JP2009179139A - 車体前部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】短いストロークで効果的に衝撃を吸収することができ、且つ衝撃吸収特性の調整が容易な車体前部構造を提供すること。
【解決手段】車両の前部において車幅方向に延在するクロス部材（３５）と、前記車幅方向に延在し、前記クロス部材の前側に取り付けられた中空のセーフティフレーム（４０）とを有し、前記セーフティフレームは互いに対向する上壁（４１）及び下壁（４２）と、前記上壁及び下壁に一体に接続されて閉じた前端部を形成する前壁（４３）とを有し、前記上壁及び下壁の後端側にて前記クロス部材に取り付けられ、前記セーフティフレームの前端から所定の距離離間して前記上壁及び下壁のそれぞれに補強プレート（５１、５２）が取着されていることを特徴とする車体前部構造を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車体前部構造に関し、特に、短いストロークで良好な衝撃吸収性を発揮し得る車体前部構造に関する。

走行中の車両と歩行者の脚部とが衝突した際に、歩行者脚部に加わる衝撃を緩和するため、車両の前部には、通常、バンパが設けられている。そのようなバンパとして、車両の前部において車幅方向に延在するバンパビームをバンパフェース（バンパカバー）で覆い、バンパビームとバンパフェースの間（即ち、バンパビームの前方）に衝撃吸収材を設けたものが知られている（特許文献１）。この特許文献１に記載の自動車用バンパでは、歩行者脚部にバンパが衝突したときの膝関節部の曲げ及び下脚部の屈曲を緩和するため、バンパビーム及び衝撃吸収材の下方に、車幅方向に延設されると共に車両前後方向の断面形状が多角形に形成された下部補強部材を設けることが提案されている。車両前方から衝突による衝撃を受けると、下部補強部材は多角形の頂点を通り車幅方向に延びる辺を折れ線として変形し、下部補強部材の前方部分のみが潰れ後部分は潰れずに形状を維持する。その結果、下部補強部材の断面形状は前方が広がったラッパ状になり、歩行者の下脚部は下部補強部材の広がった前面で受け止められるため、下脚部にかかる負荷が分散される。
特開２００５−２９７７２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の自動車用バンパでは、下部補強部材は所定以上の変形量に対して荷重の増加が頭打ちとなり概ね一定値となる荷重−変形量特性を有している（特許文献１、図１１）。そのため、多くの衝撃エネルギーを吸収するには下部補強部材の変形量（またはストローク）を大きくする必要がある。一方、軽自動車などの小型車では車両前方部内のスペースが小さく、衝撃吸収のため長いストロークを確保するのは困難である。特許文献１には、下部補強部材の強度を調整するべく多角形の断面の形状を調整する（多角形の内角を設定する）ことも提案されているが、下部補強部材の断面形状の調整は多大な労力を要する。

本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、その主な目的は、例えば小型車のように長いストロークを確保するのが困難な場合でも、短いストロークで効果的に衝撃を吸収することができ、且つ衝撃吸収特性の調整が容易な車体前部構造を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に基づくと、車両の前部において車幅方向に延在するクロス部材（３５）と、前記車幅方向に延在し、前記クロス部材の前側に取り付けられた中空のセーフティフレーム（４０）とを有し、前記セーフティフレームは互いに対向する上壁（４１）及び下壁（４２）と、前記上壁及び下壁に一体に接続されて閉じた前端部を形成する前壁（４３）とを有し、前記上壁及び下壁の後端側にて前記クロス部材に取り付けられ、前記セーフティフレームの前端から所定の距離離間して前記上壁及び下壁のそれぞれに補強プレート（５１、５２）が取着されていることを特徴とする車体前部構造が提供される。

