JP4792303B2 - 車両用衝撃吸収装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車体に入力する衝撃を衝撃吸収力が可変となる可変衝撃吸収機構によって吸収する車両用衝撃吸収装置に関する。
車両のバンパービームをアルミニウム合金の中空押出形材で構成するとともに、その上面および下面に車幅方向に延びる凹みを設け、車両の衝突時に前記凹みの作用でバンパービームを容易に圧壊させて衝撃吸収効果を得るようにしたものが、下記特許文献1により公知である。
また車両のバンパービームの前面とバンパーフィニッシャーの後面との間に、発泡合成樹脂製の圧縮エネルギー吸収部材と、脆弱部を有する座屈エネルギー吸収部材とを配置し、車両の衝突時に前記圧縮エネルギー吸収部材の圧縮および前記座屈エネルギー吸収部材の座屈によって衝撃吸収効果を得るようにしたものが、下記特許文献2により公知である。
特開2001−171446号公報 特開2004−345425号公報
ところで上記従来のものは、バンパービームの一部の剛性を低下させることで、衝突時の衝撃吸収効果を得るようになっているが、衝突形態に応じた適正なバンパーの剛性を得るという要求に答えるべく、本出願人は特願2005−112479号で新規な車両用衝撃吸収装置を提案している。
この車両用衝撃吸収装置は、バンパービームの前後のビーム部材間を車体前後方向に延びる板状部材で接続し、この板状部材の中間部を、可動ピン部材を挿通して移動不能に拘束する状態と、可動ピン部材を抜いて移動可能に解放する状態とを切り換えるようになっている。衝突時の変形を小さくする場合には可動ピン部材を挿通して板状部材の中間部を移動不能に拘束することで、板状部材を座屈し難くしてバンパービームの剛性を高め、衝突エネルギーをバンパービームで受け止めるとともに、衝突時の衝撃力を小さくする場合には可動ピン部材を抜いて板状部材の中間部を移動可能に解放することで、板状部材を座屈し易くしてバンパービームの剛性を低め、衝撃力を小さくできるようになっている。
しかしながら、上記従来のものは、可動ピン部材を抜いて板状部材の中間部を移動可能に解放しても、板状部材自体がある程度の対座屈剛性を備えているため、バンパービームの剛性を充分に低くすることが困難であった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、荷重入力方向に沿って配置された座屈板を備えた車両用衝撃吸収装置において、衝突エネルギーを効果的に受け止めたい場合に座屈板の剛性を低下させることなく、衝突時の衝撃力を小さくしたい場合に座屈板の剛性を充分に低下させることを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、車体に入力する衝撃を衝撃吸収力が可変となる可変衝撃吸収機構によって吸収する車両用衝撃吸収装置において、前記可変衝撃吸収機構は、荷重入力方向に沿う一平面上に配置されて互いに間隔をおいて並ぶ第1、第2座屈板と、前記第1、第2座屈板間に介装されてその間を相対回動可能に連結するヒンジ機構と、前記ヒンジ機構における第1、第2座屈板の相対回動をロックするロック機構と備え、前記ヒンジ機構は、前記第1座屈板に固定した第1ヒンジアームと、前記第2座屈板に固定した第2ヒンジアームと、前記1平面に対して該面と直交する方向で一方側にオフセット配置されて前記第1ヒンジアームに支持される第1ヒンジピンと、前記1平面に対して前記一方側にオフセット配置されて前記第2ヒンジアームに支持される、第1ヒンジピンと平行な第2ヒンジピンと、それら第1,第2ヒンジピンに両端がそれぞれ枢支されて前記第1,第2ヒンジアーム間を連結する連結部材とを有しており、前記ロック機構は、前記第1,第2ヒンジピンから間隔をおいて前記第1、第2ヒンジアームに挿通したロックピンをアクチュエータで一方のヒンジアームに対し抜き差し可能であることを特徴とする車両用衝撃吸収装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、車体に入力する衝撃を衝撃吸収力が可変となる可変衝撃吸収機