JP5486251B2 - 車両用衝撃吸収具及び車両用バンパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用衝撃吸収具及び車両用バンパ装置に関するものである。

従来、車両用衝撃吸収具としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。図８（ａ）（ｂ）は、こうした従来の車両用衝撃吸収具８０を示す平面図及び正面図である。同図に示すように、この車両用衝撃吸収具８０は、車両幅方向に延びるバンパリインホース１６の端部において、該バンパリインホース１６と車両前後方向に延びるサイドメンバ１１との間に介在されている。車両用衝撃吸収具８０は、略田の字の一定断面形状を有するアルミニウム合金の押出材からなり、例えば車両衝突に伴いその押出しの軸方向に圧縮の衝撃荷重（軸圧縮荷重）を受けた際に、オイラー座屈を抑えて軸圧縮変形、いわゆる蛇腹変形することで衝撃エネルギーを吸収する。

特許第３５２０９５９号公報

ところで、この車両用衝撃吸収具８０に対し、図８（ａ）に示すように、例えば車両が障害物Ｓに斜突するなど、車両用衝撃吸収具８０の軸方向に対し車両幅方向外側寄りの斜めから荷重Ｆが入力されたとする。すなわち、車両幅方向内側から外側に向かうに従い、車両前後方向に車両用衝撃吸収具８０側に近付くように角度θ（例えば１０°）で傾斜する障害物Ｓに衝突したとする。この際、図８（ｂ）に示すように、車両幅方向内側及び車両幅方向中央部の入力荷重が大きくなり、車両幅方向外側の入力荷重が小さくなることが確認されている。この場合、車両用衝撃吸収具８０に加わる荷重が車両幅方向で不均等になることで、力のモーメントＭが発生し、前記サイドメンバ１１が折れる可能性があった。

本発明の目的は、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際のサイドメンバの折れを抑制することができる車両用衝撃吸収具及び車両用バンパ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両幅方向に延びるバンパリインホースの端部において、該バンパリインホースと車両前後方向に延びるサイドメンバとの間に介在され、軸圧縮荷重を蛇腹変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する車両用衝撃吸収具において、車両前後方向に開口する筒状の本体部と、前記本体部に接続され、該本体部内を区画して車両幅方向内側及び外側にそれぞれ第１中空部及び第２中空部を形成する第１リブと、前記本体部及び前記第１リブに接続され、前記第１中空部及び前記第２中空部のうち、少なくとも前記第２中空部を車両上下方向で複数に分割する第２リブとを備え、前記第１中空部に区画形成される中空部の数は、前記第２中空部に区画形成される中空部の数よりも少なく設定され、前記本体部の車両幅方向両側の側壁にそれぞれ形成され、蛇腹変形の起点となる応力集中部を備え、前記応力集中部は、蛇腹変形の周期に合わせて前記本体部の前記両側壁に車両前後方向で互い違いに配置されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記第１中空部に区画形成される中空部の数は、前記第２中空部に区画形成される中空部の数よりも少なく設定されていることで、軸圧縮荷重の入力時に、前記第１中空部よりも中空部の数が多い前記第２中空部、即ち前記第２リブにより相対的に増強された前記第２中空部に荷重を集中させることができる。従って、例えば車両が障害物に斜突するなど、前記本体部の軸方向に対し車両幅方向外側寄りの斜めから荷重が入力される際に、前記第２中空部に荷重を集中させることで、入力荷重が大きくなりがちな車両幅方向内側に加わる荷重、即ち前記第１中空部に加わる荷重との間の不均等を緩和することができる。そして、前記第１中空部及び前記第２中空部（車両幅方向内側及び外側）に加わる不均等な荷重で生じる力のモーメントによって前記サイドメンバが折れることを抑制することができる。

また、前記本体部の前記両側壁には、蛇腹変形の周期に合わせて車両前後方向で互い違いに配置された応力集中部が形成されていることで、蛇腹変形時の荷重をより安定化することができ、ひいてはより効率的に衝撃エネルギーを吸収することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用衝撃吸収具において、前記本体部の前記第２中空部側の側壁の板厚を前記第１中空部側の側壁の板厚よりも大きく設定したことを要旨とする。

