車体骨格フレームの補強構造
【課題】骨格部材とその内部のリインフオースの部材変更を伴わずに補強効果の向上を図る。
【解決手段】サイドメンバエクステンション70を構成する中空断面のアウタ材71に対して、その内部のリインフオース72に座屈変形遅延手段120を設けて該リインフオース72の座屈モード波形の振幅を小さく設定することにより、両者の間で長さ方向で変形モードの干渉が生じて変形を分散させることができる。
【解決手段】サイドメンバエクステンション70を構成する中空断面のアウタ材71に対して、その内部のリインフオース72に座屈変形遅延手段120を設けて該リインフオース72の座屈モード波形の振幅を小さく設定することにより、両者の間で長さ方向で変形モードの干渉が生じて変形を分散させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は自動車の車体骨格フレームの補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の自動車の車体骨格フレームの補強構造としては、例えば特開2001−180518号公報に示されているように、車体骨格フレームを構成する骨格部材を中空断面のアウタ材と、その内部に設けたリインフオースとで構成し、該リインフオースをアウタ材の内側全体を覆うように広い範囲で一体成形することにより、軽量かつ効率的にアウタ材を補強するようにしたものが知られている。
【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、このような従来の車体骨格フレームの補強構造では、リインフオースをアウタ材の内面の凹凸形状に沿った形状としてあるため、アウタ材の強度はリインフオースを設置した分だけ全体的に向上するものの、その強度分布はリインフオースを設置する前と変化はなく、故に、折れ変形の発生位置もリインフオースによる補強前と変わらず、アウタ材を補強している割には折れ変形部位に対してしか補強効果がないので、必ずしも効率的な補強とは言えない。
【0004】
そこで、本発明は骨格部材を構成する中空断面のアウタ材とその内部に設置するリインフオースの各座屈変形モードを適切に設定することによって、板厚の増大や補強手段の増設等を伴うことなく補強効果を向上することができる車体骨格フレームの補強構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明にあっては、車体骨格フレームを構成する骨格部材は、中空断面のアウタ材の内部にその長さ方向にリインフオースを設置してあって、このリインフオースに座屈変形遅延手段を設けて、リインフオースの座屈変形開始時期をアウタ材の座屈変形開始時期よりも遅らせることにより、該アウタ材に対してリインフオースの座屈モード波形の振幅を小さく設定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、中空断面のアウタ材の内部にその長さ方向に設置したリインフオースに座屈変形遅延手段を設けて該リインフオースの座屈モード波形の振幅を、該アウタ材の座屈モード波形の振幅よりも小さく設定してあるため、骨格部材に軸方向に衝突荷重が作用してアウタ材およびリインフオースが座屈変形する際に、アウタ材の変形振幅に対してリインフオースが小さな振幅で変形することで、両者の間で長さ方向で全体的に干渉が生じる。
【0007】
このアウタ材とリインフオースの相互干渉による抵抗力により骨格部材の極部的な変形の成長を抑制しながら荷重を相互に分担して骨格部材全体に変形を分散させ、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができ、従って、アウタ材およびリインフオースの板厚を徒に増大したり、補強材を増設したりすることなく骨格部材の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。
【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は本発明の対象とする自動車の車体骨格フレームを示しており、フロントピラー10、センターピラー20、リヤピラー30等の上下方向の骨格部材と、これらピラー10〜30の各上端を継ぐルーフサイドの前後方向の骨格部材であるルーフサイドレール40と、前記ピラー10〜30の各下端を継ぐフロアサイドの前後方向の骨格部材であるサイドシル50と、フロントコンパートメントの左右両側部に配置した前後方向の骨格部材であるフロントサイドメンバ60と、該フロントサイドメンバ60の後方延長部であってダッシュパネル90の前面からフロアパネル80の下面側に廻り込んだサイドメンバエクステンション70等を備えている。
【0010】
これらの骨格部材10〜70は、一般的な乗用車の車体に共通なものであり、本発明は前述のどの骨格部材へも適用可能である。
【0011】
図2〜7は本発明をサイドメンバエクステンション70に適用した第1実施形態を示している。
【0012】
図2はサイドメンバエクステンション70の配設状況をフロア下側から見た斜視図として表したものである。
【0013】
フロントサイドメンバ60はその後端をフロントコンパートメントとキャビンとを隔成するダッシュパネル90の後傾したトーボード面に突き合わせて結合してある。
【0014】
サイドメンバエクステンション70は前記フロントサイドメンバ60の後端部の下側部に嵌合して結合してあり、ダッシュパネル90の傾斜面(トーボード面)からフロアパネル80の下面に沿って接合して前後方向に延在して、後端をフロアパネル80の下面に車幅方向に接合配置したリヤシートクロスメンバ100(図6,7参照)に突き合わせて結合してある。
【0015】
また、このサイドメンバエクステンション70はフロア中央部分でその下面に車幅方向に接合配置したフロアクロスメンバ110とも交差している。
【0016】
サイドメンバエクステンション70は、略ハット形断面に形成されて前端部を前記フロントサイドメンバ60の後端部に外嵌結合すると共に、フランジ71aを介してダッシュパネル90の傾斜面およびフロアパネル80の下面に沿って接合され、かつ、後端が前記リヤシートクロスメンバ100に付き合わせて結合されて、これらパネル90、80との間に中空断面(閉断面)を形成して実質的にサイドメンバエクステンション70の外殻を構成するアウタ材71と、このアウタ材71の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース72とで構成している。
