JP3540744B2 - 車両の車体前部構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の車体前部構造、特に歩行者脚部保護を主目的としたエネルギー吸収構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平６−２５５５３３号公報「車両の前部車体構造」の図１（Ｂ）には、クラッシュビーム４（符号は公報記載のものを流用。）を車体フレームに付設した構造が示されており、前面衝突に対して狙い通りにクラッシュビーム４を座屈、圧潰させる由の説明が同公報段落番号［０００６］第６行に説明されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記クラッシュビーム４は同公報図１（Ｄ）からすると丈夫なものであり、自車が他車に（以下「車対車」という）衝突したときに座屈することを想定したものと思われる。
しかし、自車のバンパーに接触するものは、他に歩行者が考えられるが、上記クラッシュビーム４では歩行者の保護にはならない。
すなわち、従来の車両の前部車体構造では、車対車の衝突を前提とした衝撃吸収は考えられていたものの、歩行者保護を前提としたものは無く、あったとしても不十分なものであった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は車対車のみならず、歩行者保護を図ることのできる車両の前部車体構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、左右のサイドフレームの前端に車両との衝突に起因する衝撃を吸収する左右の第１衝撃吸収部材を各々設け、これらの左右の第１衝撃吸収部材の前端に歩行者保護用の第２衝撃吸収部材を各々設けた車両の車体前部構造であって、第２衝撃吸収部材は、第１衝撃吸収部材から前へ延ばした上フランジ及び下フランジと、これら上下のフランジの前端同士を繋ぐウエブとから構成した略コ字形状の部材であり、上下のフランジよりウエブを厚くしたことを特徴とする。
【０００６】
車対車に起因する衝撃エネルギーは、第１衝撃吸収部材を座屈させることで吸収させる。歩行者保護の際には、第２衝撃吸収部材を座屈させるが、このときに厚いウエブは座屈させずに、薄い上下のフランジを座屈させるようにした。
上下のフランジは前後に延びているため、塑性変形開始から塑性変形終了までの距離並びに時間を稼ぐことができ、衝撃エネルギーを平均的に長時間継続して吸収させることができる。この結果、比較的小さな力で塑性変形が始まるとともに、反力を小さくすることができため、良好に歩行者保護をなせる。
【０００７】
さらに請求項１は、上下のフランジを第１衝撃吸収部材から前へ延ばす際に斜め上又は斜め下へ傾斜させ、フランジの厚さをＴ、フランジの長さをＬとしたときに、少なくとも（Ｔ／Ｌ）ラジアンに上下のフランジの傾斜角を設定し、上下のフランジとウエブとのなすコーナを湾曲させ、これの曲げ半径をフランジの厚さの３〜５倍に設定したことを特徴とする。
【０００８】
上下フランジを水平線に対して傾斜させることにより、フランジの曲げ変形を促し、応答性を高め一層の歩行者保護を図る。
フランジを曲げ変形させるので、少ないストロークでより多くのエネルギーを吸収させることができ、第２衝撃吸収部材の収納スペースをより短縮することができる。
加えて、フランジとウエブとのコーナに丸み（アール）を付けることで、フランジを下（又は上）へ滑らかに変形させる。
曲げ半径がフランジの厚さの３倍未満ではアールが小さ過ぎてコーナが簡単に展開しないという不都合が認められた。また、曲げ半径がフランジの厚さの５倍を超えると、アールが大きくなり過ぎて、フランジの直線部が不足し、ピークＧ増加によるエネルギー吸収効率悪化の虞れがあるからである。従って、前記曲げ半径はフランジの厚さの３〜５倍の範囲から選択することが望ましい。
【０００９】
請求項２では、ウエブは、フランジの厚さＴと同じ厚さの部材に補強板を添えることで、フランジより厚くしたことを特徴とする。
【００１０】
ウエブは厚さＴに厚さｔの補強板を添え、（Ｔ＋ｔ）＝Ｗとなるようにした。こうすれば、厚さＴのブランク材を曲げ加工して略コ字形状の中間加工材を造り、これに厚さｔの補強板を後付けするだけで、第２衝撃吸収部材を得ることができる。又は、厚さＴのブランク材に厚さｔの補強板を溶接したものを曲げて第２衝撃吸収部材としてもよく、加工の自由度が増す。
