JP4462978B2 - Energy absorption structure of automobile - Google Patents
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Description
本発明は、衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック(以下FRPと略す)製エネルギー吸収部材を備える自動車のエネルギー吸収構造に関し、特に、車両のフロントサイドメンバに好適な自動車のエネルギー吸収構造に関するものである。 The present invention relates to an energy absorption structure for a vehicle including an energy absorbing member made of fiber reinforced plastic (hereinafter abbreviated as FRP) made of a reinforcing fiber and a resin having improved energy absorption characteristics at the time of impact, and in particular, a front side member of a vehicle. The present invention relates to an energy absorption structure for a vehicle suitable for the above.
従来から衝撃時のエネルギー吸収特性を向上させた補強繊維と樹脂とからなるFRP製エネルギー吸収部材は複数提案されている(特許文献1〜7参照)。 Conventionally, a plurality of FRP energy absorbing members made of a reinforcing fiber and a resin having improved energy absorption characteristics upon impact have been proposed (see Patent Documents 1 to 7).
このようなFRP製エネルギー吸収部材は、軸方向の入力荷重があった時に、部材前端側から逐次圧壊を起こすことで、従来一般に使用されているスチールを材料としたエネルギー吸収部材に対しエネルギー吸収効率が良いことが知られている。そのため、例えば、車両部品では衝突時のエネルギー吸収を司る部位、例えば、前面衝突時の衝撃エネルギー吸収を行うフロントサイドメンバの前端部分などに応用することが可能である。
ところで、上記FRP製エネルギー吸収部材を自動車のフロントサイドメンバの前端部分等に適用する場合には、フロントサイドメンバと接着やボルト・ナット等の締結手段により接合する必要があり、接合精度や接合強度を確保するために接合部の重量が増加したり、接合部によりエネルギー吸収のためのストロークが短くなる等の課題があった。 By the way, when the FRP energy absorbing member is applied to the front end portion of a front side member of an automobile, it is necessary to join the front side member with a fastening means such as an adhesive or a bolt / nut. There are problems such as an increase in the weight of the joint portion to ensure the resistance and a shortened stroke for energy absorption by the joint portion.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、エネルギー吸収ストローク確保と軽量化に好適な自動車のエネルギー吸収構造を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an automobile energy absorption structure suitable for securing an energy absorption stroke and reducing the weight.
本発明は、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす筒状断面のFRP製エネルギー吸収部と、前記エネルギー吸収部に連なりFRPで形成されて車体部品と接合される支持部と、からなるフロントサイドメンバを備え、前記エネルギー吸収部は内部の成型用コアに対してフロントサイドメンバの長手方向とそれに直角な方向とに等分に強化繊維が配向され、前記支持部材は内部の成型用コアに対して強化繊維がフロントサイドメンバの長手方向を含む等角度刻みに同じ重量比率により配向されて剛性や強度が支持部材の面方向のいずれの角度に対しても一様となる擬似的な等方性を持つよう配向され、前記エネルギー吸収部に配向される強化繊維と支持部材に配向される強化繊維とは、前記エネルギー吸収部と支持部との境界部で互いに重なり合って配置され、前記強化繊維への樹脂含浸による成形後にエネルギー吸収部内の成型用コア材およびそれに連なる支持部材内の一部の成型用コア材は抜取られて空間に形成されているようにした。 The present invention includes an FRP energy absorbing portion having a cylindrical cross-section that causes successive crushing from the input end side due to an input load from the axial direction, and a support portion that is formed of FRP and is joined to a vehicle body part connected to the energy absorbing portion. comprises a front side member consisting of, wherein the energy absorbing portion reinforced longitudinal direction perpendicular to that of the front side members equally fibers are oriented with respect to molding the core of the inner portion, the support member inside With respect to the molding core, the reinforcing fibers are oriented at the same weight ratio in equal angular increments including the longitudinal direction of the front side member, so that rigidity and strength are uniform with respect to any angle in the surface direction of the support member. oriented to have a pseudo-isotropic, and reinforcing fibers, wherein the oriented reinforcing fibers and the support member is oriented to the energy absorbing portion, and the energy absorbing portion and the support portion Is arranged on top of each other in the field unit, a part of the molded core material in the support member communicating with it molding core material in the energy-absorbing unit and after the molding by the resin impregnation into the reinforcing fibers is formed in a withdrawn and space I tried to be.
