JP5493773B2 - 車両下部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両下部構造に関する。

従来、車両下部構造として、例えば特許文献１に記載されるように、フロアパネル上に車両前後方向に延びるフロアトンネルと、サイドシルインナからフロアトンネル側壁に対して車両幅方向に延びるクロスメンバと、フロアパネルの下面にフロアトンネルを跨ぐ形で車両幅方向に配置されているプレート状のトンネルステイとにより構成されるものが知られている。

特許文献１に記載の車両下部構造では、クロスメンバとトンネルステイとを同一の車幅方向線上に配置することにより、車両の側面衝突時に、クロスメンバ及びトンネルステイが荷重に対抗して、その荷重を反対側のサイドシルに伝達させるようにしている。

特開平８−８０８７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車体フロア構造では、プレート状のトンネルステイがフロアトンネルの下面に結合されているため、側面衝突によりフロアトンネルの側方から荷重が伝わった場合、トンネルステイに対しモーメントが発生し、トンネルステイが曲がってしまう可能性があった。そのため、反対側の骨格部材であるクロスメンバやサイドシルに荷重を効果的に伝えきれないおそれがあった。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、車両の側面に入力される荷重を反対側の骨格部材へ効果的に伝えることができる車両下部構造を提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る車両下部構造は、車両前後方向に延びるフロアトンネルと、フロアトンネルの内壁と内壁との間を支持する補強部材と、フロアトンネルの外側から補強部材を締結する締結具と、を備え、補強部材には、車両幅方向に延びる孔部が形成されており、孔部内に締結具による締結のためのブロック状のインサート部材が圧入されており、インサート部材は、孔部に対応する大きさ及び形状を有しており、補強部材の端面とインサート部材の外方側の端面とは同一平面上に位置していることを特徴とする。

本発明に係る車両下部構造によれば、補強部材は、フロアトンネルの内壁と内壁との間を支持するため、車両の一方の側面に荷重が入力されてフロアトンネルに伝わった場合、その荷重をフロアトンネルの一方の内壁から他方の内壁へと伝えることができる。よって、車両の側面に入力される荷重を反対側の骨格部材へ効果的に伝えることができる。補強部材は、フロアトンネルの外側から締結具によって締結されるため、フロアトンネルに対する補強部材の取り付けが容易となり、組立性の向上が図られる。また、補強部材は、側方から締結具により締結されるため、側面からの荷重を伝える際、補強部材の断面にかかる荷重が均一に分散され、補強部材による荷重の伝達が好適に行われる。さらに、補強部材に設けられたインサート部材を介してフロアトンネルと補強部材とが締結されるため、インサート部材によりフロアトンネルと補強部材との隙間が埋められる。よって、締結部の補強効果が得られると共に、荷重伝達の際の荷重保持安定性、及び補強部材の挙動安定性を向上させる効果が得られる。

また、本発明に係る車両下部構造において、フロアトンネルの内壁において補強部材の端面及びインサート部材の外方側の端面が当接される位置には、フロアトンネルのうちこれらの端面が当接されない部分よりも厚みが厚くされた肉厚部が形成されていることが好ましい。

また、本発明に係る車両下部構造において、フロアトンネルの内壁において補強部材の端面及びインサート部材の外方側の端面が当接される位置の表面側には、締結具により共締めされる荷重分散部材が設けられていることが好ましい。

この発明によれば、フロアトンネル上には、締結具により共締めされる荷重分散部材が設けられるため、フロアトンネルにおいて荷重がかかる面積を大きくでき、大きな荷重が入力される場合であっても、荷重の集中を抑止できる。よって、フロアトンネルの破断を防止することができる。

本発明によれば、車両の側面に入力される荷重を反対側の骨格部材へ効果的に伝えることができる。

本発明の第１実施形態に係る車両下部構造を示す断面図である。 図１中の締結部付近を拡大して示す断面図である。 図１中の補強部材を示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 第２実施形態に係る車両下部構造の締結部付近を拡大して示す断面図である。 トンネルブレースの変形例を示す斜視図である。 従来の車両下部構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る車両下部構造について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る車両下部構造を示す断面図、図２は、図１中の締結部付近を拡大して示す断面図、図３は、図１中の補強部材を示す斜視図である。本実施形態に係る車両下部構造１は、車両の中央下部における骨格を形成するものであり、車両前後方向に延びるフロアトンネル２と、フロアトンネル２の左右両側の側面に接続されて車両幅方向に延びるクロスメンバ４とを備えている。

