JP2009006748A - 自動車車体の衝撃吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突の初期の荷重の過剰な上昇を抑制できるとともに、その後の荷重の振幅を抑制することができ、これにより、従来と同等以上のエネルギー吸収性能を有する自動車車体の衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】バンパーレインフォースと、軸方向へ向けて延在する複数の稜線部と隣接する稜線部同士を接続する複数の面部とを有することにより略多角形の横断面形状を有するとともにバンパーレインフォースに取り付けられることによって、バンパーレインフォースから軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して圧壊することにより衝撃エネルギーを吸収する筒状体からなるクラッシュボックスとを備え、バンパーレインフォースとクラッシュボックスにおける面部の一部との間には、軸方向へ向けた開口が設けられる自動車車体の衝撃吸収構造である。
【選択図】図７

Description

本発明は、自動車車体の衝撃吸収構造に関する。

自動車の衝突安全性を向上して客室を保護するための一環として、例えば、車両の前部に衝撃吸収構造を配置しておき、この衝撃吸収構造により前方衝突時の衝撃エネルギーを効果的に吸収する。このような衝撃吸収構造として、（ａ）バンパーフェイシャーを支持及び補強するバンパーレインフォースと、（ｂ）バンパーレインフォースの内面に例えば溶接やボルト締結等の適宜手段により固定され、軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して蛇腹状に塑性変形することにより衝撃エネルギーを吸収する筒状体により構成されるクラッシュボックスと、（ｃ）先端部にクラッシュボックスを脱着自在に装着され、軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して特に先端部側が蛇腹状に塑性変形することにより衝撃エネルギーを吸収する筒状体により構成されるサイドメンバーとを備える構造が知られる。

サイドメンバーやクラッシュボックスといった車両の前部に配置されて衝撃エネルギーを吸収する筒状体の横断面形状は、他の部品との干渉を避けるための寸法上の制約により、矩形とされることが多い。一般的に、バンパーレインフォースの内面にクラッシュボックスを取り付ける場合には、バンパーレインフォースに当接する位置においてクラッシュボックスの先端全体にバンパーレインフォースからの衝撃荷重が入力されるように設計され、また、サイドメンバーの先端にクラッシュボックスを配置する場合には、サイドメンバー先端の断面全体に衝撃荷重が入力されるように設計される。

クラッシュボックスではその略全長において、またサイドメンバーでもその前端部側において、軸方向へ座屈して圧壊し、最終的に蛇腹状に塑性変形することが要求される。しかし、実際には、クラッシュボックスやサイドメンバーは、連続的に生じる座屈の途中の過程で大きく折れ曲がって不安定に座屈変形することが多く、このため衝撃エネルギーを設計目標値通りに吸収できないことがある。

例えば、クラッシュボックスに衝撃荷重が負荷されて軸方向への圧縮力が作用した際に、衝撃荷重が入力される衝突端側（フロントクラッシュボックスの場合には前端側）からではなく、これとは反対側の反衝突端側（フロントクラッシュボックスの場合にはフロントサイドメンバーによって支持される後端側）から座屈し始めることがある。反衝突端側から座屈変形が発生すると、クラッシュボックスの変形が設計時に想定した変形とは異なって不安定になり、衝撃エネルギーを十分に吸収できないのみならず、クラッシュボックスを支持するサイドメンバーへの衝撃荷重の入力方向が設計時に想定した方向から大きくずれてしまい、サイドメンバーが早期に大きく曲げ変形するために車体全体の損傷が大きくなる。

図１は、クラッシュボックスの衝突試験における軸方向への変位量Ｄ（ｍｍ）と、荷重Ｌｏａｄ（ｋＮ）又は吸収エネルギー量ＥＡ（ｋＪ）との関係の一例を示すグラフである。同図にグラフで示すように、衝突直後の初期段階には荷重の最大値が高い値を示し（以下本明細書ではこの荷重の最大値を「ピーク荷重」又は「初期荷重」という）、その後変位量が増加するに伴って座屈しわが形成されることにより荷重は急激に減少する。このため、このピーク荷重が高過ぎるとクラッシュボックスを支持するサイドメンバーが損傷するとともに、座屈しわが大き過ぎると荷重の低下の程度が過剰過ぎるために衝撃エネルギーの吸収量が低下する。したがって、クラッシュボックスには、初期のピーク荷重の値がサイドメンバーを損傷しない適度な値であるばかりでなく、その後の荷重の増減が小さいことも要求される。

