JP4037369B2 - 自動車のフード構造 - Google Patents

Description

この発明は、自動車のフード構造に関するものである。

自動車のフード構造としては、フード裏側にカップコーン状の突起物を配置することにより頭部侵入量を最適化してフードのどの位置であっても均一な衝撃吸収特性が得られるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、フード裏面に設けられるフードフレームを部分的に閉断面構造とすることにより反力特性を制御して、フードフレーム断面を潰して衝撃吸収を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１９１８６５号公報 特許第３１２０６５８号公報

しかしながら、前者においてはカップコーン状の突起物により頭部侵入量を最適化できるものの、孔があいていた部分を閉塞することになるため、その分だけフードの重量が嵩んで車体重量が増加し、燃費向上に逆行するという問題がある。
また、後者においてフードフレーム断面を潰してエネルギー吸収を行うためには、広い範囲に閉断面構造部を形成する必要があり、その結果、車体重量の増加を免れないという問題がある。

そこで、この発明は車体重量の増加をできるだけ抑えつつ、衝撃荷重によって作用する応力に効果的に対抗して衝撃吸収特性を高めることができる自動車のフード構造を提供するものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、フードスキン（例えば、実施形態におけるフードスキン２）の裏側に設けられた一対のハット型断面形状のメインフレーム（例えば、実施形態におけるメインフレーム７）を高剛性部品（例えば、実施形態におけるシリンダヘッドカバー１１）の上方位置で互いに交差するようにして配置し、このメインフレームを入力荷重に対する主応力軸（例えば、実施形態における主応力軸Ｘ）方向に形成し、前記各メインフレームの交差部（例えば、実施形態における交差部１０）を挟むようにして前記フードスキンとの間に曲げ変形に対して強度的に有利な閉断面構造部を形成するハット型断面形状のサブフレーム（例えば、実施形態におけるサブフレーム８）を一対設け、このサブフレームをメインフレームの交差部（例えば、実施形態における交差部１０）を挟むようにしてＶ字形状に形成し、フードの中心部分から蜘蛛の巣状に前記メインフレームと前記サブフレームとを配置したことを特徴とする。
このように構成することで、作用した入力荷重によりフードが曲げ変形しようとすると、前記メインフレームがフードを湾曲させる方向の荷重に対抗してフードが高剛性部品に底付くのを防止し、かつ、メインフレームはフードに作用する入力荷重に対する主応力軸方向に配置されているため、メインフレームの取付長さ方向に渡って強度的に有利な剪断方向でフードスキンとの間で前記応力に効果的に対抗できる。
また、メインフレームの交差部には、これを車幅方向から挟むＶ字形状のサブフレームが設けられ、メインフレームとフードスキンとの間、及びサブフレームとフードスキンとの間に複数の閉断面構造部が形成されることとなる。

請求項２に記載した発明は、前記フードスキンの裏側であって、前記メインフレームの交差部を中心とした位置に質量材（例えば、実施形態におけるテープスティフナ５）を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、衝突初期における衝撃減速度を高めることが可能となる。

請求項３に記載した発明は、前記Ｖ字形状のサブフレームの一部を前記主応力軸方向に形成されたメインフレームに対応して他の主応力軸方向に形成したことを特徴とする。
このように構成することで、サブフレームについてもその長手方向に渡って強度的に有利な剪断方向でフードスキンとの間で入力荷重による応力に効果的に対抗できる。

請求項４に記載した発明は、少なくとも前記フードスキンとメインフレームとで閉断面構造部（例えば、実施形態における閉断面構造部９）が形成され、この閉断面構造部が潰れ変形可能であることを特徴とする。
このように構成することで、最終的にフードが例えば高剛性部品に接触しても、その段階から閉断面構造部を潰しながら短いストロークで衝撃エネルギーを吸収することができる。
また、メインフレームとフードスキンとの間に形成された閉断面構造部によりフードの曲げ変形に対抗し衝突中期における衝撃減速度を高めることが可能となる。

請求項５に記載した発明は、前記高剛性部品に最も近接する部位を中心にして前記メインフレームとフードスキンとの間にシーラ（例えば、実施形態におけるマスチックシーラ２２）を塗布することを特徴とする。
このように構成することで、メインフレームとフードスキンとの間に塗布されたシーラによりメインフレームとフードスキンとの間に形成された閉断面構造部の変形を抑えることができる。

