WO2013154114A1 - 自動車車体 - Google Patents

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WO2013154114A1
WO2013154114A1 PCT/JP2013/060756 JP2013060756W WO2013154114A1 WO 2013154114 A1 WO2013154114 A1 WO 2013154114A1 JP 2013060756 W JP2013060756 W JP 2013060756W WO 2013154114 A1 WO2013154114 A1 WO 2013154114A1
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flange
automobile body
curved portion
vertical wall
ridge line
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PCT/JP2013/060756
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English (en)
French (fr)
Inventor
研一郎 大塚
隆一 西村
嘉明 中澤
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新日鐵住金株式会社
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    • B62D27/02—Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
    • B62D27/023—Assembly of structural joints

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle body provided with front and rear members arranged in the front-rear direction of the vehicle body and a vehicle width member arranged in the vehicle width direction of the vehicle body.
  • the automobile body consisting of a unit construction body is composed of a long front and rear member arranged in the front-rear direction of the automobile body, such as a side sill, a roof rail, a front floor having a floor tunnel part, and a side member, and a floor cloth.
  • a long vehicle width member such as a member or a roof cross member, which is arranged in the vehicle width direction of the automobile body, is configured as a main skeleton.
  • the front and rear members and the vehicle width member are usually joined to each other via a flange formed at the end in the longitudinal direction (axial direction) of the vehicle width member, and bear the rigidity and load burden of the vehicle body.
  • a load acts on the vehicle width member in the axial direction of the vehicle width member due to deformation of the cross-sectional shape of the front and rear members, and a torsional moment acts on the vehicle width member due to the displacement of the front and rear members.
  • the vehicle width member is required to suppress deformation caused by the load acting in the axial direction and to have high torsional rigidity that affects the steering stability of the vehicle.
  • a flange formed at an end portion in the longitudinal direction of the vehicle width member which is a connection portion between the vehicle width member and the front and rear members, is formed by stretch flange deformation during press molding. For this reason, when it is going to form a flange along the ridgeline part of a vehicle width member, elongation deformation will inevitably concentrate on the edge part of the flange. As a result, when trying to ensure a long flange width, the end of the flange may break during press molding. So far, it has been performed that the vicinity of the ridge line portion of the vehicle width member is a notch not provided with a flange.
  • the flange width of the portion corresponding to the center in the circumferential direction of the ridge line portion has been made the minimum width.
  • there is no joint point by spot welding or the like in the portion corresponding to the ridge line portion of the flange of the vehicle width member which is one factor that hinders suppression of deformation of the vehicle width member and improvement of torsional rigidity. .
  • the floor of an automobile body (hereinafter simply referred to as “floor”) not only primarily bears the torsional rigidity and bending rigidity of the body when the vehicle is running, but also carries the impact load in the event of a collision. Since it greatly affects the weight, it is required to have a tradeoff between high rigidity and light weight.
  • the floor is generally joined to the front floor panel, the upper surface of the front floor panel (the surface on the interior side), and a tunnel portion and the front formed by bulging out at the approximate center in the width direction of the front floor panel.
  • a structure including a floor cross member that connects side sill inner panels that are spot welded to both sides in the width direction of the floor panel is employed.
  • the floor cross member In order to join the floor cross member to the upper surface of the front floor panel, the outer surface of the side sill inner panel, and the vertical wall surface of the tunnel portion of the front floor panel by spot welding, conventionally, the floor cross member is attached to both ends in the longitudinal direction of the floor cross member. An outward flange formed as a welding allowance was used.
  • the floor cross member is a structural member that plays a role of improving the rigidity of the automobile body and absorbing a collision load at the time of a side collision (side collision).
  • thinner and higher strength high strength steel plates for example, high strength steel plates (high strength steel plates or high tension) having a tensile strength of 390 MPa or more are used as the material of the floor cross member. Used.
  • high strength steel plates high strength steel plates or high tension
  • 390 MPa tensile strength
  • the floor cross member when the floor cross member is made of a high-strength steel plate of 390 MPa or more, because the formability of the floor cross member is not good, it is connected to the side sill inner or tunnel portion formed at the end of the floor cross member.
  • the end portion of the curved portion of the flange that becomes the part becomes a stretch flange deformation that is severe for molding, and breaks during press molding.
  • the vicinity of the ridgeline portion of the floor cross member has to be compensated for the lack of formability by using, for example, a notch without a flange. This notch has been a concern since it has been a factor that deteriorates various performances such as collision characteristics that collapse in the axial direction of the floor cross member and torsional rigidity.
  • Patent Document 1 discloses a floor structure in which impact deformation strength reducing means such as a notch is provided at the end of a floor cross member to suppress deformation inside the vehicle at the time of a collision.
  • Patent Document 2 discloses a floor structure in which a floor cross member and a side sill are connected by connecting the floor cross member to a side sill reinforcement of a side sill.
  • Patent Document 3 discloses a floor structure in which the floor cross member and the side sill are welded to each other by spot welding the upper portion of the side sill inner and the flange of the floor cross member to increase the rigidity.
  • Patent Document 4 discloses a floor structure in which a floor cross member and a side sill are connected by bending an end portion of the side sill inner to be connected to the floor cross member.
  • the present invention relates to an automobile body comprising a front and rear member and a vehicle width member joined to the front and rear member via a flange formed at an axial end, and is capable of suppressing deformation of the vehicle width member and improving torsional rigidity. It is an object to provide an illustrated automobile body. Specifically, for example, an automobile body that includes a front floor panel and a floor cross member that is joined to the upper surface of the front floor panel and connects a tunnel part of the front floor panel and a side sill joined to the front floor panel. An object of the present invention is to provide an automobile body having high rigidity, excellent load transmission characteristics and light weight.
  • An automobile body provided with front and rear members arranged in the longitudinal direction of the automobile body and a vehicle width member arranged in the vehicle width direction of the automobile body,
  • the vehicle width member has at least a web surface that is an upper surface, a ridge line portion that continues to the web surface, and a vertical wall surface that continues to the ridge line portion;
  • the vehicle width member has a flange formed so as to be continuous along at least the web surface, the ridge line portion, and the vertical wall surface around the end portion in the longitudinal direction, and is joined to the front and rear members via the flange.
  • the flange width l fc at the center in the circumferential direction of the curved portion of the flange is not less than the flange minimum width l fs in a range excluding the center in the circumferential direction of the curved portion, and the vehicle width member is An automobile body having a tensile strength of 440 MPa or more.
  • the vehicle width member is a press-formed body having a groove-shaped cross-sectional shape.
  • the curvature radius R of the ridge line portion is 8 mm or more, and the relationship between the curvature radius R (mm) and the cross-sectional height H (mm) of the cross-sectional shape of the vehicle width member is as follows (1)
  • the flange width l fc at the center in the circumferential direction of the curved portion and the flange minimum width l fs in the range excluding the center in the circumferential direction of the curved portion satisfy the relationship of the following expression (2).
  • a front floor panel having a tunnel portion having a vertical wall at substantially the center in the vehicle body width direction and having flange portions at both ends in the vehicle body width direction, A side sill joined to the front floor panel via the flange, A vehicle body comprising at least a web surface as an upper surface, a ridge line portion continuous with the web surface, and a vertical wall surface continuous with the ridge line portion, and a floor cross member joined to the upper surface of the front floor panel.
  • the floor cross member is formed with a flange so as to be continuous along at least the web surface, the ridge line portion, and the vertical wall surface around both ends in the longitudinal direction, and the vertical wall and the To be joined to the side sill,
  • the flange width l fc at the center in the circumferential direction of the curved portion of the flange is not less than the flange minimum width l fs in a range excluding the center in the circumferential direction of the curved portion, and the floor cross member is An automobile body having a tensile strength of 440 MPa or more.
  • the curvature radius R of the ridge line portion is 8 mm or more, and the relationship between the curvature radius R (mm) and the cross-sectional height H (mm) of the transverse cross-sectional shape of the floor cross member is (1)
  • the flange width l fc at the center in the circumferential direction of the curved portion and the flange minimum width l fs in the range excluding the center in the circumferential direction of the curved portion satisfy the relationship of the following expression (2).
  • a normal line that forms a predetermined angle with respect to a normal line of the web surface in the vicinity of a boundary between the web surface and the ridge line portion In the vicinity of the boundary between the wall surface and the ridge line portion, the joint portion is positioned in a range in which a range surrounded by a normal line having a predetermined angle with respect to the normal line of the vertical wall surface is projected onto the flange.
  • the automobile body described in [15]. [17] The automobile body according to [15], wherein the joint is a spot weld.
  • a flange plate thickness is not thinnest at a portion corresponding to a center in a circumferential direction of the ridge line portion.
  • an automobile body including a front and rear member and a vehicle width member joined to the front and rear member via a flange formed at an end portion in the axial direction
  • the deformation of the vehicle width member and the torsional rigidity are reduced.
  • An improved automobile body is provided.
  • an automobile including a front floor panel and a floor cross member joined to the upper surface of the front floor panel and connecting a tunnel portion of the front floor panel and a side sill joined to the front floor panel.
  • the shape of the floor cross member and the connection shape and connection conditions between the floor cross member and the side sill or tunnel part are optimized, thereby providing an automobile body that combines high rigidity, excellent load transmission characteristics and light weight. Is done.
  • FIG. 1A is a perspective view partially showing a floor structure of an automobile body according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a diagram partially showing a flange portion of the floor cross member of the embodiment.
  • FIG. 1C is a diagram partially showing a flange portion of a conventional floor cross member.
  • 2A is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1A.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing an example of the floor cross member.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a flange and a spot weld portion of a floor cross member of a conventional example.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a flange and a joint portion of a floor cross member of a conventional example.
  • FIG. 3C is a diagram illustrating a flange and a joint portion of the floor cross member according to the embodiment.
  • Drawing 3D is a figure showing the flange and spot welding part of the floor cross member of an embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a straight line portion and a curved portion of a flange formed on the floor cross member.
  • FIG. 4B is a diagram showing a straight line portion and a curved portion of the flange formed on the floor cross member.
  • FIG. 5A is a diagram schematically illustrating a method for forming a floor cross member.
  • FIG. 5B is a diagram schematically illustrating a method of forming the floor cross member.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining a normal developed blank shape.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining a normal developed blank shape.
  • FIG. 6B is a view for explaining a strain dispersion blank shape.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the position and strain in the curved portion of the flange.
  • FIG. 8A is a diagram schematically illustrating an analysis model of a floor cross member.
  • FIG. 8B is a diagram partially showing the flange portion of the analysis model.
  • FIG. 8C is a diagram partially showing the flange portion of the analysis model.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the absorbed energy efficiency (collision characteristics) at the collision displacement of 5 mm and the curvature radius R of the ridge line portion.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing an analysis model of a floor cross member.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing an analysis model of a floor cross member.
  • FIG. 12 is a graph showing the result of comparing the influence of the radius of curvature R of the ridge line portion on the torsional rigidity by the difference in the presence or absence of notches.
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an analysis model of a floor cross member.
  • FIG. 14 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models A to G.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the number of spot welds and the spot weld position on the torsional rigidity.
  • FIG. 16 is a diagram schematically illustrating an analysis model of a floor cross member.
  • FIG. 17A is a diagram showing the arrangement of spot welding points in model 1 to model 6.
  • FIG. 17B is a diagram showing the arrangement of spot welding points in model 1 to model 3.
