等の用語は、自動車ボデーに組み込まれた状態のＢピラーに関する空間的な記載である。

本発明では、繊維複合部材が、ボデーを支持する構造要素としてＢピラーに組み込まれている、ということが想定されている。このために繊維複合部材は、板金成形部材のヘッド部分に支持されており、この場合、組込み状態において繊維複合部材の上側部分は、軸方向で、すなわちＢピラーの長手方向で、ルーフ領域により、特に走行方向に延在するルーフバーにより覆い隠される。これにより、ルーフ領域から繊維複合部材を介してシル領域に、力が伝達される。組込み状態では、支持繊維複合部材は、長手方向に圧縮荷重と引張荷重とを加えられて、ルーフ領域をシル領域に対して支持している。それどころか板金成形部材よりも高い繊維複合部材の強度に基づき、繊維複合部材はＢピラーの支持機能の大部分を、板金成形部材よりも多く引き受けている。それというのも、繊維複合部材と板金成形部材の強度の比は、繊維マトリックス組織の設計に応じて、例えば５：１であるからである。繊維複合部材の下側部分は、フット部分の上側で終わっている。繊維複合部材は、板金成形部材に比べて低い破断点伸びを有しているため、繊維複合部材は荷重が加えられると、確かにある程度までは弾性的にたわむが、それを超えると破断する。ただし、Ｂピラーのシル領域あるいはドア乗車領域への移行領域に、衝突した場合に塑性変形可能な変形領域を供与するために、Ｂピラーのフット領域は、板金成形部材だけで形成されている。よって組込み状態では、繊維複合部材に作用する力は、Ｂピラーの下部領域において単に板金成形部材のフット領域だけを介してシル領域にもたらされるようになっているので、Ｂピラーの下部領域では、繊維複合部材から板金成形部材のフット部分を介してシル領域に力が伝達されることになる。さらに、繊維複合部材は外側から、板金成形部材の外面に被せ嵌められている。つまり繊維複合部材はＢピラーの圧縮側に配置されているので、側面衝突時に繊維複合部材は板金成形部材に向かって圧縮されることになる。繊維複合部材を支持構造要素としてＢピラーの圧縮側に組み込むことにより、繊維複合部材は側面衝突時に立ち上がる、あるいは起き上がることができるようになっている。衝突時に作用する衝突エネルギが、繊維複合部材の破断力を下回ったままの場合、繊維複合部材は荷重除去後に再び、元の取付け状態に戻る。このようにして、繊維複合部材は弾発、いわば呼吸して、吸収された衝突エネルギを再放出することができるようになっている。結果的に本発明によるＢピラーに基づき、２つの支持構造要素、つまり板金成形部材および繊維複合部材だけを有する、重量を削減された、高荷重に耐えることのできる車両ピラーが提供され、当該車両ピラーでは組込み状態において、板金成形部材と繊維複合部材の両方が、自動車ボデーの支持構造要素として、車両全体システムに組み込まれている。

本発明の１つの態様では、板金成形部材の支持領域は、楔形に形成されている。これに相応して繊維複合部材の当接領域は、上方に向かって広がるように、特に扇状に広がるように形成されていてよい。これにより、板金成形部材のヘッド部分における繊維複合部材の特に安定した軸方向支持が供与されることになる。繊維複合部材は、当接領域において板金成形部材の支持領域に形状接続的に被せ嵌められてもしくは載置されていてよい。

さらに、繊維複合部材は当接領域において、結合手段を介して板金成形部材の支持領域と結合されていてよい。これにより、繊維複合部材と板金成形部材との間の結合は、当接領域において付加的に補強されることになる。結合手段は、例えばリベットであってよい。さらに繊維複合部材は当接領域において、板金成形部材と材料接続的に結合、特に接着されていてもよい。

さらに繊維複合部材は少なくとも中間部分に、シェル状の輪郭を有していてよく、この輪郭は、横断面で見て少なくとも部分的にＵ字形に形成されていてよい。さらに繊維複合部材は、少なくともセンター部分にトップハット形断面形状を有する板金成形部材を、側方から包囲するように係合している。これによりＢピラーの安定性が高められる。繊維複合部材は、少なくとも中間部分において板金成形部材に形状接続的に当て付けられていてよい。

特に繊維複合部材は、板金成形部材のセンター部分と、Ｂピラーに保持される車両取付け部品の取付け用に形成された固定手段、特にねじ締結手段を介して結合されていてよい。これにより、これらの固定手段を二重に、つまり繊維複合部材を板金成形部材に結合するためだけでなく、例えばフロントドア用ストライカ、ドアロック、ドアヒンジ、後部ドアチェックアーム、シートベルトリトラクタまたはシートベルトテンショナの収容部等の車両取付け部品をＢピラーに取り付けるためにも利用することができる。

さらに繊維複合部材は、部分的に繊維複合体に組み込まれておりかつ自由端部領域でもって繊維複合体から突出している金属の結合部材を有していてよい。自由端部領域において、繊維複合部材は板金成形部材に材料接続的に結合されていてよく、特に例えばスポット溶接法またはレーザ溶接法を介して溶接されていてよい。自由端部領域は、繊維複合部材の繊維複合体から長手方向と横方向とに突出していてよい。さらに結合部材の自由端部領域は、多数の狭幅のウェブ状の脚部、または長手方向に延在する１つまたは複数のフランジから形成されていてもよい。

