JP2009006903A

JP2009006903A - 自動車の車体構造

Info

Publication number: JP2009006903A
Application number: JP2007170975A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kurata; 英俊倉田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: US7748774B2; JP4384206B2; US20090001769A1

Abstract

【課題】軽量化を図りながら、正面衝突や側面衝突に対する強度の向上等を実現した自動車の車体構造を提供する。
【解決手段】ボディ１は、骨格部材として、左右フロントサイドフレーム４，５や左右サイドシルインナ７，８、左右フロアフレーム９，１０、左右アウトリガー１１，１２、フロントクロスメンバ１３、第１ミドルクロスメンバ１４、第２ミドルクロスメンバ１５、フロアトンネルスチフナ１６等を有している。フロントクロスメンバ１３は、左右フロントサイドフレーム４，５の後端における車幅方向内側に接合されるとともに、フロントサイドフレーム４，５との接合部から車幅方向中央側に向けてその前後方向長さが小さくなるアーチ形状を呈している。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の車体構造に係り、軽量化を図りながら、正面衝突や側面衝突に対する強度の向上等を実現する技術に関する。

モノコック構造の自動車（以下、モノコック車と記す）は、薄鋼板をプレス成型することで多数のボディパネルや骨格部材を製造した後、これらをスポット溶接等により接合することでボディが製造される（特許文献１参照）。従来のボディ構造では、自動車が他の車両や建造物等に正面衝突した場合、フロントバンパから左右のフロントサイドフレームに入力した衝突荷重は、アウトリガーを介してサイドシルインナにその一部が伝達される他、左右のフロアフレームを介して大部分がミドルクロスメンバに伝達される。なお、特許文献１のボディ構造では、フロアパネルの中央を上方に膨出させてその下部にフュエルタンクを設置するとともに、このフュエルタンクをフロントクロスメンバとミドルクロスメンバとフロアフレームとによって画成された空間に収容している。また、フロアパネルの上面にはシートフレームの前後脚が締結されており、そのシートフレームの上部にシートが支持されている。
特開２００２−３０２０７１号公報

上述した従来のボディ構造では、フロントサイドフレームからの衝突荷重は、その大部分がフロアフレームに入力するため、フロアフレームとして板厚や横断面積の大きい大重量のものが必要なり、自動車の車体重量が増大することが避けられなかった。車体重量の増大は、走行燃費の悪化や運動性能の低下をもたらすことから、できる限り抑制することが望ましい。そのため、フロアフレームの薄肉化等を実現すべく、フロントサイドフレームから入力した衝突荷重をフロアフレーム以外の骨格部材に効果的に分散する構造が望まれていた。また、特許文献１のボディ構造では、車室前部に側方から他車が衝突した場合にサイドシルインナからの衝突荷重がフロントクロスメンバに作用するため、フュエルタンクの保護を図る観点から、フロントクロスメンバの板厚等も大きくする必要等があり、このことも車体重量を増大させる要因となっていた。更に、正面衝突時において、シートベルトに拘束された乗員が慣性によって前方に移動すると、シートの前部に下向きの大きな荷重が作用することでシートフレームの前脚が締結されたフロアパネルが下方に変形し、シートフレーム（すなわち、シート）が前のめりに傾いて乗員がダッシュボードに接近する虞がある。このような事態を防止するためには、フロアパネルとして板厚や断面係数の大きなものが必要となり、車体重量の増大がもたらされたり、プレス成形が困難になったりする問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、軽量化を図りながら、正面衝突や側面衝突に対する強度の向上等を実現した自動車の車体構造を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る自動車の車体構造は、車体前部に設置され、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームと、車室の床部分を形成するフロアパネルの左右端に接合された左右一対のサイドシルと、前記フロントサイドフレームの後端にそれぞれ接合され、後方に延びる左右一対のフロアフレームと、前記フロアフレームに接合されるとともに、その左右端が前記サイドシルに接合された第１ミドルクロスメンバと、前記第１ミドルクロスメンバの後方で前記フロアフレームに接合されるとともに、その左右端が前記サイドシルに接合された第２ミドルクロスメンバと、前記第１ミドルクロスメンバの前端に接合されるとともに、その左右端が前記フロントサイドフレームの車幅方向内側に接合されたフロントクロスメンバとを備え、前記フロントクロスメンバは、前記フロントサイドフレームとの接合部から車幅方向中央側に向けてその前後方向長さが小さくなるアーチ形状を呈することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載された自動車の車体構造において、前記フロアパネルの車幅方向中央部にフロアトンネルスチフナが設置され、当該フロアトンネルスチフナが前記第１ミドルクロスメンバと前記第２ミドルクロスメンバとに接合されたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された自動車の車体構造において、前記フロントサイドフレームと前記サイドシルの前端側とに接合された左右一対のアウトリガーを備えたことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された自動車の車体構造において、シートを支持するシートフレームが前記第１ミドルクロスメンバに締結されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フロントサイドフレームから入力した衝突荷重は、フロントクロスメンバおよび第１ミドルクロスメンバを介してフロアフレームとサイドシルとに効果的に伝達される。そのため、フロアフレームとして比較的低強度の軽量なものを採用することが可能となり、車体重量の軽減を実現できる。また、第１ミドルクロスメンバによって車室前部の車幅方向の変形が抑制されるため、側面衝突時における乗員の安全性が向上する。そして、車体下部に第１，第２ミドルクロスメンバとフロアフレームとによって囲まれた変形し難い空間が形成されるため、その空間にフュエルタンク等を設置することで衝突時の安全性を向上させることができる。また、請求項２の発明によれば、第１ミドルクロスメンバからの衝突荷重がフロアトンネルスチフナにも伝達されるため、フロアフレームの更なる軽量化等を実現できる。また、請求項３の発明によれば、フロントサイドフレームからの衝突荷重がアウトリガーを介してサイドシルに伝達されるため、フロントサイドフレームの更なる軽量化等を実現できる。また、請求項４の発明によれば、正面衝突時にシートの前部に下向きの荷重が作用しても、その前脚が第１ミドルクロスメンバに締結されているためにシートフレームの変位が起こり難くなり、シートが前のめりに傾むいて乗員がダッシュボードに接近する虞が少なくなる。