特許文献１には、４つの面板部を有する角筒状の衝撃吸収部材の３つの面板部に切り欠き部を形成すること、すなわち四角形の横断面形状を有する筒状体の３つの稜線を含むように切り欠き部を形成することにより、衝突の初期のピーク荷重の値を小さくする発明が開示される。

しかし、特許文献１により開示された発明では、切り欠き部を非対称に設けるので圧壊の途中で曲がり等が発生し易くなり、圧壊挙動が不安定になることから座屈変形が安定し難い。このため、この発明では吸収エネルギー量が不足する。

特許文献２には、一方の端面の稜線を含む領域に切り欠き部を形成することにより、衝突の初期のピーク荷重を低減する発明が開示される。この発明によれば、衝突の初期のピーク荷重を低減することが確かに可能となり、これにより、クラッシュボックスよりも先にサイドメンバーが損傷することを防止できる。
特開２００２−３１６６４２号公報 国際公開ＷＯ２００５／０１０３９７号

しかし、特許文献２により開示された発明に基づいても、ピーク荷重が発現した後における荷重の振幅を小さくすることは、難しい。このため、この発明に基づいても十分な衝撃エネルギーの吸収性能を得ることは難しい。

本発明は、第１の部材と、軸方向へ向けて延在する複数の稜線部と隣接する稜線部同士を接続する複数の面部とを有することにより略多角形の横断面形状を有するとともに第１の部材に取り付けられることによって、第１の部材から軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して圧壊することにより衝撃エネルギーを吸収する筒状体からなる第２の部材とを備える自動車車体の衝撃吸収構造であって、第１の部材と第２の部材における面部の一部との間には、軸方向へ向けた開口が設けられることを特徴とする自動車車体の衝撃吸収構造である。

この本発明に係る自動車車体の衝撃吸収構造では、第１の部材と第２の部材における面部の一部を除いた残余の部分とは当接して固定されるとともに、第１の部材と第２の部材における稜線部の全部とは当接して固定されることが望ましい。

また、本発明は、第１の部材と、軸方向へ向けて延在する複数の稜線部と隣接する稜線部同士を接続する複数の面部とを有することにより略多角形の横断面形状を有するとともに軸方向の一方の端部を第１の部材に取り付けられることによって、第１の部材から軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して圧壊することにより衝撃エネルギーを吸収する筒状体からなる第２の部材とを備える自動車車体の衝撃吸収構造であって、一方の端部のうち面部を含む部分が、第１の部材に当接しないことにより第１の部材との間に軸方向へ向けた開口を形成する端面と、第１の部材に当接して固定される端面とを有するとともに、一方の端部のうち稜線部を含む部分が、全て、第１の部材に当接して固定される端面を有することを特徴とする自動車車体の衝撃吸収構造である。

これらの本発明に係る自動車車体の衝撃吸収構造では、第２の部材における面部に、開口を形成するための切り欠き部を有することが望ましい。この場合に、筒体の横断面形状である略多角形が短辺及び長辺を有する矩形形状であり、切り欠き部が短辺を含む面部に設けられることや、または、筒体の断面形状である略多角形が短辺、斜辺及び長辺を有する八角形形状であり、切り欠き部が短辺を含む面部に設けられることが、望ましい。具体的には、短辺の長さをＬとし、軸方向への切り欠き部の長さをｄとするとともに、短辺の長さ方向への切り欠き部の長さをＷとするとき、下記（１）式及び（２）式を満足することが望ましい。

