JP4945401B2

JP4945401B2 - 自動車のバンパービーム構造

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Publication number: JP4945401B2
Application number: JP2007278780A
Authority: JP
Inventors: 雅彦江村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: EP2052916A3; EP2052916B1; DE602008002676D1; US20090108599A1; EP2052916A2; US7677615B2; JP2009107378A

Description

本発明は、自動車のバンパービーム構造の改良に関するものである。

従来の自動車のバンパービーム構造として、長手方向に強度が均一にされたバンパービームが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２６２４５公報

特許文献１の図１及び図２を以下の図１２、図１３で説明する。なお、符号は振り直した。
図１２は従来のバンパービームの横断面図であり、車両用バンパに搭載されるバンパービームとしてのリインフォースメント構造１００は、荷重付与方向Ｘ１に対して垂直に設けられた後壁１０１と、この後壁１０１の上端及び下端からそれぞれ荷重付与方向Ｘ１とは反対方向に延ばされた上リブ１０２及び下リブ１０３と、後壁１０１の上下の中央から荷重付与方向Ｘ１とは反対方向に延ばされた中リブ１０４と、上リブ１０２の先端から下方に延ばされた前壁上部分１０６と、下リブ１０３の先端から上方に延ばされた前壁下部分１０７と、前壁上部分１０６及び中リブ１０４のそれぞれを接続するとともに前壁下部分１０７及び中リブ０４のそれぞれを接続することで形成された三角ビード１０８とからなる。なお、前壁上部分１０６と前壁下部分１０７とは前壁１０９を構成する部分である。

図１３は従来のバンパービームを内蔵するバンパ装置の断面図であり、車両用バンパ装置１１０は車両ボデー１１１に取付けられたリインフォースメント構造１００と、このリインフォースメント構造１００の前方に配置された緩衝材１１２と、これらのリインフォースメント構造１００及び緩衝材１１２を覆う表皮１１３とからなる。

上記したリインフォースメント構造１００は、長手方向（紙面の表裏方向）に均一な強度であるため、例えば、自車両の前端に設けられたバンパ装置１１０が、相手車両のバンパ装置や壁等の面積が比較的大きな部分に衝突した場合には、その衝突荷重を自車両のバンパ装置１１０の全体で受けることで大きな衝突反力を発生させ、衝突エネルギーを吸収するが、例えば、自車両のバンパ装置１１０が、相手車両の側面のセンターピラーに衝突した場合には、バンパ装置１１０とセンターピラーとの衝突面積が小さいため、衝突荷重がセンターピラーに集中してセンターピラーを大きく変形させることになる。

衝突部の面積が小さくてもパンバービームに発生する衝突反力を小さくして衝突部の変形を抑え、しかも、衝突部の面積が大きい場合には十分な衝突反力を発生させるバンバービーム構造が望ましい。

本発明の目的は、衝突部の面積が大きい場合には大きな衝突反力を発生させ、衝突部の面積が小さい場合には衝突反力を抑えることが可能な自動車のバンパービーム構造を提供することにある。

請求項１に係る発明は、前壁と上壁と下壁とからなる断面コ字状のバンパービームにおいて、バンパービームは、ビーム上下方向に細長い複数のスリットをビーム長手方向に所定のピッチで開けた外側の鋼板と、外側の鋼板に重ねられて一体化された内側の鋼板とからなり、複数のスリットは、細長い矩形状の矩形穴と、矩形部の上下に連続して形成された三角形状の三角形穴とからなり、外内の鋼板は、バンパービームを車両に組み付けたときに、外側の鋼板が前側になり、内側の鋼板が後側となるように、重なり合うとともに、スリット以外の部分がスポット溶接によって一体化されており、一体化された外内の鋼板は、複数のスリットの矩形穴の上下端を通り且つビーム長手方向に延びる線に沿って外内の鋼板の上端側及び下端側が後側に折り曲げられることで、断面コ字状に形成され、スリットが位置する内側の鋼板が露出する箇所を脆弱部とし、スリットの間で、外内の鋼板が前後に重なって一体化された箇所を非脆弱部としたことを特徴とする。

作用として、バンパービームの長手方向に所定のピッチで脆弱部による剛性差が生じる。自動車の衝突時に、バンパービームの広い範囲に前方から分布荷重が作用すると、バンパービームがその分布荷重を広い面積で受けることで大きな衝突反力が発生する。この結果、大きな衝突エネルギーが吸収される。

