WO2016204130A1

WO2016204130A1 - バンパリインフォースメント構造

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Publication number: WO2016204130A1
Application number: PCT/JP2016/067611
Authority: WO
Inventors: 祐輔安江; 啓介神谷
Original assignee: 豊田鉄工株式会社
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2016-12-22
Also published as: JP2017007450A

Abstract

バンパリインフォースメント構造（１１）は、本体部材（１５）と支持構造を有する。本体部材（１５）は、自動車車体の前部または後部に設けられて自動車車体の幅方向に延出する長尺形状であり、かつ車両衝突時に荷重を受け止める当たり面を備える。支持構造は、本体部材（１５）の長手方向の両側部で本体部材に作用する荷重を自動車車体で受けるための構成を有する。本体部材（１５）が、自動車車体の前後方向における内側方向に開口するハット型断面形状を有する。本体部材（１５）の少なくとも支持構造間の長手方向範囲内には、ハット型断面の開口上下端部のそれぞれに固定される長尺板形状の各補強板（３０）が設けられる。各補強板（３０）は、別部材であって相互に離間している。

Description

バンパリインフォースメント構造

　本発明は、バンパリインフォースメント構造に関する。例えば自動車車体の前部または後部に備えられ、重量増加を抑制しつつ所定の曲げ耐力を得るバンパリインフォースメント構造に関する。

　バンパリインフォースメント構造は、例えば自動車車体の前部または後部に備えられ、本体部材と支持構造を備える。本体部材は、自動車車体の幅方向に延出し、車両衝突時に荷重を受け止める当たり面を有する。支持構造は、本体部材の幅方向の両側部において本体部材に作用する荷重を自動車車体で受けるための構成を有する。

　本体部材は、自動車の車種毎に配設場所が決められ、要求される衝突荷重（曲げ耐力）を配設場所の範囲内で満たすように設計される。

　例えば図１０及び図１１に示す従来の本体部材５４，７４は、自動車車体前部に配設され、図の左側が車体前方、右側が車体後方を向く。仮想線で示す範囲Ｘが車種毎に決められる本体部材５４，７４のための配設場所である。本体部材５４，７４の縦断面形状は、車体後方に開口するハット型である。本体部材５４，７４は、車両衝突時に当たり面となる前面６２，８２と、前面６２，８２の上下端から後方に広がる上辺面６４Ａ，８４Ａと下辺面６４Ｂ，８４Ｂを有する。上辺面６４Ａ，８４Ａの後端には、車体上方に延出するフランジ６６Ａ，８６Ａが形成されている。下辺面６４Ｂ，８４Ｂの後端には、車体下方に延出するフランジ６６Ｂ，８６Ｂが形成されている。

　図１０の本体部材５４は、範囲Ｘにおいて当たり面の前面幅５５を大きく取るように構成されている。本体部材５４は、前面幅５５が大きいため、性能テストの振り子評価や、歩行者保護評価では有利である。しかし本体部材５４は、後方が開口した形状であることから、所定の曲げ耐力の確保が困難となる。

　図１１の本体部材７４は、図１０の本体部材５４が有する曲げ耐力の課題を解決するために、当たり面の前面幅７５を小さくしつつ曲げ耐力の向上を図った構成である（特開２０１２－１１０９４４号公報参照）。本構成は、本体部材７４と、本体部材７４の後方開口部を覆う補強板８０を有し、閉じ断面構造になっている。

　本体部材７４は、上辺面８４Ａの後端に形成されたフランジ８６Ａと、下辺面８４Ｂの後端に形成されたフランジ８６Ｂを有する。補強板８０は、フランジ８６Ａ，８６Ｂにスポット溶接８８により固定され、開口部を覆う。本体部材７４と補強板８０によって閉じ断面形状が構成され、曲げ耐力が高い構成になっている。ただし本体部材７４は、図１０の本体部材５４に比べてフランジ８６Ａ，８６Ｂが長いため、当たり面の前面幅７５が小さくなってしまう。

