JP4150286B2 - 車体のエネルギー吸収構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイドメンバの端部から入力される衝撃エネルギーを吸収する車体のエネルギー吸収構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車（車両）では、衝突時、車体に加わる衝撃力を効果的に緩衝することが求められる。
【０００３】
そこで、自動車では、安全性の向上のため、衝突エネルギーを吸収する構造として、車体の構成する部材のうち、車両前後方向に沿って延びるサイドメンバの端部に、サイドメンバが座屈変形する衝撃荷重より、小さな荷重で座屈変形を起こすフレーム状のエネルギー吸収部材を連結した構造が提案されている。これは、サイドメンバが変形する荷重より小さな荷重の衝撃が、車体の前部あるいは後部から加わると、エネルギー吸収部材が座屈変形（クラッシュ）して、衝撃エネルギーを吸収し、それ以上の荷重の衝撃が加わるときは、サイドメンバも座屈変形（クラッシュ）して、衝撃エネルギーを吸収する構造（例えば特許文献１を参照）である。
【０００４】
ところで、同構造でサイドメンバのクラッシュストロークを一定量保とうとすると、エネルギー吸収部材の分だけ車体の長さ寸法が長くなってしまい、例えば車体前後に装着されるバンパの位置を車体長さ方向外方に変更する等、車体各部の変更が強いられやすい。また同構造で車体の長さ寸法を一定に保とうとすると、今度はサイドメンバのクラッシュストロークが短くなってしまう。
【０００５】
そこで、エネルギー吸収部材の設置の仕方として、エネルギー吸収部材のサイドメンバ側の端部をサイドメンバ内に挿入して、サイドメンバの前方にエネルギー吸収部材を配置し、エネルギー吸収部材の挿入端を例えばボルトナットで、その挿入端近くのサイドメンバの側壁部分に締結する構造を採用して（例えば特許文献２を参照）、エネルギー吸収部材の一部をサイドメンバ内に収容する技術が提案されている
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１８５９５５号公報
【０００７】
【特許文献２】
実開平４− ７２０８０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サイドメンバで有効に衝撃エネルギーを吸収させるのには、サイドメンバの端部側（クラッシュストロークを形成する部分）の側壁が、伝わる荷重で端から連続して波形状に押し潰されながら座屈するのが望ましい。
【０００９】
ところが、上記サイドメンバの側壁部分でエネルギー吸収部材を支える構造は、エネルギー吸収部材を支持する剛性がサイドメンバの長手方向中間に加わるために、サイドメンバの剛性はクラッシュストロークの途中で変わる。このため、衝撃エネルギーを吸収するサイドメンバの端から続く波形状の変形が、途中で途切れたり、サイドメンバの端よりも先にエネルギー吸収部材を固定した地点から圧潰が始まったり、また支持した部分の剛性が高いためにその部分が潰れ残ったりするおそれがあり、あらかじめ設定されたクラッシュストロークを有効に活用した衝撃エネルギーの吸収が行えない問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、エネルギー吸収部材を配置することによる車体の長さ寸法への影響を抑制しつつ、サイドメンバのクラッシュストロークを有効に活用した衝撃エネルギーの吸収が行える車体のエネルギー吸収構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、サイドメンバの端部前方に、該サイドメンバ端から内部に一部を挿入してエネルギー吸収部材を配置し、このエネルギー吸収部材の挿入した端を支持部材でサイドメンバの端面で直接的あるいは間接的に支持させる構成を採用して、エネルギー吸収部材を配置することによる車体長さ寸法への影響を抑制しつつ、サイドメンバが、該サイドメンバの端から伝わる荷重で、変形が途中で途切れたり、途中で変形が始まったりせず、また潰れ残りが生じることなく連続して波形状に押し潰されながら座屈変形するようにした。
【００１２】
さらに前記目的に加え簡単な構造でエネルギー吸収部材の支持が行えるよう、支持部材には、エネルギー吸収部材の挿入した端に固定され該エネルギー吸収部材を通じてサイドメンバの前方からの衝撃力を受ける受け部と、サイドメンバの端面に直接的あるいは間接的に脱着可能に固定される固定部と、エネルギー吸収部材とサイドメンバの内面との間を通じ受け部と固定部との間を連結して受け部へ入力された衝撃を固定部へ伝える伝達部とを有した構成を採用した。
【００１３】
さらに前記目的に加えサイドメンバクラッシュ時に支持部材がサイドメンバの変形を損なうことがないよう、伝達部とこれに対向するサイドメンバの内面との間には、サイドメンバの座屈変形を許容する寸法の隙間を存在させた。
【００１４】