  • FIG. 18 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models 2, 7, 8, 9, 10, and 16.
  • FIG. 19 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models 2, 11, and 12.
  • FIG. 20 is a graph showing the torsional rigidity of the models 1 and 3.
  • FIG. 21 is a graph showing the torsional rigidity of the models 3 and 2.
  • FIG. 22 is a graph showing the torsional rigidity of the models 4 and 6.
  • FIG. 23 is a graph showing the torsional rigidity of the models 6 and 5.
  • FIG. 17A is a diagram showing the arrangement of spot welding points in model 1 to model 6.
  • FIG. 17B is a diagram showing the arrangement of spot welding points in model 1 to model 3.
  • FIG. 24 is a graph showing the torsional rigidity of the models 2, 3, 7, 8, 9, and 10 collectively.
  • FIG. 25 is a graph showing the absorbed energy of models 2, 3, 7, 8, 9, and 10 collectively.
  • FIG. 26 is a graph showing the torsional rigidity of the models 11, 2, and 12.
  • FIG. 27 is a graph showing the absorbed energy of the models 11, 2, and 12.
  • FIG. 28 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models 13-15.
  • FIG. 29 is a graph showing the torsional rigidity of the models 13-15.
  • FIG. 30 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models 16 and 17.
  • FIG. 31 is a graph showing the torsional rigidity of the models 16 and 17.
  • FIG. 32 is a graph showing the absorbed energy of the models 16 and 17.
  • the front and rear members are side sills and tunnel portions of the front floor panel, and the vehicle width member is a floor cross member.
  • the present invention is not limited to this form.
  • the present invention is similarly applied to a form in which the front and rear members are roof rails and the vehicle width member is a roof cross member.
  • FIG. 1A is a perspective view partially showing a floor structure 1a of an automobile body 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the floor structure 1a of the automobile body 1 includes a front floor panel 2, a side sill 3 as a front and rear member, and a floor cross member 4 as a vehicle width member.
  • the front floor panel 2 includes a tunnel portion 2a that is a front and rear member, and a flange portion 2b.
  • the tunnel portion 2a has a vertical wall 2c, and is formed so as to bulge out at a substantially center in the vehicle width direction of the front floor panel 2 so as to have a groove-shaped cross-sectional shape.
  • Inside the tunnel portion 2a (on the lower surface side), a propeller shaft for transmitting the output of the engine to the rear wheel side and various pipes are accommodated.
  • the flange portion 2b is formed upward at both ends of the front floor panel 2 in the vehicle width direction.
  • the strength and thickness of the front floor panel 2 may be of a level that is normally used. For example, the tensile strength is exemplified by about 300 MPa, and the plate thickness is exemplified by about 0.6 to 0.7 mm.
  • the side sill 3 is a long cylindrical body formed by the side sill inner panel 3a and the side sill outer panel 3b.
  • the side sill inner panel 3a and the side sill outer panel 3b are joined by, for example, spot welding via flanges formed at respective end portions.
  • the outer surface of the side sill inner panel 3 a is joined by, for example, spot welding via the flange portion 2 b of the front floor panel 2.
  • the strength and the plate thickness of the side sill inner panel 3a and the side sill outer panel 3b may be of the level normally used.
  • the tensile strength is exemplified by about 440 to 980 MPa
  • the plate thickness is exemplified by about 1.0 to 2.0 mm.
  • the floor cross member 4 is a press-molded body made of a high-tensile steel plate having a tensile strength of 440 MPa or more, and a web surface 4a that is an upper surface and a ridge line portion that is continuous with the web surface 4a. 4b, 4b, and vertical wall surfaces 4c, 4c continuous to the ridge line portions 4b, 4b, and has a groove-shaped transverse cross-sectional shape opened in a substantially trapezoidal shape. Further, the floor cross member 4 has flanges 4d and 4d protruding sideways continuously to the vertical wall surfaces 4c and 4c. The floor cross member 4 is joined to the upper surface 2d of the front floor panel 2 by, for example, spot welding via the flanges 4d and 4d.
  • the floor cross member 4 further has a flange 4e.
  • the flange 4e is formed so as to be continuous along the web surface 4a, the ridge line portions 4b and 4b, and the vertical wall surfaces 4c and 4c around both ends in the longitudinal direction of the floor cross member 4. Yes. That is, as shown in FIG. 1C, the conventional notch 4f is not present in the floor cross member 4 'made of a high-tensile steel plate having a tensile strength of 390 MPa or more.
  • the tensile strength of the floor cross member 4 is preferably 440 MPa or more, and more preferably 590 MPa or more. Thereby, the plate
  • the plate thickness of the floor cross member 4 is exemplified as 1.0 to 2.0 mm, but is preferably 1.6 mm or less, and more preferably 1.4 mm or less.
  • the cross-sectional shape of the floor cross member 4 is not limited.
  • the web surface 4a may be inclined from the horizontal.
  • the angle ⁇ formed by the web surface 4a and the vertical wall surface 4c is preferably 80 ° or more and 100 ° or less.
  • the angle ⁇ is less than 80 °, the torsional rigidity and the collision characteristics are relatively low. For this reason, the effect of not providing a notch is large, and as one of the conditions which makes it possible to not provide a notch, the angle which the web surface 4a and the vertical wall surface 4c make is 80 degrees or more.
  • the flange 4e can be formed in the both ends of the longitudinal direction of the floor cross member 4 which consists of a high tensile steel plate with a tensile strength of 440 Mpa or more by press molding.
  • the angle ⁇ exceeds 100 °, it becomes difficult to press the floor cross member 4.
  • the radius of curvature of the ridge line portion 4b is preferably 8 mm or more, and the curvature height R (mm) of the ridge line portion 4b and the cross-sectional height H (mm) of the groove-shaped transverse cross section opened in a substantially trapezoidal shape.
  • R (mm) of the ridge line portion 4b and the cross-sectional height H (mm) of the groove-shaped transverse cross section opened in a substantially trapezoidal shape.
  • the radius of curvature of the ridge line portion 4b is preferably 8 mm or more is that if the radius of curvature R of the ridge line portion 4b is less than 8 mm, problems such as cracks may occur at the end of the flange 4e during press molding. Because there is.
  • the radius of curvature of the ridge line is set to about 3 to 5 mm. However, when the radius of curvature is about 3 to 5 mm, the distortion at the flange end increases, so no flange is provided near the ridge line. It must be a notch.
  • the radius of curvature R of the ridge line portion 4b becomes larger than the conventional one, so that the stretch flange molding during press molding is relaxed, and the flange The elongation strain generated at the end of 4e is suppressed. Accordingly, it is possible to reliably prevent cracking when the floor cross member 4 having the flanges 4e formed at both ends in the longitudinal direction is manufactured by press molding, and the flanges are formed at both ends in the longitudinal direction of the floor cross member 4. 4e can be formed more reliably.
  • the reason why 0.06 ⁇ R / H ⁇ 0.185 is preferable is that the torsional rigidity can be increased as compared with conventional floor cross members.
  • the radius of curvature R of the ridgeline portion of a typical floor cross member so far is about 3 to 5 mm, and the cross-sectional height H is about 100 mm. If 0.12 ⁇ 2R / H ⁇ 0.37, that is, 0.06 ⁇ R / H ⁇ 0.185 is satisfied, for example, a floor cross member (2R / R) having a radius of curvature R of 5 mm and a cross-sectional height H of 100 mm.
  • the torsional rigidity can be increased more than H is 10%.
  • the flanges 4e and 4e formed on the floor cross member 4 include straight portions 4e-1 and 4e-1 along the web surface 4a and the vertical wall surface 4c, and curved portions 4e- along the ridgeline portion 4b.
  • 3A and 3B are views showing the flange 4e and the joint 20 viewed from the axial direction of the floor cross member 4 'of the conventional example.
  • FIG. 3C and FIG. 3D are figures which show the flange 4e and the junction part 20 seen from the axial direction of the floor cross member 4 of embodiment.
  • the curved portion 4e-2 is provided with a joint (spot weld) 20 with the vertical wall 2c or the side sill inner panel 3a.
  • a joint 20 spot weld
  • both are formed at the boundary between the straight portion 4e-1 and the curved portion 4e-2. You may make it the junction part 20 exist so that it may straddle.
  • the floor cross member 4 and the front floor panel 2 or the side sill 3 are joined by the joint portion 20.
  • the presence of the joint portion 20 at the curved portion 4e-2 of the flange 4e allows the floor cross member 4 and the vertical wall 2c or the side sill inner panel 3a to be firmly joined, and the rigidity of the floor structure 1a of the automobile body 1 is thereby increased. And an improvement in load transmission characteristics when an impact load is applied.
  • the flange width l fc at the center in the circumferential direction of the curved portion 4e-2 of the flange 4e is within the range excluding the center in the circumferential direction of the curved portion 4e-2.
  • the flange has a minimum width lfs .
  • the “center in the circumferential direction of the curved portion” does not mean a strict half of the central angle ⁇ (see, for example, FIG. 4) of the curved portion 4e-2.
  • a range of about ⁇ 5% of ⁇ is assumed to the left and right across the center in the circumferential direction of the portion 4e-2 (the center in the strict sense).
  • the flange width l fc is the minimum width in the range of the center ⁇ 5%.
  • a high-tensile steel sheet has a lower ductility than a low-strength steel sheet, and therefore, one of the problems in application to automobile parts is that the formability is inferior. Therefore, in applying a high-strength steel plate, it is effective to simplify the shape of the part, and particularly to have a shape that does not have an elongated flange deformed portion.
  • the simplification of the shape of the component may cause various performances such as the above-described collision characteristics, the torsional rigidity, and the bending rigidity of the vehicle body.
  • the floor cross member 4 ′ also has a deformed flange deformed by applying a notch 4f to a flange 4e formed at the end in the longitudinal direction in order to apply a high-tensile steel plate.
  • the moldability is secured as a shape having no part.
  • such a notch 4f is provided along the ridgeline part 4b, if the curvature radius R of the ridgeline part 4b is large, the area
  • the radius of curvature R of the ridge 4b of the current floor cross member 4 has been set to a small value of about 3 to 5 mm.
  • the flange width lfc at the center in the circumferential direction of the curved portion 4e-2 is set to the minimum width (that is, lfc ⁇ lfs). )
  • the present state is that the formability is ensured as a shape having no stretch flange deformed portion.
  • the floor structure 1a of the automobile body 1 is required to have a high impact absorbing performance for protecting the occupant in the case of a side collision, like the side sill 3 shown in FIG. 1A.
  • the floor cross member 4 is a component that is required to have an impact absorbing performance at the beginning of the collision in the crushing mode in the axial direction (vehicle width direction).
  • the floor cross member 4 disposed at a substantially central portion in the longitudinal direction of the vehicle body is also required to improve the torsional rigidity of the vehicle body.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing the straight portions 4e-1, 4e-1 and the curved portion 4e-2 of the flange 4e formed on the floor cross member 4.
  • FIG. 4A the symbol Rp indicates the start position and the end position of the curved portion 4e-2, and the symbol Rf indicates the rising curve of the flange 4e.
  • FIG. 4A shows an example in which the flange widths of the straight portions 4e-1, 4e-1 and the curved portion 4e-2 are the same.