【0017】
リインフオース72は図3〜5に示すようにアウタ材71よりも小さな略ハット形断面に形成され、該アウタ材71とは独立して前記パネル90、80にフランジ72aを介して接合して、これらパネル90、80との間に中空断面(閉断面)を形成している。
【0018】
そして、このリインフオース72の座屈モード波形の振幅をアウタ材71の座屈モード波形の振幅よりも小さく設定してある。
【0019】
ここで、図8に示すように前記変形振幅の小さなリインフオース72と、変形振幅の大きなアウタ材71とを同じストロークで座屈変形させた場合、座屈変形の進行が速い変形振幅の大きなアウタ材71は、リインフオース72に対して倒れ変形(折れ変形)し易くなる。
【0020】
従って、これらアウタ材71とリインフオース72とを組合わせることにより、リインフオース72によってアウタ材71の倒れ変形(折れ変形)を抑制することができて、サイドメンバエクステンション70の安定した座屈変形モードを期待することができる。
【0021】
これは、図9の座屈モード波形に示すように変形振幅の大きなアウタ材71の座屈モード波形SAと、変形振幅の小さなリインフオース72の座屈モード波形SBとが組合わされることにより、波形SAとSBが「節」の部分で相互に干渉するようになり、これら波形SA、SBの合成波形、即ち、サイドエクステンションメンバ70の全体の座屈モード波形は図10の実線で示すように振幅が小さく抑制される。なお、図10の破線は前記波形SAとSBとの振幅が同一の場合の合成波形を示している。
【0022】
本実施形態では前記リインフオース72に座屈変形遅延手段120を設けることにより、リインフオース72の座屈変形開始時期をアウタ材71の座屈変形開始時期よりも遅らせて、該アウタ材71に対してリインフオース72の座屈モード波形の振幅を小さくするようにしている。
【0023】
この座屈変形遅延手段120は、例えば図3,4に示すように、リインフオース72の前記ダッシュパネル90の傾斜面に沿って曲折した前端部分の曲折基部A点近傍の頂部壁72bに、脆弱部として複数条の折れ誘発ビード121を設けて構成することができる。
【0024】
図6,7は本実施形態のサイドメンバエクステンション70が車両前方から衝突されて外力Fを受けた場合の作用を示している。
【0025】
車両の前面衝突によりフロントサイドメンバ60の前端に衝突荷重Fが入力すると、この衝突荷重Fはサイドメンバエクステンション70に軸方向に伝達される。
【0026】
このとき、サイドメンバエクステンション70のリインフオース72は、その前端部分の曲折基部A点の近傍に設けた折れ誘発ビード121を起点に折れ変形するため、リヤシートクロスメンバ100との突き合わせ結合部であるサイドメンバエクステンション70の反力支持点Bへの荷重伝達時間が、アウタ材71に対して時間tだけ遅延する。
【0027】
このため、リインフオース72の座屈モード波形SBの振幅の成長が抑制されて、前記図9に示したように該リインフオース72の座屈モード波形SBの振幅がアウタ材71の座屈モード波形SAの振幅よりも小さくなる。
【0028】
一方、フロントサイドメンバ60の前端に衝突荷重Fが軸方向に入力することにより、サイドメンバエクステンション70の上方へ曲折した前端部は、曲折基部A点を支持点として図7に示すように後方へ倒れ変形する傾向となり、フロア下面側では該曲折基部A点と前記反力支持点B点との間で、該サイドメンバエクステンション70は、これらA点、B点およびフロアクロスメンバ110との結合部C点をそれぞれ支持点として側面略S字状に座屈変形するようになる。
【0029】
このとき、前述のようにリインフォース72の座屈モード波形SBの振幅は座屈変形遅延手段120により、アウタ材71の座屈モード波形SAの振幅よりも小さく設定されていて、前記B点とC点との間ではこれら座屈モード波形SA、SBの「節」同士の干渉が生じてアウタ材71の上方への弯曲変形がリインフオース72との干渉によって小さく抑制される。
【0030】
このアウタ材71とリインフオース72との相互干渉による抵抗力によって、サイドメンバエクステンション70の前記B点とC点との間における局部的な変形の成長を抑制しながら荷重を相互に分担してサイドメンバエクステンション70全体に変形を分散させ、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができる。
【0031】
従って、アウタ材71およびリインフオース72を徒に増大したり、補強材を増設したりすることなくサイドメンバエクステンション70の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。
【0032】
また、前述のように前記B点とC点との間でサイドメンバエクステンション70の局部的な上方への弯曲変形が抑制されることから、これらB点〜C点の範囲に設定されるシート取付部の強度剛性を高く維持することができて、シート安定性を高めることができる。
【0033】
ここで、本実施形態では前述のようにリインフオース72の座屈モード波形の振幅を小さく設定する手段として、該リインフオース72に座屈変形遅延手段120を設けて軸方向の座屈変形開始時期をアウタ材71に対して所定時間tだけ遅延させることで、該リインフオース72の変形振幅の成長を抑制して振幅を小さくさせることができるため、リインフオース72の所定部位に軸方向の加重伝達速度をコントロールする前記折れ誘発ビード121等の脆弱部を設けるだけの簡単な構成により、サイドメンバエクステンション70の補強効果を高めることができる。
【0034】
前記第1実施形態では、リインフオース72の頂部壁72bに折れ誘発ビード121を設けて、これを座屈変形遅延手段120を構成する脆弱部としているが、図11に示す第2実施形態のように、前記頂部壁72bの所定部位をその壁面形状が滑らかに連続する波形状に形成することによって座屈変形遅延手段120とすることができる。
【0035】
この第2実施形態によれば、頂部壁72bの波形形状の「谷」の部分を起点としてリインフオース72が折れ変形することで前記第1実施形態と同様にアウタ材71に対してリインフオース72の座屈変形開始時点が遅延するようになるが、この折れ変形には前記折れ誘発ビードと異なり、リインフオース72に局部的な応力集中による亀裂発生が伴うのを抑制できて、リインフオース72本来の補強機能を些かも損なうことがない。
