JP2007030778A - クラッシュボックス - Google Patents

Abstract

【課題】 座屈荷重が高く、高い衝突エネルギー吸収量を有すると共に、非対称であっても衝突時に大きな曲げモーメントが発生することなく、全体として短く構成されるようにしたクラッシュボックスを提供する。
【解決手段】 下方に向かって凹状に構成した第一の部材１１と、上方に向かって凹状に構成した第二の部材１２と、両側縁の折り曲げ部にて第一の部材１１の両側縁の下縁及び第二の部材１２の両側縁の上縁に接合した第三の部材１３と、を備えて中空断面を有するクラッシュボックス１０であって、第三の部材１３が、中空断面の上下方向の中央付近で水平状に延びる中板を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車の車体フレーム、特にフロントサイドメンバーやリアサイドメンバーの先端に配置され、衝突時のエネルギーを効率良く吸収するクラッシュボックスに関するものである。

近年の自動車には、自動車構造部品としてクラッシュボックスが装備されている。このクラッシュボックスは、例えば車両の前後に延びるフロントサイドメンバー（フレーム）の先端に設けられており、軽衝突時に前後方向の圧縮力が作用すると、クラッシュボックスが前後方向に圧潰して衝突エネルギーを吸収するものである。

このように自動車にクラッシュボックスを装備することで、フロントサイドメンバーに損傷を与えないようにして補修性を向上させることができ、軽衝突の事故後に車両を修理する場合、クラッシュボックスとバンパーの交換のみで補修を完了することができる。
また、軽衝突時に限らず、高速衝突の際にも衝突エネルギーを吸収することから、クラッシュボックスは自動車構造部品として重要な部品である。

この種のクラッシュボックスは、例えば、図５及び図６に示すように構成されている。図５及び図６に示すクラッシュボックス１は、ほぼ六角形の中空断面形状を備えるように二つの部材２，３から構成されており、自動車の前輪から前方に延びるオーバーハング部を構成するように、例えばフロントサイドメンバーの前端に取り付けられる。

一方の部材２は、図６に示すように、ほぼ平坦な形状を備えており、例えば厚さ１．２ｍｍの鋼板から構成されている。これに対して、他方の部材３は、図６に示すように、断面六角形の中空部を構成する凹陥部３ａを備えるように、厚さ１．６ｍｍの鋼板から構成されている。そして、部材２，３の上端及び下端が、符号Ａで示すように例えばアーク溶接等によって互いに接合されることにより、六角形の断面が画成される。

さらに、クラッシュボックス１は、図５に示すように、前方に向かって先細になるように、上端が下方に下がると共に、下端が上方に上がるように形成されている。ここで、上端のテーパ角θ１は、図７に示すように、下端のテーパ角θ２より小さく選定されており、これによりクラッシュボックス１は上下に関して非対称に形成されている。

このような構成のクラッシュボックス１によれば、例えば自動車のフロントサイドメンバーの前端部に取り付けられた状態で、図７に示すように、軽衝突の際に前方から衝突エネルギーＤが加えられると、部材２，３が共に座屈して前後方向に潰れることにより、衝突エネルギーＤを吸収して、この衝突エネルギーＤがフロントサイドメンバーに伝達されないようになっている。

例えば、クラッシュボックス１の長さＬが２４０ｍｍ，重量が１７５７ｇであり、１５ｋｍ／ｈで衝突した場合のシミュレーションでは、図８のＦ−Ｓ特性のグラフに示すように、平均座屈荷重Ｂは８０ｋＮとなる。また、このときのエネルギー吸収量は、１３０ｍｍ座屈時に１０．５ｋＪである。

これに対して、特許文献１には、内部に長手方向に延び且つ互いに近接して配置された一対の中仕切板を備えた中空状のフレーム部材から成るサイドフレーム等の車体フレームが開示されている。このような構成の車体フレームによれば、衝突時に、座屈荷重によって、上記車体フレームが中仕切板の間で分離され、二つの中空状フレーム部材として作用することにより、衝突エネルギーを吸収するようになっている。

