JPH10129521A - 車両車体のフレーム構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 途中に曲り部１ａをもったフロントフレーム
１において、正面衝突時に、フロントフレーム１の曲り
部１ａにて生じる曲げモーメントＭ₁ による曲げ変形を
抑制し、衝突エネルギの吸収効果の向上をはかる。 【解決手段】 フロントフレーム１の曲り部１ａの側面
部に、前後一対のビード部５，５を形成する。この前後
一対のビード部５，５は、上方から下方にいくに従って
互いの間隔が徐々に広くなるほぼハの字形配置に形成さ
れ、このほぼハの字形配置の前後一対のビード部５，５
により、衝突荷重Ｆの入力時、フロントフレーム１の形
状要因（曲り部１ａ）にて生じる曲げモーメントＭ₁ を
打ち消す方向のモーメントＭが発生し、正面衝突時のフ
ロントフレーム１の変形モードが、曲げモードから座屈
に近いモードに改善され、衝突エネルギ吸収効果の向上
をはかることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両車体のフレー
ム構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両の車体前部のフレーム構造は、一般
に、エンジンルームの側壁を構成する左右のフロントホ
イールエプロンの内側に沿って前後方向に縦通する箱形
断面の左右のフロントフレームと、該左右のフロントフ
レームの前端を連結するラジエータフレームロアとで構
成され、該左右のフロントフレームの後端部は、エンジ
ンルームとその後方の車室とを仕切るトーボードの前面
に突き合わせ固着されているのが普通である。

【０００３】上記のような一般的な車体前部フレーム構
造においては、車両の正面衝突時、フロントフレームが
座屈変形して衝突エネルギを吸収するようにすることが
必要であり、従来よりフロントフレームの側面部に上下
方向の複数のビード部を形成し、衝突荷重の入力に対し
フロントフレームを座屈変形し易くする方策が一般に採
用されている（例えば、特開平３−９４１３７号公報，
実開平３−１６５８０号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フロントフレームは、
本来前後方向に真直ぐな形状に構成するのが理想である
が、実際の車両設計においてはエンジンルーム内に配設
される各種機器によって制約され、例えば図４に示すよ
うにフロントフレーム１に多少の曲り部１ａが生じるこ
とは避けられない。尚、図４において、２はフロントホ
イールエプロン、３はトーボードである。

【０００５】このように途中に曲り部１ａをもったフロ
ントフレーム１の側面部に上下方向のビード部４を複数
個所に形成した従来構成では、ビード部４の配置の仕方
次第ではフロントフレーム１の前端から衝突荷重Ｆが入
力したとき、曲り部１ａにて発生する曲げモーメントＭ
₁ に対し、上記上下方向のビード部４は、曲り部１ａで
の曲げ変形を抑えることができず、衝突エネルギの効果
的な吸収が行われにくくなる虞れがあり、ビード部４の
配置の設定が非常に難しい、という課題を有している。

【０００６】本発明は、上記のような従来の課題を解決
し、衝突荷重を座屈変形にて効果的に吸収できるフレー
ム構造を容易に提供することを主目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体の側壁に
沿って縦通する箱型断面のフレームであって、一端に前
後方向の衝突荷重が入力したとき、相対向する面の一方
が圧縮側，他方が引張側となって曲げ変形が生じやすい
曲り部をもったものにおいて、該フレームの曲り部の側
面部に、上記圧縮側から引張側にいくに従って徐々に互
いの間隔が広くなるほぼハの字形又は逆ハの字形配置の
前後一対のビード部を形成したことを特徴とするもので
あり、上記により、衝突時に衝突荷重の入力にて曲り部
に生じる曲げモーメントを、上記ほぼハの字形又は逆ハ
の字形配置の前後一対のビード部によって生じるモーメ
ントが打ち消す方向に作用し、フレームの曲げ変形に対
する抗力をアップさせ、衝突時のフレームの変形モード
が曲げモードから座屈に近いモードに改善され、衝突エ
ネルギの吸収効果の向上をはかることができるものであ
る。

【０００８】又、本発明は、車体に設けられるほぼスト
レートの箱形断面のフレームであって、一端に長手方向
の衝突荷重が入力したとき、該フレームを所定位置にて
所定方向に積極的に曲げ変形させる必要があるものにお
いて、該フレームの曲げ変形させたい位置の側面部に、
曲げ変形させたい方向に開いたほぼハの字形又は逆ハの
字形配置の一対のビード部を形成したことにより、衝突
時、該一対のビード部によってフレームの所定位置に所
定方向の曲げモーメントが発生し、容易に目的を達成す
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１０】図１において、フロントフレーム１は、従
来より周知のように、箱形断面をなし、フロントホイー
ルエプロン２の内側に沿って縦通し、該フロントフレー
ム１の後端部はトーボード３に突き合わせ固着されてい
る。

