JP7006771B2 - フロア構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のフロア構造に関する。

自動車のフロア構造は、例えばフロアパネル、サイドシル、フロアクロスメンバおよびその他補強部材等からなる。このようなフロア構造では、例えば自動車の側面衝突時、特にポール側面衝突時において、主にサイドシルの曲げ変形とフロアクロスメンバの圧潰変形により衝撃を吸収することで、乗員の生存空間を確保している。この時、フロアパネルには、乗員の生存空間の確保のために大変形しないこと、およびサイドシルからの荷重を支持することが求められる。

近年、電気自動車の航続距離を高めることを目的に、フロアパネルの下に大容量のバッテリーを搭載する車体レイアウトが採用され始めている。このようなレイアウトの車体では、ポール側面衝突時の電気安全の観点から、バッテリーが損傷しないよう、サイドシルの変形で確実に衝撃を吸収することが望まれる。そのため、サイドシルの変形時の耐荷重性能を高めなければならず、フロアパネルには、自身が大変形しないようサイドシルから伝達されるその高い荷重に耐えることが求められる。なお、フロアパネル等の部材は大変形することで部材に入力される荷重が大変形前より小さくなるが、本明細書においては部材が大変形する前の最大入力荷重を“耐力”と称す。

一方、電気自動車では、従来の自動車に対し、プロペラシャフトと呼ばれる駆動部品や排気管が不要になる。そのため、フロアパネルの車幅方向の中央部に設けられるトンネルと呼ばれる段差形状が不要となり、フロアパネルを略フラットな形状にすることができる。プレス成形等の加工の観点では、略フラットなフロアパネルは従来のフロアパネルに比べてエンボスなどの形状付与が容易になる。

従来のフロア構造として、特許文献１～３に記載されたものがある。特許文献１には、キャブオーバー型のキャブフロアの補強構造として、キャブフロアの前部の、車幅方向の中央部の下面に補強部材が接合された構造が開示されている。特許文献１のフロア構造では、その補強部材に車長方向に延伸する複数本のビード部が形成されることで、車長方向の外力に対する変形の抑制が図られている。

特許文献２には、車両のフロア構造として、フロアパネルの下側（車外側）に、稜線部が車長方向に延伸する波板が接合され、波板の車長方向の端部に、車幅方向に延伸するクロスメンバが接合された構造が開示されている。特許文献２のフロア構造は、波板の上側稜線部がフロアパネルに接合され、波板の車幅方向端部がフロアフレームに接合され、波板の車長方向端部がクロスメンバの底面に当接、または接合された構造となっている。そのようなフロア構造とすることで、例えばオフセット前面衝突の際の入力荷重を左右のフロアフレームに分散させている。

特許文献３には、車両のフロア構造として、フロアパネルと、フロアパネルの両側部に接合されたサイドシルと、サイドシルと直交するように各サイドシルの間に配置されたクロスメンバとを有した構造が開示されている。特許文献３のフロア構造は、クロスメンバとサイドシルが交差する部位を中心として同心円弧状のビードがフロアパネルに形成され、これにより側面衝突時の入力荷重を分散させている。

特開２０００－１３５９９０号公報 特開２００４－１６８２５２号公報 特開２００６－２９７９６６号公報

フロア構造には耐力の向上が求められる一方で、燃費向上のために軽量化も求められる。したがって、自動車のフロア構造としては耐力の確保と軽量化を両立させることが求められる。そのためには質量あたりの耐力（耐力/質量）、すなわち耐力に関する質量効率を向上させることが求められる。質量効率を向上させることができれば、部材の板厚を薄くして軽量化を図ったとしても十分な耐力を確保することが可能である。また、フロア構造には室内空間またはバッテリー搭載空間の拡大のため、簡素な構造であることが望まれる。

特許文献１のフロア構造は、フロアトンネルと補強部材で閉断面が形成される構造であり、閉断面形成のためにサイズの大きな部材を組み合わせる分、部品点数の増加と質量の増加を招く。また、特許文献１のフロア構造は、前面衝突の際にキャブフロアの前部中央と補強部材が変形しながら高い荷重を伝達する、いわゆるエネルギー吸収性能を高めることで変形を抑制する構造である。そのため、耐力に焦点を当てた場合、特許文献１のフロア構造では必ずしも十分な耐力が得られるとは限らない。

特許文献２のフロア構造は、フロアパネルと波板で閉断面が形成される構造であり、閉断面形成のためにサイズの大きな部材を組み合わせる分、部品点数の増加と質量の増加を招く。また、特許文献２のフロア構造は、波板の上側稜線部がフロアパネルに接合され、波板の車長方向端部がクロスメンバ底面に当接する構造であることから、波板の高さはクロスメンバの高さに律速される。そのような制約があるために、特許文献２のフロア構造では耐力の質量効率の改善に限界がある。さらに、特許文献２のフロア構造はクロスメンバを設けることを前提としたフロア構造であるため、室内空間またはバッテリー搭載空間の拡大という観点で不利である。

