JP5683200B2 - 車体構造のサイドメンバ - Google Patents

Description

本発明は請求項１の上位概念部に記載された車体構造のサイドメンバに関する。

この種の車体構造のサイドメンバはＤＥ１０２００４０１２８０４Ａ１で知られており、フロントサイドメンバとキャビン底領域のキャビンサイドメンバの２つのサイドメンバ部分から構成され、２つのサイドメンバ部分は正面壁の領域で互いに接合される。

具体的には従来の鋼板・車体構造がここでは問題となり、２つの支持部分の接合が二重板に重合わせて溶接接合で行われる。キャビンサイドメンバは中空断面サイドメンバであり、縦方向に延び上方に開き下を底板にした帽子状断面で、帽子の縁に溶接で底板が接合されるように形成され、それによってサイドメンバ中空断面が全体として比較的割れ目の多い流れの好ましくない基部構造で下方に突出する。フロントサイドメンバも外壁に関連して類似の帽子状断面によって溶接で作られる。この従来の鋼板・車体構造には重量軽減の特別の対策が取られていない。

またＤＥ１０２５７２５９Ａ１でアルミニウム・車体構造の前部フレームが知られており、ここでは側方に開くアルミニウム押出し断面としてのフロントサイドメンバは正面壁領域でアルミニウム鋳造構造部にねじ接合される。特にキャビン底領域におけるアルミニウム鋳造構造部の詳細はここでは記載されていない。この車体領域はアルミニウム軽構造として作られるが、しかしアルミニウム材料だけの使用はとりわけ必要な剛性を得るためにも手間がかかり、かつコスト高になる。

一般に知られた方法によると、流線型形態の最近の車体の場合、重量軽減によって燃料消費を減らすために、鋼板に追加して材料のミックスで軽金属または軽金属合金、特にアルミニウム材料も使用される。軽金属構成部分の剛性と接合技術は従来の鋼板構造だけのものとは異なり、その結果、それによって発生する問題、すなわち構成部分を適切に組み合わせる際にそれぞれの車体箇所に非常に調和する材料のミックスについての問題と、大量生産用の低コストで適切な接合技術についての問題を解決しなければならない。

さらにＵＳ６９２９３１４Ｂ２でフロントサイドメンバと底サイドメンバを備えた複数部材のサイドメンバ構造が知られており、この場合、正面壁領域においてアルミニウム鋳物の２壁部材から互いに接合される。

またＤＥ１０１５１２１１Ｂ４でフロントサイドメンバと底サイドメンバを備えた鋼製のフレーム構造が知られており、この場合、底サイドメンバは折れ曲がり部分を介してフロントサイドメンバに接合される。

最後になるが、ＵＳ６０９９０７１Ａで、正面壁を介して底サイドメンバに接合されるアルミニウム管のフロントサイドメンバが知られている。

ＤＥ１０２００４０１２８０４Ａ１ ＤＥ１０２５７２５９Ａ１ ＵＳ６９２９３１４Ｂ２ ＤＥ１０１５１２１１Ｂ４ ＵＳ６０９９０７１Ａ

発明の課題はこの種の従来の車体構造のサイドメンバにおいて、必要な剛性と高い衝突安全性を備え、さらに接合技術が大量生産に適した軽量構造をもつサイドメンバを提供することにある。

この課題は、フロントサイドメンバを管状のアルミニウム押出し断面にし、キャビンサイドメンバを閉断面サイドメンバとして、底・アルミニウム板と、上側でそれに接続する熱間成形鋼のサイドメンバ・鋼閉鎖部分としてのサイドメンバ・山形断面とによって形成することによって解決される。フロントサイドメンバとキャビンサイドメンバは縦面において整合して配置し、その場合、フロントサイドメンバの後側は正面壁で終了し、キャビンサイドメンバの前側のサイドメンバ・鋼閉鎖部分の重なり領域は正面壁を通って導かれる。それによってキャビンサイドメンバはフロントサイドメンバの後側領域に重なって密着し、そこでこの領域に接合される。

