JP2016052859A

JP2016052859A - 車両用バンパービーム

Info

Publication number: JP2016052859A
Application number: JP2014180190A
Authority: JP
Inventors: 剛志中山; Tsuyoshi Nakayama; 彰尾林; Akira Obayashi
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-04-14
Also published as: WO2016035501A1; US20170232917A1

Abstract

【課題】横向きハット断面形状を成す一対の外側部材および内側部材が重ね合わされて一体的に接合されている車両用バンパービームにおいて、所定の衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようにする。
【解決手段】外側部材２０の一対の第１立て壁部２６、２８および内側部材２２の一対の第２立て壁部４６、４８の傾斜角度が略同じで互いに略平行であるため、それ等の立て壁部２６、２８、４６、４８がＶ字状乃至はＵ字状に曲げられて座屈させられる際に、互いに平行な第１立て壁部２６および第２立て壁部４６、第１立て壁部２８および第２立て壁部４８が、それぞれ互いに同期或いは追従して変形させられるようになり、所定の衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようになる。また、それ等の立て壁部２６、２８、４６、４８の傾斜角度は２０°以下であるため、開き変形が防止されて座屈に基づく衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用バンパービームに係り、特に、車両上下方向の断面が横向きハット断面形状を成す一対の外側部材および内側部材が重ね合わされて一体的に接合されている車両用バンパービームの改良に関するものである。

(a) 車両上下方向に延びる第１突出壁部と、その第１突出壁部の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第１立て壁部と、その第１立て壁部の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第１フランジ部とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線に対して対称的な横向きハット（鍔付き帽子）断面形状を成している外側部材と、(b) 車両上下方向に延びる第２突出壁部と、その第２突出壁部の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第２立て壁部と、その第２立て壁部の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第２フランジ部とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線に対して対称的な横向きハット断面形状を成しているとともに、前記第２突出壁部の上下幅寸法が前記第１突出壁部よりも小さく、その第２突出壁部が前記一対の第１立て壁部の間に入り込んでその一対の第１立て壁部と前記一対の第２立て壁部との間にそれぞれ空間が形成されるように、前記外側部材の車両内方側に前記中心線が互いに一致するように配置され、前記第２フランジ部が前記第１フランジ部に密着するように重ね合わされて一体的に接合される内側部材と、を備え、(c) 車両の前端部または後端部に車両幅方向に沿って配設されて、その車両幅方向の両端部で支持される車両用バンパービームが知られている。特許文献１に記載の車両用バンパービームはその一例で、外側部材の一対の第１立て壁部と内側部材の一対の第２立て壁部との間に空間が形成されるため、剛性が高くなって優れた衝撃エネルギー吸収性能が得られる。

特表２００８−５０４１６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の車両用バンパービームは、内側部材の一対の第２立て壁部が、第２突出壁部から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するように傾斜している一方、外側部材の一対の第１立て壁部は、第１突出壁部から略直角に曲げられて中心線と平行に略水平に設けられている。このため、それ等の立て壁部がそれぞれ上下方向の外側へ突き出すようにＶ字状乃至はＵ字状に曲げられて座屈させられる際に、第１立て壁部および第２立て壁部の変形が互いに相違するとともに、相互に影響し合って不安定になり、衝撃エネルギー吸収性能がばらつく可能性があった。また、第２立て壁部の傾斜角度が大きくなると、その第２立て壁部および第１立て壁部が座屈することなく上下方向へ開き変形させられるようになり、衝撃エネルギー吸収性能が適切に得られなくなるという別の問題もあった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、横向きハット断面形状を成す一対の外側部材および内側部材が重ね合わされて一体的に接合されている車両用バンパービームにおいて、所定の衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、(a) 車両上下方向に延びる第１突出壁部と、その第１突出壁部の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第１立て壁部と、その第１立て壁部の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第１フランジ部とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線に対して対称的な横向きハット断面形状を成している外側部材と、(b) 車両上下方向に延びる第２突出壁部と、その第２突出壁部の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第２立て壁部と、その第２立て壁部の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第２フランジ部とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線に対して対称的な横向きハット断面形状を成しているとともに、前記第２突出壁部の上下幅寸法が前記第１突出壁部よりも小さく、その第２突出壁部が前記一対の第１立て壁部の間に入り込んでその一対の第１立て壁部と前記一対の第２立て壁部との間にそれぞれ空間が形成されるように、前記外側部材の車両内方側に前記中心線が互いに一致するように配置され、前記第２フランジ部が前記第１フランジ部に密着するように重ね合わされて一体的に接合される内側部材と、を備え、(c) 車両の前端部または後端部に車両幅方向に沿って配設されて、その車両幅方向の両端部で支持される車両用バンパービームにおいて、(d) 前記内側部材の前記一対の第２立て壁部は、前記第２突出壁部から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するようにそれぞれ２０°以下の傾斜角度で傾斜しているとともに、(e) 前記外側部材の前記一対の第１立て壁部は、前記第１突出壁部から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するように、前記第２立て壁部の傾斜角度と略同じ角度で傾斜していることを特徴とする。
なお、「略同じ角度」とは、スプリングバック等による形状誤差を考慮したもので、材質等によっても異なるが、第１立て壁部および第２立て壁部の傾斜角度の差が例えば２°〜３°程度以下であれば良い。

