JP2009262662A - 車両のルーフ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】補強部材とルーフサイドレールとの間に設けられる荷重伝達部材の形状設定により、側面衝突時に車両ルーフの補強部材に生じる曲げ応力を調整できるようにして、異なる車種間で補強部材を共用化できるようにすることを目的とする。
【解決手段】ルーフサイドレール１０と、車両ルーフ２６に設けられ、両側のルーフサイドレール１０間において車幅方向に延設され、両端部に荷重受け部１２Ａが設けられたセンタフレーム１２（補強部材）と、ルーフサイドレール１０とセンタフレーム１２とを連結するように結合され、該センタフレーム１２との結合部４０より車両下方において荷重受け部１２Ａと車幅方向に近接対向する荷重伝達端４２が設けられた荷重伝達部材１４とを有している。側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を、荷重伝達部材１４における結合部４０を基準とした荷重伝達端４２の高さ設定により調整可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のルーフ構造に関する。

車両ルーフに設けた開口部の側縁に沿ってガイドレールを配し、開口部後方に位置しかつ車幅方向に延在するフレーム（補強部材）をガイドレールに固定させている車両用ルーフ装置において、フレームを複数枚のプレートを重ねて構成し、最上層のプレートとガイドレールとをカシメにより締結し、開口部の側部に固定されたブラケットにプレートをボルト止めした構造が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００２−３２７２５０号公報

しかしながら、上記した従来例では、ガイドレールとフレームとのカシメ結合を可能にする点に重点が置かれており、側面衝突時に車両ルーフのフレームに生じる曲げ応力については十分に考慮されていない。

本発明は、上記事実を考慮して、補強部材とルーフサイドレールとの間に設けられる荷重伝達部材の形状設定により、側面衝突時に車両ルーフの補強部材に生じる曲げ応力を調整できるようにして、異なる車種間で補強部材を共用化できるようにすることを目的とする。

請求項１の発明は、車両上部の車幅方向両側において車両前後方向に夫々延設されたルーフサイドレールと、車両ルーフに設けられ、両側の前記ルーフサイドレール間において車幅方向に延設され、両端部に荷重受け部が設けられた補強部材と、前記ルーフサイドレールと前記補強部材とを連結するように該ルーフサイドレール及び該補強部材に結合され、該補強部材との結合部より車両下方において前記荷重受け部と車幅方向に近接対向する荷重伝達端が設けられ、側面衝突時に前記補強部材に生じる曲げ応力を、前記結合部を基準とした前記荷重伝達端の高さ設定により調整可能な荷重伝達部材と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の車両のルーフ構造では、車両前後方向に延設されたルーフサイドレールと、該ルーフサイドレール間において車幅方向に延設された補強部材とが、荷重伝達部材により連結されており、側面衝突時に車両側部に入力された側突荷重は、ルーフサイドレールから補強部材に、荷重伝達部材を介して伝達される。この際、荷重伝達部材から補強部材への側突荷重の伝達は、２つの経路を介して行われる。第１の経路は、荷重伝達部材と補強部材との結合部を通じた経路である。第２の経路は、荷重伝達部材の荷重伝達端が補強部材の荷重受け部に当接することで形成される経路である。

荷重伝達部材の荷重伝達端は、該荷重伝達部材と補強部材との結合部より車両下方において補強部材の荷重受け部と近接対向しているので、荷重伝達端から荷重受け部に側突荷重が伝達されることで、補強部材には結合部付近を中心とした曲げモーメントが入力されることとなる。これにより補強部材には曲げ応力が生じるが、荷重伝達部材では、この曲げ応力を、結合部を基準とした荷重伝達端の高さ設定により、車種に応じて調整することができる。このため、異なる車種間で補強部材を共用化することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の車両のルーフ構造において、前記補強部材は、車両ルーフに形成されたルーフ開口部を跨ぐように配置されるセンタフレームであることを特徴としている。

請求項２に記載の車両のルーフ構造では、補強部材が、車両ルーフに形成されたルーフ開口部を跨ぐように配置されるセンタフレームであり、側面衝突時に該センタフレームに生じる曲げ応力を、荷重伝達部材の形状設定により調整することができる。このため、異なる車種間でサンルーフ等のセンタフレームを共用化することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両のルーフ構造において、前記荷重伝達部材のうち、前記補強部材との前記結合部に対応する部位、及び前記荷重伝達端に対応する部位は、補強板が接合された二重構造とされていることを特徴としている。

