JP2010173596A

JP2010173596A - 衝撃吸収部材及び車両用バンパ構造

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Publication number: JP2010173596A
Application number: JP2009021331A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Hasegawa; 勝海長谷川; Keiichi Atobe; 圭一跡部; Hiroyuki Yoshimoto; 寛幸由元
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP5254828B2

Abstract

【課題】変形ストロークを増大することなく歩行者保護性能を向上した衝撃吸収部材、及び、このような衝撃吸収部材を備えた車両用バンパ構造を提供する。
【解決手段】弾性を有する材料によって形成され、車両の車体前部に設けられる衝撃吸収部材３０を、車体に設けられた基部２０から前方へ突出して形成された上側突出部３１と、上側突出部の下方に設けられ基部から前方へ突出して形成された下側突出部３２と、上側突出部の下面及び下側突出部の上面の車両前後方向における中間部分を連結する連結部３３と、上側突出部の基部側の端部における上面部を下側へ凹ませて形成された減肉部３４と、下側突出部の基部と対向する面部における上部を車両前方側へ凹ませて形成され、基部との間に隙間を形成する基部側段部３５とを有する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の車体前端部に設けられる衝撃吸収部材及び車両用バンパ構造に関し、特に歩行者との衝突時における歩行者の傷害を軽減するものに関する。

自動車等の車両には、歩行者との衝突時に脚部等の障害を軽減することが要求されている。このため、車体前端部に設けられる外装部材であるバンパフェイスの内側に、例えば硬質ウレタンフォーム等の発泡樹脂や、比較的脆弱な板金部材によって形成された衝撃吸収部材（ＥＡ材）を配置し、衝突時にはこの衝撃吸収部材が変形することによってエネルギを吸収し、歩行者の脚部に加わる衝撃を軽減することが一般的に行われている。

また、特許文献１には、上述したような衝撃吸収部材において、エネルギ吸収特性を維持しつつ、歩行者の膝部への衝撃を緩和することを目的として、上下方向に離間した上側延出部及び下側延出部を設けるとともに、上側延出部が屈曲して形成されたものが記載されている。

特開２００７−２０４０１７号公報

上述したような衝撃吸収部材の効果は、主として衝撃吸収部材の変形ストロークに依存するため、必要とされる衝撃吸収特性を得るために要求される衝撃吸収部材のサイズは拡大する傾向にあり、例えばフロントオーバーハングを長くする必要があるなど、車両のパッケージングやスタイリングに与える制約が大きくなっている。
本発明の課題は、変形ストロークを増大することなく歩行者保護性能を向上した衝撃吸収部材、及び、このような衝撃吸収部材を備えた車両用バンパ構造を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、弾性を有する材料によって形成され、車両の車体前部に設けられる衝撃吸収部材であって、前記車体に設けられた基部から前方へ突出して形成された上側突出部と、前記上側突出部の下方に設けられ前記基部から前方へ突出して形成された下側突出部と、前記上側突出部の下面及び前記下側突出部の上面の車両前後方向における中間部分を連結する連結部と、前記上側突出部の前記基部側の端部における上面部を下側へ凹ませて形成された減肉部と、前記下側突出部の前記基部と対向する面部における上部を車両前方側へ凹ませて形成され、前記基部との間に隙間を形成する基部側段部とを有することを特徴とする衝撃吸収部材である。

請求項２の発明は、前記下側突出部の前記基部側段部の下端部を、前記下側突出部への荷重の入力中心高さよりも下側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材である。
請求項３の発明は、前記下側突出部の下面部における前部を後部に対して段状に凹ませて形成された下側段部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃吸収部材である。

