JP2009083686A - 自動車の車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、車両前後方向に延びる車体フレームの先端にクラッシュボックスを設ける自動車の車体構造において、正面からの荷重を受けた場合だけでなく、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、確実にクラッシュボックスを座屈変形させて、衝突エネルギーの吸収性能を確実に発揮させることができる自動車の車体構造を提供することを目的とする。
【解決手段】クラッシュボックス３の断面は、略十字形状の閉断面（略十字ボックス形状）となっており、具体的には、上下左右それぞれの四方に、略矩形の凸部３５，３６，３７，３８が突出するようにして形成しており、各凸部３５，３６，３７，３８の各辺の長さＬは、ほぼ均等となるように設定している。そして、各辺間の角部（３９，４０）のなす角度αも、ほぼ直角（９０°）となるように設定している。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動車の車体構造に関し、特に、車両前後方向に延びる車体フレームの先端にクラッシュボックスを設ける自動車の車体構造に関する。

従来より、車両衝突時の衝突エネルギーを適切に吸収するため、車両前後方向に延びる車体フレーム(フロントサイドフレーム又はリアサイドフレーム)の先端に、車体フレームよりも軸方向（車両前後方向）剛性の低いクラッシュボックスを設けて、衝突初期に座屈変形を生じさせることで、衝突エネルギーを吸収する自動車の車体構造が知られている。

例えば、下記特許文献１では、基本形態を偏平形状の略八角形断面としたクラッシュボックスにおいて、その長辺部に断面内方側に凹んだ溝部を形成することで、クラッシュボックスの断面稜線を増加させて、重量の増加を招くことなく安定して軸方向に座屈させて、所定の衝撃吸収量を確保する衝撃吸収部材が記載されている。

このように、偏平形状の多角形断面のクラッシュボックスに溝部を形成することにより、衝突変形時に、溝部の変形方向と他の部分の変形方向が逆方向となり相殺されるため、クラッシュボックスを的確に軸方向に座屈変形させることができる。
国際公開第２００５／０１０３９８号パンフレット

ところで、車両のフロントサイドフレームにおいては、縦長の長方形断面で形成されることが多いため、例えば、前述の特許文献１のクラッシュボックスをフロントサイドフレームの先端に取付ける場合には、長手方向を縦方向となるように取付け、クラッシュボックスからの荷重をフロントサイドフレームに確実に伝達することが考えられる。

確かに、このように、クラッシュボックスを組み付けると、正面方向からの荷重を受けた場合には、確実にクラッシュボックスに座屈変形を生じさせることができ、衝突エネルギーを吸収することができる。

しかし、車幅方向にオフセットしたオフセット荷重を受けた場合には、クラッシュボックスの側面に凹んだ溝部があることにより、断面係数が小さく横剛性が低くなり、クラッシュボックスが容易に倒れ変形してしまう。

こうして、クラッシュボックスが倒れ変形した場合には、座屈変形による衝突エネルギーの吸収性能を発揮できないおそれがあるため、クラッシュボックスとしての機能を発揮できない可能性がある。

また、衝突荷重の入力角度によって、座屈変形か倒れ変形かが変化してしまうと、クラッシュボックスの衝撃吸収性能も安定しないため、車体フレーム側に伝達される衝突エネルギーも変動することになり、車体設計が困難になるという問題も生じる。

そこで、本発明では、車両前後方向に延びる車体フレームの先端にクラッシュボックスを設ける自動車の車体構造において、正面からの荷重を受けた場合だけでなく、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、確実にクラッシュボックスを座屈変形させて、衝突エネルギーの吸収性能を確実に発揮させることができる自動車の車体構造を提供することを目的とする。

この発明の自動車の車体構造は、車幅方向に延びるように配設したバンパービームと、該バンパービームの車幅方向側端部に先端部が接続される車両前後方向に延びるクラッシュボックスと、該クラッシュボックスの基端部が一方面に接続される取付けプレートとを備え、前記取付けプレートの他方面が車両前後方向に延びる車体フレームの先端部に締結具を介して取り付けられる自動車の車体構造であって、前記クラッシュボックスの断面形状を、略十字の閉断面形状として形成したものである。

上記構成によれば、クラッシュボックスの断面形状が略十字の閉断面形状となっているため、上下方向の縦方向だけでなく、車幅方向の横方向についても断面係数を大きくでき、横方向の剛性を高めることができる。
このため、クラッシュボックスの縦方向、横方向いずれの方向の剛性も高めることができ、例えば、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、倒れ変形するのを防止することができる。

この発明の一実施態様においては、前記取付けプレートの四隅に前記締結具を挿通する締結穴を形成して、該締結穴間に前記クラッシュボックスの略十字閉断面の突出部が位置するように設定したものである。
上記構成によれば、締結具の近傍にクラッシュボックスの突出部が位置することになるため、クラッシュボックスから取付けプレートに伝達される衝突荷重が、確実に締結具に伝達されることになる。
よって、クラッシュボックスによって効率的に衝突エネルギーを受けることが可能となり、クラッシュボックスによる衝突エネルギー吸収性能を高めることができる。

