JP6225879B2 - 車両前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両前部構造に関する。

特許文献１には、自動車の車体フレームを構成するサイドフレームの屈曲部の内部に補強部材を装着して溶接により固定させると共に、サイドフレームのフロントフレームとセンタフレームの接合部を衝突等で変形し易い屈曲部から後方にずらした前部フレーム構造が開示されている（特許文献１を参照）。

しかし、上記先行技術では、衝突時におけるサイドフレームの屈曲部の変形は回避されるが、サイドフレームを意図した部位で折れ曲がり変形させる効果は十分でないと考えられる。よって、サイドフレームが意図しない部位で折れ曲がり変形する虞がある。したがって、この点において改善の余地があった。

なお、その他関連する技術が、特許文献２に開示されている。

特開２０００−２３３７６５号公報 特開２００５−１５３６９７号公報

本発明は、上記事実を考慮し、衝撃吸収性能を向上させつつ、サイドフレームを意図した部位で折れ曲がり変形させることができる車両前部構造を提供することが目的である。

請求項１の車両前部構造は、車両幅方向両側部に車両前後方向に沿って設けられた一対のサイドフレームと、車両幅方向に沿って設けられ、一対の前記サイドフレームに連結するクロスメンバと、前記サイドフレームの車両幅方向内側で且つ該サイドフレームと前記クロスメンバとの連結部位の車両前後方向前側に設けられた脆弱部と、前記サイドフレームの内部における前記脆弱部と車両前後方向に重なる位置に設けられ、平面視において車両幅方向外側を開口側とするＵ字形状のＵ字部を有する補強部材と、を備えている。

請求項１の車両前部構造では、前面衝突時にサイドフレームにおけるクロスメンバとの連結部位の車両前後方向前側に応力が集中する。そして、サイドフレームにおける応力集中部位である補強部材の車両幅方向内側に設けられた脆弱部が折れ曲げ起点となって、サイドフレームが内側に折れ曲がり変形し、衝突エネルギーが吸収される。

このとき、補強部材のＵ字部は、車両幅方向外側の開口側が開くように変形するので、サイドフレームの内側への折れ曲がり変形を阻害しない、又は阻害することが抑制されている。また、補強部材が変形することによって、衝突エネルギーが吸収される。

したがって、衝撃吸収性能が向上しつつ、サイドフレームが意図した部位で折れ曲がり変形する。

請求項２の車両前部構造は、請求項１に記載の構造において、前記補強部材は、前記Ｕ字部を有するリインフォース本体と、前記リインフォース本体の前記Ｕ字部の内部に配置され、該Ｕ字部の車両前後方向後方側の壁面との間に隙間をあけて接合された内部リインフォースと、を備えている。

請求項２の車両前部構造では、補強部材は、リインフォース本体のＵ字部に内部リインフォースが接合されることによって剛性が向上し、衝突エネルギーの吸収性能が向上する。

なお、内部リインフォースは、リインフォース本体のＵ字部の車両前後方向後方側の壁面と隙間をあけて接合されている。よって、サイドフレームが内側に折れ曲がり変形する際に、リインフォース本体は、Ｕ字部の車両前後方向後方側の壁面と内部リインフォースとの間の隙間が開くように変形するので、サイドフレームの内側への折れ曲がり変形を阻害しない、又は阻害することが抑制されている。

請求項１に記載の発明によれば、衝撃吸収性能を向上させつつ、サイドフレームを意図した部位で折れ曲がり変形させることができる

請求項２に記載の発明によれば、衝突エネルギーの吸収性能が向上する。

本発明の一実施形態の車両前部構造が適用された車両の車体フレームの平面図である。 図１の車体フレームの要部を拡大した平面図である。 バルクリインフォースの斜視図である。 図１の車体フレームの要部を拡大した斜視図である。 図１の車体フレームのオフセット衝突時の変形を示す模式図である。 第一比較例の車体フレームのオフセット衝突時の変形を示す模式図である。 図１の車体フレーム及び第二比較例におけるオフセット衝突時のモーメントの変化を示すグラフである。

図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態の車両前部構造について説明する。なお、図中矢印ＵＰは車両上下方向上側を示し、図中矢印ＦＲは車両前後方向前側を示し、図中矢印ＯＵＴは車両幅方向外側を示している。

図１に示すように、車両１０には平面視において略梯子形状の車体フレーム１２が備えられている。車体フレーム１２は、車両幅方向両外側に車両前後方向に沿って設けられた左右一対のサイドフレーム２０と、車両幅方向に沿って設けられ左右のサイドフレーム２０間を連結する複数のクロスメンバ１４、１５、１６、１７、３０と、を有している。

サイドフレーム２０の前部には、平面視において車両前後方向前側に向かうに従って車両幅方向内側に傾斜したキック部２２が形成されている。また、このサイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａの車両前後方向後側に、前述したクロスメンバ３０が連結されている。このクロスメンバ３０よりも車両前後方向後側には、図示されていない車室（キャビン）が設けられている。

