車両の衝撃吸収構造
【課題】車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めることができる車両の衝撃吸収構造を得る。
【解決手段】第一衝撃吸収体３０は、キャビン形成部２０に対して車両前方側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する。また、第一衝撃吸収体３０の後端部が取り付けられた質量体１２は、前輪１４及び車輪支持体１６を含んで構成され、前面衝突時に第一衝撃吸収体３０から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能になっている。さらに、質量体１２とキャビン形成部２０との間に介在された第二衝撃吸収体３２、３４は、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０に支持させながら変形する。
【解決手段】第一衝撃吸収体３０は、キャビン形成部２０に対して車両前方側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する。また、第一衝撃吸収体３０の後端部が取り付けられた質量体１２は、前輪１４及び車輪支持体１６を含んで構成され、前面衝突時に第一衝撃吸収体３０から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能になっている。さらに、質量体１２とキャビン形成部２０との間に介在された第二衝撃吸収体３２、３４は、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０に支持させながら変形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突時の衝撃を吸収するための車両の衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両構造においては、例えば、オフセット衝突時等でクラッシュボックスやサイドメンバに荷重が伝達されにくい場合であっても効率良く荷重を伝達させることができる技術が知られている（例えば、特許文献１〜１０参照）。また、小型車両構造においては、前面衝突時に衝撃吸収ストロークを確保するために、車体前部のサイドビーム及びセンタービームを連結部材により連結一体化して側面視三角形状とした構造がある（例えば、特許文献１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５５６６３号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５２６１号公報
【特許文献３】特開２００５−１１９５３７号公報
【特許文献４】特開平６−１６１５４号公報
【特許文献５】特開２００８−２２２０３７号公報
【特許文献６】特開２００４−３３８６１５号公報
【特許文献７】特開平９−２７２４５９号公報
【特許文献８】米国特許第６８６６１１５Ｂ２号明細書
【特許文献９】米国特許第５２７５４３６号明細書
【特許文献１０】米国特許第３８８１７４２号明細書
【特許文献１１】特開平９−２８６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの構造は、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めるという観点からは改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めることができる車両の衝撃吸収構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、キャビンを形成するキャビン形成部に対して車両前後方向外側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する第一衝撃吸収体と、前記第一衝撃吸収体における車両前後方向内側の端部が取り付けられ、衝突時に前記第一衝撃吸収体から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能な質量体と、前記質量体と前記キャビン形成部との間に介在され、衝突時に前記質量体から入力された荷重を前記キャビン形成部に支持させながら変形する第二衝撃吸収体と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、第一衝撃吸収体は、キャビンを形成するキャビン形成部に対して車両前後方向外側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する。また、第一衝撃吸収体における車両前後方向内側の端部が取り付けられた質量体は、衝突時に第一衝撃吸収体から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能になっており、車両における既存の構造物を適用できる。さらに、質量体とキャビン形成部との間に介在された第二衝撃吸収体は、衝突時に質量体から入力された荷重をキャビン形成部に支持させながら変形する。
【０００８】
すなわち、車両の衝突時には、第一衝撃吸収体が変形することでエネルギーが吸収されるだけでなく、質量体が元の位置に留まろうとしながら移動することで効果的にエネルギーが吸収される。また、第一衝撃吸収体及び質量体によって衝突エネルギーは吸収され、さらに第二衝撃吸収体の変形によって当該衝突エネルギーが吸収され、低減された荷重が第二衝撃吸収体からキャビン形成部に伝達される。
【０００９】
請求項２に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、前記質量体は、車輪と、前記車輪を回転自在に支持する車輪支持体と、を含んで構成され、前記車輪支持体に前記第一衝撃吸収体が取り付けられている。
【００１０】
請求項２に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、質量体が車輪と車輪支持体とを含んで構成されて車輪は車輪支持体に回転自在に支持されており、車輪支持体に第一衝撃吸収体が取り付けられている。車両の衝突時には、車輪及び車輪支持体を備えた質量体が元の位置に留まろうとしながら移動することで効果的にエネルギーが吸収される。
【００１１】
請求項３に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記第二衝撃吸収体は、衝突時に前記質量体から荷重が入力された状態では変形することによって前記キャビン内の乗員着座部側に車両上方側への荷重を作用させて前記乗員着座部を車両上方側に変位させるリンク機構を備えている。
【００１２】
請求項３に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、衝突時に質量体から第二衝撃吸収体に荷重が入力された場合、第二衝撃吸収体のリンク機構が変形することによって、キャビン内の乗員着座部側に車両上方側への荷重が作用し、乗員着座部が車両上方側に変位させられる。これによって、衝突時のエネルギーが吸収されながら乗員の脚部が低い位置から退避される。
【００１３】
請求項４に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、請求項３記載の構成において、前記キャビンに設けられ、衝突時に前記リンク機構によって変換された車両上方側への荷重を受ける乗員着座用のシートと、前記シートにおけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として設けられ、前記シートを前記キャビン形成部に対して回動可能に支持する回動支持部と、を有する。
【００１４】
請求項４に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、キャビンに設けられた乗員着座用のシートは、衝突時にリンク機構によって変換された車両上方側への荷重を受ける。また、シートにおけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として設けられた回動支持部は、シートをキャビン形成部に対して回動可能に支持する。このため、車両の前面衝突時には、シートは、シート前部が持ち上げられるように回動するので、衝突時のエネルギーが吸収されながら、前面衝突の反動による乗員の二次衝突が防止又は抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めることができるという優れた効果を有する。
【００１６】
請求項２に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、既存の車輪及び車輪支持体を含んで構成された質量体を利用してエネルギー吸収性能を高めることができるという優れた効果を有する。
