JP2020183190A

JP2020183190A - 車両前部構造

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Publication number: JP2020183190A
Application number: JP2019088599A
Authority: JP
Inventors: 栄志吉田; Eiji Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: CN111907597B; US20200353993A1; US11312420B2; JP7156164B2; CN111907597A

Abstract

【課題】衝突時に荷重伝達部材から伝達される衝突荷重によって側方骨格部材全体を屈曲変形させて所望の衝撃エネルギを吸収させる。【解決手段】車両前部のサイドフレーム１４と、サイドフレーム１４の前端に取付けられたバンパリーンフォース２８と、バンパリーンフォース２８の側端部３２に取付けられた荷重伝達部材３４と、荷重伝達部材３４の後端５８に取付けられたカバー部材７０と、を有する車両前部構造１００であって、カバー部材７０は、角部の外表面７３が曲面で車両上下方向に延びるＬ字型断面部材であり、上端が荷重伝達部材３４の上面よりも上方に突出するように取付けられて後端５８の車両内側部６０を覆う。【選択図】図２

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、荷重伝達部材から伝達された衝突荷重によって閉断面形状の側方骨格部材を屈曲変形させることにより衝撃エネルギを吸収させることが検討されている。しかし、荷重伝達部材の後端が側方骨格部材の側面に食い込んで応力集中が発生し、側方骨格部材の側面のみが破断して側方骨格部材全体が屈曲変形せず、所望の衝突エネルギを吸収できない場合がある。

そこで、本発明は、衝突時に荷重伝達部材から伝達される衝突荷重によって側方骨格部材全体を屈曲変形させて所望の衝撃エネルギを吸収させ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衝突荷重を伝達する荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材の後端に取付けられたカバー部材と、を有する車両前部構造であって、前記カバー部材は、角部の外表面が曲面で車両上下方向に延びるＬ字型断面部材であり、上端が前記荷重伝達部材の上面よりも上方に突出するように前記荷重伝達部材の前記後端の車両内側部に取付けられて前記後端の前記車両内側部を覆うこと、を特徴とする。

これにより、衝突時に、外表面が曲面になっているカバー部材の角部が側方骨格部材の側面に面接触又は線接触するので、側方骨格部材の側面の応力集中を緩和し、荷重伝達部材から伝達される衝突荷重によって側方骨格部材全体を屈曲変形させて所望の衝撃エネルギを吸収させることができる。

本発明の車両前部構造において、前記側方骨格部材は、四角い閉断面形状の長手部材であり、前記カバー部材は、前記側方骨格部材の車両外側の上方の稜線と車両側面から見て上下方向で重なるように配置され、衝突時に前記角部の前記外表面が前記側方骨格部材の前記稜線に当接して前記側方骨格部材に衝突荷重を伝達することとしてもよい。

これにより、四角い閉断面形状の側方骨格部材の稜線に衝突荷重を伝達することができるので、よく確実に側方骨格部材を屈曲させてより効果的に衝撃エネルギの吸収を行うことができる。

本発明は、衝突時に荷重伝達部材から伝達される衝突荷重によって側方骨格部材全体を屈曲変形させて所望の衝撃エネルギを吸収させることができる。

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荷重伝達部材の斜視図である。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後期における変形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後期における変形を示す斜視図である。

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、荷重伝達部材３４Ｌ，３４Ｒの後端５８Ｌ，５８Ｒに取付けられたカバー部材７０Ｌ，７０Ｒとを備えている。

サイドフレーム１４Ｌ，１４Ｒは鋼製であり、各角部に稜線１５を有する四角い閉断面形状の長手部材である。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、カバー部材７０Ｌ，７０Ｒ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、カバー部材７０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。

図５に示すように、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。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。

図３，４に戻って、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。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。

図５に示すように、荷重伝達部材３４の後端５８の車両内側部６０には、カバー部材７０が取付けられている。カバー部材７０は、角部の外表面７３が曲面で車両上下方向に延びるＬ字型断面部材であり、上端７１が荷重伝達部材３４の上面３５ａよりも上方に長さＨだけ突出するように荷重伝達部材３４の後端５８の車両内側部６０に取付けられている。カバー部材７０は、荷重伝達部材３４の後端５８の車両内側部６０を覆っている。また、カバー部材７０の下端７２は、荷重伝達部材３４の下面３５ｂよりも下方向に突出している。実施形態の車両前部構造１００では、カバー部材７０の角部の外表面７３は、円筒面となっているが、なめらかな曲面であれば円筒面に限らず、例えば、楕円筒面であってもよい。