　図１１に示す構成は、本体部材７４と補強板８０によって閉じ断面構造になっているために曲げ耐力の向上が図られている。しかし本体部材７４の開口部全面に補強板８０を配設するために、本体部材７４の重量が増加する。

　自動車の課題の１つは、燃費向上である。燃費向上のため自動車の各構成部品の重量増加は極力抑制する必要がある。

　したがって従来、補強板を用いて所定の曲げ耐力を得る場合であっても、重量増加が小さいバンパリインフォースメント構造が必要とされている。

　本発明の１つの特徴によると、バンパリインフォースメント構造は、本体部材と支持構造を有する。本体部材は、自動車車体の前部または後部に設けられて自動車車体の幅方向に延出する長尺形状であり、かつ車両衝突時に荷重を受け止める当たり面を備える。支持構造は、本体部材の長手方向の両側部で本体部材に作用する荷重を自動車車体で受けるように構成される。本体部材が、自動車車体の前後方向における内側方向に開口するハット型断面形状を有する。本体部材の少なくとも支持構造間の長手方向範囲内には、ハット型断面の開口上下端部のそれぞれに固定される長尺板形状の各補強板が設けられる。各補強板は、別部材であって相互に離間している。

　したがって補強板によるバンパリインフォースメント構造の重量増加は、２つの補強板の離間する面積分だけ抑制される。

　補強板を上述のように別部材として開口上下端部に配置する場合でも、図１１に示す配置構成の場合と同程度の曲げ耐力を確保することができる。これは発明者らの解析結果により図８に示すように確認できた。その詳細理由は、例えば車両衝突により本体部材が支持構造を支点として厚み方向に撓み、本体部材とともに各補強板も厚み方向に撓む。各補強板が厚み方向に撓む際、各補強板には長手方向の引張力が生じる。この引張力の反力が本体部材の撓み変形を抑制し、これによって曲げ耐力を強化する。

自動車車体に配置したバンパリインフォースメント構造の概略図である。第１実施形態のバンパリインフォースメント構造の断面図である。第１実施形態の後方から見た斜視図である。第２実施形態のバンパリインフォースメント構造の断面図である。第２実施形態の後方から見た斜視図である。解析用荷重を負荷する前のバンパリインフォースメント構造の斜視図である。解析用荷重を負荷した後のバンパリインフォースメント構造の斜視図である。解析結果の荷重・変位曲線を示すグラフである。解析条件の仕様と解析結果から得られた数値を比較して示す対比表である。従来例１のバンパリインフォースメント構造の断面図である。従来例２のバンパリインフォースメント構造の断面図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、自動車におけるバンパリインフォースメント構造１０の配置位置を示す。バンパリインフォースメント構造１０は、通常、自動車車体１２の前部と後部に自動車車体１２に配置され、幅方向に延出する。

　図１において、自動車車体１２の前方を矢印Ｆで示し、後方を矢印Ｒで示した。バンパリインフォースメント構造１０は、鉄系部材で長尺形状の本体部材１４と、支持構造１６を有する。支持構造１６は、本体部材１４に作用する衝突荷重等の荷重を自動車車体１２で支持する役割を果たすように構成される。支持構造１６は、例えば本体部材１４の長手方向（自動車車体１２の幅方向）の両側部に位置する。

　本体部材１４は、自動車車体１２の中心を向く内面と、内面の反対側の外面を有する。本体部材１４の外面は、樹脂製のバンパ１８によって覆われる。バンパ１８は、バンパリインフォースメント構造１０の最外面を構成し、見栄えを考慮した構成を有する。

　上記の構成のため、自動車への前面衝突、または後面衝突の際の衝突荷重は、先ずは、バンパ１８で受けて、バンパ１８を本体部材１４で支える。本体部材１４に作用した荷重は、本体部材１４の両側部に配設された支持構造１６を介して自動車車体１２により受けられる。

　図２及び図３は、バンパリインフォースメント構造１０の第１実施形態を示す。以下に、自動車車体１２の前部に配設されるバンパリインフォースメント構造１０の例について説明する。

