JP3575141B2 - 車体の強度部材構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の前部に設けられたエンジンルームと車室との間を仕切るダッシュパネル上に配設されたクロスフレームの強度を確保するための強度部材構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における車体の強度部材構造としては、例えば図１５乃至図１７に示すようなものが知られている（実開昭６０ー１１２７４を参照）。一般に車両の前部に設けられたエンジンルームＡとその後方に設けられた車室Ｃとはダッシュパネル１によって仕切られており、ダッシュパネル１の両側からは車両前方に向かってサイドフレーム２が延びている。またダッシュパネル１の外側の端部はフロントピラー６に接合されている他、サイドフレーム２とフロントピラー６を連結するアウトリガー７がダッシュパネル１上に設置されている。さらにエンジンルームＡ側においてダッシュパネル１上には車幅方向に延びるクロスフレーム３が設置されており、その一端３ａはサイドフレーム２の付け根部分の側面２ａに接合され、クロスフレーム３の他端３ｂはダッシュパネル１の中央付近に形成されたフロアトンネル４の補強材５に接合されている。
【０００３】
このような構成からなる強度部材構造にあっては、車両の前面衝突時には軸方向の衝撃荷重がサイドフレーム２に入力し、その衝撃荷重の一部がサイドフレーム２の付け根部に接合されたアウトリガー７によりフロントピラー６に伝達され、残りがサイドフレーム２の反対側の付け根部に接合されたクロスフレーム３によりフロアトンネル４の補強材５に伝達される構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１７及び図１８は前面衝突時における衝撃荷重の伝達の様子を示したものであるが、車両前方から矢印（イ）方向に入力した衝撃荷重は、サイドフレーム２の付け根部分でクロスフレーム３を矢印（ロ）方向へ曲げるように作用する。クロスフレーム３は曲げ荷重を受けながらフロアトンネル４の補強材５に荷重を伝達し、クロスフレーム３への荷重が曲げ最大強度に達した時点でクロスフレーム３が折れ曲がる。アウトリガー７は車両外側で部品類の少ない場所に設置されているのに対して、クロスフレーム３はエンジンＢのすぐ後方に設置されるためにスペースの制約などで大きな断面積を確保することが難しく、通常はアウトリガー７より曲げ強度が低くなっている。
【０００５】
ところで、図１６に示したように、従来の強度部材構造ではクロスフレーム３の一端３ａがサイドフレーム２の付け根の側面２ａに接合されていたため、クロスフレーム３はサイドフレーム２からの荷重を一端３ａの断面で直角方向に受けることになる。このとき、クロスフレーム３の他端３ｂはフロアトンネル４の補強材５に接合されており、またクロスフレーム３はエンジンルームＡ側に配設されているため、矢印（ロ）方向から荷重を受けると図１８に示したように、クロスフレーム３は補強材５に接合されている他端３ｂを固定端として一端３ａ側が車体後方に湾曲し、クロスフレーム３側には引張力、ダッシュパネル１側には圧縮力が作用することになる。この場合に、クロスフレーム３はフランジ３ｄがダッシュパネル１にスポット溶接されているため、圧縮力を受けるとスポット溶接の打点間で鋲間座屈が生じる方向にパネルが変形するといった可能性があった。そして、万一鋲間座屈が生じるとクロスフレーム３の曲げ強度が低下するため、スポット打点を増したりしなければならずコストが増加する可能性があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたものであり、クロスフレームを車室側からダッシュパネルに接合すると共に、クロスフレームの一端をサイドフレームの付け根部の裏側に、他端をフロアトンネルの補強材に連結することにより、クロスフレームの曲げ強度を高めて車両前方からの衝撃荷重を効率的に車体の骨格部材に伝達させることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明に係る車体の強度部材構造は、エンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルと、ダッシュパネルから車両の前方に延びるサイドフレームと、ダッシュパネル上で車幅方向に配設されたクロスフレームと、車両の中央部分に形成されたフロアトンネルと、このフロアトンネルの面上に設置された補強材とを備え、前記クロスフレームは車室側からダッシュパネルに接合されると共に、クロスフレームの一端がサイドフレームの付け根部の裏側に、クロスフレームの他端がフロアトンネルの補強材にそれぞれ連結されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づいて本発明に係る車体の強度部材構造を詳細に説明する。