JP5988167B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、第１スキンおよび第２スキン間にコア材を挟んだＦＲＰ製のフロアパネルの車幅方向外端をＦＲＰ製のサイドシルの車幅方向内壁に接続した自動車の車体構造に関する。

フロアパネル、ロッカ（サイドシル）、フロントピラーロア、ダッシュパネルロア、リヤピラー等を有する自動車の車体をＣＦＲＰで一体に成形し、サイドシルの内部に波型のエネルギー吸収部材を配置することで、サイドシルに入力する側面衝突の衝突荷重を吸収するものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４８４００７２号公報

ところで、上記従来のものは、フロアパネルおよびサイドシルが別部材で構成されており、フロアパネルのアウタースキンおよびインナースキンの車幅方向外端をコーナー部で上向きに湾曲させた一対のフランジ部を相互に重ね合わせるとともに、重ね合わせたフランジ部の車幅方向外面をサイドシルの車幅方向内壁に接続することで、フロアパネルおよびサイドシルを一体に接続している。

しかしながら、上記構造では、サイドシルに入力した側面衝突の衝突荷重がフロアパネルの車幅方向外端に伝達されたとき、フロアパネルのアウタースキンおよびインナースキンのコーナー部に荷重が集中するため、コーナー部のＣＦＲＰの連続繊維層が層間剥離して破壊することで、衝突荷重をフロアパネルに効率的に分散して吸収できなくなる可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、サイドシルに入力する側面衝突の衝突荷重に対するフロアパネルの強度を高め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、第１スキンおよび第２スキン間にコア材を挟んだＦＲＰ製のフロアパネルの車幅方向外端をＦＲＰ製のサイドシルの車幅方向内壁に接続した自動車の車体構造であって、前記第１スキンの車幅方向外端を上下方向一方に湾曲させた第１コーナー部の先端側に連なる第１接合フランジと、前記第２スキンの車幅方向外端を上下方向一方に湾曲させた第２コーナー部の先端側に連なる第２接合フランジとを重ね合わせて相互に接続し、前記第１接合フランジの車幅方向外面を前記サイドシルの車幅方向内壁に接続するとともに、前記第２コーナー部の湾曲方向外面および前記第１接合フランジの車幅方向内面間に形成された空間と、前記第１コーナー部の湾曲方向外面および前記サイドシルの車幅方向内壁間に形成された空間とのうち、少なくとも一方を不連続繊維強化樹脂部で埋め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、前記フロアパネルの下側に位置する前記第１スキンおよび上側に位置する前記第２スキンを上向きに湾曲させて前記第１、第２コーナー部を形成し、前記第２コーナー部の湾曲方向外面および前記第１接合フランジの車幅方向内面間に形成された空間を前記不連続繊維強化樹脂部で埋め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２の構成に加えて、前記第１コーナー部の湾曲方向内面を第２の不連続繊維強化樹脂部で埋め、相互に当接する前記不連続繊維強化樹脂部の下面および前記第２の不連続繊維強化樹脂部の上面間に凹凸係合部を設け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４に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記第１コーナー部の湾曲方向内面を第２の不連続繊維強化樹脂部で埋め、相互に当接する前記不連続繊維強化樹脂部の下面および前記第２の不連続繊維強化樹脂部の上面を締結手段で締結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５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、閉断面に形成された前記サイドシルの内部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。

尚、実施の形態のアウタースキン２４は本発明の第１スキンに対応し、実施の形態のインナースキン２５は本発明の第２スキンに対応し、実施の形態の凹部２７ａおよび凸部２９ａは本発明の凹凸係合部に対応し、実施の形態のナット３０およびボルト３１は本発明の締結手段に対応する。

