(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0014】
図1は、本発明の実施形態が適用される自動車1の模式的なの側面透視図である。
自動車1は、車両の一例である。
【0015】
図1の自動車1は、前室3、乗員室4、および後室5が画成された車体2を有する。車体2は、たとえばモノコック構造を有する。
モノコック構造の車体2では、前室3において、乗員室4の前壁であるトーボード11から前へ向かって、一対のフロントサイドフレーム12が略水平に伸在する。前後方向に延在するフロントサイドフレーム12の前側の先端には、クラッシュボックス13が連結される。一対のクラッシュボックス13の前側の先端には、フロントバンパービーム14が取り付けられる。フロントバンパービーム14の前側には、車体2の前壁を構成するフロントバンパーフェイス15が配置される。フロントバンパーフェイス15は、フロントバンパービーム14に対して取り付けられても、フロントバンパービーム14と一体化して形成されてもよい。
また、後室5において、乗員室4の後壁から後へ向かって一対のリアサイドフレームが略水平に伸在する。リアサイドフレームの後端の先端には、リアクラッシュボックスが連結される。一対のリアクラッシュボックスの後側の先端には、リアバンパービームが取り付けられる。リアバンパービームの後側には、車体2の後壁を構成するリアバンパーフェイスが配置される。リアバンパーフェイスは、リアバンパービームに対して取り付けられても、リアバンパービームと一体化して形成されてもよい。
このような骨格構造を有する車体2では、たとえば車体2が他の車体100に追突する場合、フロントバンパーフェイス15が他の車体100と接触する。そして、追突の衝撃荷重の入力の程度に応じて、フロントバンパービーム14、一対のクラッシュボックス13、一対のフロントサイドフレーム12が、その順番で圧縮変形する。このように車体2の骨格部材が先端からの衝突荷重の入力により軸方向に沿って圧縮変形することにより、衝撃を吸収する。その結果、乗員室4に変形が及び難くなる。
【0016】
また、乗員室4内では、シート21に着座した乗員の前でシートベルト22がロックされることにより、乗員が前へ移動し難くなるように支えられる。また、乗員の前で、エアバッグ35が展開する。
これらの仕組みにより、車両は、乗員を保護する。
しかしながら、衝突時の乗員保護機能は、これで十分ということにはならない。
たとえば高い速度で車両が追突する場合、シートベルト22などが適切に作動したとしても、乗員には、上体を大きく前へ倒す力が作用する。前へ倒れる上体には、シートベルト22が強く押し付けられることになる。
このように自動車1といった車両では、衝突の際に乗員に作用する力を弱めて、乗員の保護レベルを更に改善することが求められている。
【0017】
図2は、前室3の車体構造の模式図である。
図2には、フロントサイドフレーム12、クラッシュボックス13、フロントバンパービーム14、フロントバンパーフェイス15、が図示されている。
図3は、
図2のフロントサイドフレーム12の断面図である。
【0018】
フロントサイドフレーム12は、
図3に示すように、高剛性の金属鋼板を、四角形断面の中空の筒形状に成形したものである。中空のフロントサイドフレーム12は、上内面31、下内面32、および一対の側内面33を有する。フロントサイドフレーム12は、車体2の前室3において、略水平方向に沿って延在する。
フロントサイドフレーム12の前側の先端には、クラッシュボックス13が連結される。フロントサイドフレーム12とクラッシュボックス13とは、たとえばねじ止めにより連結されてよい。
クラッシュボックス13は、たとえば金属材料または樹脂材料からなる。クラッシュボックス13は、フロントサイドフレーム12より圧縮され易く形成されてよい。本実施形態のクラッシュボックス13は、フロントサイドフレーム12より上下に長くなるように、縦長の略立方体形状を有する。