特許文献３のフロア構造は、フロアパネルとクロスメンバで閉断面が形成される構造であり、閉断面形成のためにサイズの大きな部材を組み合わせる分、部品点数の増加と質量の増加を招く。また、フロアパネルに形成されるビード形状はクロスメンバを有する場合に効果的に機能するものであり、クロスメンバを配置しないフロア構造においては、耐力の質量効率が大きく低下する。また、特許文献３のフロア構造はクロスメンバを設けることを前提としたフロア構造であるため、室内空間またはバッテリー搭載空間の拡大という観点で不利である。

本発明は、従来技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、（a）衝突対応用のクロスメンバによって形成される閉断面、を有しない簡素な構造で、（b）耐力に関する質量効率が向上したフロア構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者は、略フラットなフロアパネルとサイドシルとを模擬した衝突シミュレーションを実施し、フロアパネルの面外変形の挙動と最大入力荷重の関係について鋭意検討した結果、以下の知見を以て本発明を完成した。すなわち、本発明者は、フロアパネルに、車幅方向または車長方向に平行な稜線部を有する波形状を付与し、そのフロアパネルの凸部の周期Ｃと高さｈを用いたＣ/√ｈの値が６０未満となる場合に上記課題を解決できることを見出した。

したがって、上記課題を解決する本発明の一態様は、フロア構造であって、車幅方向または車長方向に平行な稜線部を有する波形状部を備えたフロアパネルと、前記フロアパネルの前記車幅方向の端部に接合されたサイドシルと、を備え、前記波形状部の凸部の周期Ｃ（ｍｍ）と、高さｈ（ｍｍ）を用いたＣ/√ｈ（ｍｍ ^0.5 ）の値が６０未満であることを特徴としている。

本発明によれば、衝突対応用のクロスメンバによって形成される閉断面、を有しない簡素な構造で、耐力に関する質量効率が向上したフロア構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るフロア構造の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るフロア構造の概略構成を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 図２のＢ－Ｂ断面図である。 フロアパネルの形状例を示す、図２のＢ－Ｂ断面図に相当する図である。 本発明の第２実施形態に係るフロア構造の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るフロア構造の、図２中のＡ－Ａ断面図に相当する図である。 本発明の第３実施形態に係るフロア構造の概略構成を示す斜視図である。 図８のＣ－Ｃ断面図である。 Ｌ字ブラケットを用いたフロアパネルとサイドシルの接合例を示す図である。 Ｌ字ブラケットの形状例を示す、車内側からブラケットを見たときの断面図である。 周期Ｃが一定でない場合の例を示す図である。 高さｈが一定でない場合の例を示す図である。 周期Ｃおよび高さｈが一定でない場合の例を示す図である。 側面衝突シミュレーション（Ａ）における解析モデルを示す図である。 側面衝突シミュレーション（Ａ）における解析モデルを示す図である。 図１６のＤ－Ｄ断面図である。 側面衝突シミュレーション（Ａ）における解析モデルを示す図である。 比較例および実施例におけるポールの変位とフロアパネルへの入力荷重との関係を示す図である。なお、本図の縦軸は各解析モデルにおける入力荷重を比較例１の最大入力荷重で規格化した荷重比で表されている。 比較例１の面外変形の状態を示す図である。 実施例１の面外変形の状態を示す図である。 フロアパネルの凸部の高さｈ／周期Ｃが０．０６７の時の、周期Ｃと最大入力荷重との関係を示す図である。なお、本図の縦軸は各解析モデルにおける最大入力荷重を比較例１の最大入力荷重で規格化した最大荷重比で表されている。 フロアパネルの凸部のＣ/√ｈと、各解析モデルにおける耐力の質量効率との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１～図３に示すように第１実施形態のフロア構造１は、フロアパネル２とサイドシル３で構成されている。サイドシル３はサイドシルアウタ４とサイドシルインナ５で構成されている。

サイドシルアウタ４は、車長方向Ｌに垂直な断面がハット形状の部材であり、車高方向Ｈに延伸する天面部４ａと、天面部４ａの車高方向Ｈの両端部から車幅方向Ｗの車内側に延伸する縦壁部４ｂと、縦壁部４ｂの先端部から当該縦壁部４ｂに対して垂直に延伸するフランジ部４ｃを有している。サイドシルインナ５も同様に、車長方向Ｌに垂直な断面がハット形状の部材であり、車高方向Ｈに延伸する天面部５ａと、天面部５ａの車高方向Ｈの両端部から車幅方向Ｗの車外側に延伸する縦壁部５ｂと、縦壁部５ｂの先端部から当該縦壁部５ｂに対して垂直に延伸するフランジ部５ｃを有している。サイドシルアウタ４とサイドシルインナ５とは、フランジ部４ｃとフランジ部５ｃとが例えばスポット溶接されることで接合されている。なお、サイドシルアウタ４のハット形状、およびサイドシルインナ５のハット形状には、例えば縦壁部が天面部に対して傾斜した略ハット形状も含まれる。また、例えばサイドシルアウタ４とサイドシルインナ５のいずれか一方の部材が平板部材であっても良い。