また、自動車の衝突時に、バンパービームの狭い範囲に前方から集中荷重が作用すると、その集中荷重によりバンパービームは衝突箇所に近い脆弱部を起点にして変形するようになり、衝突反力は小さくなる。この結果、相手車両の衝突箇所の変形が抑えられる。

また本発明では、外内の鋼板のスリットが形成された部分と、その板のスリットが形成されていない部分とではバンパービームの板厚が異なり、スリットが形成されて板厚が薄くなった部分が脆弱部になる。

自動車の衝突時に、バンパービームに衝突荷重が作用した場合には、バンパービームの脆弱部以外の部分と、脆弱部のスリットが形成されていない部分との両方で上記の衝突荷重を受ける。スリットが形成されていない板の厚さを変更すれば、脆弱部の強度・剛性を変更することが可能になり、バンパービームに発生する衝突反力が制御可能となる。

請求項１に係る発明では、前壁と上壁と下壁とからなる断面コ字状のバンパービームにおいて、バンパービームは、ビーム上下方向に細長い複数のスリットをビーム長手方向に所定のピッチで開けた外側の鋼板と、外側の鋼板に重ねられて一体化された内側の鋼板とからなり、複数のスリットは、細長い矩形状の矩形穴と、矩形部の上下に連続して形成された三角形状の三角形穴とからなり、外内の鋼板は、バンパービームを車両に組み付けたときに、外側の鋼板が前側になり、内側の鋼板が後側となるように、重なり合うとともに、スリット以外の部分がスポット溶接によって一体化されており、一体化された外内の鋼板は、複数のスリットの矩形穴の上下端を通り且つビーム長手方向に延びる線に沿って外内の鋼板の上端側及び下端側が後側に折り曲げられることで、断面コ字状に形成され、スリットが位置する内側の鋼板が露出する箇所を脆弱部とし、スリットの間で、外内の鋼板が前後に重なって一体化された箇所を非脆弱部としたので、長手方向に所定のピッチで脆弱部による剛性差が発生し、衝突物との接触面積に応じて発生する衝突反力を異ならせることができる。

例えば、側面衝突では、相手車両の面積が小さなピラーに衝突した際に自車両のバンパービームが脆弱部を起点にして変形することで衝突反力が抑えられ、ピラーの変形が抑えられて相手車両を保護することができる。

また、正面衝突では、相手車両の面積が大きな、例えばバンパービームに衝突した際に自車両のバンパービームの広い面積で衝突荷重を受けることで大きな衝突反力が発生し、大きな衝突エネルギーを吸収して自車両を保護することができる。

２枚の内外の鋼板を重ね合わせ、外側（前側）の鋼板にスリットを形成して脆弱部とするので、２枚の鋼板が重なる部分と、スリットが形成された部分とに板厚の差が出来、これにより脆弱部と非脆弱部とができ、衝突物との衝突面積により発生する荷重を異ならせることができる。しかも、脆弱部であるスリット部をプレス成形により容易に形成することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るバンパービームを示す平面図（図中の矢印（ＦＲＯＮＴ）は車両前方を表す。）であり、バンパービーム１０が、車両の左右に設けられた一対のフロントサイドフレーム１１，１２にそれぞれ取付けられたことを示している。

バンパービーム１０は、２枚の鋼板１３，１４を重ね合わせて形成されたものであり、直線状の中央部１６と、この中央部１６の両端にそれぞれ湾曲部１７，１８を介して一体に形成された直線状の傾斜部２１，２２とからなる。
傾斜部２１，２２は、端部側が中央部１６側よりも後退し、それぞれの後部がフロントサイドフレーム１１，１２に取付けられている。

図２は本発明に係るバンパービームの要部を示す斜視図であり、バンパービーム１０は、前壁２６、上壁２７及び下壁２８からなる横断面がコ字状の部材であり、前壁２６から上壁２７の前端及び下壁２８の前端に亘って縦に延びる脆弱部３１が長手方向に所定のピッチＰで複数設けられている。
前壁２６は、鋼板１３，１４のそれぞれの前壁１３ａ，１４ａからなる。

