JP2014196007A

JP2014196007A - 車体構造

Info

Publication number: JP2014196007A
Application number: JP2013071545A
Authority: JP
Inventors: 勇長澤; Isamu Nagasawa; 阿部　毅; Takeshi Abe; 毅阿部; 孝有渡森; Takaari Watamori
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6063797B2

Abstract

【課題】車体全体の重量を増加させずに、スモールオーバーラップ衝突の際の安全性を高めた車体構造を提供することである。【解決手段】本発明の車体構造は、メインフレーム３と、メインフレーム３の上方向かつ外方向に位置するアッパーフレーム１３と、エンジン５１と、アッパーサスペンションを保持するアッパーサスペンション保持部材７とは別の補強部材１７と、を有し、補強部材は、アッパーフレーム１３とメインフレーム３とを架橋している。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の車体構造に関する。特に、スモールオーバーラップ衝突の際の安全性を高めるための車体の前部構造に関する。

自動車は、万一の場合対向車や道路上の設置物などに衝突する場合がありうる。以下、対向車との衝突を念頭に記載する。ただし、これに限らず、道路上の設置物の場合であっても同様である。
その衝突は大きく分けて以下の３つの場合がある。
（１）対向車の中央と自車の車体中央とがほぼ一致するフルラップ衝突
（２）対向車の中央と自社の車体中央とが一致せず、例えば、４０％程度しか重なり合わないオフセット衝突
（３）対向車の衝突位置が、車体のメインフレームよりも外側の部分しか重なり合わないスモールオーバーラップ衝突

これらの衝突のうち、フルラップ衝突及びオフセット衝突の場合、メインフレームによって衝撃を吸収することができる。
なぜなら、メインフレームには、通常、衝撃力を吸収するためのクラッシュボックスが設けられているし、さらに、メインフレームの構造自体が衝撃力を吸収することを可能に設計されているからである。
それに対して、スモールオーバーラップ衝突の場合、衝撃力を吸収するための部材がほとんど設けられていない。
そのため、スモールオーバーラップ衝突の場合、衝撃力を吸収することに加えて、衝撃力を車体の上下方向を軸とした回転力に変換することによって、乗員の安全を図っている。

そのような技術の１つとして、特許文献１の技術が開示されている。

特開２０１２−２１４２１１号公報

しかしながら、特許文献１では、アッパーフレームとメインフレームとを連結する補強部材は存在するが、この補強部材とメインフレームとの接続しているメインフレームの部分は、他のメインフレームの部分と比して、強化された部分ではない。
このため、メインフレーム全体を強化する必要が生じてしまい、重量が増加するという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その課題の一例は、車体全体の重量を増加させずに、スモールオーバーラップ衝突の際の安全性を高めた車体構造を提供することにある。

本発明の第１の観点の車体構造は、メインフレームと、前記メインフレームの上方向かつ外方向に位置するアッパーフレームと、エンジンと、アッパーサスペンションを保持するアッパーサスペンション保持部材とは別の補強部材と、を有し、前記補強部材は、前記アッパーフレームと前記メインフレームとを架橋している。

好適には、前記補強部材は、少なくとも、前方向に位置する前補強部材と、後方向に位置する後補強部材と、を有している。

好適には、前記前補強部材と前記後補強部材とは、前記メインフレームの同一の位置において、前記メインフレームと接続されている。

好適には、前記前補強部材及び前記後補強部材は、異なる方に延びている。

好適には、前記前補強部材は、前記メインフレームの前方向の先端位置からエンジンの前方向の面が存在する位置までの間を２等分した場合に、この２等分した位置よりも後方向側位置において、前記アッパーフレームと接続している。

本発明における車体構造によって、車体全体の重量を増加させずに、スモールオーバーラップ衝突の際の安全性を高めた車体構造を提供することが可能となる。

自動車の車体構造の概要の説明図である。第１の実施形態の説明図である。第１の実施形態の効果の説明図である。第１の実施形態の変形例の説明図である。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１を用いて詳細に説明する。
図１は、自動車１０１の車体構造の概要の説明図である。