図４に示すようにフロアパネル２は、周期的に形成された凸部１０と、底面部１１と、凸部１０と底面部１１とを繋ぐ角部である稜線部１２とを有した波形状となっている。第１実施形態におけるフロアパネル２の凸部１０は、天面部１０ａと、天面部１０ａの両端部から車高方向Ｈに延伸する側壁部１０ｂと、天面部１０ａと側壁部１０ｂとを繋ぐ角部である稜線部１０ｃとを有した形状となっている。稜線部１０ｃ、１２は車幅方向Ｗに平行となっている。すなわち、凸部１０の長手方向は車幅方向Ｗに平行となっている。また、第１実施形態のフロアパネル２においては、天面部１０ａと底面部１１の車長方向Ｌの長さが互いに同一となっている。このような波形状のフロアパネル２は、例えばロールによる転写またはプレス成形によって平板に形状が付与されることで製造される。

図３に示すように、フロアパネル２の車幅方向Ｗの端部（以下、“幅方向端部”）はサイドシル３に当接した状態で接合されている。詳述すると、フロアパネル２の幅方向端部が、サイドシルインナ５の天面部５ａに当接した状態で、例えば隅肉溶接で幅方向端部と天面部５ａとが接合されている。

第１実施形態のフロア構造１は以上のように構成されている。ここで、フロアパネル２の波形状部の底面部１１から天面部１０ａまでの高さをｈと定義し、波形状部の凸部１０の周期をＣと定義する。本明細書における“凸部の周期”とは、凸部１０と底面部１１との境界位置から、当該凸部１０の隣にある凸部１０と底面部１１との境界位置までの間隔を意味する。第１実施形態の凸部１０の形状の場合、周期Ｃは、隣り合う凸部１０のうち、第１の凸部１０の側壁部１０ｂから第２の凸部１０の側壁部１０ｂまでの間隔である。また、図５のように、例えば凸部１０の側壁部１０ｂが天面部１０ａに対して傾斜している場合、周期Ｃは、第１の凸部１０の側壁部１０ｂの内側の面Ｐ₁と、底面部１１の下面Ｐ₂との交線から、第２の凸部１０の側壁部１０ｂの内側の面Ｐ₁と、底面部１１の下面Ｐ₂との交線までの間隔である。

第１実施形態のフロア構造においては、例えば自動車の側面衝突の際にフロアパネル２の天面部１０ａおよび底面部１１に面外変形が生じるが、周期Ｃが小さくなるほど、各天面部１０ａおよび各底面部１１の車長方向Ｌの長さが短くなる。これにより、各天面部１０ａおよび各底面部１１において曲げ変形が生じ得るスパンが短くなり、面外変形が起こりにくくなる。その結果、フロアパネル２の耐力が向上する。凸部１０の周期Ｃは１５～２００ｍｍであることが好ましい。一方、凸部１０の高さｈに関しては、高さｈが高くなるほど、車長方向Ｌを回転軸とする曲げ変形に対する曲げ剛性が高まるため、フロアパネル２の耐力が向上しやすくなる。凸部１０の高さｈは２～２０ｍｍであることが好ましい。

周期Ｃを小さくすると共に高さｈを高くすると、その分、フロアパネル２を製造する際の材料使用量が多くなり、フロアパネル２の質量が増加する。したがって、耐力確保と軽量化の両立という観点においては、周期Ｃと高さｈのバランスが重要である。この点について、第１実施形態のフロアパネル２においては、Ｃ/√ｈが６０未満となるように波形状部が形成されている。Ｃ/√ｈが６０未満となるフロアパネル２は、Ｃ/√ｈが６０以上のフロアパネルに対して耐力の質量効率が向上する。すなわち、従来のフロアパネルを第１実施形態のようなフロアパネル２に置き換えることでフロア構造としての耐力の質量効率も向上する。なお、その効果をさらに高めるためには、Ｃ/√ｈが５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。また、その効果をさらに高めるためには、フロアパネルは、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板であることが好ましい。

また、第１実施形態のようなフロア構造１によれば、フロアパネル２を閉断面構造としなくても十分な耐力を発揮し得るため、クロスメンバ等の補強部材を設けずにフロア構造を構成することも可能となる。これにより室内空間またはバッテリー搭載空間を拡大することも可能となる。ただし、耐力向上の観点においては、第１実施形態のようなフロア構造１にさらにクロスメンバ等の補強部材を設けることで、フロア構造１としての耐力をさらに高めることも可能である。

なお、Ｃ/√ｈの下限は特に限定されない。例えばフロアパネル２の成形性の観点から周期Ｃの下限が制約されたり、室内空間またはバッテリー搭載空間の確保の観点から高さｈの上限が制約されてＣ/√ｈの下限が適宜定まるが、Ｃ/√ｈは３．３４以上であることが好ましい。

＜第２実施形態＞
図６および図７に示すように第２実施形態では、フロアパネル２の幅方向端部の形状が第１実施形態と異なっている。第２実施形態のフロアパネル２は、幅方向端部が例えば曲げ加工によって立ち上げられたフランジ部１３となっている。そして、そのフランジ部１３の底面部１１がサイドシルインナ５の天面部５ａに当接した状態でスポット溶接されることで、フロアパネル２とサイドシル３とが接合されている。このように、第２実施形態のフロア構造１では、フロアパネル２の幅方向端部がフランジ部１３となっていることで、フロアパネル２とサイドシル３の接合にスポット溶接を採用することができる。これによりフロアパネル２とサイドシル３との接合作業が容易になり、生産性が向上する。

