JP5673734B2 - 車両前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両が前方衝突した場合に乗客に作用する衝突加速度を軽減する車両前部構造に関する。

車両が前方衝突した場合に乗員に作用する衝撃を軽減するために、車体フレームを変形させて衝突エネルギーを吸収する技術が知られている。つまり、衝突エネルギーは、車体フレームを変形させる荷重とその変位量に変換される。そして、車両フレームが変形している間、乗員に作用する衝撃が軽減される。

特許文献１に記載された車両前部構造は、フロントサイドフレームの下方に配置されるサブフレームを有している。このサブフレームは、左右両方のフロントサイドフレームの前端から下方に延びるブラケットに連結されるとともに、ブラケットで接合された部分から後方の斜め上に向かって延びる衝突荷重伝達部材によってフロントサイドフレームの下面に接合されている。先端から衝突荷重伝達部材が結合されるまでの範囲のフロントサイドフレームは、座屈域に設定され、衝突荷重伝達部材が結合された位置から後方の範囲のフロントサイドフレームは、屈曲域に設定されている。フロントサイドフレームは、前面衝突の衝突荷重を受けると、座屈域が座屈し、続いて屈曲域が三次元的に屈曲して衝突エネルギーを吸収する。特にこの特許文献１の車両前部構造では、左右のサイドメンバの間すなわち車両の中央部分に電柱などが衝突する「ポール衝突」の場合にエンジンを保護するために、衝突エネルギーをフロントサイドフレームに衝突荷重伝達部材を介して伝達している。

特開２０１０−８３２５７号公報

ところで、車両が前方衝突する場合、初期段階では、車体が変形して衝突エネルギーを吸収する。また、乗員はシートベルトをしていても座席から前方へ移動するので、乗員に作用する衝突エネルギーの割合が小さい。車体の変形が進むと、衝突エネルギーを吸収しながら変形できるものが少なくなる。その結果、車両の前部の剛性が増し、車体の変形量が小さくなるため、前方衝突の後期において乗員に作用する衝突エネルギーの割合が大きくなる。

前方衝突の衝突エネルギーを吸収するためには、衝突の開始から終了まで、車体が変形し続ける変形ストロークが必要である。車両は、車種の区分によって、その外形寸法が定められている。普通自動車は、車室空間を十分に確保しつつ、前方衝突の衝突エネルギーを吸収するために必要な変形ストロークを車室の前に設定しやすい。これに対して、小型自動車や軽自動車は、規定された外形寸法が普通自動車よりも小さいため、普通自動車と同程度の車室空間を確保すると、衝突エネルギーを吸収するために必要な変形ストロークを設定することが難しい。したがって短い変形ストロークでも効率よく衝突エネルギーを吸収することが求められる。

そこで、本発明は、短い変形ストロークでも前方衝突の後期に乗員に作用する衝突加速度を軽減することのできる車両前部構造を提供する。

本発明に係る一実施形態の車両前部構造は、車体構造部材と剛体機器と衝撃吸収ブラケットとを備える。車体構造部材は、車両が前方衝突した場合に車室に向かって相対的に後退する方向へ変形する。剛体機器は、車室よりも前に配置され、車体構造部材が変形することに伴って車室に対して相対的に後退する。衝撃吸収ブラケットは、車両の進行方向に剛体機器の後方に配置され、後退してくる剛体機器を受け止めて変形する。このとき、車体構造部材は、車両の進行方向に沿って配置されるサイドメンバであって、サイドメンバは、パワープラントを支持するマウントを備え、剛体機器は、サイドメンバの上方かつマウントよりも前に配置され、衝撃吸収ブラケットは、剛体機器およびマウントの間に配置される。

このとき、衝撃吸収ブラケットは、前方衝突の開始から終了までの時間の少なくとも前半で、後退してくる剛体機器を受け止め変形するように配置されることが好ましい。また、マウントは、車両の車幅方向に沿って中心軸が配置されてサイドメンバに固定される外筒を有し、衝撃吸収ブラケットは、この外筒に固定される。さらに、衝撃吸収ブラケットは、外筒の中心軸よりも高い位置に配置される。

