特開 2025-7453 車体構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025007453

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】車体構造

(51)【国際特許分類】

   B62D 21/15 20060101AFI20250109BHJP

   B62D 25/20 20060101ALI20250109BHJP

   B60R 19/24 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

B62D21/15 C

B62D25/20 C

B60R19/24 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023108869

(22)【出願日】2023-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水谷 洸太

(72)【発明者】

【氏名】杉本 晋一

【テーマコード（参考）】

3D203

【Ｆターム（参考）】

3D203BB16

3D203CA23

3D203CA29

3D203CA30

3D203CA33

3D203CA37

3D203CA45

3D203DA22

(57)【要約】

【課題】簡素な構造で、衝突時の乗員保護と歩行者保護とを両立させることができる車体構造を提供する。
【解決手段】車体前端構造（車体構造）は、一対のサイドメンバーと、一対のサイドメンバーの先端部に掛け渡された状態で締結されたバンパリンフォースと、バンパリンフォースの表面における、一対のサイドメンバーの先端部を延長した位置から、一対のサイドメンバーの上稜線の側にオフセットした位置に接合された、平板状の一対のスペーサと、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対のサイドメンバーと、
前記一対のサイドメンバーの先端部に掛け渡された状態で締結されたバンパリンフォースと、
前記バンパリンフォースの表面における、前記一対のサイドメンバーの先端部を延長した位置から、前記一対のサイドメンバーの上稜線の側にオフセットした位置に接合された、平板状の一対のスペーサと、を備える
車体構造。

【請求項2】

前記スペーサは、当該スペーサを正面視した際の図心が、前記サイドメンバーの上稜線と下稜線との中間位置から、前記上稜線の側にオフセットした位置に設置される、
請求項１に記載の車体構造。

【請求項3】

前記スペーサの裏面側は、前記バンパリンフォースの外表面に当接した状態で接合される、
請求項１または請求項２に記載の車体構造。

【請求項4】

前記スペーサは、積層された複数の平板を接合した構造を有する、
請求項１または請求項２に記載の車体構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車体構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、衝突時の衝撃を吸収してキャビンを保護する車体構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２９３２６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、フレームと、フレームに接合されたチャンネル状ブラケットと、チャンネル状ブラケットの前端面に接合された平板状部材とを備える前部車体構造が開示されている。

【0005】

このような前部車体構造にあっては、重量増の抑制やコスト低減等の観点から、より簡素な構造で、衝突時の乗員保護と歩行者保護とを両立させることが求められている。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、簡素な構造で、衝突時の乗員保護と歩行者保護とを両立させることができる車体構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、一対のサイドメンバーと、
前記一対のサイドメンバーの先端部に掛け渡された状態で締結されたバンパリンフォースと、前記バンパリンフォースの表面における、前記一対のサイドメンバーの先端部を延長した位置から、前記一対のサイドメンバーの上稜線の側にオフセットした位置に接合された、平板状の一対のスペーサと、を備える車体構造である。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、簡素な構造で、衝突時の乗員保護と歩行者保護とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、車体前端構造の一例を示す斜視図である。

【図2】図２は、車体前端構造の要部構成を示す斜視図である。

【図3】図３は、スペーサの詳細構造を示す正面図である。

【図4】図４は、スペーサの詳細構造を示すＡ－Ａ断面図である。

【図5】図５は、実施形態の車体前端構造の作用を説明する第１の図である。

【図6】図６は、実施形態の車体前端構造の作用を説明する第２の図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照して、実施の形態に係る車体前端構造について説明する。

【0011】

（車体構造の概略構成）
図１を用いて、車体前端構造１０の概略構成を説明する。図１は、車体前端構造の概略斜視図である。

【0012】

車体前端構造１０は、図示しない車両が備える一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂと、バンパリンフォース１３と、一対のブラケット１４ａ，１４ｂと、一対のスペーサ１５ａ，１５ｂとを備える。なお、車体前端構造１０は、本開示における車体構造の一例である。

【0013】

一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂは、図示しない車両の前後方向に沿って延びて、車両のシャシーの骨格を形成する、矩形断面の部材である。サイドメンバー１２ａとサイドメンバー１２ｂとは、車両を前後方向（Ｘ軸方向）に貫く中心線に関して線対称に配置されて、同一の形状を有する。サイドメンバー１２ａは、Ｚ軸方向上部の上稜線２２ａとＺ軸方向下部の下稜線２３ａとを有する。サイドメンバー１２ｂは、Ｚ軸方向上部の上稜線２２ｂとＺ軸方向下部の下稜線２３ｂとを有する。

