JP2014141212A

JP2014141212A - 自動車用フード

Info

Publication number: JP2014141212A
Application number: JP2013011955A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Wakabayashi; 宏樹若林; Yoshito Kuroda; 義人黒田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】歩行者の頭部がフードに衝突した際における２度目の衝突までを総合的に考慮し、歩行者の頭部に加わる衝撃エネルギーとしてのＨＩＣ値を現実的にかつ効果的に大幅に低減できるようにするとともに、衝突時の歩行者頭部の変位のストロークの短縮も可能とした自動車用フードを提供する。
【解決手段】繊維強化樹脂からなる自動車用フードにおいて、歩行者の頭部が衝突した際に、頭部衝突部に発生する頭部衝突部変位量が特定の一定値以上に達した際に破壊する低強度部を有することを特徴とする自動車用フード。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化樹脂製の自動車用フードに関し、とくに、自動車が歩行者に衝突した際に歩行者に加わる衝撃エネルギーの大幅な低減をはかった自動車用フードに関する。

自動車には衝突時における安全性を高めることが要求されており、歩行者との衝突事故時には乗員の安全性を確保することに加え、歩行者の安全性も確保することが求められている。

歩行者と自動車の衝突事故の際には、歩行者は頭部や脚部などに衝撃荷重を受けることになる。とりわけ、頭部へのダメージは、歩行者の死亡や重傷に至る危険性を高めるため、歩行者の頭部が衝突する可能性の高い自動車のフードには歩行者の衝突時に高い衝撃吸収性を有し、歩行者への衝撃を抑える構造であることが求められている。

このため、自動車用フードは、衝突事故時に、変形（変位）して衝突エネルギーを吸収し、衝撃を緩和するように設計される。その際、フードの下方にある車体構造や、エンジンなどの剛体物に変形（変位）したフードが接触すると、その時点でフードの変形（変位）が阻止され、その結果、歩行者の頭部に大きなダメージが発生してしまう。

このような歩行者の頭部への衝撃に関し、安全性を評価する基準（歩行者頭部保護基準）として、下記式（１）に示すような、頭部がフードとの衝突時に受ける加速度とその衝突時間より計算される頭部障害値（ＨＩＣ値）が導入されており、このＨＩＣ値を所定の値以下に抑えることが要求される。特に、ＨＩＣ値１０００以下の場合、歩行者衝突時の歩行者の生存確率は極めて高くなる。

上記式（１）中、ａは、頭部重心における３軸合成加速度であり、ｔ_１、ｔ_２は、０＜ｔ_１＜ｔ_２となる時刻でＨＩＣ値が最大となる時間であり、作用時間（ｔ_２−ｔ_１）は１５ｍｓｅｃ以下と決められている。

一方、従来から自動車用フードは、アルミニウムや鋼などの金属製フードが多用されている。これら金属製フードにおいては、歩行者頭部保護基準を満足するため、アウターパネルとインナーパネルとの間にコーン形状の補強部材を複数配置し、これら補強部材を変形させることで衝突エネルギーを吸収できるようにした構造（例えば、特許文献１）や、頭部の移動距離（ストローク）を多く確保するため、フードに対してフードの上にアッパスポイラを追加した構造（例えば、特許文献２）などが提案されている。

しかしながら、このような補強部材やアッパスポイラなど、歩行者頭部保護対策のための部品の追加は、意匠性の問題を招いたり、また、複数配置したりする必要があるため、重量増加や、部品点数の増加に伴うフード組立工程の増加、工程増加に伴う品質低下という問題点がある。

一方で近年、金属製フードに変えて、軽量化を第１目的とした繊維強化樹脂製のフードが盛んに開発されている（例えば、特許文献３）。これは、繊維強化樹脂が比剛性や比強度の点で金属などの他材料に比べ大きいため、軽量でかつ高剛性／高強度の製品を得ることができるためである。

また、この特許文献３には、フードを構成する繊維強化樹脂に、強化繊維に切断線を入れた切断層と、フードの破断を防止する破断防止層とを設け、衝突時にフードが破断することなく所望の箇所で変形できるようにしたフード構造が開示されている。

