JP5302617B2

JP5302617B2 - ピラー構造

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Publication number: JP5302617B2
Application number: JP2008266561A
Authority: JP
Inventors: 健雄森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP2010095087A

Description

本発明は、車両のピラー構造に関する発明である。

従来、ピラー構造として、例えば、特開２０００−１０８９２９号公報に記載されるように、車幅方向外側の外壁部、車幅方向内側の内壁部、及び車両前後方向の一対の側壁部を有して閉断面に構成されて車両上下方向に延在するセンターピラーと、センターピラーの外壁部に対向するようにセンターピラーの内部に設けられたリンフォースピラー（補強部材）を備えるものが知られている。このリンフォースピラーにおけるセンターピラーの上部側に対応する位置、すなわちベルトライン部付近では、横断面視において、コ字状に窪む構成とされている。
特開２０００−１０８９２９号公報

ここで、センターピラーの上部側のベルトライン部付近では、車幅方向外側に湾曲するように構成されると共に、側突時に荷重が入力される部分であるセンターピラーの下部側部分よりも断面積が小さくなるように構成されている。従って、上述のピラー構造では、当該センターピラー上部側における強度を向上させることによって、センターピラー上部側の変形を一層抑制することが求められていた。しかし、強度を向上させるために、補強部材を多数取り付けた場合はピラー構造の重量及びコストが増加してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、重量及びコストを増加させることなく、ピラー上部側の変形を抑制することのできるピラー構造を提供することを目的とする。

本発明に係るピラー構造は、車幅方向外側の外壁部、車幅方向内側の内壁部、及び車両前後方向の一対の側壁部を有し、車両上下方向に延在するピラーと、ピラーの車両上部側における内部で車両上下方向に延在して、ピラーを補強する補強部材と、を備え、補強部材は、ピラーの外壁部と対向する補強外壁部、及びピラーの側壁部にそれぞれ対向する一対の補強側壁部を有し、補強外壁部は、横断面視において、車幅方向内側に窪むことによって、車両前後方向の一端部側から他端部側へ向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする。

ピラーの車両上部側（例えば、ベルトライン部付近）は車幅方向外側へ向かって湾曲するような構成となっている。車両側突により、車幅方向内側へ向かって曲がるような曲げモーメントが作用すると、外壁部には、車両上下方向へ圧縮するような曲げ荷重し、内壁部には、車両上下方向へ延びるような曲げ荷重が作用する。このとき、外壁部は、車幅方向外側に湾曲しているため、圧縮するような曲げ荷重が作用することによって車幅方向外側へ膨出する。一方、内壁部は、車幅方向内側に湾曲しているため、延びるような曲げ荷重が作用することによって、車幅方向内側へ膨出する。また、ピラーの側壁部には車幅方向内側へ向かう曲げのせん断力が作用する。本発明に係るピラー構造においては、補強部材も、ピラー沿って延在しているため、補強部材の補強外壁部も外壁部と同じく車幅方向外側へ膨出する。それに伴って、補強外壁部の窪みが広がって、傾斜部の傾斜が平らになるように変形することによって、外壁部と側壁部に、傾斜部の変形によって斜め方向に向かう変形力が作用し、この変形力の車幅方向の垂直成分によって、側壁部に作用する曲げのせん断力をキャンセルすることができる。このように、せん断力をキャンセルすることで、ピラーの曲げ強度を実質的に向上させることができる。以上によって、過剰に補強部材を設けて重量、コストを増加させることなく、ピラーの上部側の変形を抑制することができる。

また、本発明に係るピラー構造において、補強外壁部は、横断面視において、Ｖ字状に窪むことによって形成されるＶ字部分を有することが好ましい。これによって、互いに略対象となる一対の傾斜部を備えることとなるので、ピラーの車両前後方向の両方の側壁部に作用するせん断力に対して略均等に変形力を発生させてキャンセルすることができるので、ピラーの変形を安定させることができる。

本発明によれば、重量及びコストを増加させることなく、ピラー上部側の変形を抑制することができる。

以下、本発明に係る車体構造の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、本明細書中において、車両が直前進している際の前方方向を「前方」と定め、「前」「後」等の方向を示す語を用いることとする。