構によって吸収する車両用衝撃吸収装置において、前記可変衝撃吸収機構は、荷重入力方向に沿う一平面上に配置されて互いに間隔をおいて並ぶ第1、第2座屈板と、前記第1、第2座屈板間に介装されてその間を相対回動可能に連結するヒンジ機構と、前記ヒンジ機構における第1、第2座屈板の相対回動をロックするロック機構とを備え、前記ヒンジ機構は、前記第1座屈板に固定した第1ヒンジアームと、前記第2座屈板に固定した第2ヒンジアームと、前記一平面に対して該面と直交する方向で一方側にオフセット配置されて、前記第1,第2ヒンジアーム相互を相対回動可能に連結するヒンジピンとを有しており、前記ロック機構は、前記ヒンジピンから間隔をおいて前記第1、第2ヒンジアームに挿通したロックピンをアクチュエータで一方のヒンジアームに対し抜き差し可能であることを特徴とする車両用衝撃吸収装置が提案される。
また請求項に記載された発明によれば、請求項1又は2の構成に加えて、前記アクチュエータは電動モータよりなり、前記電動モータの出力軸に設けたピニオンを前記ロックピンに形成したラックに噛合させたことを特徴とする車両用衝撃吸収装置が提案される。
尚、実施の形態の電動モータ30は本発明のアクチュエータに対する。
本発明によれば、ック機構のロック状態では、第1、第2ヒンジアームにロックピンを挿通することで、第1、第2座屈板をヒンジ機構まわりに回動不能に結合できるため、第1、第2座屈板の座屈剛性を充分に高めて変形をより小さくすることで衝突エネルギーを効果的に受け止めることができ、またロック機構のアンロック状態では、前記ロックピンを抜くことで、第1、第2座屈板をヒンジ機構まわりに回動可能にできるため、第1、第2座屈板の座屈剛性を充分に低めて衝突エネルギーをより小さい衝撃力で吸収することができる。特に、第1、第2座屈板をヒンジ機構により枢支したので、より小さい衝撃力を得たい場合に第1、第2座屈板を極めて小さい荷重で折り畳むことが可能になり、衝撃力を従来に加えて大幅に低減することができる。またヒンジ機構のヒンジピンを第1、第2座屈板の成す面(前記一平面)に対して該面と直交する方向で一方側にオフセットしたので、ヒンジ機構に入力される圧縮荷重により発生するモーメントで第1、第2座屈板をヒンジピンまわりに容易に回動させて可変衝撃吸収機構の剛性を一層効果的に低減することができる
また特に請求項1の発明によれば、第1、第2座屈板が大きく相対回動したときに、該第1、第2座屈板がヒンジ機構の近傍で相互に干渉して相対回動が妨げられるのを防止することができる。
また特に請求項2の発明によれば、第1座屈板の第1ヒンジアームと第2座屈板の第2ヒンジアームとが、共通のヒンジピンで枢支されるので、ヒンジピンの数を減らし、且つ連結部材を廃止して部品点数を削減することができる。
また特に請求項3の発明によれば、電動モータの出力軸に設けたピニオンをロックピンに形成したラックに噛合させたので、電動モータを回転させるだけ第1、第2ヒンジアームに対してロックピンを抜き差しすることができる。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
図1〜図7は本発明の第1の実施の形態を示すもので、図1は自動車の車体前部の斜視図、図2は図1の2−2線拡大断面図、図3は図2の3−3線断面図、図4は図2は4−4線断面図、図5は図2の5−5線断面図、図6は可変衝撃吸収機構の斜視図、図7は衝突時の可変衝撃吸収機構の作用説明図である。
図1に示すように、自動車のエンジンルーム11の左右両側部に車体前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム12,12が配置されており、両フロントサイドフレーム12,12の前端に左右方向に延びるバンパービーム13が結合される。バンパービーム13は平行に延びるフロントビーム14およびリヤビーム15を備えており、両ビーム14,15が複数個(実施の形態では6個)の可変衝撃吸収機構16…で連結される。
6個の可変衝撃吸収機構16の構造は同一であるため、そのうち1個の構造を、図2〜図6に基づいて説明する。
