特許 7240308 車両用ピラー構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-07

(45)【発行日】2023-03-15

(54)【発明の名称】車両用ピラー構造

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/04 20060101AFI20230308BHJP

【ＦＩ】

B62D25/04 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019228692

(22)【出願日】2019-12-18

(65)【公開番号】P2021095048

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-02-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000157083

【氏名又は名称】トヨタ自動車東日本株式会社

(73)【特許権者】

【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】100082876

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 一幸

(74)【代理人】

【識別番号】100086807

【弁理士】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(74)【代理人】

【識別番号】100178906

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 充和

(72)【発明者】

【氏名】嘉山 寛章

(72)【発明者】

【氏名】高屋舗 泰幹

(72)【発明者】

【氏名】山元 歩

【審査官】谷川 啓亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０６０４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００９－０１０２０８７（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３２６７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２３５７８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ２１／００ － ２５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方向に延びる第１パネルと、前記第１パネルより車両外側に配置されてハット形断面が前記一方向に連続した第２パネルと、が両側縁部で接合されることで、閉断面形状が前記一方向に連続して形成された車両用ピラー構造であって、
前記第２パネルは、前記ハット形断面の頂部に設けられた外壁部と、前記外壁部と各前記側縁部との間にそれぞれ設けられた縦壁部と、を備え、
前記縦壁部は、前記外壁部から各前記側縁部まで屈曲部なく連続した湾曲形状を有し、前記側縁部の前記第１パネルに対する角度が前記外壁部から各前記側縁部まで連続的に漸減している、車両用ピラー構造。

【請求項2】

前記縦壁部では前記外壁部から各前記側縁部まで曲率半径が漸減している、請求項１に記載の車両用ピラー構造。

【請求項3】

前記縦壁部では前記外壁部と連続する外側端部から前記側縁部と連続する内側端部までの範囲で、前記側縁部の前記第１パネルに対する角度が直角以下の角度から連続して変化する、請求項１又は２に記載の車両用ピラー構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、閉断面形状を有する車両用ピラー構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一方向に延びる第１パネルと、第１パネルの車両外側に配置されてハット形断面を有する第２パネルと、が両側縁部で接合され、閉断面形状が一方向に連続して形成された車両用ピラーが種々提案されている。

【0003】

例えば下記特許文献１には、第１面部と幅広の第２面部とが対向し、第１面部と第２面部との幅方向の端部同士が２つの側面部で繋がれて閉断面を構成した車両用フレーム構造において、各側面部における第１面部と第２面部との間の中間位置に、閉断面内側に突出する屈曲部を設けた構造が提案されている。

【0004】

このような車両用フレーム構造では、第１面部における長手方向の中間位置に外部入力荷重が作用すると、側面部の第１面部側の端部ないしその近傍に、閉断面外向きに作用する力が生じるが、閉断面内側に突出する屈曲部により閉断面外向きの力を打ち消す力が生じる。そのため、第１面部に大きな外部入力荷重が作用しても、側面部の第１面部側の座屈を防止できるとされている。

【0005】

下記特許文献２には、ピラーアウタ部材とピラーインナ部材とが対向配置されて両側縁のフランジ部で溶接固定されていて、ピラーアウタ部材に外壁部と一対の側壁部とが設けられ、側壁部に車幅方向の途中で屈曲させて稜線が設けられた車両側部構造が提案されている。この構造にあっては、車幅方向外側から荷重が作用すると、側壁部が稜線を基点として折れ曲がることで、フランジ部に過度の荷重が集中することを防止して、フランジ部における溶接点の破断を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－１５９１２１号公報

【文献】特開２０１８－９４９６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、このような従来の車両用ピラーでは、対向配置された車両外側の外壁部と車両内側の内壁部との間の縦壁部に長手方向に延びる屈曲部を設けることで、側突時等に車両外側から衝撃荷重が入力された際、縦壁部の座屈を抑制したり、縦壁部を積極的に座屈させたりしていた。縦壁部に長手方向に延びる屈曲部を設けた車両用ピラーでは、屈曲部で縦壁部の他の部位から不連続に強度が変化しているためである。

【0008】

ところが、ＣＡＥ解析の結果、縦壁部に長手方向に延びる屈曲部が設けられていると、側突時等に車両外側から衝撃荷重が入力された際、車両用ピラーに変形が生じた初期段階で、縦壁部の屈曲部より外側の領域に膨らみや撓みが生じていて、材料の強度を十分に有効には活用できていないことが明らかになった。
その結果、従来の車両用ピラーでは、外壁部や縦壁部等の各部の板厚を厚くすることで強度を確保していて、衝撃荷重が入力された際の強度に更なる改善の余地があることが判明した。

