JP5094623B2 - 自動車のルーフ構造 - Google Patents
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Description
ルーフリインフォースは、従来、鋼板のプレス成形品が用いられていたが、車両を軽量化する目的で、ルーフリインフォースに関して、アルミニウム合金板のプレス成形品や種々の断面形状を有するアルミニウム合金押出材の使用が提案されている(特許文献1〜3参照)
一方、ルーフリインフォース1がアルミニウム合金材からなる場合、鋼製ボデーを加熱すると、アルミニウム合金材の熱膨張率が鋼材より大きいため、ルーフリインフォース1の車体幅方向の伸びがルーフサイドレール4の車体幅方向の伸びより大きく、図9(d)の実線に示すように(破線は加熱前の形状)、ルーフサイドレール4のルーフリインフォース1との接合箇所及びその近傍(フランジ4a)に、ルーフリインフォース1に押されて熱変形(塑性歪み)が生じ、加熱後冷却しても、図9(e)に示すように当初の形状に戻らず、熱変形(塑性歪み)が残留する。
本発明は、鋼製ボデーのルーフサイドレールにアルミニウム合金製のルーフリインフォースを接合したルーフ構造における、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもので、焼き付け塗装によってルーフサイドレールに熱変形(塑性歪み)が発生するのを防止し、ルーフパネルに歪みの発生などの悪影響が及ばないようにすることを目的とする。
前記ブラケットの伸縮部は、例えば車体幅方向に沿って波状又は溝状に成形され、車体幅方向の剛性がルーフリインフォース及びブラケットの中で最も小さく、ルーフリインフォースとルーフサイドレールの間に車体幅方向の圧縮又は引張荷重が掛かったとき、他の部分に優先して伸縮変形する。
以下、図1〜図5を参照して、本発明に係るルーフ構造について具体的に説明する。
図1(a)に本発明に係るルーフ構造の一部(ルーフサイドレールとルーフリインフォースの片側半部)を示す。このルーフ構造において、鋼製ボデーの一部であるルーフサイドレール4が車体前後方向に延在し、アルミニウム合金製のルーフリインフォース11が車体幅方向に延在し、ルーフリインフォース11がブラケット12を介してルーフサイドレール4のフランジ4aに接合されている。ルーフリインフォース1の上をルーフパネル5(仮想線で示す)が覆い、端部のフランジがルーフサイドレール4のフランジ4aに接合されている。
続いてこの鋼製ボデーを室温まで冷却させると、ルーフリインフォース11とルーフサイドレール4が熱収縮し、これに伴いルーフリインフォース11とルーフサイドレール4の間に車体幅方向の引張荷重が掛かり、ブラケット12の伸縮部12aが熱収縮の差(ΔE1−ΔE2)相当分だけ伸びて、図1(c)に示すように、当初の形状に戻り、ルーフサイドレール4に熱変形(塑性歪み)が残留することも防止される。
図2に示すルーフリインフォース21は、アルミニウム合金板を断面ハット状にプレス成形したもので、その端部近傍ではハット状断面が浅くなり、一体成形されたブラケット22に続いている。ブラケット22は車体幅方向に沿って三角形の波状に成形された伸縮部22aを有する。
図4に示すルーフリインフォース41は、略水平な上下フランジと、それらを接続する上下方向に向く一対のリブからなる中空断面を有するアルミニウム合金押出材からなり、その端部に、アルミニウム合金をプレス成形した別体のブラケット42が固定されている。ブラケット42は車体幅方向に沿って三角形の波状に成形された伸縮部42aを有する。
また、別体のブラケットを固定したルーフリインフォースの場合、ブラケットをアルミニウム合金製だけでなく、鋼製とすることもできる。
ところで、ルーフリインフォースは、一般に自動車のルーフパネルの下で上方に凸に湾曲して車体幅方向に延在し、車両側面からの車幅方向(ルーフリインフォースの軸方向)への圧縮荷重に対する高い変形強度が求められている。軸方向圧縮に対する変形強度を向上させる対策として閉断面化することが一般的であり、アルミニウム合金押出材は閉断面化に適するため、ルーフリインフォース用として閉断面を含む種々の断面形状が提案されている。
まず、図11(a),(b)に示す断面は、いずれも、互いに平行で車体上側及び下側に配置される一対のフランジ61,62と、両フランジ61,62に対し垂直で車体上下方向を向く一対のウエブ63,64からなる。フランジ61,62及びウエブ63,64はそれぞれ均一な板厚を有する板である。フランジ61,62及びウエブ63,64により略矩形の閉断面部65が構成され、かつ各フランジ61,62は閉断面部65から車体前後方向に突き出し、突出フランジ部61a,61b,62a,62bが形成されている。
