JP5118427B2 - 車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造 - Google Patents

Description

この発明は、車枠用サイドメンバの先端部に形成される潰れビード（ジュラッシュビード）を改良した衝撃吸収構造に関する。

トラック用車枠Ｆは前部車枠内にエンジン等の大型ユニットを配し、車枠外に前後軸で仕様や数量の異なるサスペンションや車輪を配置し、車枠の上下から車体や車軸に挟まれているために、一般的には図１０に示すように、横幅方向と上下方向に形状変化を有する左右一対のサイドメンバ１、１と、該サイドメンバ間に間隔を隔てて横架される複数のクロスメンバ２、２、２・・・から構成されている。
図中、符号３は略直線状に延びる先端部、４、４は先端部３の後方で横幅方向や上下方向に形状変化する形状変化部である。
上記のような車枠を有する車両が、前進時に対向車両等に衝突した場合、車枠においては、サイドメンバ１の先端部３の圧潰及び形状変化部４の折れ曲がり変形により、衝撃エネルギを吸収することとなる。
このようなサイドメンバ１において、先端部でのエネルギ吸収性能を向上するために、例えば特開平３−９４１３７号公報では、サイドメンバに形成される座屈波形の凹凸形状に対応して、ウエブ面上で縦方向に延びて中途位置に配置される凹型および凸型の壁面ビードが形成され、また衝突端側の凹部のみに角ビードを配置する構成が開示されており、車両前方から衝突した場合に相応の効果があることが知られている。
しかし、上記ビード形状を配置したサイドメンバや長方形断面のサイドメンバでは、車両斜め前方から衝突した場合には、サイドメンバ長手方向に圧縮変形が発生してしまい、これらのビード形状では効果的に衝撃エネルギを吸収できないなどの問題点がある。
一方、サイドメンバ先端部３には、衝撃エネルギを吸収するとともに、衝突初期における乗員及び相手車両への衝撃力を低減させるために、衝突初期ピーク荷重の低減が求められる。
次に、特開平０８−２１６９１７号公報には、偶数の面で構成され、内部が空洞となった多角形断面をもち、多角形断面を周回する幅方向に、座屈開始部が設けられており、該座屈開始部は、相対向する側面に形成された凸部と他の側面に形成された凹部で構成され、凸部又は凹部は、何れか一方を省略できるようになっており、相対向する側面間で半周期ずれた張出し変形及び引き込み変形が繰返されるため、構造部材の長手方向に沿って規則的な座屈変形が連続化し、衝撃エネルギーを吸収して前記衝突初期ピーク荷重の低減と衝撃吸収エネルギを増加させる構造が提案されている。
しかし、この場合、車両斜め前方より衝突した場合、初期ピーク荷重だけでなく衝撃エネルギ吸収も低下してしまうなどの問題点がある。
特開平０３−９４１３７ 図３参照 特開平０８−２１６９１７

この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、車枠用サイドメンバの先端部のウェブ面の両側に、上下に延びる第１凹状ビードと長手方向に延びる第２凹状ビードを配置することにより、車両同士の正面衝突等のサイドメンバの延長方向からの衝突時の衝突初期ピーク荷重値低減および衝撃エネルギ吸収の増加を図りつつ、車両の斜め方向からサイドメンバ先端部への衝突に対しても先端部全体の曲げ変形を抑制しながら衝撃エネルギの吸収を増加させることができるサイドメンバの衝撃吸収構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
四角形断面の車枠用サイドメンバの先端部に潰れビードを形成した車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造において、
サイドメンバが、断面正方形又は長方形の角パイプ形状、断面チャンネル状の開口幅の狭い構成部材に断面チャンネル状の開口幅の広い構成部材を外嵌して繋ぎ目を溶着した角パイプ形状、または開口幅のほぼ等しい一対の断面チャンネル状の構成部材を互い違いに嵌合して繋ぎ目を溶着した角パイプ形状からなっており、
該サイドメンバの先端部のウェブ面の両側に、該ウェブ面の高さと等しい長さで上下に直線状に延びて上下両端が開放された溝形状の第１凹状ビードと、該第１凹状ビードの後方で隙間を隔ててサイドメンバの長手方向に直線状に延びてサイドメンバの内側に断面略コ字状に窪む第２凹状ビードとを設けてなることを特徴とする。
また、請求項２の発明では、
前記第２凹状ビードがウェブ面の中央でサイドメンバの長手方向に沿って直線状に延びて溝底壁と溝周壁で囲まれ溝開口のみが開放された溝形状からなっていることを特徴とする。
更に、請求項３の発明では、
前記第１凹状ビードが、断面円弧形状または断面角形状の溝形状からなっていることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、
前記車枠用サイドメンバの先端部が、車枠用サイドメンバと一体に形成された先端部または車枠用サイドメンバとは別体に形成されて該車枠用サイドメンバの先端に連結された衝突エネルギー吸収部材からなっていることを特徴とする。

