JP2018062290A - 車両の衝撃吸収構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離しても、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることが可能な車両の衝撃吸収構造を提供する。【解決手段】車体前後方向先端部側に配設され且つ前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む左右1対の繊維強化樹脂製衝撃吸収部材4と、1対の衝撃吸収部材の先端部に取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメント3とを備えた車両の衝撃吸収構造において、衝撃吸収部材4が、前後方向に延びる衝撃吸収壁部4aと、衝撃吸収壁部4aに連なり且つ前記バンパレインフォースメント3を取り付けるための先端壁部4bとを備え且つ車幅方向外側に開いた開断面部材に形成され、平面視において、衝撃吸収壁部4aの車幅方向内側端部で規定される端線とバンパレインフォースメント3との2つの交差角のうちの車幅方向内側の交差角を鋭角にする。【選択図】図5
Description
本発明は、前後方向に連続して延びる複数の強化繊維を含む繊維強化樹脂により形成された左右1対の衝撃吸収部材と、この1対の衝撃吸収部材の先端部に架け渡すように取り付けられたバンパレインフォースメントを備えた車両の衝撃吸収構造に関する。
従来から車体前部または後部において、左右1対のフロントサイドフレームまたは左右1対のリヤサイドフレームが設けられ、これらサイドフレームの先端部に、衝突時の衝撃エネルギを吸収可能な左右1対の衝撃吸収部材(クラッシュカン)を介して車幅方向に延びるバンパレインフォースメントを取り付ける構造が知られている。これら1対のクラッシュカンは、通常、金属材料によって成形され、車両衝突時には、軸方向に圧縮破壊されることにより車室に伝達される衝撃エネルギを吸収している。
クラッシュカンは重量がある大型部品であり、軽量化のために繊維強化樹脂成形体で構成することも知られている。強化繊維には、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等があり、母材と組み合わせることによって繊維強化樹脂が形成される。このような繊維強化樹脂では、強化繊維が強度等の力学的特性を分担し、母材樹脂が繊維間の応力伝達機能と繊維の保護機能を分担している。
特に、炭素繊維強化樹脂(CFRP)は、高比強度(強度/比重)と高比剛性(剛性/比重)、所謂軽さと強度・剛性とを併せ持つ特性であるため、航空機や車両等の構造材料として広く使用されている。
例えば、特許文献1の車両の衝撃吸収構造は、車体前後方向先端側部分に配設された左右1対の繊維強化樹脂製荷重エネルギ吸収材(衝撃吸収部材)と、1対の荷重エネルギ吸収材の先端部にボルトを介して取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメントとを備え、荷重エネルギ吸収材が、荷重エネルギ吸収能力に優れた開き断面形状に形成されている。
衝撃吸収部材に要求される性能は、エネルギ吸収量(以下、EA(Energy Absorption)量という)が大きいことであり、更には、逐次的に圧縮破壊が進行する逐次破壊によって安定的に衝撃エネルギを吸収することである。
また、既に本出願人は、車両衝突時に逐次破壊によって衝撃エネルギを吸収可能な炭素繊維樹脂構造体を提案している(特願2015−227624等)。この炭素繊維樹脂構造体は、圧縮荷重入力方向に炭素繊維が延びるように配列されたシート状の複数の第1炭素繊維層と、これら第1炭素繊維層の炭素繊維に交差して炭素繊維が延びるように配列されたシート状の複数の第2炭素繊維層とが交互に積層された板状の部材が所定形状の開断面を有する衝撃吸収部材に形成されており、圧縮荷重が入力されたとき、第2炭素繊維層が第1炭素繊維層から剥離するように構成されている。
これにより、第2炭素繊維層を境界部分として、第2炭素繊維層よりも板厚方向内側の第1炭素繊維層によって柱状のピラー部を形成することができ、車両衝突時に第2炭素繊維層よりも板厚方向外側の第1炭素繊維層がピラー部から枝状に剥離するフロンズ部を形成することができる。従って、繊維強化樹脂の板厚方向両端部を確実且つ安定的に逐次破壊させることができ、EA量を増加させることができる。
しかし、上記のような衝撃吸収構造であっても、衝撃吸収部材が安定的に破壊されず、EA量に有効に寄与できない場合がある。例えば、衝撃吸収部材は、圧縮破壊により衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収壁部と、この衝撃吸収壁部に連なってバンパレインフォースメントを取り付ける先端壁部を有しているが、車両衝突時に衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離する。このとき、バンパレインフォースメントを介して伝達される圧縮荷重により衝撃吸収壁部の破断した先端部が移動して、衝撃吸収壁部の姿勢が圧縮荷重の入力方向に対して傾斜し、衝撃吸収壁部が安定的に破壊されず衝撃エネルギを吸収できない虞がある。
本発明の目的は、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離しても、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることが可能な車両の衝撃吸収構造を提供することである。
第1の発明の車両の衝撃吸収構造は、車体前後方向先端部側に配設され且つ前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む左右1対の繊維強化樹脂製衝撃吸収部材と、前記1対の衝撃吸収部材の先端部に取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメントとを備えた車両の衝撃吸収構造において、前記衝撃吸収部材が、前後方向に延びる衝撃吸収壁部と、前記衝撃吸収壁部に連なり且つ前記バンパレインフォースメントを取り付けるための先端壁部とを備えて車幅方向外側に開いた開断面部材に形成され、平面視において、前記衝撃吸収壁部の車幅方向内側端部で規定される端線と前記バンパレインフォースメントとの2つの交差角のうちの車幅方向内側の交差角が鋭角であることを特徴としている。
これにより、車両衝突時にバンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重を、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が接続される角部に集中的に作用させて破壊起点が生成される。平面視において衝撃吸収壁部の端線とバンパレインフォースメントとの車幅方向内側の交差角が鋭角であるため、圧縮荷重により角部で破壊が発生し衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離すると、衝撃吸収壁部の破断した先端部には車幅方向外側向きにも力が作用する。この方向には分離した先端壁部がバンパレインフォースメントと連結されているので、衝撃吸収壁部の破断した先端部はこの先端壁部に受け止められる。そのため、衝撃吸収壁部の破断した先端部の移動が規制されるので、衝撃吸収壁部の姿勢が維持される。従って、入力される圧縮荷重を衝撃吸収壁部に伝達して衝撃吸収壁部を安定的に破壊させることができるので、衝撃吸収部材に衝撃エネルギを吸収させることができる。
