自動車のルーフサイド骨格フレーム
【課題】自動車のルーフサイド骨格フレームの耐荷重性能を高める。
【解決手段】レールアウター部材１７の横断面形状は、上に凸の凸形状部２１に形成されている。レールインナー部材１８の横断面形状は、下に凸の凸形状部２２に形成されている。仮想平面Ｓは、車幅方向Ｈに対する仮想平面Ｓの傾き角度θ１＝２０°でもって傾いている。仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏは、自動車の上方から垂直方向に下降する仮想平面Ｓが最初にルーフサイド骨格フレーム１３に接触（ルーフサイド骨格フレーム１３の横断面形状の外形に接触）する接触点である。矢印Ｑは、仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏに加わる荷重を表し、矢印Ｑの方向は、仮想平面Ｓと直交する直交線Ｔｏの方向である。直交線Ｔｏは、面積重心Ｃｏよりも車幅方向Ｈの外側にある。
【解決手段】レールアウター部材１７の横断面形状は、上に凸の凸形状部２１に形成されている。レールインナー部材１８の横断面形状は、下に凸の凸形状部２２に形成されている。仮想平面Ｓは、車幅方向Ｈに対する仮想平面Ｓの傾き角度θ１＝２０°でもって傾いている。仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏは、自動車の上方から垂直方向に下降する仮想平面Ｓが最初にルーフサイド骨格フレーム１３に接触（ルーフサイド骨格フレーム１３の横断面形状の外形に接触）する接触点である。矢印Ｑは、仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏに加わる荷重を表し、矢印Ｑの方向は、仮想平面Ｓと直交する直交線Ｔｏの方向である。直交線Ｔｏは、面積重心Ｃｏよりも車幅方向Ｈの外側にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のルーフサイドレールからフロントピラーに至る自動車のルーフサイド骨格フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車では、乗員が搭乗する車室が、フロントピラーやセンターピラーなど上下に延びる部材、ロッカーやルーフサイドレールなど車両前後に延びる部材、クロスメンバーやルーフセンターリンフォースなど車幅方向に延びる部材、等の骨格をなす部材より形成されている。これらの部材には、例えばルーフサイドレールの一例として特許文献１のようにルーフサイドアウターに対し、ルーフサイドリンフォースの断面形状をできるだけ大きくするような構造が採用され、車両外部より荷重が作用した場合にも、車室内側への変形を抑制できるような強度が与えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７２５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両外部より車体に荷重が加わる一形態として、ロールオーバー（車両の横転）がある。横転時には、横転時の運動エネルギーによる力と、車両の自重とが骨格フレームであるルーフサイドレールに作用する。
【０００５】
横転時の荷重の向きは、車両形状、横転時の運転状態、時間経過により変化するが、その中で、実社会における事故後の車両状態を検証することで車両が変形しやすい条件を想定し、標準的なモデルケースとして、以下のような模擬試験が定められている。
【０００６】
模擬試験は、車両上方より、平板状のデバイスを車両に対して傾斜させるとともに、平板状のデバイスに垂直な直線を軸として車両に向けて降下させ、ルーフサイドレールの耐荷重を計るものである。デバイスの傾斜は、車両正面視で２０°車両外側が下がり、車両側面視で５°車両前方側が下がるように設定されている。
【０００７】
図５に示すように、上記条件下における従来構造では、デバイス平面Ｓとルーフサイドレール１の骨格フレームをなすルーフサイドリンフォース２との接触点に矢印Ｑの荷重（以下においては荷重Ｑと記す）が加わった場合、以下に示す２つのモーメントが発生する。
【０００８】
一つ目のモーメントは、図１（ａ）に示す自動車１０のベルトラインＬ１上のフロントピラー１１の位置１１０と、センターピラー１２の上端の位置１２０とを結ぶ直線Ｌ２を中心とした荷重モーメントＭ２である。通常、車両正面視におけるベルトラインＬ１より上部は、ベルトラインＬ１を底辺とした台形形状となる場合が多い。そのため、直線Ｌ２は、図５においては面積重心Ｃよりも下方で車両外側に位置している。よって、荷重モーメントＭ２は、直線Ｌ２を中心にした右回りのモーメントとなり、ルーフサイドリンフォース２を車内Ｒ側へ付勢する作用をもたらす。
【０００９】
荷重Ｑによって発生する二つ目のモーメントは、ルーフサイドリンフォース２の横断面形状の面積重心Ｃを中心にしたモーメントＭ１である。図５に示す従来構造では、接触点に加わる荷重Ｑの方向が面積重心Ｃに対し車内Ｒ側に向いているため、荷重モーメントＭ１は、右回りのモーメントとなる。
【００１０】
上記の面積重心Ｃを中心にした右回りの荷重モーメントＭ１と、直線Ｌ２を中心にした右回りの荷重モーメントＭ２とによって、ルーフサイドリンフォース２が車内側に倒れこむように変形する。この変形量をより小さな値に留める為には、例えば、ルーフサイドリンフォース２に用いる鋼板の板厚を厚くし、ルーフサイドリンフォース２全体の強度を上げることが考えられる。しかしながら、板厚の増加は、車両の重量増となり、省燃費が求められる近年の社会的要請上、好ましくない。
【００１１】
