JP7449155B2

JP7449155B2 - 車体前部構造

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Publication number: JP7449155B2
Application number: JP2020078095A
Authority: JP
Inventors: 光宏岩本
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2040-04-27
Also published as: US11661021B2; US20210331640A1; JP2021172241A

Description

本発明は、スモールオーバーラップ衝突とフルラップ衝突或いはオフセット衝突との双方における衝撃荷重の吸収性能を保証することのできる車体前部構造に関する。

近年、自動車を代表とする車両の衝突安全性の向上に関する技術開発が進められている。例えば、オフセット衝突では、従来のオフセット衝突よりもラップ量の少ないスモールオーバーラップ衝突（微少ラップ衝突）に対する衝突安全性の関心も高い。

スモールオーバーラップ衝突は、左右一対のフロントフレームよりも車幅方向外側におけるオフセット衝突である。このスモールオーバーラップ衝突時の対策として、例えば、特許文献１には、フロントフレームの車幅方向外側にガセットを固設し、フロントフレームよりも車幅方向外側に延在するバンパビームの端部をガセットに連結した構成が開示されている。このような構成とすることにより、スモールオーバーラップ衝突時の衝撃荷重を、ガセットを介してフロントフレームに伝達させ、このフロントフレームを曲げ変形させる等して衝撃を吸収することが可能となる。

特開２０１５－１８９４０７号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されているように、ガセットは、一般に細い剛性部材である。従って、上述の特許文献１に開示された構成では、スモールオーバーラップ衝突時に、フロントフレームを屈曲変形させたガセットが、当該フロントフレームの屈曲変形だけでは吸収しきれなかった衝撃荷重を、さらにエンジン等に対して局所的に伝達し、エンジン等を必要以上に損傷させる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン等を必要以上に損傷させることなく、スモールオーバーラップ衝突とフルラップ衝突或いはオフセット衝突との双方における衝撃荷重の吸収性能を保証することができる車体前部構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様による車体前部構造は、車体の前後方向に延在する左右一対のフロントフレームと、前記フロントフレームの前方に配置され、車幅方向に延在ずる第１のバンパビームと、左右の前記フロントフレームの下方にそれぞれ配置され、車体の前後方向に延在する左右一対のサブフレームと、前記サブフレームの前端部に連結され、左右の端部が前記第１のバンパビームよりも車幅方向の外側に突出するように延在する第２のバンパビームと、車幅方向に対して前後に傾斜した状態にて前記第２のバンパビームの車幅方向の端部と前記サブフレームの前後方向の中途部とを接続し、前記第２のバンパビームに入力された衝撃荷重の一部を車幅方向の成分に変換して前記サブフレームの中途部に伝達するガセットと、前記車体の上下方向に延在するように配置され、下側部分が前記ガセットの近傍において前記サブフレームに連結されるとともに、上側部分の前記フロントフレームに対する前後方向の相対移動が拘束されない状態にて前記フロントフレームの車幅方向外側の側面に配置された荷重伝達部材と、を備え、前記荷重伝達部材の前記上側部分は、前記サブフレームの車幅方向の外側から内側に作用する前記衝撃荷重を、前記フロントフレームの車幅方向外側の側面に伝達可能である。

本発明の車体前部構造によれば、エンジン等を必要以上に損傷させることなく、スモールオーバーラップ衝突とフルラップ衝突或いはオフセット衝突との双方における衝撃荷重の吸収性能を保証することができる。

車体前部の骨格構造の要部を示す斜視図車体前部の骨格構造の要部を示す側面図車体前部の骨格構造の要部を示す底面図フルラップ衝突時の車体前部の骨格の挙動を示す説明図スモールオフセット衝突時に車体前部の骨格に伝達される衝撃荷重を示す説明図第１の変形例に係り、車体前部の骨格構造の要部を示す斜視図同上、車体前部の骨格構造の要部を示す側面図同上、車体前部の骨格構造の要部を示す底面図同上、フルラップ衝突時の車体前部の骨格の挙動を示す説明図同上、スモールオフセット衝突時に車体前部の骨格に伝達される衝撃荷重を示す説明図

図１～図５は本発明の一実施形態を示すものであり、図１は車体前部の骨格構造の要部を示す斜視図、図２は車体前部の骨格構造の要部を示す側面図、図３は車体前部の骨格構造の要部を示す底面図である。

