JP6179537B2 - 車両用バンパー補強構造 - Google Patents

Description

この発明は、車両が前方の障害物などに衝突した際に、変形しながらその衝突エネルギーを吸収するように構成された車両用バンパー補強構造に関するものである。

特許文献１には、圧縮方向に対する剛性が高い補強部材をベース部材に取り付けて構成されたバンパー補強部材が記載されている。したがって、比較的小さな荷重が車両前方から入力されたときに、塑性変形することなくその荷重を受け、比較的大きな荷重が車両前方から入力されたときに、ベース部材と補強部材とが潰れることにより上記荷重に基づいたエネルギーを吸収する。

特許文献２には、車両の前方から荷重を受けた際にベース部材の上面や下面が凸形状に撓むことを抑制するように構成されたバンパー補強構造が記載されている。具体的には、ベース部材の断面形状が矩形状に形成され、樋状に形成された補強部材をベース部材の前方から嵌合させて、ベース部材の上面および下面に接合させて構成されている。

特許文献３には、車幅方向における中央が車両の後方側に向けて局部的に変形することを抑制するように構成されたバンパー補強構造が記載されている。具体的には、車幅方向に所定の長さを有する補強部材をベース部材の中央部に取り付けて構成されている。この構成では、車幅方向における中央部に荷重が入力された際に、補強部材の両端の位置でベース部材が屈曲する。

特開２００１−３２２５１７号公報 特開２００４−２０３０６６号公報 特開平４−１４３０１４号公報

上述した各特許文献１，２，３に記載されたようにベース部材に補強部材を取り付けることにより、車幅方向における中央部の曲げ強度を向上させることができる。したがって、車幅方向における中央部に荷重が入力された際に、その荷重をベース部材の両側を支持する部材に分散して伝達することができる。そのため、車両の前方から受ける荷重に基づいたエネルギーの吸収量を増大させることができる。

一方、バンパーにおけるエネルギーの吸収量は、バンパーの変位量と反力との積に応じて変化する。したがって、上述したように曲げ強度を向上させることに加えて、バンパーの変位量を増大させることが好ましい。バンパーの変位量は、車両の前後方向に屈曲する位置の数が増大するに連れて大きくなる。しかしながら、複数個所で屈曲するように複数の補強部材を設けたとしても、いずれかの補強部材の両端で屈曲すると、それ以上の反力を生じさせることができないので、他の補強部材の両端で屈曲させることができない可能性がある。すなわち、複数の補強部材をベース部材に取り付けたとしても、バンパーのエネルギーの吸収量を増大させることができない可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、車幅方向における中央部の前面から荷重を受けたときのエネルギーの吸収量を増大させることができる車両用バンパー補強構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、車幅方向に架け渡されて両端が支持され、かつ前記車幅方向における中央部に車両の前方から荷重が入力された際に、前記両端を支点として前記中央部が前記車両の後方側に向けて変位することによりエネルギーを吸収する車両用バンパー補強構造において、前記車幅方向に架け渡されて両端が支持されるベース部材と、前記ベース部材に固定されるとともに、前記ベース部材の前記車幅方向における中央部にそれぞれ配置され、かつ前記中央部の曲げ強度を増大させる第１補強部材および第２補強部材とを備え、前記車幅方向における前記ベース部材の中央部に前記車両の前方から予め定められた所定の荷重が入力された場合に、前記第１補強部材と前記第２補強部材との両端部が前記車両の後方に向けて屈曲するように、前記各補強部材の前記車幅方向における長さが異なって形成され、前記ベース部材は、中空状に形成されるとともに、前記車両の前方側に向けて背面の一部が窪んだビード部を備え、前記第１補強部材と前記第２補強部材とのうちの一方の補強部材は、前記ベース部材の背面に取り付けられるとともに、前記ビード部に挿入される突起部を備えていることを特徴とするものである。

この発明では、前記ベース部材の中央部に前記車両の前方から荷重が入力された際における前記各補強部材の端部に作用する曲げモーメントと、前記各補強部材の許容される曲げモーメントとに応じて前記各補強部材の前記車幅方向における長さを定めてもよい。