したがって、本発明では、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす筒状断面のFRP製エネルギー吸収部と、前記エネルギー吸収部に連なりFRPで形成されて車体部品と接合される支持部と、からなるフロントサイドメンバを備え、前記エネルギー吸収部は内部の成型用コアに対してフロントサイドメンバの長手方向とそれに直角な方向とに等分に強化繊維が配向され、前記支持部材は内部の成型用コアに対して強化繊維がフロントサイドメンバの長手方向を含む等角度刻みに同じ重量比率により配向されて剛性や強度が支持部材の面方向のいずれの角度に対しても一様となる擬似的な等方性を持つよう配向され、前記エネルギー吸収部に配向される強化繊維と支持部材に配向される強化繊維とは、前記エネルギー吸収部と支持部との境界部で互いに重なり合って配置されているため、エネルギー吸収部と支持部を一体で成形でき、従来のスチール製フロントサイドメンバに比較して、金型が少なくてよく、製作コストを低減できる。また、複雑な形状でも連続繊維層を予備賦形しておくことで積層等の作業性が容易となる。しかも、成形時の収縮がほとんど無いため、スチール製フロントサイドメンバに比較して非常に精度の高い製品を得ることができる。また、部位毎の機能に応じて積層構成を変更することにより、無駄なく材料を使うことができ、自動車の軽量化が図れる。
しかも、エネルギー吸収部およびエネルギー吸収部に近接して支持部を形成するために使用したコア材は、成形後に抜取って空間に形成しているため、エネルギー吸収部の逐次圧壊によるエネルギー吸収により半径方向内側への圧壊破片を支持部内に収容することができる。
Therefore, in the present invention, the FRP energy absorbing portion having a cylindrical cross-section that causes successive crushing from the input end side due to the input load from the axial direction, and the support that is formed of FRP and is joined to the vehicle body part connected to the energy absorbing portion. A front side member composed of a portion, and the energy absorbing portion has reinforcing fibers oriented equally in the longitudinal direction of the front side member and a direction perpendicular thereto with respect to an internal molding core, The reinforcing fibers are oriented with the same weight ratio in steps of equal angles including the longitudinal direction of the front side member with respect to the inner molding core, and the rigidity and strength are uniform with respect to any angle in the surface direction of the support member. becomes oriented so as to have a pseudo-isotropic, and reinforcing fibers are oriented in the reinforcing fibers and the support member is oriented to the energy absorbing portion, said energy absorbing The energy absorption part and the support part can be molded as a single unit, and the number of molds can be reduced compared to the conventional steel front side member, and the manufacturing cost can be reduced. Can be reduced. Moreover, workability | operativity, such as lamination | stacking, becomes easy by pre-shaping a continuous fiber layer also with a complicated shape. And since there is almost no shrinkage at the time of shaping | molding, a highly accurate product can be obtained compared with the steel front side member. Further, by changing the laminated structure according to the function of each part, the material can be used without waste, and the weight of the automobile can be reduced.
Moreover, since the core material used for forming the support part in the vicinity of the energy absorption part and the energy absorption part is extracted and formed in the space after molding, the radius is absorbed by energy absorption by sequential crushing of the energy absorption part. The crushing fragment to the inside in the direction can be accommodated in the support portion.
以下、本発明の自動車のエネルギー吸収構造を各実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the energy absorption structure of the automobile of the present invention will be described based on each embodiment.
(第1実施形態)
図1〜図4は、本発明を適用した自動車のエネルギー吸収構造の第1実施形態を示し、図1は自動車のエネルギー吸収構造を含む車体の前部フレーム構造の斜視図、図2は自動車のエネルギー吸収構造を備えるフロントサイドメンバの側面図、図3はフロントサイドメンバの各部を構成する第1実施例の繊維配向を説明する説明図、図4はフロントサイドメンバの各部を構成する第2実施例の繊維配向を説明する説明図である。
(First embodiment)
1 to 4 show a first embodiment of an automobile energy absorption structure to which the present invention is applied. FIG. 1 is a perspective view of a front frame structure of a vehicle body including the automobile energy absorption structure. FIG. FIG. 3 is a side view of a front side member having an energy absorbing structure, FIG. 3 is an explanatory view for explaining the fiber orientation of the first embodiment constituting each part of the front side member, and FIG. 4 is a second embodiment constituting each part of the front side member. It is explanatory drawing explaining the fiber orientation of an example.
図1において、車体の前部フレーム構造は、車体幅方向の両端部に車両前後方向に平行に配置したフロントサイドメンバSMを備える。このフロントサイドメンバSMの車両前方端部には、図示しない取付けフランジを介してラジエータ取付け枠(ラジエータコアサポート)やバンパーレインフォースが取付けられる。フロントサイドメンバSMの上部にはフードリッジパネルFR、車両後方には車室を構成するダッシュロアクロスメンバやカウルサイドパネルが夫々配設・結合される。フードリッジパネルFRには、フェンダFが脱着可能に固定される。 In FIG. 1, the front frame structure of the vehicle body includes front side members SM arranged in parallel to the vehicle longitudinal direction at both ends in the vehicle body width direction. A radiator mounting frame (radiator core support) and a bumper reinforcement are attached to a front end portion of the front side member SM via a mounting flange (not shown). A hood ridge panel FR is disposed and coupled to the upper portion of the front side member SM, and a dash lower cross member and a cowl side panel constituting a passenger compartment are disposed and coupled to the rear of the vehicle. A fender F is detachably fixed to the hood ridge panel FR.
