JP7006314B2 - 車両前部の骨格構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両前部の骨格構造に関する。

車両の前面衝突（以下適宜前突と記載する）の際に、キャビン（車室）よりも前方のエンジンルーム（車両前部構造）にて衝撃を吸収し、キャビン空間を確保するために、車両前部には骨格構造が設けられる。

例えば車両前部の骨格構造として、車両前後方向に延設される左右一対のフロントサイドメンバ（以下適宜Ｆｒサイドメンバと記載する）が設けられる。さらに、当該一対のＦｒサイドメンバの前端に、両者に架け渡されるように車両幅方向に延設されるバンパリーンフォースメント（以下適宜バンパＲ／Ｆと記載する）が設けられる。

ここで、前突の態様として、微小ラップ（スモールオーバーラップ、ＳＯＬ）衝突が知られている。この衝突態様では、車両側端から車幅の１／４程度の幅のバリア（障害物）に車両が衝突する。このとき、バンパＲ／Ｆの車両側端から車幅の１／４程度の幅の領域が衝突荷重を受ける。さらにこれより後方のクラッシュボックスやＦｒサイドメンバに衝突荷重が伝達される。

図７、図８に例示するように、バンパＲ／Ｆ１００は例えば閉断面構造の中空部材であって、前突の際に前方から潰れ変形することで、衝突時のエネルギーを吸収する。さらにクラッシュボックス１０４の潰れ変形やＦｒサイドメンバ１０２の折れ変形等を経て、衝突時のエネルギーが吸収される。衝突時のエネルギーが吸収されることで車両が減速される。

例えば特許文献１では、バンパＲ／Ｆ内の、クラッシュボックスの前方に位置する箇所に、補強部材であるサイドバルクを設けている。サイドバルクはバンパＲ／Ｆの前面部に固定される。微小ラップ衝突時には、バンパＲ／Ｆの前面部のうち、クラッシュボックス前方に位置する箇所に、車両幅方向外側かつ後方への曲げ荷重が入力され、当該箇所には引張応力が発生する。サイドバルクはこの引張応力に対する補強部材として機能し、引張応力に起因するバンパＲ／Ｆの折れを抑制する。

また、サイドバルクは樹脂を射出成形することで形成され、前突時にはバンパＲ／Ｆとともに潰れ変形することで衝突のエネルギーを吸収している。

特開２０１５－１４７４３７号公報

ところで、微小ラップ衝突時には、衝突のエネルギー吸収の余地を残した状態で、車両がバリアをすり抜けるおそれがある。図９に例示するように、微小ラップ衝突では、車両１０８の中心Ｃから外れた箇所にバリア１０６が衝突する。また空気抵抗を低減させるためや意匠の観点から、車両前面は幅方向中心から外側に向かって後方に傾斜するデザインが採用される。これらの衝突形態及び車両前面構造に起因して、微小ラップ衝突時には、バリア１０６とは逆側の斜め前方に車両１０８をすり抜けさせる力が発生する。

車両がバリア１０６に対して斜め前方に進行するにつれて、図１０から図１１に例示されるように、バンパＲ／Ｆ１００がバリア１０６によって潰れ変形させられる。図１１に例示するように、バリア１０６がバンパＲ／Ｆ１００の幅方向末端に到達すると、車両１０８はバリア１０６からすり抜ける。

また、バンパＲ／Ｆ１００後方のＦｒサイドメンバ１０２には、内側への折れ起点となる折れビード１０２Ａが設けられており、Ｆｒサイドメンバ１０２が内側に折れることでＦｒサイドメンバ１０２の先端が幅方向外側に開いてバリア１０６のすり抜けを防止する構造を備えている。しかしながら、図１１のように、バンパＲ／Ｆ１００の部分のうち、Ｆｒサイドメンバ１０２の前方部分が衝突荷重を受けて潰れ、バンパＲ／Ｆ１００の後方にあるＦｒサイドメンバ１０２に十分な荷重が伝達される前に、つまりＦｒサイドメンバ１０２が内側に折れる（前端が開く）前に、車両１０８がバリア１０６をすり抜けてしまう場合があった。

