JP3900856B2

JP3900856B2 - 車両フロア構造

Info

Publication number: JP3900856B2
Application number: JP2001151132A
Authority: JP
Inventors: 由紀夫三浦; 健二畑佐; 一正渡辺
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002337749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車幅方向へ延びる前後のクロスメンバと、これら前後のクロスメンバに結合され、前後のクロスメンバ間に下方へ凸状に湾曲する曲面部が形成されたフロアパネルとを備える車両フロア構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両のフロアパネルは、その四方がサイドメンバ、クロスメンバ、リンフォース、ロッカ等といった骨格部材により囲まれた膜状構造を構成している。そのため、かかるフロアパネルの骨格部材で囲まれた部分は、振動の影響を受け易く、特定の振動周波数に対する固有の共振点をもっている（以下、このような共振点の周波数を「固有の共振周波数」という）。
【０００３】
このため、例えばエンジンの駆動による振動や排気音、また走行中に路面から伝わる振動などが、フロアパネル固有の共振周波数に一致すると、フロアパネルが共振し、車室内の乗員に不快感を与えることが知られている。特にフロアパネル固有の共振周波数が低いほど、共振による音圧レベルが増大することから、このようなフロアパネルの共振が低周波領域における不快な音の原因になっていることも解明されている。
【０００４】
このような技術的背景のなか、車両のフロアパネルにおいては、フロアパネルの剛性を高めることによって、フロアパネル固有の共振周波数が高くなり、これにより共振による音圧レベルを低下させ得ることが確認されている。
具体的には、フロアパネル固有の共振周波数を高める構成として、例えばフロアパネル自体に車両の前後方向あるいは車幅方向に複数のビードを入れる構成や１または２以上の曲面を設けた曲面パネルを構成するものがある。
【０００５】
フロアパネル自体に車両の前後方向あるいは車幅方向に複数のビードを入れる構成は、ビードの延びる方向に対してフロアパネルの剛性を高めることができる。しかし、ビードの幅方向に対してはビードを形成するための曲げ部分の存在により却って剛性を低くする結果を招いている。そのため、このようなビードにより強化されたフロアパネルの剛性をその前後方向および車幅方向の双方について総合的に評価すると、ビードのないものに比べてある程度は剛性を高めることはできても、フロアパネル固有の共振周波数を十分に高める程度（例えば２００Ｈｚ以上）の剛性を得ることは困難であることが本願発明者らによる実験や計算機シミュレーションなどにより確認されている。
【０００６】
フロアパネルに２以上の曲面を設けた構成による曲面パネルでは、曲面同士の境界において、ビードの曲げ部分と同様の曲げ部分が存在するため、複数のビードを入れる構成によるものと同様、フロアパネル固有の共振周波数を十分に高める程度の剛性を得ることが困難であると考えられる。
【０００７】
フロアパネルに１の曲面を設けたいわゆる１曲面パネルの構成は、以上の構成の中でフロアパネル固有の共振周波数を最も高めることができる構成である。この１曲面パネルは、図９（Ａ）に示すように、クロスメンバ等の隣接する骨格部材１０３との結合のためにフロアパネル１０１の曲面部１０２の周囲に平坦部１０６が設けられている。
【０００８】
ここで、生産技術上の問題から、この１曲面パネルは、曲面部１０２と平坦部１０６とを比較的大きなアールで連続させるようにしてプレス成形される。つまり、フロアパネル１０１の曲面部１０２と平坦部１０６とが大きなアールで連続しているため、平坦部１０６に結合される骨格部材１０３を曲面部１０２に隣接させることはできず、曲面部１０２の周囲に骨格部材１０３で拘束されない幅Ｌの平坦部（以下「自由平坦部」という）１０６Ａが存在する。これにより、曲面部１０２を剛体として、骨格部材１０３に拘束されない自由平坦部１０６Ａをバネとした振動が生じるため、この自由平坦部１０６Ａによりフロアパネル固有の共振周波数が低下してしまうことが、図１０（Ｂ）に示すようなモデルケースにおける計算機シミュレーションの結果から明らかになっている（図１０（Ａ）参照）。
【０００９】
