车身框架结构以及其制造方法与流程

本公开内容涉及一种车身框架结构以及其制造方法。

背景技术：

在日本特开2003-72589号公报中公开了一种柱结构，其具备：具有通过柱内面板与柱外面板而形成的封闭截面结构的前柱、和被插穿于前柱的内部的筒状的加强件。

在上述现有的柱结构中，考虑到例如通过将柱外构件的板厚设为较薄从而使柱外构件的强度相对于柱内构件而变低的结构。在这种结构中，也需求在确保柱整体的强度的同时实现轻量化。

技术实现要素：

本发明考虑到上述情况，提供一种如下的车身框架结构及其制造方法，在通过强度不同的两张面板而被设为封闭截面结构的车身框架中，该车身框架结构能够有效地提高车身框架的强度，进而实现了轻量化。

用于解决课题的方法

本发明的第一方式为一种车身框架结构，具备：框架主体，其具备封闭截面结构，所述封闭截面结构通过将第一面板和与所述第一面板相比强度较低的第二面板接合而形成；筒状加强件，其沿着所述框架主体而被设置在所述框架主体的内部，并且所述筒状加强件的所述第二面板侧的部分与所述第一面板侧的部分相比而整体被设为厚壁。

在上述第一方式的车身框架结构中，通过第一面板与第二面板而形成了封闭截面结构的框架主体。而且，第二面板与第一面板相比强度较低。因此，框架主体的中性轴(在假定有弯曲的情况下不产生压缩变形也不产生拉伸变形的中性面与框架主体的横截面相交的线)靠近与框架主体的截面中心相比靠第一面板侧。

此外，在框架主体的内部，沿着框架主体而设置有筒状加强件。因此，框架主体通过筒状加强件而被加强，从而提高了车身框架结构的强度。

另外，筒状加强件之中的第二面板侧的部分与第一面板侧的部分相比而整体被设为厚壁。因此，框架主体与筒状加强件组合而成的车身框架结构整体的中性面位于与上述的框架主体的中性面相比靠第二面板侧。即，与筒状加强件为固定的壁厚的情况相比，能够使车身框架结构整体的中性轴接近框架主体的截面中心。其结果为，能够有效地使车身框架的强度提高，进而能够实现轻量化。

另外，框架主体的截面中心是指，在框架主体的横截面上，通过第一面板以及第二面板而被包围的区域的、假设该区域上被赋予了同样的密度分布的情况下的重心。

本发明的第二方式为，在上述第一方式中，在所述筒状加强件中，与所述框架主体的截面中心相比靠第二面板侧的部分被设为厚壁部，与所述框架主体的截面中心相比靠第一面板侧的部分被设为薄壁部。

在上述第二方式的车身框架结构中，由于筒状加强件是以框架主体的截面中心为基准而在壁厚上设置变化的，因此能够有效地使车身框架结构整体的中性轴接近于框架主体的截面中心。

本发明的第三方式为，制造上述第一或第二方式的车身框架结构的方法，所述筒状加强件通过如下方式而被制造出，即，通过铝挤压成形来制造筒状的厚度不均的挤压材料，并且将所述厚度不均的挤压材料作为原料而通过液压成形法来对其进行成形，其中，所述厚度不均的挤压材料的横截面形状被局部性地设为厚壁。

在上述第三方式的车身框架结构的制造方法中，能够通过铝挤压成形来制造横截面形状被局部性地设为厚壁的筒状的厚度不均的挤压材料，并且将该厚度不均的挤压材料作为原料而通过液压成形法来对其进行成形，从而制造出筒状加强件。即，能够容易地制造出上述第一或第二方式的车身框架结构。