【００１１】フロントフレーム１は本来前後に真直ぐに
通すことが理想であるが、実際には例えばバッテリ６や
アクスルシャフト７等エンジンルーム内に配設される各
種機器等によって制約されるので、ある程度の曲り部１
ａをもったフロントフレーム１となることは避けられな
い。尚、図１では、フロントフレーム１の前方部分に対
し曲り部１ａにて後方部分が上向きに曲り、衝突荷重Ｆ
の入力に対し、該曲り部１ａの上部が圧縮側，下部が引
張側となって下方に凸なる曲げ変形を生じさせるような
曲げモーメントＭ₁ が生じる形状例を示している。

【００１２】上記のような曲り部１ａをもったフロント
フレーム１において、該曲り部１ａの側面部に、前後一
対のビード部５，５を、上部（圧縮側）から下部（引張
側）にいくに従って互いの間隔が徐々に広がるようほぼ
ハの字形配置にて形成し、正面衝突時、このほぼハの字
形配置の前後一対のビード部５，５により、前記フロン
トフレーム１の形状要因（曲げ部）にて生じる曲げモー
メントＭ₁ を相殺する方向のモーメントＭを発生させる
ようにしたものである。

【００１３】上記ほぼハの字形配置の前後一対のビード
部５，５にて、モーメントＭが発生する理由を、図２を
参照して以下説明する。

【００１４】図２に示すように、ほぼハの字形配置の前
後一対のビード部５，５において、該前後のビード部の
互いに向き合った稜線Ａ，Ｂが十分な剛性を持ち、Ａ_n
及びＢ_n 点の変位をＸ，Ｙ，Ｚ方向について規制すると
仮定すると、線分Ａ_n ーＢ_nは両端単純支持の梁要素と
仮定できる。

【００１５】オイラーの座屈理論を適用するならば、梁
要素Ａ_n ーＢ_n の座屈荷重Ｐ_E と梁の長さＬ_n の間には
次の関係が成立する。

【００１６】 Ｐ_E ∝ １／Ｌ_n （線分Ａ_n ーＢ_n ＝Ｌ_n ） ほぼハの字形配置の前後のビード部をもった平面におい
ては、梁の長さＬ_n は上側より下側の方が長いので、上
式から、上側の領域に対し梁の長さが長い下側の領域の
方が座屈荷重Ｐ_E が低く、見かけ上のヤング率も以下の
ように定義できる。

【００１７】Ｅ_upr ＞ Ｅ_lwr 上式の関係は、単純平面において定義される中立軸Ｃに
対して、ほぼハの字形配置の前後一対のビード部を付け
た場合は、見かけ上の中立軸Ｄが新たに発生することを
示している。

【００１８】以上の仮定及び理論を総合すると、図２の
ように、荷重Ｆに対してパネルは入力点（本来の中立軸
Ｃ）と見かけの中立軸ＤとのずれＬによるモーメントＭ
を生じることになる。

【００１９】この現象を、フロントフレームの形状要因
にて生じる変形モード（曲げ特性）を考慮して、例えば
図１に示すように、フロントフレーム１の曲り部１ａに
て生じる曲げモーメントＭ₁ を相殺する面内応力を発生
させるように、前後一対のビード部５，５をほぼハの字
形配置に設けることにより、衝突荷重Ｆによるフロント
フレーム１の変形モードを曲げモードから限りなく座屈
に近いモード（図１の鎖線示参照）に変化させることが
可能となり、これによりフロントフレーム１は衝突荷重
の入力に対しより高い抗力をもち、衝突エネルギ吸収効
果の向上をはかることができるものである。

【００２０】尚、図１においては、フロントフレーム１
の前端部分に従来と同じ上下方向のビード部４を設け、
正面衝突初期の抗力のピークを低減させ且つ座屈変形が
スムースに行われるきっかけをつくるようにした例を示
しており、本発明はフロントフレーム１の前端部分だけ
でなく、曲り部１ａ近傍を除く任意の位置に必要に応じ
て上下方向のビード部４を形成することを妨げるもので
はない。

【００２１】図１では、上部が圧縮側，下部が引張側と
なって下方に凸なる曲げ変形が生じるような曲り部１ａ
に本発明を適用した例を示しているが、図３に示すよう
に、上部が引張側，下部が圧縮側となって上方に凸なる
曲げ変形が生じるような曲り部１ａ′の場合は、前後一
対のビード部５，５を、下部（圧縮側）から上部（引張
側）にいくに従って互いの間隔が徐々に広くなる逆ハの
字形配置に形成することにより、上記曲り部１ａ′によ
って生じる曲げモーメントＭ₁ を打ち消すモーメントＭ
を発生させることができる。図３において、上記以外の
構成は図１と同じであり、図１と同じ符号は図１と同じ
部分を表している。