この発明の一実施態様においては、前記クラッシュボックスの略十字閉断面の各辺の長さを略均等に形成したものである。
上記構成によれば、各辺の長さを略均等としたことで、辺の長さによって変化する「つぶれピッチ」を閉断面の全周において、同じにできるため、クラッシュボックスが座屈変形する際の変形モードを、一定のモードに安定させることができる。
よって、衝突荷重の入力角度が変化しても、座屈変形モードを常に一定にすることができ、クラッシュボックスの衝突エネルギーの吸収性能を安定化させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記車体フレームを縦長の長方形断面で形成すると共に、前記クラッシュボックスの略十字閉断面の４つの突出部を車両上下方向及び左右方向に延びるように形成して、該突出部のうち上方の突出部の上端壁を前記車体フレームの上壁と正面視で略一致するように設定して、該突出部のうち下方の突出部の下端壁を前記車体フレームの下壁と正面視で略一致するように設定したものである。
上記構成によれば、クラッシュボックスの略十字閉断面の上方の突出部の上端壁が車体フレームの上壁と略一致して、略十字閉断面の下方の突出部の下端壁が車体フレームの下壁と略一致することになるため、正面視において、略十字閉断面のクラッシュボックスは、縦長の長方形断面の車体フレームと、上方の突出部、下方の突出部で重合すると共に、左右方向の２つの突出部とも重合することになる。
このため、衝突荷重を受けた際に、クラッシュボックスの基部側が確実に車体フレームで支持されることになるため、クラッシュボックスに確実に座屈変形を生じさせることができ、クラッシュボックスで衝突エネルギーを吸収させることができる。
よって、略十字閉断面のクラッシュボックスであっても、縦長の長方形断面の車体フレームの先端で確実に衝突エネルギーを吸収させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記車体フレームを縦長の長方形断面で形成すると共に、前記クラッシュボックスの略十字閉断面の４つの突出部をそれぞれ車両上下方向に傾斜して延びるように形成して、各突出部の上下方向中央位置の側壁をそれぞれ正面視で車体フレームの側壁と交差するように設定したものである。
上記構成によれば、クラッシュボックスの略十字閉断面の４つの突出部が斜め方向に延びることで、クラッシュボックスの閉断面が「略Ｘ字」閉断面として位置することになり、この４つの突出部の上下方向中央位置の側壁が、それぞれ正面視で縦長の長方形断面の車体フレームの側壁と交差することになる。
このため、衝突荷重を受けた際には、クラッシュボックスの基部側が確実に車体フレームで支持されることになるため、クラッシュボックスに確実に座屈変形を生じさせることができ、クラッシュボックスで衝突エネルギーを吸収させることができる。
よって、略Ｘ字閉断面のクラッシュボックスであっても、縦長の長方形断面の車体フレームの先端で確実に衝突エネルギーを吸収させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記クラッシュボックスの略十字閉断面の突出部の断面幅を、外周端部側よりも基端部側を広く形成したものである。
上記構成によれば、突出部の断面幅が外周端部側よりも基端部側の方が広いため、正面視において、クラッシュボックスの外周側に広いスペース空間を確保しつつ、内周側で閉断面領域を増やすことができる。
よって、突出部間に締結具を位置するように設定した場合であっても、締結具の作業工具の作業スペースを充分に確保することで締結作業を容易にして、クラッシュボックスの断面積を大きくすることで、断面係数を大きくして、クラッシュボックスの折れ曲り剛性を高めることができる。

この発明の一実施態様においては、前記クラッシュボックスを、複数の部材の壁面を重ね合わせてスポット溶接することにより形成するものであって、前記重ね合わせる壁面を、前記略十字閉断面の突出部の外端壁に設定したものである。
上記構成によれば、溶接ポイントである重ね合わせる壁面を略十字閉断面の突出部の外端壁に設定したことで、略十字閉断面内で最も空間長さの長い対向する２つの突出部の内部空間を有効に利用して、容易に、スポットガン等を差込んでスポット溶接することができる。
よって、クラッシュボックスの溶接作業性を、略十字閉断面の内部空間を有効に利用して、高めることができる。

この発明の一実施態様においては、前記クラッシュボックスの左右方向に延びる突出部に、正面視で略一致するように、前記車体フレームに左右方向に延びる補強部材を設けたものである。
上記構成によれば、縦長の長方形断面の車体フレームに左右方向に延びる補強部材を設けることで、正面視において、クラッシュボックスの略十字閉断面と略一致するように、車体フレームと補強部材とで略十字形状を形成することになる。

このため、衝突荷重を受けた際には、クラッシュボックスの基部が全て支持されるため、クラッシュボックス全周で確実に座屈変形を生じさせることができ、衝突エネルギーを吸収させることができる。

よって、略十字閉断面のクラッシュボックスの全周で、均等に衝突エネルギーを吸収させることができる。

この発明の一実施態様においては、前記補強部材が、車体フレーム側面に取付けられるフレーム取付け面部と、前記取付けプレートの他方面に取付けられるプレート取付け面部と、該フレーム取付け面部及び該プレート取付け面部を車両前後方向に延びて橋渡す梁部とを備え、該梁部の車幅方向幅を車体フレームの先端側から遠ざかるほど小さくなるように形成したものである。
上記構成によれば、フレーム取付け面部とプレート取付け面部を車両前後方向に延びる梁部で橋渡すことで、衝突荷重を受けた際に、梁部が「突っ張り力」を発揮するため、補強部材によるにクラッシュボックスの支持剛性を、さらに高めることができる。
また、この梁部が、車体フレームの先端側から遠ざかるほど小さくなるため、例えば、車体フレームの側方に車載部材を配設する場合であっても、この梁部が邪魔になるのを回避することができる。
よって、補強部材によるクラッシュボックスの支持剛性を高めることができると共に、車体フレーム側方のレイアウトスペースを確保することができる。