如以上所说明的那样，上述第一方式的车身框架结构在通过强度不同的两张面板而被设为封闭截面结构的车身框架中，能够有效地提高车身框架的强度，进而能够实现轻量化。

上述第二方式的车身框架结构能够有效地使车身框架结构整体的中性轴接近于框架主体的截面中心。

上述第三方式的车身框架结构的制造方法能够容易地制造出车身框架结构。

附图说明

基于以下的附图来对本发明的实施例进行详细说明。

图1A表示应用了本实施方式所涉及的车身框架结构的前柱上构件的横截面，并为图3的A-A线剖视图。

图1B表示应用了本实施方式所涉及的车身框架结构的前柱上构件的横截面，并为图3的B-B线剖视图。

图2为表示成为本实施方式所涉及的筒状加强件的原料的厚度不均的挤压材料的横截面图。

图3为表示作为应用了本实施方式所涉及的车身框架结构的一个示例的车身侧部的侧视图。

图4为表示应用了作为本实施方式的改变例的车身框架结构的下边梁的横截面图。

具体实施方式

以下，使用图1至图3来对本公开的实施方式进行说明。另外，在各个图中所适当表示的箭头标记FR表示车辆前方，此外箭头标记UP表示车辆上方侧。并且，箭头标记OUT表示车辆宽度方向外侧。

在图3中表示了局部性地应用了本实施方式的车身框架结构S的车身侧部10(车身左侧部)。如该图中所示，在车身侧部10的下部处设置有作为以车辆前后方向为长度方向的车身框架部件的下边梁12。此外，在车身侧部10的上部处，设置有作为以车辆前后方向为长度方向的车身框架部件的车顶侧梁14。以从车顶侧梁14的前端起而连续的方式设置有前柱上构件16，其朝向车辆前方而向斜下方倾斜并且对未图示的前车窗挡风玻璃的侧端进行支承。

以对前柱上构件16的前端与下边梁12的前端进行连结的方式而设置有在车辆上下方向上延伸的前柱下构件18。此外，以对前柱上构件16的后端与下边梁12的中间部进行连结的方式而设置有在车辆上下方向上延伸的中柱20。而且，通过前柱下构件18、前柱上构件16、下边梁12以及中心柱20而形成了配置用于供车辆前部座椅的乘员乘降的前侧门(省略图示)的前侧开口部22。此外，通过中心柱20、车顶侧梁14、下边梁12以及后柱24而形成了后侧开口部26，所述后侧开口部26处配置有用于车辆后部座椅的乘员上下车的后侧门(省略图示)。

(柱主体)

本实施方式的车身框架结构S被应用于从前柱上构件16的前端附近至车顶侧梁14的后端附近。在图1A、1B中图示了应用本实施方式的车身框架结构S的前柱上构件16的横截面。如这些图中所示，前柱上构件16被构成为，包括作为被设为封闭截面结构的“框架主体”的柱主体28。而且，柱主体28通过将柱内面板30与柱外面板32接合而形成，其中，所述柱内面板30作为构成车辆内侧的“第一面板”，所述柱外面板32作为构成车辆外侧并且与柱内面板30相比强度较低的“第二面板”。另外，本实施方式的柱外面板32与柱内面板30相比板厚较薄，并且由材料固有的强度较低的钢板而形成。

具体而言，柱内面板30与柱外面板32在其各自的上侧凸缘部30A、32A和下侧凸缘部30B、32B重叠的状态下，通过点焊或激光焊接等而被接合在一起。由此，形成了截面形状被设为封闭截面结构的柱主体28。而且，在柱主体28的上侧凸缘部30A、32A侧配置有未图示的前车窗挡风罩与车顶板，在下侧凸缘部30B、32B侧配置有未图示的前侧门与后侧门。

另外，图1A、1B中所示的箭头<外侧>以及箭头<内侧>分别表示柱主体28的横截面中的柱外面板32侧以及柱内面板30侧。而且，柱外面板32侧以及柱内面板30侧是指，在假设一条对面板各自处于接触中的上侧凸缘部30A、32A附近处与下侧凸缘部30B、32B附近处进行连接的直线(省略图示)的情况下，垂直于该直线的方向中的柱外面板32侧以及柱内面板30侧。

此外，图1所示的截面中心C表示柱主体28的截面中心。而且，柱主体28的截面中心是指，在图1所示的横截面上，在假定了由柱内面板30以及柱外面板32所包围的区域的情况下，假设该区域上被赋予了同样的密度分布的情况下的该区域的重心。

