JP2011235850A - 車両用衝撃吸収体 - Google Patents

Abstract

【課題】ロアアブソーバーなどの車両用衝撃吸収体において、軽量化を行っても、所要の耐荷重性能を確保することができる構造を提供する。
【解決手段】長手方向である第１の方向Ｗが車両幅方向と平行になるように、車両前方の下部領域に設置されるとともに、車両前後方向と車両幅方向とを含む平面に実質的に平行に配置される板状の車両用衝撃吸収体１において、板面内で第１の方向Ｗと直交する第２の方向Ｌに延びる凸部４および凹部５の少なくとも一方が形成され、凸部４は、第２の方向Ｌと直交する断面において、少なくとも一部が円弧状に形成されているとともに、第１の方向Ｗで凸部４に隣接する領域５と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続され、凹部５は、第２の方向Ｌと直交する断面において、少なくとも一部が円弧状に形成されているとともに、第１の方向Ｗで凹部５に隣接する領域４と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両前方の下部領域に設置される車両用衝撃吸収体に関する。

従来から、車両前方には、車両が歩行者と衝突した際に歩行者への傷害を低減し、歩行者の安全を確保するための保護装置が設置されている。

フロントバンパーにおいては、バンパーリンフォースとバンパーフェイシアとの間に配設され、衝撃吸収性能を有する樹脂発泡体などからなるバンパーアブソーバーや、バンパー下部に配設された平板状のロアアブソーバーが知られている。このうち、平板状のロアアブソーバーは、所要の剛性を付与されており、車両が歩行者に衝突した際には歩行者の脚部に接触し、いわゆる脚払い材として作用する。すなわち、ロアアブソーバーは、歩行者の脚部を払って歩行者を車両（自動車）のボンネット上に跳ね上げることで、歩行者が車両の下部に巻き込まれることを防止する機能を担っている。それと同時に、ロアアブソーバーには、歩行者への衝撃を吸収する機能も付与されていることが好ましい。

このような機能を確保するために、ロアアブソーバーは、歩行者と衝突した際に脚部（主に膝部）への傷害を抑制しながら歩行者の脚部を確実に跳ね上げる必要があり、このためには、歩行者の脚部の下側にのみ高い荷重を与えることが必要となる。そのため、ロアアブソーバーは、車両前後方向と車両幅方向とを含む水平面に実質的に平行に配置される平板状の成形体であって、この成形体の車両前方側の側面と歩行者の脚部とが交差して接触するようにバンパー下部に設置される平板状の成形体として構成されている。したがって、このような平板状のロアアブソーバーでは、ロアアブソーバーと歩行者の脚部との接触面積が必然的に小さくなる。その結果、局所的な圧縮でも歩行者の脚を払ってボンネットへ跳ね上げるだけの高荷重を得るために、ロアアブソーバーの重量が大きくなることが避けられず、その軽量化が課題となっている。

特許文献１には、ポリプロピレンやポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）樹脂等の熱可塑性樹脂の射出成形品であり、車両前後方向に沿った平板状のベースプレートによって構成された下段衝撃吸収体（ロアアブソーバー）が開示されている。ベースプレートの上面には、それそれが車両前後方向に延び、所定の間隔を空けて突出する複数の縦リブが設けられており、これらの縦リブは、車両幅方向に延びる横リブによって互いに連結されている。こうして、上述の下段衝撃吸収体は、板状の成形品とすることにより軽量化を図りつつ、縦リブおよび横リブによってベースプレートを補強することで、歩行者と接触した際に歩行者の脚部を払うのに必要な剛性を確保している。