請求項１の構成によれば、第１スキンおよび第２スキン間にコア材を挟んだＦＲＰ製のフロアパネルの車幅方向外端をＦＲＰ製のサイドシルの車幅方向内壁に接続する部分において、第１スキンの車幅方向外端を上下方向一方に湾曲させた第１コーナー部の先端側に連なる第１接合フランジと、第２スキンの車幅方向外端を上下方向一方に湾曲させた第２コーナー部の先端側に連なる第２接合フランジとを重ね合わせて相互に接続し、第１接合フランジの車幅方向外面をサイドシルの車幅方向内壁に接続する。このとき、第２コーナー部の湾曲方向外面および第１接合フランジの車幅方向内面間に形成された空間と、第１コーナー部の湾曲方向外面およびサイドシルの車幅方向内壁間に形成された空間とのうち、少なくとも一方を不連続繊維強化樹脂部で埋めたので、フロアパネルおよびサイドシルの接続部を不連続繊維強化樹脂部で効果的に補強し、第１コーナー部あるいは第２コーナー部のＦＲＰの層間剥離を抑制し、サイドシルに入力する側面衝突の衝突荷重に対するフロアパネルの強度を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、フロアパネルの下側に位置する第１スキンおよび上側に位置する第２スキンを上向きに湾曲させて第１、第２コーナー部を形成し、第２コーナー部の湾曲方向外面および第１接合フランジの車幅方向内面間に形成された空間を不連続繊維強化樹脂部で埋めたので、フロアパネルの車幅方向外端からサイドシルを上方に立ち上げることが容易になり、しかも第２コーナー部の湾曲方向外面だけに不連続繊維強化樹脂部を設けるので構造が簡単になる。

また請求項３の構成によれば、第１コーナー部の湾曲方向内面を第２の不連続繊維強化樹脂部で埋め、相互に当接する不連続繊維強化樹脂部の下面および第２の不連続繊維強化樹脂部の上面間に凹凸係合部を設けたので、不連続繊維強化樹脂部および第２の不連続繊維強化樹脂部でフロアパネルおよびサイドシルの接続部の剛性が一層高められることで、側面衝突時や悪路走行時にサイドシルに入力する荷重をフロアパネルに効率的に分散することが可能になり、フロアパネルの板厚を減少させて軽量化を図ることができる。

また請求項４の構成によれば、第１コーナー部の湾曲方向内面を第２の不連続繊維強化樹脂部で埋め、相互に当接する不連続繊維強化樹脂部の下面および第２の不連続繊維強化樹脂部の上面を締結手段で締結したので、不連続繊維強化樹脂部および第２の不連続繊維強化樹脂部でフロアパネルおよびサイドシルの接続部の剛性が一層高められることで、側面衝突時や悪路走行時にサイドシルに入力する荷重をフロアパネルに効率的に分散することが可能になり、フロアパネルの板厚を減少させて軽量化を図ることができる。

また請求項５の構成によれば、閉断面に形成されたサイドシルの内部にエネルギー吸収部材を配置したので、サイドシルに入力した側面衝突の衝突エネルギーをエネルギー吸収部材で吸収することで、サイドシルからフロアパネルに伝達される荷重を低減し、フロアパネルの更なる軽量化を図ることができる。

ＣＦＲＰ製の自動車車体の平面図。（第１の実施の形態） 図１の２−２線断面図。（第１の実施の形態） 図２に対応する図。（第２の実施の形態） 図２に対応する図。（第３の実施の形態） 図２に対応する図。（第４の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１および図２に基づいて本発明の第１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および図２に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）で一体に成形されたバスタブ状のキャビン１１は、フロアパネル１２と、フロアパネル１２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１３，１３と、左右のサイドシル１３，１３の前端から起立する左右一対のフロントピラーロア１４，１４と、フロアパネル１２の前端および左右のフロントピラーロア１４，１４の前端を接続するダッシュパネルロア１５と、ダッシュパネルロア１５の後面からフロアパネル１２の車幅方向中央部を後方に延びるフロアトンネル１６とを備える。

サイドシル１３は、車幅方向内側に位置するインナースキン２１と、車幅方向外側に位置するアウタースキン２２と、インナースキン２１およびアウタースキン２２間に配置したハニカム材よりなるエネルギー吸収部材２３とを備える。サイドシル１３のインナースキン２１およびアウタースキン２２は、カーボン連続繊維を一方向に引き揃えたシートを複数層に積層して樹脂で固めたＣＦＲＰで構成される。

