JP2005520735A - エネルギー吸収体を備えた自動車のバンパビーム - Google Patents

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Abstract

【課題】 衝撃をよく吸収し、軽量、かつ全体的な容積も小さくてすむ自動車の前端部を構成しうるハイブリッド型のバンパビームを提供する。
【解決手段】 自動車の前端部用バンパビーム10を、混成材料から形成する。このバンパビームは、開放部分を有する。バンパビームは、これと一体化された少なくとも1つのクラッシュボックス12を備え、このクラッシュボックスの少なくとも一部は、開放部分16に収容されており、かつこのクラッシュボックスは、エネルギー吸収特性を有する金属フォーム38で充填された包囲体30を具備する。

Description

本発明は、自動車の前端部の一部を構成するバンパビームに関する。
本発明は、より詳しくは、ハイブリッド(混成)材から形成されているために、「ハイブリッド」バンパビームと呼ばれる、開放部分を有するバンパビームに関する。
業界で公知となっている上述の型のバンパビームは、一般に断面C字形の開放部分を含むインサートとなる金属部材を備えている。この開放部分は、この形状に成形された成形部材を有し、この成形部材(通常プラスチック材料で、補強されたプラスチック材料を用いることもできる)によって補強されている。
近年の自動車は、ヘッドランプ、方向指示器、クラクション、熱交換器モジュール等の種々の装備品を統合した構造物である前端部を備えている。
このような装備品を備えた前端部は、部品メーカーによって製造・運搬され、かつ自動車メーカーによって取り付けられるようになっている単一のモジュールを構成している。この単一のモジュールは、ビーム、フェンダ、またはボディーシェル等の自動車の側部をなす構造部材に取り付けられ、その後、このモジュールに適合するバンパが嵌め付けられる。
このため、前端部は、通常、バンパビームを収容しうるようになっており、この収容されたバンパビームに、フロントシールドとしても知られるバンパが取り付けられる。
前端部は、衝突防止テスト(「ダンナー」衝撃テスト)の条件を充たさなければならない。すなわち、自動車の構造体を変形させてはならず、自動車の構成部品に対する損傷を最小限にとどめ、その修理費用を抑制するものでなければならない。さらに、この前端部は、自動車の乗員と歩行者の安全を確保しなければならない。
前端部とバンパビームは、自動車および前述のモジュールの重要な構成部品であり、またこれらの保護にとっても重要である。
バンパビームは、多くの機能を有する。バンパビームは、自動車の構成部品であり、障害物と衝突したときには、自動車の乗員を護り、また種々の装備品を保護して、修理費用を抑えるものでなければならない。その一方で、バンパビームは、自動車自身の外部に対する危険性、特に歩行者に対する危険性を、歩行者の負傷の程度を最小限にとどめるよう、衝撃のエネルギーをできるだけ多く吸収することによって、緩和する機能を有する。
現在でも、バンパビームに関する規格が定められているが、この規格は、将来より厳格なものになると思われる。
衝撃(またはエネルギー)を吸収する2つのボックス(「クラッシュボックス」として知られている)を嵌め合わせることによって、バンパビームを自動車の構造体に固定する方法は、すでに業界で公知となっている。
公知のクラッシュボックスは、一般に、前部での衝突エネルギーを吸収しうる変形可能な部材を備えている。しかし、このバンパビームとクラッシュボックスによって構成されるアセンブリは、重く、かつ嵩高いため、ますます小型化している現代の自動車を設計する上では、採用するのは困難である。
下記特許文献1は、自動車のボディーを保護するために、エネルギーを吸収する変形可能な部材を開示している。この部材は、アルミニウムフォームで充填されたボックスを介して、自動車の長手部材に連結されるバンパを有する。
しかし、このアセンブリも、重く、かつ容積が大きい。
ドイツ国特許公開第19502307号明細書
本発明の目的は、上述の課題を解決することである。
本発明は、特に、少なくとも1つのクラッシュボックスと関連づけられた、高性能で、軽量、かつ全体的な容積も小さいアセンブリを構成しうるハイブリッド型のバンパビームを提供することを目的とする。
本発明のもう一つの目的は、自動車の前端部と容易に一体化しうる、上述の型のバンパビームを提供することである。
このため、本発明は、上述の型のバンパビームであって、このバンパビームと一体化された少なくとも1つのクラッシュボックスを備えているものを提案する。このクラッシュボックスは、開放部分において、少なくとも部分的に収容され、かつエネルギー吸収特性を有する金属フォームで充填された包囲体を有する。