このような車両用バンパービームにおいては、外側部材の一対の第１立て壁部および内側部材の一対の第２立て壁部がそれぞれ上下方向へ拡開するように傾斜しているとともに、その傾斜角度が略同じで互いに略平行であるため、それ等の立て壁部がそれぞれ上下方向の外側へ突き出すようにＶ字状乃至はＵ字状に曲げられて座屈させられる際に、互いに略平行な第１立て壁部および第２立て壁部が互いに同期或いは追従して変形させられるようになる。すなわち、外側部材および内側部材の第１立て壁部および第２立て壁部が、常に略一定の変形態様で座屈変形させられるようになるのであり、これにより所定の衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようになる。

また、上記第１立て壁部および第２立て壁部の傾斜角度は２０°以下であるため、座屈することなく上下方向へ開き変形することが適切に防止され、座屈に基づく衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようになる。また、第１立て壁部および第２立て壁部は、上下方向へ拡開するように傾斜していると、第１突出壁部および第２突出壁部に対する曲げ角度が鈍角になるため、内側部材および外側部材をプレスによって曲げ加工する際の成形性が向上する。

本発明の一実施例である車両用バンパービームを、バンパーおよびサイドメンバと共に示す図で、車両の上方から見た概略平面図である。図１におけるII−II断面の拡大図である。図２の上側半分を更に拡大して示した断面図である。図３の傾斜角度θ１、θ２を変更して初期荷重およびエネルギー吸収量を調べた結果を説明する図である。図１の車両用バンパービームの座屈変形を説明する概念図で、図２に対応する断面図である。車両用バンパービームの開き変形を説明する概念図で、図５に対応する断面図である。

本発明の車両用バンパービームは、車両前側に配設されるものでも車両後側に配設されるものでも良く、何れか一方のみに適用するだけでも差し支えない。また、バンパービームの長手方向の形状、すなわち車両の上方から見た平面視の形状は、例えば中央部が車両の外方向（前側のバンパービームでは前方、後側のバンパービームでは後方）へ突き出すように滑らかに湾曲した形状とされるが、略直線状であっても良いし、両端部のみ車体側へ傾斜させたり湾曲させたりするなど、種々の態様が可能である。

外側部材および内側部材は、例えば車両用バンパービームの長手方向の全長に亘って、車両上下方向の断面が何れも横向きハット断面形状を成し、第１フランジ部および第２フランジ部が互いに密着するように重ね合わされて一体的に接合されるが、車体に固定される取付部よりも内側の中間部分を上記構成とするだけでも良いなど、必ずしも長手方向の全長に亘って上記構成である必要はない。第１突出壁部および第２突出壁部は、互いに密着するように接していることが望ましいが、両者の間に隙間を設けることも可能である。必要に応じて、それ等の第１突出壁部および第２突出壁部を溶接等で一体的に接合することもできる。第２フランジ部の上下幅寸法は、少なくとも第１フランジ部に達して一体的に接合できれば良いが、上端および下端がそれぞれ第１フランジ部の上端および下端に達するように第１フランジ部よりも大きくすることが望ましい。接合手段としては、抵抗溶接等の溶接が適当であるが、曲げカシメ等の他の手段で接合することもできる。

