車両の下部構造
【課題】 部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる車両の下部構造を提供する。
【解決手段】 フロアメンバ１は、前方に配置されたフロアメンバフロント１１および後方に配置されたフロアメンバリア１２を備えている。また、フロアメンバフロント１１の上方にはメンバリアアッパ１３が取り付けられている。フロアメンバフロント１１およびフロアメンバリア１２には、車両の前後方向に延在する前方上部ビード１４および後方下部ビード１５が形成されている。
【解決手段】 フロアメンバ１は、前方に配置されたフロアメンバフロント１１および後方に配置されたフロアメンバリア１２を備えている。また、フロアメンバフロント１１の上方にはメンバリアアッパ１３が取り付けられている。フロアメンバフロント１１およびフロアメンバリア１２には、車両の前後方向に延在する前方上部ビード１４および後方下部ビード１５が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の下部構造に係り、特に、車両の前後方向に延在する主骨格とフロアパネルとの接合部を備える車両の下部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の下部構造としては、車両が衝突した際などに受ける荷重を吸収する構造が求められている。このような荷重を好適に吸収する構造として、従来、フロントサイドメンバの上部にフロアパネルを結合するとともにキック部にフロアアッパメンバを設け、さらにフロントサイドメンバ内にリインホースを設けた車体下部構造が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この車体下部構造では、フロントサイドメンバの上部にフロアアッパメンバが設けられているとともに、フロントサイドメンバ内にリインホースが設けられている。このため、上記車体下部構造は、生産性の向上とともに前面衝突時の衝突性能を高く維持することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３１１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された車体下部構造では、フロントサイドメンバにフロアアッパメンバやリインホースが設けることによって、フロントサイドメンバの前部の曲げ剛性を高めている。このため、フロントサイドメンバ（フロアメンバ）などの主骨格の前部の剛性を高めるにあたって、部品点数が増大してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる車両の下部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決した本発明に係る車両の下部構造は、車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、主骨格に対して、前後方向に延びるビードが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る車両の下部構造は、主骨格に対して、前後方向に延びるビードが形成されている。このように、ビードが形成されていることから、主骨格の曲げ剛性を高めることができる。しかも、曲げ剛性を高めるためにビードを形成しているので、部品点数を増大させることなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる。
【０００９】
ここで、フロアパネルにおける主骨格との接合部が平面状とされている態様とすることができる。
【００１０】
このように、フロアパネルにおける主骨格との接合部が平面状とされていることにより、フロアパネルが高い張力を発揮する。このため、主骨格の曲げや変形を好適に抑制することができる。
【００１１】
また、ビードのビード面が、車両の後方に向かうほどフロアパネルが配設された側に近接させられている態様とすることができる。
【００１２】
このように、ビード面が、車両の後方に向かうほどフロアパネルが配設された側に近接させられていることにより、主骨格の前方から後方に流れる荷重を主骨格の高さ方向に対して整流することができる。このため、主骨格における荷重の伝達性および分散性を高めることができる。
【００１３】
さらに、上記課題を解決した本発明に係る車両の下部構造は、車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、主骨格における車両前部とフロア部との間にキック部が形成されており、主骨格は、キック部に形成された曲げモーメント耐久部と、キック部から後方への軸方向荷重の流れを整流化する軸方向荷重整流化部と、軸方向荷重をフロアパネルへ分散する軸方向荷重分散部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る車両の下部構造においては、曲げモーメント耐久部と、キック部から後方への軸方向荷重の流れを整流化する軸方向荷重整流化部と、軸方向荷重をフロアパネルへ分散する軸方向荷重分散部と、を備えている。このため、部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができるとともに、軸方向荷重の伝達性および分散性を高めることができる。その結果、前面衝突時における主骨格の剛性を非常に高めることができる。
【００１５】
また、主骨格部におけるキック部は、主骨格上側部材と主骨格下側部材をと備えており、曲げモーメント耐久部は、主骨格上側部材および主骨格下側部材のそれぞれ形成された前後方向に延在するビードと、主骨格上側部材および主骨格下側部材によって挟持されたフロアパネルとを備える態様とすることができる。
【００１６】
このように、主骨格上側部材および主骨格下側部材のそれぞれに前後方向に延在するビードが形成されていることにより、曲げモーメントに対して高い剛性を発揮することができる。さらに、主骨格上側部材および主骨格下側部材によってフロアパネルが挟持されていることにより、フロアパネルの張力によって曲げモーメントに対抗することができる。その結果、曲げモーメントに対してさらに高い剛性を発揮することができる。
【００１７】
主骨格におけるフロアパネルが結合された位置に、車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、車両の前後方向に互いに離間して配設されており、第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間における主骨格は、車両の後方に向かうほど徐変する態様とすることができる。
【００１８】
本発明に係る車両の下部構造では、第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間における主骨格が、車両の後方に向かうほど徐変している。このため、主骨格に伝達された圧縮応力を軸方向に平均化させた状態で後方へ伝達することができる。したがって、主骨格に伝達された応力を均等に吸収することができ、主骨格の軸方向荷重に対する強度を高くすることができる。
【００１９】
主骨格の軸方向荷重整流化部における第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間に、車両の前後方向に延在するビードが形成されており、軸方向荷重整流化部におけるビードのビード深さが、車両の後方に向かうほど深くされているとともに、主骨格における軸方向修正部の縦寸法が低くなる方向に徐変させられている態様とすることができる。
【００２０】
このように、軸方向荷重整流化部におけるビードのビード深さが、車両の後方に向かうほど深くされていることにより、軸方向荷重に対する強度を高く維持することができる。さらに、主骨格における軸方向修正部の縦寸法が低くなる方向に徐変させられていることにより、軸方向荷重を軸方向に対して平均化させることができる。したがって、主骨格の軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００２１】
さらに、軸方向荷重整流化部におけるフロアパネルに、ビードの深さ方向に見て、主骨格に形成されたビードからずれた位置に補強ビードが形成されている態様とすることができる。
【００２２】
このように、主骨格に形成されたビードからずれた位置に補強ビードが形成されていることにより、フロアパネルにおける有効幅を広く活用することができる。その結果、主骨格における断面の座屈強度を向上させることができ、軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００２３】
また、主骨格におけるフロアパネルが結合された位置に、車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、車両の前後方向に互いに離間し、かつ第１フロアクロスメンバが第２フロアクロスメンバよりも前方になるように配設されており、軸方向荷重分散部は、第２フロアクロスメンバの後方に設けられており、軸方向荷重分散部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数は、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている態様とすることができる。
【００２４】
このように、軸方向荷重分散部における主骨格とフロアクロスメンバとの単位面積あたりの結合数は、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアクロスメンバとの単位面積あたりの結合数よりも多くされていることにより、軸方向荷重分散部における荷重分散性を軸方向荷重整流化部よりも高めることができる。その結果、軸方向荷重に対する強度をさらに高くすることができる。
【００２５】