しかしながら、この下段衝撃吸収体では、所要の剛性を確保するために縦リブの高さが必要となるため、軽量化には限度があった。

一方、特許文献２には、車両前後方向に延びるように配設される平板状のプレート部を有する脚払い装置（ロアアブソーバー）が開示されている。プレート部の前側部分には、それぞれ車両前後方向に延び、車両幅方向に交互に配置された２種類の補強ビードが一体的に形成されている。第１の補強ビードは、車両上方に突出し、車両前後方向から見て下方に開口するコ字状の断面を有しており、第２の補強ビードは、車両下方に突出し、車両前後方向から見て上方に開口するコ字状の断面を有している。すなわち、第１および第２の補強ビードは、車両前後方向と直交する断面が矩形波状に形成されている。このような補強ビードの構造によって、上述の脚払い装置では、特許文献１の下段衝撃吸収体と比べて、同程度の剛性を確保するのに補強ビードの高さを低く抑えることができ、それにより、軽量化が達成されている。

特開２００２−２７４２９８号公報 特開２００７−３３１４５５号公報

しかしながら、車両（自動車）の燃費低減への要求は依然として高く、さらなる軽量化が求められており、特許文献２の脚払い装置では、必ずしも十分な軽量化を実現しているとは言えなかった。

そこで本発明は、ロアアブソーバーなどの車両用衝撃吸収体において、軽量化を行っても、所要の耐荷重性能を確保することができる構造を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の車両用衝撃吸収体は、長手方向である第１の方向が車両幅方向と平行になるように、車両前方の下部領域に設置されるとともに、車両前後方向と車両幅方向とを含む平面に実質的に平行に配置される板状の車両用衝撃吸収体であって、車両用衝撃吸収体の板面内で第１の方向と直交する第２の方向に延びるように形成された凸部および凹部の少なくとも一方を有し、凸部は、第２の方向と直交する断面において、少なくとも一部が円弧状に形成されているとともに、第１の方向で凸部に隣接する領域と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続され、凹部は、第２の方向と直交する断面において、少なくとも一部が円弧状に形成されているとともに、第１の方向で凹部に隣接する領域と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続されている。

このような車両用衝撃吸収体では、凸部および凹部の少なくとも一方が、車両幅方向（第１の方向）でそれぞれに隣接する領域と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続されているため、車両幅方向に荷重が伝播しやすい構造となっている。したがって、歩行者の脚部との衝突などの局部的な圧縮であっても、車両幅方向の広い範囲から反発荷重を発生させることができ、衝撃吸収体全体を効率的に機能させることが可能となる。そのため、板厚を薄くするなどして、さらなる軽量化を行っても、所要の耐荷重性能を確保することが可能となる。

以上、本発明によれば、ロアアブソーバーなどの車両用衝撃吸収体において、軽量化を行っても、所要の耐荷重性能を確保することができる構造を提供することができる。

本発明の一実施形態における車両用衝撃吸収体としてのロアアブソーバーを示す概略斜視図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。 本発明の一実施形態における車両用衝撃吸収体としてのロアアブソーバーの波形状部の変形例を示す、図２に対応する概略断面図である。 衝突解析を説明するための図である。 衝突解析に用いた試験サンプル（ロアアブソーバー）を示す概略斜視図である。 衝突解析によって得られた実施例および比較例の荷重−変位曲線を示す図である。 衝突解析によって得られた実施例および比較例の変形・応力分布を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態における車両用衝撃吸収体としてのロアアブソーバーを示す概略斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

本実施形態のロアアブソーバーは、平面形状が細長の板状部材であって、車両に対して、車両前後方向と車両幅方向とを含む平面（水平面）に平行に配置されるとともに、その長手方向が車両幅方向と平行になるように設置されることを前提としている。そのため、以下の説明では、ロアアブソーバーの板面内での各方向を、車両に設置された状態での対応する車両の各方向とする。すなわち、図１に示すように、ロアアブソーバーの長手方向（第１の方向）を車両幅方向Ｗ、長手方向と直交する方向（第２の方向）を車両前後方向Ｌとする。なお、図１の斜視図は、車両上方側から見たロアアブソーバーを示しており、図２の断面図は、車両前後方向Ｌから見たロアアブソーバーの断面を示している。