第2の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1の発明において、前記衝撃吸収部材は、前記バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重により前記先端壁部と前記衝撃吸収壁部を接続する角部が破断し、その後前記バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重により前記衝撃吸収壁部の破断した先端部から逐次破壊することにより衝撃を吸収するように構成されていることを特徴としている。
これにより、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部が破断した先端部から安定的に逐次破壊するので、衝撃吸収部材に衝撃エネルギを吸収させることができる。
第3の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1または第2の発明において、前記バンパレインフォースメントは、平面視にて中央部分が先端側に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されていることを特徴としている。
これにより、車両の衝突時にはバンパレインフォースメントが平面視において湾曲が緩やかになって直線状になるように変形する。この変形により、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部の端線とバンパレインフォースメントとの車幅方向内側の交差角が一層鋭角になる。そのため、衝撃吸収壁部と先端壁部とが破断・分離しても、衝撃吸収壁部の破断した先端部の移動が規制されて衝撃吸収壁部の姿勢が維持され、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
第4の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1〜第3の発明のいずれかにおいて、前記バンパレインフォースメントは、前記1対の衝撃吸収部材に連結される連結部に前記衝撃吸収壁部の先端部を収容可能な凹部が設けられたことを特徴としている。
これにより、車両衝突時に衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部とが破断・分離しても、衝撃吸収壁部の破断した先端部がバンパレインフォースメントの凹部に収容されて移動が規制され、衝撃吸収壁部の姿勢が維持されるので、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
第5の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1〜第4の発明のいずれかにおいて、前記衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部は、縦壁部と、この縦壁部の上下両端に夫々連なる傾斜上壁部及び傾斜下壁部を有する断面ハット形に形成されたことを特徴としている。
これにより、バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重による衝撃吸収壁部の折れ曲がりを防いで衝撃吸収壁部の姿勢を維持し、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、車両衝突により衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離しても、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部の姿勢を維持することにより、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。図中の矢印Fは前方を示し、矢印Lは左方を示し、矢印Uは上方を示す。
図1〜図3に示すように、車両の後端部は、左右1対のリヤサイドフレーム1と、これら1対のリヤサイドフレーム1の間を架け渡すように設けられたフロアパネル2と、バンパフェイシャ(図示略)に後側外周部分を覆われ且つ左右に延びるバンパレインフォースメント(以下、バンパレインと省略する)3と、1対のリヤサイドフレーム1とバンパレイン3との間に配設された左右1対のクラッシュカン4(衝撃吸収部材)と、これら1対のクラッシュカン4を1対のリヤサイドフレーム1に夫々取り付けるための左右1対の内側ブラケット7及び左右1対の外側ブラケット8等を備えている。
フロアパネル2は、前端側部分にリヤシート(図示略)が搭載され、後端側部分にスペアタイヤ(図示略)を格納可能なスペアタイヤパン2aが形成されている。このフロアパネル2の左右両端部分は、1対のリヤサイドフレーム1の夫々の内壁部に溶接にて接合されている。スペアタイヤパン2aは、フロアパネル2の荷室に対応する部位において下方に凹入するように形成されている。
車両の後端部に設けられた衝撃吸収構造Cは、衝突によりバンパレイン3に入力されて車室側の1対のリヤサイドフレーム1に伝達される衝撃エネルギを1対のクラッシュカン4が吸収するように構成されている。衝撃吸収構造Cは、左右対称構造であるため、以下では主に車両後端部の左側について説明し、右側の説明を省略する。
次に、リヤサイドフレーム1について説明する。
リヤサイドフレーム1は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形され、フロアパネル2等を支持する。リヤサイドフレーム1は、図10に示すように、前後方向に直線状に延びる外壁部と、この外壁部の車幅方向内側(右側)に配設されて前後方向に直線状に延びる内壁部と、外壁部と内壁部の上端部同士を連結する上壁部と、外壁部と内壁部の下端部同士を連結する下壁部を備えて、上壁部と下壁部が略平行な台形状の閉断面を有する。
リヤサイドフレーム1は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形され、フロアパネル2等を支持する。リヤサイドフレーム1は、図10に示すように、前後方向に直線状に延びる外壁部と、この外壁部の車幅方向内側(右側)に配設されて前後方向に直線状に延びる内壁部と、外壁部と内壁部の上端部同士を連結する上壁部と、外壁部と内壁部の下端部同士を連結する下壁部を備えて、上壁部と下壁部が略平行な台形状の閉断面を有する。
次に、バンパレイン3について説明する。
バンパレイン3は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形されている。このバンパレイン3は、図1〜図4に示すように、先端側壁部3aと車室側壁部3bと、先端側壁部3a上端部と車室側壁部3b上端部を接続する上壁部3cと、先端側壁部3a下端部と車室側壁部3b下端部を接続する下壁部3dと、先端側壁部3a中段部と車室側壁部3b中段部を接続する中段棚壁部3eを有して略水平状に左右に延びる閉断面を有し、平面視にて中央部分が後方に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されている。
バンパレイン3は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形されている。このバンパレイン3は、図1〜図4に示すように、先端側壁部3aと車室側壁部3bと、先端側壁部3a上端部と車室側壁部3b上端部を接続する上壁部3cと、先端側壁部3a下端部と車室側壁部3b下端部を接続する下壁部3dと、先端側壁部3a中段部と車室側壁部3b中段部を接続する中段棚壁部3eを有して略水平状に左右に延びる閉断面を有し、平面視にて中央部分が後方に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されている。