さらには、軸方向荷重分散部は、車両の前後方向に延在するビードを有しており、ビードにおけるビード面がフロアパネルと接合されていることにより、軸方向荷重分散部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数が、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている態様とすることができる。
【００２６】
このように、軸方向荷重分散部のビードにおけるビード面がフロアパネルと接合されて軸方向荷重分散部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数が、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされていることにより、フロアパネルに対する荷重分散性を高めることができる。その結果、軸方向荷重に対する強度をさらに高くすることができる。
【００２７】
また、ビードは、主骨格の高さ方向とビードの深さを変化させて加工されて構成されている態様とすることができる。
【００２８】
このように、ビードは、主骨格の高さ方向とビードの深さを変化させて加工されて構成されていることにより、コイル材を切断して主骨格を製造する際、コイル材を略矩形状に切り出すことができるので、コイル材の無駄を排除することができる。そのため、歩留まりの改善を図ることができる。
【００２９】
そして、車両主骨格とフロアパネルの接合領域は、主骨格の前方から後方まで略同一幅に形成されている態様とすることができる。
【００３０】
このように、車両主骨格とフロアパネルの接合領域は、主骨格の前方から後方まで略同一幅に形成されていることにより、主骨格を伝達する軸方向荷重を後方へ適正に移動させることができる。さらには、フロアパネルからの分散量に偏りを生じさせないようにすることができ、荷重減衰の均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る車両の下部構造によれば、部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】車両の下部構造の斜視図である。
【図２】フロントサイドメンバの斜視図である。
【図３】車両の下部構造におけるフロントサイドメンバの側面図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図３のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）は図３のＥ−Ｅ線断面図である。
【図５】車両の下部構造におけるフロントサイドメンバの平面図である。
【図６】（ａ）は、キック部におけるフロアパネルにビードを形成した場合に曲げモーメント荷重が生じた場合のキック部の変形状態を示す断面図、（ｂ）はキック部におけるフロアパネルを平面状にした場合に曲げモーメント荷重が生じた場合のキック部の変形状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、フロントサイドメンバの側面図、（ｂ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロントサイドメンバにおける車両前後方向の曲げモーメント分布を示すグラフ、（ｃ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロントサイドメンバにおける車両前後方向の軸方向荷重分布を示すグラフである。
【図８】前方から荷重が入力された場合のフロントサイドメンバの断面応力分布を示すグラフであり、（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面に対応するグラフ、（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線断面に対応するグラフ、（ｃ）は、図３のＤ−Ｄ線断面に対応するグラフである。
【図９】（ａ）は、軸荷重整流化部におけるフロアパネルを平面状にした場合の有効幅を説明する断面図、（ｂ）は、軸荷重整流化部におけるフロアパネルにビードを形成した場合の有効幅を説明する断面図である。
【図１０】板材に軸方向荷重をかけた状態を説明する説明図である。
【図１１】（ａ）は、フロアメンバリアの任意の位置の断面図、（ｂ）は、フロアメンバリアの他の任意の位置の断面図、（ｃ）は、コイル材からフロアメンバリアの母材を切り出す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００３４】
図１は、本実施形態に係る車両の下部構造の斜視図、図２は、フロンサイドメンバの斜視図、図３は、車両の下部構造におけるフロアメンバの側面図である。また、図４（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図３のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）は図３のＥ−Ｅ線断面図、図５は、車両の下部構造におけるフロアメンバの平面図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態に係る車両の下部構造は、長尺状をなし、車両の前後方向に延在する主骨格であるフロアメンバ１を備えている。また、フロアメンバ１には、車両のフロア部を形成するフロアパネル２が取り付けられている。さらに、フロアメンバ１には、車両の左右方向に延在するフロントフロアクロス３が取り付けられ、フロアメンバ１におけるフロントフロアクロス３が取り付けられた位置よりも車両の後部には、車両の左右方向に延在するリアフロアクロス４が取り付けられている。
【００３６】
ここで、図２に示すように、フロアメンバ１におけるフロントフロアクロス３が取り付けられた位置よりも前部がキック部Ｋとされている。また、フロアメンバ１におけるフロントフロアクロス３が取り付けられた位置とリアフロアクロス４が取り付けられた位置との間が荷重整流化部Ｒとされている。さらに、フロアメンバ１におけるリアフロアクロス４が取り付けられた位置よりも後方が荷重分散部Ｄとされている。
【００３７】
荷重整流化部Ｒでは、フロアメンバ１が車両の後方に向かうほど徐変している。さらには、フロアメンバ１は、車両の後方に向かうほど高さが低くなるとともに断面積が小さくなるように徐々に変化して徐変している。
【００３８】
また、図２および図３に示すように、フロアメンバ１は、フロアメンバフロント１１およびフロアメンバリア１２を備えている。フロアメンバフロント１１は、フロアメンバ１の前部に配置され、フロアメンバリア１２は、フロアメンバ１の後部に配置されている。また、フロアメンバフロント１１の上部には、メンバリアアッパ１３が設けられている。
【００３９】
さらに、フロアメンバ１の前部には、曲げモーメント耐久部となるキック部Ｋが形成されている。キック部Ｋは、前方に行くほど上昇する形状とされている。また、キック部Ｋでは、フロアメンバフロント１１とメンバリアアッパ１３とによって、フロアパネル２が挟持されている。キック部Ｋにおいて、フロアメンバフロント１１とメンバリアアッパ１３とによって挟持されているフロアパネル２は、平面状とされている。
【００４０】
また、フロアメンバ１のキック部Ｋにおけるフロアメンバフロント１１の下面には、車両の前後方向に延在する前方下部ビード１４が形成されている。さらに、フロアメンバリア１２における下面には、車両の前後方向に延在する後方下部ビード１５が形成されている。後方下部ビード１５は、前方下部ビード１４と連続して形成されている。また、メンバリアアッパ１３の上面には、車両の前後に延在する前方上部ビード１６が形成されている。
【００４１】
前方下部ビード１４は、断面略半円形をなしており、車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにして形成されている。こうして、前方下部ビード１４は、車両の後方に向かうほど縦寸法が低くなる方向に徐変させられている。また、後方下部ビード１５は、断面略矩形状から隅部を面取りされた形状をなしている。この後方下部ビード１５は、車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにされている。特に、フロントフロアクロス３が取り付けられた位置とリアフロアクロス４が取り付けられた位置との間の荷重整流化部Ｒでは、後方下部ビード１５は、図４（ａ）〜（ｅ）に示すうように、車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにして形成されている。
【００４２】
ここで、フロアメンバリア１２は、車両後方に行くにつれて後方下部ビード１５の深さが深くなるのに対して、側面部の高さが徐々に低くなっていく形状をなしている。また、リアフロアクロス４が取り付けられた位置の車両やや前方よりの位置から、後方下部ビード１５の上面がフロアパネル２に当接している。
【００４３】
また、前方上部ビード１６は、断面略半円形をなしており、その深さは、車両の前後方向中央部までは車両後方に行くほどわずかに深くなるようにされており、車両前後方向中央部よりも後方では、後方にいくにつれて深さが徐々に浅くなっている。さらには、フロアメンバリア１２の後端部近傍位置で消滅する。
【００４４】
フロアメンバ１に取り付けられるフロアパネル２は、荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄにおいては、フロアメンバリア１２の上部に配置されている。また、フロアパネル２における荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄには、車両の前後方向にそれぞれ延在する補強ビードとなる第１パネルビード１７および第２パネルビード１８が形成されている。
【００４５】
