JP2007261453A - 自動車の衝撃吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】斜めからの荷重が入力された場合にも、車体骨格部材に曲げ変形等が生じることのない自動車の衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】車両中心線Ｌに対して斜め方向に入力される荷重Ｆによりクラッシュボックス６を圧縮変形させる目標軸力限界値Ｆ１min ，曲げ変形させる目標モーメント限界値Ｍ１min が、ぞれぞれサイドメンバ６の許容軸力限界値Ｆmax ，許容モーメント限界値Ｍmax より一定値だけ低い値に設定され、上記クラッシュボックス６は、これのモーメント値が上記目標モーメント限界値Ｍ１min に達するまでは圧縮変形し、達した後は曲げ変形する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車体に前方又は後方から作用する荷重を吸収するための自動車の衝撃吸収構造に関する。

車体に作用する前後方向の荷重を吸収するための衝撃吸収構造として、従来、例えばバンパリインホースとサイドメンバとの間に、該サイドメンバよりも軸方向耐力の低いクラッシュボックスを設けたものがある。この従来構造では、低速衝突時には、クラッシュボックスを圧縮変形させることにより、サイドメンバに影響を及ぼすことなく衝撃を吸収することができる。これにより車体の修理容易性（リペア性）を向上でき、修理費用の抑制を図ることができる（特許文献１参照）。

上記クラッシュボックスの軸方向耐力の設定に当たって、該クラッシュボックスの前後方向の圧壊荷重特性を２段特性としたものがある（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−１４６２号公報 特開２００５−１４３１号公報

しかしながら、上記従来構造の場合、バンパリインホースに、車両前後方向に対して斜めから荷重が入力された場合、クラッシュボックス及びサイドメンバに曲げモーメントが発生し、これらが車幅方向に倒れようとするため、クラッシュボックスが軸方向に圧縮変形しにくくなり、衝撃力が十分に吸収されない場合が生じる。その結果、サイドメンバに上記荷重の影響が及び、リペア性が低下し、車両修理費用が高くなるといった問題が懸念される。

本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、車両の前後方向に対して斜めからの荷重が入力された場合にも、車体骨格部材に曲げ変形等を生じさせることのない自動車の衝撃吸収構造を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、車両前後方向に延びるように配置された車体骨格部材と、該車体骨格部材の車両前後方向端部に配設された衝撃吸収部材とを備えた自動車の衝撃吸収構造であって、車両中心線に対して斜め方向に入力される荷重により上記衝撃吸収部材を圧縮変形させる目標軸力限界値，曲げ変形させる目標モーメント限界値が、ぞれぞれ車体骨格部材の許容軸力限界値，許容モーメント限界値より一定値だけ低い値に設定され、上記衝撃吸収部材は、上記荷重により該衝撃吸収部材に発生するモーメント値が上記目標モーメント限界値に達するまでは圧縮変形し、達した後は曲げ変形すること特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記衝撃吸収部材は、上記荷重が入力する側に、該荷重により圧縮変形する圧縮変形領域を有し、該圧縮変形領域と残りの部分との境界にて曲げ変形を起こすよう該圧縮変形領域と残りの部分とに強度差が設けられていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、車体骨格部材は左，右のサイドメンバであり、該左，右のサイドメンバの端部又は中途部同士は車幅方向に延びるロアバックで接続され、該左，右のサイドメンバの、上記ロアバックと上記境界との間の部分同士は補強部材で接続されていることを特徴としている。

請求項１の発明による衝撃吸収構造によれば、斜め方向に入力される荷重により衝撃吸収部材を圧縮変形させる目標軸力限界値，曲げ変形させる目標モーメント限界値を、ぞれぞれ車体骨格部材の許容軸力限界値，許容モーメント限界値より一定値だけ低い値に設定している。そのため、上記衝撃吸収部材は、上記荷重により該衝撃吸収部材に発生するモーメント値が上記目標モーメント限界値に達するまでは圧縮変形し、達した後は曲げ変形することとなる。そのため斜めからの荷重が入力された場合にも、衝撃吸収部材がまず圧縮変形し、続いて曲げ変形することにより荷重を十分に吸収することができ、上記荷重が、車体骨格部材に圧縮変形や曲げ変形を生じさせるほどの影響を及ぼすのを回避できる。

請求項２の発明では、上記衝撃吸収部材は、上記荷重が入力する側に、該荷重により圧縮変形する圧縮変形領域を有し、該圧縮変形領域と残りの部分との境界にて曲げ変形を起こすよう該境界の前後で強度差が設けられている。そのため衝撃吸収部材を、斜めからの荷重に対して、まず圧縮変形し、しかる後に曲げ変形する構造を実現でき、斜めからの荷重を吸収して車体骨格部材に曲げ変形が生じるのを防止できる。

