JP2008149906A - 車両用車枠の衝撃吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃エネルギの吸収効率が高い車両用車枠の衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】車両用車枠の前後方向に延出する角筒状の衝撃吸収部材１１を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、衝撃吸収部材１１の外面部１２ａにそれぞれ、衝撃吸収部材１１の外側に張り出す縦断面略アーチ状の張出し面部１３を、衝撃吸収部材１１の長手方向に複数連続して設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両衝突時等に生じる衝撃エネルギを吸収するための車両用車枠の衝撃吸収構造に関する。

例えば図１４に示すように、車両用車枠１は、幅方向に所定間隔を隔てて配置された一対のサイドメンバ２と、サイドメンバ２間に掛け渡して設けられたクロスメンバ３とを有する。図１４に示す車両用車枠１では、車両用車枠１内の前部側にエンジン等の大型ユニットが配置され、車両用車枠１外の前部側及び後部側に仕様や数量等が異なるサスペンションや車輪等が配置され、車両用車枠１が上下から車体や車軸等に挟まれているために、サイドメンバ２は車両用車枠１の幅方向或いは上下方向に屈曲される変化部を有している。従って、図１４に示す車両用車枠１では、バンパー等を介してサイドメンバ２に衝撃荷重が作用した場合には、サイドメンバ２が変化部にて折れ曲がることになる。

このようなサイドメンバの変化部における折れ曲がり変形を防止し、車両衝突時等の衝撃エネルギを吸収するために、例えば特許文献１では、サイドメンバの前端部に筒状の衝撃吸収部材を設け、その衝撃吸収部材の壁面に凹状或いは凸状の壁面ビードを設けると共に、衝撃吸収部材における周方向に隣接する二つの壁面がなす角部に、凹状の角ビードを設けたものが提案されている。

特許文献１によれば、車両衝突時に衝撃吸収部材が衝撃荷重を受けて、ビードによって衝撃吸収部材が前端部から順次圧壊されるようにすることで、サイドメンバの折れ曲がりを防止し、車両衝突時の衝撃エネルギを吸収することができる。

ところで、特許文献１に記載のビードを成形するためには、衝撃吸収部材におけるビード近傍の部分を局所的に伸ばさなくてはならず、降伏点が低く（伸び易く）、プレス成形時にネッキング等の板厚減少や割れが起き難い高級材を使用する必要が生じるため、材料費が増加する。また成形し難い高強度材（高張力材）を使用することができないため、薄肉化による軽量化等が制約される。

特開平３−９４１３７号公報

本出願人は、図１２及び図１３に示すような車両用車枠の衝撃吸収構造２０について先に出願した（特願２００６−２８０１４９）。

図１２及び図１３に示すように、衝撃吸収構造２０は、車両用車枠１のサイドメンバ２の前端部に設けられた衝撃吸収部材２１を備えている。衝撃吸収部材２１は、車両用車枠１の前後方向に延出する複数（図示例では、四つ）の外面部２２ａ、２２ｂを有する角筒状に形成されている。

衝撃吸収部材２１には、全周に渡って環状のビード２３が設けられている。ビード２３は、衝撃吸収部材２１の周方向に隣接する二つの外面部２２ａ、２２ｂのうち一方の外面部２２ａでは凹条２４ａをなし、他方の外面部２２ｂでは凸条２４ｂをなしている。衝撃吸収部材２１は、ビード２３における断面の周長と、ビード２３が設けられていない外面部２２ａ、２２ｂにおける断面の周長とが略等しくなっている。

この衝撃吸収部材２１によれば、衝撃吸収部材２１（溝形部材２５、２６）のプレス成形時に局所的な材料の伸び縮み変形を伴わず、プレス成形時にネッキング等の板厚減少や割れが生じにくいため、降伏点が低い（伸び易い）高級材を使用する必要はなく、材料費を低減することが可能となる。また、高強度材（高張力材）を使用することができ、薄肉化により軽量化等を図ることが可能となり、薄肉化しない場合には重量増とすることなく衝撃エネルギの吸収量を増加させることが可能となる。

ところで、図１２及び図１３に示す衝撃吸収部材２１では、ビード２３を座屈の基点として衝撃吸収部材２１を座屈させることにより、初期衝撃荷重を低減する効果はあるが、衝撃エネルギの吸収量を増加させる余地が残る。

そこで、本発明の目的は、衝撃エネルギの吸収効率が高い車両用車枠の衝撃吸収構造を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、車両用車枠の前後方向に延出する角筒状の衝撃吸収部材を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、上記衝撃吸収部材の外面部にそれぞれ、上記衝撃吸収部材の外側に張り出す縦断面略アーチ状の張出し面部を、上記衝撃吸収部材の長手方向に複数連続して設けたものである。

