JP7140146B2 - 衝突試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、衝突試験装置に関し、特に、自動車のフロントエンド部における車体骨格部材であるフロントサイドメンバーとバンパーリンフォースの衝突性能を評価する前面衝突試験に用いる衝突試験装置に関する。

通常、自動車の衝突試験においては、実車の代わりに一定の速度及び重量による運動エネルギーを持った衝突試験用台車を衝突させるものが多い。衝突試験用台車が使用した衝突試験としてよく知られている例には、衝突試験用台車を車両側面に対して衝突させる側面衝突試験、剛体壁を設置した衝突試験用台車を車両後方から衝突させる後面衝突試験等がある。このように、衝突試験用台車を用いた衝突試験は、JNCAP（Japan New Car Assesment Program；自動車アセスメント）等の市販車の衝突安全性能を評価する標準試験方法として確立し、継続的に使用されている。

自動車の衝突安全性能に関わる車体骨格部材の衝突性能評価においては、実車による衝突試験が実際の衝突事故時の現象を最も確度高く再現することができるとされている。しかしながら、実車による衝突試験は費用や工数が膨大となり、車体骨格部材単体の衝突性能の評価を繰り返し行うには最適とはいえない。

そこで、実車を用いずにフロントエンド部における車体骨格部材の衝突性能評価を行うための次善の方法として、例えば特許文献１に開示されているように、衝突性能評価の対象とする被試験体をフレームに搭載又は取り付けた衝突試験用台車を衝突対象に衝突させ、該衝突試験用台車の持つ全運動エネルギーを被試験体に作用させて被試験体の衝突特性を測定する方法が挙げられる。
また、バンパーリンフォース等、車体骨格部材単体の衝突性能を評価する試験としては、静的な荷重による３点曲げ試験や落重試験、高速衝撃試験等が行われている。

特開２０１０－１９０５８６号公報

実車による前面衝突試験では、バンパーからの衝突荷重を負担し伝達するフロントエンド部の車体骨格部材（フロントサイドメンバー／フレーム、フロントバンパーリンフォース等）が他の機能部品類に囲まれているため、衝突過程でのフロントエンド部における車体骨格部材の変形状況を直接観察することは困難である。

そこで、実車を用いずに衝突性能評価を行う試験としては、衝突時の荷重分担を行うバンパーリンフォース、クラッシュボックス及びフロントサイドメンバーに注目する車体骨格部材や部品を組み立てて実車のフロントエンド部を模擬したものを試験体とし、前述した特許文献１に開示されているように試験体を取り付けた衝突試験用台車を用いる衝突試験や、固定壁に固定した試験体に衝突体としてスチール製の剛体パンチを高速で衝突させる高速衝撃試験機を用いる衝突試験が挙げられる。

このような試験体を用いた衝突試験は、エンジンをはじめとする駆動系部品や機能系部品等といった内蔵物がないため、衝突過程での実車のフロントエンド部における車体骨格部材の変形過程を直接観察できるというメリットがある。
その一方で、上記のような実車の内蔵物は、実車の衝突時には荷重の一部を分担して衝突エネルギーを吸収するため、衝突試験において実車に衝突させる衝突体がエンジンルーム内に侵入するタイミングを遅らせたり、衝突速度を減速してエンジンルーム内への衝突体の侵入量を減少させるといった役割を担う。また、これら内蔵物のうちラジエーターコア（又はラジエーターモジュール）はフロントバンパー後方に近接して配置されているために、例えばオフセット前面衝突試験においては、衝突体の侵入に対してエンジン前面とフロントバンパー間において衝突エネルギーを吸収し、バンパーリンフォースの局部変形や折損を抑制する効果が期待される。

しかしながら、このような内蔵物のない試験体を用いた前面衝突試験においては、実車の前面衝突試験では発生しない様なバンパーリンフォースの極端な曲げ変形や折損破壊が頻発していた。そのため、これらを抑制してバンパーリンフォースの変形状態を実車同等に制御するには、試験体に衝突させる衝突体の衝突速度を大幅に減じて衝突試験を行う必要があった。

