JP2021109501A

JP2021109501A - 車両側部構造

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Publication number: JP2021109501A
Application number: JP2020001717A
Authority: JP
Inventors: 拓也大島; Takuya Oshima; 佳祐安田; Keisuke Yasuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-08-02
Anticipated expiration: 2040-01-08
Also published as: JP7259771B2

Abstract

【課題】車両の軽量化を図りつつ、側方衝突時に乗員を適切に保護できる車両側部構造を提供する。【解決手段】車両側部構造は、車両前後方向に延びるロッカアウタＲ／Ｆ１２を備え、前記ロッカアウタＲ／Ｆ１２が、少なくとも一部が前席シート２２の下方に位置する第一部材２８と、前記第一部材２８の後方に配置されるとともに前記第一部材２８と厚みが異なる第二部材３０と、前記第一部材２８の後端と前記第二部材３０の前端とが溶接された溶接部３２であって、前記前席シート２２の下方に位置する溶接部３２と、を有し、前記ロッカアウタＲ／Ｆ１２のうち、少なくとも、前記溶接部３２より前方かつ前記前席シート２２のシートクッション２６の前端より後方となる位置に、周囲より強度が低下した脆弱部４２が設けられている。【選択図】図４

Description

本明細書では、車両前後方向に延びるロッカアウタリーンフォースメントを備えた車両側部構造を開示する。

一般に、車両のフロアの下側かつ車幅方向両端付近には、車両前後方向に延びるロッカアウタリーンフォースメント（以下「ロッカアウタＲ／Ｆ」という）が設けられている。ロッカアウタＲ／Ｆは、車両が障害物に衝突した際には、変形したり、荷重を他部材に伝達したりすることで、車室、ひいては車室内の乗員を保護できるように設計されている。

こうしたロッカアウタＲ／Ｆの肉厚は、想定される衝突荷重の大きさに基づいて決定される。ただし、ロッカアウタＲ／Ｆに求められる肉厚（以下「必要肉厚」という）は、一定ではなく、場所によって異なる。例えば、一般に、前面衝突時に印加される荷重は、側面衝突時および後面衝突時に印加される荷重よりも大きいと想定されるため、ロッカアウタＲ／Ｆの前側部分の必要肉厚は、後側部分の必要肉厚よりも大きくなる。

特開２０１５−５８７４９号公報

かかる場合において、ロッカアウタＲ／Ｆの肉厚を一定にした場合、当然ながら、ロッカアウタＲ／Ｆの肉厚は、最も大きい必要肉厚以上、すなわち、上記の例で言えば、前側部分の必要肉厚以上とする必要がある。この場合、ロッカアウタＲ／Ｆの後側部分は、その厚みが必要以上に大きくなるため、車両の重量が無駄に増加する。

そこで、板厚の異なる板材をレーザ溶接して、テーラードウエルドブランク（以下「ＴＷＢ」と呼ぶ）を構成し、このＴＷＢでロッカアウタＲ／Ｆを構成することも考えられる。この場合、ロッカアウタＲ／Ｆの肉厚を場所によって変えることができ、車両を軽量化できる。

ここで、ＴＷＢでは、板厚の異なる二枚の板材が、厚み方向に重なることなく、溶接される。こうした溶接部は、他部位に比べて強度が弱く、他部位に比べて破断しやすい。かかる溶接部の近傍に、側方から障害物（例えば、電柱等）が衝突すると、溶接部において、破断が生じるおそれがあった。そのため、従来、ロッカアウタをＴＷＢで構成することが難しかった。

なお、特許文献１には、ロッカアウタＲ／Ｆとフロントピラーとを接合するガセットに、脆弱部を設けることで、前面衝突時におけるロッカアウタＲ／Ｆへのモーメント荷重を低減する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１では、上述したＴＷＢの利用についても、側方衝突についても、考慮されていない。

そこで、本明細書では、車両の軽量化を図りつつ、側方衝突時に乗員を適切に保護できる車両側部構造を開示する。

本明細書で開示する車両側部構造は、車両前後方向に延びるロッカアウタＲ／Ｆを備え、前記ロッカアウタＲ／Ｆが、少なくとも一部が前席シートの下方に位置する第一部材と、前記第一部材の後方に配置されるとともに前記第一部材と厚みが異なる第二部材と、前記第一部材の後端と前記第二部材の前端とが溶接された溶接部であって、前記前席シートの下方に位置する溶接部と、を有し、前記ロッカアウタＲ／Ｆのうち、少なくとも、前記溶接部より前方かつ前記前席シートのシートクッションの前端より後方となる位置に、周囲より強度が低下した脆弱部が設けられている、ことを特徴とする。