【００１７】
請求項３に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、衝突時のエネルギーを吸収しながら、乗員の脚部を低い位置から退避させることができるという優れた効果を有する。
【００１８】
請求項４に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、前面衝突時のエネルギーを吸収しながら、前面衝突の反動による乗員の二次衝突を防止又は抑制することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造を示す模式的な側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用されたコミュータと他の車両との前面衝突時の状態を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造における前面衝突時の力の伝達関係を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用されたコミュータが他の車両と前面衝突した際の作用を示す模式的な側面図である。
【図５】車両がバリアに前面衝突した場合におけるバリア荷重と車体変形量との関係の特性を示す線図である。図５（Ａ）は本実施形態のモデルの特性を示す線図である。図５（Ｂ）は第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体とを質量体を介さずに接続した比較例モデルの特性を示す線図である。
【図６】本実施形態のモデルの各部における発生荷重と時間との関係の特性を示す線図である。
【図７】本実施形態のモデルの第一衝撃吸収体及び第二衝撃吸収体における変形量と時間との関係の特性を示す線図である。
【図８】車体加速度と車体変形量との関係の特性を示す線図である。図８（Ａ）は本実施形態のモデルの特性を示す線図である。図８（Ｂ）は比較例モデルの特性を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態の構成）
本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造について図１〜図８を用いて説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両の衝撃吸収構造が適用された車両の車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示している。
【００２１】
図１には、車両の衝撃吸収構造の構成が模式的な側面図にて示されている。図１に示されるように、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用される車両は、小型軽車両のコミュータ１０とされている。コミュータ１０は、一人又は二人乗り（本実施形態では一例として一人乗り）の車両とされ、車輪としての（本実施形態では左右一対の）前輪１４及び後輪１８を備えている。前輪１４と後輪１８との間には、フレーム２１が設けられ、このフレーム２１上にキャビン２４の内外を隔成するキャビン外形部２２が支持されている。フレーム２１及びキャビン外形部２２は、キャビン２４を形成するキャビン形成部２０を構成している。なお、キャビン形成部２０の車両前方側にはフロントフェンダ２６が配設されている。
【００２２】
コミュータ１０の車両前端部には、バンパ（図示省略）が車幅方向を長手方向として配置されている。このバンパの車幅方向両サイド側には、第一衝撃吸収体３０（第一衝撃吸収部材）の前端部（車両前後方向外側の端部）が配設されている。第一衝撃吸収体３０は、車両前後方向を長手方向とした角筒状（パイプ状）のクラッシュボックスとされてキャビン形成部２０に対して車両前方側（車両前後方向外側）に配置され、車両前方側からの所定値以上の荷重入力時に軸圧縮変形可能とされている。すなわち、第一衝撃吸収体３０は、塑性変形可能な材料（例えば、鋼材等の金属材料や樹脂材料）で形成され、前面衝突時には塑性変形することにより衝突時のエネルギーを吸収するようになっている。
【００２３】
第一衝撃吸収体３０における後端部（車両前後方向内側の端部）は、車両前部の両サイドに設けられたサスペンション１５の車輪支持体１６（ナックル）に固定状態で取り付けられている。なお、サスペンション１５は、キャビン形成部２０を含んで構成される車体１１側と、前輪１４側とを連結しており、前輪１４側から車体１１側への振動を緩衝させる装置（懸架装置）とされている。また、後輪１８側にも同様のサスペンション１７が設けられている。
【００２４】
車輪支持体１６は、前輪１４を回転自在に支持する（換言すれば、前輪１４のホイールと一体的に回転することがない）部材とされ、サスペンションアーム（図示省略）やブレーキ（図示省略）が固定されている。前輪１４と車輪支持体１６は、本実施形態では、車両の衝撃吸収構造における質量体１２（質量部）を構成している。重量物である質量体１２は、前面衝突時に第一衝撃吸収体３０から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能とされている。
【００２５】
車輪支持体１６の車両後方側には、第二衝撃吸収体３２（第二衝撃吸収部材）が車両前後方向を長手方向として配置されている。なお、仮に、第一衝撃吸収体３０と第二衝撃吸収体３２との両方を車輪支持体１６に結合すると、車輪支持体１６が車体１１側に対して剛結状態になって荷重入力時の質量体１２の移動量（ストローク）が大きく制限されてしまうので、本実施形態では、第二衝撃吸収体３２と車輪支持体１６との間には、若干の隙間が設定されている。
【００２６】
第二衝撃吸収体３２は、塑性変形可能な材料（例えば、鋼材等の金属材料や樹脂材料）で形成された衝撃吸収構造体であって、車両前後方向を長手方向とした角筒状（パイプ状）とされて車両前方側からの所定値以上の荷重入力時に軸圧縮変形可能とされた長尺状の長尺部３２Ｂを備えている。また、第二衝撃吸収体３２は、長尺部３２Ｂの後端部に設けられた結合部３２Ｃ（本体結合部）がキャビン形成部２０側に結合（固定）されると共に、長尺部３２Ｂの前端部に設けられた前側当て部３２Ａ（当て材）が車輪支持体１６の車両後方側に近接して配置されている。前側当て部３２Ａは、車輪支持体１６からの衝撃を効率良く受け止めるための部位とされている。
【００２７】
以上により、第二衝撃吸収体３２は、質量体１２とキャビン形成部２０との間に介在され、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０に支持させながら軸圧縮変形するようになっている。すなわち、第二衝撃吸収体３２は、前面衝突時に塑性変形することにより衝突時のエネルギーを吸収するようになっている。
【００２８】
また、車輪支持体１６には、リンク機構３６により構成された第二衝撃吸収体３４（第二衝撃吸収部材）が設けられている。第二衝撃吸収体３４（リンク機構３６）は、車両側面視で略逆Ｖ字状に配置された第一リンク３６Ａ及び第二リンク３６Ｂを含んで構成された衝撃吸収構造体であり、車幅方向左右にそれぞれ設けられている。第一リンク３６Ａの一端部と車輪支持体１６とはピン３８Ａによって車幅方向の軸回りに相対回転可能に連結されている。また、第一リンク３６Ａの他端部と第二リンク３６Ｂの一端部とは、連結バー３８Ｂによって車幅方向の軸回りに相対回転可能に連結されている。連結バー３８Ｂは、左右一対のリンク機構３６を連結して車幅方向に延在している。さらに、第二リンク３６Ｂの他端部（本体結合部）とキャビン形成部２０とは、ピン３８Ｃによって車幅方向の軸回りに相対回転可能に連結されている。
【００２９】
これにより、第二衝撃吸収体３４（リンク機構３６）は、質量体１２とキャビン形成部２０との間に介在され、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０に支持させながら第一リンク３６Ａ及び第二リンク３６Ｂがピン３８Ａ、３８Ｃ及び連結バー３８Ｂ回りに回動（回転移動）して変形するようになっている。すなわち、第二衝撃吸収体３４は、前面衝突時に非弾性変形（関節であるリンク節周りの角変位）してリンク機構３６の摩擦力等の反力の作用により衝突時のエネルギーを吸収（摩擦力等に変換されて消費）するようになっている。また、第二衝撃吸収体３４は、リンク機構３６によって、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重の作用方向を、車両前後方向から車両上方側へ変換することができる構造とされている。
【００３０】
