JP2016175611A - 脱落構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の車体減速度を確実に緩和する脱落構造体を提供する。【解決手段】自動車の前部近傍から後方に延びるサブフレーム２と、サブフレーム２と自動車の前輪５との間に配置され、前輪５側に端部１１ａを有すると共にサブフレーム２側に端部１１ｂを有し且つ端部１１ａが前輪５に接続されたロワアーム４と、サブフレーム２をロワアーム４の端部１１ｂと共に自動車の車体フレームに締結し、自動車の衝突によるサブフレーム２の変形に応じてサブフレーム２とロワアーム４を車体フレームから脱落させる締結部１２とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、脱落構造体に係り、特に、サブフレームとロワアームが設けられた自動車において衝突による車体減速度を緩和するための脱落構造体に関する。

従来から、自動車が衝突体に衝突した際に、衝突荷重が伝達される伝達フレームを脱落させて自動車の車体減速度を緩和する脱落構造体が利用されている。一般的に、自動車が衝突した衝突初期では、衝突荷重が伝達フレームにより吸収される一方で自動車の車体減速度が急激に上昇される。この車体減速度が上昇し続けると、自動車に搭乗した乗員の傷害値が大きくなるおそれがある。このため、脱落構造体により所定のタイミングで伝達フレームを脱落させることで車体減速度を緩和することが試みられている。

そこで、伝達フレームを脱落させて車体減速度の緩和を行う技術として、例えば、特許文献１には、サブフレームに中央折れ点を設けると共にサブフレームの後締結部が取り付けられる車体パネルに脆弱部を設けた自動車の車体フレーム構造が提案されている。この自動車の車体フレーム構造は、自動車が衝突した際に、サブフレームの中央折れ点が下方に折れ曲がると共にサブフレームの後締結部を車体パネルから脱落させることにより、車体減速度を緩和して乗員の傷害値の上昇を抑制することができる。

特開２０１３−２４１０５２号公報

しかしながら、特許文献１の自動車の車体フレーム構造のように、サブフレームを脱落させただけでは、車体減速度を充分に緩和することができず、乗員の傷害値を著しく低下させることが困難であった。特に、自動車が正面衝突、いわゆるフルラップ衝突をした場合には、衝突初期において多くの衝突荷重が伝達フレームにより吸収されるため、これにより大きく増加する車体減速度を確実に緩和させることが重要となる。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、自動車の車体減速度を確実に緩和する脱落構造体を提供することを目的とする。

この発明に係る脱落構造体は、自動車の前部近傍から後方に延びるサブフレームと、サブフレームと自動車の前輪との間に配置され、前輪側に第１の端部を有すると共にサブフレーム側に第２の端部を有し且つ第１の端部が前輪に接続されたロワアームと、サブフレームをロワアームの第２の端部と共に自動車の車体フレームに締結し、自動車の衝突によるサブフレームの変形に応じてサブフレームとロワアームを車体フレームから脱落させる締結部とを備えるものである。

ここで、締結部は、サブフレームにおいて前後方向の中央部近傍に配置されることが好ましい。

また、サブフレームは、自動車の衝突による折れ変形の起点となる脆弱部を有し、締結部は、脆弱部の近傍に配置されることが好ましい。
また、脆弱部は、サブフレームを幅方向に横断する凹部からなり、ロワアームの第２の端部近傍が凹部の内側に配置されることが好ましい。

また、締結部は、車体フレームとサブフレームにそれぞれ対向するように形成されたブラケットと、ブラケットをサブフレームに固定するサブフレーム側ボルトと、ブラケットを車体フレームと共にロワアームの第２の端部に固定するロワアーム側ボルトとを有することができる。

また、サブフレームは、自動車を前後方向に延びるフロントサイドフレームにエンジンルームの前部近傍と後部近傍において固定することができる。

また、ロワアームはサブフレーム側に第３の端部をさらに有し、第３の端部が自動車を前後方向に延びるフロントサイドフレームにエンジンルームの後部近傍において固定されることが好ましい。

