JP6692222B2 - 車両用外装ビーム - Google Patents
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例えば、特許文献1の車両用外装ビーム(バンパビーム)は、前側フランジと後側フランジとの間を接続するウェブが、前側フランジとの接続部から前側フランジと後側フランジとの中間部まで徐々に板厚が減少して設けられるとともに、中間部から後側フランジ部との接続部まで一定の板厚となるように形成されている。また、前側フランジの板厚が、後側フランジとの接続部におけるウェブの板厚よりも大きく形成されている。特許文献1には、上記の構成とすることで、重量増加を抑えながら、前側フランジ座屈の発生を防ぐことが記載されている。
さらに、特許文献3には、車両用外装ビーム(アンダーランプロテクタ)は、中空材を構成する略水平面の板厚を中空材の長手方向中心線より車体フレームの反対側の略水平面の板厚よりも厚くすることにより、軽量かつ十分な強度を有することが記載されている。
車両衝突前の状態で、上壁及び下壁に外側に膨らむような変形があると、車両衝突時に変形を増幅させるおそれがあるが、本発明の車両用外装ビームにおいては、上壁及び下壁の膨らみを抑制できるので、衝突に対する十分な耐荷重性能を確保できる。また、このように上壁及び下壁の膨らみが抑制されることから、高精度の寸法管理を行うことができ、周辺部品の取付けを良好に行うことができる。また、上壁及び下壁の幅方向中央は薄肉に形成することで、重量の増加を抑えて全体として軽量化を図ることができる。
この場合、前側テーパ部と後側テーパ部は、比率{(W1×tanθ1)/(W2×tanθ2)}を1.3以上、すなわち、衝突面側の前壁との連結部における上壁及び下壁の板厚を、後壁との連結部における上壁及び下壁の板厚よりも厚く形成することで、車両衝突時の変形抑制の効果を高めるとともに、全体の重量増加を抑制できる。そして、比率{(W1×tanθ1)/(W2×tanθ2)}が1.3未満では、曲げ加工時の上壁及び下壁の変形抑制効果が薄れる。また、比率{(W1×tanθ1)/(W2×tanθ2)}が3.9を超えると、必要以上に厚肉となることで、重量が増加する。
なお、上壁及び下壁の幅W0、すなわち車両用外装ビームの幅W0が60mm未満では、断面の曲げ剛性自体が低く、取付孔を設けない状態においても強度が不足する。また、幅W0が160mmを超えると、所定の設置スペースに配置することが難しくなる。
比率(W1/W0)が0.18未満では、曲げ加工時の上壁と下壁の変形が大きくなり、寸法精度不良が生じるおそれがある。比率(W1/W0)が0.5を超える場合では、必要以上に厚肉となることで、重量が増加する。比率(W2/W0)が0.1未満では、上壁と下壁の変形が大きくなり、寸法精度不良が生じるおそれがある。比率(W2/W0)が0.18を超える場合では、必要以上に厚肉となることで、重量が増加する。
また、角度θ1を角度θ2よりも大きく形成することで、曲げ加工時の上壁と下壁の中央への移動(寸法精度の悪化)を最小限に抑えることができる。
角度θ1が20°未満では曲げ加工時の上壁と下壁の変形抑制効果が薄く、50°を超える場合では必要以上に厚肉となり重量が増加する。角度θ2が5°未満では曲げ加工時の上壁と下壁の変形抑制効果が薄く、20°を超える場合では必要以上に厚肉となり重量が増加する。
この場合、上壁の上面の平坦度を向上させることができ、周辺部品の取付けを良好に行うことができる。
本実施形態の車両用外装ビーム100は、図4に示すように、車両(図示略)の前方部又は後方部の下方位置において、車両の幅方向に沿って配置される中空形状のフレーム部材10からなり、この車両用外装ビーム100はステー31を介して車両に取り付けられる。そして、図4に荷重Fで示すように、車両がフレーム部材10の前壁(正面)11に衝突して負荷が加えられた際に、車両の潜り込みを防止するものである。
なお、フレーム部材10の材料としては、例えば6000系合金又は7000系合金のアルミニウムが適している。
