JP6683393B2 - 車両の衝撃緩和機構 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば自動車といった車両の衝撃緩和機構に関する。

自動車といった車両では、衝突時に乗員を保護することが求められている。このため、たとえば自動車では、車体の乗員室から前へ水平方向に沿って延在するフロントサイドフレームといった骨格部材が用いられる（特許文献１、２）。フロントサイドフレームは、車両が前から衝突する際に、衝撃入力により圧縮変形し、これにより衝撃を吸収する。その結果、乗員室の変形を抑え、乗員室に乗車した乗員を保護することができる。
また、乗員室には、乗員が着座するシートとともに、シートベルト、エアバッグなどの乗員保護装置が用いられる（特許文献３）。衝突時にシートベルトはロックされ、エアバッグは展開され、これにより乗員が大きく前へ移動したり、乗員の上体が大きく前へ倒れたりすることを抑制できる。
これらの機構により、衝突時の乗員の安全性を高めている。

特開２０１５−０４４５２３号公報 特開２０１５−１４００２５号公報 特開２００７−２０３９３０号公報

しかしながら、衝突時の乗員保護機能は、これで十分ということにはならない。
たとえば高い速度で車両が追突する場合、シートベルトなどが適切に作動したとしても、乗員には、上体を大きく前へ倒す力が作用する。前へ倒れる上体には、シートベルトが強く押し付けられることになる。

このように自動車といった車両では、衝突の際に乗員に作用する力を弱めて、乗員の保護レベルを更に改善することが求められている。

本発明に係る車両の衝撃緩和機構は、乗員が着座するシートが設けられる車体と、前記車体に設けられ、先端からの衝突入力により軸方向に沿って圧縮変形される前記車体の骨格部材と、衝突の際に衝撃入力側が反対側より上がるように前記車体の前記骨格部材を傾ける傾斜機構と、前記骨格部材の先端と隣接するように前記車体に設けられ、衝突の際に前記車体の衝突面と一体化した状態で前記骨格部材の先端と接触する接触部材と、
前記車体に設けられ、傾いた前記骨格部材と接触して前記骨格部材の傾斜を規制する規制部材と、を有し、
前記傾斜機構は、前記骨格部材の先端および前記接触部材についての前記骨格部材との接触面が、衝突の際に互いに圧接されることにより前記骨格部材の先端を相対的に上方に移動させて前記骨格部材を傾斜させ、前記骨格部材の衝撃入力側を反対側より上げるように傾ける。

好適には、前記規制部材は、前記接触部材の前記接触面の上側に、前記接触部材と一体的に設けられる、とよい。

本発明では、傾斜機構により、衝突の際に衝撃入力側が反対側より上がるように車体が傾けられ、シートに着座した乗員に対して衝突入力側の反対側へ若干倒す力を作用させることが可能になる。そして、衝突の際にシートに着座した乗員が衝突入力側の反対側へ若干倒れることにより、乗員に対して衝突入力側へ倒す力の一部を相殺できる。たとえば高い速度で車両が追突して乗員の上体に対して大きく前へ倒す力が作用したとしても、その一部を相殺して、前へ倒れる上体がシートベルトに対して強く押し付けられ難くできる。その結果、乗員の保護レベルを高めることができる。
特に、本発明では、シートのたとえば背もたれといった一部を倒すのではなく、車両全体を倒している。その結果、シート全体を傾けてシート上の着座状態が衝突前の状態から変化しないようにできる。また、シートに着座した乗員とシートベルトまたはエアバッグとの相対位置も変化しないので、これらの装置による保護性能を損なうこともない。その結果、車両を傾けなかった場合と同等の性能を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態が適用される自動車の模式的なの側面透視図である。 図２は、前室の車体構造の模式図である。 図３は、図２の車体が他の車体または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である（その１）。 図４は、図２の車体が他の車体または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である（その２）。 図５は、図３および図４の変形が生じる場合の車体の挙動を示す説明図である。 図６は、変形例に係る前室の車体構造の模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態が適用される自動車１の模式的なの側面透視図である。
自動車１は、車両の一例である。

