JP4904334B2 - 自動車用エネルギ吸収部材 - Google Patents
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Description
自動車用エネルギ吸収部材1としてのバンパ補強材の一実施態様を、図1に斜視図、図2に図1のAA線断面図、図3に図1のBB線断面図、で各々例示する。ここで、図1〜3は、バンパ補強材1が車体幅方向(車幅方向)に略水平方向に延在している状態を示し、各図の上方向側が、自動車車体の外側方向、即ち衝突側方向であり、各図の下方向側が、自動車車体の内側方向、即ち衝突側に対する背面側方向である。
図1〜3において、バンパ補強材1は、アルミニウム合金押出中空形材からなる。その中空形状は、互いに平行にかつ間隔を開けて配置された、自動車車体における外側(衝突側、前面側)に存在するフランジ4および内側(背面側、後面側)に存在するフランジ5とを有する。これらのフランジ4、5は、板状であり、用途に応じて、自動車車体の幅方向や前後方向に延在し、バンパ補強材であれば自動車車体の前後方向に延在する。フランジ4、5は、図1〜3では矩形の横断面である中空形状を示しているので、互いに平行に配置されるとともに、直線的である。
間隔を開けて配置された二つのウエブ6、7は、自動車車体の内外方向、バンパ補強材であれば自動車車体の前後方向に延在し、これら二つのフランジ4、5同士をつなぐ。図における左右のウエブ6、7は、板状であり、図1〜3では矩形の横断面である中空形状を示しているので、互いに平行に配置されるとともに、直線的であり、かつフランジ4、5に直交している。なお、この二つのウエブ6、7同士の間隔が、バンパ補強材乃至自動車用エネルギ吸収部材における「横断面幅」を規定し、この二つのウエブ6、7の各外側の面同士の間隔が、この「横断面幅」である。
中リブ8、9は、補強用の板状リブであり、前記ウエブ6、7同士の間である中空形状内にあって、互いに間隔を開けて配置され、各々二つのフランジ4、5をつないでいる。図1〜3では、中リブ8、9は2本で、横断面が目型をしているが、中リブを中央部に設けた1本のみとした横断面が日型であっても良い。中リブを設ける本数は、補強の必要性や自動車用エネルギ吸収部材の大きさ(横断面幅など)にもよるが、バンパ補強材など、通常の自動車用エネルギ吸収部材の大きさ(横断面幅など)であれば、図1のように2本までで十分であり、3本以上設ける必要は無い。
図1において、バンパ補強材1の長手方向の中央部1aには、アルミニウム合金押出中空形材からなるバンパ補強材1の中空形状(横断面)の一部を変形させた変断面部2が設けられている。この変断面部2は、図2に示すように、点線で示す、元の中空形材の横断面(横断面形状)あるいは元の中空形状3の横断面(横断面形状)の一部、即ち、中リブ8、9の位置からウエブ6、7までの(ウエブ6、7側寄りの)両側の横断面を、車体外側方向の衝突方向(図の上側)に対して、より縦長の矩形断面形状に変形させたものである。この変断面部2では、その横断面幅が、中空形材あるいは中空形状3の元の横断面幅に比して小さくなっているとともに、その横断面における外側フランジ4の一部4b、4cが中央部4aよりも自動車車体の外側に向けて張り出している。
このように変断面部2を設け、外側フランジの一部4b、4cを、元の中空形状部分3の横断面幅中央部4aよりも、前記衝突方向側に向けて張り出させることによって、バンパ補強材1の長手方向中央部1a近傍の断面係数を、その長手方向端部側の元の中空形状3の断面係数に比べて高くすることができる。周知の通り、バンパ補強材1の中央部1aに衝突の曲げ荷重Pが作用した時の、中央部の3点曲げの曲げモーメントMは(荷重P×部材L)/4となる。また、断面係数Zは、バンパ補強材1の断面の形状を表す係数で、幅b、高さhの長方形の場合には「部材断面積:(幅b×高さh)2 /6」となる。したがって、外側フランジ4の一部を自動車車体の外側に向けて張り出させた変断面部2の方が、バンパ補強材1の長手方向端部側の元の中空形状3よりも、衝突方向に対して縦長(ウエブ6、7の長さhが大)となって、曲げ荷重Pに対して有利となる。言い換えると、曲げ強度向上とエネルギー吸収特性向上との衝突特性の大幅な向上が図れる。
ここで、本発明で言う、プレス加工により中空形状のウエブ側寄りの一部を変形させるという、「一部」とは、図2、3におけるバンパ補強材1の中空形状の横断面における、中リブ8、9の位置からウエブ6、7寄りの側の横断面両側方部である。これは中空形状で言うと、例えば図3では、中リブ8、9の位置からウエブ6、7までの外側フランジ4b、4cにおける4d、4e、4f、4g、内側フランジ5b、5cにおける5d、5e、5f、5gなど4箇所の複数箇所を各々内側に曲げ変形させる。