厚みが異なる第一部材と第二部材とを溶接することで、車両の軽量化が可能となる。また、ロッカアウタＲ／Ｆのうち、溶接部より前方かつ前席シートのシートクッションの前端より後方となる位置に脆弱部を設けることで、ポールが前席シートに着座した乗員の真横から衝突した場合において、ポールは、脆弱部の近傍に衝突することになる。そして、これにより、脆弱部周辺に応力が集中し、溶接部への応力集中が緩和される。結果として、溶接部における破断が抑制され、乗員が適切に保護される。つまり、上記構成によれば、車両の軽量化を図りつつも、乗員を適切に保護できる。

この場合、前記第一部材の肉厚は、前記第二部材の肉厚よりも大きくてもよい。

一般に、前面衝突時の荷重は、後面衝突時の荷重よりも大きくなりやすいため、ロッカアウタＲ／Ｆの前側部分は、後側部分よりも高い強度が求められる。上記構成とすることで、ロッカアウタＲ／Ｆの前側部分について十分な強度を確保しつつ、後側部分の肉厚を小さく抑えることができるため軽量化が可能となる。

また、前記ロッカアウタＲ／Ｆは、車両前後方向および車両上下方向とほぼ平行な側壁と、前記側壁の上端から車幅方向内側に延びる天壁と、前記側壁の下端から車幅方向内側に延びる底壁と、を含み、前記脆弱部は、前記天壁および前記底壁に設けられていてもよい。

天壁および底壁の双方に脆弱部を設けることで、脆弱部における屈曲がより確実に発生し、当該屈曲で、衝突エネルギーを効率的に吸収できる。そして、これにより、溶接部における破断がより確実に防止できる。

また、前記溶接部は、前記前席シートのシートバックの下方に位置してもよい。

かかる構成とした場合、溶接部は、乗員の胸部よりも僅かに後方に位置することになる。そのため、ポールが乗員の胸部の真横に衝突する際、溶接部は、ポールの僅かに後方に位置しており、衝突荷重が溶接部に直接印加されることが抑制され、溶接部の破断がより確実に防止できる。

また、前記溶接部は、前記前席シートと前記後席シートとの間に配置されるセンターピラーの下方に位置してもよい。

かかる構成とした場合、ポールが、溶接部に衝突したとき、ポールは、センターピラーにも衝突することになる。そして、この場合、衝突荷重がセンターピラーでも吸収されるため、溶接部における応力集中が緩和され、溶接部の破断がより確実に防止できる。

本明細書で開示する車両側部構造によれば、車両の軽量化を図りつつ、側方衝突時に乗員を適切に保護できる。

車両を側方から見た概略図であり、ロッカの位置を示す図である。ロッカの概略縦断面図である。ＴＷＢの模式図である。ロッカアウタＲ／Ｆの一部斜視図である。ロッカアウタＲ／Ｆと乗員とポールとの位置関係を示す図である。脆弱部を有さないロッカアウタＲ／Ｆのポール側面衝突時の応力分布図である。脆弱部を有するロッカアウタＲ／Ｆのポール側面衝突時の応力分布図である。

以下、図面を参照して車両側部構造について説明する。図１は、車両を側方から見た概略図であり、ロッカ１０の位置を示す図である。なお、以下の図面において、「Ｆｒ」、「Ｕｐ」、「Ｌｈ」は、それぞれ、車両前方、車両上方、車両左側方を示している。

車室の前部には、乗員１００が着座する前席シート２２が設けられている。前席シート２２は、乗員１００の臀部を支えるシートクッション２６と、シートクッション２６の後端から立脚するとともに乗員１００の背部を支えるシートバック２４と、を有する。車室の床面には、フロアパネル（図示せず）が、設けられている。ロッカ１０は、このフロアパネルの車幅方向両側に配置されている。ロッカ１０は、車両前後方向に延びる骨格部材である。ロッカ１０は、ロッカアウタＲ／Ｆ１２およびロッカインナパネル１４（図１では見えず、図２参照）を組み合わせて構成されるが、これについては後述する。

車両の側部には、乗員１００の乗降口となる前ドア開口１６および後ドア開口１８が、形成されている。各ドア開口１６，１８は、ドア（図示せず）により、開閉自在に覆われている。また、前ドア開口１６と後ドア開口１８との間には、車両上下方向に延びるセンターピラー２０が設けられている。センターピラー２０の下端は、ロッカ１０に連結されている。また、本例では、このセンターピラー２０は、側面視において、前席シート２２のシートバック２４とオーバーラップする位置に設けられている。

