JP7715833B2 - 車体 - Google Patents

Description

本発明は、車両の側面衝突時の対応性能を向上させることができる車体に関する。

車両の側面から入る衝撃から保護するために、車体はサイドシルとクロスメンバを含んでいる。クロスメンバのうち、例えば、シートクロスメンバは座席のフレームを固定するための部材であるが、側面から入る衝突荷重を支持する役割も果たすことができる。

電気自動車などのように大容量バッテリを搭載した場合には、フロアの下の空間をできるだけ広く確保する必要があるが、このようにすると衝突エネルギーを吸収することができる部材の設置空間が不足して側面衝突に脆弱になる。

これを解決するために、サイドシルの内部に追加的に補強材を導入してエネルギー吸収能を向上させるとともにクロスメンバを強化することでサイドシルの室内流入量を最大限抑制している。

したがって、サイドシルと、このサイドシルに連結されるクロスメンバの強化された連結構造を確保することが要求される。特に、例えば７８０ＭＰａ以上の超高強度鋼を適用する時、クロスメンバとサイドシルとの連結構造は、低い成形性により形状が非常に制限的である。

特開平１１－２０８５２０号公報

本発明は、サイドシルとクロスメンバとの連結構造を改善して、車両の側面衝突時に、乗客空間とバッテリ空間への衝突荷重の浸透を最小化することができる車体を提供することにその目的がある。

本発明の一実施例による車体は、車両の長さ方向に沿って延びるサイドシル；及び車両の幅方向に沿って延び、端部が上記サイドシルと結合したクロスメンバを含み、上記サイドシルは、インナーパネル；上記インナーパネルに結合したアウターパネル；及び上記インナーパネルと上記アウターパネルとの間に配置された補強材を含み、上記インナーパネルは、車両の内側から外側に傾斜が高くなるように形成された傾斜面を含み、上記クロスメンバの端部は、上記傾斜面に対応して傾斜するように形成されて上記傾斜面の外面に結合され、上記補強材の一側端部は上記傾斜面の内面に結合することができる。

本発明によると、車両の側面衝突時にサイドシルとその内部の補強材によりエネルギーを吸収し、補強材を介してクロスメンバに荷重を直接的に伝達することができ、乗客空間とバッテリ空間に衝突荷重の浸透を最小化することができる。

また、本発明によると、サイドシルとクロスメンバとの間の連結構造を強化させ、車両の側面衝突時にクロスメンバが高い荷重を受けて支持することができ、その結果、車体の剛性を高める効果が得られる。

さらに、本発明によると、例えば７８０ＭＰａ以上の超高強度鋼でクロスメンバを製造する際に、端部の傾斜した形状により端部のフランジが切欠きなしで成形されることができ、車体の重さを減少させることができるという利点がある。

本発明の一実施例による車体を示した斜視図である。 図１のＡ部分を拡大して示した断面図である。 図１に示したクロスメンバを拡大して示した斜視図である。 （ａ）は図３のＡ－Ａ’線に沿った断面図、（ｂ）はＢ－Ｂ’線に沿った断面図、（ｃ）はＣ－Ｃ’線に沿った断面図である。

本発明は、サイドシルとクロスメンバそしてサイドシルの内部にある補強材の有機的な連結関係を提案し、車両の側面から入る衝突荷重を効率的に支持するだけでなく、連結剛性を高めて軽量化することができる車体を提供できるようになる。

以下、本発明を例示的な図面を介して詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加する際には、同一の構成要素については、他の図面上に表示されても可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意する必要がある。

以下の説明において、方向に関連して使用される用語「前方」、「側方」、「後方」、「前」、「後」、「上」、「下」、「左右」、「インナー（ｉｎｎｅｒ）」、「アウター（ｏｕｔｅｒ）」、「内側」、「外側」などは、車両または車体を基準として定義したものである。

本明細書において、車両は、人または動物、物などのような被輸送体を出発地から目的地に移動させる様々な車両を意味する。このような車両は、道路や路線を走行する車両のみに限定されない。

図１は、本発明の一実施例による車体を示した斜視図であり、図２は、図１のＡ部分を拡大して示した断面図であり、図３は、図１に示したクロスメンバを拡大して示した斜視図である。

車体の骨格構造は、車両の長さ方向Ｘに延びて車体の側面を構成するサイドメンバと、車両の幅方向Ｙに延びて両側サイドメンバに結合される複数のクロスメンバから構成されることができる。

