(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前後方向に沿って配置された左右一対の車体骨格部材に両サイドが結合されると共に平面視で略矩形状に形成された車体フロアに適用される車体フロア構造であって、
前記左右一対の車体骨格部材は、車両幅方向外側に車両前後方向に沿って延在するロッカ部及び車両幅方向中間部に車両前後方向に沿って延在するトンネル部であり、
前面衝突時に前記ロッカ部及び前記トンネル部を介して受けるせん断力によって圧縮力が作用する方の対角線上の角部であるトンネル部に沿ったサイド部の前端部及びロッカ部に沿ったサイド部の後端部に、前記車体フロアの一般部の板厚よりも前記対角線上の角部の板厚を増加させる厚板部として構成されて当該角部の面剛性及び強度を上げる補強手段をそれぞれ設けた、
ことを特徴とする車体フロア構造。
【請求項２】
前記車体フロアは、平板と波状板とを重ね合わせることにより複数の閉断面部が車両幅方向に連続して配置される構成とされている、
ことを特徴とする請求項１記載の車体フロア構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両前後方向に沿って配置された左右一対の車体骨格部材に両サイドが結合されると共に平面視で略矩形状に形成された車体フロアに適用される車体フロア構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、前面衝突時の荷重は、車両前端部に配置されたフロントバンパリインフォースに入力された後、左右一対のフロントサイドメンバに伝達されてエネルギー吸収されながら、フロントピラーを介してロッカ等の車体骨格部材へ伝達されるようになっている。
【０００３】
ここで、フロアパネルについても剛性及び強度を増して車体骨格部材の機能を一部負担させることが検討されている（一例として特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３０６８９１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、フロアパネル単体で観た場合、前面衝突時の荷重が入力されると、両サイドに配置されたロッカ及び中央部に配置されたセンタフロアトンネルからせん断荷重が作用する。このため、フロアパネルには、一方の対角線に沿って引張力が作用し、他方の対角線に沿って圧縮力が作用する。その結果、フロアパネルは、圧縮力が作用する側に引き摺られて引張力が作用する一方の対角線に沿って隆起した皺が生じて座屈する。
【０００５】
かかる皺による座屈が生じるのを効果的に抑制するべく、平板と波状板とを重ね合わせて接合することで閉断面部が車両幅方向に連続する車体フロア構造が提案されていたが、発明者の研究の結果、単純に平板と波状板とを組み合わせて断面二次モーメントを増加させただけでは、皺による座屈を効果的に抑制できないことが判ってきた。
【０００６】
本発明は上記事実を考慮し、前面衝突時に受けるせん断荷重に起因したフロア面の皺による座屈を効果的に抑制することができる車体フロア構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の本発明に係る車体フロア構造は、車両前後方向に沿って配置された左右一対の車体骨格部材に両サイドが結合されると共に平面視で略矩形状に形成された車体フロアに適用される車体フロア構造であって、前記左右一対の車体骨格部材は、車両幅方向外側に車両前後方向に沿って延在するロッカ部及び車両幅方向中間部に車両前後方向に沿って延在するトンネル部であり、前面衝突時に前記ロッカ部及び前記トンネル部を介して受けるせん断力によって圧縮力が作用する方の対角線上の角部であるトンネル部に沿ったサイド部の前端部及びロッカ部に沿ったサイド部の後端部に、前記車体フロアの一般部の板厚よりも前記対角線上の角部の板厚を増加させる厚板部として構成されて当該角部の面剛性及び強度を上げる補強手段をそれぞれ設けた、ことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の車体フロア構造において、前記車体フロアは、平板と波状板とを重ね合わせることにより複数の閉断面部が車両幅方向に連続して配置される構成とされている、ことを特徴としている。
【００１１】
