JP7247853B2

JP7247853B2 - 車体構造

Info

Publication number: JP7247853B2
Application number: JP2019189742A
Authority: JP
Inventors: 一樹山内; 一平黒田; 晃子河本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN114466784A; US12065194B2; JP2021062823A; EP4046895A4; US20240109598A1; WO2021075362A1; EP4046895A1; CN114466784B

Description

本発明は、車体構造、特に、ダッシュクロスメンバがダッシュパネルの車室外側において車両前方に突出し、且つ車幅方向に延びるように接合されている車両の車体構造に関する。

自動車等の車両では、ダッシュパネルの車室外側において車両前方に突出するダッシュクロスメンバが車幅方向に延びるようにダッシュパネルに接合される構造が知られている。このようなダッシュクロスメンバを設けることで、車両の走行時、サスペンションからの荷重の入力を車幅方向に伝達して車体剛性を向上させることができる。

例えば、特開２０１９－３８３１１号（特許文献１）には、ダッシュパネルの車室外側において、車両前方に突出し且つ車幅方向に延びるダッシュクロスメンバが設けられた車体構造が開示されている。

特開２０１９－３８３１１号

近年、車室内空間の拡大の要望からエンジンルームの空間を十分に確保することが難しくなっている。特に、パワーユニット（例えばエンジン）のレイアウトが縦置きであり、且つこのような構造を有する車両は、パワーユニットのレイアウトが横置きである車両と比べ、ダッシュクロスメンバとパワーユニットとの隙間が狭くなる。したがって、このような車両において、前突時にパワーユニットが後退できる空間が小さくなるため、パワーユニットが自身の後退によってダッシュクロスメンバに接触し、それによってダッシュパネルを変形させるおそれがある。このような場合にはパワーユニットを前方にレイアウトしてダッシュクロスメンバとの接触を回避するか、ダッシュクロスメンバとパワーユニットが接触する場合には質量をかけてダッシュパネルの変形を抑制するためにダッシュパネルの補強を行っている。したがって、デザイン自由度を確保しつつ質量増加を抑制しながらダッシュパネルの変形を抑制する点において、改善の余地がある。

そこで、本発明は、ダッシュクロスメンバがダッシュパネルの車室外側において車両前方に突出し、且つ車幅方向に延びるように接合されている車両において、デザイン自由度を確保しつつ補強に質量をかけずに走行時の上下方向への荷重の入力に対する車体剛性の保持と、前突時にパワーユニットの後退によってパワーユニットがダッシュクロスメンバと接触してもダッシュパネルの変形を抑制する、前後方向への荷重の入力に対する圧縮性とを両立する、車体構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る車体構造は、車幅方向に延びて車室と車室前方のエンジン室とを区画するダッシュパネルと、前記エンジン室に配置されたパワーユニットと、前記ダッシュパネルから車室後方に延びるフロアパネルと、前記ダッシュパネルから前方に突出し車幅方向に延びるダッシュクロスメンバを備え、前記ダッシュクロスメンバは、車両をその前方から見たときの正面視において前記パワーユニットと少なくとも部分的に重なる第１の部分と、前記第１の部分から車幅方向外側に延びる第２の部分とを有し、前記第１の部分の圧縮強度は前記第２の部分の圧縮強度よりも低く、前記フロアパネルが、前記車両の前後方向に延び且つ上方に突出したフロアトンネルを備え、前記車体構造が、前記ダッシュパネルの車室内に前記ダッシュパネルと前記フロアトンネルとに連結するバックボーン構造を備え、前記バックボーン構造の前端が、前記第２の部分に連結されている、ことを特徴とする構成となっている。

この構成によると、パワーユニットが後退してきたとき、パワーユニットはダッシュクロスメンバの第１の部分に当たり、第１の部分は第２の部分よりも圧縮強度が低いため、パワーユニットの衝突エネルギが第１の部分の変形によって吸収される。そのため、ダッシュクロスメンバの後方にあるダッシュパネルの変形を抑制することができる。また同時に、ダッシュクロスメンバは車幅方向に連続して延びるように設けられるため、車体のねじれを抑制し、走行時の上下方向への荷重の入力に対する車体剛性を向上させることができる。また、オフセット衝突または斜突など、車体の一方からダッシュクロスメンバに伝達された力は、ダッシュクロスメンバ、ダッシュパネルおよびバックボーン構造を介して車体に伝達され、ダッシュパネルの変形を抑制することができる。

