JP2004231120A - 自動車の車体上部の乗員保護構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パネルと内装材との間に形成される空間にエネルギー吸収体を収容し、乗員が二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する構造において、必要なエネルギー吸収性能を有しながら小型化が可能な自動車の車体上部の乗員保護構造を提供すること。
【解決手段】２つのフランジ部（１３ａ、１３ｃ）を有するパネル１３と該パネル１３を覆う内装材１４との間に形成される空間Ｓに、押出成形された金属製のエネルギー吸収体２０が収容されている。エネルギー吸収体は、空間Ｓ内に、パネル１３の一方のフランジ部１３ａの近くとなるように配置されるとともに、閉断面からなる単一の中空断面形状２１を備えている。一方のフランジ部１３ａの反対側に位置する中空断面形状２１の側壁面（壁面２１ｃ、２１ｄ）に、断面略く字状に屈曲して内側に突出する突設部Ｔを形成し、乗員の頭部Ｈが衝突すると、該突設部Ｔが閉じるように変形する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の衝突時に乗員が車体に二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する自動車の車体上部の乗員保護構造に関し、特にパネルと内装材との間にエネルギー吸収体を収容した構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両が障害物に衝突した場合の乗員保護対策として、その衝撃エネルギーを直接吸収する一次衝突対策と、同衝突の反動によって乗員が車室内の壁面に衝突する際の障害値を抑制するようにエネルギー吸収する二次衝突対策とがある。
【０００３】
こうした二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する構造においては、車両のピラーを構成するインナパネルと対応する内装材（ガーニッシュ）とで形成される空間に所定の中空断面形状を有するエネルギー吸収体を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、２方向からの衝撃エネルギーをそれぞれ好適に吸収することで各乗員の傷害値を抑制できる衝撃エネルギー吸収構造が本出願人によって提案されている（例えば、特許文献２〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５５０３号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１６６０４号公報
【特許文献３】
特開２００２−２４０６６４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常は、フロントピラーや、その他ピラーにおいて、インナパネルと内装材との間に形成される空間には、エネルギー吸収体の他に、ワイヤハーネス類が配設されることが一般的であり、近年は特に、この空間には、エアバッグや各種ワイヤハーネス類を収納するためのスペース確保とともに、車両のデザイン上の制約等による小スペース化の要求がある。従って、この空間に配設されるエネルギー吸収体は、ワイヤハーネス類の配設スペースを確保するため、できるだけ小さなスペースで必要な性能を有するものが求められる。
【０００６】
しかしながら、上記した従来の構造においては、エネルギー吸収体がエネルギー吸収のための変形時に外側に凸となるよう変形するため、その変形領域では、はワイヤハーネス類の配設が困難となるものであり、また、従来の断面形状をそのまま小型化した場合では、エネルギー吸収性能が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