図１のように、自動車１０１は、乗員が乗車する車室空間５と、エンジン、バッテリ、等の各種の装置が搭載されるフロント車室２を有している。
なお、フロント車室２は、車室空間５の前方向位置に存在している空間であればよく、特に記載がない限り、エンジン、バッテリを内部に含まなくても良い。例えば、フロント車室２内は、トランクとして利用可能なように空洞となっていても良い。

ここで、方向を定義する。
自動車１０１が通常進む方向（ドライバがシートに座って、頭の方向を曲げずに向いている方向）を前方向（図１において紙面左下方向）と定義する。そして、その逆方向を後方向（図１において紙面右上方向）と定義する。
そして、自動車１０１が走行状態において上となる方向（ドライバがシートに座って、頭頂部が向く方向）を上方向（図１において紙面上方向）と定義する。そして、その逆方向を下方向（図１において紙面下方向）と定義する。
また、車体の中心を通り前方向・後方向に伸びる直線と、この直線と交わり上方向に伸びる直線とを含む平面に対して、自動車１０１は、ほぼ面対称となっている（以下、この平面を「対称平面」という。）。
この平面に近づく、方向を内方向と定義する。そして、逆の方向を外方向と定義する。

自動車１０１は対称平面で面対称の形状を有することから、特に、記載のない限り、対称平面の一方の説明は他方の記載を兼ねることとし、記載を省略する。

フロント車室２には、メインフレーム３及びアッパーフレーム１３が配置されている。
また、フロント車室２には、フロントサスペンションのアッパーサスペンションを保持するためのアッパーサスペンション保持部材７が配置されていても良い。
なお、図１においては、アッパーサスペンション保持部材７はストラット形式のサスペンションのトップマウントを図示している。しかし、この形式に限定する趣旨ではなく、サスペンション形式、例えば、ダブルウィッシュボーン形式のサスペンションを有する、アッパーフレームと車体の取り付け部であって良い。

メインフレーム３の外方向かつ上方向位置に、アッパーフレーム１３が配置される。
メインフレーム３は、車室空間５から前方向にほぼ、水平に伸びている。
２本のメインフレーム３は、僅かに外方向に開きつつ、前方向に伸びていて良い。

アッパーフレーム１３は、アッパーフレーム直線部１３ａ及びアッパーフレーム屈曲部１３ｂを有する。
このアッパーフレーム直線部１３ａは、車室空間５から前方向の一定位置まで、ほぼ前方向にのみ伸びている。
アッパーフレーム屈曲部１３ｂは、内方向かつ下方向に伸びている。そして、アッパーフレーム屈曲部１３ｂの先端のアッパーフレーム先端部３１（図２（ｃ）参照のこと）は、メインフレーム３の外方向を向いた面に接続されている。

アッパーフレーム１３（アッパーフレーム直線部１３ａ＋アッパーフレーム屈曲部１３ｂ）と、メインフレーム３は補強部材１７によって接続されている。
より詳細には、アッパーフレーム１３とメインフレーム３の補強部１９とを補強部材１７は架橋している。
なお、補強部１９とは、メインフレーム３の他の部分よりも強度の高い部分をいう。
第１の実施形態では、補強部１９はサスクロスメンバ５５が、メインフレーム３と接続することによって結果的にメインフレーム３の強度が高くなる部分である（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照のこと）。なお、第１の実施形態では、サスクロスメンバ５５が接続されることのみによって、他のメインフレーム３の部分よりも強度が高くなる必要はなく、さらに、補強する部材等が入ることによって強度が高くても良い。

