JP4035292B2 - オフセット衝突性に優れたバンパー補強材 - Google Patents
オフセット衝突性に優れたバンパー補強材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4035292B2 JP4035292B2 JP2001026597A JP2001026597A JP4035292B2 JP 4035292 B2 JP4035292 B2 JP 4035292B2 JP 2001026597 A JP2001026597 A JP 2001026597A JP 2001026597 A JP2001026597 A JP 2001026597A JP 4035292 B2 JP4035292 B2 JP 4035292B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bumper
- wall
- bumper reinforcement
- collision
- reinforcing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Body Structure For Vehicles (AREA)
- Vibration Dampers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフセット衝突性に優れたアルミニウム合金製の軽量バンパー補強材 (以下、アルミニウムを単にAlと言う) に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車体の前端 (フロント) および後端 (リア) に取り付けられているバンパーの内部には、強度補強材としてのバンパー補強材 (バンパーリインフォースメントあるいはバンパーアマチャアなどとも言う) が設けられている。
【０００３】
このバンパー補強材は、周知の通り、バンパーと車体との間に、車体に対し略水平方向で車幅方向に対し平行に延在するように配置される。そして、このようなバンパー補強材は、その長手方向の形状では、自動車車体やバンパーのデザインに応じて、種々の形状が選択される。
【０００４】
代表的な形状は、▲１▼車幅方向に対し中央部や端部も含めて平行に延在する真っ直ぐなバンパー補強材 (直線型バンパー補強材) と、▲２▼直線的な中央部の両端に車体側へ曲げられた、直線的または曲線的な湾曲部 (屈曲部) を有するか、全体が車体側へ湾曲しているバンパー補強材 (湾曲型バンパー補強材) とに大別される。
【０００５】
これらバンパー補強材の車体への取り付けは、フロントサイドメンバやリヤサイドメンバ等、車体前後方向の骨格部材の車体フレーム類 (車体メンバ類) に連結されて行われる。また、車体への固定は、車体のフロントやリヤのサイドメンバの先端或いは後端に直接あるいはバンパーステイなどの車体連結用部材を介して行われる。
【０００６】
周知の通り、バンパー補強材は、バンパーと車体間で、車体の前方や後方からの、あるいは前方や後方への衝突に対し、車体用のエネルギー吸収部材を構成している。したがって、車体用エネルギー吸収部材としてのバンパー補強材には、車体の衝突により加わった外力のエネルギー (衝突エネルギー) を、自らの曲げ変形および断面方向の変形により吸収し、車体を保護する性能が求められている。
【０００７】
近年、これらバンパー補強材やバンパーステイに、軽量化のために、従来使用されていた鋼材に代わって、AA乃至JIS 規格による5000系、6000系、7000系等の高強度Al合金製の押出形材などが使用され始めている。
このAl合金製バンパー補強材やバンパーステイは、断面形状が、口形、中リブを設けて補強した図9 に示す日形(1がバンパー補強材、20が中リブ) あるいは田形、目形などの、略矩形の中空構造から基本的になっている。
【０００８】
ところで、車体用エネルギー吸収部材としてのバンパー補強材には、従来からの正面衝突 (バリア衝突、フルラップ前面衝突) 時のエネルギー吸収性能だけではなく、最近では、車体が対向車や障害物などと部分的に正面衝突する、オフセット衝突時に、優れたエネルギー吸収性能を発揮することが求められる.
【０００９】
しかし、このオフセット衝突時においては、オフセットバリヤ (または対向車) の端部が被衝突車の中央部よりにくるため、衝突荷重が必然的に被衝突車バンパー補強材の中央部側に集中しやすい。このため、前記湾曲型バンパー補強材では、特にバンパー補強材の中央部よりの部位に変形が集中し、場合によっては、バンパー補強材がくの字状に長手方向に折れ曲がって、衝突エネルギーの吸収が十分にできず、更には車体側に損傷を与えるという問題を生じる。
【００１０】
この問題は、前記直線型バンパー補強材では比較的生じ難い。直線型バンパー補強材の場合、オフセット衝突時の衝突荷重はバンパー補強材の前記バリヤ接触部全体に渡って分散され、衝突荷重がバンパー補強材の中央部側に集中しにくい。このため、直線型バンパー補強材の場合には、バンパー補強材の中央部からの変形が生じにくい一方、補強材背面のステイと前記バリヤとの間でバンパー補強材が押しつぶされる断面変形 (本来期待される変形) は生じ易い。この結果、バンパー補強材の変形領域が広くなり、衝突エネルギーの吸収量を増大させることができる。
【００１１】
これに対して、前記湾曲型バンパー補強材では、通常、湾曲部背面においてステイなどにより支持されており、湾曲分だけ、バンパー補強材の中央部よりの方が、ステイなどよりも、衝突側の前面に突出していることとなる。この結果、オフセット衝突時には、初期の衝突荷重を支えるのは、バンパー補強材の中央部寄り側を中心とする曲げ変形により支えられることとなる。
【００１２】
この結果、湾曲型バンパー補強材では、オフセット衝突時には、前記ステイ近傍の断面全体が押しつぶされる変形 (本来期待される変形) が起こる前に、バンパー補強材の中央部寄り側が局部的に座屈して、長手方向にくの字状に折れ曲がりが生じやすい。
【００１３】
実際、図10に平面図で示す、15km/hr のオフセット衝突試験条件においても、部分オフセットバリア19にバンパー補強材1 が部分的に衝突した場合、バンパー補強材1 の中央部寄り側の部位21が、図10のように、座屈およびくの字状に長手方向に折れ曲がって、衝突エネルギーの吸収が十分にできない場合が多く生じる。なお、図10において、7 はバンパー補強材両端の湾曲部、12は、湾曲部裏面に設けられ、図示しない車体のサイドアームに接続されるステイである。
【００１４】
したがって、湾曲部を両端に有し、湾曲部背面においてバンパーステイにより支持される、断面矩形のAl合金製バンパー補強材の場合、例えバリア衝突性能に優れていたとしても、オフセット衝突性能に優れているとは限らず、オフセット衝突性能の方が劣る場合も生じる。
【００１５】
このため、従来から、ステイ相互間にクロスメンバを設けるなど、バンパー補強材、ステイ、サイドメンバの接続や接合構造を強化改良して、オフセット衝突時の衝突荷重が、バンパー補強材の一方側のみに偏って加わらないようにする技術が、特開平10-203411 号、特開平10-250505 号、特開平10-203403 号などの公報で種々提案されている。
【００１６】
また、車両に対し斜め方向の壁に車両が衝突 (斜め衝突) した際の、湾曲部( 張出部) の変形量を少なくするため、湾曲部を両端に有する断面矩形のバンパー補強材において、中央部と湾曲部との交点部を車両幅方向の幅内に位置させることが、実開平3-42452 号公報などで提案されている。
【００１７】
更に、湾曲部を両端に有する断面矩形のAl合金製バンパー補強材において、同じく斜め衝突時の湾曲部の変形量を少なくするため、湾曲部の車体方向への曲げ角度や湾曲部の張出量を最適範囲に制御することが、特開平8-2350号公報などで提案されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記バンパー補強材、ステイ、サイドメンバの接続や接合構造の強化は、接続や接合構造の複雑化や重量増加を必然的にもたらす。そして、このことは、車体組み立てあるいは補修時の作業の煩雑さを増すことにもつながる。
【００１９】
これに対して、バンパー補強材やステイなどの肉厚を増す、あるいは、ハイテンなどの鋼製の部材を取り付け補強するなどして、これら部材の圧壊強度を高める対策も行われている。
ただ、この場合でも、前記バンパー補強材の折れ曲りを防止するためには、かなりの肉厚の増加や補強が必要であり、軽量化のためのAl合金材採用の利点そのものが損なわれてしまう。
【００２０】