なお、スポット溶接を行う場合、スポット打点のスペースを十分に確保するために、フランジ部１３の底面部１１の、車長方向Ｌの長さは１５ｍｍ以上であることが好ましい。また、図６および図７に示す例では、フロアパネル２のフランジ部１３が車高方向Ｈの上方に延伸する形状となっているが、下方に延伸する形状であっても良い。

＜第３実施形態＞
図８および図９に示すように、第３実施形態のフロアパネル２は第１実施形態のフロアパネル２と同一の形状であり、第２実施形態のようなフランジ部１３は形成されていない。第３実施形態では、フロアパネル２の幅方向端部がサイドシルインナ５の天面部５ａに当接した状態にあり、フロアパネル２とサイドシル３はブラケット６を介して接合されている。ブラケット６は、車長方向Ｌに垂直な断面の形状がＬ字状の、車長方向Ｌに延伸した部材である。本明細書では、ブラケット６の互いに垂直な２つの壁面部をそれぞれ“第１の壁面部６ａ”と“第２の壁面部６ｂ”と称す。

第３実施形態のフロア構造１では、ブラケット６がフロアパネル２の上側（車内側）に配置され、第１の壁面部６ａがフロアパネル２の天面部１０ａに接合され、第２の壁面部６ｂがサイドシルインナ５の天面部５ａに接合されている。部材同士の接合方法は特に限定されないが、例えばスポット溶接が採用される。スポット溶接を採用する場合、スポット打点のスペースを十分に確保するために、フロアパネル２の天面部１０ａの、車長方向Ｌの長さは１５ｍｍ以上であることが好ましい。

第３実施形態のフロア構造１によれば、第２実施形態のようなフロアパネル２のフランジ部１３を形成する必要がなくなり、フロアパネル２の製造が容易になる。さらに、フロアパネル２とサイドシル３の接合にスポット溶接を採用できるため、フロアパネル２とサイドシル３の接合作業が容易になる。これにより、フロア構造１を造りやすくなり、生産性を向上させることができる。

また、第３実施形態のブラケット６を用いる場合、図１０に示すようにフロアパネル２とサイドシル３との間にブラケット６を配置しても良い。図１０に示す例ではブラケット６の第１の壁面部６ａがフロアパネルの底面部１１の下面に接合され、第２の壁面部６ｂはサイドシルインナ５の天面部５ａの上面に接合されている。一方で、図１０に示す例では、側面衝突の際にサイドシル３から、まずブラケット６に荷重が入力されることになるため、フロアパネル２よりも先にブラケット６が変形する。このため、荷重の入力状況によってはブラケット６の変形に追従してフロアパネル２の変形が誘発される場合もある。したがって、図８および図９に示すフロア構造１のようにフロアパネル２の車幅方向端部がサイドシル３に当接するようにブラケット６が配置されることが好ましい。これにより、側面衝突の際にサイドシル３から直接フロアパネル２に荷重が入力されるため、フロア構造１としての耐力を向上させることができる。

また、図１１に示すように、第３実施形態のブラケット６の第１の壁面部６ａは、フロアパネル２の波形状部と同様の波形状部を有していてもよい。図１１に示す例では、ブラケット６の第１の壁面部６ａに周期的に凸部７が形成されており、第１の壁面部６ａの凸部７と、フロアパネル２の凸部１０とが互いに接するようにしてブラケット６とフロアパネル２が接合されている。このような第１の壁面部６ａを有するブラケット６を用いれば、ブラケット６とフロアパネル２の接合強度を高めることができ、フロア構造１としての耐力を向上させることができる。

なお、第３実施形態では、ブラケット６がフロアパネル２の上側（車内側）に設けられていたが、フロアパネル２の下側（車外側）に設けられていても良い。ブラケット６がフロアパネルの下側（車外側）に設けられる場合、ブラケット６の第１の壁面部６ａがフロアパネル２の底面部１１の下面に接合され、第２の壁面部６ｂはサイドシルインナ５の天面部５ａに接合される。また、第３実施形態ではブラケット６の形状をＬ字状としたが、フロアパネル２とサイドシル３とを接合することができれば、他の形状であっても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えばフロアパネル２は、車長方向Ｌの全域にわたって波形状でなくても良く、車長方向Ｌにおける一部の区間のみ波形状であっても良い。そのようなフロア構造あっても、フロアパネル２の、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。車長方向Ｌの一部の区間のみが波形状である場合、その波形状部の範囲は、例えばポール側面衝突試験におけるポールの衝突位置を中心として車長方向Ｌの前方に２００ｍｍ以上、かつ後方に２００ｍｍ以上であることが好ましい。なお、上記実施形態のようにフロアパネル２の車長方向Ｌの全域にわたって波形状を付与することで、側面衝突時に荷重の入力位置に関わらず、高い耐力を発揮することができ、ロバスト性に優れたフロア構造とすることができる。

フロアパネル２は、車幅方向Ｗの全域にわたって波形状でなくても良く、幅方向端部のみが波形状であっても良い。そのようなフロア構造であっても、幅方向端部の波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、幅方向端部のみが波形状である場合、その波形状部の範囲は、フロアパネル２の車幅方向Ｗの端点を起点として、フロアパネル２の幅（車体の一方のサイドシルから他方のサイドシルまでの車幅方向Ｗの長さ）の１／４以上であることが好ましい。