【0014】

サイドメンバー１２ａ，１２ｂは、車両が衝突した際に、スペーサ１５ａ，１５ｂとバンパリンフォース１３とが受けた衝撃力を吸収する。サイドメンバー１２ａ，１２ｂは、球種した衝撃力によって、所定の変形モードで変形することによって、キャビンの乗員を保護する。詳しくは後述する（図５，図６参照）。

【0015】

バンパリンフォース１３は、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂの先端部（図１におけるＸ軸正側端部）に水平方向（図１におけるＹ軸に沿う方向）に架け渡された状態で締結される部材である。バンパリンフォース１３は、車両が衝突した際の衝撃力をサイドメンバー１２ａ，１２ｂに伝達する。バンパリンフォース１３は、図１に図示しないフロントバンパの裏面側に設置されている。

【0016】

一対のブラケット１４ａ，１４ｂは、バンパリンフォース１３とサイドメンバー１２ａ，１２ｂとの間に介在して、例えばボルト等によって、バンパリンフォース１３とサイドメンバー１２ａ，１２ｂとを締結する。なお、一対のブラケット１４ａ，１４ｂは必須の構成要素ではなく、バンパリンフォース１３とサイドメンバー１２ａ，１２ｂとが、直接締結されてもよい。

【0017】

スペーサ１５ａ，１５ｂは、バンパリンフォース１３の車両前方側（Ｘ軸正側）の表面に、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂの先端部を前方に延長した位置から、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂの上稜線２２ａ，２２ｂの側（Ｚ軸正側）にオフセットした位置に接合された、平板状の部材である。スペーサ１５ａ，１５ｂは、車両が衝突した際の衝撃力を、バンパリンフォース１３を介してサイドメンバー１２ａ，１２ｂに伝達する。なお、スペーサ１５ａ，１５ｂの詳細構造について、詳しくは後述する（図２、図３、図４参照）。

【0018】

スペーサ１５ａ，１５ｂは、歩行者と接触した際に、歩行者に与える衝撃を低減するために、前後方向（Ｘ軸に沿う方向）の厚さが薄い（例えば、約１５ｍｍ）平板状に形成されている。また、スペーサ１５ａ，１５ｂの表面と裏面とは、ＹＺ平面に沿う面状に形成されている。これによって、衝突時の受圧面の面積が大きくなるため、衝突時の衝撃力を、効率的にサイドメンバー１２ａ，１２ｂに伝達することができる。

【0019】

（スペーサの詳細構造）
図２、図３、図４を用いて、スペーサ１５ａの詳細構造を説明する。図２は、車体前端構造の要部構成を示す斜視図である。図３は、スペーサの詳細構造を示す正面図である。図４は、スペーサの詳細構造を示すＡ－Ａ断面図である。スペーサ１５ａとスペーサ１５ｂとは等しい構造を有し、車両を前後に貫く、Ｘ軸と平行な中心線に対して左右対称に設置されているため、ここでは、スペーサ１５ａについてのみ、その詳細構造を説明する。また、構造を分かり易くするため、図３と図４は、ブラケット１４ａを省略して描いている。

【0020】

スペーサ１５ａ，１５ｂは、バンパリンフォース１３に接合している側から順に、平板１６、平板１７、平板１８の３枚の板状部材が積層された構造を有する。平板１６は、４隅の溶接点１９において、バンパリンフォース１３にスポット溶接で接合される。平板１７は、平板１６よりも正面視（Ｘ軸に沿う方向から見たときに）で１回り小さい形状を有する。平板１７の周縁部は、平板１６とアーク溶接によって接合されている。平板１８は、平板１７よりも正面視で１回り小さい形状を有する。平板１８の周縁部は、平板１７とアーク溶接によって接合されている。なお、スペーサ１５ａ，１５ｂを構成する平板の枚数は３枚に限定されるものではない。スペーサ１５ａ，１５ｂに必要とされる厚さは、車両の構造によっても異なるため、評価実験等に基づいて、車両に応じた適切な枚数が設定される。

【0021】

図３に示すように、平板１７と平板１８とは、正面視で六角形状をなす。また、平板１６は、正面視で矩形状をなす。しかし、平板１６、平板１７、平板１８の形状は、このような形状に限定されるものではなく、平板状であれば、任意の形状であってよい。