この発明によれば、締結部がサブフレームをロワアームの第２の端部と共に自動車の車体フレームに締結するので、自動車の車体減速度を確実に緩和する脱落構造体を提供することが可能となる。

この発明の一実施の形態に係る脱落構造体を備えた自動車の構成を示し、（Ａ）は自動車の側面図、（Ｂ）は自動車の底面図である。 サスペンションクロスメンバに接続されたロワアームを示す図である。 締結部の構成を示す図である。 サブフレームの変形に伴って締結部が破壊される様子を示す図である。 サスペンションクロスメンバから脱落したサブフレームとロワアームを示す図である。 自動車の縮小幅に対する車体減速度の変化をシミュレーションした実施例を示すグラフである。 変形例に係る脱落構造体の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）および（Ｂ）に、この発明の一実施の形態に係る脱落構造体を備えた自動車の構成を示す。なお、図１（Ａ）および（Ｂ）では、自動車の左側部側の構成のみが示されているが、自動車の右側部側についても同様の構成を有するものである。
この自動車は、両側部近傍を前後方向に延びる一対のフロントサイドフレーム１を有し、この一対のフロントサイドフレーム１の下側にサブフレーム２が配置されている。また、自動車の車幅方向Ｗに延びるサスペンションクロスメンバ３が図示しないサスペンションに対応して配置されると共に、サスペンションクロスメンバ３の側方にロワアーム４と前輪５が順次配置されている。

フロントサイドフレーム１は、自動車の前部近傍からエンジンルームＥを通って、乗員室Ｃの下側に延びるように設けられている。
サブフレーム２は、自動車の両側部近傍を前後方向に延びる一対の側部骨格８と、一対の側部骨格８の前端部の間を接続する前部骨格９とを有する。側部骨格８は、自動車のエンジンルームＥの前部近傍から後部近傍まで延びて、その前端部と後端部がそれぞれ固定部１０ａと固定部１０ｂによりフロントサイドフレーム１に固定されている。

サスペンションクロスメンバ３は、フロントサイドフレーム１の下側に配置されて、上部がフロントサイドフレーム１に固定されている。また、サスペンションクロスメンバ３は、サブフレーム２の一対の側部骨格８の間を車幅方向Ｗに延びるように形成されている。

ロワアーム４は、サブフレーム２の側部骨格８と前輪５との間に配置され、ロワアーム４の中心部から前輪５側に延びる端部１１ａと、ロワアーム４の中心部から側部骨格８の中央部に延びる端部１１ｂと、ロワアーム４の中心部から側部骨格８の後端部に延びる端部１１ｃとを有する。
ロワアーム４の端部１１ａは、前輪５に固定されて前輪５を回転自在に支持している。また、ロワアーム４の端部１１ｂは、側部骨格８の中央部を幅方向に横断するように延びてサスペンションクロスメンバ３の端部に接続されている。さらに、ロワアーム４の端部１１ｃは、エンジンルームＥの後部近傍においてフロントサイドフレーム１に固定されている。

図２に示すように、ロワアーム４の端部１１ｂは、サスペンションクロスメンバ３の端部内に配置されており、サスペンションクロスメンバ３の側壁部を挟んでロワアーム４の端部１１ｂの反対側に設けられた締結部１２によりサスペンションクロスメンバ３に締結されている。
締結部１２は、ロワアーム４の端部１１ｂをサブフレーム２の側部骨格８と共にサスペンションクロスメンバ３に締結するもので、側部骨格８の中央部近傍に配置されている。締結部１２は、サスペンションクロスメンバ３の側壁部と側部骨格８の上部とにそれぞれ対向するように形成されたブラケット１３と、ブラケット１３を側部骨格８に固定するサブフレーム側ボルト１４と、ブラケット１３をサスペンションクロスメンバ３の側壁部と共にロワアーム４の端部１１ｂに固定するロワアーム側ボルト１５とを有する。