この発明によれば、クラッシュボックスの縦方向、横方向いずれの方向の剛性も高めることができ、例えば、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、屈曲変形するのを防止することができる。
よって、車両前後方向に延びる車体フレームの先端にクラッシュボックスを設ける自動車の車体構造において、正面からの荷重を受けた場合だけでなく、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、確実にクラッシュボックスを座屈変形させて、衝突エネルギーの吸収性能を確実に発揮させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。

まず、図１〜図４により、本実施形態の自動車の車体構造について説明する。図１は本実施形態を採用した車両前部の車体構造の分解斜視図、図２は本実施形態のクラッシュボックスの全体斜視図、図３は車体右側のクラッシュボックスとフロントサイドフレームの位置関係を示した詳細正面図、図４はフロントサイドフレームに設けた補強ブラケットを示した斜視図である。

車両前部の車体構造は、図１に示すように、左右一対で車両前後方向に延びるフロントサイドフレーム１，１と、その車両前方側で車幅方向に延びるバンパービーム２と、そのバンパービーム２の車幅方向側端部の後方で車両前後方向に延びるクラッシュボックス３，３と、このクラッシュボックス３，３をフロントサイドフレームに締結固定するセットプレート４，４とを備える。

フロントサイドフレーム１，１は、左右それぞれ車幅方向に離間するように設置しており、車幅方向内方側に設置した断面ハット状のインナメンバー１１と、車幅方向外方側に設置したプレート状のアウターメンバー１２と備え、両者を上下位置の接合フランジ１３，１４で接合することで、縦長の長方形断面の閉断面を形成するように構成している。

また、フロントサイドフレーム１，１の前端部には補強ブラケット１５を２つずつ設けている。

バンパービーム２は、左右のフロントサイドフレーム１，１間を連結するように、車幅方向に延びており、帯状に延びるビームプレート２１と、車幅方向に断面ハット状に延びるビームメンバー２２とを備え、両者を上下位置の接合フランジ２３，２４で接合することで車幅方向に延びる閉断面を形成するように構成している。

クラッシュボックス３は、フロントサイドフレーム１，１に対応して、左右一対に設けており、それぞれを中央を一部突出させた略門形断面の金属製の折り曲げ部材３１，３２を、２つ組み合わせて接合することで構成している。このクラッシュボックス３の詳細構造については、別途後述する。

セットプレート４は、略正方形の金属製のプレート部材で形成しており、周囲４隅には、ボルトＢ・ナットＮを挿通してフロントサイドフレーム１，１の前端に締結固定する締結穴４１を穿設している。また、セットプレート４の前面では、後述するようにクラッシュボックス３の基端部（後端部）を接合固定するようにしている。

なお、フロントサイドフレーム１，１の前端部には、このセットプレート４に対応するように略正方形の固定プレート５，５を接合しており、この固定プレート５に対して、セットプレート４をボルトＢ・ナットＮを介して締結固定することで、クラッシュボックス３をフロントサイドフレーム１の前端部に締結固定するように構成している。

前述のクラッシュボックス３は、図２に示すように、２つの折り曲げ部材３１，３２を、車幅方向からそれぞれ組み合わせて、上端壁３３の重ね合わせ部３３ａと下端壁３４の重ね合わせ部３４ａをそれぞれ上下方向からスポット溶接することで構成している。

このように、クラッシュボックス３を構成することで、クラッシュボックス３の断面は、略十字形状の閉断面（略十字ボックス形状）となっており（図３参照）、具体的には、以下のように設定している。

この十字断面は、上下左右それぞれの四方に、略矩形の凸部３５，３６，３７，３８が突出するようにして形成しており、各凸部３５，３６，３７，３８の各辺の長さＬは、ほぼ均等となるように設定している。そして、各辺間の角部（３９，４０）のなす角度αも、ほぼ直角（９０°）となるように設定している。

そして、各辺の間の稜線３９，４０は、谷折れ稜線３９が内側位置で４つ、山折れ稜線４０が外側位置で８つとなるように設定しており、それぞれ上下方向及び左右方向に対称位置に設定している。

また、図２に示すように、クラッシュボックス３の全長Ｄは、衝突荷重を受けた際に、クラッシュボックス３が充分に衝突エネルギーを吸収するように、所定長さ以上に設定している。

さらに、図３に示すように、クラッシュボックス３の板厚Ｃｔは、フロントサイドフレーム１，１の板厚Ｆｔよりも薄く成形しており、車両前方から衝突荷重が受けた際には、フロントサイドフレーム１，１よりもクラッシュボックス３が先に座屈変形するように構成している。

なお、図２に示すように、クラッシュボックス３の基端部３ａは、前述のセットプレート４の前面側に全周をすみ肉溶接Ｗすることによって強固に接合している。

また、図３に示すように、クラッシュボックス３の上側凸部３５の上端壁３３は、正面視でフロントサイドフレーム１の上壁１ａと略一致するように設定するとともに、クラッシュボックス３の下側凸部３６の下端壁３４は、正面視でフロントサイドフレーム１の下壁１ｂと略一致するように設定している。

そして、クラッシュボックス３の左側凸部３７の側部壁３７ａ，３７ｂは、正面視でフロントサイドフレーム１，１の左側壁１ｃと交差するように設定して、クラッシュボックス３の右側凸部３８の側部壁３８ａ，３８ｂは、正面視でフロントサイドフレーム１，１の右側壁１ｄと交差するように設定している。

