JP7115414B2

JP7115414B2 - 車両前部構造

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Publication number: JP7115414B2
Application number: JP2019088600A
Authority: JP
Inventors: 栄志吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: US11230322B2; CN111907598B; JP2020183191A; CN111907598A; US20200353987A1

Description

本発明は、車両前部構造、特に衝突荷重吸収のための構造に関する。

車両の前部車体構造は、車両前部で車両前後方向に延びる左右一対の側方骨格部材であるサイドフレームと、車両幅方向に延び、左右一対のサイドフレームの前端に結合されたバンパリーンフォースを有している。バンパリーンフォースは、一対のサイドフレームより車両幅方向外側に突出する側端部を有する。微小ラップ衝突したとき、つまり側端部に衝突対象物が衝突したとき、この衝突荷重をサイドフレームの側面に伝えるために、側端部から後方かつ車両内側に延びる荷重伝達部材を設ける構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１１３８９４号公報

ところで、荷重伝達部材は、バンパリーンフォースの側端部の上下方向の中心から上下方向にオフセットした位置で前端部がバンパリーンフォースの前面よりも突出するように取付けられる場合がある。この場合、荷重伝達部材に入った衝突荷重によってバンパリーンフォースの側端部がねじり変形を起こし、所望の荷重が側方骨格部材であるサイドフレームに伝達されない場合がある。

本発明は、荷重伝達部材を介してバンパリーンフォースの側端部に掛かる衝突荷重を側方骨格部材に効率良く伝達することを目的とする。

本発明の車両前部構造は、車両前部で車両前後方向に延びる左右一対の側方骨格部材と、左右一対の前記側方骨格部材の前端に取付けられて車両幅方向に延び、左右の各側端部が各前記側方骨格部材よりも車両幅方向外側に突出するバンパリーンフォースと、前記バンパリーンフォースの前記側端部の上下方向の中心から上下方向にオフセットした位置に取付けられて、車両後方かつ車両内側に向けて延びて衝突時に前記側方骨格部材に当接して衝突荷重を伝達する荷重伝達部材と、を有する車両前部構造であって、前記荷重伝達部材は、前端部が前記バンパリーンフォースの前記側端部の前面から車両前方に突出するように前記側端部の前記前面に接合され、前記側端部を貫通して車両後方かつ車両内側に向けて延び、前記側端部は、上下方向の中心から前記荷重伝達部材の取付け位置と上下方向反対側にオフセットした位置で、車両上方から見て前記前端部と重なる位置に、前記側端部の前記前面から前記荷重伝達部材の前記前端部と同程度だけ車両前方に突出する突出部を備えること、を特徴とする。

これにより、側端部の上下方向の中心から上下方向にオフセットした位置で側端部の前面から車両前方に突出した荷重伝達部材の前端部と、側端部の上下方向の中心から荷重伝達部材の取付け位置と上下方向反対側にオフセットした位置で、車両上方から見て前端部と重なる位置に、側端部の前面から荷重伝達部材の前端部と同程度だけ車両前方に突出した突出部とに同時に衝突荷重が入力されるので、衝突荷重によって側端部がねじり変形することを抑制し、所望の荷重を側方骨格部材に伝達することができる。

本発明の車両前部構造において、突出部を側端部の前面に取付けたプレートで構成してもよい。

これにより、簡便な構成により、側端部がねじり変形することを抑制し、所望の荷重を側方骨格部材に伝達することができる。

本発明は、荷重伝達部材を介してバンパリーンフォースの側端部に掛かる衝突荷重を側方骨格部材に効率良く伝達することができる。

実施形態の車両前部構造を示す平面図である。図１に示す車両前部構造の左前部分の拡大平面図である。図２のＡ－Ａ線によるバンパリーンフォースと荷重伝達部材の断面図である。図２の矢印Ｂによるバンパリーンフォースと荷重伝達部材の矢視図である。実施形態の車両前部構造の微小ラップ衝突の初期状態を示す平面図である。実施形態の車両前部構造の微小ラップ衝突の初期におけるバリアとバンパリーンフォースの側端部との接触を示す側断面図である。実施形態の車両前部構造の微小ラップ衝突の後期における変形を示す平面図である。対比例の車両前部構造の微小ラップ衝突の初期におけるバリアとバンパリーンフォースの側端部との接触を示す側断面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態の車両前部構造１００について説明する。以下の説明では、ラダーフレーム１２を用いた車両の車両前部構造１００について説明する。図中において、矢印ＦＲの向きが車両の前方、矢印ＬＨの向きが車両の左方、矢印ＵＰで示す方向が車両の上方である。以降の説明において、特段の断りがない限り、前後左右上下などの方向および向きを表す語句は、車両に対する方向および向きを表す。また、左右方向において、車両の中心線に近い側を車両内側、遠い側を車両外側と記す。

