JP2017007450A - バンパリインフォースメント構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バンパリインフォースメント構造の本体部材に補強板を用いて所定の曲げ耐力を得る場合でも、重量増加を極力抑制することにある。【解決手段】バンパリインフォースメント構造１０は、自動車車体の前部または後部に配設され、車両衝突時に荷重を受ける当たり面を有する長尺形状の本体部材１４と、該本体部材１４に作用する荷重を自動車車体で受けるための支持構造とを備える。そして、前記本体部材１４は縦断面形状の後方が開口したハット型断面形状とされており、前記本体部材１４の少なくとも支持構造間の幅方向範囲内には前記ハット型断面の開口する上下端部にそれぞれ固定される長尺板形状の各補強板２０Ａ，２０Ｂを別部材として形成し離間して配置している。【選択図】図４

Description

本発明は、バンパリインフォースメント構造に関する。特に、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。

自動車車体の前部または後部に備えられるバンパリインフォースメント構造は、自動車車体の幅方向へ配設され、車両衝突時に荷重を受け止める当たり面を有する長尺形状の本体部材と、該本体部材の幅方向の両側部で該本体部材に作用する荷重を自動車車体で受けるための支持構造とを備える。

バンパリインフォースメント構造の本体部材は自動車の車種毎に配設されるスペースが決められ、その範囲内で要求される衝突荷重（曲げ耐力）を満たすように設計される。

図１０及び図１１は、上記のような設計思想の基に、従来採用されていた本体部材１１４を自動車車体前部に配設した際の縦断面構造を示し、図の左側が車体前方、右側が車体後方である。仮想線で示す範囲Ｘが車種毎に与えられたスペースを示す。図１０及び図１１共、本体部材１１４の縦断面形状は車体後方側が開口したハット型断面形状となっている。車両衝突時に当たり面となる前面１２２の上下端から上辺面１２４Ａと下辺面１２４Ｂとが後方に向けて広がるように形成されており、後端にはそれぞれ車体上下方に向かうフランジ１２６Ａ，１２６Ｂが形成されている。

図１０は与えられたスペース範囲Ｘで当たり面となる前面幅Ｙを広く取るための本体部材１１４の配置構成の場合である。この配置構成の場合には、当たり面Ｙが広く取れることから、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１１４の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は図１０の配置構成における曲げ耐力の課題を解決するために、当たり面となる前面幅Ｙを少し犠牲にして、曲げ耐力の向上を図った配置構成である。その配置構成は、後方が開口するハット型断面形状の本体部材１１４の後方開口部を補強板１２０で閉鎖して閉じ断面構造とするものである（下記特許文献１参照）。補強板１２０は、上辺面１２４Ａと下辺面１２４Ｂの開口端のフランジ１２６Ａ，１２６Ｂを延設形成し、このフランジ１２６Ａ，１２６Ｂにスポット溶接１２８により固定される。この補強板１２０を配設して閉じ断面形状とすることにより曲げ耐力の向上を図ることができる。ただ、この配置構成の場合には、図１０に比べ図１１のフランジ１２６Ａ，１２６Ｂの長さを長くした分だけ当たり面となる前面幅Ｙが小さくなる不利がある。

特開２０１２−１１０９４４号公報

図１１に示す補強板１２０を後方開口部に配設した構成によれば、曲げ耐力の向上を図ることはできるが、補強板１２０を後方開口部全面に亘って配設するものであるため、それだけ重量が増加するという問題がある。

ところで、自動車の課題として燃費向上がある。この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ことが課題とされている。

而して、本発明は上述した点に鑑みて創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、バンパリインフォースメント構造の本体部材に補強板を用いて所定の曲げ耐力を得る場合でも、重量増加を極力抑制することにある。

上記課題を解決するため、本発明は次の手段をとる。

本発明に係るバンパリインフォースメント構造は、自動車車体の前部または後部に該自動車車体の幅方向へ配設され、車両衝突時に荷重を受ける当たり面を有する長尺形状の本体部材と、該本体部材の幅方向の両側部で該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備える。そして、前記本体部材は縦断面形状の前記自動車車体の前後方向における内側方向が開口したハット型断面形状とされており、前記本体部材の少なくとも支持構造間の幅方向範囲内には前記ハット型断面の開口する上下端部にそれぞれ固定される長尺板形状の各補強板を別部材として形成し離間して配置している。