クラッシュボックスは、開放部分の内側スペースの少なくとも一部を占有しているため、ハイブリッドビームとクラッシュボックスからなる前端部全体が、自動車の軸方向において小型化される。
したがって、耐衝撃性能は、同じ大きさの公知の前端部よりも向上する。
さらに、本発明によれば、小型の前端部でありながら、より重く、かつ大型の公知の前端部に匹敵する性能を発揮することもできる。
本発明においては、バンパビームの開放部分の断面は、一般的なC字形またはU字形であるのが好ましく、この断面を有する金属部材は、開放部分の部材と成形部材との混成化によって成形され、かつ補強されたインサートを構成する。
「混成化」なる語は、成形材料、一般にはプラスチック材料を、インサート、通常は金属製インサートに密接に関連づけ、固着や取付けの作業を不要とする技術を指す。
バンパビームの開放部分には、スチール製、特に降伏点の高い高強度スチール(HYS)製の部材を用いた場合に、望ましい性能が得られる。
成形材料は、熱可塑性および熱硬化性の材料から選択されるプラスチック材料が好ましい。プラスチック材料は、補強されていても、されていなくてもよい。プラスチック材料は、ポリアミド、特にナイロン−6、およびポリプロピレンが好ましい。
プラスチック材料は、適当な材料、例えばガラス繊維で補強するのが好ましい。
本発明のもう一つの特徴によれば、成形材料は、バンパビームの開放部分において強固なリブを形成する。このリブは、バンパビームの機械強度を高める。
クラッシュボックスの包囲体は、成形材料、特に上述のバンパビームと同じ材料から形成するのが好ましい。
しかし、包囲体は、他の材料、例えばスチールから形成することもできる。
本発明の第1の実施形態においては、クラッシュボックスの包囲体は、開放部分上に成形されるか、またはこの開放部分と接合される。そのため、包囲体の材料は、バンパビームに成形される成形材料と同じものを用いることとなる。この場合、クラッシュボックスの包囲体は、混成化によって、バンパビームと完全に一体化される。
この変形例においては、クラッシュボックスの包囲体は、開放部分の内側に固定される。したがって、クラッシュボックスの包囲体は、必ずしも、開放部分を含む部材に成形される材料と同じ成形材料で形成する必要はない。
本発明の第2の実施形態においては、クラッシュボックスの包囲体は、前端部の部材と一体化される。換言すれば、包囲体は、前端部の部材とともに、混成化を交えて、成形によって形成される。
どの実施形態においても、クラッシュボックスの包囲体は、側面視において矩形、または正方形をなし、バンパビームの形状に適合する第1の端部と、自動車の構造体、特に軸方向部材の端部に固着される第2の端部とを有し、中空であるのが好ましい。
上述のように、クラッシュボックスの包囲体は、吸収特性を有する金属フォームによって、少なくとも部分的に充填される。
クラッシュボックスの包囲体は、この金属フォームを覆うようにして成形されるのが好ましい。
使用可能な金属フォームとしては、6000シリーズまたは300シリーズのアルミニウムフォームが好ましい。
本発明によれば、衝撃をよく吸収し、軽量で、かつ全体的な容積も小さくてすむ自動車の前端部を構成しうるハイブリッド型のバンパビームが提供される。
以下の添付図面を参照して行う説明は、例示のためのものである。
図1は、クラッシュボックス12の少なくとも一部を収容する断面C字形またはU字形の開放部分を有するバンパビーム10を含む前端部を模式的に示す。したがって、クラッシュボックスの軸方向における前端部の長さLは、クラッシュボックスの長さよりも若干長い。
クラッシュボックス12は、自動車の構造体に固定されるが、この実施形態においては、前端部モジュール15も、同様に固定される低位置の長手部材14の端部に固定される。
バンパビーム10は、フロントシールドとしても知られるバンパ17を収容するようになっている。
次に、本発明の第1の実施形態を、図2と図3を参照して説明する。
バンパビーム10は、クラッシュボックス12が一体化されたハイブリッド型バンパビームである。バンパビーム10は、断面C字形の開放部分16を有している。この開放部分16は、インサートを形成し、2つのフランジ、すなわちほぼ水平な頂部フランジ20と底部フランジ22とが延出している垂直な金属板18を備えている。したがって、図2と図3に示すように、開放部分16は、クラッシュボックス12の少なくとも一部を収容するスペースを区画している。
