JP2018034741A - バンパリインフォースメント - Google Patents

Abstract

【課題】バンパリインフォースメントにより受けることのできる耐衝突荷重の一層の増大を図る。【解決手段】バンパリインフォースメント１４は、長尺形状で、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。当該バンパリインフォースメント１４は、前記自動車車体の前後方向の軸線における上下方向断面形状がＵ字形状とされた２つの強度構成部位２０Ａ，２０Ｂが、当該Ｕ字形状の開口部が自動車車体に向いた状態で上下位置で隣接して配設される。そして、当該バンパリインフォースメント１４は、前記２つの強度構成部位２０Ａ，２０Ｂで形成される衝突時の衝突当接面形状２４ａは、該２つの強度構成部位２０Ａ，２０Ｂの隣接位置方向に向けて山形状とされている。【選択図】図２

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る。バンパ構造には芯材としての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。

バンパリインフォースメントにより受ける車両衝突時の耐衝突荷重の増大を図るため、従来から各種の提案がなされている。例えば、強度構成部位を断面略Ｍ字形状とする構成のバンパリインフォースメントが提案されている（下記特許文献１参照）。この略Ｍ字形状のバンパリインフォースメントは、連続形成される２つの山形状の強度構成部位が上下方向に離間して配設される。そして、山形状が自動車の衝突作用方向に対して対向するように配設される。これにより、２山の配置構成で車両衝突時の耐衝突荷重を確実に受けるようにしている。

特開２０１６−５５８号公報 特開２００９−９６４５９号公報

ところで、車両衝突した際における乗員保護の要請として、バンパ構造による耐衝突荷重の一層の増大を図ることが要請されている。そして、かかる要請は、好ましくは、バンパリインフォースメント等のバンパ構造を複雑化することなく、また、重量増加することなく行うことが要請されている。

而して、本発明は上述した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により受けることのできる耐衝突荷重の一層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バンパリインフォースメントである。そして、当該バンパリインフォースメントは、前記自動車車体の前後方向の軸線における上下方向断面形状がＵ字形状とされた２つの強度構成部位が、当該Ｕ字形状の開口部が自動車車体に向いた状態で上下位置で隣接して配設されている。そして、更に、当該バンパリインフォースメントは、前記２つの強度構成部位で形成される衝突時の衝突当接面形状は、該２つの強度構成部位の隣接位置方向に向けて山形状とされている。

上記本発明によれば、先ず、従来同様に、自動車衝突の際に、２つのＵ字形の強度剛性部位が塑性撓み変形することにより、衝突エネルギを吸収し、耐衝突荷重を受けることができる。

そして、上記本発明においては、２つのＵ字形の強度剛性部位は上下方向に隣接して配設され、衝突時の衝突当接面形状が当該隣接位置に向けて山形状となる傾斜面形状とされている。これにより、衝突荷重は山形状の頂点に作用し、この山形状の頂点に作用した衝突荷重は、衝突当接面形状が山形状の頂点に向けた傾斜面形状とされていることにより、当該衝突当接面を隣接面位置方向に移動させるように作用する。すると、２つのＵ字形の強度剛性部位の隣接面部位間には圧縮作用が作用すると共に、当該隣接面部位を衝突作用方向に変移させる作用をなす。この作用により本発明の場合は、更に、衝突エネルギを吸収し、耐衝突荷重を受けることができる。

なお、上記の本発明のバンパリインフォースメントは次の態様とすることができる。

先ず、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記２つの強度構成部位で形成される前記衝突当接面の前記山形状の頂点位置を、上下方向の中央部位置とすることができる。かかる構成とすることにより、２つの強度構成部位による耐衝突荷重特性をバランス良く受けることができる。

また、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記２つの強度構成部位の隣接構成は、Ｙ字形状とされており、前記衝突当接面から所定の長さだけ離間されていると共に、その他の隣接部位が接合された構成とすることができる。

本発明を上記のように構成した場合には、２つの強度構成部位における隣接構成は、衝突当接面の頂点箇所からＹ字形状とされており、その後、接合された構成とされている。このため、衝突荷重は、衝突当接面の頂点に作用し、Ｙ字形状の離間した部位を経由して、接合部位箇所で受ける。この際、接合部位箇所に作用する衝突荷重応力は、衝突荷重がＹ字形状の傾斜角を以て圧縮作用力が伝達されるため、変形初期から大きな荷重を受けることができる。

また、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記２つの強度構成部位の隣接構成は、前記衝突当接面から全面接合された構成とすることができる。

