JP2017170999A - 車両の衝撃緩和機構 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の骨格部材に対して衝撃荷重が軸方向に沿って入力される状態を確保しながら、乗員に作用する力を弱めて、乗員を更に高いレベルで保護する。
【解決手段】車両の衝撃緩和機構は、乗員が着座するシートが設けられる車体と、車体に設けられ、先端からの衝突入力により軸方向に沿って圧縮変形される車体の骨格部材と、衝突の際に衝撃入力側を反対側より上げるように車体の骨格部材を傾ける傾斜機構と、傾斜機構により傾けられた状態の骨格部材の先端と全体的に接触する接触面を有する接触部材と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば自動車といった車両の衝撃緩和機構に関する。

自動車といった車両では、衝突時に乗員を保護することが求められている。このため、たとえば自動車では、車体の乗員室から前へ水平方向に沿って延在するフロントサイドフレームといった骨格部材が用いられる（特許文献１、２）。フロントサイドフレームは、車両が前から衝突する際に、衝撃入力により圧縮変形し、これにより衝撃を吸収する。その結果、乗員室の変形を抑え、乗員室に乗車した乗員を保護することができる。
また、乗員室には、乗員が着座するシートとともに、シートベルト、エアバッグなどの乗員保護装置が用いられる。また、特許文献３では、追突時にシートの座面の前部を上へ膨らませている。これにより、シートに着座する乗員がシートから前へずれてしまうことを抑制できる可能性がある。

特開２０１５−０４４５２３号公報 特開２０１５−１４００２５号公報 特開２００７−２０３９３０号公報

しかしながら、衝突時の乗員保護機能は、これで十分というわけではない。たとえば高い速度で車両が追突する場合、シートベルトなどが適切に作動したとしても、乗員の上体に対して大きく前へ倒す力が作用する。この場合、前へ倒れる上体がシートベルトに対して強く押し付けられる。

この対策として、たとえば車体の前部を上げて、着座した乗員の上体に後へ倒れる力を作用させ、上体を前へ倒す力の一部を相殺することが考えられる。これにより、前へ倒れる上体がシートベルトに対して強く押し付けられ難くなり、乗員の保護レベルを高めることができる可能性がある。しかしながら、車両が追突する際に車体の前を相対的に上げた場合、フロントサイドフレームに対して衝撃が軸方向に沿って真っ直ぐに入力され難くなる。骨格部材の先端からその軸方向に沿って衝撃が入力され難くなると、骨格部材が軸方向に沿って圧縮変形することによる衝撃の吸収性能が得られなくなる可能性がある。

このように車両では、車両の骨格部材に対して衝撃荷重が軸方向に沿って入力される状態を確保しながら、乗員に作用する力を弱めて、乗員を更に高いレベルで保護することが求められている。

本発明に係る車両の衝撃緩和機構は、乗員が着座するシートが設けられる車体と、前記車体に設けられ、先端からの衝突入力により軸方向に沿って圧縮変形される前記車体の骨格部材と、衝突の際に衝撃入力側を反対側より上げるように前記車体の前記骨格部材を傾ける傾斜機構と、前記傾斜機構により傾けられた状態の前記骨格部材の先端と全体的に接触する接触面を有する接触部材と、を有する。

好適には、前記傾斜機構を実現するために、前記接触部材が、前記骨格部材の軸方向の先端側に並べて設けられ、前記接触面および前記骨格部材の先端が、前記骨格部材の先端上部が先端下部より先端側へ突出するように、前記骨格部材の軸方向に対して傾けて形成され、衝突の際に前記接触部材が前記骨格部材の先端に押し付けられることにより、前記車体の前記骨格部材の衝撃入力側が反対側より上がって傾く、とよい。

好適には、前記接触部材の前記接触面から突出して設けられ、前記接触面に沿って上がって傾斜した前記骨格部材と接触する突起部を有し、傾斜した前記骨格部材は、前記突起部と接触することにより、先端が全体的に前記接触面と接触する状態に保持される、とよい。

