JPH10147255A

JPH10147255A - 車両及びそのレインフォース

Info

Publication number: JPH10147255A
Application number: JP30761896A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nagae; 寛之長江
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高速衝突時、フレームが想定以上のエネルギ
ー吸収をしなければならない場合においてのみ、最高値
の１／３〜１／５まで低下したフレーム抗力を再び急激
に高め、変形量の増加を抑える。【解決手段】フレームのキックアップ部を補強し衝撃
を吸収する構造であって、車両の前後方向に延設される
閉断面のメインフレーム４と、メインフレーム４のキッ
クアップ部２と、メインフレーム４のキックアップ部２
の内側に沿って配設するレインフォース３とからなり、
メインフレーム４の内側底面とレインフォース３の下面
に形成した傾斜面を構成する底部３ｂとで空間部Ｃを形
成すると共に、レインフォース３上面のキックアップ部
２の折れ部２ａに対向する部位にＵ字形の溝３ｃを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車、トラック
等のフレーム付き車両、モノコックボディ型車両等の車
両、及びその車両に用いるレインフォースに関し、特に
その事故に伴う衝突時の衝撃の緩和と乗員保護を課題と
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、図２，３に示すようなフレー
ム付き車両では、衝突時にその衝突工ネルギーの大半を
フレームの変形によって吸収している。従って衝突時の
車体特性、即ち衝突に伴う減速度の時間履歴や，客室変
形量等はフレームの変形抗力によって決まることにな
る。つまり、従来のフレーム付き車両では、フレームの
断面形状、板厚、レインフォースの設置等により衝突時
（図４参照）の折れ抗力を制御している。尚、レインフ
ォースは一般にフレーム内部に溶接等で固定され、衝突
のエネルギーにより車両全体はもとより、フレームに応
力が加わると同時にレインフォースにも応力が発生する
（図５、６参照）。その結果、図７に示すように、レイ
ンフォースはそのキックアップ部で大きく変形する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
場合、衝突時の乗員の保護の程度は、客室に発生する減
速度の時間履歴（以下、「キャブＧ」と略称する）と客
室変形量によって大きく左右されてくる。即ち、前者に
ついてはこれを平均的に低く保つことによってシートベ
ルト等の拘束手段を介して乗員が受ける衝撃が緩和さ
れ、後者についてはこれが大き過ぎると客の慣性移動に
伴って客室内部への乗員の衝突の程度が大きくなり、乗
員の脱出や救出が困難となる等の不具合を招く。キャブ
Ｇを低くするために、変形抗力を下げるとフレームのエ
ネルギー吸収効果が下がり客室変形量が増加してしまう
ことから、両方のバランスをとることは難しい。

【０００４】フレーム付き車両の前面衝突時におけるフ
レーム変形モードは、一般的に後方においては圧潰とな
らず折れ曲り変形となるが、図６に示すように、折れモ
ードの抗力特性（Ｆ−Ｓ特性）は変位初期に最高値を示
し、その後、変位が増えるにつれて急激に下がリ，最高
値の１／３〜１／５の抗力となり、その後も下がり続け
るため変形の後半ではエネルギー吸収効果が低い。

【０００５】この折れ後半でのエネルギー吸収効果を向
上させるため、フレーム内部にレインフォースを設置し
た場合、そのＦ−Ｓ特性は初期最高値も含めて全体的に
抗力が高まるが、フレームの各変形部の抗力バランスが
崩れキャブＧ特性を変化させてしまうことがある。

【０００６】そこで、限られたクラッシュゾーンの中で
乗員保護性の良い車体を造るためには、ある衝突条件に
おいてそのクラッシュゾーンを最大限使ってキャブＧを
低く保つように設計される。この場合、設計時に想定し
た衝突条件よリフレーム変形が増える衝突、例えば速度
大、重量大、片側衝突等のケースにおいては、大きく抗
力の下がったフレームで残余エネルギーを吸収しなけれ
ばならず客室変形量が著るしく増加するという問題があ
った（図５参照）。