クラッシュボックス13の先端には、フロントバンパービーム14が連結される。クラッシュボックス13とフロントバンパービーム14とは、たとえばねじ止めにより連結されてよい。
フロントバンパービーム14は、たとえば樹脂材料からなる。フロントバンパービーム14は、一対のクラッシュボックス13と連結される一対の取付部36と、車幅方向に延在して一対の取付部36が両端近傍に設けられるビーム本体37と、を有する。本実施形態において、取付部36は、クラッシュボックス13と同じ高さの略立方体形状を有する。
フロントバンパービーム14の前側には、フロントバンパーフェイス15が位置する。フロントバンパーフェイス15は、車体2の前壁を構成する板状の樹脂部品である。
【0019】
また、本実施形態では、このような車体2の前室3において前後方向に沿って延びる骨格構造において、骨格構造の衝撃吸収性能を確保できるように、追突の際に骨格構造を上に傾けるための傾斜機構が設けられる。追突の際に骨格構造が上下にずれることにより、車体2の衝撃入力側(前側)がその反対側(後側)より上がるように車体2が傾く。
具体的には、フロントサイドフレーム12の軸方向に沿って一直線状に配列されるフロントサイドフレーム12の先端およびクラッシュボックス13についての後側の接触面41が、共に前上がりに傾斜して形成される。フロントサイドフレーム12およびクラッシュボックス13の軸方向に対して垂直な方向ではなく、軸方向に対して90°より小さい角度を成すように傾斜して形成される。前上がりに傾斜して形成されたフロントサイドフレーム12の先端は、先端上部が先端下部より先端側へ突出しており、前上がりに傾斜して形成されたクラッシュボックス13の後側の接触面41と向かい合わせに配置されて接触面41と全体的に接触している。
また、クラッシュボックス13と連結されるフロントサイドフレーム12は、クラッシュボックス13の下部に連結される。これにより、クラッシュボックス13の接触面41は、フロントサイドフレーム12の上に突出する。
【0020】
また、本実施形態では、前上がりに傾斜して形成されたクラッシュボックス13の接触面41の下部には、突起部42が突出して形成される。突起部42は、四角形の筒形状のフロントサイドフレーム12の下部から上側に離間するように、四角形の筒形状のフロントサイドフレーム12内に突出する。
また、クラッシュボックス13の接触面41についてのフロントサイドフレーム12の上側の長さは、フロントサイドフレーム12の下部から突起部42までの距離より長く形成されている。
【0021】
また、本実施形態では、四角形の筒形状のフロントサイドフレーム12の内部には、上側補剛部材43および下側補剛部材46が設けられる。
上側補剛部材43は、略長方形の板形状の上面部44と、上面部44の一対の長手縁と連結される一対の上側側面部45と、を有する。上側補剛部材43は、フロントサイドフレーム12の軸方向に沿って、フロントサイドフレーム12の上部に設けられる。上面部44は、四角形断面のフロントサイドフレーム12の上内面31に溶接され、上内面31に沿って設けられる。上側側面部45は、一辺が長い略直角三角形の板形状を有し、フロントサイドフレーム12の側内面33に溶接され、側内面33に沿って設けられる。上側補剛部材43は、四角形断面のフロントサイドフレーム12の内部において、下向きのU字断面を形成する。
下側補剛部材46は、略長方形の板形状の下面部47と、下面部47の一対の長手縁と連結される一対の下側側面部48と、を有する。下側補剛部材46は、フロントサイドフレーム12の軸方向に沿って、フロントサイドフレーム12の下部に設けられる。下面部47は、四角形断面のフロントサイドフレーム12の下内面32に溶接され、下内面32に沿って設けられる。下側側面部48は、一辺が長い略直角三角形の板形状を有し、フロントサイドフレーム12の側内面33に溶接され、側内面33に沿って設けられる。下側補剛部材46は、四角形断面のフロントサイドフレーム12の内部において、上向きのU字断面を形成する。