本発明は、ルーフサイドに配置されるルーフサイド骨格フレームの板厚を厚くすること無く、ルーフサイド骨格フレームの変形を抑制することが出来る構造を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、自動車のルーフサイドレールからフロントピラーに至るルーフサイド骨格フレームを対象とし、請求項１の発明では、自動車の上方から垂直方向に下降する仮想平面を第１仮想平面、前記ルーフサイド骨格フレームを車幅方向に横断する仮想平面を第２仮想平面とし、前記第１仮想平面が前記第２仮想平面内で車幅方向に対して交差する角度θ１を２０°以下、且つ車幅方向の外側へ向かうにつれて低くなるとした場合、前記第２仮想平面内における前記ルーフサイド骨格フレームの横断面形状は、下降する前記第１仮想平面が最初に前記横断面形状の外形に接触する接触点を通り、且つ前記第１仮想平面と直交する方向の直交線が前記横断面形状の面積重心よりも車幅方向の外側にあるように形成された形状である。
【００１３】
前記のように、模擬試験の条件下で、直線Ｌ２を中心にした右回りの荷重モーメントＭ２は、通常の車両の形状ではルーフサイド骨格フレームを車室内側に倒れこむように変形させる力となる。本発明は、面積重心Ｃを中心にした右回りの荷重モーメントＭ１の向きを荷重モーメントＭ２と逆向きになるようにルーフサイド骨格フレームの形状を設定し、両モーメントを相殺することでルーフサイド骨格フレームの変形を抑制する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ルーフサイドに配置されるルーフサイド骨格フレームの板厚を厚くすること無く、自動車のルーフサイド骨格フレームの変形を抑制することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態を示し、（ａ）は、自動車の側面図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】図１（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図４】図１（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図５】従来のルーフサイドレールの横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１（ａ）は、自動車１０の右側面を示すが、自動車１０の左側面におけるルーフサイド骨格フレームは、右側面におけるルーフサイド骨格フレーム１３と同じ構成である。そこで、以下においては、自動車１０の右側面の構成についてのみ説明する。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、フロントピラー１１は、車外側のフロントピラーアウター部材１４と車内Ｒ側のフロントピラーインナー部材１５とを接合して構成されている。センターピラー１２は、ルーフサイド骨格フレーム１３のアウター部材であるセンターピラーアウター部材１２２と、ルーフサイド骨格フレーム１３のインナー部材であるセンターピラーインナー部材１２１とを接合して構成されている。
【００１８】
フロントピラー１１と共にルーフサイド骨格フレーム１３を構成するルーフサイドレール１６は、車外側のレールアウター部材１７と車内Ｒ側のレールインナー部材１８とを接合して構成されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のアウター部材であるレールアウター部材１７とフロントピラーアウター部材１４とは、曲線形状に連結されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のインナー部材であるレールインナー部材１８とフロントピラーインナー部材１５とは、曲線形状に連結されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のアウター部材であるセンターピラーアウター部材１２２は、レールアウター部材１７に接続されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のインナー部材であるセンターピラーインナー部材１２１は、レールインナー部材１８に接続されている。
【００１９】
図３は、フロントピラー１１上部におけるルーフサイドレールとの接合部付近の断面図である。図３に示すように、フロントピラーアウター部材１４の横断面形状は、上に凸の凸形状部１９を有するように形成されている。凸形状部１９は、上壁部１９１と、上壁部１９１の一側縁に接続する平板形状の側壁部１９２と、上壁部１９１の他側縁に接続する平板形状の側壁部１９３とから構成されている。
【００２０】
フロントピラーインナー部材１５の横断面形状は、下に凸の凸形状部２０を有するように形成されている。凸形状部２０は、下壁部２０１と、下壁部２０１の一側縁に接続する側壁部２０２と、下壁部２０１の他側縁に接続する側壁部２０３とから構成されている。上壁部１９１と下壁部２０１とは、両者間に空隙を形成するように対向している。
【００２１】
図３における紙面となる仮想平面ＣＣ〔図１（ｂ）におけるＣ−Ｃ線断面〕上において、凸形状部１９の上壁部１９１と側壁部１９２との接続部１９４の高さ位置は、上壁部１９１と側壁部１９３との接続部１９５の高さ位置よりも下にある。第２仮想平面としての仮想平面ＣＣ上において、接続部１９４の高さ位置は、凸形状部２０の下壁部２０１と側壁部２０３との接続部２０４の高さ位置よりも上にある。仮想平面ＣＣ上において、下壁部２０１と側壁部２０２との接続部２０５の高さ位置は、下壁部２０１と側壁部２０３との接続部２０４の高さ位置よりも下にある。
【００２２】
仮想平面ＣＣ上において、側壁部１９２の基端と接続部１９４とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いており、側壁部１９３の基端と接続部１９５とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いている。仮想平面ＣＣ上において、接続部１９４と接続部２０５との間の距離Ｄ１は、接続部１９５と接続部２０４との間の距離Ｄ２よりも長くしてある。又、側壁部１９２の基端と接続部１９４との間の距離（仮想平面ＣＣ上における側壁部１９２の長さ）Ｄ１１は、側壁部１９３の基端と接続部１９５との間の距離（仮想平面ＣＣ上における側壁部１９３の長さ）Ｄ２１よりも長くしてある。