好適には、前記骨格部材は、多角形の筒形状に形成され、前記接触面から突出する前記突起部は、前記骨格部材の筒形状の内部へ突出して設けられ、傾斜した前記骨格部材の下部と接触する、とよい。

好適には、筒形状の前記骨格部材の内部に設けられ、前記骨格部材内を塞ぐ閉塞部材、を有する、とよい。

本発明は、衝突の際に傾斜機構により傾けられた状態の骨格部材の先端と全体的に接触する接触面を有する接触部材を有する。よって、衝突の際に骨格部材の先端は、接触部材の接触面と全体的に接触し、衝撃が全体的に入力され得る。その結果、車両が衝突する際に車体の骨格部材の先端が相対的に上がるようにして乗員に作用する力を弱めた場合でも、骨格部材に対して、衝撃が軸方向に沿って入力され易くなる。衝撃が骨格部材の先端からその軸方向に沿って入力されることにより、骨格部材は軸方向に沿って圧縮変形し易くなる。

図１は、本発明の実施形態が適用される自動車の模式的なの側面透視図である。 図２は、前室の車体構造の模式図である。 図３は、図２のフロントサイドフレームの断面図である。 図４は、図２の車体が他の車体または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である（その１）。 図５は、図２の車体が他の車体または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である（その２）。 図６は、図４および図５の変形が生じる場合の車体の挙動を示す説明図である。 図７は、図２の変形例に係るフロントサイドフレームの断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態が適用される自動車１の模式的なの側面透視図である。
自動車１は、車両の一例である。

図１の自動車１は、前室３、乗員室４、および後室５が画成された車体２を有する。車体２は、たとえばモノコック構造を有する。
モノコック構造の車体２では、前室３において、乗員室４の前壁であるトーボード１１から前へ向かって、一対のフロントサイドフレーム１２が略水平に伸在する。前後方向に延在するフロントサイドフレーム１２の前側の先端には、クラッシュボックス１３が連結される。一対のクラッシュボックス１３の前側の先端には、フロントバンパービーム１４が取り付けられる。フロントバンパービーム１４の前側には、車体２の前壁を構成するフロントバンパーフェイス１５が配置される。フロントバンパーフェイス１５は、フロントバンパービーム１４に対して取り付けられても、フロントバンパービーム１４と一体化して形成されてもよい。
また、後室５において、乗員室４の後壁から後へ向かって一対のリアサイドフレームが略水平に伸在する。リアサイドフレームの後端の先端には、リアクラッシュボックスが連結される。一対のリアクラッシュボックスの後側の先端には、リアバンパービームが取り付けられる。リアバンパービームの後側には、車体２の後壁を構成するリアバンパーフェイスが配置される。リアバンパーフェイスは、リアバンパービームに対して取り付けられても、リアバンパービームと一体化して形成されてもよい。
このような骨格構造を有する車体２では、たとえば車体２が他の車体１００に追突する場合、フロントバンパーフェイス１５が他の車体１００と接触する。そして、追突の衝撃荷重の入力の程度に応じて、フロントバンパービーム１４、一対のクラッシュボックス１３、一対のフロントサイドフレーム１２が、その順番で圧縮変形する。このように車体２の骨格部材が先端からの衝突荷重の入力により軸方向に沿って圧縮変形することにより、衝撃を吸収する。その結果、乗員室４に変形が及び難くなる。

また、乗員室４内では、シート２１に着座した乗員の前でシートベルト２２がロックされることにより、乗員が前へ移動し難くなるように支えられる。また、乗員の前で、エアバッグ２３が展開する。
これらの仕組みにより、車両は、乗員を保護する。
しかしながら、衝突時の乗員保護機能は、これで十分ということにはならない。
たとえば高い速度で車両が追突する場合、シートベルト２２などが適切に作動したとしても、乗員には、上体を大きく前へ倒す力が作用する。前へ倒れる上体には、シートベルト２２が強く押し付けられることになる。
このように自動車１といった車両では、衝突の際に乗員に作用する力を弱めて、乗員の保護レベルを更に改善することが求められている。