図5に示すように、バンパレイン3の車室側壁部3bの左端側部分には、ボルト6を挿通可能な上下1対のボルト穴3fを備えた連結部が形成され、これに対応する先端側壁部3aの左端側部分には、クラッシュカン4との締結作業用の上下1対の作業穴3hが夫々形成されている。この連結部には、図7に示すように、後述の衝撃吸収壁部4aの断面形状に沿うように凹部3gが形成されていてもよい。
次に、クラッシュカン4について説明する。
クラッシュカン4は、長繊維の炭素繊維を強化材とした炭素繊維強化樹脂(CFRP)成形体を例えばRTM法により成形し、図1〜図4に示すように、左側部分が車幅方向外側(左側)に開いた開断面部材として一体形成されている。RTM法とは、炭素繊維のプリフォームを分離可能な成形型のキャビティ内にセットし、このキャビティ内に溶融させた合成樹脂を射出する成形方法である。
クラッシュカン4は、長繊維の炭素繊維を強化材とした炭素繊維強化樹脂(CFRP)成形体を例えばRTM法により成形し、図1〜図4に示すように、左側部分が車幅方向外側(左側)に開いた開断面部材として一体形成されている。RTM法とは、炭素繊維のプリフォームを分離可能な成形型のキャビティ内にセットし、このキャビティ内に溶融させた合成樹脂を射出する成形方法である。
クラッシュカン4は、前後に延びる衝撃吸収壁部4aと、この衝撃吸収壁部4aの後端部から左方に折り曲げられた先端壁部4b等を備えている。図8に示すように、衝撃吸収壁部4aは、この衝撃吸収壁部4aの中段部分である縦壁部4cと、この縦壁部4cの上下両端に夫々連なる傾斜上壁部4d及び傾斜下壁部4eを有し、傾斜上壁部4dはその上端部から上方に延びるフランジ部を有し、傾斜下壁部4eはその下端部から下方に延びるフランジ部を有して、車幅方向外側に開口する略断面ハット形の開断面部材に形成されている。
傾斜上壁部4d下端部と縦壁部4c上端部が湾曲状に連なり、傾斜下壁部4e上端部と縦壁部4c下端部が湾曲状に連なっている。縦壁部4c中段部分には車幅方向外側(左側)に膨出する膨出部4fが形成されている。このように形成された衝撃吸収壁部4aは、上下方向にコンパクトであると共に前後方向の圧縮荷重による折れ曲がりが発生し難く、衝撃吸収壁部4aの実効的な幅を大きくしてEA量の増加に寄与している。
図2,図3に示すように、衝撃吸収壁部4aは、先端壁部4b側ほど傾斜上壁部4d及び傾斜下壁部4eが小さくなるように形成されている。それ故、衝撃吸収壁部4aは、側面視にて、先端側(後側)ほど上下幅及び左右幅が小さくなるように形成されている。これにより衝撃吸収壁部4aの先端側に圧縮荷重を集中的に作用させることができる。
図2〜図4に示すように、先端壁部4bは、バンパレイン3の車室側壁部3bに沿うように衝撃吸収壁部4aの先端部から折り曲げられ、衝撃吸収壁部4aの先端部に上端部から下端部にわたって前後方向の略全域を閉塞するように形成されている。先端壁部4bでは、衝撃吸収壁部4aからの第1炭素繊維21が先端壁部4bの左端部まで延長されているため、第1炭素繊維21が略一様に左右方向に延びるように配設されている。また、先端壁部4bには、バンパレイン3と連結するために上下1対の取付部が形成されている。そのため、バンパレイン3を介して入力された車両衝突による圧縮荷重は、先端壁部4bによって衝撃吸収壁部4a全域に一様に分散伝達される。
ここで、クラッシュカン4を形成するCFRPについて説明する。
図9に示すように、CFRPに含まれる炭素繊維の大部分に相当する第1炭素繊維21は、CFRP成形体の前端から後端にわたって連続して一様に延びる単繊維(フィラメント)が所定数(例えば12k)束ねられた繊維束(トウ)で構成され、CFRPに含まれる炭素繊維の一部に相当する第2炭素繊維22は、CFRP成形体の上端から下端にわたって連続して一様に延びる単繊維が所定数束ねられた繊維束で構成されている。炭素繊維の単繊維の直径は、例えば7〜10μmである。CFRP成形体の母材23には、熱硬化性エポキシ系合成樹脂が使用されている。
図9に示すように、CFRPに含まれる炭素繊維の大部分に相当する第1炭素繊維21は、CFRP成形体の前端から後端にわたって連続して一様に延びる単繊維(フィラメント)が所定数(例えば12k)束ねられた繊維束(トウ)で構成され、CFRPに含まれる炭素繊維の一部に相当する第2炭素繊維22は、CFRP成形体の上端から下端にわたって連続して一様に延びる単繊維が所定数束ねられた繊維束で構成されている。炭素繊維の単繊維の直径は、例えば7〜10μmである。CFRP成形体の母材23には、熱硬化性エポキシ系合成樹脂が使用されている。
第1炭素繊維21は、衝撃吸収壁部4aの厚さ方向両端部に1層ずつ配置され、それらの内側に第1炭素繊維21に直交する第2炭素繊維22を2層ずつ配置している。そして、左右両第2炭素繊維22の間に複数層の第1炭素繊維21が配置されている。これにより、車両衝突時、厚さ方向両端部に配置された第1炭素繊維21に相当する部分にフロンズ部の機能を持たせると共に、厚さ方向中間部分に配置された第1炭素繊維21に相当する部分にピラー部の機能を持たせている。
それ故、衝撃吸収壁部4aの第1炭素繊維21が延びる方向に圧縮荷重が作用した場合、フロンズ部に相当する第1炭素繊維21部分がピラー部に相当する第1炭素繊維21部分に先行して剥離破壊し、その後、ピラー部に相当する第1炭素繊維21部分が圧縮破壊される。この剥離破壊と圧縮破壊とが衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次前方に進行して、衝撃吸収壁部4aが逐次破壊される。
このように形成されたクラッシュカン4は、車両衝突時、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bが接続する角部が破断し、衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次破壊される。逐次破壊により発生した破片は、クラッシュカン4の外部に排出されるので、クラッシュカン4を破片に妨げられることなく潰し切ることができ、EA量が増加する。
次に、衝撃吸収構造Cの組み付け手順について説明する。
図10に示すように、車両側において、リヤサイドフレーム1の後端部に内側ブラケット7を溶接により接合する。次に、この内側ブラケット7にクラッシュカン4の前端側部分の内周側を重ね合わせ、クラッシュカン4の前端側部分の外周側に外側ブラケット8を重ね合わせた状態で、複数のボルト9により締結する。こうして、内側ブラケット7と外側ブラケット8によりクラッシュカン4の基端部を挟持してリヤサイドフレーム1とクラッシュカン4を連結する。
図10に示すように、車両側において、リヤサイドフレーム1の後端部に内側ブラケット7を溶接により接合する。次に、この内側ブラケット7にクラッシュカン4の前端側部分の内周側を重ね合わせ、クラッシュカン4の前端側部分の外周側に外側ブラケット8を重ね合わせた状態で、複数のボルト9により締結する。こうして、内側ブラケット7と外側ブラケット8によりクラッシュカン4の基端部を挟持してリヤサイドフレーム1とクラッシュカン4を連結する。
次に、ボルト6の締結により、クラッシュカン4にバンパレイン3を連結する。先端壁部4bの取付部の周辺は、第1炭素繊維21が切断されているため、バンパレイン3の支持強度が低下している。そこで図5に示すように、取付部はボルト6と螺合可能なナット部材5を内嵌している。これにより、バンパレイン3の上下1対のボルト穴3fに挿通された1対のボルト6を先端壁部4bに内嵌されたナット部材5に締結することにより、バンパレイン3をクラッシュカン4の先端壁部4bに連結している。
以上のように組み付けられた衝撃吸収構造Cは、図5に示すように、衝撃吸収壁部4aの車幅方向内側端部(右側端部)で規定される端線と先端壁部4bに取り付けられたバンパレイン3の車室側壁部3bが成す2つの交差角のうち、車幅方向内側の交差角θが鋭角である。即ち、平面視において、衝撃吸収壁部4aの車幅方向内側端部で規定される端線とバンパレイン3が成す車幅方向内側の交差角θは鋭角である。この交差角θは具体的には75°≦θ<90°の範囲に設定され、好ましくは、80°≦θ≦85°の範囲であり、本実施例では85°に設定されている。
