JP2019010978A - 車両用衝撃吸収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突直前に伸縮体を膨張させてバンパを衝突に対向する方向へ突出させ、衝突後は伸縮体を収縮させながら衝突エネルギを吸収する車両用衝撃吸収装置において、衝突後の収縮時における伸縮体の強度を高めることにより、伸縮体内のガス圧制御に依存することなく伸縮体の衝突エネルギの吸収量を確保する。【解決手段】伸縮体１１の変形部位１１ａは、インフレータ１２が発生する熱を受けて硬化される素材を含んで構成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、車両において衝突荷重を受ける部位に設けられる車両用衝撃吸収装置に関する。

車両用衝撃吸収装置として、車両前端部に設置されたバンパの如き衝突荷重受部材を、衝突物体との衝突直前に前方へ突出させるものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、衝突荷重受部材と車両構造体との間に伸縮自在の伸縮体を設け、この伸縮体内にガスを供給するインフレータを設けている。常時は、伸縮体が収縮されていて衝突荷重受部材は車両構造体の前端部に位置しているが、衝突直前にインフレータが作動して、インフレータから発生するガスにより伸縮体が膨張して伸長され、衝突荷重受部材は車両構造体から離れて前方へ突出される。衝突時は、衝突荷重を受けて膨張されていた伸縮体からガスが徐々に抜けて伸縮体が収縮され、衝突エネルギが吸収される。

特開２０１０−２４１２４０号公報

衝突時の衝突エネルギを望ましい形で吸収するためには、伸縮体を衝突後の時間経過と共に徐々に収縮させる必要がある。そのため、伸縮体内の圧力に係わらず伸縮体自体を徐々に収縮変形させるか、伸縮体内のガス圧を徐々に低下させる必要がある。しかし、伸縮体自体を徐々に収縮変形させることは難しい。なぜなら、伸縮体は、最初の収縮状態から衝突前に伸長され、衝突後に再び収縮される。そのため、衝突後の収縮変形はバウシンガー効果により比較的小さな荷重で容易に行われてしまい、衝突エネルギを充分に吸収することができない。一方、伸縮体内のガス圧を徐々に低下させることは、制御を高精度に行う必要があり、伸縮体から余分なガス漏れがない状態で行わなければならず、そのためのコストが高くなる問題がある。

このような問題に鑑み本発明の課題は、衝突直前に伸縮体を膨張させて衝突荷重受部材を衝突に対向する方向へ突出させ、衝突後は伸縮体を収縮させながら衝突エネルギを吸収する車両用衝撃吸収装置において、衝突後の収縮時における伸縮体の強度を高めることにより、伸縮体内のガス圧制御に依存することなく伸縮体の衝突エネルギの吸収量を確保することにある。

本発明の第１発明は、車体の被衝突部の車両構造体で衝突荷重を受け止めるように設けられ、衝突物体からの衝突荷重を受けて車両構造体に伝達する衝突荷重受部材と、前記衝突荷重受部材及び前記車両構造体の間に一つの空間を形成して設けられ、前記衝突荷重受部材が衝突荷重を受ける方向に伸縮可能な変形部位を有する伸縮体と、衝突前に前記伸縮体内の前記空間にガスを供給して前記空間の容積を拡大し、前記伸縮体を伸長させるインフレータとを備え、前記衝突荷重受部材が衝突荷重を受けると、前記伸縮体の変形部位が収縮しながら衝突エネルギを吸収する車両用衝撃吸収装置である。そして、前記伸縮体の変形部位は、インフレータが発生する熱を受けて硬化される素材を含んで構成されている。

第１発明において、被衝突部は、車体の前、後、側部、屋根等いずれでもよい。なお、第１発明は、伸縮体内のガス圧制御の実施を妨げるものではない。

インフレータが発生するガスは高温とされる。第１発明によれば、伸縮体の変形部位は、そのガスの熱を受けて硬化される。そのため、衝突後の収縮時における伸縮体の強度が高められ、伸縮体内のガス圧制御に依存することなく伸縮体の衝突エネルギの吸収量を確保することができる。

本発明の第２発明は、上記第１発明において、前記伸縮体の変形部位は、インフレータが発生する熱を受けて焼入れされる金属を含んで構成されている。

第２発明によれば、伸縮体の変形部位は、インフレータが発生するガスの熱を受けて焼入れされ硬化される。そのため、衝突後の収縮時における伸縮体の強度が高められ、伸縮体の衝突エネルギの吸収量を確保することができる。

本発明の第３発明は、上記第１発明において、前記伸縮体の変形部位は、インフレータが発生する熱を受けて硬化される樹脂を含んで構成されている。

第３発明によれば、伸縮体の変形部位は、インフレータが発生するガスの熱を受けて樹脂が熱硬化される。そのため、衝突後の収縮時における伸縮体の強度が高められ、伸縮体の衝突エネルギの吸収量を確保することができる。