特開２００３−２２６２６４号公報特開２００５−５３４１８号公報特許第４１０９４８７号公報

フードを繊維強化樹脂で構成する場合、繊維強化樹脂（例えば、炭素繊維強化樹脂）は、高剛性/高強度であり、塑性変形することがない材料であるため、繊維強化樹脂製のフードに歩行者が衝突した際に、フードに衝突エネルギーを吸収させ、また、前述のＨＩＣ値を法規規定値以下に抑えるには、設計難易度が極めて高いという問題がある。

特に、歩行者（とくに、歩行者の頭部）がフードに衝突した際には図１に示すような加速度の挙動Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｅを示すことが知られつつあり（図１に示した加速度線図は後述の本発明の説明にも共通に使用する。）、この加速度線図において、初期ピークＡは繊維強化樹脂が本来有する高剛性の特徴から、高く設定できるものの、フードに入力されたエネルギーが反発エネルギーとして頭部に再入力されるため、後半ピークＣも高くなり、結局、ＨＩＣ値が悪化することとなっている。

すなわち、ＨＩＣ値は、図１に示した加速度線図における加速度の挙動Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｅの特性線の下部面積（つまり、積分値）に支配されるので、ＨＩＣ値を低く抑えるためには、この積分値を小さく抑えることが有効であることが知られている。換言すれば、図１に示したような加速度線図においては、現実には、初期ピークＡと、２度目の頭部との衝突による２度目のピークＣとの両方を考慮した条件での、トータル的な衝撃エネルギーの低減をはかることが有効である。前述の特許文献３では、このような２度目の頭部との衝突については全く考慮されておらず、したがって、効果的にＨＩＣ値を低下させることはできていない。

また、衝突時の歩行者保護に関して、上記ＨＩＣ値の低下に加えて、本発明で後述するように、衝突時の歩行者頭部の変位のストロークを短くすることも好ましいと考えられる。ここで、ストロークとは、加速度の２回積分値であり、衝突部におけるフードの変位である。すなわち、ＨＩＣ値を低く設定するためには、フードを低剛性に設計すれば、ストロークを稼いで加速度を低くすることでき、低ＨＩＣ値の達成は可能になる。しかし、ストロークを稼ぐ、つまりストロークが長くすると、フードとエンジンなどの内臓物との距離を長く取ることになるので、フード下に無駄な空間が形成されることになる。その結果、フードのデザインや設計の自由度が低下し、車高を低くして低重心化をはかる上で障害となるおそれがある。

そこで本発明の課題は、歩行者の頭部がフードに衝突した際の上記のような２度目の衝突までを総合的に考慮し、歩行者の頭部に加わる衝撃エネルギーを（ＨＩＣ値を）現実的にかつ効果的に大幅に低減できるようにするとともに、衝突時の歩行者頭部の変位のストロークの短縮も可能とした自動車用フードを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る自動車用フードは、繊維強化樹脂からなる自動車用フードにおいて、歩行者の頭部が衝突した際に、頭部衝突部に発生する頭部衝突部変位量が特定の一定値以上に達した際に破壊する低強度部を有することを特徴とするものからなる。

上記フードの頭部衝突部に発生する頭部衝突部変位量に関しては、前述の図１に示した加速度の挙動Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｅの特性線を参照するに、初期ピークＡと２度目のピークＣとの間の加速度の極小値の箇所Ｂで変位量の最大値が発生する。上記のような本発明に係る自動車用フードにおいて、この変位量の最大値もしくはそれに近い値を上記特定の一定値に設定しておけば、その特定の一定値以上に達した際に破壊する低強度部を有することにより、加速度の極小値の箇所Ｂもしくはその近傍でかつ２度目のピークＣが発生する前に、低強度部においてフードを破壊させることができるようになる。フードが破壊されてしまうと、頭部に再入力されようとしていたフードの反発エネルギーが実質的に消滅してしまうので、加速度の２度目のピークＣが発生しないか、大幅に低減されることになり、図１における上記加速度の極小値の箇所Ｂ以降の挙動特性は、図１のＢ−Ｄ−Ｅのような経路を辿る。その結果、加速度の挙動Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅの特性線の下部面積（積分値）がＡ−Ｂ−Ｃ−Ｅの特性線の場合に比べ大幅に低減され、該特性線の下部面積（積分値）に支配されるＨＩＣ値が効果的にかつ大幅に低下され、歩行者の安全性が現実的に大幅に向上される。さらに、上記２度目のピークＣにおける加速度の大幅な低減により、加速度の２回積分値であるフードの変位のストロークも短縮され、フードと内臓物（エンジンなど）との距離を短く設定することが可能になり、フードのデザインや設計の自由度を高めたり、車高を低くして低重心化に貢献したりすることが可能になる。