また、図3に示すように、前壁11と上壁13及び下壁14との連結部には、前壁11に向かうにつれて上壁13及び下壁14の厚みを増して形成される前側テーパ部16t,16bが設けられている。また、後壁12と上壁13及び下壁14との連結部には、後壁12に向かうにつれて上壁13及び下壁14の厚みを増して形成される後側テーパ部17t,17bが設けられている。このように、フレーム部材10の外形は略矩形に形成されるが、内側の中空部18t,18bは、前側テーパ部16t,16bと後側テーパ部17t,17bとにより矩形の角部が削られた形状とされる。また、中空部18t,18bを囲むそれぞれの形状の連結部は、丸みを帯びた円弧状に形成され、滑らかに連結されている。
また、前側テーパ部16t,16bの角度θ1は後側テーパ部17t,17bの角度θ2よりも大きく設けられるとともに、角度θ1が20°以上50°以下とされ、角度θ2が5°以上20°以下とされている。
さらに、後壁12の内面に、締結プレート53の幅に合わせた凹溝部19を設け、中空部18t,18b内に締結プレート53の設置面が形成されている。
フレーム部材10の曲げ加工時においては、前壁11と後壁12とに取付孔21f,21bを形成すると、その前壁11と後壁12の取付孔21f,21b周辺が変形を生じさせ易くなるが、フレーム部材10の前壁11と上壁13及び下壁14との連結部に前側テーパ部16t,16bを設けるとともに、後壁12と上壁13及び下壁14との連結部に後側テーパ部17t,17bを設けて、前後の両側の連結部を厚肉にすることで、曲げ加工時に生じる外側(上側又は下側)への変形(膨らみ)を抑制することができる。
なお、車両用外装ビームの耐荷重は、保安基準値の39.2kNを確保することが必要とされるが、寸法精度は、周辺部品との関係から2.0mm以下に収めることが望ましく、重量は13.6kg以下とすることが望ましい。
なお、前壁11及び後壁12の高さH0、すなわち車両用外装ビームの高さH0が100mm未満では、道路運送車両の保安基準に定める技術基準(100mm以上)を満たすことができない。そして、高さH0が200mmを超える場合では、車両部品のレイアウト設計において部品どうしの干渉等が問題となる。また、上壁13及び下壁14の幅W0、すなわち車両用外装ビームの幅W0が60mm未満では、断面の曲げ剛性自体が低く、取付孔21f,21bを設けない状態においても強度が不足する。また、幅W0が160mmを超えると、所定の設置スペースに配置することが難しくなる。
比率(W1/W0)が0.18未満では、曲げ加工時の上壁13と下壁14の変形抑制効果が薄れる。また、比率(W1/W0)が0.5を超える場合では、必要以上に厚肉となり、重量が増加する。比率(W2/W0)が0.1未満では曲げ加工時の上壁13と下壁14の変形抑制効果が薄く、0.18を超える場合では必要以上に厚肉となり重量が増加する。
また、角度θ1を角度θ2よりも大きく形成することで、曲げ加工時の上壁13と下壁14の中央への移動(寸法精度の悪化)を最小限に抑えることができる。
角度θ1が20°未満では曲げ加工時の上壁13と下壁14の変形抑制効果が薄く、50°を超える場合では必要以上に厚肉となり、重量が増加する。
角度θ2が5°未満では曲げ加工時の上壁13と下壁14の変形抑制効果が薄く、20°を超える場合では必要以上に厚肉となり重量が増加する。
図3に示す符号では、高さH0:100mm、前壁11の板厚t1:5.6mm、後壁12の板厚t2:5.6mm、上壁13の板厚t3:4.0mm、下壁14の板厚t4:3.5mm、中壁15の板厚:3.5mm、幅W0,W1,W2及び角度θ1,θ2を表1に示す条件で形成し、前側テーパ部と後側テーパ部とが形成された角筒状の長さ2022mmの試験例のフレーム部材について、前壁11に荷重Fを加える衝突解析を行った。また、前側テーパ部及び後側テーパ部を有する試験例のフレーム部材との比較のため、前側テーパ部及び後側テーパ部を設けずに、試験例のフレーム部材と同じ高さH0、前壁11の板厚t1、後壁12の板厚t2、上壁13の板厚t3、下壁14の板厚t4、中壁15の板厚、幅W0、長さの寸法を有する従来例のフレーム部材についても、前壁11に荷重Fを加える衝撃解析を行った。なお、試験例及び従来例のフレーム部材の材料には、JIS規格における6000系合金のアルミニウムを使用した。
