WO2015133050A1

WO2015133050A1 - 車体構造

Info

Publication number: WO2015133050A1
Application number: PCT/JP2015/000194
Authority: WO
Inventors: 影山　雄介
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-09-11
Also published as: JP2017077736A

Abstract

　フロアトンネル部の剛性を高めることなく、衝突時の衝突荷重を効果的に吸収する車体構造とする。車両の前方側に左右一対で配設されたサイドメンバー(１１)と、これらサイドメンバーの後端側に連接され左右一対のサイドシル(１４)の内側に配置される左右一対のエクステンションサイドメンバー(１５)と、サイドメンバー(１２)の下側に配設されたパワープラントを載置するサブフレーム(１３)と、このサブフレームの後端側を車幅方向に連結するダッシュクロスメンバー(１６)と、このダッシュクロスメンバーとエクステンションサイドメンバーとを連結する連結部(１７)とを備え、エクステンションサイドメンバー(１５)は、前端側から後端側に行くに従い車幅方向距離が増加する裾広がり形状に形成され、エクステンションサイドメンバー、ダッシュクロスメンバー、サブフレーム、サイドシル、サイドメンバーの順に剛性を低くする剛性バランスとした。

Description

車体構造

　本発明は、車両の衝突時に衝撃荷重を効果的に吸収することができる車体構造に関する。

　この種の従来の車体構造の技術として、特許文献１に記載されている自動車のパワープラント支持装置が知られている。このパワープラント支持装置は、パワープラントの重心を挟んで上下にフロントサイドメンバーとフロントセンタメンバを配置するとともに、フロントセンタメンバにパワープラント下部の前後両端を、マウント部材を介してそれぞれ支持し、フロントサイドメンバーにパワープラントの上部を、マウント部材を介して支持する。一方、マウント部材は、車体前後方向においてパワープラントの下部を支持するマウント部材間に収まるように配置し、さらに、前記パワープラントの下部後端を支持するマウント部材には、所定値以上の衝撃荷重によりパワープラントとの連結を解除する離脱機構を付設している。

特許第２６５０１６７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された技術では、フロントセンタメンバの前後にそれぞれ設けられたマウント部材のうち後方側のマウント部材に離脱機構が設けられ、この離脱機構が衝突時の衝撃荷重によりマウント部材とパワープラントとの連結を解除する。このため、パワープラントは前方側のマウント部材を中心として離脱機構が設けられたマウント部材から上方に離れる方向に回転するとともに、フロントセンタメンバの座屈によって後方に移動する。
　したがって、衝突時にパワープラントの移動による車室内への影響を抑制するためにフロアトンネル部の剛性を高めるように強固に設計する必要があり、この分車体重量が増加するという未解決の課題がある。
　そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであって、フロアトンネル部の剛性を高めることなく、衝突時の衝突荷重を効果的に吸収することができる車体構造を提供することをその課題としている。

　上記課題を解決するため、本発明に係る車体構造の一態様は、車両の前方側に左右一対で配設されたサイドメンバーと、これら左右一対のサイドメンバーの後端側に連接され左右一対のサイドシルの内側に配置されるエクステンションサイドメンバーと、サイドメンバーの下側に配設されたパワープラントを載置するサブフレームと、サブフレームの後端側を車幅方向に連結するダッシュクロスメンバーと、ダッシュクロスメンバーとエクステンションサイドメンバーとを連結する連結部とを備えた車体構造である。一対のエクステンションサイドメンバーは、前端側から後端側に行くに従い車幅方向距離が増加する裾広がり形状に形成され、エクステンションサイドメンバー、ダッシュクロスメンバー、サブフレーム、サイドシル、サイドメンバーの順に剛性を低くする剛性バランスとしている。

　本発明によれば、衝突時の衝突荷重をサブフレームからダッシュクロスメンバー及び連結部を介してエクステンションサイドメンバーに伝達して衝撃荷重を吸収することができ、フロアトンネル部の剛性を低下させることができる。このため、車体構造を軽量化しながら十分な衝撃荷重吸収能力を発揮することができる。

