JP4374903B2

JP4374903B2 - 車両における衝撃吸収構造

Info

Publication number: JP4374903B2
Application number: JP2003140917A
Authority: JP
Inventors: 英生竹田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP2004338683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両における衝撃吸収構造に関し、特にクラッシュボックス等の衝撃吸収部材を用いた車両における衝撃吸収構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両が別の物体と衝突した場合に、搭乗者や車両への衝撃をできるだけ少なくするための衝撃吸収構造が、従来から種々提案されている。そのような衝撃吸収構造としては、例えば車両フロントの概略水平断面図である図５の如きものがある。すなわち、バンパ１とサイドメンバ２との間に衝撃吸収部材の一種であるクラッシュボックス３を、介装したものが提案されている（これに類するものとして、特許文献１参照。）。なお、ラジエータ支持フレーム４がサイドメンバ２の間を連結するように設けられ、ラジエータ５がラジエータ支持フレーム４により支持されている。
【０００３】
このような従来の衝撃吸収構造においては、バンパ１の所定の衝撃力が加わった場合にクラッシュボックス３が圧壊ないしは変形してその衝撃力を吸収することができ、もってバンパ１の後方に配置されたラジエータ５等の破損を低減、防止することが可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４９００８号公報
（段落００１１−００１６、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来構成では、所定以上の衝撃力が加わった場合には、バンパ１はラジエータ５まで達し、これを破損するおそれがある。そこで本発明は、衝突エネルギ吸収特性（以下、「ＥＡ特性」という）の効率をさらに向上させた衝撃吸収構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両における衝撃吸収構造は、車両の前端に設けられているバンパと、車両の左右両側に設けられているサイドメンバと、バンパよりも後方側に設けられ、両側のサイドメンバ間に横架されているクロスメンバと、バンパとクロスメンバの間に設けられている、車両の衝突時に衝撃を吸収する第１の衝撃吸収部材と、バンパとクロスメンバの間に設けられている、車両の衝突時に衝撃を吸収する第２の衝撃吸収部材とを備え、第１の衝撃吸収部材は、左右のサイドメンバより内側の位置にて、バンパ又はクロスメンバのいずれか一方に取り付けられ、バンパ又はクロスメンバの他方との間には間隔があけられており、また、第２の衝撃吸収部材は、クロスメンバとバンバとを連結しており、もって、バンパが衝撃を受けた際、当該衝撃を第２の衝撃吸収部材が吸収する初期の段階においては、第１の衝撃吸収部材は当該衝撃が作用しないよう構成されていることを特徴としている。この構造により、車両が衝突した場合、その初期の段階では、第２の衝撃吸収部材の変形により衝撃を吸収することができ、より強い衝撃を受けた場合には、第１の衝撃吸収部材の変形によっても衝撃を吸収、緩和することができる。
【０００７】
第１の衝撃吸収部材は、所定の大きさよりも大きい衝撃が車両に加えられたときにのみ、バンパからの衝撃を吸収する構造とすることが好ましい。この構造とすることにより衝撃が所定の大きさよりも小さいときは衝撃吸収部材の変形がないため、衝突後に衝撃吸収部材の修理を行う必要がなく、低コストで修理することができる。
【０００８】
また、サイドメンバとバンパとの間に、第２の衝撃吸収部材を設けることが有効である。この場合、第１の衝撃吸収部材とバンパとの間、又は第１の衝撃吸収部材とクロスメンバとの間に所定の間隔を設けることが好ましい。この構造とすることで、衝突初期の衝撃を第２の衝撃吸収部材で吸収することができ、さらに大きな衝撃に対しては第１の衝撃吸収部材及びクロスメンバにより衝撃を吸収、緩和することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は実施形態の衝撃吸収構造を示す概略水平断面図、図２は図１に示す衝撃吸収構造の斜視図である。本実施形態において車両はサルーン型乗用車とする。同一要素には同一符号を用いるものとする。また、本明細書において、車両が直前進している際の前方方向を「前方」と定め、「前」「後」「左」「右」等の方向を表す語を用いることとする。また、いずれもタイヤ、エンジン部等の図示は省略してある。
【００１１】
車両１０の前端には、別の物体との衝突から車両１０を保護するために、バンパ１２が設けられている。車両の左右両側には、車両のサイドメンバ１４が配設されている。このサイドメンバ１４は車両の機体フレームを構成するものである。サイドメンバ１４の前端部とバンパ１２とは略同一の高さに配置されている。
【００１２】
なお、本実施形態におけるバンパ１２は、内部に衝撃吸収性の高いポリウレタンを使い、バンパリインフォースメントを介してサイドメンバ１４に接続したものであるが、その他、バンパを樹脂で成型しバンパ・ステーを介してサイドメンバに接続したもの等をも含む概念である。
【００１３】
左右のサイドメンバ１４の前端部間には、クロスメンバ１６が車幅方向の向きで横架されている。サイドメンバ１４の前端部の延長上であってバンパ１２とクロスメンバ１６との間には、クラッシュボックス１８が介装されている。
【００１４】
クラッシュボックス１８はよく知られた衝撃吸収部材であり、前方からの強い外力に対し座屈変形しやすいように、車両前後方向に延びた中空状の多角部材である。クラッシュボックス１８には、図２に示すように、溝１８ａが設けられ、座屈変形作用による前方からの衝撃エネルギをより吸収しやすいようになっている。なお、この溝１８ａは孔であってもよい。
【００１５】
クラッシュボックス１８の車両上下方向幅ｂは、図２に示すように、サイドメンバ１４の車両上下方向幅ｃとはほぼ同じ幅であることが好ましい。さらにクロスメンバ１４の車両上下方向幅ｄは幅ｂ、幅ｃよりも狭くなっている。これにより、衝突時におけるクラッシュボックス１８の変形を大きくさせることができ、より大きい衝撃の吸収が可能となる。
【００１６】
バンパ１２の後方には、ラジエータ２０が設けられている。ラジエータ２０は、その後方に設けられたエンジン（図示せず）のオーバーヒートを防ぐため、エンジンに循環する冷却水を空冷するものである。このラジエータ２０を支持するために、左右のサイドメンバ１４間に横架されたラジエータ支持フレーム２２が用いられている。すなわち、ラジエータ２０はラジエータ支持フレーム２２の水平部分上に、いわゆるフローティング（浮動）構造により支持されている。なお、図２においてラジエータ２０は図示を省略している。
