JP2006027455A

JP2006027455A - 車体フレーム変形制御装置

Info

Publication number: JP2006027455A
Application number: JP2004209913A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mae; 博行前; Takahiro Kamei; 孝博亀井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】異なる複数の衝突形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることが可能な車体フレーム変形制御装置の提供。
【解決手段】車体フレーム１１の衝撃力入力側の脆弱部２２〜２４の近傍に、車体フレーム１１に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ２６〜２８を設けるとともに、圧電素子アクチュエータ２６〜２８の荷重を制御する制御手段を設け、制御手段が衝突形態に応じて圧電素子アクチュエータ２６〜２８を作動させて脆弱部２２〜２４の応力集中を分散させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、衝突時に生じる車体フレームの変形を制御する車体フレーム変形制御装置に関する。

フロントフレームの先端部にビードと呼ばれる凹みを設けることで、フロントフレームに圧縮荷重が導入された場合にフロントフレームが凹みから座屈するように座屈を制御する技術が開示されている（例えば特許文献１）。
特開平７−１６５１１０号公報

上記のように、車体フレームに凹みを設けるという受動的な座屈制御では、座屈開始荷重が一仕様のみになってしまうことになり、異なる複数の衝突形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることができないという問題があった。

したがって、本発明は、異なる複数の衝突形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることが可能な車体フレーム変形制御装置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、車体フレーム（例えば実施形態におけるフロントサイドフレーム１１）の脆弱部（例えば実施形態における脆弱部２２〜２４）の近傍に、前記車体フレームに沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ（例えば実施形態における圧電素子アクチュエータ２６〜２８）を設けるとともに、該圧電素子アクチュエータの荷重を制御する制御手段（例えば実施形態におけるコントローラ３４）を設け、該制御手段が衝突形態に応じて前記圧電素子アクチュエータを作動させて前記脆弱部の応力集中を分散させ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、前記脆弱部が前記車体フレームの延在方向に沿って複数カ所設けられており、これら脆弱部の各々に対して前記圧電素子アクチュエータが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２に係る発明において、前記制御手段は、低速衝突の際に前記車体フレームの先端部を座屈させることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に係る発明において、前記制御手段は、オフセット衝突の際に前記車体フレームを中間部で折れ変形させ、エンジンを下方へ移動させることを特徴としている。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に係る発明において、前記制御手段は、前記圧電素子アクチュエータの伸長および縮長により前記車体フレームの固有振動を誘起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、制御手段の制御により圧電素子アクチュエータに車体フレームに沿って伸長方向の荷重を発生させると、圧電素子アクチュエータが踏ん張ることで車体フレームのこの圧電素子アクチュエータの近傍の脆弱部への応力集中を分散させ変形を抑制することができる。逆に圧電素子アクチュエータに縮長方向の荷重を発生させたり、圧電素子アクチュエータに荷重を発生させなかったりすると、車体フレームのこの圧電素子アクチュエータの近傍の脆弱部に応力集中を生じさせ変形を促進することができる。したがって、変形を生じにくくした方が好ましい衝突形態および変形を促進した方が好ましい衝突形態の異なる複数の衝突形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることができる。

請求項３に係る発明によれば、低速衝突の際に車体フレームが先端部のみ座屈するので車体への加速度増加を低減させ、エアバッグ用Ｇセンサによるエアバック展開不要な極低速での展開を防止できる。

請求項４に係る発明によれば、オフセット衝突の際に車体フレームを中央で折れ変形させ、エンジンを下方へ移動させるため、エンジンの車室側への移動を防止できる。

請求項５に係る発明によれば、圧電素子アクチュエータの伸長および縮長により車体フレームの固有振動を誘起することで、座屈を促進させることができる。

本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置を図１〜図６を参照して以下に説明する。

図１は車両１０の車体前部を概略的に示すもので、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（車体フレーム）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、先端側が、車幅方向に沿うフロントバンパビーム１２に連結されており、基端側が、車幅方向に沿う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フロアフレーム１４にそれぞれ連結されている。

フロントサイドフレーム１１は、鋼材からなるもので、図２に概略的に示すように、四つの板部１６〜１９が枠状に連結されることで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。各フロントサイドフレーム１１は、フロントバンパビーム１２に連結される先端側フレーム部１１Ａが車体前後方向に沿っており、またフロアフレーム１４に連結される基端側フレーム部１１Ｃが先端側フレーム部１１Ａよりも下側位置において車体前後方向に沿っていて、さらにこれら先端側フレーム部１１Ａおよび基端側フレーム部１１Ｃの間にある傾斜フレーム部１１Ｂが車体前後方向に対し傾斜している。つまり、各フロントバンパビーム１２は２カ所で屈曲している。

