JP2015020441A - 車体構造の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセット衝突時に、クラッシュボックスを安定して潰せるようなバンパリインフォースの設計方法を提供する。
【解決手段】ハニカム構造を有する障壁に対してオフセット衝突する際における障壁とのラップ量に対応するバンパリインフォース３の面積を、クラッシュボックス４ａ，４ｂの座屈荷重の設計値と、ＯＤＢ試験において規定される障壁であるバンパ模擬部（ＯＤＢ）の潰れ強度とに基づいて算出される値以上にする。これにより、車速に関係なく安定してクラッシュボックス４ａ，４ｂを潰すことが可能で、車両のオフセット衝突時におけるＧセンサ６の出力値を安定させることが可能な低コストでかつ軽量のバンパリインフォース３を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、左右のフロントサイドメンバの前方でフロントバンパの後方に配置されるバンパリインフォースの面積を設定する車体構造の設計方法に関する。

車両に搭載されたエアバッグを作動させるために、衝突時の加減速度を検知するＧセンサが車体構造の所定の設置位置に取り付けられ、Ｇセンサからの出力に基づいてエアバッグを作動させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。そのほかにも、衝突時にシートベルトを巻き上げて乗員を衝撃から保護する際の、シートベルトの巻き上げ動作の開始にも、Ｇセンサの出力を利用することが行われる。

ところで、Ｇセンサが設置される車体前部には、左右のフロントサイドメンバの前方でフロントバンパの後方にバンパリインフォースが配置され、このバンパリインフォースの強度設計にあたっては、例えば車体の客室変形量を主評価項目として設計することが一般的である。

特開２００１−２１９８１２号公報（段落００１９および図３、要約書参照）

しかし、上記したように客室変形量を主評価項目とする設計では、車両の特にオフセット衝突が生じた場合における減速度Ｇ特性が不安定になり、車速に関係なく車体を安定的に潰すことができなくなり、その結果Ｇセンサの出力値が安定せずにエアバッグの着火時間にばらつきが生じるなどの傾向があった。具体的には、Ｇセンサの設置位置における衝撃強度が大きいと衝撃波が出ずにＧセンサの反応が遅れ、衝撃強度が小さいと衝撃波が早く出てＧセンサの出力の立ち上がりが早くなり過ぎ、エアバッグの着火時間がばらついてしまう。

このようなＧセンサの出力値を安定させるには、車両が植物などの比較的軟らかい障害物にぶつかっても車両前部が安定的に潰れるようにするのが望ましく、そのために従来、フロントバンパの後方に配置されるバンパリインフォースと左右のフロントサイドメンバそれぞれとの間にクラッシュボックスを配置することが行われているが、オフセット衝突時に、車速の大小に関係なくクラッシュボックスを安定して潰せるようなバンパリインフォースの設計手法を確立することが望まれる。

本発明は、オフセット衝突時に、クラッシュボックスを安定して潰せるようなバンパリインフォースの設計方法を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車体構造の設計方法は、左右のフロントサイドメンバの前方でフロントバンパの後方に配置されるバンパリインフォースの面積を設定する車体構造の設計方法において、ハニカム構造を有する障壁に対してオフセット衝突する際における前記障壁とのラップ量に対応する前記バンパリインフォースの面積を、前記バンパリインフォースと前記両フロントサイドメンバそれぞれとの間に配置されたクラッシュボックスであって、荷重に対する耐力が予め前記フロントサイドメンバよりも低い所定値に設定された前記クラッシュボックスの座屈荷重と、前記障壁の潰れ強度とに基づいて算出される値以上に設定することを特徴としている（請求項１）。

また、請求項１に記載の車体構造の設計方法において、前記バンパリインフォースの面積を荷重の静動比に基づいて算出される値以下に設定するようにしてもよい（請求項２）。

衝突安全性評価のひとつである米国運輸省道路交通安全局（ＮＨＴＳＡ：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｓａｆｅｔｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）が定めるＯＤＢ（Ｏｆｆｓｅｔ Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｂａｒｒｉｅｒ）試験があり、このＯＤＢ試験では、車両にオフセット衝突する障害物を模擬的に車体模擬部とバンパ模擬部から成る模擬車両とし、車両が衝突する障壁としてのバンパ模擬部であるＯＤＢをハニカム構造とし、これら車体模擬部およびバンパ模擬部に関して平均荷重、潰れ強度、密度、平均荷重到達変位、重量などが細かく規定され、このようなＯＤＢ（バンパ模擬部）に対して４０％のラップ量でオフセット衝突させることとされている。

このとき、クラッシュボックスに接合するバンパリインフォースの面積が小さ過ぎると、ＯＤＢに対して面積の小さ過ぎるバンパリインフォースが突き刺さるようになって、ハニカム構造のＯＤＢのせん断（いわゆるハニカム切れ）が生じ、車両の車体のエネルギー吸収量が安定しない。一方、バンパリインフォースの面積が大き過ぎると、バンパリインフォースが大型化してコストアップや重量化を招くことになる。