それゆえ、本発明は、パネルと内装材との間に形成される空間にエネルギー吸収体を収容し、乗員が二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する構造において、必要なエネルギー吸収性能を有しながら小型化が可能な自動車の車体上部の乗員保護構造を提供することを、その技術的課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、２つのフランジ部を有するパネルと該パネルを覆う内装材との間に形成される空間に、押出成形された金属製のエネルギー吸収体を収容し、乗員が二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する構造において、前記エネルギー吸収体は、前記空間内に、前記パネルの一方のフランジ部の近くとなるように配置されるとともに、閉断面からなる単一の中空断面形状を備え、前記中空断面形状は、前記内装材に実質的に沿って伸びている外壁面と、該外壁面の両端にそれぞれ接続される２つの側壁面とを有し、前記２つの側壁面のうち前記一方のフランジ部の反対側に位置する側壁面に、断面略く字状に屈曲して内側に突出する突設部を形成し、乗員の頭部が衝突すると、該突設部が閉じるように変形して衝撃エネルギーを吸収することを特徴とする自動車の車体上部の乗員保護構造とした。
【０００９】
本発明に係る自動車の車体上部の乗員保護構造によれば、断面略く字状に屈曲して内側に突出する突設部を形成したので、エネルギー吸収体は、その中空断面形状が内側に入りこむ変形形態となるため、ワイヤハーネス類に干渉することなく必要なエネルギー吸収がなされ、乗員を確実に保護することができる。従って、十分なワイヤハーネス類の配設スペースを確保することが可能となる。
【００１０】
好ましくは、請求項２に記載のように、突設部における中空断面形状の外側の角度は、１４０〜１７０°の範囲に設定することが望ましい。この角度が小さすぎると、エネルギー吸収体の変形量も小さくなり、大きすぎると、特設部における変形が生じにくくなる。よって、この角度を１４０〜１７０°の範囲に設定することにより、好適なエネルギー吸収性能を得ることができる。
【００１１】
また好ましくは、請求項３に記載のように、エネルギー吸収体に、中空断面形状から前記一方のフランジ部の反対側へ内装材に実質的に沿って伸びている板状の突壁部を形成することが望ましい。この板状の突壁部により、パネルの一方のフランジ部の反対側からの衝撃に対しても、確実に中空断面形状が変形して衝撃エネルギーを吸収することができる。
【００１２】
また好ましくは、請求項４に記載のように、エネルギー吸収体に、中空断面形状から前記一方のフランジ部側へ内装材に沿って伸びている板状の突壁部を形成することが望ましい。このように、パネルの一方のフランジ部側へ突壁部が伸びているので、衝突時に、乗員の頭部が内装材といっしょにエネルギー吸収体の前壁面を滑るように摺動して中空断面形状の変形が妨げられることを防止することができる。
【００１３】
より好ましくは、エネルギー吸収体には、中空断面形状から外側に伸びてパネルに固定される板状の取付部が設けられていることが望ましい。これにより、中空断面形状を、更に一方のフランジ部の近くに配置することができ、よりワイヤハーネス類の配設スペースを確保することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエネルギー吸収構造を車体のフロントピラーに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、自動車の車体上部のフロントピラー１は、アウタパネル１１、該アウタパネル１１に固定されるインナパネル１２、１３、該インナパネル１２、１３を覆うガーニッシュ（内装材）１４及びエネルギー吸収体２０等から構成されている。
【００１６】
アウタパネル１１は、外側に突出して屈曲されており、インナパネル１２は、アウタパネル１１の内部空間に突出して曲成されている。そして、インナパネル１３は、インナパネル１２の反対側（車室内方）に突出して曲成されており、その中心部は平坦部１３ｂとなっている。このインナパネル１３は、その両端に２つのフランジ部を有しており、その一方のフランジ部１３ａと他方のフランジ部１３ｃに、インナパネル１２及びアウタパネル１１の両端のフランジのそれぞれ対応するものを重ね合わせて接合されている。
【００１７】
インナパネル１３の一方のフランジ部１３ａには、オープニングトリム１９が取り付けられ、ドア３の密封性を保持できるようになっている。また、他方のフランジ部１３ｃ近傍には、フロントガラスＧが配置されている。
【００１８】
ガーニッシュ１４は、例えば樹脂材にて形成されており、パネル１１〜１３の両端部においてその開口側（車室内方側）を覆う態様で装着されている。そして、インナパネル１３及びガーニッシュ１４の各内壁面との間でエネルギー吸収に必要な空間Ｓを形成している。この空間Ｓ内には、複数のワイヤハーネス１７やドレンパイプ１８が配設されている。