可変衝撃吸収機構16はフロントエンドプレート17の後面に溶接された第1座屈板18と、リヤエンドプレート19の前面に溶接された第2座屈板20とを備えており、それら第1、第2座屈板18,20は車体前後方向に延びる共通の鉛直面内に配置される。第1座屈板18の後端の上下部にそれぞれ第1ヒンジアーム21,21の基端が溶接され、かつ第2座屈板20の前端の上下部にそれぞれ第2ヒンジアーム22,22の基端が溶接される。第1、第2ヒンジアーム21,21;22,22は、前記鉛直面に対して車幅方向片側に屈曲している。
第1ヒンジアーム21,21の中間部を上下方向に貫通する第1ヒンジピン23と、第2ヒンジアーム22,22の中間部を上下方向に貫通する第2ヒンジピン24とが、それらの上部、中間部および下部において、それぞれ上部連結部材25、中間部連結部材26および下部連結部材27により回動可能に連結される。
上側の第1、第2ヒンジアーム21,22は相互に重なり合うピン孔21a,22a(図5参照)を備えており、そのピン孔21a,22aを第1ロックピン28が摺動自在に貫通する。また下側の第1、第2ヒンジアーム21,22は相互に重なり合うピン孔21a,22aを備えており、そのピン孔21a,22aを第2ロックピン29が摺動自在に貫通する。第1、第2ロックピン28,29の対向部はクランク状に屈曲しており、その対向面にそれぞれラック28a,29aが形成される。何れか一方の座屈板、本実施の形態では第2座屈板20の一側面に電動モータ30が固定されており、この電動モータ30の出力軸30aに設けたピニオン31が前記第1、第2ロックピン28,29のラック28a,29aに同時に噛合する。
従って、電動モータ30を一方向に回転駆動すると、ピニオン31およびラック28a,29aを介して第1、第2ロックピン28,29が相互に接近する方向に移動し、それら第1、第2ロックピン28,29の先端が第1座屈板18の第1ヒンジアーム21,21のピン孔21a,21aから離脱する。電動モータ30を他方向に回転駆動すると、ピニオン31およびラック28a,29aを介して第1、第2ロックピン28,29が相互に離反する方向に移動し、それら第1、第2ロックピン28,29の先端が第1座屈板18の第1ヒンジアーム21,21のピン孔21a,21aに係合する。
前記第1ヒンジアーム21,21、第2ヒンジアーム22,22、第1ヒンジピン23および第2ヒンジピン24はヒンジ機構51を構成する。また前記電動モータ30および第1、第2ロックピン28,29は本発明のロック機構52を構成する。
第1、第2座屈板18,20、第1、第2ヒンジアーム21,21;22,22、第1、第2ヒンジピン23,24、上部連結部材25、中間部連結部材26、下部連結部材27、第1、第2ロックピン28,29および電動モータ30は、フロントエンドプレート17およびリヤエンドプレート19を接続する防塵、防水用のベローズ32内に収納される。そしてフロントエンドプレート17およびリヤエンドプレート19が、それぞれフロントビーム14の後面およびリヤビーム15の前面に固定される。
次に、上記構成を備えた第1の実施の形態の作用を説明する。
通常時に、バンパービーム13のフロントビーム14およびリヤビーム15間に配置された各可変衝撃吸収機構16は、その第1、第2ロックピン28,29が第1、第2ヒンジアーム21,21;22,22のピン孔21a,21a;22a,22aに係合した状態にあり、従って第1、第2座屈板18,20は車体前後方向に沿う鉛直面内で平面状に一体化される。この状態で自車両が他車両に衝突してバンパービーム13に車体前後方向の圧縮荷重が加わると、フロントビーム14およびリヤビーム15間に挟まれた各可変衝撃吸収機構16が圧縮される。このとき、前記圧縮荷重は第1、第2ロックピン28,29で一体化された第1、第2座屈板18,20の面に沿う方向に入力されるため、図7(A)に示すように、第1、第2座屈板18,20を確実に座屈させて大きな衝突エネルギーを効果的に吸収することができる。
