JP6032629B2 - 自動車のセンターピラー構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のセンターピラーの下部のサイドシルに接続する部分を、車幅方向外側に位置する中空閉断面のアウター部材と、車幅方向内側に位置する中空閉断面のインナー部材とを結合して構成した自動車のセンターピラー構造に関する。

２ドアクーペタイプの炭素繊維強化樹脂製の車体において、アンダーボディの側壁部から起立するセンターピラーの上端と、アンダーボディの側壁部から起立するリヤピラー（リヤウインドシールド用フレーム）の上端とを結合し、三角形状のトラス構造とすることで車体剛性を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

また自動車の各ピラーの中程よりも上側部分およびルーフ部を繊維強化樹脂で一体成形した車体上部体と、各ピラーの中程よりも下側部分およびフロア部を金属で構成した車体下部体とを備え、車体上部体のピラーの下端を車体下部体のピラーの上端に嵌合して接着により固定したものが、下記特許文献２により公知である。

日本特許第４８１１１８０号公報 日本特開２０１１−８８４９３号公報

ところで、側面衝突の衝突荷重がセンターピラーの下部に入力したとき、センターピラーが車幅方向内側に変形して車室空間を狭めるのを防止するために、車体重量の増加を最小限に抑えながらセンターピラーの曲げ強度を高めることが望ましい。しかしながら、上記特許文献１および前記特許文献２に記載されたものは、側面衝突時のセンターピラーの曲げモードを考慮した材料の配置を採用していないため、重量の増加と引き換えにセンターピラーの強度を高めない限り、側面衝突の衝突荷重によるセンターピラーの車幅方向内側への変形を阻止できない可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、重量の増加を最小限に抑えながら側面衝突の衝突荷重に対するセンターピラーの強度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、自動車のセンターピラーの下部のサイドシルに接続する部分を、車幅方向外側に位置する中空閉断面のアウター部材と、車幅方向内側に位置する中空閉断面のインナー部材とを結合して構成し、前記アウター部材は前記インナー部材よりも圧縮荷重に対する強度が高く、前記インナー部材は前記アウター部材よりも引張荷重に対する強度が高いことを第１の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記アウター部材に車幅方向内向きに形成した側部平坦面と前記インナー部材に車幅方向外向きに形成した側部平坦面とを重ねて接着したことを第２の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記アウター部材の上端に上向きに形成した上部平坦面と前記インナー部材の車幅方向外面を切り欠いた切欠部の上端に下向きに形成した上部平坦面とを重ねて接着したことを第３の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第３の何れか１つの特徴に加えて、前記アウター部材の下端に形成した取付フランジと前記インナー部材の下端に形成した取付フランジとを前記サイドシルに締結部材で締結したことを第４の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第４の何れか１つの特徴に加えて、前記インナー部材の上端をルーフサイドレールに、該ルーフサイドレールを囲むように結合したことを第５の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第５の何れか１つの特徴に加えて、前記インナー部材はＣＦＲＰ製であり、少なくとも上下方向に配向された連続炭素繊維を有することを第６の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

また本発明によれば、前記第１〜第６の何れか１つの特徴に加えて、前記アウター部材の車幅方向外側に車幅方向の圧縮荷重を吸収する衝突エネルギー吸収部材を結合したことを第７の特徴とする自動車のセンターピラー構造が提案される。

尚、実施の形態のリベット２４，２５は本発明の締結部材に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、自動車のセンターピラーの下部のサイドシルに接続する部分は、車幅方向外側に位置する中空閉断面のアウター部材と、車幅方向内側に位置する中空閉断面のインナー部材とを結合して構成される。アウター部材はインナー部材よりも圧縮荷重に対する強度が高く、インナー部材はアウター部材よりも引張荷重に対する強度が高いので、側面衝突の衝突荷重が入力してセンターピラーの下部が車幅方向内側に湾曲するように変形し、アウター部材に圧縮荷重が作用してインナー部材に引張荷重が作用したとき、圧縮荷重に対する強度が高いインナー部材と引張荷重に対する強度が高いアウター部材とによりセンターピラーの強度を高め、アウター部材およびインナー部材の板厚を薄くして軽量化を図りながら、側面衝突時におけるセンターピラーの変形を最小限に抑えることができる。