近年、車体骨格部材に採用されることが多い高張力鋼板(ハイテン)を用いたプレス成形部品は、衝突時の変形挙動に衝突速度の影響があることが知られている。そのため、車両の衝突安全性能に係る評価基準の厳格化に伴って高速化する衝突速度に対して、従来の衝突試験では、高張力鋼板をプレス成形した車体骨格部材の衝突性能評価の精度に影響を及ぼしていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、実車のフロントエンド部における車体骨格部材であるフロントサイドメンバー及びバンパーリンフォースの前面衝突性能を評価するにあたり、高速衝撃試験機を使用し、実車による前面衝突試験に近い衝突速度でのフロントサイドメンバー及びバンパーリンフォースの変形挙動を再現し、その衝突性能評価をすることができる衝突試験装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る衝突試験装置は、左右一対のフロントサイドメンバーとその前端側、又は、左右一対のフロントサイドメンバーの前に取り付けたクラッシュボックスとその前端側を連結するバンパーリンフォースとを有してなる試験体が固定壁又は床面に固定され、該固定された試験体の前面に衝突体を衝突させて前面衝突試験を行うものであって、
幅方向に延在し、前記左右一対のフロントサイドメンバーの間に架設されたバックアップ部材と、
該バックアップ部材における前記バンパーリンフォース側に取り付けられ、前面衝突により前記試験体の内側に前記衝突体が侵入する過程における衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収部品と、を有することを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記バックアップ部材は、前記フロントサイドメンバーにおけるエンジンマウント取付位置に取り付けられていることを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記エネルギー吸収部品は、ハニカム構造体を有することを特徴とするものである。

本発明においては、左右一対のフロントサイドメンバーとその前端側、又は、左右一対のフロントサイドメンバーの前に取り付けたクラッシュボックスとその前端側を連結するバンパーリンフォースとを有してなる試験体が固定壁又は床面に固定され、該固定された試験体の前面に衝突体を衝突させて前面衝突試験を行うものであって、前記左右一対のフロントサイドメンバーの間に架設されたバックアップ部材と、該バックアップ部材における前記バンパーリンフォース側に取り付けられ、前記衝突体が前面衝突した後に前記試験体の内側に侵入する過程における衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収部品と、が設けられていることにより、実車による前面衝突試験と同等の衝突速度での前面衝突試験においても、前記バンパーリンフォースの過度な変形や前記試験体内への前記衝突体の侵入を抑制することができ、実車による前面衝突試験に近い衝突速度でのフロントサイドメンバー及びバンパーリンフォースの変形挙動を再現し、その衝突性能評価をすることができる。

本発明の実施の形態に係る衝突試験装置の具体的な構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る衝突試験装置の概要を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る衝突試験装置におけるエネルギー吸収部品の具体例であるハニカム構造体を示す図である（（ａ）平面図、（ｂ）斜視図）。 本発明の実施の形態に係る衝突試験装置におけるエネルギー吸収部品の具体例とその取り付け状態を説明する側面図である。

本発明の実施の形態に係る衝突試験装置１に関して、図１及び図２の上面図に示すように、実車のフロントエンド部を模擬した試験体９を固定壁１１に固定して衝突体１３をオフセット衝突させることにより、実車によるオフセット前面衝突試験を模擬して試験体９の変形挙動を直接観測する場合を例として、以下に説明する。

本発明の実施の形態に係る衝突試験装置１の例は、図１に示すように、フロントサイドメンバー３とクラッシュボックス５とバンパーリンフォース７を有してなる試験体９が固定壁１１に固定され、該固定された試験体９の前面に衝突体１３を衝突させ、試験体９の前面衝突試験を行うものであって、バックアップ部材１５と、エネルギー吸収部品１７と、を備えたものである。

