JPH0854329A

JPH0854329A - バンパービームの強度試験方法及び装置

Info

Publication number: JPH0854329A
Application number: JP19136594A
Authority: JP
Inventors: Takao Mori; 孝男森; Koji Suzuki; 孝司鈴木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1994-08-15
Filing date: 1994-08-15
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】大掛かりな装置と実際の乗用車を必要とせず、
例えば北米規格ＰＡＲＴ５８１に示された規格試験と等
価である、乗用車バンパービーム強度の試験方法および
試験装置を提供する。【構成】支持体に固定したバンパービームの上に重錘を
自由落下させて衝突させ、衝突時にバンパービームに
かかる荷重と重錘の垂直方向位置の経時変化をそれぞ
れを計測し、バンパービームの吸収エネルギと重錘の垂
直方向変位との相関関係を求める。これにより、試験
装置は小型で扱い易くなり、定量的なバンパービーム
の強度特性が容易にかつ迅速に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えば乗用車バンパー
ビームの動的強度特性評価試験、特にその簡易評価試験
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】乗用車用バンパービームは、通常樹脂等
で化粧されたバンパーの内部に挿設されている為、外観
に曝らされることはない。この乗用車用バンパービーム
には比較的低速で衝突した際に乗用車前後部のランプ等
の機能部品を保護する役割があることから、その強度評
価は実際の乗用車を用いた衝突試験が規格化され、米国
ではＰＡＲＴ５８１、カナダではＣＭＶＳＳ２１５等が
ある。それぞれ乗用車を停止させたまま打撃するペンデ
ュラム試験と乗用車を走らせて壁に衝突させるバリア試
験が規定されている。打撃ないし衝突速度は規格及び条
件により異なるが時速２．５マイル（２．５ＭＰＨ＝
２．４ｋｍ／Ｈ）から時速５マイル（５ＭＰＨ＝８ｋｍ
／Ｈ）程度である。

【０００３】図１０は例えば米国規格ＰＡＲＴ５８１に
示された従来の乗用車バンパービーム強度のペンデュラ
ム試験方法を示す模式図であり、図において３０はバン
パービーム試験体３１を取り付けられた乗用車、３２は
先端に当該乗用車と略同一の重量の重錘３３が取り付け
られた振子、５は重錘３３の打撃面である打撃突端であ
る。図１１は前記規格で定められた打撃突端（突端面積
約１１４ｍｍ×４００ｍｍ、突出量約７６ｍｍ）を示す
模式図である。ペンデュラム試験は、前記打撃突端を有
し、乗用車と略同一重量である振子を規定の打撃速度に
なるように振り上げた後、振り下ろし、バンパービーム
を略水平に打撃するものである。従って、打撃後のバン
パービームは、打撃された部分が大きく変形している。
もしバンパービームの強度が十分でない場合、打撃突端
はバンパービームに深く喰い込み、突端部のみならず突
端裾野の重錘の側面部までもがバンパービームに当り、
これを変形させることになる。従ってランプ等の機能部
品の配置がバンパービームに対し、十分後退していない
場合には、重錘の側面部がこれら機能部品に接触しやが
てこれを破損することとなる。すなわち、実際の乗用車
を用いた本ペンデュラム試験は、試験終了後のランプ等
の機能部品の健全残存か破損かの二者択一的判断によ
り、バンパービーム強度及び機能部品配置の良否を評価
するものである。

【０００４】図１２は例えば米国規格ＰＡＲＴ５８１に
示された従来の乗用車バンパービーム強度のバリア試験
方法を示す模式図であり、３４は衝突壁である。実際の
乗用車を規格で定められた速度で牽引し固定した衝突壁
に衝突させる。したがって衝突後のランプ等機能部品の
状況から、前記ペンデュラム試験と同様にバンパービー
ム強度及び機能部品配置の良否を評価するものである。