【００１９】
エネルギー吸収体２０は、アルミニウム合金押出材にて閉断面からなる単一の中空断面形状２１を有した断面形状に形成されており、その断面形状がフロントピラー１の長手方向に延びるように空間Ｓ内に収容されている。従って、空間Ｓには、エネルギー吸収体２０と一方のフランジ部１３ａとの間に空間Ｓ１が形成され、エネルギー吸収体２０と他方のフランジ部１３ｃとの間に空間Ｓ２が形成されている。エネルギー吸収体２０は、空間Ｓ内において、一方のフランジ部１３ａの近くとなるように配置されており、空間Ｓ２に対して空間Ｓ１は小さくなるようにしてある。
【００２０】
エネルギー吸収体２０は、板状を呈した取付部２４が空間Ｓ内に（図２においては左斜め上方に）伸びて形成されており、エネルギー吸収体２０の長手方向両端部近傍２ヶ所で、この取付部２４の挿通孔を挿通するスクリュ１６により平坦部１３ｂにおいてインナパネル１３に締結されている。
【００２１】
エネルギー吸収体２０には、空間Ｓ１においてフランジ部１３ａ側である外側（図２において右斜め上側）に板状を呈して伸びて形成された突部２５が設けられている。この突部２５は、エネルギー吸収体２０が撓み変形することを防止する目的で設けられている。
【００２２】
図３は、エネルギー吸収体２０のみを示した図である。エネルギー吸収体２０の中空断面形状２１は、図２及び図３のごとく、ガーニッシュ１４に実質的に沿って伸びている外壁面２１ｂと、取付部２４に接続している基壁面２１ｅと、外壁面２１ｂと基壁面２１ｅとを連結する側壁面２１ａ及び側壁面（壁面２１ｃ、２１ｄ）とを有する角状を呈している。即ち、外壁面２１ｂの両端には、一方のフランジ部１３ａ側に位置する側壁面２１ａと、一方のフランジ部１３ａと反対側に位置する側壁面（壁面２１ｃ、２１ｄ）の２つの側壁面が接続されている。
【００２３】
尚、図３に示すように、説明の便宜上、側壁面２１ａと外壁面２１ｂの間の頂点をＰ１とする。同様に、壁面２１ｂ、２１ｃ間、壁面２１ｃ、２１ｄ間、壁面２１ｄ、２１ｅ間、壁面２１ｅ、２１ａ間の各頂点をそれぞれＰ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５とする。基壁面２１ｅは、他の壁面（２１ａ〜２１ｄ）と比べて大きな厚みを有しており、取付部２４及び突部２５と一体的な形状となっている。
【００２４】
一方のフランジ部１３ａの反対側に位置する側壁面（壁面２１ｃ、２１ｄ）には、断面略く字状に屈曲して内側に突出する突設部Ｔが形成されている。本実施形態では、壁面２１ｃ、頂点Ｐ３、壁面２１ｄにより突設部Ｔが構成されている。この突設部Ｔは、外側に凹となって空間Ｓ２に開口した形となっている。突設部Ｔにおける中空断面形状２１の外側の角度θは、１４０〜１７０°の範囲が望ましく、本実施形態では、１５５〜１６０°の範囲に設定されている。
【００２５】
図２に示すように、エネルギー吸収体２０には、中空断面形状２１の頂点Ｐ１から一方のフランジ部１３ａ側へガーニッシュ１４に実質的に沿って伸びている板状の突壁部２３が形成されている。また、中空断面形状２１のＰ２から一方のフランジ部１３ａの反対側へガーニッシュ１４に実質的に沿って伸びている板状の突壁部２２が形成されている。突壁部２２は、突壁部２３に比べて中空断面形状２１から伸びている量が大きくなっている。
【００２６】
次に、上記のように構成された本発明の一実施形態に係る自動車の車体上部の乗員保護構造における衝撃エネルギーの吸収態様を説明する。図４〜６は、エネルギー吸収体２０による衝撃エネルギーの吸収態様を示す断面図である。尚、本実施形態におけるフロントピラー１は、運転席側を想定している。
【００２７】
まず、図４に示すように、運転席の乗員（頭部Ｈ）が、運転席側からの方向である矢印Ｆ１方向から、このフロントピラー１に衝突したとする。このとき、乗員の頭部Ｈは、ガーニッシュ１４を介して（又はガーニッシュ１４が一次衝突により脱落した場合は、ガーニッシュ１４を介さず直接に）エネルギー吸収体２０の頂点Ｐ２近傍における前壁面２１ｂ又は突壁部２２に衝突する。ここで、突設部Ｔを構成する壁面２１ｃは、矢印Ｆ１方向と略平行となるように形成されているため、頂点Ｐ３が中空断面形状２１の内側に入り込んで、突設部Ｔが閉じるように変形を始めるとともに、頂点Ｐ３（及び壁面２１ｄ）、頂点Ｐ１（及び側壁面２１ａ）は、それぞれ頂点Ｐ４、Ｐ５を中心として反時計回りに回転する。即ち、頂点Ｐ３（及び壁面２１ｄ）、頂点Ｐ１（及び側壁面２１ａ）は、フランジ部１３ａ側に倒れ、図４に実線で示すように、エネルギー吸収体２０の中空断面形状２１全体が変形することで衝撃エネルギーが吸収される。つまり、図７の実線にて静的性能試験による変位と荷重との関係が示されるように、このような変形態様を実現したことで、運転席側からの方向である矢印Ｆ１方向からの荷重に対して理想的なエネルギー吸収が可能となる。
