車体の補強構造および補強方法
【課題】 ピラー部材またはクロス部材の一方に入力される荷重を引張り力に変換して他方に伝達・分散することにより、ピラー部材またはクロス部材の剛性を簡単な構成をもって高めることができる車体の補強構造を提供する。
【解決手段】 それぞれを中空の閉断面に形成したルーフサイドレール１０とセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とを十字状の結合部分Ｋ１とし、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との間に荷重変換手段１００を設けて、センターピラー３０に側突荷重Ｆが入力した際に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達することにより、センターピラー３０に入力される荷重Ｆが効率良くルーフクロスメンバ４０に伝達・分散され、ひいてはセンターピラー３０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【解決手段】 それぞれを中空の閉断面に形成したルーフサイドレール１０とセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とを十字状の結合部分Ｋ１とし、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との間に荷重変換手段１００を設けて、センターピラー３０に側突荷重Ｆが入力した際に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達することにより、センターピラー３０に入力される荷重Ｆが効率良くルーフクロスメンバ４０に伝達・分散され、ひいてはセンターピラー３０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の側面衝突時にピラー部材が車室内に侵入する変形量を小さく抑制するようにした車体の補強構造および補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車体の補強構造としては、フロア部の車幅方向両側に車両前後方向に延在するロッカとセンターピラーとの結合部付近から、フロアパネル下面にロッカよりも低い位置に車両前後方向に設けたフロアメンバとに亘って、ガセットを結合配置して、前記センターピラーや前記ロッカに横方向の外力が作用した際に、前記ガセットが屈曲変形してフロアメンバに曲げ荷重として伝達されることにより、フロアメンバに作用するねじり荷重を低減して車体の剛性を向上できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１８５９６０号公報（第４，５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかる従来の車体の補強構造にあっては、横方向の外力をガセットの屈曲変形によって延長先のフロアメンバに伝達しようとしていたため、外力の作用方向が傾いたりしてガセットの屈曲変形が予想外の方向に伸展した場合には、所望の荷重伝達がなされない可能性があるとともに、ガセットを屈曲させることを前提としているため、ガセットが屈曲されるまでの範囲の車体変形は許容せざるを得なくなってしまう。
【０００４】
そこで、本発明はピラー部材またはクロス部材の一方に入力される荷重を引張り力に変換して他方に伝達・分散することにより、ピラー部材またはクロス部材の剛性を簡単な構成をもって高めることができる車体の補強構造および補強方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の車体の補強構造は、車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材とクロス部材との間に、これらピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達する荷重変換手段を設けたことを最も主要な特徴とする。
【０００６】
また、本発明の車両の補強方法は、車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の車両のピラー補強構造および補強方法によれば、ピラー部材とクロス部材との間に荷重変換手段を設けることにより、ピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達するようになっているので、ピラー部材またはクロス部材に入力される荷重が効率良くクロス部材に伝達・分散され、ひいてはピラー部材またはクロス部材の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【０００９】
図１〜図８は本発明にかかる車体の補強構造および補強方法の第１実施形態を示し、図１は本発明の車体の補強構造を適用した車両全体の骨格構造を示す斜視図、図２は図１中Ａ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図、図３は図２に示す結合部分の分解斜視図、図４は補強部材の取付状態を示す断面図、図５は補強部材の斜視図、図６は側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図、図７は側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図、図８は荷重変換手段の作動状態を示す断面図である。
【００１０】
本実施形態の車両１は、図１に示すように車両１の天井部Ｒおよび床部Ｆの車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材としてのルーフサイドレール１０およびサイドシル２０と、上下方向に対向するフレーム部材、つまりルーフサイドレール１０とサイドシル２０とを上下方向に連結する左右のピラー部材としてのセンターピラー３０と、左右方向に対向するフレーム部材、つまり左右ルーフサイドレール１０どうし、および左右サイドシル２０どうしを前記センターピラー３０の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材としてのルーフクロスメンバ４０およびフロアクロスメンバ５０と、を備えている。
【００１１】
また、前記ルーフサイドレール１０とサイドシル２０との間には、前記センターピラー３０の前後方向に所定間隔をおいてフロントピラー３０Ｆおよびリアピラー３０Ｒを連結してある。
【００１２】
更に、左右ルーフサイドレール１０どうしの間には、前記ルーフクロスメンバ３０の前後方向に所定間隔をおいてフロントルーフクロスメンバ４０Ｆおよびリアルーフクロスメンバ４０Ｒを連結してあるとともに、左右サイドシル２０どうしの間には、前記フロアクロスメンバ５０の前後方向に所定間隔をおいてフロントフロアクロスメンバ５０Ｆおよびリアフロアクロスメンバ５０Ｒを連結してある。
【００１３】
前記ルーフサイドレール１０、サイドシル２０、センターピラー３０、ルーフクロスメンバ４０およびフロアクロスメンバ５０は、いずれも中空の閉断面に形成してあり、ルーフサイドレール１０とセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との結合部分Ｋ１は、図２に示すようにセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とがルーフサイドレール１０をジョイントとして十字状に結合される。
【００１４】
図３に示すように、センターピラー３０の外壁３１とルーフサイドレール１０の外壁１１は、それぞれが断面コ字状に形成されて一体に形成され、ルーフサイドレール１０の外壁１１の上側に形成した開口部１１ａの周縁部に、断面コ字状に形成されたルーフクロスメンバ４０の外壁４１の外側端部が接合される。
【００１５】
そして、前記センターピラー３０、ルーフサイドレール１０およびルーフクロスメンバ４０の各外壁３１，１１，４１の車室内側に十字状平板で形成したクロージング材６０を接合することにより、前記十字状の結合部分Ｋ１は閉断面に構成される。
【００１６】
このとき、前記クロージング材６０は、ルーフサイドレール１０に対応する部分がその内壁１２となり、センターピラー３０に対応する部分がその内壁３２となり、ルーフクロスメンバ４０に対応する部分がその内壁４２となる。
【００１７】
ここで、本実施形態の車体の補強構造では、前記センターピラー３０と前記ルーフクロスメンバ４０との間に、センターピラー３０に側突荷重Ｆ（図６参照）が入力した際に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達する荷重変換手段１００を設けてある。
【００１８】
そして、本実施形態の補強方法は、センターピラー３０に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達するようになっている。
【００１９】
