JPH045178A - 自動車のサイドメンバ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、自動車のサイドメンバ構造、とりわけ繊維
強化性樹脂から成るサイドメンバ構造に関するものであ
る。

従来の技術 例えば、自動車の前部には、第１２図に示すように車体
側部に前後方向に沿ってフロントサイドメンバｌが配置
され、フロントサイドメンバｌの後端はダッシュパネル
２に結合され、フロントサイドメンバｌの前端は車幅方
向に配置されたクロスメンバ３に結合されているものが
ある（この構造は昭和５５年株式会社山海堂発行自動工
学全書ｒ１３乗用車の車体」第２２頁に示されている）
。

ところで、近年では車体軽量化のために車体の一部に樹
脂を採用することが提案されており、上記車体骨格部材
の樹脂化が検討されてきている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記車体骨格部材は例えば車体前面衝突
による衝撃力■、車体全体の曲げ、ねじれ■、エンジン
からの振動人力■、サスペンジエン人力■、車両運送時
の緊締人力■、走行時の突き上げ人力■等を受けるため
（第１２図中に位置を示す）、これらに対応できるよう
に構成しなければならない。とりわけ、車体骨格部材の
中でもフロントサイドメンバｌには上記各種入力による
大きな負荷がかかり、このフロントサイドメンバｌの樹
脂化は困難なものであった。

そこで、この発明は、強度剛性上信頼性が高く車体軽量
化に貢献することができる自動車のサイドメンバ構造を
提供するものである。

課題を解決するための手段 車体前部あるいは後部の車体側部に配置され繊維強化性
樹脂で成形された自動車のサイドメンバ構造であって、
車体の端部側では繊維配交角を４０〜６０′に設定し、
車体の中央寄りに向かって繊維配交角を０°に近づける
ようにしである。

作用 サイドメンバの車体端部側では繊維配交角を４０〜６０
°に設定して衝突時における効率の良い変形によりエネ
ルギ吸収特性を高め、サイドメンバの車体の中央寄りで
は繊維配交角を０°に近づけて衝突時における変形を小
さくし反力を高める。

実施例 以下、この発明の実施例を図面と共に説明する。

第１．２図に示すように、サイドメンバとしてのフロン
トサイドメンバ４は車体前部の車体側部に配置されたも
ので、例えばフィラメントワインデイグやレジントラン
スファーモールディング成形による繊維強化性樹脂から
角形断面形状に成形され、前半部４ａはど大きな断面積
（断面高さｈが大きい）になっている。

また、フロントサイドメンバ４の繊維配交角は前半部４
ａでは約４５°に設定され変化部４ｂから後半部４ｃに
ゆくにしたがって０°に近づくように配交されている。

尚、第２図中５はストランドハウジング、６はサスペン
ションメンバを示す。

ここで、上記のように繊維配交角を決定した理由につい
て説明する。

自動車の車体前部には、前述したように■車両前面衝突
による衝撃力、■車体全体の曲げ、ねじり、■エンジン
からの振動入力、■サスペンション人力、■車両運送時
の緊締入力、■走行時の突き上げ入力が作用するが、こ
の荷重は表１に示すようにフロントサイドメンバ４の各
部に対して影響を及ぼす。

（以下余白） 表１ これらの力は更に表２に示すように太き（３つに分類さ
れ、それは、フロントサイトメンバ４の軸圧縮、曲げ、
わしっである。

上記表１からフロントサイドメンバ４に加わる力は大き
くみてＰＲ車の場合フロントホイルセンタ付近のサスペ
ンションメンバ６あたりを境いに異なっている。

上記表２において、軸圧縮では、フロントサイドメンバ
４は前半部４ａでの効率のよい変形によりエネルギ吸収
量が大きく、後半部４ｃでは変形は小さく反力を高くす
る必要がある。

このような圧縮によるエネルギ吸収特性は、例えば文献
（Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ａ　ｃｒａｓｈｗｏｒ
ｔｈｙ　ａｌｌ−ｃ。

ｍｐｏｓｉｔｅ　ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ　ｆｕｓｅｌａ
ｇｅ　（出典；　ＴＭ　４０ｔｈＡｎｎｕａｌ　ｆｏｒ
ｕｍ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｈｅｒｉｃｏｐｔｅ
ｒ　ＳｏｃｉｅｔｙＡｒｌｉｎｇｔｏｎ、ＶＡ、’　８
４．５））で発表されたように同一断面の場合、繊維強
化樹脂では繊維の配交角により異なっていることが明ら
かにされている。これによれば第３図に示すようにカー
ホン、アラミド、ガラスのいづれの繊維においても繊維
配交角４０〜６０°でエネルギ吸収量が最大となり、最
大荷重は繊維配交角０°に近い程大きくなることがわか
る。