【0036】
図12は図11に示した第2実施形態の変形例である第3実施形態を示すもので、本実施形態では前記頂部壁72bの波形形状における「山」の部分を厚肉部とし、「谷」の部分を薄肉部として形成したものである。
【0037】
従って、この第3実施形態では頂部壁72bの波形形状の「谷」の部分を起点にリインフオース72が折れ変形して、該リインフオース72の座屈変形開始時期が遅延するが、この折れ変形時に厚肉部の「山」の部分がアウタ材71に強く接触して抵抗力(接触力)を高めることができる。
【0038】
図13,14は本発明の第4実施形態を示すもので、本実施形態では前記リインフオース72の前端位置を前記A点近傍に設定してある。
【0039】
そして、このリインフオース72の前端とアウタ材71との間に、アウタ材71からリインフオース72への荷重の伝達を遅らせるため荷重入力方向(軸方向)に所要のクリアランスSを設けて、座屈変形遅延手段120を構成している。
【0040】
本実施形態では、アウタ材71の閉断面内にリインフオース72の前端末と前記クリアランスSをおいてバルクヘッド122を対向的に固定配置し、アウタ材71が軸方向に前記クリアランスS分だけ軸方向に座屈変形すると、バルクヘッド122がリインフオース72の前端末に圧接して、該リインフオース72に軸方向への荷重を伝達するようにしてある。
【0041】
アウタ材71の側壁内面には軸方向にガイド溝71cを設ける一方、リインフオース72の側壁外面には該ガイド溝71cに係合するガイドピン72cを突設して、これらガイド溝71cとガイドピン72cとのガイド作用によって、前記バルクヘッド122とリインフオース72前端末との接触が適正に行われるようにしてある。
【0042】
従って、この第4実施形態によれば車両の前面衝突により、フロントサイドメンバ60からサイドメンバエクステンション70のアウタ材71に直ちに衝突荷重Fが入力して、該アウタ材71が軸方向に前記クリアランスS分だけ座屈変形すると、バルクヘッド122がリインフオース72の前端末に圧接して、該リインフオース72に軸方向への荷重が伝達される。
【0043】
即ち、リインフオース72には前記アウタ材71がクリアランスS分だけ座屈変形するのに要する所定時間tの遅れ時間をもって軸方向荷重が伝達され、これにより前記第1実施形態と同様にアウタ材71に対してリインフオース72の座屈モード波形の振幅の成長を抑制し、該リインフオース72の変形振幅を小さくして第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0044】
特に本実施形態では、座屈変形遅延手段120として、アウタ材71とリインフオース72との間に軸方向荷重の伝達を遅らせるための所要のクリアランスSを設けて構成しているため、このクリアランスSの設定により荷重伝達タイミングを容易にコントロールすることができる。
【0045】
図15,16は前記第4実施形態における座屈変形遅延手段120をサイドシル50に適用した第5実施形態を示すものである。
【0046】
サイドシル50は、中空断面(閉断面)に形成されて実質的にサイドシル50の外殻を構成するアウタ材51と、アウタ材51よりも小さな中空断面(閉断面)に形成されて該アウタ材51の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース52とで構成している。
【0047】
リインフオース52はその前端をアウタ材51の前端を閉塞したエンドプレート51aに突き合わせて接合してある。
【0048】
アウタ材51の後端部内には閉断面を閉塞するバルクヘッド122を接合配置し、該バルクヘッド122とリインフオース52の後端末との間に所要のクリアランスSを設けて、該クリアランスSをもって座屈変形遅延手段120を構成している。
【0049】
この第5実施形態によれば、車両の前面衝突によりアウタ材51の前端に衝突荷重Fが入力すると、該アウタ材51は直ちに軸方向に座屈変形を開始するが、アウタ材51が前記クリアランスS分だけ座屈変形したところでリインフオース52の後端がバルクヘッド122に圧接して、所定時間tの時間遅れをもって該リインフオース52に軸方向荷重が伝達されて、リインフオース52の軸方向の座屈変形が開始する。
【0050】
これにより、アウタ材51に対してリインフオース52の座屈モード波形の振幅の成長が抑制され、該リインフオース52の座屈振幅が小さくなって前記図9,10に示したものと同様の波形特性が得られる。
【0051】
この結果、サイドシル50の長さ方向全体でアウタ材51とリインフオース52との間で座屈波形の「節」同士の干渉が生じ、アウタ材51の局部的な変形の成長を抑制してサイドシル50の折れ変形を回避し、これらアウタ材51、リインフオース52の相互干渉により抵抗力が増大して圧壊反力を高めることができる。
【0052】
前記第5実施形態ではリインフオース52の後端とバルクヘッド122との間にクリアランスSを設定しているが、これとは逆に図17に示す第6実施形態のように、リインフオース52の後端をバルクヘッド122に突き合わせて接合し、リインフオース52の前端とアウタ材51の前端のエンドプレート51aとの間に所要のクリアランスSを設けて座屈変形遅延手段120を構成してもよい。
【0053】
また、この第5実施形態における座屈変形遅延手段120を図18〜20の第7,8実施形態に示すようにフロントサイドメンバ60に適用することもできる。
【0054】
第7実施形態では図18,19に示すようにフロントサイドメンバ60を、中空断面に形成したアウタ材61と、アウタ材61よりも小さな閉断面に形成されて該アウタ材61の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース62とで構成している。
【0055】
リインフオース62はその前端をアウタ材51の前端のエンドプレート61aに接合し、その後端とアウタ材51の後端部内に接合配置したバルクヘッド122との間に所要のクリアランスSを設けて座屈変形遅延手段120を構成しているが、図20の第8実施形態に示すようにリインフオース62の後端をバルクヘッド122に接合固定し、その前端とエンドプレート61aとの間に所要のクリアランスSを設けて座屈変形遅延手段120を構成すればよい。
【0056】
