JP6016245B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１本以上の中空部材で構成された左右一対のフロントサイドフレームを備える自動車の車体構造に関する。

２本の中空部材を上下方向に重ねて結合することでフロントサイドフレームを構成し、フロントサイドフレームの後部で、上側の中空部材を上向きに折り曲げてフロントピラーを構成するとともに、下側の中空部材を後方に延長してサイドシルを構成するものが、下記特許文献１により公知である。

また２本の中空部材を前後方向中間部で９０°捩じった状態で結合することで、前部において上下２段に重なって後部において左右２段に重なるフロントサイドフレームを構成するものが、下記特許文献２により公知である。

米国特許第４９８６５９７号明細書 ＷＯ２０１２／１２０９６７Ａ１

ところで、上記特許文献１、２に記載されているように、一定断面を有する２本の中空部材を所定形状に結合することで、安価でありながら衝突時の衝撃吸収性能に優れたフロントサイドフレームを得ることができる。

しかしながら、自動車がサイドスリップしてサイドシルがポールや立ち木等に側面衝突したような場合、その側面衝突の衝突荷重をフロントサイドフレームやフロアフレームに効率的に伝達することができないと、サイドシルが車幅方向内側に大きく変形して車室空間が狭められてしまい、充分な耐側面衝突性能が得られなくなる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、自動車のサイドシルに入力する側面衝突の衝突荷重をフロントサイドフレームやフロアフレームに効率的に伝達して耐側面衝突性能を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、少なくとも１本以上の中空部材で構成された左右一対のフロントサイドフレームを備える自動車の車体構造であって、前記左右一対のフロントサイドフレームの後部間を車幅方向に接続するクロスメンバと、前記左右一対のフロントサイドフレームの後方において前後方向に配置された左右一対のフロアフレームと、前記左右一対のフロントサイドフレームの後端を前記左右一対のフロアフレームの前端に接続する左右一対の連結部材と、車体側部に沿って前後方向に配置された左右一対のサイドシルと、前記左右一対の連結部材を前記左右一対のサイドシルに接続する左右一対のアウトリガーとを備え、前記フロントサイドフレームおよび前記フロアフレームは前記連結部材上に変曲点を有して平面視でＳ字状に湾曲しており、前記アウトリガーは前記変曲点よりも後方で前記連結部材を介して前記フロアフレームに接続されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記連結部材はＵ字状断面の下部ブラケットと、前記下部ブラケットの上面に結合される板状の上部ブラケットとからなり、前記下部ブラケットは、前記フロントサイドフレームの後端の下壁および左右の側壁と、前記フロアフレームの前端の下壁および左右の側壁と、前記アウトリガーの車幅方向内端とを接続し、前記上部ブラケットは、前記フロントサイドフレームの後端の上壁と、前記フロアフレームの前端の上壁とを接続することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記左右一対のサイドシルを接続する一定断面を有するフロアクロスメンバを備え、前記フロアクロスメンバの前面に一定断面を有する前記フロアフレームの後端を直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケットおよび下部ブラケットで補強したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３のの構成に加えて、前記フロアクロスメンバを前記サイドシルに直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケットおよび下部ブラケットで補強したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記アウトリガーを前記フロントサイドフレームの後部の直線部あるいは前記フロアフレームの前部の直線部に配置したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記クロスメンバの車幅方向中央部はフロアトンネルを補強するフロアトンネル補強パネルの前部で構成され、前記フロアトンネル補強パネルの後部は前記フロアクロスメンバに上部ブラケットおよび下部ブラケットを介して接続されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態の第２クロスメンバ１７は本発明のクロスメンバに対応し、実施の形態の第３クロスメンバ１８は本発明のフロアクロスメンバに対応し、実施の形態の下部ブラケット４１および上部ブラケット４２は本発明の連結部材に対応する。

請求項１の構成によれば、自動車の車体は、少なくとも１本以上の中空部材で構成された左右一対のフロントサイドフレームを備える。また左右一対のフロントサイドフレームの後部間を車幅方向に接続するクロスメンバと、左右一対のフロントサイドフレームの後方において前後方向に配置された左右一対のフロアフレームと、左右一対のフロントサイドフレームの後端を左右一対のフロアフレームの前端に接続する左右一対の連結部材と、車体側部に沿って前後方向に配置された左右一対のサイドシルと、左右一対の連結部材を左右一対のサイドシルに接続する左右一対のアウトリガーとを備えるので、サイドシルに側面衝突の衝突荷重が入力したときに、その衝突荷重をアウトリガーから連結部材を介してフロントサイドフレーム、フロアフレームおよびクロスメンバに分散することが可能になり、耐側面衝突性能が向上する。