脆弱部３１は、鋼板１３の前壁１３ａに開けられたスリット１３ｂと、鋼板１４の前壁１４ａとからなる。
従って、鋼板１３の前壁１３ａにおけるスリット１３ｂが開けられていないスリット未形成部１３ｃでのバンパービーム１０の厚さ（即ち、バンパービーム１０の脆弱部３１が形成されていない非脆弱部３２の厚さ）は、鋼板１３の厚さと鋼板１４の厚さとを加えたものであり、スリット１３ｂが開けられたバンパービーム１０の脆弱部３１の厚さは鋼板１４の厚さであるから、バンパービーム１０の厚さが長手方向で変化している。

以上に述べたバンパービーム１０の製造要領を次に説明する。
図３は本発明に係るバンパービームの製造要領を示す作用図である。
まず、長手方向に対して直交する複数のスリット１３ｂを長手方向に所定のピッチＰで開けた鋼板１３と、この鋼板１３とほぼ同一外形を有する鋼板１４とを準備する。
スリット１３ｂは、長細い矩形状の矩形穴１３ｅと、この矩形部１３ｅの上下に形成された三角形状の三角形穴１３ｆ，１３ｇとからなる。

次に、鋼板１３，１４を、車両に組み付けたときに鋼板１３が前側になるように鋼板１３，１４を重ね合わせ、スリット１３ｂ以外の部分をスポット溶接する。図中のＸ印がスポット溶接箇所である。

そして、各スリット１３ｂの矩形穴１３ｅの上下端を通る長手方向に延びる一点鎖線３５，３６に沿うように鋼板１３，１４の上端側及び下端側を後側（紙面の奥側）へ折り曲げる。このときに、図１に示された傾斜部２１，２２も形成され、バンパービーム１０（図１参照）が完成する。

以上に述べたバンパービーム１０の作用を次に説明する。
図４（ａ），（ｂ）はバンパービームの比較例の作用を示す第１作用図である。
（ａ）は、相手車両１２０に対して自車両１２１が側面衝突する直前の状態を示している。
相手車両１２０は、車体の側部にセンターピラー１２２，１２２を備えている。なお、１２３は相手車両１２０の前部に配置されたエンジン、１２４は車輪である。

自車両１２１は、車体の前部に、左右のフロントサイドフレーム１２６，１２７に取付けられたバンパービーム１２８を備える。なお、自車両１２１の相手車両１２０と同一構成については説明を省略する。
バンパービーム１２８は、長手方向に均一な剛性を有する部材である。

（ｂ）において、自車両１２１が白抜き矢印で示すように進行して相手車両１２０に側面衝突し、自車両１２１のバンパービーム１２８が相手車両のセンターピラー１２２に当たると、センターピラー１２２に対してバンパービーム１２８の剛性が高いためにセンターピラー１２２は変形して矢印Ａで示すように車体内方へ移動する。

図５（ａ），（ｂ）はバンパービームの実施例（本実施形態）の作用を示す第２作用図であり、図４の比較例と同一構成については同一符号を付け、詳細説明は省略する。
（ａ）は、相手車両１２０に対して自車両５０が側面衝突する直前の状態を示している。
自車両５０は、車体の前部に、左右のフロントサイドフレーム１１，１２に取付けられたバンパービーム１０を備える。なお、５１は自車両５０の前部に配置されたエンジン、５２は車輪である。

（ｂ）において、自車両５０が白抜き矢印で示すように進行して相手車両１２０に側面衝突し、自車両５０のバンパービーム１０が相手車両１２０のセンターピラー１２２に当たると、バンパービーム１０は、センターピラー１２２との衝突面積が小さくなるために衝突箇所に近い脆弱部３１を起点にして変形し、変形量が大きくなって衝突反力が小さくなる。この結果、センターピラー１２２の変形は小さくなり、車体内方へほとんど移動しない。

図６は本発明に係るバンパービームの作用を示す第３作用図であり、相手車両１２０に対して自車両５０が正面からオフセット衝突したことを示している。
このとき、相手車両１２０に備えるバンパービーム１２８に自車両５０のバンパービーム１０、詳しくはバンパービーム１０の傾斜部２２における複数の非脆弱部３２（図１参照）が当たることで衝突面積が大きくなり、バンパービーム１０には複数の矢印Ｂで示される分布荷重が作用するため、バンパービーム１０の広い範囲で衝突荷重を受けることができ、衝突反力を大きくすることができて、大きな衝突エネルギーを吸収することができる。