特に、異なった材料にもかかわらず重なり部分によって正面壁において２つのサイドメンバ部分の機能的な分離が発生せず、その結果、剛性が急変することなく力の流れが最適になるので、ここで使用する構造部分の材料のミックスによって必要な剛性と高い衝突安全性が保証される。そのうえ、鋼・重なり部分とアルミニウム・フロントサイドメンバの間で大量生産に非常に適した接合技術が可能になる。

フロントサイドメンバはアルミニウム矩形管として実施するのが特に好ましい。この場合、重なり部分はサイドメンバ・鋼閉鎖部分の鋼フランジとして側面が縦に延びる壁延長部である。このような鋼フランジはアルミニウム矩形管の垂直壁に密着し、ねじ接合によって接合される。そのため、鋼フランジには穴パターンを設け、接着とともにセルフタッピングねじを使ってねじ接合が行われる。接合領域のこのような接合によって、密封と腐食防止とともに高い剛性が得られる。

鋼フランジは山形状サイドメンバ・鋼閉鎖部分の車両外側となる垂直壁の前方延長部として実施することができる。キャビンサイドメンバを矩形断面で作るために、このようなサイドメンバ・鋼閉鎖部分は縦に延びる底板・折り段に関連して使用される。この場合、底板・折り段はキャビンサイドメンバの底と車両中心側となる垂直側壁とを形成し、サイドメンバ・鋼閉鎖部分はキャビンサイドメンバの天井とキャビンサイドメンバの車両側方となる垂直壁を形成する。

正面壁への移行部と前部キャビン底はアルミニウム鋳造構造部として形成され、その一方側にフロントサイドメンバが支持、接続され、他方側に底・アルミニウム板がつながる。さらに、そこを通ってサイドメンバ・鋼閉鎖部分の重なり部分、特に鋼フランジが導かれ、通過箇所は密封される。

アルミニウム鋳造構造部は関連するフロントサイドメンバの少なくとも一方側を正面支持領域から始まる係止領域で取り囲むようにする実施形態が特に好ましい。その場合、この係止領域はそれぞれのフロントサイドメンバの関連領域で平坦に接合するのが好ましい。好ましくは関連するフロントサイドメンバの対向する側に配置された複数の係止領域を設け、したがってフロントサイドメンバを対向する側で取り囲む実施形態がここでは特に好ましい。対向する係止領域がＵ形側部を形成し、それに対し正面支持領域がＵ形基部を形成するほぼＵ形状の具体的な形態がここでは好ましい。全体として見ると、このような構造で、特に有利で安定した剛性のある接合が提供される。

上記具体的な形態に関連し、平坦に接合する鋼フランジを関連する係止領域に密着させ、さらに鋼フランジの外の領域で鋼フランジ・移行段を使ってフロントサイドメンバに平坦に接合するよう移行すると特に有利となる。鋼フランジに関連する係止領域にも、関連する鋼フランジの穴パターンに整合する穴パターンを設けるのが好ましい。しかし基本的にはフロントサイドメンバに別の係止領域・ねじ接合を設けることもできる。

フロントサイドメンバは車両縦方向に直線状に延びてキャビン底に比べて高い位置に配置される。この場合、キャビンサイドメンバの前部領域には上方に湾曲する高さ調整領域が備わる。

サイドメンバ・鋼閉鎖部分の鋼フランジがねじ接合によってアルミニウム・フロントサイドメンバに接合されるが、一方、アルミニウム板部分および／またはアルミニウム鋳造部分として作られた正面壁と、底・アルミニウム板とに対するサイドメンバ・鋼閉鎖部分の接続はリベット接合、好ましくはリベット接合と接着によって行われる。