請求項１に記載した発明によれば、作用した入力荷重によりフードが曲げ変形しようとすると、前記メインフレームがフードを湾曲させる方向の荷重に対抗してフードが高剛性部品に底付くのを防止し、かつ、メインフレームはフードに作用する入力荷重に対する主応力軸方向に配置されているため、メインフレームの取付長さ方向に渡って強度的に有利な剪断方向でフードスキンとの間で前記応力に効果的に対抗でき、したがって、衝撃吸収特性を高めることができる効果がある。
また、前記メインフレーム及びサブフレームをフードスキンの裏側の全面に渡って設けた場合に比較して車体軽量化に寄与することができる効果がある。
そして、メインフレームの交差部には、これを車幅方向から挟むＶ字形状のサブフレームが設けられ、メインフレームとフードスキンとの間、及びサブフレームとフードスキンとの間に複数の閉断面構造部が形成されることとなるため、高剛性部品との間のクリアランスが少ない部位においてどの方向から衝撃荷重が作用しても均一なエネルギー吸収特性を発揮することができる。

請求項２に記載した発明によれば、衝突初期おける衝撃減速度を高めることが可能となるため、その分だけストローク量を少なくし底付きに至るまでにエネルギーを吸収して実質的に底付きを少なくすることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、サブフレームについてもその長手方向に渡って強度的に有利な剪断方向でフードスキンとの間で入力荷重による応力に効果的に対抗できるため、メインフレームと同様衝撃吸収特性を高めることができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、最終的にフードが例えば重量物に接触しても、その段階から閉断面構造部を潰しながら短いストロークで衝撃エネルギーを吸収することができるため、底付きを防止して最後まで衝撃荷重を吸収できる効果がある。
また、メインフレームとフードスキンとの間に形成された閉断面構造部によりフードの曲げ変形に対抗し衝突中期における衝撃減速度を高めることが可能となるため、その分だけストローク量を少なくして底付きに至るまでにエネルギーを吸収して実質的に底付きを少なくすることができる効果がある。

請求項５に記載した発明によれば、メインフレームとフードスキンとの間に塗布されたシーラによりメインフレームとフードスキンとの間に形成された閉断面構造部の変形を抑えることができるため、その後に閉断面構造部の変形が始まるまでの間にシーラを剥離させることで衝撃エネルギーを吸収することができる効果がある。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、フード１は車体外表面を構成するアルミニウムあるいはアルミニウム合金製のフードスキン２と、このフードスキン２の裏面に取り付けられ、フードスキン２と同材質でエンジンルーム３内に面して配置されるフードフレーム４とで構成されている。

ここで、前記フードスキン２の裏面には質量材であるテープスティフナ５（図１では鎖線で示す）が裏面の接着材により貼付されている。このテープスティフナ５はフードスキン２の初期衝撃減速度のレベルを高めるためのもので、入力される衝撃荷重の作用点であるフードスキン２の中央部、具体的には後述するメインフレーム７，７の交差部１０を中心として直径３００ｍｍ程度の範囲内に設けられている。この範囲は初期衝撃減速度が発生するタイミングである衝突時から２〜３ｍｓの間にフードスキン２の表面が陥没する（後述の図６参照）範囲である。この実施形態におけるテープスティフナ５はブチルゴムで成形され、約３００ｍｍ角で厚さが約１．５ｍｍの部材を用いている。

前記フードフレーム４は軽量化のため略中央部分が開口した部材であって、この開口部６周縁を跨ぐようにして取り付けられた一対のメインフレーム７，７と、開口部６周縁に端を発する一対のサブフレーム８（８Ｒ），８（８Ｌ）とを備えている。前記メインフレーム７は各々がフードスキン２の中央部に入力荷重を加えた場合の主応力軸Ｘ方向（図１にのみ示す）に沿った位置に形成されたハット型断面形状の部材であるため、フードスキン２との間に曲げ変形に対して強度的に有利な閉断面構造部９を形成し、このメインフレーム７，７が一対交差して設けられている。

そして、このメインフレーム７の交差部１０は、図３及び図４に示すようにエンジン、具体的には高剛性部品としてのシリンダヘッドカバー１１の上方に位置するようになっている。ここで、この主応力軸Ｘ方向とは、フード１の中央部分に入力（衝撃）荷重を印加した場合にフード１の面に沿う方向に作用する応力のうち最大となる応力の方向を意味している。この実施形態では、車体前（図１においてＦＲ）後（図１においてＲＲ）方向でやや車幅方向で傾斜した向きに最大の応力が検出されるため、主応力軸Ｘは車幅方向で対称となる位置を含めると合計２つ検出される。