尚、ここで、第３図の比エネルギは、第４図に示す、重
量Ｗで筒状のテストピースを荷重Ｐで圧縮したときのつ
ぶれ量がΔＳだった場合に以下の式で表されるものであ
る。

よって、フロントサイドメンバ４の前半部４ａは繊維配
交角を約４５°、後半部４ｃはＯｏに近くなるように滑
かに変化させである。

次に、曲げでは、車体剛性やエンジン等の振動特性から
フロントサイドメンバ４全体にわたり剛性を高くする必
要がある。また、強度面ではフロントの突き上げ入力に
耐えられるように、耐曲げモーメントを大きくしなけれ
ばならない。

１、かじ、繊維配交角を約４５°として゛おり、縦弾性
率および強度が低くなるためフロントサイドメンバ４の
前半部４ａの断面高さ（ｈ）を高くして断面積を増加し
、曲げ剛性（Ｅ−１）を高く、耐曲げモーメント（σ・
Ｚ）を大きくしである。

ねじりでは、車体全体のねじれや、エンジン、サスペン
ション等からの入力のためのねじり剛性を高くする必要
があるが、フロントサイドメンバ４の前半部４ａの繊維
配交角が約４５°で断面高さが高い（断面積が大きい）
ため、ねじり剛性は大きくなる。この結果を下記表３に
示す。

（以下余白） 表３ ＊：車体として大きい 次に、フロントサイドメンバ４を車体に組み付ける場合
の一例を第５．６図に示す。

同図に示すのはスチールやアルミで枠状に形成されたス
ペースフレーム構造の車両である。

フロントピラー７の下部、即ちサイドシル８の前端位置
には突起部９が、またこの突起部９の上方のドアウェス
トラインの延長上にも突起部１゜が設けられている。

上記下側の突起部９には、フロントサイドメンバ４の後
端が嵌合され、接着材、ボルトリベットにより固定され
ている。

フロントサイドメンバ４の中途部にはストラットハウジ
ング５の下部（車体中央側）に形成された凹部１１が嵌
合され、ストラットハウジング５の上部（車体外側）に
形成された凹部１２がフロントアッパメンバ１３の中途
部に嵌合されている。

フロントアッパメンバＩ３の後端は上側の突起部１０に
嵌合され、フロントアッパメンバ１３の前端１３ａは、
２股状に形成されてフロントサイドメンバ４の前端にビ
ン１４により枢支されている。

尚、上記ストラットハウジング５には、第７図に示すよ
うに下側の凹部１１の上方に補強部１５か設けられてい
る。

そして、上記フロントサイドメンバ４の前端にはクロス
メンバ１６の両側部に設けられた湾曲端１６ａが差し込
まれている。

上記実施例のフロントサイドメンバ４によれば、その繊
維配交角を前半部４ａでは約４５°に、後半部４ｃでは
０°に近づくように変化部４ｃで滑らかに変化させ、か
つ前半部４ａの断面高さｈ（断面積）を大きくしたため
、フロントサイドメンバ４に要求されるほとんどの性能
を満足させることができる。

また、フロントサイドメンバ４の後半部４Ｃのねじり剛
性や曲げ剛性強度はフロントサイドメンバ４単体ではや
や十分でないが、フロントサイドメンバ４にはフロント
アッパメンバ１３、ストラットハウジング５が取付けら
れ、フロントアッパメンバ１３とフロントサイドメンバ
４が各々キャビン側の突起部９．ｌＯに取付けられてい
るため、第８図に示すようにフロントピラーの下部側と
フロントアッパメンバ１３とストラットハウジング５の
補強部１５とフロントサイドメンバ４とでラーメン構造
が形成され、フロントサイドメンバ４の後半部４ｃに要
求されるねじり剛性や曲げ剛性が満足される。

また、フロントアッパメンバ１３の前端１３ａとフロン
トサイドメンバ４の前端がピン１４で結合されているた
め、車両前面衝突時においてフロントサイドメンバ４が
圧壊した際のフロントサイドメンバ４の倒れ込みを防止
して、フロントサイドメンバ４の圧壊の妨げにならない
ようになっている。

次に、サイドメンバとしてリヤサイドメンバに適用した
場合を第２実施例として説明する。

第９．１０図に示すように、サイドメンバとしてのりャ
サイドメンバ１７は車体後部の車体側部に配置されたも
ので、第１実施例と同様に繊維強化性樹脂から角形断面
形状に成形され後半部はど大きな断面積（断面高さ（ｈ
）が大きい）になっている。