図１は本発明の実施形態に係るピラー構造１を採用した車両を正面から見た概略断面図、図２は図１に示すII−II線に沿った断面図である。なお、図１においては、車幅方向の一方のピラー構造１のみを示しており、他方のピラーにおいても本発明の実施形態に係るピラー構造が採用されている。また、本実施形態においては、ピラー構造１をセンターピラーに適用した場合について説明するが、センターピラーのみならず、フロントピラーやリアピラーなど全てのピラーに適用することができる。

図１に示すように、ピラー構造１は、閉断面に構成されて車幅方向の両側で車両上下方向に延在するセンターピラー１０と、センターピラー１０の内部に設けられた補強部材２０によって構成されている（補強部材２０の詳細な構成は後述）。センターピラー１０は、車両のアンダボディとアッパーボディを支持するものであり、車両下側で車両前後方向に延在するロッカ２に下端部が連結されると共に、車両上側で車両前後方向に延在するルーフサイドレール３に上端部が連結される。

センターピラー１０の車両下部側の領域である下側部分１０ａは、サイドドアのヒンジ４が取り付けられると共に、車両側突時において他車両から直接荷重が入力される領域となる。センターピラー１０の車両上部側、具体的にはベルトライン部１０ｂ、及び更にその上部側では、車幅方向外側へ向かって湾曲するようにアーチ状に形成されており、更に、その断面積も下側部分１０ａに比して小さくされている。

図２に示すように、センターピラー１０は、車幅方向内側で車両上下方向に延在するピラーインナリーンフォースメント６と、車幅方向外側で車両上下方向に延在するピラーアウタリーンフォースメント７とから構成され、車幅方向外側の外壁部、車幅方向内側の内壁部、及び車両前後方向の一対の側壁部を備えるように閉断面に構成される。また、センターピラー１０の内部、すなわちピラーインナリーンフォースメント６及びピラーアウタリーンフォースメント７の内側には、センターピラー１０の車両上部側でセンターピラー１０に沿って上下方向に延在することによって、当該部分の補強を行う補強部材２０が設けられている。補強部材２０は、センターピラー１０のベルトライン部１０ｂ付近の形状にあわせて、車幅方向外側に湾曲するような構成となっている。

ピラーインナリーンフォースメント６は、その断面がコ字状に形成されており、センターピラー１０の車幅方向内側の内壁部を構成する平板状の内壁部６ａと、内壁部６ａの車両前後方向の両端部から車幅方向外側へ突出して車両前後方向の側壁部を構成する一対の側壁部６ｂ，６ｃと、側壁部６ｂの車幅方向外側の端部から車両前方向へ広がるフランジ部６ｄと、側壁部６ｃの車幅方向外側の端部から車両前方向へ広がるフランジ部６ｅとを備えている。ピラーインナリーンフォースメント６の側壁部６ｂ，６ｃは、それぞれ内壁部６ａからピラーアウタリーンフォースメント７のフランジ部まで及んでいる。

ピラーアウタリーンフォースメント７は、その断面がコ字状に形成されており、センターピラー１０の車幅方向外側の外壁部を構成する平板状の外壁部７ａと、外壁部７ａの車両前後方向の両端部から車幅方向内側へ突出して車両前後方向の側壁部を構成する一対の側壁部７ｂ，７ｃと、側壁部７ｂの車幅方向内側の端部から車両前方向へ広がるフランジ部７ｄと、側壁部７ｃの車幅方向外側の端部から車両前方向へ広がるフランジ部７ｅとを備えている。ピラーアウタリーンフォースメント７の側壁部７ｂ，７ｃは、外壁部７ａ側で車両前後方向に狭まるように段差部７ｆ，７ｇがそれぞれ設けられている。側壁部７ｂ，７ｃは、それぞれ外壁部７ａからピラーインナリーンフォースメント６のフランジ部６ｄ，６ｅまで及び、フランジ部７ｄ，７ｅがフランジ部６ｄ，６ｅと対向するように配置される。