さらに繊維複合部材は、繊維複合体に組み込まれた少なくとも１つの補強インサートを有していてよい。これにより、繊維複合部材の衝突時の特性が適合され得る。補強インサートは金属の板金部材であってよく、この板金部材は、特に繊維ストランドが編み込まれたことにより形状接続的に支持するように、繊維複合部材の周りに位置する繊維材料層のスクリム構造に組み込まれていてよい。この場合、補強インサートは、その表面の性質あるいは粗さ、および／または繊維複合材料の繊維を包囲するマトリックスに対する表面コーティングコンセプトに基づいて支持することができるように組み込まれていてよい。マトリックスシステムとしては、特に樹脂マトリックスが適している。組み込まれる補強インサートは、冷間変形加工または熱間変形加工された高張力鋼または超高張力鋼から製造されていてよい。さらに補強インサートは、長手方向および／またはＢピラーの長手方向に対して横に、特に垂直に延在する横方向において可変の厚さあるいは壁厚さを有していてよい。補強インサートは、繊維複合部材内の衝突エネルギに基づく圧縮応力を最適に吸収し、ひいては引張強さに関する繊維複合部材の特性を有効にすることができる。

特に、繊維複合部材は少なくとも下側部分において、板金成形部材に形状接続的に当接していてよく、これにより繊維複合部材は、板金成形部材に長手方向で支持されることになる。このようにして、Ｂピラーの支持構造要素としての繊維複合部材の支持特性が改良される。

さらに、板金成形部材はフット部分の上部領域および／またはセンター部分の下端部領域に、焼入れされた高強度部分を有していてよい。繊維複合部材の支持式の組込みに基づき、側面衝突時に板金成形部材に向かって圧縮される繊維複合部材が立ち上がり、その長手方向下端部でもって板金成形部材に押し込まれる場合がある。このことは、板金成形部材の屈曲を招く恐れがある。前記高強度部分により、繊維複合部材の長手方向下端部による板金成形部材の押込みが防止される。ただし、板金成形部材の焼入れされた高強度部分は、フット部分のドア乗車領域を越えて延在してはおらず、ドア乗車領域はむしろ、柔軟な変形ゾーンとして形成されていてよく、これにより、衝突した場合には塑性変形することができるようになっている。

板金成形部材は、好適には鋼板から製造されていてよい。鋼材料としては、例えばボロン鋼、特に２２ＭｎＢ５を使用することができ、この場合、別のあらゆる焼入れ可能な鋼材料も同様に考えられる。同様に板金成形部材は、マグネシウムまたはアルミニウムから成る軽量構成部材であってもよい。板金成形部材は、各部分領域に異なる厚さに圧延された板金厚さを有していてよく、板金成形部材内に様々な種類の鋼合金および／またはアルミニウム合金、表面コーティング状態および熱処理状態を有していてよい。ボデーシェルもしくはボデーに隣接する構成部材に対する結合法としては、特に縁曲げ法、スポット溶接法および／またはレーザ溶接法を使用することができる。

意外にもＢピラーは、熱間変形加工されかつ少なくとも部分的に焼入れされた板金成形部材と、繊維複合部材とが組み合わされることで、要求の多い、衝突時の荷重条件をＢピラー自体が満たすために十分に高い剛性を有している、ということが判った。それどころか当該Ｂピラーは全体的に、弾性領域において変形可能なばね状の基本形状すら有している。よって、特に荷重に耐えられるとされている冷間成形部材を完全に省くことができる。しかし原則的には、板金成形部材は冷間成形部材であってもよい。ただし繊維複合部材の支持式の組込みに基づき、熱間変形加工されかつ少なくとも部分的に焼入れされた板金成形部材は、肉薄に形成することができる。好適には、板金成形部材は１つのテーラーロールドブランクまたはテーラーウェルデッドブランクから製造されており、ひいては長手方向に可変の板金厚さを有している。すなわち、板金成形部材は所望のように局所的に調整可能である。板金成形部材の、あまり強い荷重がかけられないゾーンは、強い荷重がかけられるゾーンよりも小さな板金厚さを有していてよい。例えば、板金成形部材の板金厚さは、０．７ｍｍ〜３ｍｍの間で可変である。特に、板金成形部材はヘッド部分に１ｍｍ〜３ｍｍの板金厚さ、センター部分に０．７ｍｍ〜２ｍｍの板金厚さ、およびフット部分に１ｍｍ〜３ｍｍの板金厚さを有していてよい。さらに板金成形部材は特にセンター部分に、通常存在する、車両取付け部品の位置固定に用いられる切抜き部の他に、板金成形部材を所望のように重量削減するための別の切抜き部を有していてよい。この場合、重量削減に伴う板金成形部材の弱化は意図的に甘受される。それというのも、板金成形部材ではなく、繊維複合部材がＢピラーの主荷重を支持するからである。すなわち、Ｂピラーに長手方向で作用する荷重の過半が、繊維複合部材によって支持される。

