JP6907915B2 - 車両のエプロンアッパメンバ - Google Patents

Description

本発明は、車両のフロントピラーから車両前方に延びるエプロンアッパメンバの構造に関する。

車両前部に設けられたエンジンルームの車両幅方向両側方には、ホイールハウスとサスペンションタワーが一体に形成されたエプロンが設けられており、エプロンの上側には後端部がフロントピラーに接合されて車両前方に延びてエプロンを補強するエプロンアッパメンバが設けられている。エプロンアッパメンバは、剛性を確保する必要があると同時に車両の前突等により衝突荷重が入力された際の衝撃力を吸収する必要がある。このため、エプロンアッパメンバにビードと膨出部を設け、衝突荷重が入力された際にエプロンアッパメンバが円滑に座屈可能とする構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０-５３１５９号公報

特許文献１に記載されたエプロンアッパメンバは、衝突荷重が入力されると複数のビードあるいは膨出部が順次座屈の起点になって、衝突荷重が入力されている間は連続的に座屈が発生する。このため、比較的小さな衝突荷重で座屈が発生し、その座屈が連続して発生する。このように、比較的小さな衝突荷重で座屈が発生すると、衝突初期の減速加速度が小さく、シートベルト拘束までに時間がかかり、乗員が前に移動して車体に近づいてしまう場合がある。また、座屈が連続的に発生することにより、減速加速度が連続して乗員にかかり、乗員が連続的に車体に近づいてしまう。このため、特に、高速で衝突した際には、乗員が車体に大きく近づいてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、衝突の際に乗員が車体に大きく近づくことを抑制することを目的とする。

本発明の車両のフロントアッパメンバは、フロントピラーから車両前方に延びる車両のエプロンアッパメンバであって、板金構造で車両後方端がフロントピラーに接続される後半部分と、後半部分に接続されて車両前方に延び、車両の前突時に車両前後方向に圧縮塑性変形するクラッシュボックスが車両前方端に接続される鋳造品の前半部分と、を有し、前半部分は後半部分との接続部のすぐ車両前方の位置に強度低下部を有すること、を特徴とする。

このように、硬い鋳造品の前半部分で衝突荷重を受けることにより、衝突初期の減速加速度を大きくしてシートベルトを早期に拘束状態とする。前半部分は鋳造品で脆いので、その後の大きな衝突荷重の入力により強度低下部に折れ破断が発生する。これにより、一時的に減速加速度が低下し、乗員の前方移動速度が低下し、乗員が車体に大きく近づくことを抑制できる。また、強度低下部が後半部分と接続される接続部のすぐ車両前方の位置に配置されているので、強度低下部が折れ破断してからバリアが後半部分に接触して後半部分に衝突荷重がかかり始めるまでに時間がかかる。このため減速加速度が小さい期間が長くなり、乗員が車体に近づくことを効果的に抑制することができる。さらに、後半部分を大きな伸び変形の可能な板金構造としているので、後半部分は、前半部分が折れ破断した際につぶれないで残っており、前半部分が折れ破断した後に衝突荷重を受けると共に折れ曲がり変形により衝突荷重を吸収できる。これにより、衝突荷重の大きい場合でもバリアの侵入を効果的に抑制できる。

本発明の車両のエプロンアッパメンバにおいて、前記後半部分は、閉断面構造であり、前記前半部分は前記接続部と、前記強度低下部と、それ以外の一般部とを有し、前記一般部と前記接続部とは溝型断面で、ウェブと、前記ウェブの両端から立設するフランジと、前記ウェブの表面に配置された補強リブとを含み、前記強度低下部は、前記ウェブの表面に前記補強リブが配置されておらず、前記ウェブ又は前記フランジが前記溝型断面の外形寸法が小さくなる方向に湾曲していること、としてもよい。

このように、前半部分をリブが配置された溝型断面形状にして強度を確保すると共に、リブを設けず、ウェブ又はフランジを湾曲させるという構造により強度低下部を構成することにより、前半部分を鋳造品で構成可能としている。また、後半部分を閉断面構造とすることにより、前半部分が折れ破断した際につぶれないで残るような強度を確保し、前半部分が折れ破断した後に衝突荷重を効果的に受け止めてバリアの侵入を抑制することができる。

本発明の車両のエプロンアッパメンバにおいて、前記クラッシュボックスが圧縮塑性変形を開始するまでの間に乗員拘束装置が発動する減速加速度を発生させること、としてもよい。

これにより、衝突初期にクラッシュボックスが圧縮塑性変形する間にシートベルトを拘束状態にすることができ、乗員が車体に大きく近づくことを抑制できる。

本発明は、衝突の際に乗員が車体に近づくことを抑制できる。

実施形態のエプロンアッパメンバを組み込んだ車両の前部構造を示す斜視図である。 実施形態のエプロンアッパメンバを車両外側から見た拡大斜視図である。 図２に示すエプロンアッパメンバを車両内側から見た立面図（ａ）とＢ部を車両上方から見た平面図（ｂ）である。 図２に示すＡ−Ａ断面図である。 実施形態のエプロンアッパメンバを組み込んだ車両が衝突した際の衝突荷重の時間変化を示す図である。 図５に示す時刻ｔ１におけるエプロンアッパメンバの変形を示す斜視図である。 図５に示す時刻ｔ３におけるエプロンアッパメンバの変形を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態の車両１００のエプロンアッパメンバ１０について説明する。最初に図１を参照しながら実施形態のエプロンアッパメンバ１０を組み込んだ車両１００の前部構造２００について説明する。

車両１００の車室１５０よりも前側には、エンジンあるいはモータ等のパワーユニット１１０が搭載されるエンジンコンパートメント１０１が設けられている。エンジンコンパートメント１０１の下部の車両幅方向両側部には、車両前後方向に延びる構造部材であるフロントサイドメンバ１０２が設けられている。フロントサイドメンバ１０２の前端は、クラッシュボックス１０３を介してフロントクロスメンバ１０４に接続されている。

フロントサイドメンバ１０２の車両幅方向両側方には、ホイールハウス１０６とサスペンションタワー１０５とが一体に形成されたエプロン１０７が設けられており、ホイールハウス１０６の上側とサスペンションタワー１０５の車両幅方向には後端がフロントピラー１２０に接合されて車両前方に延びてエプロン１０７を補強するエプロンアッパメンバ１０が設けられている。エプロンアッパメンバ１０の前端は、クラッシュボックス５０を介してフロントクロスメンバ１０４に接続されている。

図２に示すように、エプロンアッパメンバ１０は、板金構造で車両後方端４０ｒの接続フランジ４３がフロントピラー１２０に溶接接続される後半部分４０と、後半部分４０に接続されて車両前方に延び、車両１００の前突時に車両前後方向に圧縮塑性変形するクラッシュボックス５０が接続されるアルミダイカスト等の鋳造品の前半部分２０と、を有している。

図２は、エプロンアッパメンバ１０を車両外側から見た拡大斜視図であり、図３（ａ）は、エプロンアッパメンバ１０を図２と反対側の車両内側から見た立面図である。図２、図３（ａ）に示すように、前半部分２０は、一般部２１と、一般部２１よりも強度が低くなっている強度低下部２５と、後半部分４０と接続される接続部２６とを有している。一般部２１は、板状のウェブ２２とウェブ２２の車両上下方向の上端から車両内側に向かって立設する上フランジ２３と、ウェブ２２の下端から車両幅方向内側に向かって立設する下フランジ２４とを含む溝型断面である。つまり、各フランジ２３、２４は、ウェブ２２の車両上下方向の両端から車両幅方向内側に向かって延びている。図４に示すように、接続部２６は、一般部２１と同様、ウェブ２２、上フランジ２３、下フランジ２４で構成される溝型断面である。強度低下部２５は、一般部２１と接続部２６との間の部分である。

図２、図３（ａ）に示すように、一般部２１の車両前方側は、車両前方に向かって真っすぐに延びる上アーム２１Ｕと、図１に示すホイールハウス１０６に沿って車両前方斜め下方向に向かって延びる下アーム２１Ｄとに分かれている。上アーム２１Ｕと下アーム２１Ｄとの間には平板状の凹部２９ａが設けられている。凹部２９ａには、重量軽減のための穴２９が設けられている。また、凹部２９ａとウェブ２２との間に立設する縦壁２９ｂが設けられている。同様に、下アーム２１Ｄのウェブ２２と凹部２９ａの間に立設する縦壁２９ｃが設けられている。下アーム２１Ｄの先端（前半部分２０の車両前方端２０ｅ）には、クラッシュボックス５０が接続されるプレート３２が取り付けられている。

プレート３２の車両前方側にはクラッシュボックス５０が接続されている。クラッシュボックス５０は、プレート５３を介して図１に示すフロントクロスメンバ１０４に接続されている。クラッシュボックス５０は、車両幅方向に延びるビード５２が車両前後方向に１段又は２段に配置された箱状部材である。ビード５２は、例えば、Ｖ字状の溝で、圧縮塑性変形の起点となるものである。本実施形態では、クラッシュボックス５０は、圧縮塑性変形の起点となるビード５２の本数が少ないので、圧縮塑性変形を開始するまでの間に大きな衝突荷重Ｆを受けることができ、この間に乗員拘束装置であるシートベルトの拘束が発動する減速加速度を発生させる。

図３（ａ）に示すように、一般部２１のウェブ２２の車両幅方向内側の表面には、縦リブ２７と、補強リブ３０、３１とが配置されている。また、接続部２６のウェブ２２の車両幅方向内側の表面には、縦リブ２８が設けられている。縦リブ２７は、一般部２１と強度低下部２５とを仕切るリブであり、縦リブ２８は、強度低下部２５と接続部２６とを仕切るリブである。補強リブ３０は、車両前方端２０ｅに設けられたプレート３２と縦リブ２７とを下フランジ２４と平行に接続するリブである。補強リブ３１は補強リブ３０と下フランジ２４との間にトラス構造を形成するリブである。従って、下アーム２１Ｄは、補強リブ３０と下フランジ２４とウェブ２２により構成される溝型断面であり、プレート３２と縦リブ２７とは、下フランジ２４、補強リブ３０、３１で構成されるトラスで接続されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、強度低下部２５は、ウェブ２５ａ、上フランジ２５ｂ、下フランジ２５ｃで構成される溝型断面である。図３（ａ）に示すようにウェブ２５ａの車両幅方向内側の面には、補強リブ３０、３１が配置されていない。また、図３（ａ）に示すように、上フランジ２５ｂは下方向に凸に湾曲し、下フランジ２５ｃは上方向に凸に湾曲している。また、図３（ｂ）に示すように、ウェブ２５ａは、フランジ２５ｂ、２５ｃの延びる方向である車両内側に向かって湾曲している。このように、ウェブ２５ａと各フランジ２５ｂ，２５ｃは強度低下部２５の溝型断面の外形寸法が小さくなる方向に湾曲している。

以上説明したように、前半部分２０の一般部２１、強度低下部２５、接続部２６は、いずれもウェブ２２、２５ａ、上下フランジ２３、２４、２５ｂ，２５ｃで構成される溝形断面である。一般部２１、接続部２６は、強度確保のためにウェブ２２の表面に補強リブ３０、３１を配置した構成となっている。また、強度低下部２５は、補強リブ３０、３１を配置せず、ウェブ２５ａ、フランジ２５ｂ，２５ｃを湾曲させることで構成されている。このため、前半部分２０は、アルミダイカストのような鋳造で容易に製造することができる。

図４に示すように、後半部分４０は、平板状のインナパネル４１と、ハット状のアウタパネル４２とをスポット溶接４６で溶接して四角い閉断面構造としたものである。後半部分４０の閉断面の内径寸法は、前半部分２０の接続部２６の外形寸法と略同一であり、接続部２６は車両後方端２０ｒから後半部分４０の閉断面の中にぴったりと嵌め込まれている。後半部分４０と接続部２６とは、フリクションスクリュー４５をねじ込んで溶接固定するフリクションスクリュー溶接（ＦＳＷ）で固定されている。また、図２に示すように、前半部分２０の強度低下部２５は、後半部分４０と接続される接続部２６のすぐ車両前方の位置に配置されている。

次に図５から図７を参照しながら、実施形態のエプロンアッパメンバ１０を組み込んだ車両１００が前突した際の衝突荷重Ｆの時間変化とエプロンアッパメンバ１０の変形について説明する。