図２は、前室３の車体構造の模式図である。
図２には、フロントサイドフレーム１２、クラッシュボックス１３、フロントバンパービーム１４、フロントバンパーフェイス１５、が図示されている。
図３は、図２のフロントサイドフレーム１２の断面図である。

フロントサイドフレーム１２は、図３に示すように、高剛性の金属鋼板を、四角形断面の中空の筒形状に成形したものである。フロントサイドフレーム１２は、車体２の前室３において、略水平方向に沿って延在する。
フロントサイドフレーム１２の前側の先端には、クラッシュボックス１３が連結される。フロントサイドフレーム１２とクラッシュボックス１３とは、たとえばねじ止めにより連結されてよい。
クラッシュボックス１３は、たとえば金属材料または樹脂材料からなる。クラッシュボックス１３は、フロントサイドフレーム１２より圧縮され易く形成されてよい。本実施形態のクラッシュボックス１３は、フロントサイドフレーム１２より上下に長くなるように、縦長の略立方体形状を有する。
クラッシュボックス１３の先端には、フロントバンパービーム１４が連結される。クラッシュボックス１３とフロントバンパービーム１４とは、たとえばねじ止めにより連結されてよい。
フロントバンパービーム１４は、たとえば樹脂材料からなる。フロントバンパービーム１４は、一対のクラッシュボックス１３と連結される一対の取付部３６と、車幅方向に延在して一対の取付部３６が両端近傍に設けられるビーム本体３７と、を有する。本実施形態において、取付部３６は、クラッシュボックス１３と同じ高さの略立方体形状を有する。
フロントバンパービーム１４の前側には、フロントバンパーフェイス１５が位置する。フロントバンパーフェイス１５は、車体２の前壁を構成する板状の樹脂部品である。

また、本実施形態では、このような車体２の前室３において前後方向に沿って延びる骨格構造において、骨格構造の衝撃吸収性能を確保できるように、追突の際に骨格構造を上に傾けるための傾斜機構が設けられる。追突の際に骨格構造が上下にずれることにより、車体２の衝撃入力側（前側）がその反対側（後側）より上がるように車体２が傾く。
具体的には、フロントサイドフレーム１２の軸方向に沿って一直線状に配列されるフロントサイドフレーム１２の先端およびクラッシュボックス１３についての後側の接触面４１が、共に前上がりに傾斜して形成される。フロントサイドフレーム１２およびクラッシュボックス１３の軸方向に対して垂直な方向ではなく、軸方向に対して９０°より小さい角度を成すように傾斜して形成される。前上がりに傾斜して形成されたフロントサイドフレーム１２の先端は、先端上部が先端下部より先端側へ突出しており、前上がりに傾斜して形成されたクラッシュボックス１３の後側の接触面４１と向かい合わせに配置されて接触面４１と全体的に接触している。
また、クラッシュボックス１３と連結されるフロントサイドフレーム１２は、クラッシュボックス１３の下部に連結される。これにより、クラッシュボックス１３の接触面４１は、フロントサイドフレーム１２の上に突出する。

また、本実施形態では、前上がりに傾斜して形成されたクラッシュボックス１３の接触面４１の下部には、突起部４２が突出して形成される。突起部４２は、四角形の筒形状のフロントサイドフレーム１２の下部から上側に離間するように、四角形の筒形状のフロントサイドフレーム１２内に突出する。
また、クラッシュボックス１３の接触面４１についてのフロントサイドフレーム１２の上側の長さは、フロントサイドフレーム１２の下部から突起部４２までの距離より長く形成されている。

また、本実施形態では、四角形の筒形状のフロントサイドフレーム１２の内部に、四角形の閉塞板５２が設けられる。四角形の閉塞板５２は、フロントサイドフレーム１２の先端より後側へ下がった位置において、フロントサイドフレーム１２の４辺と溶接される。これにより、閉塞板５２は、フロントサイドフレーム１２の内部を塞ぐ。

次に、このような傾斜機構を有する車体２についての追突の際の動作について説明する。
図４および図５は、図２の車体２が他の車体１００または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である。