前記フロントサイドメンバSMは、図2に示すように、車両に対する後半部分を繊維強化プラスチック(以下、FRPと称す)製の支持部1として形成し、その前半部分は補強繊維と樹脂とからなるFRP製のエネルギー吸収部2として形成し、両者は一体に形成している。
As shown in FIG. 2, the front side member SM has a rear half of the vehicle formed as a support 1 made of fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP), and the front half of the front side member SM is an FRP made of reinforcing fibers and resin. It is formed as an
前記エネルギー吸収部2は、単純な四角形や円形等の筒状断面に形成され、前端に図示しない取付けフランジを介してラジエータ取付け枠(ラジエータコアサポート)やバンパーレインフォースが取付けられ、前面衝突時に部材前端側から逐次圧壊を起こすことで衝撃エネルギー吸収するエネルギー吸収機能を備える。また、前記支持部1は、エンジンやサスペンションを保持し、前記した各車体部品と接合するために内部に補強構造や他部品との接合のためのボルト・ナット等を備えた複雑な3次元形状の構造体として機能する。
The
前記した機能の異なるエネルギー吸収部2と支持部1とは、FRP製として一体に製作する場合には、一般的な3次元形状の製作工法であるRTM工法(熱硬化性樹脂成形若しくはトランスファ成形、Resin Transfer Molding)を利用して一体に製作する。即ち、エネルギー吸収部2と支持部1の型(コア)、例えば、発泡ウレタン等のコアに、所定形状に裁断した補強繊維からなる織布(プリプレグでも可)を所定の繊維配向に基づいて貼付け・積層し、成形型内に型込めし、前記コアと成形型内面との間の積層した織布に熱硬化性樹脂を含浸させ、加熱硬化させて製作する。
When the
前記エネルギー吸収部2を形成する繊維配向は、フロントサイドメンバSMの長手方向を基準(0度)として、基準方向(0度)に繊維を配向させた織布と基準方向に対して直角方向に繊維を配向させた織布とを交互に積層させる。即ち、0度層と90度層の重量比率が50%:50%となるように積層する。一般に、繊維は配向する方向に対してFRP成形品の強度を向上させる。エネルギー吸収部2においては、エネルギー吸収のみを効率よく発揮させるべく、あえて等方性を持たせずに、前後方向の強度を向上させるための基準方向とエネルギー吸収時の適度な圧壊性を確保するための基準に対して直角方向とに繊維を配向させており、その他の不必要な方向の繊維配向は行わないようにする。
The fiber orientation forming the
前記支持部1を形成する繊維配向は、フロントサイドメンバSMの長手方向を基準(0度)として、繊維配向に等方性を持たせてあらゆる角度に剛性や強度が持てるようにするため、45度刻み(0度、45度、90度、−45度)で積層する。即ち、45度刻み(0度、45度、90度、−45度)の各層の重量比率は夫々25%となる。 The fiber orientation that forms the support portion 1 is 45 in order to make the fiber orientation isotropic and have rigidity and strength at all angles with the longitudinal direction of the front side member SM as a reference (0 degree). Lamination is performed in increments of 0 °, 45 °, 90 °, and −45 °. That is, the weight ratio of each layer in increments of 45 degrees (0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, -45 degrees) is 25%.
前記エネルギー吸収部2および支持部1への織布の積層は、具体的には、図3に示すように、エネルギー吸収部2に対しては、繊維を0度と90度との方向に平織りした平織りプリプレグ3をシートワインディングする(図3(A)参照)。支持部1に対しては、平織りプリプレグ4を基準方向に巻付け(0度と90度の繊維配向となる)、次いで、平織りプリプレグ4を基準方向に対して45度傾けて巻付け(45度と−45度の繊維配向となる)、この順序で順次積層する(図3(B)参照)。
Specifically, the lamination of the woven fabric on the
積層する順序としては、先ず、エネルギー吸収部2を構成するプリプレグ3をコアにシートワインディングし、次いで、エネルギー吸収部2を構成するよう巻付けられたプリプレグ3に一部重ねて、支持部1を構成するプリプレグ4をコアに順次巻付けることで形成する。なお、エネルギー吸収部2を構成するプリプレグ3と支持部1を構成するプリプレグ4とを一部重ねながら交互にコアに巻付けるようにしてもよい。
As the stacking order, first, the
使用するプリプレグ3、4として、図4に示すように、繊維が一方向に配向されたプリプレグ5を用いてもよく、この場合には、エネルギー吸収部2に対しては、基準方向に繊維を配向したプリプレグ5と基準方向と直交する方向に繊維を配向したプリプレグ5とを交互に巻付け、支持部1に対しては、基準方向に対して、0度、45度、90度、−45度に夫々繊維を配向したプリプレグ6を巻付ける。エネルギー吸収部2と支持部1とに積層する順序としては、前述のように、エネルギー吸収部2にプリプレグ5をシートワインディングした後、支持部1に前記した規定の順序でプリプレグ6を積層するか、エネルギー吸収部2と支持部1とのプリプレグ5、6を交互に積層させるか、いずれの方法でもよい。以上のように、コア上にプリプレグを夫々積層し、成形型に型込めし、密封状態で加熱硬化させてオートクレーブ成形する。
As the
以上は強化繊維の織布に熱硬化性樹脂(マトリックス樹脂)を含浸させたプリプレグを用いるものについて説明しているが、図示しないが、強化繊維の織布にマトリックス樹脂を含浸させることなく、別に用意した賦形型を用いて織布に形付けする予備賦形を行い、予備賦形された織布をコア材に前記した順序で積層し、これを成形型に型込めして、型閉めして樹脂含浸し、密封状態で加熱硬化させてRTM成形してもよい。この場合には、複雑な形状であっても、強化繊維の織布は予備賦形により形付けがなされているため、コア材への積層作業が容易にできる。 The above describes the use of a prepreg impregnated with a thermosetting resin (matrix resin) in a woven fabric of reinforcing fibers, although not shown, separately without impregnating the woven fabric of reinforcing fibers with a matrix resin. Preliminary shaping is performed on the woven fabric using the prepared shaping mold, the preshaped fabric is laminated on the core material in the order described above, and this is placed in the mold and closed. Then, it may be impregnated with resin and heat-cured in a sealed state for RTM molding. In this case, even if it is a complicated shape, the woven fabric of reinforcing fibers is shaped by pre-shaping, so that it can be easily laminated on the core material.