第１立て壁部および第２立て壁部は、それぞれ上下方向へ拡開するように傾斜しており、傾斜角度は０°よりも大きく且つ２０°以下の範囲内で定められるが、プレス加工の成形性を確保する上で傾斜角度は３°以上が望ましい。また、衝撃エネルギーの吸収性能が損なわれる開き変形をより確実に防止する上で、傾斜角度は１５°以下が望ましい。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法や寸法比、角度、形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１の車両用バンパービーム（以下、単にバンパービームともいう）１０は、車両のフロント側に車両幅方向に沿って配設されるもので、車両への配設状態において上方から見た概略平面図であり、図の上方が車両前側である。このバンパービーム１０は、図１の左右方向である車両幅方向に長い長手形状を成しており、両端部において一対の取付部１２を介して車体のサイドメンバ１４の前端に一体的に取り付けられて支持されるとともに、バンパービーム１０の外側（車両前側）には合成樹脂製のバンパー１６が配設される。

このバンパービーム１０は、長手方向の全長に亘って略一定の断面形状を成している。図２は、図１におけるII−II矢視部分の拡大断面図で、略水平な中心線Ｓ１、Ｓ２に対して上下対称に構成されている。この図２から明らかなように、バンパービーム１０は、一対の外側部材２０および内側部材２２を備えている。外側部材２０は、車両上下方向に延びる第１突出壁部２４と、第１突出壁部２４の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第１立て壁部２６、２８と、第１立て壁部２６、２８の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第１フランジ部３０、３２とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線Ｓ１に対して対称的な横向きハット断面形状を成している。第１突出壁部２４には、半円弧状に凹むように屈曲させられた一対のビード３４、３６が、上下方向に離間して長手方向すなわち車両幅方向に設けられている。この外側部材２０は、金属板材にプレスによる曲げ加工等が施されることによって形成されたもので、第１突出壁部２４と第１立て壁部２６、２８との角部、および第１立て壁部２６、２８と第１フランジ部３０、３２との角部には、それぞれ所定の半径の円弧が設けられている。

内側部材２２は、車両上下方向に延びる第２突出壁部４４と、第２突出壁部４４の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第２立て壁部４６、４８と、第２立て壁部４６、４８の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第２フランジ部５０、５２とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線Ｓ２に対して対称的な横向きハット断面形状を成している。この内側部材２２も、金属板材にプレスによる曲げ加工等が施されることによって形成されたもので、第２突出壁部４４と第２立て壁部４６、４８との角部、および第２立て壁部４６、４８と第２フランジ部５０、５２との角部には、それぞれ所定の半径の円弧が設けられている。

上記内側部材２２の第２突出壁部４４の上下幅寸法は第１突出壁部２４よりも小さく、その第２突出壁部４４が一対の第１立て壁部２６、２８の間に入り込んでその一対の第１立て壁部２６、２８と一対の第２立て壁部４６、４８との間にそれぞれ空間５４、５６が形成されるように、内側部材２２が外側部材２０の車両内方側に中心線Ｓ１、Ｓ２が互いに略一致するように配置され、第２フランジ部５０、５２が第１フランジ部３０、３２にそれぞれ密着するように重ね合わされて抵抗溶接等により一体的に接合されている。外側部材２０および内側部材２２の第１突出壁部２４、第２突出壁部４４の突出寸法は略同じであるとともに、第２突出壁部４４の上下幅寸法は一対のビード３４、３６間の間隔よりも小さく、第１フランジ部３０、３２と第２フランジ部５０、５２とが密着するように重ね合わされて一体的に接合されることにより、第２突出壁部４４は第１突出壁部２４の一対のビード３４、３６の間の部分の内壁面に密着するように接触させられる。また、一対の第２フランジ部５０、５２の上下幅寸法は、それぞれ第１フランジ部３０の上端、第１フランジ部３２の下端に達するように、それ等の第１フランジ部３０、３２の上下幅寸法よりも十分に長くされ、外側部材２０および内側部材２２の上下の両端部が略一致させられている。

