JP5513903B2 - 車両用緩衝装置 - Google Patents

Description

本発明は、バンパビームと車長方向に延在するサイドフレームとの間に配置され、外部からの衝突荷重を吸収する車両用緩衝装置に関する。

車両の前後には、エンジンルームや車室を衝突時の衝撃から保護するため、外部からの衝突荷重を吸収する緩衝装置が配置されている。緩衝装置としては、例えば、車両の前部に配設されるバンパビームとフロントサイドフレームとの間にクラッシュフレーム部を設け、バンパビーム側から衝突荷重が加わった際、クラッシュフレーム部を圧潰させることで衝突時のエネルギを吸収するように構成したものが知られている（特許文献１参照）。

クラッシュフレーム部を設計通りに圧潰させて衝突時のエネルギを効率的に吸収させるためには、バンパビーム側の衝突荷重の入力位置がサイドフレームの軸線上に配置されるように設定し、衝突荷重をクラッシュフレーム部及びサイドフレームで受けるように構成することが理想的である。

しかしながら、バンパビームやサイドフレームの位置は、車両の機能やデザインによって制約され、衝突荷重の入力位置をサイドフレームの軸線上に配置できないことが多い。例えば、車両の走行安定性を確保するため、サイドフレームの高さを低くして重心の低い車両としたい場合がある。逆に、車高の高い車両においては、サイドフレームの高さがバンパビームよりも高くなる場合もある。また、サイドフレームには、サスペンションのリンク部材が連結される。このリンク部材とサイドフレームとの高低差が小さければ、車輪からの横荷重によるサイドフレームに対する曲げモーメントを小さくできるため、サイドフレームの高さは、リンク部材の連結位置の高さに近い配置にすることが望ましい。

一方、バンパビームの車幅方向端部は、通常、サイドフレームよりも車幅方向外側に突出している。従って、バンパビームの車幅方向端部が障害物に衝突した場合、バンパビームとサイドフレームとの間に配設されている緩衝装置に横荷重が掛かり、この横荷重により発生する曲げモーメントによって緩衝装置の横倒れや中折れの発生するおそれがある。

そこで、特許文献２では、バンパビームとサイドフレームとの間に配設される緩衝装置であるクラッシュボックスに掛かる横荷重を効率的に吸収可能とした衝撃吸収構造を提案している。この衝撃吸収構造は、クラッシュボックスのバンパビーム側の端面に、車幅方向内側寄りで上下方向に延在する折れビードを形成したものである。バンパビームの車幅方向端部が障害物に衝突し、所定値以上の荷重がクラッシュボックスに加えられたとき、クラッシュボックスの折れビードの部分が破断されるため、衝突荷重のクラッシュボックスに対する入力位置が車幅方向内側に移動し、横荷重による曲げモーメントが小さくなる。

特開２００７−１１２２６０号公報 特開２００９−１５４５８７号公報

しかしながら、特許文献２に開示された衝撃吸収構造は、衝突直後の折れビードの破断時においてのみ、衝突荷重のクラッシュボックスに対する入力位置が車幅方向に移動するだけである。折れビードが破断され、クラッシュボックスがサイドフレーム側に徐々に圧潰される間、衝突荷重の入力位置が車幅方向に徐々に移動することはなく、従って、衝突荷重をサイドフレームによって効率的に受け止めることはできない。また、バンパビームとサイドフレームとの高低差については、全く考慮されていない。従って、バンパビームとサイドフレームの高さが異なる場合、特許文献２に開示された衝撃吸収構造では、クラッシュボックスにより衝突荷重を効率的に吸収することはできない。

本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、外部からの衝突荷重の入力位置がサイドフレームの軸線上にない車両において、衝突荷重を効率的に吸収することのできる車両用緩衝装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用緩衝装置は、車幅方向に延在するバンパビームと、前記バンパビームの上下方向のいずれか一方向に対し、軸線が所定量だけオフセットして車長方向に延在するサイドフレームとの間に設けられ、圧縮変形することで外部からの衝突荷重を吸収する車両用緩衝装置において、前記車両用緩衝装置は、外周部が車室方向に向かって徐々に拡開するように構成され、前記軸線よりも上部に設けられ、前記バンパビームと前記サイドフレームとを連結する上面部と、前記軸線よりも下部に設けられ、前記バンパビームと前記サイドフレームとを連結する下面部とを備え、前記上面部及び前記下面部は、前記軸線に対する前記オフセット側の傾斜が非オフセット側の傾斜よりも大きく設定され、前記上面部及び前記下面部の前記バンパビームに連結する端部側には脆弱部が形成され、前記オフセット側の剛性が前記非オフセット側の剛性よりも低く設定されることを特徴とする。