これと同様に、図示を省略するが縦壁部4cのどの高さ位置においても車幅方向内側端部で規定される端線とバンパレイン3が成す車幅方向内側の交差角は鋭角である。さらに、衝撃吸収壁部4aは先端側ほど小さくなるので、傾斜上壁部4dとバンパレイン3が成す衝撃吸収壁部4a外側の角度と、傾斜下壁部4eとバンパレイン3が成す衝撃吸収壁部4a外側の角度は鋭角である。一方、衝撃吸収壁部4aの車幅方向外側端部(傾斜上壁部4dの上端部及び傾斜下壁部4eの下端部)は、平面視において車両の前後方向に沿っている。
次に、本実施例の衝撃吸収構造Cの作用、効果について説明する。
車両衝突時には、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重を、クラッシュカン4の衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部に集中的に作用させ、破壊起点が生成される。その後、図6に示すように、破壊起点となった衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部において破断し、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bが分離する。
車両衝突時には、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重を、クラッシュカン4の衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部に集中的に作用させ、破壊起点が生成される。その後、図6に示すように、破壊起点となった衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部において破断し、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bが分離する。
衝撃吸収壁部4aの破断した先端部は、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重によりバンパレイン3の車室側壁部3bと衝突する。このとき、平面視において、衝撃吸収壁部4aの端線とバンパレイン3との車幅方向内側の交差角θが鋭角なので、圧縮荷重により衝撃吸収壁部4aの破断した先端部が分離した先端壁部4b側に移動する方向に力が作用する。そのため、破断した先端部が先端壁部4bに押し当てられて移動が規制され、衝撃吸収壁部4aの姿勢が維持される。
衝撃吸収壁部4aの破断した先端部が、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重によりバンパレイン3の車室側壁部3bと衝突すると、フロンズ部に相当する第1炭素繊維21部分がピラー部に相当する第1炭素繊維21部分に先行して剥離破壊する。その後、ピラー部に相当する第1炭素繊維21部分が圧縮破壊される。この剥離破壊と圧縮破壊とが衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次前方に進行して、衝撃吸収壁部4aが逐次破壊される。従って、衝撃吸収壁部4aには、第1炭素繊維21が延びる方向に圧縮荷重が入力され、逐次破壊が衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から前方に安定的に進行するので、衝撃エネルギを吸収することができる。
バンパレイン3は、平面視にて中央部分が後方に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されているので、図6に示すように、車両衝突時にはバンパレイン3は湾曲が緩やかになって直線状になるように変形する。そのため、衝撃吸収壁部4aの端線とバンパレイン3との車幅方向内側の交差角θが小さくなって一層鋭角になるので、衝撃吸収壁部4aの破断した先端部が圧縮荷重により先端壁部4bに押し当てられて移動が規制され、衝撃吸収壁部4aの姿勢を維持して破断した先端部から逐次破壊を進行させて安定的に衝撃エネルギを吸収することができる。
図7に示すように、バンパレイン3がクラッシュカン4に連結される連結部に衝撃吸収壁部4aの破断した先端部を収容可能な凹部3gが設けられている場合、破断した先端部が凹部3gに収容されてこの先端部の移動が規制される。そのため、衝撃吸収壁部4aの姿勢が維持され、衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次破壊が安定的に進行するので、衝撃エネルギを吸収することができる。また、凹部3gは、衝撃吸収壁部4aの逐次破壊により発生する破片外部に排出することができるので、破片は逐次破壊を妨げない。
クラッシュカン4は、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを備え、衝撃吸収壁部4aが断面ハット形の開断面を有する。そのため、車両衝突時にバンパレイン3から伝達される圧縮荷重による折れ曲がりを防いで衝撃吸収壁部4aの姿勢を維持することができるので、衝撃エネルギを吸収することができる。また、衝撃吸収壁部4aの逐次破壊により発生する破片をクラッシュカン4内部に蓄積せずに外部に排出することができので、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重により、破片に妨げられることなくクラッシュカン4を潰し切って、衝撃エネルギを吸収することができ、EA量を増加させることができる。
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
[1]前記実施例においては、リヤサイドフレーム1に取り付けられるリヤ側のクラッシュカン4に適用した例を説明したが、フロントサイドフレームに取り付けられるフロント側のクラッシュカンに適用することもできる。
[1]前記実施例においては、リヤサイドフレーム1に取り付けられるリヤ側のクラッシュカン4に適用した例を説明したが、フロントサイドフレームに取り付けられるフロント側のクラッシュカンに適用することもできる。
[2]前記実施例においては、強化繊維として炭素繊維用いたCFRP製のクラッシュカン4の例を説明したが、ガラス繊維や金属繊維等を用いた強化繊維樹脂でクラッシュカン4を形成しても良い。また、母材樹脂についても、クラッシュカン4の仕様等に応じて適宜選択可能である。
[3]前記実施例においては、第2炭素繊維22が第1炭素繊維21に直交するように配置した例を説明したが、第2炭素繊維22は第1炭素繊維21に対して少なくとも交差すれば良く、例えば第1炭素繊維21に対して30°、或いは45°の交差角をなす第2炭素繊維22を用いることも可能である。
[4]その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
1 リヤサイドフレーム
3 バンパレイン
3a 先端側壁部
3b 車室側壁部
3g 凹部
4 クラッシュカン
4a 衝撃吸収壁部
4b 先端壁部
C 衝撃吸収構造
θ 交差角
3 バンパレイン
3a 先端側壁部
3b 車室側壁部
3g 凹部
4 クラッシュカン
4a 衝撃吸収壁部
4b 先端壁部
C 衝撃吸収構造
θ 交差角
本発明は、前後方向に連続して延びる複数の強化繊維を含む繊維強化樹脂により形成された左右1対の衝撃吸収部材と、この1対の衝撃吸収部材の先端部に架け渡すように取り付けられたバンパレインフォースメントを備えた車両の衝撃吸収構造に関する。