請求項３の発明では、ロアバックで接続された左，右のサイドメンバの、該ロアバックと上記境界との間の部分同士を補強部材で接続したので、左，右のサイドメンバの許容モーメント限界値が高くなり、衝撃吸収部材の目標モーメント限界値を該左，右のサイドメンバの許容モーメント限界値より確実に低く設定することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ないし図６は、本発明の一実施形態による自動車の衝撃吸収構造説明するための図である。

本実施形態に係る衝撃吸収構造が採用された自動車の車体フレームの後部を模式的に示す図１において、１，２は車両前後方向に延びる左，右のサイドメンバ（車体骨格部材）である。この左，右のサイドメンバ１，２の車両前後方向中途部同士はクロスメンバ３で接続されており、また後端近傍部同士はロアバック４で接続されている。

そして上記左，右のサイドメンバ１，２の後端面には、左，右のクラッシュボックス（衝撃吸収部材）５，６が接続されており、該左，右の衝撃吸収部材５，６同士に架け渡すようにリヤバンパリインホース７が装着されている。

ここで本実施形態のクラッシュボックス５，６は、低速衝突等のような比較的小さい荷重Ｆが車体中心線Ｌに対して例えば角度θをなす斜め方向から入力された場合でも、車体骨格部材であるサイドメンバ１，２に明らかな永久歪み（塑性変形）が生じないように構成されている。そのため、低速衝突の場合には、クラッシュボックス５，６を交換するだけで済むので、修理費用を抑制できる。

本実施形態では、上記荷重に対するサイドメンバ１，２の耐力を、軸耐力とモーメント耐力に分けて考える。そして予め、該サイドメンバ１，２の許容軸力限界値Ｆmax 、即ち、明らかな圧縮変形（圧縮歪み）の生じない最大軸耐力、及び許容モーメント限界値Ｍmax 、即ち、明らかな曲げ変形（曲げ歪み）の生じない最大モーメント耐力を求める。

一方、クラッシュボックス５，６の設定に当たっては、軸方向力に対する目標軸力限界値、即ち、該クラッシュボックス５，６が軸方向に圧縮変形（座屈）する最小軸耐力をＦ１min とし、軸直角方向力に対する目標モーメント限界値、即ち、クラッシュボックス５，６が軸直角方向に折れ曲がる最小モーメント耐力をＭ１min とする。

本実施形態では、上記クラッシュボックス５，６の、目標軸力限界値Ｆ１min は、サイドメンバ１，２の許容軸力限界値Ｆmax より所定のマージン、例えば２０％だけ小さい値に設定されている（図５参照）。

従って、サイドメンバ１，２に軸方向力によって明らかな圧縮変形（圧縮歪み）が生じる前に、クラッシュボックス５，６が座屈し、その結果サイドメンバ１，２に修理を要するような大きな圧縮歪みが生じるのを防止できる。

また上記クラッシュボックス５，６の、目標モーメント限界値Ｍ１min は、上記サイドメンバ１，２の許容モーメント限界値Ｍmax より所定のマージン、例えば２０％だけ小さい値に設定されている（図６参照）。

従って、サイドメンバ１，２に軸直角方向力による曲げモーメントによって明らかな曲げ変形（曲げ歪み）が生じる前に、クラッシュボックス５，６が折れ曲がり、その結果、サイドメンバ１，２に修理を要するような大きな曲げ歪みが生じるのを防止できる。

車両中心線Ｌに対して角度θ（例えば１０°）の右斜め後方から荷重Ｆが作用した場合を考える。図１における右のクラッシュボックス６，及び右のサイドメンバ２には、図４に示すように、上記荷重Ｆの軸方向成分であるＦ1 と、軸直角方向成分であるＦ２が作用する。上記クラッシュボックス６，サイドメンバ２には軸方向成分Ｆ１により圧縮応力が発生し、また軸直角方向成分Ｆ2 によりモーメントＭ１（＝Ｆ２×Ｌ１），Ｍ２（Ｆ２×Ｌ２）が発生する。

上記クラッシュボックス６は、図２（ａ）に示すように、具体的には、筒状をなしており、軸方向中途部に座屈ポイントａが設定されている。この座屈ポイントａよりリヤバンパリインホース７側に位置する後方部分（圧縮変形領域）６ａの板厚はｔ１であり、サイドメンバ２側に位置する前方部分（残りの部分）６ｂの板厚は上記板厚ｔ１より厚いｔ２となっている。例えば、ｔ１は１．０mmに、ｔ２は２．０mmに設定されている。このようにして上記クラッシュボックス６の後方部分６ａと前方部分６ｂとには強度差（耐力差）が設けられている。そのため、斜め方向の荷重Ｆが作用すると、軸方向成分Ｆ１により上記後方部分６ａが圧縮変形し、続いて軸直角方向成分Ｆ２による曲げモーメントにより座屈ポイント（境界）ａを起点として折れ曲がることとなる。

