JP6120445B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＦＲＰ製の車体フロアの前部から前上方に一体に延びる中空の前側傾斜部の内部にコアを配置し、前記前側傾斜部の前端から中実の前壁を立設し、前記前壁に板状のＣＦＲＰ積層板よりなるダッシュパネルロアの下端を接合した自動車の車体構造に関する。

フロントサイドフレームの後端を金属製のエネルギー吸収部材を介して支持するダッシュパネルロアを、前後のＣＦＲＰ製のパネル間に形成した閉断面部に発泡ウレタンフォームを充填して構成したものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００９−８３７５６号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、前面衝突の衝突荷重がエネルギー吸収部材を介して入力されるダッシュパネルロアは、前後のＣＦＲＰ製のパネル間に発泡ウレタンフォームを充填したことで強度が高くなる反面、高価なＣＦＲＰ材の使用量が多くなってコストアップの要因となるだけなく、発泡ウレタンフォームの充填工程が必要であるために生産性が低下する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ダッシュパネルロアの強度を高めることなく、フロントサイドフレームから取付台座を介して入力される衝突荷重を車体フロアに効率的に伝達して吸収することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ＣＦＲＰ製の車体フロアの前部から前上方に一体に延びる中空の前側傾斜部の内部にコアを配置し、前記前側傾斜部の前端から中実の前壁を立設し、前記前壁に板状のＣＦＲＰ積層板よりなるダッシュパネルロアの下端を接合した自動車の車体構造であって、フロントサイドフレームを支持する取付台座を、前記前壁の前面から前記前側傾斜部の前面に跨がるように固定し、前記取付台座は、前面視で横長の長方形の前面および後面を備え、前記後面は前記前面よりも面積が広く、前記後面の車幅方向内端を前記車体フロアに設けたフロアトンネル部のトンネル部側壁の前端に臨ませるとともに、前記後面の車幅方向外端を車体フロアのホイールアーチ部の前端に臨ませ、前記車体フロアの車幅方向外端に沿って前後方向に延びる左右一対のサイドシルの前端から左右一対のフロントピラーロアを立設し、前記ダッシュパネルロアの車幅方向外端部を前記フロントピラーロアに接合し、前記フロアトンネル部のトンネル部上壁の上端は前記サイドシルの上端と同じ高さにあり、前記車体フロアは前記サイドシルよりも車幅方向外側に突出する突出部を備え、少なくとも前記突出部内にエネルギー吸収部材を配置したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記フロアトンネル部の前記トンネル部側壁の前端と前記前壁とが連続する屈曲部に補強部材を配置したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記取付台座は側面視で前方に向かって上下方向幅が減少する台形状であり、その内部にトラスを構成する複数の補強壁を有するアルミニウム押し出し材で構成されることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

請求項１の構成によれば、ＣＦＲＰ製の車体フロアの前部から前上方に一体に延びる中空の前側傾斜部の内部にコアを配置し、前側傾斜部の前端から中実の前壁を立設し、前壁に板状のＣＦＲＰ積層板よりなるダッシュパネルロアの下端を接合する。フロントサイドフレームを支持する取付台座を、前壁の前面から前側傾斜部の前面に跨がるように固定したので、前面衝突の衝突荷重がフロントサイドフレームから取付台座を介して車体フロアの前部に入力したとき、内部にコアを配置して強度が高められた前側傾斜部に前記衝突荷重を分散することで効率的に吸収することができる。これによりダッシュパネルロアが負担すべき衝突荷重が小さくなるため、ダッシュパネルロアをＣＦＲＰ積層板で構成して軽量化を図るとともに、ＣＦＲＰ材の使用量を減少させてコストダウンを図ることができる。

また取付台座は、前面視で横長の長方形の前面および後面を備え、後面は前面よりも面積が広く、後面の車幅方向内端を車体フロアに設けたフロアトンネル部のトンネル部側壁の前端に臨ませるとともに、後面の車幅方向外端を車体フロアのホイールアーチ部の前端に臨ませたたので、前面衝突の衝突荷重を取付台座から車体フロアの前壁の広い範囲に分散して吸収できるだけでなく、前記衝突荷重を取付台座からフロアトンネル部のトンネル部側壁およびホイールアーチ部に分散して吸収することができる。