従来から車体前部または後部において、左右1対のフロントサイドフレームまたは左右1対のリヤサイドフレームが設けられ、これらサイドフレームの先端部に、衝突時の衝撃エネルギを吸収可能な左右1対の衝撃吸収部材(クラッシュカン)を介して車幅方向に延びるバンパレインフォースメントを取り付ける構造が知られている。これら1対のクラッシュカンは、通常、金属材料によって成形され、車両衝突時には、軸方向に圧縮破壊されることにより車室に伝達される衝撃エネルギを吸収している。
クラッシュカンは重量がある大型部品であり、軽量化のために繊維強化樹脂成形体で構成することも知られている。強化繊維には、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等があり、母材と組み合わせることによって繊維強化樹脂が形成される。このような繊維強化樹脂では、強化繊維が強度等の力学的特性を分担し、母材樹脂が繊維間の応力伝達機能と繊維の保護機能を分担している。
特に、炭素繊維強化樹脂(CFRP)は、高比強度(強度/比重)と高比剛性(剛性/比重)、所謂軽さと強度・剛性とを併せ持つ特性であるため、航空機や車両等の構造材料として広く使用されている。
例えば、特許文献1の車両の衝撃吸収構造は、車体前後方向先端側部分に配設された左右1対の繊維強化樹脂製荷重エネルギ吸収材(衝撃吸収部材)と、1対の荷重エネルギ吸収材の先端部にボルトを介して取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメントとを備え、荷重エネルギ吸収材が、荷重エネルギ吸収能力に優れた開き断面形状に形成されている。
衝撃吸収部材に要求される性能は、エネルギ吸収量(以下、EA(Energy Absorption)量という)が大きいことであり、更には、逐次的に圧縮破壊が進行する逐次破壊によって安定的に衝撃エネルギを吸収することである。
また、既に本出願人は、車両衝突時に逐次破壊によって衝撃エネルギを吸収可能な炭素繊維樹脂構造体を提案している(特願2015−227624等)。この炭素繊維樹脂構造体は、圧縮荷重入力方向に炭素繊維が延びるように配列されたシート状の複数の第1炭素繊維層と、これら第1炭素繊維層の炭素繊維に交差して炭素繊維が延びるように配列されたシート状の複数の第2炭素繊維層とが交互に積層された板状の部材が所定形状の開断面を有する衝撃吸収部材に形成されており、圧縮荷重が入力されたとき、第2炭素繊維層が第1炭素繊維層から剥離するように構成されている。
これにより、第2炭素繊維層を境界部分として、第2炭素繊維層よりも板厚方向内側の第1炭素繊維層によって柱状のピラー部を形成することができ、車両衝突時に第2炭素繊維層よりも板厚方向外側の第1炭素繊維層がピラー部から枝状に剥離するフロンズ部を形成することができる。従って、繊維強化樹脂の板厚方向両端部を確実且つ安定的に逐次破壊させることができ、EA量を増加させることができる。
しかし、上記のような衝撃吸収構造であっても、衝撃吸収部材が安定的に破壊されず、EA量に有効に寄与できない場合がある。例えば、衝撃吸収部材は、圧縮破壊により衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収壁部と、この衝撃吸収壁部に連なってバンパレインフォースメントを取り付ける先端壁部を有しているが、車両衝突時に衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離する。このとき、バンパレインフォースメントを介して伝達される圧縮荷重により衝撃吸収壁部の破断した先端部が移動して、衝撃吸収壁部の姿勢が圧縮荷重の入力方向に対して傾斜し、衝撃吸収壁部が安定的に破壊されず衝撃エネルギを吸収できない虞がある。
本発明の目的は、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離しても、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることが可能な車両の衝撃吸収構造を提供することである。
第1の発明の車両の衝撃吸収構造は、車体前後方向先端部側に配設され且つ前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む左右1対の繊維強化樹脂製衝撃吸収部材と、前記1対の衝撃吸収部材の先端部に取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメントとを備えた車両の衝撃吸収構造において、前記衝撃吸収部材が、前後方向に延びる衝撃吸収壁部と、前記衝撃吸収壁部から車幅方向外側に連なり且つ前記バンパレインフォースメントを取り付けるための先端壁部とを備えて車幅方向外側に開いた開断面部材に形成され、平面視において、前記衝撃吸収壁部の車幅方向内側端部で規定される端線と前記バンパレインフォースメントとの2つの交差角のうちの車幅方向内側の交差角が鋭角であることを特徴としている。
これにより、車両衝突時にバンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重を、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が接続される角部に集中的に作用させて破壊起点が生成される。平面視において衝撃吸収壁部の端線とバンパレインフォースメントとの車幅方向内側の交差角が鋭角であるため、圧縮荷重により角部で破壊が発生し衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離すると、衝撃吸収壁部の破断した先端部には車幅方向外側向きにも力が作用する。この方向には分離した先端壁部がバンパレインフォースメントと連結されているので、衝撃吸収壁部の破断した先端部はこの先端壁部に受け止められる。そのため、衝撃吸収壁部の破断した先端部の移動が規制されるので、衝撃吸収壁部の姿勢が維持される。従って、入力される圧縮荷重を衝撃吸収壁部に伝達して衝撃吸収壁部を安定的に破壊させることができるので、衝撃吸収部材に衝撃エネルギを吸収させることができる。
第2の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1の発明において、前記衝撃吸収部材は、前記バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重により前記先端壁部と前記衝撃吸収壁部を接続する角部が破断し、その後前記バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重により前記衝撃吸収壁部の破断した先端部から逐次破壊することにより衝撃を吸収するように構成されていることを特徴としている。
これにより、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部が破断した先端部から安定的に逐次破壊するので、衝撃吸収部材に衝撃エネルギを吸収させることができる。
第3の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1または第2の発明において、前記バンパレインフォースメントは、平面視にて中央部分が先端側に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されていることを特徴としている。
これにより、車両の衝突時にはバンパレインフォースメントが平面視において湾曲が緩やかになって直線状になるように変形する。この変形により、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部の端線とバンパレインフォースメントとの車幅方向内側の交差角が一層鋭角になる。そのため、衝撃吸収壁部と先端壁部とが破断・分離しても、衝撃吸収壁部の破断した先端部の移動が規制されて衝撃吸収壁部の姿勢が維持され、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