補強部材２０は、センターピラー１０の車両上部側においてセンターピラー１０内で車両上下方向に延在する断面略Ｍ字状の部材であり、センターピラー１０を補強し、車両側突時の曲げ変形を抑制する機能を有している。補強部材２０は、ピラーアウタリーンフォースメント７の外壁部７ａに対して車幅方向内側で対向する補強外壁部２１と、ピラーアウタリーンフォースメント７の側壁部７ｂ，７ｃとそれぞれ対向する補強側壁部２２，２３とを備えている。補強側壁部２２，２３は、車幅方向外側の端部付近において、ピラーアウタリーンフォースメント７の側壁部７ｂ，７ｃの車幅方向外側の端部付近と接合されている。また、補強側壁部２２の車幅方向内側の端部には、車両前側へ延びるフランジ部２４が形成され、補強側壁部２３の車幅方向内側の端部には、車両後側へ延びるフランジ部２５が形成される。ピラーアウタリーンフォースメント７とピラーインナリーンフォースメント６と補強部材２０は、フランジ部７ｄ，７ｅ及びフランジ部６ｄ，６ｅでフランジ部２４，２５を挟み込んで溶接することによって、互いに接合されている。

補強部材２０の補強外壁部２１は、横断面視において、車幅方向内側に向かってＶ字状に窪むことによって形成されるＶ字部分２６を備えている。これによって、補強外壁部２１には、車両前側端部２１ａから車両後側端部２１ｂ側へ向かって車幅方向内側へ傾斜する傾斜部２７と、車両後側端部２１ｂから車両前側端部２１ａ側へ向かって車幅方向内側へ傾斜する傾斜部２８が形成される。Ｖ字部分２６の屈曲部２６ａは、補強外壁部２１の車両前後方向の中央位置に形成されており、屈曲部２６ａで鈍角となるように屈曲している。このＶ字部分２６の屈曲部２６ａは、ピラーアウタリーンフォースメント７の外壁部７ａとは離間している。また、補強外壁部２１の車両前側端部２１ａ、すなわち傾斜部２７の端部は、外壁部７ａ及び側壁部７ｂの連結部７ｈと接触しており、補強外壁部２１の車両後側端部２１ｂ、すなわち傾斜部２８の端部は、外壁部７ａ及び側壁部７ｃの連結部７ｋと接触している。

次に、本実施形態に係るピラー構造１の作用・効果について、図３〜５を参照して説明する。図３は、車両側突時によってセンターピラー１０に作用する曲げモーメントの大きさを示す曲げモーメント分布図である。図４は、車両側突時におけるセンターピラー１０のベルトライン部１０ｂ付近の変形の様子を車両前側から見た図であり、（ａ）は変形前の様子、（ｂ）は変形後の様子を示している。図５は、車両側突時における補強部材２０の変形の態様を示す図である。図５において、変形後の補強部材２０は点線で示されている。

図３に示すように、他車両Ｍ１の車両側突によって、それぞれのヒンジ部４から荷重Ｆが入力されることによって、センターピラー１０には、図中の曲げモーメント分布図に示すような曲げモーメントが作用する。センターピラー１０の下側部分１０ａには大きな曲げモーメントが作用するが、曲げモーメントが最大となる上側のヒンジ部４に近接するベルトライン部１０ｂ付近にも大きな曲げモーメントが作用する。

図４に示すように、センターピラー１０におけるベルトライン部１０ｂ付近は車幅方向外側へ向かって湾曲するような構成となっている。すなわち、センターピラー１０の外壁部７ａと内壁部６ａが車幅方向外側に湾曲するように車両上下方向に延在する構成となっている。従って、図４（ａ）に示すように、車両側突により、車幅方向内側へ向かって曲がるような曲げモーメントＢＭが作用すると、曲げの中立軸から車幅方向外側に配置される外壁部７ａには、車両上下方向へ圧縮するような曲げ荷重ＢＬ１が作用する。また、曲げの中立軸から車幅方向内側に配置される内壁部６ａには、車両上下方向へ延びるような曲げ荷重ＢＬ２が作用する。このとき、外壁部７ａは、車幅方向外側に湾曲しているため、圧縮するような曲げ荷重ＢＬ１が作用することによって、図４（ｂ）に示すように、車幅方向外側へ膨出する。一方、内壁部６ａは、車幅方向内側に湾曲しているため、延びるような曲げ荷重ＢＬ２が作用することによって、車幅方向内側へ膨出する。また、センターピラー１０の側壁部６ｂ，７ｂ、及び側壁部６ｃ，７ｃには車幅方向内側へ向かう曲げのせん断力ＢＦが作用する。