  • the joint satisfies 1/4 to 3/4 of the central angle ⁇ (deg.) Of the curved portion 4e-2 among the curved portions 4e-2, and has a flange width fl (mm). ) In a range satisfying 1/10 to 9/10 (hatched portion in FIG. 4A).
  • the joining method include electric resistance welding such as spot welding, various types of laser welding, and adhesion, but spot welding is preferably used from the viewpoint of cost.
  • FIG. 4B shows a case where the angle ⁇ formed by the web surface 4a and the vertical wall surface 4c is about 85 °, the curvature of the curved portion 4e-2 is unstable, and the flange width is not uniform.
  • spot hitting points are made in a range in which the range surrounded by these two normal lines 41 and 42 is projected onto the flange 4e.
  • the predetermined angle is set to 10% of ⁇ .
  • the predetermined angle is set within the range of 10 ⁇ 2% of ⁇ , an effective position to hit the spot hitting point is obtained even if the curved portion 4e-2 is not clear. Can be determined.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams schematically illustrating a method of forming the floor cross member 4.
  • the floor cross member 4 can be formed by a method of forming a surplus by a deep drawing method and then trimming, and then raising the flange 4e, or by a bending method from a developed blank shape as shown in FIG. 5B. Is selected.
  • the continuous flange 4e is formed including the curved portion 4e-2 and an attempt is made to obtain a flange width that is long to some extent, basically, the flange portion cracks at the curved portion 4e-2 and the wrinkles at the roots at the start are caused.
  • the desired shape cannot be obtained.
  • the current general molding method is often selected from the viewpoint of improving the material yield. In this case, the crack of the stretch flange part becomes a problem.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining a normal developed blank shape
  • FIG. 6B is a diagram for explaining a strain dispersion blank shape.
  • a desired long flange 4e over the entire circumference of the ridge line portion 4b, as shown in FIG. 6B, it corresponds to the ridge line portion (the portion that will eventually become the ridge line portion 4b) with respect to the developed blank shape of the floor cross member 4.
  • strain dispersion blank shape in which an over-shape allowance a is provided at a flange-corresponding portion along).
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the position and strain in the curved portion 4e-2 of the flange 4e.
  • the horizontal axis indicates the position at the flange end
  • the vertical axis indicates the reduction rate of the flange plate thickness.
  • the flange plate thickness tends to be locally reduced at the portion corresponding to the center in the circumferential direction of the ridgeline portion 4b (the dotted line in FIG. 7). See graph).
  • the strain dispersion blank is used, the flange plate thickness does not become the thinnest at the portion corresponding to the center in the circumferential direction of the ridge portion 4b in the curved portion 4e-2 (see the solid line graph in FIG. 7). .
  • the over shape allowance a is preferably set to 0.03 (R + fl) ⁇ a ⁇ 0.5 (R + fl).
  • R indicates the radius of curvature of the ridge portion 4b
  • fl indicates the flange width of the straight portion 4e-1 of the flange 4e as shown in FIG. 4B.
  • the floor cross member 4 has a groove-shaped cross-sectional shape
  • a cylindrical body having a closed cross-sectional shape formed by hydroforming may be used.
  • flanges may be formed on the entire circumference of both ends in the longitudinal direction of the floor cross member, or only along the web surface, the ridge line portion that continues to the web surface, and the vertical wall surface that continues to the ridge line portion.
  • a flange may be formed as described.
  • FIG. 8A is a diagram schematically showing a simple shape model 5 (hereinafter, referred to as “analysis model 5”) of the floor cross member 4.
  • flange width fl 15 mm
  • flange rising Rf 5 mm
  • total length 300 mm
  • radius of curvature R of ridgeline portion 8 is 5, 10, 15 mm, and one end in the longitudinal direction Is provided with a flange 6.
  • the flange 6 includes a conventional example (FIG. 8C) in which a notch 7 is provided in a curved portion and an example of the present invention (FIG. 8B) formed continuously over the entire circumference without providing a notch. S.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the absorbed energy efficiency (collision characteristics) at the collision displacement of 5 mm and the curvature radius R of the ridgeline portion 8.
  • the ⁇ plot is an example of the present invention, and the ⁇ plot is a conventional example.
  • the collision characteristics deteriorate as the radius of curvature R of the ridge line portion 8 increases.
  • the collision characteristics increase as the curvature radius R of the ridge line portion 8 increases. From this analysis result, it can be seen that it is effective to increase the curvature radius R of the ridge line portion 8 and not to provide a notch in the flange 6 formed at the end portion in the longitudinal direction in order to improve the collision characteristics. .
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the analysis model 9 of the floor cross member 4.
  • the torsional rigidity required in the floor cross member 4 was replaced with an analysis model 9 shown in FIG. 10 and analyzed.
  • the cross-sectional height H is 30 to 120 mm
  • the total length is 500 mm
  • the curvature radius R of the ridge line portion 9c is 0 to 60 mm.
  • Table 1 summarizes the combinations of the analyzed section height H and radius of curvature R.
  • FIG. 12 is a graph showing a result of comparing the influence of the radius of curvature R of the ridge portion 9c on the torsional rigidity by the difference in the presence or absence of notches.
  • the analysis model 9 is not provided with a flange, it is assumed that the flange is continuously formed on the entire circumference.
  • what gave notch of 5 mm to the ridgeline part 9c of the analysis model 9 in the longitudinal direction from the edge part was made into the prior art example.
  • the analysis model 9 is not provided with a flange, it is assumed that a flange with a notch is formed in the curved portion.
  • the ⁇ plot is an example of the present invention, and the ⁇ plot is a conventional example. As shown in FIG. 12, it can be seen that in the example of the present invention, the torsional rigidity is higher than in the conventional example in which a notch is provided in the flange.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the analysis model 10 of the floor cross member 4.
  • the cross-sectional height H 80 mm
  • the flange width fl 15 mm
  • the total length 500 mm
  • the radius of curvature R of the ridge line portion R 10 mm
  • flanges 11 that are continuous to the entire circumference are provided at both ends in the longitudinal direction.
  • Each flange 11 was joined to the rigid wall 15 by spot welding, the displacement of one rigid wall 15 was completely restrained, and the rotational displacement about the axis was given to the other rigid wall 15.
  • FIG. 14 is a diagram showing the arrangement of spot welding points on the flange 11 at the end of the analysis model 10.
  • model A spot welds are formed at all eight points in the center of each curved portion of the flange 11 and the center of each linear portion.
  • Model B spot welds are formed at all eight points on the boundary between each curved portion and the straight portion of the flange 11.
  • model C spot welds are formed at a total of eight points where the straight line portions of the flange 11 are divided into three equal parts.
  • spot welds are formed at a total of 12 points at positions where the center of each curved portion of the flange 11 and each linear portion are equally divided into three.
  • Model E is a spot welded portion formed by the boundary between each curved portion and the straight portion of the flange 11 and all 12 points in the center of the straight portion.
  • Model F is a spot welded portion formed at the center of each curved portion of the flange 11, the boundary between each curved portion and the straight portion, and all 16 points in the middle of the straight portion.
  • spot welds are formed at a total of 16 points at the boundary between each curved line portion and the straight line portion of the flange 11 and at the position where the straight line portion is divided into three equal parts.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the number of spot welds and the spot weld position on the torsional rigidity.
  • models A, D, and F ⁇ plot
  • the highest torsion in the model in which spot weld points are arranged on the curved portion of the flange 11 of the analysis model 10 Stiffness was obtained. That is, it was found that the torsional rigidity is improved by arranging a spot welded portion with the side sill inner panel or the tunnel portion of the front floor in the curved portion of the flange 11.
  • FIG. 16 is a diagram showing a square tube type analysis model 12.
  • the radius of curvature R of the ridge line portion 13 is 10 mm
  • the angle ⁇ formed by the curved portion of the ridge line portion 13 is 90 °
  • the cross-sectional height H is 80 mm
  • the flange width fl is 20 mm
  • the flange rise Rf is 5 mm
  • the total length is
  • the flange 14 is provided at both ends in the longitudinal direction as in the analysis model 10 of FIG.
  • the flange 14 is a notch model (similar to FIG. 8C) in which a notch is provided in a curved portion, and an example of the present invention (similar to FIG. 8B) formed continuously around the entire circumference without providing a notch.
  • the flange 14 of the analysis model 12 was joined to the rigid wall 15 by spot welding.
  • the spot diameter was 6 mm.
  • the analysis model 12 was given a mechanical property value equivalent to 1.4 mm of a 590 MPa class general-purpose cold rolled steel sheet.
  • one rigid wall 15 was fixed, and rotational displacement was given to the axial center of the analysis model 12 with respect to the other rigid wall (not shown).
  • FIG. 17A is a diagram showing the arrangement of spot welding points on the flange 14 of the analysis model 12.
  • a notch is given to the curved portion of the flange 14 and spot welding points are arranged on the straight portion of the flange 14.
  • spot welding points are arranged at the center of the straight line portion of the flange 14 and the curved portion without giving a notch to the curved portion of the flange 14.
  • spot welding points are arranged on the straight line portion of the flange 14 without giving a notch to the curved portion of the flange 14.
  • a notch is given to the curved portion of the flange 14 and a spot welding point is arranged at the center of the straight portion of the flange 14.
  • a spot welding point is arranged in the center of the curved portion of the flange 14 without giving a notch to the curved portion of the flange 14.
  • a spot welding point is arranged in the center of the straight line portion of the flange 14 without giving a notch to the curved portion of the flange 14.
  • the number of spot welding points is 8 in each model, and the positions of the spot welding points are equally distributed with respect to the central axis of torsion.
  • the number of spot welding points was set to 4 for each model.
  • FIG. 18 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the model 2 and its deformation models 7, 8, 9, 10, and 16. As shown in FIG. Here, when the spot welding point is arranged on the flange 14, a position where the effect is higher in the region was examined. As shown in FIG. 18, the spot welding point is fixed at the center position of the straight line portion of the flange 14, and is changed and arranged at intervals of 11.3 ° from the central angle ⁇ ′′ of the curved portion to 0 ° to 45 °. did.
  • the spot welding position in the curved portion of the flange 14 is a position where the center angle ⁇ ′′ in the model 2 is 45 °.
  • the central angle ⁇ ′′ is 33.6 °.
  • the central angle ⁇ ′′ is 22.5 °.
  • the central angle ⁇ ′′ is a position at 11.3 °.
  • the central angle ⁇ ′′ is a position of 0 °.
  • it is a straight part of the flange (position at a distance of 25 mm from the center of the curved part).
  • FIG. 19 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the model 2 and its deformation models 11 and 12.
  • the spot welding point was moved in the radial direction of the curved portion of the flange 17, and the relationship between the torsional rigidity and the spot welding position was examined.
  • the spot welding position in the curved portion of the flange 14 is the center position of the flange 17 in the width direction in the model 2. In the model 11, the position is closest to the end side of the flange 17. In the model 12, the position is closest to the rising curve portion of the flange 17.
  • FIG. 20 is a graph showing the torsional rigidity of the models 1 and 3.
  • FIG. 21 is a graph showing the torsional rigidity of the models 3 and 2.
  • FIG. 22 is a graph showing the torsional rigidity of the models 4 and 6.
  • FIG. 23 is a graph showing the torsional rigidity of the models 6 and 5.
  • FIG. 24 is a graph showing the torsional rigidity of the models 2, 3, 7, 8, 9, 10, and 3 collectively.
  • FIG. 25 is a graph showing the absorbed energy of the models 2, 3, 7, 8, 9, 10, and 3 collectively.
