JP7679152B2 - 車両前部構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両前部構造に関する。

本出願人は、車両前部構造の一例として、特許文献１に記載のものを先に提案している。
同文献に記載の車両前部構造においては、車両前部の車体骨格部材として、左右一対のフロントサイドメンバを備えており、かつこれら一対のフロントサイドメンバの前端寄り領域は、車両の前突が発生した際の圧縮変形許容部とされている。また、前記一対のフロントサイドメンバの前端寄り領域には、枠状のラジエータサポート（前側固定部材）が固定して取付けられている。前記一対のフロントサイドメンバの下方領域のうち、ラジエータサポートの下部よりも車両後方側の位置には、車両の前突が発生した際に変形を生じるサブフレーム（クレードル）がさらに設けられている。

このような構成によれば、車両の前突が発生し、その衝突荷重が車両前方側から車両前部に入力した際に、この衝突荷重は、フロントサイドメンバおよびサブフレームに分散して伝達する。また、それら各部の変形により衝突エネルギが吸収される。したがって、車両の前突時における衝撃吸収性能および耐荷重性能（耐衝撃性能）を良くすることが可能である。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき課題があった。

第１に、車両の前突が発生した際には、バリア（衝突対象）がフロントサイドメンバやその下方のサブフレームに向けて突入するだけではなく、フロントサイドメンバよりも上方の領域にも突入し、衝突荷重が入力する場合がある。これに対し、前記従来技術においては、そのようなフロントサイドメンバよりも上方の領域への衝突荷重の入力に対しては、これを効果的に受け止めることは困難である。
第２に、車両の前突時における衝突荷重がかなり大きい場合には、車両の前突の極初期に、フロントサイドメンバの圧縮変形許容部、およびサブフレームの二者が、極めて短時間で大きく潰れてしまうため、前記衝突荷重を受け切ることは難しく、衝突の極初期における耐荷重性能が不十分となる場合がある。車両の乗員をシートベルトで保護する場合、車両の前突が発生し、シートベルトによる乗員拘束動作の開始時から車両の車速がゼロになる迄の所要時間が、できる限り長くなることが望まれる。これに対し、衝突の極初期における耐荷重性能が不十分であると、前記所要時間が短くなり、胸部圧迫などの乗員傷害値が悪化する虞がある。

特開２０２０－１５８０８３号公報 特開２００４－９８９１９号公報 特開２００６－３２７３７１号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、フロントサイドメンバの上方領域への衝突荷重入力にも好適に対応することができ、乗員傷害値をできる限り
小さくし得るように、従来にも増して衝撃吸収性能および耐荷重性能を優れたものにすることが可能な車両前部構造を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される車両前部構造は、車両前部において、車幅方向に間隔を隔てた配置で車両前後方向に延び、かつ前端寄り領域が、車両の前突が発生した際の所定以上の衝突荷重の入力によって圧縮変形を生じる圧縮変形許容部とされている左右一対のフロントサイドメンバと、上部および下部が前記一対のフロントサイドメンバよりも上方および下方にそれぞれ突出するようにして前記一対のフロントサイドメンバの前端寄り領域に固定して取付けられている前側固定部材と、前記一対のフロントサイドメンバよりも下方の領域のうち、前記前側固定部材の下部の車両後方側に固定して設けられ、かつ車両の前突が発生して前記前側固定部材の下部が後退するときに変形を生じるサブフレームと、前記一対のフロントサイドメンバよりも上方の領域のうち、前記前側固定部材の上部よりも車両後方側に位置するようにして前記一対のフロントサイドメンバに固定して取付けられている後側固定部材と、を備えている、車両前部構造であって、前記一対のフロントサイドメンバよりも上方の領域のうち、車両側面視において、少なくとも一部が前記サブフレームの上側に重なる配置に設けられて、前記前側固定部材の上部と前記後側固定部材とを橋渡し連結しており、かつ車両の前突が発生して前記前側固定部材の上部が後退するときに変形を生じる衝突エネルギ吸収用の連結部材を、さらに備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、車両の前突が発生した場合、特許文献１と同様に、フロントサイドメンバおよびその下方に位置するサブフレームによって衝突荷重を受けることができることに加え、フロントサイドメンバよりも上方の領域における衝突荷重入力（バリアの突入）に対しては、前側固定部材の上部から衝突エネルギ吸収用の連結部材を介して後側固定部材に伝達させて受けさせることができる。その際、前記連結部材を変形させることにより、衝突エネルギを吸収することが可能である。このように、本発明によれば、フロントサイドメンバよりも上方の領域への衝突荷重の入力を効果的に受け止めることができ、特許文献１と比較して、衝撃吸収性能および耐荷重性能（耐衝撃性能）を良くすることが可能である。
第２に、車両の前突の極初期において、高さが相違する衝突荷重をフロントサイドメンバ、サブフレーム、および衝突エネルギ吸収用の連結部材のそれぞれによって効果的に受け止めることが可能である。このため、車両の前突の極初期における耐荷重性能が不十分になることを適切に回避することができる。その結果、車両の前突の発生時（シートベルトによる乗員拘束動作の開始時）から車速がゼロになる迄の時間を従来よりも長くとり、胸部圧迫などによる乗員傷害値の悪化を防止または抑制することが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る車両前部構造の一例を示す要部概略側面図である。 図１に示す車両前部構造の要部拡大概略側面図である。 図１の要部概略平面図である。 図１の要部概略底面図である。 図１の要部概略斜視図である。 （ａ）は、図１に示す車両前部構造の作用を模式的に示す要部側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部平面図である。 図１に示す車両前部構造の作用の他の例を示す要部平面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１～図５に示す車両前部構造Ａは、車両１の前部に設けられた左右一対のフロントサイドメンバ３（図１，図３，図４においては、網点模様を付している）、ラジエータサポート５、サスペンションメンバ４、左右一対のサブフレーム（クレードル）６、モーメントキャンセラ８５、および衝突エネルギ吸収用の連結部材２を備えている。
ここで、ラジエータサポート５、およびモーメントキャンセラ８５は、それぞれ本発明でいう「前側固定部材」、および「後側固定部材」の具体例に相当する。