また、特許文献２には、剛性を確保しつつ、大きく破断することなく、蛇腹状に変形するようにした、蛇腹状圧潰性に優れた中空状衝撃吸収部材が開示されている。
特開２００４−１８８９９８号公報 特開２００４−０８４０４１号公報

しかしながら、クラッシュボックス１においては、上述したように座屈荷重が比較的低いことから、衝突の際のエネルギーを吸収するにしても座屈による圧縮長さ、所謂クラッシュストロークが長くなってしまう。このため、クラッシュボックス１の全長を長くする必要があることから、重量が重くなると共に、コストが高くなってしまう。

また、クラッシュボックスの必要な全長を確保するためには、自動車の車体デザインに関して、フロント周りを変更する必要がある。この場合、顧客に対するデザイン商品力の向上を抑制する可能性がある。

さらに、エネルギー吸収量が低く、衝突時のクラッシュストロークが長いことから、衝突の際に車両の他の構造部品を破壊してしまう事態も生ずることかから、顧客の修理費負担が増大してしまう可能性がある。

また、クラッシュボックス１の形状が、上下に関して非対称であることから、図７に示すように、前方から衝突エネルギーＤを受けたとき、全体として上方向への比較的大きな曲げモーメントＭが発生することがある。このため、衝突の際にクラッシュボックス１が座屈して潰れずに、上側に折れ曲がってしまうことにより、衝突エネルギーＤが吸収され得なくなることがある。

これに対して特許文献１による車体フレームによれば、中空状のフレーム部材内に一対の中仕切板を備えることにより、衝突時に二つの中空状のフレーム部材として分離して高い衝突エネルギー吸収量を得ることができるが、二つの中仕切板を備えることにより構造が複雑化して、重量が増えると共に、コストが増大してしまう。

また、特許文献２による中空状衝撃吸収部材によれば、アルミニウム合金押出部材を材料とすることにより、蛇腹状圧潰性を得ることができると共に、軽量に構成され得るが、コストが高くなってしまう。

さらに、特許文献１による車体フレーム及び特許文献２による中空状衝撃吸収部材のいずれも、非対称構造による大きな曲げモーメントを受けた場合、座屈して潰れずに折れ曲がってしまうことに対する対策は採られていない。

本発明は、このような事情を鑑みて創作されたものであり、座屈荷重が高く、高い衝突エネルギー吸収量を有すると共に、非対称であっても衝突時に大きな曲げモーメントが発生することなく、全体として短く構成され得るようにしたクラッシュボックスを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のクラッシュボックスは、中空断面の上下方向の中央付近で水平状に延びた中板を備えていることを特徴としている。この中板は、ボックスの中空領域を上下に仕切り、上側の空間と下側の空間とが画成されている。

また、上記目的を達成するために、本発明のクラッシュボックスは、下方に向かって凹状に構成した第一の部材と、上方に向かって凹状に構成した第二の部材と、両側縁の折り曲げ部にて第一の部材の両側縁の下縁及び第二の部材の両側縁の上縁に接合した第三の部材と、を備えて、中空断面を有しており、第三の部材が、中空断面の上下方向の中央付近で水平状に延びる中板を備えていることを特徴としている。この中板は、ボックスの中空領域を上下に仕切り、上側の空間と下側の空間とが画成されている。

さらに、本発明のクラッシュボックスは、八角形の中空断面形状を有している。また、好ましくは、第一の部材と第二の部材とは、ビードを複数備えている。

上記構成によれば、中空断面形状を左右に横切る中板が備えられていることによって、上下方向に非対称な形状を有する鋼板に対して、前方から衝突エネルギーが加えられたとき、上記中板の存在によって、上方または下方への大きな曲げモーメントの発生が抑制される。

これにより、クラッシュボックスが衝突時に座屈して潰れずに、折れ曲がるのが抑制され、確実に座屈して前後方向に潰れて衝突エネルギーが吸収され得ることになる。また、上記中板の存在によって座屈荷重が大きくなり、高いエネルギー吸収量が得られることになるので、所謂クラッシュストロークが短縮される。

