JP2019043459A

JP2019043459A - フロアパネルのエネルギー吸収構造

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Publication number: JP2019043459A
Application number: JP2017170831A
Authority: JP
Inventors: 正太郎鮎澤; Seitaro Ayusawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP6523390B2

Abstract

【課題】フロアパネルの車幅方向外端に沿って配置されるエネルギー吸収部材のエネルギー吸収効果を高める。【解決手段】自動車のフロアパネル１２の車幅方向外端に沿ってエネルギー吸収部材１６を配置し、エネルギー吸収部材１６の車幅方向内端部をフロアパネル１２の内部に配置した荷重支持フレーム１７の車幅方向外端部に接合する。エネルギー吸収部材１６は、車幅方向および前後方向に平板状に延びる複数の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ｂと、複数の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ｂ間に挟まれた複数の連結部材２０との積層体で構成されるので、側面衝突の衝突荷重がエネルギー吸収部材１６に入力すると、連結部材２０により上下方向に拘束された繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ｂは面外変形することなく骨材を破断しながらマトリクス樹脂が破砕し、衝突エネルギーを効率的に吸収する。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車のフロアパネルの車幅方向外端に沿ってエネルギー吸収部材を配置し、前記エネルギー吸収部材の車幅方向内端部を前記フロアパネルの内部に配置した荷重支持フレームの車幅方向外端部に接合したフロアパネルのエネルギー吸収構造に関する。

カーボン繊維強化樹脂製の車体フロアのフロアパネルの車幅方向外端部を上下方向に厚くし、その内部に軸線を車幅方向に配置した六角柱状のカーボン繊維強化樹脂製のエネルギー吸収部材を配置することで、自動車の側面衝突時にエネルギー吸収部材を軸方向（車幅方向）に圧壊させて衝突エネルギーを吸収するものが、下記特許文献１により公知である。

ＷＯ２０１５／１２９１１０

ところで、上記従来のものは、側面衝突の衝突荷重で六角柱状のエネルギー吸収部材が車幅方向に圧壊するとき、エネルギー吸収部材は六角柱の６本の稜線に沿って破断することで衝突エネルギーを吸収するが、エネルギー吸収部材の６本の稜線に挟まれた６個の面は捲くれ上がるように面外変形して衝突エネルギーを効率的に吸収することができず、そのために充分なエネルギー吸収効果が発揮されない可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、フロアパネルの車幅方向外端に沿って配置されるエネルギー吸収部材のエネルギー吸収効果を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、自動車のフロアパネルの車幅方向外端に沿ってエネルギー吸収部材を配置し、前記エネルギー吸収部材の車幅方向内端部を前記フロアパネルの内部に配置した荷重支持フレームの車幅方向外端部に接合したフロアパネルのエネルギー吸収構造であって、前記エネルギー吸収部材は、車幅方向および前後方向に平板状に延びる複数の繊維強化樹脂板材と、前記複数の繊維強化樹脂板材間に挟まれた複数の連結部材との積層体で構成されることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記複数の繊維強化樹脂板材は、上下方向外端に位置する端部板材と、上下方向中間に位置する中間板材とを含み、前記端部板材の板厚は前記中間板材の板厚よりも小さいことを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、上下の前記端部板材の車幅方向端部を折り曲げて相互に重ね合わせることで、前記連結部材および前記中間板材が包み込まれていることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記連結部材の上下方向厚さは、それを挟む２枚の前記繊維強化樹脂板材の板厚の和よりも大きいことを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記連結部材は車幅方向の荷重により潰れる中空部材であることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記繊維強化樹脂板材のマトリクス樹脂は熱硬化性樹脂であることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項１〜請求項６の何れか１項の構成に加えて、前記繊維強化樹脂板材の骨材はカーボン連続繊維であることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項の構成に加えて、前記エネルギー吸収部材の前後方向両端部がそれぞれ一対のサポート部材で上下から挟持されるとともに、前記一対のサポート部材が前記荷重支持フレームに固定されることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造が提案される。

