JP4740210B2 - 車両用クラッシュボックス構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、自動車等の車両の衝突時に発生する衝突エネルギを好適に吸収することが可能な車両用クラッシュボックス構造に関する。

従来から、自動車の前端部及び後端部には、衝突時に発生する衝突エネルギを吸収して前記衝突エネルギが車体骨格に伝達されることを回避するために、フロントバンパやリアバンパがそれぞれ設けられている。

ところで、最近では、フロントサイドメンバの前端部とフロントバンパとの間に筒状のエネルギ吸収部材からなる、いわゆるクラッシュボックスが介装され、所定値以上の荷重がフロントバンパに付与された場合、前記クラッシュボックスが軸方向に圧縮変形して衝撃エネルギを吸収することにより、前記フロントサイドメンバに対する衝撃エネルギの伝達が抑制されるようにしている。

この種のクラッシュボックスに関し、例えば、特許文献１には、アッパパネル及びロアパネルによって上下面を形成し、アウタパネル及びインナパネルによって左右側面を形成し、前記４枚のパネルによって四角筒体のクラッシュボックスを構成すると共に、４つの側壁にそれぞれ、軸方向と直交する方向に延在し楕円形状の凹部からなるビードを設けることが開示されている。
特開平５−１１６６４５号公報（段落００２１、００２５、図１、図３）

しかしながら、前記特許文献１に開示されたクラッシュボックスでは、４枚のパネルをそれぞれ溶接して四角筒体を形成するために、製品を組み付ける際の生産性が劣るという問題がある。

すなわち、前記特許文献１に開示されたクラッシュボックスでは、アッパパネルの両側端部に対してインナパネル及びアウタパネルの一方の側端部をそれぞれ接合して四角筒体の上部側の両角部を形成すると共に、ロアパネルの両側端部に対して前記インナパネル及びアウタパネルの他方の側端部をそれぞれ接合して四角筒体の下部側の両角部を形成する必要があり、溶接位置が上下左右方向にそれぞれ異なる４つの部位となり、各パネルを支持して位置決めする作業及び溶接作業が非常に煩雑となり、生産効率を低下させる。

また、前記特許文献１に開示されたクラッシュボックスでは、４つの側壁のそれぞれに対し、軸方向と直交する方向に延在し楕円形状の凹部からなる同一形状のビードのみを設けているため、前記クラッシュボックスに荷重が付与されたときに該クラッシュボックスの軸方向に沿った後部より座屈が開始するおそれがあり、前記クラッシュボックスに付与される荷重特性が不安定となる蓋然性がある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、組み付け時における生産性を向上させると共に、付与される荷重特性を安定させて座屈モードを制御することが可能な車両用クラッシュボックス構造を提供することを目的とする。

本発明によれば、それぞれ断面凹み形状に屈曲（例えば、断面略コ字状）してなる第１パネル部材と第２パネル部材の両側端部同士を、前記断面凹み形状を向かい合わせた状態で重畳して接合することにより、車両の前後方向に延在する閉断面が多角形筒体からなるクラッシュボックスが構成される。この場合、前記第１パネル部材又は第２パネル部材のいずれか一方の側端部の自由端に前記重畳する部位から斜め外方に向かって所定長だけ突出し且つ前後方向に沿って延在するフランジ部が設けられる。また、前記多角形筒体は、例えば、四角形、八角形等の偶数角からなる多角形によって形成されることが好ましい。

第１パネル部材と第２パネル部材とを相互に組み付けてクラッシュボックスを形成する際、前記フランジ部の傾斜面がガイド面となって、例えば、第２パネル部材の側端部が前記フランジ部によって案内された状態で第１パネル部材の側端部の内側に沿って円滑に進入させることができる。このように、フランジ部を設けることによってパネル部材同士を組み付ける際のセット性が向上し、生産性を高めることができる。

また、本発明によれば、多角形筒体の側面には、荷重が付与される前半部に多角形筒体の軸方向と略直交する方向に延在する横断面円弧状の縦ビードを形成すると共に、前記前半部に連続する後半部に多角形筒体の軸方向と略平行な方向に延在する縦断面矩形状の横ビードを形成している。

従って、本発明によれば、クラッシュボックスの前半部に座屈変形が容易な縦ビードを配置し、前記前半部に連続する後半部に比較的座屈変形しにくい横ビードを配置して荷重バランスを明確に設定すると共に、衝撃荷重が付与されたときにクラッシュボックスの後部側から座屈が開始することを回避して、前記クラッシュボックスの前端部側から座屈が開始する安定した座屈モードに設定することができる。

さらに、本発明によれば、第１パネル部材と第２パネル部材とを組み付けるときにガイド面として機能するフランジ部が製品化された後もそのまま残存するクラッシュボックスとすることができる。

