CN102834641B - 碰撞能量吸收结构体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碰撞能量吸收结构体，其构造不复杂，可进行冲压加工，可得到稳定的变形形状，变形过程中的阻力载荷高且稳定，能量吸收效率高。碰撞能量吸收结构体形成为筒状，在轴方向上变形来吸收碰撞能量，其中，与轴方向垂直的截面形状为相对于截面的中心点对称且非线对称的多角形，将该截面的轮廓设为四角形时的纵横尺寸比小于1.5，且构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下。

Description

碰撞能量吸收结构体

技术领域

本发明涉及在汽车等中使用的碰撞能量吸收结构体。

背景技术

为了缓和碰撞时对乘员或车身的碰撞，在汽车等的车身上设置碰撞时变形来吸收碰撞能量的结构体。作为这种碰撞能量吸收结构体寻求的性能，从考虑到近年来的环境问题的车身轻量化的观点考虑，要求提高能量吸收效率，使截面紧凑或薄壁化。

这样的碰撞能量吸收结构体寻求能量吸收效率高即变形开始后也是变形阻力载荷高且稳定，具有高的能量吸收能。碰撞能量吸收结构体在碰撞时的变形为如图21（a）那样的不稳定变形时，不能充分吸收碰撞能量，因此，如图21（b）所示，寻求如下构造：由处于同心圆状的大小的管状结构体构成，通过相对于轴方向的碰撞载荷一边使小径管没入大径管一边塑性变形，吸收碰撞能量（没入型；例如专利文献1）、或者如图21（c）所示，相对于轴方向的碰撞载荷，结构体呈折皱状地塑性变形（例如专利文献2～7）。

专利文献2～7中的专利文献2中，在结构体的截面设置凹部并形成多角截面，另外，专利文献3中，从截面中心连结各角部，形成具有放射状的框架的截面形状，专利文献4中，具有8字截面构造，且使截面线长、棱线的数量均增加，得到能量吸收效率良好的结构体。专利文献5中，结构体内部具备充填材料，由此提高碰撞吸收性能。

另外，专利文献6、7中，如下所述控制变形形状，即，相对于主要承受碰撞载荷的轴方向沿垂直方向设置凹凸，在承受了包含倾斜载荷的轴方向的冲击时，也连续地压曲，产生图22（c）所示的折皱状的塑性变形。

专利文献

专利文献1：日本特开昭48-1676号公报

专利文献2：日本特开2008-284931号公报

专利文献3：日本特开2001-124128号公报

专利文献4：日本特开2008-296716号公报

专利文献5：日本特开2001-182769号公报

专利文献6：日本特开平2-175452号公报

专利文献7：日本特开2002-104107号公报

发明内容

但是，上述专利文献1所示的没入型的构造复杂，因此，导致成形工序增加，在成本、生产性方面存在问题。

上述专利文献2～7所示的结构体呈折皱状塑性变形的情况存在如下问题。

上述专利文献2的技术作为有效活用有限的空间并提高能量吸收效率的手法是有效的，但在承受包含倾斜载荷的轴方向的冲击时，有时大幅压曲，变形载荷不稳定，这种情况下，能量吸收效率降低。

上述专利文献3、4公开的技术中，截面形状极其复杂，不得不进行锻造加工，相比通常的冲压加工，不仅导致成本增加，而且在生产面上也不利。

上述专利文献5公开的技术中，由于使用充填材料，结构体的重量及成本增加。

上述专利文献6、7公开的技术中，相对于轴方向垂直地设置凹凸部，由此变形形状稳定，但由于通过凹凸部促进变形，所以载荷低且稳定，难以得到能量吸收效率优异的结构体。

本发明是鉴于这样的问题而做出的，其课题在于，提供一种碰撞能量吸收结构体，构造不复杂，可冲压加工，轻量且紧凑，可得到稳定的变形形状，变形过程中的阻力载荷高且稳定，能量吸收效率高。

上述课题通过如下（1）～（6）的发明解决。

（1）一种碰撞能量吸收结构体，其形成为筒状，在轴方向上变形来吸收碰撞能量，其特征在于，

与轴方向垂直的截面的截面形状为相对于截面的中心呈点对称且非线对称的多角形，将该截面的轮廓设为四角形时的纵横尺寸比小于1.5，且构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下。

（2）如（1）所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，在轴方向上形成锥状。

（3）如（1）或（2）所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，在前端部具有沿轴方向凹下的凹部。

（4）如（1）～（3）中任一项所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，所述碰撞能量吸收结构体由对金属板进行冲压而成形的冲压成形材料构成。

（5）如（4）所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，所述碰撞能量吸收结构体将至少两个所述冲压成形材料接合而构成。