図１に示すように、本実施形態のロアアブソーバー１は、板状に形成されており、全体として細長矩形状の平面形状を有している。ロアアブソーバー１は、ポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂を射出成形することによって形成されている。なお、ロアアブソーバー１の材料としては、このような熱可塑性樹脂に限られることはなく、熱可塑性樹脂にタルクなどの無機フィラーやゴム成分が添加されたものであってもよく、ガラス繊維などの合成繊維やセルロース繊維などの天然繊維が強化繊維として添加されたものであってもよい。

ロアアブソーバー１には、車両幅方向Ｗに沿ってそれぞれ複数形成された凸部４および凹部５を有する波形状部２が形成されている。凸部４および凹部５は、それぞれ車両前後方向Ｌに延びるように形成され、互いに隣接するように、車両幅方向Ｗに沿って交互に配置されている。このとき、凸部４および凹部５は、図２に示すように、車両前後方向Ｌと直交する断面において、円弧状に形成されているとともに、車両幅方向Ｗに沿ってそれぞれに隣接する領域と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続されている。すなわち、凸部４および凹部５は、車両幅方向Ｗに沿ってそれぞれ互いに滑らかに接続されており、それにより、波形状部２の波形が形成されている。本実施形態のロアアブソーバー１では、このような構成の波形状部２が形成されていることで、一定の剛性が付与されるとともに、車両幅方向における荷重の伝播性が格段に向上することになる。すなわち、歩行者の脚部との接触のような局部的な圧縮の場合にも、ロアアブソーバー１の車両幅方向Ｗに荷重が伝播しやくなる。そのため、ロアアブソーバー１は幅方向Ｗ全体で反発荷重を発生させることができ、ロアアブソーバー１全体で効率的に耐荷重性能を発揮できるようになる。その結果、ロアアブソーバー１の板厚を低減するなどして全体の重量を減少させても、所要の耐荷重性能を確保することができるため、より軽量化されたロアアブソーバーを実現することが可能となる。

ここで、凸部４および凹部５は、車両前後方向Ｌと直交する断面における円弧状部分の曲率半径が５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあるように形成されていることが好ましい。これにより、曲率半径が下限値以上であれば、車両幅方向への荷重伝播性能が好適に高められることになり、上限値以下であれば、ロアアブソーバーの強度低下が抑制され、所要の脚払い性能が確保されることになる。

ロアアブソーバー１の車両前方側には、図１に示すように、凸部４および凹部５に一体的に接続された、衝撃荷重を受ける衝撃面となる前側壁６が形成されている。このため、歩行者の脚部との接触面となる前側壁６に入力された荷重は、ロアアブソーバー１の剛性を向上させるために設けられている凸部４および凹部５に良好に伝播される。さらに、この前側壁６から車両前方に向かって突出するように、補強壁７ａと、前側壁６と補強壁７ａとの間で車両前後方向Ｌに延びる補強リブ７ｂとを備えた補強部７が形成されている。この補強部７によって、ロアアブソーバー１の車両前方側は、補強され、車両後方側と比べて剛性が高められることで、衝突初期の反発荷重が高められ、歩行者の脚部に対する脚払い性能が向上することになる。

また、ロアアブソーバー１には、車両幅方向Ｗに延びるように、凸部４および凹部５を補強するための中間壁９が形成されている。

ロアアブソーバー１の車両後方側および車両幅方向端部には、それぞれプレート状のフランジ部１０が形成されている。フランジ部１０には、複数の取付孔１１が形成されており、ロアアブソーバー１は、車両に設置される際には、この取付孔１１を介して、ビス止めなど公知の締結手段によって車体に固定されることになる。車両後方側のフランジ部１０には、固定される車体の形状に合わせて、切欠部１０ａが設けられている。

このフランジ部１０と凸部４または凹部５との接続部分は、フランジ部１０と凸部４または凹部５とが緩やかに傾斜して接続するように、車両幅方向Ｗに垂直な断面が湾曲状に形成されている。これにより、前側壁６または補強部７に入力した荷重が、フランジ部１０まで伝播しやくなるため、ロアアブソーバー１全体で反発荷重を発生させることができ、ロアアブソーバー１を軽量化しても良好な脚払い性能を発揮させることが可能となる。