　図２に仮想線で示す範囲Ｘは、車種毎によって決定されるバンパリインフォースメント構造１０を設置するための設置場所（スペース）である。バンパリインフォースメント構造１０は、範囲Ｘ内において所望の剛性（曲げ耐力）を確保する必要がある。剛性（曲げ耐力）は、本体部材１４と補強板２０とによって確保される。本体部材１４及び補強板２０は、鉄系部材で構成される。本体部材１４は、後方に開口部を有するハット型断面形状を有する。

　本体部材１４は、車両衝突時に当たり面となる前面２２と、前面２２の上下端から後方に向けて広がる上辺面２４Ａと下辺面２４Ｂと、上辺面２４Ａと下辺面２４Ｂの後端からそれぞれ車体上下方向に延設されたフランジ２６Ａ、２６Ｂを有する。以降に説明する図において、矢印で示すＦは前方、Ｕは上方、Ｄは下方を表す。図２に示すバンパリインフォースメント構造１０は、自動車車体１２の前部に配設されている。

　補強板２０は、図２に示すようにバンパリインフォースメント構造１０の上領域に位置する補強板２０Ａと、バンパリインフォースメント構造１０の下領域に位置する補強板２０Ｂを含む。補強板２０Ａと補強板２０Ｂは、別部材である。補強板２０Ａと補強板２０Ｂは、例えば平板形状であり、好ましくは同じ形状である。同じ形状の場合、部品の共通化を図ることができる。補強板２０Ａ，２０Ｂの一領域、例えば補強板２０Ａの上領域と補強板２０Ｂの下領域は、フランジ２６Ａ，２６Ｂの後面に面し、スポット溶接２８等によりフランジ２６Ａ，２６Ｂに固定される。補強板２０Ａ，２０Ｂの他領域は、一領域から本体部材１４の開口に向けて延びている。補強板２０Ａ，２０Ｂの他領域は、相互に離間しており、本体部材１４の開口部の上下中央領域を開口する。

　本体部材１４を自動車車体１２に支持する支持構造１６は、図３において仮想線で示す支持位置に位置する。支持構造（支持部材）１６は、例えば自動車車体１２に設けられ、自動車車体１２から本体部材１４に向けて突出する。支持構造１６の端部は、例えば本体部材１４のフランジ２６Ａ，２６Ｂの両方に面する上下方向長さを有し、フランジ２６Ａ，２６Ｂに接合される。左側の支持構造１６は、本体部材１４の左側部に対面しかつ接合される。右側の支持構造１６は、本体部材１４の右側部に対面しかつ接合される。補強板２０Ａ，２０Ｂは、支持構造１６の間に位置し、本体部材１４の左右中央領域に位置する。上側の補強板２０Ａと下側の補強板２０Ｂは、長手方向長さが略等しく、長手方向において略同じ場所に位置する。

　図２及び図３に示すように前面２２には、上下方向の中央位置に凹み２３が形成される。凹み２３は、本体部材１４の長手方向に延びている。凹み２３は、前面２２の剛性の向上を図るものである。

　図２および図３に示すバンパリインフォースメント構造１０は、補強板２０Ａ，２０Ｂを有する。補強板２０Ａ，２０Ｂは、図１１に示す補強板８０と同様に、スポット溶接によりフランジ２６Ａ、２６Ｂに固定される。フランジ２６Ａ、２６Ｂは、補強板２０Ａ，２０Ｂを固定するための長さが必要である。フランジ２６Ａ、２６Ｂの長さに対応して、当たり面Ｙの一部である前面２２の幅が狭くなる。

　図４及び図５に示すバンパリインフォースメント構造１１は、図２及び図３に示す本体部材１４と補強板２０に代えて図４及び図５に示す本体部材１５と補強板３０を有する。本体部材１５と補強板３０は、図２及び図３に示す本体部材１４と補強板２０と共通する構造と相違する構造を有し、以下に相違する構造を中心に説明する。

