JP2010260499A

JP2010260499A - 車両用バンパビーム構造

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Publication number: JP2010260499A
Application number: JP2009114456A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Tsuboi; 孝彦坪井
Original assignee: Unipres Corp
Current assignee: Unipres Corp
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: JP5341607B2

Abstract

【課題】クラッシュボックスを介して車体に連結される車両用バンパビームの構造に関し、衝突に対するエネルギ吸収量の増大とビーム本体衝突に対する高剛性率とを素材コストの面でも加工コストの面でコスト増を伴うことなく実現させる。
【解決手段】バンパビーム１０は車体幅方向における両端が夫々のクラッシュボックス１２の手前位置に留まるアルミニウム押出材としてのビーム本体１６と、ビーム本体１６とは分割構成され、ビーム本体１６の各端部より車体幅方向に外向き延出される翼体１８とから成る。翼体１８は鉄板のプレス成形品であり、ビーム本体１６の端部にボルト・ナットにて連結され、一本のバンパビーム１０に構成される。翼体１８は後面開口構造に形成され、クラッシュボックス１２が全体より開口部に導入され、クラッシュボックス１２と翼体１８とは対向面で溶接される。
【選択図】図１

Description

この発明はクラッシュボックスを介して車体に連結される車両用バンパビームの構造に関するものである。

車両におけるバンパビームはオフセット衝突に対しては自ら潰れることによりエネルギ吸収に寄与するが、バンパビームの潰れのみでは吸収エネルギが足りないことがあるためクラッシュボックスも備えたものがある。即ち、バンパビームの端部はクラッシュボックスを介して車体の骨格部材であるサイドメンバに連結している。衝突時の圧潰荷重はバンパビーム＜クラッシュボックスであるため、衝突の第１段階でバンパビームが潰れ、その後、クラッシュボックスが潰れることによりエネルギ吸収を続行し、これによりサイドメンバを衝突荷重から保護する。クラッシュボックスによるエネルギ吸収量を多くするため、クラッシュボックスの車体前後方向の長さすることが必要であり、このためバンパビームにおけるクラッシュボックスとの接続部を車体側で開口構造とし、クラッシュボックスをこの開口部を介してバンパビームの対向面に接続する構造としたものがある（特許文献１及び２）。
特開２００６−１７６０９３特開２００５−２７１７３４

特許文献１においてバンパビームにおけるクラッシュボックスとの接続部を車体側で開口構造とすることによりクラッシュボックスはこの開口部を介してバンパビーム対向面まで延出させることができ、車体前後方向におけるクラッシュボックスの長さを大きくとることができ、その分衝突エネルギの吸収量は増大する。しかしながら、バンパビームは通常は金属板材のプレス加工品であり、後面開口構造とすることにより剛性が低下し、バンパビームのビーム本体衝突に際してはラジエータ等の部品保護機能が不十分となる。特許文献２においては、バンパビームを後面開放のビーム本体と、ビーム本体の後面開口部を閉鎖するようにビーム本体に溶接により一体化される第２の部材とから構成することで、クラッシュボックスの車体前後方向の長さ増大による衝突時のエネルギ吸収量の増大を得つつ、曲げ剛性も維持するようにしているが、バンパビームをその全長（車体全幅）においてビーム本体と翼体とからなる分割構造とし、溶接による一体化構造としており、素材の面でも加工の面でもコスト高になってしまう問題がある。

この発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、衝突に対するエネルギ吸収量の増大とビーム本体衝突に対する高剛性率とを素材コストの面でも加工コストの面でコスト増を伴うことなく実現させることを目的とする。

この発明によれば、車体両側のサイドメンバ間を車体幅方向に延設され、夫々のクラッシュボックスを介して各サイドメンバの端部に連結される車両用バンパビームであって、前記バンパビームは、車体幅方向における両端が夫々のクラッシュボックスの手前位置に留まるビーム本体と、前記ビーム本体とは別体に形成され、ビーム本体の各端部より車体幅方向に外向き延出される翼体とから成り、ビーム本体と翼体とは一本のバンパビームを形成するように剛直に連結されている車両用バンパビーム構造が提供される。

バンパビーム端部を構成する翼体は車体側に開口構造をなし、クラッシュボックスはこの開口部を介して導入され対向面同士で剛直連結され、他方ビーム本体は実質的全長で閉鎖断面形状をなすことができる。

