JP7013953B2

JP7013953B2 - ピラー上部構造

Info

Publication number: JP7013953B2
Application number: JP2018042350A
Authority: JP
Inventors: 隆介田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: JP2019156009A; US10882562B2; US20190276087A1

Description

本発明は、車体側部からの衝撃に対して車体を保護するピラー上部構造に関する。

車両の車体上部構造は、ルーフサイドレールアウターとルーフサイドレールインナーとが、ルーフ側端部の溶接部で溶接されたルーフサイドレールと、ルーフサイドレールのルーフサイドレールアウターと車体側部で結合されたセンターピラーと、車体のルーフにおいて、ルーフサイドレールのルーフサイドレールインナーと結合されたルーフサイドリインフォースと、で構成されている。

特開２００３－２１２１４８号公報特開２０１６－０６８７０８号公報

しかしながら、車体が側部から衝撃を受けると、衝撃力がセンターピラーからルーフサイドレールアウターを伝わって、ルーフサイドレールアウターとルーフサイドレールインナーとの溶接部に衝撃を与えるため、ルーフサイドレールインナーが溶接部分で破断し、更に、ルーフサイドリインフォースによってルーフサイドレールインナーが車体外側に向かって潰されるため、ルーフサイドレールが断面崩れを起こし、大きく損壊してしまうという課題があった。

本発明に係るピラー上部構造は、車体上部の車幅方向両端部において、車体前後方向に延び、車幅方向内側のルーフサイドレールインナーの上端部と車幅方向外側のルーフサイドレールアウターの上端部とが第１結合部で結合されたルーフサイドレールと、車体側部において車体上下方向に延び、ルーフサイドレールアウターと第２結合部で結合されたセンターピラーと、ルーフサイドレールインナーとルーフサイドレールアウターとで形成された空間にあって、ルーフサイドレールアウターと第３結合部で結合され、ルーフサイドレールインナーと第４結合部で結合されたバルクと、第１結合部よりも下方において、ルーフサイドレールインナーと第５結合部で結合されたルーフサイドリインフォースと、を備え、第２結合部は、ルーフサイドレールアウターの車幅方向外側面とセンターピラーとの結合部分であり、第３結合部は、ルーフサイドレールアウターの車幅方向外側面の反対側の面である車幅方向内側面とバルクとの結合部分であり、第４結合部は、ルーフサイドレールインナーの車幅方向外側面とバルクとの結合部分であり、第５結合部は、ルーフサイドレールインナーの車幅方向外側面の反対側の面である車幅方向内側面とルーフサイドリインフォースとの結合部分であり、第２結合部と第３結合部とは、車幅方向から見た際に少なくとも一部が重なっており、第４結合部と第５結合部とは、車幅方向から見た際に少なくとも一部が重なっており、第２結合部と、第３結合部と、第４結合部と、及び第５結合部とが、バルクを通してセンターピラーが受けた衝撃力をルーフサイドリインフォースに伝える経路を形成する、ことを特徴とする。

これにより、ルーフサイドレールインナーの第１結合部の破断を防止することができ、ルーフサイドレールの損壊を最小限に留めることができる。

また、本発明に係るピラー上部構造は、バルクが、車幅方向に凹凸を有する凹凸形状若しくは波形形状であることを特徴とする。

これにより、衝撃力がセンターピラーからルーフサイドリインフォースへ効率的に伝わる。

また、本発明に係るピラー上部構造は、バルクは、ルーフサイドレールアウターと複数箇所の第３結合部で結合され、ルーフサイドレールインナーと複数箇所の第４結合部で結合されており、第４結合部の結合箇所数が、第３結合部の結合個所数よりも少ないことを特徴とする。

これにより、衝撃力が効率的にセンターピラーからルーフサイドリインフォースへ集中して伝わる。

本発明に係るピラー上部構造は、上記のような構成とすることにより、車体側部から衝撃を受けた場合に、衝撃力を、センターピラーから、ルーフサイドレールインナーとルーフサイドレールアウターとで形成された空間に配置されたバルクを介して（第２結合部、第３結合部、第４結合部、及び第５結合部を介して）、ルーフサイドリインフォースの方向へと誘導することができる。そのため、ルーフサイドレールアウターとルーフサイドレールインナーとの溶接部である第１結合部に伝わる衝撃力を減少させることができ、ルーフサイドレールインナーの第１結合部の破断を防止することができるため、ルーフサイドレールの損壊を最小限に留めることができる。

