JP7255657B1

JP7255657B1 - サイドシルの内部構造

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Publication number: JP7255657B1
Application number: JP2021188333A
Authority: JP
Inventors: 遼揚場
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: JP2023075430A; WO2023089887A1

Abstract

【課題】側面衝突時に衝突エネルギーを吸収するサイドシルの内部構造を提供する。【解決手段】本発明に係るサイドシルの内部構造１は、ハット断面形状のアウター部材１１０とインナー部材１２０が接合されて閉断面構造が形成されたサイドシル１００の内部構造であって、車体上方側のフランジ部１１５ａ及びフランジ部１２５ａと車体下方側のフランジ部１１５ｂ及びフランジ部１２５ｂとを連結する連結部材１０と、アウター部材１１０に入力した衝突荷重をインナー部材１２０側に伝達しつつ衝突エネルギーを吸収する衝突エネルギー吸収部材２０と、を備え、衝突エネルギー吸収部材２０は、インナー部材１２０の角部１２７又は角部１２７近傍に向かって傾斜した直線状の荷重伝達経路を形成する第一衝突エネルギー吸収部材２１と、インナー部材１２０と連結部材１０とを繋ぐように配設された第二衝突エネルギー吸収部材２３と、を有するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車車体の車幅方向車外側から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収するサイドシルの内部構造に関する。

世界の自動車販売に占めるバッテリー式電気自動車(BEV)やプラグインハイブリッド車（PHEV）等の大容量バッテリーを積載した自動車（以降、電気自動車と称す）の割合は、今後急速に高まることが予想される。エンジン車やハイブリッド車（HEV）と大きく異なる電気自動車の車体構造の一つが、大容量バッテリー搭載と、その保護構造である。図１８に示すように、サイドシル１００の車体幅方向車外側からポール２１０が衝突する側面衝突試験は、多くの衝突アセスメントにおいて乗員傷害を評価する項目であるが、ポール２１０からサイドシル１００に入力する荷重が集中荷重であることと、衝突位置からバッテリーまでの距離が近いことから、バッテリー保護の観点でも特に厳しい衝突モードであると言える。

図１９に示すように、外部からの衝突エネルギーよりバッテリーケース１４０内部のバッテリー１４１を保護する電気自動車用車体構造には、車体幅方向外側から衝突荷重が入力した際に衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収部材（ＥＡ部材）であるサイドシル１００と、サイドシル１００からの大荷重がバッテリーケース１４０に入力することを防ぐために変形が許容されない複数の耐荷重部材(非ＥＡ部材)、例えば図１９のフロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０の下部とサイドシル１００とを接続するバッテリー下クロスメンバー１５０、が設けられる。

これら複数の耐荷重部材はサイドシル１００に当接し、衝突荷重をサイドシル１００の衝突部から耐荷重部材へ分散させる荷重伝達経路が形成されるが、バッテリーケース１４０の変形を防ぐためには、この荷重伝達経路の途中に単数または複数の衝突エネルギー吸収部材(ＥＡ部材)が配置されていることが要件となる。この衝突エネルギー吸収部材は、車外側からの衝突エネルギーを十分に吸収できる程度の高強度な構造でなければならない一方で、非ＥＡ部材への荷重伝達をそれらの部材の耐荷重以下とする必要がある。この条件を満たすためには、サイドシル１００を含めた衝突エネルギー吸収部材（ＥＡ部材）から耐荷重部材（非ＥＡ部材）への伝達荷重配分が重要となる。

側面衝突から車体を守る車両下部構造としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特許第６７３４７０９号公報特許第６７５７２９１号公報

特許文献１に記載の車体の下部構造は、ハット断面形状の衝撃吸収部材を用いるものであるが、衝突エネルギー吸収能力が不足するといった課題があった。また、当該構造を構成するためには部品点数が多くなるため、製造コスト面の課題も抱える。
また、特許文献２に記載の車体下部構造は、衝撃吸収部材がバッテリーと同じ高さに配置されていることから、バッテリーケースへの入力荷重が過大となることが懸念される。さらには、特許文献１に記載の構造と同様、部品点数が多くなるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、十分な衝突エネルギーの吸収能力を備えつつ、サイドシルからバッテリーケース等の特定の部品への入力荷重が過大になることを抑制し、部品点数と製造コストの増加を抑えることができるサイドシルの内部構造を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るサイドシルの内部構造は、車体前後方向に延在し、車体幅方向の車内側に向かって開口するハット断面形状のアウター部材と、車体幅方向の車外側に向かって開口するハット断面形状のインナー部材とを備え、前記アウター部材と前記インナー部材は互いの開口側を向い合わせて車体上方側の端部と車体下方側の端部がそれぞれ接合されて閉断面構造が形成されたサイドシルの内部構造であって、
前記アウター部材及び前記インナー部材の前記車体上方側の端部と前記車体下方側の端部とを連結するように配設された連結部材と、前記アウター部材に入力した衝突荷重を前記インナー部材側に伝達しつつ衝突エネルギーを吸収する衝突エネルギー吸収部材とを備え、
前記衝突エネルギー吸収部材は、
前記アウター部材に入力した衝突荷重を前記インナー部材の車体上方向と車体下方向双方の角部又は該角部近傍に向かって伝達させるために車体水平面に対して傾斜した直線状の荷重伝達経路を形成し、かつ衝突エネルギーを吸収する一対の第一衝突エネルギー吸収部材と、
前記第一衝突エネルギー吸収部材の車体上方側と車体下方側のそれぞれに配置され、かつ前記インナー部材と前記連結部材又は前記端部とを繋ぐように配設され、衝突エネルギーを吸収する第二衝突エネルギー吸収部材と、を有することを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記衝突エネルギー吸収部材は、一枚の板部材から屈曲形成されたものであり、前記第一衝突エネルギー吸収部材と前記第二衝突エネルギー吸収部材とが一体化されたものであることを特徴とするものである。