図１，２に示すように、車両前部構造１００は、ラダーフレーム１２を有する車両の前部構造である。車両前部構造１００は、車両前部で車両前後方向に延びる左右一対の側方骨格部材であるサイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒと、左右一対のサイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒの前端に取付けられて車両幅方向に延びるバンパリーンフォース２８と、バンパリーンフォース２８の左右の側端部３２Ｌ、３２Ｒに取付けられた荷重伝達部材３４Ｌ，３４Ｒとを備えている。

サイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒは鋼製であり、中空の長方形断面形状を有する。サイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒの前端部分は、これより後方の部分に比して強度の低いクラッシュボックス２４Ｌ，２４Ｒとして構成される。クラッシュボックス２４Ｌ，２４Ｒは、前方衝突の際、つぶれて衝撃を緩和する。また、サイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、車両幅方向に延びる複数のクロスメンバ１６，１８，２０で車両幅方向に接続されている。

バンパリーンフォース２８は、左右のサイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒの間に位置する中央部３０と、中央部３０の左右両端部からサイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒよりも車両幅方向外側に突出する側端部３２Ｌ，３２Ｒとを有する。バンパリーンフォース２８は、図示するように前方に向けて凸の屈曲または湾曲した形状を有し、この結果、側端部３２Ｌ，３２Ｒは、その外側の端が、中央部３０につながる内側の端よりも後方に位置するように傾斜している。

バンパリーンフォース２８の側端部３２Ｌ，３２Ｒに取付けられた荷重伝達部材３４Ｌ，３４Ｒは、側端部３２Ｌ，３２Ｒから車両後方かつ車両内側に向けて延びるように側端部３２Ｌ，３２Ｒに取付けられている。荷重伝達部材３４Ｌ，３４Ｒは、車幅の外側の４分の１に対象物が衝突する、いわゆる微小ラップ衝突において、衝突時の衝突荷重をサイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒに伝達する。荷重伝達部材３４Ｌ，３４Ｒについては、後に詳述する。

サイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒ、クラッシュボックス２４Ｌ，２４Ｒ、側端部３２Ｌ，３２Ｒおよび荷重伝達部材３４Ｌ，３４Ｒのそれぞれは左右一対をなして設けられ、対をなすもの同士は左右対称に構成される。以降の説明において左右のものを区別する必要がない場合、単にサイドフレーム１４、クラッシュボックス２４、側端部３２および荷重伝達部材３４と記す。

図３，４に示すように、バンパリーンフォース２８の側端部３２は、中空の四角形の断面形状を有し、断面の四角形の上辺に対応する上壁３６、下辺に対応する下壁３８、車両の前側の辺に対応する前壁４０、後側の辺に対応する後壁４２を有する。側端部３２の断面形状の四角形は、例えば長方形とすることができ、この場合、上壁３６および下壁３８を水平に配置し、前壁４０および後壁４２を鉛直に配置してよい。更に、側端部３２は、上壁３６と下壁３８の中間に、かつ前壁４０と後壁４２をつなぐように配置された補強壁４４を有する。補強壁４４は、側端部３２の全長にわたって設けることができ、また水平に配置することができる。補強壁４４は、側端部３２の必要な強度および剛性を得るために設けられ、１枚に限らず必要に応じて複数枚設けてもよく、強度が十分であれば設けなくてもよい。前壁４０および後壁４２には、上壁３６と補強壁４４の間の位置に荷重伝達部材３４を受け入れる開口４６，４８が形成されている。側端部３２は金属製であり、例えばアルミニウム製である。バンパリーンフォース２８の中央部３０も側端部３２と同一の構成である。アルミニウムなどの押出し加工に適した材料であれば、中央部３０と側端部３２とを押出し加工にてバンパリーンフォース２８を作製することができる。

荷重伝達部材３４は、中空の四角形の断面を有する角筒形状を有し、断面四角形の上辺に対応する上壁５０、下辺に対応する下壁５２、車両外側の辺に対応する外側壁５４、車両内側の辺に対応する内側壁５６を有する。荷重伝達部材３４の断面形状の四角形は例えば長方形とすることができ、この場合、上壁５０および下壁５２を水平に配置し、外側壁５４および内側壁５６を鉛直に配置してよい。各壁５０，５２，５４，５６の厚さは共通とすることができ、また異なる厚さとしてもよい。具体的には、内側壁５６の厚さを他の壁に比して厚く、例えば１．３倍以上または１．５倍にすることができる。荷重伝達部材３４は金属製であり、例えばアルミニウムなどの押出し加工に適した材料であれば、押出し加工にて作製することができる。