本発明を上記のように構成した場合には、２つの強度構成部位における隣接構成は、衝突当接面の頂点箇所から全面が接合された構成とされている。このため、衝突荷重は、衝突当接面の頂点に作用した後、直ちに全面接合された箇所で受ける。これにより上述の隣接形状をＹ字形状とした場合に比して、荷重特性の立ち上がりを多少緩やかな特性とすることができる。

また、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記個々のＵ字形状の強度構成部位の外壁部位は内壁部位より高剛性構成とすることができる。かかる場合には、２つの強度構成部位の隣接部位となる内壁部位の剛性が外壁部位より弱く構成されるため、２つの強度構成部位の衝突当接面の隣接部位方向への変位を確実に行うことができる。このため衝突荷重による隣接面部位における圧縮作用を効果的に行わせることができる。

また、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記２つの強度構成部位は、前記Ｕ字形状単位の２部品で構成することができる。かかる場合には、個々の強度構成部位の制作を容易に行うことが可能となる。

また、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記２部品の強度構成部位は、上下対称断面形状として形成することができる。かかる場合には、部品の共通化を図ることができ、コストダウンを図ることができる。

また、上記の本発明のバンパリインフォースメントにおける前記衝突当接面における前記強度構成部位の隣接位置の頂点形状は、衝突した後でも山形状を維持する構成とすることができる。

上述した手段の本発明によれば、バンパリインフォースメントにより受けることのできる耐衝突荷重の一層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。 第１実施形態のバンパリインフォースメントを示す断面構成図である。 第１実施形態のバンパリインフォースメントの一部を斜め前方から見た斜視図である。 第１実施形態のバンパリインフォースメントの一部を斜め後方から見た斜視図である。 第２実施形態のバンパリインフォースメントを示す断面構成図である。 第１実施形態及び第２実施形態と、従来構造との変位量に対する荷重変化を対比して示す線図である。 図６の線図の変位量Ｓ１における第１実施形態の変形形態を模式的に示す略図である。 図６の線図の変位量Ｓ２における第１実施形態の変形形態を模式的に示す略図である。 図６の線図の変位量Ｓ１における第２実施形態の変形形態を模式的に示す略図である。 図６の線図の変位量Ｓ２における第２実施形態の変形形態を模式的に示す略図である。 ３点曲げ解析条件の概念を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

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に対して幅方向に配置される。自動車車体１２において車室が形成される。なお、図１において、自動車車体１２の前方を矢印Ｆｒで示し、後方を矢印Ｒｒ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とからなっている。バンパリインフォースメント１４は長尺形状であり、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の表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１４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、以後の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。

本実施形態のバンパ構造１０は、上述した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。

〔第１実施形態〕
バンパリインフォースメント１４の第１実施形態は、図２〜図４に示される。図２はバンパリインフォースメント１４を自動車車体の前後方向の軸線における上下方向（縦）断面で示したものである。図３はバンパリインフォースメント１４の一部を斜め前方から見た状態を示し、図４は斜め後方から見た状態を示したものである。

図２〜図４に示されるように、第１実施形態のバンパリインフォースメント１４は、２個の断面Ｕ字形の強度構成部位２０が上下位置に隣接して配設されている。そして、断面Ｕ字形の強度構成部位２０の開口部が後方に開口した状態として配設される。断面Ｕ字形の個々の強度構成部位２０は、外壁部位２２と、衝突当接面部位２４と、内壁部位２６と、が連接して形成されている。なお、バンパリインフォースメント１４の強度構成部位２０は、衝突荷重の作用により撓み変形して荷重を吸収することのできる鋼板製とされている。

なお、以後の説明において、上下方向に配設される２個の断面Ｕ字形の強度構成部位２０における構成要素を区別して説明するときは、次のようにする。すなわち、夫々の符号の後に上側の強度構成部位については“Ａ”を付し、下側の強度構成部位については“Ｂ”を付して説明する。例えば、上側の強度構成部位は２０Ａとし、その衝突当接面部位は２４Ａとして説明する。

本実施形態のバンパリインフォースメント１４を構成する上側の強度構成部位２０Ａと下側の強度構成部位２０Ｂは、別部品として構成されている。そして、上側と下側の各強度構成部位２０Ａ、２０Ｂは、図２に示すように、その断面形状が上下対称形状とされており、コスト削減のための部品の共通化が図られている。

本第１実施形態における上下に配設される強度構成部位２０Ａ，２０Ｂの隣接配置構成は、図２に示される断面形状が、いわゆるＹ字形状として配設されている。すなわち、上側の強度構成部位２０Ａの内壁部位２６Ａと、下側の強度構成部位２０Ｂの内壁部位２６Ｂとは、前後方向の長さ方向において、前方の約半分の長さにおいてＹ字形状に離間している。そして、後方の約半分の長さにおいて両部位２６Ａ、２６Ｂが接合されている。この両部位２６Ａ、２６Ｂの接合は、溶接２７や接着剤により行われる。溶接２７としてはスポット溶接やアーク溶接等である。なお、Ｙ字形状の離間角度は、例えば、２０度程度である。