図４（Ａ）に示すように、追突前の車体２では、フロントサイドフレーム１２、クラッシュボックス１３、およびフロントバンパービーム１４は、フロントバンパーフェイス１５の後側において水平方向に沿って一直線状に伸在する。また、フロントサイドフレーム１２の先端およびクラッシュボックス１３についての後側の接触面４１とは、この水平方向に沿った一直線状の方向に対して、９０°より小さい角度を成すように前上がりに傾斜する。

次に、図４（Ｂ）に示すように、車両が構造体へ追突する。これにより、フロントバンパーフェイス１５の外面は構造体と高い圧力で接触する。また、フロントバンパービーム１４の先端もフロントバンパーフェイス１５の内面と高い圧力で接触する。これにより、少なくとも追突した直後のタイミングでは、フロントバンパーフェイス１５およびフロントバンパービーム１４は、構造体に対して位置決めされる。フロントバンパーフェイス１５およびフロントバンパービーム１４は、追突した状態の位置から、水平方向に沿って後方へ向かって延在するように、仮固定状態（仮に一体化した状態）になる。

次に、図４（Ｃ）に示すように、追突した車体２が更に前へ移動すると、最も座屈し易いフロントバンパービーム１４が軸方向（ここでは水平方向）に沿って圧縮変形する。その後、フロントバンパービーム１４とクラッシュボックス１３との間の圧力が高まる。クラッシュボックス１３は、水平方向に沿って後方へ向かって延在するように、仮固定状態（仮に一体化した状態）になる。

次に、図４（Ｄ）に示すように、追突した車体２が更に前へ移動すると、二番目に座屈し易いクラッシュボックス１３が軸方向（ここでは水平方向）に沿って圧縮変形する。その後、クラッシュボックス１３とフロントサイドフレーム１２との間の圧力が高まる。
この際、フロントサイドフレーム１２の先端、およびクラッシュボックス１３についての後側の接触面４１は、共に前上がりに傾斜して形成されているので、フロントサイドフレーム１２は、前へ移動しようとする力が作用することにより、クラッシュボックス１３の傾斜面に沿って斜め上方向へずれようとする。このずれによるせん断力により、フロントサイドフレーム１２とクラッシュボックス１３とを連結していたネジが破断する。また、ネジが破断し始めると、フロントサイドフレーム１２は、その先端の傾斜とクラッシュボックス１３の後側の傾斜面の傾斜にしたがって、クラッシュボックス１３の傾斜面に沿って斜め上方向へ移動し始める。
その後、図５（Ａ）に示すように、上側へ移動したフロントサイドフレーム１２は、その下部が、クラッシュボックス１３の傾斜面の下部から突出している突起部４２に当たる。フロントサイドフレーム１２の先端は、傾斜面に対して全体的に当接した傾斜状態に維持される。

次に、図５（Ｂ）に示すように、追突した車体２が更に前へ移動すると、傾斜したフロントサイドフレーム１２が軸方向に沿って圧縮変形し始める。この際、フロントサイドフレーム１２の先端が傾斜面に対して全体的に当接しているため、クラッシュボックス１３からフロントサイドフレーム１２への荷重も全体的に伝達される。これに対して、仮にたとえばフロントサイドフレーム１２の一部のみがクラッシュボックス１３と接触している場合、フロントサイドフレーム１２に作用する荷重がフロントサイドフレーム１２を全体的に軸方向へ圧縮する力として作用し難くなる。そして、たとえば下半分のみに荷重が作用する場合、フロントサイドフレーム１２の途中が上に曲がるように折れてしまう可能性が生じ得る。フロントサイドフレーム１２が折れてしまった場合、軸方向に沿って圧縮変形した場合のように高い荷重の吸収性能を得ることができなくなる。

以上の一連の動作により、図２の車体２では、フロントバンパービーム１４、クラッシュボックス１３、およびフロントサイドフレーム１２の圧縮変形により、追突の衝撃（荷重）を吸収できる。その結果、乗員室４が変形し難くなる。