フロントサイドメンバを管状のアルミニウム押出し断面にし、キャビンサイドメンバを閉断面サイドメンバとして、底アルミニウム板と、上面がそこに接続する熱間成形鋼のサイドメンバ・鋼閉鎖部分としてのサイドメンバ・山形断面とによって形成することによって、異なった材料にもかかわらず重なり部分によって正面壁において２つのサイドメンバ部分の機能的な分離が発生せず、その結果、剛性が急変することなく力の流れが最適になり、ここで使用する構造部分の材料のミックスによって必要な剛性と高い衝突安全性が保証される。

車体構造の左側サイドメンバを斜め上方から見た図を示す。 図１の線Ａ−Ａにそって切断した概略図を示す。

図１および２に、フロントサイドメンバ２ＡＰとキャビンサイドメンバ３から構成された車体構造のサイドメンバ１を示す。フロントサイドメンバ２ＡＰは車両縦面で水平方向に前方に向かうアルミニウム矩形管の形をしたアルミニウム押出し断面であり、キャビンサイドメンバの垂直縦面に整列して接合される。

それに対し、キャビンサイドメンバ３は閉断面サイドメンバとして、サイドメンバ・鋼閉鎖部分５ＳＷと関連して底・アルミニウム板４ＡＢの折り段によって形成される。このサイドメンバ・鋼閉鎖部分５ＳＷは熱間成形鋼から作られ、上から底・アルミニウム板４ＡＢ上に載せられ、リベットによって接合される。キャビンサイドメンバ３は正面壁６から後端板７ＡＢまで連続して延びる。

正面壁６は正面・アルミニウム板要素８ＡＢとアルミニウム・鋳造構造部９ＡＧから形成される。アルミニウム・鋳造構造部９ＡＧはトラフ状に湾曲して下方の底・アルミニウム板４ＡＢにつながり、とりわけサイドメンバ・鋼閉鎖部分５ＳＷとともに、高い位置にあるフロントサイドメンバ２ＡＰと低い位置にあるキャビンサイドメンバ３との間で高さ調整を行う機能を有する。

山形状のサイドメンバ・鋼閉鎖部分５ＳＷは、垂直壁の前方延長部として、フロントサイドメンバ２ＡＰの対応する垂直壁１１に隣接する鋼フランジ１０ＳＷを備える。鋼フランジ１０ＳＷは穴パターン１２を備え、そこでセルフタッピングねじ接合１３によってフロントサイドメンバ２ＡＰに接合される。この接合は接着材を追加して、さらに正面壁６の通過箇所に充填材を追加して行われる。

図２の概略図から明らかなように、フロントサイドメンバ２ＡＰの後側は、少なくとも部分的に正面壁６を形成するアルミニウム・鋳造構造部９ＡＧの正面支持領域２２ＡＧで支持され、キャビンサイドメンバ３のキャビン・垂直縦面に整列する。車両外側に向ってサイドメンバ・鋼閉鎖部分５ＳＷのリベット接合１４によって別のアルミニウム構成要素１５ＡＢに接続し、別のリベット接合１６を介して特にＡピラー・内側板１７に接合される。

さらに図２で明らかなように、アルミニウム・鋳造構造部９ＡＧは正面支持領域２２ＡＧにおいて、そこからＵ型に突出する２つの係止領域１９ＡＧおよび２０ＡＧを備え、関連するフロントサイドメンバ領域を横から取り囲み、そこで接触結合で密着する。

さらに鋼フランジ１０ＳＷが係止領域１９ＡＧに平坦に接続するよう配置され、フロントサイドメンバ２ＡＰに平坦に接続して同様に平坦に接続密着するために、鋼フランジ１０ＳＷは鋼フランジ・移行段２１によって係止領域１９ＡＧを越えて延長される。

接合はここでは基本的に接着によって行われる。しかし、これに代えて、またはこれに追加して、前述したようにねじ接合１３が設けられる。係止領域１９ＡＧの領域で欠点のないねじ接合を行うために、この係止領域１９ＡＧには鋼フランジ１０ＳＷの穴パターン１２に適合する穴パターンを備えるのが好ましい。