インナースキン２１は、平板状の車幅方向内壁２１ａと、車幅方向内壁２１ａの上端から上方に延びる上部接合フランジ２１ｂと、車幅方向内壁２１ａの下端を車幅方向内側に略９０°湾曲させたコーナー部２１ｃと、コーナー部２１ｃから車幅方向内側に延びる下部接合フランジ２１ｄとを備え、アウタースキン２２は、コ字状に形成された上壁２２ａ、車幅方向外壁２２ｂおよび下壁２２ｃと、上壁の車幅方向内端から上方に延びる上部接合フランジ２２ｄと、下壁２２ｃの車幅方向内端を車幅方向内側に延長した下部接合フランジ２２ｅとを備える。

インナースキン２１およびアウタースキン２２の上部接合フランジ２１ｂ，２２ｄどうしを接着により接続するとともに、インナースキン２１およびアウタースキン２２の下部接合フランジ２１ｄ，２２ｅどうしを接着により接続することでサイドシル１３は中空閉断面に構成され、複数の縦リブ２３ａ…および複数の横リブ２３ｂ…を交差させたハニカム材よりなるエネルギー吸収部材２３は、その軸線を車幅方向に向けてインナースキン２１の車幅方向内壁２１ａおよびアウタースキン２２の車幅方向外壁２２ｂに接着により接続される。

フロアパネル１２は、車体外面（下面）を構成するアウタースキン２４と、車体内面（上面）を構成するインナースキン２５と、フロアパネル１２のアウタースキン２４およびインナースキン２５間に挟まれた波板状のコア材２６とを備える。アウタースキン２４およびインナースキン２５は、カーボン連続繊維を一方向に引き揃えたシートを複数層に積層して樹脂で固めたＣＦＲＰで構成される。

アウタースキン２４は、平板状の本体部２４ａの車幅方向外端を上向きに略９０°湾曲させた第１コーナー部２４ｂと、第１コーナー部２４ｂから上向きに延びる第１接合フランジ２４ｃを備え、インナースキン２５は、平板状の本体部２５ａの車幅方向外端を上向きに略９０°湾曲させた第２コーナー部２５ｂと、第２コーナー部２５ｂから上向きに延びる第２接合フランジ２５ｃとを備える。

アウタースキン２４の第１接合フランジ２４ｃとインナースキン２５の第２接合フランジ２５ｃとが重ね合わされて接着により接続され、かつアウタースキン２４の第１接合フランジ２４ｃの車幅方向内面とインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂの湾曲方向外面とに挟まれた断面三角形状の空間が、カーボン不連続繊維を熱硬化性樹脂で固めた不連続繊維強化樹脂部２７で埋められる。そしてアウタースキン２４の本体部２４ａの車幅方向外端部、第１コーナー部２４ｂおよび第１接合フランジ２４ｃを、サイドシル１３のインナースキン２１の下部接合フランジ２１ｄ、コーナー部２１ｃおよび車幅方向内壁２１ａにそれぞれ接着により接続することで、フロアパネル１２の車幅方向外端にサイドシル１３が接続される。

さて、サイドシル１３に入力した側面衝突の衝突荷重の一部はアウタースキン２２およびインナースキン２１間に配置されたエネルギー吸収部材２３の圧壊により吸収され、その残部はサイドシル１３からフロアパネル１２に分散されて吸収される。このとき、サイドシル１３はフロアパネル１２よりも高い位置にあり、側面衝突の衝突荷重によりサイドシル１３の上部を車幅方向内側に倒そうとするモーメントが作用するため、フロアパネル１２のアウタースキン２４の第１コーナー部２４ｂおよびインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂに大きな曲げ荷重が入力する。

アウタースキン２４の本体部２４ａの車幅方向外端、第１コーナー部２４ｂおよび第１接合フランジ２４ｃは、広い面積でサイドシル１３のインナースキン２１の下部接合フランジ２１ｄ、コーナー部２１ｃおよび車幅方向内壁２１ａの下部に接続されるため、フロアパネル１２のアウタースキン２４はサイドシル１３のインナースキン２１に強固に接続される。