バンパビーム端部及びクラッシュボックスは鋼材を素材として、対向面同士での溶接され、他方、ビーム本体はアルミニウム押出材とし、バンパビーム端部とビーム本体との連結はボルト及びナットにより行うことができる。

ビーム本体とクラッシュボックスとの車体内側面同志を連結する内側ブラケット又はバンパビーム端部とクラッシュボックスとの車体外側面同志を連結する外側ブラケットを設けることができ、外側ブラケットはバンパビーム端部を車体前方若しくは後方に幾分突出させることができる。更に、クラッシュボックスに対する内側ブラケット及び外側ブラケットの接続部位は車体前後方向における実質的同一位置とすることができる。

バンパビームをビーム本体と翼体とで分割構造とすることにより、バンパビーム各部位で求められる要求性能に適合させた構造、材質とし所期の性能を維持しつつコスト減を実現することができる。

開口構造の翼体にクラッシュボックスを接続することで、クラッシュボックスをバンパビーム当接面まで延在させることができ、車体前後方向でのクラッシュボックスを長くすることができ、衝突におけるクラッシュボックスによる衝突エネルギ吸収量を大きくとることができ、他方の閉鎖断面構造のビーム本体により正面衝突での曲げ強度は確保することができる。

図１はこの発明のバンパビームの平面図（一端部を断面にて示す）である。図２はこの発明のバンパビームの前方より見た斜視図（内側ブラケットを分解状態で示す）である。図３は図１のIII−III線に沿った矢視断面図である。図４はこの発明のバンパビームのエネルギ吸収特性を従来との比較で示す概略線図である。図５はこの発明の別実施形態のバンパビームの平面図（片側のみ示す）である。図６は図５のバンパビームを後方より見た斜視図（一部を分解状態で示す）である。

図１及び図２において、１０はバンパビームであり、車幅方向に延びる構造部材である。以下の説明はバンパビームが車体の前部に設けられるもの（フロントバンパ）であることを想定しているが、この発明のバンパビームは車体の後部におけるリアバンパとしても使用可能であり、リアバンパの場合は前後の説明が前部バンパの場合とは逆になることは言うまでもない。

バンパビーム１０の両端にクラッシュボックス１２の一端が固定され、各クラッシュボックス１２の他端は車体の骨格部材である夫々のサイドメンバ１４の前端に固定されている。

この発明において、バンパビーム１０は中間のビーム本体１６と両端の翼体１８とからなる分割構造である。ビーム本体１６はこの実施形態ではアルミニウム押出材であり、全周で閉じた矩形断面を呈しており、他方翼体１８は鋼板よりのプレス成形品であり、車体内側（即ち、フロントバンパの場合は車体後方側、リアバンパの場合は車体前方側）が開口した断面コの字断面形状又はハット型断面形状（図２及び図３参照）をなし、図１に示すようにクラッシュボックス１２を幾分超えて車体両側に突出するように配置される。図１及び図２に示すように、ビーム本体１６は両端が幾分車体後方に向けて曲折されており（曲折部を図２において１６´にて表す）、この曲折端部１６´において各翼体１８が外側より装着されることで、翼体１８のコの字断面形状の開口部に曲折端部１６´が収容される構造となっている（図３）。開口部の内のりと翼体１８の外のりとはガタのない収容を可能とする寸法関係にあることはいうまでもない。そして、コの字断面形状の翼体１８における前壁18-1及び上下壁18-2, 18-3は矩形断面のビーム本体１６の対向壁とボルト２０及びナット２２（剛直連結手段）により連結され、ビーム本体１６と翼体１８とのボルト止めによる剛直一体連結が行われ、一本のバンパビーム１０に構成される。

以上説明の実施形態ではビーム本体１６はアルミニウム押出材を素材としているが、矩形断面形状の鋼管により構成することも可能であり、この場合は翼体１８とは溶接接続することにより一本のバンパビーム１０に構成することができる。また、ビーム本体１６は必要な強度を持つものであれば、管形状に限らない。

