JP4845777B2 - 車両用車枠の衝撃吸収構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両衝突時等に生じる衝撃エネルギを吸収するための車両用車枠の衝撃吸収構造に関する。

トラック等の車両用車枠の先端部に、車両衝突時等に生じる衝撃エネルギを吸収する目的でクラッシュボックスと称する衝撃吸収部材を設けているものがある。この衝撃吸収部材は、車両衝突時等に座屈変形し潰れることによって衝撃エネルギを吸収して、乗員へのダメージを低減するものである。

また、車両衝突時等に衝撃吸収部材を安定的に座屈変形させるために、例えば特許文献１のように、衝撃吸収部材の外面部に、衝撃荷重が作用する方向（つまり、衝撃吸収部材の長手方向）と直交する方向にビード（座屈変形用ビード）を形成し、この座屈変形用ビードによって衝撃吸収部材の座屈変形を誘発させることによって、初期ピーク荷重の低減を図ったものが広く知られている。

特開平３−９４１３７号公報

しかし、上述のような座屈変形用ビードを形成した衝撃吸収部材では、座屈変形が始まる初期は比較的高い衝撃エネルギ吸収量を維持するが、座屈変形が進展し座屈変形用ビードが設けられていない平面部での折れ座屈変形が始まると急激に衝撃エネルギ吸収量が低下してしまう。衝撃吸収部材全体の座屈変形はビードでの座屈変形と平面部での折れ座屈変形とを繰り返しつつ進展していくが、衝撃吸収部材全体の座屈変形の過程で幾度も平面部での折れ座屈変形に伴う衝撃エネルギ吸収量の低下が起こるため、総衝撃エネルギ吸収量が低くなってしまう。

そこで、本発明の目的は、衝撃吸収部材における平面部での折れ座屈変形に伴う衝撃エネルギ吸収量の低下を抑制することができ、総衝撃エネルギ吸収量が高い車両用車枠の衝撃吸収構造を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、車両用車枠の前後方向に延出する角筒状の衝撃吸収部材を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、上記衝撃吸収部材の外面部に上記衝撃吸収部材の長手方向に間隔を隔てて複数設けられ、上記衝撃吸収部材の長手方向と直交する方向に形成され、上記衝撃吸収部材を座屈変形させるための凸状のビードと、それら複数のビード間の上記衝撃吸収部材の内面部に上記衝撃吸収部材の長手方向と直交する方向に配置され、一端が上記衝撃吸収部材の内面部に固着されると共に他端が対面の内面部と間隔を隔てており、上記ビードを基点として起こる上記衝撃吸収部材の座屈変形の変形量を制限するための突支い部材とを備えたものである。

ここで、上記衝撃吸収部材の内面部に、上記突支い部材の上記他端が対向する部分に位置させて、上記突支い部材の上記他端が重合するように形成され、その他端を上記衝撃吸収部材の長手方向と直交する方向にガイドするためのガイド部材を設けても良い。

また、上記突支い部材の上記他端に、上記衝撃吸収部材の内面部に対向するように形成された板状部材を装着しても良い。

また、上記突支い部材は、上記衝撃吸収部材の長手方向に間隔を隔てて複数設けられても良い。

また、上記衝撃吸収部材は、一対の溝形部材を向かい合わせて接合してなっても良い。

本発明によれば、衝撃吸収部材における平面部での折れ座屈変形に伴う衝撃エネルギ吸収量の低下を抑制することができ、総衝撃エネルギ吸収量が高い車両用車枠の衝撃吸収構造を提供することができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収構造の斜視図である。図２（ａ）は図１の実施形態に係る衝撃吸収部材の横断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の１１ｂ−１１ｂ線矢視図である。

図示はしないが、本実施形態では、車両用車枠は、車幅方向に所定間隔を隔てて配置され、前後方向に延出する一対のサイドメンバと、サイドメンバ間に掛け渡して設けられ、幅方向に延出するクロスメンバとを有する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る衝撃吸収構造１０は、車両用車枠のサイドメンバの前端部に設けられた衝撃吸収部材１１を備えている。衝撃吸収部材１１は、車両衝突時等に衝撃荷重を受けて、その衝撃荷重により座屈変形し潰れることによって衝撃エネルギを吸収するものである。本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、サイドメンバに一体に設けられている。

衝撃吸収部材１１は、車両用車枠１の前後方向に延出する角筒状に形成されている。詳しくは、衝撃吸収部材１１は、側面の幅（衝撃吸収部材１１の高さ）が上下面の幅（衝撃吸収部材１１の幅）よりも大きい断面略矩形状（略長方形状）に形成されている。