従って、本発明によれば、前記フランジ部によってクラッシュボックスの前後方向における強度を向上させて、高荷重に耐えることが可能なクラッシュボックスを得ることができる。このように、フランジ部は、組み付けの際にガイド面として機能すると共に、製品化されたときに前後方向における強度を増強させる突条部としての機能をも併有する。

本発明では、組み付け時においてフランジ部がガイド面として機能することにより組み付け時における生産性を向上させることができる。また、本発明では、荷重が伝達されるクラッシュボックスの側面の前半部に縦ビードを形成し、後半部に横ビードを形成することにより、付与される荷重特性を安定させて座屈モードを制御することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用クラッシュボックス構造が適用されたクラッシュボックスの斜視図、図２は、前記クラッシュボックスをフロントバンパに結合した状態の斜視図、図３は、前記クラッシュボックスのパネル部材を分離した分解斜視図、図４（ａ）は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。なお、以下に記載される前後方向及び左右方向は、図１に指示された方向に従うものとする。

図１乃至図４（ａ）に示されるように、このクラッシュボックス１０は、縦断面が略コ字状に折曲して（断面凹み形状に屈曲して）形成された薄板状の第１パネル部材１２と、同様に、縦断面が略コ字状に折曲して（断面凹み形状に屈曲して）形成された薄板状の第２パネル部材１４とを備える。前記第１パネル部材１２と前記第２パネル部材１４とは、一体的に結合されることにより、縦断面が矩形状の閉断面からなる四角筒体に構成される。なお、前記クラッシュボックス１０は、前記閉断面が四角形に限定されるものではなく、例えば、閉断面が八角形等の偶数角からなる多角形であればよい。

前記クラッシュボックス１０の前端部には、図１及び図２に示されるように、フロントバンパ１６に連結される第１連結部材１８が設けられ、前記クラッシュボックス１０の後端部には、フロントサイドフレーム２０に連結される第２連結部材２２が設けられる。なお、クラッシュボックス１０は、フロントバンパ１６の水平方向に沿った左右両側にそれぞれ連結されて同一構成からなるため、フロントバンパ１６からみて右側のクラッシュボックス１０について以下詳細に説明し、左側のクラッシュボックス１０の説明を省略する。

第１パネル部材１２の相互に対向する上下側端部（側端部の自由端）には、組み付けられたとき、それぞれ、第２パネル部材１４の平坦な外側面２６に対し、外側に向かって所定角度傾斜するフランジ部２４が軸方向に沿って延在するように設けられる（図１及び図３参照）。フランジ部２４の傾斜面と第２パネル部材１４の外側面２６との間で形成される傾斜角度θは、約１０度〜７５度の範囲（１０≦θ≦７５）に設定されるとよい（図４（ａ）参照）。前記傾斜角度θが１０度未満及び７５度を超える場合には、第１パネル部材１２と第２パネル部材１４とを組み付ける際のフランジ部２４におけるガイド機能が低下するからである。なお、好ましくは、前記傾斜角度θが、座屈変形するときの阻害を低下させるために、約３０度〜６０度の範囲（３０≦θ≦６０）に設定されるとよい。

この場合、第１パネル部材１２のフランジ部２４を除いた側端部の内側には、第２パネル部材１４の側端部の外壁面が接触するように設けられる。前記第１パネル部材１２のフランジ部２４を除いた側端部の内側と第２パネル部材１４の側端部の外側とは、所定範囲にわたって相互に重畳するように設けられ、この重畳部位２８（図４（ａ）参照）は、軸方向に沿って延在し、例えば、スポット溶接等によって溶接されて一体的に接合される。

クラッシュボックス１０の相互に対向する左右両側面であって、フロントバンパ１６に結合される軸方向の前半部３０ａには、前記クラッシュボックス１０の軸方向と略直交する方向（上下方向）に延在し且つ横断面円弧状の凹部からなる第１と第２のビード３２（以下、縦ビード３２という）が設けられる。

また、前記縦ビード３２に隣接する部位であって、フロントサイドフレーム２０の前端部に連結されるクラッシュボックス１０の後半部３０ｂには、前記クラッシュボックス１０の軸方向と略平行な方向（前後方向）に延在する縦断面矩形状の凹部からなる第３のビード３４（以下、横ビード３４という）が設けられる。

縦ビード３２は、相互に略平行に延在し、長さ方向の寸法に対する幅方向の寸法が幅狭に形成される。また、横ビード３４は、前記縦ビード３２の幅寸法よりも大きく幅広に設定される。この場合、クラッシュボックス１０の一側面には、一組の縦ビード３２と単一の横ビード３４とがそれぞれ略直交した状態で併設される。さらに、縦ビード３２及び横ビード３４は、クラッシュボックス１０の相互に対向する左側面と右側面においてのみ、それぞれ、対称位置（ミラーイメージ）に配置される。

