WO2011074527A1 - 車体フロア構造 - Google Patents

Abstract

　この車体フロア構造は、フロアパネルの前部の両側部の下面に、前ロントクロスメンバの後方まで延出するとともに上向きに開放した、前記車体の断面視Ｕ字状の凹部を有するスティフナを結合し；フロアパネルの後部に、車体の断面視Ｕ字状の凹部を有するビードが設けられ、ビードが、スティフナの凹部に整合し、スティフナに連続して設けられている。

Description

車体フロア構造

　この発明は、車体フロア構造に関する。
　本願は、２００９年１２月１６日に、日本に出願された特願２００９－２８５１３４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　エンジンルームの両側部に車体の前後方向に沿って配置されるフロントサイドフレームと、車室の両側部に車体の前後方向に沿って配置されるサイドシルと、車室の車体の幅方向の中央部に車体の前後方向に沿って配置されるセンタフレームを備えた車体構造が知られている。この車体構造では、フロントサイドフレームの後端部と、サイドシルの前端部と、センタフレームの前端部と連結する連結部材が設けられている。
　連結部材は、車体の幅方向の外側に向かい斜め後方に延びてサイドシルの前端部に連なるアウトリガと、車体の幅方向の内側に向かい斜め後方に延びてセンタフレームの前端部に連なるセンタフレームエクステンションとを備えている。これにより、車両が衝突した時に、フロントサイドフレームに入力された後向きの衝突荷重が連結部材を介してサイドシル及びセンタフレームに車体幅方向に分散され、衝突荷重による車室の変形を最小限に抑えることができる（特許文献１参照）。

日本国特開２００９－１８７２５号公報

　ところで、上記従来構造においては、フロントサイドフレームの下に、サスペンション部品を備えエンジンを搭載する枠状のサブフレームを支持している。この構成により、車両前面衝突時の入力荷重は、サブフレームから直接的にセンタフレームエクステンションに伝達されるため、センタフレームエクステンションの強度を上げる必要がある。しかしながら、センタフレームエクステンションの強度を上げると、センタフレームエクステンションの重量が増加してしまい、車体軽量化に逆行するという問題がある。さらには、センタフレームエクステンションの断面積を増加させる必要があるため、フロア面が上がり、室内空間が狭くなるという問題がある。

　そこで、この発明は、車体の前部に作用する入力荷重を車体の幅方向に分散し、車体の前後方向でも入力荷重を分散して支持することで、車体を軽量にし、車室空間を広くすることができ、さらには、剛性の向上を図ることもできる車体フロア構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
　すなわち、
（１）本発明の一態様に係る車体フロア構造は、エンジンルームの両側部に車体の前後方向に沿って配置されるフロントサイドフレームと、車室の両側部に前記前後方向に沿って配置されるサイドシルと、前記車室の前記車体の幅方向の中央部に前記前後方向に沿って配置されるセンタフレームと、前記フロントサイドフレームの後端部と前記サイドシルの前端部とセンタフレームの前端部とを連結する連結部材とを備え；前記連結部材が、前記幅方向の外側に向って斜め後方に延びて前記サイドシルの前端部に連なるアウトリガと、前記幅方向の内側に向って斜め後方に延びて前記センタフレームの前端部に連なるセンタフレームエクステンションとを備え；前記サイドシルと前記センタフレームとに渡ってフロアパネルが載置され、前記フロアパネルが、その上面に前記幅方向に沿って設けられたフロントクロスメンバを備え；前記フロアパネルの前部の両側部の下面に、前記フロントクロスメンバの後方まで延出するとともに上向きに開放した、前記車体の断面視Ｕ字状の凹部を有するスティフナを結合し；前記フロアパネルの後部に、前記車体の断面視Ｕ字状の凹部を有するビードが設けられ、前記ビードが、前記スティフナの凹部に整合し、前記スティフナに連続して設けられている。
（２）上記（１）に記載の車体フロア構造は、前記ビードの前端部に、前記スティフナに接続される傾斜部が形成されていることが好ましい。
（３）上記（１）または（２）に記載の車体フロア構造は、前記ビードの後端部が、前記フロントクロスメンバの後方に配置されたミドルクロスメンバに結合することが好ましい。
（４）上記（１）または（２）に記載の車体フロア構造は、前記スティフナが、前部スティフナと、この前部スティフナより強度の低い後部スティフナとで構成され；前記エンジンルームの下に配置されるサブフレームの支持点が前記アウトリガに設定され；前記前部スティフナが前記アウトリガに接合されていることが好ましい。
（５）上記（４）に記載の車体フロア構造は、前記前部スティフナの後端位置が、前記アウトリガの後端位置に一致することが好ましい。