前記RTM成形に使用されたコア材は、成形後に抜取られるが、抜取りが不可能な複雑な中空形状の場合には、発泡コア材等の軽量な材質でコア材を製作し、成形後は製品の中に残しておいてもよい。ただし、エネルギー吸収部2およびエネルギー吸収部2に近接して支持部1を形成するために使用したコア材は、成形後に抜取り、エネルギー吸収部2の逐次圧壊によるエネルギー吸収により半径方向内側への圧壊破片を支持部内に収容されるようにする。支持部1を構成するために用いられたコアは、内部に強度上必要なリブを配したり、他の構造部品との結合のための金属部品を埋め込むため、成形後コア材を取出せない中空形状となる場合が多く、発泡コアは残すようにする。使用する発泡コアとしては、軽量化のために、硬質発泡ウレタンコアが利用される。
The core material used in the RTM molding is extracted after molding, but in the case of a complicated hollow shape that cannot be extracted, the core material is manufactured with a lightweight material such as a foamed core material, and the product after molding You may leave it in the box. However, the core material used for forming the support part 1 in the vicinity of the
このようにして得られたFRP製のフロントサイドメンバSMは、エネルギー吸収部2と支持部1を一体で成形されており、従来のスチール製に比べ、金型が少なくてすむため製作コストが安い。また、成形時の収縮がほとんど無い為、スチール製と比べ非常に精度の良好な製品が得られる。しかも、部位ごとに機能に応じて積層構成を変化させることにより、無駄なく材料を使うことができ、自動車の軽量化ができる。なお、繊維の配向方向を一積層毎に異ならせたプリプレグを予め連続させて形成しておくことで、上記積層作業は一層容易となる。
The FRP front side member SM obtained in this way is formed integrally with the
そして、衝突時においては、先端のエネルギー吸収部2は先端から圧縮破壊を起こしてエネルギーを吸収し、その間、支持部1は±45度方向の繊維が入っているため、擬似的な等方物性を示してエネルギー吸収部2を支えることができる。
At the time of collision, the
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。 In the present embodiment, the following effects can be achieved.
(ア)軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊を起こす筒状断面のFRP製エネルギー吸収部2と、前記エネルギー吸収部2に連なりFRPで形成されて車体部品と接合される支持部1と、からなるフロントサイドメンバSMを備え、前記エネルギー吸収部2はフロントサイドメンバSMの長手方向とそれに直角な方向とに等分に強化繊維が配向され、前記支持部1は等方性を持って強化繊維が配向されるため、エネルギー吸収部2と支持部1を一体で成形でき、従来のスチール製フロントサイドメンバに比較して、金型が少なくてよく、製作コストを低減できる。また、複雑な形状でも連続繊維層を予備賦形しておくことで積層等の作業性が容易となる。しかも、成形時の収縮がほとんど無いため、スチール製フロントサイドメンバに比較して非常に精度の高い製品を得ることができる。また、部位毎の機能に応じて積層構成を変更することにより、無駄なく材料を使うことができ、自動車の軽量化が図れる。
(A) An FRP
(第2実施形態)
図5および図6は、本発明を適用した自動車のエネルギー吸収構造の第2実施形態を示し、図5は自動車のエネルギー吸収構造の平面図、図6はエネルギー吸収部の前端側のラジエータコア取付け部およびバンパーレインフォース取付け部の断面図である。本実施形態においては、エネルギー吸収部の吸収ストロークを拡大させるものである。なお、図1〜図4と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Second Embodiment)