本発明に係る車体構造を示す概略図である。本発明に適用し得るサブフレームを示す平面側から見た斜視図である。本発明に適用し得るサブフレームを示す底面側から見た斜視図である。本発明に適用し得るサブフレームを示す側面図である。本発明に適用し得るサブフレームを示す正面図である。衝突時の車体構造を示す側面透視図であり、（ａ）は衝突時の状態、（ｂ）は３５ｍｓｅｃ後の状態、（ｃ）は６５ｍｓｅｃ後の状態を表している。衝突時の車体構造を示す平面透視図であり、（ａ）は衝突時の状態、（ｂ）は３５ｍｓｅｃ後の状態、（ｃ）は６５ｍｓｅｃ後の状態を表している。衝突時の衝突荷重伝達経路を示す底面図であり、（ａ）は衝突時の状態、（ｂ）は３５ｍｓｅｃ後の状態、（ｃ）は６５ｍｓｅｃ後の状態を表している。衝突時の衝突荷重の伝達経路を示す側面図であり、（ａ）は衝突時の状態、（ｂ）は３５ｍｓｅｃ後の状態、（ｃ）は６５ｍｓｅｃ後の状態を表している。衝突時の衝突荷重の伝達経路を示す斜視図であり、（ａ）は衝突時の状態、（ｂ）は３５ｍｓｅｃ後の状態、（ｃ）は６５ｍｓｅｃ後の状態を表している。衝突時の衝撃荷重の伝達状況を示す表である。

　以下、図を参照して本発明に係る車体構造の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
（構成）
　本実施形態に係る車体構造１は、図１に示すように、車両２の前後方向に延長し、車両２の幅方向に互いに間隔を開けて配置された左右一対のサイドメンバー１１を備えている。両サイドメンバー１１の前端にはフロントバンパー（図示せず）が装着されるバンパー装着部１１ａが形成されている。両サイドメンバー１１の後端はＡピラー１２を構成する上下方向に延長するフロントピラー部１２ａに固定されている。
　両サイドメンバー１１の下側にはサブフレーム１３が支持されている。また、両サイドメンバー１１の後端側にはそれぞれ左右両端側に配置された左右一対のサイドシル１４の内側にサイドシル１４に沿うように配置され車両後方に延長する左右一対のエクステンションサイドメンバー１５が連結されている。

　サブフレーム１３は、図２～図５に示すように、車両前後方向に延長する一対のサイドメンバー部１３ａと、これらサイドメンバー部１３ａの前端部間に跨がって車幅方向に連結したフロントフレーム部１３ｂとで平面視でＵ字状に形成されている。
　このサブフレーム１３のサイドメンバー部１３ａの後端部間には比較的幅広のダッシュクロスメンバー１６が車幅方向に延長して連結されている。
　そして、ダッシュクロスメンバー１６の底面側における左右の後端側と左右のエクステンションサイドメンバー１５との間がそれぞれ連結部１７によって連結されている。

　ここで、各車体構成部品の剛性バランスは、剛性の大きい方からエクステンションサイドメンバー１５＞連結部１７＞ダッシュクロスメンバー１６＞サブフレーム１３＞サイドシル１４＞サイドメンバー１１の順となるように設定されている。ここで、エクステンションサイドメンバー１５と連結部１７とは同一の剛性とすることができ、これらエクステンションサイドメンバー１５と連結部１７とを一体に形成するようにしてもよい。この場合には、後述する衝突荷重を、連結部１７を介してエクステンションサイドメンバー１５に損失なく確実に伝達できる。
　なお、各部の剛性の調整は、板厚、材質及び断面構造の何れか１つ又は複数を選択することにより行うことができる。すなわち、板厚の大小を選択したり、例えば鋼板やアルミニウム合金、エンジニアリングプラスチック等の異なる剛性の材質を選択したり、断面形状が円形や方形の環状筒体や、一部を開放したＵ字形状等の異なる剛性の形状を選択したり、或いはこれらのうちの複数を選択することにより、剛性バランスを任意に調整することができる。

　サブフレーム１３及びダッシュクロスメンバー１６で構成される方形枠体１８に、図６及び図７に示すように、エンジン２０ａ及びトランスミッション２０ｂで構成されるパワープラント２０が支持されている。すなわち、サブフレーム１３には、フロントフレーム部１３ｂの両サイドメンバー部１３ａ側端部にそれぞれサイドメンバー部１３ａに沿って後方に延長する取付ブラケット１３ｃ，１３ｄが形成され、これら各取付ブラケット１３ｃ，１３ｄのそれぞれの上面にフロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆが取付けられている。一方、ダッシュクロスメンバー１６の車幅方向の中央部にリヤ側マウント部材１３ｇが取付けられている。