開放部分16は、スチール、特に降伏点の高い高強度スチール(HYS)から形成するのが好ましい。成形部材24は、このスチール製開放部分上に成形され、これを補強して、開放部分の外部カバー26と内部カバー28を形成する。
クラッシュボックス12は、この実施形態においては、底面32、頂面34、および2つの側面36によって区画される側面視矩形で中空の包囲体30を備えている。この包囲体30は、金属製開放部分上に成形される成形部材と同一の材料から形成される。
包囲体30、および開放部分の内側カバー26と外側カバー28は、混成化によって、開放部分上に成形され、これと一体化されて、前端部を構成する。
図2に示すように、成形部材は、開放部分の内側に位置する強固なリブを形成する。この実施形態においては、リブとは、水平リブ35および垂直リブ37を指す。水平リブ39も、包囲体30の両側面36と連結されている。
図3に示すように、包囲体の内部は、少なくとも部分的に金属フォーム38、この実施形態においてはアルミニウムフォームで充填することができる。アルミニウムは、6000シリーズ、例えばAA6061アルミニウム、または300シリーズ、例えばAA356アルミニウムが好ましい。包囲体30は、金属フォーム38を覆うようにして成形するのが好ましい。
このように、包囲体30は、開放部分に収容される第1の端部40と、開放面で終端し、長手部材14の端部に固定される第2の端部42とを有する。図3に示すように、包囲体30を長手部材14に固定するには、包囲体30の両側面36の内側に嵌め付けられる2つの離間したフランジ46(図3には、このうち1つだけを示してある)を有する支持プレート44を用いるのが好ましい。支持プレート44は、これを貫通するねじ48を介して、長手部材14の端部に固定される。支持プレート44は、長手部材に取り付けられると、前端部モジュール52の金属板50を捕捉する。
図4と図5に示す第2の実施形態においては、クラッシュボックス12の包囲体30は、前端部モジュールの一部を構成する部材54と一体化されている。部材54は、所定形状の金属板56を有し、ここから、一般に側面視矩形状の包囲体30が延出する。金属板56からは、種々のアーム、特に2つの頂部アーム58と60(詳細な説明は省略する)が延出している。
金属板56(図5参照)には、図3に示したものと類似の支持プレート44を間に挟んで、この金属板を部材14の端部に固定するための4つの孔62が設けられている。部材54とクラッシュボックスの包囲体30は、混成化によって、単一部品からなるアセンブリを構成する。部材54は、金属製インサートを含み、このインサート上に、種々の構造部材、特に包囲体30を形成するために、成形部材が形成される。
部材54が、間に支持プレート44を挟んで、長手部材14の端部に固定されると、クラッシュボックスは、長手部材14に締着される。図5は、部材54が、間に支持プレート44を挟んで、長手部材14に固定される際の様子を示す分解断面図である。
包囲体30は、第1の実施形態におけるものに類似している。包囲体30は、バンパビームの開放部分に収容される端部40と、この反対側に位置し、長手部材14の端部に連結される端部42とを有している。しかし、この実施形態においては、端部42は、部材54と一体に形成されている。
端部14を覆蓋するバンパビーム10は、例えば、上述の支持プレート44に類似する適当な手段を両者の間に介在させることによって、端部14に固着することができる。
図6に示す実施形態においては、バンパビーム10は、その開放部分に、クラッシュボックスの包囲体30の端部を収容するハウジング68を有している。この実施形態においては、リブ70は、斜交している。
図7に示す実施形態においては、バンパビームの開放部分の内側は、垂直リブ72によって補強されている。
図8に示す実施形態においては、水平リブ74と垂直リブ76とが互いに直交して、図2に示すリブに類似するものとなっている。
このようにして得られるバンパビームとクラッシュボックスからなるアセンブリは、その重量と全体的な大きさの観点から高い性能を示す。
このアセンブリに用いるプラスチック成形材料は、ポリアミド、特にナイロン−6、およびポリプロピレンが好ましい。プラスチック成形材料は、ガラス繊維で補強するのが好ましい。ポリアミドとしては、PA6 GF 30ポリアミド、またはPP GF 30ポリアミドが好ましい。
インサートを形成する金属製の開放部分は、この開放部分の慣性モーメントが、撓みを最小とする上で最適なものとなるような形状を有しなければならない。
以下に、本発明を、実施例1〜3との関連において説明する。実施例1と2は、本発明によらないバンパビームに係る比較例である。実施例3は、特許請求の範囲に記載したバンパビームに関するものである。