同構成によれば、前記本体部の前記第２中空部側の側壁の板厚を前記第１中空部側の側壁の板厚よりも大きく設定したことで、相対的に増強された前記第２中空部側に荷重を更に集中させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用衝撃吸収具において、前記本体部の前記第１中空部側の側壁には前記第２リブが接続されておらず、前記第１中空部に区画形成される中空部の数は１つであって、前記本体部の前記第１中空部側の前記側壁に形成される前記応力集中部は、前記第２リブの高さで車両上下方向に分断されることなく車両上下方向に延在することを要旨とする。

同構成によれば、例えば前記応力集中部を前記第２リブの高さで車両上下方向に分断して複数形成する場合に比べて、構造をより簡易化することができる。
請求項４に記載の発明は、車両の幅方向に延びるバンパリインホースの両端部において、該バンパリインホースと車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバとの間にそれぞれ介在される一対のクラッシュボックスを備えた車両用バンパ装置において、前記クラッシュボックスとして、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用衝撃吸収具を備えることを要旨とする。

同構成によれば、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際のサイドメンバの折れを抑制することができる前記クラッシュボックスを備えた車両用バンパ装置を提供することができる。

本発明では、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際のサイドメンバの折れを抑制することができる車両用衝撃吸収具及び車両用バンパ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す平面図。 同実施形態を示す斜視図。 （ａ）（ｂ）は、同実施形態及び従来形態をそれぞれ示す正面図。 （ａ）（ｂ）は、同実施形態及び従来形態の各々において、車両の内側及び外側に分けてシミュレーションした変形量と荷重との関係を示すグラフ。 （ａ）（ｂ）は、同実施形態及び従来形態の各々において、車両幅方向及び車両上下方向に３つずつに分けてシミュレーションした変形量と荷重との関係を示すグラフ。 同実施形態を示す側面図。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の変形形態を示す正面図。 （ａ）（ｂ）は、従来形態を示す平面図及び正面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、自動車などの車両のフロント部分に適用される本実施形態に係る車両用バンパ装置を示す平面図である。同図に示されるように、車両幅方向両側には、例えば金属板からなり、断面略四角形の中空構造を有して車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ１１が配設されている。これらサイドメンバ１１は、ボデーの一部を構成する。なお、各サイドメンバ１１の前端には、該サイドメンバ１１の開口部を閉塞する態様で、例えば金属板からなる略四角形のブラケット１２が溶接にて固着されている。

車両用バンパ装置は、例えばアルミニウム合金の押出材からなり車両前後方向に延びて前記各ブラケット１２の前面に取着される車両用衝撃吸収具としてのクラッシュボックス１３を備える。一対のクラッシュボックス１３は、例えば車両衝突に伴う軸圧縮荷重を蛇腹変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する。そして、各クラッシュボックス１３の前端には、車両幅方向に延在する、例えば金属板からなるバンパリインホース１６の各端部１６ａが取着されている。バンパリインホース１６の各端部１６ａは、車両の意匠に合わせて車両幅方向外側に向かうに従い車両後方に向かうように傾斜しており、各クラッシュボックス１３は、その前端が前方に突出するように山形に成形されている。詳説すると、クラッシュボックス１３の前端は、車両幅方向外側から内側に向けてバンパリインホース１６の端部１６ａの対向面１６ｂに沿って傾斜し該対向面１６ｂに近接又は当接する対向部１４と、該対向部１４の内側端からバンパリインホース１６の端部１６ａの対向面１６ｂから離間する様に傾斜する傾斜部１５を有する。そして、対向部１４と傾斜部１５との連結部位が頂点となるように山形状を呈している。各クラッシュボックス１３は、その前端の山形部分の車両幅方向外側において、バンパリインホース１６の傾斜する各端部の対向面に近接又は当接する態様で該バンパリインホース１６に締結されている。