図１２に示すようにフロアパネル２の凸部１０の周期Ｃは一定でなくても良い。この場合の“周期Ｃ”は各凸部１０の周期Ｃの平均値となる。例えば図１２のように周期が互いに異なる凸部１０が４つ設けられている場合に、第１の凸部１０の周期を“Ｃ₁”、第１の凸部１０の隣に位置する第２の凸部１０の周期を“Ｃ₂”、第２の凸部１０の隣に位置する第３の凸部の周期を“Ｃ₃”とすると、本明細書における周期Ｃは（Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃）/３で算出される値である。このように周期Ｃが一定でないフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、周期Ｃが一定でない場合、車長方向Ｌの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良い。例えば、フロアパネル２が車長方向Ｌの全域にわたって波形状であったとしても、車長方向Ｌの一部の区間の平均周期であるＣと高さｈとを用いたＣ/√ｈの値が６０未満であれば、当該区間においては耐力の質量効率が向上する。したがって、当該区間に着目すれば、Ｃ/√ｈが６０未満であるフロア構造となるため、本発明に係るフロア構造であると言える。

図１３に示すようにフロアパネル２の凸部１０の高さｈは一定でなくても良い。この場合の“高さｈ”は各凸部１０の高さｈの平均値となる。例えば図１３のように高さが互いに異なる凸部１０が４つ設けられている場合に、第１の凸部１０の高さを“ｈ₁”、第１の凸部１０の隣に位置する第２の凸部１０の高さを“ｈ₂”、第２の凸部１０の隣に位置する第３の凸部の高さを“ｈ₃”とすると、本明細書における高さｈは（ｈ₁＋ｈ₂＋ｈ₃）/３で算出される値である。このように高さｈが一定でないフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、高さｈが一定でない場合、車長方向Ｌの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良い。例えば、フロアパネル２が車長方向Ｌの全域にわたって波形状であったとしても、車長方向Ｌの一部の区間の高さｈの平均値と周期Ｃとを用いたＣ/√ｈの値が６０未満であれば、当該区間においては耐力の質量効率が向上する。したがって、当該区間に着目すれば、Ｃ/√ｈが６０未満であるフロア構造となるため、本発明に係るフロア構造であると言える。

また、図１４に示すようにフロアパネル２の凸部１０の周期Ｃと高さｈがそれぞれ一定でなくても良い。この場合の“周期Ｃ”は図１２の場合と同様に各凸部１０の周期Ｃの平均値となり、“高さｈ”は図１３の場合と同様に各凸部１０の高さｈの平均値となる。例えば図１４のように周期が互いに異なり、かつ、高さが互いに異なる凸部１０が４つ設けられている場合、周期Ｃは（Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃）/３で算出され、高さｈは（ｈ₁＋ｈ₂＋ｈ₃）/３で算出される。このように周期Ｃと高さｈがそれぞれ一定でないフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、周期Ｃと高さｈがそれぞれ一定でない場合、車長方向Ｌの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良い。例えば、フロアパネル２が車長方向Ｌの全域にわたって波形状であったとしても、車長方向Ｌの一部の区間の平均周期であるＣと、当該区間の平均高さであるｈとを用いたＣ/√ｈの値が６０未満であれば、当該区間においては耐力の質量効率が向上する。したがって、当該区間に着目すれば、Ｃ/√ｈが６０未満であるフロア構造となるため、本発明に係るフロア構造であると言える。

フロアパネル２の凸部１０の高さｈが車幅方向Ｗの位置によって異なっていても良い。この場合の“高さｈ”は車幅方向Ｗの位置でそれぞれ異なる各高さの平均値である。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、凸部１０の高さｈが車幅方向Ｗの位置によって異なっている場合、車幅方向Ｗの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良く、幅方向端部においてのみＣ/√ｈが６０未満であれば、フロアパネル２の耐力は向上する。この場合のＣ/√ｈが６０未満となる範囲は、フロアパネル２の車幅方向Ｗの端点を起点として、フロアパネル２の幅（車体の一方のサイドシルから他方のサイドシルまでの車幅方向Ｗの長さ）の１／４以上であることが好ましい。

以上の説明では、フロアパネル２の凸部１０が天面部１０ａと、側壁部１０ｂと、稜線部１０ｃで構成されるものとしたが、凸部１０の形状は特に限定されず、例えば凸部１０の長手方向に垂直な断面の形状が円形状であっても良い。この場合の“高さｈ”は底面部１１から凸部１０の最も離れた位置までの高さである。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。

また、以上の説明では、フロアパネル２の稜線部１０ｃ、１２を車幅方向Ｗに平行とし、側面衝突に対応したフロア構造としたが、稜線部１０ｃ、１２をフロアパネル２の車長方向Ｌに平行とし、前面衝突または後面衝突に対応したフロア構造としても良い。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。