請求項３に記載の車両のルーフ構造では、荷重伝達部材のうち、補強部材との結合部に対応する部位、及び荷重伝達端に対応する部位が、補強板が接合された二重構造とされているので、荷重伝達部材から補強部材への側突荷重の伝達時に、該荷重伝達部材の変形を抑制することができる。このため、荷重伝達部材から補強部材へ、側突荷重を効率的に伝達することができる。

以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の車両のルーフ構造によれば、補強部材とルーフサイドレールとの間に設けられる荷重伝達部材の形状設定により、側面衝突時に車両ルーフの補強部材に生じる曲げ応力を調整できるようにして、異なる車種間で補強部材を共用化できるようにすることができる、という優れた効果が得られる。

請求項２に記載の車両のルーフ構造によれば、異なる車種間でサンルーフ等のセンタフレームを共用化することができる、という優れた効果が得られる。

請求項３に記載の車両のルーフ構造によれば、荷重伝達部材から補強部材へ、側突荷重を効率的に伝達することができる、という優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１において、本実施の形態に係る車両のルーフ構造Ｓは、ルーフサイドレール１０と、補強部材の一例たるセンタフレーム１２と、荷重伝達部材１４とを有している。

図２において、ルーフサイドレール１０は、車両上部の車幅方向両側において車両前後方向に夫々延設され、例えばルーフサイドレールアウタ１６とルーフサイドレールインナ１８とを接合して構成された車両２０の骨格部材である。このルーフサイドレールアウタ１６とルーフサイドレールインナ１８とは、例えば車両上側の第１接合部２１及び車両下側の第２接合部２２において接合されて、閉断面に構成されている。

ルーフサイドレール１０は、例えばセンタピラー（図示せず）に連なるアウタパネル２４により覆われ、該アウタパネル２４は、第１接合部２１において車両ルーフ２６及びルーフサイドレール１０に接合されている。なお、第１接合部２１は、車両ルーフ２６とアウタパネル２４との境界において車両前後方向に延びる、いわゆるモヒカン溝部２８に位置している。

図１において、センタフレーム１２は、車両ルーフ２６に設けられ、両側のルーフサイドレール１０間において車幅方向に延設され、両端部に荷重受け部１２Ａ（図２）が設けられた補強部材であり、車両ルーフ２６に形成されたルーフ開口部３０を跨ぐように配置されている。即ち、本実施形態における車両ルーフ２６には、例えばサンルーフが設けられている。

図２，図３において、センタフレーム１２は、例えば２枚の鋼板を車両上下方向に重ね合わせて接合することで構成されている。このセンタフレーム１２の一般部１２Ｂは、例えば断面逆ハット形に成形されている。この一般部１２Ｂの両端部には、車両上側に折り曲げられ、縦壁状に形成された荷重受け部１２Ａが設けられている。更にこの荷重受け部１２Ａの上端には、車幅方向外側に略水平に折り曲げ形成された上段フランジ１２Ｃ及び下段フランジ１２Ｄが設けられている。下段フランジ１２Ｄは、前後の上段フランジ１２Ｃの間に設けられている。即ち、上段フランジ１２Ｃ及び下段フランジ１２Ｄは、全体として例えば断面逆ハット形に成形されている。

前後の上段フランジ１２Ｃの下面には、夫々荷重伝達部材１４が結合されており、前後の上段フランジ１２Ｃは、例えばボルト３２及びナット（図示せず）を用いて、荷重伝達部材１４と夫々締結固定されている。図２に示されるように、センタフレーム１２の一般部１２Ｂの車両上側には、サンルーフのガイドレール３４が、例えばかしめにより固定されている。このガイドレール３４は、車幅方向の両側において夫々車両前後方向に延びている。

図２，図３において、荷重伝達部材１４は、ルーフサイドレール１０とセンタフレーム１２とを連結するように該ルーフサイドレール１０及び該センタフレーム１２に結合され、該センタフレーム１２との結合部４０より車両下方において荷重受け部１２Ａと車幅方向に近接対向する荷重伝達端４２が設けられ、側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を、結合部４０を基準とした荷重伝達端４２の高さ設定により調整可能に構成されている。この荷重伝達部材１４は、例えば鋼板をプレス成形して構成されている。