フロアトンネル２は、エンジンの動力を車輪に伝えるプロペラシャフト（図示せず）等を収容するためのものであり、フロアパネル３の車両幅方向の中心位置において上方に向けて突出している。このフロアトンネル２は、車両前後方向に垂直な断面において、底辺が開放された中空の台形状をなしており、その内側には内部空間Ｓが形成されている。フロアトンネル２は、炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics；以下、「ＣＦＲＰ」という）によって形成されている。

クロスメンバ４は、車両の側方に入力される荷重を車両幅方向へ伝えるための部材であり、フロアトンネル２を挟むようにしてフロアパネル３上に水平に配置されている。ここでは、クロスメンバ４は、二重のフロア構造を構成するサンドイッチフロアの一部として形成されている。なお、クロスメンバ４は、車両前後方向の複数の位置に設けられていてもよいし、車両側面に設けられるセンターピラーに対応する位置にのみ一対設けられていてもよい。また、クロスメンバ４は、サンドイッチフロアの一部として形成される場合に限られず、例えば車両幅方向に延びるフロアパネル３の突条部として形成されてもよい。

クロスメンバ４の内側端部４ａは、クロスメンバ取付部材５を介してフロアトンネル２の下部２ａに接合されている。クロスメンバ取付部材５は、その上端部及び下端部のそれぞれがフロアトンネル２の側面とフロアパネル３の上面とに接合されており、上下端部を除いた中間部はフロアトンネル２及びフロアパネル３から離間している。すなわち、フロアトンネル２、フロアパネル３、及びクロスメンバ取付部材５に囲まれるようにして、内部空間Ｓ１が形成されている。クロスメンバ３及びクロスメンバ取付部材４は、ＣＦＲＰによって形成されている。

クロスメンバ４の内側端部４ａとクロスメンバ取付部材５、及びクロスメンバ取付部材５とフロアトンネル２は、それぞれ接着剤Ｂにより接着接合されている（図２参照）。なお、これらの部材は、接着接合に限られず、例えば締結や嵌合によって接合されていてもよい。更には、これらの部材がアルミ等の金属によって形成されている場合には、溶接によって接合されていてもよい。

一方、クロスメンバ４の外側端部は、車両の下部側方を構成する骨格部材であるサイドシル（図示せず）に接続されている。このような構成により、クロスメンバ４は、クロスメンバ４が設けられた側の車両側面に荷重が入力された際、その荷重をフロアトンネル２に伝える。また、クロスメンバ４は、クロスメンバ４が設けられた側とは反対側の車両側面に荷重が入力された際、反対側のクロスメンバ４からフロアトンネル２を介して伝えられる荷重を、接続されたサイドシルに伝える。

更に、車両下部構造１は、フロアトンネル２の内壁２ｂと内壁２ｂとの間を支持するトンネルブレース（補強部材）６と、トンネルブレース６をフロアトンネル２に対して車両左右方向から締結する締結ボルト（締結具）７とを備えている。

トンネルブレース６は、車両の側方に入力されてクロスメンバ４及びフロアトンネル２を介して伝えられる荷重を、反対側のクロスメンバ４へ伝えるための部材である。トンネルブレース６は、車両幅方向に向けて設けられている。このトンネルブレース６は、中空の直方体形状とされており、クロスメンバ４の延在方向の延長線上に配置されている。言い換えれば、トンネルブレース６は、左右のクロスメンバ４，４と一直線状をなすように延在する長尺状の部材であり、その両端が内壁２ｂに接合されて、フロアトンネル２の内部空間Ｓの下部を車両幅方向に横断するように配置されている。つまり、トンネルブレース６は、クロスメンバ４をフロアトンネル２内から直線状に支持するように設けられている。これにより、トンネルブレース６のうち、車両幅方向の両側端面から荷重が入力される構成となっている。

トンネルブレース６の配置についてより詳しく説明すると、トンネルブレース６の軸線は、クロスメンバ４の軸線と略一致している。これにより、トンネルブレース６は、クロスメンバ４から伝わる車両幅方向の荷重を、荷重伝達方向がずれないように、車両幅方向（軸線方向）に伝える。こうして、トンネルブレース６は、荷重伝達時におけるモーメントの発生を抑制し得る構成とされている。