荷重伝達部材３４は、バンパリーンフォース２８の側端部３２の上壁３６と補強壁４４との間を横切るように貫通して、前壁４０と後壁４２に結合されている。このように、荷重伝達部材３４は、側端部３２の上下方向の中心３２ｃから上方向にオフセットした位置に取付けられている。荷重伝達部材３４は、側端部３２の前面３２ａから、側端部３２を貫通して更に車両後方かつ車両内側に向けて、車両の中心線に対して斜めに延びている。

荷重伝達部材３４は、側端部３２の前壁４０，後壁４２に形成された開口４６，４８の周囲に沿ってアーク溶接で接合されている。アーク溶接で荷重伝達部材３４を接合するために、荷重伝達部材３４の前端部３４ａは、側端部３２の前面３２ａよりも車両前方に長さｄだけ突出している。そして、突出した前端部３４ａの外周と側端部３２の前面３２ａの開口４６の周囲との間に隅肉溶接が施されている。荷重伝達部材３４の後側は、側端部３２の後面３２ｂから突出した部分と開口４８の周囲との間に隅肉溶接が施されている。隅肉溶接は、開口４６，４８の全周で行ってもよく、また一部、例えば上辺および下辺に沿ってのみ溶接してもよい。

荷重伝達部材３４の上壁５０とバンパリーンフォース２８の側端部３２の上壁３６は、平行に、かつ隣接して配置される。これに代えて、またこれと同時に荷重伝達部材３４の下壁５２とバンパリーンフォース２８の補強壁４４は、平行に、かつ隣接して配置される。

荷重伝達部材３４の後端はサイドフレーム１４と離れている。また、荷重伝達部材３４の後端面５８は、この後端面５８が規定する平面がサイドフレーム１４と交差するように配置される。この実施形態の荷重伝達部材３４では、後端面５８は、角筒形状の荷重伝達部材３４の中心線に直交している。後端面５８の車両内側の内側辺縁６０は、サイドフレーム１４の側面に対向する角を形成している。この角は、丸面に面取されてもよい。

左右の側端部３２Ｌ，３２Ｒの補強壁４４と下壁３８との間の前面３２ａには、平板状で厚さが前端部３４ａの突出長さｄと同一の厚さｄの四角いプレート７０がそれぞれ取付けられている。プレート７０は突出部を構成する。図４に示すように、プレート７０は、荷重伝達部材３４の真下に配置されている。つまり、プレート７０は、荷重伝達部材３４と反対に側端部３２の上下方向の中心３２ｃから下方向にオフセットした位置に配置されている。なお、プレート７０は、図４に示す範囲Ｃのように、車両上方から見て前端部３４ａと重なる位置に配置されていれば荷重伝達部材３４の真下ではなく、荷重伝達部材３４より左右方向にずれた位置に配置してもよい。また、プレート７０は四角板ではなく円板で構成してもよい。

次に図５～図７を参照しながら微小ラップ衝突の際の車両前部構造の変形について説明する。図５に示すように、微小ラップ衝突は、車幅の外側、４分の１に対象物が衝突する衝突態様であり、衝突試験においては、バリア８０に車両を衝突させる。バリア８０は、サイドフレーム１４よりも車両外側に衝突するため、サイドフレーム１４が十分に衝突荷重を受けられない場合がある。この車両前部構造１００においては、バンパリーンフォース２８の側端部３２を貫通する荷重伝達部材３４により衝突荷重をサイドフレーム１４に伝達する。

図５、図６に示すように、微小ラップ衝突の初期には、バリア８０は、側端部３２に設けられた荷重伝達部材３４の前端部３４ａと、プレート７０の前面とに衝突する。このため、図６中に符号Ｆで示す衝突荷重は、側端部３２の上下方向の中心３２ｃを車両後方に移動させる。そして、図７に示すように、この衝突荷重はサイドフレーム１４のクラッシュボックス２４に伝わりこれをつぶす。また、並行して、バンパリーンフォース２８の中央部３０と側端部３２とは後退しつつ、屈曲し、荷重伝達部材３４の後端は、より車両内側に向き、かつ車両内側に移動する。この結果、微小ラップ衝突の後期には荷重伝達部材３４の後端面５８の内側辺縁６０がサイドフレーム１４の側面に当接し、衝突荷重をサイドフレーム１４に伝える。そして、サイドフレーム１４が車両内側に屈曲して、衝突エネルギが吸収される。このとき、荷重伝達部材３４が衝突荷重を直接サイドフレーム１４に伝えるので、効率良くサイドフレーム１４を屈曲させることができる。また、荷重伝達部材３４がバンパリーンフォース２８の側端部３２を支え、これにより、バリア８０の更なる進入を抑えることができる。