【0009】

そこで本発明では、車両外側から衝撃荷重が入力された際の強度を確保しつつ、軽量化を図ることが可能な車両用ピラー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】

【0010】

上記課題を解決する本発明の車両用ピラー構造は、一方向に延びる第１パネルと、第１パネルより車両外側に配置されてハット形断面が一方向に連続する第２パネルと、が両側縁部で接合されることで、閉断面形状が一方向に連続して形成された車両用ピラー構造であって、第２パネルは、ハット形断面の頂部に設けられた外壁部と、外壁部と各側縁部との間にそれぞれ設けられた縦壁部と、を備え、縦壁部は、外壁部から各側縁部まで屈曲部なく連続した湾曲形状を有し、前記側縁部の前記第１パネルに対する角度が前記外壁部から各前記側縁部まで連続的に漸減していることを特徴とする。

【0011】

本発明の車両用ピラー構造は、縦壁部において外壁部から各側縁部まで曲率半径が漸減しているのが好適である。
本発明の車両用ピラー構造は、好ましくは、縦壁部において外壁部と連続する外側端部から側縁部と連続する内側端部までの範囲で、側縁部の第１パネルに対する角度が直角以下の角度から連続して変化する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の車両用ピラー構造によれば、第１パネルと両側縁部で接合されて閉断面形状を形成する第２パネルが、外壁部と外壁部の両側の縦壁部とを備え、その縦壁部が外壁部から各側縁部まで連続した湾曲形状を有しているので、車両外側から衝撃荷重が入力された際の強度が外壁部から各側縁部までの間の縦壁部に不連続に変化する部位が生じない。

【0013】

しかも縦壁部の外壁部から各側縁部まで、側縁部の第１パネルに対する角度が漸減するように角部なく連続した湾曲形状に形成されているので、第２パネルの外壁部側に車両外側から衝撃荷重が入力されると、初期段階で各縦壁部の外壁部側に膨らみや撓みが生じることを抑えて、各縦壁部の外壁部から側縁部までの間の全体で均等に分散して、衝撃荷重を支持することができる。

【0014】

よって、本発明の車両用ピラー構造によれば、車両外側から衝撃荷重が入力された際の強度を確保しつつ、軽量化を図り得る車両用ピラー構造を提供することができる。

【0015】

本発明の車両用ピラー構造において、縦壁部では外壁部から各側縁部まで曲率半径が漸減していれば、より効率よく車両外側から衝撃荷重を縦壁全体に分散して支持することができる。

【0016】

本発明の車両用ピラー構造において、縦壁部では外壁部と連続する外側端部から側縁部と連続する内側端部までの範囲で、側縁部の第１パネルに対する角度が直角以下の角度から連続して変化するように構成すれば、外壁部に衝撃荷重が入力された際、縦壁部の外壁部側の膨らみや撓みを確実に防止するとともに、縦壁部の第１パネル近傍に屈曲部位が生じて強度が低下するようなことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る車両用ピラー構造の側面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る車両用ピラー構造を示す図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る第１パネルと第２パネルとの接合状態における図１のＡ－Ａ断面相当図である。

【図4】本発明の実施例及び比較例において設定した車両用ピラー構造の断面を示す図で、（ａ）は実施例１の構造、（ｂ）は比較例１の構造、（ｃ）は比較例２の構造を示す。

【図5】本発明の実施例及び比較例においてシミュレーションにより得られたＦ－Ｓ線図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。本実施形態では、車両用ピラー構造として、車幅方向に重なるように組み合わされた３枚のパネルを備えたセンターピラー１０の構造の例を用いて説明する。

【0019】

このセンターピラー１０の構造では、図１及び図２に示すように、一方向として車両上下方向Ｄｈに延びる第１パネルとしてのインナーパネル１１と、インナーパネル１１より車両外側Ｄｏに配置されてハット形断面が車両上下方向Ｄｈに連続する第２パネルとしてのセンターピラーリインフォースメント（以下、センターピラーＲＦと称する）１３と、車両上下方向Ｄｈに延びるアウターパネル１５と、を備えている。

【0020】

特に限定されるものではないが、本実施形態ではインナーパネル１１とアウターパネル１５とがルーフサイドレール部１９とロッカ部１７とに上下端で接合されていて、センターピラーＲＦ１３がルーフサイドレール部１９からセンターピラー１０の途中位置までの範囲に配設されている。