（３）上記（１）に記載のものにおいて、
前記第一衝突エネルギー吸収部材は、車体幅方向の車内側に向かって開口したハット断面形状であり、車体水平面に対して傾斜した一対の縦壁部を有することを特徴とするものである。

（４）上記（１）に記載のものにおいて、
前記第二衝突エネルギー吸収部材は、車体幅方向の車外側に向かって開口するハット断面形状の二つの部材が車体上下方向に並んで配設されてなり、該二つのハット断面形状の部材の縦壁部のうち車体上下方向中央側の二つの縦壁部が前記第一衝突エネルギー吸収部材の一部を形成し、前記二つのハット断面部材の縦壁部のうち車体上方向側及び車体下方向の二つの縦壁部が前記第二衝突エネルギー吸収部材を形成することを特徴とするものである。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、
前記連結部材は、一枚の板部材からなり、前記第一衝突エネルギー吸収部材と接合されて前記荷重伝達経路を前記アウター部材側と前記インナー部材側とに分断することを特徴とするものである。

（６）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、
前記連結部材は、車体上下方向に延在する複数の短冊状の板部材からなり、前記第一衝突エネルギー吸収部材と前記第二衝突エネルギー吸収部材とを貫通するように配設されていることを特徴とするものである。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のものにおいて、
前記第一衝突エネルギー吸収部材は、前記荷重伝達経路に沿って形成された溝形状部を有することを特徴とするものである。

本発明においては、サイドシルのアウター部材及びインナー部材の車体上方側の端部と前記車体下方側の端部とを連結するように配設された連結部材と、前記アウター部材に入力した衝突荷重を前記インナー部材側に伝達しつつ衝突エネルギーを吸収する衝突エネルギー吸収部材とを備え、前記衝突エネルギー吸収部材は、前記アウター部材に入力した衝突荷重を前記インナー部材の車体上方向と車体下方向双方の角部又は該角部近傍に向かって伝達させるために車体水平面に対して傾斜した直線状の荷重伝達経路を形成し、かつ衝突エネルギーを吸収する一対の第一衝突エネルギー吸収部材と、前記第一衝突エネルギー吸収部材の車体上方側と車体下方側のそれぞれに配置し、かつ前記インナー部材と前記連結部材又は前記端部とを繋ぐように配設され、衝突エネルギーを吸収する第二衝突エネルギー吸収部材と、を有することにより、アウター部材に入力した衝突荷重が車体のフロアクロスメンバーやバッテリーケース等の耐荷重部材に配分されて伝達されるとともに、荷重伝達経路を形成する第一衝突エネルギー吸収部材及び第二衝突エネルギー吸収部材が効率的に圧壊されて、衝突エネルギーの吸収効率を高めることができる。このとき、第一衝突エネルギー吸収部材及び第二衝突エネルギー吸収部材が圧壊して折れ曲がった後も、第一衝突エネルギー部材と第二衝突エネルギー吸収部材がインナー部材の車体上方向と車体下方向双方の角部により支持されることによって、上記効果が最大限に発現する。また、上記構成により、部品個数を抑えた簡易な構造であっても、高い衝突エネルギー吸収性能を確保しつつ、軽量化を達成できる。
さらに、衝突エネルギー吸収部材の第一衝突エネルギー吸収部材が連結部材と交差するように配設されてサイドシルのアウター部材側とインナー部材側とに分断され、サイドシル内部に複数の閉断面構造が形成される構造をとることで、衝突エネルギー吸収量をより高めることができる。

本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の構成を説明する断面図である（その１）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の構成を説明する断面図である（その２）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造において、衝突エネルギー吸収部材と連結部材との接合方法を説明する図である。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造において、側面衝突時の変形状態の一例を示す図である（（ａ）斜視図、（ｂ）車体前後方向からの正対図）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の他の態様を示す図である（その１）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の他の態様を示す図である（その２）（（ａ）斜視図、（ｂ）Ａ－Ａ断面図、（ｃ）Ｂ－Ｂ断面図）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の他の態様において、側面衝突時の変形状態の一例を示す図である（その１）（（ａ）斜視図、（ｂ）車体前後方向からの正対図）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の他の態様を示す図である（その３）。本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造の他の態様において、側面衝突時の変形状態の一例を示す図である（その２）。実施例において、発明例に係るサイドシルの内部構造の構成を示す斜視図である（（ａ）発明例１、（ｂ）発明例２）。実施例において、発明例に係るサイドシルの内部構造の構成を示す断面図である（（ａ）発明例１、（ｂ）発明例２、（ｃ）発明例３）。実施例において、サイドシルに側面衝突するポールのサイドシル側への最大衝突ストロークを説明する図である。実施例において、比較対象とした比較例に係るサイドシルの内部構造の構成を示す斜視図である（（ａ）比較例１、（ｂ）比較例２、（ｃ）比較例３）。実施例において、比較対象とした比較例に係るサイドシルの内部構造の構成を示す断面図である（（ａ）比較例１、（ｂ）比較例２、（ｃ）比較例３）。実施例において、比較対象とした比較例に係るサイドシルの内部構造の構成を示す断面図である（（ａ）比較例４、（ｂ）比較例５、（ｃ）比較例６）。実施例において、比較対象とした比較例に係るサイドシルの内部構造の構成を示す断面図である（（ａ）比較例７、（ｂ）比較例８、（ｃ）比較例９）。実施例において、発明例１～発明例３及び比較例１～比較例９に係るサイドシルの衝突性能を示すグラフである（（ａ）衝突エネルギー吸収量と衝突ストロークの関係、（ｂ）衝突エネルギー吸収量とサイドシルの内部構造の重量の関係、（ｃ）衝突エネルギー吸収量とサイドシルの内部構造を構成する部材個数の関係）。自動車車体のサイドシルを対象とする側面衝突試験を説明する図である。従来のサイドシル及びその近傍の構成を説明する図である。