上記の本発明によれば、本体部材のハット型断面形状の車体内側開口部に配設される補強板は、その開口上下端部に別部材として離間して配置される。このため補強板の重量増加を、離間して配置した面積分だけ抑制することができる。

なお、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、後述の実施形態で説明するが、車両衝突により本体部材が支持構造を支点として長手方向に撓むが、それぞれ別部材として形成された補強板もそれに伴って長手方向に撓むことになる。補強板が長手方向へ撓む際、補強板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の撓み変形抑制として働き、曲げ耐力となる。

上述した手段の本発明によれば、バンパリインフォースメント構造の本体部材に補強板を用いて所定の曲げ耐力を得る場合でも、補強板をハット型断面の開口する上下端部に別部材として離間して配置するようにしたので、重量増加を極力抑制することができる。

本実施形態のバンパリインフォースメント構造の概略の配置構成を示す概略図である。 第１実施形態のバンパリインフォースメント構造を示す断面図である。 上記第１実施形態を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を示す断面図である。 上記第２実施形態を後方から見た斜視図である。 バンパリインフォースメント構造の解析条件を示し、荷重を負荷する前の状態を示す斜視図である。 バンパリインフォースメント構造の解析条件を示し、荷重を負荷した後の状態を示す斜視図である。 上記図６及び図７の解析条件により解析した結果の荷重・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。 従来例の第１の配置構成を示す断面図である。 従来例の第２の配置構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、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に対して幅方向に配置される。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とで形成される。支持構造１６は本体部材１４の長手方向（自動車車体１２で見て幅方向）の両側部の位置に配設されており、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している。

本体部材１４の外面側には、樹脂製のバンパ１８が該本体部材１４を被覆するように配設されている。バンパ１８はバンパリインフォースメント構造１０の最外面として配設され、見栄えを考慮した構成とされている。

上記のような配置構成であることにより、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、これを本体部材１４で支える。そして本体部材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。以後に説明する実施形態は、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の場合を例にして説明する。図２に仮想線で示す範囲Ｘは車種毎に決められたバンパリインフォースメント構造の配設スペースであり、このスペース内で剛性（曲げ耐力）を確保する必要がある。剛性（曲げ耐力）は本実施形態では本体部材１４と補強板２０との組合わせ構成で確保する。そのため本体部材１４及び補強板２０は鉄系部材で構成される。本体部材１４の概略形状は後方が開口したハット型断面形状となっている。詳細には、車両衝突時に当たり面となる前面２２と、この前面２２の上下端から後方に向けて広がるように形成された上辺面２４Ａと下辺面２４Ｂと、この上辺面２４Ａと下辺面２４Ｂの後端からそれぞれ車体上下方に向けて延設されたフランジ２６Ａ、２６Ｂとからなっている。なお、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、前部に配設されたバンパリインフォースメント構造１０を基準として表している。

補強板２０は、図２で見て、上方側に配設される上方側の補強板２０Ａと、下方側に配設される下方側の補強板２０Ｂとからなっている。補強板２０Ａと２０Ｂは平板形状であり、別部材で形成されている。好ましくは補強板２０Ａと２０Ｂは同じ形状とするのが良く、これにより部品の共通化を図ることができる。それぞれの補強板２０Ａと２０Ｂの長手方向の一方の端面部分は、フランジ２６Ａ、２６Ｂの後面に面して配設されて、スポット溶接２８により固定されている。他方の端面部分は開口を閉鎖する方向に延びて配設されている。しかし、他方の端面部分の先端は離間した位置として配設されており、本体部材１４の後部は開口した構成となっている。

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位置とされている。その位置は本体部材１４の両側部位置である。上述した補強板２０Ａと２０Ｂは、この両側位置に設置される支持構造１６，１６の間に配設されており、上方側の補強板２０Ａと下方側の補強板２０Ｂの長手方向の位置関係は同じ位置とされている。

本体部材１４の当たり面Ｙとなる前面２２には、図２及び図３に示すように、その上下方向で見て中央部位置が凹み形状２３とされて、長手方向に延びて形成されている。これは前面２２の剛性の向上を図るものである。