上記のような車両１０８のバリア１０６からのすり抜けを防ぎ、車両を確実に減速させるために、図１２に例示するように、バンパＲ／Ｆ１００の部分のうちＦｒサイドメンバ１０２の前方部分に高剛性の補強部材１１０を設けることが考えられる。すなわち、Ｆｒサイドメンバ１０２の前方部分を潰れ難くすることで、バリア１０６の引っ掛かりとして機能させるとともに、衝突荷重をＦｒサイドメンバ１０２に伝達し易い構造とすることが考えられる。

しかしながら、上記すり抜けは微小ラップ衝突時に特有の課題であり、その他の前突態様、例えばフルラップ前面衝突やポール前面衝突等ではバンパＲ／Ｆ１００を潰れ変形させて衝突エネルギーを吸収させることが望ましい。加えて図１３に例示するように、前突時には、バンパＲ／Ｆ１００の前方壁１００Ａにおいて、補強部材１１０とその内側との境界部分がせん断されバンパＲ／Ｆ１００が破断されるおそれがある。

本発明は、車両前部の骨格構造に関する。当該構造は、一対の側方骨格部材、バンパＲ／Ｆ、及び補強部材を備える。一対の側方骨格部材は、車両前部の、車両幅方向両側に設けられ、それぞれ前後方向に延設される。バンパＲ／Ｆは、車両幅方向に延設され、一対の側方骨格部材の前端に接続される。またバンパＲ／Ｆは中空の閉断面構造を備える。補強部材は、バンパＲ／Ｆよりも高剛性であって、バンパＲ／Ｆに収容される。さらに補強部材は、荷重受け部と傾斜部を備える。荷重受け部は、車両前後方向長さがバンパＲ／Ｆ内部の車両前後方向長さと一致する。傾斜部は、荷重受け部より車両幅方向内側に設けられ、荷重受け部から車両幅方向内側に離間するに従って車両前後方向長さが短くなり、徐々にバンパＲ／Ｆの前面から離間する。荷重受け部の少なくとも一部は、側方骨格部材の前方に配置される。傾斜部の幅方向内側末端は、側方骨格部材の車両幅方向内側の稜線と車両幅方向で一致するか稜線よりも車両幅方向外側に設けられる。

本発明によれば、補強部材の車両幅方向内側を傾斜部とし、角を取った（面取りした）形状とすることで、バンパＲ／Ｆの前方壁の、補強部材が収容された箇所と収容されていない箇所との境界部分における、前突時のせん断が抑制される。さらに、補強部材を側方骨格部材より車両幅方向内側には飛び出さない（はみ出さない）配置とすることで、微小ラップ衝突以外の前突態様において、バンパＲ／Ｆの潰れ変形が可能となる。

本実施形態に係る車両前部の骨格構造を例示する斜視図である。 本実施形態に係る車両前部の骨格構造の、バンパＲ／Ｆ幅方向端部周辺の拡大斜視図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 微小ラップ衝突初期の様子を例示する図である。 微小ラップ衝突が進行したときの様子を例示する図である。 ポール前突時の様子を例示する図である。 従来技術に係る車両前部の骨格構造を例示する斜視図である。 図７のＢ－Ｂ断面図である。 微小ラップ衝突時の様子を説明する平面図である。 微小ラップ衝突時における、車両のすり抜けを説明する図（１／２）である。 微小ラップ衝突時における、車両のすり抜けを説明する図（２／２）である。 従来技術に係る、補強部材が設けられた車両前部を例示する図である。 従来技術に係る車両前部の、前突時の様子を例示する図である。

図１～図６を参照して、本実施形態に係る車両前部の骨格構造を説明する。なお図１～図６において、車両前後方向（以下適宜、単に前後方向と記載する）を記号ＦＲで表される軸で示し、車両幅方向（以下適宜、単に幅方向と記載する）を記号ＲＷで表される軸で示し、鉛直方向を記号ＵＰで表される軸で示す。記号ＦＲはＦｒｏｎｔの略であり、前後方向軸ＦＲは車両前方を正方向とする。記号ＲＷはＲｉｇｈｔ Ｗｉｄｔｈの略であり、幅方向軸ＲＷは右幅方向を正方向とする。また高さ軸ＵＰは上方向を正方向とする。