車両１００が図５に示す時刻ｔ０に、図６に示すバリア６０に衝突すると、フロントクロスメンバ１０４から前半部分２０の車両前方端２０ｅに接続されているクラッシュボックス５０に衝突荷重Ｆが入力される。クラッシュボックス５０は、圧縮塑性変形の起点となるビード５２の本数が少ないので、圧縮塑性変形を開始するまでの間に大きな衝突荷重Ｆをエプロンアッパメンバ１０に伝達する。エプロンアッパメンバ１０の前半部分２０の下アーム２１Ｄ、後半部分４０は、受けた大きな衝突荷重Ｆをフロントピラー１２０に伝達する。これにより、車両１００にシートベルトの拘束が発動する減速加速度が発生し、図５に示す時刻ｔ０の直後の衝突初期において、シートベルトにより乗員が拘束され、乗員が車体前方に近づくことが抑制される。

そして、図５の時刻ｔ０からｔ１に向かって衝突荷重Ｆが大きくなって来ると、クラッシュボックス５０は圧縮塑性変形を開始してつぶれ始める。そして、クラッシュボックス５０がつぶれると、より大きな衝突荷重Ｆがエプロンアッパメンバ１０に入力されてくる。この大きな衝突荷重Ｆは、エプロンアッパメンバ１０の前半部分２０の強度低下部２５に集中する。前半部分２０は、脆いアルミダイカスト等の鋳造品であるから、衝突荷重Ｆが集中する強度低下部２５のフランジ２５ｂ，２５ｃ或いはウェブ２５ａは破断を起こす。そして、図５に示す時刻ｔ１に図６に示すように、強度低下部２５が車両上方向に跳ね上がるように破断する。後半部分４０は、大きな伸び変形の可能な鋼板の板金構造としているので、前半部分２０が折れ破断した際に、つぶれないで残っている。

図５に示すように、時刻ｔ１に前半部分２０の強度低下部２５が折れ破断すると、エプロンアッパメンバ１０の受ける衝突荷重Ｆは、図５に示す時刻ｔ２に向かって急速に低下する。この間、エプロンアッパメンバ１０からフロントピラー１２０に伝達される衝突荷重Ｆも急速に低下する。このため、車両１００の減速加速度が急速に小さくなり、乗員はほとんど車体前方に近づかなくなる。また、強度低下部２５は、後半部分４０と接続される接続部２６のすぐ車両前方の位置に配置されているので、強度低下部２５が折れ破断してからバリア６０が後半部分４０に接触して後半部分４０に衝突荷重Ｆがかかり始めるまでに時間がかかる。このため減速加速度が小さい期間が長くなり、乗員が車体に近づくことを効果的に抑制することができる。

後半部分４０は、大きな伸び変形の可能な鋼板の板金構造としているので、前半部分２０が折れ破断した際に、つぶれないで残っており、前半部分２０の強度低下部２５が折れ破断した後も衝突荷重Ｆを受けることができる。そして、時刻ｔ２をすぎると、今度は、後半部分４０の車両前方端４０ｅに衝突荷重Ｆが掛かり始め、衝突荷重Ｆは再び大きくなり始める。そして、図５の時刻ｔ３になると、図７に示すように、後半部分４０が曲げ変形を開始し、衝突荷重Ｆの低下が始まる。後半部分４０は、鋼板の閉断面構造で大きく伸びて変形し、鋳造品の前半部分２０のように折れ破断しない。このため、衝突荷重Ｆは時刻ｔ２の後よりも緩やかに低下していく。この間、後半部分４０は、折れ曲がり変形により衝突荷重Ｆを吸収していく。

そして、時刻ｔ４になると、後半部分４０の曲がり変形は終了し、後半部分４０全体が圧縮されて行く。この際、ある程度の衝突荷重Ｆがフロントピラー１２０に伝達される。そして、時刻ｔ５に衝突が終了し、バリア６０の進入が停止すると衝突荷重Ｆはゼロになる。

車両１００の前突の内、車両１００の正面からバリア６０が進入する正突の場合、左右のエプロンアッパメンバ１０で衝突荷重Ｆを受けるが、車両１００の正面の側部のみにバリア６０が進入する微小ラップ衝突では、バリア６０の進入する側のエプロンアッパメンバ１０のみが衝突荷重Ｆを受ける。このため、エプロンアッパメンバ１０には、微小ラップ衝突の場合の方が正突の場合よりも大きな衝突エネルギーが入力される。