車体構造はさらに、前記バックボーン構造が、フロアトンネルとダッシュパネルとの前後方向における間に脆弱部を有する、ことを特徴とする構成であってもよい。

この構成によると、前突等によってバックボーン構造に前後方向に力が作用した場合、脆弱部を変形のきっかけとしてバックボーン構造が前後方向に圧縮変形することにより衝突エネルギが吸収され、乗員に作用する衝撃を緩和することができる。

車体構造はさらに、前記バックボーン構造が、前記正面視において前記ダッシュクロスメンバと少なくとも部分的に重なっている、ことを特徴とする構成であってもよい。

この構成によると、前突等によってダッシュクロスメンバに伝達された力を、当該重なっている位置を介して確実に車体に伝達し、ダッシュパネルの変形を抑制することができる。

本発明に係る車体構造によれば、ダッシュクロスメンバがダッシュパネルの車室外側において車両前方に突出し、且つ車幅方向に延びるように接合されている車体構造であっても、ダッシュクロスメンバの圧縮強度が部分的に低い箇所を設けることで、デザイン自由度を確保しつつ補強に質量をかけずに、走行時の上下方向への荷重の入力に対する車体剛性の保持と、前突時にパワーユニットの後退によってパワーユニットがダッシュクロスメンバと接触してもダッシュパネルの変形を抑制する、前後方向への荷重の入力に対する圧縮性とを両立することができる。

本発明の実施形態に係る車体構造を適用した、車体前部の平面図である。本発明の実施形態に係る車体構造を適用した、車体前部の正面図である。図２の線Ａ－Ａにおいて車両上方から見た断面における断面図である。本発明の実施形態に係る車体構造を適用した、車体前部の車室内側の斜視図である。図５は、上部バックボーンフレームの斜視図である。図６は、側部バックボーンフレームの斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る車体構造について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、車両の車体構造１を示す。この車両は、パワーユニットとしてエンジンを縦置き式に搭載したフロントエンジン・リアドライブ式の車両である。車体構造１は、車両前後方向（図１の左右方向。以下、この方向を適宜「前後方向」という。）に延びる中心軸２を有する。車体構造１は、中心軸２に直交する車両幅方向（図１の上下方向。以下、この方向を適宜「車幅方向」という。）に延びるダッシュパネル３を有する。ダッシュパネル３は、ダッシュパネル３の前方に位置するエンジンルーム４と車室５を区画している。

エンジンルーム４には、中心軸２を挟んで対称に配置された一対のフロントサイドメンバ６が配置されている。フロントサイドメンバ６の後端は、後述するダッシュクロスメンバ７を介してダッシュパネル３に連結されている。フロントサイドメンバ６の中間には、ほぼ中心軸２上にエンジン８が配置されている。エンジン８は、図示しないエンジン支持フレームによって車体構造１に支持されている。

図４に示すように、ダッシュパネル３の後ろには、車幅方向中央に位置するセンタトンネル９と該センタトンネル９の車幅方向両側に位置する左右のフロアパネル１０を有する。センタトンネル９は、車幅方向の略中央に配置されて前後方向に延びており、トンネルトップフレーム部分１１と該トンネルトップフレーム部分１１の車幅方向両端から下方に延びるトンネルサイドフレーム部分１２を有し、これらトンネルトップフレーム部分１１とトンネルサイドフレーム部分１２に囲まれてトンネル空間１３が形成されている。トンネルトップフレーム部分１１とトンネルサイドフレーム部分１２の前端は、ダッシュパネル３に連結されている。

前後方向に関して、フロアパネル１０は、ダッシュパネル３の下端から斜め下方に向かって曲線を描きながら後方に延びる前方傾斜部１４と、前方傾斜部１４の後端からほぼ水平に後方に真っすぐに延びる後方平面部１５を有する。車幅方向に関して、フロアパネル１０は、トンネルサイドフレーム部分１２の下端から車幅方向外側に向かって延びており、その末端はサイドシル１６（図３参照）に連結されている。