第１実施形態の車体フレーム変形制御装置２０は、上記したフロントサイドフレーム１１の変形を制御するものである。

各フロントサイドフレーム１１の先端側（車体前後方向前端側）つまり衝突時の衝撃力入力側には、図２および図３に示すように、フロントサイドフレーム１１の延在方向と直交する方向に延びるＶ字溝状のビードからなる複数具体的には三カ所の脆弱部２２〜２４がフロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って所定の間隔をあけるように形成されている。これら脆弱部２２〜２４は、フロントサイドフレーム１１を局所的に脆弱とし車体前方からの衝撃力入力時に応力集中が生じる初期不整カ所となっている。なお、脆弱部２２〜２４は、周囲より脆弱となれば例えば穴や切欠であっても良い。

ここでは、具体的に、上部の板部１９の上面側であって先端側フレーム部１１Ａの位置に脆弱部２２が形成され、下部の板部１７の下面側であって先端側フレーム部１１Ａおよび傾斜フレーム部１１Ｂの境界位置に脆弱部２３が形成され、上部の板部１９の上面側であって傾斜フレーム部１１Ｂおよび基端側フレーム部１１Ｃの境界位置に脆弱部２４が形成されている。

そして、本実施形態の車体フレーム変形制御装置２０においては、各フロントサイドフレーム１１の脆弱部２２〜２４の近傍に、フロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ２６〜２８が設けられている。ここで、圧電素子アクチュエータ２６〜２８はフロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って複数カ所設けられた脆弱部２２〜２４の各々に対して設けられている。

具体的に、フロントサイドフレーム１１の脆弱部２２が形成された上部の板部１９において、この脆弱部２２の裏となる位置に長方形状の圧電素子アクチュエータ２６が設けられ、下部の板部１７において、脆弱部２３の裏となる位置に長方形状の圧電素子アクチュエータ２７が設けられ、上部の板部１９において、脆弱部２４の裏となる位置に長方形状の圧電素子アクチュエータ２８が設けられている。ここで、各圧電素子アクチュエータ２６〜２８は、長さ方向に荷重を発生可能であり、それぞれの長さ方向をフロントサイドフレーム１１の延在方向つまり車体前後方向に沿わせてフロントサイドフレーム１１に設けられている。これら圧電素子アクチュエータ２６〜２８は脆弱部２２〜２４の対応するもののフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に配置されている。

各圧電素子アクチュエータ２６〜２８は、図４に示すように、複数の同一形状の圧電素子３０が、姿勢を合わせた状態で厚さ方向に積層されて構成されており、各圧電素子３０には、セラミックからなる本体３０Ａとそれぞれが櫛歯状をなして互いに入り込み合う電極３１および電極３２が設けられている。各圧電素子３０は、一方の電極３１をプラスとし他方の電極３２をマイナスとして電圧を印加すると、電極３１，３２間のセラミックからなる本体３０Ａが膨張し、長さ方向において伸長方向に荷重を発生させ、逆に、前記一方の電極３１をマイナスとし前記他方の電極３２をプラスとして電圧を印加すると、電極３１，３２間のセラミックからなる本体３０Ａが収縮し、長さ方向において縮長方向に荷重を発生させる。

これら圧電素子アクチュエータ２６〜２８は、すべて図１に示すコントローラ３４に接続されており、このコントローラ３４で電極３１，３２に印加される電圧、つまり圧電素子アクチュエータ２６〜２８の荷重が制御される。

例えば、傾斜フレーム部１１Ｂの脆弱部２３に設けられた圧電素子アクチュエータ２７に電圧を印加せず、かつこの傾斜フレーム部１１Ｂの脆弱部２３を挟んで前後両側の脆弱部２２，２４に設けられた圧電素子アクチュエータ２６，２８に伸長方向に荷重を発生させるように電圧を印加すると、フロントサイドフレーム１１の中間の脆弱部２３に応力集中を生じさせ、その前後両側の脆弱部２２，２４の応力集中を分散させることになって、中間の脆弱部２３の応力集中の度合いを高め、この脆弱部２３から変形を促進することができる。その結果、フロントサイドフレーム１１に中間の脆弱部２３から折れを発生させることができる。