図２は、クラッシュボックス１３を示す斜視図であり、図３（ａ）は、クラッシュボックス１３を示す正面図である。なお、図３（ｂ）には、便宜的に従来形態の車両用衝撃吸収具（クラッシュボックス）８０を示している。図２及び図３（ａ）に示されるように、クラッシュボックス１３は、その外形をなす略四角筒状の本体部２１を有する。すなわち、この本体部２１は、車両幅方向内側及び外側に配設された一対の側壁２１ａ，２１ｂ並びにこれら側壁２１ａ，２１ｂの上端縁間及び下端縁間をそれぞれ連絡する蓋壁２１ｃ及び底壁２１ｄを有しており、車両前後方向に開口する。

また、クラッシュボックス１３は、車両幅方向中央で蓋壁２１ｃ及び底壁２１ｄの内壁面に接続され、本体部２１内を区画して車両幅方向内側及び外側にそれぞれ第１中空部Ｃ１及び第２中空部Ｃ２を形成する第１リブ２２を有する。さらに、クラッシュボックス１３は、車両高さ方向中央で側壁２１ｂの内壁面及び第１リブ２２の対向面に接続され、第２中空部Ｃ２を車両上下方向で複数（２つ）に分割して車両幅方向上側及び下側にそれぞれ中空部Ｃ３，Ｃ４を形成する第２リブ２３を有する。従って、第２中空部Ｃ２は、これら両中空部Ｃ３，Ｃ４で構成されている。そして、第１中空部Ｃ１に区画形成される中空部（Ｃ１）の数（１つ）は、第２中空部Ｃ２に区画形成される中空部（Ｃ３，Ｃ４）の数（２つ）よりも少なく設定されている。これにより、軸圧縮荷重の入力時に、第１中空部Ｃ１よりも中空部の数が多い第２中空部Ｃ２、即ち第２リブ２３により相対的に増強された第２中空部Ｃ２に荷重が集中される。

なお、第１中空部Ｃ１の開口面積Ｓ１と、第２中空部Ｃ２の開口面積Ｓ２（両中空部Ｃ３，Ｃ４の開口面積Ｓ３，Ｓ４を合計した開口面積（＝Ｓ３＋Ｓ４））とは、互いに略同等（Ｓ１＝Ｓ２）に設定されている。また、両中空部Ｃ３，Ｃ４の開口面積Ｓ３，Ｓ４は、互いに略同等に設定されている（Ｓ１＝Ｓ２）。また、前記本体部２１の一方の側壁２１ａ、蓋壁２１ｃ及び底壁２１ｄの板厚は互いに同等に設定されており、且つ、他方の側壁２１ｂの板厚よりも小さく設定されており、且つ、第１及び第２リブ２２，２３の板厚よりも大きく設定されている。さらに、前記第１及び第２リブ２２，２３が本体部２１と接続する部位、前記両リブ２２，２３が接続する部位、前記本体部２１の角部をなす部位はそれぞれ湾曲形状に成形されている。クラッシュボックス１３は、これら本体部２１、第１リブ２２及び第２リブ２３を一体的に有して断面略一定に成形されている。

次に、車両が障害物Ｓ（図８（ａ）参照）に斜突するなど、クラッシュボックス１３（本体部２１）の軸方向に対し車両幅方向外側寄りの斜めから荷重が入力された際の、吸収荷重と変形量との関係についてのシミュレーション結果を、図４及び図５に基づき従来形態の車両用衝撃吸収具８０と比較して説明する。なお、このシミュレーションは、前述の角度θでクラッシュボックス１３（又は車両用衝撃吸収具８０）の軸方向に対し車両幅方向外側寄りの斜めから荷重を入力するときの推移をＦＥＭ（有限要素法）で解析したもので、比較に係る該当箇所の数値はその範囲全体の平均値として取得したものである。