また、上側補剛部材43および下側補剛部材46は、フロントサイドフレーム12の内部において上下に並べて設けられる。上側補剛部材43は、略直角三角形の上側側面部45の直角の頂点および短辺がフロントサイドフレーム12の先端側となる。下側補剛部材46は、略直角三角形の下側側面部48の直角の頂点および短辺がフロントサイドフレーム12の反対側となる。これにより、フロントサイドフレーム12の側内面33においては、略直角三角形の上側側面部45と、略直角三角形の下側側面部48とが互いに離間して、上下に並べられる。上側側面部45は、フロントサイドフレーム12の先端側において上下に長く、下側側面部48は、フロントサイドフレーム12の先端側において上下に短くなる。
そして、互いに離間する上側補剛部材43と下側補剛部材46との隙間は、先端側が後端側より下がっており、フロントサイドフレーム12の軸方向と比べて前下がりに傾斜している。
【0022】
次に、このような傾斜機構を有する車体2についての追突の際の動作について説明する。
図4および
図5は、
図2の車体2が他の車体100または構造体に追突する際の、車体変形の一例を示す説明図である。
【0023】
図4(A)に示すように、追突前の車体2では、フロントサイドフレーム12、クラッシュボックス13、およびフロントバンパービーム14は、フロントバンパーフェイス15の後側において水平方向に沿って一直線状に伸在する。また、フロントサイドフレーム12の先端およびクラッシュボックス13についての後側の接触面41とは、この水平方向に沿った一直線状の方向に対して、90°より小さい角度を成すように前上がりに傾斜する。
【0024】
次に、
図4(B)に示すように、車両が構造体へ追突する。これにより、フロントバンパーフェイス15の外面は構造体と高い圧力で接触する。また、フロントバンパービーム14の先端もフロントバンパーフェイス15の内面と高い圧力で接触する。これにより、少なくとも追突した直後のタイミングでは、フロントバンパーフェイス15およびフロントバンパービーム14は、構造体に対して位置決めされる。フロントバンパーフェイス15およびフロントバンパービーム14は、追突した状態の位置から、水平方向に沿って後方へ向かって延在するように、仮固定状態(仮に一体化した状態)になる。
【0025】
次に、
図4(C)に示すように、追突した車体2が更に前へ移動すると、最も座屈し易いフロントバンパービーム14が軸方向(ここでは水平方向)に沿って圧縮変形する。その後、フロントバンパービーム14とクラッシュボックス13との間の圧力が高まる。クラッシュボックス13は、水平方向に沿って後方へ向かって延在するように、仮固定状態(仮に一体化した状態)になる。
【0026】
次に、
図4(D)に示すように、追突した車体2が更に前へ移動すると、二番目に座屈し易いクラッシュボックス13が軸方向(ここでは水平方向)に沿って圧縮変形する。その後、クラッシュボックス13とフロントサイドフレーム12との間の圧力が高まる。
この際、フロントサイドフレーム12の先端、およびクラッシュボックス13についての後側の接触面41は、共に前上がりに傾斜して形成されているので、フロントサイドフレーム12は、前へ移動しようとする力が作用することにより、クラッシュボックス13の傾斜面に沿って斜め上方向へずれようとする。このずれによるせん断力により、フロントサイドフレーム12とクラッシュボックス13とを連結していたネジが破断する。また、ネジが破断し始めると、フロントサイドフレーム12は、その先端の傾斜とクラッシュボックス13の後側の傾斜面の傾斜にしたがって、クラッシュボックス13の傾斜面に沿って斜め上方向へ移動し始める。
その後、
図5(A)に示すように、上側へ移動したフロントサイドフレーム12は、その下部が、クラッシュボックス13の傾斜面の下部から突出している突起部42に当たる。フロントサイドフレーム12の先端は、傾斜面に対して全体的に当接した傾斜状態に維持される。
【0027】
次に、