前記荷重変換手段１００は、図４に示すようにルーフサイドレール１０に跨って、一端部（図４中右端部）をセンターピラー３０に結合するとともに、他端部（図４中左端部）をルーフクロスメンバ４０に結合し、中間部分１０１ａがルーフサイドレール１０に設けた支点部としての突起部７０で支持される補強部材としての補強プレート１０１で形成してある。
【００２０】
前記突起部７０は、図３に示すようにルーフサイドレール１０の車室内側を閉止する前記クロージング材６０の交差部分６１の中央部、つまりルーフサイドレール１０の内壁１２に、ルーフサイドレール１０の内方に向かって所定高さをもって突設され、かつ、この突起部７０は車両前後方向に延びて形成されている。
【００２１】
前記補強プレート１０１は、図５に示すように所定厚さｔを有する長方形板状に形成され、センターピラー３０の端部３０ａとルーフクロスメンバ４０の端部４０ａに亘って配置される。
【００２２】
また、前記補強プレート１０１は、図５に示すように両端部にセンターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０にそれぞれ結合するためのフランジ部１０１ｂ，１０１ｃを有し、それらフランジ部１０１ｂ，１０１ｃ間の中間部分１０１ａを直線状に形成してある。
【００２３】
そして、図４に示すように前記補強プレート１０１を、閉断面のセンターピラー３０の内方から閉断面のルーフサイドレール１０内を通過させて閉断面のルーフクロスメンバ４０の内方に配置し、補強プレート１０１の一端部（図中右端部）のフランジ部１０１ｂをセンターピラー３０の外壁３１にスポット溶接で結合するとともに、他端部（図中左端部）のフランジ部１０１ｃをルーフクロスメンバ４０の内壁４２にスポット溶接で結合してある。
【００２４】
このとき、直線状に形成された補強プレート１０１の中間部分１０１ａは、前記突起部７０に圧迫しない程度に接触させてあり、また、前記フランジ部１０１ｂ，１０１ｃの形成角度θ１，θ２（図５参照）はほぼ等しくなるように設定される。
【００２５】
また、本実施形態にあっては図７に示すように、前記補強プレート１０１が支持される突起部７０から補強プレート１０１がセンターピラー３０に結合される結合点までの距離Ｌを、センターピラー３０が曲げ変形される時の曲率半径よりも小さくしてある。
【００２６】
従って、前記ピラー補強構造では、図６に示すように側突などによりセンターピラー３０に車両外方から内方に向かう荷重Ｆが作用した場合、センターピラー３０は荷重Ｆによって上下方向ほぼ中央部が車室内方に変位する。
【００２７】
そして、図７に示すように前記センターピラー３０の上端部はジョイント部となるルーフサイドレール１０を中心として車室内方に回動する曲げモーメントＭが発生し、このとき、センターピラー３０はその曲げモーメントＭによって曲げ変形することにより、内壁３２に圧縮力が作用するとともに、外壁３１に引張り力が作用する。
【００２８】
また、前記センターピラー３０の曲げ変形に伴ってセンターピラー３０に結合した補強プレート１０１のフランジ部１０１ｂは、センターピラー３０の変形に伴って車室内方に移動することになるが、前記外壁３１に作用する引張り力によって車体下方にも移動することになる。
【００２９】
このような補強プレート１０１の挙動に伴い、ジョイント部となるルーフサイドレール１０の内壁１２から突出した突起部７０に補強プレート１０１の中間部分１０１ａが支持され、その後は図８に示すようにセンターピラー３０の曲げ変形が進行するのに従って補強プレート１０１は前記突起部７０を節として折曲する。
【００３０】
即ち、補強プレート１０１の折曲により前記フランジ部１０１ｂは突起部７０を中心とする円弧Ｃ上を車室内方に移動しようとするが、センターピラー３０の外壁３１の曲げ伸長に伴う移動により前記円弧Ｃよりも外側に外れる軌跡を描く。
【００３１】
その結果、補強プレート１０１には張力ｆ１が発生し、この張力ｆ１は補強プレート１０１内を伝わるが、折曲の節となる前記突起部７０において接触力ｆ３を発生するため、最終的にルーフクロスメンバ４０側に伝達される荷重ｆ２は前記ｆ１よりも小さくなる。
【００３２】
このとき、補強プレート１０１の両端部のフランジ部１０１ｂ，１０１ｃには、センターピラー３０の外壁３１およびルーフクロスメンバ４０の内壁４２との接合面に大きな剪断力が加わることになるが、スポット溶接は剥離方向よりも剪断方向に大きな強度を発揮するため、十分な強度を保って接合状態を維持することができる。
【００３３】
また、クロージング材６０に働く圧縮力によりルーフサイドレール１０の内壁１２にも折れ曲げる方向の歪が発生するが、接触力ｆ３がそれを相殺する方向に作用しているため、前記歪の増大を抑えることができる。
【００３４】
以上の構成により本実施形態の車体の補強構造および補強方法によれば、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との間に荷重変換手段１００を設けて、センターピラー３０に側突荷重Ｆが入力した際に発生する曲げモーメントＭを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達するようになっているので、センターピラー３０に入力される荷重が効率良くルーフクロスメンバ４０に伝達・分散でき、ひいてはセンターピラー３０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態にあっては前記荷重変換手段１００を、ルーフサイドレール１０に跨って、一端部をセンターピラー３０に結合するとともに、他端部をルーフクロスメンバ４０に結合し、センターピラー３０の曲げ変形時に中間部分１０１ａがルーフサイドレール１０に設けた突起部７０で支持される補強プレート１０１で形成したので、センターピラー３０に発生する曲げモーメントＭを引張り力に変換するには、補強プレート１０１が突起部７０に支持されることが必要であるが、補強プレート１０１は通常状態で突起部７０に圧迫しない程度に接触しているため、センターピラー３０が曲げ変形を開始するとほぼ同時に突起部７０で補強プレート１０１を支持できるため、荷重Ｆの入力と同時に補強プレート１０１に引張り力を発生させてルーフクロスメンバ４０に伝達できるため、側突当初からセンターピラー３０の剛性を高めることができるとともに、前記突起部７０を介してセンターピラー３０からルーフサイドレール１０に干渉力を作用させることができるので、より広い範囲に負荷を分散させることができる。
【００３６】
更に、前記補強プレート１０１は、センターピラー３０の端部３０ａとルーフクロスメンバ４０の端部４０ａに亘って配置したので、センターピラー３０やルーフクロスメンバ４０の組み立て工程で比較的容易に設置できるとともに、補強プレート１０１をルーフサイドレール１０に跨ってセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とに連結したので、センターピラー３０の負荷を直接にルーフクロスメンバ４０に伝達し、その補強プレート１０１に発生した引張り力の伝達効率を高めることができる。
【００３７】
更にまた、前記補強プレート１０１は、両端部にセンターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０にそれぞれ結合するためのフランジ部１０１ｂ，１０１ｃを有し、それらフランジ部１０１ｂ，１０１ｃ間の中間部分１０１ａを直線状に形成したので、フランジ部１０１ｂ，１０１ｃにより補強プレート１０１とセンターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０との結合力を高め、スポット溶接やリベット結合若しくは切欠きによる嵌め合い接合する場合にも十分な接合強度を確保することができる。
【００３８】
また、前記補強プレート１０１は、一端部のフランジ部１０１ｂをセンターピラー３０の外壁３１に結合するとともに、他端部のフランジ部１０１ｃをルーフクロスメンバ４０の内壁４２に結合したので、初期状態での補強プレート１０１の直線形状を確保し易くなるとともに、変形時の引張り力による負荷伝達効率を高めることができる。
【００３９】
更に、前記補強プレート１０１が支持される突起部７０から補強プレート１０１がセンターピラー３０に結合される結合点までの距離Ｌを、センターピラー３０が曲げ変形される時の曲率半径よりも小さくしたので、センターピラー３０が変形した際により大きな引張り力が補強プレート１０１に作用するようになるので、負荷伝達効率の更なる向上を図ることができる。
【００４０】
図９〜図１３は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９はフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図、図１０は図９に示す結合部分の分解斜視図、図１１は補強プレートの形成工程を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図、図１２は側方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図、図１３は上方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図である。