図６は、図４および図５の変形が生じる場合の車体２の挙動を示す説明図である。
図６（Ａ）は、衝突前の車体２がほぼ水平である通常状態である。
図６（Ｂ）は、衝突直後の車体２がほぼ水平である通常状態である。
図６（Ｃ）は、フロントサイドフレーム１２が変形し始めた後の車体２が前上がりに傾いた傾斜状態である。

このように追突の衝撃を利用してフロントサイドフレーム１２がその先端（衝撃入力側）が後端（反対側）に対して相対的に上がるように傾斜することにより、フロントサイドフレーム１２とともに車体２も前上がりに傾く。車体は、フロントサイドフレーム１２が圧縮変形するような強い衝突の場合、図６（Ｂ）の水平な通常状態から、図６（Ｃ）の前上がりに傾いた傾斜状態になる。
その結果、追突中に、車体２に対して固定されているシート２１、およびシート２１に着座している乗員も前上がりに傾く。このように追突中に乗員室４およびシート２１の全体が前上がりに傾くことにより、シート２１に着座している乗員の上体には後へ倒れようとする力が作用する。また、実際に乗員の上体には後へ倒れる。それゆえ、本実施形態では、衝突中に、シート２１に着座した乗員に対して、衝突入力側の反対側へ若干倒す力を作用させることができる。そして、衝突の際にシート２１に着座した乗員が衝突入力側の反対側へ若干倒れることにより、乗員を衝突入力側へ倒そうとする力の一部を相殺できる。たとえば高い速度で車両が追突して乗員の上体に対して大きく前へ倒す力が作用したとしても、その一部を相殺して、前へ倒れる上体がシートベルト２２に対して強く押し付けられ難くなる。その結果、乗員の保護レベルを高めることができる。

以上のように、本実施形態では、衝突の際に傾斜機構により傾けられた状態のフロントサイドフレーム１２の先端と全体的に接触する接触面４１を有するクラッシュボックス１３を有する。よって、衝突の際にフロントサイドフレーム１２の先端は、クラッシュボックス１３の接触面４１と全体的に接触し、衝撃が全体的に入力され得る。その結果、車両が衝突する際に車体２のフロントサイドフレーム１２の先端が相対的に上がるようにした場合でも、フロントサイドフレーム１２に対して、衝撃が軸方向に沿って真っ直ぐに入力され易くなる。衝撃がフロントサイドフレーム１２の先端からその軸方向に沿って入力されることにより、骨格部材は軸方向に沿って圧縮変形し易くなる。

また、本実施形態では、クラッシュボックス１３が、フロントサイドフレーム１２の軸方向の先端側に並べて設けられ、接触面４１およびフロントサイドフレーム１２の先端が、フロントサイドフレーム１２の先端上部が先端下部より先端側へ突出するように、フロントサイドフレーム１２の軸方向に対して傾けて形成される。よって、衝突の際には、まず接触面４１がフロントサイドフレーム１２の先端と全体的に接触し、次にフロントサイドフレーム１２の先端が相対的に押し上げられて上へ移動し得る。その結果、衝突の際に衝撃入力側を反対側より上げるように車体２のフロントサイドフレーム１２は傾くことになる。衝撃の力を利用して、フロントサイドフレーム１２とともに車体２を傾けることができる。

本実施形態において、クラッシュボックス１３の接触面４１に沿って押し上げられて傾斜したフロントサイドフレーム１２は、接触面４１から突出して設けられた突起部４２と接触することにより、先端が全体的に接触面４１と接触する状態に保持される。よって、傾斜したフロントサイドフレーム１２の先端には、衝撃により押し込まれるクラッシュボックス１３が全体的に当たり、フロントサイドフレーム１２はその軸方向に沿って圧縮変形し易くなる。