複数のクロスメンバは、車体の前方端から後方端に至るまで互いに間隔を挟んでサイドメンバに結合され、複数のクロスメンバ２のうち、例えば、シートクロスメンバは座席のフレームを固定するために用いられることができる。

サイドメンバは、側面衝突時に乗客空間を保護し、車両側面の外形をなすサイドシル１を含むことができる。

このように車体は、車両の長さ方向Ｘと幅方向Ｙに対して複数のメンバが交差して結合されている形態である。交差するメンバ間の連結剛性によって、衝突時に伝達されるエネルギーが車体全体に均等に伝達されて分散されたり、逆に破断されて衝突エネルギーの集中とともに深刻な変形及び破損により乗客に大きな負傷を受けることもある。

これによって、交差するメンバ間の連結剛性は、車体の全体的な剛性および乗客の安全を確保する上で非常に重要な要素となる。

例えば、車体の中央にはバッテリケース（図示せず）が装着されることができる。このために、車体にはバッテリケースが装着されるバッテリ空間が設けられることができる。バッテリケースは、充放電が可能な複数のバッテリセルを含むことができる。

バッテリケースの上には、乗客が搭乗する乗客空間を区画するフロアパネル３が設けられることができる。例えば、シートクロスメンバなどの複数のクロスメンバ２はフロアパネルに固定されることができる。

図１～図２に示したように、本発明の一実施例による車体は、サイドシル１とクロスメンバ２を含むことができる。

サイドシル１は、車体の左右両側下部において車両の長さ方向Ｘに沿って延びるように形成されて配置されることができる。

例えば、サイドシル１は、インナーパネル１０とアウターパネル２０を含むことができ、サイドシルは、その下端部または上端部でインナーパネルとアウターパネルが互いに溶接されることで一体に結合されることができる。フロアパネル３にインナーパネルを結合することで、サイドシルが車体に設けられることができる。

サイドシル１は、例えば、鋼材などの金属材質で作られることができ、プレスを用いたフォーミングやベンディング、ロールフォーミング、またはこれらの組み合わせなどによって成形されることができる。

サイドシル１は、サイドシルを形成する板材の材質と、この材質が有する強度または厚さの調整によってサイドシルの衝突性能を確保することができる。例えば、７８０ＭＰａ以上の超高強度鋼を採用することで、サイドシルの軽量化のための最適な組み合わせが行われることができる。

より具体的には、サイドシル１は、本出願人が生産する厚さ１．４ｍｍ～１．６ｍｍ程度の１４７０ ＭＡＲＴ（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ）鋼または１４７０ ＨＰＦ（Ｈｏｔ Ｐｒｅｓｓ Ｆｏｒｍｉｎｇ）鋼などの板材で作られることができる。

ここで、１４７０ ＭＡＲＴ鋼は１，４７０ＭＰａ以上の引張強度および１，０５０ＭＰａ以上の降伏強度を有し、衝突安全性を向上させた鋼種であり、１４７０ ＨＰＦ鋼は１，４７０ＭＰａ以上の引張強度を得ながら、同時に部品の形態を自由に作り出せる鋼種である。

インナーパネル１０は、内側から外側に傾斜が高くなるように形成された傾斜面１１を含むことができる。傾斜面は、インナーパネルの半分の高さよりも高い位置に形成されることができる。このような傾斜面は、車両の高さ方向Ｚに延びる垂直線Ｖに対して約８～２０度間の角度θで傾斜することができる。

さらに、インナーパネル１０は、内側から外側に延びて折り曲げられた段差部１２を含むことができる。段差部は、インナーパネルの半分の高さよりも低い位置に形成されることができる。

サイドシル１は、車両の前方、後方および側方衝突の対応に重要な車体構造体として作用する。選択的に、サイドシルの内部が空になると、各種衝突条件において座屈が発生しやすくなるため、サイドシルの内部に様々な形態の補強手段が補完されることができる。

本発明の一実施例による車体のサイドシル１は、インナーパネル１０とアウターパネル２０との間に配置された補強材３０を含むことができる。例えば、補強材は、単一板材が折り曲げられて形成されることができる。

所定の長さに延びた後に折り曲げられる方式を繰り返して所望の数の平坦面が形成されてから、板材の両端は、フランジを形成することができるように時計回りまたは反時計回りにそれぞれ折り曲げられることができる。

補強材３０の一側端部、すなわち上部フランジは、インナーパネル１０に形成された傾斜面１１の内面に結合することができる。上部フランジは、傾斜面の内面にスポット溶接、レーザ溶接、二酸化炭素などを用いたアーク溶接などの溶接で結合されることができる。