筒状加强件

在柱主体28的内部设置有被设为筒状的筒状加强件40。如图3所示，筒状加强件40沿着柱主体28的长度方向而配置在，从前柱上构件16的前端附近起至车顶侧梁14的后端附近(后侧开口部26的后端部附近)为止的范围内。而且，在图1A、1B所示的前柱上构件16的横截面上，筒状加强件40被设为包围柱主体28的截面中心C的形状。

筒状加强件40与柱内面板30接合。具体而言，在柱内面板30的与筒状加强件40接合的接合部分上设置有朝向柱主体28的内侧位移了的接合面部42。接合面部42被设为通过面而与筒状加强件40接触的形状，并且在通过面而与筒状加强件40接触的状态下被实施接合。

更加具体而言，接合面部42的接合通过如下方式来实施，即，在使螺钉44高速旋转的同时将其按入，从而利用摩擦热而使作为母材的柱内面板30与筒状加强件40熔解，以使之熔敷(所谓的Flow Drill Screw、FDS(注册商标))。根据该接合方法，由于能够通过从柱内面板30侧的单侧进出而进行接合，因此将筒状加强件40与柱内面板30接合较为容易。

此外，在筒状加强件40的横截面形状上，对壁厚在局部上施以变化。具体而言，筒状加强件40中的与柱主体28的截面中心C相比靠外面板侧的部分相对于与截面中心C相比靠内面板侧的部分而被设为厚壁。换言之，筒状加强件40中的与柱主体28的截面中心C相比靠外面板侧的部分被设为厚壁部40A，而与柱主体28的截面中心C相比靠内面板侧的部分被设为薄壁部40B。

接下来，对本实施方式的筒状加强件40的制造方法进行说明。

首先，通过铝等轻量金属材料的挤压成形而制造出圆筒状的厚度不均的挤压材料50。由于厚度不均的挤压材料50为挤压材料，因此虽然在不同的横截面中会成为固定截面，但会以在各横截面中成为所谓厚度不均的截面的方式而被形成。具体而言，如图2所示，其为横截面形状被局部性地设为厚壁的筒状部件，并且大致一半的部分被设为厚壁部50A，而剩余的一半的部分被设为薄壁部50B。另外，虽然本实施方式的厚度不均的挤压材料50被设为圆筒状，但只要在横截面上被设为厚度不均的截面则并不限定于圆筒状，只要为筒状即可。

接下来，将该厚度不均的挤压材料50作为原料，通过液压成形法而制造出在如图3的A-A线截面以及B-B线截面那样的不同的横截面中，被设为不同的截面形状的筒状加强件40。具体而言，将圆筒状的厚度不均的挤压材料50设置在以能够获得所需的截面形状的方式而被形成的金属模中。接下来，通过以高压力向厚度不均的挤压材料50的内部以注入流体而施加内压，与此同时，在长度方向上对厚度不均的挤压材料50进行压缩。由此，厚度不均的挤压材料50会沿着金属模而膨胀，从而形成筒状加强件40。

如上文所述，由于使用被设为厚度不均的截面的厚度不均的挤压材料50来作为通过液压成形法而实施成形之前的原料，因此在通过液压成形法而成形出的筒状加强件40中，也能够形成厚度不均的截面形状。

接下来，对本实施方式的作用进行说明。

在本实施方式中，柱内面板30与柱外面板32接合从而形成封闭截面结构的柱主体28。而且，柱外面板32与柱内面板30相比板厚较薄，并且材质固有的强度较低。因此，柱主体28的中性轴N1(在假定有弯曲的情况下不产生压缩变形也不产生拉伸变形的中性面与柱主体28的横截面相交的线)与柱主体28的截面中心C相比靠内面板侧。

