(57)【要約】【課題】炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる車両のアンダーフロアフレームシステムを提供する【解決手段】炭素纎維複合材で成形され、四角枠状として閉じた四角状を成し、前方部がフロントバンパーメンバーで、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバーであり、後方部がリアバンパーメンバーを成すメインフレーム、炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切ってメインフレームの両側のサイドメンバーのフロント部を連結するフロントクロスメンバー及びサイドメンバーのリア部を連結するリアクロスメンバー、及び炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長され、メインフレームのサイドメンバーに結合された追加サイドメンバーを含むことを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素纎維複合材で成形され、四角枠状として閉じた四角状を成し、前方部がフロントバンパーメンバーで、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバーであり、後方部がリアバンパーメンバーを成すメインフレーム、
炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切って前記メインフレームの両側のサイドメンバーのフロント部を連結する前記フロントクロスメンバー及びサイドメンバーのリア部を連結するリアクロスメンバー、及び
炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長され、前記メインフレームのサイドメンバーに結合された追加サイドメンバーを含むことを特徴とする車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項２】
前記追加サイドメンバーの後端部は、前記メインフレームのリアバンパーメンバーに沿って延長され、炭素繊維複合材で成形された追加リアメンバーを形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項３】
前記追加サイドメンバーは、一対が設けられ、各追加サイドメンバーの後端部は炭素繊維複合材で成形された前記追加リアメンバーを通じて繋がったり、一体と成形されたことを特徴とする請求項２に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項４】
前記追加サイドメンバーは、サイドメンバーの外側端に繋がったことを特徴とする請求項２に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項５】
前記追加リアメンバーは、前記リアバンパーメンバーの下端に沿って、密着されて繋がったことを特徴とする請求項２に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項６】
前記追加リアメンバーの下端には、後輪サスペンションスプリングが装着されたスプリングシートが結合されたことを特徴とする請求項２に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項７】
前記追加リアメンバーと前記リアバンパーメンバーが結合された地点で、前記追加リアメンバーの下端には後輪サスペンションスプリングが装着されたスプリングシートが結合されることを特徴とする請求項５に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【請求項８】
前記スプリングシートに対応されるリアバンパーメンバーの上端には、炭素繊維複合材で成形されたＣピラーメンバーの下端に繋がることを特徴とする、請求項６に記載の車両のアンダーフロアフレームシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のアンダーフロアフレームシステムに係り、より詳しくは、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる車両のアンダーフロアフレームシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスチール（Ｓｔｅｅｌ）製のボディ・イン・ホワイト（ＢＩＷ）のアンダーフロアフレームは、別途製作されたフロアサイド／クロスメンバー、センター／リアフロア及びサイドシル／サイドメンバーを別途溶接して製作し、連結クロスメンバーが開断面から構成されている（例えば、特許文献１参照）。
この場合、センター／リアフロアの連結部が断絶され、連結構造を構成するためのメンバー数が増加し、開口部のメンバーが部分的に開断面（閉断面断絶）から構成され、フロアメンバーの連結性不足による剛性の不連続が発生し、多発的な耐久問題が生じる。
また、サイドシル／サイドメンバー／クロスメンバーを連結するための部材数が多すぎて、側面に衝突する時、クロスメンバーの開断面構造による過多変形が発生するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平１０−５０７９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる車両のアンダーフロアフレームシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するためになされた、本発明の車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材で成形され、四角枠状として閉じた四角状を成し、前方部がフロントバンパーメンバーで、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバーであり、後方部がリアバンパーメンバーを成すメインフレーム、炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切ってメインフレームの両側のサイドメンバーのフロント部を連結するフロントクロスメンバー及びサイドメンバーのリア部を連結するリアクロスメンバー、及び炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長され、メインフレームのサイドメンバーに結合された追加サイドメンバーを含むことを特徴とする。