一方、車両に搭載したレーダー装置やテレビカメラ等で、予め衝突エネルギーが小さいと予測される対象物との衝突が予知されると、電動モータ30が作動してピニオン31およびラック28a,29aを介して第1、第2ロックピン28,29が相互に接近する方向に移動し、その先端が第1ヒンジアーム21,21のピン孔21a,21aから離脱することで、第1、第2座屈板18,20はそれぞれ第1、第2ヒンジピン23,24まわりに回動自在な状態になる。しかも第1、第2ヒンジピン23,24の位置は第1、第2座屈板18,20が配置された面から車幅方向片側にオフセットしているため、衝突によって第1、第2座屈板18,20の面に沿う方向の荷重が入力すると、その荷重により第1、第2ヒンジピン23,24まわりにモーメントが発生する。その結果、図7(B)に示すように、第1、第2座屈板18,20は相互に重なり合うように容易に折り畳まれるるため、バンパービーム13の剛性を小さくして衝撃力を小さくすることで、効果的に衝撃吸収を行うことができる。
このとき、第1座屈板18の第1ヒンジピン23と、第2座屈板20の第2ヒンジピン24とを別個に設けたことにより、第1ヒンジアーム21,21の角部21b,21b(図4参照)および第2ヒンジアーム22,22の角部22b,22b(図4参照)が相互に干渉するのを防止し、第1、第2座屈板18,20を相互に密着するように折り畳んで剛性を小さくすることができる。
このように、本実施の形態によれば、座屈板を第1、第2座屈板18,20に分割して第1、第2ヒンジピン23,24で回動自在に枢支したので、衝突時に第1、第2座屈板18,20を座屈させることなく自由に回動させて折り畳むことで、バンパービーム13を小さい荷重で圧壊して衝撃力を小さくし、効果的に衝撃吸収を行うことができる。
次に、図8に基づいて本発明の第2の実施の形態を説明する。
第1の実施の形態の可変衝撃吸収機構16は第1、第2座屈板18,20が鉛直面内に配置されているが、第2の実施の形態の可変衝撃吸収機構16は第1、第2座屈板18,20が水平面内に上下2対配置される。上側の第1、第2座屈板18,20の対向部の下面に分離可能に係合させた付勢板33と、下側の第1、第2座屈板18,20の対向部の上面に分離可能に係合させた付勢板33との間に、コイルスプリング34が圧縮状態で装着される。
この第2の実施の形態によれば、各可変衝撃吸収機構16の第1、第2ロックピン28,29の先端が第1ヒンジアーム21,21のピン孔21a,21aから離脱し、第1、第2座屈板18,20がそれぞれ第1、第2ヒンジピン23,24まわりに回動自在な状態になったとき、コイルスプリング34の弾発力で第1、第2座屈板18,20が一層確実に折り畳まれ、バンパービーム13の剛性を更に小さくして衝撃力を小さくしより効果的に衝撃吸収を行うことができる。
次に、図9に基づいて本発明の第3の実施の形態を説明する。
第2の実施の形態では二つの可変衝撃吸収機構16,16を組み合わせて用いているが、第3の実施の形態では前記二つの可変衝撃吸収機構16,16の一方を支持板35で置き換え、その支持板35と他方の可変衝撃吸収機構16の付勢板33との間にコイルスプリング34を圧縮状態で配置したものである。
この第3の実施の形態によっても、上記第2の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
次に、図10に基づいて本発明の第4の実施の形態を説明する。
第3の実施の形態では付勢板33をコイルスプリング34で付勢しているが、第4の実施の形態は支持板35に設けた電動モータ36により回転するモータ駆動カム37を付勢板33の下面に対向させたもので、衝撃力を小さくする場合には、モータ駆動カム37を回転させて付勢板33を押し上げることで、第1、第2座屈板18,20を一層確実に折り畳んでバンパービーム13の剛性を低減することができる。
この第4の実施の形態によっても、上記第3の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
次に、図11に基づいて本発明の第5の実施の形態を説明する。
