JP2018154294A - 車体前部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーラップ量が小さいオフセット前面衝突を考慮した車体前部構造を提供する。【解決手段】サイドメンバ２０よりも低い位置に、サスペンションクロスメンバ２７から車体前方に向けて延びるサブフレーム５０が設けられている。サブフレーム５０はサブフレーム本体５２と、サブフレーム本体５２の前端部に設けられた荷重伝達部材７０とを含んでいる。荷重伝達部材７０はサイドメンバ２０の車体外側の面よりも外側に突き出ている。サブフレーム本体５２の長手方向の一部で荷重伝達部材７０の後側に、変形制御部１３０が形成されている。変形制御部１３０の車体幅方向に沿う断面は、荷重伝達部材７０の前方から入力する衝突荷重が変形制御部１３０に伝達されたときに、変形制御部１３０がパワープラント３８と干渉する方向に変形可能な断面形状としている。【選択図】図４

Description

この発明は、車両の前部を構成する車体前部構造に係り、特にオーバーラップ量の小さなオフセット衝突を考慮した車体前部構造に関する。

車両に衝突荷重が入力する場合を想定して、乗員を保護するための車体前部構造が提案されている。車両の前面衝突には、衝突相手物が自車のサイドメンバの車体外側の面に沿って前方から移動してくるようなオーバーラップ量の小さなオフセット衝突（スモールオーバーラップ衝突と呼ぶ）がある。このような衝突形態の場合、衝突相手物を骨格部材であるサイドメンバで受けることができないため、衝突相手物がキャビン（車室）側へ侵入してくる可能性がある。

例えば特許文献１に記載されているように、サイドメンバの車体外側の面にガゼットを設け、このガゼットによって衝突荷重をサイドメンバに伝達するようにした車体前部構造が提案されている。あるいは特許文献２に示されるように、バンパビームの端部とサイドメンバとの間にガゼットを設け、このガゼットによって衝突荷重をサイドメンバに伝達する車体前部構造も提案されている。特許文献１，２の車体前部構造は、衝突荷重によってサイドメンバを屈曲変形させ、エンジンを押圧することで、車体同士を遠ざけてキャビンを保護するようにしている。

特開２０１５−１３７０８０号公報 特開２０１５−１８９４０８号公報

特許文献１，２のように衝突荷重をサイドメンバに伝達させてエンジンを押圧する方向に変形させる構成の場合、例えば車高が高い車両と車高が低い車両とが互いに正面方向から衝突するスモールオーバーラップ衝突の際に、車高が高い方の車両はサイドメンバに衝突せず、サイドメンバがエンジンを押圧する方向に変形しない可能性がある。

従ってこの発明は、オーバーラップ率が小さいオフセット衝突で、かつ、サイドメンバよりも低い位置から衝突相手物が衝突してくるような場合でも、車体前部を衝突相手物から離す方向に移動させることができる車体前部構造を提供することにある。

１つの実施形態の車体前部構造は、車体の前後方向に延びるサイドメンバと、前記サイドメンバよりも低い位置に配置されかつ前記車体の幅方向に延びるサスペンションクロスメンバとを備えた車体前部構造であって、前記サイドメンバよりも低い位置に配置され、前記サスペンションクロスメンバから車体前方に向けて延びるサブフレーム本体と、前記サブフレーム本体の前端部に設けられた荷重伝達部材とを有している。荷重伝達部材は、前記サイドメンバの車体外側の面よりも外側に突き出る前端と、前記前端から後端に向かって前記サブフレーム本体に近付く斜辺部とを有している。また前記サブフレーム本体の長手方向の一部に変形制御部が形成されている。この変形制御部は、前記荷重伝達部材の前記後端の後側に形成され、前記荷重伝達部材に車体前方からの荷重が入力したときに前記荷重伝達部材に押されることによりエンジンルーム内の構造物と干渉する方向に変形可能な断面形状としている。