そこで、本願出願人は、特願２０００−３６２１２９号明細書に記載されているように、この１曲面パネルの剛性を高めるため、フロアパネル１０１の曲面部１０２の周囲に曲面部１０２と平坦部１０６とを段差を有して連続させる段差部１０８を設ける構成（図９（Ｂ）参照）を提案している。これにより、自由平坦部１０６Ａの幅Ｌを小さくして１曲面パネルの剛性を高めることにより、フロアパネル固有の共振周波数を高くできるので、フロアパネルの共振による低周波領域の不快音を十分に抑制することができた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような段差部を設けた１曲面パネルによると、骨格部材で囲まれた部分の面積が小さいフロアパネルでは、フロアパネルの共振による不快音を抑制する効果を十分に発揮できても、骨格部材で囲まれた部分の面積が大きいフロアパネルでは、十分な効果を発揮できないことがその後の実験や計算機シミュレーションなどにより判明した。
【００１１】
即ち、骨格部材で囲まれた部分の面積が大きいフロアパネルにおいて、１曲面パネルを使用する場合、この１曲面パネルは、曲面部１０２が広すぎるため、段差部１０８を設けて自由平坦部１０６Ａの幅Ｌを小さくしても曲面部１０２周辺の支持剛性が依然として不足する。したがって、フロアパネル固有の共振周波数を十分に高める程度の剛性を得ることは難しいことから、段差部１０８を設けた１曲面パネルの構成であっても、骨格部材で囲まれた部分の面積が大きいフロアパネルの場合には、共振による不快音を抑制することが困難であることが判った。
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、フロアパネルの共振による不快音を抑制し得る車両フロア構造を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段、および発明の作用・効果】
上記した目的を達成するため、請求項１の車両フロア構造では、車幅方向へ延びる前後のクロスメンバと、これら前後のクロスメンバに結合され、前後のクロスメンバ間に下方へ凸状に湾曲する曲面部が形成されたフロアパネルと、車両の前後方向に延びて前記前後のクロスメンバに接続されこれらのクロスメンバとともに前記フロアパネルの曲面部を囲む左右のサイドメンバと、を備える車両フロア構造であって、
前記フロアパネルの曲面部を車幅方向中央に形成するとともに、前記曲面部の左右両側に段差を有して一般部に連続する段差部を設け、該段差部の前端および後端をそれぞれ前記前後のクロスメンバに連結することで、前記段差部が前記前後のクロスメンバ間に架け渡された骨格を形成して、前記フロアパネルの固有の共振周波数を２００ Hz よりも高い周波数にすることを技術的特徴とする。
【００１４】
請求項１では、フロアパネルの曲面部を車幅方向中央に形成するとともに、この曲面部の左右両側に段差を有して一般部に連続する段差部を設け、この段差部の前端および後端をそれぞれ曲面部前後のクロスメンバに連結する。また、この段差部が前後のクロスメンバ間に架け渡された骨格を形成して、フロアパネルの固有の共振周波数を２００ Hz よりも高い周波数にする。
つまり、曲面部の左右両側にある段差部の前端と曲面部の前方にあるクロスメンバとを結合し、当該段差部の後端と曲面部の後方にあるクロスメンバとを結合する。これにより、段差部が前後のクロスメンバ間に架け渡された骨格を形成し、フロアパネルの剛性が向上する。また、フロアパネルの固有の共振周波数を２００ Hz よりも高い周波数にする。したがって、このフロアパネル固有の共振周波数を十分高める程度の剛性を得ることができるので、フロアパネルの共振による不快音を抑制し得る効果がある。
なお、「一般部」とは、曲面部を除く部分（平坦部）のことである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両フロア構造の実施形態を、図を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る車両フロア構造の構成について、図１〜図８を参照して説明する。
【００１６】
図２および図３に示すように、フロアパネル２０には、その下面左右両側に前後方向に延びるサイドメンバ４０、４０が設けられ、左右のサイドメンバ４０、４０間に車幅方向に延びるクロスメンバ３０、３１が前後方向に間隔をおいて設けられ、それぞれスポット溶接により固定されている。フロアパネル２０の前記サイドメンバ４０、４０及びクロスメンバ３０、３１で囲まれた部分には、車幅方向中央に曲面部２６が形成されている。また、曲面部２６の後方には、一般部２２より低い凹状に形成された後方凹部３４が設けられている。
【００１７】
この曲面部２６は、下方へ凸状に湾曲しており、曲面部２６の左右両側には、曲面部２６と一般部２２とを段差を有して連続させる段差部２４が設けられている。この段差部２４の前端２４ａは、前方のクロスメンバ３０に、また、段差部２４の後端２４ｂは、後方のクロスメンバ３１にそれぞれ連結されている。
【００１８】
このため、図２に示すように、フロアパネル２０の曲面部２６の左右両側の段差部２４が前後のクロスメンバ３０、３１間に架け渡された骨格を形成するようになる。これにより、フロアパネル２０の剛性を高めることができる。本実施形態の車両フロア構造では、このようにフロアパネル２０の剛性を高めることで、フロアパネル固有の共振周波数を高くして、フロアパネル２０の共振による不快音を抑制する。