以下、図面を参照して、本発明を適用した自動車用車体構造の一実施形態を詳細に説明する。図１は実施形態に係る車体骨格構造を示す斜視図であり、図２は実施形態に係る車体骨格構造の要部を示す下面図であり、図３は図２中のIII−III断面図であり、図４は図２中のIＶ−IＶ断面図である。

≪実施形態の構成≫
本実施形態は、ハッチバック乗用車用のボディに本発明を適用したものである。
図１〜図３に示すように、実施形態のボディ１は、ボディパネルとして、車室の前端部分を画成するダッシュボードロアパネル３や車室の床面を構成する前後フロアパネル６ａ，６ｂ等を有し、骨格部材として、左右フロントサイドフレーム４，５や左右サイドシルインナ（サイドシル）７，８、左右フロアフレーム９，１０、左右アウトリガー１１，１２、フロントクロスメンバ１３、第１ミドルクロスメンバ１４、第２ミドルクロスメンバ１５、フロアトンネルスチフナ１６等を有している。なお、図１中に符号１７で示す部材は、フロントサイドフレーム４，５の前端に締結されたバンパビームである。また、図２中に符号１８で示す部材は、ボディ１の中央下部に設置されたフュエルタンクであり、第１，第２ミドルクロスメンバ１４，１５とフロアフレーム９，１０とによって画成された空間２０に収容されている。

フロントサイドフレーム４，５は、エンジンルーム２から前部フロアパネル６ａ（図１には示さず）に向けて前後方向に延設されている。サイドシルインナ７，８は、前後フロアパネル６ａ，６ｂ（図１には示さず）の左右端に接合され、車室の床面を構成している。フロアフレーム９，１０は、フロントサイドフレーム４，５の後端にそれぞれ接合されるとともに、後部フロアパネル６ｂの下面に接合されている。アウトリガー１１，１２は、いわゆる閉断面構造体であり、フロントサイドフレーム４，５とサイドシルインナ７，８の前端とに接合されている。

フロントクロスメンバ１３は、左右フロントサイドフレーム４，５の後端における車幅方向内側に接合されるとともに、フロントサイドフレーム４，５との接合部から車幅方向中央側に向けてその前後方向長さが小さくなるアーチ形状を呈している。また、図３に示すように、フロントクロスメンバ１３は、前部フロアパネル６ａの下面に接合される立上り部１３ａを有するとともに、その後端が第１ミドルクロスメンバ１４の前端下面に接合されている。図３中に符号１９で示す部材は第１ミドルクロスメンバ１４の後端下面に溶接されたウエルドナットであり、シートフレーム２１の前脚２１ａの締結に供される。

図３に示すように、第１ミドルクロスメンバ１４には、その中央部分において、前面に前部フロアパネル６ａの後端が接合されるとともに、後端に後部フロアパネル６ｂを介してフロアトンネルスチフナ１６の前端が接合されている。また、図４に示すように、第１ミドルクロスメンバ１４には、その側方部分において、前部フロアパネル６ａの後端を介してフロントサイドフレーム４，５に接合されるとともに、後端に後部フロアパネル６ｂの前端が接合されている。

≪実施形態の作用≫
自動車の走行時あるいは停車時において、ボディ１の前面に車両や障害物が衝突する（すなわち、正面衝突が起きる）ことがある。本実施形態の場合、図５中に黒塗りの矢印で示すように、正面衝突によってバンパビーム１７からフロントサイドフレーム４，５に入力した衝突荷重は、その一部がアウトリガー１１，１２を介してサイドシルインナ７，８に伝達される他、大部分がフロアフレーム９，１０に伝達される。フロアフレーム９，１０に伝達された衝突荷重は、フロアフレーム９，１０の上面から第１ミドルクロスメンバ１４に直に伝達される他、フロントクロスメンバ１３を介しても第１ミドルクロスメンバ１４に伝達され、更に、第１ミドルクロスメンバ１４から左右サイドシルインナ７，８とフロアトンネルスチフナ１６とに伝達される。この際、上述したように、フロントクロスメンバ１３がアーチ形状を呈しているため、第１ミドルクロスメンバ１４に衝突荷重が局部的に伝達されなくなるとともに、フロアトンネルスチフナ１６への衝突荷重の過大な伝達も抑制される。