【００１７】
クロスメンバ１６には、その車両前方側に２個のクラッシュボックス２４が所定間隔をあけて設けられている。このクラッシュボックス２４の車両前方側はバンパ１２に接触しないように所定間隔ａが設けられている。
【００１８】
次に、本実施形態に係る衝撃吸収構造を用いた車両１０において、衝突に対する作用について図１を参照に説明する。車両が中・高速度で衝突した場合、衝突初期にはまずクラッシュボックス１８が座屈変形することで、バンパ１２からの衝撃を吸収する。そして、所定の大きさよりも大きい衝撃を受けたときには、図１に二点鎖線で示すように、バンパ１２が変形してクラッシュボックス２４に達し、クラッシュボックス２４を座屈変形させる。このクラッシュボックス２４の変形により、バンパ１２からの衝撃が吸収されることになる。したがって、クラッシュボックス１８だけでなくクラッシュボックス２４によっても衝撃が吸収されるため、クロスメンバ１６の後方に配置されたラジエータ２０、エンジン等への衝撃が緩和され、これらの破損を低減、防止することができ、ＥＡ特性がさらに向上する。キャビン廻りへの衝撃も緩和される。
【００１９】
また、クラッシュボックス２４の車両前方側端部とバンパ１２の間に所定間隔ａが設けられてため、低速度で衝突した場合には、バンパ１２が変形してもクラッシュボックス２４にまで達しないことがある。このような場合、クラッシュボックス２４は変形しないので、クラッシュボックス２４を修理する必要はなく、変形した必要最小限の部品を修理すればよい。
【００２０】
なお、障害物が車両の前端片側、例えば右側に衝突するオフセット衝突のとき、右側のサイドメンバ１４から左側のサイドメンバ１４へクロスメンバ１６を介して衝撃が伝達されるため、左右両側のサイドメンバ１４の両方で衝撃を受け、クラッシュボックス１８，２４及びサイドメンバ１４により衝撃を緩和・吸収することができる。
【００２１】
さらに、車両デザイン上要求されているFRオーバハングの短縮化（ショートオーバハング化）にも応えることができる。ＦＲオーバハングとは、図３に示すように、前輪タイヤ２６の中心から車両１０の先端までの距離Ｓのことである。衝突エネルギＥは衝突する物体の運動エネルギであるからその物体の質量に比例し速度の二乗に比例する。また、車両１０は、その衝突エネルギＥをＦＲオーバハングＳで受け止めるため、衝突の際にかかる荷重をＦとすれば、Ｅ＝Ｆ×Ｓで表すことができる。したがって、ショートオーバハング化により距離Ｓが短縮されれば、受ける荷重Ｆがより大きくなってしまうため、ＥＡ特性の向上がさらに要求されることになる。そこで、本発明の衝撃吸収構造を適用することにより、上述のＥＡ特性の向上による高いＥＡ特性を確保しつつ、車両デザイン上のＦＲオーバハングＳの短縮化（ショートオーバハング化）の要請にも応えることができることとなる。
【００２２】
以上本発明を好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更を加えることが可能である。
【００２３】
例えば、図４の（ａ）は別の実施形態における衝撃吸収構造を示す概略水平断面図である。この実施形態においては、クラッシュボックス２４の車両前方側の先端がバンパ１２に達するほどクラッシュボックス２４が車両前後方向に十分長く、クラッシュボックス２４とバンパ１２とは接続されている。この場合、低速度衝突であってもクラッシュボックス２４は変形してしまい修理の対象となるが、クラッシュボックス２４がクラッシュボックス１８と共に衝撃を吸収するように作用するためＥＡ特性は格段に向上することになる。
【００２４】
あるいは、図４の（ｂ）に示すように、クラッシュボックス１８を設けずにサイドメンバ１４を延長して、バンパ１２がサイドメンバ１４ａにより直接支持されるようにしてもよい。このときクロスメンバ１６は、車両前後方向の両側からサイドメンバ１４，１４ａにより挟まれるように接続してもよいが、クロスメンバ１６の両端部を断面コの字状にして、そのコの字部により、連続するサイドメンバ１４，１４ａを挟むように接続してもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では、衝撃吸収部材であるクラッシュボックス２４はクロスメンバ１６に接続されているが、その代わりにクラッシュボックス２４の車両前端部をバンパ１２に接合しクラッシュボックス２４の車両後方側端部とクロスメンバ１６との間に間隔を設けてもよい。
【００２６】
クラッシュボックス２４をクロスメンバ１６に配置する位置は適宜調節することもできる。また、クロスメンバ１６の車両前方側に設けるクラッシュボックス２４の個数は上記実施形態で示した２個に限られず、１個であってもあるいは３個以上であってもよい。あるいは、クロスメンバ１６の車両前方側全面にクラッシュボックス２４を配置してもよい。
【００２７】
さらに、上記実施形態においては、衝撃吸収部材であるクラッシュボックス１８、２４は中空状多角部材（図２参照）としたが、クラッシュボックス１８、２４の形状はこれに限られず、円筒状や、多孔質部材であってもよく、衝撃を吸収する部材であれば、特に形状、素材は限定されない。
【００２８】
さらにまた、クロスメンバ１６の車両上下方向幅ｄは、クラッシュボックス１８の車両上下方向幅ｂ、サイドメンバ１４の車両上下方向幅ｃとほぼ同じ幅あるいはそれより大きくしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の衝撃吸収構造によれば、衝突時における衝撃をバンパとクロスメンバ間に設けられた衝撃吸収部材により吸収されるため、ＥＡ特性が向上し搭乗者の安全がより確保できるほか、ショートオーバハング化の要請にも応えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における衝撃吸収構造を示す概略水平断面図である。
【図２】図１に示す衝撃吸収構造の斜視図である。
【図３】ＦＲオーバハングを説明するための車両フロント部側面図である。
【図４】本発明における別の衝撃吸収構造を示す概略水平断面図であって、（ａ）はクラッシュボックスがバンパに達している構造の概略水平断面図であり、（ｂ）はバンパがサイドメンバで支持されている構造の概略水平断面図である。
【図５】衝撃吸収構造の従来技術を示す概略水平断面図である。
【符号の説明】
１…バンパ、２…サイドメンバ、３…クラッシュボックス、４…ラジエータ支持フレーム、５…ラジエータ、１０…車両、１２…バンパ、１４，１４ａ…サイドメンバ、１６…クロスメンバ、１８…クラッシュボックス（第２の衝撃吸収部材）、２０… ラジエータ、２２…ラジエータ支持フレーム、２４…クラッシュボックス（第１の衝撃吸収部材）、２６…前輪タイヤ。