前記荷重伝達部材の一例は、上方から見て、前記サイドメンバの車体外側の面よりも車体外側に突き出る前端と、この前端から車体後方に延びる前記斜辺部とを有する三角形をなし、該荷重伝達部材の前記後端が前記変形制御部の前側に接続されている。また前記変形制御部の一例は、前記サブフレーム本体の長手方向の一部の車体外側の面に、車体内側にへこむ形状のくびれ部を有している。

前記変形制御部は、車体幅方向に沿う断面に関し、車体の外上側から車体の内下側に向かう第１の軸まわりの断面係数と比較して、車体の外下側から車体の内上側に向かう第２の軸まわりの断面係数が大きくてもよい。さらに前記サブフレーム本体が下側パネル部材と上側パネル部材とを有し、前記下側パネル部材は、前記変形制御部の車体幅方向に沿う断面において前記第２の軸上に位置する稜線部を有し、前記上側パネル部材は、前記断面において車体の外上側から車体の内下側に向かって傾斜した形状の上面壁を前記第２の軸上に有していてもよい。前記変形制御部が車体内側に突き出る第１フランジを有していてもよいし、前記変形制御部が上方に突き出る第２フランジを有していてもよい。

本発明の車体前部構造によれば、衝突相手物が車両前方からサイドメンバの車体外側の面に沿ってサイドメンバよりも低い位置から衝突してくるようなオーバーラップ率が小さいオフセット衝突の際に、荷重伝達部材に入力した衝突荷重が変形制御部に伝わり、変形制御部がエンジンルーム内の剛性の大きい構造物（例えばパワープラント）と干渉する方向に変形することにより、車体を衝突相手物から離れる方向（車体幅方向）に移動させることができる。

１つの実施形態に係る車体前部構造を備えた車体の一部の平面図。 図１に示された車体の一部の側面図。 図１に示された車体の一部を前方から見た正面図。 図１に示された車体の一部を上方から見た平面図。 図１に示された車体の一部をなすサブフレームの斜視図。 図５に示されたサブフレームの分解斜視図。 図５に示されたサブフレームの平面図。 図７中のＦ８−Ｆ８線に沿うサブフレームの断面図。 図７中のＦ９−Ｆ９線に沿うサブフレームの断面とパワープラントを示す断面図。

以下に１つの実施形態に係る車体前部構造を備えた車両１０について、図１から図９を参照して説明する。図１は車両１０の車体１１の前部（車体前部１１ａと称す）を構成する骨格部材等を模式的に表した平面図である。図２は車体前部１１ａの側面図である。図３は車体前部１１ａの一部の正面図、図４は車体前部１１ａの一部を上方から見た平面図である。

図１に示すように車体１１は一対のサイドメンバ２０，２１を含んでいる。サイドメンバ２０，２１は車体の骨格をなすフレーム部材の一例であり、それぞれ車体１１の前後方向（車両１０の前後方向）に延びている。図１，図５，図７中の矢印Ｘ１は車体の前方、矢印Ｘ２は車体の後方を示している。図１中の矢印Ｙは車体の幅方向を示している。また図３，図５，図７，図８中の矢印Ｚ１は車体外側、矢印Ｚ２は車体内側を示している。

図２に示されるようにサイドメンバ２０，２１の前端側に設けられたプレート２２とクラッシュカン２３とを介してバンパビーム２６が設けられている。サイドメンバ２０，２１の下側に、車体の幅方向に延びるサスペンションクロスメンバ２７が配置されている。サスペンションクロスメンバ２７の一端２７ａと他端２７ｂは、それぞれ、連結部材２８（図２に一方のみ示す）を介してサイドメンバ２０，２１に固定されている。

サスペンションクロスメンバ２７の車体幅方向の一端２７ａと他端２７ｂとに、それぞれ、フロントサスペンションの一部をなすサスペンションアーム３０，３１が設けられている。サスペンションアーム３０，３１は、サイドメンバ２０，２１に対し上下方向に揺動可能に支持されている。サスペンションアーム３０，３１は、それぞれナックル部材を介して前輪３２，３３を支持している。