また、リヤサイドメンバ１７の繊維配交角は後半部１７
ａでは約４５”に設定され、変化部！７ｂ、屈曲部１？
ｃを経て前半部１７ｄにゆくにしたがって０°に近づく
ように配交され、屈曲部１７ｃでは約３０°に設定され
ている。

尚、第１０図中１８はりャフロアクロスメンバ、１９は
燃料タンク、２０はストラットハウジングを示す。

ここで、上記のように繊維配交角を決定した理由につい
て説明する。

自動車の後部には■車両後面衝突による衝撃力、■車体
全体の曲げ、ねじり、■ディファレンシャルからの振動
入力、■サスペンション入力、■車両運送時の緊締入力
、■走行時の突き上げ入力が作用するが、この荷重は表
４に示すようにリヤサイドメンバ１７に影響を及ぼす。

（以下余白） 表４ 上記表４からリヤサイドメンバ１７に加わる力は大きく
みてリヤホイルセンタ付近のりャフロアクロスメンバ１
８あたりを境に異なっている。

これらの力は、更に表５に示すように大きく３つに分類
され、それは、リヤサイドメンバの軸圧縮、曲げ、ねじ
りである。

表５（リヤサイドメンバへの要求点） 上記表５において、軸圧縮では、リヤサイドメンバ１７
は後半部１７ａでの効率のよい変形により、エネルギ吸
収量が大きく、屈曲部１７ｃでの曲げ変形によってもエ
ネルギ吸収し、前半部１７ｄでは燃料タンク７保護のた
め変形を小さく反力を大きくする必要がある。

上記圧縮によるエネルギ吸収特性については前述したよ
うに繊維配交角４０〜６０°でエネルギ吸収量が最大と
なり、０°に近い程最大荷重が大きいものとなる。

よって、リヤサイドメンバ１７の後半部１７ａは繊維配
交角を約４５°に、前半部１７ｄは０゜に近くなるよう
変化部１７ｂでなめらかに変化させ、屈曲部１７ｃは後
端部が圧壊するまで形状を保持し、その後曲げ変形する
よう繊維配交角を約３０°にしである。

次に、曲げにおいては、車体剛性やディファレンシャル
などの振動特性からリヤサイドメンバ１７全体にわたり
剛性を高くする必要がある。會た、強度面ではリヤの突
き上げ入力に耐えられるように、耐曲げモーメントを大
きくしなければならない。

しかし、繊維配交角を約４５°としており、繊維弾性率
および強度が低くなるため、リヤサイドメンバ１７後半
部１７ａの断面積を大きくし、曲げ剛性（Ｅ−１）を高
く、耐曲げモーメント（σ・Ｚ）を大きくしである。

ねじりでは、車体全体のねじれやディファレンシャル、
サスペンション等からの入力のためねじり剛性を高くす
る必要があるが、リヤサイドメンバ１７の後半部１７ａ
の繊維配交角が約４５°でかつ断面積を大きくしている
ため、ねじり剛性は大きくなる。この結果を下記表６に
示す。

（以下余白） 表６ 次に、リヤサイドメンバ１７を車体に組み付ける場合の
、−例を第１１図に示す。

同図に示すのはスチールやアルミや樹脂で形成されｆこ
スペースフレーム構造のものである。

同図においてリヤサイドメンバＩ７はその前端をリヤシ
ートクロスメンバ２Ｉに取付けられている。尚、取付部
位は前述第１実施例と同様にリヤシートクロスメンバ２
１の突起部（図示せず）に前端を嵌合させている。

一方、リヤアッパメンバ２２の前端はストラットハウジ
ング２０に取付けられ、このストラットハウジング２０
にリヤピラー２３とりャバーセルシェルフメンバ２４と
リヤサイドメンバ１７が接合されている。

そして、上記リヤアッパメンバ２２の後端は２股状に形
成されて、リヤサイドメンバ１７の後端にピン２５によ
り枢支されている。

リヤサイドメンバ１７の後端にはクロスメンバ２６の両
側部に設けられた湾曲端２６ａが差し込まれている。

上記実施例のリヤサイドメンバ１７によればその繊維配
交角を後半部１７ａては約４５°に、前半部１７ｄでは
Ｏｏに近づくように滑らかに変化さ仕、屈曲部１７ｃで
は約３０°にし、かつ後半部１７ａの断面積を犬きくシ
にｆこめ、リヤサイトメンバ１７に要求ざｎるほとんど
の性能を満足させることかできる。