このように本実施形態では、クラッシュボックス６を、まず圧縮変形させ、続いて曲げ変形させるための具体的構造として、軸方向力によって圧縮変形する圧縮変形領域６ａを設定するとともに、耐力差による座屈ポイントａを設定している。

ちなみに耐力差を設定せずに、例えば図２（ｂ）に示すように、ビードａ′を設けることにより座屈ポイントを設定した場合、ビードａ′が折れの起点となり、クラッシュボックスが軸圧縮しなくなるおそれがあり、その結果、衝撃吸収効率が低下し、クラッシュボックスを短くできない。

一方、本実施形態では、耐力差を設定したので、クラッシュボックス６の後方部分６ａを軸方向力により圧縮変形させ、最後に耐力差によって設定された座屈ポイントａで座屈させることができ、衝撃吸収効率が上がり、クラッシュボックス６を短くできる。

上記低速衝突が発生すると、図３に示すように、クラッシュボックス６の軸方向の圧縮変形量の僅かな増加により荷重が急激に増加する（図３の領域Ａ参照）。そして上記荷重がクラッシュボックス６の座屈荷重である目標軸力限界値Ｆ1minに達すると、クラッシュボックス６は座屈し、以降は荷重が増加することなく圧縮変形量が増加する（同図領域Ｂ参照）。このときサイドメンバ２に作用する圧縮荷重も増加するが、クラッシュボックス６の座屈以降は、サイドメンバへの軸方向荷重が増加することはなく、従って軸方向荷重がサイドメンバ２の許容軸力限界値Ｆmax に達することはない。その結果、サイドメンバ２に修理を要するような大きな圧縮変形が生じることはない。

またクラッシュボックス６の圧縮変形に伴って、上記軸直角方向力Ｆ２による曲げモーメントＭ１，Ｍ２が増加するが、クラッシュボックス６のモーメントＭ１が折れ曲がりモーメント値である目標モーメント限界値Ｍ１min に達すると、クラッシュボックス６は上記座屈ポイントａを起点に折れ曲がり、サイドメンバ２の曲げモーメントＭ２がこれの許容モーメント限界値Ｍmax に達することはない。またクラッシュボックス６のモーメントが目標モーメント限界値に達した後は、これの軸方向変位量が減少する（同右図領域Ｃ参照）。従ってサイドメンバ２に修理を要するような大きな曲げ変形が生じることはない。

このように本実施形態では、クラッシュボックス６の、軸方向力によって座屈する目標軸力限界値Ｆ１min をサイドメンバ２の許容軸力限界値Ｆmax より一定のマージンだけ小さく設定し、かつクラッシュボックス６の曲げモーメントによって折れ曲がる目標モーメント限界値Ｍ１min をサイドメンバ２の許容モーメント限界値Ｍmax より一定のマージンだけ小さく設定したので、斜めからの荷重Ｆが入力された場合でも、サイドメンバ２に明らかな圧縮歪みや曲げ歪みが生じる前にクラッシュボックス６を確実に圧縮変形させ、続いて折り曲げることができ、斜め荷重によるサイドメンバ２のへの悪影響を回避できる。その結果、低速衝突等の場合には、クラッシュボックス６を取り変えるだけで済み、修理費用を抑制できる。

ここで、車体フレームの構造等の都合上、図７に示すように、サイドメンバの許容モーメント限界値Ｍmax がクラッシュボックスの目標モーメント限界値Ｍ１min より小さい場合は、クラッシュボックスが折れる前にサイドメンバに永久歪みが生じることとなるので、対策が必要となる。

この対策としては、例えばロアバック４からクラッシュボックス６の境界ａまでの間において、左，右のサイドメンバ１，２同士を補強部材で連結することが有効である。具体的には、例えば図８〜１０に示すように、ロアバック４は左，右のサイドメンバ１，２を接続するロアバックインナ４ａと、該インナ４ａの上部に接続され、閉断面を形成するロアバックアウト４ｂとからなり、該閉断面形成部分はドア開口の下部を構成している。上記ロアバックインナ４ａの下部にロアバックリインホース４ｃが接続されており、ロアバックインナ４ａとロアバックリインホース４ｃとで車幅方向に延びる閉断面が形成されている。上記クラッシュボックス５，６のフランジ部５ｃ，６ｃは、上記ロアバックリインホース４ｃのフランジ部４ｄ及びロアバックインナ４ａのフランジ部４ｅと共に上記サイドメンバ１，２に接続されている。