図１の自動車１は、前室３、乗員室４、および後室５が画成された車体２を有する。車体２は、たとえばモノコック構造を有する。
モノコック構造の車体２では、前室３において、乗員室４の前壁であるトーボード１１から前へ向かって、一対のフロントサイドフレーム１２が略水平に伸在する。前後方向に延在するフロントサイドフレーム１２の前側の先端には、クラッシュボックス１３が連結される。一対のクラッシュボックス１３の前側の先端には、フロントバンパービーム１４が取り付けられる。フロントバンパービーム１４の前側には、車体２の前壁を構成するフロントバンパーフェイス１５が配置される。フロントバンパーフェイス１５は、フロントバンパービーム１４に対して取り付けられても、フロントバンパービーム１４と一体化して形成されてもよい。
また、後室５において、乗員室４の後壁から後へ向かって一対のリアサイドフレームが略水平に伸在する。リアサイドフレームの後端の先端には、リアクラッシュボックスが連結される。一対のリアクラッシュボックスの後側の先端には、リアバンパービームが取り付けられる。リアバンパービームの後側には、車体２の後壁を構成するリアバンパーフェイスが配置される。リアバンパーフェイスは、リアバンパービームに対して取り付けられても、リアバンパービームと一体化して形成されてもよい。
このような骨格構造を有する車体２では、たとえば車体２が他の車体１００に追突する場合、フロントバンパーフェイス１５が他の車体１００と接触する。そして、追突の衝撃荷重の入力の程度に応じて、フロントバンパービーム１４、一対のクラッシュボックス１３、一対のフロントサイドフレーム１２が、その順番で圧縮変形する。このように車体２の骨格部材が先端からの衝突荷重の入力により軸方向に沿って圧縮変形することにより、衝撃を吸収する。その結果、乗員室４に変形が及び難くなる。

また、乗員室４内では、シート２１に着座した乗員の前でシートベルト２２がロックされることにより、乗員が前へ移動し難くなるように支えられる。また、乗員の前で、エアバッグ３５が展開する。
これらの仕組みにより、車両は、乗員を保護する。
しかしながら、衝突時の乗員保護機能は、これで十分ということにはならない。
たとえば高い速度で車両が追突する場合、シートベルト２２などが適切に作動したとしても、乗員には、上体を大きく前へ倒す力が作用する。前へ倒れる上体には、シートベルト２２が強く押し付けられることになる。
このように自動車１といった車両では、衝突の際に乗員に作用する力を弱めて、乗員の保護レベルを更に改善することが求められている。

図２は、前室３の車体構造の模式図である。
図２には、フロントサイドフレーム１２、クラッシュボックス１３、フロントバンパービーム１４、フロントバンパーフェイス１５、が図示されている。

フロントサイドフレーム１２は、高剛性の金属鋼板を、四角形断面の中空の柱形状に成形したものである。フロントサイドフレーム１２は、車体２の前室３において、略水平方向に沿って延在する。
フロントサイドフレーム１２の前側の先端には、クラッシュボックス１３が連結される。フロントサイドフレーム１２とクラッシュボックス１３とは、たとえばねじ止めにより連結されてよい。
クラッシュボックス１３は、たとえば金属材料または樹脂材料からなる。クラッシュボックス１３は、フロントサイドフレーム１２より圧縮され易く形成されてよい。本実施形態のクラッシュボックス１３は、フロントサイドフレーム１２より上下に長くなるように、縦長の略立方体形状を有する。
クラッシュボックス１３の先端には、フロントバンパービーム１４が連結される。クラッシュボックス１３とフロントバンパービーム１４とは、たとえばねじ止めにより連結されてよい。
フロントバンパービーム１４は、たとえば樹脂材料からなる。フロントバンパービーム１４は、一対のクラッシュボックス１３と連結される一対の取付部３６と、車幅方向に延在して一対の取付部３６が両端近傍に設けられるビーム本体３７と、を有する。本実施形態において、取付部３６は、クラッシュボックス１３と同じ高さの略立方体形状を有する。
フロントバンパービーム１４の前側には、フロントバンパーフェイス１５が位置する。フロントバンパーフェイス１５は、車体２の前壁を構成する板状の樹脂部品である。