なお、本発明における低強度部の破壊の方法としては、材料強度を利用する手法、例えば低強度部の強度を他の部分の材料強度よりも低く設定しておく手法によってもよく、意図的に低強度部に切欠き等の破壊の起点を設けておき、低強度部における破壊が他の部分の破壊よりも早く開始されるようにした手法によってもよい。

上記本発明に係る自動車用フードにおいては、上記頭部衝突部変位量は、鉛直下方向への変位量として設定することができ、上記特定の一定値は、鉛直下方向への変位量の最大値であることが好ましい。フードの鉛直下方には、エンジン等の剛体物が存在するので、上記特定の一定値を鉛直下方向への変位量の最大値として適切に設定することで、変位したフードがエンジン等の剛体物に衝突しそれによって歩行者の頭部に急激に大きな反力が加わる事態を、事前に低強度部の破壊により回避することが可能になる。

上記低強度部は、フード支持点周辺部に設けられていることが好ましく、それによって、低強度部の破壊のタイミングの最適化をはかったり、フード全体としてみた場合にフード全体に破壊を生じさせるのではなく必要な部位のみに局部的に効率よく破壊を生じさせるという、歩行者保護の観点から最適な破壊パターンの実現が可能になる。

このような上記低強度部が設けられるフード支持点周辺部としては、例えば、ヒンジ周辺部、ストライカー周辺部、クッションゴム周辺部、またはこれらのいずれかの組み合わせ部位を挙げることができる。

また、本発明に係る自動車用フードにおいては、フード全体としては通常時の必要な強度、剛性を容易に確保でき、かつ、衝突時のための上記については、容易な設定および設計、さらには容易な成形などを行える点から、フードを構成する繊維強化樹脂に使用される強化繊維の少なくとも一部が炭素繊維であることが好ましい。

このように、本発明に係る自動車用フードによれば、歩行者の頭部がフードに衝突した際の２度目の衝突までを総合的に考慮して特定の低強度部を設けるようにしたので、歩行者の頭部に加わる加速度の積分値としての衝撃エネルギーを（ＨＩＣ値を）現実的にかつ効果的に大幅に低減することができ、衝突時における歩行者の安全性が大幅に向上することが可能になる。

また、加速度の２回積分値としてのフードの変位のストロークの短縮も可能となり、フードと内臓物（エンジンなど）との距離を短く設定することが可能になって、フードのデザインや設計の自由度を高めたり、車高を低くして低重心化に貢献したりすることが可能となる。

本発明に係る自動車用フードと従来の繊維強化樹脂製フードにおける歩行者の頭部衝突時の加速度−時間線図である。図１に示した加速度の挙動に対応する歩行者の頭部衝突時の状態遷移を示す説明図である。図１に示した加速度の挙動に対応する頭部衝突部変位量としての鉛直下方向変位量の変化挙動を示す特性図である。図１に示した加速度の挙動に対応する加速度−ストローク線図である。

以下に、本発明について、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
本発明に係る自動車用フードは、繊維強化樹脂からなる自動車用フードにおいて、歩行者の頭部が衝突した際に、頭部衝突部に発生する頭部衝突部変位量が特定の一定値以上に達した際に破壊する低強度部を有することを特徴とするものである。図２に、繊維強化樹脂からなる自動車用フード１に対し、歩行者の頭部の衝突をインパクタ２で再現模倣し、低強度部３をヒンジ部に設け、頭部衝突部変位量を鉛直下方向への変位量として設定した場合について、図１に示した加速度の挙動に対応させて、歩行者の頭部衝突時の状態遷移の様子を示す。