　上記（１）に記載の車体フロア構造によれば、車体前部に作用する衝突の際の入力荷重が、連結部材により車体幅方向に分散する。さらに、スティフナとビードとが連続して設けられているため、入力荷重がフロントクロスメンバを介して車体の幅方向に分散し、さらには、スティフナとビードとによりフロントクロスメンバを挟んでフロアパネルの車体の前後方向にも分散して支持する。したがって、センタフレームエクステンションの強度を上げる必要がなく、入力荷重を分散することができるので、車体を軽量にすることができ、車室空間を広くすることができる。また、スティフナとビードとにより車体のフロア剛性の向上を図り静粛性を維持することができる。しかも、スティフナとビードによる整流作用によりフロアパネル下の走行風の流れが乱れることがないため、車両が走行している時の空気抵抗を低減することができる。
　上記（２）に記載の車体フロア構造によれば、傾斜部により、スティフナとビードとの接合範囲（接触面積）を広くできるため、接合強度を高めることができる。
　上記（３）に記載の車体フロア構造によれば、車両が前面において衝突した時の入力荷重をミドルクロスメンバにも分散させることができる。
　上記（４）に記載の車体フロア構造によれば、サブフレームから車両の前面において衝突した時の入力荷重が作用した場合であっても、後部スティフナより強度の高い前部スティフナでこれを支持する。これにより、車室内の変形を抑えることができる。
　上記（５）に記載の車体フロア構造によれば、前部スティフナとアウトリガとにより、フロアパネルの前端部に接続されるダッシュボードロアが車室内へ移動するのを阻止することができる。

この発明の一実施形態に係る自動車の車体フロア構造を下面から見た図である。 同車体フロア構造の図１のＡ矢視図である。 同車体フロア構造のフロントサブフレームの下面図である。 同車体フロア構造の図２の要部拡大図である。 同車体フロア構造の図１のＢ－Ｂ線に沿う部位で断面して下側から見た斜視図である。 同車体フロア構造の連結部材付近を裏側から見た斜視図である。 同車体フロア構造の図１における荷重伝達の状況を示す図である。 同車体フロア構造の左側オフセット衝突後の変形状態を示す図であって、図５に相当する斜視図である。

　次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は自動車の車体を下面から見た図であり、図２は図１のＡ矢視図である。図１、図２に車体外形を鎖線で示す。図１、図２に示すように、自動車の車体フレーム（車体フロア構造）は、フロントサイドフレーム１２，１２と、サイドシル１４，１４と、リヤサイドフレーム１７，１７と、フロントピラーロア１８，１８と、アッパメンバ１９，１９とを備えている。
　フロントサイドフレーム１２，１２は、エンジンルーム１１の左右両側部に沿って車体の前後方向に延び、左右一対の閉断面構造を有している。サイドシル１４，１４は、車室１３の左右両側部に沿って車体の前後方向に延び、左右一対の閉断面構造を有している。リヤサイドフレーム１７，１７は、燃料タンク収納部１５及びトランクルーム１６の左右両側部に沿って車体前後方向に延び、左右一対の閉断面構造を有している。左右一対のフロントピラーロア１８，１８は、左右のサイドシル１４，１４の前端から立ち上がって設けられている。左右一対のアッパメンバ１９，１９は、フロントサイドフレーム１２，１２の前端から後上方に延び、フロントピラーロア１８，１８の上端に連結され、閉断面構造を有している。