これにより、上記右のサイドメンバ２の許容モーメント限界値Ｍmax に左のサイドメンバ１による許容モーメント限界値Ｍmax ′が所定の割合で加算され、その結果、クラッシュボックス６の目標モーメント限界値Ｍ１min を上記サイドメンバの許容モーメント限界値（Ｍmax ＋Ｍmax ′）に対してマージン分だけ小さく設定することが可能となり、サイドメンバの曲げ変形を回避できる。

このように、クラッシュボックスの根元付近同士を接続することにより、長いクラッシュボックスの場合にはモーメントに対して特に有利となり、クラッシュボックスの横倒れを防止できる。

また左，右のサイドメンバの後端部同士を結合することによりサイドメンバの車幅方向への振れを抑制することができる。さらにまた、ロアバックリインホースがロアバック自体のの変形を抑えることによってもサイドメンバの振れを抑えることができる。

なお、上記補強部材の態様には各種の変形例が採用可能である。例えば図９（ａ）に示すように、左，右のサイドメンバ１，２の後端部近傍同士を、筒状体あるいは棒状体からなる補強部材ａで接続する方法や、図９（ｂ）に示すように、補強部材８，８を交差するように配置する方法が採用可能である。

また、上記実施形態では、車体の後端部にクラッシュボックスを取り付けた場合を説明したが、本発明は、例えばラジエータサポートにクラッシュボックスを取り付ける場合等、車体の前端部に適用することもできる。

本発明の一実施形態による自動車の衝撃吸収構造が採用された車体フレームの平面模式図である。 上記実施形態のクラッシュボックスを説明するための模式図である。 上記クラッシュボックスに作用する軸方向荷重及び曲げモーメントと変形量との関係を説明するための特性図である。 上記クラッシュボックス及びサイドメンバに作用する斜め荷重を説明するための模式図である。 上記クラッシュボックスの圧縮変形量と軸荷重との関係を示す特性図である。 上記クラッシュボックスの曲げ変形量と曲げモーメントとの関係を示す特性図である。 上記実施形態の変形例における曲げ変形量と曲げモーメントとの関係を示す特性図である。 本発明の他の実施形態による自動車の衝撃吸収構造を説明するための車体フレームの平面模式図である。 上記他の実施形態の分解斜視図である。 図８のＸ−Ｘ線断面図である。 上記他の実施形態における補強部材の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１，２ 左，右のサイドメンバ（車体骨格部材）
４ ロアバック
４ｃ ロアバックリインホース（補強部材）
５，６ クラッシュボックス（衝撃吸収部材）
６ａ 車両後方部分（圧縮変形領域）
６ｂ 車両前方部分（残りの部分）
８，９ 補強部材
Ａ，Ｂ 圧縮変形領域
Ｃ 曲げ変形領域
ａ 境界
Ｆ 斜め方向に入力される荷重
Ｆmax 許容軸力限界値
Ｆ１min 目標軸力限界値
Ｌ 車両中心線
Ｍmax 許容モーメント限界値
Ｍ１min 目標モーメント限界値

Claims (3)

1. 車両前後方向に延びるように配置された車体骨格部材と、該車体骨格部材の車両前後方向端部に配設された衝撃吸収部材とを備えた自動車の衝撃吸収構造であって、
   車両中心線に対して斜め方向に入力される荷重により上記衝撃吸収部材を、圧縮変形させる目標軸力限界値，曲げ変形させる目標モーメント限界値が、ぞれぞれ上記車体骨格部材の許容軸力限界値，許容モーメント限界値より一定値だけ低い値に設定され、
   上記衝撃吸収部材は、上記荷重により該衝撃吸収部材に発生するモーメント値が上記目標モーメント限界値に達するまでは圧縮変形し、達した後は曲げ変形すること特徴とする自動車の衝撃吸収構造。
2. 請求項１において、
   上記衝撃吸収部材は、上記荷重が入力する側に、該荷重により圧縮変形する圧縮変形領域を有し、該圧縮変形領域と残りの部分との境界にて曲げ変形を起こすよう圧縮変形領域と残りの部分とに強度差が設けられていることを特徴とする自動車の衝撃吸収構造。
3. 請求項１又は２において、
   上記車体骨格部材は左，右のサイドメンバであり、該左，右のサイドメンバの端部又は中途部同士は車幅方向に延びるロアバックで接続され、該左，右のサイドメンバの、上記ロアバックと上記境界との間の部分同士は補強部材で接続されていることを特徴とする自動車の衝撃吸収構造。

Images