JP2005170299A - 自動車のエネルギ吸収構造およびエネルギ吸収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロントサイドメンバを軽量化しつつ衝突時のエネルギ吸収を安定して行えるようにする。
【解決手段】 フロントサイドメンバ１を、中空のカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）で構成し、そのフロント部１１を中空の円筒形状とする。車両前部のラジエータコアサポートに取り付けるブラケット５は、エンドプレート部７と連結軸部９とを有し、連結軸部９の円錐部９ｂをフロント部１１内に挿入する。このとき、フロント部１１におけるフロント部本体１１ａの内径ｄ_１は、円錐部９ｂの基端側の端部９ｃの外径ｄ_２より小さくしている。車両衝突時には、円錐部９ｂがフロント部１１を破壊してエネルギを吸収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両衝突時のエネルギを吸収する自動車のエネルギ吸収構造およびエネルギ吸収方法に関する。

自動車における車体前方の車幅方向両側部下方には、車体骨格部材としてフロントサイドメンバを設けてあり、このようなフロントサイドメンバは、通常スチール製のものを例えば下記特許文献１に記載されているように、プレス加工によって製作している。

そして、自動車が衝突する際には、上記したフロントサイドメンバが主に圧壊してエネルギを吸収している。
特開平５−２６２２６２号公報

しかしながら、上記したような従来のフロントサイドメンバは、スチールをプレス成形によって製作したものであることから重量が重く、また強度を確保するために補強部材を組み込むとさらに重くなり、燃費や動力性能が悪化することになる。

そこで、本発明は、フロントサイドメンバを軽量化しつつ衝突時のエネルギ吸収を安定して行えるようにすることを目的としている。

本発明は、車体構成部材として、繊維強化樹脂からなる中空のエネルギ吸収部材と、このエネルギ吸収部材の端部開口から先端が挿入され、エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分を有する圧子とをそれぞれ備え、車両衝突時に、前記圧子が前記エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分が前記エネルギ吸収部材内に入り込んで破壊することを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、車両衝突時に、圧子がエネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分によってエネルギ吸収部材内に入り込み、エネルギ吸収部材を破壊するため、衝突時のエネルギ吸収を確実に行え、また、エネルギ吸収部材は中空の繊維強化樹脂で構成しているので、スチール製に比べて軽量化を達成でき、自動車として燃費や動力性能を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる自動車のエネルギ吸収構造を示す断面図であり、図２は、このエネルギ吸収構造を備えた自動車の車体構造を示す車体前部から見た斜視図である。図２に示すように、矢印Ｆで示す車体前方の車幅方向両側部下方には、エネルギ吸収部材としてのフロントサイドメンバ１を設けてあり、フロントサイドメンバ１の前端部は、ラジエータコアサポート３の裏面に取り付けてある図１に示す鋼製のブラケット５に連結している。ラジエータコアサポート３には、図示しないラジエータやバンパなど取り付ける。

ブラケット５は、図３に斜視図として示すように、ラジエータコアサポート３に固定するエンドプレート部７と、エンドプレート部７の車体後方側の中心部から後方に突出する連結軸部９とを備えている。エンドプレート部７の四隅には、取付用のねじ孔７ａを設けてある。

連結軸部９はエンドプレート部７側の円柱部９ａと、円柱部９ａ先端に連続する圧子となる円錐形状の円錐部９ｂとを備える。円錐部９ｂは、その基部側の端部９ｃの外径を、円柱部９ａの外径より大きく形成し、円柱部９ａの外周面より半径方向外側へ突出する最大外径部分としている。この端部９ｃの外周面は車体前後方向（図１中で左右方向）に沿って円弧状に形成してある。

フロントサイドメンバ１は、ブラケット５に連結するフロント部１１と、フロント部１１の後端に一体化するリア部１３とから構成し、いずれもカーボン繊維で強化した樹脂（例えばエポキシ樹脂）、すなわちＣＦＲＰで製作している。