このように、クラッシュボックス１０の上面及び下面には、それぞれ軸方向に沿ってフランジ部２４が略直線状に延在するように設けられ、左右両側面には、一組の縦ビード３２及び前記縦ビード３２に直交する単一の横ビード３４が設けられた構造とすることにより、後記するように、クラッシュボックス１０に衝撃荷重が付与されて軸方向に沿って圧縮変形するとき、前記クラッシュボックス１０の前端から後端側に向かって安定した座屈モードを設定することができる。なお、横ビード３４は、単一ではなく略平行に複数個設けるようにしてもよい。また、縦ビード３２及び横ビード３４は、それぞれ凹部ではなく凸部によって形成してもよい。

本発明の実施形態に係る車両用クラッシュボックス構造が適用されたクラッシュボックス１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

先ず、クラッシュボックス１０の組み付け工程について説明する。図示しない金型等を用い鍛造成形、又は鋳造成形、若しくは、機械加工等によってそれぞれ断面コ字状に折曲した第１パネル部材１２及び第２パネル部材１４を形成する。

このようにして製造された第１パネル部材１２及び第２パネル部材１４を、図４（ｂ）に示されるように、各パネル部材の凹み形状（断面コ字形状）が相互に向かい合って所定距離離間した状態から、例えば、第２パネル部材１４を矢印方向に変位させて、相互に接近する方向に相対的に変位させる。

第２パネル部材１４の側端部と第１パネル部材１２の側端部とが係合する際、第１パネル部材１２に設けられたフランジ部２４の傾斜面がガイド面となって、第２パネル部材１４の側端部が前記フランジ部２４によって案内された状態で第１パネル部材１２の側端部の内側に沿って円滑に進入する。

このようにして第１パネル部材１２と第２パネル部材１４の両側端部が当接した状態において、図示しないスポット溶接ガンを用いて第１パネル部材１２と第２パネル部材１４との重畳部位２８を複数箇所溶接すると共に、前端部及び後端部にそれぞれ第１連結部材１８及び第２連結部材２２を結合することによってクラッシュボックス１０が完成する。なお、完成後のクラッシュボックス１０では、その上面及び下面にフランジ部２４が所定角度傾斜した状態で残存しており、このフランジ部２４は溶接されていない。

本実施形態では、第１パネル部材１２の両側端部にフランジ部２４を設けることによって第２パネル部材１４を組み付ける際のセット性が向上し、生産性を高めることができる。仮に、フランジ部２４のようなガイド面を設けない場合には、第１パネル部材１２と第２パネル部材１４とを組み付ける際、第１パネル部材１２の両側端部間に第２パネル部材１４の側端部を円滑に挿入することが困難となり、組み付け作業に多くの時間がかかって生産効率が低下するという不具合がある。

次に、前記クラッシュボックス１０がフロントバンパ１６とフロントサイドフレーム２０との間に組み付けられた状態において、前記フロントバンパ１６、クラッシュボックス１０及びフロントサイドフレーム２０を一体的に変位させて図示しない固定面を静的に押圧したときに付与される荷重と変位量と衝撃エネルギとの関係を図５に示す。

前記フロントバンパ１６、クラッシュボックス１０及びフロントサイドフレーム２０の変位量の増大に伴って、先ず、フロントバンパ１６が変形するＡ部及び前記フロントバンパ１６が断面圧壊するＢ部を経て、クラッシュボックス１０が軸方向に沿って徐々に圧縮変形する。

前記クラッシュボックス１０では、前半部３０ａにおいて車両の上下方向に延在する縦ビード３２の凹部がつぶれて軸方向に圧縮変形した後、続いて後半部３０ｂにおいて車両の前後方向に延在する横ビード３４の凹部がつぶれて軸方向に圧縮変形し、それぞれ衝撃エネルギが吸収される。

この場合、車両の上下方向に延在する前半部３０ａの縦ビード３２では、荷重が付与される方向と略直交する方向に延在している凹部が変形し易く（つぶれ易く）なっており、低い衝撃エネルギが好適に吸収される。これに対し、車両の前後方向と略平行に延在する後半部３０ｂの横ビード３４では、荷重が付与される方向と略平行に延在している凹部が前記縦ビード３２と比較して変形しにくく（つぶれにくく）なっており、高い衝撃エネルギを吸収することができる。

本実施形態では、フロントバンパ１６に近接するクラッシュボックス１０の前半部３０ａに縦ビード３２を配設し、フロントサイドフレーム２０に近接するクラッシュボックス１０の後半部３０ｂに横ビード３４を配設することにより、前記クラッシュボックス１０の前半部３０ａと後半部３０ｂの荷重バランスを明確に設定し、該クラッシュボックス１０の軸方向に沿った前端部から座屈する安定した座屈モード（座屈変形状態）となるように制御することができる。