図４において、荷重伝達部材１４は、車両前後方向に離間した一対の結合部４０を有している。この結合部４０は、例えば平面状に構成され、ボルト３２（図３）を通すための貫通孔１４Ｂが夫々設けられている。図３に示されるように、荷重伝達部材１４は、結合部４０において、センタフレーム１２における前後の上段フランジ１２Ｃの下面に、ボルト３２及びナット（図示せず）を用いて、夫々結合されている。

前後の結合部４０の車幅方向外側の端縁には、車幅方向外側に斜め下方へ延びる傾斜面１４Ｃが夫々設けられている。この傾斜面１４Ｃには、ボルト（図示せず）を通すための貫通孔１４Ｄが夫々設けられている。図２に示されるように、荷重伝達部材１４は、この傾斜面１４Ｃにおいて、ルーフサイドレール１０のルーフサイドレールインナ１８に締結固定されている。また図６，図７（Ａ）において、前後の結合部４０の車幅方向内側の端縁には、車両下方側へ延びる側壁部１４Ｍが夫々設けられている。

図４において、車両前側の結合部４０の前縁、及び車両後側の結合部４０の後縁には、車両下方側へ延びる側壁部１４Ｅが夫々設けられている。一方、図４，図６に示されるように、車両前側の結合部４０の後縁には、車両後方側かつ車両下方側へ延びる傾斜面１４Ｆが設けられている。同様に、車両後側の結合部４０の前縁にも、車両前方側かつ車両下方側へ延びる傾斜面１４Ｆが設けられている。前後の傾斜面１４Ｆの下縁同士は、車両前後方向へ延びる底面部１４Ｇにより連結されている。図４，図５に示されるように、荷重伝達端４２は、この底面部１４Ｇの車幅方向内側の端縁である。

図４において、車両前側の側壁部１４Ｅは、車両前側の傾斜面１４Ｃの前縁に連なり、車両後側の側壁部１４Ｅは、車両後側の傾斜面１４Ｃの後縁に連なっている。車両前側の傾斜面１４Ｃの後縁、及び車両後側の傾斜面１４Ｃの前縁には、車両下方側へ延びる側壁部１４Ｈが夫々設けられている。側壁部１４Ｅ，１４Ｈの下縁には、車両前後方向に張り出すフランジ部１４Ｊが夫々設けられている。即ち、荷重伝達部材１４における結合部４０から傾斜面１４Ｃにかけての領域は、断面ハット形に構成されている。

図３に示されるように、荷重伝達部材１４の車両下方には、カーテンシールドエアバッグ３６がルーフサイドレール１０（図２）の長手方向に沿って配設されるようになっている。フランジ部１４Ｊの一部には、カーテンシールドエアバッグ３６を避けるように、車両前後方向から見て例えば円弧状の凹部１４Ｋが形成されている。前後の結合部４０の間には、凹部１４Ｋに対応する半円筒部１４Ｌが設けられている。この半円筒部１４Ｌの車幅方向内側の端縁は、底面部１４Ｇに連なっている。

図４，図５において、荷重伝達部材１４のうち、センタフレーム１２との結合部４０に対応する部位、及び荷重伝達端４２に対応する部位は、補強板３８が接合された二重構造とされている。この補強板３８は、例えば鋼板をプレス成形して構成されており、荷重伝達部材１４の結合部４０に対応して車両前後方向に離間した一対の上段部３８Ａを有している。この上段部３８Ａは、例えば平面状に構成され、ボルト３２（図３）を通すための貫通孔３８Ｂが夫々設けられている。また上段部３８Ａには、延長部３８Ｃが車幅方向外側に突出形成されている。

更に車両前側の上段部３８Ａの前縁及び車幅方向内側の端縁には、車両下方側へ延び例えば車両平面視で断面Ｌ字形の側壁部３８Ｄ，３８Ｅが設けられている。同様に、車両後側の上段部３８Ａの後縁及び車幅方向内側の端縁にも、車両下方側へ延び例えば車両平面視で断面Ｌ字形の側壁部３８Ｄ，３８Ｅが設けられている。

車両前側の上段部３８Ａの後縁には、車両後方側かつ車両下方側へ延びる傾斜面３８Ｆが設けられている。同様に、車両後側の上段部３８Ａの前縁にも、車両前方側かつ車両下方側へ延びる傾斜面３８Ｆが設けられている。前後の傾斜面３８Ｆの下縁同士は、車両前後方向へ延びる下段部３８Ｇにより連結されている。この下段部３８Ｇの車幅方向内側の端縁３８Ｈも、センタフレーム１２（図２）への荷重伝達端となっている。

