JP2005162027A - 車両用エネルギ吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 広範囲の荷重の入力方向に対してエネルギ吸収効率を高めることができる車両用エネルギ吸収構造の提供。
【解決手段】 同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数の薄肉閉断面構造部２３，２４を有し、一の薄肉閉断面構造部２３の内側に他の薄肉閉断面構造部２４を配置することにより、これら薄肉閉断面構造部２３，２４の正面方向は勿論、正面方向に対し傾斜する方向から荷重が入力された場合にも薄肉閉断面構造部２３，２４が圧壊座屈する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に設けられて衝突時に生じるエネルギを吸収する車両用エネルギ吸収構造に関する。

車両に設けられて衝突時に生じるエネルギを吸収する車両用エネルギ吸収構造に関する技術として、フレーム部材の内側に高さの異なる平板状のリブを複数平行に立設させることで、衝突時に高さの高いリブから順に圧壊座屈させてエネルギ吸収効率を高める技術がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２００８５４号公報

しかしながら、上記のように高さの異なる平板状のリブを複数立設させるのでは、リブの立設方向に対し傾斜する方向から衝突時の荷重が入力された場合には、リブを倒すように変形させることになってこれを圧壊座屈させることができず、エネルギ吸収効率を低下させてしまう可能性があった。

したがって、本発明は、広範囲の荷重の入力方向に対してエネルギ吸収効率を高めることができる車両用エネルギ吸収構造の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数の薄肉閉断面構造部（例えば実施形態における薄肉閉断面構造部２３，２４）を有し、一の薄肉閉断面構造部（例えば実施形態における薄肉閉断面構造部２３）の内側に他の薄肉閉断面構造部（例えば実施形態における薄肉閉断面構造部２４）が配置されていることを特徴としている。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記複数の薄肉閉断面構造部が同心状に設けられていることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記複数の薄肉閉断面構造部は、外側ほど高さが高くされていることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に係る発明において、前記薄肉閉断面構造部の外側および内側の少なくともいずれか一方に弾性体（例えば実施形態における弾性体２９）を有することを特徴としている。

請求項１に係る発明によれば、同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数の薄肉閉断面構造部を有し、一の薄肉閉断面構造部の内側に他の薄肉閉断面構造部が配置されているため、これら薄肉閉断面構造部の正面方向は勿論、正面方向に対し傾斜する方向から荷重が入力されてもこれら薄肉閉断面構造部が良好に圧壊座屈することになる。よって、広範囲の荷重の入力方向に対して圧壊座屈変形モードで変形することになりエネルギ吸収効率を高めることができる。

請求項２に係る発明によれば、複数の薄肉閉断面構造部が同心状に設けられているため、広範囲の荷重の入力方向に対してほぼ均一な圧壊座屈変形モードで変形することができる。

請求項３に係る発明によれば、複数の薄肉閉断面構造部が外側ほど高さが高くされていることで、高さが高く先に荷重を受ける大きな薄肉閉断面構造部が初期の荷重によるエネルギを大きく吸収し、このエネルギ吸収後でエネルギ吸収効率が下がった薄肉閉断面構造部に対し、次に高さが高い薄肉閉断面構造部が下がった分を補うようにエネルギを吸収することになって、さらに高いエネルギ吸収効率が得られる。

請求項４に係る発明によれば、薄肉閉断面構造部の外側および内側の少なくともいずれか一方に弾性体を有するため、この弾性体でも衝突時のエネルギを吸収することができる。しかも、弾性体によっても薄肉閉断面構造部の折れを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造を図１〜図５を参照して以下に説明する。

図１は車両１０の車体前部を示すもので、車体前部には車体骨格部材であるフロントサイドフレーム１１が車体前後方向に沿う状態で車幅方向に離間して一対設けられている。これらフロントサイドフレーム１１は、それぞれの先端側が、車幅方向に沿う車体骨格部材であるフロントバンパビーム（筒状構造体）１２に連結されており、それぞれの基端側が、車幅方向に沿う車体骨格部材であるダッシュボードロアクロスメンバ１３と交差して、車体前後方向に沿う車体骨格部材であるフロアフレーム１４に個別に連結されている。

上記したフロントバンパビーム１２は、鋼材からなるもので、図２に示すように、長さ方向に直交する断面がほぼ矩形の閉断面形状をなしている。そして、第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造は、このフロントバンパビーム１２に適用されることになり、図２〜図４に示すエネルギ吸収構造体２０を有している。

このエネルギ吸収構造体２０は、同方向に開口部２１，２２を向けることで同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数具体的には二つの円筒状の薄肉閉断面構造部２３，２４を有している。ここで、これら薄肉閉断面構造部２３，２４は、一の薄肉閉断面構造部２３の内側に他の薄肉閉断面構造部２４が配置され、詳しくは同心状に設けられている。勿論、薄肉閉断面構造部を三つ以上としても良い。

