JP6922771B2 - フロントバンパアップアブソーバの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両前方側上部に切欠き部を備えるフロントバンパアップアブソーバの設計方法に関する。

車両のバンパには、衝突時における歩行者脚部保護についての要求がある。このために、バンパ内部に樹脂製のアブソーバを配置し、アブソーバにより衝突時の衝撃を吸収している。

また、この歩行者脚部保護性能については、ヒンジ型インパクタを用いた試験が行われている。このヒンジ型インパクタは脛側と、大腿部側の部材とを、膝を模擬するヒンジ部で接続した構造を有する。そして、このヒンジ型インパクタを車両のバンパと衝突させて、この際のヒンジ型インパクタの受ける荷重などから、膝部の内側側副靭帯（ＭＣＬ）、前十字靭帯（ＡＣＬ）、後十字靭帯（ＰＣＬ）の伸び量などが歩行者脚部保護性能として計測される。なお、以下において、膝部の内側側副靭帯、前十字靭帯、後十字靭帯の伸び量について、ＭＣＬ、ＡＣＬ、ＰＣＬと適宜称する。

ここで、特許文献１には、バンパのアブソーバとその後方でバンパを支えるバンパリインフォースとの間に衝突検知センサを配置することが示されており、衝突検知センサの前方側のアブソーバの上部を切り欠くことが示されている。

特開２００９−４０４２３号公報

アブソーバによって、衝突時の衝撃を和らげることができるが、ＭＣＬなどの歩行者脚部保護性能が十分でない場合がある。上下方向に伸びるヒンジ型インパクタとバンパが衝突した際に、下部（脛側）がバンパの抗力によって押し返され、ヒンジ部を中心とする回転力がかかり、ＭＣＬなどの伸び量を十分低下できないためと考えられる。従来技術では、どのようにしてＭＣＬなどの伸び量を低下するかについての提案はない。

本発明は、車両前方側上部に切欠き部を備えるフロントバンパアップアブソーバの設計方法であって、ヒンジ部を有するヒンジ型インパクタと衝突した際の、前記ヒンジ部の目標伸び量に基づいて、前記ヒンジ部の目標角度を設定し、設定された目標角度に基づいて、前記ヒンジ型インパクタの前記フロントバンパアップアブソーバへの侵入量を設定し、設定された侵入量に基づいて前記ヒンジ型インパクタへの目標荷重を設定し、設定された目標荷重に基づいて前記切欠き部の大きさを決定する。

また、所定形状のフロントバンパアップアブソーバがヒンジ型インパクタと衝突した際の伸び量と目標伸び量の比較に基づき、前記ヒンジ部の必要角度減少量を算出し、算出された必要角度減少量に対応する前記ヒンジ型インパクタへの必要荷重減少量を算出し、算出された必要荷重減少量に基づいて前記切欠き部のサイズを決定するとよい。

また、フロントバンパアップアブソーバの車両前後方向の面での断面における面積減少率を前記必要荷重減少量の割合に応じて決定するとよい。

また、切欠き部の車両前後方向の長さは、衝突試験時に目標とする、フロントバンパアップアブソーバの変形のストロークにより決定するとよい。

また、車両前方側上部に切欠き部を備えるフロントバンパアップアブソーバの製造方法では、所定のフロントバンパアップアブソーバを有するバンパについて、ヒンジ部を有するヒンジ型インパクタと衝突試験を行い、衝突試験の結果により、前記ヒンジ型インパクタに対する必要荷重減少量を算出し、算出された必要荷重減少量に基づいて、衝突試験に用いたフロントバンパアップアブソーバについての切欠き量を決定するとよい。