特に、前記セーフティフレームの後端部は開放されており、前記上壁及び下壁の後端側部分が前記クロス部材の上面及び下面にそれぞれ取着されるものとするとよい。また、前記セーフティフレームの前記前壁は前方に突出した丸味を帯びたものとすることが好ましい。このようなセーフティフレームは金属材料から好適に形成することができる。一好適実施例では、前記クロス部材及びその前方に取り付けられた前記セーフティフレームは、車両の前部において車幅方向に延在するバンパビームの下方に設けられる。

本発明に基づく車体前部構造によれば、クロス部材の前側に取り付けられたセーフティフレームの前端から所定の距離離間してセーフティフレームの上壁及び下壁のそれぞれに補強プレートを取着したことから、歩行者の脚部に衝突した際、セーフティフレームの変形量に対して荷重が頭打ちになることなく徐々に上昇するので、短いストロークでも効果的に衝撃を吸収することができる。また、補強プレートの寸法（厚さや幅）や材質を変えることで、セーフティフレームの変形量に対する荷重特性を容易に調節することができる。更に、衝突の際、補強プレートが取着されていないセーフティフレームの前端部分が潰れて広がり、広い面積の脚部受け面を形成し、歩行者脚部に加わる力を分散して衝撃を軽減することができる。

セーフティフレームの後端部が開放され（即ち、セーフティフレームの車両前後方向の断面が概ねコの字状）、その上壁及び下壁の後端側部分がクロス部材の上面及び下面にそれぞれ取着されるものとすると、セーフティフレームをクロス部材に強固に取り付けることが容易に可能である。セーフティフレームの前記前壁は前方に突出した丸味を帯びたものとすると、歩行者脚部との衝突時にセーフティフレームの前側部分を上下方向に広げる力を効果的に生成することができる。セーフティフレームを金属材料から形成すると、衝突時に脆性破壊することなく、緩やかに上昇する荷重を効果的に生成することができる。クロス部材及びその前方に取り付けられたセーフティフレームをバンパビームの下方に設けると、セーフティフレームは所謂ロアバンパとして働き、歩行者脚部にバンパが衝突したときの膝関節部の曲げ及び下脚部の屈曲を緩和することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明が適用された乗用車型自動車の全体を斜め前方から見た斜視図であり、図２は図１の前方部分の車両前後方向の模式的な断面図、図３は図１及び図２に示したセーフティフレームの拡大斜視図である。図１に示すように、本実施形態の車体構造は、車体前部の骨格部材として、車体前後方向に延在する左右のフロントサイドフレーム１１・１２と、フロントサイドフレーム１１・１２の先端（車体前側）を互いに接続するフロントバンパビーム１３とを有し、これらの内側にエンジンルーム１４を画定している。フロントサイドフレーム１１・１２の車体前側には車体前方に延出する左右のエクステンション３０がそれぞれ結合されており、各エクステンション３０の車体前側部分にフロントバンパビーム１３の左右両端部が結合されている。左右のフロントサイドフレーム１１・１２は、各々、後端をアウトリガー１５・１６によって左右のサイドシルメンバー１７・１８の前端に固定接合されている。尚、図１では図示を省略しているが、図２に示すように車体前面はヘッドライト２１の下方において概ね垂直方向に延在するバンパフェース２０により覆われている。バンパビーム１３とバンパフェース２０との間に、例えば発泡形成された樹脂からなる衝撃吸収部材（図示せず）を設けてもよい。

左右のフロントサイドフレーム１１・１２の各車体前側端部間には全体的に矩形状のフロントバルクヘッド３１が配設されている。フロントバルクヘッド３１は、左右のフロントサイドフレーム１１・１２の前端部の内側面に沿って車体上下方向に延在する左右の垂直部材３２・３３と、左右の垂直部材３２・３３の上側端部同士及び下側端部同士をそれぞれ接続するべく車幅方向に延在する上下のクロス部材３４・３５とを有する。これらの部材３２〜３５は互いに溶接されて一体的なフロントバルクヘッド３１を構成している。フロントバルクヘッド３１は左右のフロントサイドフレーム１１・１２に溶接等により結合されている。

