JP2004090910A - Energy absorbing member for personal protection and bumper reinforcement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行者や自動車乗員などの人間を車体衝突時の衝撃から保護する機能を持つ、対人保護用エネルギー吸収部材および歩行者保護用のバンパー補強材に関するものである。 The present invention relates to an energy absorbing member for protecting a person and a bumper reinforcing material for protecting a pedestrian, which has a function of protecting a person such as a pedestrian or a vehicle occupant from an impact in a vehicle body collision.
歩行者保護の場合を例にとると、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。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。 In the case of pedestrian protection, for example, the inside of the bumpers attached to the front end (front) and the rear end (rear) of a car body such as a car has bumper reinforcement (bumper reinforcement or Bumper armatures). As is well known, the bumper reinforcing member is disposed between the bumper and the vehicle body so as to extend substantially horizontally with respect to the vehicle body and parallel to the vehicle width direction. The mounting of these bumper reinforcements to the vehicle body is performed by connecting them to body frames (vehicle members) of a frame member in the vehicle front-rear direction such as a front side member and a rear side member. The vehicle body is fixed to the front or rear side members of the vehicle body directly or at the rear end thereof or via a vehicle body connecting member such as a bumper stay.
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。 As is well known, the bumper reinforcing member constitutes an energy absorbing member for the vehicle body in the event of a collision between the bumper and the vehicle body from the front or rear of the vehicle, or from the front or rear. Therefore, a bumper reinforcing material as an energy absorbing member for a vehicle body must have the ability to protect the vehicle body by absorbing the external force energy (collision energy) applied by the vehicle body collision through its own bending deformation and cross-sectional deformation. Have been.
近年、自動車のバンパーには、歩行者と衝突することを想定し、歩行者の特に脚部 (下肢、以下膝とも言う) を保護するような性能が求められるようになっている。このような歩行者の特に脚部を保護する場合、バンパーが、歩行者衝突により加わった衝突エネルギーを吸収して、歩行者の脚部を保護する性能が求められる。 2. Description of the Related Art In recent years, a bumper of an automobile has been required to have a performance that protects a pedestrian's leg (lower limb, hereinafter also referred to as a knee), especially in consideration of a collision with a pedestrian. In the case of protecting such a pedestrian's legs in particular, it is required that the bumper absorbs the collision energy added by the pedestrian collision and protects the pedestrian's legs.
しかし、バンパーにおける前記バンパー補強材は、車体同士や車体と他の構造物などとの衝突により加わった衝突エネルギーを吸収して、車体を保護するものであり、一定の高い剛性・強度が必要である。これに対し、歩行者の脚部を保護する場合には、前記車体同士や車体と他の構造物などとの衝突時よりも遥かに小さい衝突荷重で、バンパー補強材が曲げ変形および断面方向に変形して、エネルギーを吸収する必要がある。しかし、これでは、前記車体同士や車体と他の構造物などとの衝突時には、バンパー補強材の剛性や圧壊強度が弱くなり過ぎ、衝突エネルギーの吸収ができず、本来の目的である車体を保護することができない。 However, the bumper reinforcing material in the bumper protects the vehicle body by absorbing the collision energy added by collision between the vehicle bodies or between the vehicle body and other structures, and requires a certain high rigidity and strength. is there. On the other hand, when protecting the pedestrian's legs, the bumper reinforcing material is bent and deformed in the cross-sectional direction with a collision load much smaller than the collision between the vehicle bodies or between the vehicle body and other structures. It needs to deform and absorb energy. However, in this case, at the time of collision between the vehicle bodies or between the vehicle body and other structures, the rigidity and crushing strength of the bumper reinforcing material become too weak, so that the collision energy cannot be absorbed, and the original purpose of the vehicle body is protected. Can not do it.
したがって、バンパー補強材にとって、車体同士や車体と他の構造物などとの衝突時のエネルギー吸収と、歩行者との衝突時のエネルギー吸収とは、相容れない技術的な課題となる。このため、衝撃吸収装置やエアバックを設けるなどのアイデアとしては従来から種々提案されているものの、通常は、バンパー補強材の車体前面側であってバンパーカバーの裏側に、発泡ウレタン材や発泡スチロール材などの比較的厚いアブソーバ（クッション材、エネルギー吸収部材）を設けることによって対応してきた (例えば特許文献１、２、３のエネルギー吸収部材参照）。
しかし、これらアブソーバ（クッション材）の、歩行者との衝突時のエネルギー吸収量には大きな限界がある。即ち、バンパー補強材の車体前面側とバンパーカバーとの間の距離 (隙間) には、車体設計上自ずと限界があり、設置するアブソーバの厚みにも限界がある。 However, there is a large limit to the amount of energy absorbed by these absorbers (cushion material) at the time of collision with a pedestrian. That is, the distance (gap) between the front side of the vehicle body of the bumper reinforcing material and the bumper cover is naturally limited by the vehicle body design, and the thickness of the installed absorber is also limited.