本発明によれば、適切な歩行者脚部保護性能を有するフロントバンパアップアブソーバを容易に得ることができる。

バンパおよびヒンジ型インパクタの構成を示す断面図である。 ヒンジ型インパクタの動きを説明する図であり、（ａ）はヒンジ型インパクタのヒンジ部の間隔を示す図、（ｂ）は試験後の回転角を示す図である。 衝突試験後のヒンジ型インパクタの曲がり具合を示す図である。 フロントバンパアップアブソーバの荷重Ｆ［Ｎ］と、ストロークの関係（Ｆ−Ｓ曲線）を示す図である。 形成する切欠き部の大きさを示す図である。 衝突実験の際の靭帯伸び量（ＭＣＬ）の経時変化を示す図である。 実施形態に係る設計方法についてのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「全体構成」
図１は、バンパおよびバンパに対する衝突試験に用いられるヒンジ型インパクタの構成を示す断面図（車両前後方向に沿った面による断面）である。

バンパ１０は、車両の前下部において車幅方向に伸びる部材であり、その前面側に車幅方向の全幅に渡る板状のフロントバンパカバー１２を有する。フロントバンパカバー１２は、横長矩形であり、上下左右端部は後方に向けて所定長さ延びており、全体として後方開口の浅い箱状となっている。なお、フロントバンパカバー１２は、車両の最前部において、意匠面を構成する部材であり、この例では上下方向の中央よりやや下側にグリル部１２ａを有している。

フロントバンパカバー１２の後方側で、上下方向の中央よりやや上方のエリアには、フロントバンパアップアブソーバ１４が配置されている。このフロントバンパアップアブソーバ１４は、断面ほぼ矩形で、フロントバンパカバー１２の後側において横方向に伸びる。フロントバンパアップアブソーバ１４は、例えばウレタンフォームなどの樹脂で構成される衝撃吸収部材である。なお、本実施形態では、フロントバンパアップアブソーバ１４の前方側上部には断面矩形の切欠き部１４ａが形成されている。

フロントバンパアップアブソーバ１４の後には車幅方向に伸びるバンパリインフォース１６が設けられている。バンパリインフォース１６は、鋼材など強度の大きな材料で構成される中空の角材であり、フロントバンパアップアブソーバ１４を後方から支持する。なお、このバンパリインフォース１６はその車幅方向の両側において、車両の両側を延びる車体構造部材であるサイドメンバに固定される。

フロントバンパカバー１２の下部（グリル下方）後方には、車幅方向に伸びるフロントバンパロアアブソーバ１８が配置されている。このフロントバンパロアアブソーバ１８は、衝撃吸収部材とそれを後方から支持する中空角材状のリインフォースとからなっている。

衝突試験に使用するヒンジ型インパクタ２０が、バンパ１０の前方に示してある。ヒンジ型インパクタ２０は、大腿部を模擬する上部材２２と脛部を模擬する下部材２４と両者を回動自在に接続する膝を模擬するヒンジ部２６を有する。ヒンジ型インパクタ２０の各部には、加速度計など各種のセンサが内蔵されており、衝突試験において各部に掛かる荷重などを計測する。図においては、バンパ１０のフロントバンパアップアブソーバ１４の前方にヒンジ型インパクタ２０の下部材２４が配置されている。

「衝突試験→切欠き部の設定」
衝突試験においては、車両と、ヒンジ型インパクタ２０を所定の相対速度で衝突させる。例えば、ヒンジ型インパクタ２０の下部材２４をバンパ１０に衝突させると、下部材２４の進行が妨げられ、上部材２２が慣性で進むため、ヒンジ部２６の後方側（バンパ１０と反対側）が広がる。

例えば、図２（ａ）のようなヒンジ型インパクタ２０の場合、図２（ｂ）に示すように、ヒンジ部２６の長さ（間隙）が初期値から試験後の長さに伸びる。この試験後の長さがＭＣＬに対応する。

この例では、フロントバンパアップアブソーバ１４について切欠き部１４ａを設けない試験において、上部材２２が下部材２４に対し時計回りに回転角θだけ回転し、ヒンジ部２６の初期角から、回転角θだけヒンジ部２６の角度が大きくなっている。