また、前記斜め衝突に対する湾曲部の変形量を少なくするための、バンパー補強材中央部と湾曲部との交点部の車両幅方向の幅内に位置させる技術や、湾曲部の車体方向への曲げ角度や湾曲部の張出量を最適範囲に制御する技術では、本発明が課題とするオフセット衝突性能に対しては効果がない。本発明が課題とするオフセット衝突時には、前記した通り、バンパー補強材の中央部よりの部位に変形が集中するからである。
【００２１】
このため、湾曲部を両端に有し、湾曲部背面においてバンパーステイにより支持されるAl合金製バンパー補強材の場合、オフセット衝突時のくの字状の折れ曲がりを防止し、衝突エネルギーの吸収性能を高めるためには、補強材の肉厚を増すなどの手段しかなく、Al合金製バンパー補強材採用の利点である軽量化が大きく損なわれていたのが実情である。
【００２２】
したがって、本発明の目的は、車体側に曲がる湾曲部を両端に有するバンパー補強材の場合において、Al合金採用の軽量化の利点を損なわずに、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能を高めたAl合金製バンパー補強材を提供しようとするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明請求項1 のオフセット衝突性に優れたバンパー補強材の要旨は、アルミニウム合金製中空形材からなり、両端に車体側への湾曲部を有して、この湾曲部背面においてバンパーステイにより支持されるバンパー補強材であって、前記中空形材は、衝突方向に対峙する前面壁と後方に位置する後面壁およびこれらの壁に直交して接続する側壁により、略矩形断面に構成され、この断面内に更に複数の中空部を有するよう前記側壁と平行に中間壁が設けられ、これら中間壁および側壁と前面壁との接続を、傾斜壁によって、前面壁の壁幅を減少させるように行い、前面壁と中間壁との接続部分に凹部を、中空形材の長手方向に渡って形成し、前面壁の幅厚比を減少させて、前面壁の曲げ座屈強度を上げ、オフセット衝突時の曲げ変形荷重を受けた際の、バンパー補強材中央部寄り側の曲げ座屈強度を、前記ステイにより支持されているバンパー補強材湾曲部の側の圧壊強度よりも大きくしたことである。
【００２４】
本発明構成によれば、衝突方向に対峙する前面壁の壁幅を減少させて、幅厚比 (壁幅/ 壁厚) を減少させることにより、バンパー補強材前面壁の曲げ座屈強度を上げる。また、衝突方向に対峙する前記凹部と中間壁とが衝突荷重に対し抵抗するので、バンパー補強材が座屈しにくくなる。
【００２５】
これによって、例えば図1 、2 に示すように、本発明バンパー補強材1aがオフセット衝突時の曲げ変形荷重F を受けた際に、中央部寄り側の曲げ座屈強度を、ステイ12a 、12b により支持されている湾曲部7a、7bの側の圧壊強度 (補強材断面方向の押し潰れ強度) よりも大きくする。言い換えると、オフセット衝突時の曲げ変形を受けた際、バンパー補強材の湾曲部7a、7b側乃至ステイ12a 、12b の側の圧壊 (衝突エネルギーの吸収) を、中央部寄り側の曲げ座屈 (折れ曲がり) よりも先行させて行わせるようにする。
【００２６】
この結果、オフセット衝突時に、バンパー補強材の中央部寄り側を中心とする曲げ変形を受けても、バンパー補強材の断面方向の押しつぶれ強度 (衝突エネルギーを自らの断面方向の変形により吸収する性能) は維持しつつ、バンパー補強材中央部の曲げ強度を向上させることができる。
【００２７】
このため、バンパー補強材の壁厚を従来よりも薄肉化しても、また、オフセット衝突の荷重が大きくても、バンパー補強材の折れ曲りを防止し、オフセット衝突時の衝突エネルギーを自らの断面方向の変形により吸収することができる。
【００２８】
なお、本出願人は、以前に、特開平8-155534号公報により、車両や航空機などの構造物の強度部材用の中空形材として、外荷重に対する変形抵抗力を増した中空形材を提案した。この中空形材は、複数の矩形断面の中空部を有するように、横設壁と縦設壁とを備えた外壁内に中間壁を設けた中空形材において、横設壁と縦設壁との接続、および/ または外壁と中間壁との接続を、壁幅を減少させるように、傾斜壁により行われているものである。
【００２９】
この公報に開示された中空形材の断面構造自体は、上記本発明中空形材の断面構造と類似している。しかし、この公報には、本発明が対象とする、湾曲部を両端に有し、湾曲部背面においてバンパーステイにより支持される、断面矩形のAl合金製バンパー補強材の開示はない。また、本発明が課題とする、オフセット衝突性やその衝突機構の開示もない。更に、中空形材の断面構造が、その衝突機構から、オフセット衝突性に寄与する旨の示唆もない。
【００３０】
しかも、本発明のステイによって支持されるAl合金製バンパー補強材の、オフセット衝突時の前記荷重- 変形メカニズム、即ち、バンパー補強材中央部寄り側の曲げ座屈強度の方を、バンパー補強材湾曲部の側の圧壊強度よりも大きくし、オフセット衝突時の曲げ変形荷重を受けた際に、バンパー補強材の湾曲部側とステイの側の圧壊を、前記中央部寄り側の曲げ座屈 (折れ曲がり) よりも先行させることについての開示も無く、衝突時の荷重- 変形メカニズムが全く相違する。
【００３１】
本発明構成によれば、前記した優れた効果を有するが、更に、この請求項1 の効果として、オフセット衝突の種々の衝突条件 (衝撃の程度) に対し、バンパー補強材やステイの設計選択が自由に、かつ容易にでき、要求される衝突安全性に対しての車体設計を著しく容易にする利点もある。
【００３２】
また、バンパー補強材、ステイ、サイドメンバの接続や接合構造が、基本的に従来通りであるので、車体の組み立てや車体の修理などの作業が、従来通り行え、作業の煩雑さを増すことがない利点もある。
【００３３】
更に、本発明バンパー補強材を、請求項2 に記載のように、予めステイと一体化して、ステイ付バンパー補強材としておくことにより、ステイを介して、サイドメンバーに取り付けることが、極めて容易かつ簡便となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバンパー補強材の実施の形態について詳述する。
【００３５】
(バンパー補強材の全体形状、構造)
本発明のAl合金製バンパー補強材の基本形の1 実施態様を、図1 に斜視図、図2 に平面図で例示する。図1 、2 は、バンパー補強材1aが車幅方向に略水平方向に延在している状態を示している。バンパー補強材1aの全体形状は、両端に車体方向に直線的に曲げられた (車体フロントの場合、車体リアの場合は車体前方に曲げられる) 湾曲部7a、7bと中央の直線部8 とを有する。
【００３６】
なお、本発明の湾曲型バンパー補強材は、両端に直線的なあるいは曲線的な湾曲部 (屈曲部) を有していても良く、また、全体が湾曲していても良い。
【００３７】
そして、図2 に示す通り、この湾曲部7a、7b背面（裏面）において、中空筒状の鋼製ステイ12a 、12b を介して、図示しない車体サイドメンバーと接合され、バンパー補強材1aが車体側に支持される。
【００３８】
なお、図2 では、前記ステイ12a 、12b の後面にはフランジ14a 、14b が接合されており、サイドメンバの前面と溶接乃至機械的に接合され、支持される。
【００３９】
(バンパー補強材の断面形状、構造)
バンパー補強材1a (中空形材) の断面形状、構造は、図1 の通り、衝突方向乃至衝突荷重F に対峙して立設された前面壁 (前面側フランジ)2a 、2bと、後方に位置する後面壁 (後面側フランジ)3、およびこれらを直角方向で接続する水平な側壁 (ウエブ)4、5 により、略矩形断面に構成されている。
ここにおいて、バンパー補強材の長手方向に渡る断面形状は、必ずしも同一でなくとも、部分的あるいは順次断面形状が変化するような中空形状が、車体の設計側から、自由に選択できる。
【００４０】
図1 のバンパー補強材1aでは、この略矩形中空断面内に、更に二つの中空部区画を有するよう、前記側壁4 、5 と平行に、水平な中間壁 (中リブ)6が設けられている。そして、これら中間壁6 および側壁4 、5 と前面壁2a、2bとの接続を、傾斜壁10a 、10b および 11a 、 11b によって、前面壁2a、2bの元々の壁幅W a 、W b を減少させるように行い、前面壁2a、2bと中間壁6 との接続部分に、衝突方向F に対峙する凹部9 を中空形材1aの長手方向に渡って形成している (前面壁の長手方向の面に連続的に形成している) 。
【００４１】
この衝突方向F に対峙する凹部9 は、最低、前面壁2a、2b側に設ける必要があるが、前面壁2a、2bのみに設けるだけではなく、後面壁3 と中間壁6 との接続部分に、凹部9 と同様の凹部を形成するようにしても良い。
【００４２】
また、凹部9 の断面形状 (傾斜壁10a 、10b の形状) は、壁幅W a 、W b が減少するような形状であれば、図１の三角状の断面形状に限らず、四角 (傾斜壁10a 、10b がL 字状) 、半円 (傾斜壁10a 、10b が円弧状に接続) 等の形状が適宜選択される。
