歩行者保護性に優れたフードパネル及び車両フロント部構造
【課題】エンジン等の剛部材とフードパネルとのクリアランスを小さくしても、歩行者頭部が受ける衝撃を低減することができ、材料の選定に対する制限を緩和することが可能な、歩行者保護性に優れたフードパネル及びこれを採用した車両フロント部構造を提供する。
【解決手段】歩行者頭部が衝突した際に圧潰する、断面の形状が略ハット形状である補強部材を、アウターパネルとインナーパネルとの空隙部に設置し、衝突エネルギーを効果的に吸収する。補強部材の板厚ｔが０．４〜２．０ｍｍであり、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αが、１５°〜８０°であり、補強部材の板厚ｔと、傾斜角αとが、１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinαを満足する。
【解決手段】歩行者頭部が衝突した際に圧潰する、断面の形状が略ハット形状である補強部材を、アウターパネルとインナーパネルとの空隙部に設置し、衝突エネルギーを効果的に吸収する。補強部材の板厚ｔが０．４〜２．０ｍｍであり、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αが、１５°〜８０°であり、補強部材の板厚ｔと、傾斜角αとが、１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinαを満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者と自動車の衝突時に、歩行者、特に、歩行者の頭部を保護する性能、即ち、歩行者保護性に優れたフードパネル及びこのフードパネルを備えた車両フロント部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行者と自動車の衝突時における歩行者の頭部の保護が重要視され、歩行者保護性に優れるフードパネルの構造の検討が進められている。歩行者、特にその頭部がフードパネルに衝突した際には、まずアウターパネルが変形し、その後インナーパネルが変形し、衝突エネルギーが吸収される。更に、フレーム、エンジン部品などのフードパネル近傍にある部品や部材は、パネルに比べて剛性が極めて高く、それら剛性の高い部品や部材（以下、総称として剛性部材という）とフードパネルとの間隔、即ち、クリアランスが狭い場合は、フードパネルが剛性部材に接触する。
【０００３】
従来、歩行者保護性は、歩行者の頭部がフードパネルに衝突した後、フードパネルを剛性部材に接触させないように、フードパネル自体の剛性を向上させることによって確保されていた。例えば、インナーパネルの変形を抑制するために、アウターパネルとインナーパネルとの空隙に衝撃吸収体を設けたフードパネルが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に提案されたフードパネルは、衝撃力による荷重が所定の大きさを超えると、衝撃吸収体が座屈変形し、衝撃吸収体及びインナーパネルが大変形に移行し、衝撃を効果的に緩和するものである。このとき、フードの変形による移動距離を小さく抑えて衝撃エネルギーを吸収するとしているが、その許容される移動距離は、フード下の空間内を想定している。つまり、フードが剛性部材に衝突することは想定しおらず、フード下のエンジンルームに空間的余裕が必要であった。
【０００４】
これに対して、本発明者らの一部は、フードパネルが衝撃により変形し、フード下にある剛性部材と接触した場合であっても、歩行者の頭部が、直接、剛性部材からの衝撃を受けないように、インナーパネルの凹凸を利用するフードパネルを提案している（例えば、特許文献２、３）。
【０００５】
しかし、図１に示したように、自動車のフロント部の、ほぼ中央部にはエンジン１２が収納され、周囲にはフレームが配置されている。即ち、エンジンルームを覆うフードパネルの周縁部の直下には、剛性部材として、運転席側フレーム１１、フェンダー部品１３、車両前方側フレーム１４が存在する。特に、フード周縁部では、曲げ、ねじりといった挙動に対して特に強い剛性を必要とする。そのため、フード周縁部では、閉断面空間が広く設けられており、インナーパネルとフレームなどの剛性部材とのクリアランスが狭い。
【０００６】
クリアランスの狭い領域では、歩行者の頭部が衝突した際のフードパネルの移動距離が短くなり、慣性によるエネルギー吸収が小さい。また、短時間でインナーパネルと剛性部材とが衝突するため、歩行者の頭部の運動エネルギーが高い状態のまま、インナーパネルが剛性部材に衝突してしまう。特に、車体を軽量化するために、例えば、アルミニウム合金製のフードパネルを採用した場合、歩行者の頭部が衝突した際の慣性によるエネルギー吸収は更に小さくなる。そのため、インナーパネルが剛性部材に衝突すると、歩行者頭部は強い衝撃を受け易い。
【０００７】
このような問題に対して、車両の前方や後方に補強部材を設けたフードパネルが提案されている（例えば、特許文献４、５）。また、特許文献４で提案されたフードパネルは、アウターパネルとインナーパネルとの空隙に設けた補強部材が折れ曲がり易いように、応力集中部を有するハット型とした構造である。また、特許文献５で提案されたフードパネルは、アウターパネル及びインナーパネルに接合された補強部材を設け、衝撃をアウターパネル及びインナーパネルに接合された補強部材の変形により吸収させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−８０８７３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０７３２号公報
【特許文献３】特開２００８−１６８８４４号公報
【特許文献４】特開２００７−１８５９９６号公報
【特許文献５】特開２００８−１８９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、歩行者保護性の観点から、歩行者、特にその頭部が剛性部材からの衝撃を受けないように、フードパネルと剛性部材とのクリアランスを確保する必要がある。特に、フードパネルの周縁部では、予めフレームとの衝突を想定して、インナーパネルとアウターパネルとの空隙を拡大し、圧潰量を大きくすることで衝撃吸収性を向上させることは可能である。しかし、これでは、エンジンルーム内のスペースを占有するなど、エンジンルーム内をはじめ、車体の設計自由度が損なわれる。また、インナーパネルとアウターパネルとの間に広い空間を設けると、フードパネルの張り剛性、ねじり剛性を損なう恐れがある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑み、フレームやエンジン部品などの剛性部材とフードパネルのインナーパネルとのクリアランスが狭い領域に歩行者が衝突した際、特にフードパネルの周縁部で、剛性部材とインナーパネルとが接触しても、歩行者保護性に優れたフードパネル及びこれを採用した車両フロント部構造の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アウターパネルとインナーパネルとの間に設けた補強部材が圧潰すると、衝撃によって加えられたエネルギーが効果的に吸収され、さらに補強部材を最適な形状にすることにより、フード下の剛性部材と衝突するときに発生する衝撃エネルギーをも吸収すことができるという知見に基づき成されたものである。特に、本発明は、補強部材の断面の形状を略ハット形状とし、フランジ部と縦壁部との間の角度である傾斜角αと、板厚ｔとの関係を最適化したものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）アルミニウム合金製のアウターパネルとインナーパネルと、該アウターパネルと該インナーパネルとの空隙部に補強部材を設けたフードパネルであって、前記補強部材は、頂部と、両端に設けたフランジ部と、前記頂部と前記フランジ部との間の縦壁部からなる略ハット形状を有し、前記フランジ部は前記インナーパネルと接合され、前記縦壁部のうち一方又は双方が歩行者の衝突時に変形する衝撃吸収壁部であり、前記補強部材の板厚ｔが０．４〜２．０ｍｍであり、前記衝撃吸収壁部と前記フランジ部との傾斜角αが、１５°〜８０°であり、前記補強部材の板厚ｔと、前記傾斜角αとが、
１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα
を満足することを特徴とする歩行者保護性に優れたフードパネル。
【００１３】
（２）前記補強部材の頂部がアウターパネルに接合されたことを特徴とする上記（１）に記載の歩行者保護性に優れたフードパネル。
【００１４】