【００２３】
図２に示すように、レールアウター部材１７の横断面形状は、上に凸の凸形状部２１を有するに形成されている。凸形状部２１は、上壁部２１１と、上壁部２１１の一側縁に接続する平板形状の側壁部２１２と、上壁部２１１の他側縁に接続する平板形状の側壁部２１３とから構成されている。
【００２４】
レールインナー部材１８の横断面形状は、下に凸の凸形状部２２を有するように形成されている。凸形状部２２は、下壁部２２１と、下壁部２２１の一側縁に接続する側壁部２２２と、下壁部２２１の他側縁に接続する側壁部２２３とから構成されている。上壁部２１１と下壁部２２１とは、両者間に空隙を形成するように対向している。
【００２５】
図２における紙面となる仮想平面ＢＢ〔図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面〕上において、凸形状部２１の上壁部２１１と側壁部２１２との接続部２１４の高さ位置は、上壁部２１１と側壁部２１３との接続部２１５の高さ位置よりも下にある。第２仮想平面としての仮想平面ＢＢ上において、接続部２１４の高さ位置は、凸形状部２２の下壁部２２１と側壁部２２３との接続部２２４の高さ位置よりも上にある。仮想平面ＢＢ上において、凸形状部２２の下壁部２２１と側壁部２２２との接続部２２５の高さ位置は、下壁部２０１と側壁部２０３との接続部２２４の高さ位置よりも下にある。
【００２６】
仮想平面ＢＢ上において、側壁部２１２の基端と接続部２１４とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いており、側壁部２１３の基端と接続部２１５とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いている。仮想平面ＢＢ上において、接続部２１４と接続部２２５との間の距離Ｄ３は、接続部２１５と接続部２２４との間の距離Ｄ４よりも長くしてある。又、側壁部２１２の基端と接続部２１４との間の距離（仮想平面ＢＢ上における側壁部２１２の長さ）Ｄ３１は、側壁部２１３の基端と接続部２１５との間の距離（仮想平面ＣＣ上における側壁部２１３の長さ）Ｄ４１よりも長くしてある。
【００２７】
図３に示すように、フロントピラーアウター部材１４は、サイドアウターパネル２３によって被覆されている。
図４に示すように、レールアウター部材１７は、サイドアウターパネル２３によって被覆されており、サイドアウターパネル２３の側縁部にはルーフパネル２４が接続されている。
【００２８】
図３に示すように、仮想平面ＣＣ上において、フロントピラー１１の横断面形状〔合わせられた凸形状部１９，２０の外形〕Ｖの面積重心Ｃ１は、直線Ｌ２の上方にある。
図２に示すように、仮想平面ＢＢ上において、ルーフサイドレール１６の横断面形状〔合わせられた凸形状部２１，２２の外形〕Ｗの面積重心Ｃｏは、直線Ｌ２の上方にある。
【００２９】
図２に示す仮想平面Ｓは、車両が横転したと仮定したときの接地面を表している。自動車１０の上方から垂直方向に下降する第１仮想平面としての仮想平面Ｓは、車内Ｒ側から車外側へ向かう（車幅方向Ｈの外側へ向かう）につれて低くなる。角度θ１は、仮想平面ＢＢ上において車幅方向Ｈに対する仮想平面Ｓの傾き角を表しており、傾き角度θ１は、例えば２０°である。図１（ａ）に示す仮想平面Ｓの角度θ２は、自動車１０の前後方向と上下方向とに平行な垂直面〔図１（ａ）における紙面〕内で車幅方向Ｈに対する傾き角を表している。傾き角度θ２は、例えば５°である。仮想平面Ｓの傾き角度θ１＝２０°及び傾き角度θ２＝５°は、横転模擬試験において一般的に採用される角度である。
【００３０】
図２に示すように、仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏは、自動車１０の上方から垂直方向に下降する仮想平面Ｓが最初にルーフサイド骨格フレーム１３に接触（ルーフサイド骨格フレーム１３の横断面形状の外形に接触）する接触点である。本実施形態では、仮想平面Ｓは、センターピラー１２とルーフサイドレール１６との接続部よりも前側におけるルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗの外形（凸形状部２１と凸形状部２２とによって形成される横断面形状Ｗの外形）に最初に接触する。接触点Ｐｏは、凸形状部２１の接続部２１４上にある。
【００３１】
図２に示す矢印Ｑは、仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏに加わる荷重を表し、矢印Ｑの方向は、仮想平面Ｓと直交する直交線Ｔｏの方向である。以下においては、矢印Ｑの方向の荷重を荷重Ｑと記す。直交線Ｔｏは、面積重心Ｃｏよりも車幅方向Ｈの外側にある。
【００３２】
荷重Ｑは、図１（ａ）に示す自動車１０のベルトラインＬ１上のフロントピラー１１の位置１１０と、センターピラー１２の上端の位置１２０とを結ぶ直線Ｌ２を中心とした荷重モーメントＭ２をもたらす。直線Ｌ２は、図２においては面積重心Ｃｏよりも下方に位置しており、直線Ｌ２を中心にした荷重モーメントＭ２〔図２においては右回りのモーメント〕は、ルーフサイドレール１６を車内Ｒ側へ付勢する作用をもたらす。
【００３３】
又、荷重Ｑは、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗの面積重心Ｃｏを中心にした荷重モーメントＭｏ〔図２においては左回りのモーメント〕をもたらす。この荷重モーメントＭｏは、荷重モーメントＭ２に対抗する。
【００３４】