【０００７】これらの問題に関連して、特開平５−１１
２２５４号公報に記載されているサブフレームは、メイ
ンフレームのキックアップ部に対向する位置のやや後方
に切欠部を形成すると共にサブフレームの面端部を角形
状とすることにより、衝突時にその前端部がキックアッ
プ部に当接係止し、上記切欠部にサブフレームに形成し
た切欠部を合致させて、フレームを突っ張らせずに折れ
曲げ易くした衝撃力吸収構造とした技術が示されてい
る。しかし、この構造では衝突形態により確実に切欠部
が合致するとは限らずその機能発揮の確実性が低いと考
えられる。特にクロスメンバーを閉断面にしているた
め、その両端においてメインフレームとサブフレームを
ボルトで貫通させた構造の場合には、衝突時にサブフレ
ームはメインフレーム内を瞬時に移動できない構造であ
ることから、この先行例は直接キックアップ部を保護す
る権造であるとは言い難い。

【０００８】また、特開平５−１８５９５２号公報に記
載された技術は、キャブストッパーをこのキックアップ
部に配設するために、フレームの相対移動量が増大して
客室変形量の増加をまねく場合がある。本発明は上記従
来技術の状況に鑑みてなされたもので、その課題とする
ところは、フレーム付き車両等の衝突において、フレー
ムが想定以上のエネルギー吸収をしなければならない場
合においてのみ、最高値の１／３〜１／５まで低下した
フレーム抗力を再び急激に高めてエネルギー吸収効果を
向上させて変形量の増加を抑えることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する手段
として、請求項１記載の車両は、閉断面でキックアップ
部を設けたフレームと、該フレームのキックアップ部に
沿って配設されるレインフォースとを具備し、上記キッ
クアップ部における折れ部より車両外側の上面又は下面
と該面に対応するレインフォースの面間に空間部を形成
し、且つ前記レインフォースにおけるキックアップ部の
折れ部と対向する部位に凹部を形成したことで、フレー
ムのキックアップ部に衝突荷重が作用したとき、一次衝
撃力に対してフレームにおいて抗力を発揮させ、それ以
上の衝撃力に対してはレインフォースに衝撃力の多くを
吸収させることを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の車両は、請求項１記載の手
段に加えて、レインフォースをフレームのキックアップ
部の内側に沿って配設し、フレームのキックアップ部の
折れ部より車両外側部分の内下面と該内下面に対応する
レインフォースの底部との間に空間部を形成したこと
で、一次衝撃力に対して抗力を発揮させ、それ以上の衝
撃力に対しては、レインフォースの上面に設けた凹部と
キックアップ部とを直接合致させて衝撃力を吸収させる
ことを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の車両は、請求項１または２
記載の手段に加えて、メインフレームを車両の前後方向
に延設し、該メインフレームにおけるキックアップ部の
折れ部より車両前方の内下面に対してレインフォースの
底部を傾斜させて空間部を形成したことで、最も頻度が
高い前方からの衝撃を緩和することを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の車両は、フレームのキック
アップ部を補強し衝撃を吸収する構造であって、車両の
前後方向に延設される閉断面のメインフレームと、メイ
ンフレームのキックアップ部と、該メインフレームのキ
ックアップ部の内側に沿って配設されるレインフォース
とからなり、前記メインフレームの内側底面と前記レイ
ンフォースの下面に湾曲させて形成した傾斜面とで空間
部を形成すると共に、前記レインフォース上面における
キックアップ部の折れ部に対向する部位にＵ形溝を設け
たことで、メインフレームのキックアップ部に衝突荷重
が作用したとき、一次衝撃力に対してメインフレームに
おいて抗力を発揮させ、それ以上の衝撃力に対してはレ
インフォースに衝撃力の多くを段階的に吸収させること
を特徴とする。