此外，在柱主体28的内部，沿着柱主体28而设置有筒状加强件40。因此，柱主体28通过筒状加强件40而被加强，从而提高了前柱上构件16的强度，进而确保了车厢空间。

并且，在本实施方式中，筒状加强件40的与柱主体28的截面中心C相比靠外面板侧的部分被设为厚壁部40A，与柱主体28的截面中心C相比靠内面板侧的部分被设为薄壁部40B。因此，具备柱主体28与筒状加强件40的前柱上构件16的中性轴N2位于，与靠近上述的内面板侧的柱主体28的中性轴N1相比靠外面板侧。即，与筒状加强件为固定的壁厚的情况相比，能够使前柱上构件16整体的中性轴N2接近于柱主体28的截面中心C。并且，由于筒状加强件40是以柱主体28的截面中心C为基准而对壁厚设置变化，因此能够有效地使前柱上构件16整体的中性轴接近于柱主体28的截面中心C。

其结果为，能够针对各部件的重量而有效地使前柱上构件16的强度提高，进而能够在确保前柱上构件16所需的强度的同时实现轻量化。

此外，本实施方式的筒状加强件40为，通过液压成形法对利用铝挤压成形而使截面厚度不均从而形成的筒状的原料(厚度不均的挤压材料50)进行成形而制造出。换言之，通过铝挤压成形而制作出横截面形状被局部性地设为厚壁的筒状的厚度不均的挤压材料50，并且通过将该厚度不均的挤压材料50作为原料而利用液压成形法对其进行成形从而制造出筒状加强件40。因此，能够制造出内面板侧与外面板侧厚壁不同，且沿着柱主体28的形状的筒状加强件40。

上述实施方式的补充说明

此外，虽然在上述实施方式中，柱内面板30以及柱外面板32通过对钢板进行冲压加工而形成，但本公开内容并不限定于此。例如，也可以由铝合金制的板材而形成。

此外，虽然在上述实施方式中，柱外面板32通过与柱内面板30相比板厚较薄、并且材料固有的强度较低的钢板而形成，从而使其与柱内面板30相比强度较低，但本公开内容并不限定于此。例如，柱外面板也可以为，与柱内面板相比板厚较薄且材料固有的强度相同。此外，例如，柱外面板也可以为，与柱内面板相比板厚相同且材料固有的强度较低。

此外，虽然在上述实施方式中，筒状加强件40通过铝等轻量金属而形成，但本公开的筒状加强件并不限定于此。例如，也可以设为钢材。

此外，虽然在上述实施方式中，筒状加强件40通过利用液压成形法进行成形而被制造出，但本公开内容的筒状加强件并不限定于此。例如，也可以通过三维热弯淬火(3DQ：3Dimensional Hot Bending and Quench)而制造出。所谓三维热弯淬火是指，在对钢材进行淬火的同时实施三维加工的加工方法(热处理方法)。更具体而言，例如为，在对钢管(管材)局部性地进行加热且通过水冷来进行淬火的同时，连续地实施弯曲加工的加工方法。

此外，虽然在上述实施方式中，筒状加强件40与柱内面板30通过FDS而被接合，但本公开内容并不限定于此。例如，也可以通过其他机械性接合法而来进行接合，还可以通过焊接来进行接合。

此外，虽然在上述实施方式中，筒状加强件40的与截面中心C相比靠外面板侧的部分被设为厚壁部40A，并且其与截面中心C相比靠内面板侧的部分被设为薄壁部40B，但本公开内容并不限定于此。例如，也可以仅将筒状加强件中的与柱内面板接触的部分设为薄壁部，而将其他部分设为厚壁部。即，只要筒状加强件中的外面板侧的部分与筒状加强件中的内面板侧的部分相比整体被设为厚壁即可。换言之，只要筒状加强件的中性轴在与筒状加强件的截面中心(省略图示)相比靠近外面板(第二面板)侧即可。

此外，虽然在上述的各实施方式中，对将本发明的车身框架结构S应用于前柱上构件16以及车顶侧梁14上的方式进行了说明，但应用本公开的车身框架结构的车身框架并不限定于此。例如，如图4所示，也可以应用于被构成为包括作为“第一面板”的下边梁内面板60以及作为“第二面板”的下边梁外面板62的下边梁12上，还可以应用于中心柱20或前柱下构件18等上。进一步而言，只要是应用于通过将两张面板接合而被设为封闭截面结构的车身框架部件的结构上，则均被包含在本公开内容中。