JP5914272B2 - 車両の衝撃吸収構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の衝撃吸収構造に係り、詳しくは、車両に対する衝撃を吸収し乗員の生存空間を確保する構造に関する。

トラックや乗用車において、衝突等により外部から大きな外力が加わったときに乗員の生存空間を確保するため、乗員空間を構成する車体の強度及び剛性をできるだけ高くして、生存空間に対する変形量を少なくしなければならない。
例えば、キャブオーバトラックのキャブ構造としては、主としてメインシルの骨格構造の上にパネル部材で外殻を形成したモノコック構造が用いられている。

しかし、このような構成だけでは、キャブに外部から大きな力が加わったときに乗員の生存空間を十分に確保するというのは困難である。
そこでキャブを形成する骨格に補強部材を追加する構成が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−６４６１１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、キャブの骨格にそれぞれ単体の補強部材を設けることにより補強しているだけなので、補強手段として効率が悪くキャブの強度及び剛性の向上も不完全であるといえる。
また、室内空間を少しでも広くするために、外殻をなすパネル部材を一部外側に膨出させたキャブ構造等もあるが、その場合パネル部材の膨出とともに骨格部材を一部屈曲させる必要がある。しかし、骨格部材の一部を屈曲させると、外力が加わったときに当該屈曲部分に力が集中して変形しやすくなるという問題がある。そして、この屈曲部分を支点として室内側に骨格部材が変形すれば、乗員の生存空間を大幅に減少させるおそれがある。

特に車両転倒時や落下物の衝突等により車両の屋根部に外力が加わった場合、通常屋根側には衝撃を吸収するような部材は少ないことから、生存空間の確保が困難である。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、室内空間を広くすることができるとともに、外部からの力を効率よく吸収、分散し乗員の生存空間を十分に確保することのできる車両の衝撃吸収構造を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の車両の衝撃吸収構造では、車両の室内空間を形成する外殻に沿って設けられた骨格部材からなる衝撃吸収構造であって、前記室内空間を拡張するよう基部から室外側にオフセットしたオフセット部を有する第１の骨格部材と、前記第１の骨格部材の基部の延長上に一端部が位置しており、当該一端部の室外側が切り欠かれている第２の骨格部材と、前記第１の骨格部材の一端部と前記第２の骨格部材の一端部との間に隙間を有しつつ、当該各一端部の室内側の面に亘って延び、当該第１の骨格部材及び第２の骨格部材に結合された板状の連結部材と、を備えることを特徴としている。

請求項１の車両の衝撃吸収構造では、さらに、前記第２の骨格部材及び前記連結部材は、前記第２の骨格部材が前記第１の骨格部材に向けての外力を受けたときに、前記連結部材が室内側に座屈して、当該第２の骨格部材の一端部が前記第１の骨格部材の一端部に接触し室外側に回転しつつ、当該一端部より他端側にて座屈することで、当該座屈部分より他端側が前記第１の骨格部材のオフセット部と略同一直線上に位置するよう構成されていることを特徴としている。

請求項２の車両の衝撃吸収構造では、請求項１において、前記第１の骨格部材、前記第２の骨格部材、及び前記連結部材は、前記第２の骨格部材の座屈部分より他端側で受ける力及び前記第１の骨格部材のオフセット部で受ける力と、前記第１の骨格部材の基部で受ける力とが、つり合うよう構成されていることを特徴としている。

請求項３の車両の衝撃吸収構造では、請求項１又は２において、前記第１の骨格部材の前記一端部の室外側には当該第１の骨格部材と交差する第３の骨格部材が設けられていることを特徴としている。
請求項４の車両の衝撃吸収構造では、請求項１から３のいずれかにおいて、前記車両はトラックであり、前記第１の骨格部材及び前記第２の骨格部材は、前記トラックのキャブの外殻の後面を形成するバックパネルに面して上下方向に延び、前記第１の骨格部材の上方に前記第２の骨格部材が配設されていることを特徴としている。

請求項５の車両の衝撃吸収構造では、請求項１から３のいずれかにおいて、前記車両はトラックであり、前記第１の骨格部材及び前記第２の骨格部材は、前記トラックのキャブの外殻の床面を形成するフロアパネルに面して車両前後方向に延び、前記第１の骨格部材の前方に前記第２の骨格部材が配設されていることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の車両の衝撃吸収構造によれば、オフセット部を有する第１の骨格部材の一端部と、室外側が切り欠かれている第２の骨格部材の一端部とを間に隙間を有しつつ、それぞれの室内側の面にて連結部材により結合する。
このような構成により、第２の骨格部材に外力が加わったときには、連結部材が室内側に座屈して、第２の骨格部材の一端部が第１の骨格部材の一端部に接触する。そして、第２の骨格部材の一端部は室外側が切り欠かれていることで、当該一端部周辺部分が室外側に回転する。