ここで、上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する上記張出し面部がなす角部に、上記衝撃吸収部材における上記張出し面部の横断面の周長が上記衝撃吸収部材の長手方向に隣接する張出し面部間の節部の横断面の周長と略等しくなるように、上記衝撃吸収部材の内側に凹む縦断面略アーチ状の凹面部を設けても良い。

また、上記角部の稜線が略鎖状形状に形成されても良い。

本発明によれば、衝撃エネルギの吸収効率が高い衝撃吸収構造を提供することができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収構造を適用した車両用車枠の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。図４（ａ）は図３（ｃ）のＩＶａ−ＩＶａ線矢視断面図であり、図４（ｂ）は図３（ｃ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線矢視断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る衝撃吸収構造１０は、車両用車枠１のサイドメンバ２の前端部に設けられた衝撃吸収部材１１を備えている。衝撃吸収部材１１は、車両衝突時等に衝撃荷重を受けて、その衝撃荷重により圧壊されるものである。本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、サイドメンバ２に一体に設けられている。

図２及び図３に示すように、衝撃吸収部材１１は、車両用車枠１の前後方向に延出する複数（本実施形態では、四つ）の外面部１２ａを有する角筒状に形成されている。

衝撃吸収部材１１の外面部１２ａにはそれぞれ、衝撃吸収部材１１の外側に張り出す縦断面略アーチ状（図３（ａ）及び図３（ｃ）参照）の張出し面部１３が、衝撃吸収部材１１の長手方向（車両用車枠１の前後方向）に複数（本実施形態では、三つ）連続して設けられている。衝撃吸収部材１１の長手方向に連続して設けられる張出し面部１３の数は、車両用車枠１の断面形状、肉厚、材質等に応じて、所望の衝突エネルギの吸収量が得られるように決定される。

各張出し面部１３は、衝撃吸収部材１１に長手方向（車両用車枠１の前後方向）に所定長さＬで設けられている。上記の長さＬは、車両用車枠１の断面形状、肉厚、材質等に応じて、所望の衝突エネルギの吸収量が得られるように決定される。

本実施形態では、衝撃吸収部材１１の周方向に隣接する張出し面部１３がなす角部１２ｂには、張出し面部１３における横断面の周長が衝撃吸収部材１１の長手方向に隣接する張出し面部１３間の節部１４や端部等の他の部分における横断面の周長と略等しくなるように、衝撃吸収部材１１の内側に凹む縦断面略アーチ状（図３（ａ）及び図３（ｃ）参照）の凹面部１５が設けられている。

即ち、本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、張出し面部１３及び凹面部１５における横断面の周長と、節部１４や端部等の他の部分における横断面の周長とが略等しくなっている（図４参照）。

本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、張出し面部１３の中心と凹面部１５の中心とを結ぶ横断面が略八角形状となっており（図４（ｂ）参照）、節部１４での横断面が略四角形状となっている（図４（ａ）参照）。

また、角部１２ｂを衝撃吸収部材１１の内側に凹むように形成することにより、角部１２ｂの稜線が衝撃吸収部材１１の周方向に二ヶ所形成されることとなり、その角部１２ｂの稜線は略鎖状形状（或いは∞字形状）に形成される。

本実施形態では、衝撃吸収部材１１の長手方向（車両用車枠１の前後方向）に連続して複数設けられた張出し面部１３の高さＨを、全て略等しくしている。上記の高さＨは、車両用車枠１の断面形状、肉厚、材質等に応じて、所望の衝突エネルギの吸収量が得られるように決定される。

本実施形態では、衝撃吸収部材１１は、一対の溝形部材１６、１７を互いに向かい合わせて、それら溝形部材１６、１７のフランジ部同士を溶接、リベット或いはボルト・ナット等により接合してなる。

また、本実施形態では、一対の溝形部材１６、１７のうち一方の溝形部材１６の内側のウェブ幅が、他方の溝形部材１７の外側のウェブ幅と略等しくなっており、上記の一方の溝形部材１６が他方の溝形部材１７の外側に重ね合わせられている。

ここで、本実施形態では、衝撃吸収部材１１を構成する溝形部材１６、１７は、金属板をプレス成形してなり、張出し面部１３及び凹面部１５における横断面の周長がプレス成形前の横断面の周長（金属板の板幅）と略等しくなっている。つまり、衝撃吸収部材１１を構成する溝形部材１６、１７は、プレス成形の際、材料の局所的な伸び縮み変形を伴うことがない。