また、本実施形態では、このような車体２の前室３において前後方向に沿って延びる骨格構造において、追突の際に骨格構造を上下にずらすための傾斜機構が設けられる。追突の際に骨格構造が上下にずれることにより、車体２の衝撃入力側（前側）がその反対側（後側）より上がるように車体２が傾く。
具体的には、フロントサイドフレーム１２の軸方向に沿って一直線状に配列されるフロントサイドフレーム１２の先端およびクラッシュボックス１３についての後側の接触面４１が、共に前上がりに傾斜して形成される。フロントサイドフレーム１２およびクラッシュボックス１３の軸方向に対して垂直な方向ではなく、軸方向に対して９０°より小さい角度を成すように傾斜して形成される。前上がりに傾斜して形成されたフロントサイドフレーム１２の先端は、前上がりに傾斜して形成されたクラッシュボックス１３の後側の接触面４１と向かい合わせに配置され、接触面４１と全体的に接触している。
また、クラッシュボックス１３と連結されるフロントサイドフレーム１２は、クラッシュボックス１３の下部に連結される。これにより、クラッシュボックス１３の接触面４１は、フロントサイドフレーム１２の上に突出する。

また、本実施形態では、前上がりに傾斜して形成されたクラッシュボックス１３の接触面４１の上側には、規制部材５１が設けられる。規制部材５１は、クラッシュボックス１３と一体的に設けられ、クラッシュボックス１３の後側の接触面４１の上縁から後方へ向かって突出する。追突前の通常状態において、フロントサイドフレーム１２の先端の上側に位置する規制部材５１は、フロントサイドフレーム１２から離間している。

次に、このような傾斜機構を有する車体２についての追突の際の動作について説明する。
図３および図４は、図２の車体２が他の車体１００または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である。

図３（Ａ）に示すように、追突前の車体２では、フロントサイドフレーム１２、クラッシュボックス１３、およびフロントバンパービーム１４は、フロントバンパーフェイス１５の後側において水平方向に沿って一直線状に伸在する。また、フロントサイドフレーム１２の先端およびクラッシュボックス１３についての後側の接触面４１とは、この水平方向に沿った一直線状の方向に対して、９０°より小さい角度を成すように前上がりに傾斜する。

次に、図３（Ｂ）に示すように、車両が構造体へ追突する。これにより、フロントバンパーフェイス１５の外面は構造体と高い圧力で接触する。また、フロントバンパービーム１４の先端もフロントバンパーフェイス１５の内面と高い圧力で接触する。これにより、少なくとも追突した直後のタイミングでは、フロントバンパーフェイス１５およびフロントバンパービーム１４は、構造体に対してずれないように位置決めされる。フロントバンパーフェイス１５およびフロントバンパービーム１４は、追突した状態の位置から、水平方向に沿って後方へ向かって延在するように、仮固定状態（仮に一体化した状態）になる。

次に、図３（Ｃ）に示すように、追突した車体２が更に前へ移動すると、最も座屈し易いフロントバンパービーム１４が軸方向（ここでは水平方向）に沿って圧縮変形する。その後、フロントバンパービーム１４とクラッシュボックス１３との間の圧力が高まる。クラッシュボックス１３は、水平方向に沿って後方へ向かって延在するように、仮固定状態（仮に一体化した状態）になる。