車体１１の下部には、サイドメンバ２０，２１に沿ってサイドシル３４，３５（図１に示す）が設けられている。サイドシル３４，３５間の床部に配置されたフロア部材の上方に、乗員のためのキャビン（車室）３６が形成されている。キャビン３６の前方にエンジンルーム３７が形成されている。エンジンルーム３７には、パワープラント３８をはじめとして、走行に必要な構造物が配置されている。キャビン３６内の操縦席にステアリングホィール３９が配置されている。

サイドメンバ２０，２１の前端部の下面に、それぞれブラケット４０，４１が固定されている。一方のブラケット４０とサスペンションクロスメンバ２７の一端２７ａとの間に第１のサブフレーム５０が設けられている。他方のブラケット４１とサスペンションクロスメンバ２７の他端２７ｂとの間に第２のサブフレーム５１が設けられている。これらサブフレーム５０，５１の前端部間に、車体の幅方向に延びるフロントエンドクロスメンバ２５が設けられている。

以下に一方のサブフレーム５０の構成と作用について説明する。
図５はサブフレーム５０の斜視図、図６はサブフレーム５０の分解斜視図、図７はサブフレーム５０の平面図である。図６等に示されるようにサブフレーム５０は、サブフレーム本体５２を構成する下側パネル部材６０と、下側リンフォース部材６１と、上側リンフォース部材６２と、上側パネル部材６３と、荷重伝達部材７０とを含んでいる。これら各部材は、例えば板金のプレス成形品である。荷重伝達部材７０は、第１部材７１と第２部材７２とによって構成されている。

下側パネル部材６０と、下側リンフォース部材６１と、上側リンフォース部材６２と、上側パネル部材６３とを、適宜位置にてスポット溶接等によって結合することにより、４枚の部材６０，６１，６２，６３からなる積層構造のサブフレーム本体５２が構成されている。サブフレーム本体５２は車体前側に位置する前端５２ａ（図７に示す）と、車体後側に位置する後端５２ｂとを有している。サブフレーム本体５２の前端部の車体外側の面に、荷重伝達部材７０が溶接によって固定されている。荷重伝達部材７０については後に詳しく説明する。

下側パネル部材６０は、底壁６０ａと、底壁６０ａの車体外側の側部から立ち上がるフランジ部６０ｂとを有している。底壁６０ａの後端部には、ボルト８０，８１（図５に示す）を挿入する筒部８２，８３が配置される孔８４，８５が形成されている。底壁６０ａの前端部には、ボルト８６（図５に示す）を挿入する孔８７が形成されている。フランジ部６０ｂには、ボルト８８，８９（図５に示す）を挿入する孔９０，９１が形成されている。

下側リンフォース部材６１は、下側パネル部材６０の底壁６０ａの上面に重なる第１の補強部６１ａと、下側パネル部材６０のフランジ部６０ｂに重なる第１のフランジ補強部６１ｂとを有している。図７に示されるように下側リンフォース部材６１は、サブフレーム本体５２の後端５２ｂから長さＬ１にわたって設けられている。

上側リンフォース部材６２は、下側リンフォース部材６１の第１の補強部６１ａの上面に重なる第２の補強部６２ａと、下側リンフォース部材６１の第１のフランジ補強部６１ｂに重なる第２のフランジ補強部６２ｂとを有している。図７に示されるように上側リンフォース部材６２は、サブフレーム本体５２の後端５２ｂから長さＬ２にわたって設けられている。上側リンフォース部材６２の長さＬ２は、下側リンフォース部材６１の長さＬ１よりも小さい。

上側パネル部材６３は、下側パネル部材６０の底壁６０ａと同等の長さの上面壁６３ａと、上面壁６３ａの車体外側の側部から立ち上るフランジ部６３ｂとを有している。上面壁６３ａは、上側リンフォース部材６２に重なる後半部分６３ｃと、下側パネル部材６０に重なる前半部分６３ｄとを含んでいる。上面壁６３ａの後端部には、下側パネル部材６０の孔８４，８５と対応した位置に孔９５，９６が形成されている。上面壁６３ａの前端部には、下側パネル部材６０の孔８７と対応した位置に孔９７が形成されている。フランジ部６３ｂには、下側パネル部材６０の孔９０，９１と対応した位置に孔９８，９９が形成されている。