【０００６】
追加サイドメンバーの後端部は、メインフレームのリアバンパーメンバーに沿って延長され、炭素繊維複合材で成形された追加リアメンバーを形成することができる。
追加サイドメンバーは、一対が設けられ、各追加サイドメンバーの後端部は炭素繊維複合材で成形された追加リアメンバーを通じて繋がったり、一体と成形されることがある。
【０００７】
追加サイドメンバーは、サイドメンバーの外側端に繋がることができる。
追加リアメンバーは、リアバンパーメンバーの下端に沿って、密着されて繋がることができる。
追加リアメンバーの下端には、後輪サスペンションスプリングが装着されるスプリングシートが結合されることができる。
【０００８】
追加リアメンバーとリアバンパーメンバーが結合された地点で、追加リアメンバーの下端には後輪サスペンションスプリングが装着されるスプリングシートが結合されることができる。
スプリングシートに対応されるリアバンパーメンバーの上端には、炭素繊維複合材で成形されたＣピラーメンバーの下端に繋がることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、本発明の車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる。
特に、連結部で剛性の不連続を防止することができ、一体成形によって連続的な剛性と製造上の利点が得られる。
自在な連結性によって、衝突時の荷重を效果的に分散することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメインフレームを示した図面である。
【図２】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを下方から眺めた図面である。
【図３】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメンバーの断面を示した図面である。
【図４】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムの效果を示したグラフであり、図２のＣ部分の剛性評価の結果を示した。
【図５】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを上方から眺めた図面である。
【図６】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムが車両に適用された状態を示した図面である。
【図７】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムでスプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。
【図８】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムでスプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。
【図９】本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムでスプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付した図面を基に、本発明の好適な実施例について詳しく説明する。
図１は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメインフレームを示した図面で、図２は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを下方から眺めた図面であり、図３は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムのメンバーの断面を示した図面であり、図４は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムの效果を示したグラフである。
【００１２】
本発明による車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材で成形され、断面が四角形状の棒状体が相互一体に連結されるように成形されて閉じた四角形を成し、前方部がフロントバンパーメンバー１２０で、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバー１４０であり、後方部がリアバンパーメンバー１６０を成すメインフレーム１００、及びメインフレーム１００と一体に成形され、車幅方向に横切って両側のサイドメンバー１４０の中間部を連結するセンタークロスメンバー２００を含む。
本発明は、図１に示したとおり、一体型のメインフレーム１００及びセンタークロスメンバー２００を構成することによって連続的な剛性を確保できる。具体的には、本発明による車両のアンダーフロアフレームシステムは、炭素纎維複合材で成形された一体のメンバーを主要部とする。
【００１３】
メインフレーム１００は車両のアンダーフロアフレームシステムであって、断面が四角形状の棒状体が相互一体に連結されるように成形されて閉じた四角形を成す。
基本的に炭素纎維複合体で成形されるため、形状の自由度が高く、よって、フロアを成す車体フレームの枠を四角状とする。これによって、既存の車体構造に比べて剛性がはるかに高くなる。
四角形のメインフレーム１００は、前方部がフロントバンパーメンバー１２０で、両側部がフロントからリアまで併せるサイドメンバー１４０であり、後方部がリアバンパーメンバー１６０を成すようにする。
そして、センタークロスメンバー２００は、メインフレーム１００と一体に成形され、車幅方向に横切って両側のサイドメンバー１４０の中間部を連結する。
