JP6172842B2 - 車体構造 - Google Patents
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Description
その衝突は大きく分けて以下の3つの場合がある。
(1)対向車の中央と自車の車体中央とがほぼ一致するフルラップ衝突
(2)対向車の中央と自社の車体中央とが一致せず、例えば、40%程度しか重なり合わないオフセット衝突
(3)対向車の衝突位置が、車体のメインフレームよりも外側の部分しか重なり合わないスモールオーバーラップ衝突
なぜなら、メインフレームには、通常、衝撃力を吸収するためのクラッシュボックスが設けられているし、さらに、メインフレームの構造自体が衝撃力を吸収することを可能に設計されているからである。
それに対して、スモールオーバーラップ衝突の場合、衝撃力を吸収するための部材がほとんど設けられていない。
そのため、スモールオーバーラップ衝突の場合、衝撃力を吸収することに加えて、衝撃力を車体の上下方向を軸とした回転力に変換することによって、乗員の安全を図っている。
このため、メインフレーム全体を強化する必要が生じてしまい、重量が増加するという課題があった。
図1は、自動車101の車体構造の概要の説明図である。
なお、フロント車室2は、車室空間5の前方向位置に存在している空間であればよく、特に記載がない限り、エンジン、バッテリを内部に含まなくても良い。例えば、フロント車室2内は、トランクとして利用可能なように空洞となっていても良い。
自動車101が通常進む方向(ドライバがシートに座って、頭の方向を曲げずに向いている方向)を前方向(図1において紙面左下方向)と定義する。そして、その逆方向を後方向(図1において紙面右上方向)と定義する。
そして、自動車101が走行状態において上となる方向(ドライバがシートに座って、頭頂部が向く方向)を上方向(図1において紙面上方向)と定義する。そして、その逆方向を下方向(図1において紙面下方向)と定義する。
また、車体の中心を通り前方向・後方向に伸びる直線と、この直線と交わり上方向に伸びる直線とを含む平面に対して、自動車101は、ほぼ面対称となっている(以下、この平面を「対称平面」という。)。
この平面に近づく、方向を内方向と定義する。そして、逆の方向を外方向と定義する。
また、フロント車室2には、フロントサスペンションのアッパーサスペンションを保持するためのアッパーサスペンション保持部材7が配置されていても良い。
メインフレーム3は、車室空間5から前方向にほぼ、水平に伸びている。
2本のメインフレーム3は、僅かに外方向に開きつつ、前方向に伸びていて良い。
なお、図1においては、アッパーサスペンション保持部材7はストラット形式のサスペンションのトップマウントを図示している。しかし、この形式に限定する趣旨ではなく、サスペンション形式、例えば、ダブルウィッシュボーン形式のサスペンションを有する、アッパーフレームと車体の取り付け部であって良い。
このアッパーフレーム直線部13aは、車室空間5から前方向の一定位置まで、ほぼ前方向にのみ伸びている。
アッパーフレーム屈曲部13bは、内方向かつ下方向に伸びている。そして、アッパーフレーム屈曲部13bの先端のアッパーフレーム先端部31(図2(c)参照のこと)は、メインフレーム3の外方向を向いた面に接続されている。
より詳細には、アッパーフレーム13とメインフレーム3の補強部19とを補強部材17は架橋している。
なお、補強部19とは、メインフレーム3の他の部分よりも強度の高い部分をいう。
第1の実施形態では、補強部19はサスクロスメンバ55が、メインフレーム3と接続することによって結果的にメインフレーム3の強度が高くなる部分である(図2(a)及び図2(b)参照のこと)。なお、第1の実施形態では、サスクロスメンバ55が接続されることのみによって、他のメインフレーム3の部分よりも強度が高くなる必要はなく、さらに、補強する部材等が入ることによって強度が高くても良い。
この第1補強部材17a、第2補強部材17b及び第3補強部材17cは、図1のように、メインフレーム3側を中心に放射状に広がっている。
つまり、第1補強部材17aはアッパーフレーム13の最も前方向の位置において、アッパーフレーム13と接続され、第3補強部材17cはアッパーフレーム13の最も後方向の位置において、アッパーフレーム13と接続され、第2補強部材17bはアッパーフレーム13の前後の中間的な位置において、アッパーフレーム13と接続されている。