【０００５】図１３、図１４及び図１５は、それぞれＪ
ＩＳＺ２２４２に示されたシャルピー衝撃試験法の説明
図、ＪＩＳＺ２２４２に示されたアイゾット衝撃試験法
の説明図、及び例えば特開昭５５−３９０６４号公報に
示された落重式鋼管衝撃試験法の説明図であり、４０及
び４４は試験片、４１及び４５はハンマー、４２及び４
６はハンマーの持上げ角度、４３及び４７はハンマーの
振上がり角度、５０は鋼管を輪切りにした後さらに半割
りしその内面に軸方向に切欠きを加工した試験片、５１
は重錘である。図１３のシャルピー衝撃試験及び図１４
のアイゾット衝撃試験においては、規定の小試験片４０
及び４４にハンマー４３及び４７の振下ろしにより衝撃
力を作用させ、小試験片４０及び４４の破壊に要する吸
収エネルギを測定する。図１５の落重式鋼管衝撃試験に
おいては、重錘５１を自由落下させて破壊した試験片５
０の破面の脆性破面率を観察する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のペ
ンデュラム試験では、実際の乗用車の重量に等しい重錘
を規定打撃速度で円滑に振り下し、略水平に打ち当てか
つ押し込む振子機構が必要であることから装置は高剛性
で大型なものとなり、高価格であった。一方バンパービ
ーム試験体は実際の乗用車に装着されるため、試験水準
に応じた台数の乗用車が必要であり、又試験においてラ
ンプ等の機能部品が破損した場合にはその乗用車の再使
用が不可能となっていた。試験に際しては、バンパービ
ーム試験体を実際の乗用車に装着する作業、試験後の取
り外し作業、及びバンパービーム位置と重錘の打撃突端
位置を調整する作業など準備、後処理を含め多大な時間
がかかっていた。従ってバンパービームの材質や形状を
相当数変更する開発段階においては、試験装置の高価
格、乗用車の必要台数分の価格、試験作業の低能率が開
発費用の高騰及び開発時間の冗長を招くという問題点が
あった。

【０００７】また上記のような従来のバリア試験では、
十分に竪固な衝突壁ならびに実際の乗用車を一定速度で
移動させることが可能な牽引装置が必要であることから
試験装置は大型であるばかりでなく駆動装置及び制御装
置を有したものとなり高価格であった。試験に際し、実
際の乗用車の準備と、実際の乗用車へのバンパービーム
試験体の装着及び試験後の取り外しなど準備、後処理を
含め多大な時間がかかっていた。すなわちバリア試験に
おいても、上記ペンデュラム試験と同質の開発費用の高
騰と開発時間の冗長を招くという問題点があった。さら
に、上記のような従来のシャルピー衝撃試験法、アイゾ
ット衝撃試験法及び落重式鋼管衝撃試験法においては、
あくまでも材料個有の特性を評価するものであり、バン
パービーム強度のようにその大きさ及び形状に依存する
特性を評価することができないという問題点があった。

【０００８】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、大掛かりな装置を必要とせず、また
実際の乗用車を使用せずに、例えば北米規格ＰＡＲＴ５
８１に示された規格試験の代替となりうる、簡易試験方
法及びその試験装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るバンパー
ビームの強度試験方法は、重錘を支持体上のバンパービ
ーム上に自由落下させ、この衝突時の重錘の垂直方向位
置及び支持体にかかる荷重の経時変化を測定し、これら
の測定結果から得られるところのバンパービーム吸収エ
ネルギと重錘の垂直方向変位の相関関係を求める。

【００１０】また、この発明に係わるバンパービームの
強度試験装置は、バンパービームが載置される支持体
と、打撃面を有する重錘と、重錘を支持体の上部から前
記バンパービーム上に自由落下させる重錘の昇降装置
と、重錘が前記バンパービームに衝突した時にバンパー
ビームにかかる荷重を計測する荷重測定装置と、重錘の
垂直方向位置を計測する位置測定装置と、荷重測定装置
及び位置測定装置の計測結果に基づいてバンパービーム
の吸収エネルギと重錘の垂直方向変位との相関関係を求
める演算装置とを有する