この発明では、サイドメンバの先端部に形成する潰れ凹状ビードの配置を車両前方側にウェブ面の全高と等しい長さの第１凹状ビードを形成したことにより正面衝突等の際の衝突初期ピーク荷重を抑えることができ、更に、第１凹状ビードに接することなく車両後方へ伸びる第２凹状ビードを設けたので、効率的に衝撃エネルギを吸収できる。
また、車両斜め方向から先端部への衝突に対しては、第１凹状ビードが初期変形位置の起点となり、先端部全体の曲げ変形を抑制することによって、第２凹状ビードが効率的に衝撃エネルギを吸収するため、著しい性能低下を抑制できる。

この発明は、前方に第１凹状ビードを形成し、その後方に第２凹状ビードを設けることで、車両正面だけでなく斜め方向からの衝突に対しても衝撃エネルギーを効率的に吸収することを実現した。
以下に、この発明の車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本実施例で示す車枠Ｆは、図１０に例示したように左右一対のサイドメンバ１、１と、該サイドメンバ１間に間隔を隔てて横架される複数のクロスメンバ２、２、２・・・から構成されており、車枠Ｆの前方で略直線状に延びる先端部３と、該先端部３の後方で横幅方向や上下方向に形状変化する形状変化部４、４が形成された公知形状からなっている。

［サイドメンバ］
サイドメンバ１は、図２（ａ）に示すように、断面正方形、または長方形の角パイプ形状のもの、同（ｂ）に示すように開口幅の異なる断面チャンネル状の構成部材７，８を用い、開口幅の狭い構成部材に開口幅の広い構成部材を外嵌して繋ぎ目を溶接して角パイプ状に接合したもの、同（ｃ）に示すように開口幅のほぼ等しい断面チャンネル状の構成部材７，７を用い、一方の構成部材と他方の構成部材を互い違いに嵌合して繋ぎ目を溶接して角パイプ状に接合したものなどであってもよい。

前記各サイドメンバ１の先端部３の左右のウエブ面（側壁面）３ｂには、図１に示すように、左右対称となるように第１凹状ビード５と第２凹状ビード６とが形成される。

［第１凹状ビード］
第１凹状ビード５は、ウエブ面３ａの高さ方向の全域に亘って上下一連に且つ本実施例では直線状に延びてサイドメンバ３の内側に湾曲して窪むように形成されている。
従って、第１凹状ビード５の両端は、先端部３の上壁面３ａおよび底壁面３ｃで開放された溝形状からなっている。

［第２凹状ビード］
第２凹状ビード６は、先端部３で第１凹状ビード５の後方に離間した位置で左右対象となるように先端部３の左右のウエブ面３ｂに形成される。
この第２凹状ビード６は、ウェブ面３ｂの高さ方向の中央でサイドメンバ１の長手方向に所定の長さで一連に且つ本実施例では直線状に延びてサイドメンバ１の内側に断面略コ字状に窪むように形成されている。
従って、第２凹状ビード６は、溝底壁６ａと溝周壁６ｂで囲まれ外面の溝開口６ｃのみが開放された盲穴状の溝からなっている。

上記構成からなっているので、車両の前進時に対向車両と正面衝突した際には、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように前記第１凹状ビード５を潰れ起点として圧潰されほぼ軸線に沿って圧縮された状態に変形するので、第１凹状ビード５で正面衝突時の衝突初期ピーク荷重を抑えることができる。
そして、上記変形は第２凹状ビード６まで達しないので、第２凹状ビード６により効率的に衝撃エネルギを吸収することができる。

車両前進時に対向車両が車両斜め前方から衝突した際には、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、前記第１凹状ビード５を潰れ起点として斜めに圧潰され変形するので、同様に第１凹状ビード５で斜め前方突時の衝突初期ピーク荷重を抑えることができる。
そして、上記変形は第２凹状ビード６まで達しないので、同様に第２凹状ビード６により効率的に衝撃エネルギを吸収することができる。

［実施品１］
上記実施例を具体例を用いて説明するため、図４を基に実施品１の寸法を説明する。
実施品１は、サイドメンバ１の先端部３の高さＨが１２５ｍｍ、横幅Ｗが７５ｍｍ、長さＬが２５０ｍｍからなっている。
また、各コーナー部Ｃ１は半径１０ｍｍの円弧で面取りされている。