しかもフロントサイドフレームおよびフロアフレームは連結部材上に変曲点を有して平面視でＳ字状に湾曲しており、アウトリガーは変曲点よりも後方で連結部材を介してフロアフレームに接続されるので、フロントサイドフレームの前端に前面衝突の衝突荷重が入力して変曲点の付近に大きな曲げモーメントが作用しても、曲げモーメントによる連結部材の折れ曲がりを抑制し、フロントサイドフレームおよびフロアフレームを薄肉化して軽量化を図りながら耐前面衝突性能を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、連結部材はＵ字状断面の下部ブラケットと、下部ブラケットの上面に接続される板状の上部ブラケットとからなり、下部ブラケットは、フロントサイドフレームの後端の下壁および左右の側壁と、フロアフレームの前端の下壁および左右の側壁と、アウトリガーの車幅方向内端とを接続し、上部ブラケットは、フロントサイドフレームの後端の上壁と、フロアフレームの前端の上壁とを接続するので、下部ブラケットにフロントサイドフレームの後端およびアウトリガーの車幅方向内端を予め接続しておき、予めフロアフレームの前端を接続した上部ブラケットを下部ブラケットの上面に結合することで、連結部材の周辺の組み立てが容易になる。

また請求項３の構成によれば、左右一対のサイドシルを接続する一定断面を有するフロアクロスメンバを備え、フロアクロスメンバの前面に一定断面を有するフロアフレームの後端を直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケットおよび下部ブラケットで補強したので、フロアクロスメンバおよびフロアフレームの接続部を効果的に補強して車体フロアの強度を一層高めることができる。

また請求項４の構成によれば、フロアクロスメンバをサイドシルに直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケットおよび下部ブラケットで補強したので、フロアクロスメンバおよびサイドシルの接続部を効果的に補強して車体フロアの強度を一層高めることができる。

また請求項５の構成によれば、アウトリガーをフロントサイドフレームの後部の直線部あるいはフロアフレームの前部の直線部に配置したので、フロントサイドフレームおよびフロアフレームが連結部材で連結される位置に湾曲部が存在していても、その前方あるいは後方の前記直線部をアウトリガーで補強することで、フロントサイドフレームに前面衝突の衝突荷重が入力したときに、特別の補強を施すことなく前記湾曲部の変形を効果的に阻止することができる。

また請求項６の構成によれば、クロスメンバの車幅方向中央部はフロアトンネルを補強するフロアトンネル補強パネルの前部で構成され、フロアトンネル補強パネルの後部はフロアクロスメンバに上部ブラケットおよび下部ブラケットを介して接続されるので、車体フロアの強度を一層高めることができる。

自動車の車体フレームの前部下面図。（第１の実施の形態） 図１の２方向拡大矢視図。（第１の実施の形態） 図２に対応する組み立て手順の説明図。（第１の実施の形態） 図１の４方向拡大矢視図。（第１の実施の形態） 図４の５−５線断面図（第１の実施の形態） 図５に対応する分解斜視図。（第１の実施の形態） 図１に対応する図。（第２、第３の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図６に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）、上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１に示すように、自動車の車体フレームは、車体前部に前後方向に配置された左右一対のフロントサイドフレーム１１，１１と、左右のフロントサイドフレーム１１，１１の後端に接続されて後方に延びる左右一対のフロアフレーム１２，１２と、左右のフロアフレーム１２，１２の車幅方向外側において前後方向に配置された左右一対のサイドシル１３，１３とを備える。

左右のフロントサイドフレーム１１，１１の前後方向中間部間は車幅方向に延びる第１クロスメンバ１６により接続され、左右のフロントサイドフレーム１１，１１の後部間は車幅方向に延びる第２クロスメンバ１７により接続され、左右のサイドシル１３，１３の前後方向中間部間および左右のフロアフレーム１２，１２の後端間は車幅方向に延びる第３クロスメンバ１８，１８により接続される。前記第２クロスメンバ１７は、第３クロスメンバ１８の車幅方向中間部から前方に延びる板材よりなるフロアトンネル補強パネル２２の前部２２ａと、それを左右のサイドシル１３，１３の前部に接続する左右一対の板材よりなるブラケット２３，２３とにより構成される。