請求項１に係る発明によれば、ハニカム構造を有する障壁に対してオフセット衝突する際における障壁とのラップ量に対応するバンパリインフォースの面積が、クラッシュボックスの座屈荷重と、障壁の潰れ強度とに基づいて算出される値以上に設定される。このとき、障壁の潰れ強度は、上記したＮＨＴＳＡのＯＤＢ試験において規定されており、クラッシュボックスの座屈荷重はクラッシュボックスをどのように設計するかで定まるものであるため、クラッシュボックスの座屈荷重の設計値と、既知の障壁の潰れ強度とに基づいて算出される値以上にすることにより、車速に関係なく安定してクラッシュボックスを潰すことが可能で、車両のオフセット衝突時におけるＧセンサの出力値を安定させることが可能な低コストでかつ軽量のバンパリインフォースを得ることができる。なお、クラッシュボックスの座屈荷重の設計値と、既知の障壁の潰れ強度とに基づいて算出される値を下限値とすると、最小面積のバンパリインフォースが得られることになる。

また、オフセット衝突時におけるＧセンサの出力値が安定化することで、エアバッグの制御ロジックの信頼性の向上を図ることができる。さらに、オフセット衝突時に、車体前部が滑らかに潰れて車体構造の衝撃吸収態様が安定するため、乗員に対してごつごつとした衝撃感を与えることを緩和できる。

請求項２に係る発明によれば、バンパリインフォースの面積を荷重の静動比に基づいて算出される値以下に設定するため、バンパリインフォースの面積を問題のない範囲でより一層小さくでき、さらなる低コスト化、軽量化を図ることができる。

本発明に係る車体構造の設計方法の一実施形態における車両前部構造の平面図である。 ＯＤＢ試験の説明図であり、（ａ）は試験用模擬車両の概略斜視図、（ｂ）は試験用模擬車両のバンパ模擬部及び車体模擬部の諸元表である。 ＯＤＢ試験において、ハニカム切れの有無を表わすクラッシュボックスの座屈荷重とバンパリインフォースの面積との関係図である。

つぎに、本発明の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。

図１に示すように、車両前部は、断面ハット状の左右のフロントサイドメンバ１ａ，１ｂと、両フロントサイドメンバ１ａ，１ｂの前端部を橋絡して両メンバ１ａ，１ｂに接合された断面ハット状のクロスメンバ２と、両フロントサイドメンバ１ａ，１ｂの前方でフロントバンパ（図示せず）の後方に配置されるバンパリインフォース３と、バンパリインフォース３と両フロントサイドメンバ１ａ，１ｂの前端それぞれとの間に配置された断面矩形状のクラッシュボックス４ａ，４ｂとを備える。ここで、エアバッグ作動用のＧセンサ６は、両クラッシュボックス４ａ，４ｂよりも後方で、両フロントサイドメンバ１ａ，１ｂそれぞれの前端部、あるいは、図１には示されていないラジエータの左右の両端を保持する左右のラジエータサポート部材に取り付けられる。

そして、このような前部構造を有する車両がオフセット衝突したときに、両クラッシュボックス４ａ，４ｂが衝突時のエネルギーを緩和しつつ滑らかに潰れるように、以下のようにしてバンパリインフォース３の設計を行う。

上記したように、衝突安全性評価のひとつであるＮＨＴＳＡが定めるＯＤＢ試験は、図２（ａ）に示すように、車両にオフセット衝突する障害物を模擬的に車体模擬部１０とバンパ模擬部２０から成る模擬車両とし、車両が衝突する障壁としてのバンパ模擬部であるＯＤＢをハニカム構造とすることが規定されている。さらに、模擬車両の車体模擬部１０およびバンパ模擬部２０に関して、平均荷重、潰れ強度、密度、平均荷重到達変位、重量が同図（ｂ）に示すとおり規定されている。

そして、図２（ａ）中のハッチング部分は、バンパ模擬部（ＯＤＢ）２０に対してラップ量４０％の範囲を表わし、同図中の領域Ｑはラップ量４０％の範囲における車両のバンパリインフォース３の面積、すなわちバンパ模擬部（ＯＤＢ）２０に対し４０％のラップ量でオフセット衝突する際のバンパリインフォース３の面積Ｓを表わしており、このバンパリインフォース３の面積Ｓとクラッシュボックス４ａ，４ｂの座屈荷重Ｆをパラメータとしたときに、バンパ模擬部（ＯＤＢ）２０がいわゆるハニカム切れを生じる可能性の有無は、図３に示すように類別されることが実験的に検証された。

図３において直線Ａより上の領域は、ハニカム切れが生じる領域であって、オフセット衝突時に減速度Ｇ特性が不安定で車体のエネルギー吸収量が安定しない領域であり、直線Ａと直線Ｂとの間の領域は、ハニカム切れの生じる可能性が有る領域であって、オフセット衝突時に減速度Ｇ特性が安定せず車体のエネルギー吸収量も安定しない領域であり、直線Ｂより下の領域は、ハニカム切れが生じない領域であり、このときの直線Ｂの傾きが、図２（ｂ）に示すバンパ模擬部（ＯＤＢ）２０の潰れ強度（ＭＰａ）である１．７１１であることがわかった。

