JP7322743B2

JP7322743B2 - 車両骨格構造

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Publication number: JP7322743B2
Application number: JP2020024723A
Authority: JP
Inventors: 成豊米澤; 博司知野; 太介里井; 智也高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: JP2021127097A; CN113264113A; US20210253173A1; US11597442B2

Description

本発明は、車両骨格構造、特に車両の前後方向の骨格に関する。

従来、車両のフレーム構造として、板を箱状に折り曲げて形成するモノコックフレームがある。そして、モノコックフレームは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、特に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などで形成される場合も多い。

特許文献１には、車両のフロア部分を構成するアンダー部材を合成樹脂（プラスチック）で形成することが示されている。そして、アンダー部材にアーチ状で高剛性のピラー部材を介し車体の屋根としての車体パネルを取り付けることが示されている。この構造では、アンダー部材の強度不足をピラー部材などで補強することができる。

特開平１－１１１５７５号公報

ここで、特許文献１では、車室よりフロント側と、車室側とで骨格部材の高さ方向位置がオフセットしている。従って、車両の前突や後突の場合に、骨格部材による車両前後方向の荷重の伝達が十分行えない可能性がある。

本発明では、車両前後方向の荷重の伝達を効果的に行える車両骨格構造を提供する。

本発明に係る車両骨格構造は、車両の左右両側に設けられ、車室の前方より車室側部を通り後方に向けて伸びる一対の側部骨格を備え、前記一対の側部骨格は、ほぼ同一高さで前後方向に伸び、前方からの荷重を後方に伝達でき、前記一対の側部骨格の下方側に設けられて車両前後方向に延びる一対の下側側部骨格をさらに備え、前記一対の下側側部骨格は、ほぼ同一高さで前後方向に伸び、前方からの荷重を後方に伝達でき、前方および後方が開放されるとともに上方に開口が形成され、板を箱状に折り曲げた車両前後方向に伸びる四角枠状のモノコックフレームを有し、このモノコックフレームの４隅に、前記一対の側部骨格および前記一対の下側側部骨格が設けられる。

前記側部骨格は、車両のシート座面より高い位置で前後方向に伸びるとよい。

前記モノコックフレーム、前記一対の側部骨格および前記一対の下側側部骨格は炭素繊維強化プラスチックにて形成されるとよい。

前記一対の側部骨格を車幅方向につなぐ車幅方向骨格をさらに備えるとよい。

本発明によれば、ほぼ同一高さで前後方向に伸びる一対の側部骨格を有するため、前方からの荷重を後方に効率的に伝達できる。

本実施形態に係る車両骨格構造を採用したモノコックフレームの概略を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図１（ｂ）のモノコックフレームを車幅方向の面で切った車幅方向断面図であり、（ａ）が前端部Ａ－Ａ断面、（ｂ）が中央部Ｂ－Ｂ断面、（ｃ）が後端部Ｃ－Ｃ断面である。モノコックフレームにおける前後方向の荷重伝達を説明する図である。センター骨格を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。側部骨格の断面を示す模式図であり、（ａ）は発泡プラスチックが充填された場合の図、（ｂ）はアルミインサートが収容された場合の図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る車両骨格構造を採用したモノコックフレームの概略を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また、図２は、モノコックフレーム１０を車幅方向の面で切った車幅方向断面図であり、（ａ）が前端部Ａ－Ａ断面、（ｂ）が中央部Ｂ－Ｂ断面、（ｃ）が後端部Ｃ－Ｃ断面である。

モノコックフレーム１０は、車両の前部から後部に至り、中央部が車幅方向に広がるとともに、所定の高さを有する。モノコックフレーム１０は、基本的に板材から構成され、前方および後方が開放された中空の直方体形状である。また、平面視で前後方向の中間部分が車幅方向に広がっている。なお、この例において、モノコックフレーム１０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製である。

ここで、このモノコックフレーム１０が適用される車両は、キャノピードアを採用しており、左右ドアは、モノコックフレーム１０の左右側部の前部上側を支点として上後方に旋回して開く。モノコックフレーム１０の側部は人の脛から膝程度の高さがあり、乗員はこの側部をまたぐようにして、車両に乗り込む。