【0021】

インナーパネル１１は、車体外形形状及び車室形状に対応した立体形状を有するとともに、各種の取付部、接合部、ビード等を有するが、本発明の要点ではないため、図中では詳細な記載を省略し、略平板状に簡略して図示している。
アウターパネル１５は、ハット形断面を有して車両上下方向Ｄｈに延びており、インナーパネルに対応した形状を有し、車体外形形状及び車室形状に応じた立体形状で各種の取付部、接合部、ビード等が設けられているが、詳細な図示は省略する。
このアウターパネル１５の車両前後方向の両側には、フランジ状の側縁部１５ａが設けられており、これらの側縁部１５ａがインナーパネル１１の両側の側縁部１１ａと溶接などにより接合されることで、上下に連続する閉断面形状が形成されている。

【0022】

センターピラーＲＦ１３は、ハット形断面の頂部に設けられた外壁部１３ｂと、アウターパネル１５の両側縁部１５ａ間よりも狭い幅で形成された車両前後方向Ｄｆにおける両側に設けられたフランジ状の側縁部１３ａと、外壁部１３ｂと各側縁部１３ａとの間にそれぞれ設けられた一対の縦壁部１３ｃと、を備えている。

【0023】

このセンターピラーＲＦ１３は、両側のフランジ状の側縁部１３ａをインナーパネル１１の側縁部１１ａに略平行に当接配置して、溶接等により接合されている。本実施形態では、両側の側縁部１３ａが車両前後方向に延長して設けられており、この側縁部１３ａの外側にアウターパネル１５の側縁部１５ａが配置されて、インナーパネル１１の側縁部１３ａと積層状態で接合されている。センターピラーＲＦ１３がインナーパネル１１と接合されることで、車両上下方向Ｄｈに連続する閉断面形状が形成されている。

【0024】

このセンターピラーＲＦ１３は、各縦壁部１３ｃが特定の形状を有している。具体的には、図３に示すように、まず各縦壁部１３ｃが外壁部１３ｂと連続する位置の外側端部１３ｄから、各側縁部１３ａと連続する位置の内側端部１３ｅまでの間で、側縁部１３ａにおけるインナーパネル１１に対する角度θが漸減するように、角部を形成することなく、好ましくは角部及び平坦部分が無いように連続した湾曲形状を有している。

【0025】

本実施形態の各縦壁部１３ｃにあっては、縦壁部１３ｃの外壁部１３ｂと連続する位置の外側端部１３ｄでは、側縁部１３ａのインナーパネル１１に対する角度θが直角以下の角度、好ましくは直角に近似した直角未満の角度とされている。一方、側縁部１３ａと連続してインナーパネル１１と平行となる位置の内側端部１３ｅでは、側縁部１３ａのインナーパネル１１に対する角度θが０度とされている。そのため、各縦壁部１３ｃでは、側縁部１３ａのインナーパネル１１に対する角度θが直角以下の角度から０度まで連続的に変化している。

【0026】

また本実施形態の各縦壁部１３ｃでは、湾曲形状の曲率半径、即ち、センターピラーＲＦ１３を長手方向と直交する方向に切断したときのハット形の断面形状における縦壁部１３ｃの曲率半径が、外壁部１３ｂ側で大きく、各側縁部１３ａで小さくなっており、外壁部１３ｂから各側縁部１３ａまでの間で曲率半径が漸減するように形成されている。
本実施形態では、縦壁部１３ｃを内外方向に複数の領域に分割し、領域毎に曲率半径を変化させることで曲率半径を実質的に漸減させている。

【0027】

さらに本実施形態のセンターピラーＲＦ１３において、外壁部１３ｂにおける縦壁部１３ｃとの隣接部位では、縦壁部１３ｃの湾曲形状とは逆方向に湾曲した形状を有し、曲率半径が変曲点を介して連続して変化することで、外壁部１３ｂと縦壁部１３ｃとの境界付近で角部や平坦部分が生じることなく、連続的な湾曲形状が保たれている。

【0028】

このようなセンターピラー１０の構造では、車両の側突時にアウターパネル１５の外側から車両内側Ｄｉへの横方向の衝撃荷重が入力されると、初期段階でアウターパネル１５が変形して、センターピラーＲＦ１３に外壁部１３ｂ側から衝撃荷重が負荷される。そして、この荷重が縦壁部１３ｃに負荷されると、縦壁部１３ｃ全体に分散されてインナーパネル１１との閉断面形状の変形により、効率よく衝撃荷重が吸収される。