補強材３０の他側端部、すなわち下部フランジはインナーパネル１０の内面に結合することができる。下部フランジは、インナーパネルの内面にスポット溶接、レーザ溶接、二酸化炭素などを用いたアーク溶接などの溶接で結合されることができる。

インナーパネル１０またはアウターパネル２０と接触する補強材３０の残りの平坦面は、接着剤または溶接などによって固定されることができる。

補強材３０は、例えば鋼材などの金属材質で作られることができ、プレスを用いたフォーミングやベンディング、ロールフォーミング、またはこれらの組み合わせなどによって成形されることができる。

補強材３０は、本出願人が生産する厚さ０．９ｍｍ～１．１ｍｍ程度の１１８０ ＴＲＩＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）鋼などの板材で作られることができる。

ここで、１１８０ ＴＲＩＰ鋼は、１１８０ＭＰａ以上の引張強度および８５０ＭＰａ以上の降伏強度を保証しながら伸び率が向上した鋼種である。

補強材３０は、インナーパネル１０に結合する第１補強部材３１と、アウターパネル２０に結合する第２補強部材３２を含むことができる。図２に示されたように、第１補強部材と第２補強部材は、それぞれ単一板材が曲がりくねるように折り曲げられて形成されることができる。

所定の長さに延びた後に折り曲げられる方式を繰り返して所望の数の平坦面が形成されてから、板材の両端は、フランジを形成することができるように時計回りまたは反時計回りにそれぞれ折り曲げられることができる。

第１補強部材３１と第２補強部材３２は、車両の長さ方向Ｘにサイドシル１の内部をほぼ埋める程度の長さを有することができる。

第１補強部材３１と第２補強部材３２が複数回折り曲げられた形状を有することで、サイドシル１の側方に作用する衝突エネルギーだけでなく、前後方で作用する衝突エネルギーに対する剛性も確保できるようになる。

第１補強部材３１と第２補強部材３２は、部分的に互いに当接して固定されることができる。このために、第１補強部材と第２補強部材は、インナーパネル１０とアウターパネル２０との間の空間を両分することができる車両の幅方向Ｙへの長さを有することができる。

また、第１補強部材３１と第２補強部材３２が互いに当接する接触面は、相互間の衝突荷重を正確に伝達して対応できるように車両の高さ方向Ｚに延びた垂直線Ｖに平行に延びて位置することができる。

第１補強部材３１の平坦面Ｐ１とフランジＦは、スポット溶接、レーザ溶接、二酸化炭素等を用いたアーク溶接などの溶接によってインナーパネル１０に結合されることができる。これにより、平坦面Ｐ１とフランジには溶接部が形成されることができる。

第１補強部材３１の一側端部、すなわち上部フランジＦがインナーパネル１０に形成された傾斜面１１の内面に結合することができる。

第１補強部材３１の他側端部、すなわち下部フランジＦはインナーパネル１０の内面に結合することができる。

第２補強部材３２の平坦面Ｐ２とフランジＦは、スポット溶接、レーザ溶接、二酸化炭素等を用いたアーク溶接などの溶接によりアウターパネル２０に結合されることができる。これにより、平坦面Ｐ２とフランジには溶接部が形成されることができる。

また、第１補強部材３１と第２補強部材３２が互いに当接するとき、第１補強部材の平坦面Ｐ３と第２補強部材の平坦面Ｐ４との間には接着剤が介在して互いに接合されることで接着部を形成することができる。

また、第２補強部材３２の平坦面Ｐ５は、インナーパネル１０の段差部１２で車両の高さ方向Ｚに延びる壁面に固定されることができる。このために、第２補強部材の平坦面Ｐ５と段差部の壁面との間には接着剤が介在して互いに接合されることができる。

このように構成されて配置された補強材は、サイドシル１のアウターパネル２０が受けた衝突荷重をインナーパネル１０に、続いてクロスメンバ２に正確に伝達することができる。

クロスメンバ２は、車両の幅方向Ｙに延びて両側サイドシル１を連結するように形成されて配置されることができる。

クロスメンバ２は、サイドシル１の一側面に結合されることができる。より具体的には、クロスメンバの端部は、サイドシルのインナーパネル１０が有する傾斜面１１に対応して傾斜するように形成されて傾斜面の外面に結合されることができる。

クロスメンバ２の長さ部の両端に位置した両側端部には、第１フランジ面４１が切欠きなしで形成されることができる。

もし、切欠きを第１フランジ面に適用すると、サイドシル１に接触して溶接される第１フランジ面が小さくなるため、クロスメンバ２に伝達される荷重も比較的小さくなるという欠点がある。したがって、第１フランジ面４１が切欠きなしで形成されることがはるかに好ましい。