【００４３】
このような本発明構成によれば、前記した通り、衝突方向F に対峙する前面壁2a、2bの壁幅W a 、W b を減少させて幅厚比(W 壁厚t)を減少させ、前面壁2a、2bの曲げ座屈強度を上げる。また、衝突方向に対峙する前記凹部9 と中間壁6 とが衝突荷重F に対し抵抗するので、バンパー補強材が座屈しにくくなる。
【００４５】
したがって、オフセット衝突時のバンパー補強材の中央部8 寄り側を中心とする曲げ変形を受けても、バンパー補強材1aの断面方向の押しつぶれ強度は維持しつつ、バンパー補強材1a全体の曲げ強度を向上させることができる。
【００４６】
そして、バンパー補強材の壁厚を従来よりも小さな値としても（薄肉化しても）、また、オフセット衝突の荷重が大きくても、バンパー補強材の折れ曲りを防止し、オフセット衝突時の衝突エネルギーを自らの断面方向の変形により吸収することができる。
【００４７】
なお、Al合金製バンパー補強材の場合、軽量化のためのAl合金材採用の利点なり目的を達成するためには、壁厚が5mm 以下の薄いAl合金製中空形材からなることが好ましい。この壁厚みが5mm を越えた場合、中空形材であっても、重量と強度との関係からは、鋼材と大差なくなり、軽量化のためのAl合金材採用の利点そのものが損なわれてしまう可能性がある。
したがって、本発明でバンパー補強材壁厚の薄肉化を言う場合には、前記壁厚が5mm 以下であることが薄肉化の目安となる。
【００４８】
本発明のバンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造は、前記中間壁を有するために、車体設計によるバンパー補強材の断面の大きさ (高さ) や、前記強度あるいは衝突エネルギー吸収量などの要求特性に応じて、基本的に断面形状が日形、目形から選択される。
【００４９】
(その他のバンパー補強材の断面形状、構造)
図3 、4 、5 、6 に、本発明バンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造の他の態様を側面図で示す。
【００５０】
図3 のバンパー補強材1bは、前面壁2c、2dが各々衝突方向 (外側、前面) に突き出た (膨らむ) 円弧状となって湾曲している。この前面壁を円弧状に湾曲させることは勿論、後述する図4 、5 などのバンパー補強材にも適用できる。
このように、前面壁2c、2dが各々湾曲していることにより、前面壁2c、2dの曲げ座屈強度 (曲げ剛性) が、直線状の前記図1 の前面壁2a、2bよりも大きくなり、座屈しにくくなるので、より大きなオフセット衝突荷重時のバンパー補強材の折れ曲りを防止するとともに、バンパー補強材のエネルギー吸収量を大きくすることができる。
【００５１】
また、図4 のバンパー補強材1cは、中空断面内に、更に3 個の中空部区画を有するよう、前記側壁4 、5 と平行に二個の中間壁6a、6bが設けられ、前面壁2e、2fと中間壁6a、6bとの接続部分に、衝突方向F に対峙する二個の凹部9a、9bを中空形材1cの長手方向に渡って形成している。
この中間壁や中空部区画および衝突方向F に対峙する凹部の個数を増やす手段は、勿論、前記図1 、3 あるいは後述する図5 などのバンパー補強材にも適用できる。
【００５２】
このように、中間壁を増やして、中空部区画および衝突方向F に対峙する凹部の個数を増やせば、衝突方向F に対峙する前面壁の壁幅をより減少させて幅厚比を減少させ、前面壁の曲げ座屈強度を高めて、座屈応力をより増大させることができる。また、衝突方向F に対峙する凹部と中間壁との衝突荷重の吸収量も大きくなり、座屈しにくくなるので、より大きなオフセット衝突荷重時のバンパー補強材の折れ曲りを防止するとともに、バンパー補強材のエネルギー吸収量を大きくすることができる。
【００５３】
更に、図5 のバンパー補強材1dのように、前面壁2h、2i (後面壁に設けることも可) に、この前面壁2h、2iに面一で、かつ側方に張り出したフランジ部13a 、13b などを有していても良い。このフランジ部を設ける手段は勿論、前記図1 〜4 のバンパー補強材などにも適用できる。
【００５４】
そして、このようにフランジ部13a 、13b を有していることにより、前面壁2h、2iの曲げ座屈強度が、前面壁がその終端において側壁と接続されている図1 〜4 の場合に比して、大きくなり、座屈しにくくなるので、より大きなオフセット衝突荷重時のバンパー補強材の折れ曲りを防止するとともに、バンパー補強材のエネルギー吸収量を大きくすることができる。なお、このフランジ部は、必ずしも、両側方に張り出さずとも、片側のみに張り出すよう設けてもよい。
【００５５】
また、図6 は基本的な構造は図1 のものと同じであるが、後面壁3 に面一で、かつ側方に張り出したフランジ部17a 、17b を有するとともに、側壁4 、5 と後面壁3 との接続部は、断面の内側方向に屈曲する屈曲部16a 、16b を有するように直交させている。
【００５６】
側壁と後面壁とを図1 のように単に直交させた場合、オフセット衝突時の衝突荷重が著しく大きい際には、側壁が断面の外側方向にくの字状に屈曲する可能性があり、圧壊が早まり、エネルギー吸収量が少なくなる、あるいは、バンパー補強材の折れ曲がりが生じやすくなる可能性がある。
【００５７】
これに対して、側壁4 、5 と後面壁3 との接続部に、断面の内側方向に屈曲する屈曲部15a 、15b を設けた場合、衝突荷重が加わった際に、側壁4 、5 が断面の内側方向に屈曲して、圧壊を抑制するため、前記単に直交させた場合に比して、エネルギー吸収量が大きくなり、バンパー補強材の折れ曲がりが生じることもなくなる利点がある。
【００５８】
(ステイ)
本発明に用いるステイは、両端が車体後方に直線的に曲げられた湾曲部を有するバンパー補強材に接合される。このため、筒状の場合はその前面、前面壁がある場合はその前面壁が、前記図2 に示したように、前記バンパー補強材の湾曲部後面に対応した、直線的あるいは曲線的な傾斜状乃至傾斜壁となっていることが望ましい。
【００５９】
そして、ステイの軽量化のためには、ステイ自体も中空の筒体乃至形材であることが好ましい。また、材質については、普通鋼やハイテンなどの鋼材、アルミニウム合金押出形材が適宜選択される。
【００６０】
更にまた、本発明バンパー補強材を予めステイと一体化して、ステイ付バンパー補強材としておくことにより、ステイを介して、サイドメンバーに取り付けることが、極めて容易かつ簡便となる。
【００６１】
前記従来の一体型ステイであれば、これまでは、自動車製造乃至修理側で、▲１▼バンパー補強材へのステイの取り付け、▲２▼サイドメンバーへのステイの取り付け、の2 つの工程を必要としている。そして、バンパー補強材およびサイドメンバーとステイとの各々の接続、固定も、溶接やリベットを主とする接合が必要となるため、非常に煩雑なものとなる。
【００６２】
これに対し、本発明ステイ付バンパー補強材であれば、バンパー補強材とステイとを予め一体化することが可能なので、自動車製造乃至修理側では、前記▲２▼サイドメンバーへのステイの取り付け工程のみでセット可能である。また、バンパー補強材およびサイドメンバーとステイとの各々の接続、固定も簡便にできる利点がある。
【００６３】
(バンパー補強材用Al合金)
本発明バンパー補強材は、前記した通り、軽量化のためのAl合金材採用の利点なり目的を達成するために、壁厚が5mm 以下が好ましい。
このために、本発明バンパー補強材で用いるAl合金は、この軽量化条件を満たした上で、オフセット衝突性に優れる目的のために、5mm 以下の厚みの長尺の中空形材として、折れ曲がりをできるだけ防止できるためにも、車体の鋼製サイドメンバーとの関係で、Al合金の耐力が280MPa以上であるとともに、後述するバンパーステイを構成するAl合金の耐力よりも大きいことが好ましい。
【００６４】
バンパー補強材用Al合金の耐力が280MPa未満の場合、前記本発明のバンパー補強材断面構造としても、オフセット衝突荷重が大きくなった場合、軽量化条件を満たした上で、オフセット衝突性に優れることが難しく、オフセット衝突時の衝突荷重による前記折れ曲がりが生じる可能性がある。
また、バンパー補強材用Al合金の耐力がステイ用Al合金の耐力よりも小さくなった場合も、前記と同様に、オフセット衝突性に優れることは難しく、オフセット衝突時に、前記折れ曲がりが生じる可能性がある。
【００６５】