キャビン形成部２０の内部となるキャビン２４には乗員着座用のシート４０が設けられている。シート４０は、乗員着座部となるシートクッション４０Ｂと、シートクッション４０Ｂの後端部から立設されて乗員Ｐの背もたれ部となるシートバック４０Ｃと、シートクッション４０Ｂの前端部から垂下されると共にその下端部で車両前方側へ曲げられたシート下部４０Ａと、を含んで構成されている。
【００３１】
シートクッション４０Ｂの下面側には、その全長に亘ってシート前後方向に沿って略直線状に敷設された長尺状のガイドレール４２が左右一対で形成されている。ガイドレール４２は、下面側が開放された凹形状に形成されている。ガイドレール４２内には、連結バー３８Ｂに形成されたスライダ（図示省略）がガイドレール４２の長手方向に沿って移動可能に配設されている。
【００３２】
以上により、シート４０は、前面衝突時にリンク機構３６によって変換された車両上方側への荷重をシートクッション４０Ｂの下面側で受けるようになっている。換言すれば、前面衝突時に質量体１２からリンク機構３６に荷重が入力された状態では、リンク機構３６が変形することによって、キャビン２４内のシートクッション４０Ｂ（乗員着座部）側に車両上方側への荷重を作用させる構成になっている。つまり、リンク機構３６が変形することによってシートクッション４０Ｂを車両上方側に変位させることが可能な構造になっており、連結バー３８Ｂはシート跳ね上げ部として機能するようになっている。
【００３３】
また、シート４０は、シートクッション４０Ｂとシートバック４０Ｃとの連結部（シート後部側）に回動支持部４４を備えている。回動支持部４４は、シート幅方向（車幅方向）を回動軸線方向として設けられており、シートクッション４０Ｂとシートバック４０Ｃとの連結部を貫通すると共に長手方向の両端部がキャビン形成部２０に取り付けられることで、シート４０をキャビン形成部２０に対して回動可能に支持するようになっている。
【００３４】
（実施形態の作用・効果）
次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。なお、図２には、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用されたコミュータ１０と他の車両５０との前面衝突時の状態が模式的な側面図にて示されており、図３には、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造における前面衝突時の力の伝達関係が模式図にて示されている。
【００３５】
図２及び図３に示されるように、前面衝突時には、衝突相手の車両５０側から第一衝撃吸収体３０に衝突時の荷重Ｆが入力される。このとき、第一衝撃吸収体３０は、軸圧縮変形することにより所定の荷重を発生させつつストロークして衝突時のエネルギーを吸収し、質量体１２に荷重を伝達する。なお、図３における矢印ｆ１は、第一衝撃吸収体３０による反力荷重を示している。
【００３６】
図２及び図３に示されるように、第一衝撃吸収体３０から質量体１２に荷重が入力されると、質量体１２は車両後方側（図３の矢印Ｓ方向参照）に移動して慣性エネルギー（運動エネルギー）によって衝突時のエネルギーを消費しながら、第二衝撃吸収体３２、３４に荷重を伝達する。ここで、質量体１２は、図１に示される前輪１４と車輪支持体１６とを含んで構成された重量物であるので、前述のような慣性力を利用したエネルギーの消費量は大きい。
【００３７】
また、図２及び図３に示される質量体１２が第二衝撃吸収体３２、３４に伝達する荷重は、第一衝撃吸収体３０から質量体１２に入力された荷重から、質量体１２の慣性力を利用したエネルギーの消費を差し引いた分の荷重となっている。このため、第二衝撃吸収体３２、３４に伝達される荷重は、第一衝撃吸収体３０における荷重よりも小さくなっている。よって、第二衝撃吸収体３２、３４の耐力が第一衝撃吸収体３０の耐力よりも小さい（換言すれば、第二衝撃吸収体３２、３４が第一衝撃吸収体３０よりも軽量な）構造が可能となる。
【００３８】
また、質量体１２から第二衝撃吸収体３２、３４に荷重が入力されると、第二衝撃吸収体３２、３４は、質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０（コミュータ本体）に支持させながら変形（図４に示されるように、第二衝撃吸収体３２は軸圧縮変形、第二衝撃吸収体３４は屈曲変形）して衝突時のエネルギーをさらに吸収する。なお、図３における矢印ｆ２は、第二衝撃吸収体３２、３４による反力荷重を示している。以上により、衝突時のエネルギーが低減された状態でキャビン形成部２０に荷重が伝達される。
【００３９】
次に、これらの点について、単純化したモデルでシミュレーションした数値解析結果（図５）を参照しつつ説明する。図５は、車両がバリアに前面衝突した場合におけるバリアの荷重（相手車両から受ける力）と車体変形量との関係を示す数値解析結果である。図５（Ａ）は本実施形態のモデルの数値解析結果を示し、実線が第一衝撃吸収体３０の特性を示す線図であり、一点鎖線が車体全体の特性を示す線図である。これに対して、図５（Ｂ）は、第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体とを質量体を介さずに接続した比較例モデルの数値解析結果を示し、実線が第一衝撃吸収体の特性を示す線図であり、一点鎖線が車体全体の特性を示す線図である。本実施形態のモデル及び比較例モデルにおける強度及び質量の設定は、下記表１に示す通りである。なお、表中のＡ及びＢは、所定の定数である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記表１に示すように、本実施形態のモデルでは、前面衝突時の荷重に対する第二衝撃吸収体３２、３４の強度を前面衝突時の荷重に対する第一衝撃吸収体３０の強度の半分に設定すると共に、質量体１２の質量を車両全体の質量の２０％、質量体１２を除く質量（本体質量部の質量）を車両全体の質量の８０％に設定している。これに対して、比較例モデルでは、前面衝突時の荷重に対する第一衝撃吸収体の強度を前面衝突時の荷重に対する第二衝撃吸収体の強度の半分に設定すると共に、前記の通り質量体は設定していない（換言すれば、本体質量部の質量は車両全体の質量と等しい設定とした）。なお、比較例モデルにおける第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体との強度設定バランスは、一般的な乗用車の強度設定バランスに合わせて設定しているため、本実施形態のモデルにおける第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体とが入れ替わった強度設定バランスになっている。また、比較例モデルの第一衝撃吸収体は、乗用車のクラッシュブルゾーンに相当する部位に設けられている。
【００４２】
また、本実施形態のモデルの第一衝撃吸収体３０の強度と比較例モデルの第二衝撃吸収体の強度を同一に設定すると共に、本実施形態のモデルの第二衝撃吸収体３２、３４の強度と比較例モデルの第一衝撃吸収体の強度を同一に設定し、さらに、本実施形態のモデルの車両全体の質量と比較例モデルの車両全体の質量とを同一に設定した。
【００４３】
図５（Ｂ）に特性が示される比較例モデルでは、強度が低い第一衝撃吸収体のみに変形が集中し、当該第一衝撃吸収体が潰れ切って底付くまで低いバリア荷重が維持される。この間、強度が高い第二衝撃吸収体は一切変形しないため、車体全体の線図と第一衝撃吸収体の線図とは全く同じ線図を示している。ここで、第一衝撃吸収体が潰れ切っても相手車両との衝突エネルギーは吸収し切れないため、その後は強度が高い第二衝撃吸収体が変形することにより、残りの衝突エネルギーを吸収することになる。その後、対象車両と相手車両とを含めた全てが同じ速度になり、バリア荷重が０となってそれ以上は変形しない状態となる。
【００４４】
これに対して、図５（Ａ）に特性が示される本実施形態のモデルでは、衝突初期は、強度が高い第一衝撃吸収体３０が変形し、同時に第二衝撃吸収体３２、３４も変形する。この間は、第二衝撃吸収体３２、３４も同時に変形しているため、横軸の車体全体変形量における前半までは高いバリア荷重が維持されている。その後、質量体１２の慣性力が殆ど発生しなくなり、強度が低い第二衝撃吸収体３２、３４のみが変形することになる。その結果、低いバリア荷重のまま車体全体（車両全体）の変形が進んでいく。その後、対象車両（コミュータ１０）と相手車両（他の車両５０）とを含めた全てが同じ速度になり、バリア荷重が０となってそれ以上は変形しない状態となる。
【００４５】
図５に示されるように、本実施形態のモデルによれば、その車体変形量を比較例モデルの車体変形量に比べて短くすることができる。なお、図５（Ａ）の二点鎖線は、比較例モデルの車体変形量を示し、矢印ａは、比較例モデルの車体変形量と本実施形態のモデルの車体変形量との差を示している。
【００４６】