フロントサイドメンバ１のフロント部１１は、全体として中空円筒形状であり、その主体部となるフロント部本体１１ａの前端部側に傾斜部１１ｂを経て大径部１１ｃを備えている。この傾斜部１１ｂの一部と大径部１１ｃとで、円錐形状の圧子の最大外径部分を含む基部側を覆う端部大径部を構成している。

ここで、フロント部本体１１ａの内径ｄ_１は、前記した円錐部９ｂの端部９ｃの外径ｄ_２より小さくしてあり、図１に示すように、組付時では端部９ｃ付近が傾斜部１１ｂの内面に接触した状態であり、円錐部９ｂの先端側がフロント部本体１１ａ内に挿入した状態となる。

次に、フロントサイドメンバ１の製造方法について説明する。カーボン繊維（例えば東レ株式会社製Ｔ３００：破断伸度１．５％，引張弾性率２３０×１０⁶ＫＰａ）を、互いに直交する二方向に配向し、このカーボン繊維にエポキシ樹脂を含浸させたシートを図示しないマンドレルに巻き付け、加熱硬化させることで、円筒形状のフロント部１１を成形する。この成形時でのカーボン繊維の配向方向は、図３に示すように円筒部の軸線方向と円周方向になる。

また、上記したフロント部１１の製造は、ＣＦＲＰの成形方法の一つであるフィラメントワインディング法でも行うことができる。

一方フロントサイドメンバ１のリア部１３は、レジントランスファーモールディング法によって成形する。具体的には、まずフロント部１１の成形時と同様に互いに直交する方向に織られたカーボンクロスを、所定の形状に予備成形する。そして、成形後のフロント部１１を図示しない成形型にセットするとともに、このフロント部１１の後端に接するようにウレタンなどで成形したコア型（図１の成形後のリア部１３の内部空間に相当する形状を有する）をセットした後、前記予備成形したカーボンクロスを、図１に示すようにその前端部をフロント部１１の後端部に被せるようにしてコア型に巻き付け成形型にセットする。その後、エポキシなどの樹脂をカーボンクロスに含浸させ、加熱硬化させる。

これにより、フロント部１１とリア部１３とが一体のフロントサイドメンバ１が成形される。このようにして一体成形したフロントサイドメンバ１は、スチール製の車体本体側に、接着やリベットなどの接合方法によって組み込む。

次に作用を説明する。自動車が前面衝突する例で説明すると、衝突時の荷重は、図示しないフロントバンパを介してブラケット５のエンドプレート部７に入力し、ブラケット５が後退する。このとき、フロントメンバ１におけるフロント部本体１１ａの内径ｄ_１は、ブラケット５における円錐部９ｂの端部９ｃの外径ｄ_２より小さいため、円錐部９ｂの端部９ｃがフロント部本体１１ａを押し広げることになる。

ここで、カーボン繊維は、引張強度が非常に高いが破断伸びが数％と小さいため、円錐部９ｂがフロント部本体１１ａを押し広げることによって破断し、フロント部１１が破壊する。このフロント部１１の破壊によって衝突時のエネルギを吸収する。

図４は、フロント部１１が破壊するときのブラケット５の車体後方への変位量と衝突荷重（反力）との相関図で、フロント部１１は、ブラケット５の後退に伴い先端部から徐々に破壊が進行し、模式的に示すと二点鎖線のように連続的に破断を繰り返す。これにより、エネルギ吸収特性は、実線で示すように破壊後にほぼ一定の衝突荷重が維持されて安定したものとなる。

さらに、上記実施形態では、エネルギ吸収部位（フロント部１１）を円筒形状とし、このエネルギ吸収部位を破断させる部位を円錐部９ｂとしているので、図５に示すように、車両が斜めに衝突しても、ブラケット５が円錐部９ｂの端部９ｃ付近を中心として回転し、フロント部１１にはその軸方向に入力が加わる。このため、フロント部１１は、前記と同様にして連続的に破断を繰り返し、安定したエネルギ吸収が可能となる。