【００１１】さらに、この発明に係わるバンパービーム
の強度試験装置において、上記装置の支持体は、被測定
物が取りつけられる支持治具と支持治具が取りつけられ
る支持本体とから構成され、そして両部材を相互に取り
外し自在に固着して形成される。

【００１２】さらに、この発明に係わるバンパービーム
の強度試験装置において、上記装置の重錘は、下面に打
撃面を有し、その背後に複数枚の板状重錘を積層し、さ
らに略垂直に立設されたガイド柱に隙間を介して案内さ
れる凹又は凸形状を側面に有する。

【００１３】

【作用】この発明においては、被測定物であるバンパー
ビーム上に重錘を自由落下させ、この衝突時のバンパー
ビームにかかる荷重と重錘の垂直方変位を計測するた
め、バンパービームの吸収エネルギと重錘の垂直変位の
相関関係を求めることができ、バンパービームの強度特
性が定量的に把握できる。

【００１４】さらに、この発明においては、支持体を支
持治具と支持本体との別部材から構成し、相互に取り外
ずし自在に固着したので、バンパービームの取り付け取
り外し作業が容易となり、さらに試験条件の変更に伴う
取り付け方法及び取り付けスパン等の被測定物の載置方
法の変更が容易となり、バンパービーム強度試験時間が
短縮する。

【００１５】さらに、この発明においては、重錘を複数
枚の板状重錘を積層して構成したので、重量物である重
錘の製作が容易となり、さらに試験条件の変更に伴う重
錘重量の変更および調整が容易となるため、バンパービ
ームの強度試験装置が安価となり、さらに試験時間が短
縮する。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例であるバンパービ
ームの強度試験装置を示す正面図であり、図２は図１に
示された装置の側面図である。図１及び図２において１
は被測定物であるバンパービーム試験体、２は該バンパ
ービームが載置される支持治具、３は該支持治具に固着
される支持本体、４はＰＡＲＴ５８１に規定された打撃
突端又は平面、５は鋼板を積層した重錘、６は重錘を昇
降させるチェーンブロック、７は重錘とチェーンブロッ
ク間の着脱用電磁石、８は荷重測定装置を構成するロー
ドセル、９は重錘の垂直位置計測用の直線変位計、１０
は該直線変位計を作動させるため重錘に取り付けられた
腕、１１は重錘に設けられた略Ｕ字型のガイド板、１２
は略垂直に立設されたガイド柱である。図３は図１の発
明の実施例であるバンパービームの強度試験装置におけ
る計測部の構成図である。図において、２１は動ひずみ
計、２２は計測値を記録するデジタルオシロ、２３はプ
ロッター、２４は解析装置である。なを、２２はデータ
ロガーに置き換えることができるが、本実施例ではデジ
タルオシロを用いるものとする。図４は図１の発明の実
施例であるバンパービームの強度試験装置における、バ
ンパービーム試験体１の支持治具２への取り付け方法の
一例を示す説明図であり、図において、２５はボルトで
ある。