（３）上記（１）又は（２）に記載の補強部材が、インナーパネルと剛性部材との距離が６０ｍｍ以下である部位に設けられたフードパネルを備えることを特徴とする車両フロント部構造。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フードパネルのインナーパネルと剛性部材とのクリアランスが狭い領域、特に、フードパネルの周縁部においても、歩行者が衝突した際の衝撃エネルギーを効率良く吸収することができ、歩行者保護性が極めて向上し、車両のフロント構造の設計上の制限を小さくできる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができ、意匠に対する自由度が大きくなる。また、インナーパネルの材料として、軽量なアルミニウム合金を使用できるため、フードパネルの軽量化と歩行者保護性との両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両フロント部のフードパネル周辺に位置する剛性部材を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の補強部材を示す図である。（ｂ）は本発明の補強部材を、インナーパネルの運転席側フレームに対応する部位に設置した状態を示す図である。
【図３】本発明の補強部材を設けた状態と設けない状態において、歩行者頭部が受ける３軸方向の合成加速度の時間変化を示す図である。
【図４】補強部材を設けない状態で、衝突初期における変形挙動を模式的に示す図である。
【図５】補強部材を設けない状態で、インナーパネルが運転席側フレームに衝突した際の変形挙動を模式的に示す図である。
【図６】本発明の補強部材を設けた状態で、衝突初期における変形挙動を模式的に示す図である。
【図７】本発明の補強部材を設けた状態で、インナーパネルが運転席側フレームに衝突した際の変形挙動を模式的に示す図である。
【図８】本発明の補強部材の形状を模式的に示す図である。
【図９】本発明の補強部材の板厚ｔ及び傾斜角度αと、歩行者頭部が受ける最大加速度の相関を示す図である。
【図１０】本発明の補強部材を剛性部材直上に設置した一例を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の補強部材をフードパネルの側方に設置した一例を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の補強部材の両方の縦壁部が剛性部材直上に位置した状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、歩行者保護性の観点から成されたものであり、以下、特に重要な歩行者の頭部衝突を例に説明する。なお、本発明は、歩行者の頭部衝突に限定されることはなく、また歩行者の衝突にも限定されるものでもない。あらゆる物体と自動車フードパネルとの衝突に適用可能である。
図１に示す運転席側フレーム１１に対応する部位に、図２に示す補強部材３１を設けたフードパネルの歩行者保護性を、有限要素法（ＦＥＭという。）によって評価した。なお、ＦＥＭによる数値解析は、アルミニウム合金製フードパネルとフレームで構成されるフロント構造を想定して行った。また、比較のために、同様にして、補強部材を設けないフードパネルの歩行者保護性も評価した。歩行者保護性は、フードパネルに歩行者頭部（模擬インパクター）が衝突した際の、歩行者頭部の重心における３軸方向の合成加速度（以下、単に加速度という。）によって評価した。
【００１８】
図３に、補強部材を設けたフードパネル及び補強部材を設けないフードパネルに、模擬インパクターを衝突させた際の、模擬インパクターの加速度の時間変化を示す。図３の縦軸に示した加速度と模擬インパクターの質量の積は、衝突時に歩行者頭部が受ける衝撃力に相当する。したがって、加速度が小さいほど、歩行者保護性に優れることになる。
【００１９】
通常、アルミニウム合金製のフードパネルに歩行者頭部が衝突すると、１次の加速度ピークと、２次の加速度ピークが生じる。これらは、歩行者頭部の進行方向とは逆向きに発生する加速度である。即ち、１次の加速度ピークは、衝突初期に歩行者頭部がアウターパネルの変形及びフードパネルの慣性による反力を受け、速度が減少する際に生じる加速度である。２次の加速度ピークは、更に、フードパネルの変形が進み、インナーパネルと剛性部材との接触によって、速度が減少する際に生じる加速度である。
【００２０】
図３中の矢印Ａで示すような低い１次の加速度ピークが発生するのは、アルミニウム合金が軽量であり、慣性によるエネルギー吸収が小さいためである。１次の加速度ピークが小さいと、歩行者頭部の運動エネルギーが高い状態のまま、インナーパネルが剛性部材に衝突する。そのため、図３中の矢印Ｂで示すように、１次の加速度ピークより高い２次の加速度ピークが発生し、２次の加速度ピークが最大加速度となる。
【００２１】
なお、フードパネルの材質、クリアランスによっては、１次の加速度ピークの方が高くなり、１次の加速度ピークしか発生しない場合もある。例えば、鋼板製のフードパネルは、比重、強度が大きいため、衝突初期に受ける反力が大きくなり、１次の加速度ピークが最大加速度となる場合がある。また、インナーパネルと剛性部材とのクリアランスが極めて狭い場合は、衝突直後にそのまま剛性部材に接触し、１次の加速度ピークと２次の加速度ピークが合体し、１つの加速度ピークを生じる場合がある。
【００２２】
フードパネルに補強部材を設けない場合、衝突初期において、図４に模式的に示したように、歩行者頭部３が受ける、アウターパネル１の変形及びフードパネル４の慣性による反力が小さくなり、図３に示したように、１次の加速度ピークが低下する。更に、変形が進み、インナーパネル２が剛性部材１５に衝突した後は、図５に模式的に示したように、インナーパネル２のみが変形してエネルギーを吸収する。そのため、フードパネル４の移動、変形が制限され、歩行者頭部３が剛性部材１５から受ける衝撃は大きくなる。その結果、図３に示したように、２次の加速度ピークが非常に大きくなる。
【００２３】
一方、本発明による補強部材３１を設けた場合、衝突初期において、歩行者頭部３とアウターパネル１が衝突した直後、図６に模式的に示したようにアウターパネル１が変形し、補強部材３１の頂部３４と衝突する。そのため、図３に示したように、補強部材３１がない状態に比べて高い１次ピークが得られる。１次の加速度ピークが高いほど、歩行者頭部３は減速されるため、その後のインナーパネル２と剛性部材１５との衝突による衝撃が緩和される。更に、図７に模式的に示したように、剛性部材１５とインナーパネル２とが接触した後、補強部材３１が変形して衝撃エネルギーを吸収する。その結果、図３に示したように、補強部材３１を設けた場合、２次の加速度ピークは、補強部材３１を設けない場合に比べて、非常に小さくなる。このように、略ハット型形状の補強部材の縦壁部のうち、変形により衝撃エネルギーを吸収する縦壁部を衝撃吸収壁部とよぶ。なお、衝撃による縦壁部の変形は、衝突の方向（通常は、自動車の前進走行を前提とする。）や補強部材の相対的位置にも、若干影響される。しかし、以下に説明するように、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αと補強部材の板厚ｔを制御することにより、効率的に衝撃エネルギーを吸収させることができる。
【００２４】
次に、図８に模式的に示したフードパネル４を想定し、補強部材３１の板厚と形状とが、歩行者保護性に及ぼす影響について検討を行った。図８に示したように、アウターパネル１とインナーパネル２との空隙に設置された補強部材３１の断面形状は、インナーパネル側がフランジ部３２、３３であり、アウターパネル側に頂部３４を設けた略ハット形状であり、補強部材３１のフランジ部３２、３３と、アウターパネルに近接する頂部３４との間に、縦壁部３５、３６を有し、フランジ部３２、３３はインナーパネル２と接合されていると仮定した。
【００２５】
また、図８に示した例では、縦壁部３５、３６のうち、剛性部材１５に近い縦壁部３６が、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収する衝撃吸収壁部３６となる。したがって、補強部材のフランジ部３３と衝撃吸収壁部３６との間の角、即ち、傾斜角αは図８のα２だけとなり、この傾斜角αと、補強部材の板厚ｔとが、歩行者保護性に及ぼす影響をＦＥＭによって評価した。なお、図３と同様、歩行者頭部の加速度の時間変化を数値解析によって求め、本発明では最大加速度が２００Ｇ以下となるものを、歩行者保護性が良好であると評価した。このときのアウターパネル（板厚１．０ｍｍ）とインナーパネル（板厚０．８ｍｍ）で囲まれる閉断面空間の高さを２５ｍｍとした。補強部材は、アルミニウム合金製で高さ２５ｍｍ、図８のα１＝６０°とし、板厚ｔと傾斜角α２を変えて解析した。その結果を図９に示す。
【００２６】
図９に示したように、最大加速度が２００Ｇ以下となるのは、補強部材の板厚ｔと、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角α２が、