図４は、このような荷重を入力した際の車両幅方向内側の範囲Ａ１及び車両幅方向外側の範囲Ａ２の各々の推移を比較するもので、図４（ａ）に本実施形態のクラッシュボックス１３のシミュレーション結果を、図４（ｂ）に従来形態の車両用衝撃吸収具８０のシミュレーション結果をそれぞれ示す。図４（ｂ）に示されるように、従来形態の車両用衝撃吸収具８０では、基本的に車両内側の範囲Ａ１の方が車両外側の範囲Ａ２よりも変形時の荷重が大きくなって、特に変形初期におけるそれらの間の荷重差ΔＦが甚大となっている。これに対し、本実施形態のクラッシュボックス１３では、図４（ａ）に示されるように、車両内側の範囲Ａ１の方が車両外側の範囲Ａ２よりも変形時の荷重が小さくなるように逆転して、特に変形初期におけるそれらの間の荷重差ΔＦが低減されている。つまり、クラッシュボックス１３では、第１中空部Ｃ１及び第２中空部Ｃ２に加わる荷重の間の不均等が緩和されている。従って、第１中空部Ｃ１及び第２中空部Ｃ２（車両幅方向内側及び外側）に加わる不均等な荷重で生じる力のモーメントによってサイドメンバ１１が折れることが抑制される。

一方、図５は、クラッシュボックス１３及び車両用衝撃吸収具８０を車両幅方向及び車両高さ方向にそれぞれ３つずつ、合計９つに分けたとして、前述の荷重を入力した際の中央部（以下、中−中ともいう）の範囲Ａ３及び該中央部の車両幅方向内側の隣接部（以下、内−中ともいう）の範囲Ａ４の各々の推移を比較するもので、図５（ａ）に本実施形態のクラッシュボックス１３のシミュレーション結果を、図５（ｂ）に従来形態の車両用衝撃吸収具８０のシミュレーション結果をそれぞれ示す。クラッシュボックス１３及び車両用衝撃吸収具８０の９分割した範囲Ａ３，Ａ４以外の範囲については、範囲Ａ４に準じて推移するため、その説明を割愛する。図５（ｂ）に示されるように、従来形態の車両用衝撃吸収具８０では、基本的に中−中の範囲Ａ３の方が内−中の範囲Ａ４よりも変形時の荷重が大きくなっている。一方、本実施形態のクラッシュボックス１３でも、基本的に中−中の範囲Ａ３の方が内−中の範囲Ａ４よりも変形時の荷重が大きくなっているものの、車両用衝撃吸収具８０に比べて全体的に低減されて、それらの間の荷重差も自ずと低減されている。つまり、特に中−中の範囲Ａ３に関して、従来形態の車両用衝撃吸収具８０に比べてクラッシュボックス１３の変形時の荷重及びその集中が抑えられている。

ここで、中−中の範囲Ａ３の入力荷重が大きいと、図８（ａ）に示すように、前記ブラケット１２が陥没する可能性があるが、前述のようにこのときの同荷重が抑えられていることで、このような陥没が抑制される。

図６に、クラッシュボックス１３を車両外側から見た側面図を示す。図２及び図６に示されるように、前記本体部２１の側壁２１ｂには、車両高さ方向に延在して第２中空部Ｃ２に突出する溝状の複数（６つ）の応力集中部２６が形成される。これら応力集中部２６は、第２リブ２３を避けて上下２列前後３行の６カ所に配置されており、ブラケット１２に近づくにつれて、前後の幅、内側への突出長ともに小さくなるように設定されている。

一方、本体部２１の側壁２１ａには、車両前後方向で応力集中部２６と互い違いになるように配置され、車両高さ方向に延在して第１中空部Ｃ１に突出する溝状の複数（２つ）の応力集中部２７が形成される。これら応力集中部２７は応力集中部２６とは異なり第２リブ２３による干渉を受けないため、上下１列前後２行の２カ所に配置される。なお、応力集中部２７が、ブラケット１２に近づくにつれて前後の幅、外側への突出長の双方が小さくなるように設定されるのは応力集中部２６と同様である。

