JP2006321490A

JP2006321490A - 車体骨格フレームの補強構造

Info

Publication number: JP2006321490A
Application number: JP2006245348A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Makita; 匡史牧田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】骨格部材とその内部のリインフオースの部材変更を伴わずに補強効果の向上を図る。
【解決手段】サイドメンバエクステンション７０を構成する中空断面のアウタ材７１に対して、その内部のリインフオース７２に座屈変形遅延手段１２０を設けて該リインフオース７２の座屈モード波形の振幅を小さく設定することにより、両者の間で長さ方向で変形モードの干渉が生じて変形を分散させることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は自動車の車体骨格フレームの補強構造に関する。

従来の自動車の車体骨格フレームの補強構造としては、例えば特開２００１−１８０５１８号公報に示されているように、車体骨格フレームを構成する骨格部材を中空断面のアウタ材と、その内部に設けたリインフオースとで構成し、該リインフオースをアウタ材の内側全体を覆うように広い範囲で一体成形することにより、軽量かつ効率的にアウタ材を補強するようにしたものが知られている。

しかしながら、このような従来の車体骨格フレームの補強構造では、リインフオースをアウタ材の内面の凹凸形状に沿った形状としてあるため、アウタ材の強度はリインフオースを設置した分だけ全体的に向上するものの、その強度分布はリインフオースを設置する前と変化はなく、故に、折れ変形の発生位置もリインフオースによる補強前と変わらず、アウタ材を補強している割には折れ変形部位に対してしか補強効果がないので、必ずしも効率的な補強とは言えない。

そこで、本発明は骨格部材を構成する中空断面のアウタ材とその内部に設置するリインフオースの各座屈変形モードを適切に設定することによって、板厚の増大や補強手段の増設等を伴うことなく補強効果を向上することができる車体骨格フレームの補強構造を提供するものである。

本発明にあっては、車体骨格フレームを構成する骨格部材は、中空断面のアウタ材の内部にその長さ方向にリインフオースを設置してあって、このリインフオースに座屈変形遅延手段を設けて、リインフオースの座屈変形開始時期をアウタ材の座屈変形開始時期よりも遅らせることにより、該アウタ材に対してリインフオースの座屈モード波形の振幅を小さく設定したことを特徴としている。

本発明によれば、中空断面のアウタ材の内部にその長さ方向に設置したリインフオースに座屈変形遅延手段を設けて該リインフオースの座屈モード波形の振幅を、該アウタ材の座屈モード波形の振幅よりも小さく設定してあるため、骨格部材に軸方向に衝突荷重が作用してアウタ材およびリインフオースが座屈変形する際に、アウタ材の変形振幅に対してリインフオースが小さな振幅で変形することで、両者の間で長さ方向で全体的に干渉が生じる。

このアウタ材とリインフオースの相互干渉による抵抗力により骨格部材の極部的な変形の成長を抑制しながら荷重を相互に分担して骨格部材全体に変形を分散させ、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができ、従って、アウタ材およびリインフオースの板厚を徒に増大したり、補強材を増設したりすることなく骨格部材の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は本発明の対象とする自動車の車体骨格フレームを示しており、フロントピラー１０、センターピラー２０、リヤピラー３０等の上下方向の骨格部材と、これらピラー１０〜３０の各上端を継ぐルーフサイドの前後方向の骨格部材であるルーフサイドレール４０と、前記ピラー１０〜３０の各下端を継ぐフロアサイドの前後方向の骨格部材であるサイドシル５０と、フロントコンパートメントの左右両側部に配置した前後方向の骨格部材であるフロントサイドメンバ６０と、該フロントサイドメンバ６０の後方延長部であってダッシュパネル９０の前面からフロアパネル８０の下面側に廻り込んだサイドメンバエクステンション７０等を備えている。

これらの骨格部材１０〜７０は、一般的な乗用車の車体に共通なものであり、本発明は前述のどの骨格部材へも適用可能である。

図２〜７は本発明をサイドメンバエクステンション７０に適用した第１実施形態を示している。

図２はサイドメンバエクステンション７０の配設状況をフロア下側から見た斜視図として表したものである。

フロントサイドメンバ６０はその後端をフロントコンパートメントとキャビンとを隔成するダッシュパネル９０の後傾したトーボード面に突き合わせて結合してある。

サイドメンバエクステンション７０は前記フロントサイドメンバ６０の後端部の下側部に嵌合して結合してあり、ダッシュパネル９０の傾斜面（トーボード面）からフロアパネル８０の下面に沿って接合して前後方向に延在して、後端をフロアパネル８０の下面に車幅方向に接合配置したリヤシートクロスメンバ１００（図６，７参照）に突き合わせて結合してある。