本発明に係る車両前部構造によれば、車両が前方衝突した場合、車体構造部材が変形し、それに伴って剛体機器が車室に対して相対的に後退する。そして後退してきた剛体機器を衝撃吸収ブラケットが受け止めると、さらに衝撃吸収ブラケットも変形する。衝撃吸収ブラケットが変形することで、その分だけ衝突エネルギーを吸収することができる。車体構造部材とは別に衝撃を吸収するために配置されるので、吸収したい衝突エネルギー量に合わせて硬さを設定することができる。

衝撃吸収ブラケットが前方衝突の開始から終了までの時間の少なくとも前半で、後退してくる剛体機器を受け止め変形するように配置された発明の車両前部構造によれば、前方衝突によって車体が変形する時間の前半でより多くの衝突エネルギーを吸収することができるので、車体の変形が進み乗員への影響が出始める後半で吸収すべき衝突エネルギー量が減り、乗員への負担が軽減される。

また、車体構造部材がサイドメンバであって、このサイドメンバがパワープラントのマウントを備え、剛体機器がサイドメンバの情報かつマウントの前に配置される場合に衝撃吸収ブラケットが剛体機器とマウントとの間に配置される発明の車両前部構造によれば、後退した剛体機器によって衝撃吸収ブラケットが変形するようにしっかりと支持することができる。また、衝撃吸収ブラケットに伝わった荷重をサイドメンバへマウントを介して伝達することができるので、より大きな衝突エネルギーを衝撃吸収ブラケットで吸収させることができる。

また、車両の車幅方向に沿って中心軸が配置される外筒をマウントが有し、衝撃吸収ブラケットが外筒に固定される発明の車両前部構造によれば、衝撃吸収ブラケットからマウントを介してサイドメンバに伝わる荷重の入力方向をあらかじめ決められた方向に設定しやすい。

さらに、外筒の中心軸よりも高い位置に衝撃吸収ブラケットが配置される発明の車両前部構造によれば、サイドメンバの上方に配置される剛体機器から衝突荷重をサイドメンバへ衝撃吸収ブラケットを介して伝達しやすい。また剛体機器がサイドメンバに沿って平行に後退してくるような場合でも、衝撃吸収ブラケットがマウントの外筒に沿っていなされることで、変形ストロークを大きくとることができる。

本発明に係る第１の実施形態の車両前部構造を有した車両を示す斜視図。 図１の車両前部構造の斜視図。 図２の車両前部構造を上から見た平面図。 図２の車両前部構造を車両の中心側から見た側面図。 図４の車両前部構造の衝撃吸収ブラケットの中心を通る断面図。 図５の車両前部構造が前方衝突によって変形した状態の図。 図５の車両前部構造の前方衝突の前と後のサイドメンバの外形図。 図５の車両前部構造が前方衝突した場合に車室に作用する衝突加速度と変形量との関係を示す図。

本発明に係る一実施形態の車両前部構造１０について、図１から図８を参照して説明する。以下、実施形態を説明するうえで、理解しやすいように、車両の進行方向を基準に、「前」、「後」、「右」、「左」をそれぞれ定義する。また、車両の車幅方向に、中央側を「内」、車両から離れる側を「外」とそれぞれ定義する。さらに重力の作用する方向を基準に「上」、「下」を定義する。

図１に示す車両１は、パワープラントであるエンジンおよびトランスミッションを車室２０の前方に配置した車体２を有している。車体２は、車両の進行方向に沿って左右で一対に配置されるサイドメンバ２１と、これら一対のサイドメンバ２１を車幅方向に連結するクロスメンバと、車室２０の床を主に形成するフロアパネルと、車体２の外装を形成するアウタパネル２２と、車体２の内装を形成するインなパネルと、アウタパネルとインなパネルとの間やサイドメンバとクロスメンバとの接合部に組み込まれるリインフォースメントなどの車体構造部材で構成される。

サイドメンバ２１の前側部分は、図１に示すようにパワープラントなどが格納されるエンジンルーム２Ａの両側に沿って配置され、サイドメンバ２１の中央部分から後側部分はダッシュパネルの位置から車室２０の下を通って後方まで延びている。サイドメンバ２１は、パワープラントを支持するマウント２３を上壁２１Ａに有している。

このマウント２３は、車両の車幅方向に沿って中心軸が配置される外筒２３１と、この外筒の中心軸に沿って配置されるステム２３２と、外筒２３１とステム２３２の間に装着され振動や捩れを吸収するインシュレータ２３３とを備える。外筒２３１は、図３に示すように真上から見た場合に、内側の端面がやや前方に向いており、前側及び後側の外周面に接合されたブラケット２３４でサイドメンバ２１に固定されている。