図１に示されているように、これらＦＲ軸、ＲＷ軸、ＵＰ軸は互いに直交する。以下、本実施形態に係る車両前部の骨格構造を説明する際には、これら３軸を基準に適宜説明する。例えば「前端」は任意の部材のＦＲ軸正方向側の端部を指し、「後端」は任意の部材のＦＲ軸負方向側の端部を指す。「幅内側」はＲＷ軸に沿って相対的に車両の幅方向内側を指すものとし、「幅外側」はＲＷ軸に沿って相対的に車両の幅方向外側を指すものとする。さらに「上側」は相対的にＵＰ軸の正方向側を指し、「下側」は相対的にＵＰ軸の負方向側を指す。

図１には、本実施形態に係る車両前部の骨格構造の斜視図が例示されている。図１に例示されている骨格構造は、いわゆる上部構造のみであって、骨格構造の下部構造であるサスペンションメンバ等は適宜図示を省略している。

本実施形態に係る車両前部の骨格構造は、Ｆｒサイドメンバ１０，１０、バンパＲ／Ｆ１２、クラッシュボックス１４，１４、及び補強部材１６，１６を備える。

Ｆｒサイドメンバ１０，１０は、車両前部の、幅方向両側に設けられ、それぞれ前後方向に延設される一対の側方骨格部材である。Ｆｒサイドメンバ１０，１０の間には、内燃機関等の駆動源や、ラジエータやインテーク等の周辺機器が搭載される。例えばＦｒサイドメンバ１０，１０は、閉断面構造の中空部材として構成される。

また、Ｆｒサイドメンバ１０，１０の側面（幅方向外側面及び内側面）には、折れ変形の起点（変形起点）として、折れビード１１（凹みビード）が上下方向に延設され、これが前後方向に複数形成される。前突時には、Ｆｒサイドメンバ１０，１０の外側面に形成された折れビード１１が幅方向内側に入り込み、内側面に形成された折れビード１１が幅方向外側に突き出るようにＦｒサイドメンバ１０，１０が（Ｗ形状に）折れ変形される。このような折れ変形が生じることで、Ｆｒサイドメンバ１０，１０の前方端部が幅方向外側に開き、後述するように、微小ラップ衝突時にはバリア４０のすり抜けが防止される。

クラッシュボックス１４，１４は、Ｆｒサイドメンバ１０，１０の前端とバンパＲ／Ｆ１２との間に設けられ、両者を接続する。クラッシュボックス１４は、Ｆｒサイドメンバ１０及びバンパＲ／Ｆ１２と比較して潰れ変形し易い構造となっている。例えば図２に示すように、クラッシュボックス１４には変形起点となる折れビード１８が上下方向に延設され、これが前後方向に複数形成される。またクラッシュボックス１４はＦｒサイドメンバ１０及びバンパＲ／Ｆ１２よりも低剛性の材料から構成され、例えばアルミ板をプレス成形や押し出し成形することで形成される。後述するように、例えば前突時には、クラッシュボックス１４は蛇腹状に潰れ変形して、衝突エネルギーを吸収する。

バンパＲ／Ｆ１２は、幅方向に延設され、Ｆｒサイドメンバ１０，１０の前端に（クラッシュボックス１４，１４を介して）接続される骨格部材である。図１に例示されるように、バンパＲ／Ｆ１２は、幅方向中央部分が幅方向両端と比較して前方にせり出すような略円弧形状となっている。

バンパＲ／Ｆ１２は中空の閉断面構造となっている。またバンパＲ／Ｆ１２の幅方向両端は、その前方が斜めにカットされている。すなわち図２に例示されるように、バンパＲ／Ｆ１２の前側壁２０と比較して後側壁２２が幅方向外側にせり出し、両者を接続する上壁２４及び下壁２６の幅方向両端が傾斜状となっている。このようにすることで、前方両側端の外観が丸みを帯びるような意匠となる。

また図２に例示されるように、バンパＲ／Ｆ１２の内部空間には、前後方向に延設され内部空間を上下に仕切る中間壁２８を備える。本実施形態では、バンパＲ／Ｆ１２の幅方向端部において、中間壁２８で仕切られた上下の内部空間に、補強部材１６が収容される。なお、バンパＲ／Ｆ１２の幅方向一端（右端または左端）に補強部材１６を設けてもよいし、両端に補強部材１６を設けてもよい。