上記第１実施形態の構成は、従来技術として説明した図１１に示す構成と、補強板２０Ａ，２０Ｂの構成が異なるのみで、その他の構成は同じである。そのため、図１１に示す従来構成の場合と同様に、補強板２０Ａ，２０Ｂがスポット溶接により固定されるフランジ２６Ａ、２６Ｂは、溶接固定するための長さが必要とされ、当たり面Ｙとなる前面２２の幅がその分だけ狭く構成される。

図４及び図５はバンパリインフォースメント構造１０の第２実施形態を示す。なお、この第２実施形態の説明において、上述の第１実施形態と実質的に共通する部分には同一の符号を付し、詳しい説明を省略することがある。第２実施形態は補強板２０の形状、配置構成が上述の第１実施形態と異なる。上方側の補強板２０Ａと下方側の補強板２０Ｂは別部材で形成されており、縦断面形状がＬ字形状に形成されている。このＬ字形状の折り曲がり角度は、本実施形態では直角とされている。なお、この第２実施形態においても、両補強板２０Ａ，２０Ｂは部品の共通化を図れる形状とするのが好ましい。

上方側の補強板２０Ａは上辺面２４Ａの開口側の内面位置に配設されて、スポット溶接２８により固定される。詳細にはＬ字形状の一辺が上辺面２４Ａの内面に沿って配設されて、スポット溶接２８により固定される。Ｌ字形状の一辺が上辺面２４Ａの内面に配設固定されることによりＬ字形状の他辺は本体部材１４の開口端部の内方側に、より具体的には開口端部の上下の中間側に向かって延設して配設される。その内方に延設された他辺の配設位置は、前後方向で見てハット型断面形状の本体部材１４の開口端位置を越えない配設とされている。すなわち、スペース範囲Ｘの後方線を越えない配設とされている。下方側の補強板２０Ｂの配設構成も同様の構成とされている。そして、上方側の補強板２０Ａと下方側の補強板２０Ｂの内方の先端間は離間して配設されている。

上辺面２４Ａと下辺面２４Ｂの開口端部が反対方向に折り曲げられて形成される上下フランジ２６Ａ，２６Ｂの長さは、当該箇所で上記第１実施形態のように溶接固定は行われないことから、開口端部の剛性の確保のみを考慮し、第１実施形態に比べ短い長さとすることができる。このためフランジ２６Ａ，２６Ｂの長さを短くできる分だけ、当たり面Ｙとなる前面２２の縦方向の幅長を長く形成することができる。このように前面２２の当たり面Ｙを広く形成できることは、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。

図６及び図７はバンパリインフォースメント構造１０の解析条件を示し、図６は荷重を負荷する前の状態、図７は荷重を負荷した後の状態を示したものである。本体部材１４を支持構造１６が配設される両側位置に支持部材３０を配置して支持し、本体部材１４の中央部位置の上方からインパクター３２により荷重をかけて、インパクター３２への反力を測定するものである。本解析条件では、支持部材３０，３０間のピッチは９１５ｍｍで、インパクターを８．６ｋｍ／ｈで強制変位させる。この解析条件によれば、図６に示すインパクター３２を変位させる前の状態から、インパクター３２を変位させ、本体部材１４に荷重をかけると、図７に示すようにインパクター３２により本体部材１４は下方に湾曲変形させられる。この変形時におけるインパクター３２の反力を測定するものである。

図８は上記の解析条件により解析した結果得られた本体部材１４の荷重・変位曲線である。解析した本体部材１４の形態は、図９の比較表に「形状」として図示したＡ，Ｂ，Ｃの３種類である。Ａは図４及び図５に示す第２実施形態、Ｂは図１１に示す従来技術、Ｃは図１０に示す従来技術である。この３形態の解析結果を比較して示したものである。