この発明では、前記第１補強部材は、前記車両の前後方向における前記ベース部材のいずれか一方の側に配置され、前記第２補強部材は、前記車両の前後方向における前記ベース部材のいずれか他方の側に配置されてもよい。

この発明では、前記車幅方向における両側から前記車両の前方に向けて延出したサイドメンバーを更に備え、前記ベース部材の両端が、前記サイドメンバーの先端部に連結されて支持されてもよい。

この発明によれば、両端が支持されたベース部材に第１補強部材と第２補強部材とが固定されている。また、車幅方向におけるベース部材の中央部に車両の前方から予め定められた所定の荷重が入力された場合に、各補強部材の端部が車両の後方に向けて屈曲するように、各補強部材の車幅方向における長さが異なって形成されている。したがって、車幅方向における中央部から荷重を受けた場合に、第１補強部材と第２補強部材との両端部の位置を屈曲させることができる。その結果、屈曲する位置を増大させることにより、車両の前方から荷重が入力された場合におけるエネルギーの吸収量を増大させることができる。

この発明におけるバンパー補強構造の一例を説明するための斜視図である。 ベース部材にブラケットとプレートとを取り付けた状態を説明するための断面図である。 ブラケットの他の例を説明するための斜視図である。 図１に示すバンパーリンフォースメントに作用する曲げモーメントの大きさを示す線図である。 図１に示すバンパーリンフォースメントによるエネルギー吸収量を説明するための線図である。 バンパーリンフォースメントを車両に取り付けた例を説明するための模式図である。

この発明におけるバンパー補強構造は、車両が前方または後方の障害物に衝突するなど比較的大きな荷重が入力された場合に、車幅方向における両端を支点として車両の内側に屈曲することにより、エネルギーを吸収するものである。図６には、そのように機能するバンパーリンフォースメント１を車両の前方に取り付けた例を模式的に示している。なお、図６には、衝突試験などに使用されるポールバリアーＢを、車両の前方に示している。以下の説明における方向は、車両が前進走行している場合に乗員から見た方向に合わせて示す。

図６に示す例では、車両の骨格を形成する図示しないフレームに一方の端部が連結されたサイドメンバー２が、車幅方向における両側から車両の前方に向けて延出して設けられている。このサイドメンバー２は、前方から作用する荷重を受けるものであって、その荷重をフレームに伝達するように構成されている。なお、フレームは、従来知られているように荷重を分散させるために複数のメンバーにより構成されている。上記のようにサイドメンバー２は、前方から作用する荷重を受けるためのものであり、金属材料など比較的剛性の高い部材により形成され、かつその断面形状は、座屈強度が高くなるように形成されている。

バンパーリンフォースメント１は、設計上定められた所定の荷重（以下、上限荷重と記す）が車両の前方から作用したときに、車幅方向における中央部Ｃｅが車両の内側に屈曲することによりエネルギーを吸収するものであって、両端部がサイドメンバー２の先端に図示しないボルトなどにより連結されている。なお、サイドメンバー２の先端部に、車両前方から比較的大きな荷重を受けたときに、圧縮されてエネルギーを吸収する、従来知られた図示しないクラッシュボックスを連結し、その前方にバンパーリンフォースメント１を連結してもよい。また、上記クラッシュボックスと同様に機能する脆弱部を、サイドメンバー２の先端部に形成し、その前方に、バンパーリンフォースメント１を連結してもよい。さらに、バンパーリンフォースメント１における車両の前方側には、車両の外観をなす図示しないバンパーが取り付けられている。このバンパーリンフォースメント１の後方は、エンジンおよびトランスミッションにより構成されたパワートレインユニット３などの装置が収容されるエンジンルームとなっている。

ここで、バンパーリンフォースメント１の一例を図１を参照しつつ説明する。図１に示すバンパーリンフォースメント１は、両端部がサイドメンバー２に連結されて支持されるベース部材４と、ベース部材４の背面（エンジンルーム側の面）のうち車幅方向における中央部Ｃｅに配置されたブラケット５と、ベース部材４の前面（車両の前方側の面）のうち車幅方向における中央部Ｃｅに配置されたプレート６とを備えている。これらブラケット５とプレート６とは、バンパーリンフォースメント１の曲げ強度を向上させるためのものであり、この発明を実施した場合における第１補強部材、および第２補強部材に相当する。なお、曲げ強度は、破断が発生する際の曲げモーメントを断面係数で除算して求めることができる。

