JP3881086B2 - エネルギー吸収構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車のフロントピラー,センターピラー等のピラーガーニッシュに組み込まれて、衝撃エネルギーを効果的に吸収できるエネルギー吸収構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両衝突時に乗員を保護する検討が盛んになされるようになってきた。1998年9月から実施される米国連邦自動車安全基準FMVSS201(Federal Motor Vehicle Safety Standards)により、車両衝突時に乗員頭部が自動車の内装に衝突して頭部の組織傷害を起こさぬよう傷害値を低減させる試みがスタートする。
これより、自動車の内装品であるピラーガーニッシュは、車両衝突時に乗員頭部が衝突する可能性があるため、ピラーガーニッシュの裏面(ボディインナー側)にエネルギー吸収材を配設し、傷害値を低減させる検討が始っている。特に、エネルギー吸収材として、その組付性,量産性から格子状の樹脂リブが専ら検討されている。
【0003】
ところで、前記FMVSS201は、車両衝突時の乗員頭部の傷害値を測定する現在最も有効な手段である。その試験方法はFMVSS201により決められた衝突位置に水平角105゜〜165゜,垂直角5゜〜50゜で乗員頭部のダミー(重量4.54kg)を24km/h以上(車両衝突速度24km/h相当)の速度で衝突させる。そして、傷害値をHic(d)(Head injury criteria d:dummy)で表示しており、FMVSS201では、Hic(d)>1000になると、乗員頭部の組織損傷につながるとされている。ここで、Hic(d)は次式によって表される。
【0004】
【表1】
【0005】
こうしたなか、FMVSS201に基づけば、ピラーガーニッシュは、エネルギー吸収ストローク(ボディからピラーガーニッシュにぶつかった時点でのFMH(Free Motion Headform)までの距離)が最短となる衝撃方向に対して一番傷害値が高くなると予想される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来のピラーガーニッシュは、FMVSS201から検討を加えるならば、問題がでてきた。すなわち、従来のピラーガーニッシュ91は、図8のようなエネルギー吸収ストロークLをとり、ボディインナー形状を室内側に膨らませた形をとっていたのである。前記エネルギー吸収ストロークLが最短となる衝撃方向に衝撃力Fが加えられると、エネルギー吸収材92のボディインナー93との受け面93aにフロントウィンドゥ97側に働くfx が発生した。従って、エネルギー吸収材92はエネルギー吸収ストロークLを十分に活用することなくフロントウィンドゥ97側へ滑ってしまい、乗員頭部が衝突時にボディフランジ931に当たり、Hic(d)が高くなった。
上記内容を図8で詳しく述べると、FMVSS201の試験方法に基づき乗員頭部のダミー5(FMH:Free Motion Headform)を衝突させた場合、FMHの衝撃力Fは衝撃方向に働き、ピラーガーニッシュの接面法線方向に力F′として働きかける。そして、このピラーガーニッシュ91に働いた力F′はエネルギー吸収材92(例えば格子状の樹脂リブ)に伝わり、ボディインナー受け面93aに働く力F″となる。該力F″はボディインナー面法線方向の力fy と面方向の力fx とに分解される。この分力fy,fx が、前記エネルギー吸収材92の挙動に結びつく。
そして、分力fx が車両内側に働いているため、エネルギー吸収材92は車両内側へずれてしまい、エネルギー吸収ストロークLを十分に活用することができず、結局、乗員頭部に高い衝撃力を与えることと相なった。
【0007】
本発明は、上記問題点を解決するもので、ボディインナーからピラーガーニッシュに当接した頭部のダミーまでの距離が最短となるFMVSS201に規定された衝撃方向が加えられた際、エネルギー吸収ストロークを存分に活用することのできるエネルギー吸収構造を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、請求項1記載の発明の要旨は、ボディインナーとピラーガーニッシュとの間にエネルギー吸収体が装着されたエネルギー吸収構造において、FMVSS201に規定する衝撃ポイントがピラーガーニッシュに係る変曲点よりも車両内側にあり、且つ、ボディインナーからピラーガーニッシュに当接した頭部のダミーまでの距離が最短となるFMVSS201に規定された衝撃方向に対し、該衝撃方向に進む頭部重心の位置よりもボディインナーの車両内側凸部の頂点に対応する吸収体凹部が車両外側にあることを特徴とするエネルギー吸収構造にある。