したがって、２つの方向にメインフレーム７，７が配置され、２つのメインフレーム７，７が前記交差部１０で交差するように配置された状態となる。尚、前記主応力軸Ｘ方向を決定するためには、複数の荷重検出用ロゼットゲージをフード１の中央部付近に配置して、インパクタＷにより衝撃荷重を印加して主応力軸方向を求めている。

そして、前記各メインフレーム７，７の交差部１０を車幅方向から挟むようにしてフードスキン２との間に曲げ変形に対して強度的に有利な閉断面構造部１２を形成するハット型断面形状のサブフレーム８が設けられている。このサブフレーム８はＶ字形状に形成されて前記フードフレーム４の開口部６周縁に端を発した状態で一対設けられている。したがって、フード１の中央部分から蜘蛛の巣状にメインフレーム７Ｒ，７Ｌとサブフレーム８Ｒ，８Ｌが配置されることとなり、図５に示すように、交差部１０を中央として車幅方向に凹凸部が形成されることとなる。

また、図１、図２に示すように、前記Ｖ字状のサブフレーム８は前側部と後側部とがＶ字状を成すようにして形成されているが、２つのメインフレーム７Ｒ，７Ｌのうち後側部が車体右側（図１中Ｒ方向）に傾いた一方のメインフレーム７Ｒに対しては、これに垂直に交差する位置に車体左側のサブフレーム８Ｌの後側部８ＬＲＲが、略垂直に交差する位置に車体右側のサブフレーム８Ｒの前側部８ＲＦＲが設けられ、後側部が車体左側（図１中Ｌ方向）に傾いた他方のメインフレーム７Ｌに対しては、これに垂直に交差する位置に車体右側のサブフレーム８Ｒの後側部８ＲＲＲが、略垂直に交差する位置に車体左側のサブフレーム８Ｌの前側部８ＬＦＲが設けられている。

つまり、前記各メインフレーム７Ｒ，７Ｌは各々主応力軸Ｘ方向に配置されているが、この主応力軸Ｘ方向に対して略垂直方向にも、力の向きが逆である他の主応力軸が各々存在するため、この他の主応軸方向に略沿う方向に前記サブフレーム８Ｒ，８Ｌを配置している。ここで、各サブフレーム８Ｒ，８Ｌの屈曲部１３は前記メインフレーム７Ｒ，７Ｌの交差部１０に対して略くの字状の連結部１４により連結されている。
したがって、前記フードフレーム４にはメインフレーム７，７の交差部１０の前方側に台形状開口部１５が、後方側に三角形状開口部１６が形成され、各サブフレーム８，８の車幅方向外側に各々三角形状開口部１７，１７が形成され、更に、サブフレーム８，８の前方側と後方側であってメインフレーム７，７の車幅方向外側に各々三角形状開口部１８，１９が形成されることとなる。

そして、図４に示すように、前述したフードフレーム４が、前記テープスティフナ５が貼付されたフードスキン２に重合され、フードフレーム４の周縁部がフードスキン２の周縁部に包み込まれるようにして巻き締めされ、フードスキン２周縁の折り曲げ部２０に対応するフードフレーム４の周縁とフードスキン２の裏面との間にマスチックシーラ２１（図１ではハッチングで示す）を塗布した状態でフードスキン２とフードフレーム４とが接合されている。

ここで、前記フードフレーム４の前記各三角形状開口部１６〜１９及び台形状開口部１５の周縁、つまりメインフレーム７，７とサブフレーム８，８の側縁には前記フードスキン２（及びテープスティフナ５）の裏面に密接するフランジ部Ｆ（図１、図３にのみ示す）が形成され、このフランジ部Ｆとフードスキン２との間に所定間隔でマスチックシーラ２２（図１ではハッチングで示す）が塗布されてフードフレーム４の開口部６近傍がフードスキン２に固定されている。
つまり、エンジンに最も近接しストロークを抑えなければならない部位を中心にして前記メインフレーム７及びサブフレーム８のフランジ部Ｆとフードスキン２との間にマスチックシーラ２２が塗布されていることとなる。