さらに、第２の骨格部材の一端部より他端側にて座屈を生じさせ、当該座屈部分より他端側が第１の骨格部材のオフセット部と略同一直線上に位置するよう構成する。
このように、第２の骨格部材側のみを変形させて衝撃を吸収することで、第１の骨格部材側の乗員の生存空間を確保することができる。一方で第１の骨格部材はオフセット部を有していることで室内空間を拡張し、より広い生存空間を確保することができる。

これにより、室内空間を広くすることができるとともに、外部からの力を効率よく吸収、分散し乗員の生存空間を十分に確保することができる。
特に請求項２の車両の衝撃吸収構造によれば、第１の骨格部材、第２の骨格部材、及び連結部材を、第２の骨格部材の座屈部分より他端側で受ける力及び第１の骨格部材のオフセット部で受ける力と、前記第１の骨格部材の基部で受ける力とが、つり合うように構成する。

これにより、オフセット部を形成することで構造的に脆弱となる屈曲部を有する第１の骨格部材において、当該屈曲部に余計な負荷がかかったり、不要なモーメントが生じたりすることを抑えることができる。従って第１の骨格部材の形状を保持することができ、室内空間の拡張と乗員の生存空間の確保を両立させることができる。

請求項３の車両の衝撃吸収構造によれば、第１の骨格部材の前記一端部の室外側に、当該第１の骨格部材と交差する第３の骨格部材を設けることとする。
これにより第１の骨格部材の上端部分を強固にすることができ、第２の骨格部材に外力が加わった際に、第１の骨格部材の変形をより確実に抑えることができる。

請求項４の車両の衝撃吸収構造によれば、第１の骨格部材及び第２の骨格部材を、トラックのキャブのバックパネルに面して上下方向に延ばし、第１の骨格部材の上方に第２の骨格部材を配設することとする。これにより、他に衝撃を吸収する部材を設けにくいトラックのキャブ上方からの衝撃に対しても、新たな装置等を設けることなく、室内空間を拡張しつつ乗員の生存空間を確保することができる。

請求項５の車両の衝撃吸収構造によれば、第１の骨格部材及び第２の骨格部材を、トラックのキャブのフロアパネルに面して車両前後方向に延ばし、第１の骨格部材の前方に第２の骨格部材を配設することとする。これにより、新たな装置等を設けることなく、室内空間を拡張しつつ、トラックの正面衝突に対して乗員の生存空間を確保することができる。

本発明の一実施形態における車両の衝撃吸収構造を備えたトラックのキャブの部分破断斜視図である。 本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造におけるバックパネル及びルーフパネルに面した骨格部材の断面図である。 キャブが上方からの外力を受けたときの骨格部材の変化を示す概略構成図（ａ）〜（ｄ）である。 比較例において上方からの外力を受けたときの骨格部材の変形状態を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には、本発明に係る本発明の一実施形態における車両の衝撃吸収構造を備えたトラックのキャブの部分破断斜視図が示されており、図２にはバックパネル及びルーフパネルに面した骨格部材の断面図が示されており、以下これらの図に基づき説明する。

同図に示すトラックのキャブ１は、屋根面にルーフパネル２、前面にフロントパネル４及びフロントウインドウ６、両側面にサイドパネル８及び図示を省略しているドア及びサイドウインドウ、後面にバックパネル１０、床面に図示しないフロアパネルを外殻として構成されている。
バックパネル１０の室内側には、上下方向に延びる左右一対のバックウォールビーム１２（第１の骨格部材）が当該バックパネル１０に面して立設している。バックパネル１０において、当該一対のバックウォールビーム１２が設けられている範囲の中央部分には、キャブ１の室内空間を拡張するように、室外側に膨出した膨出部１０ａが形成されている。これに伴い、各バックウォールビーム１２は、上下方向中央部分がバックパネル１０の膨出部１０ａに沿って、室外側にオフセットしている。