前記車両用緩衝装置において、前記端部側には、前記オフセット側及び前記非オフセット側で形状の異なる切欠部が前記脆弱部として形成され、前記切欠部の形状により、前記オフセット側の剛性が前記非オフセット側の剛性よりも低く設定されることを特徴とする。

前記車両用緩衝装置において、前記端部側には、凹部が前記脆弱部として形成され、前記凹部により、前記オフセット側の剛性が前記非オフセット側の剛性よりも低く設定されることを特徴とする。

前記車両用緩衝装置において、前記上面部及び前記下面部には、当該車両用緩衝装置を車長方向に圧縮変形させる波状部が形成されることを特徴とする。

本発明の車両用緩衝装置では、バンパビームに対して衝突荷重が加わると、車両用緩衝装置がサイドフレームの軸線のオフセット方向に向かって徐々に圧潰されるため、衝突荷重を車両用緩衝装置により効率的に吸収できるとともに、サイドフレームにより確実に受け止めることができる。

本実施形態の車両用緩衝装置が適用される前部車体構造の斜視図である。 本実施形態の車両用緩衝装置の拡大斜視図である。 本実施形態の車両用緩衝装置の平面図である。 本実施形態の車両用緩衝装置の側面図である。 図３に示す車両用緩衝装置のＶ−Ｖ線断面図である。 本実施形態の車両用緩衝装置の側面説明図であり、図６（Ａ）は、衝突荷重の入力前の状態説明図、図６（Ｂ）は、衝突荷重の入力後の状態説明図である。 他の実施形態である車両用緩衝装置の側面説明図である。 他の実施形態である車両用緩衝装置の側面説明図である。 他の実施形態である車両用緩衝装置の側面説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の車両用緩衝装置が適用される前部車体構造１０の斜視図である。なお、図中、矢印Ｆは、車体前方を示す。

図１において、前部車体構造１０は、車室Ｒを形成する部分と、エンジンルームＥを形成する部分とに区分され、これらの間にトーボード１２が配設される。トーボード１２は、トーボードセンタ１４と、左右両側部に連結されるトーボードサイド１６ａ、１６ｂとから構成される。

車室Ｒを形成する部分は、トンネル部１８を備え、その左右両側部には、フロアフレームサイド１９ａ、１９ｂ及びサイドシル２０ａ、２０ｂが配設される。

エンジンルームＥを形成する部分は、後端部の上部にトーボードサイド１６ａ、１６ｂが連結され、車体前方に延在するフロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂ（サイドフレーム）を備える。フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの後端部の内側には、トーボードセンタ１４を補強するためのリンホーストーボードセンタ２６ａ、２６ｂが連結され、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの後端部の外側には、リンホーストーボードロア２８ａ、２８ｂが連結される。また、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの後端部の下部には、車室Ｒの部分を構成するフロアフレームサイド１９ａ、１９ｂの各端部が連結される。

また、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの上方には、後端がフロントピラー２２ａ、２２ｂに連結され、前方に延出したアッパフレーム３１ａ，３１ｂが設けられる。さらに、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの側部には、左右のホイールハウジングＨａ、Ｈｂを囲撓するホイールエプロン３０ａ、３０ｂが連結される。

フロアフレームサイド１９ａ、１９ｂのフロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂ側の下部には、ブラケット３２ａ、３２ｂが連結され、このブラケット３２ａ、３２ｂにロアメンバ３４ａ、３４ｂの一端部が連結される。フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの中間部は、エンジンルームＥに収容されるエンジンやトランスミッション等を支持するための略コ字状に形成されたクロスメンバ３６により連結される。クロスメンバ３６は、ロアメンバ３４ａ、３４ｂの他端部が連結されることで補強される。

フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの前端部には、車両用緩衝装置であるクラッシュボックス３８ａ、３８ｂの後端部が連結され、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの前端部には、バンパビーム４０が連結される。

アッパフレーム３１ａ、３１ｂの前端部の間には、クロスメンバアッパ４２が連結される。また、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの前端部の下部には、ブラケット４４ａ、４４ｂが連結され、ブラケット４４ａ、４４ｂ間にクロスメンバロア４６が連結される。そして、クロスメンバアッパ４２とクロスメンバロア４６の各中間部がリンホースメンバ４８により連結される。なお、クロスメンバアッパ４２及びクロスメンバロア４６は、主としてラジエータを支持する。

次に、図２〜図５を用いて、本実施形態の車両用緩衝装置であるクラッシュボックス３８ａの構造を詳細に説明する。図２は、クラッシュボックス３８ａを中心とする拡大斜視図、図３は、クラッシュボックス３８ａを中心とする平面図、図４は、クラッシュボックス３８ａを中心とする側面図、図５は、図３のＶ−Ｖ線断面図である。なお、クラッシュボックス３８ｂは、クラッシュボックス３８ａと同様に構成されるため、図２〜図５での説明は省略する。

クラッシュボックス３８ａは、車両の内側に配設される内板部材５０と、車両の外側に配設される外板部材５２とを備え、内板部材５０及び外板部材５２を左右から組み合わせて接合することで、角柱状のクラッシュボックス３８ａが形成される。内板部材５０及び外板部材５２は、車室Ｒの方向に向かって徐々に拡開し、車長方向に延在する断面略コ字状の板材からなる。内板部材５０は、前部内板部材５４及び後部内板部材５６を接合して構成される。同様に、外板部材５２は、前部外板部材５８及び後部外板部材６０を接合して構成される。前部内板部材５４及び前部外板部材５８は、クラッシュボックス３８ａの前部が後部に先だって圧潰されるよう、後部内板部材５６及び後部外板部材６０よりも薄い板材、あるいは、剛性の低い板材で構成されることが好ましい。

内板部材５０の車長方向に沿った上下端面には、車両前方からの衝突荷重を受けた際に容易に圧潰されるよう、端面の長手方向に沿った凹凸からなる波状部６２、６４が形成される。同様に、図示していないが、外板部材５２の車長方向に沿った上下端面にも凹凸を有した波状部が形成される。また、内板部材５０及び外板部材５２の車長方向に沿った側面には、クラッシュボックス３８ａに一定の強度を付与するため、長手方向に沿って凹部６６及び６８が形成される。

内板部材５０及び外板部材５２の前端部には、バンパビーム４０の外板部材７０の上部に接合する上部接合部７２及び７４と、外板部材７０の下部に接合する下部接合部７６及び７８とが形成される（図５）。なお、外板部材７０の内側には、バンパビーム４０を補強するための内板部材８０が配設される。また、内板部材５０及び外板部材５２の後端部には、クラッシュボックス３８ａをフロントサイドフレーム２４ａの前端部に連結するためのフランジ部８２が形成される。クラッシュボックス３８ａは、フランジ部８２を介して、フロントサイドフレーム２４ａの前端部に形成されたフランジ部８４にボルトで固定される（図２）。

ここで、図４及び図５に示すように、本実施形態の前部車体構造１０は、フロントサイドフレーム２４ａの車長方向の軸線８６が、バンパビーム４０の中心線８８より下方向にオフセット量Ｚだけオフセットした構造になっている。なお、バンパビーム４０の中心線８８は、太矢印で示す衝突荷重が加わる点を通る直線とする。

本実施形態のクラッシュボックス３８ａは、図５に示すように、内板部材５０及び外板部材５２の上面部が、フロントサイドフレーム２４ａの軸線８６に対して、車室Ｒ方向に向かい傾斜角度θupで上方向に傾斜する。また、内板部材５０及び外板部材５２の下面部は、フロントサイドフレーム２４ａの軸線８６に対して、車室Ｒ方向に向かい傾斜角度θdownで下方向に傾斜する。そして、傾斜角度θup及びθdownは、フロントサイドフレーム２４ａのオフセット側の傾斜が非オフセット側の傾斜よりも大きくなるよう、θup＜θdownの関係に設定される。従って、クラッシュボックス３８ａは、内板部材５０及び外板部材５２の下部の傾斜角度θdownが上部の傾斜角度θupよりも大きいため、バンパビーム４０の中心線８８の方向に加わる衝突荷重に対して下部が上部よりも脆弱となる。なお、上面部の傾斜角度θupは、０°であってもよい。

また、内板部材５０及び外板部材５２の上部接合部７２、７４寄りの部位と、下部接合部７６、７８寄りの部位とには、図４に示すように、内板部材５０及び外板部材５２の一部を切り欠いた切欠部９０、９２及び９４、９６がそれぞれ形成される。この場合、下部接合部７６、７８寄りの部位の切欠部９４、９６は、上部接合部７２、７４寄りの部位の切欠部９０、９２よりも大きく切り欠いて形成される。従って、クラッシュボックス３８ａは、上下の切欠部９０、９２及び切欠部９４、９６の切欠量の差により、バンパビーム４０に加わる衝突荷重に対して下部が上部よりも脆弱となる。

さらに、内板部材５０及び外板部材５２の下部接合部７６、７８寄りの部位には、上部接合部７２、７４側に食い込んだ食込部９８（凹部）が形成される。従って、クラッシュボックス３８ａは、バンパビーム４０に加わる衝突荷重に対して下部が上部よりも脆弱となる。

なお、クラッシュボックス３８ｂの構造、及びクラッシュボックス３８ｂとフロントサイドフレーム２４ｂとの配置関係は、クラッシュボックス３８ａの場合と同様に構成される。

本実施形態の前部車体構造１０は、基本的には以上のように構成される。次にその作用効果について説明する。

図６（Ａ）は、前部車体構造１０を構成するバンパビーム４０に対して前方から衝突荷重が加わる前のクラッシュボックス３８ａ、３８ｂの状態、図６（Ｂ）は、衝突荷重が加わり、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの一部が圧潰した状態を模式的に示す。

車両前方からバンパビーム４０に衝突荷重が加わると（図６（Ａ））、バンパビーム４０は、中心線８８に沿って車両後方に変位し、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂに圧縮荷重を加える。

この場合、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂは、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの軸線８６に対して、内板部材５０及び外板部材５２の下面部の傾斜角度θdownが上面部の傾斜角度θupよりも大きく設定されている。また、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの下部接合部７６、７８寄りの部位には、上部接合部７２、７４寄りの部位に形成された切欠部９０、９２よりも大きく切り欠かれた切欠部９４、９６が形成されている。さらに、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの下部接合部７６、７８寄りの部位には、上部接合部７２、７４側に食い込んだ食込部９８が形成されている。

従って、バンパビーム４０から圧縮荷重を受けたクラッシュボックス３８ａ、３８ｂは、下側が上側よりも剛性が低く脆弱であるため、下側から大きく変形し、バンパビーム４０は、図６（Ｂ）の矢印αで示す下方向に回転するように移動することになる。この結果、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの軸線８６に対するバンパビーム４０の中心線８８のオフセット量Ｚ′は、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂが変形する前のオフセット量Ｚよりも小さくなる。

バンパビーム４０に衝突荷重が連続的に加わると、バンパビーム４０は、矢印α方向に回転移動しつつ、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂを圧潰させながらフロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂ側に移動する。クラッシュボックス３８ａ、３８ｂにおける上面部及び下面部の傾斜角度θup、θdown、切欠部９０、９２、９４、９６、食込部９８を適切に設定することにより、バンパビーム４０の中心線８８のオフセット量Ｚは、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの圧潰に伴って徐々に小さくなる。なお、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂを構成する内板部材５０及び外板部材５２の上下には、凹凸を有した波状部６２、６４が形成されているため、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂは、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂに向かって容易に圧潰される。

この結果、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂは、バンパビーム４０に加わった衝突荷重を効率的に吸収する一方、オフセット量Ｚの減少に従い、軸線８６に対する衝突荷重によるバンパビーム４０の回転モーメントが徐々に小さくなる。また、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂが矢印α方向と反対方向に座屈してしまうこともない。最終的には、衝突荷重がフロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの略軸線８６上に加わるため、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂが衝突荷重を受け止め、車室Ｒを衝撃から十分に保護することができる。

図７は、食込部９８を備えていないクラッシュボックス１００ａ、１００ｂの構成を示す。その他の構成は、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂと同じである。クラッシュボックス１００ａ、１００ｂの上面部及び下面部の傾斜角度、切欠部９０、９２、９４、９６の切欠量を調整することにより、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂと同等の効果を得ることができる。

図８は、切欠部９０、９２、９４、９６を備えていないクラッシュボックス１０２ａ、１０２ｂの構成を示す。その他の構成は、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂと同じである。クラッシュボックス１０２ａ、１０２ｂの上面部及び下面部の傾斜角度、食込部９８の食込量を調整することにより、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂと同等の効果を得ることができる。

図９は、バンパビーム４０の中心線８８に対して、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの軸線８６が上方向にオフセットした前部車体構造におけるクラッシュボックス１０４ａ、１０４ｂの構成を示す。この場合、クラッシュボックス１０４ａ、１０４ｂは、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの上下を逆にした形状からなる。

車両の前方からバンパビーム４０に衝突荷重が加わったとき、クラッシュボックス１０４ａ、１０４ｂの上側が下側よりも大きく変形するため、バンパビーム４０が矢印β方向に移動する。そして、図６に示すクラッシュボックス３８ａ、３８ｂの場合と同様に、クラッシュボックス１０４ａ、１０４ｂが、バンパビーム４０に加わった衝突荷重を効率的に吸収する一方、オフセット量Ｚの減少に従い、軸線８６に対する衝突荷重によるバンパビーム４０の回転モーメントが徐々に小さくなる。最終的には、衝突荷重がフロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂの略軸線８６上に加わり、フロントサイドフレーム２４ａ、２４ｂが衝突荷重を受け止め、車室Ｒを衝撃から十分に保護することができる。

なお、本発明は、上述した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で変更することが可能である。

例えば、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの下部側面部に形成される波状部６４の凹凸の車長方向に対する間隔を、上部側面部に形成される波状部６２よりも狭く設定し、あるいは、下部側面部の波状部６４の凹凸の振幅を上部側面部の波状部６２の凹凸の振幅よりも大きく設定することにより、バンパビーム４０に加わる衝突荷重に対するクラッシュボックス３８ａ、３８ｂの下部側面部の剛性を上部側面部の剛性よりも低くすることができる。また、クラッシュボックス３８ａ、３８ｂの下部側面部の剛性が上部側面部の剛性よりも低くなるように、上下の部材を異なる材質で構成してもよい。クラッシュボックス１００ａ、１００ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂについても同様である。

また、上述した実施形態では、車両１０の前部に配置される車両用緩衝装置に適用する場合について説明したが、車両１０の後部に配置される車両用緩衝装置に対しても、同様にして適用することができる。

１０…前部車体構造
２４ａ、２４ｂ…フロントサイドフレーム
３８ａ、３８ｂ、１００ａ、１００ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ…クラッシュボックス
４０…バンパビーム
５０…内板部材
５２…外板部材
６２、６４…波状部
９０、９２、９４、９６…切欠部
９８…食込部

Claims (4)

1. 車幅方向に延在するバンパビームと、前記バンパビームの上下方向のいずれか一方向に対し、軸線が所定量だけオフセットして車長方向に延在するサイドフレームとの間に設けられ、圧縮変形することで外部からの衝突荷重を吸収する車両用緩衝装置において、
   前記車両用緩衝装置は、外周部が車室方向に向かって徐々に拡開するように構成され、
   前記軸線よりも上部に設けられ、前記バンパビームと前記サイドフレームとを連結する上面部と、前記軸線よりも下部に設けられ、前記バンパビームと前記サイドフレームとを連結する下面部とを備え、
   前記上面部及び前記下面部は、前記軸線に対する前記オフセット側の傾斜が非オフセット側の傾斜よりも大きく設定され、
   前記上面部及び前記下面部の前記バンパビームに連結する端部側には脆弱部が形成され、
   前記オフセット側の剛性が前記非オフセット側の剛性よりも低く設定されることを特徴とする車両用緩衝装置。
2. 請求項１記載の車両用緩衝装置において、
   前記端部側には、前記オフセット側及び前記非オフセット側で形状の異なる切欠部が前記脆弱部として形成され、前記切欠部の形状により、前記オフセット側の剛性が前記非オフセット側の剛性よりも低く設定されることを特徴とする車両用緩衝装置。
3. 請求項１又は２記載の車両用緩衝装置において、
   前記端部側には、凹部が前記脆弱部として形成され、前記凹部により、前記オフセット側の剛性が前記非オフセット側の剛性よりも低く設定されることを特徴とする車両用緩衝装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用緩衝装置において、
   前記上面部及び前記下面部には、当該車両用緩衝装置を車長方向に圧縮変形させる波状部が形成されることを特徴とする車両用緩衝装置。

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