一方、図13に示す従来断面は、両フランジ61,62の板幅(車体前後方向幅)、及び両フランジ61,62の板厚が同一で、曲げの中立軸Xcと断面の高さ中央のラインHが一致している。
図12(a),(b)の断面は、いずれも、閉断面部65の内部にウエブ63,64に平行な中ウエブ66が形成されている点で図11(a),(b)の断面と異なる。この中ウエブ66も均一な肉厚を有する板である。中ウエブ66は、閉断面部65の車体前後方向幅が比較的広い場合に、フランジ61,62の座屈を防止するため必要に応じて形成される。
アルミニウム合金押出材の断面形状が、互いに平行な一対のフランジと、前記フランジに対し垂直な一対のウエブからなり、両フランジが矩形の閉断面部から左右に突出する突出フランジ部を有する場合に、上下方向の曲げの中立軸Xcが断面の高さ中央のラインHよりも下方に位置していることの効果を検討するために、FEM解析を用いて軸方向圧壊時の軸圧縮荷重−変位曲線の解析を行った。
解析条件は、図14に示すように、上方に凸に湾曲させた(曲率半径12000mm)長さ1000mmの供試材(ルーフリインフォース71)の両端部に、側突荷重を模擬した軸圧縮荷重Pを与えて曲げ変形させるものとし、軸圧縮荷重P−圧縮変形量δの関係を求めた。供試材として耐力310MPa、強度365MPa、延び14%を有する7000系アルミニウム合金押出形材を想定し、供試材の断面形状を図15のように仮定し、フランジ及びウエブの板厚(tf1,tf2,tw)をパラメータとした。FEM解析には汎用の有限要素解析コードABAQUSを用いた。
表1に示すように、曲げの中立軸が断面の高さ中央よりも下方に位置するCASE2,3は、曲げの中立軸が断面の高さ中央に位置するCASE1に比べて軽量であるにも関わらず、同等以上の変形強度を有する。
次に供試材の断面形状を図17のように仮定し、下側フランジの前後突出フランジ部の板幅(Lu)と板厚(t)をパラメータとし、他は解析1と同じ条件で軸方向圧壊時の軸圧縮荷重−変位曲線の解析を行った。
各供試材CASE4〜7について、板幅Luと板厚tの値及び重量を表2に示す。CASE4は上側フランジと下側フランジの板幅が同一で、曲げの中立軸が断面の高さ中央に位置し、CASE5〜7は下側フランジの板幅が上側フランジに比べて大きく形成され、曲げの中立軸が断面の高さ中央よりも下方に位置する。なお、供試材の上下フランジ及び前後ウエブの板厚は同一とした。
表2に示すように、曲げの中立軸が断面の高さ中央よりも下方に位置するCASE5〜7は、曲げの中立軸が断面の高さ中央に位置するCASE4に比べて軽量であるにも関わらず、同等以上の変形強度を有する。
12 ブラケット
12a 伸縮部
4 ルーフサイドレール
5 ルーフパネル
Claims (3)
- 車室内を囲む鋼製ボデーの左右のルーフサイドレールに車体幅方向に延在するアルミニウム合金製ルーフリインフォースが接合された自動車のルーフ構造において、前記ルーフリインフォースが両端にブラケットを有し、前記ブラケットを介して前記ルーフサイドレールに接合され、前記ブラケットに前記ルーフサイドレールとルーフリインフォースの車体幅方向の熱膨張の差を吸収する伸縮部が形成され、前記ルーフリインフォースがアルミニウム合金押出材からなり、前記ブラケットが別体で成形されたもので前記ルーフリインフォースの両端に固定され、前記ルーフリインフォースがルーフパネルの下で上方に凸に湾曲して車体幅方向に延在し、前記アルミニウム合金押出材は、押出方向に垂直な断面でみたとき、互いに略平行で車体上側及び下側に配置される一対のフランジと、前記両フランジに対し略垂直で車体上下方向を向く一対のウエブからなり、前記一対のフランジ及び一対のウエブにより略矩形の閉断面部が構成され、かつ各フランジは前記閉断面部から車体前後方向に突き出し、さらに前記断面において上下方向の曲げの中立軸が断面の高さ中央よりも下方に位置することを特徴とする自動車のルーフ構造。
- 前記ブラケットは、前記伸縮部において車体幅方向に沿って波状又は溝状に成形されていることを特徴とする請求項1に記載された自動車のルーフ構造。
- 前記アルミニウム合金押出材の閉断面部に、両端が前記両フランジに連結し、かつ両フランジに対し略垂直で車体上下方向を向く1以上の中ウエブが形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載された自動車のルーフ構造。
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