【0029】

以上のような本実施形態のセンターピラー１０の構造によれば、インナーパネル１１と両側縁部１３ａで接合されて閉断面形状を形成するセンターピラーＲＦ１３が、外壁部１３ｂと外壁部１３ｂの両側の縦壁部１３ｃとを備え、その縦壁部１３ｃが外壁部１３ｂから各側縁部１３ａまで連続した湾曲形状を有しているので、車両外側Ｄｏから衝撃荷重が入力された際の強度が、外壁部１３ｂから各側縁部１３ａまでの間の縦壁部１３ｃに不連続に変化する部位が生じない。

【0030】

さらに、縦壁部１３ｃの外壁部１３ｂから各側縁部１３ａまで、側縁部１３ａのインナーパネル１１に対する角度θが漸減するように、角部を形成しないように連続した湾曲形状に形成されているので、センターピラーＲＦ１３の外壁部１３ｂ側に車両外側Ｄｏから衝撃荷重が入力されると、初期段階で各縦壁部１３ｃの外壁部１３ｂ側に膨らみや撓みが生じることを抑えて、各縦壁部１３ｃの外壁部１３ｂから側縁部１３ａまでの間の全体で均等に分散して衝撃荷重を支持することができる。
その結果、本実施形態のセンターピラー１０の構造によれば、車両外側Ｄｏから衝撃荷重が入力された際の強度を確保しつつ軽量化を図ることが可能になる。

【0031】

本実施形態のセンターピラー１０の構造では、縦壁部１３ｃの湾曲形状が外壁部１３ｂから各側縁部１３ａまで曲率半径が漸減しているので、より効率よく車両外側Ｄｏから衝撃荷重を縦壁全体に分散して支持することができる。

【0032】

本実施形態のセンターピラー１０の構造では、外壁部１３ｂにおける縦壁部１３ｃとの隣接部が、縦壁部１３ｃの湾曲形状とは逆方向に湾曲して縦壁部１３ｃと角部なく連続している。従って、外壁部１３ｂの頂部に衝撃荷重が入力された直後に、縦壁部１３ｃとの連結部分に屈曲部位が生じて強度が低下するようなことを防止できる。

【0033】

本実施形態のセンターピラー１０の構造では、縦壁部１３ｃの外壁部１３ｂと連続する外側端部１３ｄから側縁部１３ａと連続する内側端部１３ｅまでの範囲で、側縁部１３ａのインナーパネル１１に対する角度θが直角以下の角度から連続して変化して形成されている。よって、外壁部１３ｂに衝撃荷重が入力された際、縦壁部１３ｃの外壁部１３ｂ側の膨らみや撓みを確実に防止することができると同時に、縦壁部１３ｃのインナーパネル１１近傍に屈曲部位が生じて強度が低下するようなことを防止できる。

【0034】

本実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。
上記実施形態では、センターピラー１０の構造に本発明の車両用ピラー構造を適用した例について説明したが、特に限定されるものではなく、フロントピラー、リヤピラーなどであっても同様に適用可能である。

【0035】

上記実施形態では、インナーパネル１１とセンターピラーＲＦ１３とアウターパネル１５との３枚のパネルを車両内外方向に組み合わせて構成した車両用ピラー構造の例について説明し、第１パネルをインナーパネル１１とし、第２パネルをセンターピラーＲＦ１３としたが、特にこの組合せに限定されるものではない。

【0036】

例えば第１パネルをインナーパネル１１とし、第２パネルをアウターパネル１５とし、両者の間に他のセンターピラーＲＦを配置して本発明の車両用ピラー構造を構成することも可能である。また第１パネルをインナーパネル１１とし、第２パネルをアウターパネル１５として、２枚のパネルを車両内外方向に組み合わせて構成した車両用ピラー構造とすることも可能である。さらに上記では、センターピラー１０の構造について説明したため上下方向に配設されているが、車幅方向或いは車両前後方向に延びる自動車用ピラーであっても本発明は適用可能である。

【実施例】

【0037】

以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図４（ａ）に示すような断面形状が一軸方向に連続した車両用ピラー構造について、４点曲げ試験で、車両外側から所定の衝撃荷重を入力して変形させるシミュレーションを、ＣＡＥ解析を用いて実施した。