図１に示すベース部材４は、軽量化のために中空状に形成されている。一方、比較的小さな荷重が入力されたときに（塑性）変形しないようにするために、断面形状が矩形状になるように金属材料を折り曲げ、その背面のうちの高さ方向における中央部を前面側に窪ませている。このベース部材４は、例えば、ロール成形法により形成することができ、断面形状および板厚は、車幅方向における各箇所で同一になるように構成されている。すなわち、ベース部材４の曲げ強度が一定になるように形成されている。なお、以下の説明では、ベース部材４のうちの窪んだ部分を、第１凹ビード部７と記す。

図２には、ベース部材４にブラケット５およびプレート６を取り付けた状態を説明するための断面図を示している。図１および図２に示すようにベース部材４の背面に、ブラケット５が固定されている。このブラケット５は、板状の基部８と、その基部８における一方の側面から板厚方向（車両の前方側）に突出し、かつ車幅方向に沿って所定の間隔を空けて一体に形成された複数の突起部９により構成されている。そして、突起部９を第１凹ビード部７に挿入しつつ、基部８をベース部材４の背面に接触させて、基部８とベース部材４とを溶接やボルトなどにより固定している。したがって、突起部９の長さは、第１凹ビード部７の深さとほぼ同一に形成されている。また、ブラケット５は、車幅方向における中央部Ｃｅを挟んで両側が対称形状に形成されている。

ブラケット５は、ベース部材４に取り付けることにより車幅方向におけるバンパーリンフォースメント１の中央部Ｃｅの曲げ強度を増大させるためのものであるので、材料や形状は、その部分に要求される曲げ強度に応じて定めればよく、図１および図２に示す構成に限定されない。図３は、ブラケット５の他の構成を示す斜視図である。図３に示すブラケット５は、押し出し成形法により成形された断面形状が矩形状のアルミニウム部材１０を使用して樹脂インジェクション成形法により形成されたものであって、樹脂材料で形成された基部８と、アルミニウム部材１０を束ねるように基部８から突出して形成された結束部１１と、その結束部１１により束ねられた三つのアルミニウム部材１０とにより一体に形成されている。そして、アルミニウム部材１０および結束部１１が、第１凹ビード部７に挿入され、基部８がベース部材４の背面にボルトなどにより連結される。

さらに、ベース部材４の前面にプレート６が取り付けられている。このプレート６は、車幅方向における中央部Ｃｅを挟んで両側が対称形状に形成されている。つまり、プレート６は、車幅方向における中央部Ｃｅを挟んで両側の曲げ強度が同じに形成されている。また、車幅方向に沿った長さは、ブラケット５よりも長く形成されている。図１に示すプレート６は、ベース部材４の前面側に位置する前壁１２と、前壁１２の上部をアーチ状に折り曲げかつその端部がベース部材４の上面に面接触するように折り曲げた上壁１３と、前壁１２の下部をＵ字状に折り曲げかつその端部がベース部材４の下面に面接触するように折り曲げた下壁１４とによって構成されており、その上壁１３および下壁１４がベース部材４に固定されている。このプレート６の曲げ強度を向上させるために前壁１２のうち高さ方向における中央部には、ベース部材４側に窪んだ第２凹ビード部１５が形成されており、その第２凹ビード部１５がベース部材４の前面に接触している。このプレート６は、金属板をプレス加工やロール成形することにより形成することができる。

図１に示すバンパーリンフォースメント１の中央部Ｃｅに上述した上限荷重が入力された際に各部位に作用する曲げモーメントの大きさを図４に模式的に示している。なお、図４における横軸は、車幅方向の位置を示し、縦軸は、曲げモーメントの大きさを示している。また、図４には、各部位での許容される曲げモーメントの大きさを併せて示している。