5 and 6 show a second embodiment of an automobile energy absorbing structure to which the present invention is applied, FIG. 5 is a plan view of the automobile energy absorbing structure, and FIG. 6 is a radiator core mounting on the front end side of the energy absorbing portion. It is sectional drawing of a part and a bumper reinforcement attachment part. In this embodiment, the absorption stroke of an energy absorption part is expanded. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態の自動車のエネルギー吸収構造は、図5に示すように、エンジンコンパートメントを構成するフードリッジパネルFRおよびストラットハウジングと一体に固定される支持部1と、支持部1先端に配置されてバンパーレインフォースBRを前端で支持し、中途部でラジエータコアサポートRSを支持するエネルギー吸収部2と、からなるフロントサイドメンバSMを備える。フロントサイドメンバSMのエネルギー吸収部2および支持部1は、第1実施形態と同様に、一体成形で構成している。
As shown in FIG. 5, the energy absorbing structure for an automobile of the present embodiment includes a support portion 1 that is integrally fixed to a hood ridge panel FR and a strut housing that constitute an engine compartment, and a bumper that is disposed at the tip of the support portion 1. The front side member SM which consists of the
前記エネルギー吸収部2は、従来一般のスチール構造のフロントサイドメンバのように、前端にラジエータコアサポートを固定し、その前端にバンパースティを介してバンパーレインフォースを固定することに代えて、エネルギー吸収部2を車両前方へ延長して直接エネルギー吸収部2前端でバンパーレインフォースBRを支持するよう構成している。このため、車両前方の中途部にあるラジエータコアサポートRSは、エネルギー吸収部2の中途部に取付フランジ10を接着して固定し、この取付フランジ10にラジエータコアサポートRSを固定するようにしている。
The
具体的には、例えば、図6に示すように、エネルギー吸収部2にL型フランジ10を接着により固定し、このL型フランジ10とラジエータコアサポートRSとをボルト等で固定するよう構成している。このため、ラジエータコアサポートRSには、エネルギー吸収部2を貫通させる穴を形成し、エネルギー吸収部2はラジエータコアサポートRSを貫通して、その前方へ先端が延びていくよう構成している。ラジエータコアサポートRSの貫通穴は、通常、ラジエータコアを支持するよう枠体に構成されているため、この枠体によって形成された穴を利用することができる。ラジエータコアサポートRSの上端は、例えばフードリッジパネルFRの前端等に固定される。また、前記バンパーレインフォースBRは、同じくエネルギー吸収部2の前端に、例えば、L型フランジ11を接着などにより固定し、このフランジ11にボルト等を利用して固定する。
Specifically, for example, as shown in FIG. 6, an L-shaped
以上の構成になる自動車のエネルギー吸収構造においては、エネルギー吸収部2と支持部1を一体で成形されており、しかも、エネルギー吸収部2がラジエータコアRSよりも前方まで一体で伸びバンパーレインフォースBRを直接支持しているため、エネルギー吸収ゾーンを増やすことができる。このため、衝突時においては、先端のエネルギー吸収部2は、バンパーレインフォースBR直後よりエネルギー吸収部2の全長を利用して圧縮破壊によるエネルギー吸収をさせることができる。
In the energy absorption structure of the automobile having the above-described configuration, the
なお、上記実施形態では、エネルギー吸収部2の断面形状がエネルギー吸収部2の全長に亘って一様に構成したものについて説明したが、図示しないが、充分に長いエネルギー吸収ゾーンを備えているため、部分的にエネルギー吸収部2の断面形状を変化させることにより、例えば、前端より、軽衝突ゾーン、大衝突ゾーン等、エネルギー吸収容量を変化させるようにすることもできる。
In addition, although the cross-sectional shape of the
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。 In the present embodiment, in addition to the effect (a) in the first embodiment, the following effects can be achieved.