また車体フロアの車幅方向外端に沿って前後方向に延びる左右一対のサイドシルの前端から左右一対のフロントピラーロアを立設し、ダッシュパネルロアの車幅方向外端部をフロントピラーロアに接合したので、ダッシュパネルロアに入力した前面衝突の衝突荷重をフロントピラーロアを介してサイドシルの前端に効率的に伝達して吸収できるだけでなく、フロアトンネル部のトンネル部上壁の上端はサイドシルの上端と同じ高さにあるので、車体フロアの前壁に入力した前面衝突の衝突荷重をトンネル部上壁およびサイドシルの前端に効率的に伝達して吸収することができる。

また車体フロアはサイドシルよりも車幅方向外側に突出する突出部を備え、少なくとも突出部内にエネルギー吸収部材を配置したので、側面衝突の衝突荷重をサイドシルよりも先に車体フロアの突出部に入力させ、車体フロアの突出部内に配置したエネルギー吸収部材の圧壊により衝突エネルギーの一部を吸収することで、サイドシルの車幅方向内側への倒れを防止することができる。

また請求項２の構成によれば、フロアトンネル部のトンネル部側壁の前端と前壁とが連続する屈曲部に補強部材を配置したので、前記屈曲部の破壊を防止しながら前壁に入力した衝突荷重をトンネル部側壁に効率的に伝達することができる。

また請求項３の構成によれば、取付台座は側面視で前方に向かって上下方向幅が減少する台形状であり、その内部にトラスを構成する複数の補強壁を有するアルミニウム押し出し材で構成されるので、強度の高い取付台座を安価に製造できるだけでなく、取付台座の前側の荷重入力点の数に対して取付台座の後側の荷重出力点の数を増加させ、前方からの衝突荷重を車体フロアに効率的に伝達することができる。

自動車の車体フレームの斜視図。 図１の２方向矢視図。 図１の３方向矢視図。 図３の４Ａ方向および４Ｂ方向矢視図。 図３の５方向矢視図。 図４の６−６線断面図。 図４の７−７線断面図。

以下、図１〜図７に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１〜図３に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）を主たる材料とする自動車の車体フレームは、車体フロア１１と、車体フロア１１の左右両側部に沿って前後方向に延びる左右一対のサイドシル１２，１２と、左右のサイドシル１２，１２の前端から前上方に起立する左右一対のフロントピラーロア１３，１３と、左右のサイドシル１２，１２の後端から後上方に起立する左右一対のリヤピラー１４，１４と、左右のサイドシル１２，１２の前後方向中間部から上方に起立する左右一対のセンターピラー１５，１５と、左右のフロントピラーロア１３，１３の上端から左右のセンターピラー１５，１５の上端を経由して左右のリヤピラー１４，１４の上端に延びる左右一対の上部部材１６，１６とを備える。上部部材１６，１６は、前半部がフロントピラーアッパーを構成し、後半部がルーフサイドレールを構成する。

車体フロア１１の前端と左右のフロントピラーロア１３，１３の前面とに平板状のダッシュパネルロア１７が接合され、車体フロア１１の後端と左右のリヤピラー１４，１４の後面とに平板状の後部隔壁１８が接合され、 後部隔壁１８の後端からリヤパーシェル１９が後方に水平に延出する。車体フロア１１の前端に左右一対のアルミニウム合金製の取付台座２０，２０が固定され、取付台座２０，２０の前端に左右一対のアルミニウム合金製のフロントサイドフレーム２１，２１の後端が固定される。車体フロア１１の後端から左右一対のリヤサイドフレーム２２，２２が後方に延びており、リヤピラー１４，１４およびリヤサイドフレーム２２，２２が左右一対のリヤホイールハウスインナー２３，２３で接合される。そして左右のセンターピラー１５，１５の上端間がルーフアーチ２４で接合される。

図７に示すように、車体フロア１１は、車幅方向中央部を前後方向に延びる逆Ｕ字状のフロアトンネル部１１ａと、フロアトンネル部１１ａの車幅方向両側に連続すると左右一対のフロア部１１ｂ，１１ｂとを備える。アンダーフロアパネル２５は、トンネル部上壁２５ａと、トンネル部上壁２５ａの車幅方向外端から下方に延びる左右一対のトンネル部側壁２５ｂ，２５ｂと、トンネル部側壁２５ｂ，２５ｂの下端から車幅方向外側に延びるフロア部下壁２５ｃ，２５ｃとを備え、左右一対のアッパーフロアパネル２６，２６のフロア部上壁２６ａ，２６ａは、フロア部下壁２５ｃ，２５ｃの上面に沿うように略平坦に形成される。