本発明の前提となるピラー上部構造を説明する外観斜視図である。本発明の前提となるピラー上部構造を説明する断面図である。本発明の前提となるピラー上部構造において、車体外側から衝撃を受けた場合の変形例を示した図である。本発明の第１実施形態に係るピラー上部構造の断面図である。本発明の第２実施形態に係るピラー上部構造の断面図である。本発明の実施形態に係るピラー上部構造において、車体外側から衝撃を受けた場合の変形例を示した図である。

（ピラー上部構造の説明）
以下に、本発明の前提となるピラー上部構造について説明する。

図１は、本発明の前提となるピラー上部構造を説明する外観斜視図である。

図１において、ルーフサイドレール１０は、車体のルーフ両端部であって、車体前側から車体後側に渡って掛け渡されて、車体外側のルーフサイドレールアウター１２と車体内側のルーフサイドレールインナー１４とが結合されて形成されている。

センターピラー１６は、その上端部１８がルーフサイドレールアウター１２と結合されている。

ルーフサイドリインフォース２０は、車体のルーフ材（図示せず）を車幅方向に補強する補強材であり、車幅方向一端がルーフサイドレールインナー１４と結合されている。

（ピラー上部構造の断面詳細）
次に、本発明の前提となるピラー上部構造の詳細を説明する。

図２は、本発明の前提となるピラー上部構造を説明する断面図であって、図１のＡ－Ａ線で切った断面図である。

図２において、ルーフサイドレール１０は、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４とが、少なくとも、それぞれの上端部の第１結合部２２で結合されている。

ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４によって空間２６が形成されている。図２では、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４とが第１結合部２２のみで結合しており、下端は開放されているが、下端も結合されることにより、空間２６は閉空間とすることもできる。

センターピラー１６は、その上端部１８が、第２結合部２４でルーフサイドレールアウター１２と結合されている。

ルーフサイドリインフォース２０は、車幅方向の一端が、第５結合部３４でルーフサイドレールインナー１４と結合されている。

（ピラー上部構造が衝撃を受けた場合の変形例）
次に、図２で説明した本発明の前提となるピラー上部構造が、車体外側から衝撃を受けた場合の変形例を、図３を用いて説明する。

図３は、本発明の前提となるピラー上部構造において、車体外側から衝撃を受けた場合の変形例を示した図であって、ルーフサイドレール１０内に後述するバルクを設けない場合に、車体外側から衝撃を受けた場合のピラー上部構造の変形例を示した図である。なお、その他の構成は図２と同様であるので、構成の説明は省略する。

図３において、車体の外側から矢印Ａの方向に衝撃力を受けると、その衝撃力はセンターピラー１６内を矢印Ｂ方向に伝わり、第２結合部２４を介してルーフサイドレールアウター１２の内部を伝わり、矢印Ｃのように、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４との結合部である第１結合部２２に直接到達する。

これによって、ルーフサイドレールアウター１２の上端部は矢印Ｃ方向に強い力を受けるのに対して、ルーフサイドレールインナー１４はルーフサイドリインフォース２０によって矢印Ｄ方向に抗力を受ける。

すなわち、第１結合部２２には、ルーフサイドレールアウター１２に矢印Ｃ方向の強い衝撃力を受け、同時に、ルーフサイドレールインナー１４には矢印Ｃ方向とは逆方向の矢印Ｄ方向に強い力が瞬時に加わる。

このため、ルーフサイドレールインナー１４は、点線で囲まれた範囲（破断部３６）で破断する。

そして、破断したルーフサイドレールインナー１４は、ルーフサイドリインフォース２０に矢印Ｄ方向に押されて変形して断面崩れを起こし、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４で形成された空間２６は潰れてしまう。

ルーフサイドリインフォース２０は、破断したルーフサイドレールインナー１４とルーフサイドレールアウター１２を更に車体外側に圧迫するため、ルーフサイドレール１０全体やセンターピラー１６が大きく車体外側に変形し、損壊する。