ここで、図６及び図７を参照しながら補足説明する。図６には、本実施形態のモデル（図５（Ａ）の対象と同じモデル）についての発生荷重と時間との関係が示されている。図６は、実線が車両前面の特性を示す線図、点線が質量体１２の特性を示す線図、一点鎖線が質量体１２を除く部位（本体質量部）の特性を示す線図である。また、図７には、本実施形態のモデル（図５（Ａ）の対象と同じモデル）における第一衝撃吸収体３０及び第二衝撃吸収体３２、３４についての変形量と時間との関係が示されている。図７は、実線が第一衝撃吸収体３０の特性を示す線図、一点鎖線が第二衝撃吸収体３２、３４の特性を示す線図である。
【００４７】
図６に示されるように、衝突初期は、質量体１２の慣性力によって（質量体１２が元の位置に留まろうと踏ん張って）車両前面の荷重が大きくなっている。その後、質量体１２が相手車両と同じ速度になり、質量体１２の慣性力が殆ど発生しなくなるので、強度が低い第二衝撃吸収体３２、３４のみが変形することになり、第二衝撃吸収体３２、３４の低い発生荷重が車体の質量部に作用する。
【００４８】
また、図７に示されるように、質量体１２の慣性力がなくなるまでは、強度が高い第一衝撃吸収体３０が主に変形する。その後、第一衝撃吸収体３０は変形できなくなるが、第二衝撃吸収体３２、３４が変形して衝突エネルギーを吸収する。
【００４９】
このように、質量体１２が慣性力によって元の位置に留まろうとしながら移動することでエネルギー吸収が効果的になされる。また、強度が高い第一衝撃吸収体３０が変形し衝突エネルギーを吸収することで、車両後部に作用する荷重を車両前部に作用する荷重よりも小さくすることができる。
【００５０】
次に、車体加速度と車体変形量との関係の数値解析結果を示す図８を参照しながら、さらに補足説明する。図８（Ａ）は、本実施形態のモデル（図５（Ａ）の対象と同じモデル）の特性を示す線図であり、図８（Ｂ）は、比較例モデル（図５（Ｂ）の対象と同じモデル）の特性を示す線図である。なお、図８（Ｂ）の二点鎖線の線図は、図８（Ａ）の線図を示したものであり、図８（Ｂ）の矢印ｂ、ｃは、この二点鎖線の線図と実線の線図との車体加速度の差を示している。
【００５１】
図８（Ｂ）に特性が示される比較例モデルでは、第一衝撃吸収体が潰れ切るまでは低い荷重のみがキャビン形成部側へ伝達される。しかし、第一衝撃吸収体が潰れ切った後に強度が強い第二衝撃吸収体が変形することになるので、第二衝撃吸収体の後端が取り付けられるキャビン形成部側は、高い荷重を受け持たなければならず、車体加速度は非常に大きくなってしまう。
【００５２】
これに対して、図８（Ａ）に特性が示される本実施形態のモデルでは、車体加速度が一定値で変形し続けていることが分かる。これは、強度が高い第一衝撃吸収体３０の力を、質量体１２の慣性力と、強度が低い第二衝撃吸収体３２、３４の耐力とが足し合わせて受け持っているためである。従って、第二衝撃吸収体３２、３４の後端が取り付けられるキャビン形成部２０側は、常に低い荷重のみを受け持てばよいため、加速度も低い値を維持し続けていることが理解できる。
【００５３】
以上の結果により、比較例モデルに比較して、本実施形態のモデルは、質量体１２の慣性エネルギーを利用することで、エネルギー吸収特性が優れていることが分かる。また、両モデルの全体の車両質量と強度は同じであるため、本実施形態のモデルは、同一のエネルギー吸収性能を出すためには、より軽量化してもよいし、より小型化（車両前後方向に短く）してもよいことが理解できる。
【００５４】
換言すれば、例えば、車両前部に配置された衝撃吸収体（衝撃吸収部材）のみで衝撃を吸収するような対比構造では、必要吸収エネルギーは、荷重とストロークの積の逐次積分となるので、車両重量の増加を抑制するのが難しい。なぜなら、荷重を一定とした場合、コンパクト性が重要なコミュータでは、ストロークを大きく設定することはレイアウト上困難である一方、荷重を大きくさせようとすると、質量が大きくなると共に、その荷重を支持する部材の強度も該荷重以上のものが必要となるからである。これに対して、本実施形態では、前輪１４等の既存の構造物を質量体１２としてエネルギーを吸収することで、車両重量の増加の抑制が可能となる。
【００５５】
また、図１に示されるように、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造では、前面衝突時に質量体１２から第二衝撃吸収体３４のリンク機構３６に荷重が入力された場合、図４に示されるように、第二衝撃吸収体３４のリンク機構３６が変形することによって、キャビン２４内のシートクッション４０Ｂ（乗員着座部）側に車両上方側への荷重が作用し、シートクッション４０Ｂが車両上方側に変位させられる。これにより、衝突時のエネルギーが吸収されながら乗員Ｐの脚部が低い位置から退避される。なお、このときには、乗員Ｐの脚部の慣性力とリンク機構３６の摩擦力等の反力の作用によって衝突時のエネルギーが吸収されている。
【００５６】
さらに、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造では、シート４０におけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として回動支持部４４が設けられ、この回動支持部４４がシート４０をキャビン形成部２０（図１参照）に対して回動可能に支持する。このため、車両の前面衝突時には、シート４０は、シート前部が持ち上げられるように回動するので、衝突時のエネルギーが吸収されながら、シート上部が衝突相手側から遠方に変位することになる。また、このとき、乗員Ｐが図示しないシートベルト装置のウエビングベルトによって引かれる距離が長くなることも相まって、前面衝突の反動による乗員Ｐの二次衝突が防止又は抑制される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造によれば、車両における既存の構造物を質量体１２として利用することで、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能（エネルギー吸収特性）を高めることができる。また、コストが低く抑えられるうえ、成形性や信頼性の高い構造や材料（使い慣れた機械要素）を使用しても、さらなる小型化、軽量化を図ることができる。
【００５８】
（実施形態の補足説明）
なお、上記実施形態では、質量体１２が前輪１４と車輪支持体１６とを含んで構成されているが、質量体は、例えば、エンジンにより構成された質量体や、後面衝突対応用として、後輪１８と、後輪１８を回転自在に支持する車輪支持体と、を含んで構成された質量体等のような他の質量体としてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、第一衝撃吸収体３０がキャビン形成部２０に対して車両前方側に配置されているが、第一衝撃吸収体は、後面衝突対応用として、キャビン形成部に対して車両後方側（車両前後方向外側）に配置されてもよく、その場合、その前端部（車両前後方向内側の端部）が、例えば、後輪やその車輪支持体を含んで構成された質量体に取り付けられてもよい。
【００６０】
換言すれば、第一衝撃吸収体や第二衝撃吸収体の配置や質量体の対象を適宜選択することで、オフセット衝突等の前面衝突に限らず、他の方位の衝突に対応できる構造の設定が可能となる。
【００６１】
また、上記実施形態では、第一衝撃吸収体３０や第二衝撃吸収体３２は、角筒状（パイプ状）とされているが、第一衝撃吸収体や第二衝撃吸収体は、例えば、蛇腹筒状に形成されたもの等のような他の第一衝撃吸収体や第二衝撃吸収体であってもよい。
【００６２】
さらに、第一衝撃吸収体、質量体、及び第二衝撃吸収体の数や配置の仕方は、上記実施形態の例に限定されない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ コミュータ（車両）
１２ 質量体
１４ 前輪（車輪）
１６ 車輪支持体
２０ キャビン形成部
２４ キャビン
３０ 第一衝撃吸収体
３２ 第二衝撃吸収体
３４ 第二衝撃吸収体
３６ リンク機構
４０ シート
４０Ｂ シートクッション（乗員着座部）
４４ 回動支持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突時の衝撃を吸収するための車両の衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両構造においては、例えば、オフセット衝突時等でクラッシュボックスやサイドメンバに荷重が伝達されにくい場合であっても効率良く荷重を伝達させることができる技術が知られている（例えば、特許文献１〜１０参照）。また、小型車両構造においては、前面衝突時に衝撃吸収ストロークを確保するために、車体前部のサイドビーム及びセンタービームを連結部材により連結一体化して側面視三角形状とした構造がある（例えば、特許文献１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５５６６３号公報