また本発明の第２の特徴によれば、アウター部材に車幅方向内向きに形成した側部平坦面とインナー部材に車幅方向外向きに形成した側部平坦面とを重ねて接着したので、アウター部材およびインナー部材を強固に一体化することで、アウター部材に確実に圧縮荷重を作用させるとともにインナー部材に確実に引張荷重を作用させ、センターピラーの折れ曲がりを防止することができる。

また本発明の第３の特徴によれば、アウター部材の上端に上向きに形成した上部平坦面とインナー部材の車幅方向外面を切り欠いた切欠部の上端に下向きに形成した上部平坦面とを重ねて接着したので、インナー部材の切欠部の上部平坦面からアウター部材の上部平坦面に圧縮荷重を伝達することで、アウター部材に確実に圧縮荷重を作用させてインナー部材の折れ曲がりを防止することができる。

また本発明の第４の特徴によれば、アウター部材の下端に形成した取付フランジとインナー部材の下端に形成した取付フランジとをサイドシルに締結部材で締結したので、センターピラーの下端をサイドシルに強固に結合し、センターピラーに入力した衝突荷重をサイドシルに効率的に分散して吸収することができる。

また本発明の第５の特徴によれば、インナー部材の上端をルーフサイドレールに、該ルーフサイドレールを囲むように結合したので、センターピラーの上端をルーフサイドレールに強固に結合し、センターピラーに入力した衝突荷重をルーフサイドレールに効率的に分散して吸収することができる。

また本発明の第６の特徴によれば、インナー部材はＣＦＲＰ製であり、少なくとも上下方向に配向された連続炭素繊維を有するので、ＣＦＲＰ製のインナー部材に作用する引張荷重を上下方向に配向された連続炭素繊維で支持することで、インナー部材の強度を効果的に高めることができる。

また本発明の第７の特徴によれば、アウター部材の車幅方向外側に車幅方向の圧縮荷重を吸収する衝突エネルギー吸収部材を結合したので、センターピラーの下部に入力した側面衝突の衝突荷重を先ず衝突エネルギー吸収部材の圧壊により吸収することで、センターピラーの折れ曲がりを一層確実に防止することができる。

図１は自動車の車体フレームの部分斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２−２線断面図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３Ａ−３Ａ線および３Ｂ−３Ｂ線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は図２に対応する図である。（第２の実施の形態） 図５は図４の５−５線断面図である。（第２の実施の形態）

１７ サイドシル
１８ センターピラー
２１ ルーフサイドレール
２２ アウター部材
２２ａ 側部平坦面
２２ｂ 上部平坦面
２２ｃ 取付フランジ
２３ インナー部材
２３ａ 切欠部
２３ｂ 側部平坦面
２３ｃ 上部平坦面
２３ｄ 取付フランジ
２４ リベット（締結部材）
２５ リベット（締結部材）
２６ 連続炭素繊維
２７ 衝突エネルギー吸収部材

以下、図１〜図３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

第１の実施の形態

図１および図２に示すように、本実施の形態の自動車の車体は基本的にＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）で構成されており、その一部だけがアルミニウム等の金属材料で構成される。バスタブ状に一体成形されたフロア部１１は、アウタースキン１２およびインナースキン１３間にハニカム状のコア材１４を挟持したフロアパネル１５を備えており、フロアパネル１５の車幅方向中央部には上向きに突出するフロアトンネル１６が設けられ、フロアパネル１５の車幅方向両端部にはアウタースキン１２およびインナースキン１３で中空閉断面に構成した左右一対のサイドシル１７，１７が接続される。

インナースキン１３で構成された左右のサイドシル１７，１７の上面から左右一対の中空閉断面のセンターピラー１８，１８が起立し、左右のセンターピラー１８，１８の上端間が車幅方向に延びる中空閉断面のルーフアーチ１９の車幅方向両端に一体に接続される。そしてセンターピラー１８およびルーフアーチ１９の接続部に一体に形成されたパイプ状の連結部２０に、前後方向に延びるパイプ状のルーフサイドレール２１が貫通して接着により固定される。