１．８３＜ｔ＋１．８３sinα２
及び
ｔ＋３．６７sinα２＜４．１３
の範囲内であることがわかった。
【００２７】
また、解析の結果、剛性部材に近い、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αの大きさは衝撃吸収性に影響があるが、その反対側の傾斜角に対応する角である図８のα１の大きさは、補強部材の衝撃吸収性には、あまり影響がないことが分かった。したがって、補強部材の板厚ｔと、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αとが、
１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα
を満足することが必要である。これは、定性的には、板厚ｔが厚い場合は、傾斜角αが大きすぎると衝撃吸収壁部の変形し難く、板厚ｔが薄い場合は、傾斜角αが小さすぎると衝撃吸収壁部が変形し易く、エネルギーの吸収が不十分であることを意味する。
【００２８】
更に実用性を考えると、補強部材の板厚ｔは、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。補強部材の板厚ｔは２．０ｍｍより厚過ぎると軽量性を損ない、０．４ｍｍより薄すぎると成形が困難になる。また、傾斜角αについても同様に、傾斜角αは１５°〜８０°の範囲とすることが好ましい。αが、１５°より小さすぎると、上方からの衝撃を受ける補強部材の頂部をアウターパネルと接触させることが難しい場合があり、８０°より大きすぎると、成形が困難になることがある。
【００２９】
また、インナーパネルの板厚が１．０ｍｍ超、アウターパネルの板厚が１．２ｍｍ超である場合は、板厚が厚すぎるため、フードパネルが変形し難くなる。そのため、衝突初期の、衝撃力が大きくなりすぎる。一方、インナーパネルの板厚が０．７ｍｍ未満、アウターパネルの板厚が０．８ｍｍ未満であると、補強部材を設けても、フードパネルが変形し易いため、剛性部材と衝突した際の衝撃力が大きくなりすぎる。したがって、歩行者保護性を確保するためには、インナーパネルの板厚は０．７〜１．０ｍｍ、アウターパネルの板厚は０．８〜１．２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００３０】
以下、本発明のフードパネルについて、詳細に説明する。図８、図１０は、本発明のフードパネルの断面の模式図である。アウターパネル１とインナーパネル２との空隙に設置された補強部材３１の断面形状は、インナーパネル側がフランジ部３２、３３であり、アウターパネル側に頂部３４を設けた略ハット形状であり、補強部材のフランジ部３２、３３と、アウターパネル２に近接する頂部３４との間に、縦壁部３５、３６を有している。なお、フランジ部３２、３３は、例えば、スポット溶接や接着剤などによって、インナーパネル２と接合されている。
【００３１】
図８では、縦壁部３５、３６のうち、縦壁部３６のみが、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収する。このような場合は、縦壁部３６のみが衝撃吸収壁部となる。したがって、補強部材のフランジ部３３と、衝撃吸収壁部３６との間の角、即ち、傾斜角α2は、補強部材の板厚ｔと、
１．８３＜ｔ＋１．８３sinα2
及び
ｔ＋３．６７sinα2＜４．１３
の範囲を満足することが必要である。この場合も、傾斜角α１、α２は、同一であっても、相違しても良い。
【００３２】
一方、図１０は、補強部材３１が剛性部材１５の直上に配置された例である。この場合、縦壁部３５、３６は、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収するため、両者が衝撃吸収壁部となる。したがって、補強部材のフランジ部３２、３３と、衝撃吸収壁部３５、３６との間の角、即ち、傾斜角α１、α２は、補強部材の板厚ｔと、それぞれ、
１．８３（１−sinα1）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα1
並びに、
１．８３（１−sinα2）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα2
の範囲を満足することが必要である。なお、傾斜角α１、α２は、同一であっても、相違してもよい。
【００３３】
また、補強部材頂部の数点にシーラントを塗布し、補強部材とアウターパネルとを接合しても良い。補強部材の頂部をアウターパネルと接着させると、歩行者の頭部がアウターパネルに衝突した際の衝撃は、補強部材を介してインナーパネルに迅速に伝達する。これにより、慣性による衝撃エネルギーの吸収性を向上することができる。
【００３４】
歩行者の頭部３がフードパネル４の中央付近に衝突する場合は、剛性部材であるエンジン部品とインナーパネル２との接触が懸念されるため、長手方向を車幅方向とした補強部材を、図１０に例示したように、配設すれば良い。また、長手方向は、車両進行方向としてもよく、周辺の部品や歩行者保護性に適応させて補強部材を左右に分離してもよいし、車幅方向の中央のみに設けてもよい。
【００３５】
また、歩行者の頭部がフードパネルの前方又は後方に衝突する場合は、長手方向を車幅方向とした補強部材３１を、図８に例示したように配設すれば良い。この場合も、補強部材３１を左右に分離してもよいし、車幅方向の中央のみに設けてもよい。
【００３６】
更に、歩行者の頭部２がフードパネル４の側方に衝突する場合は、例えば、フェンダー部品１３と近接するような、フードパネル４の側部に、図１１に例示したように、長手方向を車両進行方向とする補強部材を配設すればよい。また、補強部材を前後に分離してもよいし、車両進行方向の中央のみに設けるなどの配設方法でもよい。
【００３７】
図８、図１０、図１１では頂部３４、衝撃吸収壁部３５、３６、フランジ部３２、３３は、いずれも平坦な形状をしているが、強度設計上、ビード部や、切欠部、また屈曲部分の内角側などに四面体形状に突出したスプリングバック防止用の補強部などを適宜設置してもよい。
【００３８】
また、アウターパネルと補強部材との衝突によって生じる１次の加速度ピークを高く立ち上げるためには、アウターパネルと補強部材との間隔を狭く設定することが好ましい。 表１に、アウターパネルとインナーパネルで形成される閉断面空間の高さ２５ｍｍとした場合に、補強部材の高さによる最大加速度の測定結果を示す。実験条件は、図８に示すものと同じであり、α１＝６０°、α２（補強部材角度）＝４５°、補強部材の板厚＝０．８ｍｍで実施した。結果からもわかるように、アウターパネルとインナーパネルで形成される閉断面空間の高さに対して、８０％以上の高さを有していれば、２００Ｇ以下にすることができることを確認した。この高さの比率を上げれば、衝撃による加速度を低減することができ、最も望ましくは、補強部材をアウターパネルと近接させ、もしくは接合することである。特に、アウターパネルと補強部材とが、シーラントで固定される状態が最適である。アウターパネルと補強部材とがシーラントで接着されていれば、歩行者頭部とアウターパネルの衝突時の衝撃が、そのままフードパネル全体に伝達されるため、慣性によるエネルギー吸収が向上し、１次の加速度ピークが高くなる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
本発明の補強部材は、インナーパネルとエンジンやフレームなどの剛性部材とのクリアランスが狭い領域に歩行者頭部が衝突した場合に、特に有効である。例えば、アルミニウム合金製のフードパネルに歩行者頭部が衝突した場合、６０ｍｍは変位することが確認されていることから、剛性部材とのクリアランス６０ｍｍ以下となるような部位に有効である。したがって、車両フロント構造として、インナーパネルと剛性部材との距離が６０ｍｍ以下である部位に、補強部材が設けられたフードパネルを備えることが好ましい。これにより、車両フロント構造の設計上の制限を小さくできる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができるなど、意匠に対する自由度を大きくすることができる。
【００４１】
また、本発明のフードパネルの材料は、軽量性、加工性、材料特性の安定性等の観点から、アルミニウム合金が好適である。アルミニウム合金を採用することにより、フードパネルの軽量性と歩行者保護性とを両立することができる。なお、本発明のアウターパネル、インナーパネル、補強部材は、複雑な構造ではないため、特に成形性の優れた材料でなくとも、適用することができる。
【００４２】
また、アルミニウム合金のうち、強度及び成形性と製造コストの観点から、６０００系アルミニウム合金が最適である。また、成形性が特に必要とされる場合は、５０００系アルミニウム合金が好ましいが、３０００系、７０００系のアルミニウム合金を使用しても良い。