荷重伝達部材７０は、第１部材７１と第２部材７２とを互いに結合することによって、上方から見た形状が略三角形となるように形成されている。荷重伝達部材７０の前端７０ａはサイドメンバ２０の車体外側の面よりも外側に突き出ている。第１部材７１は、上方から見て略三角形の上板部１００および下板部１０１と、これら上板部１００および下板部１０１同士を互いにつなぐ第１の斜辺部１０２と、上板部１００に形成された折曲縁部１０３とを含んでいる。

第２部材７２は、第１の斜辺部１０２に沿う第２の斜辺部１１０と、第２の斜辺部１１０の前端から車体内側に向かって延びる端板部１１１と、第２の斜辺部１１０の後端から車体後方に延びる延長部１１２とを有している。図８に示すように第１部材７１と第２部材７２とを互いに溶接部１２０等によって固定することにより、第１部材７１と第２部材７２とからなる剛性の高い荷重伝達部材７０が構成されている。

図８は、図７中のＦ８−Ｆ８線に沿うサブフレーム５０の車体幅方向に沿う断面を表している。図８に示されるように、第１部材７１の折曲縁部１０３が溶接部１２１等によって下側パネル部材６０のフランジ部６０ｂに固定される。また第１部材７１の下板部１０１の先端が溶接部１２２等によって下側パネル部材６０の底壁６０ａに固定される。さらに第２部材７２の延長部１１２が下側パネル部材６０のフランジ部６０ｂに溶接される。こうして荷重伝達部材７０がサブフレーム本体５２に固定されることにより、サブフレーム（サブフレームアセンブリとも称す）５０が構成されている。

車体１１に対するサブフレーム５０の取付けは、サブフレーム５０の後端側をボルト８０，８１（図５に示す）によってサスペンションクロスメンバ２７に固定し、また、サブフレーム５０の前端側をボルト８６，８８，８９（図５に示す）によってサイドメンバ２０の下面のブラケット４０に固定する。

図９は、図７中のＦ９−Ｆ９線に沿うサブフレーム５０の断面と、エンジンルーム３７に配置される構造物の一例であるパワープラント３８の一部を模式的に表している。パワープラント３８はエンジンとトランスミッション等の駆動系を含み、比較的剛性が大きく実質的に剛体である。図９には構造物の一例として、パワープラント３８の一部をなすエンジンやトランスミッション３８ａの一部とオイルパン３８ｂの一部が示されている。図９に示されるようにサブフレーム本体５２は、パワープラント３８に向かって水平方向に突き出る第１フランジＦＬ１と、上方に突き出る第２フランジＦＬ２とを有している。

本実施形態のサブフレーム５０は、サブフレーム本体５２の長手方向の中間部（前端５２ａと後端５２ｂとの間）に変形制御部１３０を有している。変形制御部１３０の一例は、サブフレーム本体５２の長手方向の中間部の車体外側の面に形成されたくびれ部１３１を有している。そしてこの変形制御部１３０は、荷重伝達部材７０の後端７０ｂの後側に形成されている。

図７に示されるようにサブフレーム５０を上方から見て、くびれ部１３１は、サブフレーム５０の長手方向の中間部の車体外側の面が車体内側にへこむ形状の凹曲面１３２を有している。このような凹曲面１３２を有するくびれ部１３１は、前輪３２の操舵角が最大となった状態（図４に２点鎖線Ｌ３で示す）において、前輪３２の先端部３２ａがサブフレーム５０と干渉することを防ぐための空間を確保する上で有利である。