具体的に、エネルギ吸収構造体２０は、円板状の底板部２６と、この底板部２６の外周縁部から垂直に立ち上がって開口部２１を底板部２６に対し反対側に配置した状態となる円筒状の薄肉閉断面構造部２３と、底板部２６の内側から垂直に立ち上がって開口部２２を底板部２６に対し反対側に配置した状態となる円筒状の薄肉閉断面構造部２４とを有する主構造部材２７を備えている。この主構造部材２７は、鋼材またはアルミニウム材または合成樹脂材等で形成されるもので、第１実施形態では合成樹脂材料で一体成形されている。ここで、外側の薄肉閉断面構造部２３の高さが高く、内側の薄肉閉断面構造部２４の高さが低くなっている。つまり、複数の薄肉閉断面構造部２３，２４は、外側ほど高さが高くなっている。なお、薄肉閉断面構造部２３，２４は、いずれも底板部２６側ほど徐々に肉厚が厚くなる形状をなしている。

エネルギ吸収構造体２０は、外側の薄肉閉断面構造部２３のさらに外側にこの薄肉閉断面構造部２３を嵌合させるようにゴム材またはフォーム材からなる弾性体２９が設けられている。この弾性体２９は、略直方体形状をなすとともに中央に丸穴からなる穴部３０が形成されており、この穴部３０に上記した主構造部材２７が嵌合される。この弾性体２９は、主構造部材２７の底板部２６側を嵌合させるもので、底板部２６の薄肉閉断面構造部２３，２４に対し反対側の面と面一となり、この状態で高さの低い薄肉閉断面構造部２４よりもさらに低い高さとなっている。

そして、第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造は、図１および図２に示すように、上記のエネルギ吸収構造体２０がフロントバンパビーム１２の車体前後方向における前側となる前板部３３にこのフロントバンパビーム１２の長さ方向に一列に並べられるように固定されている。ここで、すべてのエネルギ吸収構造体２０は、複数の薄肉閉断面構造部２３，２４を車体前方に向けた状態で、底板部２６および弾性体２９においてフロントバンパビーム１２の前板部３３に固定される。そして、各エネルギ吸収構造体２０の車体前後方向前側の端部つまり外側の薄肉閉断面構造部２３の車体前後方向前側の端部には、エネルギ吸収構造体２０よりも十分に剛な板状のエネルギ吸収部材３１がこれらエネルギ吸収構造体２０を連結させるように接着されており、隣り合うエネルギ吸収構造体２０同士の間に荷重が加わった場合でもこれらの隣り合うエネルギ吸収構造体２０で十分にエネルギを吸収できるようになっている。このエネルギ吸収部材３１の車体前後方向前側にはフロントバンパフェース３２が設けられている。

そして、車両の前面衝突時にフロントバンパフェース３２に荷重が入力されると、フロントバンパフェース３２およびエネルギ吸収部材３１を介してこの入力された荷重を、まず、高さが高く外側にあって大きさが大きい薄肉閉断面構造部２３が受けることになり、この薄肉閉断面構造部２３が座屈現象特有のピーク荷重を発生しつつ圧壊座屈することにより、衝突のエネルギを大きく吸収することになる（図５に示す実線Ａ）。次に、このピーク荷重から荷重が減少し始めエネルギ吸収効率が下がった外側の薄肉閉断面構造部２３に対し、この下がった分を補うように、内側の高さの低い薄肉閉断面構造部２４が荷重を受けることになり、この薄肉閉断面構造部２４も座屈現象特有のピーク荷重を発生しつつ圧壊座屈することにより、衝突のエネルギを吸収することになる（図５に示す破線Ｂ）。次に、このピーク荷重から荷重が減少し始めエネルギ吸収効率が下がった内側の薄肉閉断面構造部２４に対し、この下がった分を補うように、弾性体２９が滑らかな荷重を発生しつつ弾性変形することにより衝突のエネルギを吸収することになる（図５に示す一点鎖線Ｃ）。このようにエネルギ吸収構造体２０は、全体の荷重変形特性が安定的な略矩形の荷重を発生させる特性になる。

以上に述べた第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造によれば、同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数の薄肉閉断面構造部２３，２４を有し、一の薄肉閉断面構造部２３の内側に他の薄肉閉断面構造部２４が配置されているため、これら薄肉閉断面構造部２３，２４の正面方向（軸線方向前方）は勿論、正面方向に対し傾斜する方向から荷重が入力されても薄肉閉断面構造部２３，２４が圧壊座屈することになる。よって、広範囲の荷重の入力方向に対して圧壊座屈変形モードで変形することになりエネルギ吸収効率を高めることができる。

また、複数の薄肉閉断面構造部２３，２４が同心状に設けられているため、広範囲の荷重の入力方向に対してほぼ均一な圧壊座屈変形モードで変形することができる。

さらに、複数の薄肉閉断面構造部２３，２４が外側ほど高さが高くされていることで、高さが高く先に荷重を受ける大きな薄肉閉断面構造部２３が初期の荷重によるエネルギを大きく吸収し、このエネルギ吸収後でエネルギ吸収効率が下がった薄肉閉断面構造部２３に対し、次に高さが高い薄肉閉断面構造部２４が下がった分を補うようにエネルギを吸収することになって、さらに高いエネルギ吸収効率が得られる。