また、例えば、脆弱部２３，２４に設けられた圧電素子アクチュエータ２７，２８に電圧を印加し、脆弱部２２に設けられた圧電素子アクチュエータ２６に電圧を印加しなければ、フロントサイドフレーム１１の脆弱部２２〜２４に先端側から順に応力集中を生じさせることになって、先端側の脆弱部２２から変形を促進して良好に圧壊座屈させることができる。

コントローラ３４には、例えば車体前方の障害物を検出するレーダ３６と、バンパフェース等に装備されて衝突開始初期にバンパフェースの変形の位置および速度等を検出する圧電フィルムセンサ３７とが接続されている。コントローラ３４はこれらレーダ３６および圧電フィルムセンサ３７の検出データに基づいて車両１０の衝突形態（衝突入力位置、衝突物の種類および衝突速度）を検出する。

コントローラ３４は、レーダ３６および圧電フィルムセンサ３７によって、衝突開始初期の衝突形態を判定する。そして、例えば衝突形態が車幅方向全体にわたる前面衝突であって衝突速度が所定速度よりも低いと判定した場合は、両フロントサイドフレーム１１について以下の制御を行う。

先端側フレーム部１１Ａの脆弱部２２に設けられた圧電素子アクチュエータ２６に電圧を印加せず、脆弱部２３，２４に設けられた圧電素子アクチュエータ２７，２８を作動させる。すると、先端側から入力された衝突の荷重が、先端側の脆弱部２２に応力集中を生じさせることになり、図５（ａ）に示すようにフロントサイドフレーム１１の折れを抑止しつつ先端側に圧壊座屈を発生させる。圧壊座屈がさらに進行すると、脆弱部２３のアクチュエータ２７を非作動とし、中間の脆弱部２３に応力集中を生じさせることになり、図５（ｂ）に示すようにフロントサイドフレーム１１の圧壊座屈を後方に進行させる。圧壊座屈がさらに進行すると、後側の脆弱部２４に応力集中を生じさせることになり、図５（ｃ）に示すようにフロントサイドフレーム１１の圧壊座屈を後方に進行させる。

一方、コントローラ３４は、例えば衝突形態が車幅方向一側に偏ったオフセット衝突と判定した場合、衝突側のフロントサイドフレーム１１では、傾斜フレーム部１１Ｂの脆弱部２３に設けられた圧電素子アクチュエータ２７に電圧を印加せず、かつこの中間の脆弱部２３を挟んで前後両側の脆弱部２２，２４に設けられた圧電素子アクチュエータ２６，２８に伸長方向に荷重を発生させるように電圧を印加する。すると、フロントサイドフレーム１１の傾斜フレーム部１１Ｂの脆弱部２３に応力集中を生じさせ、その前後両側の脆弱部２２，２４の応力集中を分散させることになって、中間の脆弱部２３の応力集中の度合いを高め、この脆弱部２３から変形を促進し、フロントサイドフレーム１１に傾斜フレーム部１１Ｂの脆弱部２３から折れを発生させることができる。そして、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、傾斜フレーム部１１Ｂにおいて非衝突側のフロントサイドフレーム１１をＺ字型の折れモードで変形させることができ、オフセット衝突時に、非衝突側のフロントサイドフレーム１１も折れることでエネルギ吸収させることが可能となるとともにフロントサイドフレーム１１の基端側フレーム部１１Ｃに取付部１００において取り付けられたエンジンマウントサブフレーム１０１に支持された図示せぬエンジンを下方へ移動させて車室側への移動を低減できる。

なお、コントローラ３４は、例えば、上記いずれにおいても衝突速度が所定速度よりも高いと判定した場合には、すべての脆弱部２２〜２４に設けられた圧電素子アクチュエータ２６〜２８に伸長方向に荷重を発生させるように電圧を印加することで、すべての脆弱部２２〜２４で圧電素子アクチュエータ２６〜２８を踏ん張らせるようにして圧壊座屈を生じさせる。このとき、圧電素子アクチュエータ２６〜２８の踏ん張りでフロントサイドフレーム１１の座屈開始荷重を増大させることができる。これにより、衝突発生時の減速度を増大させることが可能となる。