センターピラー１８は、アルミニウム製のアウター部材２２と、ＣＦＲＰ製のインナー部材２３とで構成されるもので、アウター部材２２はサイドシル１７に接続されるセンターピラー１８の下部の車幅方向外側部分だけを構成し、インナー部材２３はセンターピラー１８のその他の部分を構成する。

図２および図３から明らかなように、アルミニウム製のアウター部材２２は中空閉断面を有する部材であり、車幅方向内端に側部平坦面２２ａが形成され、上端に上部平坦面２２ｂが形成され、下端から板状の取付フランジ２２ｃが下向きに突出する。

ＣＦＲＰ製のインナー部材２３は中空閉断面を有する部材であり、その下部における車幅方向外面が切り欠かれて切欠部２３ａが形成されており、切欠部２３ａの角から側部平坦面２３ｂが下向きに延びるとともに、切欠部２３ａの角から上部平坦面２３ｃが車幅方向外側に延びている。アウター部材２２はインナー部材２３の切欠部２３ａに嵌合し、アウター部材２２の側部平坦面２２ａとインナー部材２３の側部平坦面２３ｂとが相互に当接して接着により固定され、アウター部材２２の上部平坦面２２ｂとインナー部材２３の上部平坦面２３ｃとが相互に当接して接着により固定される。

そしてアウター部材２２の取付フランジ２２ｃが、サイドシル１７の車幅方向外壁を構成するインナースキン１３に複数のリベット２４…で固定され、インナー部材２３の取付フランジ２３ｄが、サイドシル１７の車幅方向内壁を構成するインナースキン１３に複数のリベット２５…で固定される。

インナー部材２３は、連続炭素繊維の配向方向が相互に異なる複数の層を重ね合わせて合成樹脂で固めたものであり、図１の円内に拡大して示すように、前記複数の層の少なくとも一つの層の連続炭素繊維２６…の配向方向は、センターピラー１８の長手方向、つまり上下方向を指向している。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

図２に示すように、自動車のセンターピラー１８の下部に側面衝突の衝突荷重Ｆが入力すると、鎖線で示すようにセンターピラー１８は車幅方向内向きに湾曲するように変形しようとし、アウター部材２２の車幅方向外面には上下方向の圧縮荷重Ｆｃが作用し、インナー部材２３の車幅方向内面には上下方向の引張荷重Ｆｔが作用する。しかしながら、アウター部材２２は圧縮荷重Ｆｃに対する強度が高いアルミニウム製であり、かつインナー部材２３は引張荷重Ｆｔに対する強度が高いＣＦＲＰ製であるため、衝突荷重Ｆの入力時にセンターピラー１８が車幅方向内側に変形するのを最小限に抑え、車室空間の容積を確保することができる。

このとき、ＣＦＲＰ製のインナー部材２３は、センターピラー１８の長手方向、つまり上下方向に配向された連続炭素繊維２６…を含むので、この連続炭素繊維２６…で引張荷重Ｆｔを効果的に支持し、引張荷重Ｆｔに対するインナー部材２３の強度を更に高めることができる。これにより、アウター部材２２およびインナー部材２３の板厚を薄くして軽量化を図りながら、側面衝突時におけるセンターピラー１８の変形を最小限に抑えることができる。

またアウター部材２２の側部平坦面２２ａとインナー部材２３の側部平坦面２３ｂとを重ねて接着したので、アウター部材２２およびインナー部材２３を強固に一体化することで、アウター部材２２に確実に圧縮荷重Ｆｃを作用させるとともにインナー部材２３に確実に引張荷重Ｆｔを作用させ、それらの強度特性を有効に発揮させてセンターピラー１８の折れ曲がりを防止することができる。更に、アウター部材２２の上端に上向きに形成した上部平坦面２２ｂとインナー部材２３の切欠部２３ａの上部平坦面２３ｃとを重ねて接着したので、インナー部材２３の上部平坦面２３ｃからアウター部材２２の上部平坦面２２ｂに圧縮荷重を伝達することで、アウター部材２２に確実に圧縮荷重Ｆｃを作用させてインナー部材２３の折れ曲がりを防止することができる。