上述したようにベース部材４は、車幅方向における各位置で曲げ強度が一定である。そのベース部材４にプレート６が取り付けられており、そのプレート６の曲げ強度が加算される。上述したようにプレート６は、車幅方向における中央部Ｃｅを挟んで両側が同一の曲げ強度となるように形成されているので、プレート６が取り付けられている範囲での曲げ強度は一定になる。同様にブラケット５がベース部材４に取り付けられ、そのブラケット５も中央部Ｃｅを挟んで両側が同一の曲げ強度となるように形成されているので、ブラケット５が取り付けられている範囲での曲げ強度は一定になる。上述したようにベース部材４およびブラケット５ならびにプレート６は、対称形状に形成されており、各部材が取り付けられている部分での、断面係数は、車幅方向で一定になっている。したがって、図４に示すようにバンパーリンフォースメント１における車幅方向での各部位の許容される曲げモーメントは、プレート６およびブラケット５が取り付けられた部分が、曲げ強度の増大に応じてステップ的に増大する。なお、以下の説明では、図４における左側の部分についてのみ説明する。また、図４では、車幅方向におけるベース部材４の端部の位置をｃ点と示し、プレート６の端部の位置であって、許容される曲げモーメントがステップ的に増大している位置をｂ点と示し、ブラケット５の端部の位置であって、許容される曲げモーメントがステップ的に増大している位置をａ点と示している。

このバンパーリンフォースメント１の車幅方向における中央部Ｃｅに車両前方から荷重が作用すると、両端部（ｃ点）を支点として、各部位に曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは、ｃ点から中央部Ｃｅに近づくに連れて比例的に増大する。

上述したように作用する曲げモーメントが、車幅方向におけるいずれかの位置で許容される曲げモーメントよりも大きくなると、その部分が屈曲する。図４に示す例では、上限荷重が中央部Ｃｅに作用した際にａ点に作用する曲げモーメントがａ点の許容される曲げモーメント以上となり、かつｂ点に作用する曲げモーメントがｂ点の許容される曲げモーメント以上となり、更に他の部分に作用する曲げモーメントがその部分の許容される曲げモーメント未満になるように構成されている。言い換えると、中央部Ｃｅに上限荷重が作用した際にａ点とｂ点とが屈曲するように構成されている。

上述したように中央部Ｃｅの曲げモーメントを最大としてｃ点から比例的に曲げモーメントが増大するため、中央部Ｃｅに作用する荷重が大きくなるに連れて、車幅方向における各位置に作用する曲げモーメントが大きくなる。すなわち、中央部Ｃｅに作用する荷重が大きくなるに連れて、図４に曲げモーメントの大きさを示す直線の傾きが大きくなる。このバンパーリンフォースメント１は、上述したように曲げモーメントが作用した際に、ブラケット５およびプレート６の両端が屈曲するように構成されている。すなわち、ブラケット５およびプレート６の両端の位置が、図４における曲げモーメントの大きさを示す直線に合わさるように形成されている。具体的には、上述したように許容される曲げモーメントがステップ的に変化するａ点およびｂ点の位置が、図４における曲げモーメントの大きさを示す直線に合わさるようにブラケット５およびプレート６の長さが定められている。より具体的には、上限荷重が中央部Ｃｅに作用した際における曲げモーメントの分布を示す直線の傾きが、中央部Ｃｅにおける許容される曲げモーメントとｃ点とを通る直線の傾きよりも小さく、かつａ点とｃ点とを通る直線の傾きおよびｂ点とｃ点とを通る直線の傾き以上になるように、ブラケット５およびプレート６の長さが定められ、更に、ａ点とｃ点とを通る直線の傾き、およびｂ点とｃ点とを通る直線の傾きが同一になるように、ブラケット５およびプレート６の長さが定められている。

このようにブラケット５およびプレート６を設けることにより、中央部Ｃｅに上限荷重が作用した際に、ａ点およびｂ点が屈曲する。すなわち、バンパーリンフォースメント１が、４点で屈曲する。その際のエネルギーの吸収量を説明するためのグラフを図５に模式的に示している。なお、図５における縦軸は、車両の内側に変位した量を示し、横軸は、車幅方向の長さを示している。また、ブラケット５およびプレート６の両端部が屈曲した状態を実線で示し、ブラケット５の両端部のみが屈曲した状態を破線で示し、中央部Ｃｅが屈曲した状態を一点鎖線で示している。バンパーリンフォースメント１のエネルギーの吸収量は、屈曲する際の変位量と、その反力の大きさとの積により求めることができる。すなわち、反力の大きさを同一とした場合には、図５における横軸と各線とに囲われた部分の面積の大きさが大きいほどエネルギーの吸収量が大きくなる。図５に示すようにブラケット５およびプレート６の両端部が屈曲する場合には、ブラケット５の両端部が屈曲する場合よりも、ハッチングを付している部分の分、エネルギーの吸収量が増大することが分かる。

したがって、上述したようにベース部材４にブラケット５およびプレート６を取り付けるとともに、そのブラケット５およびプレート６の端部が屈曲するように長さを定めることにより、バンパーリンフォースメント１のエネルギーの吸収量を増大させることができる。

また、図４に示すように中央部Ｃｅにブラケット５およびプレート６を取り付けることにより、その中央部Ｃｅの曲げ強度を増大させることができ、中央部Ｃｅが屈曲することを抑制することができる。言い換えると、ベース部材４の曲げ強度を低下させることができる。上述したようにベース部材４の板厚などは、車幅方向で一定に形成されている。したがって、ベース部材４の曲げ強度を低下させることにより、ベース部材４全体を小型化することができる。その結果、バンパーリンフォースメント１を小型化することができる。

なお、ベース部材４に三つ以上の部材を取り付けてもよく、その際には、取り付ける部材の両端が屈曲するように、その部材の長さと曲げ強度を定めればよい。また、ブラケット５やプレート６の形状は、特に限定されず、上述したように定められる曲げ強度に応じて、断面形状や材料を定めればよい。さらに、プレート６よりもブラケット５を長くしてもよい。また、ブラケット５とプレート６とを、ベース部材４の前面に配置してもよく、両部材５，６をベース部材４の後面に配置してもよい。

１…バンパーリンフォースメント、 ２…サイドメンバー、 ３…パワートレインユニット、 ４…本体部、 ５…ブラケット、 ６…プレート。

Claims (4)

1. 車幅方向に架け渡されて両端が支持され、かつ前記車幅方向における中央部に車両の前方から荷重が入力された際に、前記両端を支点として前記中央部が前記車両の後方側に向けて変位することによりエネルギーを吸収する車両用バンパー補強構造において、
   前記車幅方向に架け渡されて両端が支持されるベース部材と、
   前記ベース部材に固定されるとともに、前記ベース部材の前記車幅方向における中央部にそれぞれ配置され、かつ前記中央部の曲げ強度を増大させる第１補強部材および第２補強部材とを備え、
   前記車幅方向における前記ベース部材の中央部に前記車両の前方から予め定められた所定の荷重が入力された場合に、前記第１補強部材と前記第２補強部材との両端部が前記車両の後方に向けて屈曲するように、前記各補強部材の前記車幅方向における長さが異なって形成され、
   前記ベース部材は、中空状に形成されるとともに、前記車両の前方側に向けて背面の一部が窪んだビード部を備え、
   前記第１補強部材と前記第２補強部材とのうちの一方の補強部材は、前記ベース部材の背面に取り付けられるとともに、前記ビード部に挿入される突起部を備えている
   ことを特徴とする車両用バンパー補強構造。
2. 請求項１に記載の車両用バンパー補強構造において、
   前記ベース部材の中央部に前記車両の前方から荷重が入力された際における前記各補強部材の端部に作用する曲げモーメントと、前記各補強部材の許容される曲げモーメントとに応じて前記各補強部材の前記車幅方向における長さを定めている
   ことを特徴とする車両用バンパー補強構造。
3. 請求項１または２に記載の車両用バンパー補強構造において、
   前記第１補強部材は、前記車両の前後方向における前記ベース部材のいずれか一方の側に配置され、前記第２補強部材は、前記車両の前後方向における前記ベース部材のいずれか他方の側に配置されている
   ことを特徴とする車両用バンパー補強構造。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用バンパー補強構造において、
   前記車幅方向における両側から前記車両の前方に向けて延出したサイドメンバーを更に備え、
   前記ベース部材の両端が、前記サイドメンバーの先端部に連結されて支持されている
   ことを特徴とする車両用バンパー補強構造。

Images