これにより、前記第5,6実施形態のサイドシル50に適用した場合と同様の作用効果を得ることができる。
【0057】
図21〜23は前記第5実施形態における座屈変形遅延手段120をセンターピラー20に適用した第9実施形態を示している。
【0058】
センターピラー20は、アウタパネル21Aとインナパネル21Bとで閉断面に形成されて実質的にセンターピラー20の外殻を構成するアウタ材21と、アウタパネル21Bよりも小さな略ハット形断面に形成され、該アウタパネル21Bと独立してインナパネル21Aに接合されて閉断面を形成し、アウタ材21の内部に略上下両端部間に亘って配置したリインフオース22とで構成している。
【0059】
リインフオース22の上端位置はアウタ材21の上端部よりも低い位置に設定されていて、該アウタ材21の上端部内には上方からの衝突荷重Fをリインフオース22に伝達するためのバルクヘッド122を接合固定してある。
【0060】
このバルクヘッド122の下端とリインフオース22の上端との間には所要のクリアランスSを設けてあり、このクリアランスSをもって座屈変形遅延手段120を構成している。
【0061】
この第9実施形態によれば、アウタ材21の上方より衝突荷重Fが入力すると、該アウタ材21は直ちに軸方向に座屈変形を開始するが、アウタ材21が前記クリアランスS分だけ座屈変形したところでバルクヘッド122の下端がリインフオース22の上端に圧接して、所定時間tの時間遅れをもって該リインフオース22に軸方向荷重が伝達されて、リインフオース22の軸方向の座屈変形が開始する。
【0062】
これにより、アウタ材21に対してリインフオース22の座屈モード波形の振幅の成長が抑制され、該リインフオース22の変形振幅が小さくなって前記図9,10に示したものと同様の波形特性が得られる。
【0063】
この結果、センターピラー20の長さ方向全体でアウタ材21とリインフオース22との間で座屈波形の「節」同士の干渉が生じ、アウタ材21の局部的な変形の成長を抑制してセンターピラー20の折れ変形を回避し、これらアウタ材21、リインフオース22の相互干渉により抵抗力が増大して圧壊反力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明の対象とする自動車の車体骨格フレームを示す外観斜視図。
【図2】本発明の第1実施形態におけるサイドメンバエクステンションの配設部分をフロア下側から見た斜視図。
【図3】図2に示したサイドメンバエクステンションのリインフオースを示す斜視図。
【図4】図3のA範囲部の拡大斜視図。
【図5】図2のB−B線に沿う断面図。
【図6】図2に示したサイドメンバエクステンションの配設状態を略示的に示す側面説明図。
【図7】図2に示したサイドメンバエクステンションの作用を座屈モード波形と併せて示す図6と同様の側面説明図。
【図8】変形振幅の大きなアウタ材と変形振幅の小さなリインフオースとの座屈変形モデルを示す説明図。
【図9】図8に示したアウタ材とリインフオースとを組合わせた場合の座屈モード波形を示す説明図。
【図10】図9に示した座屈モード波形の合成波形を示す説明図。
【図11】本発明の第2実施形態を示す図4と同様の斜視図。
【図12】本発明の第3実施形態を示す図4のC−C線相当の断面図。
【図13】本発明の第4実施形態を示す斜視図。
【図14】図13のD−D線に沿う断面図。
【図15】本発明の第5実施形態を示す断面図。
【図16】図15のE−E線に沿う断面図。
【図17】本発明の第6実施形態を示す図15と同様の断面図。
【図18】本発明の第7実施形態を示す断面図。
【図19】図18のF−F線に沿う断面図。
【図20】本発明の第8実施形態を示す図18と同様の断面図。
【図21】本発明の第9実施形態におけるセンターピラーを示す斜視図。
【図22】図21のG−G線に沿う断面図。
【図23】本発明の第9実施形態における要部を断面として示す側面図。
【符号の説明】
【0065】
10 フロントピラー(骨格部材)
20 センターピラー(骨格部材)
30 リヤピラー(骨格部材)
40 ルーフサイドレール(骨格部材)
50 サイドシル(骨格部材)
60 フロントサイドメンバ(骨格部材)
70 サイドメンバエクステンション(骨格部材)
21,51,61,71 アウタ材
22,52,62,72 リインフオース
120 座屈変形遅延手段
121 脆弱部
S クリアランス
【技術分野】
【0001】
本発明は自動車の車体骨格フレームの補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の自動車の車体骨格フレームの補強構造としては、例えば特開2001−180518号公報に示されているように、車体骨格フレームを構成する骨格部材を中空断面のアウタ材と、その内部に設けたリインフオースとで構成し、該リインフオースをアウタ材の内側全体を覆うように広い範囲で一体成形することにより、軽量かつ効率的にアウタ材を補強するようにしたものが知られている。
【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、このような従来の車体骨格フレームの補強構造では、リインフオースをアウタ材の内面の凹凸形状に沿った形状としてあるため、アウタ材の強度はリインフオースを設置した分だけ全体的に向上するものの、その強度分布はリインフオースを設置する前と変化はなく、故に、折れ変形の発生位置もリインフオースによる補強前と変わらず、アウタ材を補強している割には折れ変形部位に対してしか補強効果がないので、必ずしも効率的な補強とは言えない。
【0004】
そこで、本発明は骨格部材を構成する中空断面のアウタ材とその内部に設置するリインフオースの各座屈変形モードを適切に設定することによって、板厚の増大や補強手段の増設等を伴うことなく補強効果を向上することができる車体骨格フレームの補強構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明にあっては、車体骨格フレームを構成する骨格部材は、中空断面のアウタ材の内部にその長さ方向にリインフオースを設置してあって、このリインフオースに座屈変形遅延手段を設けて、リインフオースの座屈変形開始時期をアウタ材の座屈変形開始時期よりも遅らせることにより、該アウタ材に対してリインフオースの座屈モード波形の振幅を小さく設定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、中空断面のアウタ材の内部にその長さ方向に設置したリインフオースに座屈変形遅延手段を設けて該リインフオースの座屈モード波形の振幅を、該アウタ材の座屈モード波形の振幅よりも小さく設定してあるため、骨格部材に軸方向に衝突荷重が作用してアウタ材およびリインフオースが座屈変形する際に、アウタ材の変形振幅に対してリインフオースが小さな振幅で変形することで、両者の間で長さ方向で全体的に干渉が生じる。
