JP5965282B2

JP5965282B2 - 車両用外装ビーム

Info

Publication number: JP5965282B2
Application number: JP2012227241A
Authority: JP
Inventors: 田坂　直樹; 直樹田坂; 季朗久野
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2013100080A

Description

本発明は、車両同士が衝突した際の潜り込みを防止するために車両に配置される車両用外装ビームに関する。

一般的なトラック等の車高の高い車両には、車高の低い乗用車等が衝突した際の潜り込みを防止するために、車両前後の下方位置に、ＦＵＰ（ＦｒｏｎｔＵｎｄｅｒ‐ｒｕｎＰｒｏｔｅｃｔｏｒ）又はＲＵＰ（ＲｅａｒＵｎｄｅｒ‐ｒｕｎＰｒｏｔｅｃｔｏｒ）と称される車両用外装ビームが設けられている。これらの車両用外装ビームは、ほぼ角筒状に形成されており、衝突時の変形を防止するために、板厚を厚くしたり、補強部材を設けたりするなどして種々の工夫がなされている。しかし、板厚を厚くする等した場合、重量の増加、および製造コストの増加が問題となっている。

そこで、特許文献１及び特許文献２では、外装ビーム（アンダーラン・プロテクタ）の板厚を厚くしたり、補強部材を設けたりすることなく、耐荷重性能（強度）を向上させるために、車両の進行方向後方側に位置する外装ビームの背面部において、上下方向の略中央部が上下方向両端部よりも車両進行方向後方に突出するように湾曲又は屈曲させることが提案されている。そして、これら外装ビームの材料としては、いずれもハイテン材（高張力鋼）が適用されている。
背面部の形状を、後方に突出する凸形状とすることで、背面中央部の剛性を高めることができ、これにより、正面部から受けた荷重に対して発生する背面部の圧縮応力は、背面部の上下方向に分散され、中央部に局部的に集中することを防止できるとされている。

また、特許文献３には、外装ビーム（衝撃緩衝吸収部材）の正面板の厚みを背面板の厚みよりも大きくするとともに、横断面形状において、正面板に直交する中間の連結板の両側に、２枚の連結板をそれぞれ対称的に正面板に向かって拡開するように傾斜して配置し、さらに、正面板及び背面板の幅方向の両端部を両側の連結板よりも外方に延長して形成することにより、衝撃エネルギの吸収性を効果的に向上させることが開示されている。

特開２００４‐２９９５５６号公報特開２００５‐２２５３２７号公報特開２０１２‐０８１８６１号公報

しかし、外装ビームの軽量化及び耐荷重性能の増加への要求は、ますます強くなってきており、さらなる軽量化及び耐荷重性能の向上が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軽量化を図るとともに、耐荷重性能の向上を図ることができる車両用外装ビームを提供することを目的とする。

本発明の車両用外装ビームは、車両の前方部又は後方部の下方位置において車幅方向に延びる角筒状のビーム本体を有する車両用外装ビームであって、前記ビーム本体の前記車両への取付面の高さＨ０は、その反対側に位置する正面の高さよりも大きく形成され、前記ビーム本体の少なくとも上面は、前記取付面の上端部から前記正面の上端部に向かうにしたがって前記ビーム本体の高さを漸次小さくするように内側に傾斜して延びる斜面部と、該斜面部から前記正面の上端部まで水平に延びる平面部とで形成されており、前記上面の幅Ｗ０に対する前記斜面部の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ０が０．３以上０．７未満で且つ前記取付面の高さＨ０に対する前記斜面部の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０が０．０１以上０．０３未満、又は前記比率Ｗ１／Ｗ０が０．２以上０．３未満で且つ前記比率Ｈ１／Ｈ０が０．０２以上０．０４未満に設定されていることを特徴とする。

また、本発明の車両用外装ビームにおいて、前記ビーム本体の下面が、前記取付面の下端部から前記正面の下端部に向かうにしたがって前記ビーム本体の内側に傾斜して延びる斜面部と、該斜面部から前記正面の下端部まで水平に延びる平面部とで形成されており、前記下面の斜面部及び平面部は、前記上面の斜面部及び平面部と対称に形成されているとよい。