図１乃至図３は本発明に係る強度部材構造の第１実施例を示したものである。この実施例において、エンジンルームＡと車室Ｃとはダッシュパネル１によって仕切られ、ダッシュパネル１の両側から車両前方に向かってサイドフレーム２が延びている。またダッシュパネル１は車両の中央部付近においてフロアトンネル４を形成しており、フロアトンネル４の上面には補強材５が設置されている。更にダッシュパネル１の外側の端部はフロントピラー６に接合されており、サイドフレーム２とフロントピラー６を連結するアウトリガー７がダッシュパネル１上に設置されている。
【０００９】
この実施例において、ダッシュパネル１の車室Ｃ側に沿って車幅方向に延びるクロスフレーム８が配設されている。クロスフレーム８の上下縁には長手方向に沿ってフランジ部８ｄが形成されており、図４（ａ）に示したようにフランジ部８ｄがダッシュパネル１に対して略一定間隔毎にスポット溶接されている。さらにクロスフレーム８は、外側の一端８ａがサイドフレーム２の付け根部の裏側２ｂに連結され、内側の他端８ｂが前述のフロアトンネル４の補強材５に連結されている。
【００１０】
図３及び図４は上述した車体の強度部材構造において、前面衝突時における衝撃荷重の伝達の様子を示したものである。車両前方から矢印（イ）方向に入力した衝撃荷重はサイドフレーム２を伝達したのち、サイドフレーム２の付け根部においてクロスフレーム８を矢印（ロ）方向に曲げるように作用する。クロスフレーム８は曲げ荷重を受けながらフロアトンネル４の補強材５に荷重を伝達する。この場合に本実施例ではクロスフレーム８の一端８ａがサイドフレーム２の付け根部の裏側２ｂに接合されているため、図３の矢印（ロ）に示すようにクロスフレーム８はサイドフレーム２からの荷重をサイドフレーム２の断面幅分の面圧で受ける。また、この実施例ではクロスフレーム８がダッシュパネル１から車室Ｃ側に突出しているため、矢印（ロ）方向から荷重を受けた時には、図４（ｂ）に示すようにクロスフレーム８側には圧縮力が、ダッシュパネル１側には引張力がそれぞれ作用することになる。これはクロスフレーム８の他端８ｂがフロアトンネル４の補強材５に接合されているために、矢印（ロ）の方向から荷重を受けたときに、クロスフレーム８は補強材５に接合されている他端８ｂを固定端として一端８ａ側が車体後方に湾曲するからである。その結果、ダッシュパネル１とスポット溶接されているクロスフレーム８のフランジ部８ｄも引張力を受けるため、スポット溶接の打点間で鋲間座屈が生じることがない。したがって、従来のような鋲間座屈による原因でクロスフレーム８の曲げ強度が低下してしまうといったことがないので、サイドフレーム２から伝達された衝撃荷重をフロアトンネル４の補強材５に確実に伝達できることになる。
【００１１】
なお、この実施例ではクロスフレーム８が車室Ｃ側に突出していることから、エンジンＢの後端とダッシュパネル１との間の距離を大きくとることができる。その結果、車両の前面衝突などでエンジンＢが車室Ｃ側に後退した場合でもダッシュパネル１に接触しにくくなる。また、この実施例ではクロスフレーム８が車室Ｃ側でエアコンなどの艤装品が格納される空間内に配設されるために、従来のものに比べてクロスフレーム８の断面形状を大きくできる。
【００１２】
図５及び図６は、クロスフレーム８の一端の位置の違いによる曲げ強度の差異を示したものである。図５（ａ）は上記実施例の構造を示しており、クロスフレーム８の一端８ａがサイドフレーム２の付け根部の裏側２ｂに接合されている。正面衝突の直後では前方からの衝突荷重は主としてサイドフレーム２に伝達されるため、フロアトンネル４はほとんど変形しない。更に、フロアトンネル４上には補強材５が設置されているため、クロスフレーム８は補強材５に接合されている他端８ｂを固定端とする片持ち梁と見做すことができる。このような条件下において、サイドフレーム２からクロスフレーム８の一端８ａに矢印（ロ）の方向の衝撃荷重が加わると、図５（ｂ）に示したようにクロスフレーム８は車室Ｃ側に湾曲する。このときクロスフレーム８側には全体に圧縮力が作用し、ダッシュパネル１側には全体に引張力が作用する。即ち、クロスフレーム８の全体に亘って図４に示したような荷重状態が生じる。