請求項１記載の本発明によれば、車体フロアはロッカ部及びトンネル部間に配置されており、前面衝突時、トンネル部には車両後方側への衝突荷重が入力され、ロッカ部には車両前方側への慣性力が作用する。このため、車体フロアはせん断変形しようとする。このとき、トンネル部に沿った車体フロアのサイド部の前端部とロッカ部に沿った車体フロアのサイド部の後端部とを結ぶ対角線上に圧縮力が作用する。その結果、本発明の補強手段を備えていない場合には、車体フロアには圧縮力作用側に隆起した皺が一方の対角線方向（引張力が作用する方向）に発生する。
【００１２】
ここで、本発明では、かかる前端部及び後端部に補強手段がそれぞれ設定されるため、これらの後端部及び前端部に圧縮力による座屈が生じるのを効果的に抑制することができる。
【００１５】
特に、本発明では、補強手段が、車体フロアの一般部の板厚よりも圧縮側の対角線上の角部の板厚を増加させる厚板部として構成されているので、簡単な構成で圧縮力が作用する対角線上の角部の剛性及び強度を上げることができる。
【００１６】
請求項２記載の本発明によれば、車体フロアが平板と波状板とを重ねあわせることにより複数の閉断面部が車両幅方向に連続して配置されるように構成されているので、車体フロアの断面二次モーメントが増加する。このため、車体フロアの皺の発生を抑制することができたことと合わせ見ると、車体フロアの断面二次モーメントを増加させたことに実効性をもたせることができる。このことは、前面衝突時の荷重を車体骨格部材だけでなく車体フロアによっても負担することができることを意味する。つまり、本発明の場合、前面衝突時の荷重を車体骨格部材と車体フロアとで分担して支持することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、請求項１記載の本発明に係る車体フロア構造は、前面衝突時に受けるせん断荷重に起因したフロア面の皺による座屈を効果的に抑制することができるという優れた効果を有する。
【００１８】
加えて、請求項１記載の本発明に係る車体フロア構造は、前面衝突時にロッカ部及びトンネル部を介して受けるせん断荷重に起因したフロア面の皺による座屈を効果的に抑制することができるという優れた効果を有する。
【００１９】
請求項１記載の本発明に係る車体フロア構造は、簡単な構成で皺の発生を効果的に抑制することができるという優れた効果を有する。
【００２０】
請求項２記載の本発明に係る車体フロア構造は、前面衝突時の荷重を車体骨格部材と車体フロアとで分担して支持することにより、衝突安全性能を向上させることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図７を用いて、本発明に係る車体フロア構造の幾つかの実施形態について説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＩＮは車両幅方向内側を示している。
【００２２】
図１には、本発明が適用された車体フロア１０の全体斜視図が示されている。この図に示されるように、車体フロア１０は平面視で矩形状に形成されている。車体フロア１０の車両幅方向外側の端部は、この位置で車両前後方向に沿って延在する車体骨格部材としてのロッカ部１２に結合されている。また、車体フロア１０の車両幅方向内側の端部は、この位置で車両前後方向に沿って延在する車体骨格部材としてのセンタフロアトンネル部１４に結合されている。なお、図１ではロッカ部１２及びセンタフロアトンネル部１４を模式的に示しているが、従来の車体フロア構造を示す図３にはロッカ部１２及びセンタフロアトンネル部１４の実際の形状が示されているので、図３も参照されたい。
【００２３】
また、車体フロア１０の前端部は、この位置で車両幅方向に沿って垂直に延在する図示しないダッシュパネルに結合されている。なお、ダッシュパネルはエンジンルームとキャビンとを隔成するパネルである。さらに、車体フロア１０の後端部は、この位置で車両幅方向に沿って延在し、ロッカ部１２とセンタフロアトンネル部１４とを車両幅方向に連結する図示しないフロアクロスメンバに結合されている。
【００２４】
上述した車体フロア１０は、下面側に配置された平板１６と、上面側に配置された波状板１８とを二枚重ね合わせた状態でスポット溶接することにより構成されている。これにより、車体フロア１０には等脚台形状の複数の閉断面部２０が所定の間隔で車両幅方向に連続して形成され、断面二次モーメントの増加に寄与している。
【００２５】
ここで、前面衝突時、上記構成の車体フロア１０には、その両サイドがロッカ部１２及びセンタフロアトンネル部１４に結合されていることに起因してせん断力（矢印τ）が作用する。このため、車体フロア１０の対角線Ａには引張力Ｐが作用し、対角線Ｂには圧縮力Ｑが作用する。そして、圧縮力Ｑが作用する側の対角線Ｂ上の第１角部２２及び第２角部２４の下面に、図２に拡大して示される補強手段及び厚板部としての支持板２６がアーク溶接により接合されている。これにより、第１角部２２及び第２角部２４の板厚Ｔ１は車体フロア１０の一般部２８の板厚Ｔ２よりも厚く設定されている。