【0007】
このアウタ材とリインフオースの相互干渉による抵抗力により骨格部材の極部的な変形の成長を抑制しながら荷重を相互に分担して骨格部材全体に変形を分散させ、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができ、従って、アウタ材およびリインフオースの板厚を徒に増大したり、補強材を増設したりすることなく骨格部材の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。
【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は本発明の対象とする自動車の車体骨格フレームを示しており、フロントピラー10、センターピラー20、リヤピラー30等の上下方向の骨格部材と、これらピラー10〜30の各上端を継ぐルーフサイドの前後方向の骨格部材であるルーフサイドレール40と、前記ピラー10〜30の各下端を継ぐフロアサイドの前後方向の骨格部材であるサイドシル50と、フロントコンパートメントの左右両側部に配置した前後方向の骨格部材であるフロントサイドメンバ60と、該フロントサイドメンバ60の後方延長部であってダッシュパネル90の前面からフロアパネル80の下面側に廻り込んだサイドメンバエクステンション70等を備えている。
【0010】
これらの骨格部材10〜70は、一般的な乗用車の車体に共通なものであり、本発明は前述のどの骨格部材へも適用可能である。
【0011】
図2〜7は本発明をサイドメンバエクステンション70に適用した第1実施形態を示している。
【0012】
図2はサイドメンバエクステンション70の配設状況をフロア下側から見た斜視図として表したものである。
【0013】
フロントサイドメンバ60はその後端をフロントコンパートメントとキャビンとを隔成するダッシュパネル90の後傾したトーボード面に突き合わせて結合してある。
【0014】
サイドメンバエクステンション70は前記フロントサイドメンバ60の後端部の下側部に嵌合して結合してあり、ダッシュパネル90の傾斜面(トーボード面)からフロアパネル80の下面に沿って接合して前後方向に延在して、後端をフロアパネル80の下面に車幅方向に接合配置したリヤシートクロスメンバ100(図6,7参照)に突き合わせて結合してある。
【0015】
また、このサイドメンバエクステンション70はフロア中央部分でその下面に車幅方向に接合配置したフロアクロスメンバ110とも交差している。
【0016】
サイドメンバエクステンション70は、略ハット形断面に形成されて前端部を前記フロントサイドメンバ60の後端部に外嵌結合すると共に、フランジ71aを介してダッシュパネル90の傾斜面およびフロアパネル80の下面に沿って接合され、かつ、後端が前記リヤシートクロスメンバ100に付き合わせて結合されて、これらパネル90、80との間に中空断面(閉断面)を形成して実質的にサイドメンバエクステンション70の外殻を構成するアウタ材71と、このアウタ材71の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース72とで構成している。
【0017】
リインフオース72は図3〜5に示すようにアウタ材71よりも小さな略ハット形断面に形成され、該アウタ材71とは独立して前記パネル90、80にフランジ72aを介して接合して、これらパネル90、80との間に中空断面(閉断面)を形成している。
【0018】
そして、このリインフオース72の座屈モード波形の振幅をアウタ材71の座屈モード波形の振幅よりも小さく設定してある。
【0019】
ここで、図8に示すように前記変形振幅の小さなリインフオース72と、変形振幅の大きなアウタ材71とを同じストロークで座屈変形させた場合、座屈変形の進行が速い変形振幅の大きなアウタ材71は、リインフオース72に対して倒れ変形(折れ変形)し易くなる。
【0020】
従って、これらアウタ材71とリインフオース72とを組合わせることにより、リインフオース72によってアウタ材71の倒れ変形(折れ変形)を抑制することができて、サイドメンバエクステンション70の安定した座屈変形モードを期待することができる。
【0021】
これは、図9の座屈モード波形に示すように変形振幅の大きなアウタ材71の座屈モード波形SAと、変形振幅の小さなリインフオース72の座屈モード波形SBとが組合わされることにより、波形SAとSBが「節」の部分で相互に干渉するようになり、これら波形SA、SBの合成波形、即ち、サイドエクステンションメンバ70の全体の座屈モード波形は図10の実線で示すように振幅が小さく抑制される。なお、図10の破線は前記波形SAとSBとの振幅が同一の場合の合成波形を示している。
【0022】
本実施形態では前記リインフオース72に座屈変形遅延手段120を設けることにより、リインフオース72の座屈変形開始時期をアウタ材71の座屈変形開始時期よりも遅らせて、該アウタ材71に対してリインフオース72の座屈モード波形の振幅を小さくするようにしている。
【0023】
この座屈変形遅延手段120は、例えば図3,4に示すように、リインフオース72の前記ダッシュパネル90の傾斜面に沿って曲折した前端部分の曲折基部A点近傍の頂部壁72bに、脆弱部として複数条の折れ誘発ビード121を設けて構成することができる。
【0024】
図6,7は本実施形態のサイドメンバエクステンション70が車両前方から衝突されて外力Fを受けた場合の作用を示している。
【0025】
車両の前面衝突によりフロントサイドメンバ60の前端に衝突荷重Fが入力すると、この衝突荷重Fはサイドメンバエクステンション70に軸方向に伝達される。
【0026】
このとき、サイドメンバエクステンション70のリインフオース72は、その前端部分の曲折基部A点の近傍に設けた折れ誘発ビード121を起点に折れ変形するため、リヤシートクロスメンバ100との突き合わせ結合部であるサイドメンバエクステンション70の反力支持点Bへの荷重伝達時間が、アウタ材71に対して時間tだけ遅延する。