補強部材１７は、放射状になるように３本の補強部材１７から形成されていて良い。ここで、補強部材１７の最も前方向に位置する補強部材を第１補強部材１７ａとする。そして、後ろ方向に行くに従い、第２補強部材１７ｂ、及び、第３補強部材１７ｃという。
この第１補強部材１７ａ、第２補強部材１７ｂ及び第３補強部材１７ｃは、図１のように、メインフレーム３側を中心に放射状に広がっている。
つまり、第１補強部材１７ａはアッパーフレーム１３の最も前方向の位置において、アッパーフレーム１３と接続され、第３補強部材１７ｃはアッパーフレーム１３の最も後方向の位置において、アッパーフレーム１３と接続され、第２補強部材１７ｂはアッパーフレーム１３の前後の中間的な位置において、アッパーフレーム１３と接続されている。
なお、補強部材１７の数は、３つである必要はなく、１以上の数であればどのようなものであってもよい。

より詳細には、第１補強部材１７ａはアッパーフレーム屈曲部１３ｂに接続されている。
第２補強部材１７ｂ及び第３補強部材１７ｃはアッパーフレーム直線部１３ａに接続されている（図２を参照のこと）。アッパーサスペンション保持部材７を介してアッパーフレーム直線部１３ａに接続されていてもよい（図１の状態）。
もっとも、第１補強部材１７ａ、第２補強部材１７ｂ及び第３補強部材１７ｃの接続位置は、任意に変更可能である。

それぞれの補強部材１７（第１補強部材１７ａ、第２補強部材１７ｂ及び第３補強部材１７ｃ）は、アッパーフレーム１３の内方向の面と接続されている。もっとも、アッパーフレーム１３の下方向の面と接続されていても良いし、他の面であっても良い。図１のように、アッパーフレーム１３に直接接続されていても良いし、他の接続の部品を介しても良い。

それぞれの補強部材１７（第１補強部材１７ａ、第２補強部材１７ｂ及び第３補強部材１７ｃ）は、メインフレーム３のほぼ同一の位置において接続されている。
より具体的には、接続部材１５に全て接続されている。
この接続部材１５は、補強部１９が存在する位置に配置される。
また、第１の実施形態では接続部材１５はメインフレーム３の外方向の面に接続されている。この位置は、他の位置であっても良い（後述する変形例を参照のこと）。
もっとも、接続部材１５は必須ではなく、補強部材１７は、メインフレーム３に直接接続されていても良い。

なお、エンジン５１とメインフレーム３とは、エンジン５１の上方向の面とメインフレーム３の上方向の面とを、エンジンマウント５３で直接つなぐような構造であっても良い。

図２は、第１の実施形態の説明図である。

図２のように（特に、図２（ｂ））、エンジン５１はエンジンマウント５３を介してサスクロスメンバ５５に接続され、固定されている。
なお、サスクロスメンバ５５は、フロントのタイヤを保持するための部材を保持する部材である。
このサスクロスメンバ５５がメインフレーム３に接続されることによって、この部分はメインフレーム３の他の部分よりも強度が高くなっている。第１の実施形態（本発明）においては、メインフレーム３の強度が他の部分よりも高くなっている部分を補強部１９と定義する。
第１の実施形態において、この補強部１９は、サスクロスメンバ５５が接続されるによるものだけではなく、接続のための接続構成（フランジ、ボルト・ナット、接続するためにメインフレーム３が肉厚に形成されていること等）によって、補強部１９となっても良い。
なお、図２（ｃ）は、Ｃ位置からの図である。

この補強部１９部分に、接続部材１５が配置されている。
また、接続部材１５によって、補強部材１７がメインフレーム３に対して接続されている部分は、エンジン５１の外方向の面が位置する位置（前方向・後方向の位置、及び、上方向・下方向の位置）と一致する。つまり、エンジン５１の外方向の面が位置する位置（＝図２（ａ）のＡの範囲、及び、図２（ｃ）のＡの範囲）に、補強部１９が位置する。