この変断面部2を形成するためには、バンパ補強材1の長手方向の中央部1a近傍のみを、図2のように、バンパ補強材1の幅方向側からのプレスによる潰し加工で形成(成形)する。因みに、この変断面部2をプレス加工乃至プレス成形によって形成することも本発明の特徴であって、前記した従来の中央部と端部との断面係数を変えて変断面中空部を設ける、液圧成形あるいはバルジ加工、スウエージング加工などによる成形では、この変断面部2を実用的にはとても形成できない。特に、前記した中リブ8、9の間における横断面中央部の変形を抑制して、元の横断面を維持することが難しい。
以上述べた変断面部2を、図1、2の形状に、バンパ補強材1の長手方向の中央部1a近傍に、形状精度良く形成する方法につき、図2、3を用いてより具体的に説明する。変断面部2を形成するには、より具体的には、以下の変形と変形の抑制が必要である。
(2)ウエブ6、7が、この外側フランジ4b、4cの張り出しに追随し、外側フランジ4b、4cと内側フランジ5b、5cとの交点や、その直線性などが変化しないよう、中空形状の内側に向かって平行移動する。
(3)内側フランジ5(5a、5b、5c)は、バンパ補強材1の背面側の車体内側方向に張り出させる変形はさせない。
(4)好ましくは、中リブ8、9の間における外側フランジ4aと内側フランジ5aの変形や、中リブ8、9自体の変形を抑制する。
(5)好ましくは、外側フランジ4b、4cの平坦度を維持し、中リブ8、9の位置からウエブ6、7寄りの側の横断面両側方部の矩形形状を維持する。
これらの変形箇所をプレス加工によって曲げ変形させやすくするためには、予め、これらの変形箇所の厚みを、強度確保に必要な肉厚としている他の外側フランジや内側フランジの肉厚に比して、部分的あるいは局所的に、薄くすることが好ましい。即ち、図3に示す曲げ変形変形箇所である、外側フランジ4b、4cにおける4d、4e、4f、4g、内側フランジ5b、5cにおける5d、5e、5f、5gは、各々元の各フランジの肉厚よりも薄肉化されている。
バンパ補強材1の別の実施態様を、前記図1〜3と同様に、図4に斜視図、図5に図4のAA線断面図、図6に図4のBB線断面図、で各々例示する。ここで、図4〜6は、変断面部2における外側フランジ4b、4cの横断面が、直線的ではなく、自動車車体の外方に向けて張り出したアーチ状の形状をしている以外は、バンパ補強材1の向きや中空形状(横断面形状)、変断面部などは、図1〜3と同じである。
面が、前記アーチ状の形状をしている場合には、前記図1、2のような変断面部2における外側フランジ4b、4cの横断面が直線的である場合に比して、より、車体外側方向(衝突方向)に対する張出量を増加できる。したがって、車体衝突時に、張りだした外側フランジ4b、4cから、バンパ補強材1に荷重が伝わるタイミングがより早くなり、エネルギ吸収量を増大させることができる。
バンパ補強材1(自動車用エネルギ吸収部材)の、外側、内側の二つのフランジ4、5、左右のウエブ6、7、中リブ8、9の肉厚は全て同じとする必要はなく、却って、変える方が好ましい。例えば、前記図1〜6の態様において、衝突荷重に対向する面を形成する外側および内側の二つのフランジ4、5の肉厚は、図における左右のウエブ6、7、中リブ8、9の肉厚よりも厚くすることが好ましい。これによって、フランジ4、5の圧壊強度を増すとともに、ウエブ6、7、中リブ8、9の薄肉化によって、フランジ4、5の厚肉化に伴う重量増加を抑制できる。また、ウエブ6、7、中リブ8、9の肉厚も互いに同じとする必要はない。具体的には、フランジ4、5の肉厚を2.0〜5.0mmの範囲とし、ウエブ6、7、中リブ8、9の肉厚の1.2〜2.0倍程度とする。
変断面部2の成形の際には、前記図3に示す、特に、内側フランジ5b、5cのウエブ6、7との交点の各肩R(コーナR、コーナ半径)であるR5、R5の大きさも、外側フランジ4b、4cを張り出す成形性に影響する。この点、張り出す外側フランジ4b、4cの背面側となる、これらR5、R5が各々大きい方が、前記外側フランジ4b、4cを張り出す成形をしやすい。この点、図2の変断面部2の成形後の肩RであるR5が8mm以上になるように、前記した図3に示す、フランジ4、5とウエブ6、7との交点の元の肩RであるR5を設計することが好ましい。なお、外側フランジ4b、4cのウエブ6、7との交点の各肩RであるR4、R4は、前記図4のアーチ状の外側フランジ4b、4cのように大きくする以外は、変断面部2の成形性のためだけに、特に大きくしなくても良い。
図7〜図9に、中空形状横断面の他の態様を示す。図7〜図9は、前記図2や図5と同様に、変断面部2の横断面図である。
本発明自動車用エネルギ吸収部材で用いる、素材押出中空形材用アルミニウム合金は、軽量化条件を満たした上で、補強材として高強度なアルミニウム合金であることが好ましい。また、中空形材に押出やすく(製造しやすく)、かつプレスによる潰し加工により変断面部2を形成しやすい(プレス成形しやすい)アルミニウム合金であることが好ましい。これらの要求特性を満足するAl合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、5000系、6000系、7000系等の強度や耐力の比較的高い汎用 (規格) アルミニウム合金のうちでも、6000系アルミニウム合金が好ましい。したがって、本発明自動車用エネルギ吸収部材は、6000系アルミニウム合金押出中空形材からなることが好ましい。