角部の外表面７３を円筒面で構成する場合、円筒面の半径は、数ｍｍ以下、例えば、３ｍｍ程度にすることが望ましい。円筒面の半径が大きいと外表面７３がサイドフレーム１４の側面に当接した際に、外表面７３がサイドフレーム１４の表面で車両後方に滑ってしまいサイドフレーム１４の屈曲量が少なくなってしまう場合があるためである。

カバー部材７０の外表面７３はサイドフレーム１４と離れている。また、カバー部材７０は、サイドフレーム１４の車両外側の上方の稜線１５と車両側面から見て上下方向でラップするように配置される。カバー部材７０の角部の外表面７３は、サイドフレーム１４の側面と車両外側の上方の稜線１５とに対向する角面を形成している。

次に図６〜図８を参照しながら微小ラップ衝突の際の車両前部構造１００の変形について説明する。図６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に衝突する。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５８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、図８に示すように、微小ラップ衝突の後期には荷重伝達部材３４の後端５８に取付けられたカバー部材７０の角部の外表面７３がサイドフレーム１４の側面、並びにサイドフレーム１４の車両外側の上方の稜線１５に当接し、衝突荷重をサイドフレーム１４に伝える。外表面７３は半径数ｍｍ以下の円筒面となっているので、外表面７３はサイドフレーム１４を車両内側に屈曲させ始める。これにより、サイドフレーム１４の全体が車両内側に屈曲して、衝撃エネルギが吸収される。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。

このように、本実施形態の車両前部構造１００は、微小ラップ衝突時に、外表面７３が曲面になっているカバー部材７０の角部がサイドフレーム１４の側面に面接触又は線接触するので、サイドフレーム１４の側面の応力集中を緩和し、荷重伝達部材３４から伝達される衝突荷重によってサイドフレーム１４全体を車両内側に向かって屈曲変形させて所望の衝撃エネルギを吸収させることができる。

また、カバー部材７０の上端７１が荷重伝達部材３４の上面３５ａよりも上方に突出しているので、衝突の際の変形で荷重伝達部材３４の後端５８が下側に移動した場合でも、カバー部材７０の角部の外表面７３をサイドフレーム１４の車両外側の上方の稜線１５に当接させることができるので、サイドフレーム１４をより確実に車両内側に屈曲させて効果的に衝撃エネルギの吸収を行うことができる。

以上説明したように、実施形態の車両前部構造１００は、衝突時に荷重伝達部材３４から伝達される衝突荷重によってサイドフレーム１４全体を屈曲変形させて所望の衝撃エネルギを吸収させることができる。

以上説明した実施形態では、カバー部材７０の下端７２は荷重伝達部材３４の下面３５ｂから下方向に突出しているとして説明したが、下方向に突出していなくてもよい。

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）、１５稜線、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、３４（３４Ｌ，３４Ｒ）荷重伝達部材、３４ａ前端部、３５ａ上面、３５ｂ下面、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（５８Ｌ，５８Ｒ）後端、６０車両内側部、７０（７０Ｌ，７０Ｒ）カバー部材、７１上端、７２下端、７３外表面、８０バリア、１００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衝突荷重を伝達する荷重伝達部材と、
前記荷重伝達部材の後端に取付けられたカバー部材と、
を有する車両前部構造であって、
前記カバー部材は、角部の外表面が曲面で車両上下方向に延びるＬ字型断面部材であり、上端が前記荷重伝達部材の上面よりも上方に突出するように前記荷重伝達部材の前記後端の車両内側部に取付けられて前記後端の前記車両内側部を覆うこと、
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、
前記側方骨格部材は、四角い閉断面形状の長手部材であり、
前記カバー部材は、前記側方骨格部材の車両外側の上方の稜線と車両側面から見て上下方向で重なるように配置され、衝突時に前記角部の前記外表面が前記側方骨格部材の前記稜線に当接して前記側方骨格部材に衝突荷重を伝達すること、
を特徴とする車両前部構造。