補強板３８は、例えばスポット溶接により荷重伝達部材１４の下面に接合されている。具体的には、図７（Ａ）に示されるように、補強板３８のうち、延長部３８Ｃが荷重伝達部材１４における結合部４０の下面に、例えばスポット溶接により接合され、また側壁部３８Ｄが、荷重伝達部材１４における側壁部１４Ｍの内面（車幅方向外側面）に、例えばスポット溶接により接合されている。図６に示されるように、側壁部３８Ｅは、荷重伝達部材１４における側壁部１４Ｅの内面（車両前後方向内側面）に近接又は当接している。

荷重伝達部材１４の底面部１４Ｇと、補強板３８の下段部３８Ｇは、例えばその中央部において、スポット溶接により接合されている。この状態において、図６，図７（Ｂ）に示されるように、荷重伝達部材１４の底面部１４Ｇと、補強板３８の下段部３８Ｇとは、その間に隙間Ａを有する閉断面構造となっている。図６に示されるように、隙間Ａは、荷重伝達部材１４の傾斜面１４Ｆと、補強板３８の傾斜面３８Ｆとの間にも設けられている。この隙間Ａが形成されるように補強板３８を設けることで、荷重伝達部材１４の剛性を高めつつ、センタフレーム１２への荷重伝達端となる領域を、車両上下方向に広く確保できるようになっている。

荷重伝達部材１４では、側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を、センタフレーム１２と荷重伝達部材１４との結合部４０を基準とした荷重伝達端４２の高さ設定により調整することができるようになっている。この高さ設定とは、結合部４０を基準とした底面部１４Ｇの深さ設定に相当する。図７（Ｂ）に示される深さＺ１と、図８に示される深さＺ２とを比較すると、Ｚ１＞Ｚ２である。図７（Ｂ）に示されるように、深さＺ１を比較的大きく設定することで、側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を大きくすることができ、また図８に示されるように、深さＺ２を比較的小さく設定することで、側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を小さくすることができるようになっている。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図９において、本実施形態に係る車両のルーフ構造Ｓでは、側面衝突により車両側部に側突荷重Ｆが入力されると、該側突荷重Ｆが、ルーフサイドレール１０からセンタフレーム１２に、荷重伝達部材１４を介して伝達される。この際、荷重伝達部材１４からセンタフレーム１２への側突荷重Ｆの伝達は、２つの経路を介して行われる。第１の経路は、荷重伝達部材１４とセンタフレーム１２との結合部４０を通じた経路である。第２の経路は、荷重伝達部材１４や補強板３８の端縁３８Ｈがセンタフレーム１２の荷重受け部１２Ａに当接することで形成される経路である。

第１の経路では、ルーフサイドレール１０のルーフサイドレールインナ１８と、荷重伝達部材１４の傾斜面１４Ｃとの結合位置が、結合部４０よりも車両下方に位置しているので、ルーフサイドレール１０から荷重伝達部材１４に側突荷重Ｆが伝達されることで、センタフレーム１２には結合部４０を介した曲げモーメントＭ１が入力されることとなる。また第２の経路では、荷重伝達部材１４や補強板３８の端縁３８Ｈが、該荷重伝達部材１４とセンタフレーム１２との結合部４０より車両下方においてセンタフレーム１２の荷重受け部１２Ａと近接対向しているので、荷重伝達端４２から荷重受け部１２Ａに側突荷重Ｆが伝達されることで、センタフレーム１２には結合部４０付近を中心とした曲げモーメントＭ２が入力されることとなる。

このとき、本実施形態に係る車両のルーフ構造Ｓでは、荷重伝達部材１４のうち、センタフレーム１２との結合部４０に対応する部位、及び荷重伝達端４２に対応する部位が、補強板３８が接合された二重構造とされているので、荷重伝達部材１４からセンタフレーム１２への側突荷重Ｆの伝達時に、該荷重伝達部材１４の変形を抑制することができる。特に、図６に示されるように、荷重伝達部材１４の底面部１４Ｇと、補強板３８の下段部３８Ｇとが、その間に隙間Ａを有する閉断面構造となっているので、荷重伝達部材１４の剛性を高めつつ、センタフレーム１２への荷重伝達端となる領域を、車両上下方向に広く確保することができる。このため、荷重伝達部材１４からセンタフレーム１２へ、側突荷重Ｆを効率的に伝達することができる。

