JP2015182595A - 車両のエネルギ吸収構造及びエネルギ吸収部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両のエネルギ吸収構造が適用された車体前部構造10は、炭素繊維強化樹脂製のクラッシュボックス14の荷重入力方向に沿って延びる壁14Wにおける厚み方向の少なくとも一部に、該荷重入力方向に不連続となる不連続部が複数並べられて成る荷重安定構造22が形成されている。
【選択図】図1
Description
図2には、車体前部構造10の概略構成が斜視図にて示されている。この図に示されるように、車体前部構造10は、それぞれ前後方向に長手とされると共に、車幅方向に並列された左右一対のフロントサイドメンバ12を備えている。左右のフロントサイドメンバ12は、それぞれ本発明におけるサイドメンバに相当する。
次に、クラッシュボックス14の詳細構成を説明する。クラッシュボックス14は、エネルギ吸収部14Aと、前フランジ14Fと、後フランジ14Rとを主要部として構成されている。以下においては、まずクラッシュボックス14を構成する材料を説明し、次いで、エネルギ吸収部14A、前フランジ14F、後フランジ14Rの順で説明することとする。その後、本実施形態の要部である、エネルギ吸収部14Aに形成された荷重安定構造22について説明する。
クラッシュボックス14は、繊維強化樹脂としての炭素繊維強化樹脂(以下、「CFRP」という)にて構成されている。この実施形態におけるCFRPは、例えば、繊維として炭素繊維(例えばポリアクリロニトリル(PAN)系の炭素繊維)と、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂とを組み合わせた複合材料とされている。熱可塑性樹脂を採用することで、サイクルタイムが短くリサイクル性が良好なCFRP製のクラッシュボックス14が得られる構成である。
エネルギ吸収部14Aは、図1(A)〜図1(C)に示されるように、前後方向を軸方向とする矩形筒状を成す閉断面構造とされている。具体的には、エネルギ吸収部14Aは、天壁14Tと、底壁14Bと、左右の側壁14Sとを有し、軸方向に直交する断面視で略矩形状を成している。
前フランジ14Fは、接合フランジ18F、20Fを含むエネルギ吸収部14Aの前端から上下左右に張り出した前壁14FFと、前壁14FFの上端から前方に延出された上壁14FUと、前壁14FFの下端から前方に延出された下壁14FLとを有する。
後フランジ14Rは、接合フランジ18F、20Fを含むエネルギ吸収部14Aの後端から上下左右に張り出した後向きの壁として形成されている。この後フランジ14Rは、フロントサイドメンバ12の前フランジ12Fに突き当てられており、該前フランジ12Fに対し、ボルト、ナット等の締結具Fb(図1(C)、図2参照)にて結合されている。この後フランジ14Rの上部は、上ハーフ18に形成されている。また、後フランジ14Rの下部は、下ハーフ20に形成されている。
クラッシュボックス14のエネルギ吸収部14Aには、複数の不連続部が前後方向に並べられて構成された荷重安定構造22が形成されている。具体的には、荷重安定構造22は、それぞれ不連続部、複数の切欠部(ノッチ)としての溝22Gが、エネルギ吸収部14Aを構成する各壁に、前後方向に所定ピッチ(等ピッチ)で並べられて構成されている。
次に、実施形態の作用を説明する。
比較例に係るクラッシュボックス100は、図5(A)に示されるように、荷重安定構造22が形成されず、壁100Wが表裏とも平坦とされている。このようなクラッシュボックス100は、衝突体Iより衝突荷重が入力されると、図5(B)に示されるように壁が前方から破壊されつつエネルギ吸収荷重(反力)を発生し、衝突エネルギ(の一部)を吸収する。
これに対して本実施形態では、クラッシュボックス14のエネルギ吸収部14Aの各壁14Wに、荷重入力方向に並べて複数の溝22Gが形成されている。このため、クラッシュボックス14では、圧縮荷重を受けた壁14Wが、荷重の入力側の溝22Gから順に該溝22Gを起点とした座屈、曲げ等を繰り返すように変形し、形成されるクラックCの長さに依存しないエネルギ吸収荷重を発生させることができる。
上記した実施形態では、荷重入力(前後)方向に交差する方向である上下方向、車幅方向に延びる複数の溝22Gを荷重入力方向に並べて荷重安定構造22が形成された例を示したが、本発明はこれに限定されない。荷重安定構造は、クラッシュボックス14の各壁における厚み方向の少なくとも一部に、該荷重入力方向に不連続となる不連続部が該荷重入力方向に複数並べられることで形成されていれば良い。変形例として、図4(A)〜図4(C)の構造について説明する。
図4(A)には、第1変形例に係る荷重安定構造30が示されている。荷重安定構造30が形成されたクラッシュボックス14の壁14Wは、積層構造とされている。この実施形態では、閉断面構造のエネルギ吸収部14Aの外側(外周側)から内側(内周側)に向けて、外層14Wo、中間層14Wm、内層14Wiの3層が積層されている。