また、フロントバルクヘッド３１の下側クロス部材３５の前側には、車幅方向に延在する中空のセーフティフレーム４０が取り付けられている。従って、本実施例では、セーフティフレーム４０はバンパビーム１３の下方に位置し、車両が歩行者と衝突した際に、歩行者の膝関節部の曲げ及び下脚部の屈曲を緩和する働きをする。

図２の模式的な断面図及び図３の拡大斜視図によく示されるように、セーフティフレーム４０は、互いに対向する上壁４１及び下壁４２と、これら上壁４１及び下壁４２に一体に接続されて閉じた前端部を形成する前壁４３とを有し、上壁４１及び下壁４２の後端側にて下側クロス部材３５に取り付けられている。この実施例では、セーフティフレーム４０の後端側は開放されており、その車両前後方向の断面形状（即ち、車幅方向に垂直な面で切った断面形状）は概ねコの字形となっている。また、前壁４３は前方に突出した丸味を帯びた形状となっている。このようなセーフティフレーム４０は、例えばスチールからなる平坦な金属板を曲げ加工することで好適に形成することができる。

図２及び図３に示されるように、セーフティフレーム４０の上壁４１及び下壁４２の一部は下側クロス部材３５の上面及び下面に重なっており、これら上面及び下面に例えば溶接により強固に結合されている。また、セーフティフレーム４０の上壁４１及び下壁４２には車幅方向に延在する補強プレート５１、５２が、例えば溶接により取着されている。これら上側及び下側の補強プレート５１、５２は、セーフティフレーム４０の前端から所定の距離離間して配置されている。即ち、セーフティフレーム４０の前端から車両後方に所定の距離までの部分は補強プレート５１、５２が取着されておらず、補強プレート５１、５２が取着された後側部分に比べて変形し易くなっている。

図４（ａ）〜（ｃ）に、上記のように構成した車両前部構造が、歩行者の脚部に衝突する際の、セーフティフレーム４０の変形の様子を示す。また図５に、セーフティフレーム４０の変形量（ストローク）と荷重（力）の関係（Ｆ−Ｓ特性という）を示す。図４（ａ）は衝突直前の状態を示している。車両前端が歩行者脚部に衝突すると、図４（ｂ）に示すように、セーフティフレーム４０の丸形の前端部（前壁４３）が潰れ、それによって、上壁４１及び下壁４２の前側部分は上下方向に押し広げられる。セーフティフレーム４０の前端部が丸味を帯びていることにより、上下方向に押し広げる力が効果的に生成される。このようなセーフティフレーム４０の変形によって、歩行者の脚部に徐々に上昇する荷重が加えられる。ここで、補強プレート５１、５２は歩行者脚部への衝突時にもその形状を概ね保持するように寸法や材料が選択されており、それによってセーフティフレーム４０の強度を高め、適度な荷重の生成に寄与する。セーフティフレーム４０の前方部分が更に潰れると、セーフティフレーム４０の前面の平坦部分が上下方向に一層広がり、上壁４１及び下壁４２と前壁４３との間の上下の角部（曲折点）がそれぞれ上方向及び下方向に徐々に移動していく。その結果、図４（ｃ）に示すように、セーフティフレーム４０の車両前後方向の断面は前縁が後縁より長い概ね台形状となる。これにより、広い面積の前面部分で歩行者脚部を受け止めることができるため、歩行者脚部に加わる力を分散して（即ち、単位面積当たりの力を小さくして）衝撃を軽減することができる。特に本実施例によれば、セーフティフレーム４０の上壁４１と下壁４２のそれぞれに補強プレート５１、５２が取着されていることから、セーフティフレーム４０の前方部分が衝撃力を受けて潰れる際、歩行者の脚部に当接する前面の平坦部分（脚部受け面）は上方向と下方向に概ね対称に広がるので、広い面積の脚部受け面が、上下方向にずれることなく適切な位置に形成される。また、図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態に変形する間も、セーフティフレーム４０の上壁４１及び下壁４２に取着された補強プレート５１、５２は概ねその形状を保持し続け、セーフティフレーム４０の強度を維持する。そのため、図５において中央の実線で示すように、セーフティフレーム４０から歩行者脚部に加えられる荷重は頭打ちになることなく緩やかに上昇し続ける。従って、短いストロークでも大きなエネルギーを吸収することができる。