試験体９は、前後方向に延在する左右一対のフロントサイドメンバー３と、フロントサイドメンバー３の前端に取り付けたクラッシュボックス５と、幅方向に延在してクラッシュボックス５の前端側を連結するバンパーリンフォース７とを有してなるものであり、実車におけるフロントエンド部を模擬したものである。

試験体９に用いる車体骨格部材や部品は任意に選択することができるが、実車による前面衝突試験において衝突荷重をキャビンに伝達するためのルートとなるフロントサイドメンバー３及びバンパーリンフォース７は最低限必要とする。

また、試験体９は、フロントサイドメンバー３の前端にクラッシュボックス５が取り付けられたものであることが好ましいが、クラッシュボックス５を必ずしも要するものではなく、バンパーリンフォース７が、フロントサイドメンバー３の前端側を連結するものであってもよい。
そして、試験体９は、エプロン、アッパーメンバー、サスペンションタワー（スプリングハウス）等の周辺部品を必要に応じて付加したものとすることも可能である。

固定壁１１は、試験体９を固定するものであり、例えば、コンクリート壁や鉄鋼構造体などを用いることができる。

固定壁１１に試験体９を固定するにあたり、例えば、図１に示すように、固定壁１１におけるフロントサイドメンバー３の後端側を固定する取付部に荷重計１９を設置することにより、試験体９に衝突体１３が衝突する過程における荷重を計測することができる。

衝突体１３は、図１に示すように、固定壁１１に固定された試験体９の前面に衝突させるものであり、例えば、図２に示すように、射出装置２１により駆動される。

射出装置２１としては、衝突体１３の駆動に油圧やガス圧などを使用した装置が適しており、実車の前面衝突試験相当の衝突速度で衝突体１３を水平方向に射出・運動させることができるものであれば、特段の制約はない。

また、射出装置２１として、衝突体１３を落重させるタイプの装置を用いて衝突体１３を駆動してもよい。もっとも、落重タイプの射出装置２１を適用する場合、衝突エネルギーやエネルギーの制御に制約が大きく、衝突体１３を所定の衝突速度で運動させる速度制御機構を備えたものであることを要する。

バックアップ部材１５は、幅方向に延在し、左右一対のフロントサイドメンバー３の間に架設されたものであり、エネルギー吸収部品１７を固定して衝突時の反力を与える。
バックアップ部材１５には、例えば、鋼製又はアルミ製の角管（コラム材）を用いることができる。もっとも、バックアップ部材１５は、その曲げ断面強度がバンパーリンフォース７の強度と同等以上であれば、形状や板厚等に特段の制約はない。

また、バックアップ部材１５は、実車のフロントエンド部に搭載されたエンジン前面を想定したものであり、フロントサイドメンバー３におけるエンジンマウント取付位置３ａ（図１）に架設することが好まく、例えば、ボルト固定により架設すればよい。このとき、バックアップ部材１５とフロントサイドメンバー３との間にエンジンマウント（図示なし）を設けてもよいが、エンジンマウントを必ずしも要するものではない。

エネルギー吸収部品１７は、バンパーリンフォース７よりも後方に配置されるようにバックアップ部材１５に取り付けられ、前面衝突により試験体９の内側に衝突体１３が侵入する過程における衝突エネルギーを吸収するものであり、実車のラジエーターコア等の内蔵物を想定したものである。

ラジエーターコアは、通常、アルミ製の放熱板に冷却液が流れる細管が配設された構造であり、フロントサイドメンバー３やバンパーリンフォース７などの骨格部材と比較して変形強度は低い。そのため、エネルギー吸収部品１７は、衝突時に高い反力が発生しない構造とすることが望ましい。エネルギー吸収部品１７に適した構造として、図３に例示するようなハニカム構造体２３が挙げられる。

ハニカム構造体２３は、アルミ天板２３ａを挟んでアルミニウム製の複数のアルミハニカムコア２３ｂが積み重ねられ、底部にアルミベース板２３ｃと木製積層パネル２３ｄが設けられたものである。