【実施例１】
【００４３】
全長が９００〜１５００ｍｍ、全幅が１２００〜２０００ｍｍのフードパネルを想定し、歩行者頭部保護基準の子供用インパクターを衝突させる試験に相当する数値解析を実施した。本発明の補強部材は、フードパネルの車両後方部分の下方の、車両後方側の空隙に設置させた。更に、インナーパネルからのクリアランスが５５ｍｍとなる位置に剛性部材となるフレームが備わった車両用フロント構造とした。直径１６５ｍｍ、重量３．５ｋｇのインパクターを、５０°の角度、３５ｋｍ／ｈの速度で衝突させた際の数値解析を、汎用の動的陽解法の解析コードで行い、歩行者頭部が受ける衝撃を求め、最大の加速度を評価した。
【００４４】
補強部材は、断面が略ハット型形状であり、車幅方向に延伸した形状とした。また、インナーパネルと補強部材のフランジ部はスポット溶接によって接合されており、アウターパネルと補強部材の頂部は、シーラントで接着されているものとした。更に、図８に模式的に示したように、剛性部材１５と近い縦壁部３６が、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収する衝撃吸収壁部となる。したがって、図８の角α２が傾斜角αとなり、それと補強部材３１の板厚ｔとが、歩行者保護性に及ぼす影響を数値解析によって評価した。
【００４５】
補強部材の材質は、自動車パネル用の６０００系アルミニウム合金を想定した。６０００系アルミニウム合金の特性値は、Ｍｇを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．５〜１．５％含有し、残部Ａｌからなるもの、更にＣｕを０．１〜１．５％含有するものを予め製造し、引張試験を行って求めて使用した。なお、フードパネルの材質は、同様に、自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。アウターパネルとインナーパネルで囲まれる閉断面空間の高さを２５ｍｍとし、補強部材の高さも２５ｍｍ、図８のα１に相当する角度を６０°とした。
【００４６】
数値解析結果を表２に示す。歩行者頭部が受ける衝撃において、最大加速度が２００Ｇ以下となるものを良好と評価した。なお、表２のＮｏ．９は、補強部材設置の効果を比較検証するため、補強部材を設けない従来の車両のフロント構造の数値解析結果である。
【００４７】
【表２】
【００４８】
Ｎｏ．１〜４は、補強部材の板厚が０．８ｍｍの例である。この場合、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３及びＮｏ．４に示したように、傾斜角度が３５°以上になると、衝撃吸収壁部の変形強度が適切になり、最大加速度が２００Ｇ以下となる。一方、Ｎｏ．１は、傾斜角度が３０°であり、板厚に対して傾斜角αが小さすぎるため、衝撃吸収壁部が変形し易くなり、歩行者頭部が受ける最大加速度が２００Ｇを超えた比較例である。
【００４９】
また、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は、補強部材の板厚が１．０ｍｍの例である。この場合は、衝撃吸収壁部の変形強度が高まり、Ｎｏ．６、７に示したように、傾斜角度が３０°、４５°では、歩行者頭部が受ける最大加速度が２００Ｇ以下となった。一方、Ｎｏ．５に示したように、傾斜角度が２５°では、板厚に対して傾斜角αが小さすぎるため、衝撃吸収壁部が変形し易くなり、Ｎｏ．８に示したように傾斜角度が６０°では、板厚に対して傾斜角αが大きすぎるため、衝撃吸収壁部が変形し難くなる。そのため、Ｎｏ．５及び８は、歩行者頭部が受ける最大加速度が２００Ｇを超えた比較例である。
【実施例２】
【００５０】
実施例１と同様にして、補強部材を、６０００系、５０００系及び３０００系アルミニウム合金とし、数値解析によって歩行者保護性を評価した。６０００系、５０００系及び３０００系アルミニウム合金の、各アルミニウム合金の０．２％耐力、引張強度及びＢＨ特性を表２に示す。なお、６０００系合金の成分組成は、０．６％Ｍｇ、１．０％Ｓｉ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、５０００系合金の成分組成は、４．５％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、３０００系合金の成分組成は、１．２％Ｍｎ、１．０％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物である。フードパネルと補強部材の形状は、実施例１と同じとした。
【００５１】
表３に示したアルミニウム合金の引張性質は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して作製した引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定した。また、ＢＨ後の耐力は、ＪＩＳ Ｇ ３１３５の附属書に記載された塗装焼付硬化試験方法と同様、予歪みを２％、時効温度を１７０℃、時効時間を２０分として測定したＢＨ量である。
【００５２】
【表３】
【００５３】
フードパネルの材質は自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。補強部材の形状は、板厚ｔを１．０ｍｍ、傾斜角度αを４５°とした。解析結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
Ｎｏ．１〜３より、本発明による補強部材にいずれの合金を適用しても、最大加速度が２００Ｇを下回り、優れた歩行者保護性が発揮されることが認められた。
【実施例３】
【００５６】
図１２に示すように、補強部材３１の縦壁部３５及び３６がともに剛性部材１５直上に位置した場合を想定し、実施例１と同様にして、歩行者保護性に及ぼす影響を数値解析によって評価した。この場合、縦壁部３５、３６とも衝撃吸収壁部となるため、傾斜角はα１とα２となる。フードパネルの材質は自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。補強部材の材質は自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、形状は板厚ｔを１．０ｍｍ、傾斜角α(＝α１＝α２)を４５°とした。比較のため、補強部材を設けない従来の車両のフロント構造をＮｏ．２として記入した。解析結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】
【００５８】
衝撃吸収壁部の片側のみが剛性部材の直上に位置する実施例１の結果に比べると、最大加速度が若干大きくなるが、本発明による補強部材によれば、歩行者頭部が受ける最大加速度を２００Ｇ以下にすることができる。一方、補強部材を設けない従来の車両のフロント構造では衝撃を吸収しきれず、２００Ｇを超える加速度が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、フードパネルのインナーパネルと剛性部材とのクリアランスが狭い領域、特に、フードパネルの周縁部においても、歩行者が衝突した際の衝撃エネルギーを効率良く吸収することができ、歩行者保護性が極めて向上し、車両のフロント構造の設計上の制限を小さくできる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができ、意匠に対する自由度が大きくなる。
また、インナーパネルの材料として、軽量なアルミニウム合金を使用できるため、フードパネルの軽量化と歩行者保護性との両立が可能となる。したがって、本発明によれば、意匠性に加えて、燃費性能及び運動性能の向上が可能な、歩行者保護性に優れたフードパネル及び車両のフロント構造を提供することができ、産業上の貢献が極めて高いと確信する。
【符号の説明】
【００６０】
１ アウターパネル
２ インナーパネル
３ 頭部（インパクター）
４ フードパネル
１１ 運転席側フレーム
１２ エンジン
１３ フェンダー部品
１４ 車両前方側フレーム
１５ 剛性部材
２１ フードパネルの輪郭線
３１ 補強部材
３２ フランジ部ａ
３３ フランジ部ｂ
３４ 頂部
３５ 衝撃吸収縦壁部ａ
３６ 衝撃吸収縦壁部ｂ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者と自動車の衝突時に、歩行者、特に、歩行者の頭部を保護する性能、即ち、歩行者保護性に優れたフードパネル及びこのフードパネルを備えた車両フロント部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行者と自動車の衝突時における歩行者の頭部の保護が重要視され、歩行者保護性に優れるフードパネルの構造の検討が進められている。歩行者、特にその頭部がフードパネルに衝突した際には、まずアウターパネルが変形し、その後インナーパネルが変形し、衝突エネルギーが吸収される。更に、フレーム、エンジン部品などのフードパネル近傍にある部品や部材は、パネルに比べて剛性が極めて高く、それら剛性の高い部品や部材（以下、総称として剛性部材という）とフードパネルとの間隔、即ち、クリアランスが狭い場合は、フードパネルが剛性部材に接触する。