補強部材１６は、バンパＲ／Ｆ１２よりも高剛性の部材から構成される。例えばバンパＲ／Ｆ１２と同一の部材でバンパＲ／Ｆ１２よりも肉厚とする。またはバンパＲ／Ｆ１２よりも高剛性の部材（例えば超高張力鋼板）を用いる。

したがってバンパＲ／Ｆ１２の、補強部材１６が収容された箇所（補強箇所）は、他の箇所と比較して潰れ変形し難くなる。例えばバンパＲ／Ｆ１２に加えて、Ｆｒサイドメンバ１０等の他の骨格部材よりも補強部材１６が高剛性である場合、前突時にはバンパＲ／Ｆ１２の補強箇所は潰れ変形しないまま他の骨格部材が変形させられる。このように、本来潰れ変形して衝突エネルギーを吸収させる機能を持たせたバンパＲ／Ｆ１２の一部を、意図的に潰れ変形させないように（または変形させ難く）補強することで、その補強箇所が後述するようなバリア４０の引っ掛かりとなり、バリア４０からの車両のすり抜けを抑制可能となる。

図２に補強部材１６の斜視図が例示され、図３にそのＡ－Ａ断面図が例示される。補強部材１６は平面視で略台形形状の部材であって、内部が中空となっている。すなわち補強部材１６は、車両前方に配置される前側壁３０、前側壁３０と対向する後側壁３２、前側壁３０と後側壁３２の上端同士を接続する上壁３４、及び、前側壁３０と後側壁３２の下端同士を接続する下壁３６を備える。

補強部材１６の前側壁３０の幅Ｗ１は後側壁３２の幅Ｗ２よりも小さくなるように構成される。両者を繋ぐ上壁３４及び下壁３６は車両後方に向かって幅方向に広がる傾斜状（スロープ状）に形成される。

また、補強部材１６の前後方向長さＬ１は、バンパＲ／Ｆ１２の前側壁２０の内面から後側壁２２の内面までの距離Ｌ２と一致する。なお、ここで一致とは、Ｌ１－Ｌ２＝０の場合のみを示すものではなく、組み付け時の公差を含む、「実質的な一致」を指している。

上記のような形状から、補強部材１６は、荷重受け部１６Ａと傾斜部１６Ｂ，１６Ｃとに分けることができる。荷重受け部１６Ａは、補強部材１６の前後方向長さＬ１が、バンパＲ／Ｆ１２内部の前後方向長さＬ２と一致する領域を指している。また傾斜部１６Ｂ，１６Ｃは、荷重受け部１６Ａの幅方向両側部を指している。

荷重受け部１６Ａは、少なくともその一部が、Ｆｒサイドメンバ１０の前方に配置される。つまりＦｒサイドメンバ１０の延長線上に荷重受け部１６Ａが配置される。例えば、荷重受け部１６Ａの全幅Ｗ１をクラッシュボックス１４の全幅Ｗ３の半値とし、その全幅Ｗ１をＦｒサイドメンバ１０の前方に含めた配置とする。

このような配置とすることで、微小ラップ衝突時には、バンパＲ／Ｆ１２の、Ｆｒサイドメンバ１０の前方部分の少なくとも一部において、前後方向の潰れ変形が抑制される。バンパＲ／Ｆ１２の潰れ変形が抑制されることで、潰れ変形が生じる場合と比較して、衝突荷重がＦｒサイドメンバ１０に効率良く伝達され、Ｆｒサイドメンバ１０の折れ変形が促進される。Ｆｒサイドメンバ１０が早期に折れ変形することで、Ｆｒサイドメンバ１０の前端が幅方向外側に開き、バリア４０のすり抜けが抑制される。

荷重受け部１６Ａの幅方向内側には傾斜部１６Ｂが設けられる。傾斜部１６Ｂは、荷重受け部１６Ａから幅方向内側に離間するに従って前後方向長さが短くなり、徐々にバンパＲ／Ｆ１２の前面（前側壁２０）から離間される。傾斜部１６Ｂは補強部材１６の面取り部であって、前突時におけるバンパＲ／Ｆ１２のせん断を抑制する機能を備える。