そして、第１凹状ビード５は、先端縁からの離間長さＬ１が３０ｍｍの位置に２０ｍｍの溝幅ｂでウエブ面３ｂの１２５ｍｍの全高Ｈに亘って直線状に延びている。なお、先端部３の後端縁から第１凹状ビード５の中央までの長さＬ３は２１０ｍｍである。
この第１凹状ビード５は、内側に１０ｍｍの半径ａで略半円形状に窪む凹溝からなっており、先端部３の上壁面３ａおよび底壁面３ｃで開放されている。
図示例では、上記凹溝は角部が湾曲状に面取りされている。

次に、第２凹状ビード６は、図示例の場合、前記第１凹状ビード５から後方への離間長さＬ２が約２５ｍｍの位置に、左右のウエブ面３ｂの中央で、４５ｍｍの高さｃ（開口縦幅）、１７５ｍｍの長さｅ（開口横幅）で、１０ｍｍの溝深さｄからなる凹部で、溝の角部Ｃ２は半径５ｍｍの円弧で面取りされる。

［対照品］
対照品として、サイドメンバ１の先端部３の高さＨが１２５ｍｍ、横幅Ｗが７５ｍｍ、長さＬが２５０ｍｍからなって、各コーナー部Ｃ１が半径１０ｍｍの円弧で面取りされた対象品を製作した。
なお、対照品にはいずれのビードも形成していない（図１０参照）。

そこで、図５に、実施品１と対照品との衝撃荷重線図およびエネルギー吸収線図の比較図を示す。
ここで、前記荷重線図は、実施品１をＥ１として実線で示し、対照品をＴとし点線で示す。エネルギー吸収線図は、実施品１をＥ１’とし実線で示し、対照品をＴ’として点線で示す。

荷重線図の比較から、実施品１は対照品に比べて初期ピーク荷重が大幅に低減されていることが確認された。
また、エネルギー吸収線図の比較から、実施品１は対照品に比べてエネルギー吸収量が大幅に増加したことが確認できた。

図６には、実施品１における正面衝突時と、車両斜め方向衝突時との衝撃荷重線図、エネルギー吸収線図の比較図を示す。
ここで、荷重線図は、正面衝突時をＥ１ａとして実線で示し、斜め方向衝突時をＥ１ｂとし点線で示す。エネルギー吸収線は、正面衝突時をＥ１ａ’とし実線で示し、斜め方向衝突時をＥ１ｂ’として点線で示す。

荷重線図の比較から、正面衝突時に対して車両斜め方向衝突時に初期ピーク荷重減少が見られ、エネルギー吸収線図の比較から、正面衝突時に対して車両斜め方向衝突時にエネルギー吸収量減少が見られることが確認された。

［実施品２］
次に、実施品１と同じ形状、寸法のサイドメンバ１の先端部３にビードサイズを変更した実施品２を作成した。
実施品２の第１凹状ビード５は、先端縁からの離間長Ｌ１を２５ｍｍとした位置に３０ｍｍの溝幅ｂでウエブ面３ｂの１２５ｍｍの全高Ｈに亘って直線状に延びている。
この第１凹状ビード５は、内側に１５ｍｍの半径ａで略半円形状に窪む凹溝からなっており、先端部３の上壁面３ａおよび底壁面３ｃで開放されている。

次に、第２凹状ビード６は、前記第１凹状ビード５から後方へ離間長さＬ２を約３５ｍｍとした位置で、左右のウエブ面３ｂの中央で、４２ｍｍの高さｃ（開口縦幅）、１６０ｍｍの長さｅ（開口横幅）で、１５ｍｍの溝深さｄからなる凹部とし、溝の角部Ｃ２は半径５ｍｍの円弧で面取りされる。

図７に、実施品１と実施品２との衝撃荷重線図、エネルギー吸収線図の比較図を示す。
ここで、荷重線図は、実施品１をＥ１として実線で示し、実施品２をＥ２とし点線で示す。エネルギー吸収線図は、実施品１をＥ１’とし実線で示し、実施品２をＥ２’として点線で示す。

荷重線図の比較から、実施品１に対して実施品２に初期ピーク荷重減少が見られ、エネルギー吸収線図の比較から、実施品１に対して実施品２にエネルギー吸収量の増加が確認された。

［実施品３、実施品４］
また、前記実施品１では先端部３の長さＬを２５０ｍｍとしたが、同様の構造で先端部の長さＬを２００ｍｍとした実施品３、先端部の長さＬを３００ｍｍとした実施品４を製作し、図８にこれらを対比した正面衝突時における衝撃荷重線図、エネルギー吸収線図の比較図を示す。

ここで、荷重線図は、実施品１をＥ１として実線で示し、実施品３をＥ３とし短い点線で示し、実施品４をＥ４として長い点線で示す。エネルギー吸収線図は、実施品１をＥ１’とし実線で示し、実施品３をＥ３’として短い点線で示し、実施品４をＥ４’として長い点線で示す。