図３に示すように、トンネルブレース６は、例えばアルミにより形成されており、車両幅方向に垂直な断面が、車両前後方向を長手方向とする中空の長方形状となっている。更に、トンネルブレース６内には、その車両前後方向の長さ（以下、「奥行」という）Ｌを３等分するように仕切壁６ａが形成されている。このような構成により、トンネルブレース６内には、車両幅方向に延びる３個の孔部６ｂが形成されている。なお、孔部６ｂの数は適宜設定すればよく、例えば２個や４個以上であってもよいし、仕切壁６ａを設けずに１個としてもよい。

更に、トンネルブレース６の各孔部６ｂには、締結ボルト７による締結のためのインサート部材であるブロック９が設けられている。ブロック９は、例えばＣＦＲＰにより形成されており、トンネルブレース６の各孔部６ｂに対応する大きさ及び形状を有する直方体状とされている。各ブロック９は、各孔部６ｂに隙間なく嵌め込まれることにより、各孔部６ｂ内に充填されている。言い換えれば、各ブロック９は、孔部６ｂ内に圧入されている。なお、ブロック９は、ガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastics；ＧＦＲＰ）や、アルミ等の金属によって形成されていてもよい。また、ブロック９は、複数の孔部６ｂすべての内部に設けられなくてもよく、一部の孔部６ｂ（例えば車両前後方向の両端の孔部６ｂ）のみに設けられてもよい。

また、図４に示すように、ブロック９の外方側の端面９ａは、トンネルブレース６の端面であるコバ面６ｃと面一とされている。言い換えれば、端面９ａとコバ面６ｃとは、同一平面上に位置している。そして、端面９ａの略中央部からブロック９内に向けて、締結ボルト７に螺合される所定長さの雌ネジ部（ネジ穴）９ｂが形成さている。なお、ブロック９は、孔部６ｂへの圧入を容易にするために、外方側から内方側（図４の左側から右側）にかけて車両幅方向に垂直な断面の断面積が漸減するテーパー状とされていてもよい。また、雌ネジ部９ｂは、フロアトンネル２の内壁２ｂに直交するように奥側（図４では右側）に向けて下方に傾斜して形成されていてもよいし、水平に形成されていてもよい。

更に、図２に示すように、フロアトンネル２の下部２ａにおいてコバ面６ｃ及び端面９ａが当接される位置には、フロアトンネル２のうちこれらが当接されない部分よりも厚みが厚くされた肉厚部２ｃが形成されている。この肉厚部２ｃは、車両前後方向を長手方向とする長方形状をなしており、車両前後方向の長さがトンネルブレース６の奥行Ｌと同等以上とされている。また、肉厚部２ｃには、各雌ネジ部９ｂに対応する位置に貫通孔２ｆが形成されている。

そして、肉厚部２ｃの外側（室内側）から貫通孔２ｆを通して締結ボルト７を挿入し、締結ボルト７を雌ネジ部９ｂと螺合させることにより、トンネルブレース６がフロアトンネル２に対して締結される。つまり、トンネルブレース６は、フロアトンネル２の外側から、締結ボルト７によって横締めにより締結されている。ここで、締結ボルト７の頭部は、内部空間Ｓ１内に位置している。

次に、本実施形態に係る車両下部構造１の作用効果について説明する。

上述した車両下部構造１では、車両の一方の側面（例えば図１の左側面）に荷重が入力されると、その荷重はクロスメンバ４及びクロスメンバ取付部材５を伝わり、クロスメンバ取付部材５とフロアトンネル２及びフロアパネル３との接合部を介してトンネルブレース６の一方の端部（例えば図１の左側端部）に入力される。この際、フロアトンネル２の内壁２ｂはトンネルブレース６のコバ面６ｃ及びブロック９の端面９ａに圧接されて、荷重はコバ面６ｃ及び端面９ａの全面に伝わる。