(イ)エネルギー吸収部2は、中途部にラジエータコアサポートRSを支持し、その前端がバンパーレインフォースBRに連結されているため、エネルギー吸収ゾーンを増やすことができる。したがって、衝突時においては、先端のエネルギー吸収部2は、バンパーレインフォースBR直後よりエネルギー吸収部2の全長を利用して圧縮破壊によるエネルギー吸収をさせることができる。また、充分に長いエネルギー吸収ゾーンを備えているため、部分的にエネルギー吸収部2の断面形状を変化させることにより、例えば、前端より、軽衝突ゾーン、大衝突ゾーン等、エネルギー吸収容量を変化させるようにすることもできる。
(A) Since the
(第3実施形態)
図7は、本発明を適用した自動車のエネルギー吸収構造の第3実施形態を示すエネルギー吸収部の斜視図である。本実施形態においては、斜め方向からの衝撃荷重の入力に対してもエネルギー吸収可能なエネルギー吸収構造としたものである。なお、図1〜図6と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a perspective view of an energy absorbing portion showing a third embodiment of the energy absorbing structure for an automobile to which the present invention is applied. In the present embodiment, an energy absorbing structure capable of absorbing energy even when an impact load is input from an oblique direction is provided. The same devices as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態のエネルギー吸収構造は、図7に示すように、エネルギー吸収部2および支持部1は、第1実施形態と同様に、一体成形で構成するものであるが、エネルギー吸収部2の断面形状を、支持部1との境界部2Aから先端に向けて徐々に小さくなるよう台形形状に形成している。このため、衝突時のエネルギー吸収部2の先端での破壊荷重は比較的小さく、支持部1側へ移るに連れて破壊荷重は増加してゆき、支持部1との境界部2Aで最も大きい破壊荷重となる。例えば、エネルギー吸収部2の断面形状(横寸法X1=40mm、縦寸法Y1=80mm)と支持部1との境界部2Aでの断面形状(横寸法X2=60mm、縦寸法Y2=120mm)とを備え、エネルギー吸収部2の長さ(L=200mm)としたときには、エネルギー吸収部2の先端部の破壊荷重は、W1=50kNとなり、支持部1との境界部2Aでの破壊荷重は、W2=100kNとなるものが得られた。これは、エネルギー吸収部2の軸方向に衝突荷重を加えた場合に、破壊荷重がW=50kNからW=100kNに連続的に変化しながら、エネルギー吸収部2の長さに亘り衝突エネルギーを吸収することを意味する。
As shown in FIG. 7, the energy absorbing structure of the present embodiment is configured such that the
上記構造のエネルギー吸収部2は、エネルギー吸収部2の軸に対して車両側方にθ=30°傾いた方向から衝突荷重を加えた場合においても、エネルギー吸収部2の支持部1との境界部2Aはエネルギー吸収部2の先端に対して断面係数が大きくなるよう台形状としているため、境界部2Aから折れることがなく、軸方向入力時と同様にエネルギー吸収させることができる。ちなみに、上記に例示した形状のエネルギー吸収部2においては、車両側方にθ=30°傾いた方向から衝突荷重を加えた斜め衝撃試験において、エネルギー吸収部2で最大曲げ応力のかかる支持部1との境界部2Aには約220MPaの曲げ応力がかかり、部材の曲げ強度250MPaを超えることはなかった。
The
ちなみに、同様のエネルギー吸収を上記台形形状とすることなく、均一断面のエネルギー吸収部で得るためには75kNの破壊荷重をもつ積層構成が必要であるが、エネルギー吸収部の断面形状を支持部と同一断面形状で均一な断面とすると、境界部にかかる最大曲げ応力が330MPaとなり、部材の曲げ強度を超えてしまい、エネルギー吸収をすることなく折れるものとなった。 Incidentally, in order to obtain the same energy absorption in the energy absorption part having a uniform cross section without making the trapezoidal shape, a laminated structure having a breaking load of 75 kN is necessary. However, the cross sectional shape of the energy absorption part is defined as the support part. When the cross-section is uniform with the same cross-sectional shape, the maximum bending stress applied to the boundary portion is 330 MPa, which exceeds the bending strength of the member, and can be broken without absorbing energy.
以上のように、本実施形態によれば、斜め方向からの入力に対しても、エネルギー吸収部2が折れることなくエネルギー吸収することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to absorb energy without breaking the
なお、上記実施形態では、エネルギー吸収部2および支持部1のFRPの板厚を一定とし、エネルギー吸収部2の外形形状を台形形状に変化させたものについて説明したが、図示しないが、例えば、エネルギー吸収部の外形形状を支持部との境界部と同様な一定形状にし、代わりにエネルギー吸収部の板厚を境界部に向けて厚くなる形状として断面係数を増加させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the FRP plate thickness of the
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。 In the present embodiment, in addition to the effect (a) in the first embodiment, the following effects can be achieved.