なお、それぞれの凹部５には、図１に示すように、主に水抜き用の孔として機能する貫通孔８が形成されている。これにより、本実施形態のロアアブソーバー１では、雨天走行時などに、凹部５に溜まった水が貫通孔８から排出されることで、車両重量が増加して、燃費が悪化することを抑制することができる。

次に、本実施形態のロアアブソーバーにおいて凸部および凹部の構成を変更した変形例について説明する。

ロアアブソーバーにおける車両幅方向への荷重の伝播性を向上させ、それにより、ロアアブソーバーの軽量化を実現するには、必ずしも図２に示すような、凸部および凹部の両方が形成された波形状部である必要はない。すなわち、凸部および凹部の少なくとも一方が車両幅方向に沿って複数形成された波形状部であればよい。

図３（ａ）から図３（ｆ）は、本実施形態の波形状部のいくつかの変形例を示す、図２に対応する概略断面図である。図３（ａ）から図３（ｄ）には、凸部のみが形成された波形状部の変形例が示されているが、凸部の代わりに、凹部が形成された波形状部であってもよい。

図３（ａ）に示す変形例では、図２に示す実施形態と比べて、凸部４のみが車両幅方向Ｗに間隔を空けて複数形成されており、隣接する凸部４間には、凸部４を連結するように平坦部３が形成されている。この場合、凸部４と、凸部４に隣接する平坦部３とは、その接続部分に折れ曲がり点を形成しないように、互いに滑らかに接続されている。これにより、歩行者との衝突時にロアアブソーバーに入力される荷重が車両幅方向により伝播しやすくなるため、ロアアブソーバーの軽量化が可能となる。

このように、車両幅方向への荷重の伝播性を向上させるには、凸部４と凸部４に隣接する領域（平坦部３）とが、その接続部分において、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続されていればよい。したがって、凸部４は、全体が円弧状に形成されている必要はなく、少なくとも一部が円弧状に形成されていればよい。すなわち、図３（ｂ）に示すように、凸部４の剛性を高めるために、凸部４に平坦な上底面４ａが形成され、凸部４自体に折れ曲がり点４ｂが形成されていてもよい。この場合、凸部４の側面部４ｃが円弧状に形成されている。

なお、この変形例のように、凸部に上底面を形成することは、図２に示す実施形態や、以下に示す各変形例に対しても実施可能であることを理解されたい。

図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す変形例に対して、凸部４の車両上下方向の高さ（平坦部３から凸部４の頂点までの距離、図中矢印参照）を、車両幅方向Ｗでロアアブソーバーの中央（図の左側）に近づくにつれて大きくした変形例である。このような形状により、ロアアブソーバーの中央付近での剛性を端部に対して相対的に高くすることができる。逆に、凸部４の車両上下方向の高さを、車両幅方向Ｗでロアアブソーバーの中央に近づくにつれて小さくすることもでき、それにより、ロアアブソーバーの幅方向端部での剛性を中央付近に対して相対的に高く設計することもできる。

図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す変形例に対して、凸部４の車両幅方向Ｗの幅（凸部４の対向する側面部４ｃ間の距離、図中矢印参照）を、車両幅方向Ｗでロアアブソーバーの中央（図の左側）に近づくにつれて広くした変形例である。このような形状により、ロアアブソーバー４の中央付近での剛性を端部に対して相対的に高くすることができる。逆に、凸部４の車両幅方向Ｗの幅を、車両幅方向Ｗでロアアブソーバーの中央に近づくにつれて狭くすることもでき、それにより、ロアアブソーバーの幅方向端部での剛性を中央付近に対して相対的に高く設計することもできる。