【０００３】
従来、歩行者保護性は、歩行者の頭部がフードパネルに衝突した後、フードパネルを剛性部材に接触させないように、フードパネル自体の剛性を向上させることによって確保されていた。例えば、インナーパネルの変形を抑制するために、アウターパネルとインナーパネルとの空隙に衝撃吸収体を設けたフードパネルが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に提案されたフードパネルは、衝撃力による荷重が所定の大きさを超えると、衝撃吸収体が座屈変形し、衝撃吸収体及びインナーパネルが大変形に移行し、衝撃を効果的に緩和するものである。このとき、フードの変形による移動距離を小さく抑えて衝撃エネルギーを吸収するとしているが、その許容される移動距離は、フード下の空間内を想定している。つまり、フードが剛性部材に衝突することは想定しおらず、フード下のエンジンルームに空間的余裕が必要であった。
【０００４】
これに対して、本発明者らの一部は、フードパネルが衝撃により変形し、フード下にある剛性部材と接触した場合であっても、歩行者の頭部が、直接、剛性部材からの衝撃を受けないように、インナーパネルの凹凸を利用するフードパネルを提案している（例えば、特許文献２、３）。
【０００５】
しかし、図１に示したように、自動車のフロント部の、ほぼ中央部にはエンジン１２が収納され、周囲にはフレームが配置されている。即ち、エンジンルームを覆うフードパネルの周縁部の直下には、剛性部材として、運転席側フレーム１１、フェンダー部品１３、車両前方側フレーム１４が存在する。特に、フード周縁部では、曲げ、ねじりといった挙動に対して特に強い剛性を必要とする。そのため、フード周縁部では、閉断面空間が広く設けられており、インナーパネルとフレームなどの剛性部材とのクリアランスが狭い。
【０００６】
クリアランスの狭い領域では、歩行者の頭部が衝突した際のフードパネルの移動距離が短くなり、慣性によるエネルギー吸収が小さい。また、短時間でインナーパネルと剛性部材とが衝突するため、歩行者の頭部の運動エネルギーが高い状態のまま、インナーパネルが剛性部材に衝突してしまう。特に、車体を軽量化するために、例えば、アルミニウム合金製のフードパネルを採用した場合、歩行者の頭部が衝突した際の慣性によるエネルギー吸収は更に小さくなる。そのため、インナーパネルが剛性部材に衝突すると、歩行者頭部は強い衝撃を受け易い。
【０００７】
このような問題に対して、車両の前方や後方に補強部材を設けたフードパネルが提案されている（例えば、特許文献４、５）。また、特許文献４で提案されたフードパネルは、アウターパネルとインナーパネルとの空隙に設けた補強部材が折れ曲がり易いように、応力集中部を有するハット型とした構造である。また、特許文献５で提案されたフードパネルは、アウターパネル及びインナーパネルに接合された補強部材を設け、衝撃をアウターパネル及びインナーパネルに接合された補強部材の変形により吸収させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０８−８０８７３号公報
【特許文献２】特開２００８−３０７３２号公報
【特許文献３】特開２００８−１６８８４４号公報
【特許文献４】特開２００７−１８５９９６号公報
【特許文献５】特開２００８−１８９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、歩行者保護性の観点から、歩行者、特にその頭部が剛性部材からの衝撃を受けないように、フードパネルと剛性部材とのクリアランスを確保する必要がある。特に、フードパネルの周縁部では、予めフレームとの衝突を想定して、インナーパネルとアウターパネルとの空隙を拡大し、圧潰量を大きくすることで衝撃吸収性を向上させることは可能である。しかし、これでは、エンジンルーム内のスペースを占有するなど、エンジンルーム内をはじめ、車体の設計自由度が損なわれる。また、インナーパネルとアウターパネルとの間に広い空間を設けると、フードパネルの張り剛性、ねじり剛性を損なう恐れがある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑み、フレームやエンジン部品などの剛性部材とフードパネルのインナーパネルとのクリアランスが狭い領域に歩行者が衝突した際、特にフードパネルの周縁部で、剛性部材とインナーパネルとが接触しても、歩行者保護性に優れたフードパネル及びこれを採用した車両フロント部構造の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、アウターパネルとインナーパネルとの間に設けた補強部材が圧潰すると、衝撃によって加えられたエネルギーが効果的に吸収され、さらに補強部材を最適な形状にすることにより、フード下の剛性部材と衝突するときに発生する衝撃エネルギーをも吸収すことができるという知見に基づき成されたものである。特に、本発明は、補強部材の断面の形状を略ハット形状とし、フランジ部と縦壁部との間の角度である傾斜角αと、板厚ｔとの関係を最適化したものであり、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）アルミニウム合金製のアウターパネルとインナーパネルと、該アウターパネルと該インナーパネルとの空隙部に補強部材を設けたフードパネルであって、前記補強部材は、頂部と、両端に設けたフランジ部と、前記頂部と前記フランジ部との間の縦壁部からなる略ハット形状を有し、前記フランジ部は前記インナーパネルと接合され、前記縦壁部のうち一方又は双方が歩行者の衝突時に変形する衝撃吸収壁部であり、前記補強部材の板厚ｔが０．４〜２．０ｍｍであり、前記衝撃吸収壁部と前記フランジ部との傾斜角αが、１５°〜８０°であり、前記補強部材の板厚ｔと、前記傾斜角αとが、
１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα
を満足することを特徴とする歩行者保護性に優れたフードパネル。
【００１３】
（２）前記補強部材の頂部がアウターパネルに接合されたことを特徴とする上記（１）に記載の歩行者保護性に優れたフードパネル。
【００１４】
（３）上記（１）又は（２）に記載の補強部材が、インナーパネルと剛性部材との距離が６０ｍｍ以下である部位に設けられたフードパネルを備えることを特徴とする車両フロント部構造。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フードパネルのインナーパネルと剛性部材とのクリアランスが狭い領域、特に、フードパネルの周縁部においても、歩行者が衝突した際の衝撃エネルギーを効率良く吸収することができ、歩行者保護性が極めて向上し、車両のフロント構造の設計上の制限を小さくできる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができ、意匠に対する自由度が大きくなる。また、インナーパネルの材料として、軽量なアルミニウム合金を使用できるため、フードパネルの軽量化と歩行者保護性との両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両フロント部のフードパネル周辺に位置する剛性部材を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の補強部材を示す図である。（ｂ）は本発明の補強部材を、インナーパネルの運転席側フレームに対応する部位に設置した状態を示す図である。
【図３】本発明の補強部材を設けた状態と設けない状態において、歩行者頭部が受ける３軸方向の合成加速度の時間変化を示す図である。
【図４】補強部材を設けない状態で、衝突初期における変形挙動を模式的に示す図である。
【図５】補強部材を設けない状態で、インナーパネルが運転席側フレームに衝突した際の変形挙動を模式的に示す図である。
【図６】本発明の補強部材を設けた状態で、衝突初期における変形挙動を模式的に示す図である。
【図７】本発明の補強部材を設けた状態で、インナーパネルが運転席側フレームに衝突した際の変形挙動を模式的に示す図である。
【図８】本発明の補強部材の形状を模式的に示す図である。
【図９】本発明の補強部材の板厚ｔ及び傾斜角度αと、歩行者頭部が受ける最大加速度の相関を示す図である。