【0022】

図３と図４に示すように、スペーサ１５ａは、当該スペーサ１５ａを正面視した際の図心２８が、サイドメンバー１２ａの上稜線２２ａと下稜線２３ａとの中間位置から、上稜線２２ａの側、すなわちＺ軸正側にオフセットした位置に設置される。なお、図心２８は、スペーサ１５ａの最外面に位置する平板１８の面積重心の位置であってもよいし、スペーサ１５ａの質量の重心位置であってもよい。より具体的には、図４に示すように、スペーサ１５ａの図心２８を通り、スペーサ１５ａに垂直な軸２７は、サイドメンバー１２ａの上稜線２２ａと下稜線２３ａとの中点を連結した軸２４から、上稜線２２ａの側にオフセットｄを有して設置される。

【0023】

このように、スペーサ１５ａを、オフセットｄを有する位置に設置することによって、スペーサ１５ａに加わった衝撃力は、サイドメンバー１２ａの下稜線２３ａの側よりも、スペーサ１５ａにより近いサイドメンバー１２ａの上稜線２２ａの側に早く伝わる。このように、サイドメンバー１２ａの上稜線２２ａと下稜線２３ａとに衝撃力が伝わる時間をずらすことができるため、サイドメンバー１２ａを折れ曲がりやすくすることができる。詳しくは後述する（図５，図６参照）。

【0024】

但し、オフセットｄを大きくし過ぎると、スペーサ１５ａの裏面側がバンパリンフォース１３から上方（Ｚ軸正側）に飛び出してしまう。このようなレイアウトでは、スペーサ１５ａが受けた衝撃力がバンパリンフォース１３を介して、サイドメンバー１２ａに十分に伝わらない。したがって、オフセットｄの大きさは、スペーサ１５ａの裏面側全体、すなわち、スペーサ１５ａを構成する最も裏面側の平板１６の上縁２５から下縁２６に亘る範囲がバンパリンフォース１３に接合されるように設定される。

【0025】

なお、スペーサ１５ａを構成する平板１６，１７，１８は、車両が物体に衝突した際に衝撃力を受ける受圧面として作用するが、平板１６，１７，１８の表面の面積が小さ過ぎると、車両が物体に衝突した際に、スペーサ１５ａが物体に貫入してしまうおそれがある。したがって、平板１６，１７，１８の表面は、ある程度の面積を有するのが望ましい。

【0026】

本開示の車体構造は、車体前端構造１０に限定されるものではなく、図示しない車両後端構造にも、同様に適用することができる。

【0027】

（車体前端構造の作用）
図５と図６を用いて、本実施形態の車体前端構造１０の作用を説明する。図５は、実施形態の車体前端構造の作用を説明する第１の図である。図６は、実施形態の車体前端構造の作用を説明する第２の図である。

【0028】

サイドメンバー１２ａは、当該サイドメンバー１２ａの前端（Ｘ軸正側の端部）に衝撃力が加わった際に、サイドメンバー１２ａを、予め設定された変形モードで変形させることによって衝撃力を吸収する。そのため、サイドメンバー１２ａには、図５に示すように、衝撃力が加わった際に折れ曲がりやすい部位である折れ位置３０、折れ位置３１、折れ位置３２が形成されている。これらの折れ位置３０，３１，３２には、例えばビード（へこみ）が形成されており、サイドメンバー１２ａに衝突の衝撃力が加わった際に、サイドメンバー１２ａは折れ位置３０，３１，３２で衝撃力を吸収して折れ曲がり易くなっている。

【0029】

本実施形態では、折れ位置の数を３カ所として説明するが、折れ位置の数は３カ所に限定されるものではない。また、サイドメンバー１２ａと対をなすサイドメンバー１２ｂ（図１参照）にも、サイドメンバー１２ａと対称な位置に折れ位置が形成されている。

【0030】

本実施形態の車体前端構造１０を有する車両の前端部が、正突試験においてバリアに衝突すると、スペーサ１５ａは衝突の際の衝撃力を受ける。そして、前述したように、サイドメンバー１２ａの上稜線２２ａの側には、下稜線２３ａの側よりも早く衝撃力が伝わる。上稜線２２ａの側に早期に衝撃力が伝わることによって、バンパリンフォース１３には時計回りのモーメントが加わる。したがって、図６に示すように、サイドメンバー１２ａの先端部は、折れ位置３０において、上稜線２２ａの側、すなわちＺ軸正側に折れ曲がる。

【0031】

続いて、車両の前進によって、衝撃力は、サイドメンバー１２ａの折れ位置３１に伝わる。サイドメンバー１２ａは、折れ位置３０から折れ位置３１にかけてＺ軸正側に変位する形状を有して、折れ位置３１から折れ位置３２にかけてＺ軸負側に変位する形状を有している。すなわち、サイドメンバー１２ａは、折れ位置３１において、上方側が凸になる形状を有している。したがって、図６に示すように、サイドメンバー１２ａの先端部が、折れ位置３０においてＺ軸正側に折れ曲がった際に、折れ位置３１には、反時計回りのモーメント、すなわち、折れ位置３１をＺ軸負側に変形させるモーメントが発生する。これによって、図６に示すように、サイドメンバー１２ａの折れ位置３０と折れ位置３１との間の区間は、折れ位置３１においてＺ軸負側に折れ曲がる。