また、マウント２３は、外筒の上部の外周壁に溶接された上部ブラケット２３５を有している。この上部ブラケット２３５は、図２及び図３に示すようにタイヤハウス２４を形成する車体２の一部に連結ブラケット２３６を介して連結されている。連結ブラケット２３６は、図２及び図３に示すように上部ブラケット２３５を超えて車両の内側に向かって延びており、先端部にバッテリーを乗せるためのトレイ５１が上から取り付けられている。このトレイ５１の後部側は、図４に示すように、マウント２３よりも後方のサイドメンバ２１に取り付けられた支持ブラケット５２で保持されている。

エンジンルーム２Ａには、エンジンとトランスミッションが一体に組み立てられたパワープラントのほかに、冷却水を循環させるためのウォータポンプや潤滑油を循環させるためのオイルポンプなどパワープラントに一体的に形成された補助機器、ラジエータやオイルフィルタなどパワープラントに関係する補助機器、あるいは、車両のブレーキを制御するアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）のハイドロユニット３１、バッテリーなども配置されている。

このＡＢＳのハイドロユニット３１は、アルミニウム合金の削り出しや鋳造合金などで作られた高い剛性を有した剛体機器の一つである。このハイドロユニット３１は、図２から図４に示すように、車両１の左前側に位置するサイドメンバ２１の上方に配置され、サイドメンバ２１に固定された支持ブラケット３２に保持されている。また、ハイドロユニット３１は、図２に示すようにストラットタワー２５よりも前方に位置している。ＡＢＳの制御装置３３は、図３の示すようにハイドロユニット３１に対して車両の内側に取り付けられている。制御装置３３は、この車両１のＥＣＵや各ホイールの速度センサにつながるケーブルを接続するコネクタ３３１を車両の外側に向けられた面に有している。

図１から図５に示すように、ハイドロユニット３１とマウント２３との間には、衝撃吸収ブラケット４０が配置されている。この衝撃吸収ブラケット４０は、ハイドロユニット３１の後部端面３１１に隣接して配置された前部当接部４１と、ハイドロユニット３１の後部端面３１１に垂直な中心軸を有した座屈部４２と、前部当接部４１及び座屈部４２を保持する後部支持ブラケット４３とを備える。後部支持ブラケット４３は、図２及び図３に示すように、座屈部４２よりも後方へ延びた固定タブ４３１と、固定タブ４３１に対して座屈部４２の反対側となる車両の内側に向かって延びた位置決めアーム４３２とを有している。固定タブ４３は、図２から図５に示すように、上部ブラケット２３５と連結ブラケット２３６とが結合されている同じ位置に、同じボルトで友締め固定されている。位置決めアーム４３２は、図２及び図３に示すように、上部ブラケット２３５よりも車両１の内側に延びた連結ブラケット２３６の前縁に当接していることによって、前部当接部４１及び座屈部４２の向きを決めている。そして、この衝撃吸収ブラケット４０は、マウント２３の外筒２３１の中心軸よりも高い位置に配置される。より具体的には、衝撃吸収ブラケット４０の座屈部４２の中心軸がマウント２３の外筒２３１の中心軸よりも高い位置に位置決めされている。

以上のように構成された車両前部構造１０は、車体構造部材と剛体機器と衝撃吸収ブラケットを備える。車体構造部材は、車両１が前方衝突した場合に車室２０に向かって相対的に後退する方向へ変形する。本実施形態では、車室２０よりも前側に位置する部分のサイドメンバ２１が車体構造部材に相当する。剛体機器は、車室２０よりも前に配置され、車体構造部材が変形することに伴って車室２０に対して相対的に後退する。本実施形態では、サイドメンバ２１に支持されているハイドロユニット３１が剛体機器に相当する。衝撃吸収ブラケットは、車両の進行方向に剛体機器の後方に配置され、後退してくる剛体機器を受け止めて変形する。本実施形態において、衝撃吸収ブラケット４０は、剛体機器となるハイドロユニット３１の後方に位置しており、後部支持ブラケット４３がマウント２３に固定されているので、前方衝突によってハイドロユニット３１が後退してきた場合にこれを受け止めて変形する。つまりこの衝撃吸収ブラケット４０は、車両前部構造１０の衝撃吸収ブラケットに相当する。