次に、図３（Ｄ）に示すように、追突した車体２が更に前へ移動すると、二番目に座屈し易いクラッシュボックス１３が軸方向（ここでは水平方向）に沿って圧縮変形する。その後、クラッシュボックス１３とフロントサイドフレーム１２との間の圧力が高まる。
この際、フロントサイドフレーム１２の先端、およびクラッシュボックス１３についての後側の接触面４１は、共に前上がりに傾斜して形成されているので、フロントサイドフレーム１２は、前へ移動しようとする力が作用することにより、クラッシュボックス１３の傾斜面に沿って斜め上方向へずれようとする。このずれによるせん断力により、フロントサイドフレーム１２とクラッシュボックス１３とを連結していたネジが破断する。また、ネジが破断し始めると、フロントサイドフレーム１２は、その先端の傾斜とクラッシュボックス１３の後側の傾斜面の傾斜にしたがって、クラッシュボックス１３の傾斜面に沿って斜め上方向へ移動し始める。
その後、図４（Ａ）に示すように、上側へ移動したフロントサイドフレーム１２は、クラッシュボックス１３の傾斜面の上縁から後へ突出している規制部材５１に当たり、上への移動が抑制される。フロントサイドフレーム１２の先端は、規制部材５１に当接した傾斜状態で、クラッシュボックス１３に対して上下左右にずれ難い仮固定状態（仮に一体化した状態）になる。フロントサイドフレーム１２は、前上がりに傾斜した状態で、クラッシュボックス１３に対してずれないように規制される。
次に、図４（Ｂ）に示すように、追突した車体２が更に前へ移動すると、傾斜したフロントサイドフレーム１２が軸方向に沿って圧縮変形し始める。

以上の一連の動作により、図２の車体２では、フロントバンパービーム１４、クラッシュボックス１３、およびフロントサイドフレーム１２の圧縮変形により、追突の衝撃（荷重）を吸収できる。その結果、乗員室４が変形し難くなる。

図５は、図３および図４の変形が生じる場合の車体２の挙動を示す説明図である。
図５（Ａ）は、衝突前の車体２がほぼ水平である通常状態である。
図５（Ｂ）は、衝突直後の車体２がほぼ水平である通常状態である。
図５（Ｃ）は、フロントサイドフレーム１２が変形し始めた後の車体２が前上がりに傾いた傾斜状態である。

このように追突の衝撃を利用してフロントサイドフレーム１２がその先端（衝撃入力側）が後端（反対側）に対して相対的に上がるように傾斜することにより、フロントサイドフレーム１２とともに車体２も前上がりに傾く。車体は、フロントサイドフレーム１２が圧縮変形するような強い衝突の場合、図５（Ｂ）の水平な通常状態から、図５（Ｃ）の前上がりに傾いた傾斜状態になる。
その結果、追突中に、車体２に対して固定されているシート２１、およびシート２１に着座している乗員も前上がりに傾く。このように追突中に乗員室４およびシート２１の全体が前上がりに傾くことにより、シート２１に着座している乗員の上体には後へ倒れようとする力が作用する。また、実際に乗員の上体には後へ倒れる。それゆえ、本実施形態では、衝突中に、シート２１に着座した乗員に対して、衝突入力側の反対側へ若干倒す力を作用させることができる。そして、衝突の際にシート２１に着座した乗員が衝突入力側の反対側へ若干倒れることにより、乗員を衝突入力側へ倒そうとする力の一部を相殺できる。たとえば高い速度で車両が追突して乗員の上体に対して大きく前へ倒す力が作用したとしても、その一部を相殺して、前へ倒れる上体がシートベルト２２に対して強く押し付けられ難くなる。その結果、乗員の保護レベルを高めることができる。

以上のように、本実施形態では、傾斜機構により、衝突の際に衝撃入力側が反対側より上がるように車体２が傾けられ、シート２１に着座した乗員に対して衝突入力側の反対側へ若干倒す力を作用させることが可能になる。そして、衝突の際にシート２１に着座した乗員が衝突入力側の反対側へ若干倒れることにより、乗員に対して衝突入力側へ倒す力の一部を相殺できる。たとえば高い速度で車両が追突して乗員の上体に対して大きく前へ倒す力が作用したとしても、その一部を相殺して、前へ倒れる上体がシートベルト２２に対して強く押し付けられ難くできる。その結果、乗員の保護レベルを高めることができる。
特に、本実施形態では、シート２１のたとえば背もたれといった一部を倒すのではなく、車両全体を倒している。その結果、シート２１全体を傾けてシート２１上の着座状態が衝突前の状態から変化しないようにできる。また、シート２１に着座した乗員とシートベルト２２またはエアバッグ３５との相対位置も変化しないので、これらの装置による保護性能を損なうこともない。その結果、車両を傾けなかった場合と同等の性能を得ることができる。