更に、トンネルブレース６の一方の端部から他方の端部（例えば図１の左側端部から右側端部）へと荷重が伝わる。ここで、トンネルブレース６はクロスメンバ４の延在方向の延長線上に配置されているため、トンネルブレース６を伝わる荷重は、モーメントの発生が抑制されつつトンネルブレース６の断面に均一に伝達される。その後、トンネルブレース６の他方の端部におけるコバ面６ｃ及び端面９ａは、内壁２ｂ（肉厚部２ｃ）に圧接され、フロアトンネル２の肉厚部２ｃを介して他方のクロスメンバ取付部材５及びクロスメンバ４へと荷重が伝わる。そして、荷重は他方の側面の構成するサイドシル等へと伝わる。

図７に示す従来の車両下部構造３０では、フロアトンネル３２の下面に補強部材であるアルミ押出し材３６が結合されており、このアルミ押出し材３６は、下方から上方に向けて挿入された締結ボルト３７によって締結されている。すなわち、アルミ押出し材３６の中立軸の位置は、荷重Ｆが入力される位置に対して下方に距離ｅだけオフセットしている。そのため、荷重Ｆが入力された際、アルミ押出し材３６の上面のみを荷重が伝わるため、アルミ押出し材３６の下面は荷重伝達に寄与し難く、余肉となっていた。この場合、アルミ押出し材３６には荷重Ｆ×オフセットｅのモーメントが作用することとなり、これにより、アルミ押出し材３６が折れ曲がるおそれがあった。

一方、上述した車両下部構造１によれば、トンネルブレース６は、フロアトンネル２の内壁２ｂと内壁２ｂとの間を支持するため、車両の一方の側面に荷重が入力されてフロアトンネル２に伝わった場合、その荷重をフロアトンネル２の一方の内壁２ｂから他方の内壁２ｂへと伝えることができる。よって、車両の側面に入力される荷重を反対側のクロスメンバ４やサイドシルへ効果的に伝えることができる。

また、車両下部構造１によれば、クロスメンバ４をフロアトンネル２内から直線状に支持するようにトンネルブレース６が設けられるため、車両の一方の側面に荷重が入力されてフロアトンネル２に伝わった場合、トンネルブレース６に対するモーメントの発生を抑制することができ、トンネルブレース６の折れを防止できる。よって、車両の側面に入力される荷重を反対側のクロスメンバ４やサイドシルへ効果的に伝えることができる。

また、車両下部構造１によれば、車両幅方向に向けて配置されてフロアトンネル２を支持するトンネルブレース６によって閉断面が形成され、また、クロスメンバ４とトンネルブレース６とが一直線上に配置される。よって、上記の荷重伝達効果がより一層好適に発揮される。

また、車両下部構造１によれば、トンネルブレース６は、フロアトンネル２の外側から締結ボルト７によって締結されるため、フロアトンネル２に対するトンネルブレース６の取り付けが容易となり、組立性の向上が図られる。また、トンネルブレース６は、その側方から締結ボルト７により締結されるため、側面からの荷重を伝える際、トンネルブレース６の断面にかかる荷重が均一に分散され、トンネルブレース６による荷重の伝達が好適に行われる。

また、車両下部構造１によれば、トンネルブレース６に設けられたブロック９を介してフロアトンネル２とトンネルブレース６とが締結されるため、このブロック９によりフロアトンネル２とトンネルブレース６との隙間が埋められる。よって、締結ボルト７による締結部の補強効果が得られると共に、荷重伝達の際の荷重保持安定性、及び補強部材の挙動安定性を向上させる効果が得られる。

また、トンネルブレース６の孔部６ｂにはブロック９が圧入されているため、通常走行時におけるトンネルブレース６のガタツキが防止される。また、トンネルブレース６はフロアトンネル２に対して横締めされるため、トンネルブレース６の全断面が均一に荷重を分担し、モーメントが発生せず軸圧壊モードとなり、重量効率並びに荷重持続性が図７に示した従来の車両下部構造３０よりも向上する。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る車両下部構造の締結部付近を拡大して示す断面図である。第２実施形態に係る車両下部構造１０が第１実施形態の車両下部構造１と違う点は、締結ボルト７により共締めされる荷重分散プレート（荷重分散部材）１１をフロアトンネル２上に備えた点である。また、車両下部構造１０のフロアトンネル２には、肉厚部２ｃ（図２参照）は形成されていない。