車体フロア１１の車幅方向外端部では、アンダーフロアパネル２５のフロア部下壁２５ｃの車幅方向外端を上向きに折り曲げた接合フランジ２５ｄと、アッパーフロアパネル２６のフロア部上壁２６ａの車幅方向外端を上向きに折り曲げた接合フランジ２６ｂとが重ね合わされて接合される。車体フロア１１の車幅方向外端部は、車幅方向中央部に比べて上下方向に厚くなっており、その厚くなった部分に上下一対のエネルギー吸収部材３０，３０が配置される。エネルギー吸収部材３０，３０は衝撃吸収性能に優れたＰＡ（ポリアミド）あるいはナイロン製の波板状の部材で構成される。

エネルギー吸収部材３０，３０の車幅方向内側には支持壁３１が接着により固定されており、支持壁３１の車幅方向外面に形成した嵌合溝にエネルギー吸収部材３０，３０が嵌合して接着により接合される。そしてエネルギー吸収部材３０，３０の上面がアッパーフロアパネル２６の下面に接着により接合され、エネルギー吸収部材３０，３０の下面がアンダーフロアパネル２５の上面に接着により接合される。

支持壁３１の車幅方向内側であってフロア部１１ｂの厚さが変化する部分に、前後方向に延びるＣＦＲＰ製（あるいはアルミニウム製）の荷重分散フレーム３２が配置される。荷重分散フレーム３２の上面および下面はそれぞれアッパーフロアパネル２６の下面およびアンダーフロアパネル２５の上面に接着により接合され、かつ車幅方向外面は支持壁３１の車幅方向内面に接着により接合される。荷重分散フレーム３２の車幅方向内側のフロア部１１ｂの内部に波板状のコア３３が配置され、その上面および下面がそれぞれアッパーフロアパネル２６の下面およびアンダーフロアパネル２５の上面に接着により接合される。

サイドシル１２は、アウター部材３４およびインナー部材３５を接合して閉断面に構成されており、その内部に複数の隔壁板３６…が前後方向に所定間隔で配置される。サイドシル１２は、車体フロア１１の車幅方向外端部、つまりエネルギー吸収部材３０，３０の上部において、アッパーフロアパネル２６の上面に載置されて接着により接合されるが、車体フロア１１の車幅方向外端に形成した突出部１１ｃがサイドシル１２の車幅方向外端よりも距離αだけ車幅方向外側に突出しており、従って突出部１１ｃ内に延びるエネルギー吸収部材３０，３０の車幅方向外端部はサイドシル１２の車幅方向外端よりも距離αだけ車幅方向外側に突出する。そしてサイドシル１２の車幅方向外端と、アッパーフロアパネル２６およびアンダーフロアパネル２５の接合フランジ２６ｂ，２５ｄに、ＣＦＲＰ製の板材よりなる断面クランク状の連結部材３７の上下端部がそれぞれ接着により接合される。

図６に示すように、車体フロア１１は、前後方向中央に位置する水平部１１ｄと、水平部１１ｄの前端から斜め前上方に傾斜する前側傾斜部１１ｅと、前側傾斜部１１ｅの前端から起立する前壁１１ｆとを備えており、それらはアンダーフロアパネル２５のフロア部下壁２５ｃと、アッパーフロアパネル２６のフロア部上壁２６ａとで構成される。中空の水平部１１ｄの内部には車幅方向に延びる軸線を有する波板よりなるコア３３が挟持され、中空の前側傾斜部１１ｅの内部には前後方向に延びる軸線を有する波板よりなるコア３８が挟持され、中実の前壁１１ｆはフロア部下壁２５ｃおよびフロア部上壁２６ａを直接重ね合わせて接着により接合される。