【００４１】
本実施形態の車体の補強構造は基本的に第１実施形態とほぼ同様であり、図９に示すようにルーフサイドレール１０とセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との結合部分Ｋ１は、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とがルーフサイドレール１０をジョイント部として十字状に結合される。
【００４２】
図１０に示すように、ルーフサイドレール１０、センターピラー３０およびルーフサイドレール１０の外壁１１，３１，４１は断面コ字状に形成されて、それぞれが別体に形成され、ルーフサイドレール１０の外壁１１の下側に形成した開口部１１ｂの周縁部にセンターピラー３０の外壁３１の上端部が接合されるとともに、ルーフサイドレール１０の外壁１１の上側に形成した開口部１１ａの周縁部にルーフクロスメンバ４０の外壁４１の外側端部が接合される。
【００４３】
そして、前記センターピラー３０、ルーフサイドレール１０およびルーフクロスメンバ４０の各外壁３１，１１，４１の車室内側に十字状平板で形成したクロージング材６２を接合することにより、前記十字状の結合部分Ｋ１は閉断面に構成される。
【００４４】
また、本実施形態にあっても前記クロージング材６２は、ルーフサイドレール１０に対応する部分がその内壁１２となり、センターピラー３０に対応する部分がその内壁３２となり、ルーフクロスメンバ４０に対応する部分がその内壁４２となる。
【００４５】
ここで、本実施形態の車体の補強構造では、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との間に、これらセンターピラー３０またはルーフクロスメンバ４０の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達する荷重変換手段１００Ａを設けてある。
【００４６】
前記荷重変換手段１００Ａは、図１０に示すように補強部材としての第１補強プレート１０２および第２補強プレート１０３で構成され、これら第１・第２補強プレート１０２，１０３はルーフサイドレール１０に跨って、一端部（図１０中右端部）をセンターピラー３０に結合するとともに、他端部（図１０中左端部）をルーフクロスメンバ４０に結合し、それぞれの中間部分１０２ａ，１０３ａがルーフサイドレール１０に設けた支点部としての突起部７１，７２で支持されるようになっている。
【００４７】
前記突起部７１，７２は、図１０に示すように第１実施形態と同様にルーフサイドレール１０の車室内側を閉止するクロージング材６２の交差部分６３の中央部分に車幅方向に並んで突設される。
【００４８】
前記第１・第２補強プレート１０２，１０３は、図１１（ａ）に示すように一枚の矩形状鋼板１０４の対向する短辺１０４ａ間に、長辺１０４ｂと平行に中央部を残して２本の切れ込み１０５を形成し、そして、図１１（ｂ）に示すように前記切れ込み１０５から両側部分と中央部分を交互に傾斜させ、両側部分を一対の第１補強プレート１０２とし、中央部分を第２補強プレート１０３としてある。
【００４９】
また、前記第１・第２補強プレート１０２，１０３にあっても、それぞれの両端部にフランジ部１０２ｂ，１０２ｃおよび１０３ｂ，１０３ｃを設けてあるとともに、中間部分１０２ａ，１０３ａを直線状に形成してある。
【００５０】
勿論、前記第１・第２補強プレート１０２，１０３は、一枚の鋼板１０４で形成することなく、それぞれを別体に加工したものを接合して形成することもできる。
【００５１】
そして、第１補強プレート１０２の一端部のフランジ部１０２ｂをセンターピラー３０の外壁３１にスポット溶接で結合するとともに、他端部のフランジ部１０２ｃをルーフクロスメンバ４０の内壁４２にスポット溶接で結合する一方、第２補強プレート１０３の一端部のフランジ部１０３ｂをセンターピラー３０の内壁３２にスポット溶接で結合するとともに、他端部のフランジ部１０３ｃをルーフクロスメンバ４０の外壁４１にスポット溶接で結合してある。
【００５２】
また、第１補強プレート１０２の中間部分１０２ａを前記突起部７１に圧迫しない程度に接触させるとともに、第２補強プレート１０３の中間部分１０３ａを前記突起部７２に圧迫しない程度に接触させてある。
【００５３】
従って、本実施形態によれば第１実施形態と同様に、図１２に示すようにセンターピラー３０に車両外方から内方に向かう荷重Ｆ１が作用した場合、センターピラー３０は上下方向ほぼ中央部が車室内方に変位し、ルーフサイドレール１０を中心とする曲げモーメントＭが発生して、曲げ変形の伸長側となるセンターピラー３０の外壁３１に結合した第１補強プレート１０２のフランジ部１０２ｂは、センターピラー３０の変形に伴って車室内方かつ下方に移動する。
【００５４】
その結果、ルーフサイドレール１０の内壁１２から突設した突起部７１に第１補強プレート１０２の中間部分１０２ａが支持され、第１補強プレート１０２は前記突起部７１を節として折曲することにより、第１補強プレート１０２に張力が発生し、突起部７１における接触力とルーフクロスメンバ４０との結合部（フランジ部１０２ｃ）との結合部での剪断力として伝達・分散される。
【００５５】
尚、このとき第２補強プレート１０３のフランジ部１０３ｂ，１０３ｃが結合されるセンターピラー３０の内壁３２およびルーフクロスメンバ４０の外壁４１は圧縮側であるため、第２補強プレート１０３には大きな張力は発生しない。
【００５６】
一方、図１３に示すようにロールオーバーなどによりルーフクロスメンバ４０に車両上方から荷重Ｆ２が作用した場合、そのルーフクロスメンバ４０の車幅方向ほぼ中央部が車室内方に曲げ変形されると、伸長側となるルーフクロスメンバ４０の外壁４１に結合した第２補強プレート１０３のフランジ部１０３ｃは車体下方および車幅方向中央方向に移動する。
【００５７】
その結果、ルーフサイドレール１０の内壁１２に形成した突起部７２に第２補強プレート１０３の中間部分１０３ａが支持され、第２補強プレート１０３は前記突起部７２を節として折曲することにより、第２補強プレート１０３に張力が発生し、突起部７２における接触力とセンターピラー３０との結合部（フランジ部１０３ｂ）との結合部での剪断力として伝達・分散される。
【００５８】
尚、このとき第１補強プレート１０２のフランジ部１０２ｂ，１０２ｃが結合されるセンターピラー３０の外壁３１およびルーフクロスメンバ４０の内壁４２は圧縮側であるため、第１補強プレート１０２には大きな張力は発生しない。
【００５９】
このように本実施形態では、ジョイント部となるルーフサイドレール１０を跨いでセンターピラー３０からルーフクロスメンバ４０を連結するように第１・第２補強プレート１０２，１０３を設置し、それらの両端部に設けたフランジ部１０２ｂ，１０２ｃおよび１０３ｂ，１０３ｃを、センターピラー３０の外壁３１と内壁３２およびルーフクロスメンバ４０の内壁４２，外壁４１に互い違いに結合したことにより、センターピラー３０に荷重Ｆ１を受けた場合およびルーフクロスメンバ４０に荷重Ｆ２を受けた場合でも、それらセンターピラー３０またはルーフクロスメンバ４０の一方に入力した荷重を、第１補強プレート１０２または第２補強プレート１０３の張力に変換して他方に伝達・分散でき、センターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【００６０】
図１４〜図１８は本発明の第３実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１４は側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図、図１５は図１４中Ｂ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図、図１６は荷重変換手段の取付状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分を透視した拡大斜視図、図１７は側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図、図１８は荷重変換手段の作動状態を示す断面図である。
【００６１】
本実施形態の車両１Ａは、図１に示すように基本的に第１実施形態と同様の構成となり、ルーフサイドレール１０、サイドシル２０、センターピラー３０、ルーフクロスメンバ４０およびフロアクロスメンバ５０と、を備えており、更に、センターピラー３０の前後にはフロントピラー３０Ｆ、リアピラー３０Ｒを備え、かつ、ルーフクロスメンバ４０の前後にフロントルーフクロスメンバ４０Ｆ、リアルーフクロスメンバ４０Ｒと、フロアクロスメンバ５０の前後にフロントフロアクロスメンバ５０Ｆおよびリアフロアクロスメンバ５０Ｒを備えている。
【００６２】
ここで、本実施形態ではサイドシル２０、センターピラー３０、フロアクロスメンバ５０との結合部分に本発明を適用した場合を示す。
【００６３】
図１５に示すように、サイドシル２０は断面五角形状の閉断面に形成されるとともに、センターピラー３０、フロアクロスメンバ５０はそれぞれ外壁３１，５１および内壁３２，５２を備えた断面矩形状の閉断面に形成され、それぞれは押出し材の組み合わせと溶接、鋳造による一体成形などにより十字状に結合される結合部分Ｋ２を構成する。