【００１７】このように構成されたバンパービームの強
度試験装置においては、実際の乗用車と略同一重量であ
り、打撃面に例えばＰＡＲＴ５８１に記載のペンデュラ
ム試験に規定する打撃突端部４を有する重錘５を、規定
する打撃速度になるよう引き上げた後、自由落下によ
り、バンパービーム試験体１を打撃し、打撃時の重錘の
垂直方向位置とバンパービーム試験体にかかる荷重を測
定し、バンパービーム試験体の吸収エネルギと重錘の垂
直方向変位の相関関係を演算することになる。上記引き
上げ距離（以下落下高さＨと称す）はペンデュラム試験
における振子の振り上げ高さに同じでありつぎの式で決
められる。Ｈ＝Ｖ²／２ｇここでＨ：重錘引き上げ時の打撃突端面とバンパービー
ム上面との距離（落下高さと称す）Ｖ：ＰＡＲＴ５８１に規定する打撃速度ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓｅｃ²）したがって、ペンデュラム試験と同一の、運動量、運動
エネルギ及び打撃突端部を持つ重錘がバンパービームに
対し直角方向に打撃することからＰＡＲＴ５８１記載の
ペンジュラム試験と同一の定性的試験結果が得られ、さ
らに定量的な試験結果も得られる。さらに、打撃突端部
を平面にした場合には、ＰＡＲＴ５８１記載のバリア試
験と同一の定性的試験結果が得られ、さらに定量的な試
験結果も得られる。

【００１８】さらに、図１に示す実施例である試験装置
を用い、図４に示すバンパービーム試験体を評価した場
合について説明する。バンパービーム試験体１は、表１
に示す化学成分と機械的性質を有する板厚１．２ｍｍの
高張力鋼板であり、断面幅９０ｍｍ、断面高さ６０ｍ
ｍ、フランジ間幅１２０ｍｍのいわゆるハット断面を有
す長さ１２００ｍｍの直線ビームである。

【００１９】

【表１】

【００２０】重錘５の下端面にはＰＡＲＴ５８１に記載
のペンデュラム試験に規定された打撃突端４が設けら
れ、重錘と打撃突端を合わせた重量は１１４７ｋｇであ
る。重錘５が電磁石７を介して電動チェーンブロック６
で吊り上げられた状態で、バンパービーム試験体１を８
００ｍｍの間隔にある支持治具２に取り付けた。ここで
はあらかじめ側面に８００ｍｍの間隔で取り付け用ボル
ト穴が加工された試験体を用い、図４に示すように支持
治具の側面に試験体の内側面を当て、試験体の外側面側
からボルト２５で固定した。自由落下開始時の打撃突端
４の下面とバンパービーム試験体１の上面との距離すな
わち落下高さＨは、ＰＡＲＴ５８１に規定された打撃速
度である１．１ｍ／秒（時速２．５マイル相当）よりや
や大きい１．５ｍ／秒を保証するため上記式より１２０
ｍｍに電動チェーンブロック６を動かして設定した。

【００２１】

【数１】

【００２２】図５は、計測装置類の準備ができたところ
で電磁石６を切り放し重錘５を自由落下させ、衝突に際
し測定した支持本体３にかかる荷重と重錘５の垂直方向
位置の経時変化を示した図である。荷重は４個のロード
セルの合計であり、重錘の変位は左右の値を別々に表示
している。図６および図７は、図５に示す生データより
求められる荷重と衝突後の重錘の垂直方向変位との相関
図、および図６に示す相関図から計算されるバンパービ
ーム試験体の吸収エネルギと重錘の垂直方向変位の相関
図である。すなわち本バンパービーム試験体は、４２ｍ
ｍの変位に相当する変形をしたとき１００ｋｇｆ・ｍの
エネルギを吸収したと言える。従って、例えばバンパー
ビームの吸収エネルギが１００ｋｇｆ・ｍ必要である乗
用車に本バンパービーム試験体を採用するときは、ラン
プ等機能部品の位置をバンパービーム面に対し４２ｍｍ
以上後退させる必要がある。逆に４２ｍｍ以下の狭い間
隔で両者の配置が既に決まっているときには、本試験例
のバンパービームよりもより少ない変位でより高い吸収
エネルギを示す別のバンパービームを捜すことが必要が
ある。以上より、材質、肉厚、断面形状、及び支持間隔
などを変更して本試験を実施し、図７に示す吸収エネル
ギと重錘垂直方向変位の相関関係を各種蓄積することに
より、バンパービーム強度を定量的に把握することがで
きるのみならず、実際の乗用車の設計に当って最適なバ
ンパービームの選定及び最適な部品配置の決定が可能と
なる。