【0027】
このため、リインフオース72の座屈モード波形SBの振幅の成長が抑制されて、前記図9に示したように該リインフオース72の座屈モード波形SBの振幅がアウタ材71の座屈モード波形SAの振幅よりも小さくなる。
【0028】
一方、フロントサイドメンバ60の前端に衝突荷重Fが軸方向に入力することにより、サイドメンバエクステンション70の上方へ曲折した前端部は、曲折基部A点を支持点として図7に示すように後方へ倒れ変形する傾向となり、フロア下面側では該曲折基部A点と前記反力支持点B点との間で、該サイドメンバエクステンション70は、これらA点、B点およびフロアクロスメンバ110との結合部C点をそれぞれ支持点として側面略S字状に座屈変形するようになる。
【0029】
このとき、前述のようにリインフォース72の座屈モード波形SBの振幅は座屈変形遅延手段120により、アウタ材71の座屈モード波形SAの振幅よりも小さく設定されていて、前記B点とC点との間ではこれら座屈モード波形SA、SBの「節」同士の干渉が生じてアウタ材71の上方への弯曲変形がリインフオース72との干渉によって小さく抑制される。
【0030】
このアウタ材71とリインフオース72との相互干渉による抵抗力によって、サイドメンバエクステンション70の前記B点とC点との間における局部的な変形の成長を抑制しながら荷重を相互に分担してサイドメンバエクステンション70全体に変形を分散させ、圧壊反力を高めてエネルギー吸収量を増大することができる。
【0031】
従って、アウタ材71およびリインフオース72を徒に増大したり、補強材を増設したりすることなくサイドメンバエクステンション70の補強効果を高めて衝突性能を向上することができる。
【0032】
また、前述のように前記B点とC点との間でサイドメンバエクステンション70の局部的な上方への弯曲変形が抑制されることから、これらB点〜C点の範囲に設定されるシート取付部の強度剛性を高く維持することができて、シート安定性を高めることができる。
【0033】
ここで、本実施形態では前述のようにリインフオース72の座屈モード波形の振幅を小さく設定する手段として、該リインフオース72に座屈変形遅延手段120を設けて軸方向の座屈変形開始時期をアウタ材71に対して所定時間tだけ遅延させることで、該リインフオース72の変形振幅の成長を抑制して振幅を小さくさせることができるため、リインフオース72の所定部位に軸方向の加重伝達速度をコントロールする前記折れ誘発ビード121等の脆弱部を設けるだけの簡単な構成により、サイドメンバエクステンション70の補強効果を高めることができる。
【0034】
前記第1実施形態では、リインフオース72の頂部壁72bに折れ誘発ビード121を設けて、これを座屈変形遅延手段120を構成する脆弱部としているが、図11に示す第2実施形態のように、前記頂部壁72bの所定部位をその壁面形状が滑らかに連続する波形状に形成することによって座屈変形遅延手段120とすることができる。
【0035】
この第2実施形態によれば、頂部壁72bの波形形状の「谷」の部分を起点としてリインフオース72が折れ変形することで前記第1実施形態と同様にアウタ材71に対してリインフオース72の座屈変形開始時点が遅延するようになるが、この折れ変形には前記折れ誘発ビードと異なり、リインフオース72に局部的な応力集中による亀裂発生が伴うのを抑制できて、リインフオース72本来の補強機能を些かも損なうことがない。
【0036】
図12は図11に示した第2実施形態の変形例である第3実施形態を示すもので、本実施形態では前記頂部壁72bの波形形状における「山」の部分を厚肉部とし、「谷」の部分を薄肉部として形成したものである。
【0037】
従って、この第3実施形態では頂部壁72bの波形形状の「谷」の部分を起点にリインフオース72が折れ変形して、該リインフオース72の座屈変形開始時期が遅延するが、この折れ変形時に厚肉部の「山」の部分がアウタ材71に強く接触して抵抗力(接触力)を高めることができる。
【0038】
図13,14は本発明の第4実施形態を示すもので、本実施形態では前記リインフオース72の前端位置を前記A点近傍に設定してある。
【0039】
そして、このリインフオース72の前端とアウタ材71との間に、アウタ材71からリインフオース72への荷重の伝達を遅らせるため荷重入力方向(軸方向)に所要のクリアランスSを設けて、座屈変形遅延手段120を構成している。
【0040】
本実施形態では、アウタ材71の閉断面内にリインフオース72の前端末と前記クリアランスSをおいてバルクヘッド122を対向的に固定配置し、アウタ材71が軸方向に前記クリアランスS分だけ軸方向に座屈変形すると、バルクヘッド122がリインフオース72の前端末に圧接して、該リインフオース72に軸方向への荷重を伝達するようにしてある。
【0041】
アウタ材71の側壁内面には軸方向にガイド溝71cを設ける一方、リインフオース72の側壁外面には該ガイド溝71cに係合するガイドピン72cを突設して、これらガイド溝71cとガイドピン72cとのガイド作用によって、前記バルクヘッド122とリインフオース72前端末との接触が適正に行われるようにしてある。
【0042】
従って、この第4実施形態によれば車両の前面衝突により、フロントサイドメンバ60からサイドメンバエクステンション70のアウタ材71に直ちに衝突荷重Fが入力して、該アウタ材71が軸方向に前記クリアランスS分だけ座屈変形すると、バルクヘッド122がリインフオース72の前端末に圧接して、該リインフオース72に軸方向への荷重が伝達される。
【0043】
即ち、リインフオース72には前記アウタ材71がクリアランスS分だけ座屈変形するのに要する所定時間tの遅れ時間をもって軸方向荷重が伝達され、これにより前記第1実施形態と同様にアウタ材71に対してリインフオース72の座屈モード波形の振幅の成長を抑制し、該リインフオース72の変形振幅を小さくして第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0044】
特に本実施形態では、座屈変形遅延手段120として、アウタ材71とリインフオース72との間に軸方向荷重の伝達を遅らせるための所要のクリアランスSを設けて構成しているため、このクリアランスSの設定により荷重伝達タイミングを容易にコントロールすることができる。
【0045】
図15,16は前記第4実施形態における座屈変形遅延手段120をサイドシル50に適用した第5実施形態を示すものである。