衝撃吸収部材１１の外面部１２ａには、衝撃吸収部材１１の長手方向（車両用車枠の前後方向）に所定間隔を隔てて、衝撃吸収部材１１を座屈変形させるため（衝撃吸収部材１１の座屈変形を誘発させるため）の凸状のビード（座屈変形用ビード）１３が複数設けられている。ビード１３は、衝撃吸収部材１１の長手方向と直交する方向（車両用車枠の上下方向）に形成されている。

本実施形態では、ビード１３は、衝撃吸収部材１１の側面をなす外面部１２ａに設けられている。

また、本実施形態では、ビード１３は、断面略三角形状に形成されている（図２（ａ）参照）。

複数のビード１３間の上記所定間隔は、車両用車枠の断面形状、肉厚、材質等に応じて、所望の衝撃エネルギ吸収量が得られるように決定される。

衝撃吸収部材１１を座屈変形させるためのビード１３を凸状にすることにより、車両衝突時等にビード１３での座屈変形がある程度進展すると、次にビード１３が設けられていない平面部１２ｃにて座屈変形が起こるが、この平面部１２ｃは凸状のビード１３の座屈変形に影響して内側に折れるように変形する（図３参照）。

衝撃吸収部材１１における複数のビード１３間の内面部１２ｂには、衝撃吸収部材１１の長手方向と直交し且つビード１３と直交する方向に配置された突支い部材１４が設けられている。突支い部材１４は、ビード１３を基点として起こる衝撃吸収部材１１の座屈変形の変形量を制限するためのものである。

突支い部材１４は、衝撃吸収部材１１の長手方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。突支い部材１４は、衝撃吸収部材１１における内面部１２ｂの上下方向の略中央に設けられている。また、突支い部材１４は、ビード１３間の内面部１２ｂでは前後方向の略中央に設けられている。

突支い部材１４は、一端が衝撃吸収部材１１の内面部１２ｂに溶接、リベット或いはボルト・ナット等により固着されると共に、他端が対面の内面部１２ｂと固着も接触もせず所定間隔（或いは隙間）Ｃ（例えば、５〜１０ｍｍ）を隔てている。そのため、突支い部材１４を、その他端が対面の内面部１２ｂとは接触しないように、衝撃吸収部材１１の内幅寸法よりも短いものとする。

本実施形態では、突支い部材１４は、衝撃吸収部材１１の側面をなす内面部１２ｂに設けられている。

また、本実施形態では、突支い部材１４は、円形管（パイプ）（例えば、直径１６ｍｍ）からなる。これには限定はされず、突支い部材１４は、Ｌ形部材（アングル材）或いは溝形部材（チャネル材）等からなってもよい。

複数の突支い部材１４間の上記所定間隔は、衝撃吸収部材１１における平面部１２ｃでの座屈変形による変位状況に応じて、所望の衝撃エネルギ吸収量が得られるように決定される。

本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、突支い部材１４が固着された溝形部材（チャネル材）１５と溝形部材１６を互いに向かい合わせて、それら一対の溝形部材１５、１６のフランジ部同士を溶接、リベット或いはボルト・ナット等により接合してなる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

車両衝突時等には、バンパー（図示せず）等を介して衝撃吸収部材１１に車両用車枠の前後方向の前方から後方に向けて衝撃荷重Ｌ（図１参照）が作用する。衝撃荷重Ｌが衝撃吸収部材１１の弾性変形域を超えると衝撃吸収部材１１が座屈変形（塑性変形）し始めるが、衝撃吸収部材１１の長手方向と直交する方向に形成されたビード１３が衝撃吸収部材１１の座屈変形を誘発するため、最も前方側のビード１３が設けられた部分にて座屈変形が起こる。

次に、最も前方側のビード１３での座屈変形がある程度進展すると、そのビード１３の後方の平面部１２ｃにて座屈変形が起こるが、ビード１３が凸状であることから、平面部１２ｃはビード１３の座屈変形を受けて内側に向かって折れるように変形し始める（図３参照）。このとき、突支い部材１４はその他端が対面の内面部１２ｂと間隔を隔てており、平面部１２ｃの折れ座屈変形を妨げないため、ビード１３を設けたことにより得られる初期ピーク荷重を低く抑える性能を阻害することはない。

平面部１２ｃが内側に向かって折れ、その平面部１２ｃでの折れ座屈変形がある程度進展すると、突支い部材１４とその突支い部材１４が固着されていない対面の内面部１２ｂとの間に設けられた隙間Ｃが徐々に狭くなり、そして突支い部材１４と上記対面の内面部１２ｂとが接触する。このとき、突支い部材１４が衝撃吸収部材１１の内面で挟み込まれて突支い棒のように作用するので、平面部１２ｃでの折れ座屈変形が制限され、大きな抵抗が生じる。この抵抗により、従来の構造では平面部１２ｃが折れ座屈変形する際に衝撃吸収部材１１の断面積或いは断面係数が低下して衝撃エネルギ吸収量が低下するところ、本実施形態では衝撃吸収部材１１の断面積或いは断面係数の低下が制限されるので衝撃エネルギ吸収量を高く維持したまま衝撃吸収部材１１の座屈変形が進展していく。

このようにして衝撃吸収部材１１における最も前方側のビード１３及び平面部１２ｃがある程度潰れたならば、続いて、衝撃吸収部材１１における最も前方側のビード１３の後方のビード１３及び平面部１２ｃが順次座屈変形し潰れていく。このとき、次の突支い部材１４が平面部１２ｃでの座屈変形に対して抵抗として作用し、平面部１２ｃでの座屈変形の変形量を制限する。衝撃吸収部材１１全体としては、最も前方側のビード１３を基点として順次後方に向かい座屈変形し潰されていく。

本実施形態に係る衝撃吸収構造１０についてシミュレーションを行った結果を図４に示す。図４に示す荷重−ストローク線図において、縦軸が荷重（衝撃荷重）であり、横軸がストローク（つぶれ量）であり、曲線と横軸で囲まれた部分の面積が衝撃エネルギ吸収量に相当する。また、図４中、実線が突支い部材を設けた衝撃吸収部材（本実施形態）について示し、破線が突支い部材を設けていない衝撃吸収部材について示す。なお、シミュレーションではビード（座屈変形用ビード）を衝撃吸収部材の長手方向に間隔を隔てて三つ設け、それらビード間にそれぞれ突支い部材を設けている。シミュレーションの結果、本実施形態では、初期ピーク荷重は突支い部材を設けていない衝撃吸収部材と同じであり、有効ストローク範囲Ｅ内での衝撃エネルギ吸収量を突支い部材を設けていない衝撃吸収部材と比較して高く維持することができることが分かった。

以上要するに、本実施形態によれば、突支い部材１４が平面部１２ｃでの座屈変形に対して抵抗として作用するので、衝撃吸収部材１１における平面部１２ｃでの折れ座屈変形に伴う衝撃エネルギ吸収量の低下を抑制することができ、総衝撃エネルギ吸収量を向上させることができる。

また、突支い部材１４は、一端が衝撃吸収部材１１の内面部１２ｂに固着されると共に他端が対面の内面部１２ｂと間隔を隔てているので、平面部１２ｃでの初期の座屈変形を妨げないため、ビード１３を設けたことにより得られる初期ピーク荷重を低く抑える性能を阻害することはない。

また、突支い部材１４を既存の衝撃吸収部材（クラッシュボックス）にその本体形状を変えることなく追加することにより、既存の衝撃吸収部材についても総衝撃エネルギ吸収量を向上させることができる。その際、既存の衝撃吸収部材の本体形状を変える必要がないため、設計変更に伴う車両レイアウトへの影響は発生しない。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上述の実施形態では、ビード１３が、断面略三角形状に形成されるとしたが、これには限定はされず、図５に示すように、ビード１３が断面略台形状に形成されても良く、図６に示すように、ビード１３が断面略半円形状に形成されても良い。

また、上述の実施形態では、突支い部材１４を衝撃吸収部材１１における内面部１２ｂの上下方向の略中央に設けると共に、ビード１３間の内面部１２ｂでは前後方向の略中央に設けるとしたが、これには限定はされず、平面部１２ｃでの座屈変形による変位状況に応じて、突支い部材１４を衝撃吸収部材１１の長手方向（前後方向）或いは衝撃吸収部材１１の長手方向と直交する方向（上下方向）に内面部１２ｂの面上でずらして配置しても良い。

また、上述の実施形態では、突支い部材１４を衝撃吸収部材１１におけるビード１３間の平面部１２ｃに一つ設けているが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１における平面部１２ｃでの座屈変形による変位状況或いは衝撃エネルギ吸収量に応じて、突支い部材１４を衝撃吸収部材１１におけるビード１３間の平面部１２ｃに複数設けても良い。その際、突支い部材１４を衝撃吸収部材１１の長手方向と直交する方向（上下方向）に複数設けても良い。

また、衝撃吸収部材１１の平面部１２ｃでの変位モードが不安定であり、平面部１２ｃがある程度座屈変形しても突支い部材１４が対面の内面部１２ｂにうまくかからず荷重を受けられない場合には、図７に示すように、衝撃吸収部材１１の内面部１２ｂに、突支い部材１４の他端が重合するように形成され、突支い部材１４の他端を衝撃吸収部材１１の長手方向と直交する方向にガイドするためのガイド部材１７を設けても良い。図示例では、ガイド部材１７は、円形管（パイプ）からなり、一端が突支い部材１４の他端が対面する内面部１２ｂに溶接、リベット或いはボルト・ナット等により固着されると共に、他端が突支い部材１４の外周と固着も接触もせず所定間隔を隔てている。

また、図８に示すように、突支い部材１４の他端に、衝撃吸収部材１１の内面部１２ｂに対向するように形成され、衝撃吸収部材１１の他端を覆うと共にその他端よりも大きな面積の板状部材１８を装着しても良い。板状部材１８は、突支い部材１４の他端に溶接、リベット或いはボルト・ナット等により固着される。

図７及び図８のようにすることで、衝撃吸収部材１１の平面部１２ｃでの変位モードが不安定であっても、平面部１２ｃがある程度座屈変形すると突支い部材１４が対面の内面部１２ｂにうまくかかり荷重を受けられるので、突支い部材１４によって衝撃吸収部材１１の座屈変形の変形量を確実に制限することが可能となる。

また、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠のサイドメンバに一体に設けるとしたが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠のサイドメンバとは別体で形成して、サイドメンバに溶接、リベット或いはボルト・ナット等により取り付けるようにしても良い。

さらに、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠のサイドメンバの前端部に設けるとしたが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠のサイドメンバの後端部に設けても良い。

図１は本発明の一実施形態に係る衝撃吸収構造の斜視図である。 図２（ａ）は図１の実施形態に係る衝撃吸収部材の横断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の１１ｂ−１１ｂ線矢視図である。 図３は衝撃吸収部材の平面部での折れ座屈変形を説明するための図である。 図４は荷重−ストローク線図である。 図５は変形例に係る衝撃吸収部材の横断面図である。 図６は変形例に係る衝撃吸収部材の横断面図である。 図７は変形例に係る衝撃吸収部材の横断面図である。 図８は変形例に係る衝撃吸収部材の横断面図である。

符号の説明

１０ 衝撃吸収構造
１１ 衝撃吸収部材
１２ａ 外面部
１２ｂ 内面部
１２ｃ 平面部
１３ ビード
１４ 突支い部材
１５ 溝形部材
１６ 溝形部材
１７ ガイド部材
１８ 板状部材

Claims (5)

1. 車両用車枠の前後方向に延出する角筒状の衝撃吸収部材を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、上記衝撃吸収部材の外面部に上記衝撃吸収部材の長手方向に間隔を隔てて複数設けられ、上記衝撃吸収部材の長手方向と直交する方向に形成され、上記衝撃吸収部材を座屈変形させるための凸状のビードと、それら複数のビード間の上記衝撃吸収部材の内面部に上記衝撃吸収部材の長手方向と直交する方向に配置され、一端が上記衝撃吸収部材の内面部に固着されると共に他端が対面の内面部と間隔を隔てており、上記ビードを基点として起こる上記衝撃吸収部材の座屈変形の変形量を制限するための突支い部材とを備えたことを特徴とする車両用車枠の衝撃吸収構造。
2. 上記衝撃吸収部材の内面部に、上記突支い部材の上記他端が対向する部分に位置させて、上記突支い部材の上記他端が重合するように形成され、その他端を上記衝撃吸収部材の長手方向と直交する方向にガイドするためのガイド部材を設けた請求項１に記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
3. 上記突支い部材の上記他端に、上記衝撃吸収部材の内面部に対向するように形成された板状部材を装着した請求項１又は２に記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
4. 上記突支い部材は、上記衝撃吸収部材の長手方向に間隔を隔てて複数設けられる請求項１から３いずれかに記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
5. 上記衝撃吸収部材は、一対の溝形部材を向かい合わせて接合してなる請求項１から４いずれかに記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。

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