図１に示すように、上面には、３つの開口１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）が形成されており、前後方向中央の開口１２ａは車室のシート（運転席および助手席シート）２８が配置されるエリアに対応している。シート２８の座面２８ａはモノコックフレーム１０の側部１０ｂの上端より下方にあり、シート２８の背部は、モノコックフレーム１０の上面１０ａから上方に突出するように配置される。ここで、後述するように、モノコックフレーム１０の４隅（前後方向から見た４隅）には、車室の前方より車室側部を通り後方に向けて伸びる側部骨格２０（２０ａ，２０ｂ）、２２（２２ａ，２２ｂ）が設けられる。すなわち、上側の２隅に一対の側部骨格２０（２０ａ，２０ｂ）が配置され、下側の２隅に一対の側部骨格２２（２２ａ，２２ｂ）が配置される。そして、上側の２隅に配置される一対の側部骨格２０（２０ａ，２０ｂ）は、シート２８の座面より高い位置にある。

なお、モノコックフレーム１０は、一体的に成形して製作されるが、側部骨格２０，２２については、別途製作したものを接着などしてもよい。

前方の開口１２ｂは、運転席前方においては、アクセルペダル、ブレーキペダルなどが配置されるエリアに対応し、その前端には、ダッシュパネルが位置する。すなわち、開口１２ｂの前端またはそれより少し前方までが車室となり、車室の前方はフロント側の空間になっている。開口１２ａの後方側の開口１２ｃに対応するエリアには、エンジンなどが配置される。

開口１２ａ，１２ｂの間には車幅方向に伸び側壁同士を接続する前部車幅方向骨格２４、開口１２ａ，１２ｃの間には車幅方向に伸び側壁同士を接続する後部車幅方向骨格２６が設けられている。また、開口１２ｂの前には前部パネル１４、開口１２ｃの後方には後部ビーム１６が設けられる。

モノコックフレーム１０の左右の上２隅には、サイドメンバと呼ばれる、上側の側部骨格２０（２０ａ，２０ｂ）が形成される。側部骨格２０（２０ａ，２０ｂ）は、車両の側部において前後方向に伸び、矩形閉断面を有する四角枠状の骨格であり、モノコックフレーム１０と同様に平面視において前後方向の中央部が外側に膨らむように湾曲している。一方、側面視で分かるように、高さは全体としてほぼ同一である。

また、側部骨格２０の下方の左右の下２隅には、ロアサイドメンバと呼ばれる、下側の側部骨格２２（２２ａ，２２ｂ）が形成されている。下側の側部骨格２２も、上側の側部骨格２０も車両の側部において前後方向に伸びる矩形閉断面を有する四角枠状の骨格であり、上側の側部骨格２０と同様の形状を有する。なお、下側の側部骨格２２について、上側の側部骨格２０と区別する場合に下側側部骨格という。

このように、モノコックフレーム１０の４隅には、その前部から後部に至る側部骨格２０，２２が設けられる。そして、これらの４本の骨格（側部骨格２０、下側側部骨格２２）は、側面視で互いが交わることなく平行に伸びている。

従って、この４本の側部骨格２０，２２が前突および後突時に車両前後方向の荷重伝達経路となる。すなわち、図３に示すように、前方から荷重が加わった場合には、その荷重を後方に伝達する。特に、高さ方向に大きなオフセットがなく、側面視でほぼ直線的に荷重を伝達するので、荷重伝達が効率的に行える。従って、合成樹脂材料を用いるモノコックフレーム１０を用いる場合にも、その強度を十分なものにできる。特に、側部骨格２０，２２にクラッシュボックスなどを接続した場合、このクラッシュボックスにおいて衝突エネルギーを効果的に吸収することが可能になる。