【００２３】図８は重錘の落下高さと実測した打撃速度
の関係を示す。図中の実線は落下高さと自由落下速度の
理論式Ｖ＝（２ｇＨ）^1/2であり、実測値と理論値が
一致していることから、本実施例においては、打撃速度
が重錘の落下高さでもって設定できる。

【００２４】図９は、自由落下による重錘の位置エネル
ギの変位とバンパービーム試験体が吸収したエネルギ量
の関係を示している。測定値が右４５°の直線上にほぼ
あり、位置エネルギの変化と試験体の吸収エネルギがほ
とんど一致していることから、本試験においてエネルギ
ロスが非常に少ないこと、及び吸収エネルギを算出する
ための荷重と垂直方向変位の測定法及びこれら測定値の
演算処理が十分な精度をもっていることを示している。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００２６】この発明によれば、下部に所定の打撃突端
または平面を有する重錘を自由落下させ、バンパービー
ムに所定の打撃速度で衝突させることにより、バンパー
ビームの強度特性を把握するようにしたので、従来のも
のに比べて容易に試験できる。そして、例えば打撃突端
としてＰＡＲＴ５８１記載のペンデュラム試験に規定す
るものを用いて、また、その規定する打撃速度にて自由
落下させれば、前記ペンデュラム試験と同一の打撃状況
が保証されるため、ペンデュラム試験と等価な簡易試験
法となることができる。また、例えば打撃面が平面であ
る重錘を用いて、ＰＡＲＴ５８１記載のバリア試験に規
定する衝突速度にて自由落下させれば、前記バリア試験
と同一の衝突状況が保証されるため、バリア試験と等価
な簡易試験法となることができる。

【００２７】また、この発明によれば、打撃時に重錘の
垂直方向位置とバンパービーム試験体にかかる荷重の経
時変化を測定することにより、バンパービーム試験体の
吸収エネルギと重錘の垂直方向変位との相関関係が得ら
れるため、当該バンパービーム試験体の強度を定量的に
把握することができる。

【００２８】また、この発明によれば、重錘を自由落下
させる構成にしたので、例えばＰＡＲＴ５８１記載のペ
ンデュラム試験における振子の揺動機構、及び本揺動機
構を堅固に支える大型の構造物が不要となるため、試験
装置を従来に較べ大幅に簡素で、軽量、小型（床面積×
高さ）にすることができる。

【００２９】また、この発明によれば、被測定物である
バンパービーム試験体を載置する支持体を、それぞれ別
部材である支持治具及び支持本体により構成し、両部材
を取り外し自在に固着する構成にしたので、バンパービ
ーム試験体の取り付け方法の変更、取り付けスパンの変
更、バンパービーム試験体と重錘の打撃突端との相対位
置の変更などの試験条件の変更に迅速に対応することが
でき、さらに、あらかじめバンパービーム試験体と支持
治具を取り付けた後、これを支持本体に取り付けること
ができ、さらに、重錘の打撃により変形した後のバンパ
ービーム試験体を支持治具に取り付けたまま、試験体を
支持本体から取り外すことができるので、試験の作業時
間を大幅に短縮することができる。

【００３０】また、この発明によれば、複数枚の板状重
錘を積層に構成したので、重錘の製造、重錘の重量の調
整及び変更が容易となり、重錘を安価に製造すること、
試験条件の変更に迅速に対応することができる。さら
に、重錘の側部に凹又は凸形状のガイド部を設けて、立
設するガイド柱に沿って落下させるようにしたので、重
錘の水平面内の動きが緩やかに拘束され、重錘の引き上
げ時の不要な振れによる作業性の悪化、衝突後の転倒又
はリバウンド等による設備破壊を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるを示す正面図であ
る。