詳しくは図２に示すように、バックウォールビーム１２は、基部となる上部１２ａ及び下部１２ｂより室内側にオフセットしたオフセット部１２ｃが形成されている。このオフセット部１２ｃを形成する上で、オフセット部１２ｃの上端及び下端には屈曲部１２ｄ、１２ｅが形成されている。
また、当該一対のバックウォールビーム１２の上端部（一端部）には、車幅方向に延びるクロスメンバ１４（第３の骨格部材）がバックパネル１０に面して架け渡されている。当該バックウォールビーム１２の上端部はクロスメンバ１４の外形に合わせて室外側が切り欠かれており、室内側の面がクロスメンバ１４の室内側の面に沿って当接している。

さらに、バックウォールビーム１２の同一直線上であって、当該バックウォールビーム１２の上端部より僅かに隙間をあけた上方には、バックパネル１０からルーフパネル２に亘って、ルーフビーム１６（第２の骨格部材）が延びている。当該ルーフビーム１６はバックパネル１０に沿った鉛直部１６ａとルーフパネル２に沿った水平部１６ｂとからなる側面視Ｌ字状をなしている。また、図２より明らかなように、ルーフビーム１６の下端部（一端部）には、室外側の面が先端に向かうにつれて室内側の面に近づく傾斜面１６ｃが形成されており、側面視において室外側が切り欠かれた形状をなしている。

これらバックウォールビーム１２、クロスメンバ１４、及びルーフビーム１６の各骨格部材は、それぞれバックパネル１０側に開口部を有する断面ハット形状をなした金属の強度部材である。
バックウォールビーム１２の上端部とルーフビーム１６の下端部とは矩形の金属板である連結プレート１８（連結部材）を介して連結されている。当該連結プレート１８の下半部は、バックウォールビーム１２の上端部の室内側の面と当接しており、左右２箇所でボルト及びナットからなる締結具２０ａにより締結されている。なお、当該締結具２０ａは、連結プレート１８及びバックウォールビーム１２の上端部とともにクロスメンバ１４も締結している。

また当該連結プレート１８の上半部は、ルーフビーム１６の下端部の室内側の面と当接して左右２箇所でボルト及びナットからなる締結具２０ｂにより締結されている。
以上説明したバックウォールビーム１２、クロスメンバ１４、及びルーフビーム１６からなる各骨格部材と、連結プレート１８とにより、バックパネル１０における衝撃吸収構造が構成されている。

次に車両の転倒又は落下物によりキャブ１が上方から外力Ｆを受けたときの衝撃吸収構造の変化について説明する。
図３を参照すると、図３にはキャブが上方から外力を受けたときの衝撃吸収機構の変化（ａ）〜（ｄ）を示しており、以下同図に基づき説明する。なお、これらの図は説明の便宜上図２の各部材を簡略化して表している上、ルーフパネル２及びバックパネル１０を省略している。

図３（ａ）には、キャブ１が上方から外力Ｆを受け始めた状態が示されている。同図の白抜き矢印で示すように、外力Ｆが加わることで、ルーフパネル２を支持するルーフビーム１６は下方への力を受ける。
次に図３（ｂ）には、連結プレート１８が変形し始めた状態が示されている。ルーフビーム１６が受けた力は、締結具２０ｂを介し連結プレート１８に伝達される。当該連結プレート１８は平板状をなしていることから各骨格部材よりも強度が弱く、下方への力を受けることで上下方向中央部分にて座屈が生じる。当該連結プレート１８における座屈は、邪魔となる部材のない室内側に向けて座屈する。当該座屈に伴いルーフビーム１６は、バックウォールビーム１２との隙間を詰めるように下方に移動し、当該ルーフビーム１６の下端部とバックウォールビーム１２の上端部とが接触する。

続いて図３（ｃ）には、ルーフビーム１６が変形し始めた状態が示されている。ルーフビーム１６の下端部は、室外側が切り欠かれた形状をなしている上、連結プレート１８が室内側に座屈したことで、ルーフビーム１６の下端部とバックウォールビーム１２の上端部との接触部分を支点にルーフビーム１６を室外側に回転させるモーメントが生じる。一方で、ルーフビーム１６はバックパネル１０及びルーフパネル２により拘束されていることから、ルーフビーム１６全体が室外側に回転することはなく、鉛直部１６ａの上下方向略中央部分で座屈が生じ、下半部分のみが室内側に回転する。