または、圧延工程で中央が厚さＷでその両側が厚さＴの平板を製造し、これを曲げることで、第２衝撃吸収部材を製造することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る車体前部構造の平面図であり、車両の車体の前部構造は、左右のサイドフレーム１１Ｌ，１１Ｒ（Ｌは左、Ｒは右を示す。以下同じ）のバンパービーム１２を渡してボルト１３・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）で固定し、このバンパビーム１２に且つ左右のサイドフレーム１１Ｌ，１１Ｒのほぼ前方に車対車の衝突に起因する衝撃を吸収する左右の第１衝撃吸収部材１４Ｌ，１４Ｒを各々設け、これらの左右の第１衝撃吸収部材１４Ｌ，１４Ｒの前端に歩行者保護用の第２衝撃吸収部材１５Ｌ，１５Ｒを各々設け、これらをバンパーフェース１６で覆ったものである。
【００１２】
なお、バンパフェース１６の中央部に外力が作用した場合にはバンパーフェース１６が十分に撓む。これに対して、左右のサイドフレーム１１Ｌ，１１Ｒの直前はサイドフレーム１１Ｌ，１１Ｒが抵抗となり十分にエネルギーを吸収させることができない。そこで、サイドフレーム１１Ｌ，１１Ｒの前端にのみ第１衝撃吸収部材１４Ｌ，１４Ｒ並びに第２衝撃吸収部材１５Ｌ，１５Ｒを設ける。これで車幅方向における衝撃吸収性能を均一にすることができる。
【００１３】
図２は図１の２部拡大図であり、バンパビーム１２に溶接で第１衝撃吸収部材１４Ｌを固定し、この第１衝撃吸収部材１４Ｌに溶接で歩行者保護用の第２衝撃吸収部材１５Ｌを固定した構造を示す。
【００１４】
図３は図２の３−３線断面図であり、第１衝撃吸収部材１４Ｌは、いわゆるジャバラ管であり、図左から大きな力を受けたときに堤灯を畳むように塑性変形することで衝撃エネルギーを吸収させる。そして、第１衝撃吸収部材１４Ｌの前壁１７に十分に大きな開口１８を設けておく。この開口１８は次に述べる第２衝撃吸収部材１５Ｌが大きく塑性変形したときの収納口の役割を果たす。
【００１５】
第２衝撃吸収部材１５Ｌは、第１衝撃吸収部材１４Ｌから長さＬだけ前へ延ばした上フランジ２１及び下フランジ２２と、これら上下のフランジ２１，２２の前端同士を繋ぐウエブ２３とから構成した略コ字形状の部材であり、上下のフランジ２１，２２よりウエブ２３を厚くしたことを特徴とする。すなわち、上下のフランジ２１，２２の厚さをＴ、ウエブ２３の厚さをＷとしたときに、Ｔ＜Ｗの構造にした。
【００１６】
なお、実施例では、ウエブ２３は厚さＴに厚さｔの補強板２４を添え、（Ｔ＋ｔ）＝Ｗとなるようにした。こうすれば、厚さＴのブランク材を曲げ加工して略コ字形状の中間加工材を造り、これに厚さｔの補強板２４を後付けするだけで、第２衝撃吸収部材１５Ｌを得ることができる。又は、厚さＴのブランク材に厚さｔの補強板２４を溶接したものを曲げて第２衝撃吸収部材１５Ｌとしてもよく、加工の自由度が増す。
または、圧延工程で中央が厚さＷでその両側が厚さＴの平板を製造し、これを曲げることで、第２衝撃吸収部材１５Ｌを製造することもできる。
【００１７】
先ず、ウエブ２３をフランジ２１，２２より厚くしたことによる作用を説明する。
仮に、ウエブ２３とフランジ２１，２２を同厚にすると、外力を最初に受けるウエブ２３がフランジ２１，２２に先行して「く」の字状に屈曲する。詳しくは、ウエブ２３の両端はフランジ２１，２２で支えられ、一方、ウエブ２３の中央部はフリーであるため、水平外力がウエブ２３に加わるとウエブ２３が「く」の字状に屈曲する。この屈曲は小さな加速度（以下「Ｇ」と記す。）で発生する。反面、次に起こるフランジ２１，２２の座屈はウエブ２３に比べて格段に大きなＧで発生することになる。
この結果、ウエブ、フランジ同厚の第２衝撃吸収部材は、塑性変形の前半ではＧが小さいく、後半でＧが大きくなることになる（このことは図５（ａ）で説明する。）。衝撃エネルギーの吸収の観点からは、Ｇのピークを小さくする必要がある。
【００１８】
本発明では、ウエブ２３を厚くすることでウエブ２３の変形を抑制する。その替りに、フランジ２１，２２を薄くして、その塑性変形を促すことにした。この結果、塑性変形の全域に亘ってフランジ２１，２２が変形し、このためにＧを平均化することで、ピークを小さくすることに成功したものである（図５（ｂ）参照）。
【００１９】