一方、図８に示す対比例の車両前部構造２００の様に、側端部３２にプレート７０が取付けられていない場合、バリア８０からの衝突荷重は、側端部３２の上下方向の中心３２ｃよりも上側に配置されている荷重伝達部材３４の前端部３４ａに入力される。そして、この衝突荷重によって側端部３２の上下方向の中心３２ｃの周りに回転モーメントＭが発生し、この回転モーメントＭにより荷重伝達部材３４の後端面５８が矢印９１のように下方向に回転する。このため、荷重伝達部材３４の後端面５８の高さがサイドフレーム１４の高さよりも低くなってしまい、衝突荷重をサイドフレーム１４に十分に伝達できなくなってしまう。

本実施形態の車両前部構造１００では、荷重伝達部材３４の前端部３４ａの取付け位置と上下方向反対側で、車両上方から見て前端部３４ａと重なる位置に、前端部３４ａの突出長さｄと同一の厚さｄのプレート７０を設けたので、荷重伝達部材３４の前端部３４ａとプレート７０とに同時に衝突荷重が入力され、衝突荷重によって側端部３２がねじり変形することを抑制し、所望の荷重をサイドフレーム１４に伝達することができる。

以上の説明では、プレート７０の厚さは荷重伝達部材３４の前端部３４ａの側端部３２の前面３２ａからの突出長さｄと同一として説明したが、同程度の厚さであれば、同一の厚さでなくてもよい。また、以上の説明では、荷重伝達部材３４は、側端部３２の上下方向の中心３２ｃの上側に配置し、プレート７０を中心３２ｃの下側に配置することとして説明したがこれに限らず、荷重伝達部材３４を補強壁４４と下壁３８の間の様に、中心３２ｃの下側に配置し、プレート７０を中心３２ｃの上側に配置するようにしてもよい。

また、プレート７０を側端部３２の前面３２ａに取付けるのではなく、側端部３２の前面３２ａに荷重伝達部材３４の前端部３４ａの突出長さｄと同一の高さｄの突起を設けるようにしてもよい。更に、側端部３２の上壁３６と補強壁４４の間と補強壁４４と下壁３８との間にそれぞれ同一の荷重伝達部材３４を取付け、各荷重伝達部材３４の前端部３４ａの突出長さを同一の長さｄとすることとしてもよい。

上述の実施形態においては、ラダーフレーム１２の車両前部構造１００について説明したが、これに限らず、モノコックフレームの車両についても本開示を適用することができる。モノコックフレームの場合、フロントサイドメンバが側方骨格部材となる。

１２ラダーフレーム、１４（１４Ｌ，１４Ｒ）サイドフレーム（側方骨格部材）、１６，１８，２０クロスメンバ、２４（２４Ｌ，２４Ｒ）クラッシュボックス、２８バンパリーンフォース、３０中央部、３２（３２Ｌ，３２Ｒ）側端部、３２ａ前面、３２ｂ後面、３２ｃ中心、３４（３４Ｌ，３４Ｒ）荷重伝達部材、３４ａ前端部、３６，５０上壁、３８，５２下壁、４０前壁、４２後壁、４４補強壁、４６，４８開口、５４外側壁、５６内側壁、５８後端面、６０内側辺縁、７０プレート（突出部）、８０バリア、１００，２００車両前部構造。

Claims

車両前部で車両前後方向に延びる左右一対の側方骨格部材と、
左右一対の前記側方骨格部材の前端に取付けられて車両幅方向に延び、左右の各側端部が各前記側方骨格部材よりも車両幅方向外側に突出するバンパリーンフォースと、
前記バンパリーンフォースの前記側端部の上下方向の中心から上下方向にオフセットした位置に取付けられて、車両後方かつ車両内側に向けて延びて衝突時に前記側方骨格部材に当接して衝突荷重を伝達する荷重伝達部材と、を有する車両前部構造であって、
前記荷重伝達部材は、前端部が前記バンパリーンフォースの前記側端部の前面から車両前方に突出するように前記側端部の前記前面に接合され、前記側端部を貫通して車両後方かつ車両内側に向けて延び、
前記側端部は、上下方向の中心から前記荷重伝達部材の取付け位置と上下方向反対側にオフセットした位置で、車両上方から見て前記前端部と重なる位置に、前記側端部の前記前面から前記荷重伝達部材の前記前端部と同程度だけ車両前方に突出する突出部を備えること、
を特徴とする車両前部構造。
請求項１に記載の車両前部構造であって、
前記突出部は、前記側端部の前記前面に取付けたプレートで構成されること、
を特徴とする車両前部構造。