（第１実施形態）
以下に、本発明の第１実施形態に係るピラー上部構造について説明する。

図４は、本発明の第１実施形態に係るピラー上部構造の断面図である。

図４において、ルーフサイドレール１０は、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４とが、少なくとも、それぞれの上端部の第１結合部２２で結合されている。ここで、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４とは、それぞれの上端部の第１結合部２２で結合するのみでなく、下端部でも互いに結合していてもよい。これによって、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４による閉じた空間２６が形成されていてもよい。

センターピラー１６は、その上端部１８が、ルーフサイドレールアウター１２を下側から支えており、センターピラー１６の車幅方向内側面とルーフサイドレールアウター１２の車幅方向外側面とが第２結合部２４で結合されている。

ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４で形成された空間２６には、補強材としてのバルク２８が格納されている。バルク２８は、車幅方向外側面が、ルーフサイドレールアウター１２の車幅方向内側面と第３結合部３０で結合されている。また、バルク２８は、車幅方向内側面が、ルーフサイドレールインナー１４の車幅方向外側面と第４結合部３２で結合されている。

なお、バルク２８は、空間２６を図４の上側端から下側端まで埋め尽くした形状であってもよく、若しくは、図４に示すように、一部（例えば、上側端）に空間２６が残る形状であってもよい。バルク２８を設けることにより、ルーフサイドレール１０の剛性が高まり、ルーフサイドレール１０の破断を回避できる。

バルク２８の材質は、本明細書全編において、アルミニウム、スチールなどの剛体であり得る。

ルーフサイドリインフォース２０は、その一端の車幅方向外側面と、ルーフサイドレールインナー１４の車幅方向内側面とが、第５結合部３４で結合されている。第５結合部３４は、第１結合部２２より更に下方に形成されている。

なお、本明細書全編において、「結合」とは、文字通り、物理的化学的に結合している場合の他、通常時は離間しており、又は接しており、車体が外側から衝撃力を受けた際に、強く押し付け合う場合も含まれる。

図４において、第２結合部２４、第３結合部３０、第４結合部３２、及び第５結合部３４は、車体側部に車体の外側から衝撃力を受けた場合に、その衝撃力が、センターピラー１６からルーフサイドリインフォース２０へ向かう点線矢印Ｅで示す経路を形成する。すなわち、車体側部に外側から矢印Ａ方向に衝撃力を受けた場合に、その衝撃力は、センターピラー１６上を矢印Ｂ方向に伝わり、その後、第２結合部２４、第３結合部３０を介してバルク２８の内部を点線矢印Ｅ方向に伝わり、更に、第４結合部３２、第５結合部３４の順で伝わって、点線矢印Ｅ方向にルーフサイドリインフォース２０へと伝わっていく。

点線矢印Ｅは、センターピラー１６からルーフサイドリインフォース２０へ向かう最短経路を形成してもよい。

このように構成することで、車体側部に車体の外側から矢印Ａ方向に衝撃を受けても、衝撃力は、バルク２８を通して点線矢印Ｅ方向に、ルーフサイドリインフォース２０へ誘導される。従って、ルーフサイドレールアウター１２を通じて矢印Ｃ方向に向かう衝撃力が減少されるので、最終的にルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４との結合部である第１結合部２２に加わる衝撃力を減少させることができる。このため、ルーフサイドレールインナー１４の第１結合部２２は破断から回避され、ルーフサイドレールの変形は最小限に留まる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るピラー上部構造の断面図である。第２実施形態は、バルク４２の形状に特徴を有し、バルク４２は、図５に示すように、車体幅方向に凹凸を有する凹凸形状又は波形形状で形成されている。

図５において、センターピラー１６は、センターピラー１６の車幅方向内側面とルーフサイドレールアウター１２の車幅方向外側面とが第２結合部２４で結合されている。バルク４２は、その車幅方向外側面と、ルーフサイドレールアウター１２の車幅方向内側面とが、３か所の第３結合部３０で結合されている。また、バルク４２は、車幅方向内側面と、ルーフサイドレールインナー１４の車幅方向外側面とが、２か所の第４結合部３２で結合されている。但し、２か所の第４結合部３２は、通常時は離間していてもよい。

すなわち、第４結合部３２の結合箇所数は、第３結合部３０の結合箇所数よりも少なく構成することができる。これにより、衝撃力が効率的にセンターピラー１６からルーフサイドリインフォース２０へ集中して伝わる。