さらに好ましくは、上下のフランジ２１，２２を図の様にθラジアンの傾斜角で斜め下に傾斜させるとともに、フランジ２１とウエブ２３とのなすコーナを曲げ半径Ｒで湾曲させる。これらの作用を図で説明する。
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る傾斜角及びコーナにアールを設けたことの作用説明図である。
（ａ）は想像線が変形前、実線が変形途中を示し、外力Ｆが作用するとフランジ２１，２２が座屈に先立って下方へ曲ることを示す。これは、フランジ２１，２２を傾斜させたことによる効果である。そして、ウエブ２３は下へ移動する。（ｂ）は塑性変形の末期の状態を示し、フランジ２１，２２が下方へ引きずられる様に塑性変形したことを示す。フランジ２１，２２が下方へ引きずられる様に塑性変形させるためには、フランジ２１，２２とウエブ２３とのコーナに曲げ半径Ｒ（図３参照）のアールを設けることが有効である。すなわち、アールが大きければ容易に展開して図の様になるからである。
【００２０】
本発明者らが検討したところ、前記曲げ半径Ｒはフランジの厚さの３〜５倍の範囲から選択すべきであることが判明した。曲げ半径Ｒがフランジの厚さの３倍未満ではアールが小さ過ぎてコーナが簡単に展開しないという不都合が認められた。また、曲げ半径Ｒがフランジの厚さの５倍を超えると、アールが大きくなり過ぎて、フランジ２１，２２の直線部が不足し、ピークＧ増加によるエネルギー吸収効率悪化の虞れがあるからである。
従って、前記曲げ半径Ｒはフランジの厚さの３〜５倍の範囲から選択することとした。
【００２１】
また、傾斜角θは、フランジの厚さをＴ、フランジの長さをＬとしたときに、少なくとも（Ｔ／Ｌ）ラジアンに設定すべきであることが分かった。
傾斜角が（Ｔ／Ｌ）ラジアン未満であると、フランジ２１，２２が下方に曲ると共に、フランジ２１，２２自体の座屈が起こり、図４（ａ）→（ｂ）の作用が得にくくなる。
そこで、傾斜角θを（Ｔ／Ｌ）ラジアン以上に設定することにする。
ただし、傾斜角θは５×（Ｔ／Ｌ）ラジアン以下、好ましくは３（Ｔ／Ｌ）ラジアンに設定する。傾斜角θが５×（Ｔ／Ｌ）ラジアンを超えると、衝撃入力時にフランジ２１，２２の先端（ウエブ２３との交点）のみが曲げ変形を起こし、エネルギー吸収が少なくなってしまう。
【００２２】
（Ｔ／Ｌ）ラジアンを補足説明すると、例えばＬ＝１００ｍｍ、Ｔ＝１．０ｍｍであれば、（Ｔ／Ｌ）ラジアン＝（１／１００）ラジアン＝０．０１ラジアンとなる。なお、ｔａｎ（０．０１ラジアン）＝０．０１０となり、０．２ラジアン以下では、近似的にｔａｎ（Ｔ／Ｌラジアン）＝（Ｔ／Ｌ）である。
従って、（Ｔ／Ｌ）ラジアンの傾斜は、フランジ２１，２２の先端（ウエブ２３との交点）が、水平線からＴだけ下がった（又は上がった）形態に合致する。
【００２３】
図５（ａ），（ｂ）は衝撃吸収効果を示す比較グラフであり、横軸はストローク、縦軸は加速度である。
（ａ）はフランジとウエブとを同じにしたところの比較例を示す。ストロークの末期に極めて大きなピークが出ていることが分かる。
（ｂ）はフランジを薄く、ウエブを厚くした実施例を示す。ピークが小さいことが分かる。
【００２４】
尚、「サイドフレームの前端に第１衝撃吸収部材を設け」という文章は、サイドフレームの前端に直接に第１衝撃吸収部材を設けたもののほか、バンパービームやブラケットなどを介して間接的にサイドフレームの前に第１衝撃吸収部材を設けたものを含む。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、左右のサイドフレームの前端に車両との衝突に起因する衝撃を吸収する左右の第１衝撃吸収部材を各々設け、これらの左右の第１衝撃吸収部材の前端に歩行者保護用の第２衝撃吸収部材を各々設け、第２衝撃吸収部材を第１衝撃吸収部材から前へ延ばした上フランジ及び下フランジと、これら上下のフランジの前端同士を繋ぐウエブとから構成した略コ字形状の部材にするとともに上下のフランジよりウエブを厚くしたことを特徴とする。
【００２６】
車対車に起因する衝撃エネルギーは、第１衝撃吸収部材を座屈させることで吸収させる。歩行者保護の際には、第２衝撃吸収部材を座屈させるが、このときに厚いウエブは座屈させずに、薄い上下のフランジを座屈させるようにした。すなわち、ウエブを厚くすることで極力ウエブを塑性変形させずに、代わりにフランジを薄くすることでフランジを塑性変形させるようにした。