  • FIG. 26 is a graph showing the torsional rigidity of the models 2, 11, and 12.
  • FIG. 27 is a graph showing the absorbed energy of models 2, 11, and 12.
  • spot welding points are arranged on the curved portion of the flange, spot welding points are arranged near the rising R portion of the flange (range satisfying 0 to 1/2 of the flange width (mm)). It can be seen that high absorbed energy can be obtained.
  • FIG. 28 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models 13-15. As shown in FIG. 28, the models 13 to 15 all have the same distance from the rotation axis at the position of the spot welding point.
  • FIG. 29 is a graph showing the torsional rigidity of the models 13-15. As shown in FIG. 29, in the model 13 in which spot welding points are arranged on the curved portion of the flange, the torsional rigidity is the highest and a significant difference is recognized.
  • FIG. 30 is a diagram showing the arrangement of spot welding points in the models 16 and 17.
  • FIG. 31 is a graph showing the torsional rigidity of the models 16 and 17, and
  • FIG. 32 is a graph showing the absorbed energy of the models 16 and 17.
  • the torsional rigidity and the impact characteristics are improved by providing a flange around the entire circumference of the end portion in the longitudinal direction and forming one spot welded portion on the curved portion of the flange. It can be seen that torsional rigidity and impact characteristics are further improved by forming two spot welds in the curved portion.
  • the present invention relates to a front and rear member such as a side sill, a roof rail, a front floor having a floor tunnel portion, and a side member, which are arranged in the front-rear direction of the vehicle body, and a vehicle width of the vehicle body such as a floor cross member and a roof cross member. It can utilize for the vehicle body provided with the vehicle width member arrange

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Abstract

上面であるウェブ面（４ａ）、ウェブ面（４ａ）に連続する稜線部（４ｂ）、及び稜線部（４ｂ）に連続する縦壁面（４ｃ）を有する溝型の横断面形状を有し、４４０ＭＰａ以上の引張強度を有するフロアクロスメンバ（４）において、長手方向の両端部の周囲においてウェブ面（４ａ）、稜線部（４ｂ）及び縦壁面（４ｃ）に沿って連続するようにフランジ（４ｅ）が形成されており、フロアクロスメンバ（４）はフランジ（４ｅ）を介してトンネル部（２ａ）及びサイドシル（３）に接合される。フランジ（４ｅ）の曲線部分（４ｅ－２）の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃは、曲線部分（４ｅ－２）のフランジ最小幅ｌｆｓ以上である。これにより、フロアクロスメンバ（４）の変形の抑制とねじり剛性さの向上が図られた自動車車体が提供される。

Description

自動車車体
　本発明は、自動車車体の前後方向へ向けて配置される前後部材と、自動車車体の車幅方向へ向けて配置される車幅部材と備える自動車車体に関する。
　ユニットコンストラクションボディ（モノコックボディ）からなる自動車車体は、サイドシル、ルーフレール、フロアートンネル部を有するフロントフロアさらにはサイドメンバといった、自動車車体の前後方向へ向けて配置される長尺の前後部材と、フロアクロスメンバやルーフクロスメンバといった、自動車車体の車幅方向へ向けて配置される長尺の車幅部材とを主要な骨格として構成される。前後部材と車幅部材とは、通常、車幅部材の長手方向（軸方向）の端部に形成されるフランジを介して互いに接合され、車体の剛性や荷重負担を担う。
　車幅部材には、前後部材の断面形状の変形によって車幅部材の軸方向に荷重が作用するとともに、前後部材の変位によってねじれモーメントが作用する。このため、車幅部材には、軸方向に作用する荷重によって生じる変形を抑制することと、車両の操縦安定性に影響するねじり剛性が高いことが要求される。
　車幅部材の変形量を最小限に抑制するには、車幅部材の断面に効率よく軸方向荷重を作用させることが必要であり、車幅部材の断面形状や接合条件を最適化する必要がある。
　また、車幅部材のねじり剛性を高めるにも、上述したのと同様に、車幅部材の断面形状や接合条件を最適化する必要がある。
　軸方向荷重による車幅部材の変形を抑制するためには、車幅部材の断面積を大きく確保することと、車幅部材の断面形状にできるだけ近接した位置のフランジで前後部材と接合することが好ましい。一方、車幅部材のねじり剛性を高めるためには、同様に車幅部材の断面積を大きく確保することが好ましいが、上述の変形の抑制の条件とは反対に、車幅部材の断面形状からできるだけ離れた位置のフランジで前後部材と接合することが好ましい。すなわち、車幅部材の断面積を大きく確保した上で、車幅部材の変形の抑制とねじり剛性の向上とを勘案して車幅部材のフランジ形状とフランジの接合位置を最適化することが求められる。
　ここで、車幅部材と前後部材との接続部となる、車幅部材の長手方向の端部に形成されるフランジは、プレス成形の際に伸びフランジ変形によって成形される。このため、車幅部材の稜線部に沿ってフランジを形成しようとすると、そのフランジの端部には、不可避的に伸び変形が局所的に集中する。その結果、フランジ幅を長く確保しようとすると、プレス成形の際にこのフランジの端部に破断が発生することがあった。
　そこで、これまでは、車幅部材の稜線部の近傍を、フランジを設けない切欠きとすることが行われてきた。あるいは、車幅部材の稜線部に沿ってフランジを形成する場合でも、稜線部の周長方向の中央に対応する部分のフランジ幅を最小幅とすることが行われたきた。その結果、車幅部材のフランジのうち稜線部に対応する箇所にはスポット溶接等による接合点が存在せず、車幅部材の変形の抑制とねじり剛性の向上を阻害する一因となっていた。
　以下、前後部材がサイドシル及びフロントフロアパネルのトンネル部であるとともに、車幅部材がフロアクロスメンバである場合を例にとって、具体的に説明する。自動車車体のフロア（以下、単に「フロア」という）は、車両走行時には車体のねじり剛性や曲げ剛性を第一義的に担うだけではなく、衝突時には衝撃荷重の伝達を担い、さらに、自動車車体の重量にも大きく影響するため、高剛性かつ軽量という二律背反の特性を兼ね備えることが要求される。フロアには、一般的に、フロントフロアパネルと、このフロントフロアパネルの上面（室内側の面）に接合されて、フロントフロアパネルの幅方向の略中心に膨出して形成されるトンネル部及びフロントフロアパネルの幅方向の両側部にスポット溶接されるサイドシルインナパネルをつなぐフロアクロスメンバとを備える構造が採用される。フロアクロスメンバを、フロントフロアパネル、トンネル部及びサイドシルインナパネルにスポット溶接することにより、フロア構造の剛性の向上と、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性の向上とが図られる。
　フロアクロスメンバを、フロントフロアパネルの上面、サイドシルインナパネルの外面、及びフロントフロアパネルのトンネル部の縦壁面それぞれにスポット溶接により接合するには、従来は、フロアクロスメンバの長手方向の両端部に溶接代として形成された外向きのフランジを用いていた。
　フロアクロスメンバは、自動車車体の剛性向上や側面衝突（側突）時の衝突荷重を吸収する役目を担う構造部材である。近年では、軽量化及び衝突安全性の向上の観点から、より薄くかつより強度の高い高張力鋼板、例えば引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板（高強度鋼板又はハイテン）がフロアクロスメンバの素材として用いられる。
　しかし、高張力鋼板の成形性は良好ではないため、フロアクロスメンバの設計の自由度が低いことが問題になっている。
　すなわち、フロアクロスメンバが３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなる場合には、フロアクロスメンバの成形性が良好ではないために、フロアクロスメンバの端部に形成される、サイドシルインナ又はトンネル部との接続部となるフランジの曲線部分の端部が成形に厳しい伸びフランジ変形となり、プレス成形中に破断してしまう。このため、ねじり剛性及び荷重伝達特性の低下を甘受しても、フロアクロスメンバの稜線部の近傍を、例えばフランジを設けない切欠きとして、成形性の不足を補わざるを得なかった。この切欠きは、フロアクロスメンバの軸方向に圧壊する衝突特性や、ねじり剛性をはじめとする各種の性能を低下させる要因になっていることがかねてから懸念されている。
　この種の技術に関して、特許文献１には、フロアククロスメンバの端部にノッチ等の衝撃変形強度低下手段を設け、衝突時に車両内部の変形を抑制するフロア構造が開示されている。
　特許文献２には、フロアクロスメンバをサイドシルのサイドシルレインフォースに接続することによりフロアクロスメンバとサイドシルとを接続したフロア構造が開示されている。
　特許文献３には、サイドシルインナの上部とフロアクロスメンバのフランジをスポット溶接することによりフロアクロスメンバとサイドシルとを溶接して剛性を高めたフロア構造が開示されている。
　特許文献４には、サイドシルインナの端部を折り曲げてフロアクロスメンバと接続させることによりフロアクロスメンバとサイドシルを接続するフロア構造が開示されている。
特許第３１２０６３５号明細書 特許第２９９６０３１号明細書 特許第３１２５４７６号明細書 特開平２－１４１３７２号公報
　特許文献１により開示されたフロア構造では、衝撃荷重が大きい場合には衝撃変形強度低下手段により変形した箇所が車両内部に過度に侵入するおそれがある。