以上具体的な実施の形態を説明してきたバンパ補強材の全体的な構造について、以下に図10、11を用いて説明する。図10、11は、前記図1〜3に示した本発明バンパ補強材の全体的な構造例を示し、図10は斜視図、図11は図10の平面図である。また、図10、11は、バンパ補強材1が車幅方向(図の左右方向)に略水平方向に延在している状態を示し、バンパ補強材1の向かって右半分のみを示している。図示しないバンパ補強材1の向かって左半分は、バンパ補強材の中心部1aを中心とする左右対称の構造をしている。
発明例(CaseB)の断面形状解析条件を、図12(a):斜視図、(b):平面図、(c):変断面部2断面、に各々示す。また、比較例(Case0)の断面形状解析条件を、図13(a):斜視図、(b):平面図、(c):変断面部2断面、に各々示す。なお、フランジ4、5の肉厚は3mmとし、ウエブ6、7、中リブ8、9の肉厚は共通して2mmとした。また、解析であるので、前記成形のための薄肉部(外側フランジ4における4d、4e、4f、4g、内側フランジ5における5d、5e、5f、5gなどの曲げ変形部の薄肉化)は本解析条件では敢えて設けなかった。また、前記変断面部2の成形後の肩Rである、内側フランジ5b、5cのウエブ6、7との交点の各肩Rである前記R5も、8mm以上ではなく、前記R4と同じく敢えて3mmとした。
ポール衝突解析条件を図16に示す。解析では、バンパ補強材中央部のみが前面フランジ4側で、ポール状の剛体(半径150mmの円筒)と衝突したこととし、バンパ補強材中央部の局所的な範囲に荷重付加される、ポール荷重、荷重エネルギ吸収量を調査した。図14にポール荷重ーポール位置関係、図15にエネルギ吸収量ーポール位置関係を示す。なお、フラットバリヤ衝突とも背面から支持するステイは剛体とした。
Claims (10)
- アルミニウム合金押出中空形材からなり、互いに間隔を開けて配置された、自動車車体における外側および内側のフランジと、これら二つのフランジ同士をつなぎ、互いに間隔を開けて配置された二つのウエブと、これらウエブ同士の間にあって前記二つのフランジ同士をつなぐ中リブとから形成された自動車用エネルギ吸収部材であって、この自動車用エネルギ吸収部材の長手方向中央部には、プレス加工により、前記ウエブ側寄りの一部を変形させた変断面部が設けられており、この変断面部では、その横断面幅が前記中空形材の元の横断面幅に比して小さくなっているとともに、前記外側フランジの前記ウエブ側寄りの一部が前記自動車車体の外側に向けて張り出していることを特徴とする自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記変断面部は、前記自動車用エネルギ吸収部材の横断面における、前記中リブの位置から前記ウエブ側寄りの横断面を変形させたものである一方で、前記中リブを含む中央部は元の横断面を維持している請求項1に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記外側フランジの端部に前記ウエブよりも外側に張り出した突出フランジが設けられている請求項1または2に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記外側フランジと前記内側フランジとの肉厚が、前記ウエブや前記中リブよりも厚肉とされている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記外側フランジと前記内側フランジとの、前記プレス加工により曲げ変形する部位および曲げ変形する部位に相当する部位の肉厚が、元の各フランジの肉厚よりも、自動車用エネルギ吸収部材の長手方向に亙って予め各々薄肉とされている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記変断面部における前記外側フランジの横断面が自動車車体の外方に向けて張り出したアーチ状の形状をしている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記変断面部における前記ウエブと前記内側フランジとの各交点が8mm以上の肩Rを有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記中空形状が日型あるいは目型の横断面形状をしている請求項1乃至7のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記自動車用エネルギ吸収部材が6000系アルミニウム合金押出中空形材からなる請求項1乃至8のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
- 前記自動車車体補強材がバンパ補強材である請求項1乃至9のいずれか1項に記載の自動車用エネルギ吸収部材。
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