上下のフランジは前後に延びているため、塑性変形開始から塑性変形終了までの距離並びに時間を稼ぐことができ、衝撃エネルギーを平均的に長時間継続して吸収させることができる。この結果、比較的小さな力で塑性変形が始まるとともに、反力を小さくすることができため、良好に歩行者保護をなせる。
【００２７】
さらに、請求項１は、上下のフランジを第１衝撃吸収部材から前へ延ばす際に斜め上又は斜め下へ傾斜させ、フランジの厚さをＴ、フランジの長さをＬとしたときに、少なくとも（Ｔ／Ｌ）ラジアンに上下のフランジの傾斜角を設定した。
上下フランジを水平線に対して傾斜させることにより、フランジの曲げ変形を促し、応答性を高め一層の歩行者保護を図る。
フランジを曲げ変形させるので、少ないストロークでより多くのエネルギーを吸収させることができ、第２衝撃吸収部材の収納スペースをより短縮することができる。
加えて、請求項１では、上下のフランジとウエブとのなすコーナを湾曲させ、これの曲げ半径をフランジの厚さの３〜５倍に設定した。フランジとウエブとのコーナに丸みを付けることで、フランジを下又は上へ滑らかに変形させる。曲げ半径がフランジの厚さの３倍未満ではアールが小さ過ぎてコーナが簡単に展開しないという不都合が認められた。また、曲げ半径がフランジの厚さの５倍を超えると、アールが大きくなり過ぎて、フランジの直線部が不足し、ピークＧ増加によるエネルギー吸収効率悪化の虞れがあるからである。従って、曲げ半径はフランジの厚さの３〜５倍の範囲から選択する。
【００２８】
請求項２では、ウエブは、フランジの厚さＴと同じ厚さの部材に補強板を添えることで、フランジより厚くしたことを特徴とする。
ウエブは厚さＴに厚さｔの補強板を添え、（Ｔ＋ｔ）＝Ｗとなるようにした。こうすれば、厚さＴのブランク材を曲げ加工して略コ字形状の中間加工材を造り、これに厚さｔの補強板を後付けするだけで、第２衝撃吸収部材を得ることができる。又は、厚さＴのブランク材に厚さｔの補強板を溶接したものを曲げて第２衝撃吸収部材としてもよく、加工の自由度が増す。
または、圧延工程で中央が厚さＷでその両側が厚さＴの平板を製造し、これを曲げることで、第２衝撃吸収部材を製造することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車体前部構造の平面図
【図２】図１の２部拡大図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】本発明に係る傾斜角及びコーナにアールを設けたことの作用説明図
【図５】衝撃吸収効果を示す比較グラフ
【符号の説明】
１１Ｌ，１１Ｒ…左右のサイドフレーム、１４Ｌ，１４Ｒ…左右の第１衝撃吸収部材、１５Ｌ，１５Ｒ…第２衝撃吸収部材、２１…上フランジ、２２…下フランジ、２３…ウエブ、２４…補強板、Ｌ…フランジの長さ、Ｒ…コーナの曲げ半径、Ｔ…フランジの厚さ、Ｗ…ウエブの厚さ、θ…傾斜角。

Claims (2)

1. 左右のサイドフレーム（１１Ｌ、１１Ｒ）の前端に車両との衝突に起因する衝撃を吸収する左右の第１衝撃吸収部材（１４Ｌ、１４Ｒ）を各々設け、これらの左右の第１衝撃吸収部材（１４Ｌ、１４Ｒ）の前端に歩行者保護用の第２衝撃吸収部材（１５Ｌ、１５Ｒ）を各々設けた車両の車体前部構造であって、
   前記第２衝撃吸収部材（１５Ｌ、１５Ｒ）は、前記第１衝撃吸収部材（１４Ｌ、１４Ｒ）から前へ延ばした上フランジ（２１）及び下フランジ（２２）と、これら上下のフランジ（２１、２２）の前端同士を繋ぐウエブ（２３）とから構成した略コ字形状の部材であり、前記上下のフランジ（２１、２２）より前記ウエブ（２３）を厚くし、
   前記上下のフランジ（２１、２２）を前記第１衝撃吸収部材（１４Ｌ、１４Ｒ）から前へ延ばす際に斜め下へ傾斜させ、前記フランジ（２１、２２）の厚さをＴ、フランジ（２１、２２）の長さをＬとしたときに、少なくとも（Ｔ／Ｌ）ラジアンに前記上下のフランジ（２１、２２）の傾斜角を設定し、
   前記上のフランジ（２１）とウエブ（２３）とのなすコーナを湾曲させ、これの曲げ半径Ｒを前記フランジ（２１）の厚さＴの３〜５倍に設定したことを特徴とする車両の車体前部構造。
2. 前記ウエブ（２３）は、フランジ（２１、２２）の厚さＴと同じ厚さの部材に補強板（２４）を添えることで、フランジ（２１、２２）より厚くしたことを特徴とする請求項１記載の車両の車体前部構造。

Images