図１～図３に示すように、車体１は、例えば、鋼板をプレス成形したパネル上の部材を集成し、スポット溶接等によって接合して構成されている。

車体１は、車両の前部において車体１の前後方向に延びる左右一対のフロントフレーム２Ｌ，２Ｒを有する。これら左右一対のフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの間には、車両のパワーユニット３が配置されている（図２，３参照）。なお、本実施形態のパワーユニット３は、縦置き型のパワーユニットであり、エンジン３ａとトランスミッション３ｂとが車体１の前後方向に沿って配置されている。

各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒは、中途部の一部が車幅方向の内側に屈曲され（図３参照）、さらに、後部が下方に屈曲されてフロアパネル４に接続されている（図２参照）。

一方、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの前端部には、ラジエータコアサポート７が取り付けられている。ラジエータコアサポート７は、図示しないラジエータを囲むように配置される枠状部材である。

すなわち、ラジエータコアサポート７は、左右一対のラジエータコアサポートサイド８Ｌ，８Ｒと、左右のラジエータコアサポートサイド８Ｌ，８Ｒの上端部に接続されたラジエータコアサポートアッパ９と、左右のラジエータコアサポートサイド８Ｌ，８Ｒの下端部に接続されたラジエータコアサポートロア１０と、を有して構成されている。

各ラジエータコアサポートサイド８Ｌ，８Ｒには、車幅方向の外側に突出する板状のフレーム取付部８Ｌａ，８Ｒａが設けられている。各フレーム取付部８Ｌａ，８Ｒａの後面には、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの前端部が溶接等によって接続されている。

一方、各フレーム取付部８Ｌａ，８Ｒａの前面には、クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒの後端部がそれぞれ接続されている。さらに、各クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒの前端部には、車幅方向に延在する第１のバンパビーム１２が接続されている。

各クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒは、例えば、ハット断面状に形成された２つの薄鋼板をスポット溶接等によって接合することにより、筒状に形成されている。これら各クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒは、衝突の際、第１のバンパビーム１２を介して入力される衝撃荷重によって軸方向へ蛇腹状に圧潰されることにより、衝撃エネルギーの一部を吸収する。

第１のバンパビーム１２は、例えば、矩形の閉断面、或いは前部を開口するハット形断面を有する金属材で形成されている。この第１のバンパビーム１２は、車幅方向中央がやや突出された状態にて湾曲されている。この第１のバンパビーム１２は、フルラップ衝突時の衝撃のみならず、オフセット衝突時の衝撃についても入力可能となっている。

本実施形態において、ラジエータコアサポートロア１０は、スモールオフセット衝突時の衝撃を入力可能な第２のバンパビームとしての機能を有する。このため、ラジエータコアサポートロア１０の左右の端部は、第１のバンパビーム１２の左右の端部よりも車幅方向の外側に突出するように延在されている。なお、ラジエータコアサポートロア１０の左右の端部は、第１のバンパビーム１２の左右の端部よりも車幅方向の内側に突出していても良く、また、略同程度突出していても良い。また、ラジエータコアサポートロア１０の車幅方向の外側に突出された部分は、車体１の後方に所定角度屈曲されている。

ラジエータコアサポートロア１０の後面には、左右一対のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの前端部が接続されている。

これら左右のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒは、例えば、矩形の筒状断面に形成されている。そして左右のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒは、左右のフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの下方において、パワーユニット３の下部を挟み込むように、車体１の前後方向に延在されている。

また、左右のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒは、前後２箇所が、車幅方向に延在するクロスメンバ１６ａ，１６ｂによって連結されている。

さらに、左右のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒには、前側のクロスメンバ１６ａよりも後方の位置の上面に、例えば、ビードからなる脆弱部１５Ｌａ，１５Ｒａが設けられている。この脆弱部１５Ｌａ，１５Ｒａは、サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒに対して前後方向の所定以上の衝撃荷重が伝達された際に、当該サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒを下方に屈曲させるための起点として作用する。

また、左右のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの車幅方向の外側には、ガセット１７Ｌ，１７Ｒがそれぞれ配設されている。これらのガセット１７Ｌ，１７Ｒは、例えば、矩形の筒状断面に形成され、スモールオーバーラップ衝突時の衝撃荷重をサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの前部寄りの中途部に直接伝達させるものである。