【特許文献２】特開２００８−１９５２６１号公報
【特許文献３】特開２００５−１１９５３７号公報
【特許文献４】特開平６−１６１５４号公報
【特許文献５】特開２００８−２２２０３７号公報
【特許文献６】特開２００４−３３８６１５号公報
【特許文献７】特開平９−２７２４５９号公報
【特許文献８】米国特許第６８６６１１５Ｂ２号明細書
【特許文献９】米国特許第５２７５４３６号明細書
【特許文献１０】米国特許第３８８１７４２号明細書
【特許文献１１】特開平９−２８６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの構造は、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めるという観点からは改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めることができる車両の衝撃吸収構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、キャビンを形成するキャビン形成部に対して車両前後方向外側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する第一衝撃吸収体と、前記第一衝撃吸収体における車両前後方向内側の端部が取り付けられ、衝突時に前記第一衝撃吸収体から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能な質量体と、前記質量体と前記キャビン形成部との間に介在され、衝突時に前記質量体から入力された荷重を前記キャビン形成部に支持させながら変形する第二衝撃吸収体と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、第一衝撃吸収体は、キャビンを形成するキャビン形成部に対して車両前後方向外側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する。また、第一衝撃吸収体における車両前後方向内側の端部が取り付けられた質量体は、衝突時に第一衝撃吸収体から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能になっており、車両における既存の構造物を適用できる。さらに、質量体とキャビン形成部との間に介在された第二衝撃吸収体は、衝突時に質量体から入力された荷重をキャビン形成部に支持させながら変形する。
【０００８】
すなわち、車両の衝突時には、第一衝撃吸収体が変形することでエネルギーが吸収されるだけでなく、質量体が元の位置に留まろうとしながら移動することで効果的にエネルギーが吸収される。また、第一衝撃吸収体及び質量体によって衝突エネルギーは吸収され、さらに第二衝撃吸収体の変形によって当該衝突エネルギーが吸収され、低減された荷重が第二衝撃吸収体からキャビン形成部に伝達される。
【０００９】
請求項２に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、前記質量体は、車輪と、前記車輪を回転自在に支持する車輪支持体と、を含んで構成され、前記車輪支持体に前記第一衝撃吸収体が取り付けられている。
【００１０】
請求項２に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、質量体が車輪と車輪支持体とを含んで構成されて車輪は車輪支持体に回転自在に支持されており、車輪支持体に第一衝撃吸収体が取り付けられている。車両の衝突時には、車輪及び車輪支持体を備えた質量体が元の位置に留まろうとしながら移動することで効果的にエネルギーが吸収される。
【００１１】
請求項３に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記第二衝撃吸収体は、衝突時に前記質量体から荷重が入力された状態では変形することによって前記キャビン内の乗員着座部側に車両上方側への荷重を作用させて前記乗員着座部を車両上方側に変位させるリンク機構を備えている。
【００１２】
請求項３に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、衝突時に質量体から第二衝撃吸収体に荷重が入力された場合、第二衝撃吸収体のリンク機構が変形することによって、キャビン内の乗員着座部側に車両上方側への荷重が作用し、乗員着座部が車両上方側に変位させられる。これによって、衝突時のエネルギーが吸収されながら乗員の脚部が低い位置から退避される。
【００１３】
請求項４に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造は、請求項３記載の構成において、前記キャビンに設けられ、衝突時に前記リンク機構によって変換された車両上方側への荷重を受ける乗員着座用のシートと、前記シートにおけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として設けられ、前記シートを前記キャビン形成部に対して回動可能に支持する回動支持部と、を有する。
【００１４】
請求項４に記載する本発明の車両の衝撃吸収構造によれば、キャビンに設けられた乗員着座用のシートは、衝突時にリンク機構によって変換された車両上方側への荷重を受ける。また、シートにおけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として設けられた回動支持部は、シートをキャビン形成部に対して回動可能に支持する。このため、車両の前面衝突時には、シートは、シート前部が持ち上げられるように回動するので、衝突時のエネルギーが吸収されながら、前面衝突の反動による乗員の二次衝突が防止又は抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る請求項１に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能を高めることができるという優れた効果を有する。
【００１６】
請求項２に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、既存の車輪及び車輪支持体を含んで構成された質量体を利用してエネルギー吸収性能を高めることができるという優れた効果を有する。
【００１７】
請求項３に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、衝突時のエネルギーを吸収しながら、乗員の脚部を低い位置から退避させることができるという優れた効果を有する。
【００１８】
請求項４に記載の車両の衝撃吸収構造によれば、前面衝突時のエネルギーを吸収しながら、前面衝突の反動による乗員の二次衝突を防止又は抑制することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造を示す模式的な側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用されたコミュータと他の車両との前面衝突時の状態を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造における前面衝突時の力の伝達関係を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用されたコミュータが他の車両と前面衝突した際の作用を示す模式的な側面図である。
【図５】車両がバリアに前面衝突した場合におけるバリア荷重と車体変形量との関係の特性を示す線図である。図５（Ａ）は本実施形態のモデルの特性を示す線図である。図５（Ｂ）は第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体とを質量体を介さずに接続した比較例モデルの特性を示す線図である。
【図６】本実施形態のモデルの各部における発生荷重と時間との関係の特性を示す線図である。
【図７】本実施形態のモデルの第一衝撃吸収体及び第二衝撃吸収体における変形量と時間との関係の特性を示す線図である。
【図８】車体加速度と車体変形量との関係の特性を示す線図である。図８（Ａ）は本実施形態のモデルの特性を示す線図である。図８（Ｂ）は比較例モデルの特性を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態の構成）
本発明の一実施形態に係る車両の衝撃吸収構造について図１〜図８を用いて説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両の衝撃吸収構造が適用された車両の車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示している。