【0009】
請求項1記載の発明のごとく、衝撃ポイントがピラーガーニッシュに係る変曲点よりも車両内側にあり、且つ、衝撃方向に進む頭部重心の位置よりもボディインナーの車両内側凸部の頂点に対応する吸収体凹部が車両外側にあると、エネルギー吸収材のボディインナーとの受け面に働く力fx が車両外側に向うようになるので、エネルギー吸収体は滑ることがなく、エネルギー吸収ストロークを十分に活用することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエネルギー吸収構造の実施形態について詳述する。図1〜図5は本発明のエネルギー吸収体の一形態を示したもので、図1はボディインナーフレームとピラーガーニッシュとで囲まれた空間内に配設されたエネルギー吸収体の横断面図、図2はピラーガーニッシュ周りの車室内の斜視図、図3はピラーガーニッシュの斜視図、図4は加速度VS.時間特性グラフ、図5は変形量に対する発生荷重の関係グラフである。ここでは、フロントピラーに適用する。
【0011】
本発明のエネルギー吸収構造は、図1のようにエネルギー吸収体1がボディインナー2とピラーガーニッシュ3との間に装着されている。図1は図2のA−A線矢視図を示すが、煩雑化を防止するため主要部のみを判り易く描いており、省略している他の構成部分、例えば、ボディアウター96,オープニングトリム98,ボディ外板99等は図8に準じる。
【0012】
エネルギー吸収体1は、ボディインナー車両内側面及びピラーガーニッシュ裏面にほぼ沿った面を有した吸収材からなる。ボディインナー2は両サイドにボディフランジ21,22をもち、図1のようにオープニングトリム98からフロントウィンドゥ97にいく途中で、車両内側に向けて突出する凸部23が形成される。そして、この凸部頂点23aに対応するように吸収体凹部11aが形成される。
また、ピラーガーニッシュ3が、断面視ほぼL字形状にして変曲点31を有するが、エネルギー吸収体1もピラーガーニッシュサイドは断面視でほぼL字形状となり、上記変曲点31に対応した変曲点12を有する。
本実施形態は、エネルギー吸収体1に格子状の樹脂リブを採用しているが(図3)、発泡体や金属製のエネルギー吸収体等とすることも勿論可能である。
【0013】
そして、前記変曲点31がFMVSS201に規定する衝撃ポイント4よりも車両外側に位置する構成にある。
ここで、FMVSS201のFMVSSは、Federal Motor Vehicle Safety Standardsの略で、1998年9月から実施される米国連邦自動車安全基準を意味する。衝撃ポイント4はFMVSS201の規定により一義的に定まる。
【0014】
更に、FMVSS201に規定された衝撃ポイント4を通って衝撃方向が振れることになるが、ボディインナー2からピラーガーニッシュ3に当接した頭部のダミー5までの距離L1 が最短となるFMVSS201に規定された衝撃方向に対し、該衝撃方向に進む頭部重心5aの位置よりもボディインナー2の車両内側凸部23の頂点23aに対応する吸収体凹部11aが車両外側に位置する。尚、前記ボディインナー2からピラーガーニッシュ3に当接した頭部のダミー5までの距離L1 とは、本実施形態では、ボディフランジ21の端から頭部ダミー5までの距離となる。
【0015】
斯るエネルギー吸収構造では、FMVSS201の試験方法に基づいてFMH5(Free Motion Headform)を衝突させた場合、FMH5の衝撃力Fが衝撃方向に働き、衝突ポイント4の法線方向に力FX として伝わる。該力FX は、更にエネルギー吸収体1に伝わり、ボディインナー2の受け面に働く力fとなり、該力fはボディインナー面で分力fx とfy とに分解される。そして、分力fx がエネルギー吸収体1をボディインンナーに押えつける力になっていく。衝突ポイント4が変曲点31より外側にあるような従来ケース、例えば図9では、分力fx がボディインンナー2からエネルギー吸収体1を外す方向に働くため、エネルギー吸収体1は車両内側へすべって逃げてしまっていたが、斯る不具合は解消される。
かくして、分力fy がうまく作用してエネルギー吸収体1が崩壊,座屈し、衝撃エネルギーを吸収できるようになる。
【0016】
次に、本発明に係るエネルギー吸収構造の性能を調べたので、その試験結果を述べる。