【図１０】本発明の補強部材を剛性部材直上に設置した一例を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の補強部材をフードパネルの側方に設置した一例を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の補強部材の両方の縦壁部が剛性部材直上に位置した状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明は、歩行者保護性の観点から成されたものであり、以下、特に重要な歩行者の頭部衝突を例に説明する。なお、本発明は、歩行者の頭部衝突に限定されることはなく、また歩行者の衝突にも限定されるものでもない。あらゆる物体と自動車フードパネルとの衝突に適用可能である。
図１に示す運転席側フレーム１１に対応する部位に、図２に示す補強部材３１を設けたフードパネルの歩行者保護性を、有限要素法（ＦＥＭという。）によって評価した。なお、ＦＥＭによる数値解析は、アルミニウム合金製フードパネルとフレームで構成されるフロント構造を想定して行った。また、比較のために、同様にして、補強部材を設けないフードパネルの歩行者保護性も評価した。歩行者保護性は、フードパネルに歩行者頭部（模擬インパクター）が衝突した際の、歩行者頭部の重心における３軸方向の合成加速度（以下、単に加速度という。）によって評価した。
【００１８】
図３に、補強部材を設けたフードパネル及び補強部材を設けないフードパネルに、模擬インパクターを衝突させた際の、模擬インパクターの加速度の時間変化を示す。図３の縦軸に示した加速度と模擬インパクターの質量の積は、衝突時に歩行者頭部が受ける衝撃力に相当する。したがって、加速度が小さいほど、歩行者保護性に優れることになる。
【００１９】
通常、アルミニウム合金製のフードパネルに歩行者頭部が衝突すると、１次の加速度ピークと、２次の加速度ピークが生じる。これらは、歩行者頭部の進行方向とは逆向きに発生する加速度である。即ち、１次の加速度ピークは、衝突初期に歩行者頭部がアウターパネルの変形及びフードパネルの慣性による反力を受け、速度が減少する際に生じる加速度である。２次の加速度ピークは、更に、フードパネルの変形が進み、インナーパネルと剛性部材との接触によって、速度が減少する際に生じる加速度である。
【００２０】
図３中の矢印Ａで示すような低い１次の加速度ピークが発生するのは、アルミニウム合金が軽量であり、慣性によるエネルギー吸収が小さいためである。１次の加速度ピークが小さいと、歩行者頭部の運動エネルギーが高い状態のまま、インナーパネルが剛性部材に衝突する。そのため、図３中の矢印Ｂで示すように、１次の加速度ピークより高い２次の加速度ピークが発生し、２次の加速度ピークが最大加速度となる。
【００２１】
なお、フードパネルの材質、クリアランスによっては、１次の加速度ピークの方が高くなり、１次の加速度ピークしか発生しない場合もある。例えば、鋼板製のフードパネルは、比重、強度が大きいため、衝突初期に受ける反力が大きくなり、１次の加速度ピークが最大加速度となる場合がある。また、インナーパネルと剛性部材とのクリアランスが極めて狭い場合は、衝突直後にそのまま剛性部材に接触し、１次の加速度ピークと２次の加速度ピークが合体し、１つの加速度ピークを生じる場合がある。
【００２２】
フードパネルに補強部材を設けない場合、衝突初期において、図４に模式的に示したように、歩行者頭部３が受ける、アウターパネル１の変形及びフードパネル４の慣性による反力が小さくなり、図３に示したように、１次の加速度ピークが低下する。更に、変形が進み、インナーパネル２が剛性部材１５に衝突した後は、図５に模式的に示したように、インナーパネル２のみが変形してエネルギーを吸収する。そのため、フードパネル４の移動、変形が制限され、歩行者頭部３が剛性部材１５から受ける衝撃は大きくなる。その結果、図３に示したように、２次の加速度ピークが非常に大きくなる。
【００２３】
一方、本発明による補強部材３１を設けた場合、衝突初期において、歩行者頭部３とアウターパネル１が衝突した直後、図６に模式的に示したようにアウターパネル１が変形し、補強部材３１の頂部３４と衝突する。そのため、図３に示したように、補強部材３１がない状態に比べて高い１次ピークが得られる。１次の加速度ピークが高いほど、歩行者頭部３は減速されるため、その後のインナーパネル２と剛性部材１５との衝突による衝撃が緩和される。更に、図７に模式的に示したように、剛性部材１５とインナーパネル２とが接触した後、補強部材３１が変形して衝撃エネルギーを吸収する。その結果、図３に示したように、補強部材３１を設けた場合、２次の加速度ピークは、補強部材３１を設けない場合に比べて、非常に小さくなる。このように、略ハット型形状の補強部材の縦壁部のうち、変形により衝撃エネルギーを吸収する縦壁部を衝撃吸収壁部とよぶ。なお、衝撃による縦壁部の変形は、衝突の方向（通常は、自動車の前進走行を前提とする。）や補強部材の相対的位置にも、若干影響される。しかし、以下に説明するように、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αと補強部材の板厚ｔを制御することにより、効率的に衝撃エネルギーを吸収させることができる。
【００２４】
次に、図８に模式的に示したフードパネル４を想定し、補強部材３１の板厚と形状とが、歩行者保護性に及ぼす影響について検討を行った。図８に示したように、アウターパネル１とインナーパネル２との空隙に設置された補強部材３１の断面形状は、インナーパネル側がフランジ部３２、３３であり、アウターパネル側に頂部３４を設けた略ハット形状であり、補強部材３１のフランジ部３２、３３と、アウターパネルに近接する頂部３４との間に、縦壁部３５、３６を有し、フランジ部３２、３３はインナーパネル２と接合されていると仮定した。
【００２５】
また、図８に示した例では、縦壁部３５、３６のうち、剛性部材１５に近い縦壁部３６が、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収する衝撃吸収壁部３６となる。したがって、補強部材のフランジ部３３と衝撃吸収壁部３６との間の角、即ち、傾斜角αは図８のα２だけとなり、この傾斜角αと、補強部材の板厚ｔとが、歩行者保護性に及ぼす影響をＦＥＭによって評価した。なお、図３と同様、歩行者頭部の加速度の時間変化を数値解析によって求め、本発明では最大加速度が２００Ｇ以下となるものを、歩行者保護性が良好であると評価した。このときのアウターパネル（板厚１．０ｍｍ）とインナーパネル（板厚０．８ｍｍ）で囲まれる閉断面空間の高さを２５ｍｍとした。補強部材は、アルミニウム合金製で高さ２５ｍｍ、図８のα１＝６０°とし、板厚ｔと傾斜角α２を変えて解析した。その結果を図９に示す。
【００２６】
図９に示したように、最大加速度が２００Ｇ以下となるのは、補強部材の板厚ｔと、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角α２が、
１．８３＜ｔ＋１．８３sinα２
及び
ｔ＋３．６７sinα２＜４．１３
の範囲内であることがわかった。
【００２７】
また、解析の結果、剛性部材に近い、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αの大きさは衝撃吸収性に影響があるが、その反対側の傾斜角に対応する角である図８のα１の大きさは、補強部材の衝撃吸収性には、あまり影響がないことが分かった。したがって、補強部材の板厚ｔと、衝撃吸収壁部とフランジ部との傾斜角αとが、
１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα
を満足することが必要である。これは、定性的には、板厚ｔが厚い場合は、傾斜角αが大きすぎると衝撃吸収壁部の変形し難く、板厚ｔが薄い場合は、傾斜角αが小さすぎると衝撃吸収壁部が変形し易く、エネルギーの吸収が不十分であることを意味する。
【００２８】
更に実用性を考えると、補強部材の板厚ｔは、０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。補強部材の板厚ｔは２．０ｍｍより厚過ぎると軽量性を損ない、０．４ｍｍより薄すぎると成形が困難になる。また、傾斜角αについても同様に、傾斜角αは１５°〜８０°の範囲とすることが好ましい。αが、１５°より小さすぎると、上方からの衝撃を受ける補強部材の頂部をアウターパネルと接触させることが難しい場合があり、８０°より大きすぎると、成形が困難になることがある。
【００２９】
また、インナーパネルの板厚が１．０ｍｍ超、アウターパネルの板厚が１．２ｍｍ超である場合は、板厚が厚すぎるため、フードパネルが変形し難くなる。そのため、衝突初期の、衝撃力が大きくなりすぎる。一方、インナーパネルの板厚が０．７ｍｍ未満、アウターパネルの板厚が０．８ｍｍ未満であると、補強部材を設けても、フードパネルが変形し易いため、剛性部材と衝突した際の衝撃力が大きくなりすぎる。したがって、歩行者保護性を確保するためには、インナーパネルの板厚は０．７〜１．０ｍｍ、アウターパネルの板厚は０．８〜１．２ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００３０】