これに対し、バンパー補強材用Al合金の耐力がステイ用Al合金の耐力よりも大きい場合、オフセット衝突時の衝突荷重に対し、この衝突荷重が加わった側の一方のステイの方が速く圧壊し始めて、バンパー補強材の衝突荷重が加わった側に対する、一種の緩衝部材的な役割を生じる。この緩衝部材的な役割とは、オフセット衝突時の衝突荷重を、ステイが一定の微小な変位 (圧壊変形、座屈) をすることで行われ、バンパー補強材に対する衝突荷重の前記偏りを大幅に緩和して、バンパー補強材の折れ曲がりを防止しつつ、バンパー補強材を受け止めることとなる。
【００６６】
この結果、前記本発明のバンパー補強材断面構造と相まって、5mm 以下の厚みのAl合金製中空形材であっても、また、オフセット衝突時の衝突荷重が、バンパー補強材の一方側のみに偏って加わったとしても、バンパー補強材に、折れ曲がりが生じることなく、断面方向の変形が生じ、大きなエネルギー吸収量が確保される。
【００６７】
これらのバンパー補強材としての要求特性を満足するAl合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、5000系、6000系、7000系等の耐力の比較的高い汎用 (規格)Al 合金から選択して用いられる。ただ、この中でも、A7003S、A7N01Sなどの 7000 系のAl合金押出形材であって、時効処理されたAl合金材が好ましい。
【００６８】
(実施例)
(オフセット衝突試験)
図1 の本発明断面構造を有するバンパー補強材 (矩形中空形材、肉厚4mm 、長さ1300mm、中央直線部560mm 、湾曲部端の変位100mm(車体後方側) 、高さ70mm、前面壁幅 50mm 、壁幅 W a＋W b 80mm) と、溶接された鋼製矩形中空ステイ (肉厚1mm 、長さ150mm 、幅70mm、高さ70mm) とを用い、オフセット衝突試験(15km/hr) を行った。なお、バンパー補強材には耐力305MPaの時効処理されたA7003SAl合金押出形材を用いた。
【００６９】
比較のために、前記図9 に示した従来の日形断面のバンパー補強材 (中間壁および側壁と前面壁との接続を直交させ、前面壁の壁幅を減少させず、前面壁と中間壁との接続部分に凹部を形成せず、単に日形断面とした例) も、他の条件は発明例と同じとしてオフセット衝突試験を行った。
【００７０】
この15km/hr の静的なオフセット衝突試験の概要を図7 または図10に示す。図7 または図10において、1 は供試体であるバンパー補強材、7 はバンパー補強材両端の湾曲部、12は湾曲部裏面に設けられたステイ19がバンパー補強材1 の前面に設けられ、バンパー補強材1 に衝突する部分(40%) オフセットバリアである。
【００７１】
バリア衝突試験およびオフセット衝突試験の際に測定した、発明例と比較例の各バンパー補強材の、▲１▼最大荷重(KN)、▲２▼変位100mm 時のエネルギー吸収量(J) 、▲３▼変位100mm で吸収可能な衝突速度(km/hr) および変形の状態を表1 に示す。
【００７２】
更に、発明例と比較例の、オフセット衝突時 (圧壊時) の荷重- 変位関係を図8 に各々示す。また、前記図7 は発明例の実際の直線的な変形状態を、図10は比較例の実際の折れ曲がりを伴う変形状態を各々示している。
【００７３】
これらの事実から明らかな通り、発明例は、図7 の通り、図10のような折れ曲がりが防止され、表1 および図8(実線が発明例、点線が比較例) に示す通り、一定の変位量内で、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能 (最大荷重、エネルギー、吸収可能な衝突速度) を、いずれも高めることが可能である。また、このオフセット衝突試験の結果は、バリア衝突試験においても、優れた衝突エネルギーの吸収性能 (最大荷重、エネルギー、吸収可能な衝突速度) を示すことを意味している。
【００７４】
これに対し、比較例は、オフセット衝突時の実際の変形状態で図11のような座屈部21および折れ曲がりが発生し、表1 および図8 に示す通り、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能も、発明例に比較して著しく劣っている。
【００７５】
したがって、これら実施例の結果から、本発明の効果と、本発明構成の意義が明らかである。
【００７６】
【表１】
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、湾曲部を両端に有するAl合金製バンパー補強材の場合において、Al合金採用の軽量化の利点を損なわずに、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能を高めたバンパー補強材を提供することができる。
このため、バンパー補強材へのAl合金材の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバンパー補強材の一実施態様を示す斜視図である。
【図２】図1 の本発明に係るバンパー補強材の平面図である。
【図３】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図４】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図５】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図６】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図７】本発明バンパー補強材のオフセット衝突後の変形を示す平面図である。
【図８】本発明バンパー補強材のオフセット衝突時の荷重−変位関係を示す説明図である。
【図９】従来のバンパー補強材のを示す正面図である。
【図１０】従来のバンパー補強材のオフセット衝突後の変形を示す平面図である。
【符号の説明】
1:バンパー補強材、2:前面壁、3:後面壁、4 、5:側壁、6:中間壁、7:湾曲部、8:直線部、9:凹部、10、11: 傾斜壁、12: ステイ、
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフセット衝突性に優れたアルミニウム合金製の軽量バンパー補強材 (以下、アルミニウムを単にAlと言う) に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車体の前端 (フロント) および後端 (リア) に取り付けられているバンパーの内部には、強度補強材としてのバンパー補強材 (バンパーリインフォースメントあるいはバンパーアマチャアなどとも言う) が設けられている。
【０００３】
このバンパー補強材は、周知の通り、バンパーと車体との間に、車体に対し略水平方向で車幅方向に対し平行に延在するように配置される。そして、このようなバンパー補強材は、その長手方向の形状では、自動車車体やバンパーのデザインに応じて、種々の形状が選択される。
【０００４】
代表的な形状は、▲１▼車幅方向に対し中央部や端部も含めて平行に延在する真っ直ぐなバンパー補強材 (直線型バンパー補強材) と、▲２▼直線的な中央部の両端に車体側へ曲げられた、直線的または曲線的な湾曲部 (屈曲部) を有するか、全体が車体側へ湾曲しているバンパー補強材 (湾曲型バンパー補強材) とに大別される。
【０００５】
これらバンパー補強材の車体への取り付けは、フロントサイドメンバやリヤサイドメンバ等、車体前後方向の骨格部材の車体フレーム類 (車体メンバ類) に連結されて行われる。また、車体への固定は、車体のフロントやリヤのサイドメンバの先端或いは後端に直接あるいはバンパーステイなどの車体連結用部材を介して行われる。
【０００６】
周知の通り、バンパー補強材は、バンパーと車体間で、車体の前方や後方からの、あるいは前方や後方への衝突に対し、車体用のエネルギー吸収部材を構成している。したがって、車体用エネルギー吸収部材としてのバンパー補強材には、車体の衝突により加わった外力のエネルギー (衝突エネルギー) を、自らの曲げ変形および断面方向の変形により吸収し、車体を保護する性能が求められている。
【０００７】
近年、これらバンパー補強材やバンパーステイに、軽量化のために、従来使用されていた鋼材に代わって、AA乃至JIS 規格による5000系、6000系、7000系等の高強度Al合金製の押出形材などが使用され始めている。
このAl合金製バンパー補強材やバンパーステイは、断面形状が、口形、中リブを設けて補強した図9 に示す日形(1がバンパー補強材、20が中リブ) あるいは田形、目形などの、略矩形の中空構造から基本的になっている。
【０００８】
ところで、車体用エネルギー吸収部材としてのバンパー補強材には、従来からの正面衝突 (バリア衝突、フルラップ前面衝突) 時のエネルギー吸収性能だけではなく、最近では、車体が対向車や障害物などと部分的に正面衝突する、オフセット衝突時に、優れたエネルギー吸収性能を発揮することが求められる.