【００２８】
一方、図５に示すように、運転席の乗員（頭部Ｈ）が、助手席側からの方向である矢印Ｆ２方向から、このフロントピラー１に衝突したとする。このとき、乗員の頭部Ｈは、突壁部２２に衝突する。ここで、前壁面２１ｂ、突壁部２２、頂点Ｐ２近傍における壁面２１ｃは、頂点Ｐ３近傍における壁面２１ｃ、２１ｄに比べて大きな肉厚として剛性が高められているため、突壁部２２に作用する衝撃エネルギーが突設部Ｔに伝わり、頂点Ｐ３が中空断面形状２１の内側に入り込んで、突設部Ｔが閉じるように変形を始めるとともに、頂点Ｐ３（及び壁面２１ｄ）、頂点Ｐ１（及び側壁面２１ａ）は、それぞれ頂点Ｐ４、Ｐ５を中心として反時計回りに回転する。即ち、頂点Ｐ３（及び壁面２１ｄ）、頂点Ｐ１（及び側壁面２１ａ）は、フランジ部１３ａ側に倒れ、図５に実線で示すように、エネルギー吸収体２０の中空断面形状２１全体が変形することで衝撃エネルギーが吸収される。つまり、図７の破線にて静的性能試験による変位と荷重との関係が示されるように、このような変形態様を実現したことで、助手席側からの方向である矢印Ｆ２方向からの荷重に対しても理想的なエネルギー吸収が可能となる。
【００２９】
また、図６に示すように、運転席の乗員（頭部Ｈ）が、運転席側からの方向である矢印Ｆ１方向よりフランジ部１３ａ側（ドア３側）にずれた矢印Ｆ３方向から、このフロントピラー１に衝突したとする。このとき、乗員の頭部Ｈは、エネルギー吸収体２０の頂点Ｐ２近傍における前壁面２１ｂに衝突する。続いて、上述した矢印Ｆ１方向における衝突と同様に、頂点Ｐ３が中空断面形状２１の内側に入り込んで、突設部Ｔが閉じるように変形を始める。即ち、図６に実線で示すように、エネルギー吸収体２０の中空断面形状２１全体が変形することで衝撃エネルギーが吸収される。つまり、図７の一点鎖線にて静的性能試験による変位と荷重との関係が示されるように、このような変形態様を実現したことで、運転席側からの方向である矢印Ｆ１方向からの荷重に対して理想的なエネルギー吸収が可能となる。
【００３０】
取付部２４及び突部２５の肉厚を大きくして、具体的には１．５〜３．５ｍｍ程度に設定して変形しにくくすることで、衝突方向が矢印Ｆ３方向のような場合でも、中空断面形状２１がつぶれずにフランジ部１３ａと反対側に逃げてしまうことなく確実に変形させることができ、必要なエネルギー吸収がなされる。また、突設部Ｔの変形を開始させやすくするため、頂点Ｐ３近傍の壁面２１ｃ、２１ｄの肉厚を、前壁面２１ｂの肉厚よりも薄く（具体的には０．８〜１．２ｍｍ程度に）薄く設定してある。
【００３１】
以上詳述したように、本発明の一実施形態に係る自動車の車体上部の乗員保護構造によれば、側壁面（壁面２１ｃ、２１ｄ）が断面略く字状に屈曲して頂点Ｐ３が内側に突出する突設部Ｔを形成したので、エネルギー吸収体２０は、その中空断面形状２１が内側に入りこむ変形形態となるため、ワイヤハーネス１７に干渉することなく必要なエネルギー吸収がなされ、乗員を確実に保護することができる。従って、十分なワイヤハーネス類の配設スペースを確保することが可能となる。
【００３２】
また、エネルギー吸収体２０に、中空断面形状２１から一方のフランジ部１３ａの反対側へガーニッシュ１４に実質的に沿って伸びている板状の突壁部２２を形成したことにより、一方のフランジ部１３ａの反対側からの衝撃である矢印Ｆ２方向の衝撃に対しても、確実に中空断面形状が変形して衝撃エネルギーを吸収することができる。
【００３３】
乗員の頭部Ｈがガーニッシュ１４を介して衝突する場合、特に衝突位置がフランジ部１３ａ側にずれた矢印Ｆ３方向の場合に、エネルギー吸収体２０とガーニッシュ１４との間の摩擦力が不足することで滑りが発生し、空間Ｓ１にガーニッシュがずれこんでしまうことでエネルギー吸収体２０に衝撃エネルギーを十分伝えることができない現象が発生することがあるが、フランジ部１３ａ側に突壁部２３を形成することでガーニッシュ１４が空間Ｓ１にずれこむことを防止することができ、衝撃エネルギーを確実にエネルギー吸収体に伝えることで必要なエネルギー吸収をすることができる。