熱間変形加工とは、金属を、その再結晶温度よりも上で変形加工することを意味する。熱間変形加工および焼入れは、１プロセスでプレス焼入れ工具において実施され得る。この変形加工プロセスと焼入れプロセスとの組合せは、プレス焼入れとも呼ばれる。例えば板金成形部材は、熱間変形加工前に少なくとも８００〜８５０℃に加熱され、次いで変形加工工具に挿入されて熱間状態で変形加工され、このとき変形加工工具と接触することにより急速に冷却されるブランクから製造されていてよい。変形加工工具は、内側から強制冷却され得る。変形加工工具内での板金成形部材の冷却は、例えば約１５秒以内またはそれより短く、例えば約２００℃になるまで行われてよい。上で説明したプレス焼入れの他に、板金成形部材は別の形式で焼入れされてもよい。１つの可能な構成では、焼入れされた板金成形部材は、衝突した場合に特に目標変形ゾーンとして用いることのできる局所的な柔軟ゾーンを有していてもよい。柔軟ゾーンの機械的な特性は、要求に相応して設定可能である。例えばへこみ領域として設けられている柔軟ゾーンは、焼入れされた基本材料の破断点伸びよりも格段に高い破断点伸びを有していてよい。好適には、柔軟ゾーンにおける破断点伸びは、１０％を上回っており、特に１０％〜１５％である。これに対して、下側の成形部材の焼入れされた基本材料の破断点伸びは、例えば約４％〜７％であってよい。

さらに板金成形部材は、防食に用いるため、ならびに熱間変形加工中の構成部材の酸化を回避するために、特にアルミニウム・シリコン合金または亜鉛によりコーティングされていてよい。この場合、板金成形部材は熱間変形加工の前および／または後にコーティングされ得る。熱間変形加工前にコーティングする場合には、一方では板金成形部材を形成可能な帯材料、または他方ではブランク自体がコーティングされ得る。熱間変形加工後にコーティングする場合には、変形加工され、既に焼入れされていることもある板金成形部材がコーティングされ得る。

繊維複合部材は、炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維、あるいは金属繊維を有していてよい。繊維複合材料の繊維は、樹脂マトリックス、特にエポキシマトリックス内で結合されていてよい。特に繊維成分は、上述した可能な繊維の組合せから任意に合成されてもよい。さらに、繊維を軸方向または多軸方向に配向することにより、繊維複合部材をその時々の使用分野および衝突時の所要特性に適合させることが可能である。繊維の選択または繊維の配向の他に、繊維複合部材は、繊維層の数を変えることで局所的に異なる壁厚さによっても適合させることができる。このようにして、Ｂピラーの衝突時の特性を調整すること、もしくは部分的に変化させることができる。

繊維複合部材は、接着結合技術、釘締結技術、リベット締結技術および／またはねじ締結技術を用いて、板金成形部材と結合されていてよい。繊維複合部材と板金成形部材との間の接触部の腐食を防止するために、板金成形部材と繊維複合部材との間には、例えば接着剤から成る遮蔽層もしくは分離層が設けられていてよい。両支持構造要素間の安定的な結合を供与するために、繊維複合部材は板金成形部材に面状に結合されていてよい。

本発明の１つの態様では、繊維複合部材の外縁は、板金成形部材の外縁から間隔をあけられており、板金成形部材は、繊維複合部材の外縁と、板金成形部材の外縁との間に、ドアシールおよび／または車両外皮および／またはガラス面を板金成形部材に結合するための、Ｂピラーの単層の接合フランジを形成している。このようにして板金成形部材は、Ｂピラーに属さない別の構成部材に対する唯一の接合パートナーとなっている。よって、例えば車両外皮を、板金成形部材の単層の接合フランジに溶接することができる。繊維複合部材は、接合フランジを覆って延びてはいない。好適には、板金成形部材は互いに間隔をあけて配置された、それぞれ半径方向外側に位置する２つの接合フランジを形成しており、これらの接合フランジは長手方向で、好適には少なくともセンター部分の全長にわたって延在している。

可能な限り広幅の接合フランジを供与するために、板金成形部材は互いに向かい合った２つの側壁を有していてよく、この場合、繊維複合部材は、側壁の外側ショルダに被せ嵌められている。側壁は、半径方向内側で各接合フランジに隣接している。

板金成形部材は、Ｂピラーの全長にわたって延在している。従来の乗用車のＢピラーは一般に、約１．３０ｍ〜１．５０ｍの長さを有している。板金成形部材を自動車ボデーのルーフ領域に結合すると共に、繊維複合部材を支持するためだけに用いられるヘッド部分の長さは、板金成形部材の長さの１５％以下である。ヘッド部分は、フランジ状に形成されていてよい。特に、ヘッド部分は縦断面で見てＵ字形に形成されていてよく、組込み状態においてルーフ領域、特にルーフバーを外側から包囲するように係合している。センター部分への移行部に、下部ヘッド部分は先細部分を有していてよく、かつ／または上部センター部分は拡張部分を有していてよい。Ｂピラーの変形ゾーンを有しており、シル領域への結合に用いられるフット部分の長さは、板金成形部材の長さの２５％以下であってよい。フット部分は、フランジ状に形成されていてよく、組込み状態においてシル領域を外側から包囲するように係合している。特に、フット部分は縦断面で見てＵ字形に形成されていてよく、センター部分への移行部に先細部分を有していてよい。択一的に、フット部分はシル領域の凹部に上方から係合可能な結合ウェブを有していてよく、これにより組込み状態でＢピラーを、差込み結合によりシル領域に結合することができる。ヘッド部分とフット部分との間に延在するセンター部分は、乗員保護のために一般に高強度に設計される。センター部分の長さは、板金成形部材の長さの約６０％〜９０％である。