車体フロア１１の前壁１１ｆと左右のフロントピラーロア１３，１３とに接合されるダッシュパネルロア１７は１枚のＣＦＲＰ積層板で構成されており、その下端部が前壁１１ｆの前面に重ね合わされて接着により接合される。車体フロア１１の前壁１１ｆの前面には左右一対の取付台座２０，２０が固定されており、左右の取付台座２０，２０の車幅方向内端の後方に、前方に向かって車幅方向外側に拡開するフロアトンネル部１１ａの左右一対のトンネル部側壁２５ｂ，２５ｂの前端が対峙する（図２および図５参照）。また左右の取付台座２０，２０の車幅方向外端が、車体フロア１１の前端の車幅方向両端に形成した前輪のホイールアーチ部１１ｉ，１１ｉの前端に隣接する（図１〜図３参照）。

フロアトンネル部１１ａのトンネル部上壁２５ａの前端が車体フロア１１の前壁１１ｆに連続する部分は、サイドシル１２，１２の上端と同じ高さに整列する（図３参照）。そしてフロアトンネル部１１ａの左右一対のトンネル部側壁２５ｂ，２５ｂが車体フロア１１の前壁１１ｆに連続する屈曲部には、ＣＦＲＰ製のパッチよりなる補強部材４３，４３が接着される（図２および図６参照）。

取付台座２０は車幅方向に一定の略台形状の断面を有するアルミニウム合金製の押し出し材で構成されるもので、横長の長方形状の前面２０ａと、前面２０ａよりも上下左右に大きい横長の長方形状の後面２０ｂとを備えており、後面２０ｂの下部には後下方に延びる延長部２０ｃが形成されるとともに、取付台座２０の上下部および内部には多数の補強壁２０ｄ…が側面視でトラス状に形成される。これらの補強壁２０ｄ…は前面２０ａに３カ所の荷重入力点ａ，ｂ，ｃにおいて接合され、後面２０ｂに５カ所の荷重出力点ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈにおいで接合される。

フロントサイドフレーム２１の後端の取付フランジ２１ａを貫通する４本のボルト３９…が取付台座２０を貫通した後に、フロア部１１ｂの前壁１１ｆおよび前側傾斜部１１ｅの前端を貫通し、フロア部１１ｂの内部に埋設したナット４０…に締結される。また取付台座２０の下端部を貫通する２本のボルト４１，４１がフロア部１１ｂの内部に埋設したナット４２，４２に締結される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

車両の前面衝突による衝突荷重がフロントサイドフレーム２１，２１に入力すると、その衝突荷重はフロントサイドフレーム２１，２１から取付台座２０，２０を介してフロア部１１ｂの前壁１１ｆに伝達される。このとき、取付台座２０は、フロントサイドフレーム２１に接合される前面２０ａよりもフロア部１１ｂに接合される後面２０ｂの面積が大きくなっており、かつトラスを構成する多数の補強壁２０ｄ…が前面２０ａ側に３カ所の荷重入力点ａ，ｂ，ｃを備えるとともに後面２０ｂ側に５カ所の荷重出力点ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを備えるので、フロントサイドフレーム２１から入力する衝突荷重をフロア部１１ｂの前壁１１ｆの広い範囲に分散して効率的に吸収することができる（図６参照）。

また取付台座２０の後面２０ｂの下部から後下方に延びる延長部２０ｃがフロア部１１ｂの前側傾斜部１１ｅの前面に跨がるように固定されるので、内部にコア３８を配置した高強度の前側傾斜部１１ｅに前面衝突の衝突荷重を分散して一層効率的に吸収することができるだけでなく、前側傾斜部１１ｅの前端において上下方向から後下方に屈曲するアンダーフロアパネル２５の屈曲部ｉ（図６参照）にクラックが発生するのを防止することができる。しかも取付台座２０はアルミニウム押し出し材で構成されるので、強度の高い取付台座２０を安価に製造することができる。

また取付台座２０の後面２０ｂの車幅方向内端を車体フロア１１に設けたフロアトンネル部１１ａのトンネル部側壁２５ｂの前端に臨ませるとともに（図４（Ｂ）および図５参照）、トンネル部側壁２５ｂの前端とフロア部１１ｂの前壁１１ｆとが連続する屈曲部に補強部材４３を配置したので（図２および図６参照）、前記屈曲部の破壊を防止しながら前壁１１ｆに入力した衝突荷重をトンネル部側壁２５ｂに伝達し、フロアトンネル部１１ａに分散して効率的に吸収することができる。更に、取付台座２０の後面２０ｂの車幅方向外端を車体フロア１１に設けたホイールアーチ部１１ｉの前端に臨ませたので（図１、図２および図５参照）、前壁１１ｆに入力した衝突荷重をホイールアーチ部１１ｉに伝達し、そこからサイドシル１２に分散して効率的に吸収することができる。