なお、図３（ａ）から図３（ｄ）では、凸部のみが形成された変形例を示しているが、上述したように、凸部の代わりに、凹部のみが形成されていてもよく、あるいは、凸部および凹部の両方が形成されていてもよい。凸部および凹部の両方が形成されている場合、波形状部は、車両前後方向と直交する断面が、図２に示すような形状に限定されることはない。すなわち、図３（ａ）に示す変形例において平坦部３の領域に凹部が形成されたような形状であってもよく、その場合、車両幅方向に交互に配置された凸部および凹部は、平坦部を介してそれぞれ接続されることになる。また、凸部と凹部とは同数形成されている必要はなく、どちらか一方が多く形成されていてもよい。さらには、上述した変形例において凸部に対して行った変更を、凸部および凹部に対してそれぞれ独立に行ってもよく、例えば、凸部および凹部のどちらか一方のみ、高さが車両幅方向に沿って変更されていてもよい。

一方、図３（ｅ）および図３（ｆ）は、図２に示す実施形態に対して、凸部４および凹部５の構成を変更した変形例である。図３（ｅ）に示す変形例では、凸部４および凹部５の車両上下方向の高さ（凸部４および凹部５の頂点間の車両上下方向の距離、図中矢印参照）が、車両幅方向Ｗでロアアブソーバーの中央に近づくにつれて大きくなるように構成されている。また、図３（ｆ）に示す変形例では、図２に示す実施形態に対して図３（ｅ）に示す変形例で行った変更に加えて、凸部４および凹部５の車両幅方向Ｗの幅（凸部４および凹部５の頂点間の車両幅方向の距離、図中矢印参照）が、車両幅方向Ｗでロアアブソーバーの中央に近づくにつれて広くなるように構成されている。これにより、いずれの変形例でも、ロアアブソーバーの中央付近での剛性を端部に対して相対的に高くすることが可能となる。このように、凸部および凹部における高さや幅など、波形状部の構成を適宜変化させることによって、ロアアブソーバーの設計自由度が向上し、設置する車両のスペースに応じたロアアブソーバーを作製することが可能となる。

本実施形態のロアアブソーバーに対する他の変形例として、ロアアブソーバー全体を効率的に利用するという観点から、波形状部が、車両前後方向で複数の領域に区分され、区分された領域での荷重の伝播性がそれぞれ異なるように構成されていることが好ましい。

このような構成として、例えば、波形状部を車両前後方向で２つに区分し、車両前方側の領域での荷重伝播性に比べて、車両後方側の領域での荷重伝播性を高めることが考えられる。これにより、車両前方側の領域では、衝突位置（荷重入力位置）から遠くなるにつれて伝播する荷重は必然的に減少するが、車両後方側の領域での荷重伝播性が高められているため、荷重をロアアブソーバーの広い範囲にまで伝達することが可能となる。このような特性を付与するためには、例えば、車両前方側の領域を、特許文献２に記載の脚払い装置における２種類の補強ビードのような形状とし、車両後方側の領域を、図１および図２に示す本実施形態の波形状部とすることが有効である。あるいは、車両前方側の領域において、凸部および凹部の車両上下方向の高さを、車両後方側の領域よりも高くしたり、車両幅方向の幅を、車両後方側の領域よりも狭くしたりすることが有効である。

以上のように、本実施形態のロアアブソーバーは、車両幅方向に荷重が伝播しやすい構成を有しているため、歩行者との接触のような局所的な衝突であっても、より広い領域で反発荷重を発生させることができる。このため、板厚を軽減するなどして軽量化を行っても、所要の耐荷重性能を確保することが可能となる。

（実施例）
本発明のロアアブソーバーの降伏荷重（最大荷重）および荷重の伝播性について、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析による評価を行った。具体的には、ＣＡＥ解析ソフトＬＳ−Ｄｙｎａ（登録商標、米国ＬＳＴＣ社製）を使用して、図４に示すように、歩行者の脚部を模したインパクター１１を試験サンプル１４に衝突させる衝突解析を行った。

試験サンプルとしては、図５（ａ）に示すロアアブソーバー（実施例）と、図５（ｂ）に示すロアアブソーバー（比較例）とを用いた。

実施例におけるロアアブソーバー１は、図１および図２に示す実施形態のロアアブソーバーと同様の構成とした。すなわち、実施例では、凸部４および凹部５は、車両前後方向Ｌと直交する断面が、それぞれ円弧状に形成されている。