また、フロントサイドフレーム１の左側壁１ｃと右側壁１ｄには、このクラッシュボックス３の左側凸部３７と右側凸部３８に対応するように、前述の補強ブラケット１５，１５を設けている。

具体的には、図４に示すように、フロントサイドフレーム１の左側壁１ｃと右側壁１ｄ（図４では左側のみ）の前端部に、車両前後方向に延びる補強ブラケット１５を設けている。

この補強ブラケット１５は、セットプレート４側に接合されるプレート接合フランジ１５ａと、フロントサイドフレーム１側に接合されるフレーム接合フランジ１５ｂと、両接合フランジ１５ａ、１５ｂを車両前後方向に延びて橋渡すように連結する三角形状の連結梁部１５ｃ、１５ｄと、を備えて構成している。

この補強ブラケット１５が存在することで、衝突荷重を受けた際には、クラッシュボックス３の左側凸部３７と右側凸部３８（図３参照）から伝達される荷重を、セットプレート４からフロントサイドフレーム１に伝達して、確実に支持することができる。

また、図３に示すように、クラッシュボックス３の左側凸部３７と右側凸部３８は、基端部側の幅Ｑ１よりも外端部側の幅Ｑ２を小さくなるように設定している。

これにより、クラッシュボックス３の外周側の空間スペースＳを大きくすることができ、フロントサイドフレーム１にクラッシュボックス３等を締結する際に、インパクトレンチ（図示せず）を、クラッシュボックス３の凸部３５，３６，３７，３８間に差込むことが容易になる。
一方、凸部３７，３８の基端部側では、幅Ｑ１を大きくしていることで、クラッシュボックス３の断面係数を大きくでき、クラッシュボックス３の倒れ方向の剛性を高めることができる。

また、クラッシュボックス３の前端部３ｂには、複数の「切欠き溝」５１，５２，５３を形成している。
具体的には、図２、図３に示すように、左側凸部３７と右側凸部３８の外端壁３７ｃ、３８ｃの上下方向中央位置に、上下方向に延びる中央切欠き溝５１，５１を形成して、上側凸部３５の側壁３５ａ、３５ｂと下側凸部３６の側壁３６ａ，３６ｂには、上下方向中央位置から内折れ稜線３９を挟んで右側凸部３８と左側凸部３７の基部まで切欠いた上部切欠き溝５２と下部切欠き溝５３を形成している。

これら切欠き溝５１，５２，５３は、後述するように、クラッシュボックス３の座屈変形の際に、座屈変形を確実に生じさせる「きっかけ」となる。

なお、具体的には、図示しないが、この前端部３ｂとバンパービーム２の接合固定も切欠き溝５１，５２，５３でない部分を利用して、すみ肉溶接によって溶接固定している。

次に、このクラッシュボックス３の変形挙動について、図５〜図８により説明する。図５はクラッシュボックスの十字状断面の変形状態を説明する模式図、図６はクラッシュボックスの変形状態を示した斜視図、図７は荷重入力方向を異ならせた場合のクラッシュボックスの変形状態の違いを示した平面図、図８は荷重入力方向を異ならせた場合のクラッシュボックスの「荷重−変形量」の特性を示した荷重線図である。

図５に示すように、クラッシュボックス３が衝突荷重を受けた場合には、クラッシュボックス３は、左側に示した基本の断面形状の「正十字形状」ＢＦから、２種類の変形パターンＴ１，Ｔ２を交互に発生させながら座屈変形を行う。
発生する２種類の変形パターンは、右側の上段に示す「第一変形パターン」Ｔ１と右側の下段に示す「第二変形パターン」Ｔ２である。

第一変形パターンＴ１では、上側凸部３５と下側凸部３６がそれぞれ上下方向に引っ張られるように変形すると共に、右側凸部３８の上下位置の側部壁３８ａ、３８ｂと、左側凸部３７の上下位置の側部壁３７ａ、３７ｂも、それぞれ上下方向に引っ張られるように変形する。

これは、前述した切欠き溝５１，５２，５３の「きっかけ」によって各壁面が口開き方向に変形することによって生じる変形パターンであり、この変形パターンによって、クラッシュボックス３は、車両前後方向（軸方向）に変形する。

一方、第二変形パターンＴ２では、逆に、右側凸部３８と左側凸部３７がそれぞれ左右方向（水平方向）に引っ張られるように変形すると共に、上側凸部３５の左右の側部壁３５ａ、３５ｂと下側凸部３６の左右の側部壁３６ａ、３６ｂも、それぞれ左右方向に引っ張られるように変形する。

これは、金属が座屈変形する際に逆方向に変形しようとする挙動を利用した変形パターンであり、この変形パターンによって、クラッシュボックス３は、折り畳まれるように、さらに車両前後方向（軸方向）に変形する。

このように、２種類の変形パターンＴ１、Ｔ２が交互に発生することによって、クラッシュボックス３は、確実に車両前後方向に座屈変形する。
具体的には、図６に示すように、クラッシュボックス３の前端部３ｂから順次、後方側（３ａ）に向って第一変形パターンＴ１と第二変形パターンＴ２を交互に発生させながら、繰り返して座屈変形していくことで、クラッシュボックス３を軸圧縮させて、衝突エネルギーを吸収していく。