Ｌ×０．１≦Ｗ≦Ｌ×０．８ ・・・・・・・（１）
ｄ／｛（Ｌ−Ｗ）／２｝≦２．０ ・・・・・・（２）
さらに、これらの本発明に係る自動車車体の衝撃吸収構造では、第１の部材がバンパーレインフォースであるとともに第２の部材がクラッシュボックスであることが例示される。

本発明によれば、衝突の初期のピーク荷重の過剰な上昇を抑制できるとともに、その後の荷重の振幅を抑制することができ、これにより、従来と同等以上のエネルギー吸収性能を有する自動車車体の衝撃吸収構造を提供することができる。

以下、本発明に係る自動車車体の衝撃吸収構造を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態における自動車車体の衝撃吸収構造は、第１の部材と第２の部材とを備える。本実施の形態は、第１の部材がバンパーレインフォースであるとともに第２の部材がクラッシュボックスである場合を例にとって、説明する。

本実施の形態の衝撃吸収構造では、第１の部材であるバンパーレインフォースの後面の所定部位には、第２の部材であるクラッシュボックスの軸方向の一方の端部が取付けられる。クラッシュボックスは、車両の前方衝突時に、バンパーレインフォースからこの一端部を経て軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して衝撃エネルギーを吸収するための部材である。このクラッシュボックスの他方の端部は、自動車車体の強度部材であるサイドメンバーの先端部分に適宜手段により脱着自在に装着される。

このクラッシュボックスは、軸方向へ向けて延在する複数の稜線部と、隣接する稜線部同士を接続する複数の面部とを有することにより略多角形の横断面形状を備える筒状体から構成される。

バンパーレインフォースとクラッシュボックスにおける面部の一部との間には、軸方向へ向けた開口が設けられる。本実施の形態では、この開口は、クラッシュボックスの面部の一部に切り欠き部を設けるとともにクラッシュボックスの稜線部には切り欠き部を具備しないことにより、形成される。

換言すれば、本実施の形態では、クラッシュボックスを構成する筒状体の一方の端部のうち面部を含む部分が、バンパーレインフォースに当接しないことによりバンパーレインフォースとの間に軸方向へ向けた開口を形成する端面と、バンパーレインフォースに当接して固定される端面とを有する。また、クラッシュボックスの一方の端部のうち稜線部を含む部分が、全て、バンパーレインフォースに当接して固定される端面を有する。

本実施の形態では、バンパーレインフォースとクラッシュボックスにおける面部の一部との間に開口を設けた点が最大の特徴であるので、この点を以下に詳細に説明する。
外壁が多角形の横断面形状を有する、軸方向長さが２００ｍｍ、材質が５９０ＭＰａ級、板厚が１．６ｍｍの筒状の部材の軸方向へ向けて、剛体を所定の速度で衝突させたときの衝突荷重及び変形を、数値解析した。

具体的には、外壁の横断面形状を正方形（Ｓｑｕａｒｅ）、正６角形（Ｈｅｘａｇｏｎ）、正８角形（Ｏｃｔａｇｏｎ）の３水準とするとともに、内接円の直径を６０ｍｍ、１２０ｍｍ、２４０ｍｍの３水準として、筒状の部材の寸法を変更し、この部材に対して剛体壁を１５ｋｍ／ｈの等速で衝突させる条件で数値解析を行い、圧壊量１６０ｍｍまでのエネルギー吸収量を求めた。

図２は、この解析において各多角形の辺の長さ（ｍｍ）と平均荷重（ｋＮ／ｍｍ）、座屈回数（回）との関係を示すグラフである。なお、図２のグラフにおける横軸は各部材の一辺の長さ（ｍｍ）を示し、左側の縦軸は１６０ｍｍ変位までの圧壊荷重の平均値（平均荷重）を断面周長で除した値（ｋＮ／ｍｍ）、すなわち部材の吸収エネルギー量を示し、図中の塗り潰し印により示す。また、右側の縦軸は１６０ｍｍ変位までの座屈回数（回）を示し、図中の白抜き印により示す。

図２に示すグラフから、
（ａ）多角形の一辺の長さが短くなるほど座屈周期が短くなること、及び
（ｂ）座屈周期が短くなるほど安定して軸圧壊変形を生じ、これにより吸収エネルギー量が増加すること
がわかる。