図９に変形制御部１３０のくびれ部１３１の断面（車体幅方向に沿う断面）が示されている。図９において、変形制御部１３０の断面の中心（図心Ｐ１）まわりに、４５°ごとに、車体上側〜車体外側〜車体下側〜車体内側と、数字（１〜８）が表示されている。この断面において、［１−５軸］は図心Ｐ１を通って車体の上下方向に延びている。［２−６軸］は［１−５軸］に対して４５°の角度をなし、車体の外上側から車体の内下側に向かって、図心Ｐ１を通って斜め方向に延びている。［３−７軸］は図心Ｐ１を通って水平方向に延びている。［４−８軸］は［３−７軸］に対して４５°の角度をなし、車体の外下側から車体の内上側に向かって、図心Ｐ１を通って斜め方向に延びている。［４−８軸］方向は、パワープラント３８に向かう方向である。

この明細書では断面係数に関与する前記［２−６軸］を第１の軸と称し、［４−８軸］を第２の軸と称している。変形制御部１３０は、第１の軸［２−６軸］まわりの断面係数が、第２の軸［４−８軸］まわりの断面係数よりも小さくなるように、図心Ｐ１から断面各部までの距離が設定されている。一例として、図９に示された変形制御部１３０の断面において、上側リンフォース部材６２の第２の補強部６２ａと、上側パネル部材６３の上面壁６３ａとを、それぞれ第１の軸［２−６軸］と同じ方向に傾けた形状としている。

このような断面形状とすることにより、第１の軸［２−６軸］まわりの断面係数を第２の軸［４−８軸］まわりの断面係数をよりも小さくしている。さらに下側パネル部材６０と下側リンフォース部材６１とは、それぞれ、第２の軸［４−８軸］上に位置する稜線部６０ｃ，６１ｃを有している。このような断面形状の変形制御部１３０は、第２の軸［４−８軸］まわりと比較して、第１の軸［２−６軸］まわりすなわちパワープラント３８と干渉する方向に変形しやすくなる。

荷重伝達部材７０の第１の斜辺部１０２と第２の斜辺部１１０とは、それぞれ、荷重伝達部材７０の前端７０ａから後端７０ｂに向かって、サブフレーム本体５２に近付いてゆく斜めの形状となっている。しかも荷重伝達部材７０の後端７０ｂに設けられた延長部１１２が変形制御部１３０の方向に延び、変形制御部１３０の前側に接続されている。この延長部１１２は、くびれ部１３１の前側の位置において、下側リンフォース部材６１の前端と上側リンフォース部材６２の前端に重なることにより、オーバーラップ部１４０（図７に示す）をなしている。このため変形制御部１３０を安定した曲げモードの起点とすることができる。すなわち荷重伝達部材７０の前端７０ａから入力した衝突荷重が荷重伝達部材７０を介して変形制御部１３０付近に伝達されたときに、変形制御部１３０がパワープラント３８と干渉する方向に変形することが可能である。

以下に、本実施形態のサブフレーム５０を備えた車体前部構造の作用の一例について説明する。
図１はスモールオーバーラップ衝突を想定した場合であり、衝突相手物（インパクタ）Ｂが運転席側の車両前方から車体１１に衝突する直前の状態を示している。この明細書で言うスモールオーバーラップ衝突とは、衝突相手物Ｂが車両１０の前方からサイドメンバ２０（または２１）の車体外側の面に沿ってキャビン３６の方向に移動してくる衝突のことで、衝突相手物Ｂとのオーバーラップ量が比較的小さいオフセット前面衝突である。

車両１０の前方から移動してくる衝突相手物Ｂは、最初にバンパビーム２６の端部を変形させ、さらにキャビン３６に向かって移動してくる。ここで衝突相手物Ｂが荷重伝達部材７０の前端７０ａと接する位置まで移動すると、荷重伝達部材７０が車体後方（図７に矢印Ｆ１で示す方向）に押されるため、衝突荷重が荷重伝達部材７０を介してサブフレーム５０の変形制御部１３０付近に向かって矢印Ｆ２で示す方向に伝達される。

この衝突荷重が図７に矢印Ｆ３で示す方向のモーメントに基く力として作用し、変形制御部１３０を車体外側から押すため、変形制御部１３０が図９に矢印Ｆ４で示すように車体の外下側から車体の内上側に向かって、第１の軸［２−６軸まわり］に変形することにより、変形制御部１３０がパワープラント３８と干渉する方向に移動する。