荷重線図の比較から、実施品３と実施品４とは実施品１に対して僅かに初期ピーク荷重に減少が見られ、エネルギー吸収線図の比較から、実施品１と実施品４とは殆ど同等であり、これに対して実施品３では極く僅かのエネルギ吸収量の増加が見られたが、効果においてほぼ同様であることが確認された。

［実施品５］
実施品１に対して第１凹状ビード５の形状を断面略半円形状から断面略梯形状に変更しその他は実施品１と同様に製作した実施品５を製作した（図９（ａ）参照）。その他の構成は前記実施例と同様であるので、その説明を省略する。
上記実施品１と実施品５との衝撃荷重線図、エネルギー吸収線図の比較図を図９（ｂ）に示す。

ここで、荷重線図は、実施品１をＥ１として実線で示し、実施品５をＥ５とし点線で示す。エネルギー吸収線図は、実施品１をＥ１’とし実線で示し、実施品５をＥ５’として短い点線で示す。
これらの比較から、両者間の性能に大きな差異は無く、ほぼ同様であることが確認された。

この発明では、上記実施例に限定されるものではなく、第１および第２の凹状ビードの形状、そのサイズや先端部の長さなど適宜変更することができる。
また、先端部は、サイドメンバに一体に形成された先端部に限らず、サイドメンバとは別体に形成されてサイドメンバの先端に形成された衝突エネルギ吸収部材であってもよい。
また、この発明で、車枠用サイドメンバの先端部は、衝突方向に対するものであり、前記実施例では車両の前方としたが、車両の後方であってもよい。
その他、要するにこの発明の要旨を変更しない範囲で種々設計変更しうること勿論である。

サイドメンバ先端部の衝撃吸収構造を示す斜視図である。 サイドメンバの断面図であって、（ａ）は角パイプ形状、（ｂ）は大きさの異なるチャンネル部材を重ねた溶着構造、（ｃ）は大きさの同じチャンネル部材を交互に重ねた溶着構造である。 衝突初期ピーク荷重後の変形状態を示す図で（ａ）は正面衝突時の平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は車両斜め前方衝突時の平面図、（ｄ）は同側面図である。 先端部の実施品の寸法を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は第２凹状ビード部分の断面図である。 実施品１と対照品との衝撃荷重、エネルギー吸収線図の比較図である。 実施品１の正面および車両斜め前方衝突時の衝撃荷重、エネルギー吸収線図の比較図である。 実施品１と実施品２との衝撃荷重、エネルギー吸収線図の比較図である。 実施品１と実施品３と実施品４との正面衝突時における衝撃荷重、エネルギー吸収線図の比較図である。 （ａ）は実施品５を示す斜視図、（ｂ）は実施品１と実施品５との正面衝突時における衝撃荷重、エネルギー吸収線図の比較図である。 サイドメンバの全体形状を示す斜視図である。

符号の説明

１ サイドメンバ
２ クロスメンバ
３ 先端部
３ａ 上壁面
３ｂ ウエブ面
３ｃ 底壁面
４ 形状変化部
５ 第１凹状ビード
６ 第２凹状ビード
６ａ 溝底壁
６ｂ 溝周壁
６ｃ 溝開口
７、８ サイドメンバ構成部材

Claims (4)

1. 四角形断面の車枠用サイドメンバの先端部に潰れビードを形成した車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造において、
   サイドメンバが、断面正方形又は長方形の角パイプ形状、断面チャンネル状の開口幅の狭い構成部材に断面チャンネル状の開口幅の広い構成部材を外嵌して繋ぎ目を溶着した角パイプ形状、または開口幅のほぼ等しい一対の断面チャンネル状の構成部材を互い違いに嵌合して繋ぎ目を溶着した角パイプ形状からなっており、
   該サイドメンバの先端部のウェブ面の両側に、該ウェブ面の高さと等しい長さで上下に直線状に延びて上下両端が開放された溝形状の第１凹状ビードと、該第１凹状ビードの後方で隙間を隔ててサイドメンバの長手方向に直線状に延びてサイドメンバの内側に断面略コ字状に窪む第２凹状ビードとを設けてなることを特徴とする車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造。
2. 第２凹状ビードがウェブ面の中央でサイドメンバの長手方向に沿って直線状に延びて溝底壁と溝周壁で囲まれ溝開口のみが開放された溝形状からなっていることを特徴とする請求項１に記載の車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造。
3. 第１凹状ビードが、断面円弧形状または断面角形状の溝形状からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造。
4. 車枠用サイドメンバの先端部が、車枠用サイドメンバと一体に形成された先端部または車枠用サイドメンバとは別体に形成されて該車枠用サイドメンバの先端に連結された衝突エネルギー吸収部材からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の車枠用サイドメンバの衝撃吸収構造。

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