【００１４】
図２は本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを下方から眺めた図面であって、センタークロスメンバー２００は前方センタークロスメンバー２２０と後方センタークロスメンバー２４０が一対に設けられ、相互一定距離が平行に離隔される。
そして、フロントクロスメンバー４００とリアクロスメンバー５００が追加される。これらも炭素纎維複合材で成形され、車幅方向に横切るように形成されて、それぞれメインフレーム１００の両側フロントサイドメンバー部１４２を連結し、メインフレーム１００の両側リアサイドメンバー部１４６を連結する。
そして、追加的に炭素纎維複合材で成形され、車両の長さ方向に延長するように形成された、フロントクロスメンバー４００とリアクロスメンバー５００を連結するセンタートンネルメンバー３００をさらに追加する。
【００１５】
総合的に見ると、センタートンネルメンバー３００は、フロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００側で端部が二筋に分岐され、それぞれ分岐された端部３２０、３４０はフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００に密着されて同一の方向に延長される。
そして、センタートンネルメンバー３００の分岐された端部はメインフレーム１００のサイドメンバー１４０に連結されるし、サイドメンバー１４０、センタートンネルメンバー３００の分岐された端部３２０、３４０、対応されるフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００の端部は三角形の空いた空間Ａを形成して相互連結される。このような三角形の空間を形成してそれぞれのメンバーが三角形の辺を成すようにすることによって、接合部における剛性が高く増大する。
また、センタートンネルメンバー３００の分岐される地点は、対応されるフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００と共に三角形の空いた空間Ｂを形成する。これも剛性が増大する構造を形成することができる。
【００１６】
具体的には、センタートンネルメンバー３００はリアクロスメンバー５００側で端部が二筋に分岐され、それぞれ分岐された端部３２０、３４０はリアクロスメンバー５００に密着し、同一方向に延長してメインフレーム１００のサイドメンバー１４０に繋がり、サイドメンバー１４０、センタートンネルメンバー３００の分岐された端部、リアクロスメンバー５００の端部は三角形の空いた空間Ａを形成して相互連結される。
特に、図示したとおり、センタートンネルメンバー３００は並んで密着して延長された二筋から構成され、フロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００側でそれぞれの筋が分岐されてフロントクロスメンバー４００またはリアクロスメンバー５００に密着し、同一方向に延長される。これによって、センタークロスメンバー２００が分岐された構造ではなく、連続的な構造で形成されるため、剛性を高めることができる。
【００１７】
一方、図２に示したとおり、センタートンネルメンバー３００はセンタークロスメンバー２００の上方空間を通るように延長される。
そして、上記それぞれのメンバーは炭素纎維複合材で成形され、図３のとおり四角形の枠を形成する外被層１０、外被層１０に規定された内部空間を格子型に分ける内部隔壁３０、区切られた内部空間ごとに満たされる炭素纎維複合材の充填材５０から構成される。
【００１８】
図４は、図２のＣ部分に対する剛性評価の結果を示すグラフである。本発明の場合、従来のスチール材フレームの場合よりメンバー間の連結部位で連続的な閉断面構造を実現することができて、剛性の変化が連続的であることが分かる。
図５は、本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムを上方から眺めた図面である。図５に示したとおり、車両の外側では追加サイドメンバー６００とドアシルメンバー７００が設けられる。これらメンバーもまた炭素纎維複合材で成形される。具体的には、追加サイドメンバー６００は車両の長さ方向に延長され、メインフレーム１００のサイドメンバー１４０に結合される。そして、ドアシルメンバー７００は炭素纎維複合材で成形され、追加サイドメンバー６００の外側端に結合される。
ここで、センタートンネルメンバー３００前端部の分岐された端部３０１は、フロントクロスメンバー４００、サイドメンバー１４０、追加サイドメンバー６００、ドアシルメンバー７００と連結される。そして、センタートンネルメンバー３００後端部の分岐された端部は、リアクロスメンバー５００、追加サイドメンバー６００と連結される。このような構造を通じて車両全体のねじり剛性を増大させることができる。
【００１９】
一方、追加サイドメンバー６００の前端部は、延長されてサイドメンバー１４０を媒介にしてフロントクロスメンバー４００と連結される。そして、炭素纎維複合材で成形され、センタートンネルメンバー３００で上方に分岐して延長し、端部がカウルクロスメンバー（ＣＣ）と連結された支持メンバー３６０をさらに含む。支持メンバー３６０を通じて車両全体のねじり剛性がもっと上昇する。すなわち、センタートンネルメンバー３００がセンタークロスメンバー２００の上方を通るように構成する、上方に湾曲した形を取ることによって、センタートンネルメンバー３００とカウルクロスメンバー（ＣＣ）を支持メンバー３６０で連結することが可能となり、これによって追加的な剛性増大の效果が得られる。
【００２０】
下記表は、このようなセンタートンネルメンバー３００が存在する場合と、そうでない場合の剛性対比を示したものである。
【表１】
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上記の結果を見ると、センタートンネルメンバー３００を本発明のとおり分岐させ、他のメンバーと構造用接着剤などを使って接着及び連結することによって、ねじり静剛性を３．４％向上させることができることが確認される。