【００１３】請求項５記載の車両用のレインフォース
は、後方部の上下方向断面をコ字形とし、前方側の下面
を車両フレームのキックアップ部の下面傾斜角度より大
きい角度の湾曲した傾斜面として形成し、且つ前記レイ
ンフォース上面の折れ部に対向する位置にＵ形溝を設け
たことで、衝撃力の多くを段階的に吸収可能とすること
を特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
１及び図８〜１３を参照して説明する。（実施例の概要）本実施例は、車両が衝突した際に、車
両のフレーム１を折れ曲がりによって衝突エネルギーを
吸収させるキックアップ部２の内部又は外部にレインフ
ォース３を設け、且つレインフォース３の一部とフレー
ム１のキックアップ部２との間に空間部Ｃを形成するよ
うにし、フレーム１にある想定量以上の折れが生じた場
合にのみ作用するように構成する。即ち、レインフォー
ス３はそれ自身の塑性変形時に発生する抗力に加え、キ
ックアップ部２の折れ曲がりによる断面形状の変化を抑
制することによりフレーム１の折れ抗力を高めるもので
ある。

【００１５】（実施例の具体的構成）（車体の構成）車体の全体構造及びフレーム構造は、図
２，３に示されるように従来構造とは基本的には変わり
はない。このことは本発明が従来の車両に容易に適用で
きることを示している。即ち、図１及び図８に示すよう
に、フレーム１の前後方向のメインフレーム４、４は２
本の鋼製のコ型枠を嵌合して閉断面として構成され、そ
の前部が折れ曲げられてキックアップ部２が形成されて
いる。

【００１６】メインフレーム４のキックアッブ部２と
は、図２，３に示されるように車両のメインフレーム４
を車体の側面から見た際に、車室のドアやセンターピラ
ーが配設される部分のメインフレーム４の地上高に対し
て、前車輪やフロントピラーが配設される部分のメイン
フレーム４が上方へ折り曲げられて地上高が高められて
いる部分を指す。これは車両の車輪をメインフレーム４
が支持するために必要なフレーム構造であって、この折
り曲げ部をメインフレーム４のキックアップ部２と称し
ている。フレーム１に対して前方からの衝撃力が加えら
れると、メインフレーム４は収縮して衝撃力を吸収しよ
うとする。この際に、図４に示されるようにキックアッ
プ部２はより大きく変形する。本実施例では上記キック
アップ部２にレインフォース３を配設する。

【００１７】（レインフォース３の形状について）レイ
ンフォース３は、特に図８に示されるように、後方の本
体部３ａが上下断面においてコ字型に形成されていると
共に全体が側面視舟型に形成される。即ち、その前方の
底部３ｂは上方に湾曲して形成され、その上部前寄りに
は溝状の凹部３ｃが形成される。上記凹部３ｃから後の
本体部３ａはメインフレーム４の内形状と略同一形状に
形成される。レインフォース３はキックアップ部２の内
部に嵌合・配設され、フレーム１のキックアップ部２の
折れ部２ａの位置より車両外側の内下面とレインフォー
ス３の下側との間に空間部Ｃが形成される。

【００１８】そして、一次衝撃力に対してはフレーム１
で抗力を発揮させ、それ以上の衝撃力に対しては、レイ
ンフォース３の上面に設けた凹部３ｃとキックアップ部
２の折れ部２ａとを直接合致させ衝撃力を吸収させるよ
うに構成する。前方の底部３ｂの湾曲形状は種々の条件
から導き出されるが、その導き出し方法について説明す
る（図９参照）。

【００１９】先ず、レインフォース３を設けていないキ
ックアップ部２の衝突時における変形モードを図７の
（Ｂ）に示す。ここでメインフレーム４の変形量をその
折れる角度変化に置き換えて以下のとおりとする。 θ₀:衝突前のキックアップ部２の上向き角度 θ₃₀:３０ｋｍ／ｈでの正面衝突による折れの最大角度 θ₃₅:３５ｋｍ／ｈでの正面衝突による折れの最大角度このθ₀とθ₃₀の時のキックアップ部２の変形を目立っ
た変形の及んでいない後方を基準にし重ね書きし、図９
に示されるように、両方のメインフレーム４，４’が重
なり合っている部分Ａの形状を求める。この重なり部分
Ａの形状を基本とし、ねらいの抗力特性、生産性を考慮
してレインフォース３の形状、板厚等を決める。その際
の考慮すべき点を以下に述ぺる。