　ここで、フロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆの高さは、図４及び図５で明らかなように、右側のフロント側マウント部材１３ｅが左側のフロント側マウント部材１３ｆより高さが高く設定され、リヤ側マウント部材１３ｇの高さが右側のフロント側マウント部材１３ｅより高く設定されている。
　このように、右側のフロント側マウント部材１３ｅの高さを左側のフロント側マウント部材１３ｅの高さより低く設定する理由は、パワープラント２０の重心位置を車幅方向の略中央位置となって、リヤ側マウント部材１３ｇの車幅方向中央部を通る前後方向線と略一致させて、後述するフルフラット衝突時のパワープラント２０の前傾姿勢にブレが生じることを防止するためである。

　また、リヤ側マウント部材１３ｇは、図４に示すように、ダッシュクロスメンバー１６の上面に固定された上部に車幅方向を中心軸とする円筒面２１ａを形成する前後方向で所定距離を保って対面する一対の支持部材２１ｂ及び２１ｃを有する。これら支持部材２１ｂ及び２１ｃで形成される円筒面２１ａには、パワープラント２０に取付ける上下方向に延長する取付面２２ａを有する取付ブラケット２２の後端に回転可能に支持された円筒ブッシュ２３が係合支持されている。
　さらに、サブフレーム１３の左右のサイドメンバー部１３ａは、運転席が左側にあるものとすると、助手席側すなわち右側のサイドメンバー部１３ａの剛性が運転席側すなわち左側のサイドメンバー部１３ａより小さく設定されている。

（動作）
　次に、上記実施形態のフルフラップ前面衝突時の動作を説明する。
　車両が衝突する前の状態では、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、平面視でパワープラント２０が、サブフレーム１３及びダッシュクロスメンバー１６で構成される方形枠体１８上にフロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆとリヤ側マウント部材１３ｇとによって前側の車幅方向左右２点と後ろ側の中央の１点とで３点支持されている。そして、ダッシュクロスメンバー１６が連結部１７によって剛性が一番高い左右のエクステンションサイドメンバー１５に連結され、これら左右のエクステンションサイドメンバー１５が後方に向かって末広がり形状に延長している。

　この車両２にフルフラップ前面衝突が発生した場合について考える。この場合、上述したように、サブフレーム１３とダッシュクロスメンバー１６とで構成される方形枠体１８に、パワープラント２０をフロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆとリヤ側マウント部材１３ｇとで３点支持している。さらに、リヤ側マウント部材１３ｇの高さがフロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆの高さより高く設定されてパワープラント２０の重心位置がリヤ側マウント部材１３ｇを通る前後方向線と略一致されている。
　そして、フルフラップ前面衝突が発生すると、左右のサイドメンバー１１の前端及びＡピラー１２の前端と、サブフレーム１３のフロントフレーム部１３ｂのフロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆより低い位置である左右の当接面１３ｈ及び１３ｉにフルフラップ衝突時の衝突荷重が印加される。この衝突荷重に対して、主荷重伝達経路及び副荷重伝達経路が形成される。

　主荷重伝達経路は、図８（ａ）に示すようにサブフレーム１３のフロントフレーム部１３ｂの当接面１３ｈ及び１３ｉに印加されたフルフラップ衝突時の衝突荷重が、衝突時から３５ｍｓｅ経過後には、図８（ｂ）に示すように、サブフレーム１３からダッシュクロスメンバー１６に伝達される。その後、衝突時から６５ｍｓｅｃ経過後には、図８（ｃ）に示すように、ダッシュクロスメンバー１６から連結部１７を介してエクステンションサイドメンバー１５に伝達される荷重伝達経路である。
　このとき、サブフレーム１３の剛性がダッシュクロスメンバー１６の剛性より小さく設定され、さらにダッシュクロスメンバー１６の剛性が連結部１７及びエクステンションサイドメンバー１５の剛性より小さく設定されている。したがって、衝突荷重は最終的に剛性の大きい連結部１７及びエクステンションサイドメンバー１５によって受け止められることになる。このとき、エクステンションサイドメンバー１５は、車両後方に行くに従いサイドシル１４に近づく末広がり形状とされているので、衝突荷重が伝達されたときの車両後方側への分力が小さくなる。