【００１３】
一方、図６（ａ）は従来のクロスフレームを単に延長したものであり、その一端９ａは車両外側にあるフロントピラー６に接合されている。この場合、クロスフレーム９はフロントピラー６に接合された一端９ａと補強材５に接合された他端９ｂを固定端とする両持ち梁となるため、一般的には上記の片持ち梁より高い曲げ強度を得られることが予想される。しかし、クロスフレーム９を長くすると、サイドフレーム２の後端部２ｂがクロスフレーム９の略中央に位置するため、サイドフレーム２から矢印（ロ）の方向に衝撃荷重が加わった時にクロスフレーム９は両端を節として中央が湾曲するような曲げ変形を生じてしまう。そして、図６（ｂ）に示したように、このような曲げ変形ではクロスフレーム９の中央部分はエンジンルームＡ側に曲率の中心を持つように湾曲し、クロスフレーム９の両固定端に近い部分は車室Ｃ側に曲率の中心を持つように湾曲する。エンジンルームＡ側に曲率の中心をもつような湾曲ではクロスフレーム９側に引張力が作用し、ダッシュパネル１側には圧縮力が作用するため、サイドフレーム２の後端付近で上述したような鋲間座屈が生じ易くなる。従って、クロスフレーム９をフロントピラー６と補強材５の両方に連結するように設置したとしても高い曲げ強度は期待できないことになる。
【００１４】
図７は本発明に係る強度部材構造の第２実施例を示したものである。この実施例ではダッシュパネル１が車両中央付近において鞍型のフロアトンネル４を形成しているが、先の実施例と異なってフロアトンネル４に稜線部４ａが形成されており、これによってフロアトンネル４の剛性を高めている。先の実施例と同様、ダッシュパネル１の外側の端部はフロントピラー６に接合されており、サイドフレーム２とフロントピラー６を連結するアウトリガー７がダッシュパネル１上に設置されている。そして、ダッシュパネル１の車室Ｃ側には車幅方向に沿ってクロスフレーム８が設置されており、上下のフランジ部８ｄがダッシュパネル１にスポット溶接されている。またクロスフレーム８の一端は左右のサイドフレーム２の付け根部の裏側２ｂに接合されており、クロスフレーム８の他端はフロアトンネル４の稜線部４ａ上で該フロアトンネル４の補強材５に接合されている。
【００１５】
図８は上記第２実施例における車両衝突時の衝撃荷重の伝達の様子を示している。図８（ａ）に示したように、車両前方から矢印（イ）の方向に入力した衝撃荷重はサイドフレーム２を伝達し、付け根部においてクロスフレーム８を矢印（ロ）の方向に曲げるように作用する。クロスフレーム８は曲げ荷重を受けながらフロアトンネル４の稜線部４ａに荷重を伝達するが、稜線部４ａは剛性が高いため、クロスフレーム８はフロアトンネル４に接合された他端８ｂを固定端とする片持ち梁となる。その結果、図８（ｂ）に示したように、クロスフレーム８の一端８ａに矢印（ロ）方向の衝撃荷重が加わると、クロスフレーム８は車室Ｃ側に湾曲し、先の実施例と同様クロスフレーム８側には圧縮力が作用し、ダッシュパネル１側には引張力が作用するため、クロスフレーム８のフランジ部８ｄに鋲間座屈が生じることがなく高い曲げ強度を保つことができる。
【００１６】
図９は本発明に係る強度部材構造の第３実施例を示したものである。先の実施例と同様、ダッシュパネル１から車両前方に向かってサイドフレーム２が延びている。また、ダッシュパネル１は車両中央付近においてフロアトンネル４を形成しており、その上面にフロアトンネル４の補強材５が設置されている。ダッシュパネル１の外側の端部はフロントピラー６に接合されており、サイドフレーム２とフロントピラー６を連結するアウトリガー７がダッシュパネル１上に設置されている。ダッシュパネル１の車室Ｃ側には車幅方向にクロスフレーム８が設置されており、上下のフランジ部８ｄがスポット溶接されている。クロスフレーム８の一端８ａはサイドフレーム２の付け根部分の裏側２ｂに接合され、また他端８ｂはフロアトンネル４の補強材５に接合されている。この実施例ではクロスフレーム８の断面幅はサイドフレーム２に接合された一端８ａからフロアトンネル４の補強材５に接合された端部８ｂに向かって徐々に細くなっている。
【００１７】