一方、フロアパネル１２のインナースキン２５は第２接合フランジ２５ｃだけでアウタースキン２４の第１接合フランジ２４ｃに接続されているため、その接続部の強度が不足してインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂに大きな曲げ荷重が作用してしまい、第２コーナー部２５ｂの連続繊維層が層間剥離して破壊に至り、サイドシル１３が車幅方向内側に倒れてしまう可能性がある。

しかしながら。本実施の形態によれば、フロアパネル１２のアウタースキン２４の第１接合フランジ２４ｃの車幅方向内面とインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂの湾曲方向外面とに挟まれた断面三角形状の空間を不連続繊維強化樹脂部２７で埋めたことで、第２コーナー部２５ｂの連続繊維層の層間剥離が防止され、第２コーナー部２５ｂの曲げ荷重に対する強度が高められる。これにより、フロアパネル１２に特別の補強を施すことなく、フロアパネル１２の重量増加を最小限に抑えながらサイドシル１３の倒れを防止することができる。

第２の実施の形態

次に、図３に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態のサイドシル１３は、インナースキン２１の車幅方向内壁２１ａから真っ直ぐ下方に延びる下部接合フランジ２１ｅと、アウタースキン２２の下壁２２ｃの車幅方向内端から下方に延びる下部接合フランジ２２ｆとが接着により接続され、フロアパネル１２のアウタースキン２４の第１接合フランジ２４ｃがサイドシル１３のインナースキン２１の車幅方向内壁２１ａに接着により接続される。そしてフロアパネル１２のアウタースキン２４の第１コーナー部２４ｂの湾曲方向外面とサイドシル１３のインナースキン２１の車幅方向内壁２１ａの車幅方向内面との間に形成された断面三角形状の空間がカーボン不連続繊維を熱硬化性樹脂で固めた不連続繊維強化樹脂部２８で埋められる。

本実施の形態によれば、フロアパネル１２のインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂが不連続繊維強化樹脂部２７で補強されるだけでなく、フロアパネル１２のアウタースキン２４の第１コーナー部２４ｂも不連続繊維強化樹脂部２８で補強されるので、第１コーナー部２４ｂの連続繊維層の層間剥離を抑制し、サイドシル１３に入力する側面衝突の衝突荷重に対するフロアパネル１２の強度を一層高めることができる。

第３の実施の形態

次に、図４に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態は第１の実施の形態の変形であり、フロアパネル１２のインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂの湾曲方向外面およびアウタースキン２４の第２接合フランジ２４ｃの車幅方向内面間の空間を埋める不連続繊維強化樹脂部２７が下方に延長されて大型化されるとともに、アウタースキン２４の第１コーナー部２４ｂの湾曲方向内面に第２の不連続繊維強化樹脂部２９が設けられる。不連続繊維強化樹脂部２７の平坦な下面および第２の不連続繊維強化樹脂部２９の平坦な上面は相互に当接しており、それらの一方に設けた凸部２９ａが他方に設けた凹部２７ａに係合して接着により固定される。

本実施の形態によれば、フロアパネル１２の車幅方向外端部において、アウタースキン２４およびインナースキン２５が不連続繊維強化樹脂部２７および第２の不連続繊維強化樹脂部２９により隙間なく接続され、しかも不連続繊維強化樹脂部２７および第２の不連続繊維強化樹脂部２９が凸部２９ａおよび凹部２７ａにより凹凸係合して接着により固定されるので、フロアパネル１２およびサイドシル１３の接続部の強度が更に高められ、側面衝突時や悪路走行時にサイドシル１３に入力する荷重をフロアパネル１２に効率的に分散することが可能になり、フロアパネル１２の板厚を減少させて軽量化を図ることができる。