（6）如（4）或（5）所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，构成所述冲压成形材料的所述金属板为具有270～1500MPa的拉伸强度的钢板。

发明效果

根据本发明，与轴方向垂直的截面的截面形状相对于截面的中心点对称且非线对称，将截面的轮廓设为四角形时的纵横尺寸比小于1.5，且构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下，因此，可得到稳定的变形形状。因此，能量吸收效率高的碰撞能量吸收结构体可不阻碍生产性而通过冲压加工得到，可实现结构体的紧凑化、轻量化。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的碰撞能量吸收结构体的立体图及剖面图；

图2是表示本发明其它实施方式的碰撞能量吸收结构体的立体图；

图3是表示本发明进而其它实施方式的碰撞能量吸收结构体的立体图；

图4是用于说明图1的碰撞能量吸收结构体的制造方法之一例的图；

图5是用于说明图1的碰撞能量吸收结构体的制造方法的其它例的图；

图6是表示本发明例1的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图7是表示本发明例2的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图8是表示本发明例3的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图9是表示本发明例4的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图10是表示本发明例5的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图11是表示本发明例6的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图12是表示本发明例7的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图13是表示比较例1的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图14是表示比较例2的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图15是表示比较例3的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图16是表示比较例4的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图17是表示比较例5的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图18是表示比较例6的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图19是表示比较例7的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图20是表示比较例8的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线的图；

图21是用于说明碰撞能量吸收结构体的变形方式的图；

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

＜结构体的形状＞

图1表示本发明一实施方式的碰撞能量吸收结构体，（a）是立体图，（b）是剖面图。

如图1（a）所示，本实施方式的碰撞能量吸收结构体基本上由筒状体构成，一端部（例如上端）为碰撞前端，在碰撞物与该碰撞前端发生碰撞时沿轴L的方向发生变形，吸收碰撞能量。

如图1（b）所示，与轴L方向垂直的截面的形状由相对于截面的中心O点对称且非线对称的多角形构成。图表示截面形状为包含凹部的16角形的情况。

通过这样将与轴L垂直的截面的形状设为多角形，可以通过冲压加工来生产，可以使截面线长较长，因此，可以在有限的空间提高碰撞性能。

另外，碰撞时的载荷不限于例如向轴方向输入的情况，也假设到了承受相对于轴方向具有角度的倾斜载荷的情况，在承受了包含这种倾斜载荷的碰撞时，因大幅压曲、或局部弯折而部件的变形不稳定化时，产生变形载荷的降低，能量吸收能显著降低，但通过将与筒状体的轴L垂直的截面的形状设为点对称且非线对称，也包含这种倾斜载荷，可以使压扁时的变形形态稳定，可以得到稳定的碰撞性能。这认为是由于，通过形成为点对称且非线对称，在相对的边的压曲的进行产生偏差，难以产生周期性的大的压曲、横倒、弯折之类的大变形。

形成构成截面的多角形的轮廓的四角形R的纵横尺寸比小于1.5。在此，纵横尺寸比形成为长边／短边（图的例中为a／b）的值。四角形R为正方形（a＝b）的情况下，纵横尺寸比为1，纵横尺寸比未必为1以上。

将形成构成截面的多角形的轮廓的四角形的纵横尺寸比规定为小于1.5也是为了得到稳定的变形，这是因为，随着纵横尺寸比变大、即成为细长的长方形，压扁时容易产生弯折。

另外，构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下。在此，相邻的边的长度之比为长的边／短的边的值。在相邻的两个边的长度相同的情况下，相邻的边的长度之比为1，相邻的边的长度之比必须为1以上。图的例中，相邻的边的长度之比为最大的组合为边L1和边L2的组合（L1＞L2），成为L1/L2≤2.3。

将构成截面的多角形的边中的相邻的边的长度之比设为2.3以下是因为由此变形形态稳定。这认为是大概因为，相邻的边中边长较长的一方容易引起大变形，为抑制这种大变形，相邻的边中的边长较短的一方的边的边长至为重要，在这些相邻的边之间存在最适当的比。

从使变形形态稳定的观点出发，如图2所示，优选将碰撞能量吸收结构体设为在轴方向带有锥形的构造。该情况下的锥形如图所示，优选以从前端（碰撞前端）朝向后端变宽的方式形成。这认为是由于，通过带有锥形能够特定变形开始的部位，稳定地开始变形。