このように、座屈変形を生じさせることにより、２種類の変形パターンＴ１、Ｔ２が交互に発生し、変形パターンの中心軸が２つの変形パターンＴ１、Ｔ２の間で「ぶれない」ため、クラッシュボックス３を長い距離を安定して座屈させることができる。

特に、本実施形態では、前述したように各凸部３５，３６，３７，３８の各辺の長さをほぼ均等になるように設定しているため、変形のピッチ（第一変形パターンＴ１と第二変形パターンＴ２の一サイクル長）の長さも、常時一定にでき、座屈変形を安定化させることができる。

また、各辺間の角部（３９，４０）の角度αも、ほぼ直角に設定しているため、各角部（稜線）３９，４０を境に、各辺の「出っ張り」変形と「引っ込み」変形が確実に切り換わって発生し、第一変形パターンＴ１と第二変形パターンＴ２の変形サイクルを確実に繰り返させることができる。

図７では、このように座屈変形するクラッシュボックス３における、荷重入力方向の違いによる変形状態の違いについて説明する。（ａ）が変形前のクラッシュボックスの平面図、（ｂ）が正面衝突時におけるクラッシュボックスの変形状態を示す平面図、（ｃ）がオフセット衝突時におけるクラッシュボックスの変形状態を示す平面図である。

（ｂ）に示すように、正面衝突時においては、クラッシュボックス３は、前述したように、十字状断面の閉断面が繰り返し座屈変形をしていき、そのまま、車両前後方向（軸方向）に軸圧縮する。これにより、クラッシュボックス３は、車両衝突時の衝突エネルギーを吸収する。

一方、（ｃ）に示すように、オフセット衝突時においては、クラッシュボックス３は、その先端面３ｃをやや側方に傾けながら変形する。

もっとも、このクラッシュボックス３では、左側凸部３７と右側凸部３８が存在することにより、車幅方向（左右方向）の断面係数が大きくなっていることから、倒れ方向の剛性が高まり、クラッシュボックス３に、倒れ変形は生じておらず、辛うじて、先端部３ｂから座屈変形を生じさせることができる。

すなわち、クラッシュボックス３の断面を「十字状の閉断面」としていることで、オフセット衝突時においても、クラッシュボックス３の衝突エネルギー吸収性能を得られるのである。

よって、本実施形態のクラッシュボックス３は、正面衝突時のみならず、オフセット衝突時においても、座屈変形が生じて、車両衝突時の衝突エネルギーを吸収することができる。

なお、上下方向のオフセット荷重が作用した場合においても、同様に、上側凸部３５と下側凸部３６が存在することにより、クラッシュボックス３の上下方向の倒れ剛性が高まり、クラッシュボックス３の倒れ変形を防止することができる。

図８は、こうしたクラッシュボックスの変形時における荷重発生状態を示している。実線で示すラインＬｃが正面衝突の荷重ラインで、破線で示すラインＬｏがオフセット衝突の荷重ラインである。

オフセット衝突の荷重ラインＬｏは、正面衝突の荷重ラインＬｃに対して、変形量が少ない衝突初期の範囲では、荷重値が低いものの、変形量が増加する衝突中期から衝突後期にかけては、ほぼ同じ荷重値を発生している。

このことからも、このクラッシュボックスが、正面衝突のみならず、オフセット衝突においても、高い衝突エネルギー吸収性能を発揮することが分かる。

図９は、オフセット衝突時における車両前部の車体構造の変形状態を示した平面図である。（ａ）が変形前の車体構造であり、（ｂ）が変形後の車体構造である。

この図からも分かるように、車両前方の左側から被衝突物Ｚが衝突してくると（（ａ）参照）、オフセット衝突が生じて、車両前端のバンパービーム２は、車幅方向左側が大きく後退するように変形する（（ｂ）参照）。

このとき、左側のクラッシュボックス３が、前述のように座屈変形するため、その後方に位置する左側のフロントサイドフレーム１には、衝突エネルギーが作用せず、さほど大きな変形が生じない。

よって、この実施形態の車体構造によると、オフセット衝突であっても、クラッシュボックス３の衝突エネルギー吸収性能が発揮されて、車体の衝突性能を高めることができる。

次に、このように構成された本実施形態の作用効果について説明する。
この実施形態の車体構造は、車幅方向に延びるように配設したバンパービーム２と、このバンパービーム２の車幅方向側端部に前端部が接続される車両前後方向に延びるクラッシュボックス３と、このクラッシュボックス３の基端部が接続されるセットプレート４とを備え、このセットプレート４が車両前後方向に延びるフロントサイドフレーム１，１の前端部にボルトＢ・ナットＮを介して取り付けられる車体構造であって、クラッシュボックス３の断面形状を、略十字状の閉断面形状で形成している。

これにより、上下方向の縦方向だけでなく、車幅方向の横方向についてもクラッシュボックス３の断面係数を大きくでき、倒れ方向の剛性を高めることができる。
このため、クラッシュボックス３の縦方向、横方向いずれの方向の剛性も高めることができ、例えば、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、倒れ変形するのを防止することができる。

よって、車両前後方向に延びるフロントサイドフレーム１，１の先端にクラッシュボックス３、３を設けた自動車の車体構造において、正面方向からの荷重を受けた場合だけでなく、車幅方向のオフセット荷重を受けた場合であっても、確実にクラッシュボックス３を座屈変形させて、衝突エネルギーの吸収性能を確実に発揮させることができる。