さらに前記目的に加え衝撃吸収に適した断面形状をもつエネルギー吸収部材が容易に得られるよう、エネルギー吸収部材には、押出し成形で筒形に形成したアルミ製の押出し部材を用いた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１ないし図５に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
【００１６】
図１は本発明を適用した自動車（車両）の例えばフロント端の構造を示し、図３はその図１中のＡ−Ａ線に沿う断面を示していて、同図中１は自動車の車体２を構成する中空のサイドメンバを示す。サイドメンバ１には、例えば車体２の前端部から前後方向沿いに車体２の後端部まで一体に延びる左右一対の筒形状の部材、例えば断面が角形の筒状部材が用いられている。図１および図３には、このうちの一方、例えば車幅方向右側のサイドメンバ１が示してある。これら各サイドメンバ１のフロント側の端部は、いずれもクラッシュゾーンα、すなわちサイドメンバ１の前方から所定値Ｆ２以上の衝撃力が入力されると、押し潰れる変形（座屈変形）が生ずる部分となっている。
【００１７】
一方、図中５は、各サイドメンバ１の前端部に組付くフロントエンド構成部である。フロントエンド構成部５は、例えばバンパ６を支持する車幅方向に沿って延びる帯板状のビーム７と、同ビーム７の内面の車幅方向両側から各サイドメンバ１へ向かって突き出る左右一対（一方しか図示せず）のクラッシュボックス８（エネルギー吸収部材に相当）とを有している。クラッシュボックス８には、いずれも押出し成形によって形成された筒形部材、例えばアルミニウム塊を押出し成形して形成される角形のアルミ製の筒形部材（押出し部材）が用いられている。各クラッシュボックス８は、サイドメンバ１が変形する衝撃力Ｆ２より小さな所定値以上の荷重の衝撃力Ｆ１（＜Ｆ２）が端から入力されると、押し潰れる変形（座屈変形）が生ずるようにしてある。なお、各エネルギー吸収部材８は、押出し成形によって、車種毎、衝撃吸収に好適な断面形状にしてある。ここでは、クラッシュボックス８には、サイドメンバ１内に遊挿入自在な角形、具体的にはサイドメンバ１の断面形状より小さくした角形の中空断面形状が用いてある。
【００１８】
各エネルギー吸収部材８のサイドメンバ１側の端部の一部は、各サイドメンバ１の端面から内部へ挿入してある。具体的には、各クラッシュボックス８は、クラッシュボックス８だけが圧潰した場合、残る押し潰された部分に相当する長さβ分、サイドメンバ１の内部へ挿入させてある。そして、それぞれ支持ブラケット９（支持部材に相当：一方しか図示せず）を用いて、各クラッシュボックス８を各サイドメンバ１の端面、ここでは各サイドメンバ１の端面に取着した座部材、例えば上下端部がサイドメンバ１の外壁面から外側へ張り出たフランジ部材１１に支持させてある。
【００１９】
この支持構造を説明すると、支持ブラケット９には、いずれも例えば略Ｕ字状の帯板部材が用いられている。具体的には、図２に示されるように支持ブラケット９は、例えばクラッシュボックス８の端面にならって上下方向に延びる板面部１２，該板面部１２の上下両端部からそれぞれクラッシュボックス８の側面にならってビーム７側へ延びる板面部１３、各板面部１３の延出端からそれぞれ上下方向に張り出す一対の板面部１４を有している。このうち板面部１２の板面中央には、クラッシュボックス８の端面が取着（固定）してあり、支持ブラケット９もフロントエンド構成部５の一部に含めている。これら支持ブラケット９は、各サイドメンバ１の端面から、板面部１２および板面部１３を、板面部１４が上下方向へ張り出すフランジ部材１１の座部１１ａと突き当るまで、クラッシュボックス８と共にサイドメンバ１内へ挿入させてある。そして、それぞれ重なり合う板面部１４と座部１１ａは、締結手段、例えばボルト１６を板面部１４に形成した通孔１７から座部１１ａに取着してあるナット１８へねじ込むことによって脱着可能に締結してある。これにより、支持ブラケット９は、板面部１２がクラッシュボックス８を通じてサイドメンバ１の前方から入力される衝撃を受ける受け部とし、板面部１４がサイドメンバ１の端面に脱着可能に固定される固定部とし、クラッシュボックス８の側面とこれに対向するサイドメンバ１の内面との間の板面部１３が受け部からの衝撃を固定部へ伝える伝達部としている。この支持ブラケット９にて、端側の一部がサイドメンバ１内を収めた状態のままで、クラッシュボックス８をサイドメンバ１の端面に直接的に支持させている。なお、各板面部１３の長さ寸法は、上記クラッシュボックス８の押し潰されて残る部分に相当するβに設定されていて、板面部１２および板面部１３で囲まれるサイドメンバ１の内部を、座屈変形ずみのクラッシュボックス８を収める格納部分としてある。この支持構造により、クラッシュボックス８を、変形代の部分以外はサイドメンバ端から前方へ突き出るように、サイドメンバ端に直列に組付かせている。
【００２０】