換言すると、本実施形態では、クラッシュボックス１０の前半部３０ａに座屈変形が容易な縦ビード３２を配置し、後半部３０ｂに比較的座屈変形しにくい横ビード３４を配置して荷重バランスを明確に設定すると共に、衝撃荷重が付与されたときにクラッシュボックス１０の後部側から座屈が開始することを回避して、前記クラッシュボックス１０の前端部から座屈が開始する安定した座屈モードに設定することができる。

このように、本実施形態では、クラッシュボックス１０に付与される荷重バランスを前半部３０ａと後半部３０ｂとで明確に設定することにより、図５に示されるように、右肩上がりの速度依存性を有する荷重特性曲線Ｌを得ることができる。

このようなクラッシュボックス１０の速度依存性を有する荷重特性は、例えば、フロントサイドフレーム２０の先端部に付設された図示しないフロントインパクトセンサからの検出信号に基づいて制御装置が、エアバッグの単なるオン・オフ制御、２つのインフレータを同時に点火させる同時点火、２つのインフレータに時間差を設けて２段に点火する２段点火等、衝突時の衝撃の大きさによってエアバッグの展開（作動）を制御するエアバッグコントロールシステムを好適に設定することができると共に、衝突状態に対応してエアバッグの展開を迅速に制御することができる利点がある。なお、図５中において、破線は、吸収される衝撃エネルギ特性曲線Ｅを示している。

また、本実施形態では、薄板状に形成された第１パネル部材１２及び第２パネル部材１４によってクラッシュボックス１０を形成することにより、クラッシュボックス１０の薄肉化及び軽量化を達成することができる。

さらに、本実施形態では、第１パネル部材１２と第２パネル部材１４とを組み付けるときにガイド面として機能するフランジ部２４が製品化された後もそのまま残存してクラッシュボックス１０の上下両側面に軸方向に沿って延在する。

従って、本実施形態では、クラッシュボックス１０が薄肉化及び軽量化された場合であっても、前記フランジ部２４によってクラッシュボックス１０の軸方向における強度を向上させて、高荷重に耐えることが可能なクラッシュボックス１０を得ることができる。このように、フランジ部２４は、組み付けの際にガイド面として機能すると共に、製品化されたときに軸方向における強度を増強させる突条部としての機能をも併有する。

なお、本実施形態では、フロントバンパ１６に連結されたクラッシュボックス１０について説明しているが、これに限定されるものではなく、図示しないリアバンパに連結されたクラッシュボックス１０についても適用することができることは勿論である。このリアパンパに連結されるクラッシュボックス１０では、リアバンパに連結される側（リアバンパより荷重が付与される側）が前半部３０ａとなり、リアバンパから離間する側が後半部３０ｂとなり、フロントバンパ１６の場合と比較して前半部３０ａ及び後半部３０ｂの位置が逆となる。

本発明の実施形態に係る車両用クラッシュボックス構造が適用されたクラッシュボックスの斜視図である。 前記クラッシュボックスをフロントバンパに結合した状態の斜視図である。 前記クラッシュボックスの第１パネル部材と第２パネル部材とを分離した分解斜視図である。 （ａ）は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図、（ｂ）は、第１パネル部材と第２パネル部材とを組み付けるときの状態を示す縦断面図である。 フロントバンパ、クラッシュボックス及びフロントサイドフレームを一体的に変位させて固定面を押圧したときに付与される荷重と変位量と衝撃エネルギとの関係を示す特性図である。

符号の説明

１０ クラッシュボックス
１２ 第１パネル部材
１４ 第２パネル部材
２４ フランジ部
３０ａ 前半部
３０ｂ 後半部
３２ 縦ビード
３４ 横ビード

Claims (1)

1. それぞれ断面凹み形状に屈曲してなる第１パネル部材と第２パネル部材の両側端部同士を前記断面凹み形状を向かい合わせた状態で重畳して接合することにより、車両の前後方向に延在する閉断面が多角形筒体を形成し、前記第１パネル部材又は第２パネル部材のいずれか一方の側端部の自由端に前記重畳する部位から斜め外方に向かって所定長だけ突出し且つ前後方向に沿って延在するフランジ部を設け、前記多角形筒体の側面には、荷重が付与される前半部に前記多角形筒体の軸方向と略直交する方向に延在する横断面円弧状の縦ビードを形成すると共に、前記前半部に連続する後半部に前記多角形筒体の軸方向と略平な方向に延在する縦断面矩形状の横ビードを形成することを特徴とする車両用クラッシュボックス構造。

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