そして、ルーフビーム１６下端部の傾斜面１６ｃがバックウォールビーム１２の上端部及びクロスメンバ１４に接触する。このルーフビーム１６下端部の傾斜面１６ｃの角度及び鉛直部１６ａの座屈位置は、当該傾斜面１６ｃがバックウォールビーム１２の上端部及びクロスメンバ１４と接触した際に、鉛直部１６ａの座屈位置より上側の上半部とバックウォールビーム１２のオフセット部１２ｃとが略同一直線上に位置するように予め設定されている。

これにより、ルーフビーム１６の鉛直部１６ａ上半部が受ける鉛直方向の力と、バックウォールビーム１２のオフセット部１２ｃにおいて受ける力、並びに、同じく鉛直方向の略同一直線上に位置するバックウォールビーム１２の上部１２ａ及び下部１２ｂにおいて受ける力が釣り合うようになっている。従って、バックウォールビーム１２の屈曲部１２ｄ、１２ｅ等の構造的に脆弱となる部分に余計な負荷がかかったり、不要なモーメントが生じたりすることが抑えられる。これによりバックウォールビーム１２の形状を保持することができ、室内空間の拡張と乗員の生存空間の確保を両立させることができることとなる。

最後に図３（ｄ）には、ルーフビーム１６の変形終了状態が示されている。ルーフビーム１６は、外力Ｆを受け続けることで、鉛直部１６ａの下半部分がさらに下方に潰されていくこととなる。この際においても、ルーフビーム１６の鉛直部１６ａの上半部とバックウォールビーム１２のオフセット部１２ｃとが略同一直線上に維持されている限りは、バックウォールビーム１２の屈曲部１２ｄ、１２ｅへの負荷及びモーメントが抑えられることとなる。

これら図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、キャブ１が上方から外力Ｆを受けた場合、ルーフビーム１６のみが潰され、乗員が存在するバックウォールビーム１２側の領域の高さＬは一定に保たれている。特にバックウォールビーム１２の上端にはクロスメンバ１４も設けられていることで、バックウォールビーム１２側の領域は強固に確保される。つまり、ルーフビーム１６が設けられている範囲の車室上部がいわゆるクラッシャブルゾーンとなって衝撃を吸収し、バックウォールビーム１２が設けられている車室中央部から下方はセーフティーゾーンとなり乗員の生存空間が確保されている。

ここで図４を参照すると、本実施形態の比較例として、ルーフビーム１６’の下端部とバックウォールビーム１２’の上端部とを突き合わせて接続した構成で上記図３と同様にキャブが上方からの外力Ｆを受けた場合の骨格部材の変形状態が示されている。
当該比較例では、例えばルーフビーム１６’の下端部とバックウォールビーム１２’の上端部とを突き合わせ、溶接により又は室内側及び室外側の両方に連結プレート等を介して締結することで、ルーフビーム１６’とバックウォールビーム１２’とを一体に構成している。なお、ここでは説明を簡略化するため、クロスメンバを省略するものとする。

このような構成で、キャブが上方から外力Ｆを受けると、図４に示すように、ルーフビーム１６’の鉛直部１６ａ’及びバックウォールビーム１２’の上部１２ａ’において受ける力が同一直線上に並ぶこととなり、バックウォールビーム１２’のオフセット部１２ｃ’が受ける力との釣り合わなくなる。つまり、室内側にあるルーフビーム１６’の鉛直部１６ａ’及びバックウォールビーム１２’の上部１２ａ’にて受ける力が大きくなる。

このため、バックウォールビーム１２’のオフセット部１２ｃ’の上下にある屈曲部１２ｄ’、１２ｅ’それぞれに負荷が集中し、当該ルーフビーム１２’を室内側に回転させる方向のモーメントが生じる。これにより、ルーフビーム１６’及びバックウォールビーム１２’は屈曲部１２ｄ’、１２ｅ’において座屈しながら室内側に傾斜していき、乗員の生存空間を大幅に減少させる結果となる。

当該比較例と対比しても明らかなように、本実施形態では、ルーフビーム１６側のみが室外側に変形して衝撃を吸収することで、バックウォールビーム１２側の乗員の生存空間を減少させることがない。一方でバックウォールビーム１２はオフセット部１２ｃを有していることで室内空間を拡張し、より広い生存空間を確保することができる。