【０００９】
しかし、このオフセット衝突時においては、オフセットバリヤ (または対向車) の端部が被衝突車の中央部よりにくるため、衝突荷重が必然的に被衝突車バンパー補強材の中央部側に集中しやすい。このため、前記湾曲型バンパー補強材では、特にバンパー補強材の中央部よりの部位に変形が集中し、場合によっては、バンパー補強材がくの字状に長手方向に折れ曲がって、衝突エネルギーの吸収が十分にできず、更には車体側に損傷を与えるという問題を生じる。
【００１０】
この問題は、前記直線型バンパー補強材では比較的生じ難い。直線型バンパー補強材の場合、オフセット衝突時の衝突荷重はバンパー補強材の前記バリヤ接触部全体に渡って分散され、衝突荷重がバンパー補強材の中央部側に集中しにくい。このため、直線型バンパー補強材の場合には、バンパー補強材の中央部からの変形が生じにくい一方、補強材背面のステイと前記バリヤとの間でバンパー補強材が押しつぶされる断面変形 (本来期待される変形) は生じ易い。この結果、バンパー補強材の変形領域が広くなり、衝突エネルギーの吸収量を増大させることができる。
【００１１】
これに対して、前記湾曲型バンパー補強材では、通常、湾曲部背面においてステイなどにより支持されており、湾曲分だけ、バンパー補強材の中央部よりの方が、ステイなどよりも、衝突側の前面に突出していることとなる。この結果、オフセット衝突時には、初期の衝突荷重を支えるのは、バンパー補強材の中央部寄り側を中心とする曲げ変形により支えられることとなる。
【００１２】
この結果、湾曲型バンパー補強材では、オフセット衝突時には、前記ステイ近傍の断面全体が押しつぶされる変形 (本来期待される変形) が起こる前に、バンパー補強材の中央部寄り側が局部的に座屈して、長手方向にくの字状に折れ曲がりが生じやすい。
【００１３】
実際、図10に平面図で示す、15km/hr のオフセット衝突試験条件においても、部分オフセットバリア19にバンパー補強材1 が部分的に衝突した場合、バンパー補強材1 の中央部寄り側の部位21が、図10のように、座屈およびくの字状に長手方向に折れ曲がって、衝突エネルギーの吸収が十分にできない場合が多く生じる。なお、図10において、7 はバンパー補強材両端の湾曲部、12は、湾曲部裏面に設けられ、図示しない車体のサイドアームに接続されるステイである。
【００１４】
したがって、湾曲部を両端に有し、湾曲部背面においてバンパーステイにより支持される、断面矩形のAl合金製バンパー補強材の場合、例えバリア衝突性能に優れていたとしても、オフセット衝突性能に優れているとは限らず、オフセット衝突性能の方が劣る場合も生じる。
【００１５】
このため、従来から、ステイ相互間にクロスメンバを設けるなど、バンパー補強材、ステイ、サイドメンバの接続や接合構造を強化改良して、オフセット衝突時の衝突荷重が、バンパー補強材の一方側のみに偏って加わらないようにする技術が、特開平10-203411 号、特開平10-250505 号、特開平10-203403 号などの公報で種々提案されている。
【００１６】
また、車両に対し斜め方向の壁に車両が衝突 (斜め衝突) した際の、湾曲部( 張出部) の変形量を少なくするため、湾曲部を両端に有する断面矩形のバンパー補強材において、中央部と湾曲部との交点部を車両幅方向の幅内に位置させることが、実開平3-42452 号公報などで提案されている。
【００１７】
更に、湾曲部を両端に有する断面矩形のAl合金製バンパー補強材において、同じく斜め衝突時の湾曲部の変形量を少なくするため、湾曲部の車体方向への曲げ角度や湾曲部の張出量を最適範囲に制御することが、特開平8-2350号公報などで提案されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記バンパー補強材、ステイ、サイドメンバの接続や接合構造の強化は、接続や接合構造の複雑化や重量増加を必然的にもたらす。そして、このことは、車体組み立てあるいは補修時の作業の煩雑さを増すことにもつながる。
【００１９】
これに対して、バンパー補強材やステイなどの肉厚を増す、あるいは、ハイテンなどの鋼製の部材を取り付け補強するなどして、これら部材の圧壊強度を高める対策も行われている。
ただ、この場合でも、前記バンパー補強材の折れ曲りを防止するためには、かなりの肉厚の増加や補強が必要であり、軽量化のためのAl合金材採用の利点そのものが損なわれてしまう。
【００２０】
また、前記斜め衝突に対する湾曲部の変形量を少なくするための、バンパー補強材中央部と湾曲部との交点部の車両幅方向の幅内に位置させる技術や、湾曲部の車体方向への曲げ角度や湾曲部の張出量を最適範囲に制御する技術では、本発明が課題とするオフセット衝突性能に対しては効果がない。本発明が課題とするオフセット衝突時には、前記した通り、バンパー補強材の中央部よりの部位に変形が集中するからである。
【００２１】
このため、湾曲部を両端に有し、湾曲部背面においてバンパーステイにより支持されるAl合金製バンパー補強材の場合、オフセット衝突時のくの字状の折れ曲がりを防止し、衝突エネルギーの吸収性能を高めるためには、補強材の肉厚を増すなどの手段しかなく、Al合金製バンパー補強材採用の利点である軽量化が大きく損なわれていたのが実情である。
【００２２】
したがって、本発明の目的は、車体側に曲がる湾曲部を両端に有するバンパー補強材の場合において、Al合金採用の軽量化の利点を損なわずに、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能を高めたAl合金製バンパー補強材を提供しようとするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明請求項1 のオフセット衝突性に優れたバンパー補強材の要旨は、アルミニウム合金製中空形材からなり、両端に車体側への湾曲部を有して、この湾曲部背面においてバンパーステイにより支持されるバンパー補強材であって、前記中空形材は、衝突方向に対峙する前面壁と後方に位置する後面壁およびこれらの壁に直交して接続する側壁により、略矩形断面に構成され、この断面内に更に複数の中空部を有するよう前記側壁と平行に中間壁が設けられ、これら中間壁および側壁と前面壁との接続を、傾斜壁によって、前面壁の壁幅を減少させるように行い、前面壁と中間壁との接続部分に凹部を、中空形材の長手方向に渡って形成し、前面壁の幅厚比を減少させて、前面壁の曲げ座屈強度を上げ、オフセット衝突時の曲げ変形荷重を受けた際の、バンパー補強材中央部寄り側の曲げ座屈強度を、前記ステイにより支持されているバンパー補強材湾曲部の側の圧壊強度よりも大きくしたことである。
【００２４】
本発明構成によれば、衝突方向に対峙する前面壁の壁幅を減少させて、幅厚比 (壁幅/ 壁厚) を減少させることにより、バンパー補強材前面壁の曲げ座屈強度を上げる。また、衝突方向に対峙する前記凹部と中間壁とが衝突荷重に対し抵抗するので、バンパー補強材が座屈しにくくなる。
【００２５】
これによって、例えば図1 、2 に示すように、本発明バンパー補強材1aがオフセット衝突時の曲げ変形荷重F を受けた際に、中央部寄り側の曲げ座屈強度を、ステイ12a 、12b により支持されている湾曲部7a、7bの側の圧壊強度 (補強材断面方向の押し潰れ強度) よりも大きくする。言い換えると、オフセット衝突時の曲げ変形を受けた際、バンパー補強材の湾曲部7a、7b側乃至ステイ12a 、12b の側の圧壊 (衝突エネルギーの吸収) を、中央部寄り側の曲げ座屈 (折れ曲がり) よりも先行させて行わせるようにする。
【００２６】
この結果、オフセット衝突時に、バンパー補強材の中央部寄り側を中心とする曲げ変形を受けても、バンパー補強材の断面方向の押しつぶれ強度 (衝突エネルギーを自らの断面方向の変形により吸収する性能) は維持しつつ、バンパー補強材中央部の曲げ強度を向上させることができる。
【００２７】
このため、バンパー補強材の壁厚を従来よりも薄肉化しても、また、オフセット衝突の荷重が大きくても、バンパー補強材の折れ曲りを防止し、オフセット衝突時の衝突エネルギーを自らの断面方向の変形により吸収することができる。
【００２８】
なお、本出願人は、以前に、特開平8-155534号公報により、車両や航空機などの構造物の強度部材用の中空形材として、外荷重に対する変形抵抗力を増した中空形材を提案した。この中空形材は、複数の矩形断面の中空部を有するように、横設壁と縦設壁とを備えた外壁内に中間壁を設けた中空形材において、横設壁と縦設壁との接続、および/ または外壁と中間壁との接続を、壁幅を減少させるように、傾斜壁により行われているものである。
【００２９】
この公報に開示された中空形材の断面構造自体は、上記本発明中空形材の断面構造と類似している。しかし、この公報には、本発明が対象とする、湾曲部を両端に有し、湾曲部背面においてバンパーステイにより支持される、断面矩形のAl合金製バンパー補強材の開示はない。また、本発明が課題とする、オフセット衝突性やその衝突機構の開示もない。更に、中空形材の断面構造が、その衝突機構から、オフセット衝突性に寄与する旨の示唆もない。
【００３０】
しかも、本発明のステイによって支持されるAl合金製バンパー補強材の、オフセット衝突時の前記荷重- 変形メカニズム、即ち、バンパー補強材中央部寄り側の曲げ座屈強度の方を、バンパー補強材湾曲部の側の圧壊強度よりも大きくし、オフセット衝突時の曲げ変形荷重を受けた際に、バンパー補強材の湾曲部側とステイの側の圧壊を、前記中央部寄り側の曲げ座屈 (折れ曲がり) よりも先行させることについての開示も無く、衝突時の荷重- 変形メカニズムが全く相違する。