また、このサイドメンバエクステンション７０はフロア中央部分でその下面に車幅方向に接合配置したフロアクロスメンバ１１０とも交差している。

サイドメンバエクステンション７０は、略ハット形断面に形成されて前端部を前記フロントサイドメンバ６０の後端部に外嵌結合すると共に、フランジ７１ａを介してダッシュパネル９０の傾斜面およびフロアパネル８０の下面に沿って接合され、かつ、後端が前記リヤシートクロスメンバ１００に付き合わせて結合されて、これらパネル９０、８０との間に中空断面（閉断面）を形成して実質的にサイドメンバエクステンション７０の外殻を構成するアウタ材７１と、このアウタ材７１の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース７２とで構成している。

リインフオース７２は図３〜５に示すようにアウタ材７１よりも小さな略ハット形断面に形成され、該アウタ材７１とは独立して前記パネル９０、８０にフランジ７２ａを介して接合して、これらパネル９０、８０との間に中空断面（閉断面）を形成している。

そして、このリインフオース７２の座屈モード波形の振幅をアウタ材７１の座屈モード波形の振幅よりも小さく設定してある。

ここで、図８に示すように前記変形振幅の小さなリインフオース７２と、変形振幅の大きなアウタ材７１とを同じストロークで座屈変形させた場合、座屈変形の進行が速い変形振幅の大きなアウタ材７１は、リインフオース７２に対して倒れ変形（折れ変形）し易くなる。

従って、これらアウタ材７１とリインフオース７２とを組合わせることにより、リインフオース７２によってアウタ材７１の倒れ変形（折れ変形）を抑制することができて、サイドメンバエクステンション７０の安定した座屈変形モードを期待することができる。

これは、図９の座屈モード波形に示すように変形振幅の大きなアウタ材７１の座屈モード波形ＳＡと、変形振幅の小さなリインフオース７２の座屈モード波形ＳＢとが組合わされることにより、波形ＳＡとＳＢが「節」の部分で相互に干渉するようになり、これら波形ＳＡ、ＳＢの合成波形、即ち、サイドエクステンションメンバ７０の全体の座屈モード波形は図１０の実線で示すように振幅が小さく抑制される。なお、図１０の破線は前記波形ＳＡとＳＢとの振幅が同一の場合の合成波形を示している。

本実施形態では前記リインフオース７２に座屈変形遅延手段１２０を設けることにより、リインフオース７２の座屈変形開始時期をアウタ材７１の座屈変形開始時期よりも遅らせて、該アウタ材７１に対してリインフオース７２の座屈モード波形の振幅を小さくするようにしている。

この座屈変形遅延手段１２０は、例えば図３，４に示すように、リインフオース７２の前記ダッシュパネル９０の傾斜面に沿って曲折した前端部分の曲折基部Ａ点近傍の頂部壁７２ｂに、脆弱部として複数条の折れ誘発ビード１２１を設けて構成することができる。

図６，７は本実施形態のサイドメンバエクステンション７０が車両前方から衝突されて外力Ｆを受けた場合の作用を示している。

車両の前面衝突によりフロントサイドメンバ６０の前端に衝突荷重Ｆが入力すると、この衝突荷重Ｆはサイドメンバエクステンション７０に軸方向に伝達される。

このとき、サイドメンバエクステンション７０のリインフオース７２は、その前端部分の曲折基部Ａ点の近傍に設けた折れ誘発ビード１２１を起点に折れ変形するため、リヤシートクロスメンバ１００との突き合わせ結合部であるサイドメンバエクステンション７０の反力支持点Ｂへの荷重伝達時間が、アウタ材７１に対して時間ｔだけ遅延する。

このため、リインフオース７２の座屈モード波形ＳＢの振幅の成長が抑制されて、前記図９に示したように該リインフオース７２の座屈モード波形ＳＢの振幅がアウタ材７１の座屈モード波形ＳＡの振幅よりも小さくなる。

一方、フロントサイドメンバ６０の前端に衝突荷重Ｆが軸方向に入力することにより、サイドメンバエクステンション７０の上方へ曲折した前端部は、曲折基部Ａ点を支持点として図７に示すように後方へ倒れ変形する傾向となり、フロア下面側では該曲折基部Ａ点と前記反力支持点Ｂ点との間で、該サイドメンバエクステンション７０は、これらＡ点、Ｂ点およびフロアクロスメンバ１１０との結合部Ｃ点をそれぞれ支持点として側面略Ｓ字状に座屈変形するようになる。