本発明の実施の形態について説明するに先立ち、本発明で対象とするサイドシルの構成について説明する。
なお、以下の説明において、車体前後方向、車体幅方向、車体上下方向、車体外側、車体内側等、方向や配置についての語句は、自動車の車体に取り付けた状態での位置関係を表すものである。
また、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
さらに、本願の図面において、X方向、Y方向及びZ方向は、それぞれ、車体前後方向、車体幅方向及び車体上下方向を示す。

＜本発明で対象とするサイドシルについて＞
本発明で対象とするサイドシル１００は、前述した図１８に示すように、車体前後方向に延在し、車体幅方向の車内側に向かって開口するハット断面形状のアウター部材１１０と、車体幅方向の車外側に向かって開口するハット断面形状のインナー部材１２０とを備えてなるものである。

アウター部材１１０は、図１に示すように、天板部１１１と縦壁部１１３とフランジ部１１５とを有してなるハット断面形状である。
インナー部材１２０は、図１に示すように、天板部１２１（第一天板部１２１ａ及び第二天板部１２１ｂ）と縦壁部１２３とフランジ部１２５とを有してなるハット断面形状であり、天板部１２１と縦壁部１２３とは角部１２７を介して接続されている。

そして、アウター部材１１０とインナー部材１２０とは、車体上方側の端部であるフランジ部１１５ａ及びフランジ部１２５ａと、車体下方側の端部であるフランジ部１１５ｂ及びフランジ部１２５ｂと、によりそれぞれ接合され、閉断面構造を形成している。

さらに、サイドシル１００のインナー部材１２０における車体上方側にはフロアクロスメンバー１３０が接続し、車体上下方向の下方側においてはバッテリー下クロスメンバー１５０を介してバッテリーケース１４０が接続している。

フロアクロスメンバー１３０、バッテリーケース１４０及びバッテリーケース１４０に連結されたバッテリー下クロスメンバー１５０は、サイドシル１００の車体幅方向側面に衝突荷重が入力する側面衝突においても、所定の耐荷重を有して変形しないようにすることが要求される。

＜サイドシルの内部構造＞
本発明の実施の形態に係るサイドシルの内部構造１は、図１に一例として示すように、アウター部材１１０とインナー部材１２０とを備えたサイドシル１００の内部構造であって、連結部材１０と、衝突エネルギー吸収部材２０と、を備えたものである。

連結部材１０は、図１に示すように、アウター部材１１０とインナー部材１２０とが接合された車体上方側の端部であるフランジ部１１５ａ及びフランジ部１２５ａと、車体下方側の端部であるフランジ部１１５ｂ及びフランジ部１２５ｂと、を連結するように配設されたものであり、一枚の板部材（金属板）から形成されている。また、連結部材１０は、図２に示すように、アウター部材１１０とインナー部材１２０により形成されるサイドシル１００の閉断面構造を内外に二分し、アウター部材１１０との間でアウター側サイドシル閉断面構造３１、インナー部材１２０との間でインナー側サイドシル閉断面構造３３が形成されている。

衝突エネルギー吸収部材２０は、図１に示すように、第一衝突エネルギー吸収部材２１と、第二衝突エネルギー吸収部材２３と、を有する。

第一衝突エネルギー吸収部材２１は、アウター部材１１０に入力した衝突荷重をインナー部材１２０の車体上方向と車体下方向双方の角部１２７近傍に向かって伝達するために車体水平面に対して傾斜した直線状の荷重伝達経路を形成し、かつ衝突エネルギーを吸収する一対の部材である。

第二衝突エネルギー吸収部材２３は、第一衝突エネルギー吸収部材２１の車体上方側と車体下方側のそれぞれに配置し、かつインナー部材１２０と、フランジ部１１５及びフランジ部１２５と、を繋ぐように配設され、衝突エネルギーを吸収する部材である。なお、第二衝突エネルギー吸収部材２３は、インナー部材１２０と連結部材１０を繋ぐように配設してもよい。

本実施の形態において、衝突エネルギー吸収部材２０は、一枚の板部材から屈曲形成され、第一衝突エネルギー吸収部材２１と第二衝突エネルギー吸収部材２３とが一体化されたものである。すなわち、一対の第一衝突エネルギー吸収部材２１は、それぞれのアウター部材１１０側の端部が天板部１１１近傍に位置する荷重受け持ち部２５により接続され、インナー部材１２０側の端部が第二衝突エネルギー吸収部材２３のインナー部材１２０側の端部とインナー部材１２０の上下中央よりも車体上方側と車体下方側のそれぞれに配置される荷重伝達部２７を介して接続されている。
これにより、衝突エネルギー吸収部材２０は、荷重受け持ち部２５と、一対の第一衝突エネルギー吸収部材２１と、荷重伝達部２７と、第二衝突エネルギー吸収部材２３と、により全体として略Ｍ字断面形状になっている。