請求項１の構成によれば、自動車のフロアパネルの車幅方向外端に沿ってエネルギー吸収部材を配置し、エネルギー吸収部材の車幅方向内端部をフロアパネルの内部に配置した荷重支持フレームの車幅方向外端部に接合したので、側面衝突の衝突荷重がエネルギー吸収部材に入力すると、荷重支持フレームに押し付けられたエネルギー吸収部材が車幅方向に圧壊して衝突エネルギーを吸収する。このとき、エネルギー吸収部材は、車幅方向および前後方向に平板状に延びる複数の繊維強化樹脂板材と、複数の繊維強化樹脂板材間に挟まれた複数の連結部材との積層体で構成されるので、連結部材により上下方向に拘束された繊維強化樹脂板材は面外変形することなく骨材を破断しながらマトリクス樹脂が破砕し、衝突エネルギーを効率的に吸収する。特に、繊維強化樹脂板材は平板状であるため、製造が容易で軽量であるだけでなく、従来の六角形断面のものの如く稜線の部分だけが破壊してエネルギー吸収効果が低下することがなく、繊維強化樹脂板材は荷重を受けた部分の全体が座屈して高いエネルギー吸収効果を発揮する。

また請求項２の構成によれば、複数の繊維強化樹脂板材は、上下方向外端に位置する端部板材と、上下方向中間に位置する中間板材とを含み、端部板材の板厚は中間板材の板厚よりも小さいので、片面しか連結部材に拘束されていないために面外変形し易い端部板材の板厚を小さくし、端部板材を面外変形する前に座屈させてエネルギー吸収効果を確保することができる。

また請求項３の構成によれば、上下の端部板材の車幅方向端部を折り曲げて相互に重ね合わせることで、連結部材および中間板材が包み込まれているので、折り曲げられた端部板材によりエネルギー吸収部材の端面を構成し、荷重支持フレームに対するエネルギー吸収部材の接合を容易かつ強固に行うことができるだけでなく、積層された繊維強化樹脂板材および連結部材が相互に剥離するのを防止してエネルギー吸収効果を確保することができる。

また請求項４の構成によれば、連結部材の上下方向厚さは、それを挟む２枚の繊維強化樹脂板材の板厚の和よりも大きいので、衝突荷重により繊維強化樹脂板材が破砕して発生した破片を連結部材で吸収することで、破片に押されて繊維強化樹脂板材が面外変形するのを防止してエネルギー吸収効果を確保することができる。

また請求項５の構成によれば、連結部材は車幅方向の荷重により潰れる中空部材であるので、連結部材が繊維強化樹脂板材の座屈を阻害することがないだけでなく、潰れた連結部材の空間に座屈した繊維強化樹脂板材の破片を吸収することで、繊維強化樹脂板材の面外変形を防止することができる。

また請求項６の構成によれば、繊維強化樹脂板材のマトリクス樹脂は熱硬化性樹脂であるので、熱可塑性樹脂に比べて硬度が高く変形し難い熱硬化性樹脂は骨材から分離し易くなり、繊維強化樹脂板材の座屈が促進されてエネルギー吸収効果が向上する。

また請求項７の構成によれば、繊維強化樹脂板材の骨材はカーボン連続繊維であるので、強度の高いカーボン連続繊維により繊維強化樹脂板材の座屈時のエネルギー吸収効果が向上する。

また請求項８の構成によれば、エネルギー吸収部材の前後方向両端部がそれぞれ一対のサポート部材で上下から挟持されるとともに、一対のサポート部材が荷重支持フレームに固定されるので、エネルギー吸収部材を荷重支持フレームに容易かつ強固に固定できるだけでなく、側面衝突の衝突荷重の入力時にエネルギー吸収部材が上下に倒れるのを防止して繊維強化樹脂板材の座屈を促進することができる。