第１パネルビード１７および第２パネルビード１８は、互いに略同一形状をなしており、車両の後方に行くに連れて徐々に深さが深くなるように形成されている。また、第１パネルビード１７と第２パネルビード１８との間に、フロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５が配置されている。このように、第１パネルビード１７および第２パネルビード１８は、後方下部ビード１５からずれた位置に形成されている。
【００４６】
さらに、フロアメンバ１とフロアパネル２とは溶接によって固定されている。ここで、フロアメンバ１とフロアパネル２との溶接位置Ｙは、図５に示すように、フロアメンバ１の前部から後部にかけて、フロアメンバ１における両サイドで、前後方向に離間して配置されている。これらの位置では、フロアメンバ１におけるフロアメンバフロント１１、フロアメンバリア１２、またはメンバリアアッパ１３とフロアパネル２とが溶接されている。
【００４７】
さらに、フロアメンバ１の後部におけるリアフロアクロス４よりも後方の荷重分散部Ｄでは、溶接位置Ｙは、フロアメンバ１の両サイドのほか、フロアメンバ１の幅方向中央部にも配置されている。フロアメンバ１の幅方向中央部では、フロアメンバ１におけるフロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５とフロアパネル２とが溶接されている。このように、荷重分散部Ｄでは、キック部Ｋおよび荷重整流化部Ｒよりも溶接位置Ｙが多く、さらにいえば、単位面積あたりの溶接位置Ｙが多く設定されている。
【００４８】
次に、本実施形態に係る車両の下部構造の作用について説明する。本実施形態に係る車両の下部構造におけるフロアメンバ１においては、フロアメンバ１におけるフロアメンバフロント１１、フロアメンバリア１２、およびメンバリアアッパ１３にそれぞれ車両の前後方向に延びるビード１４〜１６が形成されている。これらのビード１４〜１６が形成されていることにより、車両が前面衝突した際の曲げに対する強度を向上させることができる。また、フロアメンバ１に別途補強部材を設けることなく、曲げに対する強度を向上させることができるので、部品点数を増大させることなく、フロアメンバ１の曲げ剛性を高めることができる。
【００４９】
特に、フロアメンバフロント１１に形成された前方下部ビード１４とフロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５とは、連続して形成されている。このため、フロアメンバ１において、車両が前面衝突した際の荷重をスムーズに後方に伝達することができる。
【００５０】
ここで、フロアメンバ１における前部に位置するキック部Ｋでは、フロアメンバフロント１１とメンバリアアッパ１３とによって挟持されるフロアパネル２が平面状とされている。このように、フロアパネル２が平面状であることから、フロアパネル２の張力がフロアメンバ１の曲げに対して強度を発揮する。
【００５１】
たとえば、図６（ａ）に示すように、フロアメンバ１のキック部Ｋにおけるフロアパネル２にビードＢが形成されている場合を考える。この場合、フロアパネル２におけるビードＢが形成されている部分が変形しやすくなることから、フロアパネル２が曲げモーメントに対して高い強度を発現しにくくなる。その結果、フロアメンバ１における曲げモーメントに対する強度全体を高くすることができなくなり、フロアメンバ１のキック部Ｋに曲げモーメントが作用した際、図６（ａ）に破線で示すように、フロアメンバ１の変形量が大きくなってしまう。
【００５２】
この点、本実施形態に係るフロアメンバ１では、図６（ｂ）に示すように、フロアメンバ１のキック部Ｋに配置されたフロアパネル２が平面状であると、フロアパネル２が変形しにくくなり、フロアパネル２の曲げモーメントに対する強度が高いものとなる。その結果、フロアメンバ１のキック部Ｋに曲げモーメントが作用した際、図６（ｂ）に破線で示すように、フロアメンバ１の変形量を小さくすることができる。
【００５３】
さらには、フロアメンバフロント１１には車両の前後方向に延在する前方下部ビード１４が形成され、メンバリアアッパ１３には、車両の前後方向に延在する前方上部ビード１６が形成されている。これらの前方下部ビード１４および前方上部ビード１６が形成されていることにより、フロアメンバ１の曲げに対してさらに高い強度を発揮することとなる。その結果、フロアメンバ１の曲げ剛性をさらに高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る車両の下部構造におけるフロアメンバ１には、曲げモーメント耐久部となるキック部Ｋ、軸方向荷重を整流化する荷重整流化部Ｒ、および荷重を分散する荷重分散部Ｄが形成されている。このため、フロアメンバ１の前方から後方に流れる荷重をフロアメンバ１の高さ方向に対して整流することができる。したがって、フロアメンバ１における曲げ剛性を高めることができるとともに、荷重の伝達性および分散性を高めることができる。
【００５５】
いま、フロアメンバ１における曲げモーメントおよび軸方向荷重について図７を用いて説明し、フロアメンバ１における断面応力分布について図８を用いて説明する。図７（ａ）は、フロアメンバの側面図、（ｂ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロアメンバにおける車両前後方向の曲げモーメント分布を示すグラフ、（ｃ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロアメンバにおける車両前後方向の軸方向荷重分布を示すグラフである。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、車両の前方から荷重が入力された際、フロアメンバ１では、車両の前方位置で高い曲げモーメントが発生し、フロアメンバ１が大きく屈曲する位置までは曲げモーメントが後方にいくほど増加する。また、曲げモーメントがピークを迎えた位置から後方では、徐々に曲げモーメントが下降し、フロントフロアクロス３が取り付けられた位置では、曲げモーメントはほぼ０となる。フロントフロアクロス３が取り付けられた位置よりも後方、換言すれば、フロアメンバ１における荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄでは、曲げモーメントはほぼ０となる。
【００５７】
また、軸方向荷重分布を見てみると、図７（ｃ）に示すように、車両の前方では、曲げモーメントの増加にほぼ対応して軸方向荷重分布も増加する。また、軸方向荷重がピークに達した位置からは、後方にいくにしたがって軸方向荷重も徐々に減少する。しかし、曲げモーメントの減少割合よりも小さな割合で減少していく。それから、フロアメンバ１の後端部にいたるまで、軸方向荷重が減少しつづけていく分布となる。
【００５８】
さらに、図８は、前方から荷重が入力された場合のフロアメンバの断面応力分布を示すグラフであり、（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面に対応するグラフ、（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線断面に対応するグラフ、（ｃ）は、図３のＤ−Ｄ線断面に対応するグラフである。
【００５９】
図８（ａ）に示すように、フロアメンバ１におけるキック部Ｋにおける断面応力分布は、圧縮応力域ＣＡと引っ張り応力域ＳＡとが混在し、曲げ応力が支配的となっている。また、図８（ｂ）に示すように、キック部Ｋと荷重整流化部Ｒとの境目近傍の断面応力分布は、低い位置では高い位置よりも応力が小さく、高さ方向に均一ではないものの、圧縮応力域ＣＡで占められている。さらに、図８（ｃ）に示すように、荷重整流化部Ｒと荷重分散部Ｄとの境目近傍の断面応力分布は、高さ方向にほぼ均一となった圧縮応力域ＣＡで占められており、軸力が支配的となる。
【００６０】
図７および図８に示すフロアメンバ１の曲げモーメント分布、軸方向荷重分布、および断面応力分布から分かるように、フロアメンバ１に前方におけるキック部Ｋでは曲げモーメントが大きく作用し、後方における荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄでは軸方向荷重が大きく作用する。
【００６１】
ここで、フロアメンバ１では、キック部Ｋにおけるフロアパネル２を平面状としている。フロアパネル２が平面状であることから、曲げモーメントに対する強度を高くすることができる。また、荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄでは、軸方向荷重に対する強度が求められる。このとき、図７（ｃ）に示す軸方向荷重分布を参照すると、車両の後方にいくにつれて荷重分布が小さくなっている。
【００６２】
そこで、フロアメンバ１は、車両の後方に向かうほど高さが低くなるとともに断面積が小さくなるように徐々に変化して徐変している。このため、車両の後方にいくにつれて小さくなっている軸方向荷重を車両の後方に多く伝達することができるので、軸方向荷重を軸方向に対して平均化させることができる。
【００６３】
さらに、荷重整流化部Ｒにおけるフロアメンバリア１２には、後方下部ビード１５が車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにして形成されている。後方下部ビード１５が車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるように形成されていることにより、軸方向荷重が車両の後方に伝達されやすくなる。このため、車両の後方にいくにつれて小さくなっている軸方向荷重を車両の後方に多く伝達することができるので、軸方向荷重を軸方向に対して平均化させることができる。
【００６４】
しかも、荷重整流化部Ｒでは、フロアメンバリア１２に後方下部ビード１５が形成されているとともに、フロアパネル２に第１パネルビード１７および第２パネルビード１８が形成されている。ここで、第１パネルビード１７および第２パネルビード１８は、後方下部ビード１５からずれた位置に形成されている。荷重整流化部Ｒでは、これらの後方下部ビード１５、第１パネルビード１７、および第２パネルビード１８が形成されている。