このため変形制御部１３０が２点鎖線Ｌ５で示すようにパワープラント３８等の剛性の大きい構造物と干渉するとともに、例えば変形制御部１３０の第１フランジＦＬ１がトランスミッション３８ａの突起物３８ｃ等に引っかかることにより、変形制御部１３０の過剰な移動が抑制される。パワープラント３８の側壁に車体外側に突き出る凸部３８ｄが存在する場合には、この凸部３８ｄの下面側から第２フランジＦＬ２が突き当たることなどにより、変形制御部１３０の上方への過剰な移動が抑制される場合もある。

このように変形制御部１３０が変形することにより、変形したサブフレーム５０によってパワープラント３８が車体外側から押される。その結果、車体前部１１ａが非衝突側（衝突相手物Ｂから離れる側）すなわち車体幅方向に移動することにより、キャビン３６の変形量が低減される。以上の説明は一方のサブフレーム５０についてであるが、他方のサブフレーム５１も一方のサブフレーム５０と同様に構成されていてもよい。

なお本発明を実施するに当たり、サイドメンバやサスペンションクロスメンバ、サブフレーム等の車体前部構造を構成する各要素の形状や配置等をはじめとして、サブフレーム本体や荷重伝達部材、変形制御部等の具体的な態様を種々に変更して実施できることは言うまでもない。

１０…車両、１１…車体、１１ａ…車体前部、２０，２１…サイドメンバ、２７…サスペンションクロスメンバ、５０，５１…サブフレーム、５２…サブフレーム本体、６０…下側パネル部材、６１…下側リンフォース部材、６２…上側リンフォース部材、６３…上側パネル部材、７０…荷重伝達部材、７０ａ…前端、７０ｂ…後端、１０２，１１０…斜辺部、１３０…変形制御部、１３１…くびれ部、ＦＬ１…第１フランジ、ＦＬ２…第２フランジ。

Claims (6)

1. 車体の前後方向に延びるサイドメンバと、
   前記サイドメンバよりも低い位置に配置されかつ前記車体の幅方向に延びるサスペンションクロスメンバとを備えた車体前部構造であって、
   前記サイドメンバよりも低い位置に配置され、前記サスペンションクロスメンバから車体前方に向けて延びるサブフレーム本体と、
   前記サブフレーム本体の前端部に設けられ、前記サイドメンバの車体外側の面よりも外側に突き出る前端を有し、かつ、前記前端から後端に向かって前記サブフレーム本体に近付く斜辺部を有した荷重伝達部材と、
   前記サブフレーム本体の長手方向の一部で前記荷重伝達部材の前記後端の後側に形成され、前記荷重伝達部材に車体前方からの荷重が入力したときに前記荷重伝達部材に押されることによりエンジンルーム内の構造物と干渉する方向に変形する変形制御部と、
   を具備したことを特徴とする車体前部構造。
2. 前記変形制御部は、前記サブフレーム本体の長手方向の一部の車体外側の面に、車体内側にへこむ形状のくびれ部を有したことを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 前記変形制御部は、車体幅方向に沿う断面に関し、車体の外上側から車体の内下側に向かう第１の軸まわりの断面係数と比較して、車体の外下側から車体の内上側に向かう第２の軸まわりの断面係数が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の車体前部構造。
4. 前記サブフレーム本体が下側パネル部材と上側パネル部材とを有し、前記下側パネル部材は、前記変形制御部の車体幅方向に沿う断面において前記第２の軸上に位置する稜線部を有し、前記上側パネル部材は、前記断面において車体の外上側から車体の内下側に向かって傾斜した形状の上面壁を前記第２の軸上に有したことを特徴とする請求項３に記載の車体前部構造。
5. 前記変形制御部が、車体内側に突き出る第１フランジを有している請求項１から４のいずれか１項に記載の車体前部構造。
6. 前記変形制御部が、上方に突き出る第２フランジを有している請求項５に記載の車体前部構造。

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