ルーフサイドリインフォース２０は、その一端の車幅方向外側面と、ルーフサイドレールインナー１４の車幅方向内側面とが、少なくとも２か所の第５結合部３４で結合されている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図５において、第２結合部２４、３か所の第３結合部３０、２か所の第４結合部３２、及び２か所の第５結合部３４は、車体側部に車体の外側から衝撃力を受けた場合に、その衝撃力が、センターピラー１６からルーフサイドリインフォース２０へ向かう点線矢印Ｅで示す経路を形成する。

すなわち、第２結合部２４、第３結合部３０、第４結合部３２、及び第５結合部３４は、車体側部に車体の外側から衝撃力を受けた場合に、その衝撃力は、センターピラー１６から、矢印Ｂ方向にセンターピラー１６を伝わり、第２結合部２４でルーフサイドレールアウター１２に伝わり、３か所の第３結合部３０に分散されて、バルク４２の内部を矢印Ｇ方向に伝わり、更に、２か所の第４結合部３２でルーフサイドレールアウター１２に伝わり、２か所の第５結合部３４の順で伝わって、ルーフサイドリインフォース２０へと伝わっていく。

矢印Ｂ，Ｇ，Ｈは、センターピラー１６からルーフサイドリインフォース２０へ向かう最短経路であってもよい。

このように構成することで、車体側部に車体の外側から衝撃を受けても、衝撃力は、バルク４２を通して矢印Ｂ，Ｇ，Ｈ方向に、効率的にルーフサイドリインフォース２０へ誘導される。

更に、３か所の第３結合部３０で受けた衝撃力が、２か所の第４結合部３２、及び２か所の第５結合部３４に伝わるため、衝撃力が効率的にセンターピラー１６からルーフサイドリインフォース２０へ集中して伝わる。

従って、図４で説明したように、ルーフサイドレールアウター１２を通じて、矢印Ｃ方向に向かう衝撃力が減少されるので、最終的にルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４との結合部である第１結合部２２に加わる衝撃力を減少させることができる。このため、ルーフサイドレールインナー１４の第１結合部２２は破断から回避され、ルーフサイドレールの変形は最小限に留まる。

（本発明の実施形態に係るピラー上部構造が衝撃を受けた場合の変形例）
次に、本発明に係るピラー上部構造において、車体が車体外側から衝撃力を受けた場合の、ピラー上部構造の変形例を説明する。

図６は、本発明の実施形態に係るピラー上部構造において、車体外側から衝撃を受けた場合の変形例を示した図であって、ルーフサイドレール１０内に、第１実施形態で示したバルク２８を設けた場合の変形例を示した図である。図６は、先述した図４のピラー上部構造と同様の構成であるので、構成の説明は省略する。

図６において、点線で示した部分が、図４で説明した通常時のピラー上部構造である。図６において、車体の外側から矢印Ａのように衝撃力を受けると、衝撃力はセンターピラー１６内を矢印Ｂ方向に伝わり、その後、第２結合部２４、第３結合部３０を介してバルク２８の内部を点線矢印Ｆ方向に伝わり、更に、第４結合部３２、第５結合部３４の順で伝わって、矢印Ｆ方向にルーフサイドリインフォース２０へと伝わっていく。

すなわち、車体の外側から矢印Ａのように衝撃力を受けると、センターピラー１６内を矢印Ｂ方向に伝わり、点線矢印Ｆのように、ルーフサイドレールアウター１２、バルク４２、ルーフサイドレールインナー１４、ルーフサイドリインフォース２０へと力が伝播していく。

このとき、ルーフサイドリインフォース２０は、点線矢印Ｆの力に抗して車幅方向外側に反発力を発生させるが、ルーフサイドレールインナー１４はバルク２８に車幅方向外側を補強されているため、小さな変形に留まる。

従って、図６のように、ルーフサイドレールアウター１２とルーフサイドレールインナー１４との結合部である第１結合部２２に向かう、矢印Ｃ方向への衝撃力の伝播は抑えられ、第１結合部２２は破断しない。このため、ルーフサイドレール１０は、図６に示すように、全体として車体の外側に若干歪むが、ルーフサイドレールインナー１４の第１結合部２２における破断や、ルーフサイドレールインナー１４の断面崩れは防止され、ルーフサイドレール１０全体やセンターピラー１６は大きな変形、損壊から免れる。