　図４及び図５に示すように補強板３０は、バンパリインフォースメント構造１１の上領域に位置する補強板３０Ａと、下領域に位置する補強板３０Ｂを有する。補強板３０Ａと補強板３０Ｂは、別部材であって、それぞれＬ字形状の縦断面形状を有する。例えば補強板３０Ａと補強板３０Ｂは、略直角の角部を有する。これに代えて補強板３０Ａと補強板３０Ｂは、角度の異なる角部を有していても良い。補強板３０Ａと補強板３０Ｂは、同じ形状としても良い。これにより部品の共通化を図ることができる。

　図４及び図５に示すように本体部材１５は、前面３２、上辺面３４Ａ、下辺面３４Ｂ、フランジ３６Ａ、３６Ｂを有する。上辺面３４Ａと下辺面３４Ｂは、それぞれ相互に対向する内面を有する。上辺面３４Ａの内面に補強板３０Ａが固定され、下辺面３４Ｂの内面に補強板３０Ｂが固定される。

　補強板３０Ａと補強板３０Ｂは、例えばスポット溶接３８により上辺面３４Ａと下辺面３４Ｂに固定される。詳細にはＬ字形状の一辺３１Ａ，３１Ｂが上辺面２４Ａの内面に沿って配設され、スポット溶接３８等により固定される。Ｌ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄは、Ｌ字形状の一辺３１Ａ，３１Ｂの一端から本体部材１５の開口を塞ぐように内方へ延出する。

　より具体的にはＬ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄの基端は、上辺面３４Ａまたは下辺面３４Ｂの内面上に位置し、かつフランジ３６Ａ、３６Ｂの近傍に位置する。Ｌ字形状の他辺は、基端から略直線状にフランジ３６Ａ、３６Ｂの間の開口を覆うように延出する。Ｌ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄの先端は、フランジ３６Ａ、３６Ｂの間に位置し、基端よりも外側に位置する。Ｌ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄは、前面３２と略平行であり、詳しくは他辺３１Ｃ，３１Ｄの先端が基端よりも外側（前面３２よりも遠い場所）に位置する。Ｌ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄは、前面３２と略同じ長さであり、やや前面３２よりも短い。

　図４及び図５に示すようにＬ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄは、前後方向で見てハット型断面形状の本体部材１５の開口端位置を越えない。フランジ３６Ａ、３６Ｂが範囲Ｘの境界上に位置し、Ｌ字形状の他辺３１Ｃ，３１Ｄは、本体部材１５内に位置して範囲Ｘを越えない。上方の補強板３０Ａと下方の補強板３０Ｂは、例えば同様に構成される。上方の補強板３０Ａと下方の補強板３０Ｂは、相互に対向し、他辺３１Ｃ，３１Ｄの先端は、離間している。

　図３及び図４に示すように上下フランジ３６Ａ，３６Ｂは、上辺面３４Ａと下辺面３４Ｂの開口部近傍の端部から相互に離間する方向に延出する。上下フランジ３６Ａ，３６Ｂは、例えば板部材を折り曲げることで形成される。フランジ３６Ａ，３６Ｂには、補強板３０Ａ，３０Ｂが固定されない。そのためフランジ３６Ａ，３６Ｂは、補強板３０Ａ，３０Ｂを溶接等によって固定するための長さが不要であって、比較的短くすることができる。フランジ３６Ａ，３６Ｂは、上辺面３４Ａと下辺面３４Ｂから角度を有して延出することで、開口近傍の端部の剛性を高くし得る。フランジ３６Ａ，３６Ｂを短くすることで、当たり面Ｚとなる前面３２の縦方向の幅を長くすることができる。前面３２の当たり面Ｚを広くすることでバンパリインフォースメント構造１０の性能テストにおける振り子評価や歩行者保護評価で有利となる。