稜線部１０ｃ、１２が車長方向Ｌに平行である場合も、フロアパネル２は、車幅方向Ｗの全域にわたって波形状でなくても良く、車幅方向Ｗにおける一部の区間のみ波形状であっても良い。そのようなフロア構造あっても、フロアパネル２の、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。車幅方向Ｗの一部の区間のみが波形状である場合、その波形状部の範囲は、例えばフロアパネル２の車幅方向Ｗにおける中心位置から、車幅方向Ｗの右方に２００ｍｍ以上、かつ左方に２００ｍｍ以上であることが好ましい。

稜線部１０ｃ、１２が車長方向Ｌに平行である場合も、フロアパネル２は、車長方向Ｌの全域にわたって波形状でなくても良く、車長方向Ｌの端部（以下、“長手方向端部”）のみが波形状であっても良い。そのようなフロア構造であっても、長手方向端部の波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、長手方向端部のみが波形状である場合、その波形状部の範囲は、フロアパネル２の車長方向Ｌの端点を起点として、フロアパネル２の前端から後端までの長さの１／４以上であることが好ましい。

稜線部１０ｃ、１２が車長方向Ｌに平行である場合も、フロアパネル２の凸部１０の周期Ｃは一定でなくても良い。この場合の“周期Ｃ”は各凸部１０の周期Ｃの平均値となる。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、周期Ｃが一定でない場合、車幅方向Ｗの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良い。例えば、フロアパネル２が車幅方向Ｗの全域にわたって波形状であったとしても、車幅方向Ｗの一部の区間の平均周期であるＣと高さｈとを用いたＣ/√ｈの値が６０未満であれば、当該区間においては耐力の質量効率が向上する。したがって、当該区間に着目すれば、Ｃ/√ｈが６０未満であるフロア構造となるため、本発明に係るフロア構造であると言える。

稜線部１０ｃ、１２が車長方向Ｌに平行である場合も、フロアパネル２の凸部１０の高さｈは一定でなくても良い。この場合の“高さｈ”は各凸部１０の高さｈの平均値となる。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、高さｈが一定でない場合、車幅方向Ｗの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良い。例えば、フロアパネル２が車幅方向Ｗの全域にわたって波形状であったとしても、車幅方向Ｗの一部の区間の高さｈの平均値と周期Ｃとを用いたＣ/√ｈの値が６０未満であれば、当該区間においては耐力の質量効率が向上する。したがって、当該区間に着目すれば、Ｃ/√ｈが６０未満であるフロア構造となるため、本発明に係るフロア構造であると言える。

稜線部１０ｃ、１２が車長方向Ｌに平行である場合も、フロアパネル２の凸部１０の周期Ｃと高さｈがそれぞれ一定でなくても良い。この場合の“周期Ｃ”は各凸部１０の周期Ｃの平均値となり、“高さｈ”は各凸部１０の高さｈの平均値となる。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、周期Ｃと高さｈがそれぞれ一定でない場合、車幅方向Ｗの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良い。例えば、フロアパネル２が車幅方向Ｗの全域にわたって波形状であったとしても、車幅方向Ｗの一部の区間の平均周期であるＣと、当該区間の平均高さであるｈとを用いたＣ/√ｈの値が６０未満であれば、当該区間においては耐力の質量効率が向上する。したがって、当該区間に着目すれば、Ｃ/√ｈが６０未満であるフロア構造となるため、本発明に係るフロア構造であると言える。

稜線部１０ｃ、１２が車長方向Ｌに平行である場合も、フロアパネル２の凸部１０の高さｈが車長方向Ｌの位置によって異なっていても良い。この場合の“高さｈ”は車長方向Ｌの位置でそれぞれ異なる各高さの平均値である。そのようなフロア構造であっても、波形状が付与された部分においてＣ/√ｈが６０未満であれば、上記実施形態で説明したように耐力の質量効率が向上する。この場合もＣ/√ｈは５５以下であることが好ましく、２５以下であることがより好ましい。なお、凸部１０の高さｈが車長方向Ｌの位置によって異なっている場合、車長方向Ｌの全域にわたってＣ/√ｈが６０未満でなくても良く、長手方向端部においてのみＣ/√ｈが６０未満であれば、フロアパネル２の耐力は向上する。この場合のＣ/√ｈが６０未満となる範囲は、フロアパネル２の車長方向Ｌの端点を起点として、フロアパネル２の前端から後端までの長さの１／４以上であることが好ましい。

＜側面衝突シミュレーション（Ａ）＞
ポール側面衝突を想定したフロア構造の側面衝突シミュレーションを実施した。本シミュレーションに用いた解析モデルのフロア構造は、図１５に示す平板状のフロアパネルを有する構造（比較例１）と、図１６に示すような、平板状のフロアパネルに図１７の側面衝突対応用のクロスメンバを接合した構造（比較例２）と、図１８に示す波形状のフロアパネルを用いた構造である。また、波形状のフロアパネルを用いたフロア構造に関しては、凸部の周期Ｃと高さｈを変化させた複数の解析モデルを作成してシミュレーションを実施した（実施例１～１０）。実施例１０の構造は、波形状のフロアパネルにクロスメンバを接合した構造である。なお、本シミュレーションではフロアパネルの耐力に着目して評価を行うため、サイドシルを厚み６ｍｍの弾性体のプレートに置き換えている。