第5の実施の形態は、第4の実施の形態の電動モータ36およびモータ駆動カム37を油圧シリンダ38および出力ロッド39で置き換えたもので、衝撃力を小さくする場合には、油圧シリンダ38で出力ロッド39を突出させて付勢板33を押し上げることで、第1、第2座屈板18,20を一層確実に折り畳んでバンパービーム13の剛性を低減することができる。
この第5の実施の形態によっても、上記第4の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
次に、図12および図13に基づいて本発明の第6の実施の形態を説明する。
上述した第1の実施の形態では、第1、第2座屈板18,20がそれぞれ第1、第2ヒンジピン23,24を備えているが、第6の実施の形態では第1座屈板18の第1ヒンジアーム21,21と第2座屈板20の第2ヒンジアーム22,22とが、共通のヒンジピン40で枢支される。
この第6の実施の形態によれば、上述した第1の実施の形態の第1、第2ヒンジピン23,24を1本のヒンジピン40に減らし、かつ上部連結部材25、中間部連結部材26および下部連結部材27を廃止して部品点数を削減することができる。
図14は本発明の第7の実施の形態を示すもので、第6の実施の形態の可変衝撃吸収機構16に、第2の実施の形態の付勢板33およびコイルスプリング34を付加したものである。
図15は本発明の第8の実施の形態を示すもので、第6の実施の形態の可変衝撃吸収機構16のヒンジピン40のまわりに捩じりスプリング41を配置し、第1、第2座屈板18,20を折り畳む方向に付勢したものである。
上述した第1〜第8の実施の形態では、第1、第2座屈板18,20を第1、第2ヒンジピン23,24あるいはヒンジピン40よりなるヒンジ機構51で枢支しているが、ヒンジピンを用いずにヒンジ機構51を構成することができる。
図16(A)の実施の形態は、第1、第2座屈板18,20を布、樹脂薄板あるいは金属薄板等で構成したヒンジ機構51で揺動自在に連結している。また図16(B)の実施の形態は、第1、第2座屈板18,20を一体化し、その片面の溝状に凹まして薄肉化することでヒンジ機構51を構成している。また図16(C)の実施の形態は、第1、第2座屈板18,20を一体化し、その一部を円弧状に湾曲させることでヒンジ機構51を構成している。これらの実施の形態によれば、ヒンジ機構51の部品点数を削減して構造を簡素化することができる。
次に、図16に基づいて本発明の第9の実施の形態を説明する。
上述した第1の実施の形態では、バンパービーム13のフロントビーム14およびリヤビーム15を複数個の可変衝撃吸収機構16…で連結しているが、本実施の形態は左右のフロントサイドフレーム12,12の前端にそれぞれ1個の可変衝撃吸収機構16を介してバンパービーム13を支持したものである。この第9の実施の形態によっても、第1の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、第1、第2座屈板18,20として、マルテンサイト相で双晶変形する2段の応力−歪み特性を有する材料(例えば、形状記憶合金)を用いれば、第1、第2座屈板18,20の座屈の初期から末期に亘って座屈強度を維持し、バンパービーム13の剛性を一層高めることができる。
また第1、第2座屈板18,20を一体化し、その一部にミシン目状の孔を直線的に形成することでヒンジ機構51を構成しても良い。
また第5の実施の形態の油圧シリンダ38に代えて、直動型のソレノイドを用いることができる。
また実施の形態ではレーダー装置やテレビカメラ等で衝突が予知されると、可変衝撃吸収機構16の電動モータ30を作動させているが、衝突に伴う加速度センサの出力や接触センサの出力や車速の情報に基づいて可変衝撃吸収機構16の電動モータ30を作動させても良い。
第1の実施の形態に係る自動車の車体前部の斜視図 図1の2−2線拡大断面図 図2の3−3線断面図 図2は4−4線断面図 図2の5−5線断面図 可変衝撃吸収機構の斜視図 衝突時の可変衝撃吸収機構の作用説明図 第2の実施の形態に係る、前記図3に対応する図 第3の実施の形態に係る、前記図3に対応する図 第4の実施の形態に係る、前記図3に対応する図 第5の実施の形態に係る、前記図3に対応する図 第6の実施の形態に係る、前記図2に対応する図 図12の13方向矢視図 第7の実施の形態に係る、前記図9に対応する図 第8の実施の形態に係る、前記図9に対応する図 ヒンジ機構の他の実施の形態を示す図 第9の実施の形態に係る、前記図1に対応する図