【００６４】
そして、本実施形態にあっても第１実施形態と同様にセンターピラー３０とフロアクロスメンバ５０との間に、センターピラー３０に側突荷重Ｆ（図１７参照）が入力した際に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してフロアクロスメンバ５０に伝達する荷重変換手段１００Ｂを設けてあり、この荷重変換手段１００Ｂは、図１６に示すようにサイドシル２０に跨って、一端部１１０ａをセンターピラー３０の下端部に結合するとともに、他端部１１０ｂをフロアクロスメンバ５０の外方端部に結合し、中間部分１１０ｃがサイドシル２０に設けた支点部としてのバー７３で支持される補強部材としての補強ワイヤー１１０で形成してある。
【００６５】
前記補強ワイヤー１１０の一端部１１０ａは、図１６に示すようにクランプ１１１を介してセンターピラー３０の外壁３１に結合するとともに、補強ワイヤー１１０の他端部１１０ｂはクランプ１１２を介してフロアクロスメンバ５０の内壁５２に結合してあり、その補強ワイヤー１１０は中間部分１１０ｃを前記バー７３の外側に周回させて緊張させてある。
【００６６】
前記バー７３はサイドシル２０の内部に車両前後方向に配置され、図１６に示すようにそのバー７３の両端部が、サイドシル２０内側のセンターピラー３０を挟んだ前後部分に取り付けた支持板７４，７４ａに固定される。
【００６７】
従って、本実施形態の車体の補強構造によれば、センターピラー３０とフロアクロスメンバ５０との間に荷重変換手段１００Ｂを設けて、図１７に示すようにセンターピラー３０に荷重Ｆが入力した際に発生する曲げモーメントＭを引張り力に変換してフロアクロスメンバ５０に伝達するようになっているので、第１実施形態と同様にセンターピラー３０に入力される荷重が効率良くフロアクロスメンバ５０に伝達・分散でき、ひいてはセンターピラー３０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【００６８】
ところで、本実施形態では前記荷重変換手段１００Ｂを補強ワイヤー１１０で形成し、その補強ワイヤー１１０をサイドシル２０に跨って、一端部１１０ａをセンターピラー３０の下端部に結合するとともに、他端部１１０ｂをフロアクロスメンバ５０の外方端部に結合し、中間部分１１０ｃがサイドシル２０に設けたバー７３で支持するようにしたので、補強ワイヤー１１０は通常状態でバー７３を節として屈曲しており、荷重Ｆによりセンターピラー３０曲げ変形を生じると、伸長側となる外壁３１に補強ワイヤー１１０の一端部１１０ａを結合するクランプ１１１は、センターピラー３０の変形に伴って車室内方かつ下方に移動する。
【００６９】
その結果、補強ワイヤー１１０には張力が発生し、バー７３を車室内方上方に押す接触力とフロアクロスメンバ５０に補強ワイヤー１１０の他端部１１０ｂを結合したクランプ１１２を引張る力として伝達・分散することができる。
【００７０】
このように本実施形態では、センターピラー３０とフロアクロスメンバ５０とを連結する手段として補強ワイヤー１１０を用い、それをサイドシル２０内側に設置したバー７３により予め屈曲させておくことにより、その補強ワイヤー１１０の一端部１１０ａのクランプ１１１の移動に対する張力発生の敏感度を高めることができ、センターピラー３０が荷重Ｆにより曲げ変形した際には直ちに抗力を発生することができる。
【００７１】
ところで、本発明は前記第１〜第３実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態における車体の補強構造を適用した車両全体の骨格構造を示す斜視図。
【図２】図１中Ａ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図。
【図３】図２に示す結合部分の分解斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態における補強部材の取付状態を示す断面図。
【図５】本発明の第１実施形態における補強部材の斜視図。
【図６】本発明の第１実施形態における側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図。
【図７】本発明の第１実施形態における側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図。
【図８】本発明の第１実施形態における荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【図９】本発明の第２実施形態におけるフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図。
【図１０】図９に示す結合部分の分解斜視図。
【図１１】本発明の第２実施形態における補強プレートの形成工程を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図。
【図１２】本発明の第２実施形態における側方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【図１３】本発明の第２実施形態における上方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態における側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図。
【図１５】図１４中Ｂ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図。
【図１６】本発明の第３実施形態における荷重変換手段の取付状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分を透視した拡大斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態における側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図。
【図１８】本発明の第３実施形態における荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ 車両
１０ ルーフサイドレール（フレーム部材）
２０ サイドシル（フレーム部材）
３０ センターピラー（ピラー部材）
３１ センターピラーの外壁
３２ センターピラーの内壁
４０ ルーフクロスメンバ（クロス部材）
４１ ルーフクロスメンバの外壁
４２ ルーフクロスメンバの内壁
５０ フロアクロスメンバ（クロス部材）
５１ フロアクロスメンバの外壁
５２ フロアクロスメンバの内壁
７０，７１，７２ 突起部（支点部）
７３ バー（支点部）
１００，１００Ａ，１００Ｂ 荷重変換手段
１０１ 補強プレート（補強部材）
１０１ａ 補強プレートの中間部分
１０１ｂ，１０１ｃ フランジ部
１０２ 第１補強プレート（補強部材）
１０２ａ 第１補強プレートの中間部分
１０２ｂ，１０２ｃ フランジ部
１０３ 第２補強プレート（補強部材）
１０３ａ 第２補強プレートの中間部分
１０３ｂ，１０３ｃ フランジ部
１１０ 補強ワイヤー（補強部材）
１１０ｃ 補強ワイヤーの中間部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の側面衝突時にピラー部材が車室内に侵入する変形量を小さく抑制するようにした車体の補強構造および補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車体の補強構造としては、フロア部の車幅方向両側に車両前後方向に延在するロッカとセンターピラーとの結合部付近から、フロアパネル下面にロッカよりも低い位置に車両前後方向に設けたフロアメンバとに亘って、ガセットを結合配置して、前記センターピラーや前記ロッカに横方向の外力が作用した際に、前記ガセットが屈曲変形してフロアメンバに曲げ荷重として伝達されることにより、フロアメンバに作用するねじり荷重を低減して車体の剛性を向上できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１８５９６０号公報（第４，５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかる従来の車体の補強構造にあっては、横方向の外力をガセットの屈曲変形によって延長先のフロアメンバに伝達しようとしていたため、外力の作用方向が傾いたりしてガセットの屈曲変形が予想外の方向に伸展した場合には、所望の荷重伝達がなされない可能性があるとともに、ガセットを屈曲させることを前提としているため、ガセットが屈曲されるまでの範囲の車体変形は許容せざるを得なくなってしまう。
【０００４】