【0046】
サイドシル50は、中空断面(閉断面)に形成されて実質的にサイドシル50の外殻を構成するアウタ材51と、アウタ材51よりも小さな中空断面(閉断面)に形成されて該アウタ材51の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース52とで構成している。
【0047】
リインフオース52はその前端をアウタ材51の前端を閉塞したエンドプレート51aに突き合わせて接合してある。
【0048】
アウタ材51の後端部内には閉断面を閉塞するバルクヘッド122を接合配置し、該バルクヘッド122とリインフオース52の後端末との間に所要のクリアランスSを設けて、該クリアランスSをもって座屈変形遅延手段120を構成している。
【0049】
この第5実施形態によれば、車両の前面衝突によりアウタ材51の前端に衝突荷重Fが入力すると、該アウタ材51は直ちに軸方向に座屈変形を開始するが、アウタ材51が前記クリアランスS分だけ座屈変形したところでリインフオース52の後端がバルクヘッド122に圧接して、所定時間tの時間遅れをもって該リインフオース52に軸方向荷重が伝達されて、リインフオース52の軸方向の座屈変形が開始する。
【0050】
これにより、アウタ材51に対してリインフオース52の座屈モード波形の振幅の成長が抑制され、該リインフオース52の座屈振幅が小さくなって前記図9,10に示したものと同様の波形特性が得られる。
【0051】
この結果、サイドシル50の長さ方向全体でアウタ材51とリインフオース52との間で座屈波形の「節」同士の干渉が生じ、アウタ材51の局部的な変形の成長を抑制してサイドシル50の折れ変形を回避し、これらアウタ材51、リインフオース52の相互干渉により抵抗力が増大して圧壊反力を高めることができる。
【0052】
前記第5実施形態ではリインフオース52の後端とバルクヘッド122との間にクリアランスSを設定しているが、これとは逆に図17に示す第6実施形態のように、リインフオース52の後端をバルクヘッド122に突き合わせて接合し、リインフオース52の前端とアウタ材51の前端のエンドプレート51aとの間に所要のクリアランスSを設けて座屈変形遅延手段120を構成してもよい。
【0053】
また、この第5実施形態における座屈変形遅延手段120を図18〜20の第7,8実施形態に示すようにフロントサイドメンバ60に適用することもできる。
【0054】
第7実施形態では図18,19に示すようにフロントサイドメンバ60を、中空断面に形成したアウタ材61と、アウタ材61よりも小さな閉断面に形成されて該アウタ材61の内部にその長さ方向の略両端部間に亘って設置されたリインフオース62とで構成している。
【0055】
リインフオース62はその前端をアウタ材51の前端のエンドプレート61aに接合し、その後端とアウタ材51の後端部内に接合配置したバルクヘッド122との間に所要のクリアランスSを設けて座屈変形遅延手段120を構成しているが、図20の第8実施形態に示すようにリインフオース62の後端をバルクヘッド122に接合固定し、その前端とエンドプレート61aとの間に所要のクリアランスSを設けて座屈変形遅延手段120を構成すればよい。
【0056】
これにより、前記第5,6実施形態のサイドシル50に適用した場合と同様の作用効果を得ることができる。
【0057】
図21〜23は前記第5実施形態における座屈変形遅延手段120をセンターピラー20に適用した第9実施形態を示している。
【0058】
センターピラー20は、アウタパネル21Aとインナパネル21Bとで閉断面に形成されて実質的にセンターピラー20の外殻を構成するアウタ材21と、アウタパネル21Bよりも小さな略ハット形断面に形成され、該アウタパネル21Bと独立してインナパネル21Aに接合されて閉断面を形成し、アウタ材21の内部に略上下両端部間に亘って配置したリインフオース22とで構成している。
【0059】
リインフオース22の上端位置はアウタ材21の上端部よりも低い位置に設定されていて、該アウタ材21の上端部内には上方からの衝突荷重Fをリインフオース22に伝達するためのバルクヘッド122を接合固定してある。
【0060】
このバルクヘッド122の下端とリインフオース22の上端との間には所要のクリアランスSを設けてあり、このクリアランスSをもって座屈変形遅延手段120を構成している。
【0061】
この第9実施形態によれば、アウタ材21の上方より衝突荷重Fが入力すると、該アウタ材21は直ちに軸方向に座屈変形を開始するが、アウタ材21が前記クリアランスS分だけ座屈変形したところでバルクヘッド122の下端がリインフオース22の上端に圧接して、所定時間tの時間遅れをもって該リインフオース22に軸方向荷重が伝達されて、リインフオース22の軸方向の座屈変形が開始する。
【0062】
これにより、アウタ材21に対してリインフオース22の座屈モード波形の振幅の成長が抑制され、該リインフオース22の変形振幅が小さくなって前記図9,10に示したものと同様の波形特性が得られる。
【0063】
この結果、センターピラー20の長さ方向全体でアウタ材21とリインフオース22との間で座屈波形の「節」同士の干渉が生じ、アウタ材21の局部的な変形の成長を抑制してセンターピラー20の折れ変形を回避し、これらアウタ材21、リインフオース22の相互干渉により抵抗力が増大して圧壊反力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明の対象とする自動車の車体骨格フレームを示す外観斜視図。
【図2】本発明の第1実施形態におけるサイドメンバエクステンションの配設部分をフロア下側から見た斜視図。
【図3】図2に示したサイドメンバエクステンションのリインフオースを示す斜視図。
【図4】図3のA範囲部の拡大斜視図。
【図5】図2のB−B線に沿う断面図。
【図6】図2に示したサイドメンバエクステンションの配設状態を略示的に示す側面説明図。
【図7】図2に示したサイドメンバエクステンションの作用を座屈モード波形と併せて示す図6と同様の側面説明図。
【図8】変形振幅の大きなアウタ材と変形振幅の小さなリインフオースとの座屈変形モデルを示す説明図。
【図9】図8に示したアウタ材とリインフオースとを組合わせた場合の座屈モード波形を示す説明図。
【図10】図9に示した座屈モード波形の合成波形を示す説明図。
【図11】本発明の第2実施形態を示す図4と同様の斜視図。