第4の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1〜第3の発明のいずれかにおいて、前記バンパレインフォースメントは、前記1対の衝撃吸収部材に連結される連結部に前記衝撃吸収壁部の先端部を収容可能な凹部が設けられたことを特徴としている。
これにより、車両衝突時に衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部とが破断・分離しても、衝撃吸収壁部の破断した先端部がバンパレインフォースメントの凹部に収容されて移動が規制され、衝撃吸収壁部の姿勢が維持されるので、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
第5の発明の車両の衝撃吸収構造は、第1〜第4の発明のいずれかにおいて、前記衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部は、縦壁部と、この縦壁部の上下両端に夫々連なる傾斜上壁部及び傾斜下壁部を有する断面ハット形に形成されたことを特徴としている。
これにより、バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重による衝撃吸収壁部の折れ曲がりを防いで衝撃吸収壁部の姿勢を維持し、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、車両衝突により衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部と先端壁部が破断・分離しても、衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部の姿勢を維持することにより、衝撃吸収壁部を安定的に破壊させて衝撃エネルギを吸収させることができる。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。図中の矢印Fは前方を示し、矢印Lは左方を示し、矢印Uは上方を示す。
図1〜図3に示すように、車両の後端部は、左右1対のリヤサイドフレーム1と、これら1対のリヤサイドフレーム1の間を架け渡すように設けられたフロアパネル2と、バンパフェイシャ(図示略)に後側外周部分を覆われ且つ左右に延びるバンパレインフォースメント(以下、バンパレインと省略する)3と、1対のリヤサイドフレーム1とバンパレイン3との間に配設された左右1対のクラッシュカン4(衝撃吸収部材)と、これら1対のクラッシュカン4を1対のリヤサイドフレーム1に夫々取り付けるための左右1対の内側ブラケット7及び左右1対の外側ブラケット8等を備えている。
フロアパネル2は、前端側部分にリヤシート(図示略)が搭載され、後端側部分にスペアタイヤ(図示略)を格納可能なスペアタイヤパン2aが形成されている。このフロアパネル2の左右両端部分は、1対のリヤサイドフレーム1の夫々の内壁部に溶接にて接合されている。スペアタイヤパン2aは、フロアパネル2の荷室に対応する部位において下方に凹入するように形成されている。
車両の後端部に設けられた衝撃吸収構造Cは、衝突によりバンパレイン3に入力されて車室側の1対のリヤサイドフレーム1に伝達される衝撃エネルギを1対のクラッシュカン4が吸収するように構成されている。衝撃吸収構造Cは、左右対称構造であるため、以下では主に車両後端部の左側について説明し、右側の説明を省略する。
次に、リヤサイドフレーム1について説明する。
リヤサイドフレーム1は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形され、フロアパネル2等を支持する。リヤサイドフレーム1は、図10に示すように、前後方向に直線状に延びる外壁部と、この外壁部の車幅方向内側(右側)に配設されて前後方向に直線状に延びる内壁部と、外壁部と内壁部の上端部同士を連結する上壁部と、外壁部と内壁部の下端部同士を連結する下壁部を備えて、上壁部と下壁部が略平行な台形状の閉断面を有する。
リヤサイドフレーム1は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形され、フロアパネル2等を支持する。リヤサイドフレーム1は、図10に示すように、前後方向に直線状に延びる外壁部と、この外壁部の車幅方向内側(右側)に配設されて前後方向に直線状に延びる内壁部と、外壁部と内壁部の上端部同士を連結する上壁部と、外壁部と内壁部の下端部同士を連結する下壁部を備えて、上壁部と下壁部が略平行な台形状の閉断面を有する。
次に、バンパレイン3について説明する。
バンパレイン3は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形されている。このバンパレイン3は、図1〜図4に示すように、先端側壁部3aと車室側壁部3bと、先端側壁部3a上端部と車室側壁部3b上端部を接続する上壁部3cと、先端側壁部3a下端部と車室側壁部3b下端部を接続する下壁部3dと、先端側壁部3a中段部と車室側壁部3b中段部を接続する中段棚壁部3eを有して略水平状に左右に延びる閉断面を有し、平面視にて中央部分が後方に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されている。
バンパレイン3は、アルミ合金材料を押出成形にて一体部品として成形されている。このバンパレイン3は、図1〜図4に示すように、先端側壁部3aと車室側壁部3bと、先端側壁部3a上端部と車室側壁部3b上端部を接続する上壁部3cと、先端側壁部3a下端部と車室側壁部3b下端部を接続する下壁部3dと、先端側壁部3a中段部と車室側壁部3b中段部を接続する中段棚壁部3eを有して略水平状に左右に延びる閉断面を有し、平面視にて中央部分が後方に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されている。
図5に示すように、バンパレイン3の車室側壁部3bの左端側部分には、ボルト6を挿通可能な上下1対のボルト穴3fを備えた連結部が形成され、これに対応する先端側壁部3aの左端側部分には、クラッシュカン4との締結作業用の上下1対の作業穴3hが夫々形成されている。この連結部には、図7に示すように、後述の衝撃吸収壁部4aの断面形状に沿うように凹部3gが形成されていてもよい。
次に、クラッシュカン4について説明する。
クラッシュカン4は、長繊維の炭素繊維を強化材とした炭素繊維強化樹脂(CFRP)成形体を例えばRTM法により成形し、図1〜図4に示すように、左側部分が車幅方向外側(左側)に開いた開断面部材として一体形成されている。RTM法とは、炭素繊維のプリフォームを分離可能な成形型のキャビティ内にセットし、このキャビティ内に溶融させた合成樹脂を射出する成形方法である。
クラッシュカン4は、長繊維の炭素繊維を強化材とした炭素繊維強化樹脂(CFRP)成形体を例えばRTM法により成形し、図1〜図4に示すように、左側部分が車幅方向外側(左側)に開いた開断面部材として一体形成されている。RTM法とは、炭素繊維のプリフォームを分離可能な成形型のキャビティ内にセットし、このキャビティ内に溶融させた合成樹脂を射出する成形方法である。
クラッシュカン4は、前後に延びる衝撃吸収壁部4aと、この衝撃吸収壁部4aの後端部から左方に折り曲げられた先端壁部4b等を備えている。図8に示すように、衝撃吸収壁部4aは、この衝撃吸収壁部4aの中段部分である縦壁部4cと、この縦壁部4cの上下両端に夫々連なる傾斜上壁部4d及び傾斜下壁部4eを有し、傾斜上壁部4dはその上端部から上方に延びるフランジ部を有し、傾斜下壁部4eはその下端部から下方に延びるフランジ部を有して、車幅方向外側に開口する略断面ハット形の開断面部材に形成されている。