　特許文献２により開示されたフロア構造では、サイドシルインナパネルやフロアクロスメンバの形状が複雑になり、ブランクからのプレス成形時におけるワレや寸法精度の低下が誘発されるおそれがある。
　特許文献３により開示されたフロア構造では、サイドシルインナやフロアクロスメンバの形状が複雑になるだけでなく、車体のスポット溶接による組み立て工程によってはこのフロア構造を組み立てることができず、車体の組み立て工程を大幅に変更する必要が生じる可能性がある。
　特許文献４により開示されたフロア構造では、サイドシルインナパネルの成形が複雑になるために製造コストの上昇は避けられない。
　さらに、特許文献１～４により開示されたフロア構造におけるフロアクロスメンバは、明記こそされていないものの、それぞれの出願が高張力鋼板の適用が広くは行なわれていなかった１９８８～１９９４年になされたものである。このことからみて、いずれも、高張力鋼板からなるのではなく、引張強度が３００～３４０ＭＰａ級の普通鋼板からなると解される。このため、これらの発明によっても、引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなるフロアクロスメンバの長手方向の両端部において、稜線部の近傍をフランジを設けない切欠きとせざるを得ない。
　本発明は、前後部材と、軸方向の端部に形成されるフランジを介して前後部材に接合される車幅部材とを備える自動車車体について、車幅部材の変形の抑制とねじり剛性の向上が図られた自動車車体を提供することを目的とする。
　具体的には、例えば、フロントフロアパネルと、このフロントフロアパネルの上面に接合されて、フロントフロアパネルのトンネル部及びフロントフロアパネルに接合されるサイドシルをつなぐフロアクロスメンバとを備える自動車車体について、高い剛性、優れた荷重伝達特性及び軽量性を兼ね備える自動車車体を提供することを目的とする。
　本発明は、以下に列記の通りである。
　［１］自動車車体の前後方向へ向けて配置される前後部材と、自動車車体の車幅方向へ向けて配置される車幅部材と備える自動車車体であって、
　前記車幅部材は、上面であるウェブ面、該ウェブ面に連続する稜線部、及び該稜線部に連続する縦壁面を少なくとも有すること、
　前記車幅部材は、長手方向の端部の周囲において少なくとも前記ウェブ面、前記稜線部及び前記縦壁面に沿って連続するようにフランジが形成されており、前記フランジを介して前記前後部材に接合されること、
　前記フランジの曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃは、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓ以上であること、及び
　前記車幅部材は、４４０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする自動車車体。
　［２］前記車幅部材は、溝型の横断面形状を有するプレス成形体であることを特徴とする［１］に記載の自動車車体。
　［３］前記稜線部の曲率半径Ｒは８ｍｍ以上であり、かつ、該曲率半径Ｒ（ｍｍ）と前記車幅部材の横断面形状の断面高さＨ（ｍｍ）との関係は下記（１）式を満足することを特徴とする（１）に記載の自動車車体。
　０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５　　　・・・（１）
　［４］前記曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃと、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓとは下記（２）式の関係を満足することを特徴とする［１］に記載の自動車車体。
　ｌｆｃ／ｌｆｓ≧１．０５　　　・・・（２）
　［５］前記ウェブ面と前記縦壁面とがなす角度は８０°以上１００°以下であることを特徴とする［１］に記載の自動車車体。
　［６］前記曲線部分に前記前後部材との接合部が存在することを特徴とする［１］に記載の自動車車体。
　［７］前記フランジ近傍での前記車幅部材の横断面において、前記ウェブ面と前記稜線部との境界付近で前記ウェブ面の法線に対して所定の角度をなす法線と、前記縦壁面と前記稜線部との境界付近で前記縦壁面の法線に対して所定の角度をなす法線とによって囲まれた範囲を前記フランジに投影した範囲に前記接合部を位置させることを特徴とする［６］に記載の自動車車体。
　［８］前記接合部はスポット溶接部であることを特徴とする［６］に記載の自動車車体。
　［９］前記曲線部分において、前記稜線部の周方向の中央に対応する部分でフランジ板厚が最薄でないことを特徴とする［１］に記載の自動車車体。
　［１０］縦壁を有するトンネル部を車体幅方向の略中央に有するとともにフランジ部を車体幅方向の両端にそれぞれ有するフロントフロアパネルと、
　前記フランジ部を介して該フロントフロアパネルに接合されるサイドシルと、
　上面であるウェブ面、該ウェブ面に連続する稜線部、及び該稜線部に連続する縦壁面を少なくとも有し、前記フロントフロアパネルの上面に接合されるフロアクロスメンバとを備える自動車車体であって、
　前記フロアクロスメンバは、長手方向の両端部の周囲において少なくとも前記ウェブ面、前記稜線部及び前記縦壁面に沿って連続するようにフランジが形成されており、前記フランジを介して前記縦壁及び前記サイドシルに接合されること、
　前記フランジの曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃは、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓ以上であること、及び
　前記フロアクロスメンバは、４４０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする自動車車体。
　［１１］前記フロアクロスメンバは、溝型の横断面形状を有するプレス成形体であることを特徴とする［１０］に記載の自動車車体。
　［１２］前記稜線部の曲率半径Ｒは８ｍｍ以上であり、かつ、該曲率半径Ｒ（ｍｍ）と前記フロアクロスメンバの横断面形状の断面高さＨ（ｍｍ）との関係は下記（１）式を満足することを特徴とする［１０］に記載の自動車車体。
　０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５　　　・・・（１）
　［１３］前記曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃと、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓとは下記（２）式の関係を満足することを特徴とする［１０］に記載の自動車車体。
　ｌｆｃ／ｌｆｓ≧１．０５　　　・・・（２）
　［１４］前記ウェブ面と前記縦壁面とがなす角度は８０°以上１００°以下であることを特徴とする［１０］に記載の自動車車体。
　［１５］前記曲線部分に前記縦壁部又は前記サイドシルとの接合部が存在することを特徴とする［１０］に記載の自動車車体。
　［１６］前記フランジ近傍での前記フロアクロスメンバの横断面において、前記ウェブ面と前記稜線部との境界付近で、前記ウェブ面の法線に対して所定の角度をなす法線と、前記縦壁面と前記稜線部との境界付近で、前記縦壁面の法線に対して所定の角度をなす法線とによって囲まれた範囲を前記フランジに投影した範囲に前記接合部を位置させることを特徴とする［１５］に記載の自動車車体。
　［１７］前記接合部はスポット溶接部であることを特徴とする［１５］に記載の自動車車体。
　［１８］前記曲線部分において、前記稜線部の周方向の中央に対応する部分でフランジ板厚が最薄でないことを特徴とする［１０］に記載の自動車車体。
　本発明によれば、前後部材と、軸方向の端部に形成されるフランジを介して前後部材に接合される車幅部材とを備える自動車車体について、車幅部材の変形の抑制とねじり剛性の向上が図られた自動車車体が提供される。
　また、本発明によれば、例えば、フロントフロアパネルと、このフロントフロアパネルの上面に接合されて、フロントフロアパネルのトンネル部及びフロントフロアパネルに接合されるサイドシルをつなぐフロアクロスメンバとを備える自動車車体について、フロアクロスメンバの形状、及びフロアクロスメンバとサイドシル又はトンネル部との接続形状や接続条件が最適化され、これにより、高い剛性、優れた荷重伝達特性及び軽量性を兼ね備える自動車車体が提供される。
図１Ａは、実施形態に係る自動車車体のフロア構造を部分的に示す斜視図である。 図１Ｂは、実施形態のフロアクロスメンバのフランジ部を部分的に示す図である。 図１Ｃは、従来のフロアクロスメンバのフランジ部を部分的に示す図である。 図２Ａは、図１ＡにおけるII－II断面図である。 図２Ｂは、フロアクロスメンバの一例を模式的に示す横断面図である。 図３Ａは、従来例のフロアクロスメンバのフランジ及びスポット溶接部を示す図である。 図３Ｂは、従来例のフロアクロスメンバのフランジ及び接合部を示す図である。 図３Ｃは、実施形態のフロアクロスメンバのフランジ及び接合部を示す図である。 図３Ｄは、実施形態のフロアクロスメンバのフランジ及びスポット溶接部を示す図である。 図４Ａは、フロアクロスメンバに形成されるフランジの直線部分及び曲線部分を示す図である。 図４Ｂは、フロアクロスメンバに形成されるフランジの直線部分及び曲線部分を示す図である。 図５Ａは、フロアクロスメンバの成形方法を模式的に示す図である。 図５Ｂは、フロアクロスメンバの成形方法を模式的に示す図である。 図６Ａは、通常の展開ブランク形状を説明するための図である。 図６Ｂは、ひずみ分散ブランク形状を説明するための図である。 図７は、フランジの曲線部分における位置とひずみとの関係の一例を示すグラフである。 図８Ａは、フロアクロスメンバの解析モデルを模式的に示す図である。 図８Ｂは、解析モデルのフランジ部を部分的に示す図である。 図８Ｃは、解析モデルのフランジ部を部分的に示す図である。 図９は、衝突変位５ｍｍにおける吸収エネルギー効率（衝突特性）と稜線部の曲率半径Ｒとの関係を示すグラフである。 図１０は、フロアクロスメンバの解析モデルを模式的に示す図である。 図１１は、曲率半径Ｒ＝０ｍｍ条件におけるねじり剛性を基準としたねじり剛性の増加減少率を、断面高さＨに占める２Ｒの割合ごとに調査した結果を示すグラフである。 図１２は、ねじり剛性に及ぼす稜線部の曲率半径Ｒの影響を切欠きの有無の差で比較した結果を示すグラフである。 図１３は、フロアクロスメンバの解析モデルを模式的に示す図である。 図１４は、モデルＡ～モデルＧでのスポット溶接点の配置を示す図である。 図１５は、ねじり剛性に及ぼす、スポット溶接数及びスポット溶接位置の関係を示すグラフである。 図１６は、フロアクロスメンバの解析モデルを模式的に示す図である。 図１７Ａは、モデル１～モデル６でのスポット溶接点の配置を示す図である。 図１７Ｂは、モデル１～モデル３でのスポット溶接点の配置を示す図である。 図１８は、モデル２、７、８、９、１０、１６でのスポット溶接点の配置を示す図である。 図１９は、モデル２、１１、１２でのスポット溶接点の配置を示す図である。 図２０は、モデル１、３のねじり剛性を示すグラフである。 図２１は、モデル３、２のねじり剛性を示すグラフである。 図２２は、モデル４、６のねじり剛性を示すグラフである。 図２３は、モデル６、５のねじり剛性を示すグラフである。 図２４は、モデル２、３、７、８、９、１０のねじり剛性をまとめて示すグラフである。 図２５は、モデル２、３、７、８、９、１０の吸収エネルギーをまとめて示すグラフである。 図２６は、モデル１１、２、１２のねじり剛性を示すグラフである。 図２７は、モデル１１、２、１２の吸収エネルギーを示すグラフである。 図２８は、モデル１３～１５でのスポット溶接点の配置を示す図である。 図２９は、モデル１３～１５のねじり剛性を示すグラフである。 図３０は、モデル１６、１７でのスポット溶接点の配置を示す図である。 図３１は、モデル１６、１７のねじり剛性を示すグラフである。 図３２は、モデル１６、１７の吸収エネルギーを示すグラフである。