このとき、前述のようにリインフォース７２の座屈モード波形ＳＢの振幅は座屈変形遅延手段１２０により、アウタ材７１の座屈モード波形ＳＡの振幅よりも小さく設定されていて、前記Ｂ点とＣ点との間ではこれら座屈モード波形ＳＡ、ＳＢの「節」同士の干渉が生じてアウタ材７１の上方への弯曲変形がリインフオース７２との干渉によって小さく抑制される。

このアウタ材７１とリインフオース７２との相互干渉による抵抗力によって、サイドメンバエクステンション７０の前記Ｂ点とＣ点との間における局部的な変形の成長を抑制しながら荷重を相互に分担してサイドメンバエクステンション７０全体に変形を分散させ、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができる。

従って、アウタ材７１およびリインフオース７２を徒に増大したり、補強材を増設したりすることなくサイドメンバエクステンション７０の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。

また、前述のように前記Ｂ点とＣ点との間でサイドメンバエクステンション７０の局部的な上方への弯曲変形が抑制されることから、これらＢ点〜Ｃ点の範囲に設定されるシート取付部の強度剛性を高く維持することができて、シート安定性を高めることができる。

ここで、本実施形態では前述のようにリインフオース７２の座屈モード波形の振幅を小さく設定する手段として、該リインフオース７２に座屈変形遅延手段１２０を設けて軸方向の座屈変形開始時期をアウタ材７１に対して所定時間ｔだけ遅延させることで、該リインフオース７２の変形振幅の成長を抑制して振幅を小さくさせることができるため、リインフオース７２の所定部位に軸方向の加重伝達速度をコントロールする前記折れ誘発ビード１２１等の脆弱部を設けるだけの簡単な構成により、サイドメンバエクステンション７０の補強効果を高めることができる。

前記第１実施形態では、リインフオース７２の頂部壁７２ｂに折れ誘発ビード１２１を設けて、これを座屈変形遅延手段１２０を構成する脆弱部としているが、図１１に示す第２実施形態のように、前記頂部壁７２ｂの所定部位をその壁面形状が滑らかに連続する波形状に形成することによって座屈変形遅延手段１２０とすることができる。

この第２実施形態によれば、頂部壁７２ｂの波形形状の「谷」の部分を起点としてリインフオース７２が折れ変形することで前記第１実施形態と同様にアウタ材７１に対してリインフオース７２の座屈変形開始時点が遅延するようになるが、この折れ変形には前記折れ誘発ビードと異なり、リインフオース７２に局部的な応力集中による亀裂発生が伴うのを抑制できて、リインフオース７２本来の補強機能を些かも損なうことがない。

図１２は図１１に示した第２実施形態の変形例である第３実施形態を示すもので、本実施形態では前記頂部壁７２ｂの波形形状における「山」の部分を厚肉部とし、「谷」の部分を薄肉部として形成したものである。

従って、この第３実施形態では頂部壁７２ｂの波形形状の「谷」の部分を起点にリインフオース７２が折れ変形して、該リインフオース７２の座屈変形開始時期が遅延するが、この折れ変形時に厚肉部の「山」の部分がアウタ材７１に強く接触して抵抗力（接触力）を高めることができる。

図１３，１４は本発明の第４実施形態を示すもので、本実施形態では前記リインフオース７２の前端位置を前記Ａ点近傍に設定してある。

そして、このリインフオース７２の前端とアウタ材７１との間に、アウタ材７１からリインフオース７２への荷重の伝達を遅らせるため荷重入力方向（軸方向）に所要のクリアランスＳを設けて、座屈変形遅延手段１２０を構成している。

本実施形態では、アウタ材７１の閉断面内にリインフオース７２の前端末と前記クリアランスＳをおいてバルクヘッド１２２を対向的に固定配置し、アウタ材７１が軸方向に前記クリアランスＳ分だけ軸方向に座屈変形すると、バルクヘッド１２２がリインフオース７２の前端末に圧接して、該リインフオース７２に軸方向への荷重を伝達するようにしてある。

アウタ材７１の側壁内面には軸方向にガイド溝７１ｃを設ける一方、リインフオース７２の側壁外面には該ガイド溝７１ｃに係合するガイドピン７２ｃを突設して、これらガイド溝７１ｃとガイドピン７２ｃとのガイド作用によって、前記バルクヘッド１２２とリインフオース７２前端末との接触が適正に行われるようにしてある。

従って、この第４実施形態によれば車両の前面衝突により、フロントサイドメンバ６０からサイドメンバエクステンション７０のアウタ材７１に直ちに衝突荷重Ｆが入力して、該アウタ材７１が軸方向に前記クリアランスＳ分だけ座屈変形すると、バルクヘッド１２２がリインフオース７２の前端末に圧接して、該リインフオース７２に軸方向への荷重が伝達される。