ここで、上記外側部材２０の一対の第１立て壁部２６、２８は、第１突出壁部２４から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するように傾斜しているとともに、内側部材２２の一対の第２立て壁部４６、４８も、第２突出壁部４４から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するように傾斜している。図３は、図２の上側半分を更に拡大して示した断面図で、第１立て壁部２６の傾斜角度θ１および第２立て壁部４６の傾斜角度θ２は、互いに略等しいとともに、図６に示す開き変形を抑制して図５のように座屈変形させる上で２０°以下とされ、１５°以下が望ましい。一方、傾斜角度θ１、θ２が小さいと、プレスによる曲げ成形性が悪くなるため、傾斜角度θ１、θ２は０°よりも大きくされ、３°以上が望ましい。この結果、傾斜角度θ１、θ２は、３°〜１５°の範囲内が望ましく、本実施例では約７°である。

図４は、上記傾斜角度θ１、θ２を０°〜４５°の範囲で５°間隔で変更した計１０種類の試験品を用意し、３点曲げモデルを用いてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）によるＦＥＭ（有限要素法）解析により初期荷重およびエネルギー吸収量（ＥＡ量）を調べた結果である。初期荷重は、バンパービーム１０が変形する際の変形抵抗による最大荷重で、エネルギー吸収量は、圧縮ストロークが１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍの３箇所の値である。この図４の結果から明らかなように、初期荷重については、傾斜角度θ１、θ２が０°の時に最も大きく、傾斜角度θ１、θ２が大きくなるに従って徐々に小さくなり、３５°以上になると急速に低下する。エネルギー吸収量に関しては、何れの圧縮ストロークにおいても略同じ傾向で変化しており、傾斜角度θ１、θ２が２０°以下では略一定で高いエネルギー吸収性能が得られるが、傾斜角度θ１、θ２が２０°を超えると徐々に低下する。なお、傾斜角度θ１、θ２＝５°、１０°、１５°、２０°の４種類は本発明品で、その他は比較品である。

図５および図６は、バンパービーム１０の変形態様を説明する概念図で、バンパービーム１０に対して車両前側から垂直に先端が円弧形状（蒲鉾型）のインパクト片６０を押圧した状態である。そして、傾斜角度θ１、θ２が２０°以下の場合は、図５に示すように外側部材２０および内側部材２２の立て壁部２６、２８、４６、４８が、何れも上下方向の外側へ突き出すようにＶ字状乃至はＵ字状に曲げられる座屈変形になり、それ等の立て壁部２６、２８、４６、４８の変形抵抗によって衝突荷重が適切に受け止められて優れたエネルギー吸収性能が得られる。一方、傾斜角度θ１、θ２が３０°以上になると、図６に示すように立て壁部２６、２８、４６、４８が折れ曲がることなく、矢印Ａで示すように上下方向へ拡開させられるとともに、突出壁部２４、４４が中間位置で折り曲げられる開き変形になり、変形抵抗が小さくてエネルギー吸収性能が十分に得られなくなる。なお、傾斜角度θ１、θ２が２５°の時には、立て壁部２６、２８、４６、４８が図６の矢印Ａのように拡開しつつＶ字状乃至はＵ字状に曲げられて座屈する開き傾向の座屈変形になる。