アルミハニカムコア２３ｂは、汎用的に入手可能であり、多様な構造のものが市販されているため、１回の衝突試験での使用により廃却されるエネルギー吸収部品１７には好適である。

そして、ハニカム構造体２３は、図４の側面図に示すように、バンパーリンフォース７よりも後方に配置されるようにアルミベース板２３ｃとバックアップ部材１５とをボルト固定により取り付ければよい。このとき、アルミベース板２３ｃとバックアップ部材１５との間に木製積層パネル２３ｄが介在していることで、衝突による衝撃がバックアップ部材１５に伝わるのを緩和することができて好ましい。

エネルギー吸収部品１７の寸法及び形状は、幅方向についてはフロントサイドメンバー３、クラッシュボックス５及びバンパーリンフォース７の取付ブラケットと干渉せず、高さ方向については床面と干渉しなければ、自由に設定することはできる。

もっとも、前面衝突試験においてはバンパーリンフォース７を介して試験体９の内部に衝突体１３が侵入することから、エネルギー吸収部品１７の形状及び寸法は、バンパーリンフォース７の高さ方向の寸法から大きく離れることは好ましくない。

以上、本実施の形態に係る衝突試験装置１によれば、固定壁１１に固定された試験体９に衝突体１３が衝突して試験体９の内部に侵入する過程において、試験体９のフロントサイドメンバー３に架設されたバックアップ部材１５におけるバンパーリンフォース７側に取り付けられたエネルギー吸収部品１７により衝突エネルギーの一部を吸収することができるため、バンパーリンフォース７の極端な曲げ変形や折損破壊を抑制することができる。これにより、バンパーリンフォース７の極端な曲げ変形の発生と衝突体１３の侵入が過大となるオフセット前面衝突試験であっても、衝突速度を減速せず、実車による前面衝突試験により近い衝突速度でのフロントサイドメンバー３及びバンパーリンフォース７の変形状態を直接観察することができる。

さらに、試験体９のみを交換することで、試験条件等を変更して試験体９の前面衝突試験を繰り返し行うことが可能となり、実車による前面衝突試験に比べて費用や工数を低減することができる。

なお、本発明に係る衝突試験装置は、衝突体の衝突による試験体の変形過程を撮影する高速度カメラを備えたものであってもよく、例えば、衝突地点の周囲に複数視野の高速度カメラを配置するとよい。
そして、試験体の衝突過程及び変形推移は、複数視野の高速度カメラによる撮影と、固定壁における試験体の取付部に設置した荷重計による反力等を測定する。このように、本発明に係る衝突試験装置によれば、試験体の内蔵物が少なく衝突過程におけるフロントサイドメンバーとバンパーリンフォースの見通しがよく、上面・下面及び衝突外側面からの同時撮影が可能であり、荷重計と同期した分析が可能となる。

なお、上記の説明は、図１に示すように、試験体９が固定壁１１に固定された態様のものであったが、本発明は、試験体が床面に固定、すなわち、試験体におけるフロントサイドメンバーの後端側が床面に取り付けられた態様のものであってもよい。

本発明に係る衝突試験装置の具体的な実施例として、小型乗用車を想定したフロントエンド部の車体骨格部材の衝突性能評価を行う場合について、図１及び図２に基づいて、以下に説明する。

まず、対象とする小型乗用車のフロントエンド部を模擬した試験体９を作製する。
試験体９には、フロントバンパーアッシー（バンパーリンフォース７及びクラッシュボックス５）と車体左側（LH側）及び車体右側（RH側）それぞれのフロントサイドメンバーアッシーの補給部品を入手し、これらをスポット溶接及びアーク溶接で組み立てたものを使用する。ここで、試験体９のフロントサイドメンバー３には、フロントサイドメンバーアッシーのフロント側ストレート部のみを切断したものを用いる。そして、切断したフロントサイドメンバー３の切断面にタブ板２５をアーク溶接し、固定壁１１へのボルト取付部とする。