なお、補強部材17の数は、3つである必要はなく、1以上の数であればどのようなものであってもよい。
第2補強部材17b及び第3補強部材17cはアッパーフレーム直線部13aに接続されている(図2を参照のこと)。アッパーサスペンション保持部材7を介してアッパーフレーム直線部13aに接続されていてもよい(図1の状態)。
もっとも、第1補強部材17a、第2補強部材17b及び第3補強部材17cの接続位置は、任意に変更可能である。
より具体的には、接続部材15に全て接続されている。
この接続部材15は、補強部19が存在する位置に配置される。
また、第1の実施形態では接続部材15はメインフレーム3の外方向の面に接続されている。この位置は、他の位置であっても良い(後述する変形例を参照のこと)。
もっとも、接続部材15は必須ではなく、補強部材17は、メインフレーム3に直接接続されていても良い。
なお、サスクロスメンバ55は、フロントのタイヤを保持するための部材を保持する部材である。
このサスクロスメンバ55がメインフレーム3に接続されることによって、この部分はメインフレーム3の他の部分よりも強度が高くなっている。第1の実施形態(本発明)においては、メインフレーム3の強度が他の部分よりも高くなっている部分を補強部19と定義する。
第1の実施形態において、この補強部19は、サスクロスメンバ55が接続されるによるものだけではなく、接続のための接続構成(フランジ、ボルト・ナット、接続するためにメインフレーム3が肉厚に形成されていること等)によって、補強部19となっても良い。
なお、図2(c)は、C位置からの図である。
また、接続部材15によって、補強部材17がメインフレーム3に対して接続されている部分は、エンジン51の外方向の面が位置する位置(前方向・後方向の位置、及び、上方向・下方向の位置)と一致する。つまり、エンジン51の外方向の面が位置する位置(=図2(a)のAの範囲、及び、図2(c)のAの範囲)に、補強部19が位置する。
このような場合に何ら対策を取らないときには、本来は衝突を吸収するためのメインフレーム3が何ら機能を発揮できないおそれがある。
第1の実施形態では、このスモールオーバーラップ衝突時に補強部材17が反力を発揮する部材として機能して、アッパーフレーム13(特に、アッパーフレーム屈曲部13b)が変形しないようにしている(図3(b)参照)。
つまり、接続部材15が強度の高いメインフレーム3の外方向の面に接続されていることから、衝突対象物103による衝突によって、アッパーフレーム13の変形を防ぐことができる。
第1の実施形態においては、さらに、メインフレーム3の強度の高い部分である補強部19に接続されていることから、他のメインフレーム3の部分に補強部材17を接続している場合に比べて、よりアッパーフレーム13を保持する機能が高い。
加えて、この補強部19は、エンジン側面位置の範囲Aの範囲に位置している。そのため、メインフレーム3が内方向に変形しなければならないような強い衝突が有った場合でも、エンジン51がさらに、メインフレーム3が変形しないようにする反力発生部材として機能することができる。
そのため、より強い衝突によっても、アッパーフレーム13が変形することを従来よりも防止することができる。
そして、アッパーフレーム13が変形しないということは、万一、衝突対象物103がスモールオーバーラップ衝突しても、それによる変形が、乗員が搭乗する車室空間5に及ぶことを防ぐことができることを意味する。加えて、車体がオフセット衝突の衝撃エネルギーを車室空間5に及ぼすことなく、自動車101が回転する回転エネルギーに変換することができることも意味する。
そのため、衝突対象物103との衝突によって、補強部材17に掛かる力がメインフレームに直接伝わることになる。
そしてその力は、そのままエンジン51が存在する方向を向いている。
以上のことから、第1の実施形態では、アッパーフレーム13を保持する能力が高くなるという効果がある。
そのため、アッパーフレーム13がメインフレーム3に接続していない従来の自動車101よりも、アッパーフレーム13自体の強度が上がっている。
この点からも、第1の実施形態は、スモールオーバーラップ衝突に対して強度が高い。
しかも、アッパーフレーム13とメインフレーム3との接続は、メインフレーム3の外方向の面において接続している。そのため、アッパーフレーム13が衝突対象物103との衝突によって内方向に変形することを防ぐための反力部材として、メインフレーム3が機能することができる。