図5(B)に示すように、追突した車体2が更に前へ移動すると、傾斜したフロントサイドフレーム12が軸方向に沿って変形し始める。この際、フロントサイドフレーム12の内部には、先端側が上下に長い上側補剛部材43と、後端側が上下に長い下側補剛部材46とが、互いに離間して上下に並べて設けられる。また、上側補剛部材43と下側補剛部材46との隙間は、フロントサイドフレーム12の軸方向と比べて前下がりに傾斜している。よって、フロントサイドフレーム12の軸方向に対して下側にずれた荷重が入力されたとしても、傾いているフロントサイドフレーム12は折れるように変形することなく、軸方向に沿って圧縮変形し得る。フロントサイドフレーム12はその衝撃吸収性能を発揮し易くなり、傾けた車体2での衝撃吸収性能として、車両を傾けなかった場合と同等の性能を得ることが可能になる。
これに対して、フロントサイドフレーム12の途中が上に曲がるように折れてしまう場合、フロントサイドフレーム12は、軸方向に沿って圧縮変形した場合のように高い荷重の吸収性能を得ることができない。
【0028】
以上の一連の動作により、
図2の車体2では、フロントバンパービーム14、クラッシュボックス13、およびフロントサイドフレーム12の圧縮変形により、追突の衝撃(荷重)を吸収できる。その結果、乗員室4が変形し難くなる。
【0029】
図6は、
図4および
図5の変形が生じる場合の車体2の挙動を示す説明図である。
図6(A)は、衝突前の車体2がほぼ水平である通常状態である。
図6(B)は、衝突直後の車体2がほぼ水平である通常状態である。
図6(C)は、フロントサイドフレーム12が変形し始めた後の車体2が前上がりに傾いた傾斜状態である。
【0030】
このように追突の衝撃を利用してフロントサイドフレーム12がその先端(衝撃入力側)が後端(反対側)に対して相対的に上がるように傾斜することにより、フロントサイドフレーム12とともに車体2も前上がりに傾く。車体は、フロントサイドフレーム12が圧縮変形するような強い衝突の場合、
図6(B)の水平な通常状態から、
図6(C)の前上がりに傾いた傾斜状態になる。
その結果、追突中に、車体2に対して固定されているシート21、およびシート21に着座している乗員も前上がりに傾く。このように追突中に乗員室4およびシート21の全体が前上がりに傾くことにより、シート21に着座している乗員の上体には後へ倒れようとする力が作用する。また、実際に乗員の上体には後へ倒れる。それゆえ、本実施形態では、衝突中に、シート21に着座した乗員に対して、衝突入力側の反対側へ若干倒す力を作用させることができる。そして、衝突の際にシート21に着座した乗員が衝突入力側の反対側へ若干倒れることにより、乗員を衝突入力側へ倒そうとする力の一部を相殺できる。たとえば高い速度で車両が追突して乗員の上体に対して大きく前へ倒す力が作用したとしても、その一部を相殺して、前へ倒れる上体がシートベルト22に対して強く押し付けられ難くなる。その結果、乗員の保護レベルを高めることができる。
【0031】
以上のように、本実施形態では、車体2のフロントサイドフレーム12にはその軸方向に沿って上側補剛部材43および下側補剛部材46が上下に離間して設けられ、フロントサイドフレーム12の上部および下部が別々に補剛される。その結果、車体2とともにフロントサイドフレーム12が傾いて、その傾いたフロントサイドフレーム12に対して軸方向からずれて衝撃が入力されたとしても、傾いたフロントサイドフレーム12が折れ曲がり難くなり、軸方向に沿って圧縮変形し易くなる。すなわち、車体2が傾いた状態で衝突しているにもかかわらず、フロントサイドフレーム12はその衝撃吸収性能を発揮し易い。傾けた車体2でのフロントサイドフレーム12の衝撃吸収性能として、車両を傾けなかった場合と同等の性能を得ることが可能になる。
【0032】
特に、本実施形態では、上側補剛部材43を、フロントサイドフレーム12の先端側の端部が反対側の端部より上下に長くなるように形成し、下側補剛部材46を、フロントサイドフレーム12の先端側の端部が反対側の端部より上下に短くなるように形成している。これにより、フロントサイドフレーム12についての補剛された部分は、まず上部が変形し難くなり、その後に変形が進むにつれて下部が変形し難くなる。その結果、先端側が持ち上げられた傾斜状態のフロントサイドフレーム12に対してたとえば水平方向から力が作用したとしても、傾いたフロントサイドフレーム12は、圧縮途中で折れ曲がることなく、軸方向に沿って圧縮変形し易くなる。