そこで、本発明はピラー部材またはクロス部材の一方に入力される荷重を引張り力に変換して他方に伝達・分散することにより、ピラー部材またはクロス部材の剛性を簡単な構成をもって高めることができる車体の補強構造および補強方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の車体の補強構造は、車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材とクロス部材との間に、これらピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達する荷重変換手段を設けたことを最も主要な特徴とする。
【０００６】
また、本発明の車両の補強方法は、車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の車両のピラー補強構造および補強方法によれば、ピラー部材とクロス部材との間に荷重変換手段を設けることにより、ピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達するようになっているので、ピラー部材またはクロス部材に入力される荷重が効率良くクロス部材に伝達・分散され、ひいてはピラー部材またはクロス部材の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【０００９】
図１〜図８は本発明にかかる車体の補強構造および補強方法の第１実施形態を示し、図１は本発明の車体の補強構造を適用した車両全体の骨格構造を示す斜視図、図２は図１中Ａ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図、図３は図２に示す結合部分の分解斜視図、図４は補強部材の取付状態を示す断面図、図５は補強部材の斜視図、図６は側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図、図７は側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図、図８は荷重変換手段の作動状態を示す断面図である。
【００１０】
本実施形態の車両１は、図１に示すように車両１の天井部Ｒおよび床部Ｆの車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材としてのルーフサイドレール１０およびサイドシル２０と、上下方向に対向するフレーム部材、つまりルーフサイドレール１０とサイドシル２０とを上下方向に連結する左右のピラー部材としてのセンターピラー３０と、左右方向に対向するフレーム部材、つまり左右ルーフサイドレール１０どうし、および左右サイドシル２０どうしを前記センターピラー３０の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材としてのルーフクロスメンバ４０およびフロアクロスメンバ５０と、を備えている。
【００１１】
また、前記ルーフサイドレール１０とサイドシル２０との間には、前記センターピラー３０の前後方向に所定間隔をおいてフロントピラー３０Ｆおよびリアピラー３０Ｒを連結してある。
【００１２】
更に、左右ルーフサイドレール１０どうしの間には、前記ルーフクロスメンバ３０の前後方向に所定間隔をおいてフロントルーフクロスメンバ４０Ｆおよびリアルーフクロスメンバ４０Ｒを連結してあるとともに、左右サイドシル２０どうしの間には、前記フロアクロスメンバ５０の前後方向に所定間隔をおいてフロントフロアクロスメンバ５０Ｆおよびリアフロアクロスメンバ５０Ｒを連結してある。
【００１３】
前記ルーフサイドレール１０、サイドシル２０、センターピラー３０、ルーフクロスメンバ４０およびフロアクロスメンバ５０は、いずれも中空の閉断面に形成してあり、ルーフサイドレール１０とセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との結合部分Ｋ１は、図２に示すようにセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とがルーフサイドレール１０をジョイントとして十字状に結合される。
【００１４】
図３に示すように、センターピラー３０の外壁３１とルーフサイドレール１０の外壁１１は、それぞれが断面コ字状に形成されて一体に形成され、ルーフサイドレール１０の外壁１１の上側に形成した開口部１１ａの周縁部に、断面コ字状に形成されたルーフクロスメンバ４０の外壁４１の外側端部が接合される。
【００１５】
そして、前記センターピラー３０、ルーフサイドレール１０およびルーフクロスメンバ４０の各外壁３１，１１，４１の車室内側に十字状平板で形成したクロージング材６０を接合することにより、前記十字状の結合部分Ｋ１は閉断面に構成される。
【００１６】
このとき、前記クロージング材６０は、ルーフサイドレール１０に対応する部分がその内壁１２となり、センターピラー３０に対応する部分がその内壁３２となり、ルーフクロスメンバ４０に対応する部分がその内壁４２となる。
【００１７】
ここで、本実施形態の車体の補強構造では、前記センターピラー３０と前記ルーフクロスメンバ４０との間に、センターピラー３０に側突荷重Ｆ（図６参照）が入力した際に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達する荷重変換手段１００を設けてある。
【００１８】
そして、本実施形態の補強方法は、センターピラー３０に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達するようになっている。
【００１９】
前記荷重変換手段１００は、図４に示すようにルーフサイドレール１０に跨って、一端部（図４中右端部）をセンターピラー３０に結合するとともに、他端部（図４中左端部）をルーフクロスメンバ４０に結合し、中間部分１０１ａがルーフサイドレール１０に設けた支点部としての突起部７０で支持される補強部材としての補強プレート１０１で形成してある。
【００２０】
前記突起部７０は、図３に示すようにルーフサイドレール１０の車室内側を閉止する前記クロージング材６０の交差部分６１の中央部、つまりルーフサイドレール１０の内壁１２に、ルーフサイドレール１０の内方に向かって所定高さをもって突設され、かつ、この突起部７０は車両前後方向に延びて形成されている。
【００２１】
前記補強プレート１０１は、図５に示すように所定厚さｔを有する長方形板状に形成され、センターピラー３０の端部３０ａとルーフクロスメンバ４０の端部４０ａに亘って配置される。
【００２２】
また、前記補強プレート１０１は、図５に示すように両端部にセンターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０にそれぞれ結合するためのフランジ部１０１ｂ，１０１ｃを有し、それらフランジ部１０１ｂ，１０１ｃ間の中間部分１０１ａを直線状に形成してある。
【００２３】
そして、図４に示すように前記補強プレート１０１を、閉断面のセンターピラー３０の内方から閉断面のルーフサイドレール１０内を通過させて閉断面のルーフクロスメンバ４０の内方に配置し、補強プレート１０１の一端部（図中右端部）のフランジ部１０１ｂをセンターピラー３０の外壁３１にスポット溶接で結合するとともに、他端部（図中左端部）のフランジ部１０１ｃをルーフクロスメンバ４０の内壁４２にスポット溶接で結合してある。
【００２４】
このとき、直線状に形成された補強プレート１０１の中間部分１０１ａは、前記突起部７０に圧迫しない程度に接触させてあり、また、前記フランジ部１０１ｂ，１０１ｃの形成角度θ１，θ２（図５参照）はほぼ等しくなるように設定される。
【００２５】
また、本実施形態にあっては図７に示すように、前記補強プレート１０１が支持される突起部７０から補強プレート１０１がセンターピラー３０に結合される結合点までの距離Ｌを、センターピラー３０が曲げ変形される時の曲率半径よりも小さくしてある。
【００２６】
従って、前記ピラー補強構造では、図６に示すように側突などによりセンターピラー３０に車両外方から内方に向かう荷重Ｆが作用した場合、センターピラー３０は荷重Ｆによって上下方向ほぼ中央部が車室内方に変位する。
【００２７】
そして、図７に示すように前記センターピラー３０の上端部はジョイント部となるルーフサイドレール１０を中心として車室内方に回動する曲げモーメントＭが発生し、このとき、センターピラー３０はその曲げモーメントＭによって曲げ変形することにより、内壁３２に圧縮力が作用するとともに、外壁３１に引張り力が作用する。
【００２８】
また、前記センターピラー３０の曲げ変形に伴ってセンターピラー３０に結合した補強プレート１０１のフランジ部１０１ｂは、センターピラー３０の変形に伴って車室内方に移動することになるが、前記外壁３１に作用する引張り力によって車体下方にも移動することになる。
【００２９】
このような補強プレート１０１の挙動に伴い、ジョイント部となるルーフサイドレール１０の内壁１２から突出した突起部７０に補強プレート１０１の中間部分１０１ａが支持され、その後は図８に示すようにセンターピラー３０の曲げ変形が進行するのに従って補強プレート１０１は前記突起部７０を節として折曲する。
【００３０】
即ち、補強プレート１０１の折曲により前記フランジ部１０１ｂは突起部７０を中心とする円弧Ｃ上を車室内方に移動しようとするが、センターピラー３０の外壁３１の曲げ伸長に伴う移動により前記円弧Ｃよりも外側に外れる軌跡を描く。