そこで、バンパリインフォース３の面積Ｓを、クラッシュボックス４ａ，４ｂをどのように設計するかで定まる既知のクラッシュボックス４ａ，４ｂの座屈荷重Ｆを、図２（ｂ）に示すバンパ模擬部（ＯＤＢ）２０潰れ強度（＝１．７１１）で除した値以上、つまり
Ｓ≧Ｆ÷１．７１１ ……（１）式
を満たすように設定する。

このとき、バンパリインフォース３の面積Ｓが小さ過ぎると、バンパ模擬部（ＯＤＢ）２０に対して面積の小さ過ぎるバンパリインフォース３が突き刺さるようになって、ハニカム切れ（ハニカム構造のＯＤＢのせん断）が生じ、車両の車体のエネルギー吸収量が安定しないのに対し、式（１）を満たすように、バンパリインフォース３の面積Ｓを設定すると、そのときのバンパリインフォース３の面積Ｓとクラッシュボックス４ａ，４ｂの座屈荷重Ｆとで特定される点は、図３の関係図中の直線Ｂよりも下の領域に位置し、ハニカム切れが生じることはない。また、上記式（１）の等号が成立するようにバンパリインフォース３の面積Ｓを設定すれば、バンパリインフォース３はハニカム切れが生じない最小面積となり、バンパリインフォース３の面積Ｓが大き過ぎることによりバンパリインフォース３が大型化してコストアップや重量化を招くことを防止できる。

また、上記式（１）により算出されるバンパリインフォース３の面積Ｓを、荷重の静動比に基づいて算出される値である０．８５以下に設定するのが最も望ましく、例えば０．８５に設定すると、そのときのバンパリインフォース３の面積Ｓとクラッシュボックス４ａ，４ｂの座屈荷重Ｆとで特定される点は図３中の直線Ｂを１５％引き下げた破線Ｃより下の領域に位置することになり、バンパリインフォース３の面積Ｓを問題のない範囲でより一層小さくすることができる。

したがって、上記した実施形態によれば、ハニカム構造を有する障壁であるバンパ模擬部（ＯＤＢ）２０に対してオフセット衝突する際における障壁とのラップ量４０％に対応するバンパリインフォース３の面積Ｓを、クラッシュボックス４ａ，４ｂの既知の座屈荷重Ｆをバンパ模擬部（ＯＤＢ）２０の潰れ強度（＝１．７１１）で除した値以上に設定することにより、車速に関係なく安定してクラッシュボックス４ａ，４ｂを潰すことが可能で、車両のオフセット衝突時におけるエアバッグ作動用のＧセンサ６の出力値を安定させることが可能な低コストでかつ軽量のバンパリインフォース３を得ることができる。

また、オフセット衝突時におけるＧセンサ６の出力値が安定化することで、エアバッグの制御ロジックの信頼性の向上を図ることができる。

さらに、オフセット衝突時に、車体前部の特にクラッシュボックス４ａ，４ｂが滑らかに潰れて車体構造の衝撃吸収態様が安定するため、乗員に対してごつごつとした衝撃感を与えるのを緩和することができる。

また、バンパリインフォース３の面積Ｓを荷重の静動比に基づいて算出される値（＝０．８５）以下に設定することにより、バンパリインフォース３の面積Ｓを問題のない範囲でより一層小さくすることが可能になり、さらなる低コスト化、軽量化を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

また、上記した実施形態では、Ｇセンサ６をエアバッグ作動用として説明したが、衝突時にシートベルトを巻き上げて乗員を衝撃から保護する際のシートベルトの巻き上げ動作の開始用としてしようする場合であっても、本発明を同様に実施することができる。

１ａ，１ｂ …フロントサイドメンバ
３ …バンパリインフォース
４ａ，４ｂ …クラッシュボックス
２０ …バンパ模擬部（障壁）

Claims (2)

1. 左右のフロントサイドメンバの前方でフロントバンパの後方に配置されるバンパリインフォースの面積を設定する車体構造の設計方法において、
   ハニカム構造を有する障壁に対してオフセット衝突する際における前記障壁とのラップ量に対応する前記バンパリインフォースの面積を、前記バンパリインフォースと前記両フロントサイドメンバそれぞれとの間に配置されたクラッシュボックスであって、荷重に対する耐力が予め前記フロントサイドメンバよりも低い所定値に設定された前記クラッシュボックスの座屈荷重と、前記障壁の潰れ強度とに基づいて算出される値以上に設定することを特徴とする車体構造の設計方法。
2. 請求項１に記載の車体構造の設計方法において、
   前記バンパリインフォースの面積を荷重の静動比に基づいて算出される値以下に設定することを特徴とする車体構造の設計方法。

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