【００２２】上記図１及び図３の各例は、上下方向の曲
り部１ａ及び１ａ′をもったフロントフレームに本発明
を適用した例を示しているが、フロントフレームに左右
方向の曲り部がある場合にも本発明は適用可能である。
即ち、左右方向の曲り部の場合は、該曲り部の上下面
に、左右何れか一方の圧縮側から他方の引張側にいくに
従って互いの間隔が徐々に広くなるほぼハの字形配置に
前後のビード部を設けることにより、目的を達成するこ
とができる。

【００２３】上記各例では、曲り部をもったフロントフ
レームにおいて、正面衝突時のフロントフレームの曲げ
変形を防止し、限りなく座屈に近い変形モードにするこ
とを可能とした例を示しているが、曲り部のないストレ
ートなフロントフレームにおいて、正面衝突時に積極的
に曲げ変形の位置と方向をコントロールする必要がある
場合は、上記のようなほぼハの字形又は逆ハの字形配置
の前後一対のビード部５，５を曲げたい位置に方向を決
めて適宜設けることにより、容易に目的を達成すること
ができる。

【００２４】尚、本発明は、フロントフレームに限ら
ず、リヤフレーム等任意のフレームに適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、衝突荷重
により一方が圧縮側，他方が引張側となって曲げ変形を
生じやすい部位をもった車両のフレームにおいて、該曲
げ変形を生じやすい部位例えば曲り部に、圧縮側から引
張側へいくに従って互いの間隔が徐々に広くなるほぼハ
の字形配置の一対のビード部を設けるだけの極めて簡単
な構成によって、曲り部によって生じる曲げモーメント
を上記ほぼハの字形配置の一対のビード部によって生じ
るモーメントにて打ち消し、フレームの変形モードを曲
げモードから座屈に近いモードに改善することができ、
衝突エネルギ吸収効果の向上をはかることができるもの
である。

【００２６】又、曲り部のないストレートなフレームで
あって、衝突時に所定の位置で所定方向へ積極的に曲げ
変形させることが必要である場合は、上記ほぼハの字形
配置の一対のビード部を、フレームの曲げ変形させたい
場所に方向を決めて設けることにより、衝突荷重により
該ビード部にて所定方向のモーメントが発生し、容易に
所期の目的を達成することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す側面図であ
る。

【図２】本発明にかかる構成の原理を説明するための説
明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図４】従来のフロントフレーム構造の一例を示す側面
図である。

【符号の説明】

１ フロントフレーム １ａ 曲り部 ２ フロントホイールエプロン ３ トーボード ４ 上下方向のビード部 ５，５ ほぼハの字形配置の前後一対のビード部 Ｃ 本来の中立軸 Ｄ 見かけの中立軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体に設けられた箱型断面のフレームで
   あって、一端にフレームの長手方向の衝突荷重が入力し
   たとき、相対向する面の一方が圧縮側，他方が引張側と
   なって曲げ変形が生じやすい部位をもったものにおい
   て、該曲げ変形の生じやすい部位の上記相対向する面に
   隣り合う面の少なくとも一方の面に、上記圧縮側から引
   張側にいくに従って徐々に互いの間隔が広くなるほぼハ
   の字形又は逆ハの字形配置の一対のビード部を形成した
   ことを特徴とする車両車体のフレーム構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車両車体のフレーム構
   造において、上記曲げ変形の生じやすい部位は、該フレ
   ームの一端に前後方向の衝突荷重が入力したとき、上下
   何れか一方が圧縮側，他方が引張側となって上下方向に
   曲げ変形が生じやすい曲り部であり、該フレームの曲り
   部の側面部に、上記圧縮側から引張側へいくに従って互
   いの間隔が広くなるほぼハの字形又は逆ハの字形配置の
   一対のビード部を形成したことを特徴とする車両車体の
   フレーム構造。
3. 【請求項３】 車体に設けられるほぼストレートな箱形
   断面のフレームであって、一端に長手方向の衝突荷重が
   入力したとき、該フレームを所定位置にて所定方向に積
   極的に曲げ変形させる必要があるものにおいて、該フレ
   ームの曲げ変形させたい位置にて、曲げ変形させたい方
   向の面に隣り合う面に、曲げ変形させたい方向に開いた
   ほぼハの字形又は逆ハの字形配置の一対のビード部を形
   成したことを特徴とする車両車体のフレーム構造。