　副荷重伝達経路は、図１０（ａ）に示すようにサイドメンバー１１の前端に印加された衝突荷重が、３５ｍｓｅｃ経過後には、図８（ｂ）に示すように、サイドメンバー１１を通ってＡピラー１２のフロントピラー部１２ａの下端側からサイドシル１４に伝達される荷重伝達経路である。
　このとき、車両を側面から見ると、衝突荷重によって、先ず、剛性が低いサブフレーム１３が図６（ｂ）に示すように変形することになる。このサブフレームの衝突荷重が印加される当接面１３ｈ及び１３ｉは、図５に示すように、リヤ側マウント部材１３ｇより高さが小さいフロント側マウント部材１３ｅ及び１３ｆよりも低い位置にあるので、衝突時から３５ｍｓｅｃ経過後に、図６（ｂ）に示すように、フロントフレーム部１３ｂが下側に潜り込むように変形し、これに応じてパワープラント２０がリヤ側マウント部材１３ｇの円筒ブッシュ２３の回転軸を中心として前端側が下方に回動して前傾姿勢とすることができ、衝突荷重の吸収ストロークを確保することができる。そして、衝突時から６５ｍｓｅｃ経過後に、図６（ｃ）に示すように、サブフレーム１３のサイドメンバー部１３ａが大きく座屈してパワープラント２０の後退が車室内に影響することを防止することができる。

　しかも、サブフレーム１３は、運転席からは遠い助手席側のサイドメンバー部１３ａが運転席側のサイドメンバー部１３ａより剛性が小さく設定されているので、衝突荷重が印加されたときに、右側のサイドメンバー部１３ａが先に座屈することからパワープラント２０が平面視で、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、前傾姿勢を取りながら右側に時計方向に回転しながら移動することになり、パワープラント２０の後退によって運転席側の車室空間が狭められることを防止できる。
　このとき、フルフラップ前面衝突時の主荷重伝達経路を通る衝突荷重を最終的には連結部１７及びエクステンションサイドメンバー１５によって受け止めることができるので、フロアトンネル部の剛性を低くすることができ、車体の軽量化を図ることができる。しかも、エクステンションサイドメンバー１５が後方に向かって末広がり形状となっているので、衝突荷重をエクステンションサイドメンバー１５の末広がり部での分力が小さくなり、衝突荷重を効率よく受け止めることができる。

　さらに、エクステンションサイドメンバー１５は、衝突荷重が伝達されたときに、末広がり形状の後端側が外側に開くことになり、衝突荷重を吸収することができる。
　さらに、フルラップ前面衝突時の衝突荷重は、サブフレーム１３及びサイドメンバー１１を通って伝達される主荷重伝達経路及び副荷重伝達経路の他に、図９（ｂ），（ｃ）及び図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、Ａピラー１２を介しても後方側に伝達される第２の副荷重伝達経路が形成される。この第２の副荷重伝達経路で衝突荷重をより分散させることができる。このとき、Ａピラー１２におけるフロントトンネル部を構成する部位の剛性を後方側の他部位に比較して小さく設定することにより、衝突荷重を吸収することができる。
　これら主荷重伝達経路、副荷重伝達経路及び第２の副荷重伝達経路での伝達荷重の伝達過程を纏めると図１１に示すようになる。すなわち、衝突時（０ｍｓｅｃ）ではフロントサイドメンバー１１及びサブフレーム１３に衝突荷重が伝達され、衝突時から３５ｍｓｅｃ経過したときに、ダッシュクロスメンバー１６及びＡピラー１２に衝突荷重が伝達され、衝突時から６５ｍｓｅｃ経過時にはＡピラー１２からＢピラーに衝突荷重が伝達されるとともに、エクステンションサイドメンバー１５に伝達される。

（実施形態の効果）
（１）一対のエクステンションサイドメンバーは、前端側から後端側に行くに従い車幅方向距離が増加する裾広がり形状に形成され、エクステンションサイドメンバー、ダッシュクロスメンバー、サブフレーム、サイドシル、サイドメンバーの順に剛性を低くする剛性バランスとしている。
　このため、前面衝突時の衝突荷重を、最終的に連結部を介してエクステンションサイドメンバーで受け止めることができ、フロアトンネル部の剛性を低下させることが可能となり、車体の軽量化を図ることができる。しかも、左右のエクステンションサイドメンバーが後方に向かって裾広がり形状に形成されているので、この裾広がり部での衝突荷重の分力を小さくすることができ、エクステンションサイドメンバー自体の剛性も低下させることができる。

（２）剛性バランスは、板厚、材質及び断面構造の何れか１つ又は複数を選択することにより、調整されている。
　板厚の大小を選択したり、例えば鋼板やアルミニウム合金、エンジニアリングプラスチック等の異なる剛性の材質を選択したり、断面形状が円形や方形の環状筒体や、一部を開放したＵ字形状等の異なる剛性の形状を選択したり、或いはこれらのうちの複数を選択することにより、剛性バランスを任意に調整することができる。
（３）連結部の剛性は、ダッシュクロスメンバーの剛性以上に設定されている。
　この構成によると、衝突荷重を連結部より前側のダッシュクロスメンバー及びサブフレームで吸収することになり、車室内に変形の影響が及ぶことを防止することができる。
（４）連結部は、エクステンションサイドメンバーと一体に形成されている。
　この構成によると、エクステンションサイドメンバーに連結部を一体化することにより、部品点数を少なくすることができるとともに、衝撃荷重の伝達を良好に行うことができる。