傾斜上壁部4d下端部と縦壁部4c上端部が湾曲状に連なり、傾斜下壁部4e上端部と縦壁部4c下端部が湾曲状に連なっている。縦壁部4c中段部分には車幅方向外側(左側)に膨出する膨出部4fが形成されている。このように形成された衝撃吸収壁部4aは、上下方向にコンパクトであると共に前後方向の圧縮荷重による折れ曲がりが発生し難く、衝撃吸収壁部4aの実効的な幅を大きくしてEA量の増加に寄与している。
図2,図3に示すように、衝撃吸収壁部4aは、先端壁部4b側ほど傾斜上壁部4d及び傾斜下壁部4eが小さくなるように形成されている。それ故、衝撃吸収壁部4aは、側面視にて、先端側(後側)ほど上下幅及び左右幅が小さくなるように形成されている。これにより衝撃吸収壁部4aの先端側に圧縮荷重を集中的に作用させることができる。
図2〜図4に示すように、先端壁部4bは、バンパレイン3の車室側壁部3bに沿うように衝撃吸収壁部4aの先端部から折り曲げられ、衝撃吸収壁部4aの先端部に上端部から下端部にわたって前後方向の略全域を閉塞するように形成されている。先端壁部4bでは、衝撃吸収壁部4aからの第1炭素繊維21が先端壁部4bの左端部まで延長されているため、第1炭素繊維21が略一様に左右方向に延びるように配設されている。また、先端壁部4bには、バンパレイン3と連結するために上下1対の取付部が形成されている。そのため、バンパレイン3を介して入力された車両衝突による圧縮荷重は、先端壁部4bによって衝撃吸収壁部4a全域に一様に分散伝達される。
ここで、クラッシュカン4を形成するCFRPについて説明する。
図9に示すように、CFRPに含まれる炭素繊維の大部分に相当する第1炭素繊維21は、CFRP成形体の前端から後端にわたって連続して一様に延びる単繊維(フィラメント)が所定数(例えば12k)束ねられた繊維束(トウ)で構成され、CFRPに含まれる炭素繊維の一部に相当する第2炭素繊維22は、CFRP成形体の上端から下端にわたって連続して一様に延びる単繊維が所定数束ねられた繊維束で構成されている。炭素繊維の単繊維の直径は、例えば7〜10μmである。CFRP成形体の母材23には、熱硬化性エポキシ系合成樹脂が使用されている。
図9に示すように、CFRPに含まれる炭素繊維の大部分に相当する第1炭素繊維21は、CFRP成形体の前端から後端にわたって連続して一様に延びる単繊維(フィラメント)が所定数(例えば12k)束ねられた繊維束(トウ)で構成され、CFRPに含まれる炭素繊維の一部に相当する第2炭素繊維22は、CFRP成形体の上端から下端にわたって連続して一様に延びる単繊維が所定数束ねられた繊維束で構成されている。炭素繊維の単繊維の直径は、例えば7〜10μmである。CFRP成形体の母材23には、熱硬化性エポキシ系合成樹脂が使用されている。
第1炭素繊維21は、衝撃吸収壁部4aの厚さ方向両端部に1層ずつ配置され、それらの内側に第1炭素繊維21に直交する第2炭素繊維22を2層ずつ配置している。そして、左右両第2炭素繊維22の間に複数層の第1炭素繊維21が配置されている。これにより、車両衝突時、厚さ方向両端部に配置された第1炭素繊維21に相当する部分にフロンズ部の機能を持たせると共に、厚さ方向中間部分に配置された第1炭素繊維21に相当する部分にピラー部の機能を持たせている。
それ故、衝撃吸収壁部4aの第1炭素繊維21が延びる方向に圧縮荷重が作用した場合、フロンズ部に相当する第1炭素繊維21部分がピラー部に相当する第1炭素繊維21部分に先行して剥離破壊し、その後、ピラー部に相当する第1炭素繊維21部分が圧縮破壊される。この剥離破壊と圧縮破壊とが衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次前方に進行して、衝撃吸収壁部4aが逐次破壊される。
このように形成されたクラッシュカン4は、車両衝突時、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bが接続する角部が破断し、衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次破壊される。逐次破壊により発生した破片は、クラッシュカン4の外部に排出されるので、クラッシュカン4を破片に妨げられることなく潰し切ることができ、EA量が増加する。
次に、衝撃吸収構造Cの組み付け手順について説明する。
図10に示すように、車両側において、リヤサイドフレーム1の後端部に内側ブラケット7を溶接により接合する。次に、この内側ブラケット7にクラッシュカン4の前端側部分の内周側を重ね合わせ、クラッシュカン4の前端側部分の外周側に外側ブラケット8を重ね合わせた状態で、複数のボルト9により締結する。こうして、内側ブラケット7と外側ブラケット8によりクラッシュカン4の基端部を挟持してリヤサイドフレーム1とクラッシュカン4を連結する。
図10に示すように、車両側において、リヤサイドフレーム1の後端部に内側ブラケット7を溶接により接合する。次に、この内側ブラケット7にクラッシュカン4の前端側部分の内周側を重ね合わせ、クラッシュカン4の前端側部分の外周側に外側ブラケット8を重ね合わせた状態で、複数のボルト9により締結する。こうして、内側ブラケット7と外側ブラケット8によりクラッシュカン4の基端部を挟持してリヤサイドフレーム1とクラッシュカン4を連結する。
次に、ボルト6の締結により、クラッシュカン4にバンパレイン3を連結する。先端壁部4bの取付部の周辺は、第1炭素繊維21が切断されているため、バンパレイン3の支持強度が低下している。そこで図5に示すように、取付部はボルト6と螺合可能なナット部材5を内嵌している。これにより、バンパレイン3の上下1対のボルト穴3fに挿通された1対のボルト6を先端壁部4bに内嵌されたナット部材5に締結することにより、バンパレイン3をクラッシュカン4の先端壁部4bに連結している。
以上のように組み付けられた衝撃吸収構造Cは、図5に示すように、衝撃吸収壁部4aの車幅方向内側端部(右側端部)で規定される端線と先端壁部4bに取り付けられたバンパレイン3の車室側壁部3bが成す2つの交差角のうち、車幅方向内側の交差角θが鋭角である。即ち、平面視において、衝撃吸収壁部4aの車幅方向内側端部で規定される端線とバンパレイン3が成す車幅方向内側の交差角θは鋭角である。この交差角θは具体的には75°≦θ<90°の範囲に設定され、好ましくは、80°≦θ≦85°の範囲であり、本実施例では85°に設定されている。
これと同様に、図示を省略するが縦壁部4cのどの高さ位置においても車幅方向内側端部で規定される端線とバンパレイン3が成す車幅方向内側の交差角は鋭角である。さらに、衝撃吸収壁部4aは先端側ほど小さくなるので、傾斜上壁部4dとバンパレイン3が成す衝撃吸収壁部4a外側の角度と、傾斜下壁部4eとバンパレイン3が成す衝撃吸収壁部4a外側の角度は鋭角である。一方、衝撃吸収壁部4aの車幅方向外側端部(傾斜上壁部4dの上端部及び傾斜下壁部4eの下端部)は、平面視において車両の前後方向に沿っている。
次に、本実施例の衝撃吸収構造Cの作用、効果について説明する。
車両衝突時には、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重を、クラッシュカン4の衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部に集中的に作用させ、破壊起点が生成される。その後、図6に示すように、破壊起点となった衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部において破断し、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bが分離する。