【図２】この発明の一実施例であるを示す側面図であ
る。

【図３】この発明の一実施例である強度試験装置の計装
系統図である。

【図４】この発明の一実施例である強度試験装置により
評価したところのバンパービーム試験体の支持治具への
取り付け方法の一例を示す説明図である。

【図５】この発明の一実施例である強度試験装置により
評価したところの一バンパービーム試験体の測定結果を
示す重錘の垂直方向位置及び試験体にかかる荷重の経時
変化図である。

【図６】図５に示す測定結果から得られる重錘の垂直方
向変位と試験体にかかる荷重の相関図である。

【図７】図５又は図６に示す測定結果から演算される試
験体の吸収エネルギと重錘変位の相関図である。

【図８】この発明の一実施例である強度試験装置により
測定した重錘の落下高さと打撃速度の相関図である。

【図９】この発明の一実施例である強度試験装置により
測定した自由落下による重錘の位置エネルギの変化とバ
ンパービーム試験体の吸収エネルギの相関図である。

【図１０】従来の米国規格ＰＡＲＴ５８１に記載された
ペンデュラム試験を示す模式図である。

【図１１】従来の米国規格ＰＡＲＴ５８１に記載された
ペンデュラム試験における打撃突端を示す外観図であ
る。

【図１２】従来の米国規格ＰＡＲＴ５８１に記載された
バリア試験を示す模式図である。

【図１３】従来のシャルピー衝撃試験を示す模式図であ
る。

【図１４】従来のアイゾット衝撃試験を示す模式図であ
る。

【図１５】従来の落重式鋼管衝撃試験を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１バンパービーム試験体２支持治具３支持本体４衝撃突端５重錘６チェーンブロック７電磁石８ロードセル９直線変位計１０変位計作動腕１１重錘ガイド部２１重力ひずみ計２２データロガー２３プローター２４パソコン２５ボルト３０乗用車３１バンパービーム３２振子３３重錘３４衝突壁４０試験片４１ハンマー４２持上げ角度４３振上がり角度４４試験片４５ハンマー４６持上げ角度４７振上がり角度５０試験片５１重錘

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部に所定の打撃突端又は平面を有する重
錘を、支持体上に固定したバンパービーム上に自由落下
させて、所定の打撃速度で衝突させる工程と、該衝突
時の重錘の垂直方向変位及びバンパービームにかかる荷
重の経時変化を計測する工程と、該計測結果からバンパービームの吸収エネルギを求め、
このバンパービームの吸収エネルギと重錘の垂直方向変
位との相関関係を求める工程とを有するバンパービーム
の強度試験方法。
【請求項２】前記バンパービームが装着される乗用車
車体重両と略同一重量の重錘を、落下高さ２５〜５００
ｍｍの範囲で落下させることを特徴とする請求項１記載
のバンパービームの強度試験方法。
【請求項３】バンパービームが載置される被測定物の支
持体と、下部に衝撃突端又は平面を有する重錘と、該重錘を前記支持体の上部から前記バンパービーム上に
自由落下させる重錘の昇降装置と、前記重錘が前記バンパービームに衝突した時の前記バン
パービームにかかる荷重を計測する荷重測定装置と、該重錘の垂直方向位置を計測する位置測定装置と、前記荷重測定装置及び前記位置測定装置の計測結果に基
づいてバンパービームの吸収エネルギと重錘の垂直方向
変位の相関関係を求める演算装置を有するバンパービー
ムの強度試験装置。
【請求項４】前記支持体は、前記バンパービームが載置
される支持治具と該支持治具が固定される支持本体から
構成され、両部材を相互に取り外し自在に固着して形成
したことを特徴とする請求項３記載のバンパービームの
強度試験装置。
【請求項５】前記重錘は、下部に打撃突端部又は平面を
有し、その背後に複数枚の板状重錘を積層して形成さ
れ、さらに略垂直に立設されたガイド柱に隙間を介して
案内される凹又は凸形状を側部に有することを特徴とす
る請求項３記載のバンパービームの強度試験装置。