繊維複合部材は、板金成形部材のヘッド部分の高さから始まり、センター部分で終わる。これに相応して、繊維複合部材の長さは、板金成形部材の長さの５０％〜９０％である。よって板金成形部材の１．３０〜１．５０ｍの前記長さ範囲の例では、繊維複合部材は約０．６５ｍ〜１．３５ｍの長さを有していてよい。板金成形部材のヘッド部分の長さは０．２３ｍ以下であってよく、板金成形部材のフット部分の長さは０．３７ｍ以下であってよい。

少数の構成部材を有する特に軽量のＢピラーを提供するために、繊維複合部材はＢピラーの最も外側の成形部材であってよい。すなわち、Ｂピラーの、車両内室とは反対の側の外面において、繊維複合部材がＢピラーの支持構造要素によって覆い隠されることは一切ない。このこととは関係無く、例えばフロントドア用ストライカ、ドアロック、ドアヒンジまたは後部ドアチェックアーム等の車両取付け部品を支持または結合するための比較的小さな板金部材が、繊維複合部材の、車両内室とは反対の側の外面に配置されていてもよい。組込み状態では繊維複合部材もやはり、一般に車両ボデー完成後に初めて車両ボデーに取り付けられる車両外皮によって覆い隠されていてよい。特に軽量の車両ボデーを提供するために、繊維複合部材は組込み状態で外側から見えていてもよい。特に、繊維複合部材はＢピラーの組込み状態において、車両外皮により全く又は少なくとも全面的には覆い隠されていない、ということが想定されていてよい。

さらに、板金成形部材はＢピラーの最も内側の成形部材であってよい。すなわち、Ｂピラーの、車両内室に面した側の内面において、板金成形部材がＢピラーの支持構造要素によって覆い隠されることは一切ない。板金成形部材と繊維複合部材とを組み合わせることにより、従来技術において周知の、板金成形部材を閉鎖するための、蓋または内部板金とも呼ばれる閉鎖板金を省くことができる。

上述した課題の別の解決手段は、上で説明したＢピラーを備えた自動車ボデーにある。本発明による自動車ボデーにより、本発明によるＢピラーに関して説明した利点と同じ利点が得られるので、ここでは省略して前記説明を参照されたい。この場合、Ｂピラーの前記全ての構成は自動車ボデーに応用可能であり、逆に自動車ボデーの構成もＢピラーに応用可能である、ということは自明である。全体として本発明による自動車ボデーは、構成部材と重量とを削減されていて、高い剛性を有していると共に、要求の多い、衝突時の荷重条件を満たすことができる。

特に、自動車ボデーに設けられたＢピラーの繊維複合部材は、外側から見える。換言すると、Ｂピラーの繊維複合部材は、車両外皮により全く又は少なくとも全面的には覆い隠されておらず、特にフロントドアが開けられると見えるようになっている。

以下に、好適な実施例を図面につき説明する。

第１の実施形態によるＢピラーの斜視図である。Ｂピラーの分解図である。図１に示した断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、Ｂピラーの横断面図である。図１に示した断面線ＩＶ−ＩＶに沿った、Ｂピラーの横断面図である。図１に示した断面線Ｖ−Ｖに沿った、Ｂピラーの横断面図である。図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った、Ｂピラーの横断面図である。第２の実施形態によるＢピラーの、図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図である。第３の実施形態によるＢピラーの、図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図である。図８に示したＢピラーの補強インサートを示す図である。第４の実施形態によるＢピラーの、図１に示した断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った横断面図である。図１０に示したＢピラーの、図１に示した断面線ＸＩ−ＸＩに沿った横断面図である。図１０に示したＢピラーの、図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図である。図１に示したＢピラーを備えた、第１の実施形態による車両ボデーの横断面図である。図１に示したＢピラーを備えた、第２の実施形態による車両ボデーの横断面図である。

図１〜図６には、自動車ボデーの車両ピラーが、本発明の第１の実施形態によるＢピラー１の形態で示されている。Ｂピラー１は、細長い中空の基本構造を有しており、Ｂピラー１が支持構造要素として自動車ボデーに組み込まれている組込み状態では、ルーフ領域をシル領域に結合している。

特に図２において認められるのは、Ｂピラー１が２つの支持構造要素、つまり板金成形部材２と繊維複合部材３とを有している、という点である。繊維複合部材３はシェル状に形成されており、シェル状に形成された板金成形部材２の外面４に外側から被せ嵌められている。外面４は、Ｂピラー１の組込み状態では、車室（図示せず）とは反対の側に向けられている。つまり繊維複合部材３は、Ｂピラー１の圧縮側に配置されており、側面衝突時に繊維複合部材３は、その後ろに位置する板金成形部材２に向かって圧縮されることになる。