　バンパリインフォースメント構造１０，１１は、図６及び図７に示す試験を行い解析を行う。支持構造１６に対応する支持部材４０を準備する。支持部材４０は、支持構造１６に対応する場所に配置され、本体部材１４，１５の両側部を支持する。支持部材４０は、例えば断面半円状の棒であり、円弧部分が上方になるように設置される。略平行に設置された２つの支持部材４０の上に本体部材１４，１５を設置する。支持部材４０が本体部材１４，１５の両側部に位置し、本体部材１４，１５の開口が下方、すなわち支持部材４０に向く。支持部材４０の間において、支持部材４０を避けた場所に補強板２０，３０が位置する。本体部材１４，１５の長手方向の中央位置に上方からインパクター４２により荷重をかける。インパクター４２は、インパクター４２への反力を測定するセンサを有する。２つの支持部材４０間のピッチは、例えば９１５ｍｍであり、インパクター４２を例えば８．６ｋｍ／ｈで強制変位させる。

　インパクター４２を図６に示す初期位置にセットする。この時、バンパリインフォースメント構造１０，１１は、荷重が負荷される前の状態である。インパクター４２を図７に示すようにバンパリインフォースメント構造１０，１１に向けて移動させ、バンパリインフォースメント構造１０，１１に荷重を負荷する。これにより本体部材１４，１５がインパクター４２から荷重を受けて変形、例えば湾曲形状に変形する。インパクター４２は、本体部材１４，１５が変形する際における本体部材１４，１５からの反力と、インパクター４２の移動量すなわち本体部材１４，１５の変形量を測定する。

　図８は、上記の試験により得られた本体部材１４，１５に加えられた荷重と、本体部材１４，１５の変形量の関係を示す。図９に示すように試験対象は、Ａ形態，Ｂ形態，Ｃ形態のバンパリインフォースメント構造である。Ａ形態は図４及び図５に示すバンパリインフォースメント構造１１であり、Ｂ形態は図１１に示す従来のバンパリインフォースメント構造であり、Ｃ形態は図１０に示す従来バンパリインフォースメント構造１０，１１である。図９にＡ形態，Ｂ形態，Ｃ形態の解析結果をまとめて記述している。

　図８に示すように荷重・変位曲線は、変位がゼロから大きくなる際に急激に荷重が増加する。バンパリインフォースメント構造が座屈する変位で荷重が最大（ピーク荷重）となる。その後、バンパリインフォースメント構造の変形とともに荷重が漸減する。この曲線におけるピーク荷重にＬ／４（Ｌは支持部材４０間のピッチ）を掛けたものがバンパリインフォースメント構造の曲げ耐力となる。

　図９で示すようにＣ形態においてピーク荷重は１９．８ｋN、曲げ耐力は４．５ｋNである。Ａ形態とＢ形態においてピーク荷重は２２．５ｋN、曲げ耐力は５．１ｋNである。したがってピーク荷重と曲げ耐力は、Ａ形態とＢ形態がＣ形態に比べて優れている。補強板による質量増に対する曲げ耐力の効率である補強板質量効率についてＡ形態とＢ形態を解析して図９にまとめた。補強板質量効率は、曲げ耐力／補強板の質量により、求められる。Ｂ形態は、閉じ断面形状であって、補強板質量が７９２ｇ、補強板質量効率（N・ｍ／ｇ）が６４である。一方Ａ形態は、開いた断面形状であって、図４に示すように離間した一対の補強板３０を有する。Ａ形態では、補強板質量が５０４ｇで補強板質量効率（N・ｍ／ｇ）が１０１である。したがってＡ形態は、Ｂ形態に比べて補強板質量効率が高い。すなわちＡ形態は、Ｂ形態と同等の曲げ耐力を有し、かつＢ形態よりも軽い。

　図９に示す解析結果において、曲げ耐力と重量低減の両観点から総合的に評価すると、Ａ形態は、Ｂ形態及びＣ形態より優れていることが分かる。なお、図２、図３に示す実施形態についても図３、図４に示すＡ形態と同様の効果が得られる。

　図９に示すようにＡ形態は、上下領域に補強板３０（図４参照）を有し、上下の補強板３０が離間している。一方、Ｂ形態は、補強板８０（図１１参照）を有し、閉じ断面形状である。Ａ形態がＢ形態と略同じ評価が得られたのは、次の理由によると本発明者らは考えた。車両衝突により支持構造１６間の本体部材１４，１５が支持構造１６を支点として厚み方向に撓む。本体部材１４，１５の厚み方向の撓みにより、本体部材１４と一体とされた補強板２０，３０もそれに伴って厚み方向に撓む。