図１０は上記第３実施例における衝撃荷重の伝達の様子を示したものである。車両前方からサイドフレーム２に入力した衝撃荷重は、サイドフレーム２の付け根部においてクロスフレーム８を矢印（ロ）の方向に曲げるように作用する。クロスフレーム８は曲げ荷重を受けながらフロアトンネル４の補強材５に荷重を伝達する。衝撃荷重が最大曲げ荷重に達するとクロスフレーム８に折れ変形を生じて荷重が低下していくが、図１０（ａ）に示したように、クロスフレーム８が同一の断面幅の場合には負荷が掛かるクロスフレーム８の一端８ａの付近で局部的な変形が生じるため荷重の低下が著しい。本実施例では図１０（ｂ）に示したようにクロスフレーム８の断面幅がフロアトンネル４の補強材５に向かって徐々に細くなっているため、最大曲げ強度も同様に一端８ａから他端８ｂに向かって徐々に弱くなっている。したがって、衝撃荷重が最大曲げ荷重に達したときの局部的な変形は負荷端であるクロスフレーム８の一端８ａ付近よりも固定端である他端８ｂ付近で生じ易くなる。その結果、クロスフレーム８が負荷端の８ａ付近でなく固定端の８ｂ付近で折れ曲がることにより、衝撃荷重は８ａから８ｂまでの範囲で吸収されることになり、折れ変形を生じた後の荷重の低下が少なくなるといった効果がある。
【００１８】
図１１は本発明に係る強度部材構造の第４実施例を示したものである。この実施例ではダッシュパネル１の車室Ｃ側に配設されたクロスフレーム８がサイドフレーム２と直交する方向ではなく、車両の後方に向かって斜めに配設されており、フロアトンネル４の補強材５に接合された他端８ｂの位置がサイドフレーム２に接合された一端８ａよりも後方側に位置する点を除いて、先の実施例と同様の構造からなるので、他の部位については詳細な説明を省略する。
【００１９】
図１２は上記第４実施例における衝撃荷重の伝達の様子を示したものである。車両前方からサイドフレーム２に入力した衝撃荷重は、サイドフレーム２の付け根部においてクロスフレーム８を矢印（ロ）の方向に曲げるように作用するが、クロスフレーム８は一端８ａから他端８ｂに向かって斜めに配設されているため、矢印（ロ）方向に作用する力はクロスフレーム８を曲げようとする分力Ｆ１と軸方向の分力Ｆ２とに分解される。クロスフレーム８の曲げ強度は軸方向の強度に比べて低いため、やがてクロスフレーム８が折れ変形を生じることは第１実施例の場合と同様であるが、本実施例ではサイドフレーム２からの衝撃荷重の一部がクロスフレーム８を軸方向に圧縮するのに消費されるため、結果的にクロスフレーム８の最大曲げ強度が高くなる。また、荷重の伝達方向が衝撃荷重の入力方向と直角でないため、サイドフレーム２からの衝撃荷重をフロアトンネル４の補強材５に伝達し易い構造となっている。
【００２０】
図１３及び図１４は本発明に係る強度部材構造の第５実施例を示したものである。この実施例においてもダッシュパネル１の車室Ｃ側にクロスフレーム８が配設されるが、ダッシュパネル１はクロスフレーム８と向かい合う部分に断面コ字状の凹溝部１ａをエンジンルームＡ側に突出形成している。したがって、この実施例ではクロスフレーム８のフランジ部８ｄを上記ダッシュパネル１の凹溝部１ａの両端に位置合わせしたのち、フランジ部８ｄを一定間隔毎に塗布された接着剤１０によって接合されている他は、先の実施例と同様の構造からなる。
【００２１】
したがって、図１４（ａ）に示したように、サイドフレーム２から入力した衝撃荷重は、クロスフレーム８を矢印（ロ）の方向に曲げるように作用する。するとクロスフレーム８には圧縮力が、またフランジ部側８ｄに引張力がそれぞれ作用する。また、本実施例ではダッシュパネル１側にも凹溝部１ａが形成されているが、この凹溝部１ａには引張力が作用し、ダッシュパネル１自体には圧縮力が作用する。それ故、ダッシュパネル１とクロスフレーム８が接着されているフランジ部８ｄでは、図１４（ｂ）に示したように、ダッシュパネル１には圧縮力が作用してフランジ部８ｄ側には引張力が作用するので、接着剤１０の塗布部分にはせん断力が働くことになる。そして、塗布部でのせん断方向の強度は剥離方向の強度に比べてはるかに大きいので、クロスフレーム８として高い曲げ強度が得られると共に、大きな衝撃荷重が加わった場合には接着剤１０が延びて破断に至るまでにエネルギが吸収されるという効果がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車体の強度部材構造によれば、クロスフレームを車室側からダッシュパネルに接合し、且つクロスフレームの両端部をサイドフレームの付け根部の裏側とフロアトンネルの補強材にそれぞれ連結するように構成したから、車両前方からの衝撃荷重に対してクロスフレームが片持ち梁として作用し、車室側に配設したクロスフレームには略均一な圧縮力が、またダッシュパネルには略均一な引張力が働くため、ダッシュパネルとクロスフレームとの接合部には鋲間座屈が生ずることがなく、結果的にクロスフレームの最大曲げ強度を高くでき、サイドフレームからの衝撃荷重を効率的にフロアトンネルに伝達することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車体の強度部材構造の第１実施例を示すエンジンルーム側からの斜視図である。