即ち、リインフオース７２には前記アウタ材７１がクリアランスＳ分だけ座屈変形するのに要する所定時間ｔの遅れ時間をもって軸方向荷重が伝達され、これにより前記第１実施形態と同様にアウタ材７１に対してリインフオース７２の座屈モード波形の振幅の成長を抑制し、該リインフオース７２の変形振幅を小さくして第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

特に本実施形態では、座屈変形遅延手段１２０として、アウタ材７１とリインフオース７２との間に軸方向荷重の伝達を遅らせるための所要のクリアランスＳを設けて構成しているため、このクリアランスＳの設定により荷重伝達タイミングを容易にコントロールすることができる。

図１５，１６は前記第４実施形態における座屈変形遅延手段１２０をサイドシル５０に適用した第５実施形態を示すものである。

サイドシル５０は、中空断面（閉断面）に形成されて実質的にサイドシル５０の外殻を構成するアウタ材５１と、アウタ材５１よりも小さな中空断面（閉断面）に形成されて該アウタ材５１の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース５２とで構成している。

リインフオース５２はその前端をアウタ材５１の前端を閉塞したエンドプレート５１ａに突き合わせて接合してある。

アウタ材５１の後端部内には閉断面を閉塞するバルクヘッド１２２を接合配置し、該バルクヘッド１２２とリインフオース５２の後端末との間に所要のクリアランスＳを設けて、該クリアランスＳをもって座屈変形遅延手段１２０を構成している。

この第５実施形態によれば、車両の前面衝突によりアウタ材５１の前端に衝突荷重Ｆが入力すると、該アウタ材５１は直ちに軸方向に座屈変形を開始するが、アウタ材５１が前記クリアランスＳ分だけ座屈変形したところでリインフオース５２の後端がバルクヘッド１２２に圧接して、所定時間ｔの時間遅れをもって該リインフオース５２に軸方向荷重が伝達されて、リインフオース５２の軸方向の座屈変形が開始する。

これにより、アウタ材５１に対してリインフオース５２の座屈モード波形の振幅の成長が抑制され、該リインフオース５２の座屈振幅が小さくなって前記図９，１０に示したものと同様の波形特性が得られる。

この結果、サイドシル５０の長さ方向全体でアウタ材５１とリインフオース５２との間で座屈波形の「節」同士の干渉が生じ、アウタ材５１の局部的な変形の成長を抑制してサイドシル５０の折れ変形を回避し、これらアウタ材５１、リインフオース５２の相互干渉により抵抗力が増大して圧壊反力を高めることができる。

前記第５実施形態ではリインフオース５２の後端とバルクヘッド１２２との間にクリアランスＳを設定しているが、これとは逆に図１７に示す第６実施形態のように、リインフオース５２の後端をバルクヘッド１２２に突き合わせて接合し、リインフオース５２の前端とアウタ材５１の前端のエンドプレート５１ａとの間に所要のクリアランスＳを設けて座屈変形遅延手段１２０を構成してもよい。

また、この第５実施形態における座屈変形遅延手段１２０を図１８〜２０の第７，８実施形態に示すようにフロントサイドメンバ６０に適用することもできる。

第７実施形態では図１８，１９に示すようにフロントサイドメンバ６０を、中空断面に形成したアウタ材６１と、アウタ材６１よりも小さな閉断面に形成されて該アウタ材６１の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース６２とで構成している。

リインフオース６２はその前端をアウタ材５１の前端のエンドプレート６１ａに接合し、その後端とアウタ材５１の後端部内に接合配置したバルクヘッド１２２との間に所要のクリアランスＳを設けて座屈変形遅延手段１２０を構成しているが、図２０の第８実施形態に示すようにリインフオース６２の後端をバルクヘッド１２２に接合固定し、その前端とエンドプレート６１ａとの間に所要のクリアランスＳを設けて座屈変形遅延手段１２０を構成すればよい。

これにより、前記第５，６実施形態のサイドシル５０に適用した場合と同様の作用効果を得ることができる。

図２１〜２３は前記第５実施形態における座屈変形遅延手段１２０をセンターピラー２０に適用した第９実施形態を示している。

センターピラー２０は、アウタパネル２１Ａとインナパネル２１Ｂとで閉断面に形成されて実質的にセンターピラー２０の外殻を構成するアウタ材２１と、アウタパネル２１Ｂよりも小さな略ハット形断面に形成され、該アウタパネル２１Ｂと独立してインナパネル２１Ａに接合されて閉断面を形成し、アウタ材２１の内部に略上下両端部間に亘って配置したリインフオース２２とで構成している。