図３、４に示すように、フロアパネル１０は、車幅方向内側にあってトンネルサイドフレーム部分１２に連結された内側フロアパネル部１７と車幅方向外側にあってサイドシル１６に連結された外側フロアパネル部１８を有する。内側フロアパネル部１７と外側フロアパネル部１８の前後方向に延びる境界部には、略ハット状横断面を有するフロアアッパフレーム１９が配置されている。

図４に示すように、実施形態において、フロアアッパフレーム１９は、フロアパネル１０の前方傾斜部１４に位置する前部アッパフレーム部２０と、フロアパネル１０の後方平面部１５に位置する後部アッパフレーム部２１を有する。前部アッパフレーム部２０は、前方傾斜部１４とダッシュパネル３に沿って、後端から前端に向かって反り上がるような形状を有し、フロアパネル前方傾斜部１４とダッシュパネル３に適当な連結方法（例えば、溶接）によって連結されている。後部アッパフレーム部２１は、前後方向にほぼ真っすぐに延びており、フロアパネル後方平面部１５に適当な連結方法（例えば、溶接）によって連結されている。これら前部アッパフレーム部２０と後部アッパフレーム部２１は、例えば前部アッパフレーム部の後端部分と後部アッパフレーム部２１の前端部分を重ね合わせ、その重ね合わせ部が適当な連結方法（例えば、溶接）によって連結される。

図１に示すように、フロアアッパフレーム１９は、前後方向に関して、フロントサイドメンバ６とほぼ同じ線上に配置されている。図４に示すように、ダッシュパネル３の後ろでは、前部アッパフレーム部２０の前端部がダッシュクロスメンバ７の後方に位置しており、また、上述のように、ダッシュパネル３の前ではフロントサイドメンバ６がダッシュクロスメンバ７に連結されている。つまり、車両前方から見た正面視において、フロアアッパフレーム１９とフロントサイドメンバ６が少なくとも部分的に重なりあっている。したがって、前突時フロントサイドメンバ６に作用する力はダッシュクロスメンバ７とダッシュパネル３を介してフロアアッパフレーム１９に確実に伝達される。

図２に示す正面視において、ダッシュパネル３の下端部中央領域は、センタトンネル９の外形に沿って上方に向かって凸状に湾曲している。また、図３に示す平面視において、ダッシュパネル３の中央領域は後方に向かって凸状に湾曲している。このような湾曲形状に合わせて、ダッシュクロスメンバ７は、中央領域が上方と後方に向かって凸状に湾曲している。

図２、４に示すように、ダッシュクロスメンバ７は、略ハット形状を９０度回転した形をしており、上下方向に延びる縦壁部２２と、後方に延びる上下脚部２３、２４を有する。上下脚部２３、２４は、縦壁部２２の上端と下端から後方に延びる後方延長部２５、２６と、後方延長部２５、２６の後端からそれぞれ上方と下方に延びる鍔部２７、２８を有する。このように構成されたダッシュクロスメンバ７は、上下の鍔部２７、２８を適当な連結方法（例えば、溶接）によってダッシュパネル３に連結して固定される。

ダッシュクロスメンバ７は、中央湾曲領域を構成するセントラルメンバ（第１の部分）２９と、ダッシュクロスメンバ７の車幅方向両側に位置する領域を構成するサイドメンバ（第２の部分）３０を有する。セントラルメンバ２９とサイドメンバ３０はそれらの端部を隣接する部材の端部に重ね、適当な連結方法（例えば、溶接）によって連結することが好ましい。これにより、車体のねじれを抑制し、走行時の上下方向への荷重の入力に対する車体剛性を向上させることができる。

図３に示すように、セントラルメンバ２９の車幅方向の長さは、セントラルメンバ２９の前方に位置するエンジン８の車幅方向の長さよりも長く、かつ、正面視においてエンジン８の横幅がセントラルメンバ２９の横幅領域に収まるように、決められている。また、セントラルメンバ２９の剛性又は圧縮強度（以下、剛性と圧縮強度をまとめて「圧縮強度」という。）は、サイドメンバ３０の圧縮強度よりも低く設計されている。そのために、セントラルメンバ２９は例えば圧縮強度７８０ＭＰａの鋼板を加工して形成されており、サイドメンバ３０は例えば圧縮強度１，５００ＭＰａの熱間鋼板を加工して形成されている。