また傾斜部１６Ｂの幅方向内側末端は、Ｆｒサイドメンバ１０の幅方向内側の稜線Ｃ１と幅方向で一致するか、稜線Ｃ１よりも幅方向外側に設けられる。つまり、本実施形態では補強部材１６を、Ｆｒサイドメンバ１０よりも幅方向内側には飛び出させない構造としている。このような構造とすることで、微小ラップ衝突以外の前突（フルラップ前突やポール前突等）において、バンパＲ／Ｆ１２の潰れ変形が可能となる。言い換えると、微小ラップ衝突以外の前突において、バンパＲ／Ｆ１２のいわゆるクラッシュストロークが確保される。

つまり本実施形態では、補強部材１６の荷重受け部１６Ａを、バンパＲ／Ｆ１２の、Ｆｒサイドメンバ１０の前方部分に配置することで、当該前方部分の潰れ変形を抑制し、Ｆｒサイドメンバ１０の早期の折れ変形を可能としている。加えて、補強部材１６の幅方向内側を傾斜部１６Ｂとして面取り構造とすることで、バンパＲ／Ｆ１２の、補強部材１６の有無が切り替わる境界部分における、前突時のせん断が抑制される。加えて、補強部材１６を、Ｆｒサイドメンバ１０から幅方向外側に収める配置とすることで、微小ラップ衝突以外の前突において、バンパＲ／Ｆ１２の潰れ変形が可能となる。

また補強部材１６に傾斜部１６Ｂを設けることで、バンパＲ／Ｆ１２の「潰れ代」が段階的に変化される。例えば図３に示されているように、補強部材１６の前面とバンパＲ／Ｆ１２の前側壁２０との間隙（離間距離）が、バンパＲ／Ｆ１２の潰れ代となる。補強部材１６の幅方向内側を傾斜部１６Ｂとすることで、幅方向外側に行くにつれて潰れ代がＬ４→Ｌ３のように、徐々に縮められる。潰れ代が例えば１００％から０％に急激に切り替わると、その境界部分で荷重が集中してバンパＲ／Ｆ１２が破断するおそれがあるが、傾斜部１６Ｂを設けることで潰れ代が構造上調整され、バンパＲ／Ｆ１２の破断が抑制される。

また、荷重受け部１６Ａの幅方向外側に設けられた傾斜部１６Ｃは、バンパＲ／Ｆ１２の形状に揃うように構成される。上述したように、バンパＲ／Ｆ１２の幅方向両端は、その前方が斜めにカットされている。傾斜部１６ＣはこのバンパＲ／Ｆ１２端部のスロープ構造に沿った形状とされ、補強部材１６をバンパＲ／Ｆ１２に固定させる際には、両者が一致するように位置合わせされる。

このように、傾斜部１６ＣとバンパＲ／Ｆ１２の幅方向端部とを同一形状として両者の末端を揃えることで、外観上の統一性が得られる。加えて、補強部材１６の、バンパＲ／Ｆ１２に対する幅方向の位置合わせを容易に行うことができる。すなわち傾斜部１６ＣとバンパＲ／Ｆ１２の幅方向端部との末端を一致させることで、補強部材１６の荷重受け部１６ＡがＦｒサイドメンバ１０の前方に配置され、さらに傾斜部１６ＢがＦｒサイドメンバ１０の稜線Ｃ１から幅方向外側に収まる。

図４、図５を用いて、本実施形態に係る車両前部の骨格構造の、微小ラップ衝突時の挙動について説明する。図４には微小ラップ衝突初期の様子が例示されている。バリア４０がバンパＲ／Ｆ１２に衝突すると、補強部材１６の荷重受け部１６Ａがこれを受ける。バンパＲ／Ｆ１２の部分のうち、荷重受け部１６Ａが収容された箇所は潰れ変形が抑制され、衝突荷重は後方に伝達する。荷重受け部１６Ａ後方のクラッシュボックス１４は衝突荷重を受けて蛇腹状に潰れ変形する。さらにクラッシュボックス１４後方のＦｒサイドメンバ１０に衝突荷重が伝達される。