第１フランジ面４１は、サイドシル１のインナーパネル１０が有する傾斜面１１に対応して傾斜することができる。第１フランジ面は、インナーパネルが有する傾斜面の外面に、スポット溶接、レーザ溶接、二酸化炭素などを用いたアーク溶接などの溶接で結合されることができる。

クロスメンバ２は、例えば内部が空いている中空部を有し、四角形以上の多角形の断面形状を有する管状部材で提供されることができるが、必ずしもこれに限定されず、開放断面を有するように折り曲げられるか、湾曲した断面形状を有する単一板材からなる部材、または２つ以上の板材を接合した部材で形成されることができる。

図３および図４に示されたように、本発明の一実施例による車体のクロスメンバ２の断面は、車両の高さ方向Ｚに延びた一対の壁面４３と、これら壁面の一端を連結する連結面４４を含むことができる。また、壁面の他端は折り曲げられてクロスメンバをフロアパネル３に結合するための第２フランジ面４２を形成することができる。これにより、クロスメンバは帽子状の断面形状を有することができる。

クロスメンバ２は１つの板材で形成されることができる。例えば、７８０ＭＰａ級以上の超高強度鋼からなる板材を採用することで、剛性付加に加えて軽量化のための最適な組み合わせが行われることができる。

あるいは、クロスメンバ２は、中間部４５と両側端部４６が互いに異なる材質の板材で作られることができる。

クロスメンバ２の中間部４５は、本出願人が生産する厚さ１．５ｍｍ～１．６ｍｍ程度の１４７０ ＭＡＲＴ鋼などの板材で作られることができる。

クロスメンバ２の両側端部は、本出願人が生産する厚さ１．８ｍｍ～１．９ｍｍ程度の１１８０ ＴＲＩＰ鋼または厚さ１．８ｍｍ～１．９ｍｍ程度の１４７０ ＨＰＦ鋼などの板材で作られることができる。

このように、クロスメンバ２の中間部４５は、両側端部４６が有する強度以上の強度を有することができる。クロスメンバの中間部は、両側端部が有する厚さ以下の厚さを有することができる。

クロスメンバ２の中間部４５は、例えばロールフォーミング等により成形され、両側端部３６は、例えばプレス成形によって形成されることができる。その後に、中間部と両側端部は互いに溶接によって結合されて一体化したクロスメンバを構成することができる。図３において、未説明符号４７は溶接線である。

さらに、クロスメンバ２の連結面４４には、クロスメンバの長さ方向に沿って延びるビード部４８が形成されることができる。ビード部は、凹状のチャンネルで形成されるか、凸状の突出部で形成されることができる。

ビード部４８の深さまたは高さ、換言すると、チャンネルの深さまたは突出部の高さが可変されることができ、クロスメンバ２の端部に向かうにつれてチャンネルの深さが浅くなるか、突出部の高さが低くなることができる。

具体的には、クロスメンバ２の中間部４５において、連結面４４に形成されたビード部４８は一定の深さまたは高さを有する（図４の（ａ）参照）。

クロスメンバ２の端部４６ではビード部４８の深さまたは高さが可変されるが、クロスメンバ２の端部４６で中間部４５から離れるほどチャンネルの深さが浅くなるか、突出部の高さが低くなる（図４の（ｂ）および（ｃ）参照）。

これにより、クロスメンバ２の中間部４５において、連結面４４は略Ｍ字状の断面形状を有することができ、両側端部４６では連結面が徐々に平坦になって単純な帽子状の断面形状を有することができる。

このようにビード部４８が形成されることで、クロスメンバ２の中間部４５はクロスメンバの長さ方向に入る衝突荷重に対する剛性を補強することができるとともに、両側端部４６は連結面４４に屈曲がなくて、端部に切欠きのない第１フランジ面４１に容易に形成できるようになる。

また、上述したように、クロスメンバ２の端部４６および第１フランジ面４１は、インナーパネル１０の傾斜面１１と対応するように、車両の高さ方向Ｚに延びる垂直線Ｖに対して約８～２０度間の角度θで傾斜して形成されることができる。

傾斜面１１の角度θが８度未満であると、クロスメンバ２の端部４６にある第１フランジ面４１を切欠きなしで成形し難く、２０度を超過すると、車両の側面衝突時に衝突荷重をクロスメンバに正確に伝達することができないことはもちろん、補強材３０または第１補強部材３１が衝突荷重を支持することが不利である。