(ウ)エネルギー吸収部2は、支持部1との境界部2Aから先端にかけて板厚若しくは断面形状を変化させて、断面係数を減少させているため、斜め方向からの入力に対しても、支持部1との境界部2Aが折れることなくエネルギー吸収部2で衝突エネルギーを吸収することができる。
(C) Since the
(第4実施形態)
図8は、本発明を適用した自動車のエネルギー吸収構造の第4実施形態を示すエネルギー吸収構造の斜視図である。本実施形態においては、左右のフロントサイドメンバのエネルギー吸収部同士を連結して車両前方の斜め方向からの衝撃荷重の入力に対してもエネルギー吸収可能なエネルギー吸収構造としたものである。なお、図1〜図7と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a perspective view of an energy absorption structure showing a fourth embodiment of the energy absorption structure of an automobile to which the present invention is applied. In the present embodiment, the energy absorbing portions of the left and right front side members are connected to each other to form an energy absorbing structure capable of absorbing energy even when an impact load is input from an oblique direction in front of the vehicle. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態のエネルギー吸収構造は、図8に示すように、エネルギー吸収部2および支持部1は、第1実施形態と同様に、一体成形で構成するものであるが、左右フロントサイドメンバSMのエネルギー吸収部2同士も左右連結構造部材7により連結して一体化させる構成としている。
As shown in FIG. 8, in the energy absorbing structure of the present embodiment, the
上記した構成は、先ず、エネルギー吸収部2と支持部1とからなる左右のFRP製フロントサイドメンバSMを夫々単体で第1実施形態の製作要領によりRTM成形して製作する。また、左右連結構造部材7となる形状に積層してプリフォーム材を製作する。次いで、一体成形型に前記プリフォーム材とFRP製フロントサイドメンバSMの少なくともエネルギー吸収部2の連結部分とを型込めして密閉しRTM成形することにより、左右連結構造部材7とフロントサイドメンバSMとを一体成形する。これにより、エネルギー吸収部2の先端は左右連結部材7で他方のエネルギー吸収部2と一体成形による接着により連結できる。なお、図中の12は左右フロントサイドメンバSMの支持部1同士に締結手段により結合され、エンジンやサスペンションを支持するサスペンションメンバである。
In the above-described configuration, first, the left and right FRP front side members SM including the
以上の構成のエネルギー吸収構造においては、エネルギー吸収部2の軸方向に衝突荷重が入力される場合には、エネルギー吸収部2は設計した破壊荷重で先端より破壊し、衝突エネルギーを吸収する。この時、左右連結部材7との取付け部は一体成形による接着により取付けられているため、エネルギー吸収部2の破壊に伴って接着部が剥離し、エネルギー吸収部2の破壊を阻害しない。
In the energy absorbing structure having the above configuration, when a collision load is input in the axial direction of the
また、エネルギー吸収部2の軸に対して車両側方に30°傾いた方向から衝突荷重が入力される場合においては、エネルギー吸収部2同士が左右連結部材7を介して互いに支持しているため、エネルギー吸収部2の曲げ方向への入力は左右連結部材7を介して他方のエネルギー吸収部2にも分散して支持され、最大曲げ応力が発生する支持部1との境界部2Aにおいて折れることを抑制する。このため、エネルギー吸収部2の軸方向に衝突荷重が入力した場合と同様に、設計した破壊荷重で先端より破壊し、衝突エネルギーを吸収することができる。
Further, when a collision load is input from a direction inclined by 30 ° to the side of the vehicle with respect to the axis of the
ここで、左右連結部材7とエネルギー吸収部2との取付け長さを、エネルギー吸収部2が先端から破壊し、左右連結部材7との連結がなくなった残りのエネルギー吸収部2の長さに対して発生する曲げ荷重に耐えうるように予め設定することにより、衝突破壊によりエネルギー吸収部2の左右連結部分7がエネルギー吸収により破壊された後でも、支持部1との境界部の曲げ破壊を起こすことなく圧縮破壊を続け衝突エネルギーを吸収することができる。
Here, the attachment length of the left and right connecting members 7 and the
なお、上記実施形態では、左右のフロントサイドメンバSM同士を一体的に連結するものとして、エネルギー吸収部2の先端同士を左右連結部材7により連結するものについて説明したが、図示するように、支持部1の後端側も、エンジンコンパートメントの後方部分を構成する車体ダッシュパネル8により、前記左右連結部材7と同様にして、連結して一体構造とすることにより、寸法精度の高いフロントサイドメンバシステムを得ることができる。
In the above-described embodiment, the left and right front side members SM are integrally connected to each other, and the ends of the
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。 In the present embodiment, in addition to the effect (a) in the first embodiment, the following effects can be achieved.
(エ)エネルギー吸収部2は、左右のフロントサイドメンバSM同士の間で先端部が連結部材7により一体に連結されているため、斜め方向からの衝突荷重入力に対し、左右双方のフロントサイドメンバSMで衝突荷重を受けるため、エネルギー吸収部2が折れることなくエネルギー吸収することができる。
(D) Since the
(第5実施形態)
図9は、本発明を適用した自動車のエネルギー吸収構造の第5実施形態を示すエネルギー吸収構造の斜視図である。本実施形態においては、衝突エネルギー吸収作動するようエンジンにエネルギー吸収部材を取付けるようにしたものである。なお、図1〜図8と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a perspective view of an energy absorption structure showing a fifth embodiment of the energy absorption structure of an automobile to which the present invention is applied. In this embodiment, the energy absorbing member is attached to the engine so as to perform the collision energy absorbing operation. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