【００２０】１．図１１に示される矢印で指している部
分は、抗力を素早く立ち上げる上で重要であるため、重
ね書きで求めた形状を極力忠実に守るべきである。同矢
印のうち、凹部３ｃに作用する矢印αは断面形状変化の
抑制、前方下面の底部３ｂの湾曲部に作用する矢印βは
レインフォース３自体の抗力をメインフレーム４に伝え
る役目を果たす。

【００２１】２．θ₃₀までのキャブＧ特性に影響をを与
えないために、レインフォース３のメインフレーム４内
部への固定部５は変形後も目立った変形の及んでいない
後方の範囲のみで溶接等により行う。以上の説明からわ
かるように、本発明はメインフレーム４には格別の細工
をせずに適用できるレインフォース３の構造であって、
キックアップ部２に加わる過大な衝突エネルギーを吸収
する構造である。

【００２２】（実施例の作用）本実施例を採用しない場
合は、固定壁への３０ｋｍ／ｈで正面衝突によりクラッ
シュゾーンの大半を使って潰してしまう走行車を想定し
たときにその車両前部のＦ一δ特性が図１２に示したも
のを前提とし、衝突速度を３５ｋｍ／ｈに増加した分Ｂ
の工ネルギーは３０ｋｍ／ｈの最大フレーム変形量Ｓ₃₀
以降の変形で吸収することとなり、メインフレーム４変
形量は大きく増えて客室変形が過大となる。

【００２３】しかし、本実施例の構成により、Ｓ₃₀以降
の抗力が高まり、レインフォース３がそのエネルギー増
加分Ｂ’を吸収してメインフレーム４変形量は大きく増
えない。よって、客室変形が少なくて済む。また、Ｓ₃₀
の時点において、進行中のメインフレーム４の変形現象
がキックアップ部２の下方向への折れである場合、前述
した方法によって導き出した形状のレインフォース３を
キックアップ部２内部に設けることにより、Ｓ₃₀以降の
抗力が高まり、より少ないストロークＳ’₃₅で速度増加
分Ｂの工ネルギーを吸収することができる。

【００２４】衝突工ネルギー量は速度の二乗に比例する
から、衝突工ネルギーの増加率＝３５²／３０²＝１．３６となるから、増加率は３６％となる。上記実施例によれ
ば、レインフォース３前端部を舟形形状とし、その前端
部で衝撃力を受け止めて塑性変形時生じる抗力によって
それ自身反発する構造とした。

【００２５】また、レインフォース３の上面にはＵ形溝
３ｃが形成されており、そのＵ形溝３ｃはメインフレー
ム４のキックアップ部２の折れ部２ａと丁度対向する位
置、つまりキックアッブ部２の折れ部２ａの真下に溝３
ｃを置くことにより、衝突時に溝３ｃに折れ部２ａが直
接嵌まる構造で、レインフォース３が確実にキックアッ
プ部２をキャッチして断面形状変化を抑制する。

【００２６】（実施例の効果）以上、本実施例は、レイ
ンフォース３を付設したメインフレーム４の特性を生か
しながら、いかなる衝突形態に対しても段階的にエネル
ギーを吸収することができる構造としている。しかも安
価に、軽量で、装着もし易く、結果的にキャピン内の乗
員の保護性を確実に向上させる構造である。そして、通
常走行時はメインフレーム４に作用するねじり荷重や曲
げ荷重に対して、所定の剛性を保待できる利点がある。
換言すれば、衝突時にある変形量に達するまでキャブＧ
特性を変化させることなく、狙った変形量以上の領域
（実施例では３５ｋｍ／ｈ以上）において急激（レイン
フォース３の設定次第で穏やかも可能）に変形の進行を
抑えることができる。これによりキャブＧと客室変形量
のバランスとりが極めて容易となる。