側面衝突シミュレーションは、サイドシルを模擬した弾性体のプレートの中央部に直径２５４ｍｍのポールを配置し、そのポールを車幅方向Ｗに平行に１ｍ／ｓで１０ｍｍ移動させることで実施した。その際のポールの押込み量（変位量）と入力荷重を記録し、入力された最大荷重、すなわち耐力を計測した。なお、フロアパネルは通常、強度が２７０～４４０ＭＰａの材料が適用されるため、比較例２のみフロアパネルについては強度を２７０ＭＰａとした。その他のフロアパネルについては強度を９８０ＭＰａとし、通常のものに比べ高強度のものとした。比較例２のポール側面衝突対応用のクロスメンバは通常５９０ＭＰａの材料が適用されるが、本シミュレーションでは強度を９８０ＭＰａとし、通常のものに比べ高強度のものとした。

下記表１に側面衝突シミュレーションの解析モデルの条件、および各解析モデルの最大入力荷重Ｆ₁を比較例１の最大入力荷重Ｆ₀で規格化した最大荷重比（Ｆ₁/Ｆ₀）を示す。また、各解析モデルの質量ｍ₁を比較例１の質量ｍ₀で規格化した質量比（ｍ₁/ｍ₀）も示す。

図１９に、比較例１と、実施例１および実施例２の変位－荷重比線図を示す。図１９に示す荷重比は、各解析モデルにおける入力荷重を比較例１の最大入力荷重で規格化した値である。図１９に示すように、どの条件においても入力荷重が最大荷重に到達した後は入力荷重が低下して推移している。このように推移する理由は、入力荷重が最大荷重に到達した後、フロアパネルが大変形するためである。すなわち、最大入力荷重はフロアパネルが大変形する前の入力荷重であり、耐力に相当する。したがって、図１９によれば、実施例１のフロア構造の耐力が比較例１と比較して高いことが示される。

ここで、図２０に比較例１の解析モデルのシミュレーションで生じた面外変形の状態を示す。また、図２１に実施例１の解析モデルのシミュレーションで生じた面外変形の状態を示す。ポールがサイドシルに衝突することで、フロアパネルは圧縮荷重を受けることになるが、図２０に示すように平板状のフロアパネルの場合にはポールの衝突によりフロアパネルの衝突部近傍に大きな面外変形が生じている。

一方、図２１に示すように実施例１の波形状のフロアパネルの場合には、凸部の天面部１０ａと底面部１１が個々に面外変形している。そして、フロアパネル全体として見た場合の面外変形の発生領域は、図２０に示す平板状のフロアパネルよりも狭くなっている。このように天面部１０ａと底面部１１が個々に面外変形する理由は、天面部１０ａと側壁部１０ｂとを繋ぐ稜線部１０ｃ（図４）、および底面部１１と側壁部１０ｂとを繋ぐ稜線部１２（図４）の延伸方向が荷重入力方向に一致していることにより、荷重入力によるフロアパネルの変形に対し強い抵抗力が生じ、各稜線部１０ｃ、１２が曲げ変形時の支持点として作用するためである。その支持点間はフロアパネルの面外変形が生じ得る領域となるが、フロアパネルが波形状であるために支持点間の間隔が短くなっており、曲げ変形のスパンが平板状のフロアパネルに対して短くなる。これにより、実施例１のフロアパネルでは曲げ変形に対する抵抗力が高まり、波形状でないフロアパネルよりも耐力が大きくなる。

次に、図１９において実施例１と実施例２を比較すると、実施例２では実施例１よりも最大荷重が大きくなっている一方、最大荷重に到達した後の入力荷重の減衰は実施例１の方が小さくなっている。換言すると、実施例１は実施例２に比べ、フロアパネルの大変形前の最大荷重が小さいが、フロアパネルの大変形後の入力荷重は高く維持される。したがって、実施例１のフロア構造は、実施例２に対してエネルギー吸収性能の高い構造であると言えるが、フロアパネルの大変形前に高い耐力を発揮させるという観点では実施例２のフロア構造の方が優れている。この結果によれば、エネルギー吸収性能の高いフロア構造が、必ずしも耐力が大きい構造ではないことが示される。

図２２に波形状のフロアパネルを有する各解析モデルの凸部の周期Ｃと、各解析モデルの最大入力荷重Ｆ₁を比較例１の最大入力荷重Ｆ₀で規格化した最大荷重比Ｆ₁/Ｆ₀との関係を示す。図２２中のプロットは、上記表１中の比較例５、および実施例１～５の結果に対応するものであり、ｈ／Ｃが全て０．０６７で一定の場合のケースのものである。ｈ／Ｃが一定であることにより、図４のような断面図におけるフロアパネルの線長が一定となり、質量一定の条件で耐力の評価を行うことが可能となる。

図２２の結果によれば、質量一定の条件下では、凸部の高さｈを高くするより周期Ｃを小さくした方が、フロアパネルの耐力が高まることが示される。また、図２２中の周期Ｃが３０ｍｍの場合のプロットは上記表１の実施例２の結果に対応するが、上記表１によれば、クロスメンバを有するフロア構造である比較例２よりも実施例２の方が最大荷重比が大きい。この結果から、実施例２のフロア構造であれば、ポール側面衝突対応用のクロスメンバの省略が可能なほどに、耐力が高まることが示される。