補強部材２０もセンターピラー１０の湾曲にあわせて車幅方向外側に湾曲するように延在しているため、補強部材２０の補強外壁部２１も外壁部７ａと同じく車幅方向外側へ膨出する。それに伴って、図５において点線で示すように、補強外壁部２１におけるＶ字部分２６の屈曲部２６ａが車幅方向外側に膨出し、その結果、Ｖ字部分２６全体が車両前後方向に延びるように変形する。このとき、Ｖ字部分２６の傾斜部２７，２８の傾斜が平らになるように変形することによって、外壁部７ａと側壁部７ｂとの連結部７ｈには、傾斜部２７の変形によって斜め前方に向かって変形力ＤＦ１が作用し、外壁部７ａと側壁部７ｃとの連結部７ｋには、傾斜部２８の変形によって斜め後方に向かって変形力ＤＦ２が作用する。

連結部７ｈに変形力ＤＦ１が作用し、連結部７ｋに変形力ＤＦ２が作用することによって、それぞれの車幅方向の垂直成分である垂直応力ＤＦＰ１，ＤＦＰ２によって、側壁部６ｂ，７ｂ及び側壁部６ｃ，７ｃに作用する曲げのせん断力ＢＦをキャンセルすることができる。このように、せん断力ＢＦをキャンセルすることで、センターピラー１０の曲げ強度を実質的に向上させることができる。以上によって、過剰に補強部材を設けて重量、コストを増加させることなく、センターピラー１０の上部側の変形を抑制することができる。

また、本実施形態に係るピラー構造１において、補強外壁部２１は、横断面視において、Ｖ字状に窪むことによって形成されるＶ字部分２６を有している。従って、互いに対象となる一対の傾斜部２７，２８を備えることとなるので、センターピラー１０の車両前後方向の両方の側壁部６ｂ，７ｂ及び側壁部６ｃ，７ｃに作用するせん断力に対して略均等に変形力を発生させてキャンセルすることができるので、センターピラー１０の変形を安定させることができる。

比較のため、従来のピラー構造について説明する。図６は、補強部材の補強外壁部に傾斜部が設けられていない従来のピラー構造を示す断面図であり、図２に対応する図である。図７は、補強部材の補強外壁部に窪みが設けられているものの、傾斜部が設けられていない従来のピラー構造を示す断面図であり、図２に対応する図である。図６に示すように、従来のピラー構造５０では、補強部材５１の補強外壁部５２は平板状に形成されており、窪みは設けられていない。このような構成に係るピラー構造５０にあっては、車両側突時に本実施形態に係る補強部材２０のように、車幅方向外側へ向かう変形力の垂直応力を発生させることができないので、センターピラー１０の側壁部に作用する曲げによるせん断力をキャンセルすることができない。従って、補強部材５１の他、更に複数の補強部材５３，５４を取り付けて補強する必要が生じるため、重量及びコストが増加してしまう。また、図７に示すように、従来のピラー構造６０では、補強部材６１の補強外壁部６２には、コ字状の窪みが設けられることによってコ字状部６３が設けられている。このコ字状部６３は補強外壁部６２と垂直な一対の側壁部６３ａ，６３ｂを有している。このようなピラー構造６０にあっては、車両側突時に側壁部６３ａ，６３ｂがコ字状部６３の内部側へ倒れ込んでしまうような変形をしてしまうため、センターピラー１０の側壁部に作用する曲げによるせん断力をキャンセルするような変形力を発生させることができない。従って、センターピラー１０の変形を抑制するために、他の補強部材が必要となり、重量及びコストが増加してしまう。