【００６５】
ここで、図９（ａ）に示すように、荷重整流化部Ｒにおけるフロアパネル２が平面である場合、フロアメンバ１における有効幅ｂｍは、フロアメンバ１の両端部近傍のみとなってしまう。この場合には、フロアメンバ１の有効幅ｂｍが小さくなってしまうので、フロアメンバ１における断面の座屈強度が低くなってしまう。
【００６６】
この点、本実施形態に係るフロアメンバ１における荷重整流化部Ｒでは、図９（ｂ）に示すように、フロアパネル２に第１パネルビード１７および第２パネルビード１８が形成されていることから、フロアメンバ１における有効幅ｂｍをフロアメンバ１の幅方向全体とすることができる。この結果、フロアメンバ１における有効幅ｂｍを広くとることができ、フロアメンバ１における断面の屈曲強度を向上させることができるので、フロアメンバ１における軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００６７】
一般的に、周囲が単純支持された圧縮荷重を受ける薄板は、部材が座屈した後も荷重を分担する。たとえば、板厚ｔの薄板における有効幅ｂｍは、下記（１）式によって現すことができる。
【００６８】
ｂｍ＝〔π２・Ｅ・Ｋ／（１２−ν２）σｙ〕１／２・ｔ
＝１．９（Ｅ／σｙ）１／２・ｔ ・・・（１）
ただし、Ｅ：ヤング率
Ｋ：定数
ν：ポアソン比
σｙ：材料の降伏強度
【００６９】
また、図１０に示すように、縦幅ａ、横幅ｂである４辺単純支持長方形平面が１方向より荷重（Ｎｘ）ｃｒの圧縮を受ける場合の座屈応力σｃｒは、下記（２）式で表すことができる。
【００７０】
σｃｒ＝（Ｎｘ）ｃｒ／ｔ＝ｋσｅ ・・・（２）
ただし、ｋ＝（ｍｂｍ／ａ＋ａ／ｍｂｍ）２
σｅ＝π２Ｄ／ｔｂｍ２＝〔π２Ｅ／１２（１−ν）２〕（ｔ／ｂｍ）２
【００７１】
上記の（２）式から分かるように、有効幅ｂｍが小さくなるほど、座屈応力は小さくなっている。したがって、有効幅が大きいほど、軸方向荷重に対する強度を高くすることができる。
【００７２】
また、荷重分散部Ｄにおいては、フロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５とフロアパネル２とが溶接によって固定されており、荷重分散部Ｄにおけるフロアメンバ１とフロアパネル２との結合数が、荷重整流化部Ｒにおけるフロアメンバ１とフロアパネル２との結合数よりも多くされている。このため、フロアメンバ１とフロアパネル２との結合点を多くすることができるので、荷重分散部Ｄにおける荷重分散性を荷重整流化部Ｒよりも高めることができる。その結果、軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態に係る車両の下部構造では、フロアメンバ１のフロアメンバリア１２には、車両後方に行くにつれて深さが深くなる後方下部ビード１５が形成されているとともに、フロアメンバリア１２は、側面部の高さが徐々に低くなっていく形状をなしている。
【００７４】
さらに説明すると、図１１（ａ）にフロアメンバリア１２の任意の第１断面を示し、（ｂ）にフロアメンバリア１２の任意の第２断面を示す。ここで、フロアメンバリア１２の任意の第１断面におけるフロアメンバリア１２の高さ（以下「本体高さ」という）ｈｒ１と後方下部ビード１５の高さ（以下「ビード高さ」という）ｈｂ１の和は、第２断面における本体高さｈｒ２とビード高さｈｂ２の和と同一とされている。この関係は、フロアメンバリア１２のどの断面で切っても同一の関係とされている。
【００７５】
このため、フロアメンバリア１２を引き伸ばした形状を矩形状とすることができる。言い換えると、矩形状の母材に曲げ加工することによりフロアメンバリア１２を製造することができる。したがって、フロアメンバリア１２の母材として、矩形状の板材を用いることができるので、図１１（ｃ）に示すように、コイル材Ｍから板材を切り出してフロアメンバリア１２を製造する際に、破線で示すような余剰部分Ｇを出さないようにすることができ、コイル材の無駄を排除することができる。そのため、歩留まりの改善を図ることができる。
【００７６】
さらに、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、フロアメンバ１とフロアパネル２との接合領域は、フロアメンバ１の前方から後方まで略同一幅に形成されている。このため、フロアメンバ１を伝達する軸方向荷重をフロアメンバ１の後方に適切に移動させることができるとともに、フロアパネル２からの荷重の分散量に偏りを生じさせないようにすることができる。したがって、軸方向荷重を減衰する際に、減衰を均一に行わせることができる。その結果、フロアメンバ１における軸方向荷重に対する強度をさらに向上させることができる。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、フロアメンバ１におけるフロアメンバフロント１１とフロアメンバリア１２とが個別の部材で形成されているが、これらを連続的に形成した部材とすることもできる。また、上記実施形態では、主骨格としてフロアサイドメンバを用いているが、車両の前方でフロアパネルと接合される骨格部材であればよく、フロントサイドメンバと呼ばれる骨格部材や、パネルサイドメンバと呼ばれる骨格部材などの骨格部材を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１…フロアメンバ、２…フロアパネル、３…フロントフロアクロス、４…リアフロアクロス、１１…フロアメンバフロント、１２…フロアメンバリア、１３…メンバリアアッパ、１４…前方下部ビード、１５…後方下部ビード、１６…前方上部ビード、１７…第１パネルビード、１８…第２パネルビード、Ｄ…荷重分散部、Ｇ…余剰部分、Ｋ…キック部、Ｍ…コイル材、Ｒ…荷重整流化部、Ｙ…溶接位置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の下部構造に係り、特に、車両の前後方向に延在する主骨格とフロアパネルとの接合部を備える車両の下部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の下部構造としては、車両が衝突した際などに受ける荷重を吸収する構造が求められている。このような荷重を好適に吸収する構造として、従来、フロントサイドメンバの上部にフロアパネルを結合するとともにキック部にフロアアッパメンバを設け、さらにフロントサイドメンバ内にリインホースを設けた車体下部構造が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この車体下部構造では、フロントサイドメンバの上部にフロアアッパメンバが設けられているとともに、フロントサイドメンバ内にリインホースが設けられている。このため、上記車体下部構造は、生産性の向上とともに前面衝突時の衝突性能を高く維持することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３１１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された車体下部構造では、フロントサイドメンバにフロアアッパメンバやリインホースが設けることによって、フロントサイドメンバの前部の曲げ剛性を高めている。このため、フロントサイドメンバ（フロアメンバ）などの主骨格の前部の剛性を高めるにあたって、部品点数が増大してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる車両の下部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決した本発明に係る車両の下部構造は、車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、主骨格に対して、前後方向に延びるビードが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る車両の下部構造は、主骨格に対して、前後方向に延びるビードが形成されている。このように、ビードが形成されていることから、主骨格の曲げ剛性を高めることができる。しかも、曲げ剛性を高めるためにビードを形成しているので、部品点数を増大させることなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる。
【０００９】
ここで、フロアパネルにおける主骨格との接合部が平面状とされている態様とすることができる。
【００１０】
このように、フロアパネルにおける主骨格との接合部が平面状とされていることにより、フロアパネルが高い張力を発揮する。このため、主骨格の曲げや変形を好適に抑制することができる。
【００１１】
また、ビードのビード面が、車両の後方に向かうほどフロアパネルが配設された側に近接させられている態様とすることができる。
【００１２】
このように、ビード面が、車両の後方に向かうほどフロアパネルが配設された側に近接させられていることにより、主骨格の前方から後方に流れる荷重を主骨格の高さ方向に対して整流することができる。このため、主骨格における荷重の伝達性および分散性を高めることができる。
【００１３】
さらに、上記課題を解決した本発明に係る車両の下部構造は、車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、主骨格における車両前部とフロア部との間にキック部が形成されており、主骨格は、キック部に形成された曲げモーメント耐久部と、キック部から後方への軸方向荷重の流れを整流化する軸方向荷重整流化部と、軸方向荷重をフロアパネルへ分散する軸方向荷重分散部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る車両の下部構造においては、曲げモーメント耐久部と、キック部から後方への軸方向荷重の流れを整流化する軸方向荷重整流化部と、軸方向荷重をフロアパネルへ分散する軸方向荷重分散部と、を備えている。このため、部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができるとともに、軸方向荷重の伝達性および分散性を高めることができる。その結果、前面衝突時における主骨格の剛性を非常に高めることができる。