【００２１】
本発明のセンタートンネルメンバーは炭素纎維複合材であって、内装材として使えるほど表面特性が優秀であり、構造剛性がスチール素材と比べて同等以上の水準である。また、成形性に優れており、スチール製ボディ・イン・ホワイトでは適用し難い構造設計が可能となる長所がある。
このようなセンタートンネルメンバーを活用して、内装材としての外観品質を維持しながら車体構造の剛性を向上させることができるセンターコンソール構造を設計することができる。これによって、センタートンネルであると同時にセンターコンソールになるメンバーは、アンダーフロアに位置した他のメンバーと接合してねじり剛性を増大させ、既存センタートンネルメンバーに比べてフロアの上端に位置するので、曲げモーメント慣性が増大されて曲げ剛性を向上させることができる。したがって、剛性増大のためのスチール部品を追加したり、または厚さを増加せずとも車体の剛性を確保できると同時に車体を軽量化することができる。
【００２２】
図７乃至９は、本発明の実施例による車両のアンダーフロアフレームシステムにおいて、スプリングシートを基準にした荷重伝達を示した図面である。
本発明による車両のアンダーフロアフレームシステムは、図示したとおり、上述の追加サイドメンバー６００の後端部がメインフレーム１００のリアバンパーメンバー１４６に沿って延長され、炭素纎維複合材で成形された追加リアメンバー６２０を形成する。
すなわち、追加サイドメンバー６００は、各サイドメンバー１４０に対応されるように一対が設けられるが、各追加サイドメンバー６００の後端部は、炭素纎維複合材で成形された追加リアメンバー６２０を通じて連結されたり、または追加リアメンバー６２０は追加サイドメンバー６００と一体に成形されることができる。図示された実施例の場合は、一体に成形された場合を表す。
【００２３】
そして、追加サイドメンバー６００はサイドメンバー１４０の外側端に連結される。また、追加リアメンバー６２０は、リアバンパーメンバー１４６の下端に沿って密着されて連結される。すなわち、サイドメンバー１４０とリアバンパーメンバー１４６は、高さの差を持つように折り曲げられて連結され、その高さの差によって追加サイドメンバー６００はサイドメンバー１４０の外側端に同一の高さで連結されて側方衝突に対する剛性を確保し、追加リアメンバー６２０はリアバンパーメンバー１４６の下端に連結されて後方衝突に対する剛性を確保する。
そして、追加リアメンバー６２０の下端には、後輪サスペンションスプリングが装着されるスプリングシート（ＳＳ）が結合される。具体的には、追加リアメンバー６２０とリアバンパーメンバー１４６が結合された地点で、追加リアメンバー６２０の下端には後輪サスペンションスプリングが装着されるスプリングシート（ＳＳ）が結合される。
スプリングシート（ＳＳ）に対応されるリアバンパーメンバー１４６の上端には、炭素纎維複合材で成形されたＣピラーメンバー（ＢＢ）の下端が連結されると同時にバンパーメインメンバー（ＢＵ）が連結される。
【００２４】
このような構造を通じて後方衝突経路を安定的に形成することができ、図８に示したとおり、最小５個の荷重伝達経路が形成されることによって従来の車体構造では見られなかった荷重分散が行なわれる。さらに、そのような荷重は溶接などを通じて中間に切断される経路を持つことではなく、面接着による伝達経路を有することで、荷重が效果的に各メンバーに伝達される。
これにより、炭素纎維複合材の自在な成形性に基づいて、後方衝突に效率的なフロアメンバーの一体化連結構造を成すことができ、車両のローリングが抑制され、バンプ時にスプリングシートに伝わる衝撃が效果的に分散されて剛性を確保する。また、後方衝突時、荷重を多重分散して、メンバーの閉断面及び一体化構造によって、強度を向上させるための效率的な構造である。さらに、リア側のメンバーを二重メンバー接合構造で成形することによって、スプリングシート部が補強され、ねじり剛性及びフロア剛性を向上させることができる。さらにまた、従来起きていた、この部分に適用される追加的な補強材による腐食問題が解決されることで耐久性能の向上に有利である。
【００２５】
上述のような構造からなる車両のアンダーフロアフレームシステムによると、炭素纎維複合材を利用して剛性を高め、重量を低減することができる。
特に、連結部において剛性の不連続を防止することができ、一体成形によって連続的な剛性と製造上の利点を得られる。
自在な連結性を通じて、衝突時、荷重を效果的に分散することができる。
【００２６】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明は、特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない限度内で、多様に改良及び変化することができることは、当業界において通常の知識を有する者にとって自明である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：外被層
３０：内部隔壁
５０：充填材
１００  ：  メインフレーム
１２０：フロントバンパーメンバー
１４０：サイドメンバー
１４２：両側フロントサイドメンバー部
１４６：両側リアサイドメンバー部
１６０：後方部がリアバンパーメンバー
２００  ：  センタークロスメンバー
２２０：前方センタークロスメンバー
２４０：後方センタークロスメンバー
３００  ：  センタートンネルメンバー
３０１：（センタートンネルメンバー３００前端部の）分岐された端部
３２０、３４０：分岐された端部
３６０：支持メンバー    
４００  ：  フロントクロスメンバー
５００  ：  リアクロスメンバー
６００：追加サイドメンバー
６２０：追加リアメンバー
７００：ドアシルメンバー
Ａ、Ｂ：三角形の空いた空間
ＢＢ：Ｃピラーメンバー
ＢＵ：バンパーメインメンバー
Ｃ：図４の剛性を評価した部分
ＣＣ：カウルクロスメンバー
ＳＳ：スプリングシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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