本実施形態のエネルギー吸収構造は、図9に示すように、エンジン15の前方にエネルギー吸収部材16を取付けるようにしたものである。前記エネルギー吸収部材16は、第1実施形態と同様に、繊維をエネルギー吸収部材16の軸方向と軸に直角方向とに配向したプリプレグをコア回りに積層巻きし、成形型に型込めしてRTM成形することによりFRP化することで形成する。エネルギー吸収部材16は、接着あるいは取付けフランジにより取付けブラケット17に固定し、取付けブラケット17をエンジン15側面(前面)に取付けることでエンジン15に固定する。
As shown in FIG. 9, the energy absorbing structure of this embodiment is configured such that an
取付けブラケット17に配置するエネルギー吸収部材16としては、車両の前方正面方向に向けて2個、車両の斜め前方、例えば、車両前後軸に対して左右方向30°側方に向けて夫々1個づつの合計4個が望ましい。車両の前方正面方向に向けての2個のエネルギー吸収部材16は、車両が前方からの衝突を受けた場合に、押し潰されてエネルギー吸収モードで圧縮破壊することで、衝突エネルギーを吸収する。車両の斜め前方に向けての2個のエネルギー吸収部材16は、車両が前後方向軸から15度以上傾いた斜め前方からの衝突を受けた時に、その方向に取付けた1つのエネルギー吸収部材16が押潰されてエネルギー吸収モードで圧縮破壊することで、衝突エネルギーを吸収する。
There are two
車両正面方向および斜め前方方向のいずれの衝突時においても、フロントサイドメンバSMのエネルギー吸収部2のエネルギー吸収動作と共同して作動させることで、より一層エネルギー吸収性能の高いエネルギー吸収構造を得ることができる。また、この場合のフロントサイドメンバを構成するエネルギー吸収部は、車両正面方向からの衝突エネルギーのみを吸収する簡略なものとできる特徴もある。
An energy absorption structure with higher energy absorption performance can be obtained by operating in cooperation with the energy absorption operation of the
なお、上記実施形態では、エネルギー吸収部材16をエンジン15前方に配置するものについて説明したが、図示しないが、例えば、乗員エリアとエンジンルームとの隔壁(ダッシュパネル)側に向くようエンジン後方にエネルギー吸収部材を取付け、衝突時にエンジンが後退することにより、ダッシュパネルとエンジンとの間でエネルギー吸収部材が潰されることによりエネルギー吸収するものであってもよい。
In the above-described embodiment, the
以上の構成のエネルギー吸収構造においては、エネルギー吸収部材16を取付ける場所として、フロントサイドメンバSMの先端部分に限定されることがないため、斜め衝撃方向に対してもエンジン15側面に取付け面を設けてエネルギー吸収部材16を配置することが可能となり、斜め方向からの衝突に対しても有効にエネルギー吸収することができる。
In the energy absorbing structure having the above configuration, the location where the
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。 In the present embodiment, in addition to the effect (a) in the first embodiment, the following effects can be achieved.
(オ)エネルギー吸収部2は、フロントサイドメンバSMの支持部1とは独立させてエンジン15の前方若しくは後方にもエネルギー吸収部材16として配置され、ラジエータコアサポートRS若しくはパンパーレインフォースBRとエンジン15の間、または、ダッシュパネル8とエンジン15との間で衝突エネルギーを吸収するため、斜め衝撃方向に対してもエンジン15側面に取付け面を設けてエネルギー吸収部材16を取付けることが可能であり、これにより斜め方向からの衝突に対してもエネルギーを吸収することができる。
(E) The
SM フロントサイドメンバ
1 支持部
2 エネルギー吸収部
3〜6 プリプレグ
7 左右連結部材
8 ダッシュパネル
15 エンジン
16 エネルギー吸収部材
SM front side member 1
Claims (4)
前記エネルギー吸収部は内部の成型用コアに対してフロントサイドメンバの長手方向とそれに直角な方向とに等分に強化繊維が配向され、
前記支持部材は内部の成型用コアに対して強化繊維がフロントサイドメンバの長手方向を含む等角度刻みに同じ重量比率により配向されて剛性や強度が支持部材の面方向のいずれの角度に対しても一様となる擬似的な等方性を持つよう配向され、
前記エネルギー吸収部に配向される強化繊維と支持部材に配向される強化繊維とは、前記エネルギー吸収部と支持部との境界部で互いに重なり合って配置され、
前記強化繊維への樹脂含浸による成形後にエネルギー吸収部内の成型用コア材およびそれに連なる支持部材内の一部の成型用コア材は抜取られて空間に形成されていることを特徴とする自動車のエネルギー吸収構造。 A fiber-reinforced plastic energy absorbing part with a cylindrical cross section made of reinforcing fibers and resin so as to cause successive crushing from the input end side due to an input load from the axial direction, and a fiber reinforced plastic connected to the energy absorbing part made of fiber reinforced plastic. A front side member formed of a support portion formed and joined to a vehicle body part;
The energy absorbing portion is oriented with reinforcing fibers equally in the longitudinal direction of the front side member and the direction perpendicular thereto with respect to the internal molding core,
The support member is oriented at the same weight ratio in steps of equal angles including the longitudinal direction of the front side member with respect to the inner molding core, so that the rigidity and strength are in any angle in the plane direction of the support member. Is also oriented to have pseudo- isotropic uniformity ,
The reinforcing fiber oriented in the energy absorbing portion and the reinforcing fiber oriented in the support member are arranged to overlap each other at the boundary between the energy absorbing portion and the support portion,
The energy of an automobile, wherein the molding core material in the energy absorbing portion and a part of the molding core material in the support member connected to the reinforcing fiber after being molded by resin impregnation into the reinforcing fiber are extracted and formed in a space. Absorbing structure.
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