(57)【要約】【課題】  異なる複数の衝突の形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることが可能な車体フレーム変形制御装置の提供。【解決手段】  屈曲部２１，２２を含む車体フレーム１１の前記屈曲部２１，２２の内角側に車体フレーム１１に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ３２を設けるとともに、圧電素子アクチュエータ３２の荷重を制御する制御手段を備えてなる。圧電素子アクチュエータ３２に伸長方向の荷重を発生させると、これが踏ん張ることで屈曲部２１の折れを抑止する。圧電素子アクチュエータ３２に荷重を発生させなければ、折れを発生させることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲部を含む車体フレームの前記屈曲部の内角側に前記車体フレームに沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータを設けるとともに、該圧電素子アクチュエータの荷重を制御する制御手段を備えてなることを特徴とする車体フレーム変形制御装置。
【請求項２】
前記車体フレームの座屈進行位置を検出可能な検出手段を有しており、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記圧電素子アクチュエータの荷重を制御することを特徴とする請求項１記載の車体フレーム変形制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時に生じる車体フレームの変形を制御する車体フレーム変形制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロントフレームの先端部にビードと呼ばれる凹みを設けることで、フロントフレームに圧縮荷重が導入された場合にフロントフレームが凹みから座屈するように座屈を制御する技術が開示されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−１６５１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように車体フレームに凹みを設けるという座屈制御は、変形荷重特性が一仕様のみになってしまうことになり、異なる複数の衝突の形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることができないという問題があった。
【０００４】
したがって、本発明は、異なる複数の衝突の形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることが可能な車体フレーム変形制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、屈曲部（例えば実施形態における先端側屈曲部２１，基端側屈曲部２２）を含む車体フレーム（例えば実施形態におけるフロントサイドフレーム１１）の前記屈曲部の内角側に前記車体フレームに沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ（例えば実施形態における圧電素子アクチュエータ３２）を設けるとともに、該圧電素子アクチュエータの荷重を制御する制御手段（例えば実施形態におけるコントローラ３９）を備えてなることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記車体フレームの座屈進行位置を検出可能な検出手段（例えば実施形態におけるセンサ４２）を有しており、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記圧電素子アクチュエータの荷重を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、衝突時に制御手段の制御により屈曲部の内角側に設けられた圧電素子アクチュエータに伸長方向の荷重を発生させると、圧電素子アクチュエータが踏ん張ることで屈曲部における折れの発生を抑止して車体フレームを圧壊座屈させることができる。逆に衝突時にこの圧電素子アクチュエータに例えば荷重を発生させなければ、屈曲部で折れを発生させることができる。したがって、座屈を生じさせた方が好ましい衝突の形態および折れを発生させた方が好ましい衝突の形態の異なる複数の衝突の形態に対して車体フレームを常に適正に変形させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明によれば、検出手段で車体フレームの座屈進行位置を検出し、その検出結果つまり座屈進行位置に応じて圧電素子アクチュエータの荷重の発生を制御することができるため、車体フレームの変形をより詳細に制御することができる。例えば、衝突時に圧電素子アクチュエータに伸長方向の荷重を発生させ踏ん張らせて屈曲部まで座屈を生じさせ、座屈が屈曲部に至ると圧電素子アクチュエータの荷重を消滅させて踏ん張りを止めることで屈曲部より後側に座屈を生じさせることができる。つまり、圧壊座屈させたい場合に、屈曲部があっても車体フレームを確実に圧壊座屈させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置を図面を参照して以下に説明する。
図１は車両１０の車体前部を示すもので、車体前部には車体骨格部材であるフロントサイドフレーム（車体フレーム）１１が車体前後方向に沿う状態で車幅方向に離間して一対設けられている。これらフロントサイドフレーム１１は、先端側が、車幅方向に沿うフロントバンパビーム１２に連結されており、基端側が、車幅方向に沿うダッシュボードロアクロスメンバ１３と交差して、車体前後方向に沿うフロアフレーム１４にそれぞれ連結されている。
【００１０】
フロントサイドフレーム１１は、鋼材からなるもので、図２および図３に概略的に示すように、四つの板部１６〜１９が枠状に連結されることで長さ方向に直交する断面がほぼ矩形の閉断面形状をなしている。
【００１１】
また、フロントサイドフレーム１１は、中間位置の先端側に、一側に鈍角をなして屈曲する先端側屈曲部（屈曲部）２１が形成され、中間位置の先端側屈曲部２１よりも基端側に、逆側に鈍角をなして屈曲する基端側屈曲部（屈曲部）２２が形成されている。その結果、フロントサイドフレーム１１は、先端側屈曲部２１よりも先端側の先端側フレーム部２４と、先端側屈曲部２１と基端側屈曲部２２との間の中間フレーム部２５と、基端側屈曲部２２よりも基端側の基端側フレーム部２６とで構成される。先端側フレーム部２４と基端側フレーム部２６とは平行をなしている。
【００１２】
本実施形態の車体フレーム変形制御装置３０は、上記したフロントサイドフレーム１１の衝突時の変形を制御するものである。
【００１３】