またクラッシュボックス８の側面とこれに対向する各板面部１３との間の空隙γは、クラッシュボックス８の座屈変形を許容する寸法にしてある。さらに各板面部１３とこれに対向するサイドメンバ１の内面との隙間δは、サイドメンバ１の座屈変形を許容する寸法にしてある。これにより、クラッシュボックス８およびサイドメンバ１の双方共、他の部材に干渉せずに座屈変形が生ずる環境にしてある。
【００２１】
こうしたクラッシュボックス８の組付けにより、クラッシュボックス８およびサイドメンバ１のいずれにおいても良好な衝撃吸収性を発揮し得るエネルギー吸収構造にしている。
【００２２】
すなわち、今、例えば軽衝突により、所定値Ｆ１（＜Ｆ２）以上の衝撃がバンパ６の前面から入力されたとする。すると、図４に示されるようにクラッシュボックス８の剛性は、その加わる荷重に耐え切れなくなり、クラッシュボックス８の各４面の側壁は、波形状に押し潰されながら座屈変形する（軸圧縮変形）。このクラッシュボックス８の座屈変形によって、車体前方から入力される衝撃エネルギーは吸収され、車体前方からの衝撃を緩衝する。
【００２３】
また所定値Ｆ１より大きい所定値２以上の衝撃バンパ６の前面から入力されるようなときは、まず、図４に示されるようにクラッシュボックス８は波形状に押し潰されながら座屈変形する。このときの変形は、ビーム７がサイドメンバ１の開口端に突き当るまで続く。これにより、サイドメンバ１は、内部に座屈変形ずみのクラッシュボックス８を格納しつつ、自身で衝撃エネルギーを吸収する体制が整う。
【００２４】
ついで、サイドメンバ１の剛性が、入力される衝撃に耐え切れなくなると、サイドメンバ１の端面から始まるサイドメンバ１のクラッシュゾーンαは、図５に示されるように座屈変形を起こす。
【００２５】
ここで、支持ブラケット９は、クラッシュボックス８の挿入端をサイドメンバ１の端面へ直接、支持させているから、クラッシュストロークの全体は一様な剛性が保たれ、途中で剛性が変わるような地点はない。
【００２６】
このため、図５に示されるようにクラッシュゾーンαでは、サイドメンバ１の端面から伝わる荷重により、サイドメンバ１の端から連続して波形状に押し潰される座屈変形が生ずる（軸圧縮変形）。
【００２７】
つまり、サイドメンバ１のクラッシュは、クラッシュストロークの途中で途切れたり、クラッシュストロークの途中で変形が始まったりせず、また部分的に剛性が高いことによる潰れ残りが生じることなくサイドメンバ１の端から連続して進行する。これにより、サイドメンバ１のクラッシュストロークを十分に活用して、良好に衝撃エネルギーの吸収が行われる。
【００２８】
したがって、クラッシュボックス８の挿入端をサイドメンバ１の端面へ直接支持させる支持構造により、サイドメンバ１のクラッシュストロークを有効に活用した衝撃エネルギーの吸収を行うことができる。しかも、サイドメンバ１の端面へ直接支持させる支持構造は、クラッシュボックス８を配置することによる車体長さ寸法への影響を抑制しつつ、所定荷重の衝撃力Ｆ１が入力された際にクラッシュボックス８を完全にクラッシュさせることができる。特にクラッシュボックス８は、アルミ製の押出し部材で形成してあるので、容易に車種毎の衝撃吸収に適した断面形状にすることができ、効率的な衝撃エネルギーの吸収もできる。
【００２９】
またクラッシュボックス８におけるサイドメンバ１の端面への支持には、略Ｕ字状の支持ブラケット９を用いたので、簡単である。しかも、支持ブラケット９は、サイドメンバ１の端面から脱着が行える構造なので、軽衝突によりクラッシュボックス８だけが変形（破損）したような場合は、支持ブラケット９を、クラッシュボックス８、ビーム７およびバンパ６と共に、サイドメンバ１から取り外し、該破損したフロントエンド構成部５の代わりに、新規のフロントエンド構成部５をサイドメンバ１に付け替えるだけですみ、交換性に優れる。特に支持ブラケット９の板面部１３とサイドメンバ１の内面との間、板面部１３とクラッシュボックス８の側面との間は、変形したサイドメンバ１やクラッシュボックス８が板面部１３と干渉しない隙間量を確保してあるので、衝突時にはクラッシュボックス８およびサイドメンバ１の両者共、衝撃吸収に優れる良好な座屈変形が約束できる。
【００３０】
図６は本発明の第２の実施形態を示す。
【００３１】
本実施形態は第１の実施形態の変形例である。同実施形態は、第１の実施形態のようにサイドメンバ１の端面に対して支持ブラケット９の座部１１ａを直接的に固定するのではなく、支持ブラケット９の座部１１ａを間接的に固定したものである。具体的には、同実施形態は、例えばサイドメンバ１の端部のフランジ部材１１に固定された介在物、ここでは上下方向に延びるフレーム部材１９を挟んで、支持ブラケット９の座部１１ａをボルト１６でフランジ部材１１の座部１１ａに締結したものである。
【００３２】
このようにしても第１の実施形態と同様の効果を奏する。但し、図６において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。