ここで、測定した試験後のＭＣＬと、目標となるＭＣＬの差を求める。衝突試験は、基本的な条件が定められており、ＭＣＬの大きさとヒンジ部２６の角度には一定の関係がある。現状のヒンジ型インパクタ２０を用いた衝突試験では、ＭＣＬを１ｍｍ減少することは回転角を１°減少することに対応する。

そこで、上部材２２、下部材２４を目標となる状態として、目標となるＭＣＬを達成するために、必要なヒンジ部２６の角度θ１が算出される。

図３は、衝突試験後のヒンジ型インパクタ２０の曲がり具合を示す図である。試験後の上部材２２、下部材２４の状態を破線、目標の状態を実線で示してある。本実施形態では、切欠き部１４ａを設けないまたは小さいことで、ＭＣＬが目標より大きい場合に、目標になるように切欠き部１４ａを設定する。なお、切欠き部１４ａが大きすぎた場合にも同様に対応することができる。

破線で示す試験後の状態を基本として、ヒンジ部２６の角度を目標角度θ１にする試験後の上部材２２、下部材２４の状態を算出し、その目標となる状態のヒンジ型インパクタ２０のフロントバンパアップアブソーバ１４への侵入量（ストローク）を算出する。この場合、ストロークの目標値がＬ１であり、ストロークをＬ２だけ大きくする必要がある。

図４には、フロントバンパアップアブソーバ１４の荷重Ｆ［Ｎ］と、ストロークの関係（Ｆ−Ｓ曲線）が示してある。本実施形態では、この関係に基づいて、ヒンジ型インパクタ２０の侵入量をＬ２だけ増加させる際のフロントバンパアップアブソーバ１４の反力の減少率を算出する。

まず、切欠き部１４ａのないフロントバンパアップアブソーバ１４の場合のストロークと荷重の関係（初期Ｆ−Ｓ曲線）を描く。これに対し、ストロークをＬ２だけ大きくした線上で、最終の荷重を変化させて目標となるＦ−Ｓ曲線（目標Ｆ−Ｓ曲線）を決定する。すなわち、初期のストロークにおける初期Ｆ-Ｓ曲線で規定される面積（トルク：Ｆ×Ｓ）に対し、荷重Ｆが減少した場合に減少する面積と、ストロークをＬ２だけ増加させて荷重を減少させたＦ−Ｓ曲線により増加した面積（トルク：Ｆ×Ｓ）が同じ面積ＪとなるＦ−Ｓ曲線を目標Ｆ−Ｓ曲線とする。すなわち、フロントバンパアップアブソーバ１４に掛かるトルクを一定に維持しつつ、ストロークを変化させる。

そして、初期Ｆ−Ｓ曲線の最終荷重と、目標Ｆ−Ｓ曲線の最終荷重の比から、荷重を目標値とするために荷重の減少率Ｘ％を算出する。

このようにして、目標となるＭＣＬを得るために必要な荷重の減少率Ｘ％が算出される。そして、このフロントバンパアップアブソーバ１４の断面積からＸ％の面積を除去することで必要な荷重の減少率を得る。すなわち、図５に示すように、奥行き方向は、必要なストロークＬ１とし、高さ方向Ｈとした場合に、ここに含まれるフロントバンパアップアブソーバ１４の断面積を、切欠き前の断面積で除算した結果をＸ％とすることで切欠き部１４ａの大きさを決定する。

図６には、衝突実験の際の靭帯伸び量（ＭＣＬ）の経時変化を示してある。カットなし実機として示したものがフロントバンパアップアブソーバ１４の切欠き部１４ａを形成していないもの、カットあり実機として示したものが断面積Ｘ％の切欠き部１４ａを設けたもの、ＣＡＥ予測として示したものがモデルを用いたＭＣＬの計算値である。

また、ＭＣＬ、ＡＣＬ、ＰＣＬの実測値について、表１に示す。

本実施形態によれば、フロントバンパアップアブソーバ１４の前方上部に切欠き部１４ａを設けることで、膝部の内側側副靭帯（ＭＣＬ）の伸び量を改善することができるだけでなく、前十字靭帯（ＡＣＬ）、後十字靭帯（ＰＣＬ）の伸び量も改善することができる。