これに対し、従来のスチール製のフロントサイドメンバのフロント部の前端をブラケットに固定して取り付けた場合には、フロント部に対して斜め入力が加わると、フロント部が曲げ変形を起こすことになるため、前記図４の破線で示すように、衝突時に最大荷重が発生し、その後は荷重が下がる傾向を示し、エネルギ吸収特性が本実施形態に比べて悪化する。

このように、上記した実施形態によれば、車両衝突時のエネルギ吸収を安定して行え、また、エネルギ吸収部材としてフロントサイドメンバ１は中空の繊維強化樹脂で構成したので、軽量化を達成でき、自動車として燃費や動力性能を向上させることができる。

なお、上記した実施形態では、フロントサイドメンバについて説明したが、車体後部のリアサイドメンバに本発明を適用することもできる。

本発明によれば、中空のエネルギ吸収部材を円筒形状とし、圧子を先細の円錐形状としたため、エネルギ吸収部材に斜め入力が加わっても、軸方向に破壊が進行し、良好なエネルギ吸収特性を得ることができる。

前記円錐形状の圧子の少なくとも最大外径部分がエネルギ吸収部材の内径より大きいため、圧子によってエネルギ吸収部材を確実に破壊することができる。

前記中空のエネルギ吸収部材は、円錐形状の圧子の最大外径部分を含む基部側を覆う端部大径部を備えているため、圧子のエネルギ吸収部材への組付作業が容易となる。

前記中空のエネルギ吸収部材はフロントサイドメンバであり、円錐形状の圧子は車体前部に基部側が連結されているため、車両が前面衝突した際に、良好なエネルギ吸収特性を得ることができる。

本発明の一実施形態に係わる自動車のエネルギ吸収構造を示す断面図である。 図１のエネルギ吸収構造を備えた自動車の車体構造を示す車体前部から見た斜視図である。 フロントサイドメンバのフロント部とブラケットの分解斜視図である。 フロント部が破壊するときのブラケットの変位量と衝突荷重との相関図である。 車両が斜めに衝突した場合の動作説明図である。

符号の説明

１ フロントサイドメンバ（エネルギ吸収部材）
７ ブラケット部
９ 連結軸部
９ｂ 円錐部（圧子）
９ｃ 円錐部の端部（エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分，圧子の最大外径部分）
１１ｂ 傾斜部（端部大径部）
１１ｃ フロント部の大径部（端部大径部）

Claims (6)

1. 車体構成部材として、繊維強化樹脂からなる中空のエネルギ吸収部材と、このエネルギ吸収部材の端部開口から先端が挿入され、エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分を有する圧子とをそれぞれ備え、車両衝突時に、前記圧子が前記エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分が前記エネルギ吸収部材内に入り込んで破壊することを特徴とする自動車のエネルギ吸収構造。
2. 前記中空のエネルギ吸収部材を円筒形状とし、前記圧子を先細の円錐形状とすることを特徴とする請求項１記載の自動車のエネルギ吸収構造。
3. 前記円錐形状の圧子の少なくとも最大外径部分が前記エネルギ吸収部材の内径より大きいことを特徴とする請求項２記載の自動車のエネルギ吸収構造。
4. 前記中空のエネルギ吸収部材は、前記円錐形状の圧子の最大外径部分を含む基部側を覆う端部大径部を備えていることを特徴とする請求項３記載の自動車のエネルギ吸収構造。
5. 前記中空のエネルギ吸収部材はフロントサイドメンバであり、前記円錐形状の圧子は車体前部に基部側が連結されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の自動車のエネルギ吸収構造。
6. 車体構成部材として、繊維強化樹脂からなる中空のエネルギ吸収部材と、このエネルギ吸収部材の端部開口から先端が挿入され、前記エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分を有する圧子とをそれぞれ備え、車両衝突時に、前記圧子が前記エネルギ吸収部材の内径より大きい外径部分が前記エネルギ吸収部材内に入り込んで破壊し、衝突時のエネルギを吸収することを特徴とする自動車のエネルギ吸収方法。

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