このため、歩行者との衝突時に、厚み方向に収縮して衝突時のエネルギーを吸収する方式のアブソーバは、衝突時のエネルギー吸収量に大きな限界がある。また、車体設計上の問題からアブソーバの厚みを小さくしすぎた場合、厚み方向に収縮したアブソーバの密度と剛性が急激に高くなって、剛体として機能してしまい、却って、歩行者の脚部に過剰な反力を与える可能性もある。したがって、バンパー内において、これらアブソーバに代わる、あるいは、これらアブソーバと併用して、歩行者との衝突時に衝突エネルギーを吸収する適切な手段が求められていたのが実情である。 Therefore, the absorber of the type that contracts in the thickness direction to absorb energy at the time of collision with a pedestrian has a large limit in the amount of energy absorption at the time of collision. Also, if the thickness of the absorber is made too small due to the problem of vehicle body design, the density and rigidity of the absorber contracted in the thickness direction will suddenly increase, and it will function as a rigid body, and on the pedestrian's leg instead. Excessive reaction force may be applied. Therefore, in reality, an appropriate means for absorbing the collision energy at the time of a collision with a pedestrian has been demanded in the bumper in place of or in combination with these absorbers.
また、この点は、車体衝突時に乗員の膝を保護する、ニープロテクタなどとも称される、アルミニウム合金中空形材製などの乗員保護用部材でも同様である。従来から、自動車などの車体には、車体衝突時に乗員の膝を保護する、ニープロテクタなどとも称される、アルミニウム合金中空形材製などの乗員保護用部材が前座席の前方に設けられている。このような従来のアルミニウム合金中空押出形材などから一体的に形成される隔壁では、乗員保護用部材としての要求性能を発揮できる隔壁の長さには限界がある。したがって、この隔壁長さに対応する車体にしか適用できず、適用できる車種には大きな制約があったのが実情である。また、乗員の膝衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保することと、ダメージを与えない荷重しか乗員の膝に負荷しないこととの両立が困難であった。 The same applies to a member for protecting an occupant, such as a knee protector or the like, made of an aluminum alloy hollow member, which protects the occupant's knee in the event of a vehicle collision. BACKGROUND ART Conventionally, a vehicle body such as an automobile is provided with an occupant protection member, such as a knee protector or the like, made of an aluminum alloy hollow profile or the like, which protects an occupant's knee in the event of a vehicle collision, in front of a front seat. . In such a conventional partition wall integrally formed from a hollow extruded aluminum alloy material, there is a limit to the length of the partition wall that can exhibit the required performance as an occupant protection member. Therefore, the present invention can be applied only to the vehicle body corresponding to the partition wall length, and there is a great restriction on the applicable vehicle type. In addition, it has been difficult to achieve both a sufficient amount of energy absorption necessary for an occupant's knee collision and a load that does not cause damage to the occupant's knee.
したがって、本発明の目的は、歩行者や自動車乗員などの人間を確実に保護する機能を持つ対人保護用エネルギー吸収部材を提供しようとするものである。また、バンパー補強材の本来の機能を低下させずに、歩行者保護の機能を新たに追加したバンパー補強材を提供しようとするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an energy absorbing member for protecting a person, which has a function of reliably protecting a person such as a pedestrian or a vehicle occupant. It is another object of the present invention to provide a bumper reinforcement having a new pedestrian protection function without lowering the original function of the bumper reinforcement.
この目的を達成するために、本発明対人保護用エネルギー吸収部材の要旨は、自動車に設けられる対人保護用エネルギー吸収部材であって、車体前後方向に略平行に設けられた前面フランジと後面フランジおよびこれらのフランジ間をつなぐ略平行に設けられた左右のウエブとから構成されるとともに、前記各ウエブは各々外側方に向かって湾曲しているアルミニウム合金中空形材からなることである。 In order to achieve this object, the gist of the energy absorbing member for personal protection according to the present invention is an energy absorbing member for personal protection provided in an automobile, and a front flange and a rear flange provided substantially in parallel to the vehicle longitudinal direction and Each of the webs is made of an aluminum alloy hollow profile which is curved outwardly, and comprises left and right webs provided substantially in parallel connecting these flanges.
本発明対人保護用エネルギー吸収部材は、歩行者保護用としては、歩行者保護用バンパー補強材の前面 (衝突面）側に取り付けられる。即ち、本発明では、前記従来のアブソーバに代わる、あるいは、これらアブソーバと併用して、歩行者との衝突時に衝突エネルギーを吸収する手段として、バンパー補強材前面に、アルミニウム合金中空形材からなるエネルギー吸収部材を取り付けられる。 The energy absorbing member for personal protection according to the present invention is attached to the front (collision surface) side of the pedestrian protection bumper reinforcing material for pedestrian protection. That is, in the present invention, as a means for absorbing the collision energy at the time of a collision with a pedestrian in place of or in combination with the conventional absorber, an energy source made of an aluminum alloy hollow material is provided in front of the bumper reinforcement. An absorbing member can be attached.
また、本発明対人保護用エネルギー吸収部材は、乗員保護用としては、乗員と車体との間にあって、保護すべき乗員の膝の位置に対して向き合うように、乗員の膝( 自動車前座席) の前方に配置される。 Further, the energy absorbing member for personal protection according to the present invention is provided between the occupant and the vehicle body to protect the occupant's knee (automotive front seat) so as to face the position of the occupant's knee to be protected. It is placed forward.
この対人保護用エネルギー吸収部材としてのアルミニウム合金中空形材の構造を工夫しない限り、歩行者や乗員の膝との車体衝突時に、衝突エネルギーを適切に吸収できずに、従来のアブソーバや、従来のニープロテクタなどと同じ欠点を持ち得る。 Unless the structure of the aluminum alloy hollow profile is used as an energy absorbing member for personal protection, the conventional absorbers and conventional absorbers cannot absorb the collision energy properly at the time of collision with the knees of pedestrians and occupants. Can have the same disadvantages as knee protectors.
このため、本発明では、対人保護用エネルギー吸収部材を、車体前後方向に略平行に設けられた前面フランジと後面フランジ、およびこれらのフランジ間をつなぐ略平行に設けられた左右のウエブとから構成され、前記後面フランジはバンパー補強材の前面壁に接合される基本的な構造とし、更に、前記各ウエブを各々左右の外側方 (外方) に向かって湾曲させているような、アルミニウム合金中空形材とすることを特徴とする。 For this reason, in the present invention, the energy absorbing member for protecting persons is constituted by a front flange and a rear flange provided substantially parallel to the front-rear direction of the vehicle body, and left and right webs provided substantially parallel to each other connecting these flanges. The rear flange has a basic structure joined to the front wall of the bumper reinforcing material, and further, an aluminum alloy hollow such that each of the webs is curved toward the left and right outer sides (outside). It is characterized in that it is shaped.
これによって、エネルギー吸収部材の、対人衝突を想定した際の荷重変位における、最大荷重を低くすることができ、対人衝突に見合った低い衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。 As a result, it is possible to lower the maximum load of the energy absorbing member in a load displacement when an interpersonal collision is assumed, and to cause a deformation in a cross-sectional direction necessary for energy absorption with a low collision load corresponding to the interpersonal collision. it can.
また、前記断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブの破断などが起こらず、荷重低下量が極めて少なく、継続的にエネルギー吸収が行われ、対人保護に必要なエネルギー吸収量を確保することができる。 In addition, even if the displacement due to the deformation in the cross-sectional direction progresses, particularly, the web does not break, the load reduction is extremely small, energy is continuously absorbed, and the energy absorption necessary for personal protection is secured. Can be.