如图3所示，通过在前端（碰撞前端）形成切口这样的凹形状Ｎ，同样也可以特定变形开始的部位，可以稳定地开始变形。

此外，图2所示的带有锥形的构造也可以带有图3所示的凹形状Ｎ。

＜结构体的适用材料＞

本实施方式的碰撞能量吸收结构体优选冲压成形金属板而构成。作为适用的金属板，可列举热轧钢板、冷轧钢板、或对钢板实施了电镀锌或熔融镀锌等镀敷的镀敷钢板，进而可列举不锈钢钢板（SUS）。在熔融镀锌钢板的情况下，也可以实施合金化处理。另外，对于镀敷钢板也可以在镀敷后进一步实施有机皮膜处理。作为钢板，优选具有270～1500MPa的拉伸强度。另外，作为金属板，除钢板外，也可以使用铝、镁、它们的合金等其他金属材料。

＜制造方法＞

其次，说明这种碰撞能量吸收结构体的制造方法的例子。

在此，表示通过冲压成形制造碰撞能量吸收体的情况。图4的例中，如（a）所示，准备两张金属板，使用由冲模及冲头构成的模具将所述金属板如（b）所示那样成形，如（c）所示，将得到的成形品的端面彼此结合，从而得到（d）所示的结构体。具体而言，为了制造图1的结构体，而由两张金属板通过冲压成形制造相同形状的成形品，且将它们接合。图5的例中，使用由冲模及冲头构成的模具将（a）所示的一张金属板如（b）所示那样成形，通过对其进行弯曲加工进行闭截面化，将端部彼此接合，由此得到（c）所示的结构体。用于冲压成形的模具（冲模及冲头）考虑上述截面形状（为相对于截面的中心为点对称且非线对称的多角形，即使该截面的轮廓为四角形时的纵横尺寸比小于1.5且构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下）而进行设计。

图4、图5的例中，说明了通过由一张至两张金属板制造规定截面形状的成形零件并将其接合来制造结构体的情况，但也可以使用三张以上的金属板成形各部位，且将它们接合来制造结构体。作为用于将端面彼此接合的方法，可以采用点焊、激光焊、电弧焊、敛缝、铆钉接合、应用粘接剂等各种方法。

实施例

在此，通过模拟掌握各种形状的碰撞能量吸收结构体的特性。

模拟使用通用的动态显示法软件LS-DYNA ver.971。适用材料为拉伸强度440MPa、板厚为1.6mm的钢板。对于具有本发明的范围内的形状的本发明例1～7的结构体、及脱离本发明的范围的比较例1～8的结构体，模拟使无曲率的平面状的压头以时速15km碰撞时的压扁性能。压扁性能由变形开始后的变形阻力载荷评价，因此，根据压扁距离为20mm～70mm的载荷-行程曲线求取平均载荷，且以每单位重量的平均载荷及变形后的形状进行评价。表1中汇总表示其结果。图6～图12表示本发明例1～7的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线。图13～图20表示比较例1～8的结构体的截面形状、碰撞前后的形状、载荷-行程曲线。表1中，变形形状一栏中，○为连续折皱状变形的情况，×为发生了弯折或周期大的压曲的情况。另外，图6～20中，（a）为截面形状，（b）为碰撞前后的形状，（c）为载荷-行程曲线。如这些所示，确认到了，在本发明的范围内的本发明例1～7中，压扁时连续且稳定地折皱状塑性变形，另外，压扁时的每单位重量的平均载荷高，吸收能量的效率高。另一方面，脱离本发明的范围的比较例1～8中，确认到了，在轴方向产生弯折、周期大的压曲，变形形状不稳定，每单位重量的平均载荷低。

由以上确认到了，如本发明那样，与轴方向垂直的截面的截面形状为相对于截面的中心点对称且非线对称的多角形，将该截面的轮廓设为四角形时的纵横尺寸比小于1.5，且构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下，由此得到稳定的变形形状，且阻力载荷高且稳定，可得到能量吸收效率高的碰撞能量吸收结构体。

表1]

#本发明范围外                    （变形形状）

*行程20～70mm间的每单位重量      ○连续折皱状变形

的平均载荷                       ×产生弯折、周期大的压曲

Claims (5)

1.一种碰撞能量吸收结构体，其形成为筒状，在轴方向上变形来吸收碰撞能量，其特征在于，

与轴方向垂直的截面的截面形状为相对于截面的中心呈点对称且非线对称的多角形，该截面的轮廓设为纵横尺寸比小于1.5的四角形，且构成截面的多角形的边中相邻的边的长度之比为2.3以下，

所述碰撞能量吸收结构体由对金属板进行冲压而成形的冲压成形材料构成。

2.如权利要求1所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，在轴方向上形成锥状。

3.如权利要求1或2所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，在前端部具有沿轴方向凹下的凹部。

4.如权利要求1所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，所述碰撞能量吸收结构体将至少两个所述冲压成形材料接合而构成。

5.如权利要求1或4所述的碰撞能量吸收结构体，其特征在于，构成所述冲压成形材料的所述金属板为具有270～1500MPa的拉伸强度的钢板。