【0038】

この車両用ピラー構造は、鋼材からなる第１パネルとしてのインナーパネル１１と、インナーパネル１１の車両外側Ｄｏに配置されてハット形断面形状を有する鋼材からなる第２パネルとしてのアウターパネル１５と、アウターパネル１５の内側面に積層された鋼材からなるセンターピラーＲＦ１３と、を備えている。
インナーパネル１１には、長手方向に連続したフランジ状の側縁部１１ａが幅方向両側に一対で平行に設けられている。

【0039】

アウターパネル１５はハット形断面形状を有し、幅方向両側にはインナーパネル１１の側縁部１１ａと同じ間隔で長手方向に連続して設けられた一対のフランジ状の側縁部１５ａと、ハット形断面形状の頂部にインナーパネル１１と対向して設けられた外壁部１５ｂと、外壁部１５ｂと各側縁部１５ａとの間に設けられた一対の縦壁部１５ｃと、を備えている。

【0040】

アウターパネル１５の外壁部１５ｂは、両側縁部１５ａから突出して両側縁部１５ａ間より狭い幅に形成されている。外壁部１５ｂにおける縦壁部１５ｃとの隣接部位は、縦壁部１５ｃとは逆方向に湾曲して連続している。
アウターパネル１５の各縦壁部１５ｃは、外壁部１３ｂと連続する位置の外側端部から側縁部１５ａと連続する位置の内側端部までの間、インナーパネル１１の側縁部１１ａに対する角度θが漸減するように、連続した湾曲形状を有する。また各縦壁部１５ｃの曲率半径は、外壁部１５ｂ側から各側縁部１５ａ側までの間で漸減している。

【0041】

センターピラーＲＦ１３は、断面形状がアウターパネル１５の車両外側部分の相似形状を有し、両側縁が、インナーパネル１１から一定距離した位置でアウターパネル１５の縦壁部１５ｃの内側面に固定されている。

【0042】

実施例１では、このようなセンターピラーＲＦ１３がアウターパネル１５の外壁部１５ｂ及び両縦壁部１５ｃの内側に重ねて接合されるとともに、アウターパネル１５の各側縁部１５ａとインナーパネル１１の各側縁部１１ａとが接合されることで、閉断面形状が直線的に連続し車両用ピラー構造が構成されている。

【0043】

このような車両用ピラー構造について、４点曲ＣＡＥを実施したところ、図５に示すようなＦ－Ｓ線図が得られた。ピーク荷重は１６５ｋｇｆで、質量効率は０．１５６ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。さらに変形時には、アウターパネル１５が外向きに膨らむような変形は実質的に生じなかった。

【0044】

［比較例１］
図４（ｂ）に示すように、アウターパネル１５の縦壁部１５ｃが湾曲することなく実質的に連続した傾斜平面形状に形成されている他は、全て実施例１と同様にして車両用ピラー構造を設定し、シミュレーションを実施した。
４点曲げのＣＡＥ解析を実施して得られたＦ－Ｓ線図を図５に示す。ピーク荷重は１４２ｋｇｆで、質量効率は０．１２７ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。さらに変形時には、アウターパネル１５が外向きに大きく膨らんで変形した。

【0045】

［比較例２］
図４（ｃ）に示すように、アウターパネル１５の縦壁部１５ｃが湾曲することなく、中間位置において長手方向に連続した屈曲線１５ｆで屈曲させた２つの傾斜平面形状に形成されている他は、全て実施例１と同様にして車両用ピラー構造を設定し、シミュレーションを実施した。
４点曲げのＣＡＥ解析を実施して得られたＦ－Ｓ線図を図５に示す。ピーク荷重は１５６ｋｇｆで、質量効率は０．１４７ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。さらに変形時には、アウターパネル１５が外向きに大きく膨らんで変形した。

【0046】

実施例１及び比較例１、２から明らかなように、第２パネルであるアウターパネル１５の各縦壁部１５ｃを、本発明実施例のように屈曲部のない湾曲形状とすることで、ピーク荷重を増大でき、質量効率を向上できることが確認できた。

【符号の説明】

【0047】

Ｄｈ 車両上下方向
Ｄｏ 車両外側
Ｄｉ 車両内側
Ｄｆ 車両前後方向
θ インナーパネルに対する角度
１０ センターピラー
１１ インナーパネル
１１ａ 側縁部
１３ センターピラーＲＦ
１３ａ 側縁部
１３ｂ 外壁部
１３ｃ 縦壁部
１３ｄ 外側端部
１３ｅ 内側端部
１５ アウターパネル
１５ａ 側縁部
１５ｂ 外壁部
１５ｃ 縦壁部
１５ｆ 屈曲線
１７ ロッカ部
１９ ルーフサイドレール部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】