また、この実施形態では、セットプレート４の四隅にボルトＢ・ナットＮを挿通する締結穴４１を形成して、この締結穴４１間に、クラッシュボックス３の略十字閉断面の各凸部３５，３６，３７，３８が位置するように設定している。
これにより、ボルトＢ・ナットＮの近傍にクラッシュボックス３の各凸部３５，３６，３７，３８が位置することになるため、クラッシュボックス３からセットプレート４に伝達される衝突荷重が、確実にボルトＢ・ナットＮに伝達されることになる。
よって、クラッシュボックス３によって、効率的に衝突エネルギーを受けることが可能となり、クラッシュボックス３による衝突エネルギー吸収性能を高めることができる。

また、この実施形態では、クラッシュボックス３の略十字閉断面の各凸部３５，３６，３７，３８の各辺の長さＬを略均等に形成している。
これにより、辺の長さによって変化する「つぶれピッチ」を閉断面の全周において同じにできるため、クラッシュボックス３が座屈変形する際の変形モードを一定のモードに安定させることができる。
よって、衝突荷重の入力角度が変化しても、座屈変形モードを常に一定にすることができ、クラッシュボックス３の衝突エネルギーの吸収性能を安定化させることができる。

また、この実施形態では、クラッシュボックス３の略十字閉断面の４つの凸部３５，３６，３７，３８を車両上下方向及び左右方向に延びるように形成して、このうち、上側凸部３５の上端壁３３を、フロントサイドフレーム１の上壁１ａと正面視で略一致するように設定して、下側凸部３６の下端壁３４を、フロントサイドフレーム１の下壁１ｂと正面視で略一致するように設定している。
これにより、正面視において、略十字閉断面のクラッシュボックス３が、縦長長方形断面のフロントサイドフレーム１と、上側凸部３５と下側凸部３６で重合すると共に、左側凸部３７と右側凸部３８の側部壁３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂとも交差することになる。
このため、衝突荷重を受けた際に、クラッシュボックス３の基端部３ａ側が確実にフロントサイドフレーム１に支持されることになり、クラッシュボックス３に座屈変形を生じさせることができ、クラッシュボックス３で衝突エネルギーを吸収することができる。
よって、略十字閉断面のクラッシュボックス３であっても、縦長長方形断面のフロントサイドフレーム１の先端で確実に衝突エネルギーを吸収させることができる。

特に、本実施形態では、クラッシュボックス３の左側凸部３７と右側凸部３８に、正面視で略一致するように、フロントサイドフレーム１の前端部に補強ブラケット１５，１５を設けている。
これにより、衝突荷重を受けた際には、クラッシュボックス３の基端部３ａが全て支持されて、クラッシュボックス３全周で確実に座屈変形を生じさせることができ、衝突エネルギーを吸収させることができる。
よって、略十字閉断面のクラッシュボックス３の全周で、確実に衝突エネルギーを吸収させることができる。

さらに、本実施形態では、この補強ブラケット１５を、プレート接合フランジ１５ａとフレーム接合フランジ１５ｂと両接合フランジを連結する三角形状の連結梁部１５ｃ、１５ｄとからなるブラケット部材で構成している。
これにより、衝突荷重を受けた際に、連結梁部１５ｃ、１５ｄが「突っ張り力」を発揮して、補強ブラケット１５で、確実にクラッシュボックス３の支持剛性をさらに高めることができる。
また、三角形状の連結梁部１５ｃ、１５ｄが、フロントサイドフレーム１，１の前端側から遠ざかるほど小さくなるため、例えば、フロントサイドフレーム１，１の側方にシュラウドパネル等（図示せず）を配設する場合であっても、この連結梁部１５ｃ、１５ｄが邪魔になるのを回避することができる。
よって、補強ブラケット１５によって、さらにクラッシュボックス３の支持剛性を高めることができると共に、フロントサイドフレーム１側方のレイアウトスペースを確保することができる。

なお、この実施形態では、この補強ブラケット１５を、三角形状の連結梁部１５ｃ、１５ｄを備える構造としたが、必ずしもこの形状に限定されず、例えば、断面Ｌ字状のブラケット部材で構成してもよいし、また、セットプレート４の裏面にクラッシュボックス３の十字形状に略一致した補強プレート等を接着して、構成してもよい。

また、この実施形態では、クラッシュボックス３の右側凸部３８と左側凸部３７の断面幅を、外端部側（Ｑ２）よりも基端部側（Ｑ１）を広く形成している。
これにより、凸部３５，３６，３７，３８間でボルトＢ・ナットＮの締結作業をする際に、ボルト・ナットの締結工具（図示せず）の作業スペースを充分に確保することができる。
また、右側凸部３８と左側凸部３７の基端部側（Ｑ１）の断面を大きくできるため、クラッシュボックス３の倒れ方向の剛性を高めることができる。
よって、クラッシュボックス３の締結作業を容易に行なうことができ、また、クラッシュボックス３の倒れ変形を防止することができる。

また、この実施形態では、クラッシュボックス３を、２つの折り曲げ部材３１，３２を重ね合わせてスポット溶接するものであって、上側凸部３５の上端壁３３の重ね合わせ部３３ａと、下側凸部３６の下部壁３４の重ね合わせ部３４ａでスポット溶接を行うようにしている。
これにより、スポットガン（図示せず）を上側凸部３５と下側凸部３６の内部空間に差込んで、スポット溶接を行なうことができるため、十字閉断面内で最も空間長さの長い位置を利用して、容易に溶接作業を行なうことができる。
よって、クラッシュボックス３の溶接作業性を、より高めることができる。