特に、突起部４２は、フロントサイドフレーム１２の多角形の筒形状の内部へ突出して設けられ、傾斜したフロントサイドフレーム１２の下部と接触するので、クラッシュボックス１３が押し込まれたとしても、突起部４２により、フロントサイドフレーム１２を上下方向へ押し潰す力が作用し難い。これに対して、仮にたとえば突起部４２が、フロントサイドフレーム１２の上側で突出して設けられ、傾斜したフロントサイドフレーム１２の上部と接触する場合、クラッシュボックス１３が押し込まれることにより、突起部４２とフロントサイドフレーム１２とが押し付けられ、フロントサイドフレーム１２を上下方向へ押し潰す力が作用し易い。

また、筒形状のフロントサイドフレーム１２の内部には、フロントサイドフレーム１２内を塞ぐ閉塞板５２が設けられている。よって、フロントサイドフレーム１２は、中空形状に形成されているにもかかわらず、その先端部が圧縮変形し始めるまで、原型を維持し易くなる。その結果、先端が軸方向に対して傾斜しているにもかかわらず、フロントサイドフレーム１２は、その先端から軸方向に沿って圧縮変形し易くなる。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

たとえば上記実施形態では、連結される骨格部材の間において、軸方向に対して傾斜される傾斜面等は、フロントサイドフレーム１２とクラッシュボックス１３との接触部分に設けられている。
この他にもたとえば、傾斜面等は、たとえばクラッシュボックス１３とフロントバンパービーム１４との接触部分に設けても、フロントバンパービーム１４とフロントバンパーフェイス１５との接触部分に設けてもよい。

上記実施形態では、突起部４２は、筒形状のフロントサイドフレーム１２の内部へ突出し、斜め上へ移動するフロントサイドフレーム１２の下面と接触する。
この他にもたとえば、図７に示すように、フロントサイドフレーム１２の上側に突出する他の突起部４２を追加して設け、複数の突起部４２を、傾斜したフロントサイドフレーム１２の上部および下部に接触させてもよい。

１…自動車（車両）
２…車体
１１…トーボード
１２…フロントサイドフレーム（骨格部材）
１３…クラッシュボックス（接触部材）
１４…フロントバンパービーム
１５…フロントバンパーフェイス
２１…シート
２２…シートベルト
２３…エアバッグ
４１…接触面（傾斜機構）
４２…突起部
５２…閉塞板（閉塞部材）
１００…他の車体

Claims (5)

1. 乗員が着座するシートが設けられる車体と、
   前記車体に設けられ、先端からの衝突入力により軸方向に沿って圧縮変形される前記車体の骨格部材と、
   衝突の際に衝撃入力側を反対側より上げるように前記車体の前記骨格部材を傾ける傾斜機構と、
   前記傾斜機構により傾けられた状態の前記骨格部材の先端と全体的に接触する接触面を有する接触部材と、
   を有する車両の衝撃緩和機構。
2. 前記傾斜機構を実現するために、
   前記接触部材が、前記骨格部材の軸方向の先端側に並べて設けられ、
   前記接触面および前記骨格部材の先端が、前記骨格部材の先端上部が先端下部より先端側へ突出するように、前記骨格部材の軸方向に対して傾けて形成され、
   衝突の際に前記接触部材が前記骨格部材の先端に押し付けられることにより、前記車体の前記骨格部材の衝撃入力側が反対側より上がって傾く、
   請求項１記載の車両の衝撃緩和機構。
3. 前記接触部材の前記接触面から突出して設けられ、前記接触面に沿って上がって傾斜した前記骨格部材と接触する突起部を有し、
   傾斜した前記骨格部材は、前記突起部と接触することにより、先端が全体的に前記接触面と接触する状態に保持される、
   請求項１記載の車両の衝撃緩和機構。
4. 前記骨格部材は、多角形の筒形状に形成され、
   前記接触面から突出する前記突起部は、前記骨格部材の筒形状の内部へ突出して設けられ、傾斜した前記骨格部材の下部と接触する、
   請求項３記載の車両の衝撃緩和機構。
5. 筒形状の前記骨格部材の内部に設けられ、前記骨格部材内を塞ぐ閉塞部材、を有する、
   請求項３記載の車両の衝撃緩和機構。
   

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