【0032】

サイドメンバー１２ａに加わった衝撃力は、更にサイドメンバー１２ａの折れ位置３２に伝わる。このとき、サイドメンバー１２ａに加わった衝撃力の多くは、既に、折れ位置３０と折れ位置３１におけるサイドメンバー１２ａの折れ曲がりによって吸収されているため、折れ位置３２における変形は僅かに抑えられる。このように、サイドメンバー１２ａの折れ位置３１と折れ位置３２との間の区間は、衝突の際の衝撃力を受けた際に、Ｚ軸正側への変形、すなわち上突が抑制される。これによって、サイドメンバー１２ａに加わった衝撃力は車両のキャビンに伝達されないため、キャビンの変形が抑制される。

【0033】

なお、図示はしないが、サイドメンバー１２ａと対をなすサイドメンバー１２ｂも、衝突時に、サイドメンバー１２ａと同様の変形モードで変形する。

【0034】

また、図示はしないが、車体前端構造１０が、図５を上下反転させた構造である場合、すなわち、サイドメンバー１２ａが、図５を上下反転させた形状を有する場合であっても、前述したのと同様の効果を得ることができる。すなわち、スペーサ１５ａを、サイドメンバー１２ａの先端部を延長した位置から、サイドメンバー１２ａの下稜線２３ａの側にオフセットされた位置に接合すれば、サイドメンバー１２ａの折れ位置３０、折れ位置３１における折れ曲がりの方向が、図６に示した折れ曲がりの方向と逆になるだけで、前述したのと同様に、キャビンの変形を抑制することができる。

【0035】

（本実施の形態の作用効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る車体前端構造１０（車体構造）は、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂと、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂの先端部に掛け渡された状態で締結されたバンパリンフォース１３と、バンパリンフォース１３の表面における、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂの先端部を延長した位置から、一対のサイドメンバー１２ａ，１２ｂの上稜線２２ａ，２２ｂの側にオフセットした位置に接合された、平板状の一対のスペーサ１５ａ，１５ｂと、を備える。したがって、簡素な構造で、衝突時の乗員保護と歩行者保護とを両立させることができる。

【0036】

また、本実施の形態に係る車体前端構造１０（車体構造）において、スペーサ１５ａ，１５ｂは、当該スペーサ１５ａ，１５ｂを正面視した際の図心２８が、サイドメンバー１２ａ，１２ｂの上稜線２２ａ，２２ｂと下稜線２３ａ，２３ｂとの中間位置から、上稜線２２ａ，２２ｂの側にオフセットした位置に設置される。したがって、衝突時の衝撃力を、下稜線２３ａ，２３ｂよりも早く上稜線２２ａ，２２ｂに伝達することができる。これによって、サイドメンバー１２ａ，１２ｂの変形モードを、予め設定されたモードにコントロールすることができる。

【0037】

また、本実施の形態に係る車体前端構造１０（車体構造）において、スペーサ１５ａ，１５ｂの裏面側は、バンパリンフォース１３の外表面に当接した状態で接合される。したがって、スペーサ１５ａ，１５ｂに入力された衝撃力を、バンパリンフォース１３を介して、サイドメンバー１２ａ，１２ｂに効率的に伝達することができる。

【0038】

また、本実施の形態に係る車体前端構造１０（車体構造）において、スペーサ１５ａ，１５ｂは、積層された複数の平板１６，１７，１８を接合した構造を有する。したがって、スペーサ１５ａ，１５ｂを僅かなスペースに設置することができる。また、サイドメンバー１２ａ，１２ｂの構造変更を行わずに、歩行者と接触した際の、歩行者に与える衝撃を低減することができる。

【0039】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した実施の形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１０ 車体前端構造（車体構造）
１２ａ，１２ｂ サイドメンバー
１３ バンパリンフォース
１４ａ，１４ｂ ブラケット
１５ａ，１５ｂ スペーサ
１６，１７，１８ 平板
１９ 溶接点
２２ａ，２２ｂ 上稜線
２３ａ 下稜線
２４，２７ 軸
２５ 上縁
２６ 下縁
２８ 図心
３０，３１，３２ 折れ位置
ｄ オフセット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】