図１において、クラッシュボックス１２は鋼板より形成され実質的に矩形断面形状（図１参照）をなし、バンパビーム１０側の一端壁（フロントバンパの場合は前壁）12-1は閉じているが他端はフランジ12-2をなし、フランジ12-2はサイドメンバ１４の前面にボルト（図示しない）等によって締結されている。クラッシュボックス１２の側壁には凹溝１２Ａが車体前後に複数箇所（図では２箇所）設けられ、衝突時において凹溝１２Ａの部位で圧潰が積極的に誘引され、車体前後方向において圧潰することにより衝突エネルギの吸収を行うというクラッシュボックスの機能を効果的に発揮せしめるようにしている。更に、クラッシュボックス１２は閉鎖端面(12-1)側が翼体１８のコの字断面形状の開口部に延出され、閉鎖端面12-1が翼体１８の対向壁面（フロントバンパの場合は前壁面）18-1に当接せしめられ、溶接により連結されている（図１参照）。クラッシュボックス１２の閉鎖底面を翼体１８の後面開口部に延設せしめる構成は車体の限られた空間内でクラッシュボックス１２の車体前後方向における長さを可及的に大きくとることを可能とし、換言すれば、衝突時におけるクラッシュボックス１２の圧潰代を大きくとり、吸収エネルギ量の増大を図ることができるようになる。

２４は内側ブラケットであり、ビーム本体１６とクラッシュボックス１２との車体内側面同志を連結するものである。内側ブラケット２４は、両端に曲折部24-1, 24-2を形成した鋼板のプレス製品であり、一端の曲折部24-1はアルミニウム押出材であるビーム本体１６の内側直立面（フロントバンパの場合は後壁面１６Ａ）にボルト２６及びナット２７にて固定される（図２においてボルト孔を２８にて示す）。他端の曲折部24-2はクラッシュボックス１２の内側直立面１２Ｂに溶接される。この発明ではバンパビーム１０の両端部を構成する翼体１８は鋼板のプレス成形品による後面開口構造であり、バンパビーム１０に加わる曲げに対しては翼体１８の部位で幾分の剛性低下が懸念されるため、内側ブラケット２４を設けることにより翼体１８の部位での剛性を確保するようにしている。

この発明のバンパビーム１０における衝突に対する特性を説明すると、車体片側前方に設置された障害物をＢ（図１）として、衝突試験に際しては障害物Ｂをバンパビーム１０に対し前進させて衝突を起こさせる。図４は横軸にバンパビーム１０との衝突後の障害物Ｂの移動ストローク、縦軸は圧潰荷重を示す。この発明においてはバンパビーム１０のビーム本体１６はアルミニウム素材であるが、断面が閉じた構造であるため、圧潰強度（車体前後方向の強度）はクラッシュボックス１２と同程度にすることができる。ストロークＳ_１が弾性限界範囲の上限とすると，この範囲では圧潰荷重は直線的に増加する（ラインｌ_１）。ストロークＳ_１まで増加するとバンパビーム１０及びクラッシュボックス１２が永久変形を開始し、ラインｌ_２に示すように荷重は実質的に増えずにストロークは増加し圧潰が進行してゆく。バンパビーム１０及びクラッシュボックス１２の両者が完全に潰れるＳ_２のフルストロークに至るまで衝突エネルギの吸収が行われる。ラインl₁+l₂の積分値（＝下方の左下がりの斜線領域）が吸収される衝突エネルギを示す。この吸収エネルギ特性は特許文献２と同等のものである。特許文献１の場合はアルミニウムのバンパビームが後面開放であるため、圧潰荷重はバンパビーム＜クラッシュボックスであり、バンパビームの弾性限界値が下がり、弾性変形ｌ_１´はより小さな荷重値（ストロークはＳ_１´）で終了し、バンパビームの圧潰がラインｌ_２´のように継続し、バンパビームが完全に圧潰するストロークＳ_１″でクラッシュボックスが弾性変形ｌ_２″を開始し、クラッシュボックスが弾性限界の限界のストロークＳ_１"'に達すると、クラッシュボックスは圧潰を開始し、これはラインｌ_２に一致する。特許文献１のエネルギ吸収量はラインl₁'+l₂'+l₂"の積分値（ライン下側の面積）が吸収される衝突エネルギを示す。即ち、特許文献１の吸収エネルギは特許文献２の吸収量域より交差斜線領域だけ小さいなものとなる。この発明では特許文献２と同等のエネルギ特性を得ることができ、しかもバンパビームを端部とビーム本体とで分割構造とすることにより、バンパビーム各部位で求められる要求性能に適合させた構造、材質とし所期の性能を維持しつつコスト減を実現することができる効果がある。

翼体１８の後面開口部よりクラッシュボックス１２の前部を導入し、前端面12-1を翼体１８の前壁18-1の内面と連結する構成により、車体前後方向でのクラッシュボックス長さを大きくとることができ、衝突におけるクラッシュボックスによる衝突エネルギ吸収量を大きくとることができる。他方、ビーム本体１６はアルミニウムを素材とするが、全周で閉鎖断面のため、軽量であるにも拘わらず正面衝突での曲げ強度は確保することができる。ビーム本体１６は鋼管により構成することも可能であり、この場合は翼体１８と溶接により一体化することができる。