なお、応力集中部２６，２７の車両前後方向における互い違いの配置は、クラッシュボックス１３の蛇腹変形の周期に合わせて設定されている。
次に、本実施形態の動作について説明する。図８に示すように、車両が障害物Ｓに斜突するなど、バンパリインホース１６を介してクラッシュボックス１３の軸方向に対し車両幅方向外側寄りの斜めから荷重Ｆが入力された際、クラッシュボックス１３は軸方向へ圧縮荷重を受ける。このとき、既述のように、クラッシュボックス１３の車両内側の範囲Ａ１の方が車両外側の範囲Ａ２よりも変形時の荷重が小さくなって、特に変形初期におけるそれらの間の荷重差ΔＦが低減される。そして、第１中空部Ｃ１及び第２中空部Ｃ２に加わる荷重の間の不均等が緩和され、これに基づく力のモーメントによってサイドメンバ１１が折れることが抑制される。加えて、クラッシュボックス１３の中−中の範囲Ａ３の変形時の荷重及びその集中が抑えられて、前記ブラケット１２の陥没が抑制される。

また、軸圧縮荷重を受けたクラッシュボックス１３は、応力集中部２６，２７にその軸圧縮荷重を集中させ蛇腹変形を誘発させる。この際、応力集中部２６，２７は、前後の幅及び突出長が大きい前側から蛇腹変形を始める。応力集中部２６，２７は、蛇腹変形の周期に合わせて車両前後方向で互い違いに配置されていることから、クラッシュボックス１３の蛇腹変形時の荷重をより安定化することができ、ひいてはより効率的に衝撃エネルギーの吸収を行うことができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、第１中空部Ｃ１に区画形成される中空部（Ｃ１）の数は、第２中空部Ｃ２に区画形成される中空部（Ｃ３，Ｃ４）の数よりも少なく設定されていることで、軸圧縮荷重の入力時に、第１中空部Ｃ１よりも中空部の数が多い第２中空部Ｃ２、即ち第２リブ２３により相対的に増強された第２中空部Ｃ２に荷重を集中させることができる。従って、例えば車両が障害物に斜突するなど、本体部２１の軸方向に対し車両幅方向外側寄りの斜めから荷重が入力される際に、第２中空部Ｃ２に荷重を集中させることで、入力荷重が大きくなりがちな車両幅方向内側に加わる荷重、即ち第１中空部Ｃ１に加わる荷重との間の不均等を緩和することができる。そして、第１中空部Ｃ１及び第２中空部Ｃ２（車両幅方向内側及び外側）に加わる不均等な荷重で生じる力のモーメントによってサイドメンバ１１が折れることを抑制することができる。

（２）本実施形態では、本体部２１の第２中空部Ｃ２側の側壁２１ｂの板厚を第１中空部Ｃ１側の側壁２１ａの板厚よりも大きく設定したことで、相対的に増強された第２中空部Ｃ２側に荷重を更に集中させることができる。

（３）本実施形態では、本体部２１の両側壁２１ａ，２１ｂには、蛇腹変形の周期に合わせて車両前後方向で互い違いに配置された応力集中部２７，２６が形成されていることで、蛇腹変形時の荷重をより安定化することができ、ひいてはより効率的に衝撃エネルギーを吸収することができる。第１中空部が第２リブ２３によって分断されないことで、車両内側壁から外側にむかって突出する応力集中部２７を上下に亘って配設することができる。これによって、応力集中部２７を２つに分断する場合に比べ、応力集中部２７により荷重を集中させクラッシュボックス１３を蛇腹変形に移行させやすくすることができるので、衝撃エネルギーの吸収を促進することができる。

（４）本実施形態では、本体部２１の第１中空部Ｃ１側の側壁２１ａに形成される応力集中部２７は、第２リブ２３の高さで車両上下方向に分断されることなく車両上下方向に延在することで、例えば応力集中部２７を第２リブ２３の高さで車両上下方向に分断して複数形成する場合に比べて、構造をより簡易化することができる。

（５）本実施形態では、クラッシュボックス１３の中−中の範囲Ａ３（第１及び第２リブ２２，２３の交差部）の変形時の荷重及びその集中を抑えて、ブラケット１２の陥没を抑制することができる。

（６）本実施形態では、軸方向に対し斜めから荷重が入力された際のサイドメンバ１１の折れを抑制することができるクラッシュボックス１３を備えた車両用バンパ装置を提供することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図７（ａ）に示すように、本体部２１の側壁２１ａに達しない範囲で第２リブ２３の広がる面に連続して、第１中空部Ｃ１内に突出するリブ３０を備えていてもよい。