具体的には板金成形部材２は、上から下に向かって、ヘッド部分５と、センター部分６と、フット部分７とを有しており、この場合、センター部分６はＢピラー１の長手方向Ｘを規定している。従来の乗用車では、板金成形部材２は例えば約１．３０〜１．５０ｍの長さを有していてよい。図１および図２では、ここではヘッド部分５の長さＬ_５が板金成形部材２の長さＬ_２の１５％未満でありかつ板金成形部材２の長さＬ_２の約１２％に相当する、ということが認められる。フット部分７の長さＬ_７は、ここでは板金成形部材２の長さＬ_２の２５％未満でありかつ板金成形部材２の長さＬ_２の約１８％に相当する。よってセンター部分６の長さＬ_６は、板金成形部材２の長さＬ_２の約７０％である。

ヘッド部分５は、組込み状態においてルーフ領域、特にルーフバーをＢピラー１に結合しており、この場合、板金成形部材２の、車室に面した内面８には、上部結合領域９が形成されている。特に図３では、組込み状態においてルーフバーを外側から包囲するように係合するために、上部結合領域９はフランジ状に、横断面で見てほぼｕ字形の断面を備えて形成されている、ということが認められる。上部結合領域９の高さで、板金成形部材２はヘッド部分５の外面４に支持領域１０を有しており、支持領域１０を介して繊維複合部材３はルーフ領域に、特にルーフバーに支持され得る。支持領域１０は楔形に形成されており、下側の先細部分を起点として上方に向かって広がっている。

ヘッド部分５の下側には、板金成形部材２のセンター部分６が続いている。少なくともセンター部分６に沿って、板金成形部材２はトップハット形断面を有しており、内面８の側に、車両取付け部品（詳しくは図示せず）を収容するための中空空間１１、例えばフロントドア用ストライカ、ドアロック、ドアヒンジ、後部ドアチェックアーム、シートベルトリトラクタ、またはシートベルトテンショナのための収容部または結合箇所等が形成されている。さらに板金成形部材２は、車両取付け部品を固定するための複数の貫通開口１２を有している。さらに、トップハット形断面形状のセンター部分６の中心脚部１３には、複数の大面積の切抜き部１４が形成されており、これにより、板金成形部材２の重量を所望のように削減することができる。この場合、大面積の切抜き部１４とは、複数の切抜き部１４の総面積が、板金成形部材２の中心脚部１３の面積の少なくとも１０％、好適には２０％〜８０％、特に２５％〜５０％を占めていることを意味する。

センター部分６の下端部には、Ｂピラー１をシル領域に結合するために用いられる板金成形部材２のフット部分７が続いている。フット部分７は、横断面で見てほぼｕ字形の下部結合領域１５を有しており、下部結合領域１５は、組込み状態ではシル領域を外側から包囲するように係合している。

３つの部分、つまりヘッド部分５、センター部分６およびフット部分７にわたって半径方向外側に延在している２つの接合フランジ１６は、Ｂピラー１の単層のフランジ部分を形成している。具体的には、繊維複合部材３の外縁１７は、板金成形部材２の外縁１８から間隔をあけられており、板金成形部材２は、繊維複合部材３の外縁１７と、板金成形部材２の外縁１８との間に、それぞれＢピラー１の単層の接合フランジ１６を形成している。すなわち、板金成形部材２により形成された単層の接合フランジ１６は、繊維複合部材３により覆い隠されていない。よって、車両外皮３８等の別の金属車両コンポーネントを接合フランジ１６に溶接することができるようになっている。同様に、ドアシールを接合フランジ１６に被せ嵌め、かつ／または接合フランジ１６にガラス面を接着することもできる。

板金成形部材２は、ここでは熱間変形加工されて、少なくとも部分的に焼入れされた成形部材であり、例えば２２ＭｎＢ５鋼板から製造されていて、アルミニウム・シリコンコーティングが施されていてよい。板金成形部材２は、長手方向Ｘにおいて異なる板金厚さを有しており、この場合、板金厚さは顧客固有の所要衝突ゾーンに相応して適合されていてよい。

とりわけ乗員を保護するために重要な、Ｂピラー１の中心部分を高強度に設計するために、繊維複合部材３は、板金成形部材２のセンター部分６の大部分を被覆している。図１および図２では、繊維複合部材３の長さＬ_３が、板金成形部材２の長さＬ_２の５０％〜９０％、ここでは約７５％である、ということが認められる。この場合、繊維複合部材３は、板金成形部材２のセンター部分６とヘッド部分５とにわたって延在している。

具体的には、繊維複合部材３の下側部分１９は、センター部分６内で終わっている。つまり、繊維複合部材３と、板金成形部材２のフット部分７とは、軸方向において互いに隔てられている、すなわち、繊維複合部材３は板金成形部材２のフット部分７にはオーバラップしていないので、Ｂピラー１のシル領域への移行部は、フット部分７における板金成形部材２の材料特性のみによって規定されている。