図２（ａ）のように、最も前方向の位置にある第１補強部材１７ａのアッパーフレーム１３への接続位置Ｅは、メインフレーム３の最も前方向の第１位置Ｆと、エンジン５１の前方向の面の第２位置Ｄとの間の長さをＬとした場合、このＬを半分にした場合の、エンジン５１側に位置している。
これを換言すると、第１補強部材１７ａのアッパーフレーム１３への接続位置Ｅがエンジン５１から、Ｌ／２位内の距離に位置しているということもできる。
更に換言すると、補強部材１７（第１補強部材１７ａ）は、メインフレーム３の前方向の先端位置からエンジンの前方向の面が存在する位置までの間を２等分した場合に、この２等分した位置よりも後方向側位置において、アッパーフレーム１３と接続しているということもできる。

図３は、第１の実施形態の効果の説明図である。

自動車１０１が衝突対象物１０３（対向車、設置物等）に衝突する場合を想定して、図３を用いて説明する。そして、メインフレーム３よりも外方向位置（図３（ａ）においてＢの範囲）にのみ衝突対象物１０３が接触する衝突が、スモールオーバーラップ衝突である。
このような場合に何ら対策を取らないときには、本来は衝突を吸収するためのメインフレーム３が何ら機能を発揮できないおそれがある。
第１の実施形態では、このスモールオーバーラップ衝突時に補強部材１７が反力を発揮する部材として機能して、アッパーフレーム１３（特に、アッパーフレーム屈曲部１３ｂ）が変形しないようにしている（図３（ｂ）参照）。
つまり、接続部材１５が強度の高いメインフレーム３の外方向の面に接続されていることから、衝突対象物１０３による衝突によって、アッパーフレーム１３の変形を防ぐことができる。
第１の実施形態においては、さらに、メインフレーム３の強度の高い部分である補強部１９に接続されていることから、他のメインフレーム３の部分に補強部材１７を接続している場合に比べて、よりアッパーフレーム１３を保持する機能が高い。
加えて、この補強部１９は、エンジン側面位置の範囲Ａの範囲に位置している。そのため、メインフレーム３が内方向に変形しなければならないような強い衝突が有った場合でも、エンジン５１がさらに、メインフレーム３が変形しないようにする反力発生部材として機能することができる。
そのため、より強い衝突によっても、アッパーフレーム１３が変形することを従来よりも防止することができる。
そして、アッパーフレーム１３が変形しないということは、万一、衝突対象物１０３がスモールオーバーラップ衝突しても、それによる変形が、乗員が搭乗する車室空間５に及ぶことを防ぐことができることを意味する。加えて、車体がオフセット衝突の衝撃エネルギーを車室空間５に及ぼすことなく、自動車１０１が回転する回転エネルギーに変換することができることも意味する。

なお、第１の実施形態においては、補強部材１７はメインフレーム３の外方向の面においてメインフレーム３と接続されている。
そのため、衝突対象物１０３との衝突によって、補強部材１７に掛かる力がメインフレームに直接伝わることになる。
そしてその力は、そのままエンジン５１が存在する方向を向いている。
以上のことから、第１の実施形態では、アッパーフレーム１３を保持する能力が高くなるという効果がある。

さらに、アッパーフレーム１３（アッパーフレーム屈曲部１３ｂ）のアッパーフレーム先端部３１がメインフレーム３に接続している。
そのため、アッパーフレーム１３がメインフレーム３に接続していない従来の自動車１０１よりも、アッパーフレーム１３自体の強度が上がっている。
この点からも、第１の実施形態は、スモールオーバーラップ衝突に対して強度が高い。
しかも、アッパーフレーム１３とメインフレーム３との接続は、メインフレーム３の外方向の面において接続している。そのため、アッパーフレーム１３が衝突対象物１０３との衝突によって内方向に変形することを防ぐための反力部材として、メインフレーム３が機能することができる。
したがって、この点からも、第１の実施形態は、スモールオーバーラップ衝突に対して強度が高い。
さらに、この構造は、フルラップ衝突、オフセット衝突に対しても強度が高い。
なぜなら、このように、アッパーフレーム１３とメインフレーム３とが接続されていることによって、アッパーフレーム１３もフルラップ衝突、オフセット衝突に対する抗力発生部材として機能させることができるからである。