なお、以降の説明では、右側のサイドフレーム２０を図示して説明するが、左側のサイドフレーム２０も左右対称である以外は同様の構造である。

サイドフレーム２０は断面略矩形状の閉断面構造とされ、図２に示すように、サイドフレーム２０の内部におけるクロスメンバ３０との連結部位３２の車両前後方向前側に隣接して、補強部材の一例としてのバルクリインフォース５０が設けられている。

図２及び図３に示すように、バルクリインフォース５０は、リインフォース本体７０と内部リインフォース６０とを有している。

バルクリインフォース５０を構成するリインフォース本体７０は、車両幅方向外側を開口側として配置された平面視において略Ｕ字形状のＵ字部７２とフランジ部７９とを有し、全体としては平面視ハット形状を成している。Ｕ字部７２は、車両前後方向前側を構成する本体側前壁部７４と車両前後方向後側を構成する本体側後壁部７６と車両幅方向内側を構成する本体側内壁部７８とを有している。

図３に示すように、本体側前壁部７４及び本体側後壁部７６のそれぞれ車両幅方向外側は、正面視又は後面視で横Ｕ字形状に切欠かれると共に、上下の先端部からそれぞれフランジ部７９が車両前後方向前側又は後側に延出している。また、本体側内壁部７８の上部と下部とには、それぞれ車両幅方向に貫通する孔７７が形成されている。

図２及び図３に示すように、リインフォース本体７０のＵ字部７２内には、内部リインフォース６０が設けられている。内部リインフォース６０は、側面視において車両前後方向前側を開口側とする横Ｕ字形状を成している。

内部リインフォース６０は、リインフォース本体７０の本体側前壁部７４と本体側内壁部７８とに接合されている。また、内部リインフォース６０の車両前後方向後側を構成する内部側後壁部６２とリインフォース本体７０の本体側後壁部７６との間には、隙間６４が形成されている。言い換えると、バルクリインフォース５０は、リインフォース本体７０の本体側後壁部７６に対して内部リインフォース６０の内部側後壁部６２が接合されておらず隙間６４が形成された片側開放構造となっている。

前述したように、図２に示すバルクリインフォース５０は、断面矩形状の閉断面構造のサイドフレーム２０の内部におけるクロスメンバ３０との連結部位３２の車両前後方向前側に隣接して設けられている。そして、リインフォース本体７０のフランジ部７９が、サイドフレーム２０の車両幅方向外側を構成する外側壁２０Ａに接合されている。なお、リインフォース本体７０のＵ字部７２の本体側内壁部７８は、サイドフレーム２０の車両幅方向外側を構成する内側壁２０Ｂとの間に間隔があいている。

図２及び図４に示すように、サイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａ（クロスメンバ３０との連結部位３２の車両前後方向前側）における上側壁２０Ｃと内側壁２０Ｂとで構成される角部２０Ｄには、車両幅方向外側に凹状に窪んだビード５２が形成されている。また、ビード５２は、バルクリインフォース５０の車両幅方向内側に形成されている。言い換えると、バルクリインフォース５０とビード５２とは、側面視において車両前後方向に重なる位置に設けられている。

（作用及び効果）
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

図５は、一方のサイドフレーム２０のみに荷重を受けるような前面衝突、所謂オフセット衝突時の車体フレーム１２の変形が模式的に示されている。このオフセット衝突時において、サイドフレーム２０におけるクロスメンバ３０との連結部位３２の車両前後方向前側の部位、すなわちキック部２２の後端部２２Ａに応力が集中される。つまり、クロスメンバ３０は、応力集中部位を意図的に形成する機能を有する衝突モードコントロール用のクロスメンバとなっている。

オフセット衝突時には、サイドフレーム２０におけるキック部２２の前端部２２Ｂが屈曲変形すると共に、前述した応力集中部位であるキック部２２の後端部２２Ａの上側の角部２０Ｄに設けられたビード５２（図２及び図４参照）が折れ曲げ起点となって、サイドフレーム２０のキック部２２が内側に折れ曲がり変形（座屈）する。そして、このようにサイドフレーム２０が変形することで衝突エネルギーが吸収される。

図２及び図３に示すように、サイドフレーム２０の内部に接合されたバルクリインフォース５０は、リインフォース本体７０の本体側後壁部７６に対して隙間６４が形成されるように内部リインフォース６０が接合された片側開放構造となっている（リインフォース本体７０の本体側後壁部７６と内部リインフォース６０の内部側後壁部６２とは接合されていない）。

よって、前述したサイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａが折れ曲がり変形する際に、バルクリインフォース５０は、Ｕ字部７２の本体側後壁部７６と内部リインフォース６０の内部側後壁部６２との間の隙間６４の開口側（車両幅方向外側）が開くように変形する。