【００２１】
図１には、車両の衝撃吸収構造の構成が模式的な側面図にて示されている。図１に示されるように、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用される車両は、小型軽車両のコミュータ１０とされている。コミュータ１０は、一人又は二人乗り（本実施形態では一例として一人乗り）の車両とされ、車輪としての（本実施形態では左右一対の）前輪１４及び後輪１８を備えている。前輪１４と後輪１８との間には、フレーム２１が設けられ、このフレーム２１上にキャビン２４の内外を隔成するキャビン外形部２２が支持されている。フレーム２１及びキャビン外形部２２は、キャビン２４を形成するキャビン形成部２０を構成している。なお、キャビン形成部２０の車両前方側にはフロントフェンダ２６が配設されている。
【００２２】
コミュータ１０の車両前端部には、バンパ（図示省略）が車幅方向を長手方向として配置されている。このバンパの車幅方向両サイド側には、第一衝撃吸収体３０（第一衝撃吸収部材）の前端部（車両前後方向外側の端部）が配設されている。第一衝撃吸収体３０は、車両前後方向を長手方向とした角筒状（パイプ状）のクラッシュボックスとされてキャビン形成部２０に対して車両前方側（車両前後方向外側）に配置され、車両前方側からの所定値以上の荷重入力時に軸圧縮変形可能とされている。すなわち、第一衝撃吸収体３０は、塑性変形可能な材料（例えば、鋼材等の金属材料や樹脂材料）で形成され、前面衝突時には塑性変形することにより衝突時のエネルギーを吸収するようになっている。
【００２３】
第一衝撃吸収体３０における後端部（車両前後方向内側の端部）は、車両前部の両サイドに設けられたサスペンション１５の車輪支持体１６（ナックル）に固定状態で取り付けられている。なお、サスペンション１５は、キャビン形成部２０を含んで構成される車体１１側と、前輪１４側とを連結しており、前輪１４側から車体１１側への振動を緩衝させる装置（懸架装置）とされている。また、後輪１８側にも同様のサスペンション１７が設けられている。
【００２４】
車輪支持体１６は、前輪１４を回転自在に支持する（換言すれば、前輪１４のホイールと一体的に回転することがない）部材とされ、サスペンションアーム（図示省略）やブレーキ（図示省略）が固定されている。前輪１４と車輪支持体１６は、本実施形態では、車両の衝撃吸収構造における質量体１２（質量部）を構成している。重量物である質量体１２は、前面衝突時に第一衝撃吸収体３０から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能とされている。
【００２５】
車輪支持体１６の車両後方側には、第二衝撃吸収体３２（第二衝撃吸収部材）が車両前後方向を長手方向として配置されている。なお、仮に、第一衝撃吸収体３０と第二衝撃吸収体３２との両方を車輪支持体１６に結合すると、車輪支持体１６が車体１１側に対して剛結状態になって荷重入力時の質量体１２の移動量（ストローク）が大きく制限されてしまうので、本実施形態では、第二衝撃吸収体３２と車輪支持体１６との間には、若干の隙間が設定されている。
【００２６】
第二衝撃吸収体３２は、塑性変形可能な材料（例えば、鋼材等の金属材料や樹脂材料）で形成された衝撃吸収構造体であって、車両前後方向を長手方向とした角筒状（パイプ状）とされて車両前方側からの所定値以上の荷重入力時に軸圧縮変形可能とされた長尺状の長尺部３２Ｂを備えている。また、第二衝撃吸収体３２は、長尺部３２Ｂの後端部に設けられた結合部３２Ｃ（本体結合部）がキャビン形成部２０側に結合（固定）されると共に、長尺部３２Ｂの前端部に設けられた前側当て部３２Ａ（当て材）が車輪支持体１６の車両後方側に近接して配置されている。前側当て部３２Ａは、車輪支持体１６からの衝撃を効率良く受け止めるための部位とされている。
【００２７】
以上により、第二衝撃吸収体３２は、質量体１２とキャビン形成部２０との間に介在され、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０に支持させながら軸圧縮変形するようになっている。すなわち、第二衝撃吸収体３２は、前面衝突時に塑性変形することにより衝突時のエネルギーを吸収するようになっている。
【００２８】
また、車輪支持体１６には、リンク機構３６により構成された第二衝撃吸収体３４（第二衝撃吸収部材）が設けられている。第二衝撃吸収体３４（リンク機構３６）は、車両側面視で略逆Ｖ字状に配置された第一リンク３６Ａ及び第二リンク３６Ｂを含んで構成された衝撃吸収構造体であり、車幅方向左右にそれぞれ設けられている。第一リンク３６Ａの一端部と車輪支持体１６とはピン３８Ａによって車幅方向の軸回りに相対回転可能に連結されている。また、第一リンク３６Ａの他端部と第二リンク３６Ｂの一端部とは、連結バー３８Ｂによって車幅方向の軸回りに相対回転可能に連結されている。連結バー３８Ｂは、左右一対のリンク機構３６を連結して車幅方向に延在している。さらに、第二リンク３６Ｂの他端部（本体結合部）とキャビン形成部２０とは、ピン３８Ｃによって車幅方向の軸回りに相対回転可能に連結されている。
【００２９】
これにより、第二衝撃吸収体３４（リンク機構３６）は、質量体１２とキャビン形成部２０との間に介在され、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０に支持させながら第一リンク３６Ａ及び第二リンク３６Ｂがピン３８Ａ、３８Ｃ及び連結バー３８Ｂ回りに回動（回転移動）して変形するようになっている。すなわち、第二衝撃吸収体３４は、前面衝突時に非弾性変形（関節であるリンク節周りの角変位）してリンク機構３６の摩擦力等の反力の作用により衝突時のエネルギーを吸収（摩擦力等に変換されて消費）するようになっている。また、第二衝撃吸収体３４は、リンク機構３６によって、前面衝突時に質量体１２から入力された荷重の作用方向を、車両前後方向から車両上方側へ変換することができる構造とされている。
【００３０】
キャビン形成部２０の内部となるキャビン２４には乗員着座用のシート４０が設けられている。シート４０は、乗員着座部となるシートクッション４０Ｂと、シートクッション４０Ｂの後端部から立設されて乗員Ｐの背もたれ部となるシートバック４０Ｃと、シートクッション４０Ｂの前端部から垂下されると共にその下端部で車両前方側へ曲げられたシート下部４０Ａと、を含んで構成されている。
【００３１】
シートクッション４０Ｂの下面側には、その全長に亘ってシート前後方向に沿って略直線状に敷設された長尺状のガイドレール４２が左右一対で形成されている。ガイドレール４２は、下面側が開放された凹形状に形成されている。ガイドレール４２内には、連結バー３８Ｂに形成されたスライダ（図示省略）がガイドレール４２の長手方向に沿って移動可能に配設されている。
【００３２】
以上により、シート４０は、前面衝突時にリンク機構３６によって変換された車両上方側への荷重をシートクッション４０Ｂの下面側で受けるようになっている。換言すれば、前面衝突時に質量体１２からリンク機構３６に荷重が入力された状態では、リンク機構３６が変形することによって、キャビン２４内のシートクッション４０Ｂ（乗員着座部）側に車両上方側への荷重を作用させる構成になっている。つまり、リンク機構３６が変形することによってシートクッション４０Ｂを車両上方側に変位させることが可能な構造になっており、連結バー３８Ｂはシート跳ね上げ部として機能するようになっている。
【００３３】
また、シート４０は、シートクッション４０Ｂとシートバック４０Ｃとの連結部（シート後部側）に回動支持部４４を備えている。回動支持部４４は、シート幅方向（車幅方向）を回動軸線方向として設けられており、シートクッション４０Ｂとシートバック４０Ｃとの連結部を貫通すると共に長手方向の両端部がキャビン形成部２０に取り付けられることで、シート４０をキャビン形成部２０に対して回動可能に支持するようになっている。
【００３４】
（実施形態の作用・効果）
次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。なお、図２には、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造が適用されたコミュータ１０と他の車両５０との前面衝突時の状態が模式的な側面図にて示されており、図３には、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造における前面衝突時の力の伝達関係が模式図にて示されている。
【００３５】
図２及び図３に示されるように、前面衝突時には、衝突相手の車両５０側から第一衝撃吸収体３０に衝突時の荷重Ｆが入力される。このとき、第一衝撃吸収体３０は、軸圧縮変形することにより所定の荷重を発生させつつストロークして衝突時のエネルギーを吸収し、質量体１２に荷重を伝達する。なお、図３における矢印ｆ１は、第一衝撃吸収体３０による反力荷重を示している。