正突の際には、エプロンアッパメンバ１０は、前半部分２０が折れ破断することでこの衝突エネルギーを吸収するので、前半部分２０が折れ破断した後、後半部分４０に衝突荷重Ｆが掛かり出す前の図５に示す時刻ｔ２近傍でバリア６０の進入が停止する。つまり、バリア６０は、後半部分４０の車両前方端４０ｅの近傍で停止する。また、微小ラップ衝突の際には、前半部分２０の折れ破断と、後半部分４０の曲がり破断とで衝突エネルギーを吸収するので、後半部分４０が曲がり破断の後の図５に示す時刻ｔ５近傍でバリア６０の進入が停止する。この際、バリア６０は、フロントピラー１２０の前で停止する。

従って、本実施形態のエプロンアッパメンバ１０は、正突時には、後半部分４０の前でバリア６０が停止するので、正突時に前半部分２０がつぶれ残りが無いように十分つぶれて衝突エネルギーを吸収できる。また、微小ラップ時には、前半部分２０と後半部分４０とで十分に衝突エネルギーを吸収するので、バリア６０の進入をフロントピラー１２０の前で止めることができる。

以上説明したように、本実施形態のエプロンアッパメンバ１０は、硬いクラッシュボックス５０と硬い鋳造品の前半部分２０で衝突荷重Ｆを受けることにより、衝突初期の減速加速度を大きくしてシートベルトを早期に拘束状態とした後、前半部分２０の強度低下部２５に折れ破断を発生させて一時的に減速加速度を低下させ、乗員が大きく車体に近づかないようにする。その後、つぶれないで残った後半部分４０により、衝突荷重Ｆを吸収する。これにより、衝突の際に乗員が大きく車体に近づくことを抑制できる。

なお、強度低下部２５は、補強リブ３０、３１を配置せず、ウェブ２５ａ、フランジ２５ｂ，２５ｃを湾曲させることで構成することとして説明したが、これに限らず、穴を設けたり、肉厚を薄くしたりして構成してもよい。

１０ エプロンアッパメンバ、２０ 前半部分、２０ｅ，４０ｅ 車両前方端、２０ｒ，４０ｒ 車両後方端、２１ 一般部、２１Ｄ 下アーム、２１Ｕ 上アーム、２２，２５ａ ウェブ、２３，２５ｂ 上フランジ、２４，２５ｃ 下フランジ、２５ 強度低下部、２６ 接続部、２７，２８ 縦リブ、２９ 穴、２９ａ 凹部、２９ｂ，２９ｃ 縦壁、３０，３１ 補強リブ、３２，５３ プレート、４０ 後半部分、４１ インナパネル、４２ アウタパネル、４３ 接続フランジ、４５ フリクションスクリュー、４６ スポット溶接、５０ クラッシュボックス、５２ ビード、６０ バリア、１００ 車両、１０１ エンジンコンパートメント、１０２ フロントサイドメンバ、１０３ クラッシュボックス、１０４ フロントクロスメンバ、１０５ サスペンションタワー、１０６ ホイールハウス、１０７ エプロン、１１０ パワーユニット、１２０ フロントピラー、１５０ 車室、２００ 前部構造。

Claims (3)

1. フロントピラーから車両前方に延びる車両のエプロンアッパメンバであって、
   板金構造で車両後方端が前記フロントピラーに接続される後半部分と、
   前記後半部分に接続されて車両前方に延び、車両の前突時に車両前後方向に圧縮塑性変形するクラッシュボックスが車両前方端に接続される鋳造品の前半部分と、を有し、
   前記前半部分は前記後半部分との接続部のすぐ車両前方の位置に強度低下部を有すること、
   を特徴とする車両のエプロンアッパメンバ。
2. 請求項１に記載の車両のエプロンアッパメンバであって、
   前記後半部分は、閉断面構造であり、
   前記前半部分は前記接続部と、前記強度低下部と、それ以外の一般部とを有し、
   前記一般部と前記接続部とは溝型断面で、ウェブと、前記ウェブの両端から立設するフランジと、前記ウェブの表面に配置された補強リブとを含み、
   前記強度低下部は、前記ウェブの表面に前記補強リブが配置されておらず、前記ウェブ又は前記フランジが前記溝型断面の外形寸法が小さくなる方向に湾曲していること、
   を特徴とする車両のエプロンアッパメンバ。
3. 請求項１又は２に記載の車両のエプロンアッパメンバであって、
   前記クラッシュボックスが圧縮塑性変形を開始するまでの間に乗員拘束装置が発動する減速加速度を発生させること、
   を特徴とする車両のエプロンアッパメンバ。

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