これら各ガセット１７Ｌ，１７Ｒは、内側端部から外側端部にかけて前方に傾斜するように配置されている。

そして、各ガセット１７Ｌ，１７Ｒの内側端部は、前側のクロスメンバ１６ａに対応する位置において、各サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの車幅方向外側に、溶接等によりそれぞれ接続されている。

一方、各ガセット１７Ｌ，１７Ｒの外側端部は、ラジエータコアサポートロア１０の左右の端部後面に、溶接等によりそれぞれ接続されている。なお、各ガセット１７Ｌ，１７Ｒの外側端部とラジエータコアサポートロア１０の左右の端部後面との接続は、溶接等によるものに限定されない。例えば、これらの接続は、ラジエータコアサポートロア１０に所定以上の衝撃荷重が加わった際にガセット１７Ｌ，１７Ｒが離脱可能となるように、ボルト等を用いて締結することも可能である。

さらに、左右のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒには、当該サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの車幅方向の外側から内側に作用する衝撃荷重を、フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの外側の側面に伝達するための荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ設けられている。

これらの各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒは、例えば、矩形の筒状断面に形成され、車体１の上下方向に延在するように配置されている。そして、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒの下側部分は、各ガセット１７Ｌ，１７Ｒの内側端部に隣接する位置において、各サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの外側の側面に、溶接等によりそれぞれ強固に接続されている。

また、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒの上側部分は、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側面に当接する位置に配置されている。すなわち、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒの上側部分は、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒに対して前後方向の相対移動が拘束されない状態にて、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側面に配置されている。すなわち、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒの上側部分は、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒに対して前後方向の相対移動が拘束されない状態にて、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側面に当接または近接するように配置されている。

ここで、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒは、少なくともスモールオフセット衝突時に各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒに当接可能な板状の当接板１８Ｌａ，１８Ｒａを、上端部分にそれぞれ有する。すなわち、これら当接板１８Ｌａ，１８Ｒａは、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側面に当接または近接するように配置されている。そして、当接板１８Ｌａ，１８Ｒａは、少なくともスモールオフセット衝突時に、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側面に対し、所定以上の接触面積にて当接（面接触）可能となっている。これにより、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒは、各当接板１８Ｌａ，１８Ｒａを通じて、衝撃荷重を各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの側面に対して広範囲に亘り伝達することが可能となっている。
＜スモールオフセット衝突＞

このような構成において、例えば、図５に示すように、車体１の左側部がスモールオフセット衝突すると、衝突による衝撃荷重は、第２のバンパビームとしての機能を有するラジエータコアサポートロア１０の左側部に入力される。すなわち、スモールオフセット衝突時には、第１のバンパビーム１２に衝撃荷重が入力されることなく、ラジエータコアサポートロア１０のみに衝撃荷重が入力される。

ラジエータコアサポートロア１０の左側部に入力された衝撃荷重は、ガセット１７Ｌを圧潰させながら、サブフレーム１５Ｌに伝達される。このとき、ガセット１７Ｌの傾斜により、衝撃荷重の多くは、車幅方向の成分に変換されてサブフレーム１５Ｌに伝達される。

さらに、サブフレーム１５Ｌに伝達された車幅方向の衝撃荷重は、荷重伝達部材１８Ｌを介して、フロントフレーム２Ｌの外側の側面に伝達される（図５中の破線矢印参照）。

この場合において、フロントフレーム２Ｌの側面には当接板１８Ｌａが当接されているため、フロントフレーム２Ｌには、衝撃荷重が局所的に伝達されることなく、所定範囲に分散された状態にて伝達される。これにより、フロントフレーム２Ｌは、伝達された衝撃荷重によって局所的に変形することなく、車幅方向の内側に変位し、パワーユニット３を移動させる。

すなわち、フロントフレーム２Ｌに伝達された衝撃荷重は、重量物であるパワーユニット３を車幅方向に移動させる運動エネルギーに変換されて分散される。

これにより、スモールオーバーラップ衝突時においては、エンジン３ａ等を必要以上に損傷させることなく、衝撃荷重を的確に吸収することができる。
＜フルラップ衝突等＞

一方、例えば、図４に示すように、車体１がフルラップ衝突（或いはオフセット衝突）すると、衝撃荷重は、第１のバンパビーム１２に入力される。第１のバンパビーム１２に入力された衝撃荷重の一部は、クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒを圧潰させることにより吸収される。

さらに、クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒによって吸収されなかった衝撃荷重は、フロントフレーム２Ｌ，２Ｒを圧潰させる。その際、荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒはフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの側面に配置されているだけの構成であるため、荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒがフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの側面に溶接等により離脱不能に固定されている場合に比べ、ラジエータコアサポートロア１０に所定の時間差を持って衝撃荷重が入力される前に、荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒがフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの後方変位を阻害することも無く、また潰れ残りとなることも無い。このため、フロントフレーム２Ｌ，２Ｒは、荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒに前後方向への変位、及び圧潰を阻害されることなく圧潰され、衝撃荷重を吸収する。

なお、フルラップ衝突時においては、所定の時間差を持ってラジエータコアサポートロア１０にも衝撃荷重が入力され、サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒに伝達される。但し、サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒは、所定以上の衝撃荷重が入力されると、圧潰の過程において、脆弱部１５Ｌａ，１５Ｒａを起点として下方に屈曲される。従って、圧潰されたサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒによってエンジン３ａ等が損傷することが防止される。

このように、フルラップ衝突時等においても、エンジン３ａ等を必要以上に損傷させることなく、衝撃荷重を的確に吸収することができる。

このような実施形態によれば、左右のフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの下方にそれぞれ配置され、車体１の前後方向に延在する左右一対のサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒと、サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの前端部に連結され、左右の端部が第１のバンパビーム１２よりも車幅方向の外側に突出するように延在するラジエータコアサポートロア１０（第２のバンパビーム）と、ラジエータコアサポートロア１０の端部とサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの中途部とに連設され、ラジエータコアサポートロア１０に入力された衝撃荷重をサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの中途部に伝達するガセット１７Ｌ，１７Ｒと、ガセット１７Ｌ，１７Ｒの近傍においてサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒに連結されるとともに、フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側面に配置される荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒと、を備えたことにより、エンジン３ａ等を必要以上に損傷させることなく、スモールオーバーラップ衝突とフルラップ衝突或いはオフセット衝突との双方における衝撃荷重の吸収性能を保証することができる。

この場合において、車体１は、サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒを有することにより、フルラップ衝突時における衝突吸収エネルギーを増加させることができる。従って、フロントフレーム２Ｌ，２Ｒの断面を縮小することができ、エンジン３ａ等のメンテナンス性を向上することができる。

ここで、例えば、図６～図８に示すように、各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒと各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒとを、車体前後方向への相対移動を許容した状態にて、仮接続することも可能である。

このような仮接続を実現するため、例えば、図６，７に示すように、当接板１８Ｌａ，１８Ｒａは、車体１の前後方向に延在するスリット１８Ｌｂ，１８Ｒｂを有する。これら各スリット１８Ｌｂ，１８Ｒｂは、車体１の前後方向の前端が開放され、且つ、後端部が閉塞されている。

さらに、各スリット１８Ｌｂ，１８Ｒｂには、挿通部材としてのボルト１９が挿通されている。そして、このボルト１９がフロントフレーム２Ｌ，２Ｒの車幅方向外側の側部に螺合されることにより、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒは各フロントフレーム２Ｌ，２Ｒに仮接続されている。

なお、上述の実施形態においては、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒが各サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの側面に接続された構成について説明したが、本変形例では、各荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒが各サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの上面に溶接等によって接続されている。
＜スモールオフセット衝突＞

このような構成において、例えば、図１０に示すように、車体１の左側部がスモールオフセット衝突すると、衝突による衝撃荷重は、第２のバンパビームとしての機能を有するラジエータコアサポートロア１０の左側部に入力される。そして、この衝撃荷重により、車体１は、上述の実施形態と同様の挙動により、衝撃を吸収する。但し、フロントフレーム２Ｌに荷重伝達部材１８Ｌが仮接続されているため、車体１の各部が変形等した場合にも、常に荷重伝達部材１８Ｌ（当接板１８Ｌａ）をフロントフレーム２Ｌの側面に配置させておくことができ、サブフレーム１５Ｌに伝達された衝撃荷重を的確にフロントフレーム２Ｌに伝達することが可能となる。
＜フルラップ衝突等＞