次に、図１０で、第二実施形態のクラッシュボックス１０３について説明する。図１０は、第二実施形態のクラッシュボックスの斜視図である。なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

このクラッシュボックス１０３では、第一実施形態のクラッシュボックス３と、座屈変形の「きっかけ」を発生させる形状が異なり、「切欠き溝」（５１，５２，５３）の代わりに、前端部１０３ｂの側壁において、上下方向に延びる「谷折れビード」（１５１，１５２，１５３）を設けている。

具体的には、上側凸部３５の両側の側壁３５ａ、３５ｂに上部谷折れビード１５１を形成して、下側凸部３６の両側の側壁３６ａ、３６ｂに下部谷折れビード１５２を形成して、さらに、右側凸部３８の右端壁３８ｃと左側凸部３７の左端壁３７ｃに中央谷折れビード１５３を形成している。

このように、各側壁面に谷折れビード１５１，１５２，１５３を設けることにより、このクラッシュボックス３においても、衝突荷重を受けた際には、前端部１０３ｂから前述の第一変形モードＴ１が発生する。これは、車両前方からの圧縮荷重を受けることで、谷折れビード１５１，１５２，１５３を設けた部分がクラッシュボックス３の内側に折れ曲がろうとする性質を利用して、谷折れビードを設けていない部分が、逆に外側に押し出されるように変形することで生じる。

よって、この実施形態においても、衝突荷重が作用した際には、第一変形モードＴ１と第二変形モードＴ２が繰返し発生して、クラッシュボックス３に座屈変形を生じることができる。

特に、本実施形態のように、谷折れビード１５１，１５２，１５３で座屈変形の「きっかけ」を生じさせることで、切欠き溝の場合より、変形の方向性が規定されるため、より座屈変形の信頼性を高めることができる。

また、バンパービーム２との接合においても、クラッシュボックス３の先端部分の全周を、先端形状を何ら考慮することなく、すみ肉溶接で溶接すればよいため、溶接作業性も高めることができる。

よって、本実施形態によると、さらに座屈変形の確実性を高めることができ、クラッシュボックス３の溶接作業性を高めることができる。

次に、図１１で、第三実施形態のクラッシュボックス２０３について説明する。図１１は、クラッシュボックスとフロントサイドフレームの位置関係を示した正面図である。なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。

このクラッシュボックス２０３では、略十字形状の閉断面の凸部２３５，２３６，２３７，２３８の位置を、それぞれ上下方向に約４５度傾斜するように設定して、「略Ｘ字」形状となるように構成している。

そして、このようにクラッシュボックス２０３を設定するで、フロントサイドフレーム１との位置関係も、第一実施形態と異なり、フロントサイドフレーム１の左右の側壁１ｃ，１ｄに、クラッシュボックス２０３の各凸部２３５，２３６，２３７，２３８が、それぞれ交差するように設定される。具体的には、フロントサイドフレーム１の側壁１ｃ，１ｄに対して、各凸部２３５，２３６，２３７，２３８の上下方向中央側の側壁部２３５ａ，２３６ａ，２３７ａ，２３８ａと外壁部２３５ｂ，２３６ｂ，２３７ｂ，２３８ｂがそれぞれ交差するように設定されている。

このように、クラッシュボックス２０３を設定することより、本実施形態では、衝突荷重を受けた際、フロントサイドフレーム１に対して、クラッシュボックス２０３を確実に引っ掛けることができる。

すなわち、長方形断面のフロントサイドフレーム１に対して、「略Ｘ字状」にクラッシュボックス２０３を位置させることで、フロントサイドフレーム１の上壁１ａや下壁１ｂの位置を考慮することなく、確実に４つの凸部２３５，２３６，２３７，２３８全てを、フロントサイドフレーム１に引っ掛けることができるのである。

このため、クラッシュボックス２０３自体の大きさも、第一実施形態のクラッシュボックス３よりも小さなものにすることができ、クラッシュボックス２０３の重量も軽減できる。

なお、衝突荷重を受けた際の座屈変形については、第一実施形態と同様の座屈変形が生じ、正面衝突のみならず、オフセット衝突の際にも、確実に座屈変形が生じ、高い衝突エネルギーの吸収性能を得ることができる。

以上のように、この実施形態では、クラッシュボックス２０３の略十字閉断面の４つの凸部２３５，２３６，２３７，２３８をそれぞれ車両上下方向に傾斜して延びるように設定して、各凸部２３５，２３６，２３７，２３８の上下方向中央側の側壁部２３５ａ，２３６ａ，２３７ａ，２３８ａが、それぞれ正面視でフロントサイドフレーム１の側壁１ｃ，１ｄと交差するように設定している。
このため、衝突荷重を受けた際には、クラッシュボックス２０３の基端部側が確実にフロントサイドフレーム１に支持されることになるため、クラッシュボックス２０３を確実に座屈変形させることができ、クラッシュボックス２０３で衝突エネルギーを吸収させることができる。
よって、略Ｘ字閉断面のクラッシュボックス２０３であっても、縦長の長方形断面のフロントサイドフレーム１の先端で、確実に衝突エネルギーを吸収させることができる。

特に、クラッシュボックス２０３自体を小さなもので構成した場合でも、衝突荷重をフロントサイドフレーム１に確実に伝達することができるため、クラッシュボックス２０３の重量を第一実施形態のものよりも軽量化することができ、車体重量を軽減できるという効果を奏する。