符号に関連して使用される略号において、ＡＧはアルミニウム鋳物を、ＡＢはアルミニウム板を、ＡＰはアルミニウム押出し断面を、またＳＷは熱間成形鋼を意味する。

本発明は車体構造のサイドメンバとして利用できる。

１ サイドメンバ
２ＡＰ フロントサイドメンバ
３ キャビンサイドメンバ
４ＡＢ 底・アルミニウム板
５ＳＷ サイドメンバ・鋼閉鎖部分
６ 正面壁
７ＡＢ 後端板
８ＡＢ 正面・アルミニウム板要素
９ＡＧ アルミニウム鋳造構造部
１０ＳＷ 鋼フランジ
１１ 垂直壁
１２ 穴パターン
１３ ねじ接合
１４ リベット接合
１５ＡＢ アルミニウム構成要素
１６ リベット接合
１７ Ａピラー・内側板
１８ 底板・折り段
１９ＡＧ 係止領域
２０ＡＧ 係止領域
２１ 鋼フランジ・移行段
２２ＡＧ 正面支持領域

Claims (5)

1. 正面壁（６）の領域で互いに接合されるフロントサイドメンバ（２ＡＰ）とキャビン底領域のキャビンサイドメンバ（３）とから構成された車体構造のサイドメンバにおいて、 フロントサイドメンバ（２ＡＰ）はアルミニウム矩形管として形成された管状のアルミニウム押出し断面であり、
   キャビンサイドメンバ（３）は閉断面サイドメンバとして、底・アルミニウム板（４ＡＢ）と、上側でそれに接続する熱間成形鋼のサイドメンバ・鋼閉鎖部分（５ＳＷ）としてのサイドメンバ・山形断面とによって形成され、
   フロントサイドメンバ（２ＡＰ）とキャビンサイドメンバ（３）は垂直縦面で整合し、その場合、フロントサイドメンバ（２ＡＰ）の後側は正面壁（６）で終了し、一方、重なり部分（１０ＳＷ）のあるキャビンサイドメンバ（３）の前側では、サイドメンバ・鋼閉鎖部分（５ＳＷ）の鋼フランジ（１０ＳＷ）として側面が縦に延びる壁延長部が正面壁（６）よりも前方に延長されて重なり部分となっており、
   鋼フランジ（１０ＳＷ）とアルミニウム矩形管の垂直壁（１１）とが重なり部分で密着して接合（１３）されることにより、キャビンサイドメンバ（３）の前側がフロントサイドメンバ（２ＡＰ）と密着して接合（１３）される
   ことを特徴とするサイドメンバ。
2. 鋼フランジ（１０ＳＷ）には穴パターン（１２）が設けられ、ねじ接合（１３）はセルフタッピングねじによって接着とともに行われることを特徴とする請求項１に記載のサイドメンバ。
3. 鋼フランジ（１０ＳＷ）は、縦に延びる底板・折り段に関連して断面が矩形のキャビンサイドメンバ（３）が形成される山形状サイドメンバ・鋼閉鎖部分（５ＳＷ）の車両外側となる垂直壁の前方延長部であることを特徴とする請求項１または２に記載のサイドメンバ。
4. フロントサイドメンバ（２ＡＰ）は車両縦方向に直線状に延びてキャビン底に比べて高い位置に配置され、キャビンサイドメンバ（３）の前部領域で上方に湾曲する高さ調整領域が設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のサイドメンバ。
5. アルミニウム板部分および／またはアルミニウム鋳造部分として作られた正面壁（６）と、底・アルミニウム板（４ＡＢ）とに対するサイドメンバ・鋼閉鎖部分（５ＳＷ）の接続はリベット接合と接着によって行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のサイドメンバ。

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