【００３１】
その結果、補強プレート１０１には張力ｆ１が発生し、この張力ｆ１は補強プレート１０１内を伝わるが、折曲の節となる前記突起部７０において接触力ｆ３を発生するため、最終的にルーフクロスメンバ４０側に伝達される荷重ｆ２は前記ｆ１よりも小さくなる。
【００３２】
このとき、補強プレート１０１の両端部のフランジ部１０１ｂ，１０１ｃには、センターピラー３０の外壁３１およびルーフクロスメンバ４０の内壁４２との接合面に大きな剪断力が加わることになるが、スポット溶接は剥離方向よりも剪断方向に大きな強度を発揮するため、十分な強度を保って接合状態を維持することができる。
【００３３】
また、クロージング材６０に働く圧縮力によりルーフサイドレール１０の内壁１２にも折れ曲げる方向の歪が発生するが、接触力ｆ３がそれを相殺する方向に作用しているため、前記歪の増大を抑えることができる。
【００３４】
以上の構成により本実施形態の車体の補強構造および補強方法によれば、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との間に荷重変換手段１００を設けて、センターピラー３０に側突荷重Ｆが入力した際に発生する曲げモーメントＭを引張り力に変換してルーフクロスメンバ４０に伝達するようになっているので、センターピラー３０に入力される荷重が効率良くルーフクロスメンバ４０に伝達・分散でき、ひいてはセンターピラー３０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態にあっては前記荷重変換手段１００を、ルーフサイドレール１０に跨って、一端部をセンターピラー３０に結合するとともに、他端部をルーフクロスメンバ４０に結合し、センターピラー３０の曲げ変形時に中間部分１０１ａがルーフサイドレール１０に設けた突起部７０で支持される補強プレート１０１で形成したので、センターピラー３０に発生する曲げモーメントＭを引張り力に変換するには、補強プレート１０１が突起部７０に支持されることが必要であるが、補強プレート１０１は通常状態で突起部７０に圧迫しない程度に接触しているため、センターピラー３０が曲げ変形を開始するとほぼ同時に突起部７０で補強プレート１０１を支持できるため、荷重Ｆの入力と同時に補強プレート１０１に引張り力を発生させてルーフクロスメンバ４０に伝達できるため、側突当初からセンターピラー３０の剛性を高めることができるとともに、前記突起部７０を介してセンターピラー３０からルーフサイドレール１０に干渉力を作用させることができるので、より広い範囲に負荷を分散させることができる。
【００３６】
更に、前記補強プレート１０１は、センターピラー３０の端部３０ａとルーフクロスメンバ４０の端部４０ａに亘って配置したので、センターピラー３０やルーフクロスメンバ４０の組み立て工程で比較的容易に設置できるとともに、補強プレート１０１をルーフサイドレール１０に跨ってセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とに連結したので、センターピラー３０の負荷を直接にルーフクロスメンバ４０に伝達し、その補強プレート１０１に発生した引張り力の伝達効率を高めることができる。
【００３７】
更にまた、前記補強プレート１０１は、両端部にセンターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０にそれぞれ結合するためのフランジ部１０１ｂ，１０１ｃを有し、それらフランジ部１０１ｂ，１０１ｃ間の中間部分１０１ａを直線状に形成したので、フランジ部１０１ｂ，１０１ｃにより補強プレート１０１とセンターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０との結合力を高め、スポット溶接やリベット結合若しくは切欠きによる嵌め合い接合する場合にも十分な接合強度を確保することができる。
【００３８】
また、前記補強プレート１０１は、一端部のフランジ部１０１ｂをセンターピラー３０の外壁３１に結合するとともに、他端部のフランジ部１０１ｃをルーフクロスメンバ４０の内壁４２に結合したので、初期状態での補強プレート１０１の直線形状を確保し易くなるとともに、変形時の引張り力による負荷伝達効率を高めることができる。
【００３９】
更に、前記補強プレート１０１が支持される突起部７０から補強プレート１０１がセンターピラー３０に結合される結合点までの距離Ｌを、センターピラー３０が曲げ変形される時の曲率半径よりも小さくしたので、センターピラー３０が変形した際により大きな引張り力が補強プレート１０１に作用するようになるので、負荷伝達効率の更なる向上を図ることができる。
【００４０】
図９〜図１３は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９はフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図、図１０は図９に示す結合部分の分解斜視図、図１１は補強プレートの形成工程を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図、図１２は側方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図、図１３は上方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図である。
【００４１】
本実施形態の車体の補強構造は基本的に第１実施形態とほぼ同様であり、図９に示すようにルーフサイドレール１０とセンターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との結合部分Ｋ１は、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０とがルーフサイドレール１０をジョイント部として十字状に結合される。
【００４２】
図１０に示すように、ルーフサイドレール１０、センターピラー３０およびルーフサイドレール１０の外壁１１，３１，４１は断面コ字状に形成されて、それぞれが別体に形成され、ルーフサイドレール１０の外壁１１の下側に形成した開口部１１ｂの周縁部にセンターピラー３０の外壁３１の上端部が接合されるとともに、ルーフサイドレール１０の外壁１１の上側に形成した開口部１１ａの周縁部にルーフクロスメンバ４０の外壁４１の外側端部が接合される。
【００４３】
そして、前記センターピラー３０、ルーフサイドレール１０およびルーフクロスメンバ４０の各外壁３１，１１，４１の車室内側に十字状平板で形成したクロージング材６２を接合することにより、前記十字状の結合部分Ｋ１は閉断面に構成される。
【００４４】
また、本実施形態にあっても前記クロージング材６２は、ルーフサイドレール１０に対応する部分がその内壁１２となり、センターピラー３０に対応する部分がその内壁３２となり、ルーフクロスメンバ４０に対応する部分がその内壁４２となる。
【００４５】
ここで、本実施形態の車体の補強構造では、センターピラー３０とルーフクロスメンバ４０との間に、これらセンターピラー３０またはルーフクロスメンバ４０の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達する荷重変換手段１００Ａを設けてある。
【００４６】
前記荷重変換手段１００Ａは、図１０に示すように補強部材としての第１補強プレート１０２および第２補強プレート１０３で構成され、これら第１・第２補強プレート１０２，１０３はルーフサイドレール１０に跨って、一端部（図１０中右端部）をセンターピラー３０に結合するとともに、他端部（図１０中左端部）をルーフクロスメンバ４０に結合し、それぞれの中間部分１０２ａ，１０３ａがルーフサイドレール１０に設けた支点部としての突起部７１，７２で支持されるようになっている。
【００４７】
前記突起部７１，７２は、図１０に示すように第１実施形態と同様にルーフサイドレール１０の車室内側を閉止するクロージング材６２の交差部分６３の中央部分に車幅方向に並んで突設される。
【００４８】
前記第１・第２補強プレート１０２，１０３は、図１１（ａ）に示すように一枚の矩形状鋼板１０４の対向する短辺１０４ａ間に、長辺１０４ｂと平行に中央部を残して２本の切れ込み１０５を形成し、そして、図１１（ｂ）に示すように前記切れ込み１０５から両側部分と中央部分を交互に傾斜させ、両側部分を一対の第１補強プレート１０２とし、中央部分を第２補強プレート１０３としてある。
【００４９】
また、前記第１・第２補強プレート１０２，１０３にあっても、それぞれの両端部にフランジ部１０２ｂ，１０２ｃおよび１０３ｂ，１０３ｃを設けてあるとともに、中間部分１０２ａ，１０３ａを直線状に形成してある。
【００５０】
勿論、前記第１・第２補強プレート１０２，１０３は、一枚の鋼板１０４で形成することなく、それぞれを別体に加工したものを接合して形成することもできる。
【００５１】
そして、第１補強プレート１０２の一端部のフランジ部１０２ｂをセンターピラー３０の外壁３１にスポット溶接で結合するとともに、他端部のフランジ部１０２ｃをルーフクロスメンバ４０の内壁４２にスポット溶接で結合する一方、第２補強プレート１０３の一端部のフランジ部１０３ｂをセンターピラー３０の内壁３２にスポット溶接で結合するとともに、他端部のフランジ部１０３ｃをルーフクロスメンバ４０の外壁４１にスポット溶接で結合してある。