車両衝突時にビーム本体正面の上端部に片当たりの負荷が加わる場合が考えられるが、少なくともビーム本体の上面を、上記範囲に設定された斜面部と平面部とで形成することにより、片当たりの負荷に対する座屈強度を高めることができる。
また、ビーム本体の上面及び下面の形状を上記範囲に設定することにより、正面からの負荷を受けた際に、この負荷に対する座屈強度を高めることができる。したがって、従来と同一強度で断面設計した場合には、ビーム本体の軽量化を図ることができる。また、追加の補強等が不要であるので、車両への装着も容易である。
設計強度（座屈強度）以上の負荷が加えられた際には、最初にビーム本体の上面及び下面が、ビーム本体の内側方向に曲がるように変形する。これにより、車両衝突時の衝撃を吸収し、他の部品が変形することを防止でき、車両の潜り込みを確実に防止することができる。なお、上記範囲を外れた設計では、ビーム本体の上面及び下面が、ビーム本体の外側方向へと膨らむように曲げ変形する場合がある。この場合には、取付面と斜面部との間のコーナー部及び正面と平面部との間のコーナー部の内面側が変形開始の起点となって、壁面座屈を引き起こすため、十分な座屈強度が得られにくい。

本発明の車両用外装ビームにおいて、前記ビーム本体の上面及び下面の裏面側は、前記平面部に沿って前記取付面から前記正面にかけて水平に延びる平面で形成されているとよい。
ビーム本体の上面及び下面の斜面部は、裏面側を平面で形成することによって平面部よりも肉厚に形成されることから、剛性が高められるとともに、その斜面部において、車両衝突時に加わる負荷を分散して受けることができるので座屈強度を高めることができる。

本発明の車両用外装ビームにおいて、前記取付面と前記斜面部との間のコーナー部及び前記正面と前記平面部との間のコーナー部が円弧状に設けられており、これらコーナー部の内面側の半径Ｒが３ｍｍ以上６ｍｍ以下に設定されているとよい。
コーナー部の外面側の半径は一定のまま、内面側の半径Ｒが大きくなるにつれて、コーナー部の応力集中が抑制されるため、座屈強度を高めることができる。半径Ｒが３ｍｍ未満の場合は、必要な座屈強度（例えば、５０ｋＮ以上）が得られない。また、半径Ｒが６ｍｍを超える場合は、座屈強度を高めることができるが、コーナー部が肉厚となってビーム本体の重量が増加するため、好ましくない。

本発明の車両用外装ビームにおいて、前記斜面部と前記平面部との間の接続部が、円弧状に設けられているとよい。
ビーム本体の上面及び下面の斜面部と平面部との接続部を円弧状に形成することで、接続部の応力集中が抑制され、座屈強度を高めることができる。

本発明の車両用外装ビームにおいて、前記上面及び前記下面は、幅方向の中間部分に薄肉部が設けられているとよい。
上面及び下面の幅方向の中間部分に適度な薄肉部を設けることにより、正面からの負荷を受けた際に、上面及び下面をビーム本体の内側方向に変形するきっかけとすることができる。

本発明の車両用外装ビームにおいて、前記ビーム本体は、アルミニウム合金の押出材により成形されているとよい。
ビーム本体をアルミニウム合金の押出材により成形することで、上記の形状を容易に形成することができる。また、上記形状は、略口の字、略日の字、略目の字等の断面形状の押出材に適用することができる。

本発明によれば、ビーム本体が負荷を受けた際に、上面及び下面がビーム本体の内側方向に変形するようにしたので、座屈強度を高めることができ、従来と同一強度で断面設計した場合にビーム本体の軽量化を図ることができる。したがって、車両用外装ビームの軽量化を図るとともに、耐荷重性能の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態の車両用外装ビームを示す斜視図である。図１に示す車両用外装ビームのビーム本体の断面図である。図２に示すビーム本体の下面部分の要部断面部である。ステー直上におけるビーム本体の座屈強度とコーナー部の内側半径Ｒとの関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態の車両用外装ビームのビーム本体の要部断面図である。ビーム本体に加えられる片当たりの負荷を説明する図である。本発明の第３実施形態の車両用外装ビームのビーム本体の断面図である。本発明の他の実施形態の車両用外装ビームのビーム本体の断面図である。ビーム本体の幅の比率Ｗ１／Ｗ０及び高さの比率Ｈ１／Ｈ０と座屈強度との関係を座屈強度の大きさ毎の領域で示した表である。

以下、本発明の車両用外装ビームの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
第１実施形態の車両用外装ビーム１００は、図１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幅方向に延びる角筒状のビーム本体１０を有し、このビーム本体１０を、ステー２１を介して車体フレーム２０に取り付けて構成される。そして、図１に荷重Ｆで示すように、車両がビーム本体１０の正面１２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。

ビーム本体１０は、図１に示すように、アルミニウム合金の押出成形等によって角筒状に形成されており、取り付けられる車両の幅寸法と同程度の長さに形成されている。なお、ビーム本体１０の材料には、例えば、６０００系合金又は７０００系合金のアルミニウムを使用することができる。

ビーム本体１０の車両への取付面１１の高さＨ０は、その反対側に位置する外向きの正面１２の高さよりも大きく形成されている。また、ビーム本体１０の上面１３及び下面１４は、取付面１１の上下端部から正面１２の上下端部に向かうにしたがってビーム本体１０の高さを漸次小さくするように内側に傾斜して延びる斜面部１５と、この斜面部１５から正面１２の上下端部まで水平に延びる平面部１６とで形成されている。そして、斜面部１５と平面部１６との間の接続部２３は、図３に示すように円弧状に形成されている。また、上面１３及び下面１４の幅Ｗ０に対する斜面部１５の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ０が０．３以上０．７未満で、取付面１１の高さＨ０に対する斜面部１５の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０が０．０１以上０．０３未満となるように、又は比率Ｗ１／Ｗ０が０．２以上０．３未満で、比率Ｈ１／Ｈ０が０．０２以上０．０４未満になるように設定されている。
また、取付面１１と斜面部１５との間のコーナー部１７及び正面１２と平面部１６との間のコーナー部１８は、円弧状に設けられており、これらコーナー部１７，１８の内面側の半径Ｒが３ｍｍ以上６ｍｍ以下に設定されている。
また、高さ方向の中間位置には水平な横リブ１９が設けられており、横断面が日の字状に形成されている。

なお、ビーム本体１０の外形寸法は、取付面１１の高さＨ０が７５ｍｍ〜１７０ｍｍ、上面１３及び下面１４の幅Ｗ０が５０ｍｍ〜１１０ｍｍとされている。また、ビーム本体１０の周壁の板厚は、取付面１１側及び正面１２側の板厚が４ｍｍ〜９ｍｍに設定され、上面１３側及び下面１４側並びに横リブ１９の板厚が２ｍｍ〜６ｍｍに設定されている。

ビーム本体１０の形状を上記範囲に設定することにより、車両用外装ビーム１００においては、図１に示す荷重Ｆのように正面１２側から負荷が加えられた際に、この負荷に対する座屈強度を高めることができる。図２に示すように、座屈強度に影響を与える重要なパラメータである上面及び１３及び下面１４の幅Ｗ０は、ビーム本体１０の内側方向に傾斜する斜面部１５を有しており、その幅Ｗ０に対する有効長さＷ２（座屈に関するオイラーの公式の有効長さ）を短くすることができ、荷重Ｆに対する座屈強度を高めることができる。したがって、従来と同一強度で断面設計した場合には、ビーム本体の軽量化を図ることができる。

また、ビーム本体１０の上面１３及び下面１４の斜面部１５と平面部１６との接続部２３は、図３に示すように円弧状に形成され、接続部２３での応力集中を緩和することができ、衝撃時の座屈強度を高めることができる。
さらに、円弧状のコーナー部１７，１８の外面側の半径は一定のまま、内面側の半径Ｒが大きくなるにつれて、コーナー部１７，１８の応力集中が抑制されるため、座屈強度をより一層高めることができる。
例えば、図４のグラフは、取付面１１の高さＨ０に対する斜面部１５の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０を０．０１、上面１３及び下面１４の幅Ｗ０に対する斜面部１５の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ０を０．４とした場合のステー２１の直上におけるビーム本体の座屈強度と、コーナー部１７，１８の内側半径Ｒとの関係を示しており、必要な座屈強度（例えば、約５０ｋＮ）を得るためには、半径Ｒを３ｍｍ以上に設定すればよいことがわかる。
半径Ｒが３ｍｍ未満の場合は、必要な座屈強度が得られない。また、半径Ｒが６ｍｍを超える場合は、座屈強度を高めることができるが、コーナー部１７，１８が肉厚となってビーム本体の重量が増加するため、好ましくない。
このように、コーナー部１７，１８の半径Ｒを適宜に設定することで、容易に座屈強度を調整することができる。