本発明の第４発明は、上記第２発明において、前記伸縮体は、該伸縮体の空間内圧力が所定圧以上となると大気開放される排気弁を備える。

第４発明によれば、伸縮体は膨張完了後にガス圧が高くなると排気弁が開かれてガス圧が低下されると同時に、ガス圧の低下に伴って伸縮体の温度も急冷される。そのため伸縮体の変形部位が焼入れされ硬化され易くなる。そのため、衝突後の収縮時における伸縮体の強度が高められ、伸縮体の衝突エネルギの吸収量を確保することができる。

本発明の第５発明は、上記第１〜第４発明のいずれかにおいて、前記伸縮体を、前記車両構造体への固定部位側と前記衝突荷重受部材側とに区分して、前記固定部位側は前記衝突荷重受部材側に対して強度、又は硬度が高くされている。

第５発明によれば、固定部位側の強度、又は硬度が高くされている。そのため、衝突荷重を受けて伸縮体の固定部位側が座屈変形する可能性が抑制される。従って、伸縮体は、衝突エネルギを安定して吸収することができる。

本発明の車両用衝撃吸収装置の第1実施形態が適用された車両前部のバンパ構造を示す平面図である。 第１実施形態における衝撃吸収ユニットの一部透視拡大斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視拡大図である。 図３と同様の断面図であり、インフレータよりガスが供給され、バンパが前方に移動した状態を示す。 図３と同様の断面図であり、排気弁が大気開放された状態を示す。 図３と同様の断面図であり、バンパが衝突荷重を受けて後方に移動されている途中状態を示す。 第１実施形態における排気弁の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態の伸縮体を示す図５と同様の断面図である。 本発明の第３実施形態の伸縮体を示す図５と同様の断面図である。

<第１実施形態の全体構成>
図１〜３は、本発明の第１実施形態の構成を示す。第１実施形態は、自動車用フロントバンパ部分に本発明の衝撃吸収装置を適用した例である。各図中、矢印により自動車に搭載した状態における装置の各方向を示している。以下の説明において、方向に関する記述は、この方向を基準として行うものとする。

図１のように、衝突荷重受部材であるフロントバンパのバンパリインフォースメント１は、車体の被衝突部の車両構造体として、車体左右に配置されたフロントメンバ２Ｌ、２Ｒの前端に固定されている。従って、車両前突時にフロントバンパに加えられる衝突荷重は、バンパリインフォースメント１を介してフロントメンバ２Ｌ、２Ｒで受け止められる。

図２、３のように、フロントメンバ２Ｌの前端部には、本発明の特徴部分である衝撃吸収ユニット１０が備えられている。ここではフロントメンバ２Ｌのみを図示し、フロントメンバ２Ｒの図示を省略しているが、フロントメンバ２Ｌ、２Ｒは同一構造の衝撃吸収ユニット１０を備えている。

<衝撃吸収ユニット１０の構成>
衝撃吸収ユニット１０は、有底円筒体（以下、容器形状ともいう）であるカバー体１３と、カバー体１３の内部に固定され、衝突荷重を受けて前後方向（衝突荷重を受ける方向）に伸縮可能とされた蛇腹形状の変形部位１１ａを持った容器形状の伸縮体１１と、伸縮体１１の内部に固定されたインフレータ１２と、インフレータ１２と共に伸縮体１１内に設けられた排気弁１５とを備える。

カバー体１３は、容器形状の容器部１３ａと、容器部１３ａの開口側の全周に渡って形成されたフランジ１３ｂとを一体に備える。カバー体１３は鋼板製である。容器部１３ａは、閉断面構造のフロントメンバ２Ｌの前端内部に挿入され、フランジ１３ｂは、リング形状の円板であるトップメンバ２１を介してフロントメンバ２Ｌの前端に固定されている。

<伸縮体１１の構成>
伸縮体１１は、容器形状の開口側の全周に渡ってフランジ１３ｂが形成されている。伸縮体１１は、カバー体１３の容器部１３ａと重なる容器となるように配置され、フランジ１１ｂは、カバー体１３のフランジ１３ｂの前側に重ねて配置されている。伸縮体１１は、カバー体１３に比べて板厚が薄い鋼板製であり、インフレータが発生するガスの熱により焼入れされる鋼板とされている。具体的には、伸縮体１１は、加熱してプレス成形されたホットスタンプ材が使用されている。また、伸縮体１１の底部１１ｃは、カバー体１３の底部に適宜の手段により接合されている。