したがって、この点からも、第1の実施形態は、スモールオーバーラップ衝突に対して強度が高い。
さらに、この構造は、フルラップ衝突、オフセット衝突に対しても強度が高い。
なぜなら、このように、アッパーフレーム13とメインフレーム3とが接続されていることによって、アッパーフレーム13もフルラップ衝突、オフセット衝突に対する抗力発生部材として機能させることができるからである。
この任意の位置は、設計者がスモールオーバーラップ衝突(フルラップ衝突、オフセット衝突)の際に抗力を発生させたい位置を選ぶことができる。
このことによって、補強部材17をアッパーフレーム13のどの位置を接続位置に選択するかによって、設計者は望む抗力を発生させるように自動車101を設計することができる。
なお、、以上の第1の実施形態の構成及び効果は特に記載がない限り、以下に記載される変形例、第2の実施形態以降の実施形態についても同様である。簡潔な記載とするために、以下記載を省略する。
しかしながら、場合によっては、接続部材15をメインフレーム3の上方向の面に接続するほうが有利な場合もありえる。有利な場合とは、例えば、メインフレームの側面に他の部材を配置したい場合などである。
このように、接続部材15をメインフレーム3の上方向の面に接続する場合には、接続部材15は、メインフレーム3の上方向の面に配置される上部材15a、及び、メインフレーム3の内方向の面に配置される内部材15bを有する。
上部材15aは、補強部材17と接続される。内部材15bは、エンジン側面位置の範囲Aの範囲位置(前後方向及び上下方向における位置がエンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲A内)に配置される。
このことによって、メインフレーム3と補強部材17との接続位置をメインフレームの上方向位置にしつつ、エンジン51を反力発生部材として機能させることができる。
なお、この変形例は、特に記載がない限り以下に記載する他の実施形態にも適用出来るが、簡潔な記載とするために説明を以下省略する。
しかしながら、サスクロスメンバ55は、それ自体2本のメインフレーム3を架橋し、かつ、フロントのタイヤを保持する部材である為、剛性が高い。
そのため、反力発生部材としてのエンジン51が無くても、これに変わる働きをすることができる。
第2の実施形態では、エンジン51の範囲外に補強部19が位置している。
なお、クレードル57が、メインフレーム3の下方向位置に配置されている。
このクレードル57は、サスクロスメンバ55と接続されている。また、クレードル57は、前方向・後方向に伸びている。
さらに、この第2の実施形態においては、サスクロスメンバ55によってメインフレーム3がより高い強度を有することになるため、クレードル57は必須ではない。むしろ、クレードル57を無くすることも可能である。
このブラケット構造61が接続された部分は、その構造上、メインフレーム3の他の部分よりも強度が高くなる。
そのため、このブラケット構造61部分に補強部材17を接続すれば、第1の実施形態とほぼ同一の効果を得ることができる。
このような理由で、ブラケット構造61に接続部材15を介して補強部材17を接続した例が、図6の第3の実施形態である。
なお、図6では、ブラケット構造61とメインフレーム3とは別部材であるが、メインフレーム3を変形させることによって、ブラケット構造61を形成しても良い。
また、ブラケット構造61と接続部材15が別の部材として記載しているが、接続部材15をブラケット構造61の一部としてもよい。その場合には、図6の構造は、ブラケット構造61部分に補強部材17が直接接続していることになる。
さらに、接続部材15を省略して、図6においてブラケット構造61として図示した部分に補強部材17を直接接続しても良い。
このように、補強部材17と接続部材15をメインフレーム3の上方向の面において接続する場合には、接続部材15は、メインフレーム3の上方向の面に配置される上部材15a、及び、メインフレーム3の内方向の面に配置される内部材15bを有する。