このように前記各三角形状開口部１６〜１９及び台形状開口部１５の周縁のフランジ部、つまり少なくともメインフレーム７のフランジ部Ｆとフードスキン２との間にマスチックシーラ２２が塗布されていることにより、メインフレーム７とフードスキン２との間に形成された閉断面構造部９が潰れ変形するのに先だって、マスチックシーラ２２を剥離させることでも衝撃エネルギーの吸収を行えるようになっている。

ここで、図１において車体右側でかつ後方側に示すように、前記フードスキン２の裏面を基準にすると、フードフレーム４の各部はエンジンルーム側に対して前記フランジ部Ｆが一番低い位置にあり、次に傾斜部３０を経てメインフレーム７及びサブフレーム８の頂部３１が一番高い位置に設定され、前記連結部１４が前記フランジ部Ｆと頂部３１との間に位置した高さに設定されている。また、前記フードフレーム４の周縁部の内側を囲むようにして該周縁部からやや高い位置にベース部３２が形成され、このベース部３２から傾斜部３３を経て前記開口部６周縁に高位部３４が形成され、この高位部３４が前記メインフレーム７とサブフレーム８の各頂部３１と同じ高さに形成され、これら各頂部３１に連設されている。
尚、図１中３５はフードストライカを示し、このフードストライカ３５の周囲には補強用のレインフォース３６が取り付けられている（図２では図示を省略する）。

上記実施形態によれば、図６に示すように、インパクタＷがフードスキン２に衝突すると、初期衝撃減速度が発生する２〜３ｍｓの間にフードスキン２が陥没する。この時、前記テープスティフナ５によりこの陥没範囲が強化されているため、下方への変位量を抑えることができる。つまり図９に縦軸を衝撃減速度（Ｇ）、横軸をストローク（ｍｍ）として示すように、衝突初期での衝撃減速度を上げることで、鎖線で示す従来に比較してエネルギー吸収量を増加してエネルギー吸収効率を高めることができる。

次に、図７に示すように、フード１全体が下側に曲がり更に変形しようとするが、前記各メインフレーム７が一方の主応力軸Ｘ方向に配置され、更に、サブフレーム８も他の主応力軸方向に略沿う方向に配置され、これらメインフレーム７とサブフレーム８とが長さ方向に渡って強度的に有利な剪断方向で確実にフードスキン２との間で衝撃エネルギーを吸収できる。
また、前記メインフレーム７とサブフレーム８とがフードスキン２との間に形成する閉断面構造部９，１２により効果的に前記曲げ変形に対抗してエネルギーの吸収を行うこととも相俟って、図９に示すように衝突中期でも従来に比較して衝撃減速度を高めエネルギー吸収量を増加し、図９の波形を矩形波に近づけることでエネルギー吸収効率を高めることができる。
勿論、このように衝突中期には大きなエネルギーが作用するが、メインフレーム７とサブフレーム８とで曲げ変形量を抑制しているため、エンジンのシリンダヘッドカバー１１とのクリアランスが少なくても、シリンダヘッドカバー１１にフードフレーム４が衝接するのを防止できる。

そして、更にフード１の変形が進み、前記メインフレーム７又はサブフレーム８（図ではメインフレーム７）がシリンダヘッドカバー１１に衝接すると、マスチックシーラ２２が強度的に有利な剪断方向の力を受けて切られながら踏ん張り、フランジ部Ｆでズレを生じながらメインフレーム７及びサブフレーム８の閉断面構造部９，１２が開くと共に潰れて変形してゆく。よって、衝突初期、衝突中期で多くのエネルギーを吸収した関係で衝突後期では余裕をもって、つまり衝撃減速度の立ち上がりを少なくしてエネルギー吸収を従来より短い（ΔＳ分だけ）ストロークで短時間で行うことができ、その結果、フード１がシリンダヘッドカバー１１に底付きすることはなくなる。

また、フード１の中央部分から蜘蛛の巣状にメインフレーム７とサブフレーム８が配置されており、図５に示すように、交差部１０を中央として車幅方向に凹凸部が形成されることとなるため、交差部１０の周囲のその部分にインパクタＷを衝接しても略均一な衝撃エネルギー吸収特性を得ることができる。