　また、車体フレームは、フロントサイドフレームエクステンション２０，２０と、フロントバンパビーム２１と、ダッシュロアクロスメンバ２２と、フロントクロスメンバ２３と、ミドルクロスメンバ２４と、リヤクロスメンバ２５と、リヤバンパビーム２６と、リヤエンドフレーム２７と、センタフレーム２９，２９とを備えている。
　フロントサイドフレームエクステンション２０，２０は、フロントサイドフレーム１２，１２の前端に設けられている。
　フロントバンパビーム２１は、車体幅方向に延びており、フロントバンパビーム２１の両端が、フロントサイドフレーム１２，１２の前端にフロントサイドフレームエクステンション２０，２０を介して接続されている。
　ダッシュロアクロスメンバ２２は、車体幅方向に延びて、左右のフロントサイドフレーム１２，１２の後端間を接続し、後述するダッシュボードロア４４との間で閉断面構造を形成している。フロントクロスメンバ２３は、車体幅方向に延びて、左右のサイドシル１４，１４の車体前後方向中央部間を接続し、後述するフロントフロアパネル（フロアパネル）４３の上で閉断面構造を形成している。
　ミドルクロスメンバ２４は、車体幅方向に延びて左右のリヤサイドフレーム１７，１７の前端間を接続し、後述するリヤフロアパネル４５との間で閉断面構造を形成している。リヤクロスメンバ２５は、車体幅方向に延びて、左右のリヤサイドフレーム１７，１７の車体前後方向中央部間を接続し、後述するリヤフロアパネル４５との間に閉断面構造を形成している。
　リヤバンパビーム２６は、車体幅方向に延びて左右のリヤサイドフレーム１７，１７の後端間を接続する。リヤエンドフレーム２７は、車体幅方向に延びてリヤクロスメンバ２５及びリヤバンパビーム２６間で左右のリヤサイドフレーム１７，１７を接続する。フロアトンネル２８は、ダッシュロアクロスメンバ２２からミドルクロスメンバ２４へと延びている。
　左右一対のセンタフレーム２９，２９は、それぞれフロアトンネル２８の左右両側に沿って延び、後述するフロントフロアパネル４３との間に閉断面構造を形成している。

　更に、車体フレームは、フロントサイドフレーム１２，１２、サイドシル１４，１４及びセンタフレーム２９，２９を連結する左右一対の連結部材３０，３０と、左右のフロントサイドフレーム１２，１２の下部に支持される枠状のフロントサブフレーム３１とを備えている。

　次に、連結部材３０について説明する。ここで、左右の連結部材３０，３０は鏡面対称な形状であるため、一方について説明する。
　図１、図２に示すように、連結部材３０は、鋼板材をプレス成形して上側に開いた断面形状の部材であり、フロントサイドフレーム１２の後端に接合され斜め後方外側に向かって延びてサイドシル１４の前端部に接合されるアウトリガ３０ｂを備えている。アウトリガ３０ｂは、上側に開いた断面形状の前部アウトリガ３０ｂｆと後部アウトリガ３０ｂｂとに分割構成されており、前部アウトリガ３０ｂｆと後部アウトリガ３０ｂｂとが接合されている。前部アウトリガ３０ｆｂの下面に、下向きにカップ状に突出するフロントサブフレーム取付用スティフナ３０ａが接合されている。