【００３４】
また、エネルギー吸収体２０には、中空断面形状２１から外側に伸びてパネルに固定される板状の取付部２４が設けられていることにより、中空断面形状２１を、更に一方のフランジ部１３ａの近くに配置することができ、よりワイヤハーネス１７の配設スペースを確保することが可能となる。
【００３５】
以上のように、上記した実施形態においては、いずれもエネルギー吸収体２０をスクリュ１６によりインナパネル１３に締結した衝撃エネルギー吸収構造を示したが、本発明の実施にあたっては、エネルギー吸収体を接着剤によって内装材又はパネルに取り付けた場合でも、好適に衝撃エネルギーを吸収することができる。
【００３６】
また、上記した実施形態においては、いずれもフロントピラー１に本発明を適用したが、例えばセンターピラーやリヤピラー、あるいはルーフサイドレールに適用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パネルと内装材との間に形成される空間にエネルギー吸収体を収容し、乗員が二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する構造において、必要なエネルギー吸収性能を有しながら小型化が可能な自動車の車体上部の乗員保護構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車のフロントピラーの部分を示す概略図である。
【図２】本発明に係る乗員保護構造の一実施形態を示す図１の２―２断面図である。
【図３】図２に示すエネルギー吸収体２０の断面図である。
【図４】図２に示す実施形態の作用説明図である。
【図５】図２に示す実施形態の作用説明図である。
【図６】図２に示す実施形態の作用説明図である。
【図７】図２に示す実施形態のエネルギー吸収特性をあらわす荷重−変位線図である。
【符号の説明】
１１ アウタパネル
１２、１３ インナパネル（パネル）
１３ａ 一方のフランジ部
１３ｃ 他方のフランジ部
１４ ガーニッシュ（内装材）
２０ エネルギー吸収体
２１ 中空断面形状
２１ａ 側壁面
２１ｂ 前壁面
２１ｃ、２１ｄ 壁面（側壁面）
２２、２３ 突壁部
２４ 取付部
Ｔ 突設部
θ 角度
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 空間

Claims (5)

1. ２つのフランジ部を有するパネルと該パネルを覆う内装材との間に形成される空間に、押出成形された金属製のエネルギー吸収体を収容し、乗員が二次衝突する際の衝撃エネルギーを吸収する構造において、
   前記エネルギー吸収体は、前記空間内に、前記パネルの一方のフランジ部の近くとなるように配置されるとともに、閉断面からなる単一の中空断面形状を備え、前記中空断面形状は、前記内装材に実質的に沿って伸びている外壁面と、該外壁面の両端にそれぞれ接続される２つの側壁面とを有し、
   前記２つの側壁面のうち前記一方のフランジ部の反対側に位置する側壁面に、断面略く字状に屈曲して内側に突出する突設部を形成し、乗員の頭部が衝突すると、該突設部が閉じるように変形して衝撃エネルギーを吸収することを特徴とする自動車の車体上部の乗員保護構造。
2. 前記突設部における前記中空断面形状の外側の角度は、１４０〜１７０°の範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体上部の乗員保護構造。
3. 前記エネルギー吸収体に、前記中空断面形状から前記一方のフランジ部の反対側へ前記内装材に実質的に沿って伸びている板状の突壁部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体上部の乗員保護構造。
4. 前記エネルギー吸収体に、前記中空断面形状から前記一方のフランジ部側へ前記内装材に沿って伸びている板状の突壁部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の自動車の車体上部の乗員保護構造。
5. 前記エネルギー吸収体には、前記中空断面形状から外側に伸びて前記パネルに固定される板状の取付部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動車の車体上部の乗員保護構造。

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