次に、長辺１２０ｍｍ、短辺７０ｍｍの矩形の横断面形状を有し、軸方向長さが２００ｍｍ、材質が５９０ＭＰａ級、板厚が１．６ｍｍである筒状の部材について、その衝突端側の稜線部、又は衝突端側の稜線の間、すなわち面部の一部を切り欠いて、上記と同様に軸圧壊解析を行った。この解析結果より、以下に列記する知見を得た。
（ｃ）衝突端側に切り欠きを設けると、この切り欠きが確実に軸圧壊変形のトリガーとなり、切り欠きを設けた衝突端側を起点として軸圧壊が開始する。すなわち、切り欠きを設けない筒状の部材の一端に軸方向への衝撃力が負荷されると、すべての稜線に軸方向の圧縮力が作用する。このため、衝突端のみならず、反衝突端に近い側においても衝突の初期に稜線の軸方向への座屈が生じることがある。衝突端側以外で衝突の初期に生じるこの座屈が、筒状の部材の全体の圧壊挙動を乱すので、軸方向への大きな曲がりや面外変形を生じ易くなる。

これに対し、衝突端側に切り欠きを設けると、切り欠きを設けた部分の断面剛性と、切り欠きを設けていない部分の断面剛性とが大きく相違する。このため、衝突によるひずみが、断面剛性が急激に変化する境界部、すなわち切り欠き部の終端近傍に集中的かつ局所的に生じる。切り欠き部の終端近傍にひずみが集中して生じると、筒状の部材の後端側の領域は塑性変形域に到達しないため、切り欠き部以外で筒状部材の剛性は保たれる。切り欠きの近傍で一旦座屈変形が開始されれば、座屈変形した領域の変形に引きずられてその直下の領域が面外変形を開始するが、この間後端側の領域では塑性変形は発生しない。このようにして、筒状の部材は、切り欠きを設けた衝突端側から確実に軸圧壊変形し、衝突端側から順次圧壊するようになる。

図３は、衝突端側の周長比と初期荷重比との関係を示すグラフである。図３のグラフにおける「周長比」は、切り欠き部以外の部分の周長を、切り欠きを設けない場合の周長により除した値であって、切り欠きを設けない場合の周長比は１．０である。また、図３のグラフにおける「初期荷重比」は、切り欠きを設けた筒状の部材の圧壊時に生じる初期のピーク荷重を、切り欠きを設けない部材の初期のピーク荷重により除した値であって、切り欠きを設けない場合の初期荷重比は１．０である。

図３にグラフで示すように、初期のピーク荷重は、切り欠きの設け方には関わらず、衝突端の荷重を受ける部分の周長によって支配される。すなわち、軸圧壊時の初期のピーク荷重は、稜線を含むと含まざるとに関わらず、換言すれば切り欠き方には関係なく、切り欠き部以外の部分、つまり最初に衝撃力を受ける部分の断面積に支配され、略一義的に決定される。このような観点から、衝突端側の周長を考慮することにより初期荷重を低減することができる。

次に、この矩形の横断面形状を有する部材に、切り欠きを設けない場合（ケース１）、２つの短辺の中央に各々幅４７ｍｍ、深さ２０ｍｍの切り欠きを設ける場合（ケース２）、２つの長辺の中央に各々幅４７ｍｍ、深さ２０ｍｍの切り欠きを設ける場合（ケース３）、４つの稜線に稜線の頂点を中心として、幅２３．５ｍｍ、深さ２０ｍｍの切り欠きを設ける場合（ケース４）について、上記と同様に衝突解析を行って、変位−荷重特性を調査した。

図４は、短辺に切り欠きを設けたケース２と、稜線に切り欠きを設けたケース４とにおける変位と荷重との関係を示すグラフである。この解析では、荷重振幅は、圧壊量が２０ｍｍから１４０ｍｍまでの圧壊中における荷重の最大値と最小値の差として、求めた。