図２は、ロッカ１０の概略的な縦断面図である。図２に示すように、ロッカ１０は、ロッカアウタＲ／Ｆ１２と、ロッカインナパネル１４と、を有している。ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、図２に示すように、車両上下方向に立設し、かつ、車両前後方向に延びる側壁３４と、側壁３４の上端から略車幅方向内側に延びる天壁３６と、側壁３４の下端から略車幅方向内側に延びる底壁３８と、天壁３６および底壁３８から上下方向に延びるフランジ４０と、を有している。別の言い方をすると、ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、略ハット形状の断面を有している。ロッカインナパネル１４は、ロッカアウタＲ／Ｆ１２と同様に略ハット形状の断面を有しており、このロッカインナパネル１４の上端および下端が、ロッカアウタＲ／Ｆ１２のフランジ４０に接合される。これにより、ロッカアウタＲ／Ｆ１２とロッカインナパネル１４で、閉断面が形成される。

なお、ここで説明したロッカ１０の構成は、一例であり、その形状や構成要素は、適宜変更されてもよい。例えば、本例では、ロッカインナパネル１４を断面ハット形状としているが、ロッカインナパネル１４は、平板形状であってもよい。また、ロッカインナパネル１４およびロッカアウタＲ／Ｆ１２には、これらを補強するための、別部材が、さらに接合されていてもよい。

ここで、本例のロッカアウタＲ／Ｆ１２は、テーラードウエルドブランク（ｔａｉｌｏｒｗｅｌｄｅｄｂｌａｎｋ：ＴＷＢ）で構成される。ＴＷＢは、板厚の異なる板材をプレス成形前に溶接し、一枚のブランクとしたものである。図３は、ＴＷＢ５０の模式図である。図３において墨ハッチング箇所は、２枚の板材５２ａ，５２ｂを溶接した溶接部５４である。図３に示す通り、ＴＷＢ５０では、２枚の板材５２ａ，５２ｂの端面同士を、溶接（例えばアーク溶接やレーザ溶接等）で接合する。換言すれば、２枚の板材５２ａ，５２ｂは、厚み方向に重なることなく、接合される。ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、こうしたＴＷＢ５０をプレス成形することで構成される。

図４は、ロッカアウタＲ／Ｆ１２の一部斜視図である。図１および図４に示すように、本例のロッカアウタＲ／Ｆ１２は、第一部材２８と、第二部材３０と、第一部材２８および第二部材３０を溶接した溶接部３２と、有する。第一部材２８は、第一の肉厚ｔ１を有しており、図１に示すように、少なくとも一部が、前席シート２２の下方に位置している。換言すれば、第一部材２８の前後方向範囲は、前席シート２２に着座する乗員１００の前後方向範囲とオーバーラップしている。

第二部材３０は、第一部材２８の後方に配置されており、第一の肉厚ｔ１よりも小さい第二の肉厚ｔ２を有している。溶接部３２は、第一部材２８と第二部材３０とが溶接された箇所であり、図１および図４における墨ハッチング箇所である。この溶接部３２では、肉厚がｔ１からｔ２に急激に変化している。また、本例において、溶接部３２のシートバック２４の下方であって、センターピラー２０の下方に位置している。別の見方をすれば、溶接部３２は、前席シート２２に着座する乗員１００の胸部より僅かに後方に位置している。

ここで、溶接部３２を境界としてロッカアウタＲ／Ｆ１２の板厚を変化させる理由について説明する。ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、車両が障害物に衝突した際に、変形したり、衝突荷重を他部材に伝達したりすることで、衝突荷重を吸収するとともに、車室、ひいては乗員を保護する。乗員１００を適切に保護するために、ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、十分な強度を有することが求められるが、このロッカアウタＲ／Ｆ１２に求められる強度（以下「要求強度」という）は、その場所によって異なる。

具体的に説明すると、一般的に、前面衝突時に印加される荷重は、後面衝突時および側面衝突時に印加される荷重よりも大きくなりやすい。そのため、一般的には、ロッカアウタＲ／Ｆ１２の前側部分の要求強度は、後側部分の要求強度よりも大きくなりやすい。このように、場所ごとに要求強度が異なるにも関わらず、ロッカアウタＲ／Ｆ１２の肉厚を均一にした場合、後側部分の肉厚が必要以上に大きくなり、ロッカアウタＲ／Ｆ１２ひいては車両の重量が増加する。そこで、ロッカアウタＲ／Ｆ１２全体の肉厚を小さく抑える一方で、ロッカアウタＲ／Ｆ１２の前側部分だけを補強部材で補強することも考えられる。しかし、この場合、ロッカアウタＲ／Ｆ１２に加えて補強部材を別途用意する必要があり、部品点数の増加を招く。