左右のサイドシル１３，１３の前端から図示せぬ左右一対のＡピラー（フロントピラー）ロアが起立し、左右のサイドシル１３，１３の前後方向中間部から左右一対のＢピラー（センターピラー）２５，２５が起立する。

図１および図２から明らかなように、フロントサイドフレーム１１は車体前後方向に延びる鋼管よりなる四角形の一定閉断面を有する中空部材であり、フロントサイドフレーム１１の後方に接続されるフロアフレーム１２も鋼管よりなる四角形の一定閉断面を有する中空部材である。またサイドシル１３は、鋼板よりなるサイドシルインナ１３Ａおよびサイドシルアウタ１３Ｂを上下のフランジで結合して前後方向に一定断面を有する中空閉断面に構成される。

フロントサイドフレーム１１の後端とフロアフレーム１２の前端とが、断面がＵ字状（より具体的には深い逆ハット状）の下部ブラケット４１と、断面が平板状（より具体的には浅い逆ハット状）の上部ブラケット４２とにより結合される。フロントサイドフレーム１１の後端部は、その下壁１１ａおよび一対の側壁１１ｂ，１１ｃが下部ブラケット４１の前部に嵌合して溶接され、フロアフレーム１２の前端部は、その下壁１２ａおよび一対の側壁１２ｂ，１２ｃが下部ブラケット４１の後部に嵌合して溶接される。そして下部ブラケット４１の上面開口部に上方から嵌合する上部ブラケット４２が、フロントサイドフレーム１１の上壁１１ｄおよびフロアフレーム１２の上壁１２ｄに溶接されるとともに、下部ブラケット４１に溶接される。

また四角形の一定閉断面を有するアウトリガー４３の車幅方向内端の下面および両側面に側部ブラケット４４が溶接されており、その側部ブラケット４４が下部ブラケット４１の車幅方向外側の側壁４１ａおよび下壁４１ｂに溶接される。更に、車幅方向に直線状に延びる鋼管からなるアウトリガー４３の車幅方向外端に４個の接合フランジ４５，４６，４７，４８が溶接されており、それら４個の接合フランジ４５，４６，４７，４８がサイドシル１３の側壁１３ａおよび下壁１３ｂに溶接される。

上記した構造により、前後方向に延びるフロントサイドフレーム１１の後端と、前後方向に延びるフロアフレーム１２の前端との接続部が、車幅方向に延びるアウトリガー４３によってサイドシル１３に接続される。

この部分の組み立て順序は、図３に示すように、先ずフロントサイドフレーム１１の後部に溶接した下部ブラケット４１に側部ブラケット４４を介してアウトリガー４３を溶接するとともに、フロアフレーム１２の前端に上部ブラケット４２を溶接する。そしてフロアフレーム１２の前端を上方から下部ブラケット４１に嵌合し、上部ブラケット４２を下部ブラケット４１の上面に重ね合わせて溶接する。

図１および図４〜図６から明らかなように、直線状の鋼管からなる四角形の一定断面を有する第３クロスメンバ１８，１８は車幅方向に２分割されており、各第３クロスメンバ１８の車幅方向外端は、その前壁１８ａに溶接された下部ブラケット４９と、その上壁１８ｂに溶接された上部ブラケット５０と、その後壁１８ｃに溶接された下部ブラケット５１とを介して、サイドシルインナ１３Ａの側壁１３ａに溶接される。下部ブラケット４９、上部ブラケット５０および下部ブラケット５１は、第３クロスメンバ１８およびサイドシル１３間の角部を三角形状に接続し、筋交いとしての補強機能を発揮する。またフロアフレーム１２の後端は、フロアフレーム１２の上壁１２ｄに溶接した上部ブラケット５２と、フロアフレーム１２の側壁１２ｂに溶接した下部ブラケット５３とを介して、第３クロスメンバ１８の前壁１８ａに溶接される。上部ブラケット５２および下部ブラケット５３は、第３クロスメンバ１８およびフロアフレーム１２間の角部を三角形状に接続し、筋交いとしての補強機能を発揮する。

また一対の第３クロスメンバ１８，１８の相互に対向する端部は、上部ブラケット５４および下部ブラケット５５により車幅方向に接続されるとともに、板状のフロアトンネル補強パネル２２の後部が上部ブラケット５２および下部ブラケット５３間に上下から挟まれて溶接される。そして上向きに凸に湾曲する下部ブラケット５５の下面が、車幅方向に延びるトンネルブレース５６によって架橋されて補強される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