リインフオース２２の上端位置はアウタ材２１の上端部よりも低い位置に設定されていて、該アウタ材２１の上端部内には上方からの衝突荷重Ｆをリインフオース２２に伝達するためのバルクヘッド１２２を接合固定してある。

このバルクヘッド１２２の下端とリインフオース２２の上端との間には所要のクリアランスＳを設けてあり、このクリアランスＳをもって座屈変形遅延手段１２０を構成している。

この第９実施形態によれば、アウタ材２１の上方より衝突荷重Ｆが入力すると、該アウタ材２１は直ちに軸方向に座屈変形を開始するが、アウタ材２１が前記クリアランスＳ分だけ座屈変形したところでバルクヘッド１２２の下端がリインフオース２２の上端に圧接して、所定時間ｔの時間遅れをもって該リインフオース２２に軸方向荷重が伝達されて、リインフオース２２の軸方向の座屈変形が開始する。

これにより、アウタ材２１に対してリインフオース２２の座屈モード波形の振幅の成長が抑制され、該リインフオース２２の変形振幅が小さくなって前記図９，１０に示したものと同様の波形特性が得られる。

この結果、センターピラー２０の長さ方向全体でアウタ材２１とリインフオース２２との間で座屈波形の「節」同士の干渉が生じ、アウタ材２１の局部的な変形の成長を抑制してセンターピラー２０の折れ変形を回避し、これらアウタ材２１、リインフオース２２の相互干渉により抵抗力が増大して圧壊反力を高めることができる。

本発明の対象とする自動車の車体骨格フレームを示す外観斜視図。本発明の第１実施形態におけるサイドメンバエクステンションの配設部分をフロア下側から見た斜視図。図２に示したサイドメンバエクステンションのリインフオースを示す斜視図。図３のＡ範囲部の拡大斜視図。図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。図２に示したサイドメンバエクステンションの配設状態を略示的に示す側面説明図。図２に示したサイドメンバエクステンションの作用を座屈モード波形と併せて示す図６と同様の側面説明図。変形振幅の大きなアウタ材と変形振幅の小さなリインフオースとの座屈変形モデルを示す説明図。図８に示したアウタ材とリインフオースとを組合わせた場合の座屈モード波形を示す説明図。図９に示した座屈モード波形の合成波形を示す説明図。本発明の第２実施形態を示す図４と同様の斜視図。本発明の第３実施形態を示す図４のＣ−Ｃ線相当の断面図。本発明の第４実施形態を示す斜視図。図１３のＤ−Ｄ線に沿う断面図。本発明の第５実施形態を示す断面図。図１５のＥ−Ｅ線に沿う断面図。本発明の第６実施形態を示す図１５と同様の断面図。本発明の第７実施形態を示す断面図。図１８のＦ−Ｆ線に沿う断面図。本発明の第８実施形態を示す図１８と同様の断面図。本発明の第９実施形態におけるセンターピラーを示す斜視図。図２１のＧ−Ｇ線に沿う断面図。本発明の第９実施形態における要部を断面として示す側面図。

符号の説明

１０フロントピラー（骨格部材）
２０センターピラー（骨格部材）
３０リヤピラー（骨格部材）
４０ルーフサイドレール（骨格部材）
５０サイドシル（骨格部材）
６０フロントサイドメンバ（骨格部材）
７０サイドメンバエクステンション（骨格部材）
２１，５１，６１，７１アウタ材
２２，５２，６２，７２リインフオース
１２０座屈変形遅延手段
１２１脆弱部
Ｓクリアランス

Claims

車体骨格フレームを構成する骨格部材を中空断面をもつアウタ材と、該アウタ材の内部にその長さ方向に設置されるリインフオースとで構成し、
かつ、前記リインフオースに座屈変形遅延手段を設けて、リインフオースの座屈変形開始時期をアウタ材の座屈変形開始時期よりも遅らせることにより、該アウタ材に対してリインフオースの座屈モード波形の振幅を小さく設定したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
前記請求項１において、座屈変形遅延手段として、リインフオースに設けた脆弱部により構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
前記請求項１において、座屈変形遅延手段として、リインフオースの壁面形状を滑らかに連続する波形状にして構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
前記請求項１において、座屈変形遅延手段として、リインフオースに厚肉部と薄肉部とを交互に連続的に形成して構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
前記請求項１において、座屈変形遅延手段として、アウタ材からリインフオースへの荷重の伝達を遅らせるために、これらアウタ材とリインフオースとの間に荷重入力方向に所要のクリアランスを設けて構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。