ビーム本体１６に連結されることでバンパビームを構成する翼体１８は鋼板のプレス成形品とすることができ、これにより衝突時の車両損傷を軽減することができる上、バンパビーム全体を中空品としたときは得られない大きな曲げをプレス品に施すことができる（第２の実施形態との関連で説明するように、外側のバンパフェーシアの形状に適合のため必要な場合がある）等、成形の自由度を高めることができる。

図５及び図６は別実施形態を示しており、クラッシュボックス１２の外側壁面をバンパビーム１０の両端部である翼体１８に接続する外側ブラケット３０を備えたことが特徴である。外側ブラケット３０は一端の曲折部30-1がクラッシュボックス１２の外側直立壁１２Ｃに溶接され、外側ブラケット３０はここから斜め側方に延出し、翼体１８の外縁部１８´を超えて幾分延びた後、内側に幾分曲折され、この曲折部30-2が補助ブラケット３２によりバンパビームの翼体１８の外部直立壁18-1に溶接固定されている。図５においてＦはバンパの外装部品である合成樹脂製のバンパフェーシアを示しており、外側ブラケット３０の最先端部である曲折部30-2はバンパフェーシアＦの曲折端部Ｆ´の内側に近接位置している。

この実施形態において、オフセット衝突試験において外側ブラケット３０が障害物Ｂに対して最先端に位置しているため、衝突の際の障害物Ｂの侵入量が少なくなり、車両の損傷を軽微とすることができる。また、外側ブラケット３０はクラッシュボックス１２に連結されているため、衝突時の外力の一部を外側ブラケット３０を介して直接にクラッシュボックス１２に分担させることができる。

図５に示すように、クラッシュボックス１２に対し、内側ブラケット２４は曲折部24-2にてクラッシュボックス１２に連結され、外側ブラケット３０は曲折部30-1にてクラッシュボックス１２に連結される。曲折部24-2及び30-1は車体前後方向において実質的同一位置にある。換言すれば、クラッシュボックス１２に対する内側ブラケット２４及び外側ブラケット３０の接続部位が車体前後方向における実質的同一位置に揃えられており、衝突時にクラッシュボックスに加わる外力を内側及び外側で均等化するため、クラッシュボックスの安定な圧潰を得ることができる。

１０…バンパビーム
１２…クラッシュボックス
１６…ビーム本体
１８…翼体
20, 22…ビーム本体と翼体を連結するボルト及びナット
２４…内側ブラケット
３０…外側ブラケット

Claims

車体両側のサイドメンバ間を車体幅方向に延設され、夫々のクラッシュボックスを介して各サイドメンバの端部に連結される車両用バンパビームであって、前記バンパビームは、車体幅方向における両端が夫々のクラッシュボックスの手前位置に留まるビーム本体と、前記ビーム本体とは別体に形成され、ビーム本体の各端部より車体幅方向に外向き延出され、クラッシュボックスに連結される翼体とから成り、ビーム本体と翼体とは一本のバンパビームを形成するように剛直に連結されている車両用バンパビーム構造。
請求項１に記載の発明において、前記翼体は車体側に開口構造をなし、クラッシュボックスは翼体の開口部を介して翼体に対向面同士で連結され、ビーム本体は実質的全長で閉鎖断面形状をなす車両用バンパビーム構造。
請求項２に記載の発明において、翼体及びクラッシュボックスは鋼材を素材として、対向面同士で溶接され、他方、ビーム本体はアルミニウム押出材を素材とし、翼体とビーム本体とはボルト及びナットにより連結されている車両用バンパビーム構造。
請求項３に記載の発明において、ビーム本体とクラッシュボックスとの車体内側面同志を連結する内側ブラケットを備えた車両用バンパビーム構造。
請求項４に記載の発明において、翼体はクラッシュボックス端面を越えて車体幅方向外側に延出されており、かつ翼体とクラッシュボックスとを連結する外側ブラケットが更に具備され、前記外側ブラケットはクラッシュボックスの外側壁面より翼体の縁部を超えて車体外側に幾分延出するようにされる車両用バンパビーム構造。
請求項５に記載の発明において、クラッシュボックスに対する内側ブラケット及び外側ブラケットの接続部位は車体前後方向における実質的同一位置である車両用バンパビーム構造。