さらに、連結部材１０は、図２に示すように、衝突エネルギー吸収部材２０と第一衝突エネルギー吸収部材２１において交差するように配設され、衝突エネルギー吸収部材２０との間には、アウター部材１１０側のアウター側ＥＡ部材閉断面構造３５と、インナー部材１２０側のインナー側ＥＡ部材閉断面構造３７と、が形成されている。
そして、サイドシル１００の車体幅方向の車外側は、アウター側サイドシル閉断面構造３１の内部にアウター側ＥＡ部材閉断面構造３５を有する二重閉断面構造を構成し、サイドシル１００の車内側は、インナー側サイドシル閉断面構造３３の内部にインナー側ＥＡ部材閉断面構造３７を有する二重閉断面構造を構成している。

本実施の形態において、衝突エネルギー吸収部材２０と連結部材１０とは、例えば図３に示すように、それぞれに切り込み２０ａ及び切り込み１０ａを設けて差し込み、アーク溶接等で接合されている。

本実施の形態において、荷重受け持ち部２５は、樹脂接着剤４１を介してアウター部材１１０の天板部１１１の内面と接合され、アウター部材１１０及び樹脂接着剤４１を介して衝突荷重を受ける部位である。

また、荷重伝達部２７は、樹脂接着剤４３を介してインナー部材１２０の天板部１２１の内面と接合され、アウター部材１１０に入力して荷重受け持ち部２５及び第一衝突エネルギー吸収部材２１を介して伝達した衝突荷重をフロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０、バッテリー下クロスメンバー１５０等といった耐荷重部材(非ＥＡ部材)に伝達する部位である。

なお、樹脂接着剤４１及び樹脂接着剤４３は、20mm以内の厚みのものであることが好ましい。もっとも、荷重受け持ち部２５は、アウター部材１１０の天板部１１１と直接接合されたものであってもよい。同様に、荷重伝達部２７は、インナー部材１２０の天板部１２１と直接接合されたものであってもよい。

本実施の形態に係るサイドシルの内部構造１の作用効果について、図４に基づいて以下に説明する。なお、図４は、車体幅方向における車外側からポール２１０が側面衝突してサイドシル１００に衝突荷重が入力する場合における衝突エネルギー吸収部材２０及び連結部材１０の変形の様子を示したものである。

車体幅方向の車体外側からサイドシル１００に衝突荷重が与えられると、第一衝突エネルギー吸収部材２１により車体水平面に対して傾斜して直線状に形成された荷重伝達経路を通じて、車体内側のフロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０等の耐荷重部材（非ＥＡ部材）へと衝突荷重が上下に分配されて伝達される。

このとき、図４に示すように、衝突エネルギー吸収部材２０の上部がフロアクロスメンバー１３０若しくはバッテリーケース１４０の上方にて支えられ、衝突エネルギー吸収部材２０の下部がバッテリーケース１４０の下部又はバッテリー下クロスメンバー１５０に支えられながら、アウター部材１１０側の荷重伝達経路を形成する第一衝突エネルギー吸収部材２１が圧壊して衝突エネルギーを吸収する。サイドシル１００の車体幅方向の車外側は、アウター側サイドシル閉断面構造３１の内部にアウター側ＥＡ部材閉断面構造３５を有する二重閉断面構造（図２参照）により、衝突エネルギー吸収量を高めることができる。

その後、インナー部材１２０側の第一衝突エネルギー吸収部材２１及び第二衝突エネルギー吸収部材２３は、フロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０に支えられながら圧壊し、衝突エネルギーがさらに吸収される。サイドシル１００の車内側は、インナー側サイドシル閉断面構造３３の内部にインナー側ＥＡ部材閉断面構造３７を有する二重閉断面構造（図２参照）により、衝突エネルギー吸収量を高めることができる。

第一衝突エネルギー吸収部材２１及び第二衝突エネルギー吸収部材２３が圧壊して折れ曲がった後も、インナー部材１２０の天板部１２１の内面との接合が外れた荷重伝達部２７は車体上方側及び車体下方側のそれぞれにずれてインナー部材１２０における天板部１２１の車体上方側と車体下方側の角部１２７又は角部１２７の近傍に当接し、第一衝突エネルギー吸収部材２１と第二衝突エネルギー吸収部材２３とが突っ張り車体幅方向の衝突変形に対する抵抗力を維持するので、第一衝突エネルギー吸収部材２１及び第二衝突エネルギー吸収部材２３は、衝突エネルギー吸収能力を保持し続ける。そして、インナー部材１２０は、折れ曲がった第一衝突エネルギー吸収部材２１及び第二衝突エネルギー吸収部材２３により角部１２７又はその近傍が支持されるので、完全に押しつぶされずにハット断面形状を維持し続ける。この変形状態は、第一衝突エネルギー吸収部材２１が車体水平面に対して傾斜を持ち、荷重受け持ち部２５から角部１２７近傍へと向かって接続される構造によって実現される。

その際、連結部材１０に衝突エネルギー吸収部材２０の車体上方側の端部と車体下方側の端部が接合されていることにより、衝突エネルギー吸収部材２０の略Ｍ字断面形状の曲げ稜線が進展することを防止し、直線形状の第一衝突エネルギー吸収部材２１及び第二衝突エネルギー吸収部材２３を圧壊させエネルギー吸収効率を高める。

このように、第一衝突エネルギー吸収部材２１は、荷重受け持ち部２５から荷重伝達部２７に向かって直線状の荷重伝達経路を形成する。これにより、アウター部材１１０に入力した衝突荷重がフロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０等の耐荷重部材に効率的に伝達され、第一衝突エネルギー吸収部材２１の圧壊が促進されて、衝突エネルギーの吸収効率を高めることができる。