そして、試験例と従来例の各フレーム部材の解析結果の比較を行い、前側テーパ部及び後側テーパ部を設けたことによる「耐荷重」、「寸法精度」、「重量」の変化を比較した。「耐荷重」の評価は、試験例の値が従来例の値に対して10%以上増加した場合を「○」、5%以上10%未満の増加量の場合を「△」、5%未満の増加量の場合を「×」とした。また、「寸法精度」の評価は、試験例の値が、従来例の値に対して10%以上減少した場合を「○」、5%以上10%未満の減少量の場合を「△」、5%未満の減少量の場合を「×」とした。さらに、「重量」の評価は、試験例の値が、従来例の値に対して5%以下の増加量の場合を「○」、5%以上10%未満の増加量の場合を「△」、10%以上の増加量の場合を「×」とした。
結果を表1に示す。
なお、幅W0が60mm未満の場合は、フレーム部材全体の重量は軽量化できるものの、十分な変形抑制効果が得られず、耐荷重及び寸法精度が低下する結果となった。また、比率{(W1×tanθ1)/(W1×tanθ1)}が1.3未満の場合では、従来例と実施例との間に顕著な差が現れず、前側テーパ部及び後側テーパ部を設けたことによる耐荷重の増加効果を十分に得ることができななった。また、比率{(W1×tanθ1)/(W1×tanθ1)}が3.9を超える場合では、耐荷重や寸法精度の改善の幅に対し、フレーム部材の重量の増加量の幅が大きく、軽量化を図ることができない。
また、幅W1を幅W2よりも大きく形成するとともに、比率(W1/W0)を0.18以上0.5以下とし、比率(W2/W0)を0.1以上0.18以下とすることで、重量増加を抑え、寸法精度を小さくでき、高精度の寸法管理を行うことができる。さらに、また、角度θ1を角度θ2よりも大きく形成するとともに、角度θ1を20°以上50°以下、角度θ2を5°以上20°以下とすることでも、重量増加を抑え、寸法精度を小さくできる。
11 前壁
12 後壁
13 上壁
14 下壁
15 中壁
16t,16b 前側テーパ部
17t,17b 後側テーパ部
18t,18b 中空部
19 凹溝部
21f,21b 取付孔
22l,22r 曲げ部
51,52 周辺部品
53 締結プレート
100 車両用外装ビーム
Claims (3)
- 車両側に配置される後壁と、その前方に配置される前壁と、これらの上方を閉塞する上壁と、下方を閉塞する下壁と、前記後壁と前記前壁の中央を接続する中壁とを有して、前記車両の幅方向に沿って配置される中空形状のフレーム部材からなり、
前記前壁と前記後壁とのそれぞれに周辺部品を挿入して設置するための取付孔が前後の重なる位置に形成され、
前記前壁と前記後壁とに形成された前記取付孔に隣接して前記フレーム部材の長さ方向の途中を曲げた曲げ部が形成されており、
前記前壁と前記上壁及び前記下壁との連結部には、前記前壁に向かうにつれて前記上壁及び前記下壁の厚みを増して形成される前側テーパ部が設けられ、
前記後壁と前記上壁及び前記下壁との連結部には、前記後壁に向かうにつれて前記上壁及び前記下壁の厚みを増して形成される後側テーパ部が設けられ、
各壁において最も薄い部位の板厚は、前記前壁が5mm以上7mm以下、前記後壁が5mm以上7mm以下、前記上壁が3mm以上5mm以下、前記下壁が3mm以上5mm以下、前記中壁が3mm以上5mm以下とされ、
前記上壁及び下壁の前後方向に沿う幅をW0、前記前側テーパ部の前後方向に沿う幅をW1、前記後側テーパ部の前後方向に沿う幅をW2、前記前側テーパ部を除く部分の前記上壁又は前記下壁の内面と前記前側テーパ部の傾斜面とがなす角度をθ1、前記後側テーパ部を除く部分の前記上壁又は前記下壁の内面と前記後側テーパ部の傾斜面とがなす角度をθ2としたときに、前記幅W0が60mm以上160mm以下、前記幅W1が16mm以上40mm以下、前記幅W2が12mm以上35mm以下とされ、かつ、
比率{(W1×tanθ1)/(W2×tanθ2)}が1.3以上3.9以下の範囲に設定されることを特徴とする車両用外装ビーム。 - 前記幅W1は前記幅W2よりも大きく設けられるとともに、
前記幅W0と前記幅W1との比率(W1/W0)が0.18以上0.5以下とされ、
前記幅W0と前記幅W2との比率(W2/W0)が0.1以上0.18以下とされており、
前記角度θ1は前記角度θ2よりも大きく設けられるとともに、
前記角度θ1が20°以上50°以下とされ、
前記角度θ2が5°以上20°以下とされていることを特徴とする請求項1に記載の車両用外装ビーム。 - 前記上壁は、前記下壁よりも板厚が大きく設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用外装ビーム。
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