伸縮体１１の開口側には蓋体１４が被せられている。蓋体１４は、その後側が伸縮体１１のフランジ１１ｂの前側に重ねて固定されている。従って、伸縮体１１は、その開口を蓋体１４により閉塞されて、内部に一つの空間を形成している。また、蓋体１４には、その前側にバンパリインフォースメント１が固定されている。

このように伸縮体１１はカバー体１３内に収容されてフロントメンバ２Ｌの前端に固定されている。しかも、カバー体１３はフロントメンバ２Ｌの閉空間内に収容されている。そのため、図３のように、伸縮体１１が収縮状態にあるとき、伸縮体１１は、カバー体１３内にあってフロントメンバ２Ｌから突出しない。従って、フロントメンバ２Ｌ及びバンパリインフォースメント１の部分のデザインを、伸縮体１１を備えない場合と共通化することができる。

<インフレータ１２の構成>
インフレータ１２は、乗員保護用エアバッグ装置に用いられるインフレータと同様の公知もので、通電されることにより点火されてガスを発生するように構成されている。インフレータ１２は、伸縮体１１の底部１１ｃに適宜手段により固定されている。インフレータ１２は、公知の衝突予知手段（図示略）が車両の前突を予知したとき、電源（図示略）に接続されて作動するように電気接続されている。従って、インフレータ１２は、作動されるとガスを発生し、そのガスを伸縮体１１内に供給する。

<排気弁１５の構成>
排気弁１５は、伸縮体１１の空間内でインフレータ１２が発生するガス圧を受けて、そのガス圧が予め設定した所定圧以上となると大気開放となるように構成されている。具体的には、図７のように、排気弁１５は、伸縮体１１の底部１１ｃに固定された中空の箱体であり、伸縮体１１の底部１１ｃに当接する面には貫通孔１５ｂが穿設され、その反対側の面には一対の脆弱部１５ａが形成されている。脆弱部１５ａは、伸縮体１１の空間内圧力が所定圧以上となると破断されるように形成されている。また、貫通孔１５ｂに対応して伸縮体１１の底部１１ｃ及びカバー体１３の底部には、貫通孔１１ｄ、１３ｃがそれぞれ形成されており、脆弱部１５ａが破断されたとき、これらの貫通孔１５ｂ、１１ｄ、１３ｃを介して伸縮体１１の空間内に大気圧が供給される。

<第１実施形態の作用>
車両の衝突が予知されてインフレータ１２が作動され、インフレータ１２がガスを発生すると、図４のように、伸縮体１１は膨張（伸長）して、変形部位１１ａの蛇腹が伸びてバンパリインフォースメント１が前方に突出される。このとき、インフレータ１２が発生するガスの温度は６００℃程度であるが、伸縮体１１内での圧力を高める構成とすることにより７００〜８００℃程度まで温度を高めている。

図５のように、伸縮体１１の膨張が完了して、伸縮体１１の空間内の圧力が高まって所定圧以上となり、排気弁１５を介してガスが大気に放出されると、伸縮体１１の空間内の圧力及び温度が急速に低下する。このような温度の急激な変化により伸縮体１１の変形部位１１ａを成す鋼板が焼入れされる。そのため、伸縮体１１の変形部位１１ａは、硬度及び強度が高められる。

その後、バンパに衝突物体が衝突して、図６のように、バンパリインフォースメント１が後方に押されると、伸縮体１１が収縮しながら衝突エネルギを吸収する。

<第１実施形態の効果>
このように、伸縮体１１が収縮しながら衝突エネルギを吸収するとき、伸縮体１１の変形部位１１ａは、焼入れにより硬度及び強度が高められていて変形時の荷重が大きくされている。そのため、衝突エネルギを吸収するのに必要なエネルギ吸収量を確保することができる。

<第２実施形態の構成・作用>
図８は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、伸縮体１１を構成する鋼板の板圧を部位によって変化させた点である。その他の構成は、両者全く同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。

図８のように、第２実施形態では、伸縮体１１を前後方向（衝突荷重を受ける方向）で２つの領域に分けている。２つの領域のうち、車両構造体への固定部位側（後側）１１ｅは、それとは反対の衝突荷重受部材側（前側）１１ｆより、その板厚を厚くしている。例えば、衝突荷重受部材側１１ｆの板厚が２ｍｍであるのに対し、固定部位側１１ｅの板厚は２．６ｍｍとされている。固定部位側１１ｅと衝突荷重受部材側１１ｆは、一つの素材により一体に形成しても、別素材を接合して形成してもいずれでもよい。前者の形成方法の場合は、テーラードロールドブランク鋼板を使用することができる。また、後者の形成方法の場合は、テーラードブランク接合鋼板を使用することができる。この場合の溶接接合としては、レーザー溶接、プラズマ・アーク溶接を使用することができる。