・図７（ｂ）に示すように、第１リブ２２によって区画形成された第１中空部Ｃ１を２つの中空部Ｃ１１，Ｃ１２に区画形成するリブ３１と、第２中空部Ｃ２を３つの中空部Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５に区画形成するリブ３２，３３とを備えたクラッシュボックス３５であってもよい。要は、第１中空部Ｃ１を区画形成する中空部の数よりも第２中空部Ｃ２を区画形成する中空部の数が多くなるように設定すればよい。

・図７（ｃ）に示すように、第２中空部を形成する中空部Ｃ２１，Ｃ２２が５角形になるように車両幅方向外側の上下の角部を面取りした本体部４１を有するクラッシュボックス４０であってもよい。このように、第２中空部側を多角化することで、軸圧縮荷重を第１中空部よりも第２中空部に大きく負荷させることができる。

・図７（ｄ）に示すように、本体部４１の側壁２１ａに達しない範囲で第２リブ２３の広がる面に連続して、第１中空部Ｃ１内に突出するリブ３０を備えていてもよい。
・前記実施形態において、側壁２１ａ，２１ｂの板厚方向に貫通する応力集中部であってもよい。

・本発明に係る衝撃吸収具を、例えばサイドメンバ１１などその他の衝撃吸収用のフレームに適用してもよい。
・本発明は、車両のリヤ部分に適用してもよい。

Ｃ１…第１中空部、Ｃ２…第２中空部、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ２１，Ｃ２２…中空部、１１…サイドメンバ、１３，３５，４０…クラッシュボックス、１６…バンパリインホース、２１，４１…本体部、２１ａ，２１ｂ…側壁、２２…第１リブ、２３…第２リブ、２６，２７…応力集中部。

Claims (4)

1. 車両幅方向に延びるバンパリインホースの端部において、該バンパリインホースと車両前後方向に延びるサイドメンバとの間に介在され、軸圧縮荷重を蛇腹変形で吸収して衝撃エネルギーを吸収する車両用衝撃吸収具において、
   車両前後方向に開口する筒状の本体部と、
   前記本体部に接続され、該本体部内を区画して車両幅方向内側及び外側にそれぞれ第１中空部及び第２中空部を形成する第１リブと、
   前記本体部及び前記第１リブに接続され、前記第１中空部及び前記第２中空部のうち、少なくとも前記第２中空部を車両上下方向で複数に分割する第２リブとを備え、
   前記第１中空部に区画形成される中空部の数は、前記第２中空部に区画形成される中空部の数よりも少なく設定され、
   前記本体部の車両幅方向両側の側壁にそれぞれ形成され、蛇腹変形の起点となる応力集中部を備え、
   前記応力集中部は、蛇腹変形の周期に合わせて前記本体部の前記両側壁に車両前後方向で互い違いに配置されていることを特徴とする車両用衝撃吸収具。
2. 請求項１に記載の車両用衝撃吸収具において、
   前記本体部の前記第２中空部側の側壁の板厚を前記第１中空部側の側壁の板厚よりも大きく設定したことを特徴とする車両用衝撃吸収具。
3. 請求項１又は２に記載の車両用衝撃吸収具において、
   前記本体部の前記第１中空部側の側壁には前記第２リブが接続されておらず、前記第１中空部に区画形成される中空部の数は１つであって、
   前記本体部の前記第１中空部側の前記側壁に形成される前記応力集中部は、前記第２リブの高さで車両上下方向に分断されることなく車両上下方向に延在することを特徴とする車両用衝撃吸収具。
4. 車両の幅方向に延びるバンパリインホースの両端部において、該バンパリインホースと車両の前後方向に延びる一対のサイドメンバとの間にそれぞれ介在される一対のクラッシュボックスを備えた車両用バンパ装置において、
   前記クラッシュボックスとして、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用衝撃吸収具を備えることを特徴とする車両用バンパ装置。

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