【００５２】
また、第１補強プレート１０２の中間部分１０２ａを前記突起部７１に圧迫しない程度に接触させるとともに、第２補強プレート１０３の中間部分１０３ａを前記突起部７２に圧迫しない程度に接触させてある。
【００５３】
従って、本実施形態によれば第１実施形態と同様に、図１２に示すようにセンターピラー３０に車両外方から内方に向かう荷重Ｆ１が作用した場合、センターピラー３０は上下方向ほぼ中央部が車室内方に変位し、ルーフサイドレール１０を中心とする曲げモーメントＭが発生して、曲げ変形の伸長側となるセンターピラー３０の外壁３１に結合した第１補強プレート１０２のフランジ部１０２ｂは、センターピラー３０の変形に伴って車室内方かつ下方に移動する。
【００５４】
その結果、ルーフサイドレール１０の内壁１２から突設した突起部７１に第１補強プレート１０２の中間部分１０２ａが支持され、第１補強プレート１０２は前記突起部７１を節として折曲することにより、第１補強プレート１０２に張力が発生し、突起部７１における接触力とルーフクロスメンバ４０との結合部（フランジ部１０２ｃ）との結合部での剪断力として伝達・分散される。
【００５５】
尚、このとき第２補強プレート１０３のフランジ部１０３ｂ，１０３ｃが結合されるセンターピラー３０の内壁３２およびルーフクロスメンバ４０の外壁４１は圧縮側であるため、第２補強プレート１０３には大きな張力は発生しない。
【００５６】
一方、図１３に示すようにロールオーバーなどによりルーフクロスメンバ４０に車両上方から荷重Ｆ２が作用した場合、そのルーフクロスメンバ４０の車幅方向ほぼ中央部が車室内方に曲げ変形されると、伸長側となるルーフクロスメンバ４０の外壁４１に結合した第２補強プレート１０３のフランジ部１０３ｃは車体下方および車幅方向中央方向に移動する。
【００５７】
その結果、ルーフサイドレール１０の内壁１２に形成した突起部７２に第２補強プレート１０３の中間部分１０３ａが支持され、第２補強プレート１０３は前記突起部７２を節として折曲することにより、第２補強プレート１０３に張力が発生し、突起部７２における接触力とセンターピラー３０との結合部（フランジ部１０３ｂ）との結合部での剪断力として伝達・分散される。
【００５８】
尚、このとき第１補強プレート１０２のフランジ部１０２ｂ，１０２ｃが結合されるセンターピラー３０の外壁３１およびルーフクロスメンバ４０の内壁４２は圧縮側であるため、第１補強プレート１０２には大きな張力は発生しない。
【００５９】
このように本実施形態では、ジョイント部となるルーフサイドレール１０を跨いでセンターピラー３０からルーフクロスメンバ４０を連結するように第１・第２補強プレート１０２，１０３を設置し、それらの両端部に設けたフランジ部１０２ｂ，１０２ｃおよび１０３ｂ，１０３ｃを、センターピラー３０の外壁３１と内壁３２およびルーフクロスメンバ４０の内壁４２，外壁４１に互い違いに結合したことにより、センターピラー３０に荷重Ｆ１を受けた場合およびルーフクロスメンバ４０に荷重Ｆ２を受けた場合でも、それらセンターピラー３０またはルーフクロスメンバ４０の一方に入力した荷重を、第１補強プレート１０２または第２補強プレート１０３の張力に変換して他方に伝達・分散でき、センターピラー３０およびルーフクロスメンバ４０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【００６０】
図１４〜図１８は本発明の第３実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１４は側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図、図１５は図１４中Ｂ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図、図１６は荷重変換手段の取付状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分を透視した拡大斜視図、図１７は側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図、図１８は荷重変換手段の作動状態を示す断面図である。
【００６１】
本実施形態の車両１Ａは、図１に示すように基本的に第１実施形態と同様の構成となり、ルーフサイドレール１０、サイドシル２０、センターピラー３０、ルーフクロスメンバ４０およびフロアクロスメンバ５０と、を備えており、更に、センターピラー３０の前後にはフロントピラー３０Ｆ、リアピラー３０Ｒを備え、かつ、ルーフクロスメンバ４０の前後にフロントルーフクロスメンバ４０Ｆ、リアルーフクロスメンバ４０Ｒと、フロアクロスメンバ５０の前後にフロントフロアクロスメンバ５０Ｆおよびリアフロアクロスメンバ５０Ｒを備えている。
【００６２】
ここで、本実施形態ではサイドシル２０、センターピラー３０、フロアクロスメンバ５０との結合部分に本発明を適用した場合を示す。
【００６３】
図１５に示すように、サイドシル２０は断面五角形状の閉断面に形成されるとともに、センターピラー３０、フロアクロスメンバ５０はそれぞれ外壁３１，５１および内壁３２，５２を備えた断面矩形状の閉断面に形成され、それぞれは押出し材の組み合わせと溶接、鋳造による一体成形などにより十字状に結合される結合部分Ｋ２を構成する。
【００６４】
そして、本実施形態にあっても第１実施形態と同様にセンターピラー３０とフロアクロスメンバ５０との間に、センターピラー３０に側突荷重Ｆ（図１７参照）が入力した際に発生する曲げモーメントを引張り力に変換してフロアクロスメンバ５０に伝達する荷重変換手段１００Ｂを設けてあり、この荷重変換手段１００Ｂは、図１６に示すようにサイドシル２０に跨って、一端部１１０ａをセンターピラー３０の下端部に結合するとともに、他端部１１０ｂをフロアクロスメンバ５０の外方端部に結合し、中間部分１１０ｃがサイドシル２０に設けた支点部としてのバー７３で支持される補強部材としての補強ワイヤー１１０で形成してある。
【００６５】
前記補強ワイヤー１１０の一端部１１０ａは、図１６に示すようにクランプ１１１を介してセンターピラー３０の外壁３１に結合するとともに、補強ワイヤー１１０の他端部１１０ｂはクランプ１１２を介してフロアクロスメンバ５０の内壁５２に結合してあり、その補強ワイヤー１１０は中間部分１１０ｃを前記バー７３の外側に周回させて緊張させてある。
【００６６】
前記バー７３はサイドシル２０の内部に車両前後方向に配置され、図１６に示すようにそのバー７３の両端部が、サイドシル２０内側のセンターピラー３０を挟んだ前後部分に取り付けた支持板７４，７４ａに固定される。
【００６７】
従って、本実施形態の車体の補強構造によれば、センターピラー３０とフロアクロスメンバ５０との間に荷重変換手段１００Ｂを設けて、図１７に示すようにセンターピラー３０に荷重Ｆが入力した際に発生する曲げモーメントＭを引張り力に変換してフロアクロスメンバ５０に伝達するようになっているので、第１実施形態と同様にセンターピラー３０に入力される荷重が効率良くフロアクロスメンバ５０に伝達・分散でき、ひいてはセンターピラー３０の剛性を大幅な増強を伴うことなく高めることができる。
【００６８】
ところで、本実施形態では前記荷重変換手段１００Ｂを補強ワイヤー１１０で形成し、その補強ワイヤー１１０をサイドシル２０に跨って、一端部１１０ａをセンターピラー３０の下端部に結合するとともに、他端部１１０ｂをフロアクロスメンバ５０の外方端部に結合し、中間部分１１０ｃがサイドシル２０に設けたバー７３で支持するようにしたので、補強ワイヤー１１０は通常状態でバー７３を節として屈曲しており、荷重Ｆによりセンターピラー３０曲げ変形を生じると、伸長側となる外壁３１に補強ワイヤー１１０の一端部１１０ａを結合するクランプ１１１は、センターピラー３０の変形に伴って車室内方かつ下方に移動する。
【００６９】
その結果、補強ワイヤー１１０には張力が発生し、バー７３を車室内方上方に押す接触力とフロアクロスメンバ５０に補強ワイヤー１１０の他端部１１０ｂを結合したクランプ１１２を引張る力として伝達・分散することができる。
【００７０】
このように本実施形態では、センターピラー３０とフロアクロスメンバ５０とを連結する手段として補強ワイヤー１１０を用い、それをサイドシル２０内側に設置したバー７３により予め屈曲させておくことにより、その補強ワイヤー１１０の一端部１１０ａのクランプ１１１の移動に対する張力発生の敏感度を高めることができ、センターピラー３０が荷重Ｆにより曲げ変形した際には直ちに抗力を発生することができる。
【００７１】
ところで、本発明は前記第１〜第３実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態における車体の補強構造を適用した車両全体の骨格構造を示す斜視図。
【図２】図１中Ａ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図。