表１には、６０ｍｍ圧壊までのケース１〜４の吸収エネルギー量ＥＡ（ｋＪ）、及び２０ｍｍから１４０ｍｍまでの圧壊中の荷重振幅（ｋＮ）をまとめて示す。

この解析結果から、以下に列記する知見が得られた。
（ｄ）図４及び表１に示すように、稜線を切り欠いた場合には、短辺又は長辺に切り欠きを形成した場合に比較して、圧壊初期の荷重レベルが低くなり、吸収エネルギー量が少なくなる。例えばクラッシュボックスへの適用を考えると、極低速の軽微な衝突では極力初期からエネルギーを吸収できることが望ましい。このような観点から、短辺又は長辺のみに切り欠きを形成すれば、稜線に切り欠きを形成するよりも、圧壊初期の荷重レベルが高く、良好な特性を得られることがわかる。

一般に、軸方向へ荷重を受けてエネルギーを吸収する部材では、稜線部の座屈耐力が、この部材が圧壊する際の反力の大半を占める。稜線部が座屈した後に稜線間に位置する面部の折れ曲がり変形が発生するが、この折れ曲がり変形は薄板の曲げ変形であるために稜線部の座屈耐力に比較して、部材の反力は大幅に減少する。稜線部に切り欠き部を形成すると、切り欠いた稜線部での反力は切り欠き部が圧壊され終わるまでは生じないので、切り欠き部の深さ分の初期ストロークにおける部材の反力は極めて小さくなり、これにより、部材全体としての吸収エネルギー量が大幅に低下する。
（ｅ）さらに、クラッシュボックス等の衝撃吸収部材には、吸収エネルギー量が大きいことのみならず、圧壊中における荷重の増減、すなわち荷重振幅が極力小さいことも望まれる。荷重振幅が大きいと、最大荷重が他の構造部材の耐力を上回り、例えばサイドメンバー等の保護すべき他の構造部材が損傷するおそれがあるとともに、当然のことながら、荷重振幅における最小値が極端に小さくなれば、それに応じて衝撃エネルギーの吸収効率も低下するからである。

ここで、表１に示すように、短辺又は長辺のみに切り欠きを設けると、稜線に切り欠きを設ける場合に比較すると荷重振幅が小さいなり、良好な特性を得られる。
（ｆ）部材の横断面形状において異なる長さの辺が存在する場合には、短辺に切り欠きを設けることによって座屈周期を細かくでき、これにより、吸収エネルギー量を増加させることができ、望ましい。これに対し、長辺に切り欠きを設けると座屈周期が逆に増加するので、吸収エネルギー量は短辺に設ける場合よりも低下する。

以上の説明では、第２の部材がクラッシュボックスであるとともに第１の部材がバンパーレインフォースであって、かつクラッシュボックスに切り欠きを設けることによりバンパーレインフォースとクラッシュボックスとの間に軸方向への開口（空隙）を設ける場合を例にとったが、本発明は第２の部材に切り欠きを設ける場合に限定されるものではなく、例えば、バンパーレインフォースの後端側、すなわち第１の部材の側に切り欠きを設ける等の適宜手段を採用することによって、バンパーレインフォースとクラッシュボックスとの間に軸方向への空隙を設けるようにしてもよい。

また、本発明は、第１の部材がバンパーレインフォースであるとともに第２の部材がクラッシュボックスである場合に限定されるものではなく、第１の部材と、この第１の部材の所定部位に、軸方向の一端が取付けられ、第１の部材からこの一端を経て軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して衝撃エネルギーを吸収する第２の部材とから構成される衝撃吸収構造を構成する第１の部材及び第２の部材であれば、等しく適用可能である。例えば、第１の部材がクラッシュボックスであるとともに第２の部材がサイドメンバーである場合にも、同様に適用可能である。この場合にも、第２の部材であるサイドメンバーの先端側に例えば切り欠き等を設けることや、第１の部材であるクラッシュボックスの後端部に例えば切り欠きを設けること等により、第１の部材と第２の部材との間に軸方向への空隙を形成するようにしてもよい。