さらに、補強部材１７は、アッパーフレーム１３の任意の位置に接続可能である。
この任意の位置は、設計者がスモールオーバーラップ衝突（フルラップ衝突、オフセット衝突）の際に抗力を発生させたい位置を選ぶことができる。
このことによって、補強部材１７をアッパーフレーム１３のどの位置を接続位置に選択するかによって、設計者は望む抗力を発生させるように自動車１０１を設計することができる。
なお、以上の第１の実施形態の構成及び効果は特に記載がない限り、以下に記載される変形例、第２の実施形態以降の実施形態についても同様である。簡潔な記載とするために、以下記載を省略する。

なお、補強部１９のすべてが、エンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲Ａになくても良く、一部だけで良い。

また、図２（ａ）のように、第１補強部材１７ａのアッパーフレーム１３への接続位置Ｅがエンジン５１から、Ｌ／２の距離以内の位置に配置されている。
このことから、抗力の発生を適切な位置に発生させることができる。
なお、Ｌはメインフレーム３の先端位置から、エンジン５１の前方向の面との間の距離である。

ここで、Ｅの位置をこの位置（Ｌ／２の距離以内の位置）にした理由を説明する。
まず、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分（図２においては、Ｌ／２の近傍に位置しているが、これに限定されるものではない。）は高い抗力が発生する様に設計可能であり、通常はこの部分において高い抗力を発生させる。
次に、第１補強部材１７ａのアッパーフレーム１３への接続位置Ｅも同じく、高い抗力を発生させることが可能である。
例えば、Ｅの位置をメインフレーム３の先端位置であるＦ位置に近い位置にした場合には、大きな抗力が発生する位置がメインフレーム３前方向に集中することになる。
なぜなら、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分とＥの位置が前方向の位置に収集してしまうからである。
そうなってしまうと、逆に、この集中した位置から少し後方向に行くだけで抗力が生じない位置が生じてしまう。この抗力が発生しない（抗力の発生が少ない）ということは、衝突の際のエネルギー吸収がその位置において適切にできない位置が生じてしまうことを意味する。これは衝突の際のエネルギー吸収の観点から適切ではない。
また、抗力が際立って高い位置が生じてしまうと、傷害値が上がってしまうおそれがある。
その為、抗力の発生は、一定量の抗力が前後方向の長い距離にわたって平均的に生じることが好ましい。
そこで、本実施携帯では、高い抗力が発生する様に設計可能なアッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分よりも後方に存在することが普通なＥの位置を、エンジン５１から、Ｌ／２の距離以内の位置に位置させて、抗力が発生する位置を分散化させている。

また、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分についても、Ｌ／２の位置付近が好ましい。
その理由は以下の２点からである。
まず第１に、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分がＤ位置に近いと、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分よりも後方向位置に位置するのが通常なＥの位置がＤ位置に近づいて、同じく、抗力の発生が集中するからである。
第２に（逆に）、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分がＦ位置に近い場合であっても、同じく抗力の発生が集中するからである。

以上の結果、Ｆ位置、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとメインフレーム３との接続部分の位置、Ｅ位置、Ａの前後の中心位置（≒補強部１９の中心位置）が、ほぼ均等に配置されることが好ましい。
なぜなら、これらは抗力を発生させる位置であり、これらが均等に配置されることによって、抗力の大きさが一定以下で、ほぼ均等に抗力を発生させることが可能となるからである。