本実施形態の車両前部構造Ａは、衝突エネルギ吸収用の連結部材２、およびこれに関連する構成に特徴があり、これ以外の構成は、特許文献１と同様である。特許文献１と同様な構成については、その説明を簡略化する。

一対のフロントサイドメンバ３は、エンジンルーム１０の車幅方向両側に位置して車両前後方向に延びた一対のフロント部３０を有しており、各フロント部３０の後側には、後下がり傾斜部３１、および略水平状の後側延設部３２が順次繋がっている。図示は省略するが、各フロントサイドメンバ３は、たとえば断面中空矩形筒状、またはこれに類する形態をもつ内部空洞の閉断面構造部材を用いて構成されている。
図１において、符号１２は、エンジンルーム１０と車室１１とを仕切るダッシュパネルを示し、符号１３は、フロアパネルを示している。

フロント部３０の前端寄り領域は、車両１の前突が発生して所定以上の衝突荷重の入力があった際に圧縮変形を生じる圧縮変形許容部３０Ａとされている。この圧縮変形許容部３０Ａは、フロント部３０の側面部に、たとえば上下高さ方向に延びる複数の凹溝部３３（クラッシュビード）が適当な間隔で設けられた構成であり、車両１の前突が発生した際には、いわゆる蛇腹状に圧縮変形し、フロント部３０の他の領域よりも圧縮変形を生じ易くなっている。
なお、一対のフロント部３０の前端の相互間には、車幅方向に延びるフロントバンパ用リインフォース８０が橋渡し状に取付けられている。

サスペンションメンバ４は、車両側面視において、フロントサイドメンバ３の後下がり傾斜部３１の下方付近に位置して車幅方向に延びており、フロントサイドメンバ３に支持されている。このサスペンションメンバ４の車幅方向両端部には、前輪１９を支持するロアアーム１８が取付けられている他、フロントサイドメンバ３との連結を図るための前側取付け部Ｊ１および後側取付け部Ｊ２が設定されている。