一方、正面衝突が起きると、シートベルトによって拘束された乗員が慣性によって前方に移動してシートの前部に下向きの大きな荷重が作用する。ところが、本実施形態では、その前脚２１ａが第１ミドルクロスメンバ１４とフロアトンネルスチフナ１６とが重なった部分に締結されているためにシートフレーム２１の変位が起こり難くなり、シートの変形や移動（前のめりに傾くこと等）によって乗員がダッシュボードに接近する虞が少なくなる。

また一方、上述した正面衝突をはじめ、ボディ１の側面への他車等の衝突（すなわち、側面衝突）等が起こった場合においても、フュエルタンク１８は、第１，第２ミドルクロスメンバ１４，１５とフロアフレーム９，１０とによって画成された堅固な空間２０に収容されているため、変形や破損等を受けることが殆ど無く高い安全性が確保される。なお、本実施形態の場合、空間２０にフュエルタンク１８を収容するようにしたが、電気自動車や燃料電池自動車ではバッテリーや燃料電池等を収容してもよく、その場合にもそれらの機器がフュエルタンク１８と同様に保護される。

本実施形態では、上述した構成を採ったことにより、ボディ１の強度や剛性を確保しながら、フロアフレーム９，１０やフロントクロスメンバ１３の素材に比較的軽量な薄鋼板等を使用することができるようになり、車体重量の軽減やＮＶＨ（ノイズ、バイブレーション、ハーシュネス）性能の向上を実現できる。また、フロアパネルを第１ミドルクロスメンバ１４を境に前部フロアパネル６ａと後部フロアパネル６ｂとに分割することにより、必要に応じて板厚や材質（通常の鋼板と高張力鋼板）を使い分けることが可能となり、成型性や生産性の向上を実現できる。また、フロントクロスメンバ１３や第１ミドルクロスメンバ１４によって車室前部の強度や剛性が十分に確保されるため、前部フロアパネル６ａの車幅方向中央部のトンネル形状部を廃止でき、運転席と助手席との間での乗員の移動（いわゆる、ウォークスルー）を実現することが可能となる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明をセダン型４ドア乗用車に適用したものであるが、２ドア自動車等、他の自動車に本発明を適用してもよい。また、フロアフレームやフロントクロスメンバ、第１ミドルクロスメンバ、フロアパネル等の具体的形状や接合形態等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態に係る車体骨格構造を示す斜視図である。実施形態に係る車体骨格構造の要部を示す下面図である。図２中のIII−III断面図である。図２中のIＶ−IＶ断面図である。実施形態の作用説明図である。

符号の説明

１ボディ
４フロントサイドフレーム
５フロントサイドフレーム
６ａ前部フロアパネル
６ｂ後部フロアパネル
７サイドシルインナ（サイドシルインナ）
８サイドシルインナ（サイドシルインナ）
９フロアフレーム
１０フロアフレーム
１１アウトリガー
１２アウトリガー
１３フロントクロスメンバ
１４第１ミドルクロスメンバ
１５第２ミドルクロスメンバ
１６フロアトンネルスチフナ
２１シートフレーム

Claims

車体前部に設置され、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレームと、
車室の床部分を形成するフロアパネルの左右端に接合された左右一対のサイドシルと、
前記フロントサイドフレームの後端にそれぞれ接合され、後方に延びる左右一対のフロアフレームと、
前記フロアフレームに接合されるとともに、その左右端が前記サイドシルに接合された第１ミドルクロスメンバと、
前記第１ミドルクロスメンバの後方で前記フロアフレームに接合されるとともに、その左右端が前記サイドシルに接合された第２ミドルクロスメンバと、
前記第１ミドルクロスメンバの前端に接合されるとともに、その左右端が前記フロントサイドフレームの車幅方向内側に接合されたフロントクロスメンバと
を備え、
前記フロントクロスメンバは、前記フロントサイドフレームとの接合部から車幅方向中央側に向けてその前後方向長さが小さくなるアーチ形状を呈することを特徴とする、請求項１に記載された自動車の車体構造。
前記フロアパネルの車幅方向中央部にフロアトンネルスチフナが設置され、当該フロアトンネルスチフナが前記第１ミドルクロスメンバと前記第２ミドルクロスメンバとに接合されたことを特徴とする、請求項１に記載された自動車の車体構造。
前記フロントサイドフレームと前記サイドシルの前端側とに接合された左右一対のアウトリガーを備えたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された自動車の車体構造。
シートを支持するシートフレームが前記第１ミドルクロスメンバに締結されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された自動車の車体構造。