この第3の実施形態の変形例であっても、図6と同じように、ブラケット構造61とメインフレーム3とは別部材であるが、メインフレーム3を変形させることによって、ブラケット構造61を形成しても良い。また、ブラケット構造61と接続部材15が別の部材として記載しているが、接続部材15をブラケット構造61の一部としてもよい。その場合には、図6の構造は、ブラケット構造61部分に補強部材17が直接接続していることになる。さらに、接続部材15を省略して、図7において、ブラケット構造61として図示した部分に補強部材17を直接接続しても良い。
7 アッパーサスペンション保持部材
13 アッパーフレーム
13a アッパーフレーム直線部
13b アッパーフレーム屈曲部
15 接続部材
15a 上部材
15b 内部材
17 補強部材
19 補強部
20 強度調整部材
31 アッパーフレーム先端部
51 エンジン
53 エンジンマウント
55 サスクロスメンバ
61 ブラケット構造
103 衝突対象物
A エンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲
Claims (10)
- メインフレームと、
前記メインフレームの上方向かつ外方向に位置するアッパーフレームと、
エンジンと、
前記メインフレームに接続され、かつ、前記エンジンを保持するサスクロスメンバと、
アッパーサスペンションを保持するアッパーサスペンション保持部材と、
前記アッパーサスペンション保持部材とは別の箇所に設けられ前記アッパーフレームの前記アッパーサスペンション保持部材より前方向かつ外方向の箇所を補強する複数の補強部材と、を有し、
前記メインフレームは、少なくとも、前記サスクロスメンバが前記メインフレームに接続されることによって、前記メインフレームの他の部分よりも強度が高くなっている補強部を有し、
前記複数の補強部材は、前記補強部のほぼ同一の位置から放射状に延びて前記アッパーフレームと前記補強部とを架橋している
車体構造。 - 前記補強部の前後方向及び上下方向における位置は、エンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲内にある
請求項1に記載の車体構造。 - 前記補強部と前記補強部材とを接続する接続部材を有し、
前記接続部材は、
前記補強部に対して上方向の位置に配置される上部材と、
前記補強部に対して内方向の位置に配置される内部材と、を有し、
前記上部材と、前記補強部材とが接続されている
請求項2に記載の車体構造。 - 前記補強部と前記補強部材とを接続する接続部材を有し、
前記接続部材は、前記補強部の外方向の位置において、前記補強部材と接続されている
請求項2に記載の車体構造。 - 前記補強部の前後方向及び上下方向における位置は、エンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲外にある
請求項1に記載の車体構造。 - メインフレームと、
前記メインフレームの上方向かつ外方向に位置するアッパーフレームと、
エンジンと、
前記エンジンを保持するサスクロスメンバと、
前記メインフレームに接続しており、前記メインフレームと前記サスクロスメンバとを接続させるためのメインフレームブラケット構造部と、
アッパーサスペンションを保持するアッパーサスペンション保持部材と、
前記アッパーサスペンション保持部材とは別の箇所に設けられ前記アッパーフレームの前記アッパーサスペンション保持部材より前方向かつ外方向の箇所を補強する複数の補強部材と、を有し、
前記複数の補強部材は、前記メインフレームブラケット構造部のほぼ同一の位置から放射状に延びて前記アッパーフレームと前記メインフレームブラケット構造部とを架橋している
車体構造。 - 前記補強部材の前後方向及び上下方向における位置は、エンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲内にある
請求項6に記載の車体構造。 - 前記メインフレームブラケット構造部は、
前記メインフレームに対して上方向の位置に配置される上部材と、
前記メインフレームに対して内方向の位置に配置される内部材と、を有し、
前記上部材と、前記補強部材とが接続されている
請求項7に記載の車体構造。 - 前記メインフレームブラケット構造部は、補強部の外方向の位置において、前記補強部材と接続されている
請求項7に記載の車体構造。 - 前記補強部材の前後方向及び上下方向における位置は、エンジンの外方向の側面方向の側面位置の範囲内に無い
請求項6に記載の車体構造。
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