請求項４の発明は、バンパフェイスの内側に上下方向に離間して配置された一対の衝撃吸収部材を配置した車両用バンパ構造であって、上側の前記衝撃吸収部材として請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の衝撃吸収部材を用いたことを特徴とする車両用バンパ構造である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車両が歩行者と衝突して衝撃吸収部材が車両前方側からの圧縮荷重を受けると、上側突出部は減肉部を設けたことによって、上方へ反り上がるように変形する。また、下側突出部は基部側段部と基部との間の隙間が押しつぶされることによって、基部との接合部を軸として上方へ回転する。これによって、歩行者の脚部は上方へすくい上げられるとともに、脚上部が脚下部に対して車両後方側へ回転するように倒れる。このとき、歩行者の脚部は、脚上部の引っ張り上げモーメントによってフロントフード側へ引き上げられる。これによって、歩行者の脚部へ加わる傷害値が低減される。
また、上側突出部及び下側突出部は、前後方向に押しつぶされるとともに上方へ曲げ変形し、さらに上下の突出部の変形量の差によって連結部も圧縮されて変形するため、実質的に前後方向の圧縮変形によってのみエネルギを吸収する既存の衝撃吸収部材に対して、同等の前後変形ストロークであればエネルギ吸収量を増加することができ、また、エネルギ吸収量が同等である場合には衝撃吸収部材のサイズを小さくすることができる。
（２）下側突出部の基部側段部の下端部を、下側突出部への荷重の入力中心高さよりも下側に配置することによって、下側突出部を確実に上方へ反り上がらせることができ、上述した効果を確保できる。
（３）下側突出部の下面部における前部を後部に対して段状に凹ませて形成された下側段部を形成することによって、下側突出部は車両前後方向の圧縮荷重を受けた際にこの段部を起点として上方が凸となるように屈曲する。これによって、下側突出部及び連結部の変形によるエネルギ吸収量をよりいっそう増大できる。

本発明を適用した衝撃吸収部材の実施例を有する車両用バンパ構造の横断面図である。図１の車両用バンパ構造における衝撃吸収部材及びバンパビームの模式的外観斜視図である。図１の車両用バンパ構造における衝突前後の状態を示す模式的横断面図である。図１の車両用バンパ構造における衝撃吸収部材の衝突後における横断面図である。本発明の比較例の車両用バンパ構造の横断面図である。本発明の実施例及び比較例における衝突時の加速度−変形量線図である。本発明の実施例及び比較例における衝突時のＰＬＩ膝部の曲げ角の推移を示すグラフである。

本発明は、変形ストロークを増大することなく歩行者保護性能を向上した衝撃吸収部材、及び、このような衝撃吸収部材を備えた車両用バンパ構造を提供する課題を、衝撃吸収部材の上下突出部の後端部に減肉部及び基部側段部を設けるとともに、上下突出部の中間部を連結する縦壁状の連結部を設けることによって解決した。

以下、本発明を適用した衝撃吸収部材及び車両用バンパ構造の実施例について説明する。
実施例のバンパ構造は、例えば、乗用車等の自動車の車体前端部に設けられるものである。
図１は、実施例のバンパ構造を車幅方向から見た横断面図である。
バンパ構造１は、バンパフェイス１０、バンパビーム２０、上側衝撃吸収部材３０、下側衝撃吸収部材４０等を備えて構成されている。

バンパフェイス１０は、車体の前端部に設けられ外部に露出する外装部材である。
バンパフェイス１０は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等によって一体成型された本体部１１及びエアダム部１２を有する。本体部１１は、例えば、歩行者の膝部付近の高さに配置されている。エアダム部１２は、バンパフェイス１０の下端部であって、例えば、歩行者の脛部付近の高さに配置されている。
本体部１１及びエアダム部１２の間には、図示しないラジエータ等の冷却系に走行風を導入する開口が形成されている。また、本体部１１の上部には、装飾部材であるグリル１３（図３参照）が設けられている。

バンパビーム２０は、バンパフェイス１０の本体部１１の後方に設けられ、車幅方向に略沿って延びた梁状の部材である。バンパビーム２０は、上側衝撃吸収部材３０を支持する本発明にいう基部として機能する。
図２は、上側衝撃吸収部材３０及びバンパビーム２０を斜め前方側の斜め上方側から見た模式的外観斜視図である。
バンパビーム２０は、車両前方側が凸となるように湾曲して形成されている。
バンパビーム２０は、図１に示すように、フロントパネル２１及びリアパネル２２を接合し、車幅方向から見た横断面形状が閉断面となる中空体として形成されている。

フロントパネル２１は、バンパフェイス１０の本体部１１の裏面に対向する前面部２１ａと、前面部２１ａの上端部及び下端部からそれぞれ後方側へ突き出した上面部２１ｂ、下面部２１ｃとを備えている。前面部２１の高さ方向における中央部には、溝部２１ｄが形成されている。
リアパネル２２は、フロントパネル２１の前面部２１ａの後方側に配置される後面部２２ａと、後面部２２ａの上端部及び下端部からそれぞれ前方側へ突き出した上面部２２ｂ、下面部２２ｃとを備えている。
これらのフロントパネル２１及びリアパネル２２は、それぞれ例えば鋼板をプレス加工することによって一体的に形成される。
フロントパネル２１及びリアパネル２２は、フロントパネル２１の上面部２１ｂ、下面部２１ｃの後端部と、リアパネル２２の上面部２２ｂ、下面部２２ｃの前端部とをそれぞれ溶接等によって固定することによって接合される。

図２に示すように、バンパビーム２０は、リアパネル２２の後面部２２ａに取り付けられる左右一対のステー２３によって、図示しない車体のメインフレーム等に取付られる。

上側衝撃吸収部材３０は、バンパビーム２０のフロントパネル２１の前面部２１ａに取り付けられ、車幅方向に略沿って配置されている。
上側衝撃吸収部材３０は、衝撃エネルギの吸収効果を有する例えば硬質ウレタンフォーム等の発泡樹脂材料によって一体に形成された衝撃吸収（ＥＡ）フォーム体である。上側衝撃吸収部材３０は、その車幅方向の略沿った全長にわたって、略均一な横断面形状を有している。

上側衝撃吸収部材３０は、図１等に示すように、上側突出部３１、下側突出部３２、連結部３３等を有する。
上側突出部３１は、バンパビーム２０のフロントパネル２１の前面部２１ａから車両前方側へ突き出して形成されている。上側突出部３１の車両後方側の端部は、フロントパネル２１の前端部２１ａにおける溝部２１ｄよりも上側の領域と対向して配置されている。
下側突出部３２は、バンパビーム２０のフロントパネル２１の前面部２１ａから車両前方側へ突き出して形成され、上側突出部３１とは上下方向に離間して配置されている。下側突出部３２の車両後方側の端部は、フロントパネル２１の前端部２１ａにおける溝部２１ｄよりも下側の領域と対向して配置されている。
上側突出部３１及び下側突出部３２は、その断面形状がそれぞれ車両の前後方向にほぼ沿った長辺を有する略矩形状に形成されている。また、上側突出部３１及び下側突出部３２の前端部は、バンパフェイス１０の本体部１１の裏面と間隔を隔てて対向している。

連結部３３は、上側突出部３１の下面部及び下側突出部３２の上面部の車両前後方向における中間部を連結する部分である。連結部３３は、略鉛直方向に沿って延びた縦壁状（横断面形状において柱状）に形成されている。

上側突出部３１の後部には、肉削ぎによって上下方向の厚みを他の部分よりも小さくした減肉部３４が形成されている。減肉部３４は、上側突出部３１の上面における後方側の領域を、前方側の領域に対して下側に凹ませることによって形成されている。上側突出部３１の上面部における後方側の領域（減肉部３４に相当する領域）は、バンパビーム２０側が下がった斜面として形成されている。このような減肉部３４を設けることによって、上側突出部３１のバンパビーム２０側受け面は、その下側に偏って配置されている。

下側突出部３２の後端部には、バンパビーム２０と対向する後面部における上側の領域を車両前方側に段状に凹ませて形成した段部３５が形成されている。段部３５が形成された領域においては、下側突出部３２の後面部とバンパビーム２０との間には隙間が形成される。
この段部３５の下端部の高さＨ１は、衝突時に下側突出部３２に作用する入力の中心高さＨ２よりも低く設定されている。この段部３５は、本発明にいう基部側段部として機能する。

下側突出部３３の下面部には、車両前方側の領域を車両後方側に対して上側へ段状に凹ませて形成した段部３６が形成されている。段部３６の後端部は、車両前後方向における位置が連結部３３の後面部と略同じ位置に配置されている。この段部３６は、本発明にいう下側段部として機能する。

下側衝撃吸収部材４０は、バンパフェイス１０のエアダム部１２の後方側に配置され、車体の図示しないクロスメンバ等に固定されている。下側衝撃吸収部材４０は、例えばＰＰ樹脂等の弾性を有する樹脂材料によって、インジェクション成型により一体に形成されている。下側衝撃吸収部材４０は、車両が歩行者の脚部と衝突した際に、脚部に作用する抗力が上側衝撃吸収部材３０よりも大きくなるように、その形状、材質等を設定されている。

以下、実施例の車両用バンパ構造１における歩行者ダミーとの衝突時の作用について説明する。
図３は、衝突前後の状態を示す模式的横断面図であって、図３（ａ）は衝突前の状態を示し、図３（ｂ）は衝突後の状態を示している。
ここでは、歩行者ダミーとして、歩行者の脚部を模したインパクタであるＰＬＩ１００を用いている。
ＰＬＩ１００は、それぞれ人体における該当箇所と同様の質量、寸法に形成された上脚部１１０、下脚部１２０、膝部１３０等を備えている。
ＰＬＩ１００は、膝部１３０がバンパフェイス１０の本体部１１と略同じ高さとなるようにバンパフェイス１０に衝突させられる。

図３（ｂ）に示すように、実施例の車両用バンパ構造１においては、ＰＬＩ１００との衝突時における上側衝撃吸収部材３０の抗力が下側衝撃吸収部材４０の抗力よりも小さいこと、及び、上側衝撃吸収部材３０の前端部が上方へ変位することによって、ＰＬＩ１００の上部が下部よりも車両後方側となるように転ばせる回転モーメントが生じる。このため、上脚部１１０の慣性によって、ＰＬＩ１００全体が図示しないフロントフードの上方側へすくい上げられる。また、上下の衝撃吸収部材３０，４０の変形によっても、衝撃によるエネルギが吸収される。これらの作用によって、ＰＬＩ１００に作用する加速度は低減され、仮に実際に歩行者と衝突した場合であっても、歩行者の脚部への障害値は軽減される。

以下、衝突時における上側衝撃吸収部材３０の変形態様について、より詳細に説明する。
図４は、上側衝撃吸収部材３０の衝突後における横断面図である。なお、図４において、参考のため衝突前の上側衝撃吸収部材３０の形状を破線によって示している。
上側突出部３１は、先端部から受ける荷重Ｆｕによって、車両前後方向に押し潰されるとともに、減肉部３４を設けていることによって、先端部が上方へ変位するように反り上がる曲げ変形が生じる。
また、下側突出部３２は、先端部から受ける荷重Ｆｌによって、車両前後方向に押し潰されるとともに、段部３５が押し潰されてバンパビーム２０のフロントパネル２１と当接し、隙間がなくなることによって、バンパビーム２０との接合部付近を中心として先端部が上方へ振り上げられる方向に回転する。
さらに、下側突出部３２には、下面部の段部３６の後端部を起点として、上方が凸となるように屈曲する曲げ変形が生じる。
このとき、連結部３３は、上下の突出部３１，３２の変形量の差に起因して、上下方向の圧縮荷重を受けて変形する。

上側衝撃吸収部材３０においては、上下の突出部３１，３２の車両前後方向の圧縮変形に加えて、突出部３１，３２の曲げ変形及び連結部３３の上下方向の圧縮変形によってもエネルギが吸収されるので、車両前後方向の長さや変形ストロークを増大することなくエネルギの吸収量を大きくすることができ、また、突出部３１，３２の先端部が上方へ変位することによって、歩行者の脚部を上方へすくい上げることができる。

次に、上述した実施例の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。なお、比較例の説明において、上述した実施例と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図５は、比較例の車両用バンパ構造の横断面図である。
比較例の車両用バンパ構造は、実施例の上側衝撃吸収部材３０に代えて、以下説明する上側衝撃吸収部材５０を有するものである。上側衝撃吸収部材５０の横断面形状は、前端部の下部に面取りが施されている以外は、略矩形状に形成されている。上側衝撃吸収部材５０は、主に車両前後方向の圧縮変形のみによってエネルギの吸収を図っている。また、上側衝撃吸収部材５０の車両前後方向の長さは例えば約９０ｍｍ程度に設定されている。これに対し、実施例の上側衝撃吸収部材３０の車両前後方向の長さは例えば約６０ｍｍ程度に設定されている。

図６は、実施例及び比較例の車両用バンパ構造に対してＰＬＩ１００衝突させた際に、ＰＬＩ１００の下脚部に作用する加速度（Ｇ）と、変形量（変形ストローク）（Ｓ）との相関を示すＧ−Ｓ線図である。図６において、縦軸は加速度を示し、横軸は変形量を示している。また、図６において、実施例のデータを実線で示し、比較例のデータを破線で示している（図７において同様）。
図６に示すように、実施例においては、最大Ｇは比較例と略同等であるが、最大変形量が小さくなっている。また、実施例においては、変形量が小さい領域から加速度の立ち上がり（グラフにおける傾き）が大きく、効率よくエネルギの吸収を行っていることがわかる。

図７は、実施例及び比較例の車両用バンパ構造に対してＰＬＩ１００を衝突させた際の膝部１３０の曲げ角の推移を示すグラフである。図７において、横軸は時間を示し、縦軸は膝部１３０の曲げ角を示している。
実施例においては、膝部１３０の曲げ角が比較例よりも大幅に小さくなっており、歩行者の脚部への傷害が軽減されていることがわかる。

以上説明したように、本実施例によれば、少ない変形ストロークであっても効率よくエネルギを吸収できることから、上側衝撃吸収部材３０の車両前後方向の長さを小さくすることができ、車両パッケージングの設計自由度を向上してスペース効率を高めるとともに、バンパ等が大型化することを防止して車両のデザイン、外観品質を向上することができる。また、上側衝撃吸収部材３０のサイズを小さくできることによって、重量やコストの低減も図ることができる。
また、上側衝撃吸収部材３０の前端部が衝突時に上昇して歩行者の脚部をすくい上げるとともに転ばせることから、下側衝撃吸収部材４０の抗力を過度に高めることなく脚部を転ばせることができ、下側衝撃吸収部材４０の抗力に起因する脚部への曲げモーメントを低減することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
衝撃吸収部材及びバンパ構造の構造、各部材の形状や材質等は、上述した実施例のものに限定されず適宜変更することができる。例えば、衝撃吸収部材を形成する材料や、詳細な形状は適宜変更することができる。また、下側衝撃吸収部材の材料として、上側衝撃吸収部材と同様のフォーム材や、板金製のものを用いることができる。また、バンパビームの構造も実施例のものには限定されず、例えばアルミニウム系合金の押し出し材等によってバンパビームを形成してもよい。

１バンパ構造
１０バンパフェイス１１本体部
１２エアダム部１３グリル
２０バンパビーム２１フロントパネル
２１ａ前面部２１ｂ上面部
２１ｃ下面部２１ｄ溝部
２２リアパネル２２ａ上面部
３０上側衝撃吸収部材３１上側突出部
３２下側突出部３３連結部
３４減肉部３５段部
３６段部
４０下側衝撃吸収部材５０上側衝撃吸収部材（比較例）
１００ＰＬＩ１１０上脚部
１２０下脚部１３０膝部

Claims

弾性を有する材料によって形成され、車両の車体前部に設けられる衝撃吸収部材であって、
前記車体に設けられた基部から前方へ突出して形成された上側突出部と、
前記上側突出部の下方に設けられ前記基部から前方へ突出して形成された下側突出部と、
前記上側突出部の下面及び前記下側突出部の上面の車両前後方向における中間部分を連結する連結部と、
前記上側突出部の前記基部側の端部における上面部を下側へ凹ませて形成された減肉部と、
前記下側突出部の前記基部と対向する面部における上部を車両前方側へ凹ませて形成され、前記基部との間に隙間を形成する基部側段部と
を有することを特徴とする衝撃吸収部材。
前記下側突出部の前記基部側段部の下端部を、前記下側突出部への荷重の入力中心高さよりも下側に配置したこと
を特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収部材。
前記下側突出部の下面部における前部を後部に対して段状に凹ませて形成された下側段部を有すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃吸収部材。
バンパフェイスの内側に上下方向に離間して配置された一対の衝撃吸収部材を配置した車両用バンパ構造であって、
上側の前記衝撃吸収部材として請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の衝撃吸収部材を用いたこと
を特徴とする車両用バンパ構造。