本実施形態の車体フレーム変形制御装置３０においては、各フロントサイドフレーム１１の先端側屈曲部２１に、フロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ３２が内角側に複数設けられており、基端側屈曲部２２にも、フロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ３２が内角側に複数設けられている。
【００１４】
具体的に、先端側屈曲部２１においては、内角側の板部１６と、この板部１６と隣り合う両側の板部１７，１９の内角側とにそれぞれ一つずつ合計三つの圧電素子アクチュエータ３２が設けられている。各圧電素子アクチュエータ３２は長方形状をなしており、先端側屈曲部２１において板部１６に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１６における屈曲の中央位置をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。また、先端側屈曲部２１において板部１７に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１７における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されており、先端側屈曲部２１において板部１９に設けられる圧電素子アクチュエータ３２も板部１９における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。
【００１５】
また、基端側屈曲部２２においても、内角側の板部１８と、この板部１８と隣り合う両側の板部１７，１９の内角側とにそれぞれ一つずつ合計三つの圧電素子アクチュエータ３２が設けられている。基端側屈曲部２２において板部１８に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１８における屈曲の中央位置をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。また、基端側屈曲部２２において板部１７に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１７における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されており、基端側屈曲部２２において板部１９に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１９における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。
【００１６】
各圧電素子アクチュエータ３２は、図４に示すように、複数の同一形状の圧電素子３５が、姿勢を合わせた状態で厚さ方向に積層されて構成されており、各圧電素子３５には、それぞれが櫛歯状をなして互いに入り込み合う電極３６および電極３７が設けられている。各圧電素子３５は、一方の電極３６をプラスとし他方の電極３７をマイナスとして電圧を印加すると、長さ方向において伸長方向に荷重を発生させ、逆に、前記一方の電極３６をマイナスとし前記他方の電極３７をプラスとして電圧を印加すると、長さ方向において縮長方向に荷重を発生させる。
【００１７】
これら圧電素子アクチュエータ３２は、すべて図１に示すコントローラ（制御手段）３９に接続されており、このコントローラ３９で電極３６，３７に印加される電圧、つまり圧電素子アクチュエータ３２の荷重が制御される。コントローラ３９には、例えば車体前方の障害物を検出するレーダ４０と、衝突開始初期に衝突形態および衝突の激しさを検出する圧電フィルムセンサ４１とが接続されている。
【００１８】
フロントサイドフレーム１１には、図２に示すように、その先端側から基端側まで延在方向に沿って設けられて座屈進行位置を検出可能なセンサ（検出手段）４２が設けられている。このセンサ４２は、図示は略すが例えばフロントサイドフレーム１１の延在方向に直列に並べられた多数の圧電素子または歪みゲージ等のセンサ素子からなっており、コントローラ３９は、センサ素子で変形が検出された位置まで座屈が進行していると判定する。センサ４２は先端側屈曲部２１の内角側を通るようにフロントサイドフレーム１１に設けられている。そして、コントローラ３９は、このセンサ４２の検出結果に基づいて圧電素子アクチュエータ３２の荷重を制御する。
【００１９】
具体的に、コントローラ３９は、レーダ４０の検出データに基づき前方障害物との衝突の有無を予測し、さらに、圧電フィルムセンサ４１によって、衝突開始初期に衝突形態および衝突の激しさを判定する。そして、例えば衝突形態がフラットバリア衝突であると判定した場合は、先端側屈曲部２１に設けられたすべての圧電素子アクチュエータ３２および基端側屈曲部２２に設けられたすべての圧電素子アクチュエータ３２に伸長方向に荷重を発生させるように電圧を印加する。すると、衝突の荷重が先端側フレーム部２４の先端側から入力されても、先端側屈曲部２１の内角側で圧電素子アクチュエータ３２が踏ん張ること、および基端側屈曲部２２の内角側で圧電素子アクチュエータ３２が踏ん張ることでこれら先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２から発生するフロントサイドフレーム１１の折れを抑止する。その結果、フロントサイドフレーム１１は折れを生じることなく、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように先端側フレーム部２４の先端側から圧壊座屈が発生する。
【００２０】
コントローラ３９はセンサ４２の検出結果から座屈の進行位置を把握しており、図５（ｂ）に示すように、座屈進行位置が先端側屈曲部２１に至ったことが検出されると、基端側屈曲部２２のすべての圧電素子アクチュエータ３２への電圧の印加は継続したまま、先端側屈曲部２１のすべての圧電素子アクチュエータ３２への電圧の印加を停止させる。すると、図５（ｂ）〜（ｃ）に示すように、中間フレーム部２５に先端側から良好に座屈が進行する。
【００２１】
続いて、コントローラ３９はセンサ４２の検出結果から座屈進行位置が、図５（ｃ）に示すように、基端側屈曲部２２に至ったことが検出されると、基端側屈曲部２２のすべての圧電素子アクチュエータ３２への電圧の印加を停止させる。すると、図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、基端フレーム部２６に先端側から良好に座屈が進行する。
【００２２】
このようにコントローラ３９が圧電素子アクチュエータ３２を制御することで、フロントサイドフレーム１１の先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２からの折れを防ぎ、圧壊座屈モードで変形させることができて、エネルギ吸収効率を向上させることができる。