【００１９】
ここで、本実施形態に係る車両フロア構造を模式的に表すと、図１に示すような構成になる。即ち、フロアパネル２０のサイドメンバ４０、４０及びクロスメンバ３０、３１で囲まれた部分には、車幅方向中央に曲面部２６が形成され、この曲面部２６の車幅方向の両側に段差部２４（図１で斜線部分）を形成する。そして、曲面部２６の前方および後方に配設されているクロスメンバ３０、３１に、段差部２４の前端２４ａおよび後端２４ｂをそれぞれ連結させる。
【００２０】
つまり、フロアパネル２０の曲面部２６の前方に配設されたクロスメンバ３０に段差部２４の前端２４ａを連結させ、後方のクロスメンバ３１に段差部２４の後端２４ｂを連結させることにより、曲面部２６の左右両側の段差部２４が前後のクロスメンバ３０、３１間に架け渡された骨格を形成する。これにより、フロアパネル２０の剛性を高めることができる。すなわち、曲面部２６と、その左右両側の骨格を形成する段差部２４とによる相乗効果によって、フロアパネル２０の剛性が著しく向上する。
【００２１】
具体的には、図３〜図６に示すように構成される。
図３には、曲面部２６を中心としたフロアパネル２０の斜視図が示されている。また、図５（Ａ）には、図３の５Ａ−５Ａ断面図、図５（Ｂ）には、図３の５Ｂ−５Ｂ断面図がそれぞれ示されている。
【００２２】
図３に示すように、フロアパネル２０の曲面部２６の左右両側に曲面部２６と一般部２２とを段差を有して連続させる段差部２４が形成されている。そして、曲面部２６の前方のクロスメンバ３０に段差部２４の前端２４ａが交差するような位置関係でフロアパネル２０とクロスメンバ３０とが連結されている。
【００２３】
また、段差部２４の後端２４ｂも、段差部２４の前端２４ａと同様に、後方のクロスメンバ３１と交差するような位置関係でフロアパネル２０とクロスメンバ３１とが連結されている。
【００２４】
図４には、曲面部２６の前方に位置するクロスメンバ３０と、後方に位置するクロスメンバ３１の斜視図が示されている。クロスメンバ３０、３１は、その断面がハット形状に形成されており、これによりクロスメンバ３０、３１の長手方向の剛性が高まることから、車幅方向に対する剛性を高くすることができる。このクロスメンバ３０、３１には、フロアパネル２０と溶接により連結するため、それぞれフランジ部３０ａ、３１ａが設けられている。このフランジ部３０ａ、３１ａにスポット溶接を行うことで、クロスメンバ３０、３１はフロアパネル２０にそれぞれ固定される。
【００２５】
ここで、クロスメンバ３０に設けられた後方のフランジ部３０ａには、車幅方向ほぼ中央に凹状に窪んだ凹部３０ｂが形成されている。また、クロスメンバ３１にも、同様に、前方および後方のフランジ部３２に凹部３１ｂが形成されている。これらの凹部３０ｂ、３１ｂは、フロアパネル２０の形状に合わせてフランジ部３０ａ、３１ａを窪ませているので、クロスメンバ３０、３１に段差部２４の前端２４ａ及び後端２４ｂが交差するような位置関係でフロアパネル２０とクロスメンバ３０、３１とを連結させることができる。
【００２６】
図３および図５（Ｂ）に示すように、曲面部２６の車幅方向の両側に形成された段差部２４によって、段差部２４の頂上部分に稜線４４が形成される。これにより、稜線４４が通る方向に沿って剛性が高められる。つまり、段差部２４の稜線４４は、曲面部２６の前後方向に沿って形成されているため、前後方向に対するフロアパネル２０の剛性を向上させることができる。
【００２７】
上述したように、曲面部２６の左右両側の段差部２４の前端２４ａ及び後端２４ｂをそれぞれクロスメンバ３０、３１に連結することにより、段差部２４が前後のクロスメンバ３０、３１間に架け渡された骨格を形成し、フロアパネル２０を撓みにくくしている。したがって、このフロアパネル固有の共振周波数を十分高める程度の剛性を得ることができるので、フロアパネル２０の共振による不快音を抑制することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、フロアパネル２０の下面にクロスメンバ３０を設けているが、図６に示すように、フロアパネル２０の上面にクロスメンバ５０を配設してもよい。
【００２９】
次に、このような構成による車両フロア構造について行った試験結果を図７および図８に基づいて説明する。
図７には、フロアパネル２０の振動周波数に対するイナータンスの特性図が示されている。同図中、実線は、従来のビードによりフロアパネル２０の剛性を高めたもの、破線は、従来の１曲面パネルにより剛性を高めたものを示す。また、一点鎖線は、本実施形態の車両フロア構造により剛性を高めたものである。
【００３０】