図３に示すように、仮に、仮想平面Ｓがフロントピラー１１のフロントピラーアウター部材１４に接触したとする。この場合の仮想平面Ｓとフロントピラーアウター部材１４との接触点Ｐ１を通る直交線Ｔ１は、横断面形状Ｖの面積重心Ｃ１よりも車幅方向Ｈの外側にある。
【００３５】
本実施形態では以下の効果が得られる。
（１）面積重心Ｃｏを中心にした荷重モーメントＭｏは、ルーフサイド骨格フレーム１３の一部であるルーフサイドレール１６を車外側へ回転させる作用をもたらす。この作用は、ルーフサイド骨格フレーム１３の一部であるルーフサイドレール１６を車内Ｒ側へ付勢する荷重モーメントＭ２の作用に対抗するため、ルーフサイド骨格フレーム１３の変形が抑制される。
【００３６】
（２）ルーフサイドレール１６の接続部２１４の高さ位置を接続部２２４の高さ位置よりも高くした構成は、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部２１４に最初に接触させる上で、好適である。
【００３７】
（３）傾き角度θ２を５°よりも大きくしてゆくと、仮想平面Ｓが最初に接触する接触対象は、フロントピラー１１になることもある。フロントピラー１１の接続部１９４の高さ位置を接続部２０４の高さ位置よりも高くした構成は、フロントピラー１１の横断面形状Ｖを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部１９４に最初に接触させる上で、好適である。
【００３８】
（４）ルーフサイドレール１６の接続部２１４，２２５間の距離Ｄ３を接続部２１５，２２４間の距離Ｄ４よりも長くした構成は、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部２１４に最初に接触させる上で、好適である。
【００３９】
（５）フロントピラー１１の接続部１９４，２０５間の距離Ｄ１を接続部１９５，２０４間の距離Ｄ２よりも長くした構成は、フロントピラー１１の横断面形状Ｖを強度的に優れた三角形状に近づける上で、好適である。又、仮想平面Ｓが最初にフロントピラー１１に接触する場合には、接続部１９４，２０５間の距離Ｄ１を接続部１９５，２０４間の距離Ｄ２よりも長くした構成は、仮想平面Ｓを接続部１９４に最初に接触させる上で、好適である。
【００４０】
（６）仮想平面ＢＢ上における側壁部２１２の長さＤ３１を仮想平面ＣＣ上における側壁部２１３の長さＤ４１よりも長くした構成は、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部２１４に最初に接触させる上で、好適である。
【００４１】
（７）仮想平面ＣＣ上における側壁部１９２の長さＤ１１を仮想平面ＢＢ上における側壁部１９３の長さＤ２１よりも長くした構成は、フロントピラー１１の横断面形状を強度的に優れた三角形状に近づける上で、好適である。又、仮想平面Ｓが最初にフロントピラー１１に接触する場合には、長さＤ１１を長さＤ２１よりも長くした構成は、仮想平面Ｓを接続部１９４に最初に接触させる上で、好適である。
【００４２】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○前記した実施形態において、凸形状部２１の側壁部２１３を無くしてもよい。
○前記した実施形態において、凸形状部１９の側壁部１９３を無くしてもよい。
【００４３】
○前記した実施形態において、凸形状部２２の側壁部２２２，２２３の少なくとも一方を無くしてもよい。
○前記した実施形態において、凸形状部２０の側壁部２０２，２０３の少なくとも一方を無くしてもよい。
【００４４】
○ルーフサイドレール１６の凸形状部２１の横断面形状が曲線であってもよい。
○ルーフサイドレール１６の凸形状部２２の横断面形状が曲線であってもよい。
○フロントピラー１１の凸形状部２１の横断面形状が曲線であってもよい。
【００４５】
○フロントピラー１１の凸形状部２２の横断面形状が曲線であってもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
（イ）前記接触点は、自動車のセンターピラーより前側の前記ルーフサイドレール上にある請求項１に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４６】
（ロ）前記ルーフサイド骨格フレームは、アウター部材とインナー部材とを結合して構成されており、前記接触点は、前記アウター部材上にある請求項１、前記（イ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４７】
（ハ）前記ルーフサイド骨格フレームのアウター部材は、上壁部と一対の側壁部とを備えており、前記上壁部と前記一対の側壁部とは、上に凸の凸形状部を構成する請求項１、前記（イ），（ロ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４８】
（ニ）前記ルーフサイド骨格フレームのインナー部材は、下壁部と一対の側壁部とを備えており、前記下壁部と前記一対の側壁部とは、下に凸の凸形状部を構成する請求項１、前記（イ），（ロ），（ハ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４９】
（ホ）角度θ１は２０°である請求項１、前記（イ），（ロ），（ハ），（ニ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【符号の説明】
【００５０】