また、連結部材１０は、車体上下方向における端部１１（１１ａ、１１ｂ）が、サイドシル１００の車体上方側のフランジ部１１５ａ及びフランジ部１２５ａと、車体下方側のフランジ部１１５ｂ及びフランジ部１２５ｂと、に接続されていることにより、車体の側面衝突時にサイドシル１００の断面が上下に開いて崩壊するのを抑制（断面崩壊抑制）して耐力を高めている。

これにより、サイドシル１００の断面崩壊による衝突エネルギー吸収効率の低下を抑制することができる。

さらに、連結部材１０によって第一衝突エネルギー吸収部材２１がアウター部材１１０側とインナー部材１２０側とに分断され、サイドシル１００の内部に２つの閉断面構造（アウター側ＥＡ部材閉断面構造３５、インナー側ＥＡ部材閉断面構造３７、図２参照）が形成されていることで、第一衝突エネルギー吸収部材２１の座屈波長を短くすることができる。これにより、第一衝突エネルギー吸収部材２１の耐力が上昇し、より大きな荷重を伝達できるようになる。

さらに、本実施の形態に係るサイドシルの内部構造１においては、連結部材１０と衝突エネルギー吸収部材２０とによる簡易な構造で部品点数の削減でき、軽量化を達成できる。

なお、角部１２７近傍とは、衝突エネルギー吸収部材２０の荷重伝達部２７がインナー部材１２０の内面に直接又は樹脂接着剤４３を介して当接する箇所であって、インナー部材１２０の車体側に自動車車体の骨格構造部材であるフロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０が接続している箇所である。
本実施の形態においては、図１に示すように、インナー部材１２０の車体上方側の天板部１２１から角部１２７ａに及ぶ領域と車体下方側の天板部１２１から角部１２７ｂに及ぶ領域を指す。
もっとも、角部１２７近傍は、天板部１２１から角部１２７に及ぶ領域に限らず、角部１２７から縦壁部１２３に及ぶ領域であってもよい。
また、荷重伝達部２７は衝突荷重を耐荷重部材（非ＥＡ部材）に伝達する部位であり、荷重伝達部２７の車体上下方向の長さは、サイドシル１００のインナー部材１２０に接続される耐荷重部材（非ＥＡ部材）の車体上下方向の長さを上限とし、少なくとも耐荷重部材（非ＥＡ部材）の車体上下方向の長さの１／３程度とするのが好ましい。

上記の説明において、衝突エネルギー吸収部材２０は、一枚の板部材から屈曲形成されたものであり、第一衝突エネルギー吸収部材２１は、第二衝突エネルギー吸収部材２３と一体化されたものであった。もっとも、本発明に係る衝突エネルギー吸収部材は、図５に例示するように、アウター部材１１０側のハット断面部材５１と、インナー部材１２０側に車体上下方向に並んで配設された二つのハット断面部材５３と、のように別の板部材から形成された衝突エネルギー吸収部材５０であってもよい。

ハット断面部材５１は、図５に示すように、車体幅方向の車内側に向かって開口したハット断面形状であり、樹脂接着剤４１を介してアウター部材１１０の天板部１１１の内面と接合する天板部５１ａと、車体水平面に対して傾斜した一対の縦壁部５１ｂと、連結部材１０と接合するフランジ部５１ｃと、を有する。

また、ハット断面部材５３は、図５に例示するように、車体幅方向の車外側に向かって開口するハット断面形状であり、樹脂接着剤４３を介してインナー部材１２０の天板部１２１の内面と接合する天板部５３ａと、車体水平面に対して傾斜した縦壁部５３ｂと、連結部材１０と接合するフランジ部５３ｃを有する。

そして、ハット断面部材５１の縦壁部５１ｂと、二つのハット断面部材５３の車体上下方向中央側の二つの縦壁部５３ｂと、が第一衝突エネルギー吸収部材２１を形成し、二つのハット断面部材５３の車体上方側及び車体下方側の二つの縦壁部５３ｂが第二衝突エネルギー吸収部材２３を形成する。

なお、図５に示す二つのハット断面部材５３は、一枚の板部材から屈曲形成されて一体化されたものであってもよい。

また、本実施の形態に係るサイドシルの内部構造１は、連結部材１０が一枚の板部材から形成されてなり、第一衝突エネルギー吸収部材２１と接合されて荷重伝達経路をアウター部材１１０側とインナー部材１２０側とに分断するものであった。
もっとも、図６に例示するように、本発明に係る連結部材１５は、車体上下方向に延在する複数の短冊状の板部材からなり、第一衝突エネルギー吸収部材２１を貫通するように配設されているものであってもよい。

短冊状の板部材からなる連結部材１５であっても、図７に示すように、サイドシル１００の閉断面が上下に開くのを防ぐことができ、第一衝突エネルギー吸収部材２１を効率的に軸圧壊させ、衝突エネルギーの吸収の抑制を防ぐことができる。

さらに、図８に例示するように、第一衝突エネルギー吸収部材２１においては、荷重伝達経路に沿って溝形状部（例えばビード部２９）が形成されたものであることが好ましい。

第一衝突エネルギー吸収部材２１による荷重の伝達と衝突エネルギーの吸収を向上させるためには、第一衝突エネルギー吸収部材２１の変形エネルギー（変形抵抗）を大きくする必要がある。そのために、第一衝突エネルギー吸収部材２１にビード部２９を設けることで、図９に示すように、第一衝突エネルギー吸収部材２１の変形抵抗が大きくなるために変形エネルギーが大きくなり、第一衝突エネルギー吸収部材２１における耐力を底上げし、衝突エネルギーの吸収量を向上させることが可能となる。