図７は本発明に係るバンパービームの作用を示す第４作用図であり、例えば、壁６０に対して自車両５０が正面衝突したことを示している。
このときにもオフセット衝突と同様に、壁６０に自車両５０のバンパービーム１０、詳しくはバンパービーム１０の中央部１６における複数の非脆弱部３２（図１参照）が当たることで衝突面積が大きくなり、バンパービーム１０には複数の矢印Ｃで示される分布荷重が作用するため、バンパービーム１０の広い範囲で衝突荷重を受けることができ、大きな衝突エネルギーを吸収することができる。

以上に述べたバンパービーム１０の変形の原理を図８、図９で説明する。
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係るバンパービームの変形の原理を説明する第５作用図である。
（ａ）において、例えば、バンパービーム１０が衝突面積の小さい対象物７１に衝突すると、バンパービーム１０には対象物７１から集中荷重ＣＬが作用するため、衝突箇所に近い脆弱部３１Ａ（脆弱部３１と同一であるが、他の脆弱部３１と区別した。）を起点にしてバンパービーム１０は変形する。

（ｂ）は（ａ）におけるバンパービーム１０の変位とバンパービーム１０に発生する荷重（衝突反力）との関係を示すグラフであり、横軸は変位、縦軸は荷重を表している。
バンパービーム１０が対象物７１に衝突して、バンパービーム１０が変位し始めたときには荷重が急激に増加し、バンパービーム１０の全体が変形するが、変位がｄ１、荷重がｆ１となったときに、脆弱部３１Ａの変形が始まり、変位が大きくなっても荷重は増加しなくなる。即ち、衝突反力が抑えられる。このように荷重が増加しなければ、対象物７１の変形を抑えることができる。

図９（ａ），（ｂ）は本発明に係るバンパービームの変形の原理を説明する第６作用図である。
（ａ）において、例えば、バンパービーム１０が衝突面積の大きい対象物７２に衝突すると、バンパービーム１０には対象物７２から分布荷重ＤＬが作用するため、バンパービーム１０は全体的に均等に変形する。

（ｂ）は（ａ）におけるバンパービーム１０の変位とバンパービーム１０に発生する荷重（衝突反力）との関係を示すグラフであり、横軸は変位、縦軸は荷重を表している。
バンパービーム１０が対象物７２に衝突して、バンパービーム１０が変位し始めたときには荷重が急激に増加し、バンパービーム１０の全体が変形する。変位がｄ２、荷重がｆ２を越えると、変位に対する荷重の増加は小さくなるが、バンパービーム１０の全体の変形が継続し、大きな変位まで荷重の増加が続く。従って、衝突の吸収エネルギー量は大きくなり、衝突時の衝撃を効果的に吸収することができる。

以上に述べたバンパービーム１０の荷重コントロールの原理を図１０、図１１で説明する。
図１０は本発明に係るバンパービームの荷重コントロールの原理を説明する第７作用図である。
バンパービーム１０が大きな面積を有する対象物７２に衝突した場合には、バンパービーム１０の非脆弱部３２には対象物７２から分布荷重ＤＬ１が作用し、脆弱部３１の鋼板１４にも非脆弱部３２を介して分布荷重ＤＬ１が作用するため、バンパービーム１０は全体的に均等に変形する。
上記の非脆弱部３２と脆弱部３１との板厚の差を変更することで荷重（衝突反力）をコントロールすることができる。

図１１は本発明に係るバンパービームの参考例の荷重コントロールの原理を説明する第８作用図である。
バンパービーム８０は、１枚の鋼板１３からなり、スリット１３ｂが長手方向に所定のピッチＰ（図２参照）で複数設けられ、スリット１３ｂが脆弱部となり、スリット未形成部１３ｃが非脆弱部となる。

バンパービーム８０が対象物７２に衝突した場合には、バンパービーム８０の非脆弱部であるスリット未形成部１３ｃには対象物７２から分布荷重ＤＬ２が作用し、脆弱部であるスリット１３ｂには荷重が伝達されないため、バンパービーム１０は全体的に均等に変形するが、荷重は、図１０に示したバンパービーム１０の場合よりは小さくなる。
このバンパービーム８０では、鋼板１３の板厚を変更することで荷重（衝突反力）をコントロールすることができる。

以上の図２、図５〜図７に示したように、本発明は、開放断面、或いは矩形断面のバンパービーム１０において、開放断面又は矩形断面の前壁２６に上下方向に延びる脆弱部３１が長手方向に所定のピッチＰで複数設けられるので、長手方向に所定のピッチＰで脆弱部３１による剛性差が発生し、衝突物との接触面積に応じて発生する衝突反力を異ならせることができる。