加えて、薄肉閉断面構造部２３の外側に弾性体２９を有するため、この弾性体２９でも衝突時のエネルギを吸収することができる。特に、弾性体２９の高さをすべての薄肉閉断面構造部２３，２４の高さより低くすることで、すべての薄肉閉断面構造部２３，２４が座屈した後に弾性体２９でエネルギを吸収することになる。しかも、弾性体２９が囲むことで薄肉閉断面構造部２３の折れを確実に防ぐことができる。なお、この弾性体２９は、外側の薄肉閉断面構造部２３に対し外側および内側の少なくともいずれか一方に設ければ良く、内側の薄肉閉断面構造部２４に対し外側および内側の少なくともいずれか一方に設けても良い。

本発明の第２実施形態の車両用エネルギ吸収構造を主に図６を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。

第２実施形態の車両用エネルギ吸収構造は、第１実施形態に対しエネルギ吸収構造体２０が相違している。

つまり、第２実施形態のエネルギ吸収構造体２０は、同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数具体的には二つの角筒状の薄肉閉断面構造部２３，２４が同心状に配置されている。

具体的に、第２実施形態のエネルギ吸収構造体２０は、その主構造部材２７が、四角板状の底板部２６と、この底板部２６の外周縁部から垂直に立ち上がる角筒状の薄肉閉断面構造部２３と、底板部２６の内側から垂直に立ち上がる角筒状の薄肉閉断面構造部２４とを有している。また、その弾性体２９は、略直方体形状をなすとともに中央に角穴からなる穴部３０が形成されている。なお、薄肉閉断面構造部２３は、断面正方形状をなすように四つの板部３６〜３９が連結されて構成されており、薄肉閉断面構造部２４も、断面正方形状をなすように四つの板部４０〜４３が連結されて構成されている。そして、一方の薄肉閉断面構造部２３の平行な二つの板部３６，３８と他方の薄肉閉断面構造部２４の平行な二つの板部４０，４２とが平行に配置され、一方の薄肉閉断面構造部２３の平行な残り二つの板部３７，３９と他方の薄肉閉断面構造部２４の平行な残り二つの板部４１，４３とが平行に配置されている。

このような主構造部材２７を、平行な一方の薄肉閉断面構造部２３の二つの板部３６，３８および他方の薄肉閉断面構造部２４の二つの板部４０，４２を水平に配置し、平行な一方の薄肉閉断面構造部２３の残り二つの板部３７，３９および他方の薄肉閉断面構造部２４の残り二つの板部４１，４３を鉛直に配置するようにしてフロントバンパビーム１２内に固定される。

以上に述べた第２実施形態の車両用エネルギ吸収構造によっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、以上の第１および第２実施形態において、複数の薄肉閉断面構造部２３，２４は少なくとも同方向に向く姿勢で設けられ、かつ一方の内側に他方が設けられていれば良く、例えば、外側の薄肉閉断面構造部２３の内側に複数の薄肉閉断面構造部２４を設ける等しても良い。

また、以上の第１および第２実施形態は、フロントバンパビーム１２に適用される例を説明したが、車両のいずれの部分にも適用可能である。しかしながら、特に衝突時にエネルギ吸収を行う車体外側近傍の筒状構造体に適用するのが好ましい。筒状構造体として、例えば、車幅方向に沿うリヤバンパビームに適用して後面衝突時のエネルギ吸収を行ったり、車体前後方向に沿うサイドシルに適用して側面衝突時のエネルギ吸収を行ったり、上下方向に沿うピラーに適用して側面衝突時のエネルギ吸収を行ったりすることができる。

ここで、第１および第２実施形態のように主に歩行者保護を目的としてフロントバンパビーム１２とフロントバンパフェース３２との間に設けられる場合は、エネルギ吸収構造体２０を合成樹脂材料で形成するのが良く、乗員保護を主目的とする場合は、エネルギ吸収部材をアルミニウム材や鋼材等で形成するのが良い。

本発明の第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造が適用された車両の前部を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造を構成するエネルギ吸収構造体を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造を構成するエネルギ吸収構造体を複数並べた状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の車両用エネルギ吸収構造の荷重特性を示す特性線図である。 本発明の第２実施形態の車両用エネルギ吸収構造を構成するエネルギ吸収構造体を示す平面図である。

符号の説明

２０ エネルギ吸収構造体
２３ 薄肉閉断面構造部（一の薄肉閉断面構造部）
２４ 薄肉閉断面構造部（他の薄肉閉断面構造部）
２９ 弾性体

Claims (4)

1. 同方向に向く姿勢で設けられる高さの異なる複数の薄肉閉断面構造部を有し、一の前記薄肉閉断面構造部の内側に他の前記薄肉閉断面構造部が配置されていることを特徴とする車両用エネルギ吸収構造。
2. 前記複数の薄肉閉断面構造部が同心状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用エネルギ吸収構造。
3. 前記複数の薄肉閉断面構造部は、外側ほど高さが高くされていることを特徴とする請求項１または２記載の車両用エネルギ吸収構造。
4. 前記薄肉閉断面構造部の外側および内側の少なくともいずれか一方に弾性体を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の車両用エネルギ吸収構造。
   

Images