以上に述べた第１実施形態の車体フレーム変形制御装置２０によれば、コントローラ３４の制御により圧電素子アクチュエータ２６〜２８にフロントサイドフレーム１１に沿って伸長方向の荷重を発生させると、圧電素子アクチュエータ２６〜２８が踏ん張ることでフロントサイドフレーム１１のこの圧電素子アクチュエータ２６〜２８の近傍の脆弱部２２〜２４への応力集中を分散させ変形を抑制することができる。逆に圧電素子アクチュエータ２６〜２８に縮長方向の荷重を発生させたり、圧電素子アクチュエータ２６〜２８に荷重を発生させなかったりすると、フロントサイドフレーム１１のこの圧電素子アクチュエータ２６〜２８の近傍の脆弱部２２〜２４に応力集中を生じさせ変形を促進することができる。したがって、変形を生じにくくした方が好ましい衝突形態および変形を促進した方が好ましい衝突形態の異なる複数の衝突形態に対してフロントサイドフレーム１１を常に適正に変形させることができる。

また、複数カ所の脆弱部２２〜２４がフロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って配設されており、これら脆弱部２２〜２４の各々に対して圧電素子アクチュエータ２６〜２８が設けられているため、種々の衝突形態に応じてさらに詳細にフロントサイドフレーム１１の変形を制御することができる。

次に、本発明の第２実施形態の車体フレーム変形制御装置を主に図８および図９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実施形態では、車両衝突時にコントローラ３４が圧電素子アクチュエータ２６〜２８を適宜振動させることになる。つまり、圧電素子アクチュエータ２６〜２８の振動数がフロントサイドフレーム１１の固有の値に達すると、フロントサイドフレーム１１の固有振動モードを誘起させることが可能になり、コントローラ３４は、これら固有振動モードのうち、圧壊座屈変形形状に類似する図８に示すような固有振動モードを誘起する振動数にする。この状態で、衝突による荷重がフロントサイドフレーム１１において軸方向（車体前後方向）に付加されると、フロントサイドフレーム１１における圧壊座屈荷重は、図９に実線で示すように、圧電素子アクチュエータ２６〜２８の非振動時のフロントサイドフレーム１１の座屈荷重（図９の一点鎖線）に比べて小さい荷重で座屈を開始させることができ、座屈を促進する効果を有する。

よって、第２実施形態では、コントローラ３４が、例えば第１実施形態で説明した衝突速度が所定速度よりも低いと判定した場合に、圧壊座屈を促進させるために、圧壊座屈を生じさせるフロントサイドフレーム１１に圧電素子アクチュエータ２６〜２８で圧壊座屈変形形状に類似する固有振動モードを誘起する振動数を発生させる。

なお、第１実施形態および第２実施形態のいずれにおいても、フロントサイドフレーム１１ではなく、車体後部で車体前後方向に沿うリヤフレーム等、他の車体フレームにも上記を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用された車両の車体前部を概略的に示す平面図である。本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームを概略的に示す斜視図である。本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの部分拡大断面図である。本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置における圧電素子アクチュエータを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの圧壊座屈変形の状況を経時的に示す図である。本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの折れ変形の状況を経時的に示す図である。本発明の第２実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの固有振動モードでの振動状態を模式的に示す図である。本発明の第１実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの圧壊座屈変形時の変形量と荷重との関係を示す特性線図で、実線は固有振動モードでの振動時を、一点鎖線は非振動時をそれぞれ示す。

符号の説明

１１フロントサイドフレーム（車体フレーム）
２２〜２４脆弱部
２６〜２８圧電素子アクチュエータ
３４コントローラ（制御手段）

Claims

車体フレームの脆弱部近傍に、前記車体フレームに沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータを設けるとともに、該圧電素子アクチュエータの荷重を制御する制御手段を設け、
該制御手段が衝突形態に応じて前記圧電素子アクチュエータを作動させて前記脆弱部の応力集中を分散させることを特徴とする車体フレーム変形制御装置。
前記脆弱部が前記車体フレームの延在方向に沿って複数カ所設けられており、これら脆弱部の各々に対して前記圧電素子アクチュエータが設けられていることを特徴とする請求項１記載の車体フレーム変形制御装置。
前記制御手段は、低速衝突の際に前記車体フレームの先端部を座屈させることを特徴とする請求項２記載の車体フレーム変形制御装置。
前記制御手段は、オフセット衝突の際に前記車体フレームを中間部で折れ変形させ、エンジンを下方へ移動させることを特徴とする請求項２または３記載の車体フレーム変形制御装置。
前記制御手段は、前記圧電素子アクチュエータの伸長および縮長により前記車体フレームの固有振動を誘起することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の車体フレーム変形制御装置。