車両衝突時には、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重を、クラッシュカン4の衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部に集中的に作用させ、破壊起点が生成される。その後、図6に示すように、破壊起点となった衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを接続する角部において破断し、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bが分離する。
衝撃吸収壁部4aの破断した先端部は、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重によりバンパレイン3の車室側壁部3bと衝突する。このとき、平面視において、衝撃吸収壁部4aの端線とバンパレイン3との車幅方向内側の交差角θが鋭角なので、圧縮荷重により衝撃吸収壁部4aの破断した先端部が分離した先端壁部4b側に移動する方向に力が作用する。そのため、破断した先端部が先端壁部4bに押し当てられて移動が規制され、衝撃吸収壁部4aの姿勢が維持される。
衝撃吸収壁部4aの破断した先端部が、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重によりバンパレイン3の車室側壁部3bと衝突すると、フロンズ部に相当する第1炭素繊維21部分がピラー部に相当する第1炭素繊維21部分に先行して剥離破壊する。その後、ピラー部に相当する第1炭素繊維21部分が圧縮破壊される。この剥離破壊と圧縮破壊とが衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次前方に進行して、衝撃吸収壁部4aが逐次破壊される。従って、衝撃吸収壁部4aには、第1炭素繊維21が延びる方向に圧縮荷重が入力され、逐次破壊が衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から前方に安定的に進行するので、衝撃エネルギを吸収することができる。
バンパレイン3は、平面視にて中央部分が後方に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されているので、図6に示すように、車両衝突時にはバンパレイン3は湾曲が緩やかになって直線状になるように変形する。そのため、衝撃吸収壁部4aの端線とバンパレイン3との車幅方向内側の交差角θが小さくなって一層鋭角になるので、衝撃吸収壁部4aの破断した先端部が圧縮荷重により先端壁部4bに押し当てられて移動が規制され、衝撃吸収壁部4aの姿勢を維持して破断した先端部から逐次破壊を進行させて安定的に衝撃エネルギを吸収することができる。
図7に示すように、バンパレイン3がクラッシュカン4に連結される連結部に衝撃吸収壁部4aの破断した先端部を収容可能な凹部3gが設けられている場合、破断した先端部が凹部3gに収容されてこの先端部の移動が規制される。そのため、衝撃吸収壁部4aの姿勢が維持され、衝撃吸収壁部4aの破断した先端部から逐次破壊が安定的に進行するので、衝撃エネルギを吸収することができる。また、凹部3gは、衝撃吸収壁部4aの逐次破壊により発生する破片外部に排出することができるので、破片は逐次破壊を妨げない。
クラッシュカン4は、衝撃吸収壁部4aと先端壁部4bを備え、衝撃吸収壁部4aが断面ハット形の開断面を有する。そのため、車両衝突時にバンパレイン3から伝達される圧縮荷重による折れ曲がりを防いで衝撃吸収壁部4aの姿勢を維持することができるので、衝撃エネルギを吸収することができる。また、衝撃吸収壁部4aの逐次破壊により発生する破片をクラッシュカン4内部に蓄積せずに外部に排出することができので、バンパレイン3から伝達される圧縮荷重により、破片に妨げられることなくクラッシュカン4を潰し切って、衝撃エネルギを吸収することができ、EA量を増加させることができる。
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
[1]前記実施例においては、リヤサイドフレーム1に取り付けられるリヤ側のクラッシュカン4に適用した例を説明したが、フロントサイドフレームに取り付けられるフロント側のクラッシュカンに適用することもできる。
[1]前記実施例においては、リヤサイドフレーム1に取り付けられるリヤ側のクラッシュカン4に適用した例を説明したが、フロントサイドフレームに取り付けられるフロント側のクラッシュカンに適用することもできる。
[2]前記実施例においては、強化繊維として炭素繊維用いたCFRP製のクラッシュカン4の例を説明したが、ガラス繊維や金属繊維等を用いた強化繊維樹脂でクラッシュカン4を形成しても良い。また、母材樹脂についても、クラッシュカン4の仕様等に応じて適宜選択可能である。
[3]前記実施例においては、第2炭素繊維22が第1炭素繊維21に直交するように配置した例を説明したが、第2炭素繊維22は第1炭素繊維21に対して少なくとも交差すれば良く、例えば第1炭素繊維21に対して30°、或いは45°の交差角をなす第2炭素繊維22を用いることも可能である。
[4]その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
1 リヤサイドフレーム
3 バンパレイン
3a 先端側壁部
3b 車室側壁部
3g 凹部
4 クラッシュカン
4a 衝撃吸収壁部
4b 先端壁部
C 衝撃吸収構造
θ 交差角
3 バンパレイン
3a 先端側壁部
3b 車室側壁部
3g 凹部
4 クラッシュカン
4a 衝撃吸収壁部
4b 先端壁部
C 衝撃吸収構造
θ 交差角
Claims (5)
- 車体前後方向先端部側に配設され且つ前後方向に連続して延びるように配列された複数の強化繊維を含む左右1対の繊維強化樹脂製衝撃吸収部材と、前記1対の衝撃吸収部材の先端部に取り付けられた車幅方向に延びるバンパレインフォースメントとを備えた車両の衝撃吸収構造において、
前記衝撃吸収部材が、前後方向に延びる衝撃吸収壁部と、前記衝撃吸収壁部に連なり且つ前記バンパレインフォースメントを取り付けるための先端壁部とを備えて車幅方向外側に開いた開断面部材に形成され、
平面視において、前記衝撃吸収壁部の車幅方向内側端部で規定される端線と前記バンパレインフォースメントとの2つの交差角のうちの車幅方向内側の交差角が鋭角であることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。 - 前記衝撃吸収部材は、前記バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重により前記先端壁部と前記衝撃吸収壁部を接続する角部が破断し、その後前記バンパレインフォースメントから伝達される圧縮荷重により前記衝撃吸収壁部の破断した先端部から逐次破壊することにより衝撃を吸収するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両の衝撃吸収構造。
- 前記バンパレインフォースメントは、平面視にて中央部分が先端側に凸に湾曲した緩湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の車両の衝撃吸収構造。
- 前記バンパレインフォースメントは、前記1対の衝撃吸収部材に連結される連結部に前記衝撃吸収壁部の破断した先端部を収容可能な凹部が設けられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両の衝撃吸収構造。
- 前記衝撃吸収部材の衝撃吸収壁部は、縦壁部と、この縦壁部の上下両端に夫々連なる傾斜上壁部及び傾斜下壁部を有する断面ハット形に形成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両の衝撃吸収構造。
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