なお、この時のルーフサイドレール１０の耐力は、図３のようにバルクを設けない場合に比べて、１８％程度上昇しており、車体外側への変形量は、１２ｍｍ低減でき、ドア進入速度に換算して、０．０５ｍ/ｓ減速できるという実験結果を得ている。

以上の通り、本願発明は、車体上部の車幅方向両端部において、車体前後方向に延び、車幅方向内側のルーフサイドレールインナー１４の上端部と車幅方向外側のルーフサイドレールアウター１２の上端部とが第１結合部２２で結合されたルーフサイドレール１０と、車体側部において車体上下方向に延び、ルーフサイドレールアウター１２と第２結合部２４で結合されたセンターピラー１６と、ルーフサイドレールインナー１４とルーフサイドレールアウター１２とで形成された空間２６にあって、ルーフサイドレールアウター１２と第３結合部３０で結合され、ルーフサイドレールインナー１４と第４結合部３２で結合されたバルク２８と、第１結合部２２よりも下方において、ルーフサイドレールインナー１４と第５結合部３４で結合されたルーフサイドリインフォース２０と、を備え、第２結合部２４と、第３結合部３０と、第４結合部３２と、及び第５結合部３４とが、センターピラー１６が受けた衝撃力をルーフサイドリインフォース２０に伝える経路を形成する、ことを特徴とするピラー上部構造である。

１０ルーフサイドレール、１２ルーフサイドレールアウター、１４ルーフサイドレールインナー、１６センターピラー、１８上端部、２０ルーフサイドリインフォース、２２第１結合部、２４第２結合部、２６空間、２８バルク、３０第３結合部、３２第４結合部、３４第５結合部、３６破断部、３８空間、４０バルク。

Claims

車体上部の車幅方向両端部において、車体前後方向に延び、車幅方向内側のルーフサイドレールインナーの上端部と車幅方向外側のルーフサイドレールアウターの上端部とが第１結合部で結合されたルーフサイドレールと、
車体側部において車体上下方向に延び、前記ルーフサイドレールアウターと第２結合部で結合されたセンターピラーと、
前記ルーフサイドレールインナーと前記ルーフサイドレールアウターとで形成された空間にあって、前記ルーフサイドレールアウターと第３結合部で結合され、前記ルーフサイドレールインナーと第４結合部で結合されたバルクと、
前記第１結合部よりも下方において、前記ルーフサイドレールインナーと第５結合部で結合されたルーフサイドリインフォースと、を備え、
前記第２結合部は、前記ルーフサイドレールアウターの車幅方向外側面と前記センターピラーとの結合部分であり、
前記第３結合部は、前記ルーフサイドレールアウターの車幅方向外側面の反対側の面である車幅方向内側面と前記バルクとの結合部分であり、
前記第４結合部は、前記ルーフサイドレールインナーの車幅方向外側面と前記バルクとの結合部分であり、
前記第５結合部は、前記ルーフサイドレールインナーの車幅方向外側面の反対側の面である車幅方向内側面と前記ルーフサイドリインフォースとの結合部分であり、
前記第２結合部と前記第３結合部とは、車幅方向から見た際に少なくとも一部が重なっており、
前記第４結合部と前記第５結合部とは、車幅方向から見た際に少なくとも一部が重なっており、
前記第２結合部と、前記第３結合部と、前記第４結合部と、及び前記第５結合部とが、前記バルクを通して前記センターピラーが受けた衝撃力を前記ルーフサイドリインフォースに伝える経路を形成する、
ことを特徴とするピラー上部構造。
請求項１に記載のピラー上部構造であって、
前記バルクは、車幅方向に凹凸を有する凹凸形状若しくは波形形状であること、
を特徴とするピラー上部構造。
請求項１または２に記載のピラー上部構造であって、
前記バルクは、前記ルーフサイドレールアウターと複数箇所の前記第３結合部で結合され、前記ルーフサイドレールインナーと複数箇所の前記第４結合部で結合されており、前記第４結合部の結合箇所数が、前記第３結合部の結合個所数よりも少ないこと、
を特徴とするピラー上部構造。