【００３６】
図２及び図３に示されるように、第一衝撃吸収体３０から質量体１２に荷重が入力されると、質量体１２は車両後方側（図３の矢印Ｓ方向参照）に移動して慣性エネルギー（運動エネルギー）によって衝突時のエネルギーを消費しながら、第二衝撃吸収体３２、３４に荷重を伝達する。ここで、質量体１２は、図１に示される前輪１４と車輪支持体１６とを含んで構成された重量物であるので、前述のような慣性力を利用したエネルギーの消費量は大きい。
【００３７】
また、図２及び図３に示される質量体１２が第二衝撃吸収体３２、３４に伝達する荷重は、第一衝撃吸収体３０から質量体１２に入力された荷重から、質量体１２の慣性力を利用したエネルギーの消費を差し引いた分の荷重となっている。このため、第二衝撃吸収体３２、３４に伝達される荷重は、第一衝撃吸収体３０における荷重よりも小さくなっている。よって、第二衝撃吸収体３２、３４の耐力が第一衝撃吸収体３０の耐力よりも小さい（換言すれば、第二衝撃吸収体３２、３４が第一衝撃吸収体３０よりも軽量な）構造が可能となる。
【００３８】
また、質量体１２から第二衝撃吸収体３２、３４に荷重が入力されると、第二衝撃吸収体３２、３４は、質量体１２から入力された荷重をキャビン形成部２０（コミュータ本体）に支持させながら変形（図４に示されるように、第二衝撃吸収体３２は軸圧縮変形、第二衝撃吸収体３４は屈曲変形）して衝突時のエネルギーをさらに吸収する。なお、図３における矢印ｆ２は、第二衝撃吸収体３２、３４による反力荷重を示している。以上により、衝突時のエネルギーが低減された状態でキャビン形成部２０に荷重が伝達される。
【００３９】
次に、これらの点について、単純化したモデルでシミュレーションした数値解析結果（図５）を参照しつつ説明する。図５は、車両がバリアに前面衝突した場合におけるバリアの荷重（相手車両から受ける力）と車体変形量との関係を示す数値解析結果である。図５（Ａ）は本実施形態のモデルの数値解析結果を示し、実線が第一衝撃吸収体３０の特性を示す線図であり、一点鎖線が車体全体の特性を示す線図である。これに対して、図５（Ｂ）は、第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体とを質量体を介さずに接続した比較例モデルの数値解析結果を示し、実線が第一衝撃吸収体の特性を示す線図であり、一点鎖線が車体全体の特性を示す線図である。本実施形態のモデル及び比較例モデルにおける強度及び質量の設定は、下記表１に示す通りである。なお、表中のＡ及びＢは、所定の定数である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記表１に示すように、本実施形態のモデルでは、前面衝突時の荷重に対する第二衝撃吸収体３２、３４の強度を前面衝突時の荷重に対する第一衝撃吸収体３０の強度の半分に設定すると共に、質量体１２の質量を車両全体の質量の２０％、質量体１２を除く質量（本体質量部の質量）を車両全体の質量の８０％に設定している。これに対して、比較例モデルでは、前面衝突時の荷重に対する第一衝撃吸収体の強度を前面衝突時の荷重に対する第二衝撃吸収体の強度の半分に設定すると共に、前記の通り質量体は設定していない（換言すれば、本体質量部の質量は車両全体の質量と等しい設定とした）。なお、比較例モデルにおける第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体との強度設定バランスは、一般的な乗用車の強度設定バランスに合わせて設定しているため、本実施形態のモデルにおける第一衝撃吸収体と第二衝撃吸収体とが入れ替わった強度設定バランスになっている。また、比較例モデルの第一衝撃吸収体は、乗用車のクラッシュブルゾーンに相当する部位に設けられている。
【００４２】
また、本実施形態のモデルの第一衝撃吸収体３０の強度と比較例モデルの第二衝撃吸収体の強度を同一に設定すると共に、本実施形態のモデルの第二衝撃吸収体３２、３４の強度と比較例モデルの第一衝撃吸収体の強度を同一に設定し、さらに、本実施形態のモデルの車両全体の質量と比較例モデルの車両全体の質量とを同一に設定した。
【００４３】
図５（Ｂ）に特性が示される比較例モデルでは、強度が低い第一衝撃吸収体のみに変形が集中し、当該第一衝撃吸収体が潰れ切って底付くまで低いバリア荷重が維持される。この間、強度が高い第二衝撃吸収体は一切変形しないため、車体全体の線図と第一衝撃吸収体の線図とは全く同じ線図を示している。ここで、第一衝撃吸収体が潰れ切っても相手車両との衝突エネルギーは吸収し切れないため、その後は強度が高い第二衝撃吸収体が変形することにより、残りの衝突エネルギーを吸収することになる。その後、対象車両と相手車両とを含めた全てが同じ速度になり、バリア荷重が０となってそれ以上は変形しない状態となる。
【００４４】
これに対して、図５（Ａ）に特性が示される本実施形態のモデルでは、衝突初期は、強度が高い第一衝撃吸収体３０が変形し、同時に第二衝撃吸収体３２、３４も変形する。この間は、第二衝撃吸収体３２、３４も同時に変形しているため、横軸の車体全体変形量における前半までは高いバリア荷重が維持されている。その後、質量体１２の慣性力が殆ど発生しなくなり、強度が低い第二衝撃吸収体３２、３４のみが変形することになる。その結果、低いバリア荷重のまま車体全体（車両全体）の変形が進んでいく。その後、対象車両（コミュータ１０）と相手車両（他の車両５０）とを含めた全てが同じ速度になり、バリア荷重が０となってそれ以上は変形しない状態となる。
【００４５】
図５に示されるように、本実施形態のモデルによれば、その車体変形量を比較例モデルの車体変形量に比べて短くすることができる。なお、図５（Ａ）の二点鎖線は、比較例モデルの車体変形量を示し、矢印ａは、比較例モデルの車体変形量と本実施形態のモデルの車体変形量との差を示している。
【００４６】
ここで、図６及び図７を参照しながら補足説明する。図６には、本実施形態のモデル（図５（Ａ）の対象と同じモデル）についての発生荷重と時間との関係が示されている。図６は、実線が車両前面の特性を示す線図、点線が質量体１２の特性を示す線図、一点鎖線が質量体１２を除く部位（本体質量部）の特性を示す線図である。また、図７には、本実施形態のモデル（図５（Ａ）の対象と同じモデル）における第一衝撃吸収体３０及び第二衝撃吸収体３２、３４についての変形量と時間との関係が示されている。図７は、実線が第一衝撃吸収体３０の特性を示す線図、一点鎖線が第二衝撃吸収体３２、３４の特性を示す線図である。
【００４７】
図６に示されるように、衝突初期は、質量体１２の慣性力によって（質量体１２が元の位置に留まろうと踏ん張って）車両前面の荷重が大きくなっている。その後、質量体１２が相手車両と同じ速度になり、質量体１２の慣性力が殆ど発生しなくなるので、強度が低い第二衝撃吸収体３２、３４のみが変形することになり、第二衝撃吸収体３２、３４の低い発生荷重が車体の質量部に作用する。
【００４８】
また、図７に示されるように、質量体１２の慣性力がなくなるまでは、強度が高い第一衝撃吸収体３０が主に変形する。その後、第一衝撃吸収体３０は変形できなくなるが、第二衝撃吸収体３２、３４が変形して衝突エネルギーを吸収する。
【００４９】
このように、質量体１２が慣性力によって元の位置に留まろうとしながら移動することでエネルギー吸収が効果的になされる。また、強度が高い第一衝撃吸収体３０が変形し衝突エネルギーを吸収することで、車両後部に作用する荷重を車両前部に作用する荷重よりも小さくすることができる。
【００５０】
次に、車体加速度と車体変形量との関係の数値解析結果を示す図８を参照しながら、さらに補足説明する。図８（Ａ）は、本実施形態のモデル（図５（Ａ）の対象と同じモデル）の特性を示す線図であり、図８（Ｂ）は、比較例モデル（図５（Ｂ）の対象と同じモデル）の特性を示す線図である。なお、図８（Ｂ）の二点鎖線の線図は、図８（Ａ）の線図を示したものであり、図８（Ｂ）の矢印ｂ、ｃは、この二点鎖線の線図と実線の線図との車体加速度の差を示している。
【００５１】
図８（Ｂ）に特性が示される比較例モデルでは、第一衝撃吸収体が潰れ切るまでは低い荷重のみがキャビン形成部側へ伝達される。しかし、第一衝撃吸収体が潰れ切った後に強度が強い第二衝撃吸収体が変形することになるので、第二衝撃吸収体の後端が取り付けられるキャビン形成部側は、高い荷重を受け持たなければならず、車体加速度は非常に大きくなってしまう。
【００５２】
これに対して、図８（Ａ）に特性が示される本実施形態のモデルでは、車体加速度が一定値で変形し続けていることが分かる。これは、強度が高い第一衝撃吸収体３０の力を、質量体１２の慣性力と、強度が低い第二衝撃吸収体３２、３４の耐力とが足し合わせて受け持っているためである。従って、第二衝撃吸収体３２、３４の後端が取り付けられるキャビン形成部２０側は、常に低い荷重のみを受け持てばよいため、加速度も低い値を維持し続けていることが理解できる。