【００３１】
本発明構成によれば、前記した優れた効果を有するが、更に、この請求項1 の効果として、オフセット衝突の種々の衝突条件 (衝撃の程度) に対し、バンパー補強材やステイの設計選択が自由に、かつ容易にでき、要求される衝突安全性に対しての車体設計を著しく容易にする利点もある。
【００３２】
また、バンパー補強材、ステイ、サイドメンバの接続や接合構造が、基本的に従来通りであるので、車体の組み立てや車体の修理などの作業が、従来通り行え、作業の煩雑さを増すことがない利点もある。
【００３３】
更に、本発明バンパー補強材を、請求項2 に記載のように、予めステイと一体化して、ステイ付バンパー補強材としておくことにより、ステイを介して、サイドメンバーに取り付けることが、極めて容易かつ簡便となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバンパー補強材の実施の形態について詳述する。
【００３５】
(バンパー補強材の全体形状、構造)
本発明のAl合金製バンパー補強材の基本形の1 実施態様を、図1 に斜視図、図2 に平面図で例示する。図1 、2 は、バンパー補強材1aが車幅方向に略水平方向に延在している状態を示している。バンパー補強材1aの全体形状は、両端に車体方向に直線的に曲げられた (車体フロントの場合、車体リアの場合は車体前方に曲げられる) 湾曲部7a、7bと中央の直線部8 とを有する。
【００３６】
なお、本発明の湾曲型バンパー補強材は、両端に直線的なあるいは曲線的な湾曲部 (屈曲部) を有していても良く、また、全体が湾曲していても良い。
【００３７】
そして、図2 に示す通り、この湾曲部7a、7b背面（裏面）において、中空筒状の鋼製ステイ12a 、12b を介して、図示しない車体サイドメンバーと接合され、バンパー補強材1aが車体側に支持される。
【００３８】
なお、図2 では、前記ステイ12a 、12b の後面にはフランジ14a 、14b が接合されており、サイドメンバの前面と溶接乃至機械的に接合され、支持される。
【００３９】
(バンパー補強材の断面形状、構造)
バンパー補強材1a (中空形材) の断面形状、構造は、図1 の通り、衝突方向乃至衝突荷重F に対峙して立設された前面壁 (前面側フランジ)2a 、2bと、後方に位置する後面壁 (後面側フランジ)3、およびこれらを直角方向で接続する水平な側壁 (ウエブ)4、5 により、略矩形断面に構成されている。
ここにおいて、バンパー補強材の長手方向に渡る断面形状は、必ずしも同一でなくとも、部分的あるいは順次断面形状が変化するような中空形状が、車体の設計側から、自由に選択できる。
【００４０】
図1 のバンパー補強材1aでは、この略矩形中空断面内に、更に二つの中空部区画を有するよう、前記側壁4 、5 と平行に、水平な中間壁 (中リブ)6が設けられている。そして、これら中間壁6 および側壁4 、5 と前面壁2a、2bとの接続を、傾斜壁10a 、10b および 11a 、 11b によって、前面壁2a、2bの元々の壁幅W a 、W b を減少させるように行い、前面壁2a、2bと中間壁6 との接続部分に、衝突方向F に対峙する凹部9 を中空形材1aの長手方向に渡って形成している (前面壁の長手方向の面に連続的に形成している) 。
【００４１】
この衝突方向F に対峙する凹部9 は、最低、前面壁2a、2b側に設ける必要があるが、前面壁2a、2bのみに設けるだけではなく、後面壁3 と中間壁6 との接続部分に、凹部9 と同様の凹部を形成するようにしても良い。
【００４２】
また、凹部9 の断面形状 (傾斜壁10a 、10b の形状) は、壁幅W a 、W b が減少するような形状であれば、図１の三角状の断面形状に限らず、四角 (傾斜壁10a 、10b がL 字状) 、半円 (傾斜壁10a 、10b が円弧状に接続) 等の形状が適宜選択される。
【００４３】
このような本発明構成によれば、前記した通り、衝突方向F に対峙する前面壁2a、2bの壁幅W a 、W b を減少させて幅厚比(W 壁厚t)を減少させ、前面壁2a、2bの曲げ座屈強度を上げる。また、衝突方向に対峙する前記凹部9 と中間壁6 とが衝突荷重F に対し抵抗するので、バンパー補強材が座屈しにくくなる。
【００４５】
したがって、オフセット衝突時のバンパー補強材の中央部8 寄り側を中心とする曲げ変形を受けても、バンパー補強材1aの断面方向の押しつぶれ強度は維持しつつ、バンパー補強材1a全体の曲げ強度を向上させることができる。
【００４６】
そして、バンパー補強材の壁厚を従来よりも小さな値としても（薄肉化しても）、また、オフセット衝突の荷重が大きくても、バンパー補強材の折れ曲りを防止し、オフセット衝突時の衝突エネルギーを自らの断面方向の変形により吸収することができる。
【００４７】
なお、Al合金製バンパー補強材の場合、軽量化のためのAl合金材採用の利点なり目的を達成するためには、壁厚が5mm 以下の薄いAl合金製中空形材からなることが好ましい。この壁厚みが5mm を越えた場合、中空形材であっても、重量と強度との関係からは、鋼材と大差なくなり、軽量化のためのAl合金材採用の利点そのものが損なわれてしまう可能性がある。
したがって、本発明でバンパー補強材壁厚の薄肉化を言う場合には、前記壁厚が5mm 以下であることが薄肉化の目安となる。
【００４８】
本発明のバンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造は、前記中間壁を有するために、車体設計によるバンパー補強材の断面の大きさ (高さ) や、前記強度あるいは衝突エネルギー吸収量などの要求特性に応じて、基本的に断面形状が日形、目形から選択される。
【００４９】
(その他のバンパー補強材の断面形状、構造)
図3 、4 、5 、6 に、本発明バンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造の他の態様を側面図で示す。
【００５０】
図3 のバンパー補強材1bは、前面壁2c、2dが各々衝突方向 (外側、前面) に突き出た (膨らむ) 円弧状となって湾曲している。この前面壁を円弧状に湾曲させることは勿論、後述する図4 、5 などのバンパー補強材にも適用できる。
このように、前面壁2c、2dが各々湾曲していることにより、前面壁2c、2dの曲げ座屈強度 (曲げ剛性) が、直線状の前記図1 の前面壁2a、2bよりも大きくなり、座屈しにくくなるので、より大きなオフセット衝突荷重時のバンパー補強材の折れ曲りを防止するとともに、バンパー補強材のエネルギー吸収量を大きくすることができる。
【００５１】
また、図4 のバンパー補強材1cは、中空断面内に、更に3 個の中空部区画を有するよう、前記側壁4 、5 と平行に二個の中間壁6a、6bが設けられ、前面壁2e、2fと中間壁6a、6bとの接続部分に、衝突方向F に対峙する二個の凹部9a、9bを中空形材1cの長手方向に渡って形成している。
この中間壁や中空部区画および衝突方向F に対峙する凹部の個数を増やす手段は、勿論、前記図1 、3 あるいは後述する図5 などのバンパー補強材にも適用できる。
【００５２】
このように、中間壁を増やして、中空部区画および衝突方向F に対峙する凹部の個数を増やせば、衝突方向F に対峙する前面壁の壁幅をより減少させて幅厚比を減少させ、前面壁の曲げ座屈強度を高めて、座屈応力をより増大させることができる。また、衝突方向F に対峙する凹部と中間壁との衝突荷重の吸収量も大きくなり、座屈しにくくなるので、より大きなオフセット衝突荷重時のバンパー補強材の折れ曲りを防止するとともに、バンパー補強材のエネルギー吸収量を大きくすることができる。
【００５３】
更に、図5 のバンパー補強材1dのように、前面壁2h、2i (後面壁に設けることも可) に、この前面壁2h、2iに面一で、かつ側方に張り出したフランジ部13a 、13b などを有していても良い。このフランジ部を設ける手段は勿論、前記図1 〜4 のバンパー補強材などにも適用できる。
【００５４】
そして、このようにフランジ部13a 、13b を有していることにより、前面壁2h、2iの曲げ座屈強度が、前面壁がその終端において側壁と接続されている図1 〜4 の場合に比して、大きくなり、座屈しにくくなるので、より大きなオフセット衝突荷重時のバンパー補強材の折れ曲りを防止するとともに、バンパー補強材のエネルギー吸収量を大きくすることができる。なお、このフランジ部は、必ずしも、両側方に張り出さずとも、片側のみに張り出すよう設けてもよい。
【００５５】
また、図6 は基本的な構造は図1 のものと同じであるが、後面壁3 に面一で、かつ側方に張り出したフランジ部17a 、17b を有するとともに、側壁4 、5 と後面壁3 との接続部は、断面の内側方向に屈曲する屈曲部16a 、16b を有するように直交させている。
【００５６】
側壁と後面壁とを図1 のように単に直交させた場合、オフセット衝突時の衝突荷重が著しく大きい際には、側壁が断面の外側方向にくの字状に屈曲する可能性があり、圧壊が早まり、エネルギー吸収量が少なくなる、あるいは、バンパー補強材の折れ曲がりが生じやすくなる可能性がある。
【００５７】