図５に示すように、荷重分散プレート１１は、コバ面６ｃ及び端面９ａが当接されるフロアトンネル下部２ａの表面側（内部空間Ｓ１内）に設けられている。この荷重分散プレート１１は、車両前後方向を長手方向とする長方形状の金属板であり、車両前後方向の長さがトンネルブレース６の奥行Ｌ（図３参照）と同等以上とされている。フロアトンネル下部２ａには、各雌ネジ部９ｂに対応する位置に貫通孔２ｆが形成されており、荷重分散プレート１１にも、各雌ネジ部９ｂに対応する位置に貫通孔１１ａが形成されている。

そして、フロアトンネル２の外側（室内側）から貫通孔１１ａ，２ｆを通して締結ボルト７が挿入され、雌ネジ部９ｂと螺合されることにより、トンネルブレース６及び荷重分散プレート１１が、フロアトンネル２を挟むようにして横締めにより締結されている。なお、荷重分散プレート１１は、フロアトンネル下部２ａに対して接着されていてもよいし、締結ボルト７による締結のみで接着されていなくてもよい。

上記の車両下部構造１０によれば、フロアトンネル２上には、締結ボルト７により共締めされる荷重分散プレート１１が設けられるため、フロアトンネル２において荷重がかかる面積を大きくでき、大きな荷重が入力される場合であっても、荷重の集中を抑止できる。よって、フロアトンネル２の破断を防止することができる。すなわち、トンネルブレース６のコバ面６ｃによってフロアトンネル下部２ａのＣＦＲＰが押し切られることを防止することができる。

以上、本発明の実施形態に係る車両下部構造について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、トンネルブレース６は、クロスメンバ４を支持するように設けられる場合について説明したが、クロスメンバ４以外の骨格部材であるフロアパネル等を支持するように設けられていてもよい。また、上記実施形態では、トンネルブレース６は締結ボルト７によってフロアトンネル２に締結される場合について説明したが、例えば、接着や嵌合であってもよく、フロアトンネル２及びトンネルブレース６がアルミ等の金属によって形成されている場合には、溶接によって接合されていてもよい。

また、上記実施形態では、トンネルブレース６は、車両幅方向に垂直な断面が中空の長方形状である場合について説明したが、例えば図６（ａ）に示すように、車両幅方向に垂直な断面が、Ｈ字状のトンネルブレース６Ａであってもよく、図６（ｂ）に示すように、円環状のトンネルブレース６Ｂであってもよい。また、図６（ｃ）に示すように、車両幅方向に延びるハニカム状のトンネルブレース６Ｃであってもよい。更にまた、図６（ｄ）に示すように、車両幅方向に垂直な断面が、中空の五角形状のトンネルブレース６Ｄであってもよく、五角形以外の多角形状であってもよい。また、トンネルブレース６Ａ〜６Ｄには、その両端部にブロック９と同様のインサート部材が設けられていてもよい。

１，１０…車両下部構造、２…フロアトンネル、２ｂ…内壁、４…クロスメンバ、６，６Ａ〜６Ｄ…トンネルブレース（補強部材）、７…締結ボルト（締結具）、９…ブロック（インサート部材）、１１…荷重分散プレート（荷重分散部材）。

Claims (3)

1. 車両前後方向に延びるフロアトンネルと、
   前記フロアトンネルの内壁と内壁との間を支持する補強部材と、
   前記フロアトンネルの外側から前記補強部材を締結する締結具と、を備え、
   前記補強部材には、車両幅方向に延びる孔部が形成されており、前記孔部内に前記締結具による締結のためのブロック状のインサート部材が圧入されており、
   前記インサート部材は、前記孔部に対応する大きさ及び形状を有しており、
   前記補強部材の端面と前記インサート部材の外方側の端面とは同一平面上に位置していることを特徴とする車両下部構造。
2. 前記フロアトンネルの内壁において前記補強部材の端面及び前記インサート部材の外方側の端面が当接される位置には、前記フロアトンネルのうちこれらの端面が当接されない部分よりも厚みが厚くされた肉厚部が形成されている、請求項１記載の車両下部構造。
3. 前記フロアトンネルの内壁において前記補強部材の端面及び前記インサート部材の外方側の端面が当接される位置の表面側には、前記締結具により共締めされる荷重分散部材が設けられている、請求項１記載の車両下部構造。

Images