従って、クラッシュボックスが長手方向に小型化されるので、例えばフロントショートオーバーハング化されたスタイリッシュなフロント周りのデザイン意匠であっても、フロント周りの長さに制約されることなく、デザイン商品力が向上すると共に、衝突時の破壊部品が少なくて済み、顧客の修理費負担が軽減される。

上記鋼板が、全体として八角形の中空断面形状を有している場合には、比較的薄い鋼半であっても、比較的高い剛性が得られる。

このようにして、本発明によれば、座屈荷重が高く、高い衝突エネルギー吸収量を有すると共に、非対称であっても衝突時に大きな曲げモーメントが発生することなく、全体として短く構成されるようにした、クラッシュボックスが得られる。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るクラッシュボックスを示す側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ′線端面図である。図１，２において、クラッシュボックス１０は、ほぼ八角形の断面形状を備えるように、三つの部材１１，１２，１３から構成されており、自動車の前輪から前方に延びるオーバーハング部を構成するように、フロントサイドメンバーの前端に取り付けられる。

第一の部材１１は、クラッシュボックス１０の上側の部分を構成する上部材であって、例えば厚さ１．４ｍｍの鋼板から構成されており、下方に向かって凹状に、そして上端面の両側にほぼ４５度の面取り部を備えるように形成されている。なお、第一の部材１１には、図１に示すように、衝突軸方向と垂直な方向に溝、即ちビード１１ａが複数形成されている。

第二の部材１２は、クラッシュボックス１０の下側の部分を構成する下部材であって、例えば厚さ１．４ｍｍの鋼板から構成されており、上方に向かって凹状に、そして下端面の両側にほぼ４５度の面取り部を備えるように形成されている。なお、第二の部材１２にも、図１に示すように、衝突軸方向と垂直な方向に溝、即ちビード１２ａが複数形成されている。

第三の部材１３は、クラッシュボックスの中空断面の上下方向ほぼ中央付近にて横方向に延びた中板、即ち、中空断面の上下方向の中央付近で中空領域を上下に仕切るように水平状に延びた中板であって、例えば厚さ１．４ｍｍの鋼板から構成されており、両側縁が上に折り曲げられている。そして、第三の部材１３は、その両側縁の折り曲げ部１３ａにて、第一の部材１１の両側縁の下縁そして第二の部材１２の両側縁の上縁に対して、例えば符号Ｅで示すようにアーク溶接等により接合されている。これにより、第一の部材１１及び第二の部材１２の外面によって、前述した八角形の中空断面形状が画成されるようになっている。

さらに、クラッシュボックス１０は、図１に示すように、前方に向かって先細になるように、上端（第一の部材１１）が下方に下がると共に、下端（第二の部材１２）が上方に上がるように形成されている。ここで、上端のテーパ角は、下端（第二の部材１２）のテーパ角より小さく選定されており、これによりクラッシュボックス１０は、上下に関して非対称に形成されている。

また、上記第三の部材１３による中板は、図３に示すように、クラッシュボックス１０が前方からの衝突エネルギーＤを受けたとき、上端（第一の部材１１）及び下端（第二の部材１２）の曲げモーメントＭ１，Ｍ２の比率が１対１、即ちＭ１：Ｍ２＝１：１になるようにクラッシュボックス１０に組み付けられている。例えば、第三の部材１３による中板は、上端及び下端のテーパ角の平均テーパ角と逆方向の傾斜角度を有するようにクラッシュボックス１０に組み付けられている。

本発明の実施形態に係るクラッシュボックス１０は以上のように構成されており、以下のように動作する。
例えば自動車のフロントサイドメンバーの前端に取り付けられた状態で、図３に示すように、軽衝突の際に前方から衝突エネルギーＤが加えられると、第一〜第三の部材１１，１２，１３が共に座屈して前後方向に潰れることにより、衝突エネルギーＤを吸収して、この衝突エネルギーＤがフロントサイドメンバーに伝達されない。
従って、例えば車室を画成するフレームが変形することが抑制され、乗員の安全性がより一層向上することになる。