図4(B)には、第2変形例に係る荷重安定構造40が示されている。荷重安定構造40は、中間層14Wmすなわち3層以上の積層構造を成す壁14Wにおける内部の層に形成されている。具体的には、荷重安定構造40は、それぞれ不連続部としての複数のスリット40Sが前後方向に所定ピッチで並べられて構成されている。各スリット40Sは、前後方向に対し交差(直交)する方向に沿って延びている。すなわち、天壁14T、底壁14Bに形成されたスリット40Sは車幅方向に沿って延び、左右の側壁14Sに形成されたスリット40Sは、主に上下方向に沿って延びている。
図4(C)には、第3変形例に係る荷重安定構造50が示されている。荷重安定構造50では、CFRPを構成する炭素繊維によって不連続部が形成されている。具体的には、壁14W内には、前後方向に沿って配向される図示しない炭素繊維の他に、壁14Wの厚み方向を振幅方向とするサイン波(つづら折り)形状の炭素繊維50Fが配向されている。図示例では、壁14Wの厚みと炭素繊維50Fの両振幅とが略一致されているが、炭素繊維50Fの両振幅が壁14Wの厚みよりも小さい構成としても良い。この炭素繊維50Fは、壁14Wにおける該炭素繊維50Fが厚み方向に横切る部分で、該横切る部分の前後の部分を不連続とする不連続部を形成している。
以上説明したように、本発明における不連続部は、それ自体で衝突荷重に対する曲げや座屈の起点となる変形起点部(弱化部、低強度部等)であっても良い。また、本発明における不連続部とは、それによってクラックC(の長さ、先端Cpの位置)を制御する(クラックCの進行を止める)クラック制御部であっても良い。さらに、本発明における不連続部は、変形起点部の機能とクラック制御部の機能とを併せ持ったものでも良い。
なお、上記した実施形態及び各変形例では、壁14Wを構成するCFRPが、繊維の配向が一定である一方向強化材である例を示したが、本発明はこれに限定されない。壁14W又は壁14Wを構成する各層の繊維の配向方向に限定はなく、例えば、壁14W又は壁14Wを構成する層が疑似等方材(所謂QI材)にて構成されても良い。補足すると、疑似等方材より成る壁14Wにおいても、一方向強化材より成る壁14Wのエネルギ吸収特性の速度依存性に比して小さいものの、エネルギ吸収特性の速度依存性が存在する。したがって、疑似等方材より成る壁14W(クラッシュボックス14)に本発明の構成を適用して、本発明の課題を解決することができる。また、壁14Wが積層構造を成す構成においては、各層で異なる繊維配向とされても良いことは言うまでもない。
また、上記した実施形態及び第1変形例では、不連続部、切欠部としての溝22G、30Gが形成された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、切欠部として、荷重入力方向との交差方向に沿って複数の凹部が断続的に配置された構成としても良い。この場合、荷重入力方向に隣り合う切欠部(凹部の集合体)同士で、蒸気交差方向における凹部の位置は一致されてもずらされても良い。
12 フロントサイドメンバ(サイドメンバ)
14 クラッシュボックス(エネルギ吸収部材)
14A エネルギ吸収部
14T 天壁(壁)
14B 底壁(壁)
14S 側壁(壁)
14W 壁
14Wm 中間層(層)
14Wi 内層(層)
14Wo 外層(層)
16 バンパリインフォースメント
22 荷重安定構造(不連続部)
22G 溝(切欠部、不連続部)
30・40・50 荷重安定構造(不連続部)
30G 溝(切欠部、不連続部)
40S スリット(不連続部)
50F 炭素繊維(不連続部)
Claims (5)
- 繊維強化樹脂製のエネルギ吸収部材の荷重入力方向に沿って延びる壁における厚み方向の少なくとも一部に、該荷重入力方向に不連続となる不連続部が該荷重入力方向に複数並べて形成されている車両のエネルギ吸収構造。
- 複数の前記不連続部は、前記荷重入力方向との交差方向に延び又は該交差方向に沿って断続的に設けられ、前記荷重入力方向に並べられた複数の切欠部である請求項1記載の車両のエネルギ吸収構造。
- 前記壁は、前記厚み方向に積層された3つ以上の層を有し、
前記複数の切欠部は、前記壁の内部の層に形成されている請求項2記載の車両のエネルギ吸収構造。 - 前記エネルギ吸収部材は、バンパリインフォースメントとサイドメンバとの間に介在するクラッシュボックスである請求項1〜請求項3の何れか1項記載の車両のエネルギ吸収構造。
- 繊維強化樹脂より成り、荷重入力方向に沿って延びる壁における厚み方向の少なくとも一部に、該荷重入力方向に不連続となる不連続部が該荷重入力方向に複数並べて形成されているエネルギ吸収部材。
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