このように構成された車体構造１によれば、衝突時エンジン８が車体構造１に対して相対的に後方に移動すると、エンジン８はダッシュクロスメンバ７の中央部にあるセントラルメンバに当たる。このとき、上述のように、セントラルメンバ２９は両側のサイドメンバ３０よりも圧縮強度が低い材料で形成された易変形性の柔構造であるため、エンジン８の衝突エネルギの大部分がセントラルメンバ２９の変形によって吸収される。これにより、ダッシュクロスメンバ７の背後にあるダッシュパネル３の変形は最小限に抑えられる。その結果、車室内のドライバ及び助手席に居る同乗者の安全が確保できる。

特に、上述の実施形態では、セントラルメンバ２９の車幅方向の長さは、セントラルメンバ２９の前方に位置するエンジン８の車幅方向の長さよりも長く、かつ、正面視においてエンジン８の横幅がセントラルメンバ２９の横幅領域に収まるようにしているので、後方に移動したエンジン８は確実に柔構造のセントラルメンバ２９に受け止められ、エンジン８の衝突エネルギがセントラルメンバ２９の変形に吸収される。

以上の説明では、ダッシュクロスメンバのエンジンに対向する領域の圧縮強度を他の領域よりも低くすることによって該対向領域を柔構造としたが、対向領域の構成する板の厚さを小さくする、又は、その板を部分的に薄くする、若しくは、その板に開口（円形、略円形、矩形の孔、又は、細長いスリット、スロット）を形成する等によって、対向領域の圧縮強度を低くしてもよい。

また、以上の説明では、ダッシュクロスメンバ７を３つの部材（セントラルメンバ２９とサイドメンバ３０）を組み合わせて構成したが、一つの部材で構成してもよいし、４つ以上の部材を組み合わせて構成してもよい。

上述の実施形態において、ダッシュパネル３の車室側に、ダッシュパネル３の後方への変形を抑えるバックボーン構造４０を設けてもよい。図示するバックボーン構造４０は、前部バックボーン部４１と後部バックボーン部４２を有する。

実施形態において、前部バックボーン部４１は、センタトンネル９の上部を覆う上部バックボーンフレーム４３と、上部バックボーンフレーム４３の車幅方向の端部に設けられた側部バックボーンフレーム４４で構成されている。上部バックボーンフレーム４３は、ダッシュパネル３の後面から斜め下方後方に向かって曲線状に延びている。図５に示すように、上部バックボーンフレーム４３の車幅方向の端部（前後方向に延びる端部）は、前後方向の略中央から後端までの領域を下方に折り曲げて下向きフランジ４５が形成されている。一方、図６に示すように、側部バックボーンフレーム４４の上端には、上部バックボーンフレーム４３の下向きフランジ４５に対応する形状の内向きフランジ４６が形成されている。また、側部バックボーンフレーム４４の前端部には、図６において強調して示されている、車幅方向に延びる略平坦な接合部４７が形成されている。

後部バックボーン部４２は、一対のＬ形バックボーンフレーム４８を有する。

このような部材で構成されるバックボーン構造において、上部バックボーンフレーム４３の両側角部の内側に側部バックボーンフレーム４４の上端角部が当てられ、上部バックボーンフレーム４３の下向きフランジ４５と側部バックボーンフレーム４４の内向きフランジ４６を側部バックボーンフレーム４４と上部バックボーンフレーム４３に適宜連結方法（例えば、溶接）で連結する。このような構成にすることで、上部バックボーンフレーム４３と側部バックボーンフレーム４４の連結部を補強することができる。また、前部バックボーン部４１の形状が、成形が難しい形状であったとしても、成形が容易な形状にすることができる。このようにして組み合わされた前部バックボーン部４１は、上部バックボーンフレーム４３の前端部がダッシュパネル３の後面に適宜連結方法（例えば、溶接）で連結される。この状態で、上部バックボーンフレーム４３は、正面視においてダッシュクロスメンバ７と少なくとも部分的に重なることが好ましい。