図1のエネルギー吸収構造品の衝撃試験を行い、加速度VS.時間特性グラフ(図4)から、速度(計算)が24km/h,最大変位31.6mm,最大加速度117.1G,最大荷重5.21kN,Hic534.7,Hic(d)569.5を得た。Hic(d)(Head injury criteria d:dummy)の値は1000を大幅に下回っている。また、変形量に対する発生荷重の関係グラフ(図5)を得たが、これは初期荷重が当初から立ち上がり、エネルギー吸収体1がすべることなくエネルギー吸収が効果的に行われていることを示す。
これに対し、図8の従来構造品は、加速度VS.時間特性グラフ(図6)で、速度(計算)が24.27km/h,最大変位27.5mm,最大加速度245.2G,最大荷重10.92kN,Hic1411.0,Hic(d)1230.3となり、Hic(d)値が高くなった。そして、変形量に対する発生荷重の関係グラフ(図7)では、破線で示すように変形量が増加しても発生荷重を低い値にとどめるのが理想形であるが、エネルギー吸収体1がすべってしまって、10mm変形時の初期荷重が3.0kNと低い値になる一方で、変形量24.5mmで最大荷重10.92kNと大きい値になった。
【0017】
このように構成したエネルギー吸収構造は、性能試験でも明らかなようにエネルギー吸収体1が無駄なく活用されるので、車両衝突時における乗員頭部の傷害値Hic(d)を低減できる。ボディインナー2からピラーガーニッシュ3に当接した頭部のダミー5までの距離L1 が最短となるFMVSS201に規定された衝撃方向が加えられた際にエネルギー吸収ストロークが存分に活用される。
そして、エネルギー吸収体1が無駄なく活用できるので、その分、エネルギー吸収ストロークを短くすることができる。従来、エネルギー吸収ストロークが20mm以上必要であったものが、15mm程度に設定できるようになる。
一方、エネルギー吸収ストロークを短くできることによって、車室内側にスペースができ、視界の確保や乗員の昇降性を良くすることも可能になる。
【0018】
尚、本発明においては、前記実施例に示すものに限られず、目的,用途に応じて本発明の範囲で種々変更できる。ボディインナー2,ピラーガーニッシュ3,エネルギー吸収体1の形状,大きさ,材質等は用途に応じ適宜選択できる。ピラーガーニッシュ3の適用範囲は、フロントピラーの他、センターピラー7,リヤピラー8等がある。
【0019】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明のエネルギー吸収構造は、ボディインナーからピラーガーニッシュに当接した頭部のダミーまでの距離が最短となるFMVSS201に規定された衝撃方向が加えられた際に、エネルギー吸収ストロークを十二分に活用することができるので、安全性向上に極めて有益となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一形態で、ボディインナーフレームとピラーガーニッシュとで囲まれた空間内に配設されたエネルギー吸収体の横断面図である。
【図2】ピラーガーニッシュ周りの車室内の斜視図である。
【図3】ピラーガーニッシュの斜視図である。
【図4】加速度VS.時間特性グラフである。
【図5】変形量に対する発生荷重の関係グラフである。
【図6】従来構造品における加速度VS.時間特性グラフである。
【図7】従来構造品における変形量に対する発生荷重の関係グラフである。
【図8】従来技術に係るボディインナーフレームとピラーガーニッシュとで囲まれた空間内に配設されたエネルギー吸収体の横断面図である。
【図9】従来技術の説明横断面図である。
【符号の説明】
1 エネルギー吸収体
11a 吸収体凹部
2 ボディインナー
23a 凸部の頂点
3 ピラーガーニッシュ
31 変曲点
4 衝撃ポイント
5 頭部のダミー
5a 頭部重心
L1 距離
Claims (1)
- ボディインナーとピラーガーニッシュとの間にエネルギー吸収体が装着されたエネルギー吸収構造において、
FMVSS201に規定する衝撃ポイントがピラーガーニッシュに係る変曲点よりも車両内側にあり、且つ、ボディインナーからピラーガーニッシュに当接した頭部のダミーまでの距離が最短となるFMVSS201に規定された衝撃方向に対し、該衝撃方向に進む頭部重心の位置よりもボディインナーの車両内側凸部の頂点に対応する吸収体凹部が車両外側にあることを特徴とするエネルギー吸収構造。
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