さらに、クラッシュボックス１１Ｌ，１１Ｒによって吸収されなかった衝撃荷重は、フロントフレーム２Ｌ，２Ｒを圧潰させる。

この圧潰の過程において、ラジエータコアサポートロア１０に入力された衝撃荷重によって、サブフレーム１５Ｌ，１５Ｒは、圧潰された後、脆弱部１５Ｌａ，１５Ｒａを起点として下方に屈曲される。このサブフレーム１５Ｌ，１５Ｒの屈曲により荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒが車体１の後方に傾動されると、各スリット１８Ｌｂ，１８Ｒｂが各ボルト１９に対して相対移動し、各ボルト１９は、開放された各スリット１８Ｌｂ，１８Ｒｂの前端から離脱する。

これにより、フルラップ衝突時等においては、フロントフレーム２Ｌ、２Ｒは、荷重伝達部材１８Ｌ，１８Ｒによって圧潰を阻害されることなく、的確に衝撃荷重を吸収することができる。

以上の実施の形態に記載した発明は、それらの形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、例えば、上述の実施形態においては、第２のバンパビームをラジエータコアサポートロアと兼用した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２のバンパビームをラジエータコアサポートロアと別体の構成とすることも可能である。さらに、このような構成においては、第２のバンパビームを、ラジエータコアサポートよりも前方に配置することも可能である。

１ … 車体
２Ｌ，２Ｒ … フロントフレーム
３ … パワーユニット
３ａ … エンジン
３ｂ … トランスミッション
４ … フロアパネル
７ … ラジエータコアサポート
８Ｌ，８Ｒ … ラジエータコアサポートサイド
８Ｌａ，８Ｒａ … フレーム取付部
９ … ラジエータコアサポートアッパ
１０ … ラジエータコアサポートロア（第２のバンパビーム）
１１Ｌ，１１Ｒ … クラッシュボックス
１２ … 第１のバンパビーム
１５Ｌ，１５Ｒ … サブフレーム
１５Ｌａ，１５Ｒａ … 脆弱部
１６ａ，１６ｂ … クロスメンバ
１７Ｌ，１７Ｒ … ガセット
１８Ｌ，１８Ｒ … 荷重伝達部材
１８Ｌａ … 当接板
１８Ｌｂ，１８Ｒｂ … スリット
１９ … ボルト

Claims

車体の前後方向に延在する左右一対のフロントフレームと、
前記フロントフレームの前方に配置され、車幅方向に延在ずる第１のバンパビームと、
左右の前記フロントフレームの下方にそれぞれ配置され、車体の前後方向に延在する左右一対のサブフレームと、
前記サブフレームの前端部に連結され、左右の端部が前記第１のバンパビームよりも車幅方向の外側に突出するように延在する第２のバンパビームと、
車幅方向に対して前後に傾斜した状態にて前記第２のバンパビームの車幅方向の端部と前記サブフレームの前後方向の中途部とを接続し、前記第２のバンパビームに入力された衝撃荷重の一部を車幅方向の成分に変換して前記サブフレームの中途部に伝達するガセットと、
前記車体の上下方向に延在するように配置され、下側部分が前記ガセットの近傍において前記サブフレームに連結されるとともに、上側部分の前記フロントフレームに対する前後方向の相対移動が拘束されない状態にて前記フロントフレームの車幅方向外側の側面に配置された荷重伝達部材と、を備え、
前記荷重伝達部材の前記上側部分は、前記サブフレームの車幅方向の外側から内側に作用する前記衝撃荷重を、前記フロントフレームの車幅方向外側の側面に伝達可能であることを特徴とする車体前部構造。
前記荷重伝達部材は、前記サブフレームの車幅方向の外側の面に面接触可能な当接板を有することを特徴とする請求項１に記載の車体前部構造。
前記当接板は、車体の前後方向に延在し、且つ、前端が開放されたスリットを有し、前記スリットに挿通された挿通部材によって前記フロントフレームに接続され、
前記挿通部材は、前記フロントフレームの圧潰時に、前記スリットの前端から離脱可能であることを特徴とする請求項２に記載の車体前部構造。