本例では、重量の増加や部品点数の増加を防止しつつ、ロッカアウタＲ／Ｆ１２の強度を確保するために、上述した通り、厚肉の第一部材２８と、薄肉の第二部材３０と、を接合したＴＷＢで、ロッカアウタＲ／Ｆ１２を構成している。これにより、重量や部品点数の増加を抑えつつ、ロッカアウタＲ／Ｆ１２の前側部分および後側部分それぞれについて適度な強度を確保できる。

ただし、ロッカアウタＲ／Ｆ１２をＴＷＢで構成した場合、溶接部３２の強度が問題となる。すなわち、溶接部３２は、２枚の板材を、アーク溶接やレーザ溶接で、局所的に入熱・溶融して結合させることで構成される。この溶接の際の入熱により、溶接部３２周辺には、溶接に起因する軟化部、いわゆる、ＨＡＺ軟化部が生じやすい。特に、ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、その素材として、高強度鋼材、あるいは、超高強度鋼材が採用されることが多い。かかる高強度鋼材、あるいは、超高強度鋼材は、溶接による熱影響によって鋼板中のマルテンサイトやベイナイトが焼き戻されて硬さが低下しやすく、ＨＡＺ軟化部が顕著に生じる。

こうしたＨＡＺ軟化部が存在する場合、ポール側面衝突時において、ロッカ１０が意に反して破断するおそれがあった。ポール側面衝突とは、電柱等のポール状の障害物が、車両の側面、特に、前席シート２２に着座する乗員１００の真横に衝突する衝突形態のことである。なお、ポールは、乗員１００の真横に限らず、乗員１００より前方位置あるいは後方位置に衝突する場合もあるが、この場合、乗員１００への影響が少ないため、本明細書では、図５に示すように、ポール１１０が、乗員１００、特に、乗員１００の胸部に衝突する場合について説明する。

既述した通り、溶接部３２の前後方向位置は、乗員１００の胸部より僅かに後方となっている。そのため、図５に示すように、ポール１１０が、乗員１００の胸部に衝突した場合、ポール１１０は、溶接部３２より僅かに前方に位置する。換言すれば、この場合、ポール側面衝突による衝突荷重は、ロッカアウタＲ／Ｆ１２のうち、溶接部３２の近傍に印加される。

側方から衝突荷重が印加された場合、ロッカアウタＲ／Ｆ１２は、大きく変形することで、当該衝突荷重を吸収する。しかしながら、溶接部３２にＨＡＺ軟化部が存在すると、ポール側面衝突時に、溶接部３２に応力が集中し、当該溶接部３２において破断が生じるおそれがあった。

本例では、こうした溶接部３２への応力集中を緩和するために、ロッカアウタＲ／Ｆ１２のうち、シートクッション２６の前端より後方かつ溶接部３２より前方となる位置に脆弱部４２を設けている。これについて、図１および図５を参照して説明する。図１、図５において、Ｌａは、脆弱部４２（図１、図５では見えず）の前後方向位置を示している。

図５に示すように、また、上述した通り、脆弱部４２は、溶接部３２より前方に設けられている。したがって、脆弱部４２は、溶接部３２より前方に配置された第一部材２８に設けられる。また、本例では、図４に示す通り、貫通孔を脆弱部４２としており、当該脆弱部４２（貫通孔）を、第一部材２８の天壁３６および底壁３８それぞれに一つずつ設けている。このように、天壁３６および底壁３８の双方に脆弱部４２を設けることで、当該脆弱部４２付近でのロッカアウタＲ／Ｆ１２の屈曲が生じやすくなる。

また、脆弱部４２は、図１に示すように、また、上述した通り、シートクッション２６の前端より後方に位置している。かかる配置とすることで、脆弱部４２が、乗員１００に衝突するポール１１０から過度に離れないため、ポール側面衝突時において、応力が脆弱部４２に集中しやすくなる。本例では、特に、乗員１００の胸部に衝突するポール１１０と、脆弱部４２と、の位置を近づけるために、当該脆弱部４２を、溶接部３２から前方３００ｍｍ以内、より望ましくは、溶接部３２から前方１５０ｍｍ以内の範囲に配置している。なお、３００ｍｍおよび１５０ｍｍは、一般的な電柱の直径および半径である。