ここで、前側取付け部Ｊ１は、サスペンションメンバ４の前部寄り領域に上向き起立状に設けられた起立状アーム部４１の上部が、ボルトなどの支持部材９１を介してフロントサイドメンバ３に固定連結された構成である。
後側取付け部Ｊ２は、後下がり傾斜部３１の下面側に溶接されたブラケット部３５の下壁部に、サスペンションメンバ４の後部が、ボルト９２を用いて締結された部位である。この後側取付け部Ｊ２は、後部がボルト９５を用いて後側延設部３２に固定されたブラケット部３６の前部に、サスペンションメンバ４の後部を連結するための部分を兼用しており、２つのブラケット部３５，３６、サスペンションメンバ４の後部、およびロアアーム１８の基端部のゴムブッシュ１８ａは、ボルト９２により共締めされている。
図４において、符号１７は、ロッカ１６とフロントサイドメンバ３とを橋渡し接続するアウタトルクボックスを示している。符号１５は、インナトルクボックスに相当する補強
部材を示している。

ラジエータサポート５は、一対のフロントサイドメンバ３の前部に接合されて上下高さ方向に延びる左右一対のアウタサポート５０、およびこれらの上端部および下端部にそれぞれ橋渡し状に連結されたアッパサポート５２ならびにロアサポート５１を備えている。ロアサポート５１上には、ラジエータ５５（図面では適宜省略）が載設される。アウタサポート５０の下部には、車両１の前突が発生し、車両前方側から所定以上の圧縮荷重を受けたときに圧縮変形を生じる偏平ブロック状のクラッシュボックス５３が設けられている。

サブフレーム６は、たとえば角パイプ状の部材を用いて構成されており、フロントサイドメンバ３のフロント部３０の直下であって、クラッシュボックス５３とサスペンションメンバ４との相互間に挟まれた配置に設けられ、車両前後方向に延びている。サブフレーム６の後端部は、連結部Ｊ３を介して、サスペンションメンバ４の前部と連結されている。連結部Ｊ３は、サスペンションメンバ４の前部に突設された車両側面視コ字状の延設部４４に、サブフレーム６の後端部が進入してボルト９３を利用して固定された構成である。

サブフレーム６は、車両側面視ヘ字状に形成され、かつその車両前後長手方向途中部分が、ブラケット７および連結部Ｊ４を介してフロントサイドメンバ３に支持されている。連結部Ｊ４は、サブフレーム６の上面部がブラケット部７の下部にボルト９４を利用して締結された部位である。ブラケット７の上部は、フロントサイドメンバ３に溶接されており、好ましくは、圧縮変形許容部３０Ａよりも車両後方側の近傍に位置している。

サブフレーム６の前端部６０は、クラッシュボックス５３に隙間を介して対向接近するように設定されている。このため、車両１の前突が発生し、クラッシュボックス５３が所定距離以上後退すると、サブフレーム６はクラッシュボックス５３から車両後方側への押圧力（衝突力）を受け、変形する。なお、サブフレーム６は、側面視へ字状に限定されず、たとえば水平方向に略真直状に延びる形態であってもよい。本実施形態においては、前端部６０がラジエータサポート５のいずれの部位にも連結されていない自由端とされているが、これとは異なり、たとえば前端部６０をクラッシュボックス５３に接触させて連結した構成とすることもできる。

モーメントキャンセラ８５は、本来的には、車両１の前突が発生して車両前方側から荷重入力があったときに、フロントサイドメンバ３を上向きに屈曲させようとするモーメントを解消し、フロントサイドメンバ３（圧縮変形許容部３０Ａ）の圧縮変形を促進することにより車両１の衝撃吸収性能を向上させるための部位である。このモーメントキャンセラ８５は、下部がフロントサイドメンバ３の圧縮変形許容部３０Ａの車両後方側の部位に接続されて上下高さ方向に起立するパネル状の部材であり、このモーメントキャンセラ８５の後部は、カウルサイドパネル（不図示）などの車体構成部材に接合されている。このモーメントキャンセラ８５の車幅方向内側に、サスペンションタワー８８（図３を参照）が設けられる。

衝突エネルギ吸収用の連結部材２は、たとえば金属製のバー状部材であり、各フロントサイドメンバ３の上方領域において、アウタサポート５０の上部とモーメントキャンセラ８５の前寄り部分とを橋渡し連結するように設けられている。また、連結部材２の少なくとも一部は、車両側面視においてサブフレーム６の上側に重なる配置とされる。連結部材２の前端部および後端部には、前側および後側のブラケット２５，２６が接合されており（図５も参照）、かつこれら前側および後側のブラケット２５，２６が、アウタサポート５０やモーメントキャンセラ８５にボルト締結され、あるいは溶接されることにより、連
結部材２の取付けが図られている。