【0033】
また、本実施形態では、フロントサイドフレーム12を中空に形成し、上側補剛部材43および下側補剛部材46を、中空のフロントサイドフレーム12の内面に沿って配置している。これにより、上側補剛部材43および下側補剛部材46の変形と、フロントサイドフレーム12の変形とを揃えるようにすることができる。その結果、上側補剛部材43および下側補剛部材46は、フロントサイドフレーム12と共に、フロントサイドフレーム12と一体的に圧縮変形し易くなる。そして、上側補剛部材43および下側補剛部材46がフロントサイドフレーム12にならって変形することにより、変形中においても上側補剛部材43および下側補剛部材46による補剛効果を期待できる。
これに対して、仮に上側補剛部材43および下側補剛部材46がフロントサイドフレーム12の外側に設けられた場合、たとえば変形し始めた上側補剛部材43がフロントサイドフレーム12からはがれ、フロントサイドフレーム12と別に変形してしまう可能性がある。本発明では、このような事態の発生を抑制し得る。
【0034】
特に、本実施形態では、フロントサイドフレーム12を中空の四角形断面に形成し、上側補剛部材43をその上内面31および一対の側内面33に沿う形状とし、下側補剛部材46をその下内面32および一対の側内面33に沿う形状としている。これにより、上側補剛部材43および下側補剛部材46は、フロントサイドフレーム12とともに一体的に圧縮変形し得る。また、上側補剛部材43の一対の上側側面部45を、フロントサイドフレーム12の先端側の端部が反対側の端部より上下に長くなる直角三角形の形状とし、下側補剛部材46の一対の上側側面部45を、フロントサイドフレーム12の先端側の端部が反対側の端部より上下に短くなる直角三角形の形状とすることにより、傾いたフロントサイドフレーム12に対して軸方向から下側にずれた入力があった場合の変形を、フロントサイドフレーム12の軸方向に沿って圧縮変形するように促すことができる。
【0035】
以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。
【0036】
たとえば上記実施形態では、連結される骨格部材の間において、軸方向に対して傾斜される傾斜面等は、フロントサイドフレーム12とクラッシュボックス13との接触部分に設けられている。
この他にもたとえば、傾斜面等は、たとえばクラッシュボックス13とフロントバンパービーム14との接触部分に設けても、フロントバンパービーム14とフロントバンパーフェイス15との接触部分に設けてもよい。
【0037】
上記実施形態では、突起部42は、筒形状のフロントサイドフレーム12の内部へ突出し、斜め上へ移動するフロントサイドフレーム12の下面と接触する。
この他にもたとえば、
図7に示すように、フロントサイドフレーム12の上側に突出する他の突起部42を追加して設け、複数の突起部42を、傾斜したフロントサイドフレーム12の上部および下部に接触させてもよい。
【0038】
上記実施形態では、車体2およびフロントサイドフレーム12を前上がりに傾斜させるために、クラッシュボックス13とフロントバンパービーム14との接触部分を前上がりの傾斜面に形成している。
この他にもたとえば、衝突の際に押し込まれるフロントバンパーフェイス15に後ろ下がりに傾斜したスロープ部を設け、このスロープ部とフロントバンパービーム14との間に上下に延在するリンク部材を押し込まれたスロープ部により押し上げ、これにより車体2およびフロントサイドフレーム12を前上がりに傾斜させてもよい。
また、衝突の際にフロントサスペンションを伸長させたり、リアサスペンションを縮短させたり、前輪の空気圧を上げたり、後輪の空気圧を下げたりすることにより、車体2およびフロントサイドフレーム12を前上がりに傾斜させてもよい。