JP2008024084A - バンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バンパリインフォースメントから衝撃吸収部材に曲げ荷重が入力されても円滑に先端部から粉砕破壊させる。
【解決手段】クラッシュボックス１８はＣＦＲＰ製とされており、その前端部１８Ｂにはブラケット２０の基部２０Ａが挿入されて接着剤等で固定されている。また、ブラケット２０の連結部２０Ｂの車両後方側の面にはテーパ面２２が形成されており、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂを順次粉砕破壊させるようになっている。さらに、ブラケット２０の連結部２０Ｂはフロントバンパリインフォースメント１２にボルト２６及びナットで相対回転可能に連結されている。従って、オフセット衝突等によりブラケット２０に比較的大きな曲げが作用しても、フロントバンパリインフォースメント１２がクラッシュボックス１８に対して相対回転するので、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂが早期に脆性破壊するのを防止でき、円滑な粉砕破壊を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造に関する。

従来から、フロントサイドメンバの前端部とフロントバンパリインフォースメントとの間に衝撃吸収部材としてのクラッシュボックスを設定することが行われている。かかるクラッシュボックスは、前面衝突時にフロントバンパリインフォースメントから軸圧縮荷重を受けて座屈することにより所定のエネルギー吸収を行う。

ここで、昨今では従来の金属製のクラッシュボックスに替えて、軽量でエネルギー吸収効率が高いＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）製のクラッシュボックスを使用することが検討されている（一例として、下記特許文献１参照）。

特許文献１に開示された技術について簡単に説明すると、フロントサイドメンバの前端部に円筒状に形成されたＣＦＲＰ製のエネルギー吸収部材（クラッシュボックスに相当）を取り付け、更にその先端部に平板状の取付用ブラケットを固着している。そして、前面衝突時にエネルギー吸収部材が前端部から順次粉砕破壊していく際に、その破片が周囲に飛散するのを防止するために鋼板製の中空円筒状のカバーを設ける、というものである。
特開２００５−４７３８７号公報

しかしながら、上記先行技術による場合、フロントバンパリインフォースメントからＣＦＲＰ製のエネルギー吸収部材の軸方向（車両前後方向）に衝突荷重が入力されればエネルギー吸収部材は円滑に粉砕破壊されるが、仮にフロントバンパリインフォースメントからエネルギー吸収部材に曲げ荷重が入ると、衝撃吸収部材とフロントバンパリインフォースメントとの締結部が脆性破壊し、円滑に粉砕破壊されない可能性がある。また、オフセット衝突や斜突のような片側衝突の場合に、衝撃吸収部材の先端部が曲げによって破壊されると、反対側に衝突荷重を伝達して荷重分散を図るという機能が損なわれる。

本発明は上記事実を考慮し、バンパリインフォースメントから衝撃吸収部材に曲げ荷重が入力されても円滑に先端部から粉砕破壊させることができるバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造は、車両の前後方向の端部側に設けられると共に車両幅方向に沿って延在し、衝突時に衝突荷重を受けるバンパリインフォースメントと、このバンパリインフォースメントの長手方向の両端部付近から車両前後方向に沿って略平行に延在された左右一対のサイドメンバと、このサイドメンバのバンパリインフォースメント側の端部とバンパリインフォースメントとの間に介在され、軸圧縮荷重を受けることにより粉砕破壊する衝撃吸収部材と、この衝撃吸収部材のバンパリインフォースメント側の端部とバンパリインフォースメントとを連結する連結部と、を含んで構成された車体構造に適用されるバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造であって、前記連結部における衝撃吸収部材との対向面を当該衝撃吸収部材の壁面に対して斜め方向に配置すると共に、バンパリインフォースメントと衝撃吸収部材とを含む略水平面内で連結部がバンパリインフォースメントに対して相対回転可能となるように連結した、ことを特徴としている。

請求項２記載の本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造は、請求項１記載の発明において、前記連結部はバンパリインフォースメントとは別体で構成されたブラケットとされ、当該ブラケットの一端部はバンパリインフォースメントに相対回転可能に連結され、当該ブラケットの他端部は所定値以上の荷重入力により衝撃吸収部材との結合状態が解除されて衝撃吸収部材に軸圧縮荷重を加える方向へ変位するように当該衝撃吸収部材の端部に固定されている、ことを特徴としている。

請求項３記載の本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造は、請求項２記載の発明において、前記ブラケットの中間部には、衝撃吸収部材の粉砕破壊後に当該ブラケットを軸圧縮荷重作用方向に塑性変形させるための一又は二以上の脆弱部が設定されている、ことを特徴としている。

以下、前面衝突を例にして、請求項１記載の本発明の作用を説明する。

前面衝突時にバンパリインフォースメントに衝突荷重が入力されると、当該衝突荷重は連結部から衝撃吸収部材に伝達される。このため、衝撃吸収部材は軸圧縮荷重を受けて前端部（バンパリインフォースメント側の端部）側から順次粉砕破壊され、その繰り返し過程で前面衝突時のエネルギーが吸収される。そして、衝撃吸収部材の粉砕破壊によって衝突時のエネルギーが充分に吸収された後の残りの衝突荷重が、左右一対のサイドメンバに伝達される。

ところで、衝突の形態には種々あり、フルラップの前面衝突もあれば、オフセット衝突や斜突という衝突形態もある。このようなオフセット衝突や斜突があった場合、片方の衝撃吸収部材の前端部には、連結部を介して軸圧縮荷重が入力されるだけでなく、比較的大きなトルク（曲げモーメント）も作用する。このため、衝撃吸収部材の前端部が早期に曲げ変形・破壊してしまい、粉砕破壊によるエネルギー吸収が充分になされない可能性がある。

しかし、本発明では、バンパリインフォースメントと衝撃吸収部材とを含む略水平面内で連結部がバンパリインフォースメントに対して相対回転可能となるように連結部とバンパリインフォースメントとを回転可能に連結したので、片側衝突して衝撃吸収部材とバンパリインフォースメントとの連結部に比較的大きなトルクが作用しても、バンパリインフォースメントは衝撃吸収部材に対して相対回転することができる。従って、衝撃吸収部材の前端部が早期に曲げ変形・破壊するのを回避することができ、片側衝突の場合でも反対側のサイドメンバに衝突荷重を伝達して分散することができる。

また、本発明では、連結部における衝撃吸収部材との対向面を当該衝撃吸収部材の壁面に対して斜め方向に配置したので、対向面が壁面に当接した際に当接部位には車両前後方向の分力以外に車両幅方向の分力が発生する。このため、衝撃吸収部材の前端部の粉砕破壊を誘発することができる。つまり、衝撃吸収部材の前端部に対して斜め方向に配置された連結部の対向面が衝撃吸収部材の前端部の壁面を順次砕きながら破壊していくことができる。

請求項２記載の本発明によれば、連結部はバンパリインフォースメントとは別体で構成されたブラケットとされており、ブラケットの一端部はバンパリインフォースメントに相対回転可能に連結され、ブラケットの他端部は所定値以上の荷重入力に衝撃吸収部材との結合状態が解除されて衝撃吸収部材に軸圧縮荷重を加える方向へ変位可能に衝撃吸収部材の端部に固定される構造にしたので、ブラケット自体の形状、構造、材質を任意に選択することができる。また、ブラケットの他端部と衝撃吸収部材の端部との結合強度も任意に決定することができる。

請求項３記載の本発明によれば、ブラケットの中間部に、衝撃吸収部材の粉砕破壊後にブラケットを軸圧縮荷重作用方向に塑性変形させるための一又は二以上の脆弱部を設定したので、衝撃吸収部材の粉砕破壊によるエネルギー吸収後はブラケットが軸圧縮荷重作用方向に塑性変形することで更なるエネルギー吸収がなされる。

以上説明したように、請求項１記載の本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造は、バンパリインフォースメントから衝撃吸収部材に曲げ荷重が入力されても円滑に先端部から粉砕破壊させることができるバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造を得ることが目的である。

請求項２記載の本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造は、ブラケット自体の作り方を変えることで、連結部の強度及び剛性や連結部と衝撃吸収部材の端部との結合強度等をある程度自由にチューニングすることができるという優れた効果を有する。

請求項３記載の本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造は、衝突時のエネルギー吸収性能をより一層高めることができるという優れた効果を有する。

以下、図１〜図３を用いて、本発明に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造の一実施形態について説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＩＮは車両幅方向内側を示している。

図１には、本実施形態に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造の要部が平面視で示されている。また、図２には、当該要部の縦断面図が示されている。これらの図に示されるように、車両の前端部には、フロントバンパ１０の一部を構成するフロントバンパリインフォースメント１２が車両幅方向に沿って延在されている。本実施形態では、フロントバンパリインフォースメント１２の断面形状はコ字状（開断面形状）とされているが、矩形枠状や「日」の字状等でもよく、高強度及び高剛性の車体骨格部材として構成されている。なお、フロントバンパ１０は、フロントバンパリインフォースメント１２と、その前面側にフロントバンパリインフォースメント１２に沿って配置されたウレタンフォーム等から成る図示しないフロントバンパアブソーバと、その前面側にフロントバンパアブソーバに沿って延在されて意匠面を構成する図示しないフロントバンパカバーといった要素によって構成されている。

上記フロントバンパリインフォースメント１２の長手方向の両端部１２Ａ近傍の車両後方側、即ち車体前部１４の両サイドには、閉断面構造に構成された長尺状のフロントサイドメンバ１６が左右一対略平行に配置されている。フロントサイドメンバ１６の前端部１６Ａとフロントバンパリインフォースメント１２の長手方向の両端部１２Ａとの間には、筒状に形成された衝撃吸収部材としてのクラッシュボックス１８がそれぞれ介在されている。クラッシュボックス１８はＣＦＲＰ製とされており、その後端部１８Ａはフロントサイドメンバ１６の前端部１６Ａの内方へ挿入された状態で図示しない接着剤によって或いは接着剤とボルト及びナットといった締結具によって固定されている。

上述したクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂとフロントバンパリインフォースメント１２の長手方向の端部１２Ａとは、連結部としてのブラケット２０によって連結されている。ブラケット２０はクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂ内へ挿嵌される基部２０Ａと、この基部２０Ａから一体に形成されて平面視でクローバー状に張出した連結部２０Ｂと、によって構成されている。基部２０Ａから連結部２０Ｂへ張出す部分は基部２０Ａに対して車両幅方向及び車両上下方向に広がっており（拡径されており）、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂの端縁ライン２４に対して所定角度傾斜したテーパ面２２とされている。このテーパ面２２が、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂの端面に対して対向して配置されている。

上記構成のブラケット２０の基部２０Ａはクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂ内へ挿嵌された状態で、図示しない接着剤等の固定手段によって固定されている。また、ブラケット２０の連結部２０Ｂはフロントバンパリインフォースメント１２の断面内方へ挿入された状態で、ボルト２６及びナット２８といった固定手段（回転中心軸）によって相対回転可能に連結（ピン結合、ヒンジ結合）されている。従って、フロントバンパリインフォースメント１２は、クラッシュボックス１８に対してボルト２６の軸線回りに相対回転可能とされている。なお、相対回転可能といっても、通常の車両走行時において容易に相対回転するという意味ではなく、前面衝突時のような負荷がかかった場合にボルト２６の締結トルクを超えると、相対回転可能になるという意味である。

上記説明から、ブラケット２０の連結部２０Ｂを機能的に観た場合、クローバー形状の意味するところは、前面衝突時の衝突荷重の入力により、フロントバンパリインフォースメント１２を介してブラケット２０が車両後方側へ押圧された場合に、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに干渉して粉砕破壊を誘発して連続的に粉砕破壊させていくために車両幅方向及び車両上下方向に張出した張り出し部２０Ｂ１と、この張り出し部２０Ｂ１の中央部から車両前方側へ延設されてボルト締結点が設定される締結部２０Ｂ２とを備えた形状ということができる。

さらに、上記ブラケット２０の基部２０Ａの両側壁（車両幅方向側に位置する左右一対の側壁）には、側面視で互い違いの配置となるように複数のビード３０が形成されている。各ビード３０の断面形状は略半円形状とされており、両側壁の外側壁面からクラッシュボックス１８の内方へ凹む凹溝状に形成されている。また、ブラケット２０の連結部２０Ｂの上下壁にも、車両幅方向に沿って延在する上下一対のビード３２が形成されている。

（作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

前面衝突時にフロントバンパリインフォースメント１２に衝突荷重が入力されると、当該衝突荷重はブラケット２０からクラッシュボックス１８に伝達される。このため、ブラケット２０の基部２０Ａのクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに対する接着剤の接着強度を超えると、剥離してブラケット２０の基部２０Ａがクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂ内へ相対的に進入される。これにより、ブラケット２０の連結部２０Ｂのテーパ面２２がクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに干渉し、クラッシュボックス１８は軸圧縮荷重を受けて前端部１８Ｂ側から順次粉砕破壊され、その繰り返し過程で前面衝突時のエネルギーが吸収される。そして、クラッシュボックス１８の粉砕破壊によって前面衝突時のエネルギーが充分に吸収された後の残りの衝突荷重が、左右一対のフロントサイドメンバ１６に伝達される。

ところで、衝突の形態には種々あり、フルラップの前面衝突もあれば、オフセット衝突や斜突という衝突形態もある。このようなオフセット衝突や斜突があった場合、片方のクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂには、ブラケット２０を介して軸圧縮荷重が入力されるだけでなく、比較的大きなトルク（曲げモーメント）も作用する。このため、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂが早期に曲げ変形・破壊してしまい、粉砕破壊によるエネルギー吸収が充分になされない可能性がある。

しかし、本実施形態では、フロントバンパリインフォースメント１２の長手方向の端部１６Ａとクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂとをブラケット２０を介してボルト２６回りに相対回転可能に連結したので、片側衝突してブラケット２０を介してクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに比較的大きなトルクが作用しても、フロントバンパリインフォースメント１２がクラッシュボックス１８に対して相対回転することができる。従って、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂが早期に曲げ変形・破壊するのを回避することができ、片側衝突の場合でも反対側のフロントサイドメンバに衝突荷重を伝達して分散することができる。補足すると、仮にＣＦＲＰ製のクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂとフロントバンパリインフォースメント１２の長手方向の端部１６Ａとを従来通りのボルト締結（締結方向は車両前後方向）による固定構造を採った場合、ＣＦＲＰは金属のように塑性変形しないため、クラッシュボックス１８の締結部２０Ｂ２がボルト締結部で破壊され、締結が外れてしまう。従って、本実施形態のように、オフセット衝突時や斜突時に入力されるトルクも考慮してクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂとフロントバンパリインフォースメント１２の長手方向の端部１６Ａとをピン結合して相対回転可能に連結することは、非常に技術的意義がある。

また、本実施形態では、ブラケット２０の連結部２０Ｂの車両後方側の面（テーパ面２２）をクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに対して略逆ハの字状に配置したので、ブラケット２０のテーパ面２２がクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに当接した際に当接部位には車両前後方向の分力以外に車両幅方向及び車両上下方向の分力が発生する。このため、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂの粉砕破壊を誘発することができる。つまり、クラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに対して斜め方向に配置されたブラケット２０のテーパ面２２でクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂを順次砕きながら破壊していくことができる。

以上を総括すると、本実施形態によれば、フロントバンパリインフォースメント１２からクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂに曲げ荷重が入力されても円滑に当該前端部１８Ｂから粉砕破壊させてエネルギー吸収させることができる。

さらに、本実施形態では、ブラケット２０の基部２０Ａ及び連結部２０Ｂに複数のビード３０、３２を設定したので、クラッシュボックス１８が完全に粉砕破壊した後は、ブラケット２０が蛇腹状に軸圧縮荷重作用方向に塑性変形していく。このため、クラッシュボックス１８の粉砕破壊によるエネルギー吸収後に、更にエネルギー吸収することができる。補足すると、金属製のクラッシュボックスは全長の２０％〜３０％は潰れ残るが、ＣＦＲＰ製のクラッシュボックスは全長の５％程度しか潰れ残りが生じないので、ＣＦＲＰ製のクラッシュボックスのエネルギー吸収効率は極めて高いといえる。本実施形態では、かかるエネルギー吸収効率が高いクラッシュボックス１８が潰れた後も、ブラケット２０の塑性変形を利用してエネルギー吸収させようというものである。

なお、図３には、上記のエネルギー吸収の過程が示されている。簡単に説明すると、図３（Ａ）に示される段階は、バリア３４がフロントバンパリインフォースメント１２に当接した衝突初期の段階である。この状態から図３（Ｂ）に示されるように、ブラケット２０の連結部２０Ｂのテーパ面２２によってクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂが順次粉砕破壊されていきながら、衝突時のエネルギーが吸収されていく。次に、図３（Ｃ）に示されるように、クラッシュボックス１８が完全に潰れ切ると、ブラケット２０がビード３０、３２の形成位置で座屈していき、クラッシュボックス１８の変形で吸収しきれなかった衝突時のエネルギーが吸収されていく。

また、本実施形態では、フロントバンパリインフォースメント１２とクラッシュボックス１８とをブラケット２０を使って相対回転可能に連結したので、つまりフロントバンパリインフォースメント１２とは別部品であるブラケット２０を用いてクラッシュボックス１８との連結をしたので、ブラケット２０自体の形状、構造、材質を任意に選択することができる。また、ブラケット２０の基部２０Ａとクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂとの結合強度も任意に決定することができる。その結果、本実施形態によれば、ブラケット２０自体の作り方を変えることで、ブラケット２０の強度及び剛性やブラケット２０とクラッシュボックス１８の前端部１８Ｂとの結合強度等をある程度自由にチューニングすることができるという利点がある。

〔実施形態の補足説明〕
なお、上述した本実施形態では、ボルト２６及びナット２８によってクラッシュボックス１８とフロントバンパリインフォースメント１２とを相対回転可能に連結したが、これに限らず、ピン支持できる構成であればすべて適用可能である。

また、上述した本実施形態では、フロントバンパリインフォースメント１２とは別体のブラケット２０を設定したが、これに限らず、ブラケット２０に相当する部分をフロントバンパリインフォースメント側に一体に形成してもよい。

さらに、上述した本実施形態では、ブラケット２０に脆弱部としての複数のビード３０、３２を形成したが、ビードの設定位置及び個数等は任意である。また、ビードの構成も凹溝に限らず、種々の構成（例えば、長孔等）を適用することができる。

また、上述した本実施形態では、クラッシュボックス１８をＣＦＲＰ製としたが、これに限らず、ＦＲＰ製としてもよい。フロントバンパリインフォースメント１２の材質も鋼板に限らず、アルミニウム合金製としてもよい。

本実施形態に係るバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造の要部を示す平断面図である。 図１に示されるバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造の２−２線断面図である。 前面衝突時のクラッシュボックスの変形の様子を示す作動説明図である。

符号の説明

１０ フロントバンパ
１２ フロントバンパリインフォースメント
１６ フロントサイドメンバ
１８ クラッシュボックス（衝撃吸収部材）
２０ ブラケット（連結部）
２２ テーパ面（対向面）
２６ ボルト
２８ ナット
３０ ビード（脆弱部）
３２ ビード（脆弱部）

Claims (3)

1. 車両の前後方向の端部側に設けられると共に車両幅方向に沿って延在し、衝突時に衝突荷重を受けるバンパリインフォースメントと、
   このバンパリインフォースメントの長手方向の両端部付近から車両前後方向に沿って略平行に延在された左右一対のサイドメンバと、
   このサイドメンバのバンパリインフォースメント側の端部とバンパリインフォースメントとの間に介在され、軸圧縮荷重を受けることにより粉砕破壊する衝撃吸収部材と、
   この衝撃吸収部材のバンパリインフォースメント側の端部とバンパリインフォースメントとを連結する連結部と、
   を含んで構成された車体構造に適用されるバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造であって、
   前記連結部における衝撃吸収部材との対向面を当該衝撃吸収部材の壁面に対して斜め方向に配置すると共に、バンパリインフォースメントと衝撃吸収部材とを含む略水平面内で連結部がバンパリインフォースメントに対して相対回転可能となるように連結した、
   ことを特徴とするバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造。
2. 前記連結部はバンパリインフォースメントとは別体で構成されたブラケットとされ、
   当該ブラケットの一端部はバンパリインフォースメントに相対回転可能に連結され、当該ブラケットの他端部は所定値以上の荷重入力により衝撃吸収部材との結合状態が解除されて衝撃吸収部材に軸圧縮荷重を加える方向へ変位するように当該衝撃吸収部材の端部に固定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造。
3. 前記ブラケットの中間部には、衝撃吸収部材の粉砕破壊後に当該ブラケットを軸圧縮荷重作用方向に塑性変形させるための一又は二以上の脆弱部が設定されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のバンパリインフォースメントと衝撃吸収部材との連結構造。

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