連結部材２は、車両側面視においては真直状である。ただし、この連結部材２は、平面視においては、前寄り領域２０ａおよび後寄り領域２０ｂが車両前後方向に延びた真直状である一方、中間領域２０ｃは斜めに傾斜して延びた真直状であり、前後２つの曲げ部２１ａ，２１ｂを有する屈曲バーである（図５を参照）。このため、連結部材２は、車両１の前突が発生し、車両前方側から衝突荷重を受けた場合には、この衝突荷重に対する抵抗力（アウタサポート５０の上部の後退に対する突っ張り力）を発生しつつ、曲げ部２１ａ，２１ｂの位置を起点とした曲げ変形を生じ、エネルギ吸収機能を発揮する。好ましくは、連結部材２の前記したような曲げ変形は、車両１の前突が発生した場合に、フロントサイドメンバ３の圧縮変形許容部３０Ａの圧縮変形が終了するタイミングと同じタイミングで終了する仕様とされる。

次に、前記した車両前部構造Ａの作用について説明する。

車両１の前突が発生していない通常時においては、ラジエータサポート５の上部とモーメントキャンセラ８５とが連結部材２を介して連結されているために、これら一連の部分の剛性が高められる。また、サスペンションメンバ４の前側には、ブラケット７を介してフロントサイドメンバ３に支持されたサブフレーム６が連結されているため、これら一連の部分の剛性も高められ、サスペンションメンバ４を安定させることができる。

車両１の前突が発生し、車両前方側から車両１の前部に所定以上の大きな衝突荷重の入力があった場合においては、この衝突荷重の一部は、フロントサイドメンバ３に入力して受けられ、圧縮変形許容部３０Ａが圧縮変形する。また、前記衝突荷重の他の一部は、ラジエータサポート５のクラッシュボックス５３を介してサブフレーム６にも入力して受けられ、このサブフレーム６も変形する。さらに、前記衝突荷重の他の一部は、ラジエータサポート５の上部から連結部材２に入力して受けられ、この連結部材２も変形する。

図６は、前記した圧縮変形許容部３０Ａ、サブフレーム６、および連結部材２の三者が、前記した衝突荷重に起因して大きく変形した場合（衝突の中・後期に相当）の一例を示している。このような各部の変形により、衝突エネルギは適切に吸収され、乗員が受ける衝撃は緩和される。本実施形態の車両前部構造Ａによれば、フロントサイドメンバ３よりも上方の領域に作用する衝突荷重を、連結部材２に受けさせて、そのエネルギを適切に吸収することが可能である。また、モーメントキャンセラ８５への荷重伝達を生じさせることもできる。したがって、衝撃吸収性能および耐荷重性能（耐衝撃性能）を良くすることが可能である。

一方、車両１の前突の極初期においても、フロントサイドメンバ３、サブフレーム６、および連結部材２のそれぞれによって、高さが相違する衝突荷重を適切に受けることが可能である。このため、車両１の前突の極初期における耐荷重性能が不十分になることは、適切に回避することが可能である。その結果、車両１の前突が発生し、シートベルトによって乗員拘束動作を開始した時点から車速がゼロになる迄の時間を、比較的長くとることができる。その結果、乗員の胸部圧迫などによる傷害値の悪化を防止または抑制することができる。

図６（ｂ）において、連結部材２は、略Ｚ字状に曲げ変形しているが、この曲げ変形は、曲げ部２１ａが、曲げ部２１ｂよりも車両後方側に位置する態様であって、その変形量は多く、好ましいものとなっている。ただし、より好ましくは、衝突荷重によってフロントサイドメンバ３の圧縮変形許容部３０Ａの略全長域にわたる圧縮変形が終了するときに、連結部材２が図７の仮想線で示すような態様となるように構成される。
すなわち、図７の仮想線で示す態様は、連結部材２の曲げ部２１ａ，２１ｂが車両前後方向において略一致した位置にあり、中間領域２０ｃは、車幅方向に延びた角度である。連結部材２は、車両前方側からの衝突荷重に対して突っ張り力を発生させるが、連結部材２が図７の実線で示す態様から仮想線で示す態様に変形するように構成されていれば、衝突荷重に対する突っ張り力を効果的に発生させることが可能である（連結部材２の中間領域２０ｃおよび曲げ部２１ａが、図７の仮想線で示す位置よりもさらに車両後方側（同図の右側）に変位する場合、その期間中においては、衝突荷重に対する有効な突っ張り力は生じ難い）。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る車両前部構造の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