これに対して、側壁4 、5 と後面壁3 との接続部に、断面の内側方向に屈曲する屈曲部15a 、15b を設けた場合、衝突荷重が加わった際に、側壁4 、5 が断面の内側方向に屈曲して、圧壊を抑制するため、前記単に直交させた場合に比して、エネルギー吸収量が大きくなり、バンパー補強材の折れ曲がりが生じることもなくなる利点がある。
【００５８】
(ステイ)
本発明に用いるステイは、両端が車体後方に直線的に曲げられた湾曲部を有するバンパー補強材に接合される。このため、筒状の場合はその前面、前面壁がある場合はその前面壁が、前記図2 に示したように、前記バンパー補強材の湾曲部後面に対応した、直線的あるいは曲線的な傾斜状乃至傾斜壁となっていることが望ましい。
【００５９】
そして、ステイの軽量化のためには、ステイ自体も中空の筒体乃至形材であることが好ましい。また、材質については、普通鋼やハイテンなどの鋼材、アルミニウム合金押出形材が適宜選択される。
【００６０】
更にまた、本発明バンパー補強材を予めステイと一体化して、ステイ付バンパー補強材としておくことにより、ステイを介して、サイドメンバーに取り付けることが、極めて容易かつ簡便となる。
【００６１】
前記従来の一体型ステイであれば、これまでは、自動車製造乃至修理側で、▲１▼バンパー補強材へのステイの取り付け、▲２▼サイドメンバーへのステイの取り付け、の2 つの工程を必要としている。そして、バンパー補強材およびサイドメンバーとステイとの各々の接続、固定も、溶接やリベットを主とする接合が必要となるため、非常に煩雑なものとなる。
【００６２】
これに対し、本発明ステイ付バンパー補強材であれば、バンパー補強材とステイとを予め一体化することが可能なので、自動車製造乃至修理側では、前記▲２▼サイドメンバーへのステイの取り付け工程のみでセット可能である。また、バンパー補強材およびサイドメンバーとステイとの各々の接続、固定も簡便にできる利点がある。
【００６３】
(バンパー補強材用Al合金)
本発明バンパー補強材は、前記した通り、軽量化のためのAl合金材採用の利点なり目的を達成するために、壁厚が5mm 以下が好ましい。
このために、本発明バンパー補強材で用いるAl合金は、この軽量化条件を満たした上で、オフセット衝突性に優れる目的のために、5mm 以下の厚みの長尺の中空形材として、折れ曲がりをできるだけ防止できるためにも、車体の鋼製サイドメンバーとの関係で、Al合金の耐力が280MPa以上であるとともに、後述するバンパーステイを構成するAl合金の耐力よりも大きいことが好ましい。
【００６４】
バンパー補強材用Al合金の耐力が280MPa未満の場合、前記本発明のバンパー補強材断面構造としても、オフセット衝突荷重が大きくなった場合、軽量化条件を満たした上で、オフセット衝突性に優れることが難しく、オフセット衝突時の衝突荷重による前記折れ曲がりが生じる可能性がある。
また、バンパー補強材用Al合金の耐力がステイ用Al合金の耐力よりも小さくなった場合も、前記と同様に、オフセット衝突性に優れることは難しく、オフセット衝突時に、前記折れ曲がりが生じる可能性がある。
【００６５】
これに対し、バンパー補強材用Al合金の耐力がステイ用Al合金の耐力よりも大きい場合、オフセット衝突時の衝突荷重に対し、この衝突荷重が加わった側の一方のステイの方が速く圧壊し始めて、バンパー補強材の衝突荷重が加わった側に対する、一種の緩衝部材的な役割を生じる。この緩衝部材的な役割とは、オフセット衝突時の衝突荷重を、ステイが一定の微小な変位 (圧壊変形、座屈) をすることで行われ、バンパー補強材に対する衝突荷重の前記偏りを大幅に緩和して、バンパー補強材の折れ曲がりを防止しつつ、バンパー補強材を受け止めることとなる。
【００６６】
この結果、前記本発明のバンパー補強材断面構造と相まって、5mm 以下の厚みのAl合金製中空形材であっても、また、オフセット衝突時の衝突荷重が、バンパー補強材の一方側のみに偏って加わったとしても、バンパー補強材に、折れ曲がりが生じることなく、断面方向の変形が生じ、大きなエネルギー吸収量が確保される。
【００６７】
これらのバンパー補強材としての要求特性を満足するAl合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、5000系、6000系、7000系等の耐力の比較的高い汎用 (規格)Al 合金から選択して用いられる。ただ、この中でも、A7003S、A7N01Sなどの 7000 系のAl合金押出形材であって、時効処理されたAl合金材が好ましい。
【００６８】
(実施例)
(オフセット衝突試験)
図1 の本発明断面構造を有するバンパー補強材 (矩形中空形材、肉厚4mm 、長さ1300mm、中央直線部560mm 、湾曲部端の変位100mm(車体後方側) 、高さ70mm、前面壁幅 50mm 、壁幅 W a＋W b 80mm) と、溶接された鋼製矩形中空ステイ (肉厚1mm 、長さ150mm 、幅70mm、高さ70mm) とを用い、オフセット衝突試験(15km/hr) を行った。なお、バンパー補強材には耐力305MPaの時効処理されたA7003SAl合金押出形材を用いた。
【００６９】
比較のために、前記図9 に示した従来の日形断面のバンパー補強材 (中間壁および側壁と前面壁との接続を直交させ、前面壁の壁幅を減少させず、前面壁と中間壁との接続部分に凹部を形成せず、単に日形断面とした例) も、他の条件は発明例と同じとしてオフセット衝突試験を行った。
【００７０】
この15km/hr の静的なオフセット衝突試験の概要を図7 または図10に示す。図7 または図10において、1 は供試体であるバンパー補強材、7 はバンパー補強材両端の湾曲部、12は湾曲部裏面に設けられたステイ19がバンパー補強材1 の前面に設けられ、バンパー補強材1 に衝突する部分(40%) オフセットバリアである。
【００７１】
バリア衝突試験およびオフセット衝突試験の際に測定した、発明例と比較例の各バンパー補強材の、▲１▼最大荷重(KN)、▲２▼変位100mm 時のエネルギー吸収量(J) 、▲３▼変位100mm で吸収可能な衝突速度(km/hr) および変形の状態を表1 に示す。
【００７２】
更に、発明例と比較例の、オフセット衝突時 (圧壊時) の荷重- 変位関係を図8 に各々示す。また、前記図7 は発明例の実際の直線的な変形状態を、図10は比較例の実際の折れ曲がりを伴う変形状態を各々示している。
【００７３】
これらの事実から明らかな通り、発明例は、図7 の通り、図10のような折れ曲がりが防止され、表1 および図8(実線が発明例、点線が比較例) に示す通り、一定の変位量内で、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能 (最大荷重、エネルギー、吸収可能な衝突速度) を、いずれも高めることが可能である。また、このオフセット衝突試験の結果は、バリア衝突試験においても、優れた衝突エネルギーの吸収性能 (最大荷重、エネルギー、吸収可能な衝突速度) を示すことを意味している。
【００７４】
これに対し、比較例は、オフセット衝突時の実際の変形状態で図11のような座屈部21および折れ曲がりが発生し、表1 および図8 に示す通り、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能も、発明例に比較して著しく劣っている。
【００７５】
したがって、これら実施例の結果から、本発明の効果と、本発明構成の意義が明らかである。
【００７６】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、湾曲部を両端に有するAl合金製バンパー補強材の場合において、Al合金採用の軽量化の利点を損なわずに、オフセット衝突時の衝突エネルギーの吸収性能を高めたバンパー補強材を提供することができる。
このため、バンパー補強材へのAl合金材の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバンパー補強材の一実施態様を示す斜視図である。
【図２】図1 の本発明に係るバンパー補強材の平面図である。
【図３】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図４】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図５】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図６】本発明に係るバンパー補強材の他の実施態様を示す正面図である。
【図７】本発明バンパー補強材のオフセット衝突後の変形を示す平面図である。
【図８】本発明バンパー補強材のオフセット衝突時の荷重−変位関係を示す説明図である。
【図９】従来のバンパー補強材のを示す正面図である。
【図１０】従来のバンパー補強材のオフセット衝突後の変形を示す平面図である。
【符号の説明】
1:バンパー補強材、2:前面壁、3:後面壁、4 、5:側壁、6:中間壁、7:湾曲部、8:直線部、9:凹部、10、11: 傾斜壁、12: ステイ、
Claims (2)
