WO2018088453A1

WO2018088453A1 - バンパリインフォースメント

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Publication number: WO2018088453A1
Application number: PCT/JP2017/040346
Authority: WO
Inventors: 神谷　直樹
Original assignee: 豊田鉄工株式会社
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-05-17
Also published as: JP2018075956A

Abstract

自動車の車体の前部または後部にその車体の幅方向に配設されるバンパリインフォースメント（１４）。外側壁部位（２４）と内側壁部位（２６）と天板部位（２２）とを含むＭ字形状の開断面を有する長尺形状の本体部材（２０）を備え、自動車の車室から見てこの本体部材（２０）が自動車の前後方向の内方に向けて開口している。本体部材（２０）の両側の外側壁部位（２４）のそれぞれに沿って設けられた補強部材（３２）を備え、この補強部材（３２）がそれぞれ長尺形状の本体部材（２０）の中央部に位置している。

Description

バンパリインフォースメント

　本発明は、バンパリインフォースメントに関する。特に、自動車の前部または後部に装備されるバンパ構造の芯材としてのバンパリインフォースメントに関する。

　自動車車体の前部または後部には、車両衝突時における衝突荷重を受けるためのバンパ構造が備えられる。バンパ構造には芯材としてのバンパリインフォースメントが備えられる。バンパリインフォースメントは自動車車体の幅方向に長尺形状として配設されており、自動車車体の幅方向の両端部位置で自動車車体のフレーム部材にバンパ支持構造で連結されて支持される。バンパ支持構造は、通常、車両衝突時のエネルギー吸収作用が行われるクラッシュボックスが用いられる。

　図８は特開２０１６－５５８号公報に開示されたバンパリインフォースメント１１４の一例を示す。図８に示すバンパリインフォースメント１１４は、長手方向に直交する断面形状がＭ字開断面形状として形成されている。Ｍ字開断面形状を形成する部位として、天板部位１２２、外側壁部位１２４、内側壁部位１２６、底板部位１２８、フランジ部位１３０を備える。

　天板部位１２２は車両衝突時に、最初に衝突荷重を受ける部位である。天板部位１２２で受けた衝突荷重は、外側位置に配設される外側壁部位１２４と、内側位置に配設される内側壁部位１２６に伝えられて、衝突荷重を分担して受ける。

　外側壁部位１２４には段差形状１２５が形成されており、内側壁部位１２６より剛性を高くしている。これにより、衝突荷重を受けた際に、外側壁部位１２４の開きを抑制して、内側壁部位１２６とのバランスのとれた撓み変形を生じさせることができる。これにより、バンパリインフォースメント１１４の長手方向の曲げ強度の向上を図っている。

　しかし、上述した図８のバンパリインフォースメント１１４は、外側壁部位１２４を所定の条件を満たす段差形状１２５とするものであるため、対応できる自動車の車種が限定される不都合がある。

　すなわち、自動車の車種によって、バンパリインフォースメント１１４を配設するために利用できる空間の大きさが異なっている。このため、外側壁部位１２４を所定の段差形状１２５とするための空間を確保できる車種においては、上述の図８に示したような構造を実現可能である。しかし、車種によってはバンパリインフォースメント１１４を配設するための空間が、所定の段差形状１２５を形成するために必要なだけ確保できない場合がある。かかる場合には、図８に示したような構造によってバンパリインフォースメント１１４の長手方向の所望の曲げ強度を得ることはできない。

　このように、バンパリインフォースメントを配設するための空間の大きさにかかわらず、バンパリインフォースメントの長手方向の所望の曲げ強度を得られるような設計を可能にすることが望まれる。

　本発明の一態様として得られるバンパリインフォースメントは、自動車の車体の前部または後部にその車体の幅方向に配設されるバンパリインフォースメントであって、外側壁部位と内側壁部位と天板部位とを含むＭ字形状の開断面を有する長尺形状の本体部材を備え、自動車の車室から見てこの本体部材が自動車の前後方向の内方に向けて開口しており、前記本体部材の両側の外側壁部位のそれぞれに沿って設けられた補強部材を備え、この補強部材がそれぞれ長尺形状の本体部材の中央部に位置している。これにより、実施例によってはＭ字開断面形状の剛性は内側壁部位より外側壁部位の方が高くなる。これにより、衝突荷重を受けた際に、外側壁部位の開き変形を抑制して、内側壁部位とバランスのとれた撓み変形を生じさせることができる。また実施例によってはバンパリインフォースメントの長手方向中央部の断面変形を、比較的高荷重で撓み変形するようにして、バンパリインフォースメントの長手方向の曲げ強度の向上を図ることができる。

　実施例によっては、両側の補強部材はその長手方向の両端位置でそれぞれ連結部位により連結されている。これにより、実施例によっては両側の補強部材は一部品とすることができて、バンパリインフォースメント１４における組み立て上の取り扱いを容易とすることができる。また実施例によっては衝突荷重が連結部位の配設位置間に作用するとき、前述の衝突荷重を受けた際における外側壁部位の開き変形を抑制して、内側壁部位とバランスのとれた撓み変形を生じさせることを阻害することが無い。

　実施例によっては、前記補強部材の長手方向の両端部は、前記本体部材の外側から内側に向けて幅寸法が徐々に狭くなっている。実施例によっては、補強部材の長手方向の両端部形状を、Ｍ字開断面形状の外側から内側に向けて幅寸法が徐々に狭くなる形状とすることにより、応力集中を避けることができる。

　実施例によっては、前記本体部材は前記自動車の車体に左右のクラッシュボックスを介して支持されており、前記補強部材はこの左右のクラッシュボックスの間に配設される。これにより、実施例によってはクラッシュボックス間に作用する衝突荷重を効果的に支持することができる。そして、バンパリインフォースメントの長手方向中央部の断面変形を、比較的高荷重で撓み変形とすることができて、長手方向の曲げ強度の向上を図ることができる。

　実施例によっては、前記本体部材は内側壁部位と天板部位との間にアール付き接続部位を有しており、前記補強部材は、前記本体部材の天板部位までは延びているが、このアール付き接続部位までは延びていない。実施例によっては、補強部材は、本体部材のＭ字開断面形状の天板部位の一部の範囲を除いて、天板部位にも配設される。これにより本体部材の外側壁部位の剛性をより高くすることができる。なお、補強部材を天板部位に配設するに当たって、一部を除く範囲は、本体部材のＭ字開断面形状の内側壁部位と天板部位との接続Ｒ部位とされる。これにより、当該接続Ｒ部位に応力集中が生じるのを防ぐことができ、前述の第１の発明で述べた、衝突荷重を受けた際における外側壁部位の開き変形を抑制して、内側壁部位とのバランスのとれた撓み変形を生じさせることを阻害しない。

　実施例によっては、バンパリインフォースメントを配設することのできる断面積の如何にかかわらず、バンパリインフォースメントの長手方向の所望の曲げ強度を得ることができる。

自動車車体に対するバンパ構造の配置位置を示す概略図である。ひとつの実施形態のバンパリインフォースメントを前方の斜め上方から見た斜視図である。バンパリインフォースメントの上面図である。バンパリインフォースメントの前面図である。バンパリインフォースメントの側面図である。図３のＶＩ―ＶＩ線断面を模式的に示した図である。衝突荷重が作用した際のバンパリインフォースメントの長手方向の変形状態を示す図である。従来のバンパリインフォースメントを示す断面図である。

　以下、本発明の各種実施形態について図面を用いて説明する。

　図１は自動車におけるバンパ構造１０の配置位置を示す。バンパ構造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Ｆｒで示し、後方を矢印Ｒｒで示した。自動車の車室は自動車車体１２の位置に形成される。前後のバンパ構造１０はそれぞれ、バンパリインフォースメント１４と、バンパ被覆部材１６と、バンパ支持構造１８とから成っている。バンパリインフォースメント１４はバンパ構造１０の強度上の芯材として配設される。バンパ被覆部材１６はバンパリインフォースメント１４の前面（後側のバンパ構造の場合は後面）を被覆するように配設される。バンパ被覆部材１６はバンパ構造１０の最外面に配設され、見栄えを考慮した構成とされている。通常、意匠の成形に適する樹脂製で形成される。

　バンパ支持構造１８は、バンパリインフォースメント１４の長手方向（自動車車体１２で見て幅方向）の両端部の位置で自動車車体１２のフレーム部材（不図示）とバンパリインフォースメント１４との間に配設されている。そして、このバンパ支持構造１８によりバンパリインフォースメント１４で受ける衝突荷重を自動車車体１２に伝えて受ける。ひとつの実施形態として、バンパ支持構造１８はクラッシュボックスと称される衝突エネルギーを吸収することができる部材で形成される。

　なお、以後、自動車車体１２の前部に配設される場合のバンパリインフォースメント１４を例にして説明する。

　バンパ構造１０は、上述した配置構成であることにより、自動車の正面衝突によりバンパ構造１０の中央位置に作用する衝突荷重を、次のように受ける。先ず、バンパ被覆部材で受けて、これをバンパリインフォースメント１４で支える。そして、バンパリインフォースメント１４に作用した荷重は、バンパリインフォースメント１４の両端部に配設されたバンパ支持構造１８としてのクラッシュボックスを介して自動車車体１２により受けられる。この際、クラッシュボックスが衝突エネルギーを吸収する。

　次に、バンパリインフォースメント１４の構成を説明する。バンパリインフォースメント１４の詳細構成は、図２～図６に示す。図２は前方の斜め上方から見た斜視図、図３は上面図、図４は前面図、図５は側面図、図６は中央位置での断面図（図３のＶＩ―ＶＩ線断面図）を示す。なお、これらの各図において、バンパリインフォースメント１４の自動車車体１２へのバンパ支持構造１８による支持位置は、矢印Ｐで示した位置である。

　先ず、図２に基づいて、バンパリインフォースメント１４の全体の概略構成を説明する。バンパリインフォースメント１４は長尺形状の本体部材２０と、本体部材２０の中央部位置に配設される補強部材３２とから成る。補強部材３２は、車幅方向において、本体部材２０を自動車車体１２に支持するバンパ支持構造１８としてのクラッシュボックス（Ｐ位置）間に配設される。しかし別の実施形態として、補強部材はクラッシュボックスが配設される位置の外にあってもよい。本体部材２０の長手方向の形状は、図３に示すように、中央部位置が直線状に形成されており、両端部位置が後方に僅かに湾曲した形状とされている。なお、本体部材２０及び補強部材３２とも、板状鋼板がプレス成形されて形成される。

　図６に示すように、本体部材２０の断面形状はＭ字開断面形状とされている。本体部材２０の自動車への装着に際しては、開方向すなわち図６で見たときの下側が自動車車体１２に向くように、すなわち自動車の車室方向となるように装着される。本体部材２０のＭ字開断面形状を形成する部位として、天板部位２２、外側壁部位２４、内側壁部位２６、底板部位２８、フランジ部位３０とを有する。これらの各部位は一体成形される。なお、これら各部位について、図６で見て左右にある同様の部位を区別して示す時は、左側の部位の符号の後にＬを付し、右側の部位の符号の後にＲを付する。例えば、左側位置の天板部位は２２Ｌとし、右側位置の天板部位は２２Ｒとする。なお、自動車への配置に当たっては、符号Ｒ側が上方に配置され、符号Ｌ側が下方に配置される。

　本体部材２０の長手方向の形状は、図２及び図３に示すように、長手方向の中心位置から左右に相似形状とされている。また、図６に示すように、上下方向（図６では左右方向）の断面形状も、上下方向の中心線を境として相似形とされている。なお、本体部材の材質は、高張力鋼板である。その板厚は、通常、１．２ｍｍ～２．０ｍｍである。

　天板部位２２は車両衝突時に、最初に衝突荷重を受ける部位である。天板部位２２で受けた衝突荷重は、外側位置に配設される外側壁部位２４と、内側位置に配設される内側壁部位２６に伝えられて、衝突荷重を分担して受ける。図６に示すように、外側壁部位２４と内側壁部位２６の断面形状は直線形状とされており、成形が容易とされている。特に、外側壁部位２４の形状が、図８に従来技術として示した所定の条件を満たす段差形状とされることなく直線形状とされていることにより、バンパリインフォースメント１４を配設するための空間の大きさが異なる多様な車種への対応が容易となる。すなわち、図８に示すバンパリインフォースメント１１４の様に段差形状で剛性の向上を図る場合は、段差形状の上部位置と下部位置における外側壁部位１２４の傾斜を所定の角度範囲に設定する必要がある。また、Ｍ字断面形状の底板部位１２８の深さを特定範囲の深さとする必要がある。このため段差形状を形成するバンパリインフォースメント１１４では、その形成のために必要とする断面積は特定範囲に限定されるためである。フランジ部位３０は、図６で見て、外側壁部位２４の下端から左右方向に延ばした形態として形成されている。このフランジ部位３０は連接する外側壁部位２４の剛性を高める。底板部位２８は、図６で見て、左側の内側壁部位２６Ｌと右側の内側壁部位２６Ｒの下端を繋ぐ部材として配設されている。

　Ｍ字開断面形状を形成する外側壁部位２４と内側壁部位２６の図６に示す断面形状は、詳細には僅か傾斜して形成されている。外側壁部位２４は天板部位２２側よりフランジ部位３０側が左右方向の外方に拡がった形状とされている。また、内側壁部位２６は天板部位２２側よりフランジ部位３０側が左右方向の内方に狭まった形状とされている。なお、Ｍ字開断面形状における天板部位２２、底板部位２８、フランジ部位３０の図６で見る配設面方向は、水平方向で同じである。したがって、かかる位置に溶接する場合には、溶接ガンを同じ方向からあてがうことができて、溶接作業が容易となる。

　図６に示すように、補強部材３２は外側壁部位２４の強度を補強するものとして、本体部材２０の外面側に配設される。しかし別の実施形態として補強部材は本体部材の内面側に配設してもよい。ひとつの実施形態として、補強部材３２は、本体部材２０の外側壁部位２４、天板部位２２、フランジ部位３０に対して配設される。したがって、補強部材３２は、外側壁部位２４位置に配設される外側壁補強部位３４と、天板部位２２位置に配設される天板補強部位３６と、フランジ部位３０位置に配設されるフランジ補強部位３８とから成っている。しかし、別の実施形態として、補強部材は本体部材の天板部位とフランジ部位の少なくとも一方まで延びていなくてもよい。これら各部位も、図６で見て、左右位置に配設された同じ部位を区別して示すときは、本体部材２０の場合と同様に、左側の部位の符号の後にＬを付し、右側の部位の符号の後にＲを付する。

　図２～図４に示すように、本体部材２０の長手方向に対する補強部材３２は、長尺方向中央部位置に配設される。ひとつの実施形態として、本体部材２０は自動車車体１２にバンパ支持構造１８で支持する両端部の位置Ｐの間に配設される。ひとつの実施形態として、補強部材３２の材質は本体部材２０と同じ高張力鋼板とされる。その板厚は、評価テスト結果によると、本体部材の板厚に対して１．５倍以下であるのが好ましい。

　図２に示すように、補強部材３２における外側壁補強部位３４を、本体部材２０の外側壁部位２４に配設するにあたっては、外側壁補強部位３４の長手方向の両端部の形状が傾斜形状４０とされている。その傾斜形状４０は、本体部材２０のＭ字開断面形状の外側から内側に向けて幅寸法が徐々に狭くなる形状とされている。すなわち、フランジ補強部位３８側から天板補強部位３６側に向けて、外側壁補強部位３４の長手方向の両端部が徐々に狭くなる傾斜形状とされている。これにより、車両衝突時に補強部材３２に衝突荷重が作用した際における応力集中を防ぐことができる。しかし、別の実施形態として、外側壁補強部位の両端部は必ずしも傾斜形状とする必要はない。

　なお、図４に示すように、評価テスト結果によると、天板補強部位３６の長手方向の両端部間の長さＷ２は、フランジ補強部位３８の長手方向の両端部間の長さＷ１に対して、８０％以下であるのが好ましい。

　また、ひとつの実施形態として、補強部材３２は、図６に示す左側の補強部材３２Ｌと右側の補強部材３２Ｒは連結されて、一部品とされる。その構成は、図２及び図４に示すように、右側の天板補強部位３６Ｒと左側の天板補強部位３６Ｌが連結部位４２により連結されて行われている。連結部位４２は、両天板補強部位３６Ｌ，３６Ｒの長手方向の両端部位置のみに配設されている。したがって、両端の連結部位４２間における本体部材２０の底板部位２８及び左側の内側壁部位２６Ｌ、右側の内側壁部位２６Ｒに対しては配設されていない。すなわち、当該箇所における補強部材３２は中抜きされている。なお、ひとつの実施形態として、連結部位４２は、図２に示すように、左側と右側の内側壁部材２６Ｌ，２６Ｒ及び底板部位２８に沿って配設される。但し、このように沿わせることなく、左側と右側の天板補強部位３６Ｌ，３６Ｒを直線状に連結するものであってもよい。上述の実施形態のように右側と左側の補強部材３２Ｒ，３２Ｌが一部品とされることにより、バンパリインフォースメント１４における組み立て上の取り扱いを容易とすることができる。しかし、別の実施形態として、両側の補強部材３２Ｌ、３２Ｒは必ずしも連結する必要はなく、別部材としてもよい。

　図４に示すように、ひとつの実施形態として、本体部材２０と補強部材３２とを一体化する接合は溶接４４により行う。その溶接４４は例えば図に×印で示した箇所である。溶接箇所は、本体部材２０の天板部位２２と補強部材３２の天板補強部位３６との溶接箇所４４Ａと、本体部材２０のフランジ部位３０と補強部材３２のフランジ補強部位３８との溶接箇所４４Ｂである。なお、ひとつの実施形態として、補強部材３２の連結部位４２と本体部材２０の底板部位２８も、溶接４４が行われている。しかし別の実施形態として、補強部材は本体部材の天板部位とフランジ部位以外の部位、例えば、外側壁部位で本体部材に溶接してもよい。なお、ひとつの実施形態として、溶接はスポット溶接とされる。しかし別の実施例として、その他の溶接、例えば、アーク溶接やレーザー溶接であっても良い。さらに別の実施形態として、本体部材と補強部材との接合はリベット等の機械的接合手段によってもよい。

　上述した実施形態では、溶接箇所４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃとなる本体部材２０の天板部位２２、フランジ部位３０、底板部位２８の配設面方向は同じ方向である。このため、溶接ガンでスポット溶接する場合には、すべての溶接方向が同方向であることから、溶接作業を容易とすることができる。

　また、上述の実施形態においては、本体部材２０の天板部位２２への補強部材３２の天板補強部位３６の配設は、図６に示すようにして行われている。すなわち、天板部位２２に配設される天板補強部位３６は、本体部材２０のＭ字開断面形状の内側壁部位２６と天板部位２２との間のアール付き接続部位２５には配設されない形態となっている。この結果、天板補強部位３６は、天板部位２２の前述のアール付き接続部位２５を除いて、天板部位２２に配設される。これにより、当該アール付き接続部位２５に応力集中が生じるのを防ぐことができる。