車両がサイドスリップして車体側面がポールや立ち木に側面衝突したような場合、サイドシル１３に入力した衝突荷重は、サイドシル１３から接合フランジ４５〜４８を介してアウトリガー４３に伝達され、アウトリガー４３から側部ブラケット４４、下部ブラケット４１および上部ブラケット４２を介してフロントサイドフレーム１１およびフロアフレーム１２に分散され、フロントサイドフレーム１１から第２クロスメンバ１７（ブラケット２３）に分散される。これにより、サイドシル１３が車幅方向内側に変形することが抑制され、車室容積が確保されて耐側面衝突性能が向上する。尚、第２クロスメンバ１７は図示せぬフロアパネルと閉断面を構成して強度・剛性が高められる。

またフロントサイドフレーム１１の後端およびフロアフレーム１２の前端は下部ブラケット４１および上部ブラケット４２を介して接続され、下部ブラケット４１は側部ブラケット４４を介してアウトリガー４３の車幅方向内端に接続されるため、その接続部に多数の部材が集合して組み立て性が低下する懸念がある。しかしながら、本実施の形態によれば、フロントサイドフレーム１１の後部に溶接した下部ブラケット４１に側部ブラケット４４を介してアウトリガー４３が溶接したサブアセンブリと、フロアフレーム１２の前端に上部ブラケット４２を溶接したサブアセンブリとを用意しておき、フロアフレーム１２の前端を上方から下部ブラケット４１に嵌合し、上部ブラケット４２を下部ブラケット４１の上面に重ね合わせて溶接することで組み立て性が向上する（図３参照）。

また側面衝突の衝突荷重はサイドシル１３から第３クロスメンバ１８に伝達されるが、サイドシル１３および第３クロスメンバ１８の接続部を筋交い機能を有する上部ブラケット５０および下部ブラケット４９，５１で補強したので、その接続部を効果的に補強して車体フロアの強度を一層高めることができる。

また左右一対のサイドシル１３，１３を接続する第３クロスメンバ１８，１８を備え、フロアクロスメンバ１８の前面にフロアフレーム１２の後端を直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケット５２および下部ブラケット５３で補強したので、第３クロスメンバ１８およびフロアフレーム１２の接続部を効果的に補強して前面衝突に対する車体フロアの強度を一層高めることができる。

また第２クロスメンバ１７の車幅方向中央部はフロアトンネルを補強するフロアトンネル補強パネル２２の前部２２ａで構成され（図１参照）、フロアトンネル補強パネル２２の後部は第３クロスメンバ１８，１８に上部ブラケット５２および下部ブラケット５３を介して接続されるので、車体フロアの強度・剛性を一層高めることができる。

第２および第３の実施の形態

次に、図７に基づいて本発明の第２、第３の実施の形態を説明する。

前面衝突の衝突荷重はフロントサイドフレーム１１から下部ブラケット４１および上部ブラケット４２を介してフロアフレーム１２に伝達されるが、フロントサイドフレーム１１およびフロアフレーム１２は下部ブラケット４１および上部ブラケット４２の位置で、平面視でＳ字状に湾曲している。

上述した第１の実施の形態では、前記Ｓ字状に湾曲する部分（変曲点Ｐの位置）でアウトリガー４３が下部ブラケット４１に側部ブラケット４４を介して接続されているが（図１参照）、第２、第３の実施の形態では、その接続部が第１の実施の形態に比べて前後にずれている。

即ち、第２の実施の形態では、図７に実線で示すように、アウトリガー４３の車幅方向内端が、変曲点Ｐよりも前方に位置するフロントサイドフレーム１１の後端の直線部に側部ブラケット４４を介して接続される。一方、第３の実施の形態では、図７に鎖線で示すように、アウトリガー４３の車幅方向内端が、変曲点Ｐよりも後方に位置するフロアフレーム１２の前端の直線部に側部ブラケット４４を介して接続される。

フロントサイドフレーム１１の前端に前面衝突の衝突荷重が入力すると、フロントサイドフレーム１１およびフロアフレーム１２の接続部の変曲点Ｐの付近に大きな曲げモーメントが作用するが、変曲点Ｐの前方に位置するフロントサイドフレーム１１の後端の直線部、あるいは変曲点Ｐの後方に位置するフロアフレーム１２の前端の直線部をアウトリガー４３を介してサイドシル１３に接続することで、前記曲げモーメントによる前記接続部の折れ曲がりを抑制することができ、フロントサイドフレーム１１およびフロアフレーム１２を薄肉化して軽量化を図りながら耐前面衝突性能を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では本発明の連結部材を下部ブラケット４１および上部ブラケット４２で構成しているが、連結部材の構成は任意である。