特に図１および図２ではさらに、繊維複合部材３の下側部分１９が、横断面で見て直線的に形成されていると共に、上から見ると半円として形成されている、ということが認められる。さらに、繊維複合部材３の下側部分１９は、板金成形部材２の下側のセンター部分６に形状接続的に当て付けられていると共に、長手方向Ｘにおいて支持されている。衝突が起こった場合に、繊維複合部材３の下側部分１９が板金成形部材２内へ押し込まれる、ということを防止するために、板金成形部材２は下側のセンター部分６に、焼入れされた高強度部分２０を有している。

下側部分１９と、隣接する中間部分２１との移行領域において、繊維複合部材３は板金成形部材２と、リベット２２（図４に図示）を介して結合されている。繊維複合部材３の下側部分１９から出発して長手方向Ｘで上向きに延在している中間部分２１は、ｕ字形の断面を有しているので、繊維複合部材３は、板金成形部材２のセンター部分６のトップハット形断面に、側方から包囲するように係合している、あるいは部分的にオーバラップしている。図５では、板金成形部材２がセンター部分６に互いに向かい合う２つの側壁２３を有しており、これらの側壁２３は、各接合フランジ１６に半径方向内側で隣接している、ということが認められる。側壁２３は、ここでは例えば各１つの外側ショルダ２４を有しており、外側ショルダ２４に繊維複合部材３が被せ嵌められている。繊維複合部材３と板金成形部材２とは接触面の領域において、Ｂピラー１に保持される車両取付け部品を取り付けるために形成された固定手段２５を介して結合されている。

繊維複合部材３をＢピラー１の支持構造要素として組み込むために、繊維複合部材３は上側部分２６において、板金成形部材２のヘッド部分５に支持される。具体的には、繊維複合部材３は上側部分２６に、上方に向かって広がるように形成された当接領域２７を有しており、当接領域２７は、板金成形部材２の支持領域１０を側方から包囲するように係合していると共に、該支持領域１０に、Ｂピラー１の長手方向Ｘで支持されている。さらに、繊維複合部材３は当接領域２７において、結合手段、例えばリベット２８を介して板金成形部材２の支持領域１０と結合されている。特に図３では、繊維複合部材３の上側部分２６がさらに約１０°の角度αでもってやや内方へ、すなわち車室に向かって傾けられている、ということが認められる。この場合、繊維複合部材３の上端部は、ギャップ２９が形成された状態で、板金成形部材２の、フランジ状に曲げられた上部結合領域９の範囲の外面４から間隔をあけて配置されている。よって組込み状態では、繊維複合部材３は当接領域２７において、板金成形部材２の支持領域１０を介してルーフバーに支持されることになる。さらに、下側部分１９は板金成形部材２に形状接続的に当て付けられているので、繊維複合部材３は、板金成形部材２のセンター部分６をも介して、長手方向Ｘで支持されるようになっている。

Ｂピラー１の安定性および衝突時の特性をさらに最適化するため、もしくは適合させるために、繊維複合部材３は中間部分２１および／または上側部分２６および／または下側部分１９において、接着結合技術、リベット締結技術、釘締結技術および／またはねじ締結技術を用いて、板金成形部材２と結合されていてもよい。

繊維複合部材３は、炭素繊維、ガラス繊維またはバサルト繊維、あるいは金属繊維を有していてよい。繊維複合材料の繊維は、樹脂マトリックス、特にエポキシマトリックス内で結合されていてよい。特に繊維成分は、前記の可能な繊維を組み合わせて任意に合成することができる。さらに、繊維を軸方向または多軸方向に配向することにより、繊維複合部材３をその時々の使用分野および衝突時の所要特性に適合させることが可能である。繊維の選択または繊維の配向の他に、繊維複合部材３は、繊維層の数を変えることで局所的に異なる壁厚さによっても適合させることができる。このようにして、Ｂピラーの衝突時の特性を調整すること、もしくは部分的に変化させることができる。繊維複合部材３と板金成形部材２との間の接触部の腐食を防止するために、両構造要素２，３の間には、例えば接着剤から成る遮蔽層もしくは分離層３０が設けられていてよい。

繊維複合部材３を支持構造要素としてＢピラー１の圧縮側に組み込むことにより、繊維複合部材３は側面衝突時に立ち上がる、あるいは起き上がることができる。繊維複合部材３の曲げ特性（略して「フレックス」とも云う）を調整するために、とりわけ中間部分２１は、賦形、壁厚さおよび強度を変化させることにより、所要の目標特性に調整され得る。これに関しては図６に１つの構成が示されており、以下の実施形態に関連してさらに詳しく説明する択一的な構成は、図７、図８および図１２に示されている。

図７には、Ｂピラー１の択一的な構成が、図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面図で示されている。Ｂピラー１の衝突時の特性に影響を及ぼすために、Ｂピラー１のヘッド領域に沿って繊維複合部材３が、異なる壁厚さの複数の領域を有していてよい、ということが認められる。具体的には、ｕ字形断面形状の繊維複合部材３の、少なくともここに示した上側部分２６が、外壁３１と、外壁３１から張り出した２つの側壁３２とを有している。図７を見ると、外壁３１と右側の側壁３２との間の右側の移行領域には、ジョイント状の材料弱化部が、壁厚さｄを有する材料テーパ部３３の形態で形成されている。繊維複合部材３の、外壁３１から側壁３２への移行領域におけるこの意図的な弱化部により、外部からＢピラー１に力が作用した場合のＢピラー１のばね特性を調整することができる。このようにして、繊維複合部材３の外壁３１が、その後ろの板金成形部材２に向かって圧縮される、Ｂピラー１の衝突時の特性を変化させることができ、この場合、側壁３２は、矢印３４の方向で板金成形部材２に対して相対的に立ち上がることにより、外壁３１に対して曲がるようになる。材料弱化部は、例えば繊維複合部材３の隣接する各部分に比べて少ない積層数を付与することにより、形成することができる。