例えば、側面衝突では、相手車両１２０の面積が小さなセンターピラー１２２に衝突した際に自車両５０のバンパービーム１０が脆弱部３１を起点にして変形することで衝突反力が抑えられ、センターピラー１２２の変形が抑えられて相手車両１２０を保護することができる。

また、オフセット衝突（又は正面衝突）では、相手車両１２０（又は壁６０）の面積が大きな、例えばバンパービーム１２８（又は壁面）に衝突した際に自車両５０のバンパービーム１０の広い面積で衝突荷重を受けることで大きな衝突反力が発生し、大きな衝突エネルギーを吸収して自車両５０を保護することができる。

また本発明は、２枚以上の板としての鋼板１３，１４を重ね合わせ、少なくとも１枚の鋼板１３にスリット１３ｂを形成して脆弱部３１とするので、２枚以上の鋼板１３，１４が重なる部分と、スリット１３ｂが形成された部分とに板厚の差が出来、衝突物との衝突面積により発生する荷重を異ならせることができる。しかも、スリット１３ｂをプレス成形により容易に形成することができる。

尚、本実施形態では図２に示したように、バンパービーム１０を断面コ字状の開放断面としたが、これに限らず、バンパービームを矩形断面としてもよい。
また、図２に示したように、脆弱部３１を上下に延びるスリットとしたが、これに限らず、円形、楕円形、長円形、矩形、あるいはこれらの形状に近い穴としてもよい。

本発明のバンパービーム構造は、自動車に好適である。

本発明に係るバンパービームを示す平面図である。本発明に係るバンパービームの要部を示す斜視図である。本発明に係るバンパービームの製造要領を示す作用図である。バンパービームの比較例の作用を示す第１作用図である。バンパービームの実施例（本実施形態）の作用を示す第２作用図である。本発明に係るバンパービームの作用を示す第３作用図である。本発明に係るバンパービームの作用を示す第４作用図である。本発明に係るバンパービームの変形の原理を説明する第５作用図である。本発明に係るバンパービームの変形の原理を説明する第６作用図である。本発明に係るバンパービームの荷重コントロールの原理を説明する第７作用図である。本発明に係るバンパービーム（別実施形態）の荷重コントロールの原理従来のバンパービームの横断面図である。従来のバンパービームの横断面図である。を説明する第８作用図である。

符号の説明

１０，８０…バンパービーム、１３，１４…板（鋼板）、１３ｂ…スリット、１３ｅ…
矩形状の矩形穴、１３ｆ，１３ｇ…三角形穴、２６…前壁、２７…上壁、２８…下壁、３１，３１Ａ…脆弱部、３５，３６…ビーム長手方向に延びる線、Ｐ…ピッチ。

Claims

前壁（２６）と上壁（２７）と下壁（２８）とからなる断面コ字状のバンパービーム（１０）において、
前記バンパービームは、ビーム上下方向に細長い複数のスリット（１３ｂ）…をビーム長手方向に所定のピッチ（Ｐ）で開けた外側の鋼板（１３）と、該外側の鋼板（１３）に重ねられて一体化された内側の鋼板（１４）とからなり、
前記複数のスリット（１３ｂ）…は、細長い矩形状の矩形穴（１３ｅ）と、該矩形部（１３ｅ）の上下に連続して形成された三角形状の三角形穴（１３ｆ，１３ｇ）とからなり、
前記外内の鋼板（１３，１４）は、前記バンパービームを車両に組み付けたときに、前記外側の鋼板（１３）が前側になり、前記内側の鋼板（１４）が後側となるように、重なり合うとともに、前記スリット（１３ｂ）…以外の部分がスポット溶接によって一体化されており、
一体化された前記外内の鋼板（１３，１４）は、前記複数のスリット（１３ｂ）…の矩形穴（１３ｅ）の上下端を通り且つビーム長手方向に延びる線（３５，３６）に沿って該外内の鋼板（１３，１４）の上端側及び下端側が後側に折り曲げられることで、断面コ字状に形成され、
前記スリット（１３ａ）…が位置する内側の鋼板（１４）が露出する箇所を脆弱部とし、前記スリット（１３ａ）…の間で、前記外内の鋼板（１３，１４）が前後に重なって一体化された箇所を非脆弱部とした、
ことを特徴とする自動車のバンパービーム構造。