上下の強度構成部位２０Ａ，２０Ｂの、それぞれの衝突当接面部位２４Ａ，２４Ｂは、上述した両強度構成部位２０Ａ，２０Ｂの隣接配設位置に向けて山形状となる傾斜面形状とされている。この傾斜面形状の角度は、車両上下方向に対して、例えば、１０度程度である。このため、衝突当接面部位２４と内壁部位２６とが連続するコーナ位置Ｐが前方に最も突出した形態となり、車両衝突時にはこの位置Ｐから図２に示す衝突荷重Ｆが作用することになる。衝突当接面部位２４の前方側外面が本発明で言う衝突当接面２４ａとなっており、その頂点Ｐ位置が車両衝突時に最初に当接する。この頂点Ｐ位置は、本実施形態ではバンパリインフォースメント１４の上下方向の略中央部位置となっている。これにより衝突荷重はバンパリインフォースメント１４の略中央部位置からバンパリインフォースメント１４に入力する。

本第１実施形態においては、内壁部位２６より外壁部位２２の剛性が高剛性となるように構成されている。このため、外壁部位２２の壁面の中途部位が段差形状３０とされている。また、外壁部位２２の開口端側を屈曲させて形成したフランジ２８を設けている。これにより、略直線状に形成された内壁部位２６に比して外壁部位２２の剛性を高めている。かかる構成とすることにより、衝突荷重が衝突当接面部位２４の頂点位置Ｐに作用した際に、当該衝突荷重は上下の強度構成部位２０Ａ、２０Ｂが隣接する内壁部位２６Ａ、２６Ｂの位置方向に確実に作用するようにしている。

〔第２実施形態〕
次に、バンパリインフォースメント１４の第２実施形態を図５に基づいて説明する。図５は上述した第１実施形態の図２に対比して図示されている。なお、この第２実施形態の説明は、上述の第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本第２実施形態は、上側の強度構成部位２０Ａと下側の強度構成部位２０Ｂとの隣接構成が、その両者の内壁部位２６Ａ，２６Ｂの接合が、その前後方向の長さの全範囲に亘って接合されている構成とされている。すなわち、この第２実施形態の場合の内壁部位２６Ａ，２６Ｂの接合は、第１実施形態のＹ字形状の接合の場合と異なり、衝突当接面部位２４に接続する位置Ｐから行われている。これをＹ字形状に対比して表現するとＩ形状の接合となる。

〔上記各実施形態の作用効果〕
上記各実施形態の作用効果を説明するため、図６にバンパリインフォースメント１４に衝突荷重Ｆが作用した場合のＦＳ線図（変位量に対する荷重変化特性線図）を示す。この線図は、図１１に示す３点曲げ解析条件で行ったものである。この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に対応する位置において支持部材１８Ｃにより支持し、上側の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６の線図において、Ａは第１の実施形態の線図を示し、Ｂは第２の実施形態の線図を示し、Ｃは従来技術（背景技術に示すＭ字形状のバンパリインフォースメント）の線図を示す。図７は図６のＡ線図（第１実施形態）の変位量Ｓ１位置における強度構成部位２０の撓み変形状態を模式的に示し、図８は変位量Ｓ２位置における強度構成部位２０の撓み変形状態を模式的に示す。同様に、図９は図６のＢ線図（第２実施形態）の変位量Ｓ１位置における強度構成部位２０の撓み変形状態を模式的に示し、図１０は変位量Ｓ２位置における強度構成部位２０の撓み変形状態を模式的に示す。なお、図７〜図１０に変形状態を模式的に示す図において、太線で示した箇所は高い応力がかかっている部位を示している。

図６に示す３つの線図（Ａ，Ｂ，Ｃ）の比較から分かるように、第１実施形態（Ａ線図）及び第２実施形態（Ｂ線図）の耐荷重特性の最大荷重は、従来技術（Ｃ線図）の最大荷重に比べ高くなっている。これは、衝突荷重がバンパリインフォースメント１４の強度構成部位２０の衝突当接面部位２４に作用した際に、衝突当接面部位２４が山形状とされていることにより、衝突荷重を内壁部位２６の接合部で受ける結果によると考える。これは図８及び図１０に示す変位量Ｓ２の変形状態において、当該接合部箇所に高い応力がかかっていることから理解される。