【００３３】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、Ｕ字形の帯板部材で形成した支持ブラケットを用いたが、これに限らず、他の形状の支持ブラケットを用いて、クラッシュボックスの挿入端をサイドメンバの端面に支持させてもよい。また上述した実施形態は、サイドメンバのフロント側の端部にクラッシュボックスを設ける構造を挙げたが、サイドメンバのリヤ側の端部にクラッシュボックスを設ける構造に本発明を適用しても構わない。また上述した実施形態では、エネルギー吸収部材としてクラッシュボックスを用いた例を挙げたが、これに限らず、他の構造を用いて構成されたエネルギー吸収部材を用いてもよい。また上述した実施形態では、サイドメンバには断面が角形の筒状部材を用い、クラッシュボックスにはサイドメンバより断面形状の小さい角形の筒状部材を用いているが、これに限らず、例えばサイドメンバを断面八角形の筒状部材とし、クラッシュボックスをサイドメンバの八角形の筒内に収まる丸形断面の筒状部材としてもよい。このようにクラッシュボックスの断面形状をサイドメンバの断面内側よりやや小さい概ね相似形状とすることで、サイドメンバの中空部を有効に利用でき、且つクラッシュボックスの断面積も確保して必要なエネルギー吸収特性を持たせることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、エネルギー吸収部材を配置することによる車体の長さ寸法への影響を抑制しつつ、衝突エネルギーを吸収する際、サイドメンバは、途中で変形が途切れたり途中で変形が始まったりせず、また潰れ残りが生じることなくサイドメンバの端から連続して波形状に押し潰されながら座屈変形するようになる。
【００３５】
それ故、エネルギー吸収部材、サイドメンバのクラッシュストロークを有効に活用して、サイドメンバの前方から入力される衝撃エネルギーを吸収することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、さらに簡単な支持部材の構造で、エネルギー吸収部材の挿入した端をサイドメンバ端に支持できるといった効果を奏する。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、さらに良好なサイドメンバの座屈変形が約束できるといった効果を奏する。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、さらに容易に車種毎、衝撃吸収に適した断面形状をもつエネルギー吸収部材を得ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車体のエネルギー吸収構造を示す斜視図。
【図２】同エネルギー吸収構造を分解した斜視図。
【図３】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】軽衝突を受けて、エネルギー吸収体だけが変形した状態を示す断面図。
【図５】大衝突を受けて、エネルギー吸収体およびサイドメンバの双方が変形した状態を示す断面図。２
【図６】本発明の第２の実施形態に係る車体のエネルギー吸収構造を示す斜視図。
【符号の説明】
１…サイドメンバ、８…クラッシュボックス（エネルギー吸収部材）、９…支持ブラケット（支持部材）、１２…板面部（受け部）、１３…板面部（伝達部）、１４…板面部（固定部）、１６…ボルト、１７…通孔、１８…ナット。

Claims (2)

1. 車両の前後方向に沿って延びるサイドメンバと、
   前記サイドメンバの端部前方に、当該サイドメンバの端から内部に一部が挿入されて配置され、所定値以上の衝撃力が前記サイドメンバの前方から入力されると座屈変形するエネルギー吸収部材と、
   前記エネルギー吸収部材の挿入した端を前記サイドメンバの端面で直接的あるいは間接的に支持させる支持部材と
   を具備し、
   前記支持部材は、前記エネルギー吸収部材の挿入した端に固定され該エネルギー吸収部材を通じて前記サイドメンバの前方からの衝撃力を受ける受け部と、前記サイドメンバの端面に直接的あるいは間接的に脱着可能に固定される固定部と、前記エネルギー吸収部材とこれに対向するサイドメンバの内面との間を通じて前記受け部と前記固定部との間を連結し、前記受け部へ入力された衝撃を前記固定部へ伝える伝達部とを有して構成され、
   前記伝達部とこれに対向する前記サイドメンバの内面との間は、前記サイドメンバにおける座屈変形を許容する寸法を有する隙間が存在していることを特徴とする車体のエネルギー吸収構造。
2. 前記エネルギー吸収部材は、押出し成形で筒形に形成したアルミ製の押出し部材からなることを特徴とする請求項１に記載の車体のエネルギー吸収構造。

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