Claims

車両の前端に設けられているバンパと、
前記車両の左右両側に設けられているサイドメンバと、
前記バンパよりも後方側に設けられ、前記両側のサイドメンバ間に横架されているクロスメンバと、
前記バンパと前記クロスメンバの間に設けられている、前記車両の衝突時に衝撃を吸収する第１の衝撃吸収部材と、
前記バンパと前記クロスメンバの間に設けられている、前記車両の衝突時に衝撃を吸収する第２の衝撃吸収部材と
を備え、
前記第１の衝撃吸収部材は、左右の前記サイドメンバより内側の位置にて、前記バンパ又は前記クロスメンバのいずれか一方に取り付けられ、前記バンパ又は前記クロスメンバの他方との間には間隔があけられており、
前記第２の衝撃吸収部材は、前記クロスメンバと前記バンバとを連結しており、
もって、前記バンパが衝撃を受けた際、当該衝撃を前記第２の衝撃吸収部材が吸収する初期の段階においては、前記第１の衝撃吸収部材は当該衝撃が作用しないよう構成されていることを特徴とする車両における衝撃吸収構造。
前記第１の衝撃吸収部材は、前記第２の衝撃吸収部材へ所定の大きさよりも大きい衝撃が加えられたときにのみ、当該衝撃を吸収することを特徴とする請求項１に記載の車両における衝撃吸収構造。
前記第２の衝撃吸収部材は前記サイドメンバの延長上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両における衝撃吸収構造。
前記クロスメンバの後方にはラジエータ及び／又はエンジンが配置され、前記第１の衝撃吸収部材は前記ラジエータ及び／又はエンジンの前方に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両における衝撃吸収構造。