さらに、Ｂピラー１のばね特性は、板金成形部材２に対する側壁３２の傾斜角度βの変化によっても適合させることができる。

図７を見ると、図面左側に、傾斜角度βの変更によりＢピラー１のばね特性を変化させる可能性が示されているのに対して、図面右側には、材料テーパ部３３を設けたことによるばね特性が示されている。両可能性は、単にこれらの対比のためだけに１つの図面に図示されているに過ぎない。原則として、両変化形は互いに組み合わされて、または互いに別個に用いることができ、この場合、これらの変化形は基本的に両移行部に形成されていてもよい。

図８には、Ｂピラー１の別の択一的な構成が、図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面で示されている。Ｂピラー１の衝突時の特性に影響を及ぼすためには、金属のインサート３５が、繊維複合部材３のマトリックス系に組み込まれている、ということが認められる。補強インサート３５は、衝突時の特性に対する顧客固有の要求に応じて、冷間変形加工または熱間変形加工された高張力鋼または超高張力鋼から製造されていてよい。さらに補強インサート３５は、長手方向Ｘにおいて可変の壁厚さを有していてよい。図８に示した横断面では、補強インサート３５はこの場合、ほぼＵ字形あるいは皿形の断面を有していてよい、ということが認められる。ただし基本的に、補強インサート３５は一方ではより狭幅に、特にストリップ状に形成されていてよい、または他方では、補強インサート３５は側壁３２内へ十分深く延びることができるように、格段により広幅に形成されていてよい。

図９では、補強インサート３５は、繊維複合部材３の繊維ストランドが編み込まれたことにより形状接続的に、あるいは支持するように、繊維複合部材３の周りに位置する繊維材料の植込み構造に組み込まれている、ということが認められる。この場合、補強インサート３５は、その表面の性質あるいは粗さ、および／または繊維複合材料の繊維を包囲するマトリックスに合わせられた表面コーティングコンセプトに基づいて支持することができるように組み込まれていてよい。

図１０〜図１２にはそれぞれ、本発明のさらに別の実施形態によるＢピラー１が示されている。この実施形態が、図１〜図９に示した上述の各実施形態と相違している点は単に、繊維複合部材３を板金成形部材２に結合するために、付加的な金属の結合部材３６が設けられている点にあるに過ぎない。よって図１〜図９に示した各構成の実施形態は、図１０〜図１２に示す別の実施形態にも適用される。

図１０には、Ｂピラー１が図１に示した断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った横断面で示されている。繊維複合部材３と板金成形部材２との間の結合を付加的に補強するために、繊維複合部材３の繊維・マトリックス組織には金属の結合部材３６が組み込まれている。図１０では、結合部材３６が、繊維複合部材３の繊維複合体に部分的に組み込まれていて、自由端部領域３７でもって繊維複合体から突出している、ということが認められる。自由端部領域３７のところで繊維複合部材３は、板金成形部材２と材料接続的に結合、特に溶接されている。この場合、結合部材３６は、それぞれ自由端部領域３７を備える多数の狭幅なウェブ状の脚部、または横方向に延在する１つのフランジを有していてよい。複数箇所で繊維複合部材３を板金成形部材２に結合するためには同様に、複数の結合部材３６が設けられていてもよい。溶接法としては、特にスポット溶接法またはレーザ溶接法が適している。繊維複合部材３を、板金成形部材２のヘッド部分５の外面４でもって特に良好に支持すると共に、外面４に特に良好に結合するために、結合部材３６は図１０に示すように曲げられていてよく、その結果、フランジ状の上部結合領域９の外側輪郭に追従することになる。さらに、ヘッド部分５における板金成形部材２と繊維複合部材３との結合は、図３にリベット２８で示したようなリベット締結によって補強されていてもよい。

図１１および図１２にはそれぞれ、図１０に示したＢピラー１の別の横断面、つまり図１１には図１に示した断面線ＸＩ−ＸＩに沿った横断面、図１２には図１に示した断面線ＶＩ−ＶＩに沿った横断面が示されている。繊維複合部材３は、これらの領域でも結合部材３６を介して板金成形部材２に結合されている、ということが認められる。図１０〜図１２に示した断面はそれぞれ、繊維複合部材３が全長にわたり連続的または断続的に、結合部材３６により板金成形部材２に結合、特に溶接されている、ということを例示したものである。

図１３には、図１〜図６に示して上で説明したＢピラー１を備えた、本発明の第１の実施形態による自動車ボデーが示されている。組込み状態において、車両外皮３８は繊維複合部材３に面状に載置可能である、ということが簡略化されて示されている。車両外皮３８は、例えばフロントドア用ストライカ３９、ドアロック、ドアヒンジ、または後部ドアチェックアーム等の車両取付け部品をＢピラー１に取り付けるために用いられる固定手段２５を介して、Ｂピラー１の繊維複合部材３に結合されていてよい。さらに、車両外皮３８は図示しない形式で、板金成形部材２の接合フランジ１６に結合されていてもよい。