具体的には、図３に示すように、ブラケット１３は、Ｌ字状の横断面を有するように互いに連結された側部１６と底部１７を有する。ブラケット１３の側部１６は、サスペンションクロスメンバ３の側壁部を挟んでロワアーム４の端部１１ｂの反対側に配置されている。一方、ブラケット１３の底部１７は、側部１６に対してほぼ９０度に屈折され、側部骨格８の上部に対向するように配置されている。
サブフレーム側ボルト１４は、ブラケット１３の底部１７と側部骨格８を上下方向に貫通して、ブラケット１３の底部１７を側部骨格８に固定するものである。また、ロワアーム側ボルト１５は、ブラケット１３の側部１６、サスペンションクロスメンバ３の側壁部およびロワアーム４の端部１１ｂを側部骨格８に沿う方向に貫通して、ブラケット１３の側部１６をサスペンションクロスメンバ３とロワアーム４の端部１１ｂに固定するものである。

また、サブフレーム２の側部骨格８は、その中央部近傍に自動車の衝突による折れ変形の起点となる脆弱部１８を有する。この脆弱部１８は、サブフレーム２の側部骨格８を幅方向に横断する凹部からなり、この凹部の内側にロワアーム４の中心部から端部１１ｂに延びるアーム部が配置されている。このように、脆弱部１８が側部骨格８の中央部近傍に設けられることにより、締結部１２が脆弱部１８の近傍に配置されることになる。
ここで、本発明の脱落構造体は、サブフレーム２、ロワアーム４および締結部１２から構成されるものである。

次に、この実施の形態の動作について説明する。
まず、図１（Ａ）および（Ｂ）に示す自動車が衝突体に衝突、例えば正面からフルラップ衝突すると、自動車の前部に衝突荷重が入力され、フロントサイドフレーム１およびサブフレーム２などの伝達フレームを介して衝突荷重が後方に伝達される。この時、サブフレーム２を伝達する衝突荷重は、側部骨格８を前端部から後端部まで伝達する一方、締結部１２を介してロワアーム４にも伝達されており、ロワアーム４から端部１１ｃを介してフロントサイドフレーム１へと伝達される。
この衝突初期においては、伝達フレームはほとんど変形されずに衝突荷重が順次吸収される一方、自動車の車体減速度が急激に上昇される。

車体減速度が上昇し続けると自動車に搭乗した乗員の傷害値が大きくなるため、衝突初期以降では伝達フレームが徐々に変形されて車体減速度の緩和が行われる。例えば、自動車が衝突初期から衝突後期にわたって変形する全縮小幅のうち約１／３だけ伝達フレームを縮小させることにより、衝突初期に発生した車体減速度を約１／３〜１／４にまで低下させることができる。

ここで、衝突後期、例えば衝突による自動車の全縮小幅のうち約２／３以上が縮小する時には、剛性が低い伝達フレームはほとんど変形されており、残された伝達フレームは剛性が高いものであるため、車体減速度は再び上昇することになる。近年では、フルラップ衝突以外の衝突、例えばオフセット衝突などに対応するために伝達フレームの剛性を向上させて乗員室Ｃの縮小幅が低下されており、これに伴って衝突後期において車体減速度が大きく上昇することが問題となっている。そこで、衝突後期における車体減速度を抑制するために、衝突後期に入る前にサブフレーム２の側部骨格８が変形するように脆弱部１８を形成する。