自動車のフロアパネルの車幅方向断面図である。（第１の実施の形態）図１のエネルギー吸収部材の拡大図である。（第１の実施の形態）エネルギー吸収部材の部分斜視図である。（第１の実施の形態）繊維強化樹脂板材の断面図である。（第１の実施の形態）側面衝突時のエネルギー吸収部材の破壊状態を示す図である。（第１の実施の形態）繊維強化樹脂板材の断面図である。（第２の実施の形態）エネルギー吸収部材および荷重支持フレームの斜視図である。（第３の実施の形態）図７の８−８線断面図である。（第３の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。なお、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１は基本的に炭素繊維強化樹脂で構成された車体フロア１１の左端部を車幅方向に切断して前方から見た断面図であり、車体フロア１１のフロアパネル１２は車体外側（下側）のアウタースキン１３と、車体内側（上側）のインナースキン１４とを、それらの車幅方向外端部を上向きに折り曲げた接合フランジ１３ａ，１４ａにおいて接着により接合して構成される。フロアパネル１２は、上下方向厚さが小さい車幅方向内側部分１２ａと、上下方向厚さが大きい車幅方向外側部分１２ｂとからなり、車幅方向内側部分１２ａにはアウタースキン１３およびインナースキン１４間に挟まれた上下一対の波板状のコア材１５，１５が配置され、車幅方向外側部分１２ｂには側面衝突の衝突エネルギーを吸収するためのエネルギー吸収部材１６が配置され、車幅方向内側部分１２ａおよび車幅方向外側部分１２ｂの境界部にはコア材１５，１５およびエネルギー吸収部材１６間に挟まれて前後方向に延びる荷重支持フレーム１７が配置される。また車幅方向外側部分１２ｂの上面には中空閉断面を有して前後方向に延びるサイドシル１８が接着されており、アウタースキン１３およびインナースキン１４の上向きに折り曲げられた接合フランジ１３ａ，１４ａはサイドシル１８の車幅方向外面に接着される。

図２および図３に示すように、エネルギー吸収部材１６は７枚の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…と、それらの繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…間に挟まれた６枚のアルミニウム合金製の板状の連結部材２０…とを接着により積層した積層体で構成される。連結部材２０…は多数の短い六角柱が前後方向および車幅方向に連続するハムカム構造体であり、六角柱の軸線は上下方向を向くように配置される。また繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…は、上下方向両端に位置する２枚の端部板材１９ａ，１９ａと、上下方向中間に位置する５枚の中間板材１９ｂ…とからなり、連結部材２０…および中間板材１９ｂ…を包むように、端部板材１９ａ，１９ａの車幅方向両端部が上下方向に折り曲げられて相互に重なるように接着される。

図４に示すように、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…は多数のカーボン連続繊維２１を一方向に引き揃えたＵＤ（uni-direction ）を、そのカーボン連続繊維２１の配向方向を交互に９０°ずつずらしながら積層したものを熱硬化性樹脂よりなるマトリクス樹脂２２の内部に埋設した炭素繊維強化樹脂部材である。端部板材１９ａのＵＤの積層数を例えば３層とし、中間板材１９ｂのＵＤの積層数を例えば６層とすることで、端部板材１９ａの板厚ｔ１は中間板材１９ｂの板厚ｔ２よりも小さくなっている。また連結部材２０の上下方向厚さｔ３は、端部板材１９ａの板厚ｔ１および中間板材１９ｂの板厚ｔ２の和よりも大きく設定され、かつ２枚の中間板材１９ｂの板厚ｔ２の和よりも大きく設定される。

このように構成されたエネルギー吸収部材１６はフロアパネル１２の車幅方向外側部分１２ｂの内部に収納され、その上面、下面および車幅方向外面がフロアパネル１２のアウタースキン１３およびインナースキン１４の内面に接着され、その車幅方向内面である上下方向に折り曲げられた端部板材１９ａ，１９ａが荷重支持フレーム１７の車幅方向外面に接着される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

自動車が側面衝突して衝突荷重がエネルギー吸収部材１６の車幅方向外端に入力すると、車幅方向内端を荷重支持フレーム１７に支持されたエネルギー吸収部材１６が座屈して衝突エネルギーを吸収する。図５は電柱や立木のようなポール２６が側面衝突したときのエネルギー吸収部材１６の破壊状態を示すもので、エネルギー吸収部材１６がポール２６の断面形状に沿うように弧状に座屈し、その座屈部分の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…および連結部材２０…は細かく破砕する。

このとき、仮に繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…が上下方向に撓むように面外変形すると、そのカーボン連続繊維２１およびマトリクス樹脂２２が細かく破砕しないために充分なエネルギー吸収性能を得ることができない。しかしながら、本実施の形態によれば、車幅方向におよび前後方向に平板状に延びる繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…が連結部材２０…に挟まれて上下方向の変形を規制されるため、車幅方向内向きの衝突荷重の入力により、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の荷重を受けた部分は面外変形することなく車幅方向内向きに確実に座屈し、カーボン連続繊維２１およびマトリクス樹脂２２が細かく破砕して最大限のエネルギー吸収効果を発揮する。しかも繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…は平板状に形成されるため、その製造が容易である。

また中間板材１９ｂは上下両面が連結部材２０，２０に接着されているが、端部板材１９ａは上下片面しか連結部材２０に接着されていないために上下方向に面外変形し易いという問題がある。しかしながら、本実施の形態によれば、端部板材１９ａの板厚ｔ１は中間板材１９ｂの板厚ｔ２よりも小さく設定されているので、衝突荷重の入力時に板厚ｔ１が小さいために面外変形し易い端部板材１９ａを確実に座屈させてエネルギー吸収効果を確保することができる。

また連結部材２０…は車幅方向の衝突荷重により容易に潰れるハニカム構造の中空部材であるので、連結部材２０…が繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の座屈を阻害することがないだけでなく、潰れた連結部材２０…の空間に座屈した繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の破片を吸収することで、破片に押されて繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…が面外変形するのを防止することができる。

特に、連結部材２０の上下方向厚さｔ３は、それを挟む２枚の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の板厚の和であるｔ１＋ｔ２あるいはｔ２＋ｔ２よりも大きいので、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…が破砕して発生した破片を連結部材２０…で確実に吸収することができる。

さらにエネルギー吸収部材１６は、上下の端部板材１９ａ，１９ａの折り曲げられた車幅方向端部を相互に重ね合わせ、連結部材２０…および中間板材１９ｂ…を包み込むので、端部板材１９ａ，１９ａの折り曲げ部分でエネルギー吸収部材１６の端面を構成することができる。その結果、エネルギー吸収部材１６を荷重支持フレーム１７に容易かつ強固に固定することができ、衝突荷重によりエネルギー吸収部材１６が車幅方向に対して上下に傾くのを防止し、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の座屈を促進してエネルギー吸収効果を一層高めることができる。しかも繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…および連結部材２０…が強固に一体化されるので、衝突荷重により繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…および連結部材２０…が相互に剥離するのを防止して一層確実に座屈させることができる。

また繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…のマトリクス樹脂２２は熱可塑性樹脂に比べて硬度が高く変形し難い熱硬化性樹脂であるため、衝突荷重によりマトリクス樹脂２２はカーボン連続繊維２１から分離し易くなり、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の座屈が促進されてエネルギー吸収効果が向上する。しかも繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の骨材は強度の高いカーボン連続繊維２１であるので、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…が座屈してカーボン連続繊維２１が破断する際に大きなエネルギー吸収効果を発揮する。

第２の実施の形態

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態は５枚の中間板材１９ｂ…の板厚が全て同じに設定されているが、第２の実施の形態は中間板材１９ｂ…の板厚が段階的に変化する。すなわち、５枚の中間板材１９ｂ…のＵＤの積層数は、最も内側の１枚の中間板材１９ｂが６層、その外側の２枚の中間板材１９ｂ，１９ｂが５層、最も外側の２枚の中間板材１９ｂ，１９ｂが４層であり、何れも２枚の端部板材１９ａ，１９ａのＵＤの積層数である３層を上回っている。

本実施の形態によっても、７枚の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…のうち外側に位置するものほど、すなわち面外変形し易いものほど板厚を小さくすることで、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…の確実な座屈を可能にしてエネルギー吸収効果を高めることができる。