１０…自動車。１１…フロントピラー。１３…ルーフサイド骨格フレーム。１６…ルーフサイドレール。Ｓ…第１仮想平面である仮想平面。ＢＢ，ＣＣ…第２仮想平面である仮想平面。Ｈ…車幅方向。Ｖ…横断面形状。Ｗ…横断面形状。Ｐｏ，Ｐ１…接触点。Ｔｏ，Ｔ１…直交線。Ｃｏ，Ｃ１…面積重心。θ１…傾き角度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のルーフサイドレールからフロントピラーに至る自動車のルーフサイド骨格フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車では、乗員が搭乗する車室が、フロントピラーやセンターピラーなど上下に延びる部材、ロッカーやルーフサイドレールなど車両前後に延びる部材、クロスメンバーやルーフセンターリンフォースなど車幅方向に延びる部材、等の骨格をなす部材より形成されている。これらの部材には、例えばルーフサイドレールの一例として特許文献１のようにルーフサイドアウターに対し、ルーフサイドリンフォースの断面形状をできるだけ大きくするような構造が採用され、車両外部より荷重が作用した場合にも、車室内側への変形を抑制できるような強度が与えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７２５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両外部より車体に荷重が加わる一形態として、ロールオーバー（車両の横転）がある。横転時には、横転時の運動エネルギーによる力と、車両の自重とが骨格フレームであるルーフサイドレールに作用する。
【０００５】
横転時の荷重の向きは、車両形状、横転時の運転状態、時間経過により変化するが、その中で、実社会における事故後の車両状態を検証することで車両が変形しやすい条件を想定し、標準的なモデルケースとして、以下のような模擬試験が定められている。
【０００６】
模擬試験は、車両上方より、平板状のデバイスを車両に対して傾斜させるとともに、平板状のデバイスに垂直な直線を軸として車両に向けて降下させ、ルーフサイドレールの耐荷重を計るものである。デバイスの傾斜は、車両正面視で２０°車両外側が下がり、車両側面視で５°車両前方側が下がるように設定されている。
【０００７】
図５に示すように、上記条件下における従来構造では、デバイス平面Ｓとルーフサイドレール１の骨格フレームをなすルーフサイドリンフォース２との接触点に矢印Ｑの荷重（以下においては荷重Ｑと記す）が加わった場合、以下に示す２つのモーメントが発生する。
【０００８】
一つ目のモーメントは、図１（ａ）に示す自動車１０のベルトラインＬ１上のフロントピラー１１の位置１１０と、センターピラー１２の上端の位置１２０とを結ぶ直線Ｌ２を中心とした荷重モーメントＭ２である。通常、車両正面視におけるベルトラインＬ１より上部は、ベルトラインＬ１を底辺とした台形形状となる場合が多い。そのため、直線Ｌ２は、図５においては面積重心Ｃよりも下方で車両外側に位置している。よって、荷重モーメントＭ２は、直線Ｌ２を中心にした右回りのモーメントとなり、ルーフサイドリンフォース２を車内Ｒ側へ付勢する作用をもたらす。
【０００９】
荷重Ｑによって発生する二つ目のモーメントは、ルーフサイドリンフォース２の横断面形状の面積重心Ｃを中心にしたモーメントＭ１である。図５に示す従来構造では、接触点に加わる荷重Ｑの方向が面積重心Ｃに対し車内Ｒ側に向いているため、荷重モーメントＭ１は、右回りのモーメントとなる。
【００１０】
上記の面積重心Ｃを中心にした右回りの荷重モーメントＭ１と、直線Ｌ２を中心にした右回りの荷重モーメントＭ２とによって、ルーフサイドリンフォース２が車内側に倒れこむように変形する。この変形量をより小さな値に留める為には、例えば、ルーフサイドリンフォース２に用いる鋼板の板厚を厚くし、ルーフサイドリンフォース２全体の強度を上げることが考えられる。しかしながら、板厚の増加は、車両の重量増となり、省燃費が求められる近年の社会的要請上、好ましくない。
【００１１】
本発明は、ルーフサイドに配置されるルーフサイド骨格フレームの板厚を厚くすること無く、ルーフサイド骨格フレームの変形を抑制することが出来る構造を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、自動車のルーフサイドレールからフロントピラーに至るルーフサイド骨格フレームを対象とし、請求項１の発明では、自動車の上方から垂直方向に下降する仮想平面を第１仮想平面、前記ルーフサイド骨格フレームを車幅方向に横断する仮想平面を第２仮想平面とし、前記第１仮想平面が前記第２仮想平面内で車幅方向に対して交差する角度θ１を２０°以下、且つ車幅方向の外側へ向かうにつれて低くなるとした場合、前記第２仮想平面内における前記ルーフサイド骨格フレームの横断面形状は、下降する前記第１仮想平面が最初に前記横断面形状の外形に接触する接触点を通り、且つ前記第１仮想平面と直交する方向の直交線が前記横断面形状の面積重心よりも車幅方向の外側にあるように形成された形状である。
【００１３】
前記のように、模擬試験の条件下で、直線Ｌ２を中心にした右回りの荷重モーメントＭ２は、通常の車両の形状ではルーフサイド骨格フレームを車室内側に倒れこむように変形させる力となる。本発明は、面積重心Ｃを中心にした右回りの荷重モーメントＭ１の向きを荷重モーメントＭ２と逆向きになるようにルーフサイド骨格フレームの形状を設定し、両モーメントを相殺することでルーフサイド骨格フレームの変形を抑制する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ルーフサイドに配置されるルーフサイド骨格フレームの板厚を厚くすること無く、自動車のルーフサイド骨格フレームの変形を抑制することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態を示し、（ａ）は、自動車の側面図。（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】図１（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図４】図１（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図５】従来のルーフサイドレールの横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１（ａ）は、自動車１０の右側面を示すが、自動車１０の左側面におけるルーフサイド骨格フレームは、右側面におけるルーフサイド骨格フレーム１３と同じ構成である。