例えば、クラッシュボックス１０の長さＬを１８０ｍｍ，重量を１４６０ｇとして、１５ｋｍ／ｈで衝突した場合のシミュレーションでは、図４のＦ−Ｓ特性のグラフに示すように、平均座屈荷重Ｂが９５ｋＮとなる。また、このときのエネルギー吸収量は、１３０ｍｍ座屈時に１２．６ｋＪとなる。

このようにして、本発明の実施形態に係るクラッシュボックス１０によれば、中板として作用する第三の部材１３を設けることにより、図５及び図６に示したクラッシュボックス１と比較して、座屈荷重が大きくなると共に、高いエネルギー吸収量が得られることになる。

これにより、所謂クラッシュストロークが短縮されることによってクラッシュボックス１０全体が短く構成され得るので、全体として軽量化されると共に、コストが低減され、さらに自動車のフロント周りのデザイン意匠の制約が大幅に低減され、自動車のデザイン商品性を向上させることができる。また、軽衝突時に破損する部品が少なくて済み、顧客の修理費負担が軽減される。

さらに、中板が当該クラッシュボックス１０全体の曲げモーメントをキャンセルして、衝突時に曲げモーメントによってクラッシュボックスが折れ曲がることが回避されることになる。これにより、クラッシュボックス１０が安定的に車両前後方向に座屈して衝突エネルギーが確実に吸収される。

以上説明したが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施できる。例えば、上述した実施形態においては、自動車のフロントサイドメンバーの前端に取り付けられるクラッシュボックスについて説明したが、当然、リアサイドメンバーの後端に取り付けてもよく、その他、自動車の衝突時における衝突エネルギーを吸収するために自動車の他の部位に取り付けることができる。

以上述べたように、本発明によれば、座屈荷重が高く、高い衝突エネルギー吸収量を有すると共に、非対称であっても衝突時に大きな曲げモーメントが発生することが抑制され、全体として短く構成され得るようにした、極めて優れたクラッシュボックスが提供される。

本発明の実施形態に係るクラッシュボックスを示す側面図である。 図１のクラッシュボックスのＡ−Ａ′線端面図である。 図１のクラッシュボックスの衝突時に作用する曲げモーメントを説明する概略図である。 図１のクラッシュボックスによる衝突時のシミュレーションにおけるＦ−Ｓ特性を示すグラフである。 従来のクラッシュボックスの一例の構成を示す概略側面図である。 図５のクラッシュボックスのＢ−Ｂ′線端面図である。 図５のクラッシュボックスの衝突時に作用する曲げモーメントを説明する概略図である。 図５のクラッシュボックスによる衝突時のシミュレーションにおけるＦ−Ｓ特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ クラッシュボックス
１１ 第一の部材（上端）
１１ａ，１２ａ ビード
１２ 第二の部材（下端）
１３ 第三の部材（中板）
１３ａ 折曲げ部

Claims (4)

1. 中空断面の上下方向の中央付近で中空領域を上下に仕切るように水平状に延びた中板を備えていることを特徴とする、クラッシュボックス。
2. 下方に向かって凹状に構成した第一の部材と、上方に向かって凹状に構成した第二の部材と、両側縁の折り曲げ部にて上記第一の部材の両側縁の下縁及び上記第二の部材の両側縁の上縁に接合した第三の部材と、を備えて、中空断面を有するクラッシュボックスであって、
   上記第三の部材が、上記中空断面の上下方向の中央付近で中空領域を上下に仕切るように水平状に延びた中板を備えていることを特徴とする、クラッシュボックス。
3. 八角形の中空断面形状を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のクラッシュボックス。
4. 前記第一の部材と前記第二の部材とが、ビードを複数備えていることを特徴とする、請求項２に記載のクラッシュボックス。
   

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