〔実施例1〕:スチール製バンパビーム
スチール製バンパビームを、公知のクラッシュボックスを備えた自動車の長手部材に固定された閉鎖部材から形成した。
「ダンナー」衝撃テストを、時速16kmの条件下で行った。バンパビームによって吸収されるエネルギーは6035J、長手部材によって吸収されるエネルギーは4381Jであり、合計で10461Jであった。
この結果、総衝撃エネルギーのうち、バンパビームによって58%、またクラッシュボックスを含む長手部材によって42%が吸収されたことが分かる。この実施例においては、バンパビームの重量は、5.7kgであった。
〔実施例2〕:アルミニウム製クラッシュボックスを備えたアルミニウム製バンパビーム
バンパビームを、閉鎖アルミニウム部材から形成した。この閉鎖部材は、中間部品である2つのアルミニウム製クラッシュボックスを介して、自動車の長手部材に固定した。バンパビームの重量は、2.7kgであり、2つのクラッシュボックスの重量は、1.08kgであった。
実施例1と同じテストを行ったところ、バンパビームによって4100Jのエネルギーが、またクラッシュボックスによって5230Jのエネルギーが吸収され、吸収されたエネルギーの合計は、9330Jであった。
したがって、総エネルギーの44%がバンパビームによって、56%がクラッシュボックスによって吸収されたことになる。
この実施例においては、クラッシュボックスの大きさは、X、Y、およびZ方向に、それぞれ130×70×60mmであった。また、アルミニウムは、7000シリーズのもの(Re=300MPa:Rm=400MPa)を用いた。
〔実施例3〕:アルミニウム製クラッシュボックスを備えたハイブリッド型バンパビーム
この実施例においては、バンパビームの重量は2.5kgであった。
この実施例においては、バンパビームは、本発明の構成によるものである。「ダンナー」衝撃テストを、前述の実施例と同じ条件下で行った。バンパビーム、クラッシュボックス、およびリブによって吸収されたエネルギーは、それぞれ1320J、8040J、および240Jであり、合計9600Jであった。
したがって、エネルギーの16%がバンパビームによって、また84%がクラッシュボックスによって吸収されたことになる。
この実施例においては、クラッシュボックスの大きさは、X、Y、およびZ方向に、それぞれ190×60×70mmであった。また、アルミニウムは、6000〜7000シリーズのものを用いた。
同一重量のアルミニウム製バンパビームと同レベルのエネルギー吸収を実現するためには、より大型のクラッシュボックスを用いるのが好ましい。9600Jのエネルギーを吸収するには、X方向に190mmの長さが必要である。
本発明に係る金属製インサートの厚さは、スチールの特性に応じて、0.7mm〜1.2mmとすることができる。厚さ0.77mmのHYSスチール(Re=360MPa;Rm=450MPa;A%=21%)が好ましい。
下記表1は、上述の実施例1〜3のテスト結果をまとめたものである。
本発明によれば、アルミニウムフォームとしては、種々の密度のものを使用することができる。密度0.2g/cm3、0.3g/cm3、および0.4g/cm3のアルミニウムフォームで充填されたクラッシュボックスを備えるバンパビームは、バンパビーム単独の場合に比べて、それぞれ1.6倍、2.5倍、および3倍のエネルギーを吸収した。
同じ衝撃エネルギー(5000J)の場合、密度0.2g/cm3、0.3g/cm3、および0.4g/cm3のアルミニウムフォームで充填されたクラッシュボックスを備えるバンパビームの後退は、37%、50%、および58%それぞれ減少した。
したがって、アルミニウムフォームを用いると、クラッシュボックスの長さまたは断面積のいずれかを小とすることができる。
したがって、本発明は、自動車に適する。
自動車の前端部に取り付けられる、本発明に係るバンパビームとクラッシュボックスの側面図である。 本発明の第1の態様に係るバンパビームとクラッシュボックスとを備える前端部の一部を示す斜視図である。 図2に示すクラッシュボックスを、自動車の前端部に固定する様子を示す軸方向分解断面図である。 自動車の前端部の部材と一体化された、本発明の第2の態様に係るクラッシュボックスの斜視図である。 バンパビームを備えた図4に示す前端部が、自動車の構造体に固定される際の軸方向分解断面図である。 第1の態様に係るリブを備えたバンパビームの一部の背面図である。 第2の態様に係るリブを備えたバンパビームの一部の背面図である。 第3の態様に係るリブを備えたバンパビームの一部の背面図である。
符号の説明
10 バンパビーム
12 クラッシュボックス
14 長手部材