【００５３】
以上の結果により、比較例モデルに比較して、本実施形態のモデルは、質量体１２の慣性エネルギーを利用することで、エネルギー吸収特性が優れていることが分かる。また、両モデルの全体の車両質量と強度は同じであるため、本実施形態のモデルは、同一のエネルギー吸収性能を出すためには、より軽量化してもよいし、より小型化（車両前後方向に短く）してもよいことが理解できる。
【００５４】
換言すれば、例えば、車両前部に配置された衝撃吸収体（衝撃吸収部材）のみで衝撃を吸収するような対比構造では、必要吸収エネルギーは、荷重とストロークの積の逐次積分となるので、車両重量の増加を抑制するのが難しい。なぜなら、荷重を一定とした場合、コンパクト性が重要なコミュータでは、ストロークを大きく設定することはレイアウト上困難である一方、荷重を大きくさせようとすると、質量が大きくなると共に、その荷重を支持する部材の強度も該荷重以上のものが必要となるからである。これに対して、本実施形態では、前輪１４等の既存の構造物を質量体１２としてエネルギーを吸収することで、車両重量の増加の抑制が可能となる。
【００５５】
また、図１に示されるように、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造では、前面衝突時に質量体１２から第二衝撃吸収体３４のリンク機構３６に荷重が入力された場合、図４に示されるように、第二衝撃吸収体３４のリンク機構３６が変形することによって、キャビン２４内のシートクッション４０Ｂ（乗員着座部）側に車両上方側への荷重が作用し、シートクッション４０Ｂが車両上方側に変位させられる。これにより、衝突時のエネルギーが吸収されながら乗員Ｐの脚部が低い位置から退避される。なお、このときには、乗員Ｐの脚部の慣性力とリンク機構３６の摩擦力等の反力の作用によって衝突時のエネルギーが吸収されている。
【００５６】
さらに、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造では、シート４０におけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として回動支持部４４が設けられ、この回動支持部４４がシート４０をキャビン形成部２０（図１参照）に対して回動可能に支持する。このため、車両の前面衝突時には、シート４０は、シート前部が持ち上げられるように回動するので、衝突時のエネルギーが吸収されながら、シート上部が衝突相手側から遠方に変位することになる。また、このとき、乗員Ｐが図示しないシートベルト装置のウエビングベルトによって引かれる距離が長くなることも相まって、前面衝突の反動による乗員Ｐの二次衝突が防止又は抑制される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係る車両の衝撃吸収構造によれば、車両における既存の構造物を質量体１２として利用することで、車両重量の増加を抑制しつつ、エネルギー吸収性能（エネルギー吸収特性）を高めることができる。また、コストが低く抑えられるうえ、成形性や信頼性の高い構造や材料（使い慣れた機械要素）を使用しても、さらなる小型化、軽量化を図ることができる。
【００５８】
（実施形態の補足説明）
なお、上記実施形態では、質量体１２が前輪１４と車輪支持体１６とを含んで構成されているが、質量体は、例えば、エンジンにより構成された質量体や、後面衝突対応用として、後輪１８と、後輪１８を回転自在に支持する車輪支持体と、を含んで構成された質量体等のような他の質量体としてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、第一衝撃吸収体３０がキャビン形成部２０に対して車両前方側に配置されているが、第一衝撃吸収体は、後面衝突対応用として、キャビン形成部に対して車両後方側（車両前後方向外側）に配置されてもよく、その場合、その前端部（車両前後方向内側の端部）が、例えば、後輪やその車輪支持体を含んで構成された質量体に取り付けられてもよい。
【００６０】
換言すれば、第一衝撃吸収体や第二衝撃吸収体の配置や質量体の対象を適宜選択することで、オフセット衝突等の前面衝突に限らず、他の方位の衝突に対応できる構造の設定が可能となる。
【００６１】
また、上記実施形態では、第一衝撃吸収体３０や第二衝撃吸収体３２は、角筒状（パイプ状）とされているが、第一衝撃吸収体や第二衝撃吸収体は、例えば、蛇腹筒状に形成されたもの等のような他の第一衝撃吸収体や第二衝撃吸収体であってもよい。
【００６２】
さらに、第一衝撃吸収体、質量体、及び第二衝撃吸収体の数や配置の仕方は、上記実施形態の例に限定されない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ コミュータ（車両）
１２ 質量体
１４ 前輪（車輪）
１６ 車輪支持体
２０ キャビン形成部
２４ キャビン
３０ 第一衝撃吸収体
３２ 第二衝撃吸収体
３４ 第二衝撃吸収体
３６ リンク機構
４０ シート
４０Ｂ シートクッション（乗員着座部）
４４ 回動支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビンを形成するキャビン形成部に対して車両前後方向外側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する第一衝撃吸収体と、
前記第一衝撃吸収体における車両前後方向内側の端部が取り付けられ、衝突時に前記第一衝撃吸収体から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能な質量体と、
前記質量体と前記キャビン形成部との間に介在され、衝突時に前記質量体から入力された荷重を前記キャビン形成部に支持させながら変形する第二衝撃吸収体と、
を有する車両の衝撃吸収構造。
【請求項２】
前記質量体は、車輪と、前記車輪を回転自在に支持する車輪支持体と、を含んで構成され、前記車輪支持体に前記第一衝撃吸収体が取り付けられている請求項１記載の車両の衝撃吸収構造。
【請求項３】
前記第二衝撃吸収体は、衝突時に前記質量体から荷重が入力された状態では変形することによって前記キャビン内の乗員着座部側に車両上方側への荷重を作用させて前記乗員着座部を車両上方側に変位させるリンク機構を備えている請求項１又は請求項２に記載の車両の衝撃吸収構造。
【請求項４】
前記キャビンに設けられ、衝突時に前記リンク機構によって変換された車両上方側への荷重を受ける乗員着座用のシートと、
前記シートにおけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として設けられ、前記シートを前記キャビン形成部に対して回動可能に支持する回動支持部と、
を有する請求項３記載の車両の衝撃吸収構造。
【請求項１】
キャビンを形成するキャビン形成部に対して車両前後方向外側に配置され、変形することにより衝突時のエネルギーを吸収する第一衝撃吸収体と、
前記第一衝撃吸収体における車両前後方向内側の端部が取り付けられ、衝突時に前記第一衝撃吸収体から荷重が入力された状態では当該入力された方向に沿って移動可能な質量体と、
前記質量体と前記キャビン形成部との間に介在され、衝突時に前記質量体から入力された荷重を前記キャビン形成部に支持させながら変形する第二衝撃吸収体と、
を有する車両の衝撃吸収構造。
【請求項２】
前記質量体は、車輪と、前記車輪を回転自在に支持する車輪支持体と、を含んで構成され、前記車輪支持体に前記第一衝撃吸収体が取り付けられている請求項１記載の車両の衝撃吸収構造。
【請求項３】
前記第二衝撃吸収体は、衝突時に前記質量体から荷重が入力された状態では変形することによって前記キャビン内の乗員着座部側に車両上方側への荷重を作用させて前記乗員着座部を車両上方側に変位させるリンク機構を備えている請求項１又は請求項２に記載の車両の衝撃吸収構造。
【請求項４】
前記キャビンに設けられ、衝突時に前記リンク機構によって変換された車両上方側への荷重を受ける乗員着座用のシートと、
前記シートにおけるシート後部側にシート幅方向を回動軸線方向として設けられ、前記シートを前記キャビン形成部に対して回動可能に支持する回動支持部と、
を有する請求項３記載の車両の衝撃吸収構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６８１２９（Ｐ２０１１−１６８１２９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２５７３（Ｐ２０１０−３２５７３）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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