上記実施形態によれば、フードスキン２に作用した衝撃荷重によりフード１が下側に湾曲変形しようとすると、前記メインフレーム７がフード１を湾曲させる方向の荷重に対抗してフード１がシリンダヘッドカバー１１に底付くのを防止し、かつ、メインフレーム７はフード１に作用する衝撃荷重の主応力軸Ｘ方向に配置されているため、メインフレーム７の取付長さ方向に渡って強度的に有利な剪断方向でフードスキン２との間で応力を受けることができ、したがって、衝撃エネルギーを確実に吸収することができる。
また、前記メインフレーム７の交差部１０には、これを車幅方向から挟むＶ字形状のサブフレーム８，８が設けられ、メインフレーム７とフードスキン２との間、及びサブフレーム８とフードスキン２との間に複数の閉断面構造部９，１２…が形成されることとなり、したがって、高剛性部品との間のクリアランスが少ない部位においてどの方向から衝撃荷重が作用しても均一なエネルギー吸収特性を発揮することができる。

また、衝突初期おける衝撃減速度を高めることが可能となるため、その分だけストローク量を少なくし底付きに至るまでにエネルギーを吸収して実質的に底付きを少なくすることができる。
更に、サブフレーム８についてもその長手方向に渡って強度的に有利な剪断方向でフードスキン２との間で衝撃荷重により生ずる応力を受けることができるため、メインフレーム７と同様衝撃エネルギーを確実に吸収することができる。
そして、衝突後期にフード１がシリンダヘッドカバー１１に接触しても、その段階から閉断面構造部９，１２を潰しながら短いストロークで衝撃エネルギーを吸収することができるため、底付きを防止して最後まで衝撃荷重を吸収できる。

ここで、メインフレーム７及びサブフレーム８のフランジ部Ｆとフードスキン２との間に塗布されたマスチックシーラ２２によりメインフレーム７とフードスキン２との間に形成された閉断面構造部９の変形を抑えることができるため、その後に閉断面構造部９の変形が始まるまでの間にマスチックシーラ２２を剥離させることで衝撃エネルギーを吸収することができる。

このようにして、テープスティフナ５により衝突初期の衝撃減速度をアップし、フードフレーム４のメインフレーム７とサブフレーム８とで衝突中期の衝撃減速度を高め、衝突終期において余裕をもってエネルギー吸収を行い、平均的な衝撃減速度を低減して頭部障害値ＨＩＣ（Ｈｅａｄ Ｉｎｊｕｒｙ Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）を下げることができ、又は少ないストロークで衝撃エネルギーを吸収できる。
つまり、図９にも示したが、初期及び中期衝撃減速度はある程度高まるが、ストロークを少なくして持続時間を短くすることで頭部障害値ＨＩＣを下げることができるのである。また、ストロークが少なくて済むためフード１の高さをできるだけ低くできる等、造形上の自由度が高められる。
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、テープスティフナ５の材質はブチルゴム以外に様々な樹脂材を使用できる。また、必要であるならテープスティフナ５に替えて金属製の薄板材を使用することもできる。

この発明の実施形態のフードの裏面図である。 この発明の実施形態のフードの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 衝突状況を説明する図である。 衝突状況を説明する図である。 衝突状況を説明する図である。 衝撃減速度とストロークとの関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ フード
２ フードスキン
５ テープスティフナ（質量材）
７ メインフレーム
８ サブフレーム
９ 閉断面構造部
１０ 交差部
１１ シリンダヘッドカバー（高剛性部品）
２２ マスチックシーラ（シーラ）
Ｘ 主応力軸

Claims (5)

1. フードスキンの裏側に設けられた一対のハット型断面形状のメインフレームを高剛性部品の上方位置で互いに交差するようにして配置し、このメインフレームを入力荷重に対する主応力軸方向に形成し、前記各メインフレームの交差部を挟むようにして前記フードスキンとの間に曲げ変形に対して強度的に有利な閉断面構造部を形成するハット型断面形状のサブフレームを一対設け、このサブフレームをメインフレームの交差部を挟むようにしてＶ字形状に形成し、フードの中心部分から蜘蛛の巣状に前記メインフレームと前記サブフレームとを配置したことを特徴とする自動車のフード構造。
2. 前記フードスキンの裏側であって、前記メインフレームの交差部を中心とした位置に質量材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の自動車のフード構造。
3. 前記Ｖ字形状のサブフレームの一部を前記主応力軸方向に形成されたメインフレームに対応して他の主応力軸方向に形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車のフード構造。
4. 少なくとも前記フードスキンとメインフレームとで閉断面構造部が形成され、この閉断面構造部が潰れ変形可能であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の自動車のフード構造。
5. 前記高剛性部品に最も近接する部位を中心にして前記メインフレームとフードスキンとの間にシーラを塗布することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の自動車のフード構造。

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