衝突エネルギ吸収用の連結部材は、上述した実施形態の２つの曲げ部２１ａ，２１ｂを有する屈曲したバー状のものに限定されない。たとえば、真直のバー状、湾曲したバー状などであってもよい他、バー状以外の形態（板状など）とすることもできる。また、連結部材の長手方向途中箇所に、曲げ部を形成する構成に代え、または加えて、貫通孔や脆弱部などが設けられた剛性断点を設定しておき、衝突荷重が入力した際には、前記剛性断点を起点として連結部材に曲げ変形を生じさせる構成とすることもできる。

フロントサイドメンバは、車両前部において、車幅方向に間隔を隔てた配置で左右一対に設けられ、かつそれぞれが車両前後方向に延びた構成であればよく、その具体的な形状は問わない。なお、各フロントサイドメンバの前端寄り領域に設けられる圧縮変形許容部は、車両の前突が発生した際の所定以上の衝突荷重の入力によって圧縮変形を生じるように構成されていればよく、やはりその具体的な構成は限定されない。

前側固定部材は、ラジエータサポートに限定されず、たとえばフロントバルクヘッドなどであってもよい。ただし、前側固定部材は、枠状体であることが好ましい。ここで、枠状体とは、左右一対のフロントサイドメンバの前部に接合されて上下高さに起立する左右一対の柱状部と、これら一対の柱状部どうしを橋渡しするように車幅方向に延びる少なくとも１の部材（クロスメンバ）とを具備する部材が該当する。
上述の実施形態とは異なり、前側固定部材の下部に、クラッシュボックスが設けられていなくてもよい。
後側固定部材は、上述した実施形態のモーメントキャンセラに限定されず、これ以外の部材とすることも可能である。
サブフレームは、側面視へ字状の形態に限らず、たとえば曲げ部を有しない真直状、あるいはへ字状とは異なる曲げ形状とされてもよい。

本発明の車両前部構造は、エンジン自動車に限らず、ハイブリッド車や電気自動車にも適用することができることは勿論である。

Ａ 車両前部構造
１ 車両
２ 連結部材
３ フロントサイドメンバ
３０Ａ 圧縮変形許容部
４ サスペンションメンバ
５ ラジエータサポート（前側固定部材）
６ サブフレーム
８５ モーメントキャンセラ（後側固定部材）

Claims (1)

1. 車両前部において、車幅方向に間隔を隔てた配置で車両前後方向に延び、かつ前端寄り領域が、車両の前突が発生した際の所定以上の衝突荷重の入力によって圧縮変形を生じる圧縮変形許容部とされている左右一対のフロントサイドメンバと、
   上部および下部が前記一対のフロントサイドメンバよりも上方および下方にそれぞれ突出するようにして前記一対のフロントサイドメンバの前端寄り領域に固定して取付けられている前側固定部材と、
   前記一対のフロントサイドメンバよりも下方の領域のうち、前記前側固定部材の下部の車両後方側に固定して設けられ、かつ車両の前突が発生して前記前側固定部材の下部が後退するときに変形を生じるサブフレームと、
   前記一対のフロントサイドメンバよりも上方の領域のうち、前記前側固定部材の上部よりも車両後方側に位置するようにして前記一対のフロントサイドメンバに固定して取付けられている後側固定部材と、
   を備えている、車両前部構造であって、
   前記一対のフロントサイドメンバよりも上方の領域のうち、車両側面視において、少なくとも一部が前記サブフレームの上側に重なる配置に設けられて、前記前側固定部材の上部と前記後側固定部材とを橋渡し連結しており、かつ車両の前突が発生して前記前側固定部材の上部が後退するときに変形を生じる衝突エネルギ吸収用の連結部材を、さらに備えており、
   前記連結部材は、
   前記車両の側面視において、水平方向に延びる真直状であるとともに、
   平面視において、前寄り領域および後寄り領域が車両前後方向に延びた真直状である一方、中間領域は車両前後方向に対して傾斜して延びた真直状であり、前記前寄り領域および前記後寄り領域のそれぞれと前記中間領域との境界部は、前後２つの曲げ部とされた屈曲バーとして構成されていることを特徴とする車両前部構造。

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