　以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、前後部材がサイドシル及びフロントフロアパネルのトンネル部であるとともに、車幅部材がフロアクロスメンバである形態を例にとる。ただし、本発明はこの形態に限定されるものではなく、例えば、前後部材がルーフレールであるとともに、車幅部材がルーフクロスメンバである形態にも同様に適用される。
　図１Ａは、本発明の実施形態に係る自動車車体１のフロア構造１ａを部分的に示す斜視図である。図１Ａに示すように、この自動車車体１のフロア構造１ａは、フロントフロアパネル２と、前後部材であるサイドシル３と、車幅部材であるフロアクロスメンバ４とを備える。
　フロントフロアパネル２は、前後部材であるトンネル部２ａと、フランジ部２ｂとを有する。トンネル部２ａは縦壁２ｃを有し、フロントフロアパネル２の車体幅方向の略中央に、溝型の横断面形状を有するように膨出して形成される。トンネル部２ａの内部（下面側）には、エンジンの出力を後輪側に伝達するためのプロペラシャフトや、各種の配管が収容される。フランジ部２ｂは、フロントフロアパネル２の車体幅方向の両端に上向きに形成される。
　フロントフロアパネル２の強度や板厚は、通常用いられる程度であればよい。例えば、引張強度は３００ＭＰａ程度が例示され、板厚は０．６～０．７ｍｍ程度が例示される。
　サイドシル３は、サイドシルインナパネル３ａ及びサイドシルアウタパネル３ｂにより形成される長尺の筒状体である。サイドシルインナパネル３ａ及びサイドシルアウタパネル３ｂは、それぞれの端部に形成されるフランジを介して例えばスポット溶接により接合される。
　サイドシルインナパネル３ａの外面は、フロントフロアパネル２のフランジ部２ｂを介して例えばスポット溶接により接合される。
　サイドシルインナパネル３ａ及びサイドシルアウタパネル３ｂの強度や板厚は、通常用いられる程度であればよい。例えば、引張強度は４４０～９８０ＭＰａ程度が例示され、板厚は１．０～２．０ｍｍ程度が例示される。
　図２Ａは、図１ＡにおけるII－II断面図である。図１Ａ、図２Ａに示すように、フロアクロスメンバ４は、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなるプレス成形体であって、上面であるウェブ面４ａと、ウェブ面４ａに連続する稜線部４ｂ、４ｂと、稜線部４ｂ、４ｂに連続する縦壁面４ｃ、４ｃとを有し、略台形状に開いた溝型の横断面形状を有する。また、フロアクロスメンバ４は、縦壁面４ｃ、４ｃに連続して側方に突出するフランジ４ｄ、４ｄを有する。
　フロアクロスメンバ４は、フランジ４ｄ、４ｄを介してフロントフロアパネル２の上面２ｄに例えばスポット溶接により接合される。
　フロアクロスメンバ４は、さらにフランジ４ｅを有する。フランジ４ｅは、図１Ｂに示すように、フロアクロスメンバ４の長手方向の両端部の周囲において、ウェブ面４ａ、稜線部４ｂ、４ｂ及び縦壁面４ｃ、４ｃに沿って連続するように形成されている。すなわち、図１Ｃに示すように従来の、引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなるフロアクロスメンバ４’には不可欠であった切欠き４ｆが存在しない。
　フロアクロスメンバ４の引張強度は、４４０ＭＰａ以上であることが好ましく、５９０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。これにより、フロアクロスメンバ４の板厚を低減でき、車体の軽量化を図ることができる。フロアクロスメンバ４の板厚は１．０～２．０ｍｍであることが例示されるが、１．６ｍｍ以下であることが好ましく、１．４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
　なお、フロアクロスメンバ４の横断面形状は限定されるものではなく、例えば図２Ｂに示すように、ウェブ面４ａが水平から傾いた形状等でもよい。
　ここで、ウェブ面４ａと縦壁面４ｃとがなす角度θは８０°以上１００°以下であることが好ましい。
　角度θが８０°未満であると、ねじり剛性や衝突特性が相対的に低くなる。このため、切欠きを設けないことの効果が大きく、かつ切欠きを設けないことを可能とする条件の一つとして、ウェブ面４ａと縦壁面４ｃとがなす角度を８０°以上とする。これにより、引張強度が４４０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなるフロアクロスメンバ４の長手方向の両端部に、フランジ４ｅをプレス成形により形成することができる。
　一方、角度θが１００°を超えると、フロアクロスメンバ４のプレス成形が難しくなる。
　また、稜線部４ｂの曲率半径は８ｍｍ以上であることが好ましく、かつ、稜線部４ｂの曲率半径Ｒ（ｍｍ）と略台形状に開いた溝型の横断面形状の断面高さＨ（ｍｍ）とが、０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５、好ましくは０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．１８５の関係を満足することが好ましい。
　稜線部４ｂの曲率半径が８ｍｍ以上であることが好ましい理由は、稜線部４ｂの曲率半径Ｒが８ｍｍ未満であると、プレス成形の際にフランジ４ｅの端部にワレ等の不具合が発生するおそれがあるためである。稜線部の曲率半径を３～５ｍｍ程度と設定するのが一般的であるが、３～５ｍｍ程度の曲率半径では、フランジ端部のひずみが大きくなるため、稜線部の近傍を、フランジを設けない切欠きとせざるをえない。
　０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５とすることが好ましい理由は、図１１のグラフにより示される結果から説明できる。図１１は、曲率半径Ｒ＝０ｍｍ条件におけるねじり剛性を基準としたねじり剛性の増加減少率を、断面高さＨに占める２Ｒの割合ごとに調査した結果を示すグラフである。０．１２≦２Ｒ／Ｈ≦０．５０、すなわち０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５を満足すれば、曲率半径Ｒを０ｍｍとする形状よりもねじり剛性を高めることができる。
　また、０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５であることにより、稜線部４ｂの曲率半径Ｒが従来よりも拡大されたものとなるため、プレス成形時の伸びフランジ成形が緩和されて、フランジ４ｅの端部に発生する伸びひずみが抑制される。これにより、長手方向の両端部にフランジ４ｅが形成されたフロアクロスメンバ４をプレス成形により製造する際にワレが発生することを確実に防止でき、フロアクロスメンバ４の長手方向の両端部にフランジ４ｅをより確実に形成できる。
　さらに、０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．１８５とすることが好ましい理由は、これまでの一般的なフロアクロスメンバよりもねじり剛性を高めることができるからである。これまでの一般的なフロアクロスメンバの稜線部の曲率半径Ｒは３～５ｍｍ程度で、かつ断面高さＨは１００ｍｍ程度である。０．１２≦２Ｒ／Ｈ≦０．３７、すなわち０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．１８５を満足すれば、例えば曲率半径Ｒが５ｍｍで、断面高さＨが１００ｍｍのフロアクロスメンバ（２Ｒ／Ｈが１０％）よりもねじり剛性を高めることができる。
　フロアクロスメンバ４に形成されるフランジ４ｅ、４ｅは、図１Ｂに示すように、ウェブ面４ａ及び縦壁面４ｃに沿う直線部分４ｅ－１、４ｅ－１と、稜線部４ｂに沿う曲線部分４ｅ－２とを有する。
　図３Ａ及び図３Ｂは、従来例のフロアクロスメンバ４’の軸方向から見たフランジ４ｅ及び接合部２０を示す図である。それに対して、図３Ｃ及び図３Ｄは、実施形態のフロアクロスメンバ４の軸方向から見たフランジ４ｅ及び接合部２０を示す図である。
　図１Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、曲線部分４ｅ－２に、縦壁２ｃ又はサイドシルインナパネル３ａとの接合部（スポット溶接部）２０が存在するようにする。図３Ｃに示すように、曲線部分４ｅ－２に接合部２０が少なくとも１箇所存在するのが好ましいが、図３Ｄに示すように、直線部分４ｅ－１及び曲線部分４ｅ－２の境界で双方に跨るように接合部２０が存在するようにしてもよい。接合部２０により、フロアクロスメンバ４と、フロントフロアパネル２又はサイドシル３とが接合される。
　このようにフランジ４ｅの曲線部分４ｅ－２に接合部２０が存在することにより、フロアクロスメンバ４と縦壁２ｃ又はサイドシルインナパネル３ａとが強固に接合され、自動車車体１のフロア構造１ａの剛性の向上と、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性の向上とが図られる。
　また、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、フランジ４ｅの曲線部分４ｅ－２の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃは、曲線部分４ｅ－２の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓ以上となっている。なお、本願において「曲線部分の周長方向の中央」とは、曲線部分４ｅ－２の中心角α（例えば図４を参照）の厳密な意味での１／２をいうものではなく、例えば曲線部分４ｅ－２の周長方向の中央（厳密な意味での中央）を挟んで左右にαの±５％程度の範囲をいうものとする。例えばフランジ幅ｌｆｃは、中央±５％の範囲で最小幅とする。
　上述したように、高張力鋼板は、低強度鋼板よりも低延性であるために成形性が劣ることが自動車部品への適用における課題の一つとなっている。そのため、高張力鋼板の適用にあたっては、部品の形状を簡素化すること、特に伸びフランジ変形部を有さない形状とすることが有効である。
　しかし、部品の形状を簡素化することは、上述した衝突特性や車体のねじり剛性や曲げ剛性をはじめとする各種の性能を低下させる要因となることがある。
　図１Ｃや図３Ａに示すように、フロアクロスメンバ４’においても、高張力鋼板を適用するために長手方向の端部に形成されるフランジ４ｅに切欠き４ｆを付与することにより、伸びフランジ変形部を有さない形状として成形性を確保しているのが現状である。また、このような切欠き４ｆは、稜線部４ｂに沿って付与されるため、稜線部４ｂの曲率半径Ｒが大きいと、これに伴って必然的に切欠き４ｆの領域が大きくなってしまう。このため、現状のフロアクロスメンバ４の稜線部４ｂの曲率半径Ｒは３～５ｍｍ程度の小さい値とされてきた。
　また、図３Ｂに示すように、稜線部４ｂに沿ってフランジ４ｅが残存する場合でも、曲線部分４ｅ－２の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃを最小幅（すなわち、ｌｆｃ＜ｌｆｓ）とすることにより、伸びフランジ変形部を有さない形状として成形性を確保しているのが現状である。
　自動車車体１のフロア構造１ａは、側面衝突時において、図１Ａに示すサイドシル３等と同様に乗員を保護するための高い衝撃吸収性能が求められる。特にフロアクロスメンバ４は、軸方向（車幅方向）の圧壊モードにおいて衝突初期の衝撃吸収性能が求められる部品である。
　また、車体のねじり剛性や曲げ剛性が低いと、走行時の車両に入力される路面からの反力により車体が弾性変形し、これにより、設計目標通りにタイヤの接地性を確保することができなくなり、車両の操縦安定性が低下する。このため、車体長手方向の略中央部に配置されるフロアクロスメンバ４には、車体のねじり剛性を向上させることも要求される。
　図４Ａ及び図４Ｂは、フロアクロスメンバ４に形成されるフランジ４ｅにおける直線部分４ｅ－１、４ｅ－１及び曲線部分４ｅ－２を示す図である。図４Ａにおいて、符号Ｒｐは曲線部分４ｅ－２の開始位置及び終了位置を示し、符号Ｒｆはフランジ４ｅの立ち上がり曲線を示す。なお、図４Ａでは、直線部分４ｅ－１、４ｅ－１及び曲線部分４ｅ－２のフランジ幅が同じである例を示す。