また、本実施形態では、車体２において、フロントサイドフレーム１２の先端と隣接するようにクラッシュボックス１３が設けられる。そして、フロントサイドフレーム１２の先端および衝突の際にこれと接触するクラッシュボックス１３の接触面４１が、衝突の際に互いに圧接されることによりフロントサイドフレーム１２の先端を相対的に上げる向きに傾斜している。よって、衝突の際の衝撃そのものを利用して、衝突の際に車体２の衝突面と一体化した状態でフロントサイドフレーム１２の先端と接触するクラッシュボックス１３を基準として、車体２のフロントサイドフレーム１２を衝撃入力側が反対側より上がるように傾けることができる。その結果、フロントサイドフレーム１２および車体２を、衝撃入力側が反対側より上がるように傾けることができる。

また、本実施形態では、傾いたフロントサイドフレーム１２と接触してフロントサイドフレーム１２の傾斜を規制する規制部材５１が、車体２のクラッシュボックス１３に設けられている。よって、衝突の際の衝撃そのものを利用して傾くフロントサイドフレーム１２および車体２の傾きを規制することができる。

特に、本実施形態では、規制部材５１は、クラッシュボックス１３の接触面４１の上側に設けられる。よって、フロントサイドフレーム１２が規制部材５１より上へ移動するように、フロントサイドフレーム１２および車両が大きく傾かないようにできる。しかも、規制部材５１がクラッシュボックス１３と一体的に設けられることにより、衝突の際に車体２の衝突面と一体化した状態にあるクラッシュボックス１３が、車両の衝突面とフロントサイドフレーム１２との間に維持され、傾斜後のフロントサイドフレーム１２に対して荷重が軸方向に沿って入力される状態を維持することができる。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

たとえば上記実施形態では、連結される骨格部材の間において、軸方向に対して傾斜される傾斜面等は、フロントサイドフレーム１２とクラッシュボックス１３との接触部分に設けられている。
この他にもたとえば、傾斜面等は、たとえばクラッシュボックス１３とフロントバンパービーム１４との接触部分に設けても、フロントバンパービーム１４とフロントバンパーフェイス１５との接触部分に設けてもよい。

図６は、本発明の実施形態の変形例での、前室３の車体構造の模式図である。
図６において、クラッシュボックス１３とフロントバンパービーム１４との接触面４１は、軸方向に対して前上がりに傾斜している。
また、車両の他の骨格部材の連結部分、たとえばリアサイドフレームの後側の先端とリアクラッシュボックスの接触面とに設けてもよい。この場合、衝突の際にリアサイドフレームが後上がりに傾斜し、乗員の上体を後へ倒す力の一部を相殺することができる。

１…自動車（車両）
２…車体
１１…トーボード
１２…フロントサイドフレーム（骨格部材）
１３…クラッシュボックス（接触部材）
１４…フロントバンパービーム
１５…フロントバンパーフェイス
２１…シート
２２…シートベルト
３５…エアバッグ
４１…接触面（傾斜機構）
５１…規制部材
１００…他の車体

Claims (2)

1. 乗員が着座するシートが設けられる車体と、
   前記車体に設けられ、先端からの衝突入力により軸方向に沿って圧縮変形される前記車体の骨格部材と、
   衝突の際に衝撃入力側が反対側より上がるように前記車体の前記骨格部材を傾ける傾斜機構と、
   前記骨格部材の先端と隣接するように前記車体に設けられ、衝突の際に前記車体の衝突面と一体化した状態で前記骨格部材の先端と接触する接触部材と、
   前記車体に設けられ、傾いた前記骨格部材と接触して前記骨格部材の傾斜を規制する規制部材と、
   を有し、
   前記傾斜機構は、
   前記骨格部材の先端および前記接触部材についての前記骨格部材との接触面が、衝突の際に互いに圧接されることにより前記骨格部材の先端を相対的に上方に移動させて前記骨格部材を傾斜させ、前記骨格部材の衝撃入力側を反対側より上げるように傾ける、
   車両の衝撃緩和機構。
2. 前記規制部材は、前記接触部材の前記接触面の上側に、前記接触部材と一体的に設けられる、
   請求項１記載の車両の衝撃緩和機構。

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