　補強板２０，３０が厚み方向へ撓む際、補強板２０，３０には長手方向の引張力が生じ、この引張力の反力が本体部材１４の撓み変形抑制として働き、曲げ耐力となる。本発明者らはこの現象を見出したことにより、補強板２０，３０の重量低減が図れることを想起したものである。

　上記実施形態に代えて、他の形態でも実施可能である。例えば、図３，５に示す実施形態の補強板２０，３０は、一対の支持構造１６の間に位置し、一対の支持構造１６の距離よりも短い。これに代えて補強板は、必要があれば一端または両端が支持構造を超えるように位置、あるいは長さを有していても良い。

　図３，５に示す実施形態の補強板２０，３０は、本体部材１４，１５に溶接によって固定されている。これに代えて補強板２０，３０が本体部材１４，１５に接着、リベット締着、ボルト定着等、各種固定手段によって固定されても良い。

　図３，５に示す実施形態の本体部材１４，１５は、前面２２，３２に凹み２３，３３を有している。これに代えて前面２２，３２に凹み２３，３３を有していなくても良く、この場合であっても所定の曲げ耐力が得られる場合がある。

　図４に示す補強板３０は、Ｌ字状であって、平板状の一辺３１Ａ，３１Ｂと、平板状の他辺３１Ｃ，３１Ｄと、一辺３１Ａ，３１Ｂと他辺３１Ｃ，３１Ｄを略直角で連結する角部を有する。これに代えて一辺３１Ａ，３１Ｂと他辺３１Ｃ，３１Ｄを他の角度で連結する角部を有していても良い。

　添付の図面を参照して詳細に上述した種々の実施例は、本発明の代表例であって本発明を限定するものではありません。詳細な説明は、本教示の様々な態様を作成、使用および／または実施するために、当業者に教示するものであって、本発明の範囲を限定するものではありません。更に、上述した各付加的な特徴および教示は、改良されたバンパリインフォースメント構造および／またはその製造方法と使用方法を提供するため、別々にまたは他の特徴および教示と一緒に適用および／または使用され得るものです。

Claims

　バンパリインフォースメント構造であって、
　自動車車体の前部または後部に設けられて前記自動車車体の幅方向に延出する長尺形状であり、かつ車両衝突時に荷重を受け止める当たり面を備える本体部材と、
前記本体部材の長手方向の両側部で前記本体部材に作用する荷重を前記自動車車体で受けるための支持構造とを有し、
　前記本体部材が、前記自動車車体の前後方向における内側方向に開口するハット型断面形状を有し、
前記本体部材の少なくとも前記支持構造間の長手方向範囲内には、前記ハット型断面の開口上下端部のそれぞれに固定される長尺板形状の各補強板が設けられ、前記各補強板は、別部材であって相互に離間しているバンパリインフォースメント構造。
　請求項１に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
　前記補強板が前記本体部材の内側に固定されているバンパリインフォースメント構造。
　請求項２に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
　前記補強板が前記本体部材の内側に溶接により固定されているバンパリインフォースメント構造。
　請求項２に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
　前記補強板は、Ｌ字形状の縦断面形状を有し、前記Ｌ字形状の一辺が前記本体部材の開口端部の内面に沿って配設され、前記Ｌ字形状の他辺が前記一辺から前記本体部材の内方に向けて延設するバンパリインフォースメント構造。
　請求項４に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
　前記補強板の前記一辺が前記本体部材の前記内面に溶接によって固定されているバンパリインフォースメント構造。
　請求項４に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
　前記補強板の前記他辺は、前記本体部材の開口端より前記本体部材の内側に位置しているバンパリインフォースメント構造。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
　前記本体部材の前記当たり面は、前記ハット型断面形状の天面を構成し、前記天面の中央部において前記本体部材の内側に凹む凹みを有するバンパリインフォースメント構造。