【００１５】
また、主骨格部におけるキック部は、主骨格上側部材と主骨格下側部材をと備えており、曲げモーメント耐久部は、主骨格上側部材および主骨格下側部材のそれぞれ形成された前後方向に延在するビードと、主骨格上側部材および主骨格下側部材によって挟持されたフロアパネルとを備える態様とすることができる。
【００１６】
このように、主骨格上側部材および主骨格下側部材のそれぞれに前後方向に延在するビードが形成されていることにより、曲げモーメントに対して高い剛性を発揮することができる。さらに、主骨格上側部材および主骨格下側部材によってフロアパネルが挟持されていることにより、フロアパネルの張力によって曲げモーメントに対抗することができる。その結果、曲げモーメントに対してさらに高い剛性を発揮することができる。
【００１７】
主骨格におけるフロアパネルが結合された位置に、車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、車両の前後方向に互いに離間して配設されており、第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間における主骨格は、車両の後方に向かうほど徐変する態様とすることができる。
【００１８】
本発明に係る車両の下部構造では、第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間における主骨格が、車両の後方に向かうほど徐変している。このため、主骨格に伝達された圧縮応力を軸方向に平均化させた状態で後方へ伝達することができる。したがって、主骨格に伝達された応力を均等に吸収することができ、主骨格の軸方向荷重に対する強度を高くすることができる。
【００１９】
主骨格の軸方向荷重整流化部における第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間に、車両の前後方向に延在するビードが形成されており、軸方向荷重整流化部におけるビードのビード深さが、車両の後方に向かうほど深くされているとともに、主骨格における軸方向修正部の縦寸法が低くなる方向に徐変させられている態様とすることができる。
【００２０】
このように、軸方向荷重整流化部におけるビードのビード深さが、車両の後方に向かうほど深くされていることにより、軸方向荷重に対する強度を高く維持することができる。さらに、主骨格における軸方向修正部の縦寸法が低くなる方向に徐変させられていることにより、軸方向荷重を軸方向に対して平均化させることができる。したがって、主骨格の軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００２１】
さらに、軸方向荷重整流化部におけるフロアパネルに、ビードの深さ方向に見て、主骨格に形成されたビードからずれた位置に補強ビードが形成されている態様とすることができる。
【００２２】
このように、主骨格に形成されたビードからずれた位置に補強ビードが形成されていることにより、フロアパネルにおける有効幅を広く活用することができる。その結果、主骨格における断面の座屈強度を向上させることができ、軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００２３】
また、主骨格におけるフロアパネルが結合された位置に、車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、車両の前後方向に互いに離間し、かつ第１フロアクロスメンバが第２フロアクロスメンバよりも前方になるように配設されており、軸方向荷重分散部は、第２フロアクロスメンバの後方に設けられており、軸方向荷重分散部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数は、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている態様とすることができる。
【００２４】
このように、軸方向荷重分散部における主骨格とフロアクロスメンバとの単位面積あたりの結合数は、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアクロスメンバとの単位面積あたりの結合数よりも多くされていることにより、軸方向荷重分散部における荷重分散性を軸方向荷重整流化部よりも高めることができる。その結果、軸方向荷重に対する強度をさらに高くすることができる。
【００２５】
さらには、軸方向荷重分散部は、車両の前後方向に延在するビードを有しており、ビードにおけるビード面がフロアパネルと接合されていることにより、軸方向荷重分散部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数が、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている態様とすることができる。
【００２６】
このように、軸方向荷重分散部のビードにおけるビード面がフロアパネルと接合されて軸方向荷重分散部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数が、軸方向荷重整流化部における主骨格とフロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされていることにより、フロアパネルに対する荷重分散性を高めることができる。その結果、軸方向荷重に対する強度をさらに高くすることができる。
【００２７】
また、ビードは、主骨格の高さ方向とビードの深さを変化させて加工されて構成されている態様とすることができる。
【００２８】
このように、ビードは、主骨格の高さ方向とビードの深さを変化させて加工されて構成されていることにより、コイル材を切断して主骨格を製造する際、コイル材を略矩形状に切り出すことができるので、コイル材の無駄を排除することができる。そのため、歩留まりの改善を図ることができる。
【００２９】
そして、車両主骨格とフロアパネルの接合領域は、主骨格の前方から後方まで略同一幅に形成されている態様とすることができる。
【００３０】
このように、車両主骨格とフロアパネルの接合領域は、主骨格の前方から後方まで略同一幅に形成されていることにより、主骨格を伝達する軸方向荷重を後方へ適正に移動させることができる。さらには、フロアパネルからの分散量に偏りを生じさせないようにすることができ、荷重減衰の均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る車両の下部構造によれば、部品点数の増大を招くことなく、主骨格の曲げ剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】車両の下部構造の斜視図である。
【図２】フロントサイドメンバの斜視図である。
【図３】車両の下部構造におけるフロントサイドメンバの側面図である。
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図３のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）は図３のＥ−Ｅ線断面図である。
【図５】車両の下部構造におけるフロントサイドメンバの平面図である。
【図６】（ａ）は、キック部におけるフロアパネルにビードを形成した場合に曲げモーメント荷重が生じた場合のキック部の変形状態を示す断面図、（ｂ）はキック部におけるフロアパネルを平面状にした場合に曲げモーメント荷重が生じた場合のキック部の変形状態を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、フロントサイドメンバの側面図、（ｂ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロントサイドメンバにおける車両前後方向の曲げモーメント分布を示すグラフ、（ｃ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロントサイドメンバにおける車両前後方向の軸方向荷重分布を示すグラフである。
【図８】前方から荷重が入力された場合のフロントサイドメンバの断面応力分布を示すグラフであり、（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面に対応するグラフ、（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線断面に対応するグラフ、（ｃ）は、図３のＤ−Ｄ線断面に対応するグラフである。
【図９】（ａ）は、軸荷重整流化部におけるフロアパネルを平面状にした場合の有効幅を説明する断面図、（ｂ）は、軸荷重整流化部におけるフロアパネルにビードを形成した場合の有効幅を説明する断面図である。
【図１０】板材に軸方向荷重をかけた状態を説明する説明図である。
【図１１】（ａ）は、フロアメンバリアの任意の位置の断面図、（ｂ）は、フロアメンバリアの他の任意の位置の断面図、（ｃ）は、コイル材からフロアメンバリアの母材を切り出す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００３４】
図１は、本実施形態に係る車両の下部構造の斜視図、図２は、フロンサイドメンバの斜視図、図３は、車両の下部構造におけるフロアメンバの側面図である。また、図４（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図３のＤ−Ｄ線断面図、（ｅ）は図３のＥ−Ｅ線断面図、図５は、車両の下部構造におけるフロアメンバの平面図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態に係る車両の下部構造は、長尺状をなし、車両の前後方向に延在する主骨格であるフロアメンバ１を備えている。また、フロアメンバ１には、車両のフロア部を形成するフロアパネル２が取り付けられている。さらに、フロアメンバ１には、車両の左右方向に延在するフロントフロアクロス３が取り付けられ、フロアメンバ１におけるフロントフロアクロス３が取り付けられた位置よりも車両の後部には、車両の左右方向に延在するリアフロアクロス４が取り付けられている。
【００３６】
ここで、図２に示すように、フロアメンバ１におけるフロントフロアクロス３が取り付けられた位置よりも前部がキック部Ｋとされている。また、フロアメンバ１におけるフロントフロアクロス３が取り付けられた位置とリアフロアクロス４が取り付けられた位置との間が荷重整流化部Ｒとされている。さらに、フロアメンバ１におけるリアフロアクロス４が取り付けられた位置よりも後方が荷重分散部Ｄとされている。
【００３７】
荷重整流化部Ｒでは、フロアメンバ１が車両の後方に向かうほど徐変している。さらには、フロアメンバ１は、車両の後方に向かうほど高さが低くなるとともに断面積が小さくなるように徐々に変化して徐変している。
【００３８】
また、図２および図３に示すように、フロアメンバ１は、フロアメンバフロント１１およびフロアメンバリア１２を備えている。フロアメンバフロント１１は、フロアメンバ１の前部に配置され、フロアメンバリア１２は、フロアメンバ１の後部に配置されている。また、フロアメンバフロント１１の上部には、メンバリアアッパ１３が設けられている。
【００３９】
さらに、フロアメンバ１の前部には、曲げモーメント耐久部となるキック部Ｋが形成されている。キック部Ｋは、前方に行くほど上昇する形状とされている。また、キック部Ｋでは、フロアメンバフロント１１とメンバリアアッパ１３とによって、フロアパネル２が挟持されている。キック部Ｋにおいて、フロアメンバフロント１１とメンバリアアッパ１３とによって挟持されているフロアパネル２は、平面状とされている。
【００４０】
また、フロアメンバ１のキック部Ｋにおけるフロアメンバフロント１１の下面には、車両の前後方向に延在する前方下部ビード１４が形成されている。さらに、フロアメンバリア１２における下面には、車両の前後方向に延在する後方下部ビード１５が形成されている。後方下部ビード１５は、前方下部ビード１４と連続して形成されている。また、メンバリアアッパ１３の上面には、車両の前後に延在する前方上部ビード１６が形成されている。
【００４１】
前方下部ビード１４は、断面略半円形をなしており、車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにして形成されている。こうして、前方下部ビード１４は、車両の後方に向かうほど縦寸法が低くなる方向に徐変させられている。また、後方下部ビード１５は、断面略矩形状から隅部を面取りされた形状をなしている。この後方下部ビード１５は、車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにされている。特に、フロントフロアクロス３が取り付けられた位置とリアフロアクロス４が取り付けられた位置との間の荷重整流化部Ｒでは、後方下部ビード１５は、図４（ａ）〜（ｅ）に示すうように、車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにして形成されている。
【００４２】
ここで、フロアメンバリア１２は、車両後方に行くにつれて後方下部ビード１５の深さが深くなるのに対して、側面部の高さが徐々に低くなっていく形状をなしている。また、リアフロアクロス４が取り付けられた位置の車両やや前方よりの位置から、後方下部ビード１５の上面がフロアパネル２に当接している。
【００４３】
また、前方上部ビード１６は、断面略半円形をなしており、その深さは、車両の前後方向中央部までは車両後方に行くほどわずかに深くなるようにされており、車両前後方向中央部よりも後方では、後方にいくにつれて深さが徐々に浅くなっている。さらには、フロアメンバリア１２の後端部近傍位置で消滅する。
【００４４】
フロアメンバ１に取り付けられるフロアパネル２は、荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄにおいては、フロアメンバリア１２の上部に配置されている。また、フロアパネル２における荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄには、車両の前後方向にそれぞれ延在する補強ビードとなる第１パネルビード１７および第２パネルビード１８が形成されている。
【００４５】
第１パネルビード１７および第２パネルビード１８は、互いに略同一形状をなしており、車両の後方に行くに連れて徐々に深さが深くなるように形成されている。また、第１パネルビード１７と第２パネルビード１８との間に、フロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５が配置されている。このように、第１パネルビード１７および第２パネルビード１８は、後方下部ビード１５からずれた位置に形成されている。
【００４６】
さらに、フロアメンバ１とフロアパネル２とは溶接によって固定されている。ここで、フロアメンバ１とフロアパネル２との溶接位置Ｙは、図５に示すように、フロアメンバ１の前部から後部にかけて、フロアメンバ１における両サイドで、前後方向に離間して配置されている。これらの位置では、フロアメンバ１におけるフロアメンバフロント１１、フロアメンバリア１２、またはメンバリアアッパ１３とフロアパネル２とが溶接されている。
【００４７】
さらに、フロアメンバ１の後部におけるリアフロアクロス４よりも後方の荷重分散部Ｄでは、溶接位置Ｙは、フロアメンバ１の両サイドのほか、フロアメンバ１の幅方向中央部にも配置されている。フロアメンバ１の幅方向中央部では、フロアメンバ１におけるフロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５とフロアパネル２とが溶接されている。このように、荷重分散部Ｄでは、キック部Ｋおよび荷重整流化部Ｒよりも溶接位置Ｙが多く、さらにいえば、単位面積あたりの溶接位置Ｙが多く設定されている。
【００４８】
次に、本実施形態に係る車両の下部構造の作用について説明する。本実施形態に係る車両の下部構造におけるフロアメンバ１においては、フロアメンバ１におけるフロアメンバフロント１１、フロアメンバリア１２、およびメンバリアアッパ１３にそれぞれ車両の前後方向に延びるビード１４〜１６が形成されている。これらのビード１４〜１６が形成されていることにより、車両が前面衝突した際の曲げに対する強度を向上させることができる。また、フロアメンバ１に別途補強部材を設けることなく、曲げに対する強度を向上させることができるので、部品点数を増大させることなく、フロアメンバ１の曲げ剛性を高めることができる。
【００４９】
特に、フロアメンバフロント１１に形成された前方下部ビード１４とフロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５とは、連続して形成されている。このため、フロアメンバ１において、車両が前面衝突した際の荷重をスムーズに後方に伝達することができる。
【００５０】
ここで、フロアメンバ１における前部に位置するキック部Ｋでは、フロアメンバフロント１１とメンバリアアッパ１３とによって挟持されるフロアパネル２が平面状とされている。このように、フロアパネル２が平面状であることから、フロアパネル２の張力がフロアメンバ１の曲げに対して強度を発揮する。
【００５１】
たとえば、図６（ａ）に示すように、フロアメンバ１のキック部Ｋにおけるフロアパネル２にビードＢが形成されている場合を考える。この場合、フロアパネル２におけるビードＢが形成されている部分が変形しやすくなることから、フロアパネル２が曲げモーメントに対して高い強度を発現しにくくなる。その結果、フロアメンバ１における曲げモーメントに対する強度全体を高くすることができなくなり、フロアメンバ１のキック部Ｋに曲げモーメントが作用した際、図６（ａ）に破線で示すように、フロアメンバ１の変形量が大きくなってしまう。
【００５２】
この点、本実施形態に係るフロアメンバ１では、図６（ｂ）に示すように、フロアメンバ１のキック部Ｋに配置されたフロアパネル２が平面状であると、フロアパネル２が変形しにくくなり、フロアパネル２の曲げモーメントに対する強度が高いものとなる。その結果、フロアメンバ１のキック部Ｋに曲げモーメントが作用した際、図６（ｂ）に破線で示すように、フロアメンバ１の変形量を小さくすることができる。
【００５３】
さらには、フロアメンバフロント１１には車両の前後方向に延在する前方下部ビード１４が形成され、メンバリアアッパ１３には、車両の前後方向に延在する前方上部ビード１６が形成されている。これらの前方下部ビード１４および前方上部ビード１６が形成されていることにより、フロアメンバ１の曲げに対してさらに高い強度を発揮することとなる。その結果、フロアメンバ１の曲げ剛性をさらに高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る車両の下部構造におけるフロアメンバ１には、曲げモーメント耐久部となるキック部Ｋ、軸方向荷重を整流化する荷重整流化部Ｒ、および荷重を分散する荷重分散部Ｄが形成されている。このため、フロアメンバ１の前方から後方に流れる荷重をフロアメンバ１の高さ方向に対して整流することができる。したがって、フロアメンバ１における曲げ剛性を高めることができるとともに、荷重の伝達性および分散性を高めることができる。
【００５５】
いま、フロアメンバ１における曲げモーメントおよび軸方向荷重について図７を用いて説明し、フロアメンバ１における断面応力分布について図８を用いて説明する。図７（ａ）は、フロアメンバの側面図、（ｂ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロアメンバにおける車両前後方向の曲げモーメント分布を示すグラフ、（ｃ）は、車両の前方から荷重が入力された際のフロアメンバにおける車両前後方向の軸方向荷重分布を示すグラフである。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、車両の前方から荷重が入力された際、フロアメンバ１では、車両の前方位置で高い曲げモーメントが発生し、フロアメンバ１が大きく屈曲する位置までは曲げモーメントが後方にいくほど増加する。また、曲げモーメントがピークを迎えた位置から後方では、徐々に曲げモーメントが下降し、フロントフロアクロス３が取り付けられた位置では、曲げモーメントはほぼ０となる。フロントフロアクロス３が取り付けられた位置よりも後方、換言すれば、フロアメンバ１における荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄでは、曲げモーメントはほぼ０となる。
【００５７】
また、軸方向荷重分布を見てみると、図７（ｃ）に示すように、車両の前方では、曲げモーメントの増加にほぼ対応して軸方向荷重分布も増加する。また、軸方向荷重がピークに達した位置からは、後方にいくにしたがって軸方向荷重も徐々に減少する。しかし、曲げモーメントの減少割合よりも小さな割合で減少していく。それから、フロアメンバ１の後端部にいたるまで、軸方向荷重が減少しつづけていく分布となる。
【００５８】
さらに、図８は、前方から荷重が入力された場合のフロアメンバの断面応力分布を示すグラフであり、（ａ）は、図３のＡ−Ａ線断面に対応するグラフ、（ｂ）は、図３のＢ−Ｂ線断面に対応するグラフ、（ｃ）は、図３のＤ−Ｄ線断面に対応するグラフである。
【００５９】
図８（ａ）に示すように、フロアメンバ１におけるキック部Ｋにおける断面応力分布は、圧縮応力域ＣＡと引っ張り応力域ＳＡとが混在し、曲げ応力が支配的となっている。また、図８（ｂ）に示すように、キック部Ｋと荷重整流化部Ｒとの境目近傍の断面応力分布は、低い位置では高い位置よりも応力が小さく、高さ方向に均一ではないものの、圧縮応力域ＣＡで占められている。さらに、図８（ｃ）に示すように、荷重整流化部Ｒと荷重分散部Ｄとの境目近傍の断面応力分布は、高さ方向にほぼ均一となった圧縮応力域ＣＡで占められており、軸力が支配的となる。
【００６０】
図７および図８に示すフロアメンバ１の曲げモーメント分布、軸方向荷重分布、および断面応力分布から分かるように、フロアメンバ１に前方におけるキック部Ｋでは曲げモーメントが大きく作用し、後方における荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄでは軸方向荷重が大きく作用する。
【００６１】
ここで、フロアメンバ１では、キック部Ｋにおけるフロアパネル２を平面状としている。フロアパネル２が平面状であることから、曲げモーメントに対する強度を高くすることができる。また、荷重整流化部Ｒおよび荷重分散部Ｄでは、軸方向荷重に対する強度が求められる。このとき、図７（ｃ）に示す軸方向荷重分布を参照すると、車両の後方にいくにつれて荷重分布が小さくなっている。
【００６２】
そこで、フロアメンバ１は、車両の後方に向かうほど高さが低くなるとともに断面積が小さくなるように徐々に変化して徐変している。このため、車両の後方にいくにつれて小さくなっている軸方向荷重を車両の後方に多く伝達することができるので、軸方向荷重を軸方向に対して平均化させることができる。
【００６３】
さらに、荷重整流化部Ｒにおけるフロアメンバリア１２には、後方下部ビード１５が車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるようにして形成されている。後方下部ビード１５が車両の後方にいくにつれて徐々に深さが深くなるように形成されていることにより、軸方向荷重が車両の後方に伝達されやすくなる。このため、車両の後方にいくにつれて小さくなっている軸方向荷重を車両の後方に多く伝達することができるので、軸方向荷重を軸方向に対して平均化させることができる。
【００６４】
しかも、荷重整流化部Ｒでは、フロアメンバリア１２に後方下部ビード１５が形成されているとともに、フロアパネル２に第１パネルビード１７および第２パネルビード１８が形成されている。ここで、第１パネルビード１７および第２パネルビード１８は、後方下部ビード１５からずれた位置に形成されている。荷重整流化部Ｒでは、これらの後方下部ビード１５、第１パネルビード１７、および第２パネルビード１８が形成されている。
【００６５】
ここで、図９（ａ）に示すように、荷重整流化部Ｒにおけるフロアパネル２が平面である場合、フロアメンバ１における有効幅ｂｍは、フロアメンバ１の両端部近傍のみとなってしまう。この場合には、フロアメンバ１の有効幅ｂｍが小さくなってしまうので、フロアメンバ１における断面の座屈強度が低くなってしまう。
【００６６】
この点、本実施形態に係るフロアメンバ１における荷重整流化部Ｒでは、図９（ｂ）に示すように、フロアパネル２に第１パネルビード１７および第２パネルビード１８が形成されていることから、フロアメンバ１における有効幅ｂｍをフロアメンバ１の幅方向全体とすることができる。この結果、フロアメンバ１における有効幅ｂｍを広くとることができ、フロアメンバ１における断面の屈曲強度を向上させることができるので、フロアメンバ１における軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００６７】
一般的に、周囲が単純支持された圧縮荷重を受ける薄板は、部材が座屈した後も荷重を分担する。たとえば、板厚ｔの薄板における有効幅ｂｍは、下記（１）式によって現すことができる。
【００６８】
ｂｍ＝〔π２・Ｅ・Ｋ／（１２−ν２）σｙ〕１／２・ｔ
＝１．９（Ｅ／σｙ）１／２・ｔ ・・・（１）
ただし、Ｅ：ヤング率
Ｋ：定数
ν：ポアソン比
σｙ：材料の降伏強度
【００６９】
また、図１０に示すように、縦幅ａ、横幅ｂである４辺単純支持長方形平面が１方向より荷重（Ｎｘ）ｃｒの圧縮を受ける場合の座屈応力σｃｒは、下記（２）式で表すことができる。
【００７０】
σｃｒ＝（Ｎｘ）ｃｒ／ｔ＝ｋσｅ ・・・（２）
ただし、ｋ＝（ｍｂｍ／ａ＋ａ／ｍｂｍ）２
σｅ＝π２Ｄ／ｔｂｍ２＝〔π２Ｅ／１２（１−ν）２〕（ｔ／ｂｍ）２
【００７１】
上記の（２）式から分かるように、有効幅ｂｍが小さくなるほど、座屈応力は小さくなっている。したがって、有効幅が大きいほど、軸方向荷重に対する強度を高くすることができる。
【００７２】
また、荷重分散部Ｄにおいては、フロアメンバリア１２に形成された後方下部ビード１５とフロアパネル２とが溶接によって固定されており、荷重分散部Ｄにおけるフロアメンバ１とフロアパネル２との結合数が、荷重整流化部Ｒにおけるフロアメンバ１とフロアパネル２との結合数よりも多くされている。このため、フロアメンバ１とフロアパネル２との結合点を多くすることができるので、荷重分散部Ｄにおける荷重分散性を荷重整流化部Ｒよりも高めることができる。その結果、軸方向荷重に対する強度をさらに高めることができる。
【００７３】
さらに、本実施形態に係る車両の下部構造では、フロアメンバ１のフロアメンバリア１２には、車両後方に行くにつれて深さが深くなる後方下部ビード１５が形成されているとともに、フロアメンバリア１２は、側面部の高さが徐々に低くなっていく形状をなしている。
【００７４】
さらに説明すると、図１１（ａ）にフロアメンバリア１２の任意の第１断面を示し、（ｂ）にフロアメンバリア１２の任意の第２断面を示す。ここで、フロアメンバリア１２の任意の第１断面におけるフロアメンバリア１２の高さ（以下「本体高さ」という）ｈｒ１と後方下部ビード１５の高さ（以下「ビード高さ」という）ｈｂ１の和は、第２断面における本体高さｈｒ２とビード高さｈｂ２の和と同一とされている。この関係は、フロアメンバリア１２のどの断面で切っても同一の関係とされている。
【００７５】
このため、フロアメンバリア１２を引き伸ばした形状を矩形状とすることができる。言い換えると、矩形状の母材に曲げ加工することによりフロアメンバリア１２を製造することができる。したがって、フロアメンバリア１２の母材として、矩形状の板材を用いることができるので、図１１（ｃ）に示すように、コイル材Ｍから板材を切り出してフロアメンバリア１２を製造する際に、破線で示すような余剰部分Ｇを出さないようにすることができ、コイル材の無駄を排除することができる。そのため、歩留まりの改善を図ることができる。
【００７６】
さらに、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、フロアメンバ１とフロアパネル２との接合領域は、フロアメンバ１の前方から後方まで略同一幅に形成されている。このため、フロアメンバ１を伝達する軸方向荷重をフロアメンバ１の後方に適切に移動させることができるとともに、フロアパネル２からの荷重の分散量に偏りを生じさせないようにすることができる。したがって、軸方向荷重を減衰する際に、減衰を均一に行わせることができる。その結果、フロアメンバ１における軸方向荷重に対する強度をさらに向上させることができる。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、フロアメンバ１におけるフロアメンバフロント１１とフロアメンバリア１２とが個別の部材で形成されているが、これらを連続的に形成した部材とすることもできる。また、上記実施形態では、主骨格としてフロアサイドメンバを用いているが、車両の前方でフロアパネルと接合される骨格部材であればよく、フロントサイドメンバと呼ばれる骨格部材や、パネルサイドメンバと呼ばれる骨格部材などの骨格部材を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１…フロアメンバ、２…フロアパネル、３…フロントフロアクロス、４…リアフロアクロス、１１…フロアメンバフロント、１２…フロアメンバリア、１３…メンバリアアッパ、１４…前方下部ビード、１５…後方下部ビード、１６…前方上部ビード、１７…第１パネルビード、１８…第２パネルビード、Ｄ…荷重分散部、Ｇ…余剰部分、Ｋ…キック部、Ｍ…コイル材、Ｒ…荷重整流化部、Ｙ…溶接位置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、前記車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、