以上のように、前面衝突の衝突荷重は、フロア部１１ｂ，１１ｂだけでなくフロアトンネル部１１ａおよびサイドシル１２，１２に伝達されて吸収されるため、ダッシュパネルロア１７が負担すべき衝突荷重が小さくなり、ダッシュパネルロア１７を１枚板のＣＦＲＰ積層板で構成して軽量化を図るとともに、ＣＦＲＰ材の使用量を減少させてコストダウンを図ることができる。

また車両の側面衝突による衝突荷重が車体フロア１１の側部に入力するとき、車体フロア１１はサイドシル１２の車幅方向外端よりも車幅方向外側に突出する突出部１１ｃを備え、その突出部１１ｃ内にエネルギー吸収部材３０，３０の少なくとも一部を配置したので（図７参照）、側面衝突の衝突荷重をサイドシル１２よりも先に車体フロア１１の突出部１１ｃに入力させ、突出部１１ｃ内に配置したエネルギー吸収部材３０，３０の圧壊により衝突エネルギーの一部を吸収することで、サイドシル１２は車幅方向内側に倒れることなく圧壊して衝突エネルギーの吸収効果が更に高められる。

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

例えば、取付台座２０の断面形状、補強壁２０ｄの形状、材質、製造方法等は実施の形態に限定されるものではない。

１１ 車体フロア
１１ａ フロアトンネル部
１１ｃ 突出部
１１ｅ 前側傾斜部
１１ｆ 前壁
１１ｉ ホイールアーチ部
１２ サイドシル
１３ フロントピラーロア
１７ ダッシュパネルロア
２０ 取付台座
２０ａ 前面
２０ｂ 後面
２０ｄ 補強壁
２１ フロントサイドフレーム
２５ａ トンネル部上壁
２５ｂ トンネル部側壁
３０ エネルギー吸収部材
３８ コア
４３ 補強部材

Claims (3)

1. ＣＦＲＰ製の車体フロア（１１）の前部から前上方に一体に延びる中空の前側傾斜部（１１ｅ）の内部にコア（３８）を配置し、前記前側傾斜部（１１ｅ）の前端から中実の前壁（１１ｆ）を立設し、前記前壁（１１ｆ）に板状のＣＦＲＰ積層板よりなるダッシュパネルロア（１７）の下端を接合した自動車の車体構造であって、
   フロントサイドフレーム（２１）を支持する取付台座（２０）を、前記前壁（１１ｆ）の前面から前記前側傾斜部（１１ｅ）の前面に跨がるように固定し、前記取付台座（２０）は、前面視で横長の長方形の前面（２０ａ）および後面（２０ｂ）を備え、前記後面（２０ｂ）は前記前面（２０ａ）よりも面積が広く、前記後面（２０ｂ）の車幅方向内端を前記車体フロア（１１）に設けたフロアトンネル部（１１ａ）のトンネル部側壁（２５ｂ）の前端に臨ませるとともに、前記後面（２０ｂ）の車幅方向外端を車体フロア（１１）のホイールアーチ部（１１ｉ）の前端に臨ませ、前記車体フロア（１１）の車幅方向外端に沿って前後方向に延びる左右一対のサイドシル（１２）の前端から左右一対のフロントピラーロア（１３）を立設し、前記ダッシュパネルロア（１７）の車幅方向外端部を前記フロントピラーロア（１３）に接合し、前記フロアトンネル部（１１ａ）のトンネル部上壁（２５ａ）の上端は前記サイドシル（１２）の上端と同じ高さにあり、前記車体フロア（１１）は前記サイドシル（１２）よりも車幅方向外側に突出する突出部（１１ｃ）を備え、少なくとも前記突出部（１１ｃ）内にエネルギー吸収部材（３０）を配置したことを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記フロアトンネル部（１１ａ）の前記トンネル部側壁（２５ｂ）の前端と前記前壁（１１ｆ）とが連続する屈曲部に補強部材（４３）を配置したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。
3. 前記取付台座（２０）は側面視で前方に向かって上下方向幅が減少する台形状であり、その内部にトラスを構成する複数の補強壁（２０ｄ）を有するアルミニウム押し出し材で構成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車の車体構造。
   

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