なお、図６の線図によれば、第１実施形態（Ａ線図）は第２実施形態（Ｂ線図）に比べ、その特性線図が早く立ち上がり、最大荷重もわずかに（試験結果によれば約１ＫＮ）大きい。これは上側と下側の強度構成部位２０Ａ，２０Ｂの隣接構成である両内壁部位２６Ａ，２６Ｂの接合構成が、いわゆるＹ字状であるか、Ｉ字状であるかによるものである。

上述の接合構成がＹ字状の場合には、図７に示すように、少ない変位量（Ｓ１）の初期段階からその接合部に大きな応力がかかることによるものである。これは、Ｉ字状の図９に示す接合部への応力のかかり方が、Ｓ１の変位量では少ないことから明らかである。これは、衝突荷重は、衝突当接面２４ａの頂点Ｐに作用し、Ｙ字形状の離間した部位を経由して、接合部位箇所で受ける。この際、接合部位箇所に作用する衝突荷重応力は、衝突荷重がＹ字形状の傾斜角を以て圧縮作用力として伝達されるため、変形初期から大きな荷重を受けることによると考えられる。

上記に対して、接合部位箇所の隣接形状がいわゆるＩ字形状とされている場合には、衝突荷重は、衝突当接面２４ａの頂点Ｐに作用した後、直ちに全面接合された箇所で受ける。これによりＹ字形状とされている場合に比して、荷重特性の立ち上がりを多少緩やかな特性とすることができる。

なお、図７〜図１０に示す衝突変形形態から分かるように、第１実施形態及び第２実施形態のいずれの場合も、頂点Ｐは衝突変形後においても、衝突当接面２４の山形状の頂点を維持する構成をとっている。

以上、本発明の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できる。

例えば、上述の実施形態は、自動車の前部に配設されるバンパ構造のバンパリインフォースメントの場合について説明したが、自動車の後部に配設されるバンパ構造のバンパリインフォースメントにも当然適用可能である。

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形成する２つのＵ字形状の強度構成部位を別部品とした２部品で形成される場合について説明したが、１部品で形成してもよい。また、１つのＵ字形状の強度構成部位を複数の部品を接続接合して形成してもよい。

また、隣接部位間の接合手段が溶接あるいは接着剤の場合について説明したが、リベットや、ボルトナット等の軸締結部材で接合してもよい。

また、バンパリインフォースメント１４を構成する強度構成部位２０の材質は、鋼板製である場合について説明したが、塑性変形によりエネルギを吸収することのできる材質であればよい。

また、外壁部位２２を高剛性とする構成が、段差形状３０及びフランジ２８形状の場合であったが、その他、厚みの変更、材質の変更等の手段であってもよい。

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 強度構成部位
２０Ａ 上側の強度構成部位
２０Ｂ 下側の強度構成部位
２２ 外壁部位
２４ 衝突当接面部位
２６ 内壁部位
２８ フランジ
３０ 段差形状

Claims (8)

1. 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バンパリインフォースメントであって、
   前記自動車車体の前後方向の軸線における上下方向断面形状がＵ字形状とされた２つの強度構成部位が、当該Ｕ字形状の開口部が自動車車体に向いた状態で上下位置に隣接して配設されており、
   前記２つの強度構成部位で形成される衝突時の衝突当接面形状は、該２つの強度構成部位の隣接位置方向に向けて山形状となる傾斜面形状とされてい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２つの強度構成部位で形成される前記衝突当接面の前記山形状の頂点位置は、上下方向の中央部位置であるバンパリインフォースメント。
3. 請求項１又は請求項２に記載のバンパリインフォースメントであって、
   前記２つの強度構成部位の隣接構成は、Ｙ字形状とされており、前記衝突当接面から所定の長さだけ離間されていると共に、その他の隣接部位を接合させた構成とされているバンパリインフォースメント。
4. 請求項１又は請求項２に記載のバンパリインフォースメントであって、
   前記２つの強度構成部位の隣接構成は、前記衝突当接面から全面接合された構成とされているバンパリインフォースメント。
5. 請求項１から請求項４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、
   前記個々のＵ字形状の強度構成部位の外壁部位は内壁部位より高剛性構成とされているバンパリインフォースメント。
6. 請求項１から請求項５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２つの強度構成部位は、前記Ｕ字形状単位の２部品で構成されているバンパリインフォースメント。
7. 請求項６に記載のバンパリインフォースメントであって、
   前記２部品の強度構成部位は、上下対称断面形状として形成されているバンパリインフォースメント。
8. 請求項１から請求項７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、
   前記衝突当接面における前記強度構成部位の隣接位置の頂点形状は、衝突した後でも山形状の頂点を維持する構成とされているバンパリインフォースメント。
   

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