　図４Ａに示すように、接合部は、曲線部分４ｅ－２のうちで曲線部分４ｅ－２の中心角α（ｄｅｇ．）の１／４から３／４を満足するとともに、フランジ幅ｆｌ（ｍｍ）の１／１０から９／１０を満足する範囲（図４Ａにおけるハッチング部）に設けられるのが好ましい。
　なお、接合方法は、スポット溶接等の電気抵抗溶接、各種のレーザ溶接さらには接着等が例示されるが、コストの観点からスポット溶接を用いることが好ましい。
　また、曲線部分４ｅ－２が明確ではない場合は、図４Ｂに示すようにスポット打点を打つべき位置を定める。図４Ｂはウェブ面４ａと縦壁面４ｃとがなす角度θが約８５°の場合を示しており、曲線部分４e－２の曲率が不安定で、かつフランジ幅は不均一である。
　スポット打点を打つべき位置は次のようにして定める。フランジ４ｅ近傍でのフロアクロスメンバ４の横断面において、ウェブ面４ａと稜線部４との境界付近で、ウェブ面４ａの法線に対して所定の角度（例えばθの１０％の角度（＝８．５°））をなす法線４１を探す。同様に、縦壁面４ｃと稜線部４ｂとの境界付近で、縦壁面４ｃの法線に対して所定の角度（例えばθの１０％の角度（＝８．５°））をなす法線４２を探す。そして、これら二本の法線４１、４２によって囲まれた範囲をフランジ４ｅに投影した範囲でスポット打点を打つ。なお、ここでは所定の角度をθの１０％としたが、θの１０±２％の範囲で定めておけば、曲部分４ｅ－２が明確でない場合でも、スポット打点を打つべき有効な位置を定めることができる。
　次に、フロアクロスメンバ４の成形方法を説明する。
　図５Ａ及び図５Ｂは、フロアクロスメンバ４の成形方法を模式的に示す図である。
　フロアクロスメンバ４の成形方法は、図５Ａに示すように深絞り工法で余肉成形しトリムした後にフランジ４ｅを立ち上げる方法か、図５Ｂに示すように展開ブランク形状から曲げ工法で成形する方法が選択される。ところが、曲線部分４ｅ－２を含み連続的なフランジ４ｅを形成し、かつある程度長いフランジ幅を得ようとすると、基本的に曲線部分４ｅ－２での伸びフランジ割れや立ち上がりにおける根元でのしわを生じ、所望の形状が得られない。また、現在の一般的な成形工法は、材料歩留まりの向上の観点から曲げ工法を選択することが多い。この場合は、特に伸びフランジ部の割れが問題となる。
　曲げ工法を選択する場合は、絞り工法に比べて材料の伸びが小さいため製品を展開した形状のブランク、すなわち展開ブランク形状を用いることが望ましい。
　図６Ａは、通常の展開ブランク形状を説明するための図であり、図６Ｂは、ひずみ分散ブランク形状を説明するための図である。
　所望のある程度長いフランジ４ｅを稜線部４ｂの全周にかけて成形するため、図６Ｂに示すように、フロアクロスメンバ４の展開ブランク形状に対して、稜線部相当（最終的に稜線部４ｂとなる部分）に沿うフランジ相当部位にオーバー形状代ａを設けたひずみ分散ブランク形状を用いることが好ましい。オーバー形状代ａを設けたひずみ分散ブランク形状を用いることにより、曲線部分４ｅ－２において伸びフランジ変形の局所化を抑制することができる。
　図７は、フランジ４ｅの曲線部分４ｅ－２における位置とひずみとの関係の一例を示すグラフである。図７の横軸はフランジ端における位置を、縦軸はフランジ板厚の減少率を示す。
　図７に示すように、ひずみ分散ブランク形状を用いることにより変形の局所化が抑制され、これにより、伸びフランジ変形部においては変形が分散（ひずみが分散）した良好な成形状態を実現できる。この結果、通常の展開ブランクを用いた場合、曲線部分４ｅ－２において、稜線部４ｂの周方向の中央に対応する部分で局所的にフランジ板厚が薄くなる傾向となる（図７の点線のグラフを参照）。それに対して、ひずみ分散ブランクを用いた場合、曲線部分４ｅ－２において、稜線部４ｂの周方向の中央に対応する部分でフランジ板厚が最薄とならない（図７の実線のグラフを参照）。
　オーバー形状代ａは、０．０３（Ｒ＋ｆｌ）≦ａ≦０．５（Ｒ＋ｆｌ）に設定することが好ましい。ここで、Ｒは稜線部４ｂの曲率半径を示し、ｆｌは図４Ｂに示すようにフランジ４ｅの直線部分４ｅ－１のフランジ幅を示す。
　この範囲のオーバー形状代ａを付与することにより、フランジの立ち上げの根元部での圧縮変形により生じるフランジ端部の実質伸びフランジ率増加を抑制することできる。根元部に圧縮の応力が生じ、ブランク形状内で稜線部を形成する中心角が増大するためである。すなわち、オーバー形状代ａを付与することにより、伸びフランジ部の実質周長を増大させることができ、変形の局所化を抑制することができる。
　以上述べた実施形態では、フロアクロスメンバ４が溝型の横断面形状を有する例を説明したが、例えばハイドロフォーミングにより成形される筒状体（閉じた横断面形状を有する）としてもかまわない。この場合、フロアクロスメンバの長手方向の両端部の全周においてフランジが形成されてもよいし、ウェブ面、ウェブ面に連続する稜線部と、及び稜線部に連続する縦壁面だけに沿って連続するようにフランジが形成されてもよい。
　次に、本発明に係る自動車車体のフロア構造についての各種性能評価を、ＣＡＥ（ＦＥＭコード：ＬＳ－ＤＹＮＡ　ｖｅｒ．９７１）を用いて行った解析結果を説明する。材料モデルは、引張り強度５９０ＭＰａ級の板厚１．４ｍｍの冷間圧延鋼板を用いた。
［フロアクロスメンバの形状と衝突特性の関係の基礎解析］
　図８Ａは、フロアクロスメンバ４の単純形状モデル５（以下、「解析モデル５」という）を模式的に示す図である。フロアクロスメンバ４において要求される軸方向への圧壊特性を、図８Ａに示す解析モデル５に置き換えて解析した。
　解析モデル５では、断面高さＨ＝８０ｍｍ、フランジ幅ｆｌ＝１５ｍｍ、フランジ立ち上がりＲｆ＝５ｍｍ、全長＝３００ｍｍ、稜線部８の曲率半径Ｒ＝５、１０、１５ｍｍとし、長手方向の一方の端部にフランジ６を設けている。フランジ６は、曲線部分に切欠き７を付与した従来例（図８Ｃ）と、切欠きを付与せずに全周に連続して形成した本発明例（図８Ｂ）とし、部品の断面周長をsとした。
　衝突特性は衝突速度１５ｋｍ／ｈで衝突変位を付与し、変位５ｍｍにおける吸収エネルギー効率（ＥＡ／s）で評価した。
　図９は、衝突変位５ｍｍにおける吸収エネルギー効率（衝突特性）と稜線部８の曲率半径Ｒとの関係を示すグラフである。図９のグラフにおいて、●プロットは本発明例であり、□プロットは従来例である。
　図９に示すように、従来例では、稜線部８の曲率半径Ｒの増加に伴って衝突特性が低下する。それに対して、本発明例では、稜線部８の曲率半径Ｒの増加に伴って衝突特性が増加する。
　この解析結果より、衝突特性を向上させるためには、稜線部８の曲率半径Ｒを大きくするとともに、長手方向の端部に形成するフランジ６に切欠きを設けないことが有効であることがわかる。
［フロアクロスメンバの形状とねじり剛性の関係の基礎解析］
　図１０は、フロアクロスメンバ４の解析モデル９を模式的に示す図である。フロアクロスメンバ４において要求されるねじり剛性を、図１０に示す解析モデル９に置き換えて解析した。
　解析モデル９では、断面高さＨ＝３０～１２０ｍｍ、全長＝５００ｍｍ、稜線部９ｃの曲率半径Ｒ＝０～６０ｍｍとした。表１に、解析した断面高さＨ及び曲率半径Ｒの組み合わせをまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　解析モデル９の一方の端部９ａの変位を完全拘束し、他方の端部９ｂに軸周りの回転変位を与えた。
　ねじり剛性は、解析モデル９に発生する単位角度（ｄｅｇ．）当たりのモーメントＮ・ｍであるＮ・ｍ／ｄｅｇにより評価した。
　図１１は、曲率半径Ｒ＝０ｍｍ条件におけるねじり剛性を基準としたねじり剛性の増加減少率を、断面高さＨに占める２Ｒの割合ごとに調査した結果を示すグラフである。
　図１１に示すように、稜線部９ｃの曲率半径Ｒは、断面高さＨによらずＨの１２．５％とすることによってねじり剛性が最大となることがわかる。
　また、図１２は、ねじり剛性に及ぼす稜線部９ｃの曲率半径Ｒの影響を切欠きの有無の差で比較した結果を示すグラフである。図１０と同様の解析モデル９（断面高さＨ＝１００ｍｍ）を用いたものを本発明例とした。解析モデル９にはフランジを設けていないが、全周に連続してフランジを形成したものを想定している。一方、解析モデル９の各稜線部９ｃに端部から長手方向に５ｍｍの切欠きを付与したものを従来例とした。解析モデル９にはフランジを設けていないが、曲線部分に切欠きを付与したフランジを形成したものを想定している。図１２のグラフにおいて○プロットは本発明例であり、▲プロットは従来例である。
　図１２に示すように、本発明例では、フランジに切欠きを付与する従来例よりもねじり剛性が高くなることがわかる。
［フランジへのスポット溶接位置の基礎解析］
　図１３は、フロアクロスメンバ４の解析モデル１０を模式的に示す図である。
　解析モデル１０では、断面高さＨ＝８０ｍｍ、フランジ幅ｆｌ＝１５ｍｍ、全長＝５００ｍｍ、稜線部の曲率半径Ｒ＝１０ｍｍとし、長手方向の両端部に、全周に連続するフランジ１１を設けている。各フランジ１１をスポット溶接により剛体壁１５に接合し、一方の剛体壁１５の変位を完全拘束し、他方の剛体壁１５に軸周りの回転変位を与えた。
　図１４は、解析モデル１０の端部のフランジ１１のスポット溶接点の配置を示す図である。
　モデルＡは、フランジ１１の各曲線部分の中央と各直線部分の中央の全８点でスポット溶接部を形成したものである。
　モデルＢは、フランジ１１の各曲線部分と直線部分の境界の全８点でスポット溶接部を形成したものである。
　モデルＣは、フランジ１１の各直線部分を３等分割する位置の全８点でスポット溶接部を形成したものである。
　モデルＤは、フランジ１１の各曲線部分の中央と各直線部分を３等分割する位置の全１２点でスポット溶接部を形成したものである。
　モデルＥは、フランジ１１の各曲線部分と直線部分の境界と、直線部分の中央の全１２点でスポット溶接部を形成したものである。
　モデルＦは、フランジ１１の各曲線部分の中央と、各曲線部分と直線部分の境界と、直線部分の中央の全１６点でスポット溶接部を形成したものである。
　モデルＧは、フランジ１１の各曲線部分と直線部分の境界と、直線部分を３等分割する位置の全１６点でスポット溶接部を形成したものである。
　図１５は、ねじり剛性に及ぼす、スポット溶接数及びスポット溶接位置の関係を示すグラフである。
　図１５に示すように、同一スポット溶接数の条件で比較すると、モデルＡ、Ｄ、Ｆ（▲プロット）、すなわち解析モデル１０のフランジ１１の曲線部分にスポット溶接点を配置したモデルにおいて最も高いねじり剛性が得られた。つまり、フランジ１１の曲線部分にサイドシルインナパネル又はフロントフロアのトンネル部とのスポット溶接部を配置することにより、ねじり剛性が向上することがわかった。
［解析条件］
　図１６は、角筒型の解析モデル１２を示す図である。
　解析モデル１２では、稜線部１３の曲率半径Ｒ＝１０ｍｍ、稜線部１３の曲線部分のなす角度α＝９０°、断面高さＨ＝８０ｍｍ、フランジ幅ｆｌ＝２０ｍｍ、フランジ立ち上がりＲｆ＝５ｍｍ、全長＝５００ｍｍとし、図１３の解析モデル１０と同様、長手方向の両端にフランジ１４を設けている。フランジ１４は、曲線部分に切欠きを付与した切欠きモデル（図８Ｃと同様）と、切欠きを付与せずに全周に連続して形成した本発明例（図８Ｂと同様）とした。
　解析モデル１２のフランジ１４をスポット溶接により剛体壁１５に接合した。スポット径は６ｍｍとした。解析モデル１２には、５９０ＭＰａ級汎用冷間圧延鋼板の１．４ｍｍ相当の機械特性値を与えた。ねじりの負荷条件は、一方の剛体壁１５を固定し、他方の剛体壁（図示しない）に対して解析モデル１２の軸中心に回転変位を与えた。
　図１７Ａは、解析モデル１２のフランジ１４のスポット溶接点の配置を示す図である。
　モデル１は、フランジ１４の曲線部分に切欠きを付与し、フランジ１４の直線部分にスポット溶接点を配置したものである。
　モデル２は、フランジ１４の曲線部分に切欠きを付与せず、フランジ１４の直線部分の中央及び曲線部分にスポット溶接点を配置したものである。