15 前端部モジュール
16 開放部分
17 バンパ
18 金属板
20 頂部フランジ
22 底部
24 成形部材
26 外部カバー
28 内部カバー
30 包囲体
35 水平リブ
37 垂直リブ
38金属フォーム
44 支持プレート
58,60 頂部アーム
68 ハウジング
74 水平リブ
76 垂直リブ

Claims (16)

  1. 開放部分を有し、混成材料から形成された、自動車の前端部用バンパビームであって、このバンパビーム(10)と一体化された少なくとも1つのクラッシュボックス(12)を備え、このクラッシュボックスの少なくとも一部は、前記開放部分(16)に収容されており、かつこのクラッシュボックスは、エネルギー吸収特性を有する金属フォーム(38)で充填された包囲体(30)を具備していることを特徴とするバンパビーム。
  2. 開放部分(16)は、断面C字形またはU字形をなす金属製であって、インサートを形成し、このインサート上に、開放部分の材料と成形材料との混成により、成形部材(24)が成形され、この成形部材によって、インサートが補強されていることを特徴とする請求項1記載のバンパビーム。
  3. 開放部分(16)は、スチール、特に降伏点の高い高強度スチール(HYS)から形成されていることを特徴とする請求項2記載のバンパビーム。
  4. 成形部材(24)は、補強されているか、または補強されていない熱可塑性および熱硬化性の材料から選択されたプラスチック成形材料からなっていることを特徴とする請求項2記載のバンパビーム。
  5. プラスチック成形材料は、ポリアミド、特にナイロン−6、またはポリプロピレンであることを特徴とする請求項4記載のバンパビーム。
  6. プラスチック成形材料は、ガラス繊維で補強されていることを特徴とする請求項4記載のバンパビーム。
  7. 成形部材(24)は、開放部分に、リブ(35)(37)(39)(70)(72)(74)(76)を形成していることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載のバンパビーム。
  8. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)は、バンパビームと同じ成形材料から形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のバンパビーム。
  9. 包囲体(30)の成形材料は、請求項4〜6のいずれかに記載のバンパビームで用いられるものであることを特徴とする請求項8記載のバンパビーム。
  10. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)は、開放部分上に成形され、かつこの開放部分と一体化されていることを特徴とする請求項8または9記載のバンパビーム。
  11. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)は、開放部分(16)の内側に固着されていることを特徴とする請求項8または9記載のバンパビーム。
  12. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)は、前端部の部材(54)と一体化されることを特徴とする請求項11記載のバンパビーム。
  13. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)は、側面視において、矩形、さらには正方形をなし、バンパビーム(10)の形状に適合する第1の端部(40)と、自動車の構造体、特に軸方向部材(14)の端部に固着される第2の端部(42)とを有し、かつ中空であることを特徴とする請求項8〜12のいずれかに記載のバンパビーム。
  14. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)は、金属フォーム(38)を包囲して成形されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載のバンパビーム。
  15. クラッシュボックス(12)の包囲体(30)によって包囲されている金属フォーム(38)は、アルミニウムフォームであることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載のバンパビーム。
  16. 金属フォーム(38)は、6000シリーズまたは300シリーズのアルミニウムフォームであることを特徴とする請求項15記載のバンパビーム。
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