そこで、以下においては、自動車１０の右側面の構成についてのみ説明する。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、フロントピラー１１は、車外側のフロントピラーアウター部材１４と車内Ｒ側のフロントピラーインナー部材１５とを接合して構成されている。センターピラー１２は、ルーフサイド骨格フレーム１３のアウター部材であるセンターピラーアウター部材１２２と、ルーフサイド骨格フレーム１３のインナー部材であるセンターピラーインナー部材１２１とを接合して構成されている。
【００１８】
フロントピラー１１と共にルーフサイド骨格フレーム１３を構成するルーフサイドレール１６は、車外側のレールアウター部材１７と車内Ｒ側のレールインナー部材１８とを接合して構成されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のアウター部材であるレールアウター部材１７とフロントピラーアウター部材１４とは、曲線形状に連結されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のインナー部材であるレールインナー部材１８とフロントピラーインナー部材１５とは、曲線形状に連結されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のアウター部材であるセンターピラーアウター部材１２２は、レールアウター部材１７に接続されている。ルーフサイド骨格フレーム１３のインナー部材であるセンターピラーインナー部材１２１は、レールインナー部材１８に接続されている。
【００１９】
図３は、フロントピラー１１上部におけるルーフサイドレールとの接合部付近の断面図である。図３に示すように、フロントピラーアウター部材１４の横断面形状は、上に凸の凸形状部１９を有するように形成されている。凸形状部１９は、上壁部１９１と、上壁部１９１の一側縁に接続する平板形状の側壁部１９２と、上壁部１９１の他側縁に接続する平板形状の側壁部１９３とから構成されている。
【００２０】
フロントピラーインナー部材１５の横断面形状は、下に凸の凸形状部２０を有するように形成されている。凸形状部２０は、下壁部２０１と、下壁部２０１の一側縁に接続する側壁部２０２と、下壁部２０１の他側縁に接続する側壁部２０３とから構成されている。上壁部１９１と下壁部２０１とは、両者間に空隙を形成するように対向している。
【００２１】
図３における紙面となる仮想平面ＣＣ〔図１（ｂ）におけるＣ−Ｃ線断面〕上において、凸形状部１９の上壁部１９１と側壁部１９２との接続部１９４の高さ位置は、上壁部１９１と側壁部１９３との接続部１９５の高さ位置よりも下にある。第２仮想平面としての仮想平面ＣＣ上において、接続部１９４の高さ位置は、凸形状部２０の下壁部２０１と側壁部２０３との接続部２０４の高さ位置よりも上にある。仮想平面ＣＣ上において、下壁部２０１と側壁部２０２との接続部２０５の高さ位置は、下壁部２０１と側壁部２０３との接続部２０４の高さ位置よりも下にある。
【００２２】
仮想平面ＣＣ上において、側壁部１９２の基端と接続部１９４とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いており、側壁部１９３の基端と接続部１９５とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いている。仮想平面ＣＣ上において、接続部１９４と接続部２０５との間の距離Ｄ１は、接続部１９５と接続部２０４との間の距離Ｄ２よりも長くしてある。又、側壁部１９２の基端と接続部１９４との間の距離（仮想平面ＣＣ上における側壁部１９２の長さ）Ｄ１１は、側壁部１９３の基端と接続部１９５との間の距離（仮想平面ＣＣ上における側壁部１９３の長さ）Ｄ２１よりも長くしてある。
【００２３】
図２に示すように、レールアウター部材１７の横断面形状は、上に凸の凸形状部２１を有するに形成されている。凸形状部２１は、上壁部２１１と、上壁部２１１の一側縁に接続する平板形状の側壁部２１２と、上壁部２１１の他側縁に接続する平板形状の側壁部２１３とから構成されている。
【００２４】
レールインナー部材１８の横断面形状は、下に凸の凸形状部２２を有するように形成されている。凸形状部２２は、下壁部２２１と、下壁部２２１の一側縁に接続する側壁部２２２と、下壁部２２１の他側縁に接続する側壁部２２３とから構成されている。上壁部２１１と下壁部２２１とは、両者間に空隙を形成するように対向している。
【００２５】
図２における紙面となる仮想平面ＢＢ〔図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面〕上において、凸形状部２１の上壁部２１１と側壁部２１２との接続部２１４の高さ位置は、上壁部２１１と側壁部２１３との接続部２１５の高さ位置よりも下にある。第２仮想平面としての仮想平面ＢＢ上において、接続部２１４の高さ位置は、凸形状部２２の下壁部２２１と側壁部２２３との接続部２２４の高さ位置よりも上にある。仮想平面ＢＢ上において、凸形状部２２の下壁部２２１と側壁部２２２との接続部２２５の高さ位置は、下壁部２０１と側壁部２０３との接続部２２４の高さ位置よりも下にある。
【００２６】
仮想平面ＢＢ上において、側壁部２１２の基端と接続部２１４とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いており、側壁部２１３の基端と接続部２１５とを結ぶ直線は、車幅方向Ｈに対して鈍角で車外側に傾いている。仮想平面ＢＢ上において、接続部２１４と接続部２２５との間の距離Ｄ３は、接続部２１５と接続部２２４との間の距離Ｄ４よりも長くしてある。又、側壁部２１２の基端と接続部２１４との間の距離（仮想平面ＢＢ上における側壁部２１２の長さ）Ｄ３１は、側壁部２１３の基端と接続部２１５との間の距離（仮想平面ＣＣ上における側壁部２１３の長さ）Ｄ４１よりも長くしてある。
【００２７】
図３に示すように、フロントピラーアウター部材１４は、サイドアウターパネル２３によって被覆されている。
図４に示すように、レールアウター部材１７は、サイドアウターパネル２３によって被覆されており、サイドアウターパネル２３の側縁部にはルーフパネル２４が接続されている。
【００２８】
図３に示すように、仮想平面ＣＣ上において、フロントピラー１１の横断面形状〔合わせられた凸形状部１９，２０の外形〕Ｖの面積重心Ｃ１は、直線Ｌ２の上方にある。
図２に示すように、仮想平面ＢＢ上において、ルーフサイドレール１６の横断面形状〔合わせられた凸形状部２１，２２の外形〕Ｗの面積重心Ｃｏは、直線Ｌ２の上方にある。
【００２９】
図２に示す仮想平面Ｓは、車両が横転したと仮定したときの接地面を表している。自動車１０の上方から垂直方向に下降する第１仮想平面としての仮想平面Ｓは、車内Ｒ側から車外側へ向かう（車幅方向Ｈの外側へ向かう）につれて低くなる。角度θ１は、仮想平面ＢＢ上において車幅方向Ｈに対する仮想平面Ｓの傾き角を表しており、傾き角度θ１は、例えば２０°である。図１（ａ）に示す仮想平面Ｓの角度θ２は、自動車１０の前後方向と上下方向とに平行な垂直面〔図１（ａ）における紙面〕内で車幅方向Ｈに対する傾き角を表している。傾き角度θ２は、例えば５°である。仮想平面Ｓの傾き角度θ１＝２０°及び傾き角度θ２＝５°は、横転模擬試験において一般的に採用される角度である。
【００３０】
図２に示すように、仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏは、自動車１０の上方から垂直方向に下降する仮想平面Ｓが最初にルーフサイド骨格フレーム１３に接触（ルーフサイド骨格フレーム１３の横断面形状の外形に接触）する接触点である。本実施形態では、仮想平面Ｓは、センターピラー１２とルーフサイドレール１６との接続部よりも前側におけるルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗの外形（凸形状部２１と凸形状部２２とによって形成される横断面形状Ｗの外形）に最初に接触する。接触点Ｐｏは、凸形状部２１の接続部２１４上にある。
【００３１】
図２に示す矢印Ｑは、仮想平面Ｓとルーフサイドレール１６との接触点Ｐｏに加わる荷重を表し、矢印Ｑの方向は、仮想平面Ｓと直交する直交線Ｔｏの方向である。以下においては、矢印Ｑの方向の荷重を荷重Ｑと記す。直交線Ｔｏは、面積重心Ｃｏよりも車幅方向Ｈの外側にある。
【００３２】
荷重Ｑは、図１（ａ）に示す自動車１０のベルトラインＬ１上のフロントピラー１１の位置１１０と、センターピラー１２の上端の位置１２０とを結ぶ直線Ｌ２を中心とした荷重モーメントＭ２をもたらす。直線Ｌ２は、図２においては面積重心Ｃｏよりも下方に位置しており、直線Ｌ２を中心にした荷重モーメントＭ２〔図２においては右回りのモーメント〕は、ルーフサイドレール１６を車内Ｒ側へ付勢する作用をもたらす。
【００３３】
又、荷重Ｑは、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗの面積重心Ｃｏを中心にした荷重モーメントＭｏ〔図２においては左回りのモーメント〕をもたらす。この荷重モーメントＭｏは、荷重モーメントＭ２に対抗する。
【００３４】
図３に示すように、仮に、仮想平面Ｓがフロントピラー１１のフロントピラーアウター部材１４に接触したとする。この場合の仮想平面Ｓとフロントピラーアウター部材１４との接触点Ｐ１を通る直交線Ｔ１は、横断面形状Ｖの面積重心Ｃ１よりも車幅方向Ｈの外側にある。
【００３５】
本実施形態では以下の効果が得られる。
（１）面積重心Ｃｏを中心にした荷重モーメントＭｏは、ルーフサイド骨格フレーム１３の一部であるルーフサイドレール１６を車外側へ回転させる作用をもたらす。この作用は、ルーフサイド骨格フレーム１３の一部であるルーフサイドレール１６を車内Ｒ側へ付勢する荷重モーメントＭ２の作用に対抗するため、ルーフサイド骨格フレーム１３の変形が抑制される。
【００３６】
（２）ルーフサイドレール１６の接続部２１４の高さ位置を接続部２２４の高さ位置よりも高くした構成は、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部２１４に最初に接触させる上で、好適である。
【００３７】
（３）傾き角度θ２を５°よりも大きくしてゆくと、仮想平面Ｓが最初に接触する接触対象は、フロントピラー１１になることもある。フロントピラー１１の接続部１９４の高さ位置を接続部２０４の高さ位置よりも高くした構成は、フロントピラー１１の横断面形状Ｖを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部１９４に最初に接触させる上で、好適である。
【００３８】
（４）ルーフサイドレール１６の接続部２１４，２２５間の距離Ｄ３を接続部２１５，２２４間の距離Ｄ４よりも長くした構成は、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部２１４に最初に接触させる上で、好適である。
【００３９】
（５）フロントピラー１１の接続部１９４，２０５間の距離Ｄ１を接続部１９５，２０４間の距離Ｄ２よりも長くした構成は、フロントピラー１１の横断面形状Ｖを強度的に優れた三角形状に近づける上で、好適である。又、仮想平面Ｓが最初にフロントピラー１１に接触する場合には、接続部１９４，２０５間の距離Ｄ１を接続部１９５，２０４間の距離Ｄ２よりも長くした構成は、仮想平面Ｓを接続部１９４に最初に接触させる上で、好適である。
【００４０】
（６）仮想平面ＢＢ上における側壁部２１２の長さＤ３１を仮想平面ＣＣ上における側壁部２１３の長さＤ４１よりも長くした構成は、ルーフサイドレール１６の横断面形状Ｗを強度的に優れた三角形状に近づけ、且つ仮想平面Ｓを接続部２１４に最初に接触させる上で、好適である。
【００４１】
（７）仮想平面ＣＣ上における側壁部１９２の長さＤ１１を仮想平面ＢＢ上における側壁部１９３の長さＤ２１よりも長くした構成は、フロントピラー１１の横断面形状を強度的に優れた三角形状に近づける上で、好適である。又、仮想平面Ｓが最初にフロントピラー１１に接触する場合には、長さＤ１１を長さＤ２１よりも長くした構成は、仮想平面Ｓを接続部１９４に最初に接触させる上で、好適である。
【００４２】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○前記した実施形態において、凸形状部２１の側壁部２１３を無くしてもよい。
○前記した実施形態において、凸形状部１９の側壁部１９３を無くしてもよい。
【００４３】
○前記した実施形態において、凸形状部２２の側壁部２２２，２２３の少なくとも一方を無くしてもよい。
○前記した実施形態において、凸形状部２０の側壁部２０２，２０３の少なくとも一方を無くしてもよい。
【００４４】
○ルーフサイドレール１６の凸形状部２１の横断面形状が曲線であってもよい。
○ルーフサイドレール１６の凸形状部２２の横断面形状が曲線であってもよい。
○フロントピラー１１の凸形状部２１の横断面形状が曲線であってもよい。
【００４５】
○フロントピラー１１の凸形状部２２の横断面形状が曲線であってもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想について以下に記載する。
（イ）前記接触点は、自動車のセンターピラーより前側の前記ルーフサイドレール上にある請求項１に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４６】
（ロ）前記ルーフサイド骨格フレームは、アウター部材とインナー部材とを結合して構成されており、前記接触点は、前記アウター部材上にある請求項１、前記（イ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４７】
（ハ）前記ルーフサイド骨格フレームのアウター部材は、上壁部と一対の側壁部とを備えており、前記上壁部と前記一対の側壁部とは、上に凸の凸形状部を構成する請求項１、前記（イ），（ロ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４８】
（ニ）前記ルーフサイド骨格フレームのインナー部材は、下壁部と一対の側壁部とを備えており、前記下壁部と前記一対の側壁部とは、下に凸の凸形状部を構成する請求項１、前記（イ），（ロ），（ハ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【００４９】
（ホ）角度θ１は２０°である請求項１、前記（イ），（ロ），（ハ），（ニ）項のいずれか１項に記載の自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【符号の説明】
【００５０】
１０…自動車。１１…フロントピラー。１３…ルーフサイド骨格フレーム。１６…ルーフサイドレール。Ｓ…第１仮想平面である仮想平面。ＢＢ，ＣＣ…第２仮想平面である仮想平面。Ｈ…車幅方向。Ｖ…横断面形状。Ｗ…横断面形状。Ｐｏ，Ｐ１…接触点。Ｔｏ，Ｔ１…直交線。Ｃｏ，Ｃ１…面積重心。θ１…傾き角度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のルーフサイドレールからフロントピラーに至るルーフサイド骨格フレームにおいて、
自動車の上方から垂直方向に下降する仮想平面を第１仮想平面、前記ルーフサイド骨格フレームを車幅方向に横断する仮想平面を第２仮想平面とし、前記第１仮想平面が前記第２仮想平面内で車幅方向に対して交差する角度θ１を２０°以下、且つ車幅方向の外側へ向かうにつれて低くなるとした場合、
前記第２仮想平面内における前記ルーフサイド骨格フレームの横断面形状は、下降する前記第１仮想平面が最初に前記横断面形状の外形に接触する接触点を通り、且つ前記第１仮想平面と直交する方向の直交線が前記横断面形状の面積重心よりも車幅方向の外側にあるように形成された形状である自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【請求項１】
自動車のルーフサイドレールからフロントピラーに至るルーフサイド骨格フレームにおいて、
自動車の上方から垂直方向に下降する仮想平面を第１仮想平面、前記ルーフサイド骨格フレームを車幅方向に横断する仮想平面を第２仮想平面とし、前記第１仮想平面が前記第２仮想平面内で車幅方向に対して交差する角度θ１を２０°以下、且つ車幅方向の外側へ向かうにつれて低くなるとした場合、
前記第２仮想平面内における前記ルーフサイド骨格フレームの横断面形状は、下降する前記第１仮想平面が最初に前記横断面形状の外形に接触する接触点を通り、且つ前記第１仮想平面と直交する方向の直交線が前記横断面形状の面積重心よりも車幅方向の外側にあるように形成された形状である自動車のルーフサイド骨格フレーム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２１３６８（Ｐ２０１２−１２１３６８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１５６４（Ｐ２０１０−２７１５６４）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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