バックアップ部材１５は、100mm×100mm×t4.0mmの角型鋼管の両端部にボルト取付用のブラケットを溶接したものとする。そして、LH側とRH側のフロントサイドメンバー３の間に、市販の補給部品であるエンジンマウント・ブラケットを介してフロントサイドメンバー３におけるエンジンマウント取付位置３ａにバックアップ部材１５を架設する。

エネルギー吸収部品１７には、図３に示すハニカム構造体２３を適用する。
ハニカム構造体２３は、アルミ天板２３ａ（板厚0.4mm）を介してアルミハニカムコア２３ｂ（材質5052、厚み46μm、セルサイズd＝6.3mm、高さ50mm）を接着接合及び積層し、底部にはアルミベース板２３ｃ（材質5052-O、板厚3.0mm）と木製積層パネル２３ｄ（板厚18mm）を設けたものである。
このように製作されたハニカム構造体２３は、図４の側面図に示すように、木製積層パネル２３ｄを介してバックアップ部材１５の前端部にアルミベース板２３ｃをボルト固定することにより取り付けられる。

次に、バックアップ部材１５とエネルギー吸収部品であるハニカム構造体２３とが設けられた試験体９を、固定壁１１に取り付ける。

衝突体１３は、スチール製で重量500kg（衝突面寸法W600mm×H250mm）のものを用いる。衝突体１３のレイアウトは、試験体９の幅方向中心線から右側に300mmオフセットした位置が衝突体１３の軌跡中心線（運動方向）となるようにする。

続いて、固定壁１１に固定された試験体９の前面に、衝突体１３を衝突させる。本実施例では、衝突体１３の衝突速度は、54km/hとする。

そして、本実施例では、衝突地点の上方と右側方に複数視野の高速度カメラを配置し、衝突前後における試験体９の変形状況を高速度カメラで撮影記録した。

このように、本実施例に係るオフセット前面衝突における車体骨格部材の性能評価によれば、例えば、試験体９の左右両側のフロントサイドメンバー３の材料を変更したり、試験体９のうち、オフセット衝突側のフロントサイドメンバー３の一部を材料変更して試作したものに入れ替え、フロントサイドメンバー３の衝突性能に対する材料の影響を評価することができる。また、バンパーリンフォース７においても材料を変更して衝突性能に対する材料の影響を評価することができる。

１ 衝突試験装置
３ フロントサイドメンバー
３ａ エンジンマウント取付位置
５ クラッシュボックス
７ バンパーリンフォース
９ 試験体
１１ 固定壁
１３ 衝突体
１５ バックアップ部材
１７ エネルギー吸収部品
１９ 荷重計
２１ 射出装置
２３ ハニカム構造体
２３ａ アルミ天板
２３ｂ アルミハニカムコア
２３ｃ アルミベース板
２３ｄ 木製積層パネル
２５ タブ板

Claims (3)

1. 左右一対のフロントサイドメンバーとその前端側、又は、左右一対のフロントサイドメンバーの前に取り付けたクラッシュボックスとその前端側を連結するバンパーリンフォースとを有してなる試験体が固定壁又は床面に固定され、該固定された試験体の前面に衝突体を衝突させて前面衝突試験を行う衝突試験装置であって、
   幅方向に延在し、前記左右一対のフロントサイドメンバーの間に架設されたバックアップ部材と、
   該バックアップ部材における前記バンパーリンフォース側に取り付けられ、前面衝突により前記試験体の内側に前記衝突体が侵入する過程における衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収部品と、を有することを特徴とする衝突試験装置。
2. 前記バックアップ部材は、前記フロントサイドメンバーにおけるエンジンマウント取付位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の衝突試験装置。
3. 前記エネルギー吸収部品は、ハニカム構造体を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の衝突試験装置。
   
   

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