側部バックボーンフレーム４４はトンネルサイドフレーム部分１２に適宜連結方法（例えば、溶接）で連結される。また、側部バックボーンフレーム４４の前端接合部４７がダッシュパネル３に適宜連結方法（例えば、溶接）で連結される。このとき、側部バックボーンフレーム４４の前端接合部４７がダッシュパネル３に連結される領域は、正面視において、ダッシュクロスメンバ７のサイドメンバ３０（特に、上部の鍔部２７）がダッシュパネル３に接合される領域と少なくとも部分的に重なることが好ましい。後部バックボーン部４２は、その前部を前部バックボーン部４１に重ねた状態で、センタトンネル９のトップフレーム部分１１と両サイドフレーム部分１２の角部に当てて、適宜連結方法（例えば、溶接）で連結される。

これにより、前突時、例えば車両前方の一部分のみが衝突するオフセット衝突時又は車両の斜め前方から衝突する斜突時、一方のフロントサイドメンバ６からダッシュクロスメンバ７に伝達された力は、ダッシュクロスメンバ７、ダッシュパネル３、側部バックボーンフレーム４４の接合部４７、また、前部バックボーン部４１及び後部バックボーン部４２を介して車体に伝達され、これによりダッシュパネル３の変形が最小限に抑えられる。また、センタトンネル９の上部角部又は上部曲線部が後部バックボーン部４２によって補強される。

上述したバックボーン構造４０において、上部バックボーンフレーム４３のフロアトンネルとダッシュパネルとの前後方向における間に断面欠損部（例えば、開口）からなる脆弱部（易変形部）４９を設けてもよい。これにより、前突等によって上部バックボーンフレーム４３に前後方向の力が作用した場合、脆弱部４９の変形をきっかけとしてバックボーン構造が前後方向に圧縮変形することにより衝突エネルギが吸収され、乗員に作用する衝撃が緩和される。

上部バックボーンフレーム４３の開口は脆弱部として機能するだけでなく、この開口を通じて上部バックボーンフレーム４３の下に隠れた部材を溶接する通路としても利用できる。

本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明による車体構造によれば、ダッシュクロスメンバがダッシュパネルの車室外側において車両前方に突出し、且つ車幅方向に延びるように接合されている車体構造であっても、ダッシュクロスメンバの圧縮強度が部分的に低い箇所を設けることで、デザイン自由度を確保しつつ補強に質量をかけずに、走行時の上下方向への荷重の入力に対する車体剛性の保持と、前突時にパワーユニットの後退によってパワーユニットがダッシュクロスメンバと接触してもダッシュパネルの変形を抑制する、前後方向への荷重の入力に対する圧縮性とを両立することができる。

１車体（車体構造）
２中心軸
３ダッシュパネル
４エンジンルーム
５車室
６フロントサイドメンバ
７ダッシュクロスメンバ
８エンジン
９センタトンネル
１０フロアパネル
１１トンネルトップフレーム部分
１２トンネルサイドフレーム部分
１３トンネル空間
１７内側フロアパネル部
１８外側フロアパネル部
１９フロアアッパフレーム
２２縦壁部
２９セントラルメンバ
３０サイドメンバ
４０バックボーン構造
４１前部バックボーン部
４２後部バックボーン部
４３上部バックボーンフレーム
４４側部バックボーンフレーム
４７接合部
４９脆弱部

Claims

車幅方向に延びて車室と車室前方のエンジン室とを区画するダッシュパネルと、
前記エンジン室に配置されたパワーユニットと、
前記ダッシュパネルから車室後方に延びるフロアパネルと、
前記ダッシュパネルから前方に突出し車幅方向に延びるダッシュクロスメンバと、を備える車体構造であって、
前記ダッシュクロスメンバは、車両をその前方から見たときの正面視において前記パワーユニットと少なくとも部分的に重なる第１の部分と、前記第１の部分から車幅方向外側に延びる第２の部分とを有し、
前記第１の部分の圧縮強度は前記第２の部分の圧縮強度よりも低く、
前記フロアパネルは、前記車両の前後方向に延び且つ上方に突出したフロアトンネルを備え、
前記車体構造は、前記ダッシュパネルの車室内に前記ダッシュパネルと前記フロアトンネルとに連結するバックボーン構造を備え、
前記バックボーン構造の前端は、前記第２の部分に連結されている、ことを特徴とする車体構造。
前記バックボーン構造は、フロアトンネルとダッシュパネルとの前後方向における間に脆弱部を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載の車体構造。
前記バックボーン構造は、前記正面視において前記ダッシュクロスメンバと少なくとも部分的に重なっている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体構造。