衝突が進むと、図５に例示するように、バリア４０に対して斜め前方に車両を移動させようとする力が生じる。このとき、バンパＲ／Ｆ１２の、補強部材１６よりも幅方向内側部分が潰れ変形する。その一方で補強部材１６の荷重受け部１６Ａでは実質的に潰れ変形しないことから、荷重受け部１６Ａより幅方向内側には、バリア４０を受け止めるポケットが形成される。このポケットに嵌り込んだバリア４０は、そこから幅方向外側の荷重受け部１６Ａに引っ掛かり、その結果車両とバリア４０との幅方向の変位が抑制される。つまりバリア４０からの車両のすり抜けが補強部材１６の引っ掛かりによって防止される。

すり抜けが防止された状態でバリア４０が車両内に進入するにつれて、Ｆｒサイドメンバ１０が折れ変形する。この変形によりＦｒサイドメンバ１０の前端が幅方向外側に開く。その結果、車両のバリア４０からのすり抜けが抑制される。

図６には、微小ラップ以外の前突態様として、ポール前面衝突（ポール前突）の様子が示されている。図６に例示されるように、ポール４１がバンパＲ／Ｆ１２の、Ｆｒサイドメンバ１０よりも幅方向内側の箇所に衝突する。上述したように、本実施形態に係る車両前部構造では、Ｆｒサイドメンバ１０から幅方向外側に補強部材１６を収めた構造としているため、これより幅方向内側ではバンパＲ／Ｆ１２の潰れ変形が可能となり、衝突のエネルギーが吸収される。

加えて、補強部材１６の幅方向内側を傾斜部１６Ｂとして面取り構造としたため、潰れ変形に際して、バンパＲ／Ｆ１２の前側壁２０の、補強部材１６の有無が切り替わる境界部分におけるせん断が抑制される。

＜側方骨格部材についての別実施形態＞
なお、図１～図６に係る実施形態では、車両前部の側方骨格部材としてＦｒサイドメンバ１０を挙げたが、これに限らない。例えばラダーフレーム型の車両においては、サイドレールが側方骨格部材に対応し、当該サイドレールを含む骨格部材に対して、本実施形態に係る補強部材１６を適用可能である。

１０ Ｆｒサイドメンバ、１１ Ｆｒサイドメンバの折れビード、１２ バンパＲ／Ｆ、１４ クラッシュボックス、１６ 補強部材、１６Ａ 荷重受け部、１６Ｂ，１６Ｃ 傾斜部、１８ クラッシュボックスの折れビード、２０ Ｆｒサイドメンバの前側壁、２２ Ｆｒサイドメンバの後側壁、２４ Ｆｒサイドメンバの上壁、２６ Ｆｒサイドメンバの下壁、２８ Ｆｒサイドメンバの中間壁、３０ 補強部材の前側壁、３２ 補強部材の後側壁、３４ 補強部材の上壁、３６ 補強部材の下壁、４０ バリア、４１ ポール。

Claims (1)

1. 車両前部の、車両幅方向両側に設けられ、それぞれ前後方向に延設される一対の側方骨格部材と、
   一対の前記側方骨格部材の前端に接続され、前記側方骨格部材よりも低剛性の、一対のクラッシュボックスと、
   車両幅方向に延設され、前記一対の前記クラッシュボックスの前端に接続される、中空の閉断面構造を備えたバンパＲ／Ｆと、
   前記バンパＲ／Ｆよりも高剛性であって、前記バンパＲ／Ｆに収容される補強部材と、
   を備え、
   前記補強部材は、
   車両前後方向長さが前記バンパＲ／Ｆ内部の車両前後方向長さと一致するとともに車幅方向内側末端が前記側方骨格部材の車幅方向中心よりも車幅方向外側に配置される荷重受け部と、
   前記荷重受け部より車両幅方向内側に設けられ、前記荷重受け部から車両幅方向内側に離間するに従って車両前後方向長さが短くなり、徐々に前記バンパＲ／Ｆの前面から離間する傾斜部と、
   を備え、
   前記荷重受け部の少なくとも一部は、前記側方骨格部材の前方に配置され、
   前記傾斜部の幅方向内側末端は、前記側方骨格部材の車両幅方向内側の稜線と車両幅方向で一致するか前記稜線よりも車両幅方向外側に設けられる、
   車両前部の骨格構造。

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