16 可変衝撃吸収機構
18 第1座屈板
20 第2座屈板
21 第1ヒンジアーム
22 第2ヒンジアーム
23 第1ヒンジピン
24 第2ヒンジピン
25 上部連結部材
26 中間部連結部材
27 下部連結部材
28 第1ロックピン
28a ラック
29 第2ロックピン
29a ラック
30 電動モータ(アクチュエータ)
30a 出力軸
31 ピニオン
34 コイルスプリング(付勢手段)
37 モータ駆動カム(付勢手段)
38 油圧シリンダ(付勢手段)
40 ヒンジピン
41 捩じりスプリング(付勢手段)
51 ヒンジ機構
52 ロック機構

Claims (3)

  1. 車体に入力する衝撃を衝撃吸収力が可変となる可変衝撃吸収機構(16)によって吸収する車両用衝撃吸収装置において、
    前記可変衝撃吸収機構(16)は、荷重入力方向に沿う一平面上に配置されて互いに間隔をおいて並ぶ第1、第2座屈板(18,20)と、前記第1、第2座屈板(18,20)間に介装されてその間を相対回動可能に連結するヒンジ機構(51)と、前記ヒンジ機構(51)における第1、第2座屈板(18,20)の相対回動をロックするロック機構(52)と備え
    前記ヒンジ機構(51)は、前記第1座屈板(18)に固定した第1ヒンジアーム(21)と、前記第2座屈板(20)に固定した第2ヒンジアーム(22)と、前記一平面に対して該面と直交する方向で一方側にオフセット配置されて前記第1ヒンジアーム(21)に支持される第1ヒンジピン(23)と、前記一平面に対し前記一方側にオフセット配置されて前記第2ヒンジアーム(22)に支持される、第1ヒンジピン(23)と平行な第2ヒンジピン(24)と、それら第1,第2ヒンジピン(23,24)に両端がそれぞれ枢支されて前記第1,第2ヒンジアーム(21,22)間を連結する連結部材(25,26,27)とを有しており、
    前記ロック機構(52)は、前記第1,第2ヒンジピン(23,24)から間隔をおいて前記第1、第2ヒンジアーム(21,22)に挿通したロックピン(28,29)をアクチュエータ(30)で一方のヒンジアーム(21)に対し抜き差し可能であることを特徴とする、車両用衝撃吸収装置。
  2. 車体に入力する衝撃を衝撃吸収力が可変となる可変衝撃吸収機構(16)によって吸収する車両用衝撃吸収装置において、
    前記可変衝撃吸収機構(16)は、荷重入力方向に沿う一平面上に配置されて互いに間隔をおいて並ぶ第1、第2座屈板(18,20)と、前記第1、第2座屈板(18,20)間に介装されてその間を相対回動可能に連結するヒンジ機構(51)と、前記ヒンジ機構(51)における第1、第2座屈板(18,20)の相対回動をロックするロック機構(52)とを備え、
    前記ヒンジ機構(51)は、前記第1座屈板(18)に固定した第1ヒンジアーム(21)と、前記第2座屈板(20)に固定した第2ヒンジアーム(22)と、前記一平面に対して該面と直交する方向で一方側にオフセット配置されて、前記第1,第2ヒンジアーム(21,22)相互を相対回動可能に連結するヒンジピン(40)とを有しており、
    前記ロック機構(52)は、前記ヒンジピン(40)から間隔をおいて前記第1、第2ヒンジアーム(21,22)に挿通したロックピン(28,29)をアクチュエータ(30)で一方のヒンジアーム(21)に対し抜き差し可能であることを特徴とする、車両用衝撃吸収装置。
  3. 前記アクチュエータは電動モータ(30)よりなり、前記電動モータ(30)の出力軸(30a)に設けたピニオン(31)を前記ロックピン(28,29)に形成したラック(28a,29a)に噛合させたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の車両用衝撃吸収装置。
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