以上のような構成とすることで、ポール１１０が、乗員１００、特に乗員１００の胸部に衝突した際、応力が溶接部３２ではなく、脆弱部４２に集中しやすくなる。そして、その結果、脆弱部４２において、ロッカアウタＲ／Ｆ１２が大きく変形する。この脆弱部４２の変形で衝突荷重が吸収されるため、車室空間、ひいては、乗員１００が適切に保護されるとともに、溶接部３２への応力集中が緩和され、溶接部３２における破断が効果的に抑制される。

次に、この脆弱部４２の効果について図６、図７を参照して説明する。図６は、脆弱部４２が無い場合のポール側面衝突時におけるロッカアウタＲ／Ｆ１２の応力分布を示す図である。また、図７は、脆弱部４２を設けた場合のポール側面衝突時におけるロッカアウタＲ／Ｆ１２の応力分布を示す図である。図６、図７では、応力が大きいほど、墨ハッチングの濃度を濃くしている。

図６、図７の比較から明らかな通り、脆弱部４２を設けた場合（図７の場合）、脆弱部４２を設けない場合（図６の場合）に比べて、ロッカアウタＲ／Ｆ１２が、急峻に屈曲し、屈曲部付近に応力が集中しやすくなっている。その一方で、脆弱部４２を設けた場合（図７の場合）、脆弱部４２を設けない場合（図６の場合）に比べて、溶接部３２付近への応力集中が緩和されていることが分かる。その結果、本例のように、脆弱部４２を設けた場合、溶接部３２における破断が効果的に防止でき、乗員１００をより適切に保護できる。

以上の説明から明らかな通り、本明細書で開示する車両側部構造によれば、ロッカアウタＲ／Ｆ１２にＴＷＢを適用できるため、車両を軽量化できる。また、ロッカアウタＲ／Ｆ１２に脆弱部４２を設けることで、ポール側面衝突時のロッカアウタＲ／Ｆ１２の挙動をコントロールでき、乗員１００を適切に保護できる。つまり、本明細書で開示する車両側部構造によれば、車両の重量を軽減して車両の軽量化を図りつつ、側方衝突時に乗員１００を適切に保護できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、ロッカアウタＲ／Ｆ１２が、溶接部３２を介して連結された第一部材２８および第二部材３０を有し、ロッカアウタＲ／Ｆ１２のうち、溶接部３２より前方かつシートクッション２６の前端より後方となる位置に脆弱部４２が、設けられているのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、天壁３６および底壁３８に形成された貫通孔を脆弱部４２としていたが、脆弱部４２は、その周囲よりも強度が低下しているのであれば、他の形態でもよい。例えば、脆弱部４２は、薄肉部や屈曲部、ビード形状、座形状等でもよい。また、脆弱部４２は、溶接部３２より前方かつシートクッション２６の前端より後方に位置するのであれば、その配置位置や個数も変更されてもよい。したがって、脆弱部４２は、天壁３６および底壁３８に替えて、または、加えて、側壁３４やフランジ４０に形成されてもよい。また、これまでの説明では、第一部材２８の肉厚ｔ１が、第二部材３０の肉厚ｔ２よりも大きい場合を説明したが、第二部材３０の肉厚ｔ２が、第一部材２８の肉厚ｔ１より大きくてもよい。また、脆弱部４２は、溶接部３２より後方にも追加で設けられていてもよい。

１０ロッカ、１２ロッカアウタＲ／Ｆ、１４ロッカインナパネル、１６前ドア開口、１８後ドア開口、２０センターピラー、２２前席シート、２４シートバック、２６シートクッション、２８第一部材、３０第二部材、３２溶接部、３４側壁、３６天壁、３８底壁、４０フランジ、４２脆弱部、５０ＴＷＢ、１００乗員、１１０ポール。

Claims

車両前後方向に延びるロッカアウタリーンフォースメントを備え、
前記ロッカアウタリーンフォースメントが、
少なくとも一部が前席シートの下方に位置する第一部材と、
前記第一部材の後方に配置されるとともに前記第一部材と厚みが異なる第二部材と、
前記第一部材の後端と前記第二部材の前端とが溶接された溶接部であって、前記前席シートの下方に位置する溶接部と、
を有し、前記ロッカアウタリーンフォースメントのうち、少なくとも、前記溶接部より前方かつ前記前席シートのシートクッションの前端より後方となる位置に、周囲より強度が低下した脆弱部が設けられている、
ことを特徴とする車両側部構造。