本発明の車両前部構造では、セーフティフレーム４０に取着する上下の補強プレート５１、５２の一方または両方の厚さ、幅（車両前後方向の寸法）及び／または材質を変えることにより、セーフティフレーム４０のＦ−Ｓ特性を容易に調節することができる。例えば、補強プレート５１、５２を厚くして強度を増すことにより、図５において上向きの矢印で示したように、所与の変形量に対してより大きな荷重が生成されるようにすることができる（図５の２点鎖線の特性）。また逆に、補強プレート５１、５２を薄くして強度を小さくすることにより、図５において下向きの矢印で示したように、所与の変形量に対してより小さな荷重が生成されるようにすることができる（図５の点線の特性）。更に、例えば補強プレート５１、５２の幅を広くすると、セーフティフレーム４０の最終的な変形量は小さくなり（即ち、潰れ残りは大きくなり）、脚部に当接する前面（脚部受け面）の広さは小さくなる。逆に、補強プレート５１、５２の幅を狭くすると、セーフティフレーム４０の最終的な変形量及び脚部受け面の広さは大きくなる。

上記において、本発明を好適実施例に基づいて説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱することなく様々な変形変更が可能である。例えば、上記実施例では、補強プレートは上壁及び下壁の外側面（即ち、上面及び下面）に取着したが、内側面に取着してもよい。また、上壁及び下壁の各々に複数枚の補強プレートを例えば車幅方向または車両前後方向に間隔をおいて取着してもよい。セーフティフレームをフロントバンパビームの前側に衝撃吸収材として取り付けることも可能である。

本発明が適用された乗用車型自動車の全体を斜め前方から見た斜視図。 図１の前方部分の車両前後方向の模式的な断面図。 図１及び図２に示したセーフティフレームの拡大斜視図。 本発明の好適実施例に基づく車両前部構造が歩行者の脚部に衝突する際のセーフティフレームの変形の様子を示す模式的な断面図。 セーフティフレームのＦ−Ｓ特性を示すグラフ。

符号の説明

１１、１２ フロントサイドフレーム
１３ フロントバンパビーム
１４ エンジンルーム
１５、１６ アウトリガー
１７、１８ サイドシルメンバー
２０ バンパフェース
２１ ヘッドライト
３０ エクステンション
３１ フロントバルクヘッド
３２、３３ 垂直部材
３４、３５ クロス部材
４０ セーフティフレーム
４１ 上壁
４２ 下壁
４３ 前壁
５１、５２ 補強プレート

Claims (5)

1. 車両の前部において車幅方向に延在するクロス部材と、
   前記車幅方向に延在し、前記クロス部材の前側に取り付けられた中空のセーフティフレームとを有し、
   前記セーフティフレームは互いに対向する上壁及び下壁と、前記上壁及び下壁に一体に接続されて閉じた前端部を形成する前壁とを有し、前記上壁及び下壁の後端側にて前記クロス部材に取り付けられ、
   前記セーフティフレームの前端から所定の距離離間して前記上壁及び下壁のそれぞれに補強プレートが取着されていることを特徴とする車体前部構造。
2. 前記セーフティフレームの後端部は開放されており、前記上壁及び下壁の後端側部分が前記クロス部材の上面及び下面にそれぞれ取着されていることを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
3. 前記セーフティフレームの前記前壁は前方に突出した丸味を帯びていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の車体前部構造。
4. 前記セーフティフレームは金属材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車体前部構造。
5. 前記クロス部材及びその前方に取り付けられた前記セーフティフレームは、車両の前部において車幅方向に延在するバンパビームの下方に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車体前部構造。

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