図２（Ａ）に示すように、歩行者の頭部としてのインパクタ２をフード１に衝突させると、図１に示した加速度は初期ピークＡに到達し、しかる後に、図２（Ｂ）に示すように、図１に示した加速度の極小値部、つまり、フード１の最大変位部Ｂに到達する。そのとき、あるいはその直後に、図２（Ｃ）に示すように、低強度部３が設定されているヒンジ部が破壊され、フード１は下方向に落下、変位する。このとき、インパクタ２は、上記フード１の最大変位に伴う反発力によって上方向に反転される。従来構造の場合には、破壊されていないフードとインパクタ２との間で２度目の衝突が発生しようとするのであるが、本発明では、低強度部３が設定されているヒンジ部が破壊され、フード１は下方向に落下、変位されるので、実質的に２度目の衝突が発生しないか、極めて小さく抑えられる。やがて、図２（Ｄ）に示すように、図１に示した加速度低下時Ｅの衝突終了状態に至る。

前述したように、図１において、従来Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｅを辿っていた加速度の挙動特性が、本発明では２度目のピークＣが発生する前に、低強度部においてフードを破壊させることにより、加速度の２度目のピークＣが発生しないか、大幅に低減されることになり、Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｅの特性を辿る加速度の挙動となり、加速度の挙動特性線の下部面積（積分値）として捉えられるＨＩＣ値が効果的にかつ大幅に低下され、歩行者の安全性が現実的に大幅に向上されることになる。

上記図１に示した加速度−時間線図に、さらに上述の頭部衝突部変位量として設定されたフードの鉛直下方向への変位量の挙動を加えると、図３に示すように表すことができる。

また、本発明により得られる利点は、衝突時の歩行者頭部の変位のストロークとの関係で観ることもできる。ここで、ストロークとは、前述したように、加速度の２回積分値であり、図２におけるインパクタ軸方向（進入方向）の変位である。歩行者頭部保護の法規では、ＨＩＣ値のみが規定されているが、そのＨＩＣ値の規定を満たすためには、前述したように、フードを低剛性に設計すれば、ストロークを稼いで加速度を低くすることでき、法規達成は可能になる。しかし、ストロークを稼ぐ、つまりストロークが長いということは、フードとエンジンなどの内臓物との距離を長く取ることになるので、フード下に無駄な空間が形成されることになる。したがって、短いストロークで、ＨＩＣ値をクリアすることが最も好ましい形態ということができる。ストロークが短いということは、フードと内臓物（エンジンなど）との距離が短く設定できることから、デザインや設計の自由度が高くなる、車高を低くでき低重心化に貢献できるなど利点がある。

例えば図１に示した加速度の挙動特性において、該加速度と、加速度の２回積分値であるストロークとの関係を表すと、図４に示すようになる。すなわち、本発明においては、従来構造に比べて、ΔＳだけ大幅に上記ストロークを短縮でき、フードと内臓物（エンジンなど）との距離を短く設定でき、デザインや設計の自由度を高めたり、車高を低くして低重心化に貢献できるとともに、前述の如くＨＩＣ値を効果的にかつ大幅に低下させることができる。

本発明に係る自動車用フードは、歩行者との衝突時に歩行者の安全性を高めることが要求されるあらゆる車種の自動車に適用可能である。

１自動車用フード
２歩行者の頭部としてのインパクタ
３低強度部

Claims

繊維強化樹脂からなる自動車用フードにおいて、歩行者の頭部が衝突した際に、頭部衝突部に発生する頭部衝突部変位量が特定の一定値以上に達した際に破壊する低強度部を有することを特徴とする自動車用フード。
前記頭部衝突部変位量は、鉛直下方向への変位量である、請求項１に記載の自動車用フード。
前記特定の一定値は、鉛直下方向への変位量の最大値である、請求項１または２に記載の自動車用フード。
前記低強度部はフード支持点周辺部に設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用フード。
前記フード支持点周辺部は、ヒンジ周辺部、ストライカー周辺部、クッションゴム周辺部、またはこれらのいずれかの組み合わせ部位である、請求項４に記載の自動車用フード。
前記繊維強化樹脂に使用される強化繊維の少なくとも一部が炭素繊維である、請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用フード。