　上述した実施形態によれば、本体部材２０の外側壁部位２４に補強部材３２を配設して強度を高めることにより、外側壁部位２４の剛性は内側壁部位２６の剛性より高められる。その結果、車両衝突による衝突荷重Ｆを受ける外側壁部位２４と内側壁部位２６はバランスのとれた撓み変形を生じさせることができる。これにより、図８に示す従来の外側壁部位１２４に段差形状１２５を設けたバンパリインフォースメント１１４の場合と同様に、バンパリインフォースメント１４の長手方向中央部を、比較的高荷重で撓み変形させることができて、バンパリインフォースメント１４の長手方向の曲げ強度の向上を図ることができる。

　図７は衝突荷重Ｆをかけた評価テストの結果を示すものである。この評価テストは、いわゆる３点曲げ解析条件で行ったものである。この３点曲げ解析条件は、バンパリインフォースメント１４をバンパ支持構造１８に対応する位置（図７のＰ位置）において支持部材により支持し、インパクターと称される荷重負荷部材で衝突荷重をかけたものである。

　外側壁部位２４の剛性が、内側壁部位２６の剛性と同等程度の場合には、Ｍ字開断面形状の場合、衝突荷重Ｆが当該両部位２４，２６に作用することによる外側壁部位２４と内側壁部位２６の撓みは生じない。すなわち、内側壁部位２６と外側壁部位２４の間のアール付き部位２６ｒ、２４ｒが開き、Ｍ字断面形状全体の開き変形となる。その結果、高荷重の衝突荷重を受けることができなかった。そのため、バンパリインフォースメント１４の長手方向の曲げ強度も充分なものとすることができなかった。

　なお、上述の実施形態の本体部材２０の外側壁部位２４は、直線形状とされていることから、前述したように、バンパリインフォースメント１４を配設するための空間の大きさが異なる多様な車種への対応が容易となる。つまり、バンパリインフォースメント１４を構成する断面形状の設計自由度が増す。その結果、自動車の車種に応じて定まるバンパリインフォースメント１４の許容断面積に対して、バンパリインフォースメント１４の長手方向の所望の曲げ強度を容易に得る構成とすることができる。

　以上、本発明を様々な実施形態を用いて説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されず、様々な変形、置換、改良を施すことができることは当業者にとって明らかである。

Claims

　自動車の車体の前部または後部にその車体の幅方向に配設されるバンパリインフォースメントであって、
　外側壁部位と内側壁部位と天板部位とを含むＭ字形状の開断面を有する長尺形状の本体部材を備え、自動車の車室から見てこの本体部材が自動車の前後方向の内方に向けて開口しており、
　前記本体部材の両側の外側壁部位のそれぞれに沿って設けられた補強部材を備え、この補強部材がそれぞれ長尺形状の本体部材の中央部に位置しているバンパリインフォースメント。
　請求項１に記載のバンパリインフォースメントであって、
　両側の補強部材はその長手方向の両端位置でそれぞれ連結部位により連結されているバンパリインフォースメント。
　請求項１又は請求項２に記載のバンパリインフォースメントであって、
　前記補強部材の長手方向の両端部は、前記本体部材の外側から内側に向けて幅寸法が徐々に狭くなっているバンパリインフォースメント。
　請求項１から請求項３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であって、
　前記本体部材は前記自動車の車体に左右のクラッシュボックスを介して支持されており、
　前記補強部材はこの左右のクラッシュボックスの間に配設されるバンパリインフォースメント。
　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であって、
　前記本体部材は内側壁部位と天板部位との間にアール付き接続部位を有しており、
　前記補強部材は、前記本体部材の天板部位までは延びているが、このアール付き接続部位までは延びていないバンパリインフォースメント。