図６に示すような短冊状の連結部材１５を有するサイドシルの内部構造１においても、第一衝突エネルギー吸収部材２１にビード部２９を形成することで、衝突荷重及び衝突エネルギー吸収量の向上が可能となる。この場合においても、ビード部２９は、荷重伝達経路に沿った方向において分断されたものであってもよい。このように、ビード部を分断して荷重伝達経路に沿った方向におけるビード部の長さを調整することで、座屈波長を制御することができる。

なお、上記の説明は、サイドシル１００のインナー部材１２０に耐荷重部材であるバッテリーケース１４０が接続している電気自動車を想定したものであったが、本発明は、電気自動車のサイドシルの内部構造に限定されるものではなく、サイドシルのインナー部材における車体上方側と車体下方側とにフロアクロスメンバー等といった耐荷重部材が接続しているものに好ましく適用できる。

本発明に係るサイドシルの内部構造の作用効果について検証するための具体的な試験を行ったので、その結果について以下に説明する。

本実施例では、図１０及び図１１に示すように、連結部材１０と衝突エネルギー吸収部材２０とを備えてなるサイドシルの内部構造１を備えたサイドシル１００と、サイドシル１００に接続するフロアクロスメンバー１３０とバッテリーケース１４０と、を有する車体部分モデル２００に対して車体幅方向外側からポール２１０が衝突する側面衝突試験を行い、衝突性能を評価した。

サイドシル１００は、本発明の実施の形態で説明したように、ハット断面形状のアウター部材１１０と、ハット断面形状のインナー部材１２０と、が開口側を互いに向かい合わせて車体上方側及び車体下方側それぞれのフランジ部１１５及びフランジ部１２５が接合されて閉断面構造が形成されている。
本実施例では、図１０及び図１１に示すように、本発明の構成要件を満たすサイドシルの内部構造１を備えた車体部分モデル２００を発明例１～発明例３とした。

発明例１は、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、一体形成された連結部材１０と、一枚の板部材から略Ｍ字断面形状に一体形成された衝突エネルギー吸収部材２０と、を備えたものである。

発明例２は、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように、一体形成された連結部材１０と、一枚の板部材から略Ｍ字断面形状に一体形成された衝突エネルギー吸収部材２０と、を備え、衝突エネルギー吸収部材２０の第一衝突エネルギー吸収部材２１に、連結部材１０により分断されたビード部２９が形成されたものである。

発明例３は、図１１（ｃ）に示すように、一体形成された連結部材１０と、一枚の板部材から略Ｍ字断面形状に一体形成された衝突エネルギー吸収部材２０と、を備え、衝突エネルギー吸収部材２０の第一衝突エネルギー吸収部材２１に、連結部材１０により分断されずにアウター部材１１０側からインナー部材１２０側まで延在するビード部２９が形成されたものである。

ここで、発明例１～発明例３の衝突エネルギー吸収部材２０は、アウター部材１１０の天板部１１１の内面に樹脂接着剤４１を介して当接する一つの荷重受け持ち部２５を有し、インナー部材１２０の天板部１２１の内面に樹脂接着剤４３を介して当接する二つの荷重伝達部２７を有する。

なお、発明例１～発明例３において、サイドシル１００、連結部材１０及び衝突エネルギー吸収部材２０はいずれも板厚1.6mmの1.5GPa級高張力鋼板を用いて作製されたものである。

本実施例において、フロアクロスメンバー１３０の長手方向の延長上かつサイドシル１００のアウター部材１１０側に直径250mmのポール２１０が側面衝突する際のポール２１０のサイドシル１００への侵入量（衝突ストローク）と、ポール２１０の側面衝突時の衝突エネルギー吸収量と、求めた。
そして、ポール２１０の侵入量については、図１２に示す最大衝突ストロークL_max以下であるか否かを評価した。ここで、最大衝突ストロークL_maxとは、車体幅方向におけるアウター部材１１０の天板部１１１からバッテリー下クロスメンバー１５０までの水平方向距離である。

なお、実際のポール２１０の側面衝突試験は、自動車の車体が運動エネルギーを持ったまま固定されたポール２１０へと衝突させて行うものであるが、本実施例での車体部分モデル２００を用いた側面衝突試験では、所定の運動エネルギーを有するポール２１０をサイドシル１００に衝突させる事象に置き換えている。ここで、ポール２１０の有する運動エネルギーを22kJとした。

また、比較対象として、図１３～図１６に示すように、本発明の範囲外のサイドシルの内部構造を有する車体部分モデル３００を比較例とし、発明例と比較検討した。

比較例１は、図１３（ａ）及び図１４（ａ）に示すように、サイドシル１００の内部に本発明に係る連結部材１０及び衝突エネルギー吸収部材２０（図１０及び図１１参照）のいずれも配置しない場合である。

比較例２及び比較例３は、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）及び図１３（ｃ）、図１４（ｃ）に示すように、サイドシル１００の内部に二つの略Ｍ字断面形状の衝突エネルギー吸収部材６１及び衝突エネルギー吸収部材６３を配置したものである。そして、比較例２及び比較例３においては、アウター部材１１０の天板部１１１の内面に当接する２つの荷重受け持ち部６５が設けられ、インナー部材１２０の天板部１２１の内面に当接する２つの荷重伝達部６７が設けられている。

さらに、比較例３においては、発明例２及び発明例３と同様、衝突エネルギー吸収部材６１及び衝突エネルギー吸収部材６３の上面側に車幅方向に沿って延在するビード部６９を付与したものである。

比較例４～比較例６は、図１５に示すように、発明例１に係る連結部材１０又は衝突エネルギー吸収部材２０の一部を配設した場合である。

比較例４は、図１５（ａ）に示すように、発明例１の連結部材１０のみを配設したものである。
比較例５は、図１５（ｂ）に示すように、発明例１の衝突エネルギー吸収部材２０のみを配設したものである。
比較例６は、図１５（ｃ）に示すように、発明例１の連結部材１０のうち車体上方側と車体下方側の第一衝突エネルギー吸収部材２１の間のみに連結部材７１として残存させ、発明例１におけるインナー側ＥＡ部材閉断面構造３７を除去したものである。

ここで、比較例５及び比較例６においては、発明例１と同様、アウター部材１１０の天板部１１１の内面に当接する一つの荷重受け持ち部２５が設けられ、インナー部材１２０の天板部１２１の内面に当接する二つの荷重伝達部２７が設けられている。

比較例７～比較例９は、図１６に示すように、略Ｍ字断面形状の衝突エネルギー吸収部材２０の代わりに、天板部８１と縦壁部８３とフランジ部８５とを有してなるハット断面形状の衝突エネルギー吸収部材８０を用い、アウター部材１１０からインナー部材１２０への荷重伝達経路である縦壁部８３が車体水平面に対して平行であって傾斜していないものである。

比較例７は、図１６（ａ）に示すように、連結部材１０を用いず、１つのハット断面形状の衝突エネルギー吸収部材８０を配置したものであり、衝突エネルギー吸収部材８０の天板部８１が一つの荷重受け持ち部としてアウター部材１１０の天板部１１１の内面に接合し、一対のフランジ部８５が荷重伝達部としてインナー部材１２０の第一天板部１２１ａの内面に接合し、一対の縦壁部８３を荷重伝達経路としている。

比較例８は、図１６（ｂ）に示すように、連結部材１０により仕切られたサイドシル１００内の閉断面内に、アウター部材１１０側とインナー部材１２０側とにそれぞれ一つのハット断面形状の衝突エネルギー吸収部材８０を配置したものである。インナー部材１２０側の衝突エネルギー吸収部材８０の天板部８１が一つの荷重伝達部としてインナー部材１２０の天板部１２１の内面に接合している。

比較例９は、図１６（ｂ）に示すように、連結部材１０により仕切られたサイドシル１００内の閉断面内に、アウター部材１１０側に一つ、インナー部材１２０側に二つの合計３の衝突エネルギー吸収部材８０を配置したものである。そして、インナー部材１２０側の二つの衝突エネルギー吸収部材８０の天板部８１が二つの荷重伝達部としてインナー部材１２０の天板部１２１の内面に接合している。

また、比較例７～比較例９においては、アウター部材１１０側の衝突エネルギー吸収部材８０の天板部８１が一つの荷重受け持ち部としてアウター部材１１０の天板部１１１の内面に当接している。

発明例１～発明例３及び比較例１～比較例９における衝突エネルギー吸収部材及び連結部材の構造との関係を表１に、衝突評価の結果を表２に示す。

表２より、発明例１～発明例３においては、いずれも、衝突ストロークは最大衝突ストロークL_max（=105mm）未満であり、アウター部材１１０に入力した衝突荷重をインナー部材１２０側に効率よく伝達できたことがわかる。

これに対し、比較例１～比較例９においては、いずれも衝突ストロークが最大衝突ストロークL_max（=105mm）に達しており、衝突エネルギーが十分に吸収しきれておらず、フロアクロスメンバー１３０やバッテリーケース１４０に対してそれぞれの耐荷重以上の衝突荷重が作用して崩壊してしまうことが懸念される（表２中の「バッテリー保護」を参照）。

図１７（ａ）に、表２に示した側面衝突試験の結果のうち、衝突エネルギー吸収量と衝突ストロークの関係を示す。
比較例１～比較例９においては、いずれも最大衝突ストローク(L_max＝105mm)に達しており、衝突エネルギー吸収量は9.5～15.2kJ（平均11.9kJ）であった。

これに対し、発明例１～発明例３において、衝突エネルギー吸収部材２０は、ポール２１０の衝突ストロークが最大衝突ストロークL_max（=105mm）に達する前にポール２１０の有する衝突エネルギー（＝22kJ）を吸収しており、衝突エネルギーの吸収量は18.8～19.3kJ（平均19.0kJ）であり、比較例１（サイドシル内に衝突エネルギー吸収部材を配置しない場合、9.5kJ）の2倍、比較例2～9（平均12.2kJ）の約1.6倍に向上した。なお、発明例１～発明例３は、いずれも、規定の衝突ストローク以下であるので、衝突エネルギーの吸収能力はこれらの値よりも高くなると考えられる。

図１７（ｂ）に、表２に示した側面衝突試験の結果のうち、衝突エネルギーの吸収量とサイドシル１００の内部に設置した連結部材及び衝突エネルギー吸収部材の重量の関係を示す。
図１７（ｂ）に示す結果によると、比較例１～比較例９においては、衝突エネルギー吸収部材及び／又は連結部材の重量が増加するに従って衝突エネルギーの吸収量も増加していることがわかる。

発明例１～発明例３における衝突エネルギー吸収部材及び連結部材の重量(5.8～6.0kg)と同程度の重量（＝6kg前後）である比較例２、比較例３、比較例８及び比較例９と発明例１～発明例３の結果を比較すると、発明例１～発明例３の衝突エネルギー吸収量は平均で19.0kJ(18.8～19.3kJ)であり、比較例２、比較例３、比較例８及び比較例９の衝突エネルギー吸収量の平均13.2kJ（12.1～15.2kJ）よりも44%向上し、連結部材及び衝突エネルギー吸収部材の単位重量当たりの衝突エネルギー吸収量（質量効率）が高い結果が得られた。これは、発明例１～発明例３においては、サイドシル１００内に配置した衝突エネルギー吸収部材２０が側面衝突時に効率的に圧壊されるため、衝突エネルギーの吸収効率が高まったためである。

図１７（ｃ）に、表２に示した側面衝突試験の結果のうち、衝突エネルギー吸収量とサイドシルの内部構造に係る部品点数の関係を示す。図１７（ｃ）に示す結果より、発明例１～発明例３においては、サイドシル１００の内部に配置する衝突エネルギー吸収部材及び連結部材の個数の削減した簡易な構造であるものの、高い衝突エネルギー吸収量を確保しつつ、軽量化を達成できることが示された。

以上、本発明に係るサイドシルの内部構造によれば、部品個数を抑えた簡易な構造であっても、高い衝突エネルギー吸収性能を確保しつつ、軽量化を達成できることが示された。

１サイドシルの内部構造
１０連結部材
１０ａ切り込み
１１端部
１５連結部材
２０衝突エネルギー吸収部材
２０ａ切り込み
２１第一衝突エネルギー吸収部材
２３第二衝突エネルギー吸収部材
２５荷重受け持ち部
２７荷重伝達部
２９ビード部
３１アウター側サイドシル閉断面構造
３３インナー側サイドシル閉断面構造
３５アウター側ＥＡ部材閉断面構造
３７インナー側ＥＡ部材閉断面構造
４１樹脂接着剤
４３樹脂接着剤
５０衝突エネルギー吸収部材
５１ハット断面部材
５１ａ天板部
５１ｂ縦壁部
５１ｃフランジ部
５３ハット断面部材
５３ａ天板部
５３ｂ縦壁部
５３ｃフランジ部
６１衝突エネルギー吸収部材
６３衝突エネルギー吸収部材
６５荷重受け持ち部
６７荷重伝達部
６９ビード部
７１連結部材
８０衝突エネルギー吸収部材
８１天板部
８３縦壁部
８５フランジ部
１００サイドシル
１１０アウター部材
１１１天板部
１１３縦壁部
１１５フランジ部
１１５ａフランジ部
１１５ｂフランジ部
１２０インナー部材
１２１天板部
１２１ａ第一天板部
１２１ｂ第二天板部
１２３縦壁部
１２５フランジ部
１２５ａフランジ部
１２５ｂフランジ部
１２７角部
１２７ａ角部
１２７ｂ角部
１３０フロアクロスメンバー
１４０バッテリーケース
１５０バッテリー下クロスメンバー
２００車体部分モデル（発明例）
２１０ポール
３００車体部分モデル（比較例）

Claims

車体前後方向に延在し、車体幅方向の車内側に向かって開口するハット断面形状のアウター部材と、車体幅方向の車外側に向かって開口するハット断面形状のインナー部材とを備え、前記アウター部材と前記インナー部材は互いの開口側を向い合わせて車体上方側の端部と車体下方側の端部がそれぞれ接合されて閉断面構造が形成されたサイドシルの内部構造であって、
前記アウター部材及び前記インナー部材の前記車体上方側の端部と前記車体下方側の端部とを連結するように配設された連結部材と、前記アウター部材に入力した衝突荷重を前記インナー部材側に伝達しつつ衝突エネルギーを吸収する衝突エネルギー吸収部材とを備え、
前記衝突エネルギー吸収部材は、
前記アウター部材に入力した衝突荷重を前記インナー部材の車体上方向と車体下方向双方の角部又は該角部近傍に向かって伝達させるために車体水平面に対して傾斜した直線状の荷重伝達経路を形成し、かつ衝突エネルギーを吸収する一対の第一衝突エネルギー吸収部材と、
前記第一衝突エネルギー吸収部材の車体上方側と車体下方側のそれぞれに配置され、かつ前記インナー部材と前記連結部材又は前記端部とを繋ぐように配設され、衝突エネルギーを吸収する第二衝突エネルギー吸収部材と、を有し、
前記衝突エネルギー吸収部材は、一枚の板部材から屈曲形成されたものであり、前記第一衝突エネルギー吸収部材と前記第二衝突エネルギー吸収部材とが一体化されたものであり、
前記第一衝突エネルギー吸収部材は、車体幅方向の車内側に向かって開口したハット断面形状であり、車体水平面に対して傾斜した一対の縦壁部を有し、前記アウター部材の上下中央と前記インナー部材の車体上方向と車体下方向双方の角部又は該角部近傍に接合されていることを特徴とするサイドシルの内部構造。
前記連結部材は、一枚の板部材からなり、前記第一衝突エネルギー吸収部材と接合されて前記荷重伝達経路を前記アウター部材側と前記インナー部材側とに分断することを特徴とする請求項１に記載のサイドシルの内部構造。
前記連結部材は、車体上下方向に延在する複数の短冊状の板部材からなり、前記第一衝突エネルギー吸収部材を貫通するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載のサイドシルの内部構造。
前記第一衝突エネルギー吸収部材は、前記荷重伝達経路に沿って形成された溝形状部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサイドシルの内部構造。