また、補強部材１７のアッパーフレーム１３との接続の位置を適切に選ぶことによって、アッパーフレーム１３の折れ曲がる位置を適切に選択することが可能となる。
例えば、スモールオーバーラップ衝突した場合に、最も、アッパーフレーム１３が変形する（内方向（Ｙ方向）への変形）であろう、アッパーフレーム屈曲部１３ｂとアッパーフレーム直線部１３ａの接続位置、又は、この接続位置からわずかにアッパーフレーム屈曲部１３ｂ側の位置（図２（ａ）においてはこの位置）に、補強部材１７のアッパーフレーム１３との接続の位置に選ぶことが可能となる。
また、補強部材１７の本数、強度、などを適切に選ぶことによって、アッパーフレーム１３の折れ曲がる位置を適切に選択することが可能となる。

また、フルラップ衝突においても、補強部材１７のアッパーフレーム１３との接続の位置、本数、強度、などを適切に選ぶことによって、アッパーフレーム１３の折れ曲がる位置を適切に選択することが可能となる。
そしてそのことは、フルラップ衝突時に、衝突力に対する抗力を発生する位置及び抗力の量を適切に選択することができることを意味する。

さらに、フルラップ衝突時には、アッパーフレーム１３が上下変形しようとするが補強部材１７があることによって、これを抑制することが可能となる。

さらに、図３のように、複数の補強部材１７のメインフレーム３側の接続する位置を同じ位置（１点）とし、かつ、メインフレーム３側から放射状伸びる形状とすることによって、スモールオーバーラップ衝突においても、アッパーフレーム１３の弓形状を維持することが可能となる。
また、複数の補強部材１７のメインフレーム３側の接続する位置を同じ位置（１点）とし、かつ、メインフレーム３側から放射状伸びる形状とすることによって、フルラップ衝突時に、衝突力に対する抗力を発生する位置及び抗力の量を適切に選択することができる。

図４は、第１の実施形態の変形例の説明図である。

第１の実施形態では、接続部材１５は、メインフレーム３（補強部１９）の外方向の面に配置されていた。
しかしながら、場合によっては、接続部材１５をメインフレーム３の上方向の面に接続するほうが有利な場合もありえる。有利な場合とは、例えば、メインフレームの側面に他の部材を配置したい場合などである。
このように、接続部材１５をメインフレーム３の上方向の面に接続する場合には、接続部材１５は、メインフレーム３の上方向の面に配置される上部材１５ａ、及び、メインフレーム３の内方向の面に配置される内部材１５ｂを有する。
上部材１５ａは、補強部材１７と接続される。内部材１５ｂは、エンジン側面位置の範囲Ａの範囲位置（前後方向及び上下方向における位置がエンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲Ａ内）に配置される。
このことによって、メインフレーム３と補強部材１７との接続位置をメインフレームの上方向位置にしつつ、エンジン５１を反力発生部材として機能させることができる。

３メインフレーム
５車室空間
７アッパーサスペンション保持部材
１３アッパーフレーム
１３ａアッパーフレーム直線部
１３ｂアッパーフレーム屈曲部
１５接続部材
１５ａ上部材
１５ｂ内部材
１７補強部材
１７ａ第１補強部材
１７ｂ第２補強部材
１７ｃ第３補強部材
１９補強部
５１エンジン
５５サスクロスメンバ

Claims

メインフレームと、
前記メインフレームの上方向かつ外方向に位置するアッパーフレームと、
エンジンと、
アッパーサスペンションを保持するアッパーサスペンション保持部材とは別の補強部材と、を有し、
前記補強部材は、前記アッパーフレームと前記メインフレームとを架橋している
車体構造。
前記補強部材は、少なくとも、
前方向に位置する前補強部材と、
後方向に位置する後補強部材と、を有している
請求項１に記載の車体構造。
前記前補強部材と前記後補強部材とは、前記メインフレームの同一の位置において、前記メインフレームと接続されている
請求項２に記載の車体構造。
前記前補強部材及び前記後補強部材は、異なる方に延びている
請求項３に記載の車体構造。
前記前補強部材は、
前記メインフレームの前方向の先端位置からエンジンの前方向の面が存在する位置までの間を２等分した場合に、
この２等分した位置よりも後方向側位置において、
前記アッパーフレームと接続している
請求項２に記載の車体構造。