また実施の形態ではフロントサイドフレーム１１が１本の中空部材で構成されているが、それを複数本の中空部材を結合して構成しても良い。

１１ フロントサイドフレーム
１１ａ 下壁
１１ｂ 側壁
１１ｃ 側壁
１１ｄ 上壁
１２ フロアフレーム
１２ａ 下壁
１２ｂ 側壁
１２ｃ 側壁
１２ｄ 上壁
１３ サイドシル
１７ 第２クロスメンバ（クロスメンバ）
１８ 第３クロスメンバ（フロアクロスメンバ）
２２ フロアトンネル補強パネル
２２ａ 前部
４１ 下部ブラケット（連結部材）
４２ 上部ブラケット（連結部材）
４３ アウトリガー
４９ 下部ブラケット
５０ 上部ブラケット
５１ 下部ブラケット
５２ 上部ブラケット
５３ 下部ブラケット
５４ 上部ブラケット
５５ 下部ブラケット
Ｐ 変曲点

Claims (6)

1. 少なくとも１本以上の中空部材で構成された左右一対のフロントサイドフレーム（１１
   ）を備える自動車の車体構造であって、
   前記左右一対のフロントサイドフレーム（１１）の後部間を車幅方向に接続するクロスメンバ（１７）と、前記左右一対のフロントサイドフレーム（１１）の後方において前後方向に配置された左右一対のフロアフレーム（１２）と、前記左右一対のフロントサイドフレーム（１１）の後端を前記左右一対のフロアフレーム（１２）の前端に接続する左右一対の連結部材（４１，４２）と、車体側部に沿って前後方向に配置された左右一対のサイドシル（１３）と、前記左右一対の連結部材（４１，４２）を前記左右一対のサイドシル（１３）に接続する左右一対のアウトリガー（４３）とを備え、前記フロントサイドフレーム（１１）および前記フロアフレーム（１２）は前記連結部材（４１，４２）上に変曲点（Ｐ）を有して平面視でＳ字状に湾曲しており、前記アウトリガー（４３）は前記変曲点（Ｐ）よりも後方で前記連結部材（４１，４２）を介して前記フロアフレーム（１２）に接続されることを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記連結部材（４１，４２）はＵ字状断面の下部ブラケット（４１）と、前記下部ブラケット（４１）の上面に結合される板状の上部ブラケット（４２）とからなり、
   前記下部ブラケット（４１）は、前記フロントサイドフレーム（１１）の後端の下壁（１１ａ）および左右の側壁（１１ｂ，１１ｃ）と、前記フロアフレーム（１２）の前端の下壁（１２ａ）および左右の側壁（１２ｂ，１２ｃ）と、前記アウトリガー（４３）の車幅方向内端とを接続し、前記上部ブラケット（４２）は、前記フロントサイドフレーム（１１）の後端の上壁（１１ｄ）と、前記フロアフレーム（１２）の前端の上壁（１２ｄ）とを接続することを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。
3. 前記左右一対のサイドシル（１３）を接続する一定断面を有するフロアクロスメンバ（１８）を備え、前記フロアクロスメンバ（１８）の前面に一定断面を有する前記フロアフレーム（１２）の後端を直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケット（５２）および下部ブラケット（５３）で補強したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記フロアクロスメンバ（１８）を前記サイドシル（１３）に直接接続し、その接続部を筋交い機能を有する上部ブラケット（５０）および下部ブラケット（４９，５１）で補強したことを特徴とする、請求項３に記載の自動車の車体構造。
5. 前記アウトリガー（４３）を前記フロントサイドフレーム（１１）の後部の直線部あるいは前記フロアフレーム（１２）の前部の直線部に配置したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車の車体構造。
6. 前記クロスメンバ（１７）の車幅方向中央部はフロアトンネルを補強するフロアトンネル補強パネル（２２）の前部（２２ａ）で構成され、前記フロアトンネル補強パネル（２２）の後部は前記フロアクロスメンバ（１８）に上部ブラケット（５４）および下部ブラケット（５５）を介して接続されることを特徴とする、請求項３に記載の自動車の車体構造。
   

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