また、リヤサイトメンバ１７の前半部１７ｃ＋及び屈曲
部１７ｃのねしり剛性やリヤサイドメンバ１７全体の曲
げ剛性、強度はりヤケイドメンバ１フ単体ではやや十分
てはないが、リヤサイドメン、＜１７にはリヤアッパメ
ンバ２２、ストラットハウジング２０が取付けられてい
ること等から前述実施例と同様にラーメン構造が形成さ
れ、リヤサイドメンバ１７の後半部１７ａに要求される
ねじり剛性やりヤケイドメンバ１フ全体の曲げ剛性、強
度が満足される。

上述した２つの実施例において、フロントサイドメンバ
４の後端やリヤサイドメンバ１７の前端を末広がり形状
にすれば、圧壊時の座屈による倒れを防ぎ、圧壊を促進
し車体結合部への応力集中をなくすことができる。

また、車両運送時の緊締入力は局部的にフロントサイド
メンバ４、リヤサイドメンバ１７の端部に作用し、各メ
ンバの端部に前後左右約４５°方向に作用すると考えら
れるが、′この角度が繊維配交角と一致するため、緊締
人力が効率良く作用する。

そして、上記緊締入力の作用するフックをフロントアッ
パメンバ１３が取付けられるフロントサイドメンバ４の
前端、あるいはリヤアッパメンバ２２が取付けられるリ
ヤサイドメンバＩ７の後端に設定すれば、フロントアッ
パメンバ１３あるいはリヤアッパメンバ２２に荷重分担
させることができる点で有利となる。

そして、フロントサイドメンバ４の後端やリヤサイドメ
ンバ１７の前端を末広がり形状にした場合には、車体結
合部の断面積が大きいことから圧縮時の最大荷重がフロ
ントサイドメンバ４の前半部４ａ、リヤサイドメンバ１
７の後半部１７ａよりも大きいため、効率良く上記前半
部４＆、後半部１７ａから圧壊する。また、車体結合部
においてはフロントサイドメンバ４、リヤサイドメンバ
１７と車体との当接面が増えるｆこめ、メンバ圧壊時の
単体結合部の応力か小ざく、応力集中か生じるのを防止
することかできる。

また、上記各実施例はフロントサイトメンバリヤサイト
メンバの変形によるエネルギ吸収量か増加するため、乗
員に与える減速Ｇによる傷害をより小さくすることかで
きる。

尚、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例
えばフロントサイドメンバについては繊維配交角の変化
部に、リヤサイドメンバについては繊維配交角４５°か
ら３０°への変化部に圧壊時の起点となる突起やへこみ
を設けるようにしても良い。このようにすることで変形
が少なく圧壊時のエネルギ吸収量が少ない変化部を積極
的に変形させ全体としてのエネルギ吸収特性を高めるこ
とができる。また、前述の実施例ではいずれも繊維の配
交角を連続的に変形するものを示したが、これに限らず
段階的に変化させることもできる。

発鳴の効果 以上説明してきたようにこの発明によれば、すイドメン
バの車体端部側では繊維配交角が４０〜６０°に設定し
であるため、車両衝突時において効率良く圧縮変形して
衝撃エネルギを十分に吸収することができ、またサイド
メンバの車体の中央寄りでは繊維配交角が０°に近づけ
ているため車両衝突時における変形を小さくし反力を高
めることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図はこの発明の第１実施例、第９〜１１図はこ
の発明の第２実施例を示し、第１図は斜視図、第２図は
側面図、第３図はグラフ図、第４図はテストピースの寸
法図、第５，６図は各々分解斜視図と組立斜視図、第７
図は第６図の■−■線に沿う断面図、第８図はスケルト
ン図、第９図は斜視図、第１０図は側面図、第１１図は
斜視図、第１２図は従来技術の斜視図である。 ４・・・フロントサイドメンバ（サイドメンバ）、４ａ
・・・前半部、４ｃ・・・後半部。 第３図 ４１５　　　　±３０　　　±４５　　±６０　　　±
７５　　±９０鯵椎配丈− 第１図 Ｒ ４−−−−フロ７トづイトメソバー（サイトメソｌ＼）
４ａ−−一前イ郡 ４Ｃ−−−ｆ友イ１手 第２図 第４図 Ｐ 第５図 第７図 第６図 第１１図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）車体前部あるいは後部の車体側部に配置され繊維
   強化性樹脂で成形された自動車のサイドメンバ構造であ
   って、車体の端部側では繊維配交角を４０〜６０゜に設
   定し、車体の中央寄りに向かって繊維配交角を０゜に近
   づけるようにしたことを特徴とする自動車のサイドメン
   バ構造。