そのため、固定部位側１１ｅは、衝突荷重受部材側１１ｆに比べて座屈強度が高められ、衝突荷重を受けたとき、固定部位側１１ｅが座屈する可能性が抑制される。特に、伸縮体１１に入力される衝突荷重が前後方向の正面から上下、又は左右方向に傾斜した場合に、固定部位側１１ｅに応力が集中して座屈変形し易いが、固定部位側１１ｅの座屈強度が高められているため、そのような座屈変形が抑制される。従って、伸縮体１１は、衝突エネルギを安定して吸収することができる。

<第３実施形態の構成・作用>
図９は、本発明の第３実施形態を示す。第３実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、伸縮体１１を構成する鋼板の材質を部位によって変化させた点である。その他の構成は、両者全く同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。

図９のように、第３実施形態では、伸縮体１１の２つの領域のうち、固定部位側１１ｅは、衝突荷重受部材側１１ｆより座屈強度の高い材料が使用されている。例えば、衝突荷重受部材側１１ｆの焼入れ後の強度が１．５ギガニュートンの鋼板であるのに対し、固定部位側１１ｅの焼入れ後の強度は１．８ギガニュートンの鋼板とされている。固定部位側１１ｅと衝突荷重受部材側１１ｆは、テーラードブランク接合鋼板を使用して構成することができる。この場合の溶接接合としては、レーザー溶接、プラズマ・アーク溶接を使用することができる。

そのため、固定部位側１１ｅは、衝突荷重受部材側１１ｆに比べて座屈強度が高められ、衝突荷重を受けたとき、固定部位側１１ｅが座屈する可能性が抑制される。特に、伸縮体１１に入力される衝突荷重が前後方向の正面から上下、又は左右方向に傾斜した場合に、固定部位側１１ｅに応力が集中して座屈変形し易いが、固定部位側１１ｅの強度が高められているため、そのような座屈変形が抑制される。従って、伸縮体１１は、衝突エネルギを安定して吸収することができる。

<その他の実施形態>
以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、伸縮体の変形部位を焼入れ可能な鋼板により構成したが、焼入れ可能なアルミニウム材、若しくは熱硬化性樹脂により構成してもよい。また、上記実施形態では、排気弁として一例を示したが、公知の各種圧力弁により置き換えることができる。更にまた、上記実施形態では、本発明を自動車に適用したが、自動車以外の各種車両に適用することができる。

１ バンパリインフォースメント（衝突荷重受部材）
２Ｌ、２Ｒ フロントメンバ（被衝突部の車両構造体）
２１ トップメンバ
１０ 衝撃吸収ユニット
１１ 伸縮体
１１ａ 変形部位
１１ｂ フランジ
１１ｃ 底部
１１ｄ 貫通孔
１１ｅ 固定部位側
１１ｆ 衝突荷重受部材側
１２ インフレータ
１３ カバー体
１３ａ 容器部
１３ｂ フランジ
１３ｃ 貫通孔
１４ 蓋体
１５ 排気弁
１５ａ 脆弱部
１５ｂ 貫通孔

Claims (5)

1. 車体の被衝突部の車両構造体で衝突荷重を受け止めるように設けられ、衝突物体からの衝突荷重を受けて車両構造体に伝達する衝突荷重受部材と、
   前記衝突荷重受部材及び前記車両構造体の間に一つの空間を形成して設けられ、前記衝突荷重受部材が衝突荷重を受ける方向に伸縮可能な変形部位を有する伸縮体と、
   衝突前に前記伸縮体内の前記空間にガスを供給して前記空間の容積を拡大し、前記伸縮体を伸長させるインフレータとを備え、
   前記衝突荷重受部材が衝突荷重を受けると、前記伸縮体の変形部位が収縮しながら衝突エネルギを吸収する車両用衝撃吸収装置であって、
   前記伸縮体の変形部位は、インフレータが発生する熱を受けて硬化される素材を含んで構成されている車両用衝撃吸収装置。
2. 請求項１において、
   前記伸縮体の変形部位は、インフレータが発生する熱を受けて焼入れされる金属を含んで構成されている車両用衝撃吸収装置。
3. 請求項１において、
   前記伸縮体の変形部位は、インフレータが発生する熱を受けて硬化される樹脂を含んで構成されている車両用衝撃吸収装置。
4. 請求項２において、
   前記伸縮体は、該伸縮体の空間内圧力が所定圧以上となると大気開放される排気弁を備える車両用衝撃吸収装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記伸縮体を、前記車両構造体への固定部位側と前記衝突荷重受部材側とに区分して、前記固定部位側は前記衝突荷重受部材側に対して強度、又は硬度が高くされている車両用衝撃吸収装置。
   

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