以下、本発明のフードパネルについて、詳細に説明する。図８、図１０は、本発明のフードパネルの断面の模式図である。アウターパネル１とインナーパネル２との空隙に設置された補強部材３１の断面形状は、インナーパネル側がフランジ部３２、３３であり、アウターパネル側に頂部３４を設けた略ハット形状であり、補強部材のフランジ部３２、３３と、アウターパネル２に近接する頂部３４との間に、縦壁部３５、３６を有している。なお、フランジ部３２、３３は、例えば、スポット溶接や接着剤などによって、インナーパネル２と接合されている。
【００３１】
図８では、縦壁部３５、３６のうち、縦壁部３６のみが、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収する。このような場合は、縦壁部３６のみが衝撃吸収壁部となる。したがって、補強部材のフランジ部３３と、衝撃吸収壁部３６との間の角、即ち、傾斜角α2は、補強部材の板厚ｔと、
１．８３＜ｔ＋１．８３sinα2
及び
ｔ＋３．６７sinα2＜４．１３
の範囲を満足することが必要である。この場合も、傾斜角α１、α２は、同一であっても、相違しても良い。
【００３２】
一方、図１０は、補強部材３１が剛性部材１５の直上に配置された例である。この場合、縦壁部３５、３６は、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収するため、両者が衝撃吸収壁部となる。したがって、補強部材のフランジ部３２、３３と、衝撃吸収壁部３５、３６との間の角、即ち、傾斜角α１、α２は、補強部材の板厚ｔと、それぞれ、
１．８３（１−sinα1）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα1
並びに、
１．８３（１−sinα2）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα2
の範囲を満足することが必要である。なお、傾斜角α１、α２は、同一であっても、相違してもよい。
【００３３】
また、補強部材頂部の数点にシーラントを塗布し、補強部材とアウターパネルとを接合しても良い。補強部材の頂部をアウターパネルと接着させると、歩行者の頭部がアウターパネルに衝突した際の衝撃は、補強部材を介してインナーパネルに迅速に伝達する。これにより、慣性による衝撃エネルギーの吸収性を向上することができる。
【００３４】
歩行者の頭部３がフードパネル４の中央付近に衝突する場合は、剛性部材であるエンジン部品とインナーパネル２との接触が懸念されるため、長手方向を車幅方向とした補強部材を、図１０に例示したように、配設すれば良い。また、長手方向は、車両進行方向としてもよく、周辺の部品や歩行者保護性に適応させて補強部材を左右に分離してもよいし、車幅方向の中央のみに設けてもよい。
【００３５】
また、歩行者の頭部がフードパネルの前方又は後方に衝突する場合は、長手方向を車幅方向とした補強部材３１を、図８に例示したように配設すれば良い。この場合も、補強部材３１を左右に分離してもよいし、車幅方向の中央のみに設けてもよい。
【００３６】
更に、歩行者の頭部２がフードパネル４の側方に衝突する場合は、例えば、フェンダー部品１３と近接するような、フードパネル４の側部に、図１１に例示したように、長手方向を車両進行方向とする補強部材を配設すればよい。また、補強部材を前後に分離してもよいし、車両進行方向の中央のみに設けるなどの配設方法でもよい。
【００３７】
図８、図１０、図１１では頂部３４、衝撃吸収壁部３５、３６、フランジ部３２、３３は、いずれも平坦な形状をしているが、強度設計上、ビード部や、切欠部、また屈曲部分の内角側などに四面体形状に突出したスプリングバック防止用の補強部などを適宜設置してもよい。
【００３８】
また、アウターパネルと補強部材との衝突によって生じる１次の加速度ピークを高く立ち上げるためには、アウターパネルと補強部材との間隔を狭く設定することが好ましい。 表１に、アウターパネルとインナーパネルで形成される閉断面空間の高さ２５ｍｍとした場合に、補強部材の高さによる最大加速度の測定結果を示す。実験条件は、図８に示すものと同じであり、α１＝６０°、α２（補強部材角度）＝４５°、補強部材の板厚＝０．８ｍｍで実施した。結果からもわかるように、アウターパネルとインナーパネルで形成される閉断面空間の高さに対して、８０％以上の高さを有していれば、２００Ｇ以下にすることができることを確認した。この高さの比率を上げれば、衝撃による加速度を低減することができ、最も望ましくは、補強部材をアウターパネルと近接させ、もしくは接合することである。特に、アウターパネルと補強部材とが、シーラントで固定される状態が最適である。アウターパネルと補強部材とがシーラントで接着されていれば、歩行者頭部とアウターパネルの衝突時の衝撃が、そのままフードパネル全体に伝達されるため、慣性によるエネルギー吸収が向上し、１次の加速度ピークが高くなる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
本発明の補強部材は、インナーパネルとエンジンやフレームなどの剛性部材とのクリアランスが狭い領域に歩行者頭部が衝突した場合に、特に有効である。例えば、アルミニウム合金製のフードパネルに歩行者頭部が衝突した場合、６０ｍｍは変位することが確認されていることから、剛性部材とのクリアランス６０ｍｍ以下となるような部位に有効である。したがって、車両フロント構造として、インナーパネルと剛性部材との距離が６０ｍｍ以下である部位に、補強部材が設けられたフードパネルを備えることが好ましい。これにより、車両フロント構造の設計上の制限を小さくできる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができるなど、意匠に対する自由度を大きくすることができる。
【００４１】
また、本発明のフードパネルの材料は、軽量性、加工性、材料特性の安定性等の観点から、アルミニウム合金が好適である。アルミニウム合金を採用することにより、フードパネルの軽量性と歩行者保護性とを両立することができる。なお、本発明のアウターパネル、インナーパネル、補強部材は、複雑な構造ではないため、特に成形性の優れた材料でなくとも、適用することができる。
【００４２】
また、アルミニウム合金のうち、強度及び成形性と製造コストの観点から、６０００系アルミニウム合金が最適である。また、成形性が特に必要とされる場合は、５０００系アルミニウム合金が好ましいが、３０００系、７０００系のアルミニウム合金を使用しても良い。
【実施例１】
【００４３】
全長が９００〜１５００ｍｍ、全幅が１２００〜２０００ｍｍのフードパネルを想定し、歩行者頭部保護基準の子供用インパクターを衝突させる試験に相当する数値解析を実施した。本発明の補強部材は、フードパネルの車両後方部分の下方の、車両後方側の空隙に設置させた。更に、インナーパネルからのクリアランスが５５ｍｍとなる位置に剛性部材となるフレームが備わった車両用フロント構造とした。直径１６５ｍｍ、重量３．５ｋｇのインパクターを、５０°の角度、３５ｋｍ／ｈの速度で衝突させた際の数値解析を、汎用の動的陽解法の解析コードで行い、歩行者頭部が受ける衝撃を求め、最大の加速度を評価した。
【００４４】
補強部材は、断面が略ハット型形状であり、車幅方向に延伸した形状とした。また、インナーパネルと補強部材のフランジ部はスポット溶接によって接合されており、アウターパネルと補強部材の頂部は、シーラントで接着されているものとした。更に、図８に模式的に示したように、剛性部材１５と近い縦壁部３６が、歩行者の頭部が衝突した際に変形し、エネルギーを吸収する衝撃吸収壁部となる。したがって、図８の角α２が傾斜角αとなり、それと補強部材３１の板厚ｔとが、歩行者保護性に及ぼす影響を数値解析によって評価した。
【００４５】
補強部材の材質は、自動車パネル用の６０００系アルミニウム合金を想定した。６０００系アルミニウム合金の特性値は、Ｍｇを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．５〜１．５％含有し、残部Ａｌからなるもの、更にＣｕを０．１〜１．５％含有するものを予め製造し、引張試験を行って求めて使用した。なお、フードパネルの材質は、同様に、自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。アウターパネルとインナーパネルで囲まれる閉断面空間の高さを２５ｍｍとし、補強部材の高さも２５ｍｍ、図８のα１に相当する角度を６０°とした。
【００４６】
数値解析結果を表２に示す。歩行者頭部が受ける衝撃において、最大加速度が２００Ｇ以下となるものを良好と評価した。なお、表２のＮｏ．９は、補強部材設置の効果を比較検証するため、補強部材を設けない従来の車両のフロント構造の数値解析結果である。