これにより、クロスメンバ２の端部４６は、７８０ＭＰａ以上の超高強度鋼で作られるにも関わらず、切欠きのない連続した第１フランジ面４１を有することができるようになる。

クロスメンバ２の端部４６にある傾斜した第１フランジ面４１とサイドシル１のインナーパネル１０に形成された傾斜面１１は、互いに同一の角度θで傾斜しているため、相互間の接触が完全にマッチングされることができる。

このように、クロスメンバ２の端部４６がサイドシル１のインナーパネル１０に完全に接触及び結合しているため、サイドシルがクロスメンバに衝突荷重を確実に伝達することができるようになる。

このようなクロスメンバ２は、両側サイドシル１と結合された後、車体の反りや曲げ剛性は維持しながら車体の軽量化を可能にする。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。

したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するものではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は以下の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１ サイドシル ２ クロスメンバ
３ フロアパネル １０ インナーパネル
１１ 傾斜面 １２ 段差部
２０ アウターパネル ３０ 補強材
３１ 第１補強部材 ３２ 第２補強部材
４１ 第１フランジ面 ４２ 第２フランジ面
４３ 壁面 ４４ 連結面
４５ 中間部 ４６ 端部
４８ ビード部

Claims (11)

1. 車両の長さ方向に沿って延びるサイドシルと、
   前記車両の幅方向に沿って延び、端部が前記サイドシルと結合したクロスメンバと
   を含み、
   前記サイドシルは、
   インナーパネルと、
   前記インナーパネルに結合したアウターパネルと、
   前記インナーパネルと前記アウターパネルとの間に配置された補強材と
   を含み、
   前記インナーパネルは、前記車両の内側から外側に傾斜が高くなるように形成された傾斜面を含み、
   前記クロスメンバの端部は、前記傾斜面に対応して傾斜するように形成されて前記傾斜面の外面に結合され、
   前記補強材の一側端部は、前記傾斜面の内面に結合され、
   前記クロスメンバの端部と前記補強材の一側端部とは互いに対向し、
   前記補強材は、前記車両の高さ方向及び前記長さ方向に沿って延びた単一板材が、前記長さ方向の軸に沿った時計回りまたは反時計回りに交番して折り曲げられて形成され、
   前記補強材は、
   前記インナーパネルに結合した第１補強部材と、
   前記アウターパネルに結合した第２補強部材と
   を含み、
   前記第１補強部材の一側端部が前記傾斜面の内面に結合し、
   前記第１補強部材と前記第２補強部材は、部分的に互いに当接して固定される、車体。
2. 前記傾斜面は、前記車両の高さ方向に延びる垂直線に対して８～２０度間の角度で傾斜する、請求項１に記載の車体。
3. 前記第１補強部材と前記第２補強部材が互いに当接する接触面は、前記車両の高さ方向に延びる垂直線に平行に延びて位置する、請求項１に記載の車体。
4. 前記クロスメンバの端部は、切欠きなしで形成された第１フランジ面を含む、請求項１に記載の車体。
5. 前記第１フランジ面は、前記傾斜面と同じ角度で傾斜し、前記傾斜面の外面に接触して結合する、請求項４に記載の車体。
6. 前記クロスメンバは、
   前記車両の高さ方向に延びる一対の壁面と、
   前記一対の壁面の一端を連結する連結面と
   を含み、
   壁面の他端は折り曲げられて第２フランジ面が形成される、請求項５に記載の車体。
7. 前記クロスメンバの連結面には、前記クロスメンバの長さ方向に沿って延びて形成されたビード部が配置され、
   前記ビード部は、前記ビード部の深さまたは高さが可変となるように形成される、請求項６に記載の車体。
8. 前記クロスメンバは、中間部と両側端部が互いに異なる材質の板材で作られた後、互いに溶接によって結合される、請求項７に記載の車体。
9. 前記クロスメンバの中間部は、前記両側端部が有する強度以上の強度を有し、前記両側端部が有する厚さ以下の厚さを有する、請求項８に記載の車体。
10. 前記中間部において、前記ビード部は一定の深さまたは高さを有し、
    前記両側端部において、前記中間部から離れるほど、前記ビード部の深さが浅くなるか、又は前記ビード部の高さが低くなる、請求項８に記載の車体。
11. 前記サイドシルと前記クロスメンバは、７８０ＭＰａ以上の超高強度鋼からなる板材で作られる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の車体。