前記主骨格に対して、前後方向に延びるビードが形成されていることを特徴とする車両の下部構造。
【請求項２】
前記フロアパネルにおける前記主骨格との接合部が平面状とされている請求項１に記載の車両の下部構造。
【請求項３】
前記ビードのビード面が、前記車両の後方に向かうほど前記フロアパネルが配設された側に近接させられている請求項１または請求項２に記載の車両の下部構造。
【請求項４】
車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、前記車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、
前記主骨格における前記車両前部と前記フロア部との間にキック部が形成されており、
前記主骨格は、前記キック部に形成された曲げモーメント耐久部と、前記キック部から後方への軸方向荷重の流れを整流化する軸方向荷重整流化部と、前記軸方向荷重を前記フロアパネルへ分散する軸方向荷重分散部と、を備えることを特徴とする車両の下部構造。
【請求項５】
前記主骨格部における前記キック部は、主骨格上側部材と主骨格下側部材をと備えており、
前記曲げモーメント耐久部は、前記主骨格上側部材および主骨格下側部材のそれぞれ形成された前後方向に延在するビードと、前記主骨格上側部材および主骨格下側部材によって挟持されたフロアパネルとを備える請求項４に記載の車両の下部構造。
【請求項６】
前記主骨格における前記フロアパネルが結合された位置に、前記車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、前記車両の前後方向に互いに離間して配設されており、
前記第１フロアクロスメンバと前記第２フロアクロスメンバとの間における前記主骨格は、前記車両の後方に向かうほど徐変する請求項４に記載の車両の下部構造。
【請求項７】
前記主骨格の前記軸方向荷重整流化部における第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間に、前記車両の前後方向に延在するビードが形成されており、
前記軸方向荷重整流化部における前記ビードのビード深さが、前記車両の後方に向かうほど深くされているとともに、
前記主骨格における前記軸方向修正部の縦寸法が低くなる方向に徐変させられている請求項６に記載の車両の下部構造。
【請求項８】
前記軸方向荷重整流化部におけるフロアパネルに、前記ビードの深さ方向に見て、前記主骨格に形成されたビードからずれた位置に補強ビードが形成されている請求項６または請求項７に記載の車両の下部構造。
【請求項９】
前記主骨格における前記フロアパネルが結合された位置に、前記車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、前記車両の前後方向に互いに離間し、かつ前記第１フロアクロスメンバが前記第２フロアクロスメンバよりも前方になるように配設されており、
前記軸方向荷重分散部は、前記第２フロアクロスメンバの後方に設けられており、
前記軸方向荷重分散部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数は、前記軸方向荷重整流化部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている請求項４に記載の下部構造。
【請求項１０】
前記軸方向荷重分散部は、前記車両の前後方向に延在するビードを有しており、
前記ビードにおけるビード面が前記フロアパネルと接合されていることにより、前記軸方向荷重分散部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数が、前記軸方向荷重整流化部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている請求項９に記載の車両の下部構造。
【請求項１１】
前記ビードは、前記主骨格の高さ方向とビードの深さを変化させて加工されて構成されている請求項５〜請求項１０のうちのいずれか１項に記載の車両の下部構造。
【請求項１２】
前記車両主骨格と前記フロアパネルの接合領域は、前記主骨格の前方から後方まで略同一幅に形成されている請求項１〜請求項１１のうちのいずれか１項に記載の車両の下部構造。
【請求項１】
車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、前記車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、
前記主骨格に対して、前後方向に延びるビードが形成されていることを特徴とする車両の下部構造。
【請求項２】
前記フロアパネルにおける前記主骨格との接合部が平面状とされている請求項１に記載の車両の下部構造。
【請求項３】
前記ビードのビード面が、前記車両の後方に向かうほど前記フロアパネルが配設された側に近接させられている請求項１または請求項２に記載の車両の下部構造。
【請求項４】
車両前部からフロア部に向けて延在する主骨格に対して、前記車両の下面部に設けられたフロアパネルが結合された結合構造を備える車両の下部構造であって、
前記主骨格における前記車両前部と前記フロア部との間にキック部が形成されており、
前記主骨格は、前記キック部に形成された曲げモーメント耐久部と、前記キック部から後方への軸方向荷重の流れを整流化する軸方向荷重整流化部と、前記軸方向荷重を前記フロアパネルへ分散する軸方向荷重分散部と、を備えることを特徴とする車両の下部構造。
【請求項５】
前記主骨格部における前記キック部は、主骨格上側部材と主骨格下側部材をと備えており、
前記曲げモーメント耐久部は、前記主骨格上側部材および主骨格下側部材のそれぞれ形成された前後方向に延在するビードと、前記主骨格上側部材および主骨格下側部材によって挟持されたフロアパネルとを備える請求項４に記載の車両の下部構造。
【請求項６】
前記主骨格における前記フロアパネルが結合された位置に、前記車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、前記車両の前後方向に互いに離間して配設されており、
前記第１フロアクロスメンバと前記第２フロアクロスメンバとの間における前記主骨格は、前記車両の後方に向かうほど徐変する請求項４に記載の車両の下部構造。
【請求項７】
前記主骨格の前記軸方向荷重整流化部における第１フロアクロスメンバと第２フロアクロスメンバとの間に、前記車両の前後方向に延在するビードが形成されており、
前記軸方向荷重整流化部における前記ビードのビード深さが、前記車両の後方に向かうほど深くされているとともに、
前記主骨格における前記軸方向修正部の縦寸法が低くなる方向に徐変させられている請求項６に記載の車両の下部構造。
【請求項８】
前記軸方向荷重整流化部におけるフロアパネルに、前記ビードの深さ方向に見て、前記主骨格に形成されたビードからずれた位置に補強ビードが形成されている請求項６または請求項７に記載の車両の下部構造。
【請求項９】
前記主骨格における前記フロアパネルが結合された位置に、前記車両の左右方向に延在する第１フロアクロスメンバおよび第２フロアクロスメンバが、前記車両の前後方向に互いに離間し、かつ前記第１フロアクロスメンバが前記第２フロアクロスメンバよりも前方になるように配設されており、
前記軸方向荷重分散部は、前記第２フロアクロスメンバの後方に設けられており、
前記軸方向荷重分散部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数は、前記軸方向荷重整流化部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている請求項４に記載の下部構造。
【請求項１０】
前記軸方向荷重分散部は、前記車両の前後方向に延在するビードを有しており、
前記ビードにおけるビード面が前記フロアパネルと接合されていることにより、前記軸方向荷重分散部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数が、前記軸方向荷重整流化部における前記主骨格と前記フロアパネルとの単位面積あたりの結合数よりも多くされている請求項９に記載の車両の下部構造。
【請求項１１】
前記ビードは、前記主骨格の高さ方向とビードの深さを変化させて加工されて構成されている請求項５〜請求項１０のうちのいずれか１項に記載の車両の下部構造。
【請求項１２】
前記車両主骨格と前記フロアパネルの接合領域は、前記主骨格の前方から後方まで略同一幅に形成されている請求項１〜請求項１１のうちのいずれか１項に記載の車両の下部構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２５４１３０（Ｐ２０１０−２５４１３０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６５２５（Ｐ２００９−１０６５２５）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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