　また、連結部材３０は、センタフレームエクステンション３０ｃを備えている。このセンタフレームエクステンション３０ｃは、前部アウトリガ３０ｆｂの内側の側壁に接合され車体の幅方向内側かつ後方に向かって斜めに延びてセンタフレーム２９の前端に接合されるセンタフレームエクステンション３０ｃを備えている。このセンタフレームエクステンション３０ｃも上側に開いた断面形状に形成されている。
　アウトリガ３０ｂとセンタフレームエクステンション３０ｃとが、これらフロントフロアパネル４３とダッシュボードロア４４との接合部分に跨るように配置されている。この構成により、フロントフロアパネル４３とダッシュボードロア４４との下側に閉断面構造部が形成されている。

　フロントサブフレーム取付用スティフナ３０ａの内部にはゴムブッシュジョイント３６が収納されている。そして、フロントサブフレーム３１の後部が、ゴムブッシュジョイント３６を貫通するボルト３７によって締め付けられて固定されている。したがって、フロントサブフレーム取付用スティフナ３０ａがエンジンルーム１１下に配置されるフロントサブフレーム３１の後部の支持点として設定されている（図２参照）。

　図３はフロントサブフレーム３１の下面図である。図３に示すように、フロントサブフレーム３１は、主としてハイドロフォーム成形品である左右一対の縦フレーム３２，３２と、丸パイプ材から構成された前クロスメンバ３３と、プレス成型品である後クロスメンバ３４とで四角枠状に接続して構成されている。前クロスメンバ３３は縦フレーム３２，３２よりも高い位置に配置されている。フロントサブフレーム３１には鎖線で示すサスペンション部品３８が組み付けられる。
　ここで、縦フレーム３２，３２と前クロスメンバ３３との接続部分には、補強部材３９が設けられている。この補強部材３９は、前クロスメンバ３３の端部の一部及び縦フレーム３２の前端部とこの前端部から後方部位で外側部分を車体前後方向中央付近までとを上下方向から包み込むように覆っている。この補強部材３９は、図２に示すように、プレス成形された上部プレート４０と下部プレート４１によって構成されている。

　補強部材３９の前部外側寄りには内部にカラー４７が配置され、このカラー４７にボルト４８が挿通されている。そして、補強部材３９は、フロントサイドフレーム１２の前端下部に取り付けられたフロントサブフレーム取付用ブラケット４２内のゴムブッシュジョイント３５，３５を介してフロントサイドフレーム１２の前端に締め付けられて固定されている。したがって、フロントサイドフレーム１２，１２の前端下面に取り付けられたフロントサブフレーム取付用ブラケット４２，４２の下面がフロントサブフレーム３１の前端を弾性支持する支持点として構成されている。

　図１に示すように、車室１３にはフロアトンネル２８の両側縁とサイドシル１４，１４との間にフロントフロアパネル４３が配置されている。フロアトンネル２８の両側縁に、センタフレーム２９が形成されている。センタフレーム２９は、フロントフロアパネル４３面よりも下側に落とし込まれた後に上側に立ち上がっており、センタフレーム２９の上部が開口する。このセンタフレーム２９の上部開口部を閉塞するようにして、フロアトンネル２８の各側壁に各フロントフロアパネル４３の内側縁が接合されている。また、各フロントフロアパネル４３の外側縁はサイドシル１４の内側壁に接合されている。

　フロントフロアパネル４３の前側縁はダッシュボードロア４４の下部後縁に上側から接合されている。フロントフロアパネル４３の後縁はミドルクロスメンバ２４から燃料タンク収納部１５、トランクルーム１６の床面を構成するリヤフロアパネル４５に接続されている。尚、フロアトンネル２８内にはフロントクロスメンバ２３に沿う位置に車体の幅方向にバルクヘッド４６が接合されている。