側部骨格８は、図４（Ａ）に示すように、脆弱部１８を起点として折れるように変形し、この変形に伴って締結部１２のサブフレーム側ボルト１４が自動車の中央側へ引っ張られる。さらに、図４（Ｂ）に示すように、側部骨格８が大きく折れると共に捩じられるように変形され、これにより締結部１２のブラケット１３を捩じ切るようにサブフレーム側ボルト１４が自動車の中央側へ強く引っ張られつつ向きが変更される。このようにして、ブラケット１３が捩じ切られることにより、図４（Ｃ）に示すように、サスペンションクロスメンバ３の側壁部およびロワアーム４の端部１１ｂに形成されたボルト穴などが破断される。
これにより、図５に示すように、サブフレーム２とロワアーム４がサスペンションクロスメンバ３から脱落される。

このように、締結部１２が側部骨格８をロワアーム４の端部１１ｂと共にサスペンションクロスメンバ３に締結することにより、側部骨格８の変形に応じてサブフレーム２とロワアーム４をサスペンションクロスメンバ３からほぼ同時に脱落させることができる。

ここで、サブフレーム２の側部骨格８の中央部近傍、すなわち固定部１０ａから固定部１０ｂまでの中央部近傍は最も変形幅が大きくなるため、この側部骨格８の中央部近傍に締結部１２を配置することにより締結部１２を確実に破壊してサブフレーム２とロワアーム４をサスペンションクロスメンバ３から容易に脱落させることができる。
また、側部骨格８の中央部近傍に脆弱部１８を設けることにより、側部骨格８を中央部近傍で確実に変形させることができる。なお、脆弱部１８の凹部は、自動車の中央側に対して側部側（前輪５側）が深くなるように形成することができ、これにより側部骨格８を自動車の中央側に確実に変形させることができる。

また、ロワアーム４の端部１１ｂを固定するロワアーム側ボルト１５は、側部骨格８の変形に従って回転される。このため、ロワアーム４の端部１１ｂを溶接などで固定した場合と比較して、側部骨格８の変形を阻害せず、側部骨格８を容易に変形させることができる。
さらに、締結部１２は、ブラケット１３の縁部がサスペンションクロスメンバ３の側壁部に対して溶接により接合されていることが好ましい。これにより、側部骨格８の変形に伴ってサスペンションクロスメンバ３の側壁部を溶接個所に沿って剥がすように大きく破断させることができ、ロワアーム４の端部１１ｂが大きく露出されるため端部１１ｂをサスペンションクロスメンバ３から容易に脱落させることができる。

このように、側部骨格８の変形に伴ってサブフレーム２とロワアーム４がサスペンションクロスメンバ３から脱落することにより、衝突荷重の伝達経路のうち、側部骨格８を前端部から後端部まで伝達する伝達経路と、側部骨格８からロワアーム４を介してフロントサイドフレーム１に伝達される伝達経路とを遮断することができる。

実際に、正面衝突における自動車の全長の縮小幅に対する車体減速度をシミュレーションした結果を図６に示す。ここで、サブフレーム２とロワアーム４をサスペンションクロスメンバ３から脱落させた場合を実線で示し、サブフレーム２とロワアーム４をサスペンションクロスメンバ３から脱落させない場合を点線で示す。なお、サブフレーム２とロワアーム４は、衝突後期に入る前にサスペンションクロスメンバ３から脱落させた。

その結果、サブフレーム２とロワアーム４が脱落する前まで両者は同様の分布を示すのに対し、それ以降においてサブフレーム２とロワアーム４を脱落させたものは、サブフレーム２とロワアーム４を脱落させていないものと比較して車体減速度が緩和されていることがわかる。特に、正面衝突において車体減速度の緩和が困難な衝突後期に、伝達フレームを伝達する衝突荷重のうち１０％〜１５％程度の衝突荷重を遮断することができ、車体減速度を大きく緩和できることがわかる。なお、サブフレーム２のみを脱落させた場合には衝突荷重の遮断は３％〜７％程度であった。このことから、サブフレーム２とロワアーム４の両者をサスペンションクロスメンバ３から脱落させることにより、車体減速度が大きく緩和されることがわかる。