次に、本実施形態の作用を説明する。

バンパー（図示せず）等を介して衝撃吸収部材１１に車両用車枠１の前後方向の前方から後方に向けて衝撃荷重Ｆ（図２参照）が作用すると、まず、衝撃吸収部材１１は、最も後方側の張出し面部１３及び凹面部１５の部分が車両用車枠１の前後方向の後方に向かい潰される。衝撃吸収部材１１における最も後方側の張出し面部１３（及び凹面部１５）の部分は、圧壊により長さＬが減少し、且つ、高さＨがより大きくなるように変形する。

衝撃吸収部材１１における最も後方側の張出し面部１３及び凹面部１５の部分が潰れたならば、続いて、衝撃吸収部材１１における最も後方側の張出し面部１３の前方の張出し面部１３（及び凹面部１５）の部分が順次潰されていく。衝撃吸収部材１１全体としては、最も後方側の張出し面部１３を基点として順次前方に向かい蛇腹状に潰されていく。

ここで、図１４で示したような従来のサイドメンバ２では、サイドメンバ２が車両衝突時等に座屈変形を起こすと、図１１（ａ）に示すように、上下面及び左右側面のうち一方（図示例では、上下面）が外側に向かい膨らむ場合、他方（図示例では、左右側面）が変形抵抗が少ない内側に向かい凹むこととなり、サイドメンバ２全体としては横断面周長差（変形抵抗）がほとんど発生しないように変形するので、サイドメンバ２の座屈中に断面積や断面係数が減少する。

他方、本実施形態では、衝撃吸収部材１１の外面部１２ａにそれぞれ、衝撃吸収部材１１の外側に張り出す縦断面略アーチ状の張出し面部１３を設けている。即ち、本実施形態では、衝撃吸収部材１１における角部１２ｂを除く上下面及び左右側面（張出し面部１３）の全てに外側に向かい膨らむように見込みを入れているので、衝撃吸収部材１１が車両衝突時等に座屈変形を起こすと、図１１（ｂ）に示すように、角部１２ｂを除く上下面及び左右側面（張出し面部１３）の全てが外側に膨らむこととなり、衝撃吸収部材１１全体としては横断面周長差（変形抵抗）が発生するように変形するので、衝撃吸収部材１１の座屈中に張出し面部１３において断面積や断面係数が減少することはない。従って、本実施形態によれば、適度な変形抵抗を伴い衝撃吸収部材１１を潰すことで、衝撃エネルギの吸収効率を高めることが可能となる。

また、張出し面部１３を衝撃吸収部材１１の長手方向に複数連続して設けることで、それら張出し面部１３が順次潰されることとなり、衝撃吸収部材１１の座屈中に荷重抜けなど塑性座屈による座屈荷重（耐力）の低下を抑制して、衝撃エネルギの吸収効率を高めることが可能となる。

次に、他の実施形態について説明する。

図６は、他の実施形態に係る衝撃吸収構造を適用した車両用車枠の斜視図である。図７は、他の実施形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。図８は、他の実施形態に係る衝撃吸収部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。図９（ａ）は図８（ｃ）のＩＸａ−ＩＸａ線矢視断面図であり、図９（ｂ）は図８（ｃ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線矢視断面図である。

図１の実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

衝撃吸収部材１１の外面部１２ａにはそれぞれ、衝撃吸収部材１１の外側に張り出す縦断面略アーチ状（図８（ａ）及び図８（ｃ）参照）の張出し面部１３が、衝撃吸収部材１１の長手方向（車両用車枠１の前後方向）に二つ連続して設けられている。

図１の実施形態では、衝撃吸収部材１１の端部を横断面略四角形状に形成していたが、図６の実施形態では、衝撃吸収部材１１の端部を横断面略八角形状に形成している。

この実施形態によっても、図１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

ところで、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を構成する各溝形部材１６、１７は、金属板をプレス成形してなり、張出し面部１３及び凹面部１５における横断面の周長がプレス成形前の横断面の周長と略等しくなっている。そのため、衝撃吸収部材１１を構成する各溝形部材１６、１７をプレス成形する際に、局所的な材料の伸び縮み変形を伴うことがない。

従って、上述の実施形態によれば、プレス成形時にネッキング等の板厚減少や割れが生じにくいため、降伏点が低い（伸び易い）高級材を使用する必要はなく、材料費を低減することが可能となる。また、高強度材（高張力材）を使用することができ、薄肉化により軽量化等を図ることが可能となり、薄肉化しない場合には重量増とすることなく衝撃エネルギの吸収量を増加させることが可能となる。

また、プレス成形時のスプリングバックを微量に抑制することができるため、スプリングバックの見込み量を金型に反映する必要がなく、金型費を低減することが可能となる。また、プレス成形後にリストライク工程を追加する必要がなく、成形加工費を低減することが可能となる。