図１４には、図１〜図６に示して上で説明したＢピラー１を備えた、本発明の第２の実施形態による自動車ボデーが示されている。図１３に示した自動車ボデーとは異なり、図１４に示した実施形態では、Ｂピラー１は車両外皮３８により覆い隠されてはいない。つまり、Ｂピラー１の組込み状態において、繊維複合部材３自体は常に見えている。よって自動車の運転者あるいは同乗者は、車両ドアの開放時に、Ｂピラー１の支持構造要素が繊維複合部材３の形態で、繊維強化プラスチック材料から製造されている、ということを視覚的に知覚することになる。

１Ｂピラー
２板金成形部材
３繊維複合部材
４外面
５ヘッド部分
６センター部分
７フット部分
８内面
９上部結合領域
１０支持領域
１１中空空間
１２貫通開口
１３中心脚部
１４切抜き部
１５下部結合領域
１６接合フランジ
１７外縁
１８外縁
１９下側部分
２０高強度部分
２１中間部分
２２リベット
２３側壁
２４ショルダ
２５固定手段
２６上側部分
２７当接領域
２８結合手段
２９ギャップ
３０分離層
３１外壁
３２側壁
３３材料テーパ部
３４矢印
３５補強インサート
３６結合部材
３７自由端部領域
３８車両外皮
３９ストライカ
α 角度
β 角度
ｄ壁厚さ
Ｌ長さ
Ｘ長手方向

Claims

自動車ボデー用のＢピラーであって、
ヘッド部分（５）、センター部分（６）およびフット部分（７）ならびに内面（８）および外面（４）を備えた板金成形部材（２）を有しており、
前記ヘッド部分（５）は前記内面（８）に、当該Ｂピラー（１）を自動車ボデーのルーフ領域に結合するための結合領域（９）を有しており、
前記フット部分（７）は、当該Ｂピラー（１）を前記自動車ボデーのシル領域に結合するように形成されており、
前記センター部分（６）は、前記ヘッド部分（５）と前記フット部分（７）との間に延在していて当該Ｂピラー（１）の長手方向（Ｘ）を規定しており、
前記板金成形部材（２）は少なくとも前記センター部分（６）に、トップハット形断面を有しており、これにより、前記内面（８）の側に車両取付け部品を収容するための中空空間（１１）が形成されており、
当該Ｂピラー（１）はさらに、上側部分（２６）、中間部分（２１）および下側部分（１９）を備えた繊維複合部材（３）を有しており、
前記下側部分（１９）は、前記板金成形部材（２）の前記センター部分（６）内で終わっているものにおいて、
前記繊維複合部材（３）は、前記板金成形部材（２）の前記外面（４）に外側から被せ嵌められており、前記板金成形部材（２）の前記ヘッド部分（５）は、前記外面（４）に支持領域（１０）を有しており、前記繊維複合部材（３）の前記上側部分（２６）は、当接領域（２７）を有しており、該当接領域（２７）は、前記支持領域（１０）の側方を包囲するように係合して、該支持領域（１０）に当該Ｂピラー（１）の前記長手方向（Ｘ）で支持されていることを特徴とする、自動車ボデー用のＢピラー。
前記支持領域（１０）は楔形に形成されており、前記当接領域（２７）は、上方に向かって広がるように形成されている、請求項１記載のＢピラー。
前記繊維複合部材（３）は少なくとも前記下側部分（１９）において、前記板金成形部材（２）に形状接続的に当接しており、これにより前記繊維複合部材（３）は、前記板金成形部材（２）に前記長手方向（Ｘ）で支持されている、請求項１または２記載のＢピラー。
前記板金成形部材（２）は、熱間変形加工されかつ少なくとも部分的に焼入れされた板金部材である、請求項１から３までのいずれか１項記載のＢピラー。
前記繊維複合部材（３）の外縁（１７）は、前記板金成形部材（２）の外縁（１８）から間隔をあけられており、前記板金成形部材（２）は、前記繊維複合部材（３）の前記外縁（１７）と、前記板金成形部材（２）の前記外縁（１８）との間に、ドアシール、車両外皮（３８）、ガラス面の少なくとも１つを前記板金成形部材（２）に結合するための、当該Ｂピラー（１）の単層の接合フランジ（１６）を形成している、請求項１から４までのいずれか１項記載のＢピラー。
前記板金成形部材（２）は、互いに向かい合った２つの側壁（２３）を有しており、前記繊維複合部材（３）は、前記側壁（２３）の外側ショルダ（２４）に被せ嵌められている、請求項１から５までのいずれか１項記載のＢピラー。
前記繊維複合部材（３）の長さ（Ｌ_３）は、前記板金成形部材（２）の長さ（Ｌ_２）の５０％〜９０％である、請求項１から６までのいずれか１項記載のＢピラー。
前記Ｂピラー（１）の前記繊維複合部材（３）が外側から見えるようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載のＢピラー（１）を有する自動車ボデー。