【図２】本発明に係る車体の強度部材構造の第１実施例を示す車室側からの斜視図である。
【図３】上記第１実施例の強度部材構造の衝撃荷重の伝達を示す説明図である。
【図４】上記第１実施例において衝撃荷重を受けたクロスフレームの変形状態を示す斜視図である。
【図５】上記第１実施例においてクロスフレームに掛かる負荷を示す説明図である。
【図６】クロスフレームの両端を連結した時の負荷を示す説明図である。
【図７】本発明に係る車体の強度部材構造の第２実施例を示す車室側からの斜視図である。
【図８】上記第２実施例においてクロスフレームに掛かる負荷を示す説明図である。
【図９】本発明に係る車体の強度部材構造の第３実施例を示す平面図である。
【図１０】上記第３実施例においてクロスフレームに掛かる負荷を示す説明図である。
【図１１】本発明に係る車体の強度部材構造の第４実施例を示す平面図である。
【図１２】上記第４実施例においてクロスフレームに加わる荷重の分散を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る車体の強度部材構造の第５実施例を示す縦断面図である。
【図１４】上記第５実施例においてクロスフレームに掛かる負荷を示す説明図である。
【図１５】車体の強度部材構造を示す車両の平面図である。
【図１６】従来における車体の強度部材構造の一例を示すエンジンルーム側からの斜視図である。
【図１７】上記従来の強度部材構造における衝撃荷重の伝達を示す説明図である。
【図１８】衝撃荷重を受けた時のクロスフレームの変形を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ エンジンルーム
Ｃ 車室
１ ダッシュパネル
２ サイドフレーム
２ｂ 付け根部の裏側
４ フロアトンネル
４ａ 稜線部
５ 補強材
８ クロスフレーム
８ａ クロスフレームの一端
８ｂ クロスフレームの他端
８ｄ クロスフレームのフランジ部

Claims (6)

1. 車両前部のエンジンルームと車室とを仕切るダッシュパネルと、ダッシュパネルから車両の前方に向かって延びるサイドフレームと、ダッシュパネル上で車幅方向に配設されたクロスフレームと、車室前部の床面に形成されたフロアトンネルと、このフロアトンネルの面上に設置された補強材とを備え、前記クロスフレームは車室側からダッシュパネルに接合されると共に、クロスフレームの一端がサイドフレームの付け根部の裏側に、クロスフレームの他端がフロアトンネルの補強材にそれぞれ連結されていることを特徴とする車体の強度部材構造。
2. 前記クロスフレームの一端がサイドフレームの付け根部の裏側に、他端がフロアトンネルの補強材にそれぞれスポット溶接により連結されていることを特徴とする請求項１記載の車体の強度部材構造。
3. 前記クロスフレームの一端がサイドフレームの付け根部の裏側に連結されると共に、クロスフレームの他端がフロアトンネルの稜線部上でフロアトンネルの補強材に接合されていることを特徴とする請求項１記載の車体の強度部材構造。
4. 前記クロスフレームの断面幅がサイドフレームに連結された一端からフロアトンネルの補強材に連結された他端に向かって徐々に細くなっていることを特徴とする請求項１記載の車体の強度部材構造。
5. 前記クロスフレームがサイドフレームの後端から車室側に向かって斜め後方に設置されており、フロアトンネルの補強材に連結された他端の位置がサイドフレームに連結された一端の位置よりも後方側にあることを特徴とする請求項１記載の車体の強度部材構造。
6. 前記クロスフレームがダッシュパネルと断続的に塗布された接着剤により接合されると共に、該クロスフレームと向かい合うダッシュパネルにエンジンルーム側に突出する凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の車体の強度部材構造。

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