なお、フロントバンパアップアブソーバ１４は、車両の全幅に渡って、同じ厚みでない場合もあり、さらに全幅に渡って設けられない（長さが限定されている）場合も考えられる。このような場合、衝突におけるフロントバンパアップアブソーバ１４の反発力が適切になるように、切欠き部１４ａの大きさを決定すればよい。

「処理フロー」
本実施形態における設計方法について図７のフローチャートに基づいて説明する。まず、所定形状のフロントバンパアップアブソーバ１４（例えば、切欠き部１４ａのないものや小さいもの）を採用したバンパ１０を装備した車両について、ヒンジ型インパクタ２０を衝突させて試験を行う（Ｓ１１）。これによって、試験後のヒンジ型インパクタ２０の侵入量（ストローク）、ヒンジ部２６の回転角度θ、ＭＣＬなどを検出する。

そして、これらの試験結果をコンピュータに取り込む（Ｓ１２）。コンピュータでは、試験後のヒンジ部２６の角度と、目標となるヒンジ部２６の角度θ１から、計算によって、切欠き部１４ａの断面積を決定する。

まず、試験後のＭＣＬと目標となるＭＣＬの差をヒンジ部２６の減少させる角度に換算する（Ｓ１３）。求められた減少させる角度に基づき、ヒンジ型インパクタ２０の目標となる状態を推定し、目標となる場合においてヒンジ型インパクタ２０のフロントバンパアップアブソーバ１４への侵入量（目標となるストロークＬ１）および目標となるストロークＬ１を得るために必要なストロークの増加量Ｌ２を求める（Ｓ１４）。

求められた増加量Ｌ２を得るため必要なヒンジ型インパクタ２０の荷重の変化率を求める（Ｓ１５）。この際、トルクを一定に保つ。

求められた荷重の変化率により切欠き部１４ａの変化率を決定し、切欠きの大きさを決定する（Ｓ１６）。

このようにして、切欠き部１４ａの大きさを決定し、これに基づいてフロントバンパアップアブソーバ１４を設計する。

「実施形態の効果」
本実施形態によれば、衝突試験の結果に基づいて、フロントバンパアップアブソーバ１４の切欠きの大きさを決定する。従って、試行錯誤の実験を大幅に減少することができる。特に、ヒンジ部を有するヒンジ型インパクタと衝突した際の、前記ヒンジ部の目標伸び量に基づいて、前記ヒンジ部の目標角度を設定し、設定された目標角度に基づいて、前記ヒンジ型インパクタの前記フロントバンパアップアブソーバへの侵入量を設定し、設定された侵入量に基づいて前記ヒンジ型インパクタへの目標荷重を設定し、設定された目標荷重に基づいて前記切欠きのサイズを決定するという手法により、比較的正確な切欠きの大きさを決定することができる。

１０ バンパ、１２ フロントバンパカバー、１２ａ グリル部、１４ フロントバンパアップアブソーバ、１４ａ 切欠き部、１６ バンパリインフォース、１８ フロントバンパロアアブソーバ、２０ ヒンジ型インパクタ、２２ 上部材、２４ 下部材、２６ ヒンジ部。

Claims (1)

1. 車両前方側上部に切欠き部を備えるフロントバンパアップアブソーバの設計方法であって、
   ヒンジ部を有するヒンジ型インパクタと衝突した際の、前記ヒンジ部の目標伸び量に基づいて、前記ヒンジ部の目標角度を設定し、
   設定された目標角度に基づいて、前記ヒンジ型インパクタの前記フロントバンパアップアブソーバへの侵入量を設定し、
   設定された侵入量に基づいて前記ヒンジ型インパクタへの目標荷重を設定し、
   設定された目標荷重に基づいて前記切欠き部の大きさを決定する、
   フロントバンパアップアブソーバの設計方法。
   

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