【００４７】
【表２】
【００４８】
Ｎｏ．１〜４は、補強部材の板厚が０．８ｍｍの例である。この場合、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３及びＮｏ．４に示したように、傾斜角度が３５°以上になると、衝撃吸収壁部の変形強度が適切になり、最大加速度が２００Ｇ以下となる。一方、Ｎｏ．１は、傾斜角度が３０°であり、板厚に対して傾斜角αが小さすぎるため、衝撃吸収壁部が変形し易くなり、歩行者頭部が受ける最大加速度が２００Ｇを超えた比較例である。
【００４９】
また、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は、補強部材の板厚が１．０ｍｍの例である。この場合は、衝撃吸収壁部の変形強度が高まり、Ｎｏ．６、７に示したように、傾斜角度が３０°、４５°では、歩行者頭部が受ける最大加速度が２００Ｇ以下となった。一方、Ｎｏ．５に示したように、傾斜角度が２５°では、板厚に対して傾斜角αが小さすぎるため、衝撃吸収壁部が変形し易くなり、Ｎｏ．８に示したように傾斜角度が６０°では、板厚に対して傾斜角αが大きすぎるため、衝撃吸収壁部が変形し難くなる。そのため、Ｎｏ．５及び８は、歩行者頭部が受ける最大加速度が２００Ｇを超えた比較例である。
【実施例２】
【００５０】
実施例１と同様にして、補強部材を、６０００系、５０００系及び３０００系アルミニウム合金とし、数値解析によって歩行者保護性を評価した。６０００系、５０００系及び３０００系アルミニウム合金の、各アルミニウム合金の０．２％耐力、引張強度及びＢＨ特性を表２に示す。なお、６０００系合金の成分組成は、０．６％Ｍｇ、１．０％Ｓｉ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、５０００系合金の成分組成は、４．５％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、３０００系合金の成分組成は、１．２％Ｍｎ、１．０％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物である。フードパネルと補強部材の形状は、実施例１と同じとした。
【００５１】
表３に示したアルミニウム合金の引張性質は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して作製した引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定した。また、ＢＨ後の耐力は、ＪＩＳ Ｇ ３１３５の附属書に記載された塗装焼付硬化試験方法と同様、予歪みを２％、時効温度を１７０℃、時効時間を２０分として測定したＢＨ量である。
【００５２】
【表３】
【００５３】
フードパネルの材質は自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。補強部材の形状は、板厚ｔを１．０ｍｍ、傾斜角度αを４５°とした。解析結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
Ｎｏ．１〜３より、本発明による補強部材にいずれの合金を適用しても、最大加速度が２００Ｇを下回り、優れた歩行者保護性が発揮されることが認められた。
【実施例３】
【００５６】
図１２に示すように、補強部材３１の縦壁部３５及び３６がともに剛性部材１５直上に位置した場合を想定し、実施例１と同様にして、歩行者保護性に及ぼす影響を数値解析によって評価した。この場合、縦壁部３５、３６とも衝撃吸収壁部となるため、傾斜角はα１とα２となる。フードパネルの材質は自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。補強部材の材質は自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、形状は板厚ｔを１．０ｍｍ、傾斜角α(＝α１＝α２)を４５°とした。比較のため、補強部材を設けない従来の車両のフロント構造をＮｏ．２として記入した。解析結果を表５に示す。
【００５７】
【表５】
【００５８】
衝撃吸収壁部の片側のみが剛性部材の直上に位置する実施例１の結果に比べると、最大加速度が若干大きくなるが、本発明による補強部材によれば、歩行者頭部が受ける最大加速度を２００Ｇ以下にすることができる。一方、補強部材を設けない従来の車両のフロント構造では衝撃を吸収しきれず、２００Ｇを超える加速度が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、フードパネルのインナーパネルと剛性部材とのクリアランスが狭い領域、特に、フードパネルの周縁部においても、歩行者が衝突した際の衝撃エネルギーを効率良く吸収することができ、歩行者保護性が極めて向上し、車両のフロント構造の設計上の制限を小さくできる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができ、意匠に対する自由度が大きくなる。
また、インナーパネルの材料として、軽量なアルミニウム合金を使用できるため、フードパネルの軽量化と歩行者保護性との両立が可能となる。したがって、本発明によれば、意匠性に加えて、燃費性能及び運動性能の向上が可能な、歩行者保護性に優れたフードパネル及び車両のフロント構造を提供することができ、産業上の貢献が極めて高いと確信する。
【符号の説明】
【００６０】
１ アウターパネル
２ インナーパネル
３ 頭部（インパクター）
４ フードパネル
１１ 運転席側フレーム
１２ エンジン
１３ フェンダー部品
１４ 車両前方側フレーム
１５ 剛性部材
２１ フードパネルの輪郭線
３１ 補強部材
３２ フランジ部ａ
３３ フランジ部ｂ
３４ 頂部
３５ 衝撃吸収縦壁部ａ
３６ 衝撃吸収縦壁部ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金製のアウターパネルとインナーパネルと、該アウターパネルと該インナーパネルとの空隙部に補強部材を設けたフードパネルであって、前記補強部材は、頂部と、両端に設けたフランジ部と、前記頂部と前記フランジ部との間の縦壁部からなる略ハット形状を有し、前記フランジ部は前記インナーパネルと接合され、前記縦壁部のうち一方又は双方が歩行者の衝突時に変形する衝撃吸収壁部であり、前記補強部材の板厚ｔが０．４〜２．０ｍｍであり、前記衝撃吸収壁部と前記フランジ部との傾斜角αが、１５°〜８０°であり、前記補強部材の板厚ｔと、前記傾斜角αとが、
１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα
を満足することを特徴とする歩行者保護性に優れたフードパネル。
【請求項２】
前記補強部材の頂部がアウターパネルに接合されたことを特徴とする請求項１に記載の歩行者保護性に優れたフードパネル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の前記補強部材が、インナーパネルと剛性部材との距離が６０ｍｍ以下である部位に設けられたフードパネルを備えることを特徴とする車両フロント部構造。
【請求項１】
アルミニウム合金製のアウターパネルとインナーパネルと、該アウターパネルと該インナーパネルとの空隙部に補強部材を設けたフードパネルであって、前記補強部材は、頂部と、両端に設けたフランジ部と、前記頂部と前記フランジ部との間の縦壁部からなる略ハット形状を有し、前記フランジ部は前記インナーパネルと接合され、前記縦壁部のうち一方又は双方が歩行者の衝突時に変形する衝撃吸収壁部であり、前記補強部材の板厚ｔが０．４〜２．０ｍｍであり、前記衝撃吸収壁部と前記フランジ部との傾斜角αが、１５°〜８０°であり、前記補強部材の板厚ｔと、前記傾斜角αとが、
１．８３（１−sinα）＜ｔ＜４．１３−３．６７sinα
を満足することを特徴とする歩行者保護性に優れたフードパネル。
【請求項２】
前記補強部材の頂部がアウターパネルに接合されたことを特徴とする請求項１に記載の歩行者保護性に優れたフードパネル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の前記補強部材が、インナーパネルと剛性部材との距離が６０ｍｍ以下である部位に設けられたフードパネルを備えることを特徴とする車両フロント部構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１６５８（Ｐ２０１１−１１６５８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５８１３４（Ｐ２００９−１５８１３４）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]