第１の経路及び第２の経路を介して側突荷重Ｆが伝達されることで、センタフレーム１２に曲げ応力が生じるが、本実施形態では、この曲げ応力を、荷重伝達部材１４の結合部４０を基準とした荷重伝達端４２の高さ設定により、車種に応じて調整することができる。即ち、図９における曲げモーメントＭ２の大きさは、結合部４０から荷重伝達端４２までの距離に比例するので、図７（Ｂ）に示されるように、深さＺ１を比較的大きく設定することで、側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を大きくすることができ、また図８に示されるように、深さＺ２を比較的小さく設定することで、側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる曲げ応力を小さくすることができる。

図１０には、側面衝突発生から所定時間経過後における、深さＺ１，Ｚ２の場合についてのセンタフレーム１２の変形量が夫々模式的に示されている。図中、実線で示されているのが、深さＺ１の場合であり、二点鎖線で示されているのが、深さＺ２の場合である。センタフレーム１２に生じる曲げ応力が比較的小さい深さＺ２の場合（二点鎖線）の方が、深さＺ１の場合（実線）よりも変形量が少なくなっていることがわかる。

本実施形態では、このように側面衝突時にセンタフレーム１２に生じる応力を、荷重伝達部材１４の形状設定により調整することができるので、異なる車種間でサンルーフ等のセンタフレーム１２を共用化することができる。このため、車両２０の製造コストを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、補強部材としてセンタフレーム１２を挙げたが、補強部材はこれに限られるものではなく、ルーフ開口部３０を有しない車両ルーフに一般に用いられるルーフリインフォースメント（図示せず）であってもよい。また荷重伝達部材１４の一部が補強板３８により二重構造とされるものとしたが、これに限られず、補強板３８を用いない構成としてもよい。

車両ルーフのルーフ開口部にセンタフレームを有する車両を示す斜視図である。 車両のルーフ構造を示す、図１における２−２矢視拡大断面図である。 センタフレーム及び荷重伝達部材の結合状態を示す拡大斜視図である。 荷重伝達部材を示す分解斜視図である。 荷重伝達部材を示す平面図である。 車両中央側からの側面視において、荷重伝達部材を示す正面図である。 （Ａ）荷重伝達部材を示す、図６における７Ａ−７Ａ矢視断端面図である。（Ｂ）荷重伝達部材を示す、図６における７Ｂ−７Ｂ矢視断端面図である。 荷重伝達端の高さ位置が比較的高く設定された荷重伝達部材を示す、図６における８−８矢視断面図である。 図２に対応する断面位置において、側面衝突時に、ルーフサイドレールから荷重伝達部材を介してセンタフレームに側突荷重が伝達され、センタフレームが車両上方に凸となる方向に曲げ変形している状態を示す断面図である。 側面衝突発生から所定時間経過後における、センタフレームの変形状態を示す模式図である。

符号の説明

１０ ルーフサイドレール
１２ センタフレーム（補強部材）
１２Ａ 荷重受け部
１４ 荷重伝達部材
２６ 車両ルーフ
３０ ルーフ開口部
３８ 補強板
４０ 結合部
４２ 荷重伝達端
Ｓ 車両のルーフ構造

Claims (3)

1. 車両上部の車幅方向両側において車両前後方向に夫々延設されたルーフサイドレールと、
   車両ルーフに設けられ、両側の前記ルーフサイドレール間において車幅方向に延設され、両端部に荷重受け部が設けられた補強部材と、
   前記ルーフサイドレールと前記補強部材とを連結するように該ルーフサイドレール及び該補強部材に結合され、該補強部材との結合部より車両下方において前記荷重受け部と車幅方向に近接対向する荷重伝達端が設けられ、側面衝突時に前記補強部材に生じる曲げ応力を、前記結合部を基準とした前記荷重伝達端の高さ設定により調整可能な荷重伝達部材と、
   を有することを特徴とする車両のルーフ構造。
2. 前記補強部材は、車両ルーフに形成されたルーフ開口部を跨ぐように配置されるセンタフレームであることを特徴とする請求項１に記載の車両のルーフ構造。
3. 前記荷重伝達部材のうち、前記補強部材との前記結合部に対応する部位、及び前記荷重伝達端に対応する部位は、補強板が接合された二重構造とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両のルーフ構造。

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