【図12】本発明の第3実施形態を示す図4のC−C線相当の断面図。
【図13】本発明の第4実施形態を示す斜視図。
【図14】図13のD−D線に沿う断面図。
【図15】本発明の第5実施形態を示す断面図。
【図16】図15のE−E線に沿う断面図。
【図17】本発明の第6実施形態を示す図15と同様の断面図。
【図18】本発明の第7実施形態を示す断面図。
【図19】図18のF−F線に沿う断面図。
【図20】本発明の第8実施形態を示す図18と同様の断面図。
【図21】本発明の第9実施形態におけるセンターピラーを示す斜視図。
【図22】図21のG−G線に沿う断面図。
【図23】本発明の第9実施形態における要部を断面として示す側面図。
【符号の説明】
【0065】
10 フロントピラー(骨格部材)
20 センターピラー(骨格部材)
30 リヤピラー(骨格部材)
40 ルーフサイドレール(骨格部材)
50 サイドシル(骨格部材)
60 フロントサイドメンバ(骨格部材)
70 サイドメンバエクステンション(骨格部材)
21,51,61,71 アウタ材
22,52,62,72 リインフオース
120 座屈変形遅延手段
121 脆弱部
S クリアランス
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車体骨格フレームを構成する骨格部材を中空断面をもつアウタ材と、該アウタ材の内部にその長さ方向に設置されるリインフオースとで構成し、
かつ、前記リインフオースに座屈変形遅延手段を設けて、リインフオースの座屈変形開始時期をアウタ材の座屈変形開始時期よりも遅らせることにより、該アウタ材に対してリインフオースの座屈モード波形の振幅を小さく設定したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項2】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、リインフオースに設けた脆弱部により構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項3】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、リインフオースの壁面形状を滑らかに連続する波形状にして構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項4】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、リインフオースに厚肉部と薄肉部とを交互に連続的に形成して構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項5】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、アウタ材からリインフオースへの荷重の伝達を遅らせるために、これらアウタ材とリインフオースとの間に荷重入力方向に所要のクリアランスを設けて構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項1】
車体骨格フレームを構成する骨格部材を中空断面をもつアウタ材と、該アウタ材の内部にその長さ方向に設置されるリインフオースとで構成し、
かつ、前記リインフオースに座屈変形遅延手段を設けて、リインフオースの座屈変形開始時期をアウタ材の座屈変形開始時期よりも遅らせることにより、該アウタ材に対してリインフオースの座屈モード波形の振幅を小さく設定したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項2】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、リインフオースに設けた脆弱部により構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項3】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、リインフオースの壁面形状を滑らかに連続する波形状にして構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項4】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、リインフオースに厚肉部と薄肉部とを交互に連続的に形成して構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【請求項5】
前記請求項1において、座屈変形遅延手段として、アウタ材からリインフオースへの荷重の伝達を遅らせるために、これらアウタ材とリインフオースとの間に荷重入力方向に所要のクリアランスを設けて構成したことを特徴とする車体骨格フレームの補強構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【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19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【公開番号】特開2006−321490(P2006−321490A)
【公開日】平成18年11月30日(2006.11.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−245348(P2006−245348)
【出願日】平成18年9月11日(2006.9.11)
【分割の表示】特願2002−143235(P2002−143235)の分割
【原出願日】平成14年5月17日(2002.5.17)
【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30日(2006.11.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年9月11日(2006.9.11)
【分割の表示】特願2002−143235(P2002−143235)の分割
【原出願日】平成14年5月17日(2002.5.17)
【出願人】(000003997)日産自動車株式会社 (16,386)
【Fターム(参考)】
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