また側面衝突の衝突荷重Ｆはセンターピラー１８からサイドシル１７およびルーフサイドレール２１に伝達されるが、センターピラー１８のアウター部材２２の下端に形成した取付フランジ２２ｃとインナー部材２３の下端に形成した取付フランジ２３ｄとをサイドシル１７にリベット２４…，２５…で締結したので、センターピラー１８の下端をサイドシル１７に強固に結合し、センターピラー１８に入力した衝突荷重Ｆをサイドシル１７に効率的に分散して吸収することができる。しかもインナー部材２３の上端のパイプ状の連結部２０がルーフサイドレール２１を囲むように結合されるので、センターピラー１８の上端をルーフサイドレール２１に強固に結合し、センターピラー１８に入力した衝突荷重Ｆをルーフサイドレール２１に効率的に分散して吸収することができる。

次に、図４および図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態

第２の実施の形態は、センターピラー１８のアウター部材２２の車幅方向外側に衝突エネルギー吸収部材２７を積層したものである。衝突エネルギー吸収部材２７はアウター部材２２の車幅方向外面に接着される車幅方向内面だけが開放したＣＦＲＰ製の部材であり、その内部が上下方向および前後方向に延びる多数のリブ２７ａ…で仕切られたハニカム構造を有している。衝突エネルギー吸収部材２７の上部平坦面２７ｂはインナー部材２３の切欠部２３ａの上部平坦面２３ｃに当接して接着され、下部平坦面２７ｃはアウター部材２２の下部平坦面２２ｄに当接して接着される。

本実施の形態によれば、側面衝突の衝突荷重Ｆは先ず衝突エネルギー吸収部材２７に入力し、ハニカム構造の衝突エネルギー吸収部材２７が圧壊することで衝突エネルギーの一部が吸収される。そして衝突エネルギー吸収部材２７で吸収し切れなかった残存の衝突エネルギーがセンターピラー１８のアウター部材２２およびインナー部材２３に入力したとき、第１の実施の形態と同様の作用でセンターピラー１８の変形が最小限に抑えられる。このように、衝突エネルギー吸収部材２７により衝突エネルギーの一部を吸収することで、センターピラー１８の変形を一層効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明のアウター部材およびインナー部材の材質は実施の形態のアルミニウムおよびＣＦＲＰに限定されず、アウター部材はインナー部材よりも圧縮荷重に対する強度が高く、かつインナー部材はアウター部材よりも引張荷重に対する強度が高い組み合わせであれば良い。

また本発明の締結部材は実施の形態のリベット２４，２５に限定されず、ボルトのような他種の部材であっても良い。

Claims (5)

1. 自動車のセンターピラー（１８）の下部のサイドシル（１７）に接続する部分を、車幅方向外側に位置する中空閉断面のアウター部材（２２）と、車幅方向内側に位置する中空閉断面のインナー部材（２３）とを結合して構成し、前記アウター部材（２２）は前記インナー部材（２３）よりも圧縮荷重に対する強度が高く、前記インナー部材（２３）は前記アウター部材（２２）よりも引張荷重に対する強度が高く、前記アウター部材（２２）の車幅方向外側に車幅方向の圧縮荷重を吸収する衝突エネルギー吸収部材（２７）を結合したことを特徴とする自動車のセンターピラー構造。
2. 前記インナー部材（２３）の上端をルーフサイドレール（２１）に、該ルーフサイドレール（２１）を囲むように結合したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車のセンターピラー構造。
3. 前記アウター部材（２２）に車幅方向内向きに形成した側部平坦面（２２ａ）と前記インナー部材（２３）に車幅方向外向きに形成した側部平坦面（２３ｂ）とを重ねて接着し、前記アウター部材（２２）の上端に上向きに形成した上部平坦面（２２ｂ）と前記インナー部材（２３）の車幅方向外面を切り欠いた切欠部（２３ａ）の上端に下向きに形成した上部平坦面（２３ｃ）とを重ねて接着したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車のセンターピラー構造。
4. 前記アウター部材（２２）の下端に形成した取付フランジ（２２ｃ）と前記インナー部材（２３）の下端に形成した取付フランジ（２３ｄ）とを前記サイドシル（１７）に締結部材（２４，２５）で締結したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車のセンターピラー構造。
5. 前記インナー部材（２３）はＣＦＲＰ製であり、少なくとも上下方向に配向された連続炭素繊維（２６）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車のセンターピラー構造。

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