第３の実施の形態

次に、図７および図８に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態のエネルギー吸収部材１６は、端部板材１９ａ，１９ａにより中間板材１９ｂ…および連結部材２０…を包み込むことなく、端部板材１９ａ，１９の端面が中間板材１９ｂ…の端面および連結部材２０…の端面に対して同一平面上で切り揃えられている。

エネルギー吸収部材１６の前後方向両端部は、それぞれ上下一対の断面Ｌ字状の金属製サポート部材２３，２３で上下方向に挟まれて複数本のボルト２４…で締結される。そして一対のサポート部材２３，２３は荷重支持フレーム１７の車幅方向外面に複数本のボルト２５…で締結される。

本実施の形態によれば、側面衝突によりエネルギー吸収部材１６に車幅方向内向きの衝突荷重が入力したとき、サポート部材２３…で荷重支持フレーム１７に強固に固定されたエネルギー吸収部材１６は上下方向に倒れることが防止されるため、繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…は面外変形することなく座屈して高いエネルギー吸収効果を発揮する。しかもサポート部材２３…を用いることで、エネルギー吸収部材１６を荷重支持フレーム１７に簡単かつ強固に固定することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態の繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…はカーボン繊維強化樹脂製であるが、ガラス繊維強化樹脂等の他種の繊維強化樹脂製であっても良い。

また繊維強化樹脂板材１９ａ，１９ａ，１９ｂ…および連結部材２０…の積層数は実施の形態に限定されず、繊維強化樹脂板材は少なくとも３層、連結部材は少なくとも２層あれば良い。

また本発明の連結部材は実施の形態のハニカム構造体に限定されるものではない。

１２フロアパネル
１６エネルギー吸収部材
１７荷重支持フレーム
１９ａ繊維強化樹脂板材、端部板材
１９ｂ繊維強化樹脂板材、中間板材
２０連結部材
２１カーボン連続繊維
２２マトリクス樹脂
２３サポート部材

Claims

自動車のフロアパネル（１２）の車幅方向外端に沿ってエネルギー吸収部材（１６）を配置し、前記エネルギー吸収部材（１６）の車幅方向内端部を前記フロアパネル（１２）の内部に配置した荷重支持フレーム（１７）の車幅方向外端部に接合したフロアパネルのエネルギー吸収構造であって、
前記エネルギー吸収部材（１６）は、車幅方向および前後方向に平板状に延びる複数の繊維強化樹脂板材（１９ａ，１９ｂ）と、前記複数の繊維強化樹脂板材（１９ａ，１９ｂ）間に挟まれた複数の連結部材（２０）との積層体で構成されることを特徴とするフロアパネルのエネルギー吸収構造。
前記複数の繊維強化樹脂板材（１９ａ，１９ｂ）は、上下方向外端に位置する端部板材（１９ａ）と、上下方向中間に位置する中間板材（１９ｂ）とを含み、前記端部板材（１９ａ）の板厚は前記中間板材（１９ｂ）の板厚よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。
上下の前記端部板材（１９ａ）の車幅方向端部を折り曲げて相互に重ね合わせることで、前記連結部材（２０）および前記中間板材（１９ｂ）が包み込まれていることを特徴とする、請求項２に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。
前記連結部材（２０）の上下方向厚さは、それを挟む２枚の前記繊維強化樹脂板材（１９ａ，１９ｂ）の板厚の和よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。
前記連結部材（２０）は車幅方向の荷重により潰れる中空部材であることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。
前記繊維強化樹脂板材（１９ａ，１９ｂ）のマトリクス樹脂（２２）は熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。
前記繊維強化樹脂板材（１９ａ，１９ｂ）の骨材はカーボン連続繊維（２１）であることを特徴とする、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。
前記エネルギー吸収部材（１６）の前後方向両端部がそれぞれ一対のサポート部材（２３）で上下から挟持されるとともに、前記一対のサポート部材（２３）が前記荷重支持フレーム（１７）に固定されることを特徴とする、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のフロアパネルのエネルギー吸収構造。