また、ビーム本体１０は、荷重Ｆが加わる方向（ビーム本体１０の幅方向）に対して斜面部１５を有しているので、設計強度（座屈強度）以上の負荷が正面１２に加えられた際には、最初にビーム本体１０の上面１３及び下面１４が斜面部１５と平面部１６との間の接続部２３付近からビーム本体１０の内側方向に変形する。これにより、車両衝突時の衝撃を吸収し、ステー２１等の他の部品が変形することを防止できるので、車両の潜り込みを確実に防止することができる。
さらに、図５に示すビーム本体３０のように、下面１４（及び上面１３）の幅方向の中間部分に正面１２側及び取付面１１側よりも厚みの薄い適度な薄肉部３１を設けることにより、下面１４（及び上面１３）をビーム本体３０の内側方向に変形するきっかけとすることができる。

ところで、図６に示すように、車両衝突の際には、ビーム本体４０の正面１２の上端部に片当たりの負荷Ｆ’が加わる場合が考えられるが、図６及び図７に示すビーム本体４０のように、上面１３を斜面部１５と平面部１６とで形成し、下面１４を平面部１６で形成して、少なくとも上面１３に斜面部１５を有する構成としておけば、特に片当たりの負荷に対する座屈強度を高めることができる。
なお、このビーム本体４０においても、第１実施形態のビーム本体１０と同様に、上面１３及び下面１４の幅Ｗ０に対する斜面部１５の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ０が０．３以上０．７未満で、取付面１１の高さＨ０に対する斜面部１５の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０が０．０１以上０．０３未満となるように、又は比率Ｗ１／Ｗ０が０．２以上０．３未満で、比率Ｈ１／Ｈ０が０．０２以上０．０４未満になるように、斜面部１５と平面部１６とを設定することにより、車両衝突時の座屈強度を高めることができる。

また、図８に示すビーム本体５０のように、上面１３の裏面２７側（内側面）を、平面部１６に沿って取付面１１から正面１２にかけて水平に延びる平面で形成することにより、さらに車両衝突時の座屈強度を高めることも可能である。
この場合、上面１３の斜面部１５は、裏面２７側が平面で形成されることにより平面部１６よりも肉厚に形成される。したがって、斜面部１５の剛性が高められるとともに、その斜面部１５において、車両衝突時に加わる負荷を分散して受けることができる。
なお、図示はしないが、図２に示すビーム本体１０のように、上面１３及び下面１４の両方に斜面部１５を有する構成においても、ビーム本体５０と同様に、その上面１３及び下面１４の裏面側を平面部１６に沿って取付面１１から正面１２にかけて水平に延びる平面で形成することにより、車両衝突時の座屈強度を高めることが可能である。
その他の構成は、第１実施形態のビーム本体１０と同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。

次に、本発明の車両用外装ビームに係る実施例について説明する。
図２に示す符号では、高さＨ０：１２０ｍｍ、幅Ｗ０：７５ｍｍ、周壁の厚さ：３．５ｍｍの角筒状のフレーム材で形成された長さ：２３３０ｍｍの試料（ビーム本体）について、上面及び下面の幅Ｗ０に対する斜面部の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ０と、取付面の高さＨ０に対する斜面部の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０との関係を種々の条件で作製した。そして、これらの試料を用いて車両用外装ビームを組立て、図１に示すように、正面１２に荷重Ｆを加え、ビーム本体に座屈が生じるまで荷重Ｆを加えることにより各条件における座屈強度を確認した。なお、フレーム材の材料には、ＪＩＳ規格にかける６０００系合金のアルミニウムを使用した。
その結果を図９に示す。図９において、各比率のマス目は、マス内に表記した数値以上で次のマス内に表記した数値未満であることを示す。例えば、Ｗ１／Ｗ０で０．２のマスは、０．２以上０．３未満である。