以上、この発明の構成と前述の実施形態との対応において、
この発明の取付けプレートは、実施形態のセットプレート４に対応し、
以下、同様に、
車体フレームは、フロントサイドフレーム１に対応し、
締結具は、ボルトＢ・ナットＮに対応し、
突出部は、凸部３５，３６，３７，３８，２３５，２３６，２３７，２３８に対応し、
補強部材は、補強ブラケット１５に対応するも、
この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる自動車の車体構造に適用する実施形態を含むものである。
実施形態では、フロントサイドフレーム１の前端部に取付けるクラッシュボックス３を前提に説明したが、リアサイドフレームの後端部に取付けるクラッシュボックスで、同様の構成を採用してもよい。

また、クラッシュボックスとバンパービームとの固定構造についても、実施形態では、直接溶接固定するもので説明したが、例えば、セットプレートをクラッシュボックスの前端部に設けて、このセットプレートとバンパービームとを締結固定するようにしてもよい。

本実施形態を採用した車両前部の車体構造の分解斜視図。 本実施形態のクラッシュボックスの全体斜視図。 車体右側のクラッシュボックスとフロントサイドフレームの位置関係を示した詳細正面図。 フロントサイドフレームに設けた補強ブラケットを示した斜視図。 クラッシュボックスの十字状断面の変形状態を説明する模式図。 クラッシュボックスの変形状態を示した斜視図。 荷重入力方向を異ならせた場合のクラッシュボックスの変形状態の違いを示した平面図、（ａ）が変形前のクラッシュボックス、（ｂ）が正面衝突時におけるクラッシュボックスの変形状態、（ｃ）がオフセット衝突時におけるクラッシュボックスの変形状態。 荷重入力方向を異ならせた場合のクラッシュボックスの「荷重−変形量」の特性を示した荷重線図。 オフセット衝突時における車両前部の車体構造の変形状態を示した平面図、（ａ）が変形前の車体構造、（ｂ）が変形後の車体構造。 第二実施形態のクラッシュボックスの斜視図。 クラッシュボックスとフロントサイドフレームの位置関係を示した正面図。

符号の説明

１…フロントサイドフレーム
２…バンパービーム
３，１０３，２０３…クラッシュボックス
４…セットプレート
１５…補強ブラケット
３１…折り曲げ部材
３２…折り曲げ部材
３５…上側凸部
３６…下側凸部
３７…左側凸部
３８…右側凸部

Claims (9)

1. 車幅方向に延びるように配設したバンパービームと、
   該バンパービームの車幅方向側端部に先端部が接続される車両前後方向に延びるクラッシュボックスと、
   該クラッシュボックスの基端部が一方面に接続される取付けプレートとを備え、
   前記取付けプレートの他方面が車両前後方向に延びる車体フレームの先端部に締結具を介して取り付けられる自動車の車体構造であって、
   前記クラッシュボックスの断面形状を、略十字の閉断面形状として形成した
   自動車の車体構造。
2. 前記取付けプレートの四隅に前記締結具を挿通する締結穴を形成して、
   該締結穴間に前記クラッシュボックスの略十字閉断面の突出部が位置するように設定した
   請求項１記載の自動車の車体構造。
3. 前記クラッシュボックスの略十字閉断面の各辺の長さを略均等に形成した
   請求項１又は２記載の自動車の車体構造。
4. 前記車体フレームを縦長の長方形断面で形成すると共に、
   前記クラッシュボックスの略十字閉断面の４つの突出部を車両上下方向及び左右方向に延びるように形成して、
   該突出部のうち上方の突出部の上端壁を前記車体フレームの上壁と正面視で略一致するように設定して、
   該突出部のうち下方の突出部の下端壁を前記車体フレームの下壁と正面視で略一致するように設定した
   請求項１〜３いずれか記載の自動車の車体構造。
5. 前記車体フレームを縦長の長方形断面で形成すると共に、
   前記クラッシュボックスの略十字閉断面の４つの突出部をそれぞれ車両上下方向に傾斜して延びるように形成して、
   各突出部の上下方向中央位置の側壁をそれぞれ正面視で車体フレームの側壁と交差するように設定した
   請求項１〜３いずれか記載の自動車の車体構造。
6. 前記クラッシュボックスの略十字閉断面の突出部の断面幅を、外周端部側よりも基端部側を広く形成した
   請求項２〜５いずれか記載の自動車の車体構造。
7. 前記クラッシュボックスを、複数の部材の壁面を重ね合わせてスポット溶接することにより形成するものであって、
   前記重ね合わせる壁面を、前記略十字閉断面の突出部の外端壁に設定した
   請求項１〜６いずれか記載の自動車の車体構造。
8. 前記クラッシュボックスの左右方向に延びる突出部に、正面視で略一致するように、前記車体フレームに左右方向に延びる補強部材を設けた
   請求項４記載の自動車の車体構造。
9. 前記補強部材が、車体フレーム側面に取付けられるフレーム取付け面部と、
   前記取付けプレートの他方面に取付けられるプレート取付け面部と、
   該フレーム取付け面部及び該プレート取付け面部を車両前後方向に延びて橋渡す梁部とを備え、
   該梁部の車幅方向幅を車体フレームの先端側から遠ざかるほど小さくなるように形成した
   請求項８記載の自動車の車体構造。

Images