通常の車両の場合、車室の側部骨格は、フロント側の骨格部材に対し、低い位置に位置する。これは、車室の側方に設けられるドアの下端が、車室のフロアとほぼ同一の位置にあるため車室の側部骨格はフロアと同等の高さ位置になり、一方車室の前方の側部には車輪収容スペース（タイヤルーム）などがあるため、比較的上方に骨格部材が位置するからである。本実施形態では、キャノピードアを用い、ドアの下端位置が比較的高く設定されており、前後方向において高さ方向位置がほぼ同一な側部骨格を実現できている。特に、車室内に配置されるシートのシート座面より高い位置に配置される側部骨格２０により車両の前突、後突の際の荷重の伝達を効果的に行うことができる。

また、２本の車幅方向の骨格（前部車幅方向骨格２４，後部車幅方向骨格２６）を設けることで、前突時の平面視での側部骨格２０、ひいては側部骨格２２が車幅方向に開くことを抑制できる。また、前部車幅方向骨格２４，後部車幅方向骨格２６は、側突時の荷重経路としても利用でき、モノコックフレーム１０の側突に対する強度を高めることができる。

また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、５本目の骨格として、センター骨格４０を設けてもよい。このセンター骨格４０は、前端部は、側部骨格２０と同等の高さで車幅方向の中央部に位置する。そして、ダッシュパネルに沿って、下側側部骨格２２と同等の高さに至り、モノコックフレーム１０の底面上を後方に伸びる。図２（ｂ）には、このセンター骨格４０を示してある。センター骨格４０も矩形閉断面を有する四角枠状であるが、高さ方向が短い扁平形状になっている。このようなセンター骨格４０を設けることで、モノコックフレーム１０の補強が行え、前突の際の強度を向上することができる。

図５は、側部骨格２０（下側側部骨格２２）の断面を示す模式図であり、（ａ）は発泡プラスチックが充填された場合の図、（ｂ）はアルミインサートが収容された場合の図である。このように、モノコックフレーム１０の一部として中空四角枠状の骨格２０（２２）が構成される。内部は単なる空間でもよいが、発泡プラスチック５０などを充填してもよい。また、一部にはアルミ材５２を充填し、車室内の部材５４をここにボルト５６などによって固定するとよい。

なお、側部骨格２０および側部骨格２２の前方は、クラッシュボックスなどを介し、バンパリンフォースなどに接続することができ、前突の荷重はクラッシュボックスにおいて吸収されてから側部骨格２０、下側側部骨格２２に伝達されるとよい。

また、上述したように、モノコックフレーム１０の前部パネル１４は、ダッシュパネルよりも前方に位置する。そこで、側部骨格２０、下側側部骨格２２は、ダッシュパネルの前方と、後方に分かれてもよい。この場合、側部骨格２０、下側側部骨格２２は、ダッシュパネルを介し前後方向に接続される。

１０モノコックフレーム、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ開口、２０ａ，２０ｂ上側の側部骨格、２２ａ，２２ｂ下側の側部骨格、２４前部車幅方向骨格、２６後部車幅方向骨格、２８車室のシート、４０センター骨格。

Claims

車両の左右両側に設けられ、車室の前方より車室側部を通り後方に向けて伸びる一対の側部骨格を備え、
前記一対の側部骨格は、ほぼ同一高さで前後方向に伸び、前方からの荷重を後方に伝達でき、
前記一対の側部骨格の下方側に設けられて車両前後方向に延びる一対の下側側部骨格をさらに備え、
前記一対の下側側部骨格は、ほぼ同一高さで前後方向に伸び、前方からの荷重を後方に伝達でき、
前方および後方が開放されるとともに上方に開口が形成され、板を箱状に折り曲げた車両前後方向に伸びる四角枠状のモノコックフレームを有し、このモノコックフレームの４隅に、前記一対の側部骨格および前記一対の下側側部骨格が設けられる、
車両骨格構造。
請求項１に記載の車両骨格構造において、
前記側部骨格は、車両のシート座面より高い位置で前後方向に伸びる、
車両骨格構造。
請求項１または２に記載の車両骨格構造であって、
前記モノコックフレーム、前記一対の側部骨格および前記一対の下側側部骨格は炭素繊維強化プラスチックにて形成される、
車両骨格構造。
請求項１～３のいずれか１つに記載の車両骨格構造であって、
前記一対の側部骨格を車幅方向につなぐ車幅方向骨格をさらに備える、
車両骨格構造。