（５）連結部は、エクステンションサイドメンバーと別体に形成されている。
　この構成によると、エクステンションサイドメンバーと連結部とが別部材であるので、エクステンションサイドメンバーの設計の自由度を向上させることができる。
（６）衝突時の衝突荷重をサブフレーム、ダッシュクロス、連結部材を介して前記エクステンションサイドメンバーに伝達する主荷重伝達経路と、前記衝突荷重を前記サイドメンバーから前記サイドシルに伝達する副荷重伝達経路とが形成されている。
　この構成によると、主荷重伝達経路及び副荷重伝達経路で衝突荷重を分散して受けることができるとともに、主荷重伝達経路で衝突荷重が伝達されるときに、衝突荷重を最終的に剛性の大きいエクステンションサイドメンバーで確実に受け止めることができる。

（７）主荷重伝達経路は、衝突時の衝突荷重が前記エクステンションサイドメンバーに伝達されたときに、当該エクステンションサイドメンバーが外側に開いて衝突荷重を吸収する。
　この構成によると、エクステンションサイドメンバーで衝突荷重を最終的に確実に受け止めることができる。
（８）サブフレームは、左右のサイドメンバー部の一方の剛性が他方の剛性より小さく設定されている。
　この構成によると、衝突荷重がサブフレームに伝達されたときに、剛性の小さいサイドメンバー部の座屈量が多くなることから支持しているパワープラントを車幅方向に移動させることが可能となる。

　１…車体、２…車両、１１…サイドメンバー、１２…Ａピラー、１３…サブフレーム、１３ａ…サイドメンバー部、１３ｂ…フロントフレーム部、１３ｃ，１３ｄ…取付ブラケット、１３ｅ，１３ｆ…フロント側マウント部材、１３ｇ…リヤ側マウント部材、１４…サイドシル、１５…エクステンションサイドメンバー、１６…ダッシュクロスメンバー、１７…連結部、１８…方形枠体、２０…パワープラント

Claims

　車両の前方側に左右一対で配設されたサイドメンバーと、
　該左右一対のサイドメンバーの後端側に連接され左右一対のサイドシルの内側に配置される左右一対のエクステンションサイドメンバーと、
　前記サイドメンバーの下側に配設されたパワープラントを載置するサブフレームと、
　前記サブフレームの後端側を車幅方向に連結するダッシュクロスメンバーと、
　前記ダッシュクロスメンバーと前記エクステンションサイドメンバーとを連結する連結部とを備えた車体構造であって、
　前記左右一対のエクステンションサイドメンバーは、前端側から後端側に行くに従い車幅方向距離が増加する裾広がり形状に形成され、
　前記エクステンションサイドメンバー、前記ダッシュクロスメンバー、前記サブフレーム、前記サイドシル、前記サイドメンバーの順に剛性を低くする剛性バランスとした
　ことを特徴とする車体構造。
　前記剛性バランスは、板厚、材質及び断面構造の何れか１つ又は複数を選択することにより、調整されていることを特徴とする請求項１に記載の車体構造。
　前記連結部の剛性は、前記ダッシュクロスメンバーの剛性以上に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車体構造。
　前記連結部は、前記エクステンションサイドメンバーと一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車体構造。
　前記連結部は、前記エクステンションサイドメンバーと別体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車体構造。
　衝突時の衝突荷重を前記サブフレーム、前記サイドメンバー、前記ダッシュクロスメンバー、前記連結部を介して前記エクステンションサイドメンバーに伝達する主荷重伝達経路と、前記衝突荷重を前記サイドメンバーから前記サイドシルに伝達する副荷重伝達経路とが形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車体構造。
　前記主荷重伝達経路は、衝突時の衝突荷重が前記エクステンションサイドメンバーに伝達されたときに、当該エクステンションサイドメンバーが外側に開いて衝突荷重を吸収することをと特徴とする請求項６に記載の車体構造。
　前記サブフレームを構成する左右のサイドメンバー部の剛性は、一方の剛性が他方の剛性より小さく設定されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の車体構造。