本実施形態の車両前部構造１０は、ハイドロユニット３１及び衝撃吸収ブラケット４０が、図５に示す状態に配置されている。車両１が前方衝突することによって車体構造部材の一例であるサイドメンバ２１が車室２０に向かって相対的に後退する方向変化すると、これに伴って、剛体機器の一例であるハイドロユニット３１も車室２０に対して相対的に後退する。衝撃吸収ブラケット４０は、後退してきたハイドロユニット３１を受け止める。ハイドロユニット３１はさらにサイドメンバ２１が変形することに伴って後退するので、衝撃吸収ブラケット４０その荷重を受けながら後方へ押され、上部ブラケット２３５及び連結ブラケット２３６を変形させる。衝撃吸収ブラケット４０の後部支持ブラケット４３の下縁がマウント２３の外筒２３１に当接する位置まで後退したのち、さらに荷重を受けると座屈部４２が図６に示す状態にまで変形して、衝突エネルギーを吸収する。

衝撃吸収ブラケット４０は、エンジンルーム２Ａの前よりに位置しており、全面衝突の開始から終了までの時間の少なくとも前半で変形し始める。したがって、車室２０にいる乗員に衝突加速度がかかり始める初期段階で、衝突エネルギーを吸収する。その結果、図７に示すように、前方衝突によってサイドメンバ２１が車室２０に向かって後方へ変形する変形ストロークが小さくなるため、車室の前側であるダッシュパネル２６の変形量も小さくなる。図７中において、実線が衝突前のサイドメンバ２１とダッシュパネル２６を表しており、二点鎖線が本実施形態の車両前部構造を有している場合の前方衝突後のサイドメンバ２１とダッシュパネル２６を表している。また、破線は、本実施形態の車両前部構造を有していない場合の前方衝突によって変形したダッシュパネル２６を表している。

また、前方衝突の開始から終了までの間に、乗員のいる位置にかかる衝突加速度とその変位量すなわち車体の変形量との関係を図８に示す。変形量が大きくなるにしたがって、前方衝突が進行していることを意味している。前方衝突の開始から終了までの時間のうちの前半において衝撃吸収ブラケット４０が変形した分だけ、すなわち衝突エネルギーを吸収した分だけ衝突加速度が上昇し（Ｐ１）、前方衝突の後半で乗員にかかる衝突加速度を軽減することができている（Ｐ２）ことがわかる。さらに、最終段階で衝突加速度が軽減されているため、車体の変形量も少なくなっている（Ｐ３）。衝撃吸収ブラケット４０で衝突エネルギーを吸収したことによって、サイドメンバ２１の変形量が小さくなる、すなわち、衝突エネルギーを吸収するために必要な変形ストロークを短くすることができる。

１…車両、２…車体、１０…車体前部構造、２０…車室、２１…サイドメンバ（車体構造部材）、２３…マウント、２３１…外筒、３１…ハイドロユニット（剛体機器）、４０…衝撃吸収ブラケット。

Claims (4)

1. 車両が前方衝突した場合に車室に向かって相対的に後退する方向へ変形する車体構造部材と、
   前記車室よりも前に配置され前記車体構造部材が変形することに伴って前記車室に対して相対的に後退する剛体機器と、
   前記車両の進行方向に前記剛体機器の後方に配置され後退してくる前記剛体機器を受け止めて変形する衝撃吸収ブラケットと、
   を備え、
   前記車体構造部材は、前記車両の進行方向に沿って配置されるサイドメンバであって、
   前記サイドメンバは、パワープラントを支持するマウントを備え、
   前記剛体機器は、前記サイドメンバの上方かつ前記マウントよりも前に配置され、
   前記衝撃吸収ブラケットは、前記剛体機器および前記マウントの間に配置される
   ることを特徴とする車両前部構造。
2. 前記衝撃吸収ブラケットは、前記前方衝突の開始から終了までの時間の少なくとも前半で、後退してくる前記剛体機器を受け止め変形する
   ことを特徴とする請求項１に記載された車両前部構造。
3. 前記マウントは、前記車両の車幅方向に沿って中心軸が配置され前記サイドメンバに固定される外筒を有し、
   前記衝撃吸収ブラケットは、前記外筒に固定される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された車両前部構造。
4. 前記衝撃吸収ブラケットは、前記外筒の前記中心軸よりも高い位置に配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載された車両前部構造。

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