第４の実施の形態

次に、図５に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

第４の実施の形態は第３の実施の形態の変形であり、不連続繊維強化樹脂部２７に埋設したナット３０に第２の不連続繊維強化樹脂部２９を貫通するボルト３１を螺合することで、不連続繊維強化樹脂部２７および第２の不連続繊維強化樹脂部２９が一体に結合される。

この第４の実施の形態によっても、上述した第３の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

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、本発明のＦＲＰは実施の形態のＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）に限定されず、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）等の他種のＦＲＰであっても良い。

またフロアパネル１２のインナースキン２５の第２コーナー部２５ｂの径方向外側の不連続繊維強化樹脂部２７と、アウタースキン２４の第１コーナー部２４ｂの湾曲方向外側の不連続繊維強化樹脂部２８とのうち、後者の連続繊維強化樹脂部２８だけを備えていても良い。

１２ フロアパネル
１３ サイドシル
２１ａ 車幅方向内壁
２３ エネルギー吸収部材
２４ アウタースキン（第１スキン）
２４ｂ 第１コーナー部
２４ｃ 第１接合フランジ
２５ インナースキン（第２スキン）
２５ｂ 第２コーナー部
２５ｃ 第２接合フランジ
２６ コア材
２７ 不連続繊維強化樹脂部
２７ａ 凹部（凹凸係合部）
２８ 不連続繊維強化樹脂部
２９ 第２の不連続繊維強化樹脂部
２９ａ 凸部（凹凸係合部）
３０ ナット（締結手段）
３１ ボルト（締結手段）

Claims (5)

1. 第１スキン（２４）および第２スキン（２５）間にコア材（２６）を挟んだＦＲＰ製のフロアパネル（１２）の車幅方向外端をＦＲＰ製のサイドシル（１３）の車幅方向内壁（２１ａ）に接続した自動車の車体構造であって、
   前記第１スキン（２４）の車幅方向外端を上下方向一方に湾曲させた第１コーナー部（２４ｂ）の先端側に連なる第１接合フランジ（２４ｃ）と、前記第２スキン（２５）の車幅方向外端を上下方向一方に湾曲させた第２コーナー部（２５ｂ）の先端側に連なる第２接合フランジ（２５ｃ）とを重ね合わせて相互に接続し、前記第１接合フランジ（２４ｃ）の車幅方向外面を前記サイドシル（１３）の車幅方向内壁（２１ａ）に接続するとともに、前記第２コーナー部（２５ｂ）の湾曲方向外面および前記第１接合フランジ（２４ｃ）の車幅方向内面間に形成された空間と、前記第１コーナー部（２４ｂ）の湾曲方向外面および前記サイドシル（１３）の車幅方向内壁（２１ａ）間に形成された空間とのうち、少なくとも一方を不連続繊維強化樹脂部（２７，２８）で埋めたことを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記フロアパネル（１２）の下側に位置する前記第１スキン（２４）および上側に位置する前記第２スキン（２５）を上向きに湾曲させて前記第１、第２コーナー部（２４ｂ，２５ｂ）を形成し、前記第２コーナー部（２５ｂ）の湾曲方向外面および前記第１接合フランジ（２４ｃ）の車幅方向内面間に形成された空間を前記不連続繊維強化樹脂部（２７）で埋め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. 前記第１コーナー部（２４ｂ）の湾曲方向内面を第２の不連続繊維強化樹脂部（２９）で埋め、相互に当接する前記不連続繊維強化樹脂部（２７）の下面および前記第２の不連続繊維強化樹脂部（２９）の上面間に凹凸係合部（２７ａ，２９ａ）を設けたことを特徴とする、請求項２に記載の自動車の車体構造。
4. 前記第１コーナー部（２４ｂ）の湾曲方向内面を第２の不連続繊維強化樹脂部（２９）で埋め、相互に当接する前記不連続繊維強化樹脂部（２７）の下面および前記第２の不連続繊維強化樹脂部（２９）の上面を締結手段（３０，３１）で締結したことを特徴とする、請求項２に記載の自動車の車体構造。
5. 閉断面に形成された前記サイドシル（１３）の内部にエネルギー吸収部材（２３）を配置したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車の車体構造。

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