本実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態に係るピラー構造１では、補強部材２０の補強外壁部２１全体がＶ字状に形成されていたが、図８に示すような変形例に係るピラー構造７０においては、補強部材７１の補強外壁部７２に、車両前後方向の中央位置にのみＶ字部分７３が形成されている。これによって、補強外壁部７２に傾斜部７３ａ，７３ｂが形成される。このようなピラー構造７０であっても、車両側突時にセンターピラー１０の側壁部に作用するせん断力をキャンセルする変形力を発生させることができる。また、図９に示すような変形例に係るピラー構造８０を採用してもよく、このピラー構造８０においては、補強部材８１の補強外壁部８２に、車両前側から車両後側へ向かって車幅方向内側へ傾斜する傾斜部８３のみが設けられている。このように、完全に左右対称なＶ字状ではなく、一方向に傾斜する傾斜部８３のみが形成されるような非対称なＶ字状であっても、車両側突時にセンターピラー１０の側壁部に作用するせん断力をキャンセルする変形力を発生させることができる。

また、センターピラーの各壁面部や補強部材の各壁面部の形状は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の形状を採用することができる。例えば、センターピラー１０の側壁部には段差部７ｆ，７ｇが設けられていたが、設けられていなくてもよい。また、センターピラー１０は断面コ字状のピラーアウタリーンフォースメント７及びピラーインナリーンフォースメント６を採用していたが、ピラーアウタリーンフォースメントのみを断面コ字状としてピラーインナリーンフォースメントを平板状としてもよい。また、補強部材の補強外壁部とピラーインナリーンフォースメントの外壁部及び側壁部は一部において接触していたが、完全に離間する構造となっていてもよく、要は、車両側突時に補強部材が発生する変形力をセンターピラーに伝達させることのできる形状であれば特に限定されない。また、補強部材の補強側壁部は補強外壁部に対して鈍角を成して連結されていても、垂直をなして連結されていてもよく、要は、外壁部に傾斜部が設けられていれば、補強部材の形状は特に限定されない。

本発明の実施形態に係るピラー構造を採用した車両を正面から見た概略断面図である。図１に示すII−II線に沿った断面図である。車両側突時によってセンターピラーに作用する曲げモーメントの大きさを示す曲げモーメント分布図である。車両側突時におけるセンターピラーのベルトライン部付近の変形の様子を車両前側から見た図であり、（ａ）は変形前の様子、（ｂ）は変形後の様子を示している。車両側突時における補強部材の変形の態様を示す図である。補強部材の補強外壁部に傾斜部が設けられていない従来のピラー構造を示す断面図であり、図２に対応する図である。補強部材の補強外壁部に窪みが設けられているものの、傾斜部が設けられていない従来のピラー構造を示す断面図であり、図２に対応する図である。変形例に係るピラー構造を示す断面図であり、図２に対応する図である。変形例に係るピラー構造を示す断面図であり、図２に対応する図である。

符号の説明

１，７０，８０…ピラー構造、７ａ…外壁部、６ａ…内壁部、６ｂ，６ｃ，７ｂ，７ｃ…側壁部、１０…センターピラー（ピラー）、２０，７１，８１…補強部材、２１，７２，８２…補強外壁部、２２，２３…補強側壁部、２１ａ，２１ｂ…端部、２６，７３…Ｖ字部分、２７，２８，７３ａ，７３ｂ，８３…傾斜部。

Claims

車幅方向外側の外壁部、車幅方向内側の内壁部、及び車両前後方向の一対の側壁部を有し、車両上下方向に延在するピラーと、
前記ピラーの車両上部側における内部で、前記ピラーに沿って車両上下方向に延在して、前記ピラーを補強する補強部材と、を備え、
前記補強部材は、前記ピラーの前記外壁部と対向する補強外壁部、及び前記ピラーの前記側壁部にそれぞれ対向する一対の補強側壁部を有し、
前記補強外壁部は、横断面視において、車幅方向内側に窪むことによって、車両前後方向の一端部側から他端部側へ向かって傾斜する傾斜部を有し、
前記補強外壁部は、横断面視において、Ｖ字状に窪むことによって形成されるＶ字部分を有し、
前記Ｖ字部分の屈曲部は、前記ピラーの前記外壁部から離間し、前記ピラーの内壁部から離間することを特徴とするピラー構造。
前記Ｖ字部分は、前記屈曲部で鈍角となるように屈曲していることを特徴とする請求項１記載のピラー構造。