　図４は、図２の要部拡大図であり、図５は、図１のＢ－Ｂ線に沿う部位で断面して下側から見た斜視図であり、図６は、連結部材付近を裏側から見た斜視図である。
　図４から図６に示すように、フロントフロアパネル４３の前部の両側部の下面（図４では左側のみを示す）、具体的にはフロントサブフレーム取付用スティフナ３０ａの後方に位置する連結部材３０のアウトリガ３０ｂとセンタフレームエクステンション３０ｃとの付け根部分には、この付け根部分に覆い被さるようにしてアウトリガ３０ｂ、センタフレームエクステンション３０ｃ、ダッシュボードロア４４及びスティフナ５０が車体後方に延出している。スティフナ５０は、フロントフロアパネル４３に接合されており、上向きに開放した車体の正面断面視Ｕ字状の凹部５０ａを有する部材である。また、スティフナ５０は、周縁に設けたフランジ部５３と接合され、ダッシュボードロア４４とフロントフロアパネル４３下に閉断面構造を形成している。

　このスティフナ５０は、フロントクロスメンバ２３の配置位置を超えて後方に延びている。フロントフロアパネル４３の後部には、ビード５１が設けられている。ビード５１は、スティフナ５０の断面形状に整合する断面形状を備えており、具体的には、車体の正面断面視Ｕ字状の凹部５１ａを有している。この構成により、スティフナ５０の凹部５０ａにビード５１が同じ向きで整合している。そして、このビード５１は、スティフナ５０に連続して設けられ、ビード５１の後端部がフロントクロスメンバ２３の後方に配置されたミドルクロスメンバ２４に結合されている。
　ここで、スティフナ５０は、強度の高い前部スティフナ５４と強度の低い後部スティフナ５５とで構成されている。前部スティフナ５４の後端位置をアウトリガ３０ｂ、つまり後部アウトリガ３０ｂｂの後端位置に一致させ、後部スティフナ５５の後端にビード５１が連続して設けられている。

　ビード５１の前端部にはスティフナ５０の後端部に接続され前方から後方に下がる傾斜部５２が形成されている。具体的には図４に示すように、ビード５１の傾斜部５２は底壁５８の前部が傾斜した部位である。また、スティフナ５０（後部スティフナ５５）の後縁５９が、底壁５８に接合され、傾斜部５２に対応するビード５１の側壁５６が、スティフナ５０（後部スティフナ５５）の側壁５７に接合されている。

　上記実施形態によれば、車両が前面で衝突した時に、フロントバンパビーム２１からフロントサイドフレーム１２を経て車体の前部に作用する入力荷重は、図７に破線で示すように、連結部材３０により車体の幅方向の両側部のサイドシル１４，１４と車体の幅方向の中央部のセンタフレーム２９，２９とに分散される。このように、連結部材３０によって、入力荷重は、サイドシル１４，１４とセンタフレーム２９，２９とに伝達され、車体幅方向に分散される。
　また、例えば車体の前面左側のみが衝突するようなオフセット衝突の際に、入力荷重がフロントサブフレーム３１からも後方に作用した場合には、連結部材３０には大きな力が作用する。しかしながら、この荷重は、図７に実線で示すように、連結部材３０の主としてアウトリガ３０ｂ、スティフナ５０、ビード５１の順に伝達され、フロントクロスメンバ２３を介して車体の幅方向に分散する。さらには、荷重は、スティフナ５０とビード５１とによりフロントクロスメンバ２３を挟んでフロントフロアパネル４３の車体の前後方向にも分散される。さらには、荷重は、ミドルクロスメンバ２４にも分散され、車体の幅方向に分散する。

　よって、連結部材３０、特にアウトリガ３０ｂの断面形状を大きくしたり、板材の厚さを増加したりする必要がなくなり、車体を軽量にすることができる。同様に、センタフレームエクステンション３０ｃの断面形状も大きくする必要がなくなるため、車室空間を広くすることができる。
　また、スティフナ５０とビード５１によりフロントフロアパネル４３を含むフロア剛性の向上を図り静粛性を維持できる。しかも、車体の前後方向に連続して設けられたスティフナ５０及びビード５１の整流作用により、フロントフロアパネル４３下の走行風の流れが乱れないため、車両が走行している時の空気抵抗を低減でき静粛性を維持することできる。