図９の矢印ａで示す範囲の条件では、上面及び下面がビーム本体の外側に変形して座屈し、いずれも５０ｋＮ未満の座屈強度であった。矢印ｂで示す範囲の条件においては、上面及び下面がビーム本体の内側に変形したが、５０ｋＮ未満の座屈強度であり、５０ｋＮ以上の座屈強度が得られなかった。矢印ｃで示す範囲の条件では、上面及び下面がビーム本体の内側に変形し、５０ｋＮ以上の座屈強度が得られた。また、矢印ｄで示す範囲の条件では、上面及び下面がビーム本体の内側に大きく変形し、５０ｋＮ未満の座屈強度となった。

このように、矢印ｃで示す範囲の条件、すなわち、比率Ｗ１／Ｗ０が０．３以上０．７
未満で、取付面１１の高さＨ０に対する斜面部１５の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０が０．０１以上０．０３未満となるように、又は比率Ｗ１／Ｗ０が０．２以上０．３未満で、比率Ｈ１／Ｈ０が０．０２以上０．０４未満になるように設定することにより、正面１２側から負荷が加えられた際に、この負荷に対する座屈強度を高めることができることがわかる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、車両の前方部又は後方部に配置される車両用外装ビームに適用した場合について説明したが、この外装ビームは、車両のサイドに設けられるサイドガード等にも適用することができる。
また、ビーム本体は、アルミニウム合金だけでなく、スチール等の他の材料を使用してもよい。

１０ビーム本体
１１取付面
１２正面
１３上面
１４下面
１５斜面部
１６平面部
１７コーナー部
１８コーナー部
１９横リブ
２０車体フレーム
２１ステー
２３接続部
２７裏面
３０，４０，５０ビーム本体
３１薄肉部
１００車両用外装ビーム

Claims

車両の前方部又は後方部の下方位置において車幅方向に延びる角筒状のビーム本体を有する車両用外装ビームであって、前記ビーム本体の前記車両への取付面の高さＨ０は、その反対側に位置する正面の高さよりも大きく形成され、前記ビーム本体の少なくとも上面は、前記取付面の上端部から前記正面の上端部に向かうにしたがって前記ビーム本体の高さを漸次小さくするように内側に傾斜して延びる斜面部と、該斜面部から前記正面の上端部まで水平に延びる平面部とで形成されており、前記上面の幅Ｗ０に対する前記斜面部の幅Ｗ１の比率Ｗ１／Ｗ０が０．３以上０．７未満で且つ前記取付面の高さＨ０に対する前記斜面部の高さＨ１の比率Ｈ１／Ｈ０が０．０１以上０．０３未満、又は前記比率Ｗ１／Ｗ０が０．２以上０．３未満で且つ前記比率Ｈ１／Ｈ０が０．０２以上０．０４未満に設定されていることを特徴とする車両用外装ビーム。
前記ビーム本体の下面が、前記取付面の下端部から前記正面の下端部に向かうにしたがって前記ビーム本体の内側に傾斜して延びる斜面部と、該斜面部から前記正面の下端部まで水平に延びる平面部とで形成されており、前記下面の斜面部及び平面部は、前記上面の斜面部及び平面部と対称に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用外装ビーム。
前記ビーム本体の上面及び下面の裏面側は、前記平面部に沿って前記取付面から前記正面にかけて水平に延びる平面で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用外装ビーム。
前記取付面と前記斜面部との間のコーナー部及び前記正面と前記平面部との間のコーナー部が円弧状に設けられており、これらコーナー部の内面側の半径Ｒが３ｍｍ以上６ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用外装ビーム。
本発明の車両用外装ビームにおいて、前記斜面部と前記平面部との間の接続部が、円弧状に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用外装ビーム。
前記上面及び前記下面は、幅方向の中間部分に薄肉部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用外装ビーム。
前記ビーム本体は、アルミニウム合金の押出材により成形されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用外装ビーム。