【００２７】また、レインフォース３の形状は、キャブ
Ｇの緩和を優先したい限度の変形を示す衝突実験又はそ
れ相当の衝突シミュレーションでのフレーム変形状態を
参照して容易に求めることができる。例えば、下記条件
Ａ、Ｂでケース１〜３の実験を行うことでレインフォー
ス設計上の基礎データとすることができる。

【００２８】（実験条件例）客室変形量が過大となるような衝突条件条件Ａ条件Ｂケース１衝突速度増加３０ｋｍ／ｈ⇒ ３５ｋｍ／ｈケース２車両重量増加空荷衝突⇒ 積車衝突ケース３偏りの有る衝突フルオーバーラップ⇒ オフセット衝突衝突これらのケースにおいて、衝突条件Ａでのフレーム変形
量を考慮したレインフォース３を設けることで、条件Ｂ
での客室変形増加率を低く抑えることができる。また、
実施例のレインフォース３は、それ自体の塑性変形時に
生じる抗力に加え、フレームの折れ曲がりによる断面形
状変化の抑制により、メインフレーム４折れ抗力を高め
るため、従来のレインフォースに較べて効率がよい。ま
た、従来のものに較べてレインフォース３やメインフレ
ーム４の板厚を薄くすることが可能となり軽量化やコス
トダウンが期待できる。また、この構造によればコスト
・重量・組付け工数・作業性の向上が図れる。

【００２９】（その他の実施例）本発明は実施例でも述
べたとおり、客室変形量が過大となるような衝突条件で
の変形量の増加を下げるための発明であり、有効なケー
スとして以下が考えられる。本発明のレインフォースは
フレーム付き車両に限らず、衝突中に基本構造部材が折
れ曲がり、これによってエネルギー吸収をする車両（例
モノコックボディ）の全てに応用できる。また前面衝突
に限らず後面，側面衝突等、他の衝突形態にも応用でき
る。また、上記実施例はレインフォース３を閉断面形状
のメインフレーム４の内部に装着したが、メインフレー
ム４の外部に設けても良く、また、レインフォース３の
内部に更なるレインフォース（図示せず）を配置しても
良い。また、キックアップ部２の内外にレインフォース
を併設しても良い。

【００３０】なお、以上の説明は、車両の側面からみ
て、フレームが垂直方向に折曲するキックアップ部に適
用するレインフォースに関するものであるが、車両によ
っては平面上で水平方向にも折曲するフレームを備える
ものもある。本発明は、このような平面上で水平方向に
折曲するフレームのレインフォースにも適用できるもの
である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、下記の効果を奏する。１．請求項１記載の発明によれば、フレームのキックア
ップ部に衝突荷重が作用したとき、フレームに一次衝撃
力に対する抗力を発揮させ、それ以上の衝撃力に対して
は、レインフォースに衝撃力を吸収させることで、客室
に発生する減速度の時間履歴と客室変形量のバランスを
とることが容易になり、走行車の安全設計が容易とな
る。また、段階的に衝突のエネルギーを吸収させること
ができるから、衝突時の乗員保護を向上させることがで
き、併せて安価に、軽量で、装着もし易い。そして、通
常走行時はフレームに作用するねじり荷重や曲げ荷重に
対して、所定の剛性を保持できる。また、この構造によ
ればコスト・重量・組付け工数・作業性の向上が図れ
る。

【００３２】２．請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載の発明の効果に加えて、レインフォースをフレー
ムの内部に設けることにより、フレームの構成がコンパ
クトになり、また、レインフォースの抗力をフレームに
充分伝えることができる。３．請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記
載の発明の効果に加えて、フレームを車両の前後方向に
延設し、該フレームにおけるキックアップ部の折れ部よ
り車両前方の内下面に対してレインフォースの下面を傾
斜させて空間部を形成したことで、最も頻度が高い前方
からの衝撃を緩和し、走行車の安全性の一層の向上に資
する。