したがって、サイドフレーム２０の内部にバルクリインフォース５０が強固に接合されていても、バルクリインフォース５０はサイドフレーム２０の折れ曲がり変形を阻害しない、又は阻害することが抑制されている。

また、サイドフレーム２０の折れ曲がり変形後に、バルクリインフォース５０（図２及び図４を参照）が変形することによって、衝突エネルギーが吸収される。なお、本実施形態のバルクリインフォース５０は、リインフォース本体７０のＵ字部７２の内部に、内部リインフォース６０が接合され剛性が向上されているので、衝突エネルギーの吸収性能が向上されている。

このように、サイドフレーム２０がキック部２２の後端部２２Ａで折れ曲がり変形（座屈）すると共に、バルクリインフォース５０がサイドフレーム２０の折れ曲がり変形を阻害しないで又は阻害することを抑制して変形することによって、図示されていない車室よりも車両前後方向前側で効果的に衝突エネルギーが吸収される。

ここで、図６には、サイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａにビード５２とバルクリインフォース５０とが設けられていない第一比較例の車体フレーム１００が図示されている。

この第一比較例の車体フレーム１００の場合、オフセット衝突時にサイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａが内側に折れ曲がり変形（座屈）しない場合がある。この場合、衝突エネルギーが十分に吸収されないため、サイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａよりも車両前後方向後側の部位、例えば、図示していない車室の直下のマリッジ部２８で折れ曲がりが発生する虞がある。

これに対して、本実施形態の車体フレーム１２の場合、図４に示すように、サイドフレーム２０キック部２２の後端部２２Ａで折れ曲がり変形（座屈）して衝突エネルギーを十分に吸収する。よって、サイドフレーム２０のキック部２２の後端部２２Ａよりも車両前後方向後側の部位、例えば、図示していない車室の直下のマリッジ部２８での折れ曲がりの発生が防止又は抑制される。

また、図７は、キック部２２の後端部２２Ａにバルクリインフォース５０が設けられた本実施形態のサイドフレーム２０と、キック部２２の後端部２２Ａにバルクリインフォース５０が設けられていない第二比較例のサイドフレームと、の曲げモーメントの変化を比較したグラフである。なお、実線が本実施形態のサイドフレーム２０であり、破線が第二比較例のサイドフレームである。また、横軸が衝突直後からの経過時間であり、縦軸がモーメント（Ｎ・ｍ）である。

このグラフを見ると判るように、バルクリインフォース５０の有無にかかわらずキック部２２の後端部２２Ａの折れ曲がり開始モーメント位置Ｐは略同じであることが判る。

しかし、折れ曲がり開始モーメント位置Ｐから後のＭ１及びＭ２を比較すると、バルクリインフォース５０を設けることで、折れ曲がり変形後のモーメントが増大している。すなわち、バルクリインフォース５０を設けることで、衝突エネルギーの吸収量が増加することが判る。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、折れ曲げ起点となる脆弱部は、ビード５２は車両幅方向内側の上側の角部２０Ｄに形成されていたが、これに限定されない。例えば、車両幅方向内側の下側の角部に形成されていてもよいし、内側壁２０Ｂに形成されていてもよい。更に、ビード以外、例えば、孔や板厚を薄くした部位などで折れ曲げ起点となる脆弱部を設けてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、補強部材は、図２及び図３に示すリインフォース本体７０のＵ字部７２の本体側後壁部７６に対して隙間６４が形成されるように内部リインフォース６０が接合された片側開放構造のバルクリインフォース５０であったが、この構造に限定されるものではない。サイドフレーム２０の折れ曲がり変形を阻害しない又は阻害することが抑制されるように、車両幅方向外側の開口が開いて変形するＵ字部を有する補強部材であればよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

２０ サイドフレーム
３０ クロスメンバ
３２ 連結部位
５０ バルクリインフォース（補強部材）
５２ ビード（脆弱部）
６０ 内部リインフォース
７０ リインフォース本体
７２ Ｕ字部

Claims (2)

1. 車両幅方向両側部に車両前後方向に沿って設けられた一対のサイドフレームと、
   車両幅方向に沿って設けられ、一対の前記サイドフレームに連結するクロスメンバと、
   前記サイドフレームの車両幅方向内側で且つ該サイドフレームと前記クロスメンバとの連結部位の車両前後方向前側に設けられた脆弱部と、
   前記サイドフレームの内部における前記脆弱部と車両前後方向に重なる位置に設けられ、平面視において車両幅方向外側を開口側とするＵ字形状のＵ字部を有する補強部材と、
   を備える車両前部構造。
2. 前記補強部材は、
   前記Ｕ字部を有するリインフォース本体と、
   前記リインフォース本体の前記Ｕ字部の内部に配置され、該Ｕ字部の車両前後方向後方側の壁面との間に隙間をあけて接合された内部リインフォースと、
   を備える請求項１に記載の車両前部構造。