図８に示す荷重・変位曲線は、変位が大きくなるとともに急激に荷重も増加し、バンパリインフォースメント構造１０が座屈する変位でピーク荷重を示し、最高の荷重となる。その後の変位により荷重は漸減する。この曲線におけるピーク荷重にＬ／４（Ｌは支持部材３０，３０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１０の曲げ耐力となる。図９で示すようにＣ形態はピーク荷重が１９．８ｋNで曲げ耐力が４．５ｋNであるのに対して、Ａ形態とＢ形態は共に、ピーク荷重が２２．５ｋNで曲げ耐力が５．１ｋNであり優れている。そして、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、補強板２０，１２０を配設するＡ形態とＢ形態を比較すると、後面を全面閉鎖する閉じ断面形状のＢ形態は、補強板質量が７９２ｇで補強板質量効率（N・ｍ／ｇ）が６４であるのに対し、補強板２０を配設しながら離間して配設し一部開口部が設けられたＡ形態は、補強板質量が５０４ｇで補強板質量効率（N・ｍ／ｇ）が１０１と効率が高く、同等の曲げ耐力でもＡ形態には重量を軽減する効果がある。なお、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。以上の図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に示す第１実施形態についてもＡ形態（第２実施形態）と同様の効果が得られる。

図９の曲げ耐力評価において、補強板２０を配設しながらその補強板を上下に離間して配設したＡ形態が、補強板１２０を閉じ断面形状に配設したＢ形態と略同程度の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１６，１６間の本体部材１４は支持構造１６，１６を支点として長手方向に撓む。この本体部材１４の長手方向の撓みにより、それぞれ別部材として形成され本体部材１４と一体とされた補強板２０もそれに伴って長手方向に撓むことになる。補強板２０が長手方向へ撓む際、補強板２０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１４の重量低減が図れることを想起したものである。

以上、本発明を特定の実施形態について説明したが、本発明はその他各種の形態でも実施可能なものである。

例えば、上述した実施形態では、補強板は支持構造間のみに配設した構成であったが、必要があれば支持構造を超えて配設する構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、補強板を本体部材に固定する手段は溶接であったが、接着、リベット締着、ボルト定着等、各種固定手段であってもよい。

また、上述した実施形態では、前面に凹み形状を形成したが、この凹み形状を設けなくても、所定の曲げ耐力が得られる場合は、形成しなくてもよい。

また、Ｌ字形状の補強板の角度は直角以外であってもよい。

１０ バンパリインフォースメント構造
１２ 自動車車体
１４ 本体部材
１６ 支持構造
１８ バンパ
２０ 補強板
２０Ａ 上方側の補強板
２０Ｂ 下方側の補強板
２２ 前面（当たり面Ｙ）
２３ 凹み形状
２４Ａ 上辺面
２４Ｂ 下辺面
２６ フランジ
２６Ａ 上フランジ
２６Ｂ 下フランジ
２８ スポット溶接（溶接固定）
３０ 支持部材
３２ インパクター

Claims (5)

1. 自動車車体の前部または後部に該自動車車体の幅方向へ配設され、車両衝突時に荷重を受け止める当たり面を有する長尺形状の本体部材と、該本体部材の長手方向の両側部で該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備えるバンパリインフォースメント構造であって、
   前記本体部材は縦断面形状の前記自動車車体の前後方向における内側方向が開口したハット型断面形状とされており、前記本体部材の少なくとも支持構造間の幅方向範囲内には前記ハット型断面の開口する上下端部にそれぞれ固定される長尺板形状の各補強板を別部材として形成し離間して配置したバンパリインフォースメント構造。
2. 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、
   前記補強板はハット型断面形状の本体部材の内面側に溶接により、固定、配置されているバンパリインフォースメント構造。
3. 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、
   前記長尺板形状の補強板は縦断面形状がＬ字形状として形成されており、該Ｌ字形状の一辺が前記本体部材の開口端部の内面側に沿って溶接により、固定、配設されており、Ｌ字形状の他辺は前記本体部材の内方に向けて延設して配設されるバンパリインフォースメント構造。
4. 請求項３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Ｌ字形状の補強板の配設位置は、前記Ｌ字形状の他辺が、ハット型断面形状の本体部材の開口端位置より前記自動車車体の前後方向における外側位置となっているバンパリインフォースメント構造。
5. 請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載のバンパリインフォースメント構造であって、
   前記本体部材において当たり面となるハット型断面形状の天面の中央部が、前記自動車車体の前後方向における内側方向に凹み形状とされているバンパリインフォースメント構造。
   

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