(57)【要約】【課題】本発明は、容易に製造可能であると共に、過度に重量を増加させることなく側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることが可能なセンターピラー構造を提供することを目的とする。【解決手段】外側骨格部材４と、内側骨格部材５と、前記外側骨格部材４と前記内側骨格部材５との間に配置される補強用骨格部材６と、を備える自動車のセンターピラー１の構造である。前記補強用骨格部材６は、長手方向垂直断面において、車両前後方向中間部において前記内側骨格部材５の側に向かって突出するように屈曲して形成された突出部６０ｃと、車両前後方向両端部において前記外側骨格部材４に沿って前記内側骨格部材５に向かって延びる端補強壁部６２ａと、を有している。そして、前記補強用骨格部材６は、当該外側骨格部材４に対して固定されている。【選択図】図３
2008230453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側骨格部材と、当該外側骨格部材と車両前後方向における両端部で結合された内側骨格部材と、前記外側骨格部材と前記内側骨格部材との間に形成される内部空間に、当該内部空間の長手方向に亙って少なくとも上端側の一部に配置される補強用骨格部材と、を備える自動車のセンターピラー構造であって、
前記補強用骨格部材は、長手方向垂直断面において、車両前後方向中間部において前記内側骨格部材の側に向かって突出するように屈曲して形成された突出部と、車両前後方向両端部において前記外側骨格部材に沿って前記内側骨格部材に向かって延びる端補強壁部と、を有しており、
前記補強用骨格部材は、当該外側骨格部材に対して固定されていることを特徴とするセンターピラー構造。
【請求項２】
前記突出部の突出方向端部、及び、前記端補強壁部の延出方向端部が、車両幅方向において前記外側骨格部材と前記内側骨格部材との結合部よりも車両幅方向外側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンターピラー構造。
【請求項３】
前記補強用骨格部材は、長手方向垂直断面形状が車両前後方向の中心を通過する中心線に対して対称形状になるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンターピラー構造。
【請求項４】
前記補強用骨格部材は、車両前後方向において、前記突出部が占める長さと、当該突出部よりも一端側に位置する部分が占める長さと、当該突出部よりも他端側に位置する部分が占める長さとが、それぞれ均等の長さになるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の少なくともいずれか１項に記載のセンターピラー構造。
【請求項５】
前記補強用骨格部材は、前記突出部の突出方向端部が、車両幅方向における前記端補強壁部の延出方向端部の位置よりも車両幅方向内側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の少なくともいずれか１項に記載のセンターピラー構造。
【請求項６】
前記突出部は、車両幅方向内側に向かって延びる一対の側壁を有し、
車両幅方向において、前記端補強壁部が延びる長さが、当該一対の側壁が延びる長さの０．７〜０．９倍の範囲内となることを特徴とする請求項１乃至請求項５の少なくともいずれか１項に記載のセンターピラー構造。
【請求項７】
前記補強用骨格部材は、前記端補強壁部のみが前記外側骨格部材に結合された状態で、当該外側骨格部材に固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の少なくともいずれか１項に記載のセンターピラー構造。
【請求項８】
前記突出部は、車両幅方向内側に向かって延びる一対の側壁を有し、
前記端補強壁部の車両幅方向における長さと、前記一対の側壁の車両幅方向における長さと、センターピラーの強度と、の予め実験又は解析により求められた関係に基づいて、センターピラーが所望の強度となり、且つ、車両幅方向における前記端補強壁部の長さと前記一対の側壁の長さとの和が、最小になるように前記補強用骨格部材が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンターピラー構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に用いるセンターピラー構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のセンターピラーは、自動車側面の前ドアと後ドアとの間においてルーフパネルのサイドレールとフロアパネルのサイドシルとの間に上下に架設される構造部材である。従来、自動車に用いるセンターピラー構造として特許文献１に記載のセンターピラー構造が知られている。当該センターピラー構造は、アウター部材１０とインナー部材１１と、これらの間の内部空間に配置される補強部材１２とからなる。そして、補強部材１２における車両前後方向の両端部１２Ａ及び１２Ｂは、アウター部材１０とインナー部材１１の端部に挟まれた状態で結合されている。また、補強部材１２の車両前後方向の途中部に、補強部材１２の両端部１２Ａ、１２Ｂに対応する位置を越えて車両内外方向に延びる壁部２０、２１が形成されている。このように補強部材１２を取り付けることで、側面衝突荷重に対して有効な補強部材の断面係数が大きくなるため、センターピラーの側面衝突荷重に対する変形耐力を大きくすることが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１４８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたセンターピラー構造は、補強部材の両端部をアウター部材及びインナー部材の両方に結合することが必要となる。この場合、アウター部材のフランジ部、補強部材の端部、及び、インナー部材のフランジ部が３枚重なった状態で溶接を行う必要があるため、センターピラーの製造における作業性が悪く問題となる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、容易に製造可能であると共に、過度に重量を増加させることなく側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることが可能なセンター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及び効果】
【０００６】
本発明に係るセンターピラー構造は、自動車に用いるセンターピラー構造に関する。そして、本発明に係るセンターピラー構造は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明のセンターピラー構造は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るセンターピラー構造における第１の特徴は、外側骨格部材と、当該外側骨格部材と車両前後方向における両端部で結合された内側骨格部材と、前記外側骨格部材と前記内側骨格部材との間に形成される内部空間に、当該内部空間の長手方向に亙って少なくとも上端側の一部に配置される補強用骨格部材と、を備える自動車のセンターピラー構造であって、前記補強用骨格部材は、長手方向垂直断面において、車両前後方向中間部において前記内側骨格部材の側に向かって突出するように屈曲して形成された突出部と、車両前後方向両端部において前記外側骨格部材に沿って前記内側骨格部材に向かって延びる端補強壁部と、を有しており、前記補強用骨格部材は、当該外側骨格部材に対して固定されていることである。
【０００８】
この構成によると、補強用骨格部材は、車両幅方向に突出する突出部及び内側骨格部材に向かって延びる端補強壁部を備えているため、補強用骨格部材の厚さを厚くすることなく、側面衝突荷重に対する断面係数を大きくすることが可能となる。また、補強用骨格部材の車両前後方向両端部が外側骨格部材に沿って内側骨格部材に向かって延びる端補強壁部により形成されており、例えば、端部にフランジ形状等形成した構成に比べて、重量増加に対する断面係数の増加の割合が高い。したがって、センターピラーの重量をより抑えつつ側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることができる。また、補強用骨格部材は、外側骨格部材に対して固定される構成であるため、内側骨格部材への固定が不要となり、容易にセンターピラーを製造することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第２の特徴は、前記突出部の突出方向端部、及び、前記端補強壁部の延出方向端部が、車両幅方向において前記外側骨格部材と前記内側骨格部材との結合部よりも車両幅方向外側に位置するように形成されていることである。
【００１０】
この構成によると、センターピラーの組立て時における外側骨格部材に補強用骨格部材を結合した状態において、補強用骨格部材が外側骨格部材に内包され、外側骨格部材における内側骨格部材との結合部よりも外側に当該補強用骨格部材が突出して配置されることを防ぐことができる。これにより、外側骨格部材と内側骨格部材との結合を容易に行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第３の特徴は、前記補強用骨格部材は、長手方向垂直断面形状が車両前後方向の中心を通過する中心線に対して対称形状になるように形成されていることである。
【００１２】
この構成によると、側面衝突荷重が車両前後方向において前記中心線に対して対称に作用し易くなるため、当該荷重が補強用骨格部材の一部に偏って作用することを抑制することが可能となる。これにより、過度にセンターピラーの重量を増加させることなく側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第４の特徴は、前記補強用骨格部材は、車両前後方向において、前記突出部が占める長さと、当該突出部よりも一端側に位置する部分が占める長さと、当該突出部よりも他端側に位置する部分が占める長さとが、それぞれ均等の長さになるように形成されていることである。
【００１４】
この構成によると、補強用骨格部材における車両幅方向に延びる部分が、車両前後方向において均等に並ぶため、側面衝突荷重が負荷されることにより局所的に応力が集中することを防止することが可能となる。したがって、側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第５の特徴は、前記補強用骨格部材は、前記突出部の突出方向端部が、車両幅方向における前記端補強壁部の延出方向端部の位置よりも車両幅方向内側に位置するように形成されていることである。
【００１６】
前記端補強壁部の長さよりも突出部の突出方向に延出する長さの方がセンターピラーの座屈荷重に与える影響が大きいことが、発明者により知見されている。この構成によると、突出部の突出方向に延出する長さを前記端補強壁部の長さよりも長くすることができるため、センターピラーの重量の増加をより抑えて側面衝突荷重に対する変形耐力を高くすることができる。
【００１７】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第６の特徴は、前記突出部は、車両幅方向内側に向かって延びる一対の側壁を有し、車両幅方向において、前記端補強壁部が延びる長さが、当該一対の側壁が延びる長さの０．７〜０．９倍の範囲内となることである。
【００１８】
この構成によると、側面衝突荷重に対する所望の変形耐力を備えた構成のセンターピラーの重量がより軽くなるように構成することができる。言い換えれば、所定の重量でセンターピラーを構成したときに、より当該変形耐力を高めることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第７の特徴は、前記補強用骨格部材は、前記端補強壁部のみが前記外側骨格部材に結合された状態で、当該外側骨格部材に固定されていることである。
【００２０】
この構成によると、補強用骨格部材と外側骨格部材との結合部を端補強壁部のみに集中することができるため、結合のための作業性が向上し、センターピラーの製造が容易に可能になる。更に、内側骨格部材に向かって延びる端補強壁部を利用して外側骨格部材との結合が行われるため、補強用骨格部材の端補強壁部にフランジ等形成することは不要となる。したがって、センターピラーの軽量化を図りつつ、側面衝突荷重に対する変形耐力を高めることが可能となる。尚、当該端補強壁部以外の他の部分を外側骨格部材に結合しないことによる側面衝突荷重に対する変形耐力の低下は小さいため有効である。
【００２１】
また、本発明に係るセンターピラー構造における第８の特徴は、前記突出部は、車両幅方向内側に向かって延びる一対の側壁を有し、前記端補強壁部の車両幅方向における長さと、前記一対の側壁の車両幅方向における長さと、センターピラーの強度と、の予め実験又は解析により求められた関係に基づいて、センターピラーが所望の強度となり、且つ、車両幅方向における前記端補強壁部の長さと前記一対の側壁の長さとの和が、最小になるように前記補強用骨格部材が形成されていることである。
【００２２】
この構成によると、側面衝突荷重に対する所望の変形耐力を備えた構成のセンターピラーの重量が最も軽くなるように構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係るセンターピラー構造を一部に含むセンターピラーの車両の略側方から見た斜視概略図である。本実施形態では、中型自動車における車両前後方向略中央部においてルーフサイドレール２とサイドシル３との間に設置されるセンターピラー１の構造を例に挙げて説明する。尚、センターピラーには、車両前後方向の中央部に設置されるピラーだけでなく、車両前方又は後方よりの位置に設置されるピラーも含まれ、一定のボディ強度確保に寄与するピラーを意味している。
【００２５】
図１に示すように、センターピラー１は、車両前側に位置する前ドアと車両後側に位置する後ドアとの間に配置されており、ルーフパネル（図示せず）に接合されるルーフサイドレール２とフロアパネル（図示せず）に接合されるサイドシル３との間に上下に架設されている。また、センターピラー１のルーフサイドレール２に接合される上端部は略Ｔ字状に形成され、サイドシル３に結合される下端部は逆Ｔ字状に形成されている。そして、センターピラー１は、上端部から下端部に向かって長手方向断面形状が略相似形状を保ちつつ拡大する末広がり形状となるように形成されている。
【００２６】
図２は、図１に示すセンターピラーを車両後方から見た概略図である。図２に示すように、センターピラー１は、車両幅方向外側に湾曲して張り出した形状となっており、車両幅方向外側に位置するアウターレインフォース４（外側骨格部材）と、当該アウターレインフォース４と接合されたインナーレインフォース５（内側骨格部材）と、を備えて構成されている。また、アウターレインフォース４とインナーレインフォース５との間には、補強用レインフォース６（図２において鎖線で示す）が配置されている。尚、当該補強用レインフォース６は、センターピラー１の上端側においてセンターピラー１の全長の約３／４を占めるように、アウターレインフォース４とインナーレインフォース５との間の内部空間に長手方向に亙って配置されている。
【００２７】
図３は、図２に示すセンターピラーのＳ１−Ｓ１断面矢視図である。図３において矢印で示すように、車両前側を図の左側、車両幅方向外側を図の上側として示している。アウターレインフォース４、インナーレインフォース５、及び、補強用レインフォース６は、共に板金プレス成形により形成された部材である。
【００２８】
アウターレインフォース４は、車両前後方向に延びるフランジ部４０ａ、４０ｂを備えており、当該フランジ部４０ａ、４０ｂから車両幅方向外側に向かって膨出した膨出部４０ｃが車両前後方向の中間部に形成されている。当該膨出部４０ｃは、一対の側壁部４１ａ・４１ｂと、膨出方向における当該一対の側壁部４１ａ・４１ｂの端部を連結する平面状部分である平面部４１ｃとからなる。
【００２９】
インナーレインフォース５は、車両前後方向に延びるフランジ部５０ａ、５０ｂを備えており、当該フランジ部５０ａ、５０ｂから車両幅方向内側に向かって膨出した膨出部５０ｃが車両前後方向の中間部に形成されている。当該膨出部５０ｃは、一対の側壁部５１ａ・５１ｂと、膨出方向における当該一対の側壁部５１ａ・５１ｂの端部を連結する平面状部分である平面部５１ｃとからなる。アウターレインフォース４とインナーレインフォース５とは、フランジ部４０ａと５０ａ、及び、４０ｂと５０ｂと、をそれぞれ溶接で結合されている。
【００３０】
インナーレインフォース５の膨出部５０ｃの、フランジ部５０ａ、５０ｂからの膨出長さｙ１（車両幅方向に占める長さ）は、アウターレインフォース４の膨出部４０ｃのフランジ部４０ａ、４０ｂからの膨出長さｙ２の約１／３の長さとなるように形成されている。具体的には、例えばインナーレインフォース５の膨出長さｙ１を１５ｍｍ、アウターレインフォース４の膨出長さｙ２を４５ｍｍとして形成されている。
【００３１】
アウターレインフォース４における平面部４１ｃの車両前後方向長さｘ１は約８５ｍｍとして形成されており、インナーレインフォース５の平面部５１ｃの車両前後方向長さｘ２は約１００ｍｍとして形成されている。また、アウターレインフォース４及びインナーレインフォース５の車両前後方向における長さｘ３は、約１４０ｍｍとして形成されている。
【００３２】
補強用レインフォース６は、板状部材をプレス成形により屈曲して形成される構造部材である。当該補強用レインフォース６は、前記アウターレインフォースの平面部４１ｃと略平行に配置される前方平面部６０ａと後方平面部６０ｂとを有している。これらの前方平面部６０ａと後方平面部６０ｂとは同一平面状に位置するように形成されている。
【００３３】
前方平面部６０ａと後方平面部６０ｂとの間には、当該前方平面部６０ａの車両後側の端部と後方平面部６０ｂの車両前側の端部とに連続して、インナーレインフォース５の側に向かって突出する突出部６０ｃが形成されている。当該突出部６０ｃは、当該前方平面部６０ａの車両後側の端部と後方平面部６０ｂの車両前側の端部とからインナーレインフォース５の側に向かって互いに略平行に延びる一対の中央補強壁部６１ａ・６１ｂと、当該一対の中央補強壁部６１ａ・６１ｂの延出方向端部を連結する平面状部分である突出平面部６１ｃとを有している。当該突出平面部６１ｃは、前方平面部６０ａ及び後方平面部６０ｂと略平行になるように形成されている。また、当該突出平面部６１ｃと、前方平面部６０ａと、後方平面部６０ｂとは、略同じ長さになるように形成されており、前記中央補強壁部６１ａ・６１ｂとは、補強用レインフォース６の車両前後方向における長さを略三等分する位置に配置される。
【００３４】
また、前方平面部６０ａの車両前側の端部に連続して、アウターレインフォース４の側壁部４１ａに沿ってインナーレインフォース５の側に向かって延びる端補強壁部６２ａが形成されている。同様に、後方平面部６０ｂの車両後側の端部に連続して、アウターレインフォース４の側壁部４１ｂに沿ってインナーレインフォース５の側に向かって延びる端補強壁部６２ｂが形成されている。尚、当該端補強壁部６２ａ、６２ｂは、インナーレインフォース５の側に向かうにつれ、互いの間隔が広がるように車両幅方向に対して所定の傾きを有して延出するように形成される。
【００３５】
上記のように形成された補強用レインフォース６は、端補強壁部６２ａ、６２ｂをアウターレインフォース４の側壁部４１ａ、４１ｂにスポット溶接され（図１０において、溶接位置をＷ１で示す）、また、前方平面部６０ａ及び後方平面部６０ｂをアウターレインフォース４の平面部４１ｃにスポット溶接されて固定される（図１０において、溶接位置をＷ２で示す）。
【００３６】
また、図３に示すように、補強用レインフォース６は、長手方向垂直断面形状が車両前後方向の中心を通過する中心線Ｌ２に対して対称形状になるように形成されている。そして、補強用レインフォース６がアウターレインフォース４に固定された状態において、補強用レインフォース６の端補強壁部６２ａ・６２ｂのインナーレインフォース５の側の端部は、アウターレインフォース４のフランジ部４ａと４ｂとを結ぶラインＬ１（以下、フランジラインＬ１と称する）よりも、車両幅方向外側に位置している。また、突出平面部６１ｃも、アウターレインフォース４のフランジラインＬ１よりも、車両幅方向外側に位置するように形成されている。
【００３７】
次に、本実施形態に係るセンターピラー構造を有するセンターピラー１の三点曲げ変形のＦＥＭ解析を行い、以下の条件の三点曲げ時においてセンターピラー１が支持可能な最大荷重Ｆ（以下、最大荷重Ｆと称する）を算出した結果について説明する。尚、ＦＥＭ解析モデルとして、長手方向に同一断面形状を有し、長手方向において所定の曲率半径（１３１０ｍｍ）で車両外側（アウターレインフォース４側）に張り出すように湾曲したピラーモデル（図１５参照）を用い、インナーレインフォース５側を、長手方向において所定の間隔（８６０ｍｍ）をあけた２点で車両前後方向に延びる円筒状モデル（直径６０ｍｍ）により支持しつつ、アウターレインフォース４側における前記２点の支持位置の中央を車両前後方向に延びる円筒状モデル（直径３００ｍｍ）により所定の速度（１０ｍ／ｓｅｃ）で付勢する解析を行った。
【００３８】
また、補強用レインフォースの板厚が１．８ｍｍの場合と２．３ｍｍの場合とについて解析し、曲げ変形時においてセンターピラーに負荷される最大荷重Ｆとセンターピラーの断面重量との関係について算出した。尚、アウターレインフォース４及びインナーレインフォース５の板厚は１．８ｍｍに固定して解析を行った。ここで、断面重量とは、センターピラー１ｍ当たりの重量であり、本解析においては、板厚の変化により当該断面重量が変動することになる。
【００３９】
尚、比較例として図４〜図８に示す断面形状を有するセンターピラー構造についても同様の解析を行った。図４は、比較例１に係るセンターピラー構造を示す図である。このセンターピラー構造は、本実施形態に係るセンターピラー構造とは、補強用レインフォース６における車両前後方向中央部の突出部６０ｃがない点で異なる。図５は、比較例２に係るセンターピラー構造を示す図である。このセンターピラー構造は、本実施形態に係るセンターピラー構造における突出部が、車両幅方向外側向きに突出したものである。図６は、比較例３に係るセンターピラー構造を示す図である。このセンターピラー構造は、比較例１に係るセンターピラー構造における補強用レインフォースの肩部６ａが、アウターレインフォース４の平面部４１ｃに対してなだらかな斜面となるように形成されているものである。図７は、比較例４に係るセンターピラー構造を示す図である。このセンターピラー構造は、補強用レインフォースにフランジ部６ｂが形成されており、当該フランジ部６ｂがアウターレインフォース４とインナーレインフォース５とに挟みこまれて溶接されることにより形成されている。そして、車両前後方向中央部の突出部６ｃは、フランジラインＬ１を超えて、インナーレインフォース５の平面部５１ｃに当接するまで延出している。図８は、比較例５に係るセンターピラー構造を示す図である。このセンターピラー構造は、比較例４に係るセンターピラー構造における肩部６ｄをインナーレインフォース５の側に近づけて構成されている。
【００４０】
図９は、上記解析により求められた、実施形態及び第1〜第５比較例に係るセンターピラーにおける、断面重量と三点曲げ解析における最大荷重との関係を示す図である。尚、実施形態及び比較例１〜３については、補強用レインフォースの板厚が１．８ｍｍのとき、及び、２．３ｍｍのときの点がプロットされている。また、比較例４及び５においては、板厚１．８ｍｍのときの結果を示している。
【００４１】
図９から、所定の断面重量で比較した場合、本実施形態に係るセンターピラー構造によれば、他の比較例１〜５に比べて、最も最大荷重が大きくなることが分かる。言い換えれば、所定の最大荷重を支持することが可能なセンターピラーを、本実施形態に係るセンターピラーの形状とすることで、他の比較例１〜５の形状でセンターピラーを形成する場合に比べてより軽い重量となるように形成することができる。
【００４２】
次に、端補強壁部６２ａ・６２ｂにおける直線部分の車両幅方向長さＨ１（以下、端壁長さＨ１と称する）と、中央補強壁部６１ａ・６１ｂにおける直線部分の車両幅方向長さＨ２（以下、中壁長さＨ２と称する）と、の変化が、センターピラー１が支持可能な最大荷重Ｆに与える影響について解析した結果について説明する。
【００４３】
図１０に示すセンターピラー構造（図３に示すものと同形状）において、端壁長さＨ１を、(i)１０ｍｍ、(ii)２５ｍｍ、(iii)４１ｍｍ、また、中壁長さＨ２を(i)１２．５ｍｍ、(ii)２７．５ｍｍ、(iii)３９ｍｍとして組み合わせた９種類のセンターピラー構造、及び、端壁長さＨ１を(ii)２５ｍｍ、中壁長さＨ２を(iv)５５．５ｍｍとしたセンターピラー構造について三点曲げ解析を行った。当該解析において算出された、断面重量と最大荷重Ｆとの関係を図１１に示す。
【００４４】
図１１から、断面重量が約６．５〜８．５ｋｇ／ｍの範囲において、例えば、端壁長さＨ１を(ii)２５ｍｍに固定して中壁長さＨ２を増加させた場合（図１１において、△の変化に着目したときに）、断面重量の変化に対して略比例して最大荷重Ｆが増加していることが分かる。また、例えば、中壁長さＨ２を(ii)２７．５ｍｍに固定して端壁長さＨ１を増加させた場合（図１１において、「２」の変化に着目したときに）においても、断面重量の増加に対応して最大荷重Ｆは増加するが、最大荷重Ｆの増加の割合は、断面重量が増加するにつれて徐々に小さくなっていくことが分かる。
【００４５】
次に、補強用レインフォースのスポット溶接位置と最大荷重Ｆとの関係について解析した結果について説明する。図１０に、解析モデルにおけるスポット溶接の位置を示す。図１０に示すように、スポット溶接の位置は、補強用レインフォース６における端補強壁部６２ａ、６２ｂとアウターレインフォース４における側壁部４１ａ、４１ｂとの当接部の車両幅方向略中央部（図１０におけるＷ１で示す位置、以下溶接位置Ｗ１と称する）と、補強用レインフォース６における前方平面部６０ａ、後方平面部６０ｂとアウターレインフォース４における平面部４１ｃとの当接部における車両前後方向略中央部（図１２におけるＷ２で示す位置、以下溶接位置Ｗ２と称する）とした。
【００４６】
解析は、（１）溶接位置Ｗ１及び溶接位置Ｗ２の両方でスポット溶接を行った場合、（２）溶接位置Ｗ１のみスポット溶接を行った場合、（３）溶接位置Ｗ２のみスポット溶接を行った場合、の三種類について解析を行った。尚、端壁長さＨ１は２７ｍｍ、中壁長さＨ２は３０ｍｍ、板厚１．８ｍｍとして解析を行った。
【００４７】
図１２は、スポット溶接の位置と三点曲げ解析における最大荷重との関係を示す図である。図１２から、溶接位置Ｗ１及びＷ２の両方をスポット溶接した場合が最も最大荷重Ｆが大きくなることが分かる。また、溶接位置Ｗ１のみ溶接した場合の方が、溶接位置Ｗ２のみを溶接した場合に比べ、最大荷重Ｆが大きくなることが分かる。これより、溶接位置Ｗ１のみを溶接した構成とすれば、過度に最大荷重Ｆを下げることなく、スポット溶接箇所を減らすことが可能であり、センターピラーの製造効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
尚、補強用レインフォース６における端補強壁部６２ａ、６２ｂの長さを、１０ｍｍ以上とすることで、溶接位置Ｗ１にスポット溶接を容易に行うことを可能となり、センターピラーの製造時の作業性を向上させることができる。
【００４９】
次に、所望の最大荷重Ｆを具備するセンターピラーの軽量化設計手法について説明する。  まず、端壁長さＨ１、中壁長さＨ２、補強用レインフォースの板厚ｔ（以下、補強板厚ｔと称する）、及び、最大荷重Ｆとの関係について解析した結果について説明する。当該最大荷重Ｆと、端壁長さＨ１、中壁長さＨ２、及び補強板厚ｔとの関係は、以下の式（１）により適切に表現可能と考えられる（ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数）。
Ｆ＝ａ×Ｈ１ｂ×Ｈ２ｃ×ｔｄ  ・・・式（１）
ＦＥＭ解析により、適宜、端壁長さＨ１、Ｈ２、及び補強板厚ｔの値を変えて、センターピラーに負荷可能な最大荷重を算出し、当該算出結果に基づいて、当該式（１）の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄは以下のように決定される。
ａ＝２２．２４２３、ｂ＝０．０３９６、ｃ＝０．０４３２、ｄ＝０．７４３４
尚、式（１）における端壁長さＨ１の冪指数（ｂ＝０．０３９６）よりも中壁長さＨ２の冪指数（ｃ＝０．０４３２）の方が大きいため、最大荷重Ｆに与える影響は端壁長さＨ１よりも中壁長さＨ２の方が大きいといえる。
【００５０】
図１３において、実線の曲線で示すグラフは、上記解析により算出した係数ａ〜ｄをを代入した式（１）に基づいて、最大荷重Ｆが一定となるＨ１とＨ２との関係を示すものであり、（i）で示す曲線は、最大荷重Ｆが４５ｋＮとなる時の端壁長さＨ１及び中壁長さＨ２との関係を示す曲線であり、（ii）で示す曲線は、最大荷重Ｆが４０ｋＮとなる時の端壁長さＨ１及び中壁長さＨ２との関係を示す曲線である。
【００５１】
例えば、支持可能な最大荷重Ｆが４５ｋＮとなるセンターピラーとするためには、Ｈ１及びＨ２の長さは、図１３における曲線(i)上に存在する点で示すＨ１及びＨ２の長さの組み合わせとする必要がある。ここで、断面重量は、端補強壁部６２ａ・６２ｂが長くなるほど増加し、また、中央補強壁部６１ａ・６１ｂが長くなるほど増加する。即ち、断面重量は、Ｈ１＋Ｈ２の値に比例して変化する。よって、曲線(i)上の点で、Ｈ１＋Ｈ２の値が最も小さくなる点における当該Ｈ１と当該Ｈ２との組み合わせが、断面重量が最も小さくなるＨ１とＨ２との組み合わせとなる。これより、曲線(i)に接するようなＨ１＋Ｈ２＝constantの直線（図１３において直線Ｃ１で示す）を求め、当該直線とＦ＝４５の曲線との接点（図１３における点ｄ１）におけるＨ１とＨ２との組み合わせ（Ｈ１＝２３ｍｍ、Ｈ２＝２７ｍｍ）を補強用レインフォースの形状として採用することで、最大荷重４５ｋＮを有する最も軽量化されたセンターピラーを設計することができる。
【００５２】
また、例えば、最大荷重４０ｋＮとなるセンターピラーとするためには、曲線(ii)に接するようなＨ１＋Ｈ２＝constantの直線（図１３において直線Ｃ２で示す）を求め、当該直線とＦ＝４０の曲線(ii)との接点（図１３における点ｄ２）におけるＨ１とＨ２との組み合わせ（Ｈ１＝６ｍｍ、Ｈ２＝７ｍｍ）を補強用レインフォースの形状として採用することで、最大荷重４０ｋＮを有する最も軽量化されたセンターピラーを設計することができる。
【００５３】
尚、必ずしも、所望の最大荷重Ｆを有する端壁長さＨ１と中壁長さＨ２との組み合わせを示す曲線と、Ｈ１＋Ｈ２＝constantの直線との接点における端壁長さＨ１と中壁長さＨ２との組み合わせを採用する場合に限らず、所望の最大荷重となる端壁長さＨ１と中壁長さＨ２との組み合わせであって、端壁長さＨ１が、中壁長さＨ２の０．７〜０．９倍の範囲内となるように、センターピラーを形成することで、所望の最大荷重Ｆを有しつつ軽量化する効果を顕著に発揮することが可能である。特に、端壁長さＨ１が中壁長さＨ２の０．８倍となるように、補強用レインフォースを設計した場合、より軽量化の効果を発揮することが可能となるため望ましい。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係るセンターピラー構造は、アウターレインフォース４と、当該アウターレインフォース４と車両前後方向における両端部で結合されたインナーレインフォース５と、前記アウターレインフォース４と前記インナーレインフォース５との間に形成される内部空間に、当該内部空間の長手方向に亙って少なくとも上端側の一部に配置される補強用レインフォース６と、を備える自動車のセンターピラー構造である。そして、前記補強用レインフォース６は、長手方向垂直断面において、車両前後方向中間部において前記インナーレインフォース５の側に向かって突出するように屈曲して形成された突出部６０ｃと、車両前後方向両端部において前記アウターレインフォース４に沿って前記インナーレインフォース５に向かって延びる端補強壁部６２ａ、６２ｂと、を有しており、前記補強用レインフォース６は、当該アウターレインフォース４に対して固定されている。
【００５５】
この構成によると、補強用レインフォース６は、車両幅方向に突出する突出部６０ｃ及びインナーレインフォース５に向かって延びる壁部を備えているため、補強用レインフォース６の厚さを厚くすることなく、側面衝突荷重に対する断面係数を大きくすることが可能となる。また、補強用レインフォース６の車両前後方向両端部が末端までアウターレインフォース４の側壁部４１ａに沿ってインナーレインフォース５に向かって延びる端補強壁部６２ａ、６２ｂにより形成されており、例えば、端部にフランジ形状等形成した構成に比べて、重量増加に対する断面係数の増加の割合が高い。したがって、センターピラー１の重量をより抑えつつ三点曲げ変形時の最大荷重Ｆ等で示される側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることができる。また、補強用レインフォース６は、アウターレインフォース４に対して溶接されて固定される構成であるため、インナーレインフォース５への溶接が不要となり、容易にセンターピラー１を製造することが可能となる。
【００５６】
尚、本実施形態の構成に限らず、例えば、図１４に示すように、と補強用レインフォースの突出部をインナーレインフォース５の膨出部５０ｃの近傍まで近づけた構成とすることもできる。
【００５７】
また、補強用レインフォース６における前記突出部６０ｃの突出方向端部に位置する突出平面部６１ｃ、及び、前記端補強壁部６２ａ、６２ｂの延出方向端部が、車両幅方向において前記アウターレインフォース４と前記インナーレインフォース５との結合部よりも車両幅方向外側に位置するように形成されている。
【００５８】
この構成によると、センターピラー１の組立て時におけるアウターレインフォース４に補強用レインフォース６を結合した状態において、補強用レインフォースがアウターレインフォース４に内包され、アウターレインフォース４におけるインナーレインフォース５との結合部よりも外側に当該補強用レインフォース６が突出して配置されることを防ぐことができる。アウターレインフォース４のフランジラインＬ１よりも補強用レインフォース６の突出部６０ｃが突出しないことにより、補強用レインフォース６が結合されたアウターレインフォース４をインナーレインフォース５に結合する組立て作業を行う際に、アウターレインフォース４の取り扱いが容易となり、組立て作業を容易に行うことが可能となる。また、インナーレインフォース５の膨出部５０ｃの膨出長さによらず、補強用レインフォースの突出部６０ｃが、インナーレインフォースに接触することはなくなるため、例えば、膨出長さの異なる形状のインナーレインフォースとも結合して組み立てることができる。
【００５９】
また、前記補強用レインフォース６は、長手方向垂直断面形状が車両前後方向の中心を通過する中心線Ｌ２に対して対称形状になるように形成されている。
【００６０】
この構成によると、側面衝突荷重が車両前後方向において前記中心線Ｌ２に対して対称に作用し易くなるため、当該荷重が補強用レインフォース６の一部に偏って作用することを抑制することが可能となる。これにより、過度にセンターピラー１の重量を増加させることなく側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることが可能となる。
【００６１】
また、前記補強用レインフォース６は、車両前後方向において、前記突出部６０ｃが占める長さと、当該突出部６０ｃよりも車両前方側に位置する前方平面部６０ａ及び端補強壁部６２ａが占める長さと、当該突出部６０ｃよりも車両後方側に位置する後方平面部６０ｂ及び補強用壁部６２ｂが占める長さとが、それぞれ均等の長さになるように形成されている。
【００６２】
この構成によると、補強用レインフォース６における車両幅方向に延びる部分が、車両前後方向において均等に並ぶため、側面衝突荷重が負荷されることにより局所的に応力が集中することを防止することが可能となる。したがって、側面衝突荷重に対する変形耐力を増加させることが可能となる。
【００６３】
また、前記補強用レインフォース６は、前記突出部６０ｃの突出方向端部に位置する突出平面部６１ｃが、車両幅方向における前記端補強壁部６２ａ、６２ｂの延出方向端部の位置よりも車両幅方向内側に位置するように形成されている。
【００６４】
上述したように、センターピラー１の三点曲げ時における最大荷重ＦとＨ１及びＨ２との関係を示す式（１）において、端壁長さＨ１の冪指数（ｂ＝０．０３９６）よりも、中壁長さＨ２の冪指数（ｃ＝０．０４３２）の方が大きくなることが本願発明の発明者によりなされた解析結果から明らかになっている。これより、前記端補強壁部６２ａ、６２ｂの長さよりも突出部６０ｃの突出方向に延出する長さの方がセンターピラーの側面衝突荷重に対する変形耐力に与える影響が大きいといえる。例えば、Ｈ１とＨ２とが同じ長さとなる補強用レインフォースにおいてＨ１を所定長さ分だけ延ばすように形状を変更するよりも、Ｈ２を当該所定長さ分だけ延ばすように形状を変更した方が、最大荷重Ｆの増加割合が大きくなることが式（１）より明らかである。したがって、突出平面部６１ｃが、車両幅方向における前記端補強壁部６２ａ、６２ｂの延出方向端部の位置よりも車両幅方向内側に位置するように形成することにより、突出平面部６１ｃが、前記端補強壁部６２ａ、６２ｂの延出方向端部の位置と車両幅方向において同じ位置に形成した場合に比べて、センターピラーの重量の増加をより抑えて三点曲げ時の最大荷重Ｆ等で示される側面衝突荷重に対する変形耐力を高くすることができる。
【００６５】
また、前記突出部６０ｃは、車両幅方向内側に向かって延びる一対の中央補強壁部６１ａ・６１ｂを有し、車両幅方向において、前記端補強壁部６２ａ・６２ｂが延びる長さが、当該一対の中央補強壁部６１ａ・６１ｂが延びる長さの０．７〜０．９倍の範囲内となるように形成されている。
【００６６】
この構成によると、側面衝突荷重に対する所望の変形耐力を備えた構成のセンターピラーの重量がより軽くなるように構成することができる。言い換えれば、所定の重量でセンターピラーを構成したときに、より当該変形耐力を高めることが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態に係るセンターピラー構造は、前記補強用レインフォース６は、前記端補強壁部６２ａ・６２ｂのみが前記アウターレインフォース４の側壁部４１ａ・４１ｂにスポット溶接された状態で、当該アウターレインフォース４に固定された構成とすることもできる。
【００６８】
この構成によると、補強用レインフォース６とアウターレインフォース４との溶接部を端補強壁部６２ａ・６２ｂのみに集中することができるため、溶接のための作業性が向上し、センターピラー１の製造が容易に可能になる。更に、インナーレインフォース５に向かって延びる端補強壁部６２ａ・６２ｂを利用してアウターレインフォース４との溶接が行われるため、補強用レインフォース６の端補強壁部６２ａ・６２ｂにフランジ等形成することは不要となる。したがって、センターピラー１の軽量化を図りつつ、側面衝突荷重に対する変形耐力を高めることが可能となる。尚、当該端補強壁部６２ａ・６２ｂ以外の他の部分をアウターレインフォース４に結合しないことによる側面衝突荷重に対する変形耐力の低下は小さいため有効である。
【００６９】
また、前記端補強壁部６２ａ・６２ｂの車両幅方向における長さと、前記突出部６０ｃを構成する向かい合う一対の中央補強壁部６１ａ・６１ｂの車両幅方向における長さと、センターピラーの強度と、の予め実験又は解析により求められた上記式（１）に示す関係に基づいて、センターピラーが所望の強度となり、且つ、車両幅方向における前記端補強壁部６２ａ・６２ｂの長さと前記一対の中央補強壁部６１ａ・６１ｂの長さとの和が、最小になるように前記補強用レインフォース６を形成することができる。
【００７０】
このように補強用レインフォース６を形成して、アウターレインフォース４に結合した構成を備えるセンターピラーは、側面衝突荷重に対する所望の変形耐力を備えるとともに、最も軽量化した構成となるため有効である。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るセンターピラー構造を一部に含むセンターピラーの車両の略側方から見た斜視概略図である。
【図２】図１に示すセンターピラーを車両後方から見た概略図である。
【図３】図２に示すセンターピラーのＳ１−Ｓ１断面矢視図である。
【図４】第1比較例に係るセンターピラーの断面図である。
【図５】第２比較例に係るセンターピラーの断面図である。
【図６】第３比較例に係るセンターピラーの断面図である。
【図７】第４比較例に係るセンターピラーの断面図である。
【図８】第５比較例に係るセンターピラーの断面図である。
【図９】実施形態及び第1〜第５比較例に係るセンターピラーにおける、断面重量と三点曲げ解析における最大荷重との関係を示す図である。
【図１０】図３における端壁長さＨ１、中壁長さＨ２、及び、スポット溶接の位置を示す図である。
【図１１】本実施形態に係るセンターピラーにおいて、端壁長さＨ１と中壁長さＨ２とを変化させたときの、断面重量と三点曲げ解析における最大荷重との関係を示す図である。
【図１２】スポット溶接の位置と三点曲げ解析における最大荷重との関係を示す図である。
【図１３】端壁部の長さＨ１及び中央壁部の長さＨ２と、断面重量又は最大荷重と、の関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係るセンターピラーの変形例の断面図である。
【図１５】ＦＥＭ解析に用いたピラーモデルの概略図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    センターピラー
４    アウターレインフォース（外側骨格部材）
５    インナーレインフォース（内側骨格部材）
６    補強用レインフォース（補強用骨格部材）
６０ｃ  突出部
６１ａ、６１ｂ  中央補強壁部（突出部、側壁）
６２ａ、６２ｂ  端補強壁部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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