本実施の形態によれば、締結部１２がサブフレーム２の側部骨格８をロワアーム４の端部１１ｂと共にサスペンションクロスメンバ３に締結しているため、自動車が衝突した際にサブフレーム２とロワアーム４をサスペンションクロスメンバ３から容易に脱落させることができ、自動車の車体減速度を確実に緩和することができる。

なお、上記の実施の形態では、サブフレーム２の側部骨格８は、自動車の中央側へ折れるように変形されたが、側部骨格８の変形により締結部１２を破壊してサブフレーム２とロワアーム４をサスペンションクロスメンバ３から脱落させることができればよく、これに限られるものではない。例えば、図７に示すように、中央部が下方に折れるように変形する側部骨格２１を設けることができる。この側部骨格２１は、脆弱部２２を有し、脆弱部２２を起点として下方に屈折されるものである。

また、上記の実施の形態では、脆弱部１８は、側部骨格８を幅方向に横断する凹部から構成されたが、側部骨格８を変形させることができればよく、凹部に限られるものではない。例えば、側部骨格８を部分的に肉薄にして脆弱部を形成することもできる。
また、上記の実施の形態では、側部骨格８は、脆弱部１８を起点として変形されたが、側部骨格８を変形することができればよく、これに限られるものではない。例えば、側部骨格８の中央部に衝突荷重が集中するように側部骨格８の形状を形成することにより、側部骨格８を中央部から変形させることができる。

１ 一対のフロントサイドフレーム、２ サブフレーム、３ サスペンションクロスメンバ、４ ロワアーム、５ 前輪、８，２１ 一対の側部骨格、９ 前部骨格、１０ａ，１０ｂ 固定部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ロワアームの端部、１２ 締結部、１３ ブラケット、１４ サブフレーム側ボルト、１５ ロワアーム側ボルト、１６ ブラケットの側部、１７ ブラケットの底部、１８，２２ 脆弱部、Ｅ エンジンルーム、Ｃ 乗員室。

Claims (7)

1. 自動車の前部近傍から後方に延びるサブフレームと、
   前記サブフレームと前記自動車の前輪との間に配置され、前記前輪側に第１の端部を有すると共に前記サブフレーム側に第２の端部を有し且つ前記第１の端部が前記前輪に接続されたロワアームと、
   前記サブフレームを前記ロワアームの前記第２の端部と共に前記自動車の車体フレームに締結し、前記自動車の衝突による前記サブフレームの変形に応じて前記サブフレームと前記ロワアームを前記車体フレームから脱落させる締結部と
   を備える脱落構造体。
2. 前記締結部は、前記サブフレームにおいて前後方向の中央部近傍に配置される請求項１に記載の脱落構造体。
3. 前記サブフレームは、前記自動車の衝突による折れ変形の起点となる脆弱部を有し、
   前記締結部は、前記脆弱部の近傍に配置される請求項１または２に記載の脱落構造体。
4. 前記脆弱部は、前記サブフレームを幅方向に横断する凹部からなり、
   前記ロワアームの前記第２の端部近傍が前記凹部の内側に配置される請求項３に記載の脱落構造体。
5. 前記締結部は、
   前記車体フレームと前記サブフレームにそれぞれ対向するように形成されたブラケットと、
   前記ブラケットを前記サブフレームに固定するサブフレーム側ボルトと、
   前記ブラケットを前記車体フレームと共に前記ロワアームの前記第２の端部に固定するロワアーム側ボルトとを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の脱落構造体。
6. 前記サブフレームは、前記自動車を前後方向に延びるフロントサイドフレームにエンジンルームの前部近傍と後部近傍において固定される請求項１〜５のいずれか一項に記載の脱落構造体。
7. 前記ロワアームは前記サブフレーム側に第３の端部をさらに有し、前記第３の端部が前記自動車を前後方向に延びるフロントサイドフレームにエンジンルームの後部近傍において固定される請求項１〜６のいずれか一項に記載の脱落構造体。
   
   

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