【００３３】４．請求項４記載の発明によれば、メイン
フレームのキックアップ部に衝突荷重が作用したとき、
一次衝撃力に対してメインフレームにおいて抗力を発揮
させ、それ以上の衝撃力に対してはレインフォースに衝
撃力の多くを一層緩やかに吸収させることができるか
ら、衝突時の乗員保護の向上に寄与する。５．請求項５記載の発明によれば、衝撃力を緩やかに吸
収できるレインフォースを提供でき、しかもフレームに
取付簡単で汎用性も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し、その主要部の部分斜視
図。

【図２】同実施例を適用する車両の概略側面図。

【図３】同実施例を適用するフレームの斜視図。

【図４】同実施例を適用する車両の衝突時の側面図で、
（Ａ）は３０ｋｍ／ｈ時、（Ｂ）は３５ｋｍ／ｈ時を示
す。

【図５】同衝突時の車体の変位と車体全体の抗力の関係
を示す相関図。

【図６】同衝突時における折れモード発生部位の抗力特
性（Ｆ−Ｓ特性）を示す相関図。

【図７】従来技術における衝突時のフレームの衝突前
（Ａ）及び衝突後（Ｂ）の状態を示す変形説明図。

【図８】同実施例の主要部の分解斜視図。

【図９】同実施例のレインフォースの基本形状を求める
説明図。

【図１０】同実施例のレインフォースの配設図で、その
取付時（Ａ）及び衝突時（Ｂ）を示す。

【図１１】図１０の（Ｂ）におけるレインフォースの作
用図。

【図１２】同実施例の衝突時における車両全体のエネル
ギー吸収特性の概念図。

【図１３】同実施例の衝突時におけるキックアップ部の
エネルギー吸収特性の概念図。

【符号の説明】

１フレーム２キックアップ部２ａ折れ部３レインフォース３ａ本体部３ｂ底部３ｃ凹部（Ｕ形溝）４メインフレーム５固定（溶接）部Ａ重なり部分Ｂ増加した分Ｃ空間部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉断面でキックアップ部を設けたフレー
ムと、該フレームのキックアップ部に沿って配設される
レインフォースとを具備し、上記キックアップ部におけ
る折れ部より車両外側の上面又は下面と該面に対応する
レインフォースの面間に空間部を形成し、且つ前記レイ
ンフォースにおけるキックアップ部の折れ部と対向する
部位に凹部を形成したことを特徴とする車両。
【請求項２】レインフォースをフレームのキックアッ
プ部の内側に沿って配設し、フレームのキックアップ部
の折れ部より車両外側部分の内下面と該内下面に対応す
るレインフォースの底部との間に空間部を形成したこと
を特徴とする請求項１記載の車両。
【請求項３】メインフレームを車両の前後方向に延設
し、該メインフレームにおけるキックアップ部の折れ部
より車両前方の内下面に対してレインフォースの底部を
傾斜させて空間部を形成したことを特徴とする請求項１
または２記載の車両。
【請求項４】フレームのキックアップ部を補強し衝撃
を吸収する構造であって、車両の前後方向に延設される
閉断面のメインフレームと、メインフレームのキックア
ップ部と、該メインフレームのキックアップ部の内側に
沿って配設されるレインフォースとからなり、前記メイ
ンフレームの内側底面と前記レインフォースの下面に湾
曲させて形成した傾斜面とで空間部を形成すると共に、
前記レインフォース上面におけるキックアップ部の折れ
部に対向する部位にＵ形溝を設けたことを特徴とする車
両。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の車両
において、フレームのキックアップ部は車両を平面的に
みて、水平方向に折曲することを特徴とする車両。
【請求項６】後方部の上下方向断面をコ字形とし、前
方側の下面を車両フレームのキックアップ部の下面傾斜
角度より大きい角度の湾曲した傾斜面として形成し、且
つ前記レインフォース上面の折れ部に対向する位置にＵ
形溝を設けたことを特徴とする車両用のレインフォー
ス。
【請求項７】車両のフレームのキックアップ部は、車
両を平面的にみて、水平方向に折曲することを特徴とす
る請求項６記載の車両用のレインフォース。