これにより、キャブ１の室内空間を広くすることができるとともに、外部からの力を効率よく吸収、分散し乗員の生存空間を十分に確保することができる。
特に本実施形態のようにトラックのキャブ１のバックパネル１０に面したバックウォールビーム１２及びルーフビーム１６に本発明の衝撃吸収構造を適用することで、他に衝撃を吸収する部材を設けにくいトラックのキャブ上方からの衝撃に対しても、新たな装置等を設けることなく、室内空間を拡張しつつ乗員の生存空間を確保することができる。

以上で本発明に係る車両の衝撃吸収構造の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば上記実施形態では、本発明に係る車両の衝撃吸収構造をトラックのキャブ１のバックパネル１０に適用したものであるが、他の部分にも適用することができる。例えば、キャブのサイドパネルにも同じように適用することができ、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、骨格部材が前後方向に延びるルーフパネル又はフロアパネルにも適用することができる。ルーフパネル又はフロアパネルに適用する場合には、キャブ正面からの衝突に備えるため、上記実施形態のバックウォールビーム１２に相当する第１の骨格部材を乗員の生存空間となる範囲に配設し、車両前部側に上記実施形態のルーフビーム１６に相当する第２の骨格部材を配設する。これにより、新たな装置等を設けることなく、トラックの正面衝突に対して、乗員の生存空間を確保することができる。

また、上記実施形態では、バックウォールビーム１２の上部１２ａ及び下部１２ｂを基部としているが、上部のみを基部として、オフセット部がそのまま床面まで延びている構成であってもよい。
また、上記実施形態では、連結プレート１８は締結具２０ａ、２０ｂを介して、バックウォールビーム１２及びルーフビーム１６に締結されているが、当該連結プレート１８を接続される手段はこれに限られるものではない。例えば、スポット溶接によりバックウォールビーム１２及びルーフビーム１６に接続してもよい。

１ キャブ
２ ルーフパネル
１０ バックパネル
１０ａ 膨出部
１２ バックウォールビーム（第１の骨格部材）
１２ａ 上部
１２ｂ 下部
１２ｃ オフセット部
１２ｄ、１２ｅ 屈曲部
１４ クロスメンバ（第３の骨格部材）
１６ ルーフビーム（第２の骨格部材）
１６ａ 鉛直部
１６ｂ 水平部
１６ｃ 傾斜面
１８ 連結プレート（連結部材）
２０ａ、２０ｂ 締結具

Claims (5)

1. 車両の室内空間を形成する外殻に沿って設けられた骨格部材からなる衝撃吸収構造であって、
   前記室内空間を拡張するよう基部から室外側にオフセットしたオフセット部を有する第１の骨格部材と、
   前記第１の骨格部材の基部の延長上に一端部が位置しており、当該一端部の室外側が切り欠かれている第２の骨格部材と、
   前記第１の骨格部材の一端部と前記第２の骨格部材の一端部との間に隙間を有しつつ、当該各一端部の室内側の面に亘って延び、当該第１の骨格部材及び第２の骨格部材に結合された板状の連結部材と、
   を備え、
   前記第２の骨格部材及び前記連結部材は、
   前記第２の骨格部材が前記第１の骨格部材に向けての外力を受けたときに、前記連結部材が室内側に座屈して、当該第２の骨格部材の一端部が前記第１の骨格部材の一端部に接触し室外側に回転しつつ、当該一端部より他端側にて座屈することで、当該座屈部分より他端側が前記第１の骨格部材のオフセット部と略同一直線上に位置するよう構成されていることを特徴とする車両の衝撃吸収構造。
2. 前記第１の骨格部材、前記第２の骨格部材、及び前記連結部材は、
   前記第２の骨格部材の座屈部分より他端側で受ける力及び前記第１の骨格部材のオフセット部で受ける力と、前記第１の骨格部材の基部で受ける力とが、つり合うよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両の衝撃吸収構造。
3. 前記第１の骨格部材の前記一端部の室外側には当該第１の骨格部材と交差する第３の骨格部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の衝撃吸収構造。
4. 前記車両はトラックであり、
   前記第１の骨格部材及び前記第２の骨格部材は、前記トラックのキャブの外殻の後面を形成するバックパネルに面して上下方向に延び、前記第１の骨格部材の上方に前記第２の骨格部材が配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両の衝撃吸収構造。
5. 前記車両はトラックであり、
   前記第１の骨格部材及び前記第２の骨格部材は、前記トラックのキャブの外殻の床面を形成するフロアパネルに面して車両前後方向に延び、前記第１の骨格部材の前方に前記第２の骨格部材が配設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両の衝撃吸収構造。

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