　ここで、ビード５１の前端部はスティフナ５０の後端部に接続され前方から後方に下がる傾斜部５２が形成されているため、スティフナ５０とビード５１との接合範囲、具体的にはスティフナ５０の側壁５７とビード５１の側壁５６との重合面積（接触面積）を大きく確保できるため、接合強度を高めることができる。

　そして、スティフナ５０は、後部スティフナ５５と、この後部スティフナ５５より強度の高い前部スティフナ５４とで構成され、前部スティフナ５４の後端位置をアウトリガ３０ｂ、つまり後部アウトリガ３０ｂｂの後端位置に一致させている。このため、図８に示すように、例えば車体の前面左側のみが衝突するようなオフセット衝突の際に、フロントサイドフレーム１２は左右方向に折れ曲がる。このとき、アウトリガ３０ｂが持ち上がるように折れ曲がり、ダッシュボードロア４４を車室１３内側へ変形しようとするが、前部スティフナ５４とアウトリガ３０ｂとにより、ダッシュボードロア４４が車室１３側へ移動するのを確実に阻止することができる。
　また、このとき、フロントサブフレーム３１の縦フレーム３２を下側に折り曲げ変形させた後、縦フレーム３２の後端部がフロントサブフレーム取付用スティフナ３０ａから外れるようにすることが可能となる。これにより、フロントサブフレーム３１の移動も抑えることができる。

　１１　エンジンルーム
　１２　フロントサイドフレーム
　１４　サイドシル
　２９　センタフレーム
　３０　連結部材
　３０ｂ　アウトリガ
　３０ｃ　センタフレームエクステンション
　４３　フロントフロアパネル（フロアパネル）
　２３　フロントクロスメンバ
　５０　スティフナ
　５１　ビード
　５２　傾斜部
　２４　ミドルクロスメンバ
　５４　前部スティフナ
　５５　後部スティフナ
　３１　フロントサブフレーム
　３０ａ　フロントサブフレーム取付用スティフナ（支持点）

Claims (5)

1. 　エンジンルームの両側部に車体の前後方向に沿って配置されるフロントサイドフレームと、車室の両側部に前記前後方向に沿って配置されるサイドシルと、前記車室の前記車体の幅方向の中央部に前記前後方向に沿って配置されるセンタフレームと、前記フロントサイドフレームの後端部と前記サイドシルの前端部とセンタフレームの前端部とを連結する連結部材とを備え；
   　前記連結部材が、前記幅方向の外側に向って斜め後方に延びて前記サイドシルの前端部に連なるアウトリガと、前記幅方向の内側に向って斜め後方に延びて前記センタフレームの前端部に連なるセンタフレームエクステンションとを備え；
   　前記サイドシルと前記センタフレームとに渡ってフロアパネルが載置され、前記フロアパネルが、その上面に前記幅方向に沿って設けられたフロントクロスメンバを備え；
   　前記フロアパネルの前部の両側部の下面に、前記フロントクロスメンバの後方まで延出するとともに上向きに開放した、前記車体の断面視Ｕ字状の凹部を有するスティフナを結合し；
   　前記フロアパネルの後部に、前記車体の断面視Ｕ字状の凹部を有するビードが設けられ、前記ビードが、前記スティフナの凹部に整合し、前記スティフナに連続して設けられている；
   ことを特徴とする車体フロア構造。
2. 　前記ビードの前端部に、前記スティフナに接続される傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の車体フロア構造。
3. 　前記ビードの後端部が、前記フロントクロスメンバの後方に配置されたミドルクロスメンバに結合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体フロア構造。
4. 　前記スティフナが、前部スティフナと、この前部スティフナより強度の低い後部スティフナとで構成され；
   　前記エンジンルームの下に配置されるサブフレームの支持点が前記アウトリガに設定され；
   　前記前部スティフナが前記アウトリガに接合されている；
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体フロア構造。
5. 　前記前部スティフナの後端位置が、前記アウトリガの後端位置に一致することを特徴とする請求項４記載の車体フロア構造。 

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