図２３にフロアパネルの凸部のＣ/√ｈと、各解析モデルの最大荷重比Ｆ₁/Ｆ₀を、比較例１を基準とした質量比ｍ₁/ｍ₀で規格化したものとの関係を示す。図２３の縦軸の値は、質量あたりの耐力の大きさを示す耐力の質量効率であり、縦軸の値が高いほど、耐力と質量のバランスに優れることを意味する。

図２３によれば、Ｃ／√ｈの値が小さいほど、質量効率に優れることが示される。また、図２３および上記表１からも明らかなように、たとえフロアパネルが波形状であっても、平板状のフロアパネルの比較例１よりも耐力の質量効率が劣る場合もある。すなわち、単にフロアパネルを波形状とするだけでは、耐力確保と軽量化を両立させることはできない。本シミュレーションの結果に鑑みれば、比較例１に対して耐力の質量効率に優れるフロア構造は、Ｃ/√ｈが６０未満となるフロア構造である。また、Ｃ/√ｈが５５以下、さらには２５以下となるフロア構造において耐力の質量効率が大きく向上する。

なお、上記表１の実施例１０の結果によれば、波形状のフロアパネルにクロスメンバが接合された構造であれば、耐力の質量効率が大きく向上する。このため、例えば室内空間やバッテリー搭載空間の確保よりも、耐力の向上と軽量化の両立がより優先される場合には、波形状のフロアパネルにクロスメンバを設けることが有効である。

＜側面衝突シミュレーション（Ｂ）＞
次に、実施例２のフロアパネルを、ブラケットを介してサイドシルに接合した場合の側面衝突シミュレーションを実施した。本シミュレーションに用いた解析モデルのフロア構造は、図９のようなフロアパネルの幅方向端部がサイドシルに当接した状態でフロアパネルの上側（車内側）にＬ字ブラケットが配置された構造（実施例１１）と、図１０のようなフロアパネルとサイドシルの間にＬ字ブラケットが配置された構造（実施例１２）である。本シミュレーションでは、Ｌ字ブラケットの接合位置の違いによるフロアパネルの耐力の影響に着目するため、サイドシルを、厚み６ｍｍの弾性体のプレートに置き換えている。荷重の入力条件は前述の側面衝突シミュレーション（Ａ）と同様である。

以上の条件の下でシミュレーションを実施したところ、実施例１１の最大入力荷重は実施例１２の最大入力荷重の１．５６倍となった。すなわち、Ｌ字ブラケットを用いてフロアパネルとサイドシルを接合する場合、図１０のようにフロアパネルとサイドシルの間にＬ字ブラケットを配置するより、図９のようにフロアパネルがサイドシルに当接するようにＬ字ブラケットを配置する方がフロア構造としての耐力が高まる。

本発明は、自動車等の車両に取り付けられるフロア構造として利用することができる。

１ フロア構造
２ フロアパネル
３ サイドシル
４ サイドシルアウタ
４ａ サイドシルアウタ天面部
４ｂ サイドシルアウタ縦壁部
４ｃ サイドシルアウタフランジ部
５ サイドシルインナ
５ａ サイドシルインナ天面部
５ｂ サイドシルインナ縦壁部
５ｃ サイドシルインナフランジ部
６ ブラケット
６ａ ブラケットの第１の壁面部
６ｂ ブラケットの第２の壁面部
７ 第１の壁面部の凸部
１０ フロアパネルの凸部
１０ａ 凸部の天面部
１０ｂ 凸部の側壁部
１０ｃ 凸部の稜線部
１１ 底面部
１２ 稜線部
１３ フロアパネルのフランジ部
Ｃ 凸部の周期
Ｈ 車高方向
ｈ 凸部の高さ
Ｌ 車長方向
Ｗ 車幅方向

Claims (7)

1. フロア構造であって、
   車幅方向または車長方向に平行な稜線部を有する波形状部を備えたフロアパネルと、
   前記フロアパネルの前記車幅方向の端部に接合されたサイドシルと、を備え、
   前記波形状部の凸部の周期Ｃ（ｍｍ）と、高さｈ（ｍｍ）を用いたＣ/√ｈ（ｍｍ ^0.5 ）の値が６０未満である。
2. 請求項１に記載のフロア構造において、
   Ｃ/√ｈ（ｍｍ ^0.5 ）の値が５５以下である。
3. 請求項１または２に記載のフロア構造において、
   前記稜線部が前記車幅方向に平行である。
4. 請求項３に記載のフロア構造において、
   前記フロアパネルと前記サイドシルとがブラケットを介して接合されている。
5. 請求項４に記載のフロア構造において、
   前記サイドシルは、サイドシルアウタと、サイドシルインナと、を備え、
   前記サイドシルインナは、天面部と、前記天面部から車幅方向の車外側に延伸する縦壁部と、を有し、
   前記ブラケットは、第１の壁面部と第２の壁面部とを有するＬ字状であり、
   前記第１の壁面部が前記フロアパネルに接合され、前記第２の壁面部が前記サイドシルインナの前記天面部に接合されている。
6. 請求項５に記載のフロア構造において、
   前記フロアパネルの車幅方向の端部が前記サイドシルインナの前記天面部に当接している。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のフロア構造において、
   前記フロアパネルは、引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板からなる。

Images