この図７に示す特性図から、従来のビード構造によるものは２００Ｈｚよりも低い１００Ｈｚ付近の周波数領域にピーク（共振点）が存在している。同様に、従来の１曲面パネルの構造によるものも２００Ｈｚよりも低い周波数領域にピークが存在している。
【００３１】
これに対して、本実施形態に係るものは、２００Ｈｚよりも高い周波数領域にピークが存在していることが分かる。また、ピークにおけるイナータンスを比較してみると、本実施形態に係るもののイナータンスは、従来のビード構造、１曲面パネル構造のものより低いことが同図から明らかである。
【００３２】
したがって、本実施形態による車両フロア構造によると、従来の車両フロア構造と比較して、フロアパネル固有の共振周波数を高くすることができ、更に、イナータンスを低減させ得る効果があることが本特性図から確認できる。
【００３３】
図８には、フロアパネル２０加振時の振動周波数に対する音圧感度の特性図が示されている。同図中、実線は、従来のビード構造によりフロアパネル２０の剛性を高めたもの、また、破線は本実施形態の車両フロア構造により剛性を高めたものである。
【００３４】
低周波領域の車両の振動において、３０Ｈｚ〜５０Ｈｚの周波数領域では、車室全床全域における膜共振が発生する。図８に示す特性図から、この領域において、本実施形態に係るものの音圧感度は、従来のものより低いことがわかる。また、５０Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数領域では、クロスメンバ３０等の骨格を含めたフロアパネル２０の局部振動が発生し、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数領域では、フロアパネル２０の共振が発生する。これらの領域においても、上述した３０Ｈｚ〜５０Ｈｚの周波数領域と同様に、本実施形態に係るものの音圧感度は、従来のものより低い。つまり、２００Ｈｚ以下の低周波領域において、本実施形態に係るものの方が従来のものよりも音圧感度の低いことがわかる。したがって、本実施形態による車両フロア構造によると、２００Ｈｚ以下の周波数領域における音圧感度を低減することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態に係る車両フロア構造によると、曲面部２６の左右両側にある段差部２４の前端２４ａと曲面部２６の前方にあるクロスメンバ３０とを結合し、当該段差部２４の後端２４ｂと曲面部２６の後方にあるクロスメンバ３１とを結合する。これにより、段差部２４が前後のクロスメンバ３０、３１間に架け渡された骨格を形成し、フロアパネル２０の剛性が向上する。したがって、このフロアパネル２０の固有の共振周波数を十分高める程度の剛性を得ることができるので、フロアパネル２０の共振による不快音を抑制し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両フロア構造を模式的に表した説明図である。
【図２】本実施形態に係る車両フロア構造を適用した車両フロア構造を示す斜視図である。
【図３】図２に示すIII 線内の拡大図である。
【図４】本実施形態の車両フロア構造に用いられるクロスメンバの斜視図である。
【図５】図５（Ａ）は、図３の５Ａ−５Ａ線断面図であり、図５（Ｂ）は、図３の５Ｂ−５Ｂ線断面図である。
【図６】本実施形態に係る車両フロア構造の変形例を示す説明図である。
【図７】振動周波数に対するイナータンスの特性図である。
【図８】振動周波数に対する音圧感度の特性図である。
【図９】図９（Ａ）は、従来の段差部のない１の曲面を設けた曲面パネルの構成を示す説明図であり、図９（Ｂ）は、従来の段差部のある１の曲面を設けた曲面パネルの構成を示す説明図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）に示すモデルケースに対して行った計算機シミュレーションの結果を示す特性図であり、図１０（Ｂ）は、そのモデルケースを示す説明図である。
【符号の説明】
２０フロアパネル
２２一般部
２４段差部
２４ａ段差部の前端
２４ｂ段差部の後端
２６曲面部
３０前方のクロスメンバ
３１後方のクロスメンバ
３２フランジ部
４０サイドメンバ
４４稜線

Claims

車幅方向へ延びる前後のクロスメンバと、これら前後のクロスメンバに結合され、前後のクロスメンバ間に下方へ凸状に湾曲する曲面部が形成されたフロアパネルと、車両の前後方向に延びて前記前後のクロスメンバに接続されこれらのクロスメンバとともに前記フロアパネルの曲面部を囲む左右のサイドメンバと、を備える車両フロア構造であって、
前記フロアパネルの曲面部を車幅方向中央に形成するとともに、前記曲面部の左右両側に段差を有して一般部に連続する段差部を設け、該段差部の前端および後端をそれぞれ前記前後のクロスメンバに連結することで、前記段差部が前記前後のクロスメンバ間に架け渡された骨格を形成して、前記フロアパネルの固有の共振周波数を２００ Hz よりも高い周波数にすることを特徴とする車両フロア構造。