一方、比較例におけるロアアブソーバー１０１では、凸部１０４および凹部１０５は、車両前後方向Ｌと直交する断面において、それぞれ矩形状に形成されているとともに、互いに隣接する凸部１０４および凹部１０５の側面が一つの平面として構成されている。すなわち、凸部１０４および凹部１０の車両前後方向Ｌと直交する断面は、矩形波状に形成されている。この構成以外、比較例は、実施例とほぼ同様の構成とした。

試験サンプルの外形寸法は、実施例および比較例共に、車両幅方向Ｗで６００ｍｍ、車両前後方向Ｌで２７０ｍｍとする一方、試験サンプルの重量は、比較例に対して実施例を１０％軽量とした。また、解析に用いたインパクター１１は、厚さ２５ｍｍのウレタンフォーム１３が巻かれた、Φ７０ｍｍ、質量７．１ｇの円筒形の鉄製剛体１２とした。このインパクター１１を、４０ｋｍ／ｈの速度で試験サンプル１４の中央付近に衝突させ（図４参照）、インパクター侵入量とインパクターにかかる荷重を測定した。このような衝突解析によって得られた実施例および比較例の荷重−変位曲線を図６に示す。

実施例では、比較例よりも１０％軽量化したにもかかわらず、５．０ｋＮ以上の最大荷重が得られており、比較例とほぼ同等の耐荷重性能（脚払い性能）が確保されていることが確認された。

図７は、衝突解析によって得られた変形・応力分布図を、実施例および比較例に対してそれぞれの変形の進行度合いごとにまとめたものである。

図７から、実施例では、比較例と比べて、車両幅方向Ｗへの応力分布の範囲が広く、車両幅方向Ｗへより多くの荷重が伝播していることがわかる。特に、変形の中期・後期の応力分布における両者の差は大きく、比較例では、衝突箇所の周辺領域のみで反発荷重を発生させているのに対して、実施例では、荷重をより広い範囲まで伝播させて、車両幅方向の広い領域で反発荷重を発生させていることが確認された。

１ ロアアブソーバー
３ 平坦部
４ 凸部
５ 凹部
Ｗ 車両幅方向
Ｌ 車両前後方向

Claims (7)

1. 長手方向である第１の方向が車両幅方向と平行になるように、車両前方の下部領域に設置されるとともに、車両前後方向と車両幅方向とを含む平面に実質的に平行に配置される板状の車両用衝撃吸収体であって、
   前記車両用衝撃吸収体の板面内で前記第１の方向と直交する第２の方向に延びるように形成された凸部および凹部の少なくとも一方を有し、
   前記凸部は、前記第２の方向と直交する断面において、少なくとも一部が円弧状に形成されているとともに、前記第１の方向で前記凸部に隣接する領域と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続され、
   前記凹部は、前記第２の方向と直交する断面において、少なくとも一部が円弧状に形成されているとともに、前記第１の方向で前記凹部に隣接する領域と、折れ曲がり点を形成しないように滑らかに接続されている、車両用衝撃吸収体。
2. 前記凸部および前記凹部を有する、請求項１に記載の車両用衝撃吸収体。
3. 前記凸部および前記凹部が、前記第１の方向に沿ってそれぞれ複数形成されている、請求項２に記載の車両用衝撃吸収体。
4. 前記凸部および前記凹部が、前記第１の方向に交互に配置されている、請求項３に記載の車両用衝撃吸収体。
5. 前記凸部および前記凹部は、互いに隣接するとともに、折れ曲がり点を形成しないように互いに滑らかに接続されている、請求項４に記載の車両用衝撃吸収体。
6. 前記凸部および前記凹部は、前記第２の方向と直交する断面が円弧状に形成されている、請求項１から５のいずれか１稿に記載の車両用衝撃吸収体。
7. 前記凸部および前記凹部は、前記２の方向と直交する断面における前記円弧の曲率半径が５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にある、請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用衝撃吸収体。