一方、図３の半径Ｒ、すなわち内側部材２２の第２立て壁部４６、４８と第２フランジ部５０、５２との角部の円弧の半径Ｒも、バンパービーム１０の変形態様に影響する。すなわち、円弧の半径Ｒが大きくなると、傾斜角度θ２を大きくした場合と同様に開き変形し易くなる。このため、本実施例では、半径Ｒが第２立て壁部４６、４８の長さ寸法ｆの１／４以下に設定される。本実施例では長さ寸法ｆ＝４０ｍｍで、半径Ｒは１０ｍｍ以下とされる。また、半径Ｒが小さいとプレスの曲げ成形性が悪くなるため、半径Ｒは２ｍｍ以上が適当で、２〜１０ｍｍの範囲内で定められ、本実施例では約７ｍｍである。第２突出壁部４４と第２立て壁部４６、４８との間の角部や、外側部材２０の第１突出壁部２４と第１立て壁部２６、２８との角部、第１立て壁部２６、２８と第１フランジ部３０、３２との角部の円弧についても、上記半径Ｒと略同じ大きさに定められる。

このような本実施例の車両用バンパービーム１０においては、外側部材２０の一対の第１立て壁部２６、２８および内側部材２２の一対の第２立て壁部４６、４８がそれぞれ上下方向へ拡開するように傾斜しているとともに、その傾斜角度θ１、θ２が略同じで互いに略平行であるため、それ等の立て壁部２６、２８、４６、４８がそれぞれ上下方向の外側へ突き出すようにＶ字状乃至はＵ字状に曲げられて座屈させられる際に、互いに平行な第１立て壁部２６および第２立て壁部４６、第１立て壁部２８および第２立て壁部４８が、それぞれ互いに同期或いは追従して変形させられるようになる。すなわち、外側部材２０および内側部材２２の立て壁部２６、２８、４６、４８が、常に略一定の変形態様で座屈変形させられるようになるのであり、これにより所定の衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようになる。

また、上記第１立て壁部２６、２８および第２立て壁部４６、４８が上下方向へ拡開する傾斜角度θ１、θ２は２０°以下であるため、図６に示すように開き変形することが適切に防止され、座屈に基づく衝撃エネルギー吸収性能が安定して得られるようになる。また、このように第１立て壁部２６、２８および第２立て壁部４６、４８が上下方向へ拡開するように傾斜していると、第１突出壁部２４および第２突出壁部４４に対する曲げ角度が鈍角になるため、外側部材２０および内側部材２２をプレスによって曲げ加工する際の成形性が向上する。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

１０：車両用バンパービーム２０：外側部材２２：内側部材２４：第１突出壁部２６、２８：第１立て壁部３０、３２：第１フランジ部４４：第２突出壁部４６、４８：第２立て壁部５０、５２：第２フランジ部５４、５６：空間Ｓ１、Ｓ２：中心線 θ１、θ２：傾斜角度

Claims

車両上下方向に延びる第１突出壁部と、該第１突出壁部の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第１立て壁部と、該第１立て壁部の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第１フランジ部とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線に対して対称的な横向きハット断面形状を成している外側部材と、
車両上下方向に延びる第２突出壁部と、該第２突出壁部の上下両端からそれぞれ車両内方側へ延びる一対の第２立て壁部と、該第２立て壁部の先端からそれぞれ車両上下方向の外方へ延びる一対の第２フランジ部とを有し、車両上下方向の断面が略水平な中心線に対して対称的な横向きハット断面形状を成しているとともに、前記第２突出壁部の上下幅寸法が前記第１突出壁部よりも小さく、該第２突出壁部が前記一対の第１立て壁部の間に入り込んで該一対の第１立て壁部と前記一対の第２立て壁部との間にそれぞれ空間が形成されるように、前記外側部材の車両内方側に前記中心線が互いに一致するように配置され、前記第２フランジ部が前記第１フランジ部に密着するように重ね合わされて一体的に接合される内側部材と、
を備え、車両の前端部または後端部に車両幅方向に沿って配設されて、該車両幅方向の両端部で支持される車両用バンパービームにおいて、
前記内側部材の前記一対の第２立て壁部は、前記第２突出壁部から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するようにそれぞれ２０°以下の傾斜角度で傾斜しているとともに、
前記外側部材の前記一対の第１立て壁部は、前記第１突出壁部から離間するに従って上下方向へ対称的に拡開するように、前記第２立て壁部の傾斜角度と略同じ角度で傾斜している
ことを特徴とする車両用バンパービーム。