- アルミニウム合金製中空形材からなり、両端に車体側への湾曲部を有して、この湾曲部背面においてバンパーステイにより支持されるバンパー補強材であって、前記中空形材は、衝突方向に対峙する前面壁と後方に位置する後面壁およびこれらの壁に直交して接続する側壁により、略矩形断面に構成され、この断面内に更に複数の中空部を有するよう前記側壁と平行に中間壁が設けられ、これら中間壁および側壁と前面壁との接続を、傾斜壁によって、前面壁の壁幅を減少させるように行い、前面壁と中間壁との接続部分に凹部を、中空形材の長手方向に渡って形成し、前面壁の幅厚比を減少させて、前面壁の曲げ座屈強度を上げ、オフセット衝突時の曲げ変形荷重を受けた際の、バンパー補強材中央部寄り側の曲げ座屈強度を、前記ステイにより支持されているバンパー補強材湾曲部の側の圧壊強度よりも大きくしたことを特徴とするオフセット衝突性に優れたバンパー補強材。
- 前記バンパーステイとバンパー補強材とが予め一体に接合されている請求項１に記載のオフセット衝突性に優れたバンパー補強材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001026597A JP4035292B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | オフセット衝突性に優れたバンパー補強材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001026597A JP4035292B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | オフセット衝突性に優れたバンパー補強材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002225652A JP2002225652A (ja) | 2002-08-14 |
| JP4035292B2 true JP4035292B2 (ja) | 2008-01-16 |
Family
ID=18891386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001026597A Expired - Fee Related JP4035292B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | オフセット衝突性に優れたバンパー補強材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4035292B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022109798A1 (zh) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 武汉路特斯汽车有限公司 | 一种后防撞梁 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006123892A (ja) * | 2003-05-14 | 2006-05-18 | Kyoraku Co Ltd | 自動車の衝撃吸収体 |
| JP4865379B2 (ja) * | 2006-03-29 | 2012-02-01 | アイシン精機株式会社 | 自動車用バンパ装置 |
| JP5203870B2 (ja) * | 2007-09-26 | 2013-06-05 | 株式会社神戸製鋼所 | 曲げ圧壊特性に優れた自動車車体補強材 |
| JP4904334B2 (ja) * | 2008-12-16 | 2012-03-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 自動車用エネルギ吸収部材 |
| US7837244B2 (en) | 2009-02-12 | 2010-11-23 | Kobe Steel, Ltd. | Automobile body reinforcement with excellent bending crush characteristics |
| CN103213548B (zh) * | 2013-04-28 | 2016-02-03 | 长城汽车股份有限公司 | 前防撞梁、车架和具有其的汽车 |
| CN103231738B (zh) * | 2013-04-28 | 2015-11-18 | 长城汽车股份有限公司 | 用于车辆的车架及具有该车架的汽车 |
| JP6285217B2 (ja) * | 2014-03-05 | 2018-02-28 | 株式会社神戸製鋼所 | 自動車のバンパービーム |
| CN105240677A (zh) * | 2014-07-02 | 2016-01-13 | 湖南杰珂科技有限责任公司 | 一种高性能低耗料的铝合金管材 |
| CN107627981B (zh) * | 2017-09-22 | 2023-09-19 | 天津盛相电子有限公司 | 车用抗震支架 |
| CN108116223A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-05 | 浙江合众新能源汽车有限公司 | 铝合金前横梁 |
-
2001
- 2001-02-02 JP JP2001026597A patent/JP4035292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022109798A1 (zh) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 武汉路特斯汽车有限公司 | 一种后防撞梁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002225652A (ja) | 2002-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9216767B2 (en) | Front axle mounting with crash grooves | |
| US6854795B2 (en) | Automotive side sill reinforcement structure | |
| US7874600B2 (en) | Bumper system for vehicle | |
| KR101166641B1 (ko) | 범퍼 빔 | |
| JP2007523797A (ja) | 自動車用バンパー・ビーム | |
| JP5203870B2 (ja) | 曲げ圧壊特性に優れた自動車車体補強材 | |
| JP4035292B2 (ja) | オフセット衝突性に優れたバンパー補強材 | |
| JP5177397B2 (ja) | バンパー構造体 | |
| JP2004262300A (ja) | バンパーリインフォースメント | |
| JP2006015859A (ja) | 車両の前部車体構造 | |
| JP4787728B2 (ja) | 車体バンパービームおよび車体用衝撃緩衝部材 | |
| JP2006335241A (ja) | バンパステイおよびバンパ装置 | |
| JP5235007B2 (ja) | クラッシュボックス | |
| JP4830017B2 (ja) | 乗用車用バンパー構造体 | |
| JP4015896B2 (ja) | 車体構造材および耐衝突補強材 | |
| US20040135384A1 (en) | Bumper assembly | |
| JP4956081B2 (ja) | 車体バンパービームおよび車体用衝撃緩衝部材 | |
| JP2001225763A (ja) | 車体用エネルギー吸収部材 | |
| JP5102648B2 (ja) | 車両用バンパー構造体 | |
| JP4647805B2 (ja) | 自動車用サイドステップ | |
| JP4297810B2 (ja) | バンパーステイ及びバンパー構造体 | |
| JP4373553B2 (ja) | 車体用エネルギー吸収部材構造 | |
| JP4737757B2 (ja) | バンパー構造体 | |
| JP2006001449A (ja) | 乗用車用バンパー構造体 | |
| JP4904334B2 (ja) | 自動車用エネルギ吸収部材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040401 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070223 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070426 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070717 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070918 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070921 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071023 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071029 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4035292 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |