JP2017013722A - バンパリインフォースメント - Google Patents

Abstract

【課題】閉じ断面形状のバンパリインフォースメントの断面崩れを防止ないし抑制することにより、耐衝突荷重の増大を図る。
【解決手段】バンパリインフォースメント１４は、コ字状断面形状で、自動車車体の前部または後部に配設される長尺形状の本体部材２０と、前記コ字状断面形状の開口を塞ぎ、車両衝突時に荷重を受ける当たり面となる蓋部材２２とを備え、両部材２０，２２により閉じ断面形状とされる。そして、前記閉じ断面形状の空間を仕切る仕切部材２４を有し、該仕切部材２４は中央部位置で離間して配設される一対の第１仕切部材２４Ａ，２４Ａと、該一対の第１仕切部材２４Ａ，２４Ａの配設位置から幅方向で見て外方位置に離間して配設される第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂとを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、バンパリインフォースメントに関する。特に、自動車車体の前部または後部に備えられ、車両衝突における耐衝突荷重の増大を図ることができるバンパリインフォースメントに関する。

自動車車体の前部または後部には、車両衝突時における衝突荷重を受けるためのバンパ構造が備えられている。バンパ構造には芯材としてバンパリインフォースメントが備えられる。バンパリインフォースメントは自動車車体の幅方向に配設されており、自動車車体の幅方向の両側部位置で自動車車体のフレーム部材に支持構造で連結されて支持される。

特開２０１０−４２７５３号公報

上述した従来構造のバンパリインフォースメントの幅方向中央部位置の断面形状を図１５に示す。図１５は本体部材１２０の開口が上方位置として図示されている。バンパリインフォースメント１１４は、この本体部材１２０の開口部を蓋部材１２２が溶接１２８等により塞いで閉じ断面形状を構成している。車両衝突時には図１５で見て上方から衝突荷重が作用する。そうすると、発明者らの解析によれば、図１６で示すように閉じ断面形状は変形する。その閉じ断面形状の変形は図１６で見て本体部材１２０の左右両側部１２０ｂ，１２０ｃの断面崩れが大きい。

上述のように車両衝突時にバンパリインフォースメント１１４の幅方向中央部位置の断面形状の変形に伴い、バンパリインフォースメント１１４の幅方向は図１７で示すように変形する。図１７は衝突変形後のバンパリインフォースメント１１４の斜視図を示し、同図における１１８はバンパリインフォースメント１１４が幅方向の両側位置で自動車車体のフレーム部材に支持される支持箇所を示す。この図において中央部位置が衝突により下方に変形する際には、圧縮応力と引張応力が作用する。黒く塗りつぶして示す箇所に圧縮応力が作用し、斜線で示す箇所に引張応力が作用する。そして、圧縮応力が作用する箇所は変形により座屈現象を生じる。そのため、圧縮応力箇所が幅広く存在すると座屈する荷重も低くなる。このため従来のバンパリインフォースメント１１４の場合も圧縮応力箇所が比較的広くなる傾向にあり、バンパリインフォースメント１１４の中央部（センター）位置の断面が座屈するための荷重が落ち込むという問題点がある。

而して、本発明は上述した問題点に鑑みて創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、バンパリインフォースメントの閉じ断面形状の断面崩れを防止ないし抑制することにより、耐衝突荷重の増大を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明は次の手段をとる。

本発明に係るバンパリインフォースメントは、自動車の車室から見て、該自動車の前後方向の外方に向けて開口したコ字状断面形状で、自動車車体の前部または後部に該自動車車体の幅方向に配設される長尺形状の本体部材と、前記本体部材のコ字状断面形状の開口を塞ぐように配設され、車両衝突時に荷重を受ける当たり面となる蓋部材とを備え、両部材により閉じ断面形状とされる。そして、前記本体部材と蓋部材とで形成される閉じ断面形状の空間を仕切る仕切部材を有し、該仕切部材は当該バンパリインフォースメントの幅方向の中央部位置で離間して配設される一対の第１仕切部材と、該一対の第１仕切部材の配設位置から幅方向で見て外方位置に離間して配設される第２仕切部材とを備える。

上記の本発明によれば、閉じ断面形状のバンパリインフォースメントの中央部位置には、先ず、一対の第１仕切部材が離間して配設される。このため正面衝突時における閉じ断面形状の断面崩れを防止ないし抑制することができると共に、バンパリインフォースメント中央部へ作用する圧縮応力を減らすことができて、座屈タイミングを遅らせて、耐衝突荷重の増大を図ることができる。

また、本発明は第１仕切部材の配設位置から幅方向で見て外方位置に離間して第２仕切部材が配設される。第１仕切部材と第２仕切部材との間の蓋部材には衝突時に引張応力が作用する。引張応力が作用すると衝突部材との当たり面となる蓋部材は衝突部材方向に膨らみ変形が生じ、衝突部材との接触面積が増大する。これにより中央部位置の応力集中を分散させて、中央部の断面崩れを防止ないし抑制し、座屈タイミングを遅延させ、耐衝突荷重の増大を図ることができる。

なお、上記の本発明は次の態様とするのが好ましい。

先ず、前記第１仕切部材と前記第２仕切部材との間の幅方向間隔は、前記一対の第１仕切部材による幅方向間隔より広くなるように配置されているのが好ましい。これにより中央部位置の応力集中を分散をより良好なものとして、中央部断面崩れを防止ないし抑制し、座屈タイミングを遅延させ、耐衝突荷重の増大をより図ることができる。

次に、前記一対の第１仕切部材の両側に形成される該第１仕切部材と第２仕切部材との間の空間を形成する幅方向間隔は、両側とも同じとされているのが好ましい。これにより左右の衝突荷重をバランスよく受けることができる。

次に、前記仕切部材は、少なくとも前記本体部材のコ字状断面形状の底面部位と、蓋部材に溶接により固定されているのが好ましい。本発明による本体部材と蓋部材との配置の仕方、すなわちコ字形断面形状の本体部材の開口部を自動車車体から見て外方向とする形態にあっては、本体部材の両側部は内方に変形する断面崩れとなるので、この変形は仕切部材で防止ないし抑制することができる。このため溶接箇所の削減を図ることができると共に、それに伴う溶接作業の工数低減を図ることができる。

上述した手段の本発明によれば、閉じ断面形状のバンパリインフォースメントの中央部位置に、一対の第１仕切部材とその幅方向外方位置に第２仕切部材を配設することにより、バンパリンフォースメントの閉じ断面形状の断面崩れを防止ないし抑制することができて、耐衝突荷重の増大を図ることができる。

自動車車体に対するバンパ構造の配置位置を示す概略図である。 本実施形態の仕切部材を備えたバンパリインフォースメントの溶接結合状態の概略を示す断面図である。 本実施形態のバンパリインフォースメントを示す斜視図である。 図２における仕切部材を蓋部材に溶接により固定する具体例を示す斜視図である。 バンパリインフォースメントにおける仕切部材の配設状態を示す平面図である。 図５におけるVI部分の拡大図である。 ３点曲げ解析条件を示す図である。 上記３点曲げ解析条件による衝突変形後のバンパリインフォースメントを示す斜視図である。 図８における図６に対応する部位を示す図である。 本実施形態と従来構造との変位量に対する荷重変化を示す線図である。 本実施形態と従来技術とのピーク荷重効率比較を示すグラフである。 本実施形態と従来技術とのエネルギー吸収効率比較を示すグラフである。 本実施形態の試験条件における本体部材と蓋部材の仕様を示した説明図である。 本実施形態の試験条件における仕切部材の仕様を示した説明図である。 従来技術のバンパリインフォースメントの断面形状を示し、変形前の断面図である。 図１５のバンパリインフォースメントの変形後の断面図である。 衝突変形後のバンパリインフォースメントを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、図１は自動車におけるバンパ構造１０の配置位置を示す。バンパ構造１０は、通常、自動車車体１２の前部と後部に自動車車体１２に対して幅方向に配置される。図１において、自動車車体１２の前方を矢印Ｆで示し、後方を矢印Ｒで示した。バンパ構造１０は、バンパリインフォースメント１４と、バンパ被覆部材１６と、バンパ支持構造１８とから成っている。バンパリインフォースメント１４はバンパ構造１０の強度上の芯材として配設されている。バンパ被覆部材１６はバンパリインフォースメント１４の前面を被覆するように配設されている。バンパ被覆部材１６はバンパ構造１０の最外面に配設され、見栄えを考慮した構成とされている。通常、意匠の成形に適する樹脂製で形成されている。

バンパ支持構造１８はバンパリインフォースメント１４の長手方向（自動車車体１２で見て幅方向）の両側部の位置で自動車車体１２のフレーム部材（不図示）とバンパリインフォースメントとの間に配設されている。そして、このバンパ支持構造１８によりバンパリインフォースメント１４で受ける衝突荷重を自動車車体１２に伝え、自動車車体１２で支持する。なお、以後に説明する実施形態は、自動車車体１２の前部に配設されるバンパリインフォースメント１４の場合を例にして説明する。

上記のような配置構成であることにより、自動車の正面衝突によりバンパ構造１０の中央部位置に作用する衝突荷重は、先ずは、バンパ被覆部材１６で受けて、これをバンパリインフォースメント１４で支える。そしてバンパリインフォースメント１４に作用した荷重は、バンパリインフォースメント１４の両側部に配設されたバンパ支持構造１８を介して自動車車体１２により受けられる。

バンパリインフォースメント１４は、図２及び図３に示すように、本体部材２０と、蓋部材２２と、仕切部材２４とから成っている。これら各部材２０，２２，２４は鋼製である。本体部材２０は断面コ字状の長尺部材として形成されており、コ字状の開口部が自動車車体１２から見て外方に向けて開口した状態として配設される。図２は当該外方が上方として図示されている。なお、本体部材２０の形状を示す断面コ字状とは、その開口端においていわゆるフランジを備える場合と、フランジを備えない場合とがあり、本実施形態の場合はフランジ２６を備える形状となっている。

蓋部材２２は、本体部材２０のコ字形の開口部を塞ぐ部材として配設され、車両衝突時に荷重を受ける当たり面となっている。蓋部材２２は本体部材２０の開口部全面を塞ぐ形状の長尺の板状部材として形成されており、本体部材２０のフランジ２６の箇所で溶接２８により一体的に結合されている。これによりバンパリインフォースメント１４の断面形状は断面略四角形の閉じ断面形状とされる。なお、溶接２８はスポット溶接、アーク溶接、レーザ溶接等何でも良く、以後に説明する溶接箇所も同じである。

仕切部材２４は、本体部材２０と蓋部材２２とで形成される閉じ断面形状の空間を仕切る部材であり、正面衝突時における閉じ断面形状の断面崩れを防止ないし抑制するための強度部材として配設される。仕切部材２４は、好ましくは鋼製の板状部品であるが、所定の強度が得られる部材形状であれば孔をあけた板状部品、或いはメッシュ状の板状部品であっても良い。

本実施形態の仕切部材２４は、図２及び図３に示すように、閉じ断面形状の四角形に対応した四角形の板状部材であり、四角形の４辺部とも本体部材２０と蓋部材２２に溶接により固定されている。図２は溶接箇所を分かり易くイメージとして示したものである。図２で見て仕切部材２４の左右両側辺部２４ｂ、２４ｃと下辺部２４ｄは、本体部材２０のハット型断面形状の左右両側部２０ｂ、２０ｃと底部２０ｄに溶接３０で結合され、仕切部材２４の上辺部２４ａは蓋部材２２と溶接３０で結合される。図２では溶接３０箇所は黒丸印で示されている。

詳細には、仕切部材２４の上辺部２４ａと蓋部材２２との溶接３０による固定は、例えば、図４に示す構造により行われる。図４に示す固定構造は、仕切部材２４の上辺部２４ａが配設される蓋部材２２の箇所に貫通孔３２を形成し、この貫通孔３２に嵌合するように上辺部２４ａ箇所を延設形成する。そして、この貫通孔３２に仕切部材２４の上辺部２４ａが嵌合した箇所を外部から溶接３０する。

なお、仕切部材２４の溶接による固定は、四角形の４辺部のうち下辺部２４ｄと上辺部２４ａの２辺部を固定すれば、閉じ断面形状の断面崩れを有効に防止ないし抑制することができる。これは本実施形態のようにバンパリインフォースメント１４のハット型断面形状の本体部材２０の開口部が外方に向けて配設される形態では、本体部材２０の左右両側部２０ｂ、２０ｃは図１６に示されるように内方に向けて変形しようとする。本実施形態では左右両側部２０ｂ、２０ｃが内側に変形しようとしても仕切部材２４の左右両側辺部２４ｂ、２４ｃにより変形が阻止されて、断面形状の崩れを防止ないし抑制することができる。

仕切部材２４のバンパリインフォースメント１４への配設位置は、図３及び図５、図６に示されている。当該図に示すようにバンパリインフォースメント１４は自動車車体１２の幅方向に配設されており、仕切部材２４は正面衝突の衝突荷重を最も受ける中央部位置に配設される。

図６は図５の中央部位置のVI箇所を拡大して示したものである。仕切部材２４はバルクとも称される部材であり、本実施形態では第１仕切部材２４Ａ，２４Ａと第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂの４個から成っている。一対の第１仕切部材２４Ａ，２４Ａはバンパリインフォースメント１４の幅方向の中心位置に配設される。

第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂは、先の第１仕切部材２４Ａ，２４Ａの配設位置から幅方向で見て外方位置に離間して配設される。そして、図６の図示から良く分かるように、第１仕切部材２４Ａと第２仕切部材２４Ｂとの間の幅方向間隔Ｙは、先の一対の第１仕切部材２４Ａ，２４Ａによる幅方向間隔Ｘより広くなるように配設されている。すなわち、第１仕切部材２４Ａ，２４Ａと第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂとの配設間隔は、Ｘ＜Ｙの関係として配設されている。

本発明者らは、上述のように第１仕切部材２４Ａ，２４Ａと第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂとを配設したバンパリインフォースメント１４の評価試験を、正面衝突時の評価試験である図７に示す３点曲げ解析条件で行った。図７の３点曲げ解析条件は、バンパリインフォースメント１４をバンパ支持構造１８の設置位置に対応する位置において支持部材により支持し、上面の幅方向中央部位置にインパクターと称される荷重負荷部材３６で衝突荷重をかけるものである。

図８及び図９は上述の３点曲げ解析条件で評価試験を行った状態を示す。図９は図８における図６に示す範囲を取り出して拡大して示す。図９では曲げ解析におけるバンパリインフォースメント１４の中央部位置に生じる圧縮応力と引張応力の状態が示されている。黒く塗り潰した部位が圧縮応力が生じた部位であり、斜線で示した部位が引張応力が生じた部位である。

本実施形態では正面衝突荷重（図７に示すインパクターと称される荷重負荷部材３６）が作用する中央部位置に、第１仕切部材２４Ａ，２４Ａと第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂが配設されている。これによりバンパリインフォースメント１４の閉じ断面形状の断面崩れが防止ないし抑制される。

図８及び図９から分かるように、本実施形態ではバンパリインフォースメント１４の中央部位置に第１仕切部材２４Ａ，２４Ａを配設したことで圧縮応力を減らし、バンパリインフォースメント１４の座屈タイミングを遅らせることができる。これにより、図１０に示すように、座屈タイミングのピーク荷重の増大を図ることができる。

また、本実施形態では第１仕切部材２４Ａ，２４Ａの幅方向外方に第２仕切部材２４Ｂ，２４Ｂが配設されている。これにより、バンパリインフォースメント１４には、図９に示されるように引張応力が生じ、図９で見て、前方に膨らむ変形を生じる。この前方へ膨らむ変形により前記荷重負荷部材３６に当たる面積が多くなる。これにより中央部位置における圧縮応力の集中を分散させることができて、中央部位置の閉じ断面形状の断面崩れを防止ないし抑制できる。

図１０はバンパリインフォースメント１４の変形量に対する荷重の変化を従来技術と本実施形態とを対比して示す線図である。図１０の線図において、Ｇは従来技術、Ｈは本実施形態を示す。この両者の比較線図から良く分かるように、座屈タイミングは従来技術では変形量ｍ１の位置であったの対し、本実施形態では変形量ｍ２の位置となり、変形量ｍｄだけ遅れて生じる。これにより座屈が生じるピーク荷重も従来技術ではｎ１であったのが、本実施形態ではｎ２となり大幅にピーク荷重の増大も図られる。評価試験結果の数値は、従来技術Ｇの座屈荷重（ピーク荷重）ｎ１が１３３ＫＮで、その変位量ｍ１が３５ｍｍであったのに対し、本実施形態では座屈荷重（ピーク荷重）ｎ２が２４３ＫＮで、その変位量ｍ２が５６．８ｍｍである。

図１１はピーク荷重効率比較を示す。ピーク荷重効率とは〔ピーク荷重／バンパリインフォースメントの質量〕である。従来技術を１００とした場合、本実施形態は１７４という高い値の効率を得た。

図１２はエネルギー吸収量効率比較を示す。エネルギー吸収量効率とは〔エネルギー（ＥＡ）量／バンパリインフォースメントの質量〕である。従来技術を１００とした場合、本実施形態は２００という高い値の効率を得た。なお、本説明でのエネルギー（ＥＡ）量は、従来技術および本実施形態それぞれについて、図１０に示す線図の変形量０ｍｍ〜１５０ｍｍまでを積分して求めた値としている。

上述した評価試験において用いたバンパリインフォースメント１４の設定仕様（寸法、厚み、強度等）は図１３及び図１４に示すとおりである。図１３には本体部材２０と蓋部材２２の仕様を示し、図１４には仕切部材２４の仕様を示した。なお、第１仕切部材２４Ａと第２仕切部材２４Ｂの強度及び厚みの仕様は同じ仕様と成っている。配設間隔は一対の第１仕切部材２４Ａ、２４Ａ間の間隔が３０ｍｍであるのに対し、第１仕切部材２４Ａと第２仕切部材２４Ｂとの間隔は８０〜１２０ｍｍとなっている。すなわち、第１仕切部材２４Ａと第２仕切部材２４Ｂとの間隔は一対の第１仕切部材２４Ａ、２４Ａ間の間隔より約２．５倍〜３倍広く設定されている。

なお、本実施形態では第１仕切部材２４Ａと第２仕切部材２４Ｂとの配設位置の左右の間隔は同じ間隔とされている。これにより正面衝突荷重を左右バランスよく受けることができる。

以上、本発明を特定の実施形態について説明したが、本発明はその他各種の形態でも実施可能なものである。

例えば、上述した実施形態では、仕切部材は第１仕切部材と第２仕切部材のみであったが、必要に応じて第３、第４の仕切部材を設定してもよい。

また、上述した実施形態では、バンパリインフォースメントを自動車車体前部に配設した場合について述べたが、自動車車体の後部に配設してもよい。

１０ バンパ構造
１２ 自動車車体
１４ バンパリインフォースメント
１６ バンパ被覆部材
１８ バンパ支持構造
２０ 本体部材
２２ 蓋部材
２４ 仕切部材（バルク）
２４Ａ 第１仕切部材
２４Ｂ 第２仕切部材
２６ フランジ
２８ 溶接
３０ 溶接
３２ 貫通孔
３４ 支持具
３６ 荷重負荷部材（インパクター）

Claims (4)

1. 自動車の車室から見て、該自動車の前後方向の外方に向けて開口したコ字状断面形状で、自動車車体の前部または後部に該自動車車体の幅方向に配設される長尺形状の本体部材と、
   前記本体部材のコ字状断面形状の開口を塞ぐように配設され、車両衝突時に荷重を受ける当たり面となる蓋部材とを備え、両部材により閉じ断面形状とされるバンパリインフォースメントであって、
   前記本体部材と蓋部材とで形成される閉じ断面形状の空間を仕切る仕切部材を有し、該仕切部材は当該バンパリインフォースメントの幅方向の中央部位置で離間して配設される一対の第１仕切部材と、該一対の第１仕切部材の配設位置から幅方向で見て外方位置に離間して配設される第２仕切部材とを備えるバンパリインフォースメント。
2. 請求項１に記載のバンパリインフォースメントであって、
   前記第１仕切部材と前記第２仕切部材との間の幅方向間隔は、前記一対の第１仕切部材による幅方向間隔より広くなるように配置されているバンパリインフォースメント。
3. 請求項１または請求項２に記載のバンパリインフォースメントであって、
   前記一対の第１仕切部材の両側に形成される該第１仕切部材と第２仕切部材との間の空間を形成する幅方向間隔は、両側とも同じとされているバンパリインフォースメント。
4. 請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載のバンパリインフォースメントであって、
   前記仕切部材は、少なくとも前記本体部材のコ字状断面形状の底面部位と、蓋部材に溶接により固定されているバンパリインフォースメント。
   

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