上述したように、クラッシュボックスを構成する筒状体の略多角形が、短辺と長辺を有する矩形形状である場合、又は短辺、斜辺及び長辺を有する八角形形状である場合には、切り欠き部が短辺側に設けられることが望ましい。この場合、短辺の長さをＬとし、軸方向への切り欠き部の長さ（深さ）をｄとするとともに、短辺の長さ方向への切り欠き部の長さ（幅）をＷとするとき、下記（１）式及び（２）式を満足することが望ましい。

Ｌ×０．１≦Ｗ≦Ｌ×０．８ ・・・・・・・（１）
ｄ／｛（Ｌ−Ｗ）／２｝≦２．０ ・・・・・・（２）
この理由を以下に説明する。

長辺１２０ｍｍ、短辺７０ｍｍの矩形の横断面形状を有し、軸方向長さが２００ｍｍ、材質が５９０ＭＰａ級、板厚が１．６ｍｍである筒状の部材の、衝突端側の端面における対向する２つの短辺の中央に切り欠きの深さを２０ｍｍとした切り欠きを設け、短辺の長さ方向への切り欠き部の長さ（幅）を種々変更した部材を用い、これらの部材に対して軸方向に剛体壁が１５ｋｍ／ｈの等速で衝突する解析を行い、１４０ｍｍ圧壊までの吸収エネルギーを調査した。

図５は、部材の単位質量当たりの吸収エネルギー比と切り欠きの幅との関係を示すグラフであり、吸収エネルギー比は切り欠きが無い場合を１．０とし、また、切り欠きの幅は切り欠きを設けた辺の長さに対する比（％）で示す。

図５にグラフで示すように、切り欠きの開口幅を辺の長さの１０％以上８０％以下とすること、望ましくは３０％以上７０％以下とすることにより、切り欠きの無い場合に比較して吸収エネルギー量が増加する。

次に、長辺１２０ｍｍ、短辺７０ｍｍの矩形の横断面形状を有し、軸方向長さが２００ｍｍ、材質が５９０ＭＰａ級、板厚が１．６ｍｍである筒状の部材の、衝突端側の端面における対向する２つの短辺の中央に切り欠きを設け、短辺の長さ方向への切り欠き部の長さ（幅Ｗ）と軸方向への切り欠き部の長さ（深さｄ）を種々変更した部材を用い、これらの部材に対して軸方向に剛体壁が１５ｋｍ／ｈの等速で衝突する解析を行い、１４０ｍｍ圧壊までの吸収エネルギーを調査した。

図６は、切り欠きによって残された衝突端側断面の切り欠きから稜線までの辺の長さ、すなわち短辺の長さをＬとしたときに（Ｌ−Ｗ）／２にて表現される長さに対する切り欠き深さｄの比と、部材の単位質量当たりの吸収エネルギー比との関係を示すグラフであり、吸収エネルギーは切り欠きが無い場合を１．０とする。

図６にグラフで示すように、切り欠きの深さｄを、切り欠きによって残された残余の辺の長さの２倍以下とすることによって、切り欠きが無い場合に比較して吸収エネルギー量を増加することができる。これは、
（ｉ）切り欠き部の深さｄが深くなるほど、初期の荷重が低いストロークが長くなるためにエネルギーが低下すること、
（ｉｉ）一方、荷重が低いストロークでは切り欠きによって残された残余の領域の曲げ変形による荷重が生じる範囲であり、残余の領域が広いほど、つまり残余の辺の長さ（Ｌ−Ｗ）／２が長いほど、荷重が高くなること
から、この深さｄと残余の辺の長さ（Ｌ−Ｗ）／２の比が、荷重が低くなる範囲での荷重の絶対値に影響することを意味する。

このように、切り欠きの開口幅Ｗは、切り欠きを設ける部分の辺の長さＬの１０％以上８０％以下とすることが望ましく、さらに望ましくは、切り欠きを設ける部分の辺の長さＬの３０％以上７０％以下である。

また、切り欠きの深さｄは、切り欠きによって残される残余の部分の辺の長さ（Ｌ−Ｗ）／２に対して、２．０倍以下とすることが望ましく、さらに望ましくは、（Ｌ−Ｗ）／２に対して０．１倍以上１．３倍以下である。

以上の説明では、クラッシュボックスを構成する筒状体が矩形の横断面形状を有する場合を例にとったが、例えば８角形等の四角形以外の多角形の横断面形状を有する場合にも、同様に適用できる。その理由は、基本的に，初期のひずみを切り欠きに集中させることにより衝突端側から順次安定した変形挙動を得る効果は、断面の角数によらず同様だからである。加えて、稜線の角度にもよらず効果は得られるため、正多角形である必要もない。

また、筒状体には外部へ向けたフランジが存在してもよいし、あるいは存在しなくてもよい。さらに、筒状体の外壁にはその周方向へ延設されたクラッシュビードが存在してもよい。例えば図７（ａ）に示すように、クラッシュビード２付きの筒状体１の先端に切り欠き部３を設けることによっても、初期荷重を低減することができるとともに筒状体１の先端から軸圧壊を確実に実現することができる。または、図７（ｂ）に示すように、軸方向へ延設されるビード４を有する筒状体１の先端部に切り欠き部３を設けるようにしてもよい。

さらに、筒状体１の横断面形状は正多角形などである必要はなく、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、台形状や凹凸のある形状であってもよい。
切り欠きを設ける位置は、特に限定を要するものではないが、望ましくは、筒状体の横断面内で対称に配置されることが望ましい。非対称の配置により切り欠きが導入された場合には、筒状体が対称に圧壊されずに圧壊途中で折れ曲がり等の大きな崩れを生じる可能性があるためである。

このようにして、本実施の形態により、初期のピーク荷重および荷重振幅が小さく、さらにはこれらに加えて従来と同等以上のエネルギー吸収性能を有する自動車車体の衝撃吸収構造を提供される。

さらに、本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
長辺１２０ｍｍ、短辺７０ｍｍの矩形の横断面形状を有し、軸方向長さが２００ｍｍ、材質が５９０ＭＰａ級、板厚が１．６ｍｍである筒状の部材に、切り欠き部の開口幅４７ｍｍ、切り欠き部の深さを２０ｍｍに統一して、１２０ｍｍの長さの対向する長辺の中央に設けた部材（発明例１）、図７（ｃ）に示すように７０ｍｍ長さの対向する短辺の中央に設けた部材（発明例２）、および４つの角部すなわち稜線に、切り欠き中央が稜線となるように設けた部材（比較例２）を用いて、剛体壁を１５ｋｍ／ｈの等速度で軸方向へ衝突させ、圧壊量１４０ｍｍまでの間の軸圧壊の解析を行った。

解析結果を表２にまとめて示す。なお、表２における比較例１は切り欠きを設けない部材である。

表２に示すように、本発明例１、２はいずれも初期のピーク荷重が低く、１４０ｍｍ圧壊時の吸収エネルギー量（１４０ＥＡ）が大きく、さらに荷重振幅が小さいという、極めて良好な結果を得ることができた。

比較例２は稜線を切り欠いたものであり、初期のピーク荷重、１４０ｍｍ圧壊時の吸収エネルギー量は良好であったが、本発明例１、２に比較して荷重振幅が大きく、吸収エネルギー量が少なかった。

比較例１は、初期のピーク荷重が大きく、不芳であった。

図８（ａ）は比較例３の部材５の構造を示す説明図であり、図８（ｂ）は発明例３の部材６の構造を示す説明図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、一辺の長さ４６ｍｍの正八角形のうち、対向する一組の辺７、８の長さを１５７ｍｍに拡大した扁平な八角形の横断面形状を有し、軸方向長さが２００ｍｍ、材質が５９０Ｍｐａ級、板厚が１．６ｍｍの筒状の部材５（比較例３）と、この部材５にさらに切り欠き部９の開口幅６．９ｍｍ、切り欠き部９の深さを１１．５ｍｍにして、４６ｍｍの長さの対向する短辺１０の中央に設けた部材６（発明例３）とを用いて、剛体壁を１５ｋｍ／ｈの等速度で軸方向へ衝突させ、圧壊量１４０ｍｍまでの間の軸圧壊の解析を行った。解析結果を表３に示す。

表３に示すように、横断面形状が八角形である部材においても、横断面形状が四角形である部材と同様に、本発明により、初期荷重を小さく、吸収エネルギを大きく、さらに荷重振幅を小さくすることができる。

クラッシュボックスの衝突試験における軸方向への変位量Ｄ（ｍｍ）と、荷重Ｌｏａｄ（ｋＮ）又は吸収エネルギー量ＥＡ（ｋＪ）との関係の一例を示すグラフである。 多角形の辺の長さ（ｍｍ）と平均荷重（ｋＮ／ｍｍ）、座屈回数（回）との関係を示すグラフである。 衝突端側の周長比と初期荷重比との関係を示すグラフである。 短辺に切り欠きを設けたケース２と、稜線に切り欠きを設けたケース４とにおける変位と荷重との関係を示すグラフである。 部材の単位質量当たりの吸収エネルギー比と切り欠きの幅との関係を示すグラフである。 切り欠きによって残された衝突端側断面の切り欠きから稜線までの辺の長さ、すなわち短辺の長さをＬとしたときに（Ｌ−Ｗ）／２にて表現される長さに対する切り欠き深さｄの比と、部材の単位質量当たりの吸収エネルギー比との関係を示すグラフである。 図９（ａ）〜図９（ｃ）は本発明の衝撃吸収構造を構成するクラッシュボックスの構造を示す説明図である。 比較例３の部材５の構造を示す説明図であり、図８（ｂ）は発明例３の部材６の構造を示す説明図である。

符号の説明

１ 筒状体
２ クラッシュビード
３ 切り欠き部
４ ビード
５、６ 部材
７、８ 辺
９ 切り欠き部
１０ 短辺

Claims (7)

1. 第１の部材と、軸方向へ向けて延在する複数の稜線部と隣接する稜線部同士を接続する複数の面部とを有することにより略多角形の横断面形状を有するとともに前記第１の部材に取り付けられることによって、前記第１の部材から前記軸方向へ向けて負荷される衝撃荷重により座屈して圧壊することにより衝撃エネルギーを吸収する筒状体からなる第２の部材とを備える自動車車体の衝撃吸収構造であって、
   前記第１の部材と前記第２の部材における前記面部の一部との間には、前記軸方向へ向けた開口が設けられること
   を特徴とする自動車車体の衝撃吸収構造。
2. 前記第１の部材と前記第２の部材における前記面部の一部を除いた残余の部分とは当接するとともに、前記第１の部材と前記第２の部材における前記稜線部の全部とは当接する請求項１に記載された自動車車体の衝撃吸収構造。
3. 前記第２の部材における前記面部に、前記開口を形成するための切り欠き部を有する請求項１又は請求項２に記載された自動車車体の衝撃吸収構造。
4. 前記略多角形は短辺及び長辺を有する矩形形状であり、前記切り欠き部は前記短辺を含む前記面部に設けられる請求項３に記載された自動車車体の衝撃吸収構造。
5. 前記略多角形は短辺、斜辺及び長辺を有する八角形形状であり、前記切り欠き部は前記短辺を含む前記面部に設けられる請求項３に記載された自動車車体の衝撃吸収構造。
6. 前記短辺の長さをＬとし、前記軸方向への前記切り欠き部の長さをｄとするとともに、前記短辺の長さ方向への前記切り欠き部の長さをＷとするとき、下記（１）式及び（２）式を満足する請求項４又は請求項５に記載された自動車車体の衝撃吸収構造。
   Ｌ×０．１≦Ｗ≦Ｌ×０．８ ・・・・・・・（１）
   ｄ／｛（Ｌ−Ｗ）／２｝≦２．０ ・・・・・・・（２）
7. 前記第１の部材がバンパーレインフォースであるとともに前記第２の部材がクラッシュボックスである請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された自動車車体の衝撃吸収構造。

Images