また、プレス成形時に局所的な材料の伸び縮み変形を伴うと、溝形部材１６、１７の端部にバラツキが発生し、プレス成形後に溝形部材１６、１７の端部をトリムカットするトリムカット工程を追加する必要があるところ、上述の実施形態では、プレス成形の際に溝形部材１６、１７の端部にバラツキが発生しにくくなるため、プレス成形後にトリム工程を追加する必要がなく、材料の歩留まりを向上させ、材料費を低減することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、車両用車枠１の前後方向に複数設けられた張出し面部１３のうち特定の張出し面部１３だけを、その高さＨが他の張出し面部１３に比べて大きくなるようにしても良い。このようにすることにより、初期衝撃荷重を低減させると共に、衝撃吸収部材１１における圧壊開始の箇所を制御することができる。衝撃吸収部材１１における上記他の張出し面部１３は上記特定の張出し面部１３に比べて潰れ難くなるが、上記他の張出し面部１３は、上記特定の張出し面部１３が潰れた影響で容易に潰される。即ち、二番目以降に潰れる上記他の張出し面部１３を、その高さＨが適度に小さくなるようにすることにより、先に潰れた上記特定の張出し面部１３の変形の影響を最小限に抑え、変形抵抗の過度の減少を抑制できるので、効果的に衝撃エネルギを吸収することが可能となる。

また、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２に一体に設けるとしたが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２とは別体で形成して、サイドメンバ２に溶接、リベット或いはボルト・ナット等により取り付けるようにしても良い。この場合には、衝撃吸収部材１１の成形方法はプレス成形に限定されず、ロール成形やハイドロフォーム等の適用が可能となる。

また、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１は、ウェブ幅の異なる一対の溝形部材１６、１７を重ね合わせてなるとしたが、これには限定はされず、図５（ａ）、図１０（ａ）に示すように、衝撃吸収部材１１が、ウェブ幅が等しい一対の溝形部材１６、１７を重ねてなっても良く、図５（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、衝撃吸収部材１１が、ウェブ幅が等しい一対の溝形部材１６、１７を突き合わせてなっても良く、図５（ｃ）、図１０（ｃ）に示すように、衝撃吸収部材１１が、一つの筒状部材１８からなっても良い。

さらに、上述の実施形態では、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２の前端部に設けるとしたが、これには限定はされず、衝撃吸収部材１１を、車両用車枠１のサイドメンバ２の後端部に設けても良い。

本発明の一実施形態に係る衝撃吸収構造を適用した車両用車枠の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。 （ａ）は図３（ｃ）のＩＶａ−ＩＶａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図３（ｃ）のＩＶｂ−ＩＶｂａ線矢視断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、変形例に係る衝撃吸収部材の正面図である。 他の実施形態に係る衝撃吸収構造を適用した車両用車枠の斜視図である。 他の実施形態に係る衝撃吸収部材の斜視図である。 他の実施形態に係る衝撃吸収部材を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。 （ａ）は図８（ｃ）のＩＸａ−ＩＸａ線矢視断面図であり、（ｂ）は図８（ｃ）のＩＸｂ−ＩＸｂ線矢視断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、変形例に係る衝撃吸収部材の正面図である。 衝撃荷重入力時の変形状態を説明するための図である。 車両用車枠の斜視図である。 衝撃吸収部材の斜視図である。 従来の車両用車枠の斜視図である。

符号の説明

１ 車両用車枠
１０ 衝撃吸収構造
１１ 衝撃吸収部材
１２ａ 外面部
１２ｂ 角部
１３ 張出し面部
１５ 凹面部

Claims (3)

1. 車両用車枠の前後方向に延出する角筒状の衝撃吸収部材を備えた車両用車枠の衝撃吸収構造であって、上記衝撃吸収部材の外面部にそれぞれ、上記衝撃吸収部材の外側に張り出す縦断面略アーチ状の張出し面部を、上記衝撃吸収部材の長手方向に複数連続して設けたことを特徴とする車両用車枠の衝撃吸収構造。
2. 上記衝撃吸収部材の周方向に隣接する上記張出し面部がなす角部に、上記衝撃吸収部材における上記張出し面部の横断面の周長が上記衝撃吸収部材の長手方向に隣接する張出し面部間の節部の横断面の周長と略等しくなるように、上記衝撃吸収部材の内側に凹む縦断面略アーチ状の凹面部を設けた請求項１に記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。
3. 上記角部の稜線が略鎖状形状に形成される請求項２に記載の車両用車枠の衝撃吸収構造。

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