【図３】図２に示す結合部分の分解斜視図。
【図４】本発明の第１実施形態における補強部材の取付状態を示す断面図。
【図５】本発明の第１実施形態における補強部材の斜視図。
【図６】本発明の第１実施形態における側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図。
【図７】本発明の第１実施形態における側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図。
【図８】本発明の第１実施形態における荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【図９】本発明の第２実施形態におけるフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図。
【図１０】図９に示す結合部分の分解斜視図。
【図１１】本発明の第２実施形態における補強プレートの形成工程を（ａ），（ｂ）に順を追って示す説明図。
【図１２】本発明の第２実施形態における側方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【図１３】本発明の第２実施形態における上方荷重の入力による荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態における側方荷重の入力状態を示す車体骨格の斜視図。
【図１５】図１４中Ｂ部に示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の拡大斜視図。
【図１６】本発明の第３実施形態における荷重変換手段の取付状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分を透視した拡大斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態における側方荷重の入力状態を示すフレーム部材とピラー部材とクロス部材の結合部分の断面図。
【図１８】本発明の第３実施形態における荷重変換手段の作動状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ 車両
１０ ルーフサイドレール（フレーム部材）
２０ サイドシル（フレーム部材）
３０ センターピラー（ピラー部材）
３１ センターピラーの外壁
３２ センターピラーの内壁
４０ ルーフクロスメンバ（クロス部材）
４１ ルーフクロスメンバの外壁
４２ ルーフクロスメンバの内壁
５０ フロアクロスメンバ（クロス部材）
５１ フロアクロスメンバの外壁
５２ フロアクロスメンバの内壁
７０，７１，７２ 突起部（支点部）
７３ バー（支点部）
１００，１００Ａ，１００Ｂ 荷重変換手段
１０１ 補強プレート（補強部材）
１０１ａ 補強プレートの中間部分
１０１ｂ，１０１ｃ フランジ部
１０２ 第１補強プレート（補強部材）
１０２ａ 第１補強プレートの中間部分
１０２ｂ，１０２ｃ フランジ部
１０３ 第２補強プレート（補強部材）
１０３ａ 第２補強プレートの中間部分
１０３ｂ，１０３ｃ フランジ部
１１０ 補強ワイヤー（補強部材）
１１０ｃ 補強ワイヤーの中間部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、
上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、
左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材とクロス部材との間に、これらピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達する荷重変換手段を設けたことを特徴とする車体の補強構造。
【請求項２】
荷重変換手段は、フレーム部材に跨って、一端部をピラー部材に結合するとともに、他端部をクロス部材に結合し、中間部分がフレーム部材に設けた支点部で支持される補強部材であることを特徴とする請求項１に記載の車体の補強構造。
【請求項３】
補強部材は、ピラー部材の端部とクロス部材の端部に亘って配置される板状の補強プレートであることを特徴とする請求項２に記載の車体の補強構造。
【請求項４】
補強部材は、ピラー部材の端部とクロス部材の端部に亘って配索される補強ワイヤーであることを特徴とする請求項２に記載の車体の補強構造。
【請求項５】
補強プレートは、両端部にピラー部材およびクロス部材にそれぞれ結合するためのフランジ部を有し、それらフランジ部間の中間部分を直線状に形成したことを特徴とする請求項３に記載の車体の補強構造。
【請求項６】
フレーム部材、ピラー部材およびクロス部材はそれぞれ閉断面に形成され、前記補強部材はフレーム部材内を通して一端部をピラー部材の外壁に結合した場合は他端部をクロス部材の内壁に結合する一方、一端部をピラー部材の内壁に結合した場合は他端部をクロス部材の外壁に結合することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の車体の補強構造。
【請求項７】
補強部材が支持される支点部から補強部材がピラー部材に結合される結合点までの距離を、ピラー部材が曲げ変形される時の曲率半径よりも小さくしたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の車体の補強構造。
【請求項８】
車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、
上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、
左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達することを特徴とする車体の補強方法。
【請求項１】
車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、
上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、
左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材とクロス部材との間に、これらピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達する荷重変換手段を設けたことを特徴とする車体の補強構造。
【請求項２】
荷重変換手段は、フレーム部材に跨って、一端部をピラー部材に結合するとともに、他端部をクロス部材に結合し、中間部分がフレーム部材に設けた支点部で支持される補強部材であることを特徴とする請求項１に記載の車体の補強構造。
【請求項３】
補強部材は、ピラー部材の端部とクロス部材の端部に亘って配置される板状の補強プレートであることを特徴とする請求項２に記載の車体の補強構造。
【請求項４】
補強部材は、ピラー部材の端部とクロス部材の端部に亘って配索される補強ワイヤーであることを特徴とする請求項２に記載の車体の補強構造。
【請求項５】
補強プレートは、両端部にピラー部材およびクロス部材にそれぞれ結合するためのフランジ部を有し、それらフランジ部間の中間部分を直線状に形成したことを特徴とする請求項３に記載の車体の補強構造。
【請求項６】
フレーム部材、ピラー部材およびクロス部材はそれぞれ閉断面に形成され、前記補強部材はフレーム部材内を通して一端部をピラー部材の外壁に結合した場合は他端部をクロス部材の内壁に結合する一方、一端部をピラー部材の内壁に結合した場合は他端部をクロス部材の外壁に結合することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の車体の補強構造。
【請求項７】
補強部材が支持される支点部から補強部材がピラー部材に結合される結合点までの距離を、ピラー部材が曲げ変形される時の曲率半径よりも小さくしたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の車体の補強構造。
【請求項８】
車両の天井部および床部の車幅方向両側にそれぞれ車両前後方向に延在するフレーム部材と、
上下方向に対向するフレーム部材を上下方向に連結する左右のピラー部材と、
左右方向に対向するフレーム部材をピラー部材の連結部分で車幅方向に連結する上下のクロス部材と、を備えた車両骨格構造において、
ピラー部材またはクロス部材の一方に発生する曲げモーメントを引張り力に変換して他方に伝達することを特徴とする車体の補強方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−３１２４０３（Ｐ２００６−３１２４０３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３６１８４（Ｐ２００５−１３６１８４）
【出願日】平成１７年５月９日（２００５．５．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月９日（２００５．５．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]