【００２３】
一方、コントローラ３９は、例えば衝突形態がオフセット衝突であると判定した場合、衝突側のフレームは、上記「００１９」に記すように、折れを防ぐようにし、非衝突側のフレームでは、先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２のすべての圧電素子アクチュエータ３２に電圧を印加せず、荷重を発生させない。すると、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、衝突の荷重が先端側フレーム部２４の先端側から入力されると、先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２からそれぞれの内角を小さくするようにフロントサイドフレーム１１に折れが発生する。そして、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、フロントサイドフレーム１１をＺ字型の折れモードで変形させることができ、オフセット衝突時に、非衝突側のフレームも折れることでエネルギ吸収させることが可能となる。
【００２４】
ここで、図７の圧縮荷重変形線図に示すように、フロントサイドフレーム１１を上記した圧壊座屈モードで変形させた場合（実線）は、変形の全範囲において高く安定的な荷重を発生させることができ、上記した折れモードで変形させた場合（一点鎖線）は、変形初期の荷重を大きくすることができる。
【００２５】
以上に述べた本実施形態の車体フレーム変形制御装置３０によれば、コントローラ３９の制御により圧電素子アクチュエータ３２に伸長方向の荷重を発生させると、圧電素子アクチュエータ３２が踏ん張ることでフロントサイドフレーム１１のこの圧電素子アクチュエータ３２の配置部分の剛性を上げることができる。逆に圧電素子アクチュエータ３２に荷重を発生させなければ、フロントサイドフレーム１１のこの圧電素子アクチュエータ３２の配置部分の剛性を下げることができる。よって、圧電素子アクチュエータ３２を適宜の位置に設けることで、異なる複数の衝突の形態に対してフロントサイドフレーム１１を常に適正に変形させることが可能となる。つまり、上記のように、フロントサイドフレーム１１の先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２の内角側に圧電素子アクチュエータ３２を配置し、衝突時にこの圧電素子アクチュエータ３２に伸長方向の荷重を発生させれば先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２における折れの発生を抑止してフロントサイドフレーム１１を圧壊座屈させることができる。逆に衝突時にこの圧電素子アクチュエータ３２に荷重を発生させなければ先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２で折れを発生させることができる。したがって、座屈を生じさせた方が好ましい衝突の形態および折れを発生させた方が好ましい衝突の形態の異なる複数の衝突の形態に対してフロントサイドフレーム１１を常に適正に変形させることが確実にできる。なお、衝突時に先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２で折れを発生させる場合に圧電素子アクチュエータ３２に縮長方向の荷重を発生させても良い。
【００２６】
しかも、センサ４２でフロントサイドフレーム１１の座屈進行位置を検出し、その検出結果つまり座屈進行位置に応じて圧電素子アクチュエータ３２の荷重の発生を制御することができるため、フロントサイドフレーム１１の変形をより詳細に制御することができる。つまり、上記のように、フロントサイドフレーム１１の先端側屈曲部２１の内角側および基端側屈曲部２２の内角側に圧電素子アクチュエータ３２を配置し、衝突時に先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２の圧電素子アクチュエータ３２に伸長方向の荷重を発生させ踏ん張らせて先端側屈曲部２１まで座屈を生じさせ、座屈が先端側屈曲部２１に至ると先端側屈曲部２１の圧電素子アクチュエータ３２の荷重を消滅させて踏ん張りを止めることで先端側屈曲部２１より後側に座屈を生じさせる。続いて、座屈が基端側屈曲部２２に至ると基端側屈曲部２２の圧電素子アクチュエータ３２の荷重を消滅させて踏ん張りを止めることで基端側屈曲部２２より後側に座屈を生じさせる。つまり、先端側屈曲部２１および基端側屈曲部２２があっても圧壊座屈モードにおいてフロントサイドフレーム１１を確実に圧壊座屈させることができる。
【００２７】
加えて、スティフナ等を設けることなくフロントサイドフレーム１１の折れを防ぐことができるため、車体重量を低減することができる。
【００２８】
なお、衝突発生時には、常にフロントサイドフレーム１１を圧壊座屈モードで変形させるように圧電素子アクチュエータ３２を駆動しても良い。
【００２９】
また、フロントサイドフレーム１１ではなく、車体後部で車体前後方向に沿うリヤフレーム等、他の車体フレームにも上記を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用された車両の車体前部を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの断面図であって、（ａ）は図２におけるＸ１−Ｘ１線に沿うものであり、（ｂ）は図２におけるＸ２−Ｘ２線に沿うもの図である。
【図４】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置における圧電素子アクチュエータを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの圧壊座屈モードにおける変形の進行を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの折れモードにおける変形の進行を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施形態の車体フレーム変形制御装置が適用されたフロントサイドフレームの圧縮荷重変形線図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  フロントサイドフレーム（車体フレーム）
２１  先端側屈曲部（屈曲部）
２２  基端側屈曲部（屈曲部）
３２  圧電素子アクチュエータ
３９  コントローラ（制御手段）
４２  センサ（検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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