　モデル３は、フランジ１４の曲線部分に切欠きを付与せず、フランジ１４の直線部分にスポット溶接点を配置したものである。
　モデル４は、フランジ１４の曲線部分に切欠きを付与し、フランジ１４の直線部分の中央にスポット溶接点を配置したものである。
　モデル５は、フランジ１４の曲線部分に切欠きを付与せず、フランジ１４の曲線部分の中央にスポット溶接点を配置したものである。
　モデル６は、フランジ１４の曲線部分に切欠きを付与せず、フランジ１４の直線部分の中央にスポット溶接点を配置したものである。
　図１７Ａに示すモデル１～６を用いて、切欠きがねじり剛性に及ぼす影響及びフランジ１４の曲線部分にスポット溶接点を配置することの優位性を検証した。
　モデル１～３では、図１７Ｂに示すように、スポット溶接点の数を各モデル全８点とし、スポット溶接点の位置はねじりの中心軸に対して均等配分とした。
　一方、モデル４～６では、スポット溶接点の数を各モデル全４点とした。
　図１８は、モデル２及びその変形モデル７、８、９、１０、１６でのスポット溶接点の配置を示す図である。
　ここでは、フランジ１４にスポット溶接点を配置する上で、その域内でさらに効果が高い位置を検討した。図１８に示すように、スポット溶接点を、フランジ１４の直線部分の中央位置で固定するとともに、曲線部分の中心角α’’＝０°～４５°まで１１．３°間隔で変更して配置した。
　フランジ１４の曲線部分におけるスポット溶接位置は、モデル２では中心角α’’が４５°の位置である。モデル７では中心角α’’が３３．６°の位置である。モデル８では中心角α’’が２２．５°の位置である。モデル９では中心角α’’が１１．３°の位置である。モデル１０では中心角α’’が０°の位置である。モデル１６では、フランジの直線部分（曲線部分の中心から２５ｍｍの距離の位置）である。
　図１９は、モデル２及びその変形モデル１１、１２でのスポット溶接点の配置を示す図である。
　ここでは、スポット溶接点を、フランジ１７の曲線部分の半径方向に移動させて、ねじり剛性とスポット溶接位置の関係を検討した。
　フランジ１４の曲線部分におけるスポット溶接位置は、モデル２ではフランジ１７の幅方向の中心の位置である。モデル１１では、フランジ１７の端側に最も近い位置である。モデル１２では、フランジ１７の立ち上がり曲線部分に最も近い位置である。
　ねじり剛性の評価方法は、各モデルに塑性変形が発生する前の状態で単位ねじり角度当たりのねじり剛性（Ｎ・ｍ／ｄｅｇ．）により評価した。
＜結果＞
　図２０は、モデル１、３のねじり剛性を示すグラフである。図２１は、モデル３、２のねじり剛性を示すグラフである。図２２は、モデル４、６のねじり剛性を示すグラフである。図２３は、モデル６、５のねじり剛性を示すグラフである。
　図２０、２２のグラフを比較することにより、フランジの曲線部分を切欠かないことにより高いねじり剛性を得られることがわかる。
　また、図２１、２３のグラフを比較することにより、スポット溶接点数が同数の場合には、フランジの曲線部分にスポット溶接点を配置することにより高いねじり剛性を得られることがわかる。スポット溶接点をフランジの曲線部分以外に配すると、ねじり剛性と衝突特性が低下し、所望の性能を得られない。
　図２４は、モデル２、３、７、８、９、１０、３のねじり剛性をまとめて示すグラフである。図２５は、モデル２、３、７、８、９、１０、３の吸収エネルギーをまとめて示すグラフである。図２６は、モデル２、１１、１２のねじり剛性を示すグラフである。図２７は、モデル２、１１、１２の吸収エネルギーを示すグラフである。
　図２４、２５のグラフから、フランジの曲線部分にスポット溶接点を配置する場合、フランジの中心付近（曲線部分の中心角（ｄｅｇ．）の１／１０から９／１０を満足する範囲）にスポット溶接点を配置することにより高いねじり剛性と吸収エネルギーを得られることがわかる。
　また、図２６のグラフから、フランジの曲線部分にスポット溶接点を配置する場合、フランジ端部付近（フランジ幅（ｍｍ）の１／２から１を満足する範囲）にスポット溶接点を配置することにより高いねじり剛性を得られることがわかる。
　また、図２７のグラフから、フランジの曲線部分にスポット溶接点を配置する場合、フランジの立ち上がりＲ部付近（フランジ幅（ｍｍ）の０から１／２を満足する範囲）にスポット溶接点を配置することにより高い吸収エネルギーを得られることがわかる。
　すなわち、図２６、２７のグラフから、高いねじり剛性と高い吸収エネルギーを両立させるには、フランジ幅の１／４から３／４の範囲にスポット溶接位置を配置することが有効であることがわかる。
　図２８は、モデル１３～１５でのスポット溶接点の配置を示す図である。
　図２８に示すように、モデル１３～１５は、スポット溶接点の位置の回転軸からの距離を全て同一とした。
　図２９は、モデル１３～１５のねじり剛性を示すグラフである。
　図２９に示すように、フランジの曲線部分にスポット溶接点を配置したモデル１３において、最もねじり剛性が高く有意差が認められた。
　スポット溶接点をフランジの曲線部分に２箇所形成したフロアクロスメンバについて、フランジにおけるスポット溶接位置の違いによるねじり剛性及び吸収エネルギーの影響を解析した。
　図３０は、モデル１６、１７でのスポット溶接点の配置を示す図である。
　図３１は、モデル１６、１７のねじり剛性を示すグラフであり、図３２はモデル１６、１７の吸収エネルギーを示すグラフである。
　図３１及び図３２に示すように、長手方向の端部の全周にフランジを設け、かつ、フランジの曲線部分にスポット溶接部を１箇所形成することによりねじり剛性及び衝突特性が向上し、フランジの曲線部分にスポット溶接部を２箇所形成することによりねじり剛性及び衝突特性がさらに向上することがわかる。
　本発明は、サイドシル、ルーフレール、フロアートンネル部を有するフロントフロアさらにはサイドメンバといった、自動車車体の前後方向へ向けて配置される前後部材と、フロアクロスメンバやルーフクロスメンバといった、自動車車体の車幅方向へ向けて配置される車幅部材と備える自動車車体に利用することができる。

Claims (18)

  1. 　自動車車体の前後方向へ向けて配置される前後部材と、自動車車体の車幅方向へ向けて配置される車幅部材と備える自動車車体であって、
    　前記車幅部材は、上面であるウェブ面、該ウェブ面に連続する稜線部、及び該稜線部に連続する縦壁面を少なくとも有すること、
    　前記車幅部材は、長手方向の端部の周囲において少なくとも前記ウェブ面、前記稜線部及び前記縦壁面に沿って連続するようにフランジが形成されており、前記フランジを介して前記前後部材に接合されること、
    　前記フランジの曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃは、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓ以上であること、及び
    　前記車幅部材は、４４０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする自動車車体。
  2. 　前記車幅部材は、溝型の横断面形状を有するプレス成形体であることを特徴とする請求項１に記載の自動車車体。
  3. 　前記稜線部の曲率半径Ｒは８ｍｍ以上であり、かつ、該曲率半径Ｒ（ｍｍ）と前記車幅部材の横断面形状の断面高さＨ（ｍｍ）との関係は下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の自動車車体。
    　０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５　　　・・・（１）
  4. 　前記曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃと、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓとは下記（２）式の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の自動車車体。
    　ｌｆｃ／ｌｆｓ≧１．０５　　　・・・（２）
  5. 　前記ウェブ面と前記縦壁面とがなす角度は８０°以上１００°以下であることを特徴とする請求項１に記載の自動車車体。
  6. 　前記曲線部分に前記前後部材との接合部が存在することを特徴とする請求項１に記載の自動車車体。
  7. 　前記フランジ近傍での前記車幅部材の横断面において、前記ウェブ面と前記稜線部との境界付近で前記ウェブ面の法線に対して所定の角度をなす法線と、前記縦壁面と前記稜線部との境界付近で前記縦壁面の法線に対して所定の角度をなす法線とによって囲まれた範囲を前記フランジに投影した範囲に前記接合部を位置させることを特徴とする請求項６に記載の自動車車体。
  8. 　前記接合部はスポット溶接部であることを特徴とする請求項６に記載の自動車車体。
  9. 　前記曲線部分において、前記稜線部の周方向の中央に対応する部分でフランジ板厚が最薄でないことを特徴とする請求項１に記載の自動車車体。
  10. 　縦壁を有するトンネル部を車体幅方向の略中央に有するとともにフランジ部を車体幅方向の両端にそれぞれ有するフロントフロアパネルと、
    　前記フランジ部を介して該フロントフロアパネルに接合されるサイドシルと、
    　上面であるウェブ面、該ウェブ面に連続する稜線部、及び該稜線部に連続する縦壁面を少なくとも有し、前記フロントフロアパネルの上面に接合されるフロアクロスメンバとを備える自動車車体であって、
    　前記フロアクロスメンバは、長手方向の両端部の周囲において少なくとも前記ウェブ面、前記稜線部及び前記縦壁面に沿って連続するようにフランジが形成されており、前記フランジを介して前記縦壁及び前記サイドシルに接合されること、
    　前記フランジの曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃは、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓ以上であること、及び
    　前記フロアクロスメンバは、４４０ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする自動車車体。
  11. 　前記フロアクロスメンバは、溝型の横断面形状を有するプレス成形体であることを特徴とする請求項１０に記載の自動車車体。
  12. 　前記稜線部の曲率半径Ｒは８ｍｍ以上であり、かつ、該曲率半径Ｒ（ｍｍ）と前記フロアクロスメンバの横断面形状の断面高さＨ（ｍｍ）との関係は下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１０に記載の自動車車体。
    　０．０６≦Ｒ／Ｈ≦０．２５　　　・・・（１）
  13. 　前記曲線部分の周長方向の中央におけるフランジ幅ｌｆｃと、前記曲線部分の周長方向の中央を除いた範囲でのフランジ最小幅ｌｆｓとは下記（２）式の関係を満足することを特徴とする請求項１０に記載の自動車車体。
    　ｌｆｃ／ｌｆｓ≧１．０５　　　・・・（２）
  14. 　前記ウェブ面と前記縦壁面とがなす角度は８０°以上１００°以下であることを特徴とする請求項１０に記載の自動車車体。
  15. 　前記曲線部分に前記縦壁部又は前記サイドシルとの接合部が存在することを特徴とする請求項１０に記載の自動車車体。
  16. 　前記フランジ近傍での前記フロアクロスメンバの横断面において、前記ウェブ面と前記稜線部との境界付近で、前記ウェブ面の法線に対して所定の角度をなす法線と、前記縦壁面と前記稜線部との境界付近で、前記縦壁面の法線に対して所定の角度をなす法線とによって囲まれた範囲を前記フランジに投影した範囲に前記接合部を位置させることを特徴とする請求項１５に記載の自動車車体。
  17. 　前記接合部はスポット溶接部であることを特徴とする請求項１５に記載の自動車車体。
  18. 　前記曲線部分において、前記稜線部の周方向の中央に対応する部分でフランジ板厚が最薄でないことを特徴とする請求項１０に記載の自動車車体。
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