【００２６】
補足すると、図２に示されるように、波状板１８の板厚ｔ１と一辺長ｂ１は、カルマンの有効幅理論（下記式１、式２）を満足するように決定される。なお、「有効幅」とは、圧縮面に対して応力が有効に働く範囲のことをいう。そして、本実施形態の場合、波状板１８の板厚ｔ１と平板１６の板厚ｔ２は略同一に設定されており、支持板２６の板厚ｔ３は波状板１８の板厚ｔ１の１．８倍以上に設定されている。また、支持板２６の短辺長ｂ２は、波状板１８の一辺長ｂ１の１.８倍以上に設定されている。なお、支持板２６の板厚ｔ３、短辺長ｂ２の上限については、周辺部材との関係（レイアウト）や車両重量等との関係で適切に選択すればよい。
【００２７】
（式１）  有効幅ｂｅ＝〔π２Ｅｋ／｛１２（１−ｒ２）σｙ｝〕×ｔ
（式２）  ｂ１≦ｂｅ
なお、式１及び式２は、車体フロア１０を平板１６と波状板１８との板組みで構成した場合、波状板１８の閉断面部２０に着目して、波状板１８の一辺長ｂ１が有効幅ｂｅ以下であれば、圧縮面の全面が曲げ応力に対して有効であることを意味している。そして、これから波状板１８の板厚ｔ１を決定し、次いで平板１６の板厚ｔ２についてはｔ１と同等にし、これらを基準にして支持板２６の板厚ｔ３を１．８倍以上、例えば２倍に決定するとよい、という意味である。
【００２８】
（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００２９】
図３には、支持板２６を設けていない従来の車体フロア３０及びその周辺構造が示されている。この図に示されるように、前面衝突時、センタフロアトンネル部１４には車両後方側への衝突荷重ｆ１が入力され、ロッカ部１２には車両前方側への慣性力ｆ２が作用する。このため、車体フロア３０の両サイドにはせん断力が働き、二点鎖線図示状態にあった車体フロア３０は実線図示状態のようにせん断変形する。このとき、図１に示されるように、車体フロア３０の対角線Ａ方向には引張力Ｐが作用し、対角線Ｂ方向には圧縮力Ｑが作用する。その結果、車体フロア３０の対角線Ｂ方向に作用する圧縮力Ｑに引き摺られて、図３に示される如く、圧縮側に隆起した皺３２が対角線Ａ方向に発生する。なお、図３では、皺３２を等高線で表現している。
【００３０】
ここで、本実施形態に係る車体フロア構造では、圧縮力Ｑが作用する方の対角線Ｂ上の第１角部２２及び第２角部２４の下面に、所定厚さの厚板として構成された支持板２６をアーク溶接により接合したので、第１角部２２及び第２角部２４の面剛性及び強度が他の一般部２８よりも高くなる。従って、第１角部２２及び第２角部２４に圧縮力Ｑが集中して作用しても、当該第１角部２２及び第２角部２４が座屈するには至らない。その結果、本実施形態によれば、前面衝突時にロッカ部１２及びセンタフロアトンネル部１４を介して受けるせん断荷重τに起因した車体フロア１０の皺３２による座屈を効果的に抑制することができる。
【００３１】
補足すると、実験により、せん断の際に第１角部２２又は第２角部２４が受ける力は、波状板１８の側面ウェブ１８Ａ（図２参照）よりも上面のフランジ部１８Ｂの方が主体的であることが判っている。
【００３２】
因みに、図４には、本実施形態に係る車体フロア構造のＦ−Ｓ特性（実線）と支持板２６を備えていない車体フロア構造のＦ−Ｓ特性（破線）とが示されているが、本実施形態の方がせん断荷重に対する耐力が高くなったことが判る。
【００３３】
また、本実施形態では、車体フロア１０が平板１６と波状板１８との二枚板構造とされており、両者が接合されることにより複数の閉断面部２０が車両幅方向に連続して配置される構成としたので、車体フロア１０の断面二次モーメントが増加する。このため、車体フロア１０の皺３２の発生を抑制することができたことと合わせ見ると、車体フロア１０の断面二次モーメントを増加させたことに実効性をもたせることができる。このことは、前面衝突時の荷重をセンタフロアトンネル部１４及びロッカ部１２だけでなく車体フロア１０によっても負担することができることを意味する。つまり、本実施形態の場合、前面衝突時の荷重をセンタフロアトンネル部１４及びロッカ部１２と車体フロア１０とで分担して支持することができる。その結果、本実施形態によれば、衝突安全性能を向上させることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、車体フロア１０の圧縮側の対角線Ｂ上の第１角部２２及び第２角部２４の下面に支持板２６を設けて板厚を増加させることで、第１角部２２及び第２角部２４を補強する構成を採ったので、簡単な構成で、圧縮側の対角線Ｂ上の第１角部２２及び第２角部２４の剛性及び強度を上げて、皺３２の発生を効果的に抑制することができる。
【００３５】
また、図１に示される車体フロア１０では、複数の閉断面部２０の長手方向の前端部及び後端部が開放されているが、このように開放させて使ってもよいし、図１に一点鎖線で付加したように前端部についてはダッシュパネル５０を使って閉塞し、後端部については例えばクロスメンバ５２を使って閉塞するようにすると、上述した本実施形態の効果をより一層有効に発揮させることができる。なお、図１に一点鎖線で図示したダッシュパネル５０及びクロスメンバ５２はいずれもパネルの一部を模式的に図示している。また、複数の閉断面部２０の長手方向の前端部及び後端部を両方塞ぐ例としてダッシュパネル５０及びクロスメンバ５２を挙げたが、いずれか一方のみであってもそれに応じた効果は得られる。
【００３６】
〔上記実施形態の補足説明〕
なお、上述した本実施形態では、車体フロア１０の第１角部２２及び第２角部２４の下面に車体フロア１０とは別体の厚板として構成された支持板２６をアーク溶接により取り付ける構成を採ったが、これに限らず、ボルト接合や接着等で支持板を取り付けるようにしてもよい。
【００３７】
また、図５に示されるように、車体フロア３０の一部を構成する平板４０の第１角部及び第２角部に相当する部分に所定厚さの板材を予めレーザー溶接して平板４０に一体化し、平板４０自身に厚肉部４２を設ける構成を採ってもよい。この場合、部品点数及び組付工数が減るので、コストダウンを図ることができる。
【００３８】
さらに、図６に示されるように、板材に替えて、楕円形状に潰した複数のパイプ材４４を第１角部及び第２角部に相当する部分に掛け渡すように配置してもよい。このように本発明の「補強手段」は、支持板２６や厚肉部４２のような板状のものに限らず、種々の補強部材を含む概念である。
【００３９】
また、本実施形態では、下面側に平板１６を配置すると共に上面側に波状板１８を配置する板組みによる車体フロア１０を採用したが、これに限らず、上面側に平板１６を配置して下面側に波状板１８を配置する構成を採ってもよい。前者の板組みはチッピングに対して有利に作用し、後者の板組みは被水に対して有利に作用するという違いがあるため、車種との関係でどちらの板組みにするかを任意に選択すればよい。
【００４０】
さらに、本発明の「波状板」には、等脚台形状の閉断面部２０を平板１６とで構成する波状板１８が含まれる他、例えば、図７に示されるように、二等辺三角形状又は正三角形状の閉断面部４６を平板１６とで構成するジグザグ形状の波状板４８も含まれる。
【００４１】
また、本実施形態の車体フロア１０は鉄板製であるが、これに限らず、アルミニウム合金の押出し成形等によって構成された車体フロアに対して本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る車体フロア構造を示す全体斜視図である。
【図２】本実施形態に係る車体フロア構造の要部を車両前後方向から観て示す要部拡大背面図である。
【図３】皺発生メカニズムを説明するための説明図である。
【図４】本実施形態に係る車体フロア構造と支持板を備えていない車体フロア構造とのＦ−Ｓ特性を対比して示すＦ−Ｓ特性図である。
【図５】補強手段の別の実施形態を示す図２に対応する要部拡大背面図である。
【図６】補強手段の更に別の実施形態を示す車両下方側から観た要部拡大斜視図である。
【図７】車体フロアの板組み構成を変更した別の実施形態を示す図１に対応する全体斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０      車体フロア
１２      ロッカ部（車体骨格部材）
１４      センタフロアトンネル部（車体骨格部材）
１６      平板
１８      波状板
２０      閉断面部
２２      第１角部
２４      第２角部
２６      支持板
３２      皺
４０      平板
４２      厚肉部
４４      パイプ材
４６      閉断面部
４８      波状板
【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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