更に、これらの対人保護用エネルギー吸収部材の作用は、全て、このエネルギー吸収部材が取り付けられる、あるいは支持する自動車部材 (車体) の圧壊強度や剛性よりも、遥かに低いレベルで行われる。このため、これら対人保護用エネルギー吸収部材の作用中には、エネルギー吸収部材が取り付けられる自動車部材自体には、何ら影響が無い。このエネルギー吸収部材が取り付けられる乃至支持する部材とは、歩行者保護用ではバンパー補強材、乗員保護用ではポール状のインパネ補強部材となる。したがって、例えば歩行者衝突後にバンパーを修理する場合でも、バンパー補強材やステイなどを取り代える必要は全く無く、付加したこれらエネルギー吸収部材のみの交換で済み、非常に経済的である。この点は、乗員保護用でも同様であり、乗員の膝が衝突後にニープロテクタを修理する場合でも、インパネ補強部材などを取り代える必要は全く無く、付加したこれらニープロテクタのみの交換で済む。 Furthermore, all of the functions of these energy absorbing members for personal protection are performed at a level much lower than the crushing strength and rigidity of the automobile member (vehicle body) to which the energy absorbing member is attached or supported. For this reason, during the operation of the energy absorbing member for protecting persons, there is no effect on the automobile member itself to which the energy absorbing member is attached. The member to which the energy absorbing member is attached or supported is a bumper reinforcing member for pedestrian protection, and a pole-shaped instrument panel reinforcing member for occupant protection. Therefore, for example, even when the bumper is repaired after a pedestrian collision, there is no need to replace the bumper reinforcing material, the stay or the like, and only the added energy absorbing members need be replaced, which is very economical. This point is the same for the protection of the occupant. Even when the knee protector is repaired after the collision of the occupant's knee, there is no need to replace the instrument panel reinforcing member or the like, and only the added knee protector can be replaced.
以下、本発明の内、歩行者保護用エネルギー吸収部材乃至歩行者保護用のバンパー補強材の実施の形態について、図面を用いて以下に詳述する。なお、以下の説明において、歩行者保護用エネルギー吸収部材に言えるあるいは適用できることは、乗員保護用エネルギー吸収部材についても同様に言えるあるいは適用できる。 Hereinafter, embodiments of the energy absorbing member for protecting a pedestrian or the bumper reinforcing material for protecting a pedestrian of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, what can be said or applied to the energy absorbing member for pedestrian protection can be similarly applied or applicable to the energy absorbing member for occupant protection.
先ず、本発明において、バンパー補強材の前面に取り付けられるエネルギー吸収部材の実施態様を図1 、2 に示す。図1 、2 は各々本発明に係るエネルギー吸収部材の平面図である。図1 、2 のエネルギー吸収部材1a、1bは、基本的な構造として、各々車体前後方向に略平行に設けられた前面フランジ2 と後面フランジ3 、およびこれらのフランジ間をつなぐ略平行に設けられた左右のウエブ4 、4 とからなる一体のアルミニウム合金中空形材により構成される。なお、前面乃至後面とは、車体前後方向 (車体長手方向) 乃至車体衝突方向 (矢印F)に対する位置関係で表している。 First, in the present invention, an embodiment of an energy absorbing member attached to the front surface of a bumper reinforcing member is shown in FIGS. 1 and 2 are plan views of the energy absorbing member according to the present invention. The energy absorbing members 1a and 1b shown in FIGS. 1 and 2 have a basic structure in which a front flange 2 and a rear flange 3, which are respectively provided substantially in parallel with the front-rear direction of the vehicle, and are provided substantially in parallel to connect these flanges. It is constituted by an integral aluminum alloy hollow profile comprising left and right webs 4 and 4. In addition, the front surface to the rear surface are represented by a positional relationship with respect to a vehicle front-rear direction (vehicle longitudinal direction) to a vehicle collision direction (arrow F).
縦方向の直線状の前面フランジ (前面縦壁部)2と、縦方向の直線状の後面フランジ (後面壁部)3とは、車体前後方向に間隔を設けて平行に配列され、これらのフランジに、これらのフランジに一定角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 で交差する形で、車体幅方向 (左右方向) に間隔を設けて配置された左右のウエブ4 、4 が交わり、フランジ間をつないでいる。 The vertical straight front flange (front vertical wall) 2 and the vertical straight rear flange (rear wall) 3 are arranged in parallel in the vehicle longitudinal direction with an interval therebetween. The right and left webs 4, 4 arranged at intervals in the vehicle width direction (left and right direction) intersect these flanges at fixed angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 They are connecting.
そして、各前面フランジ2 と各後面フランジ3 とは、車体幅方向に張り出した張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。 Each front flange 2 and each rear flange 3 have projecting flanges 2a, 2b and 3a, 3b projecting in the vehicle width direction, respectively.
ここにおいて、前記各ウエブ4 、4 は各々図の左右方向の外側方に向かって円弧状に湾曲するとともに、更に、各ウエブ4 、4 の略中央部には、各々外側方に向かって凸状に張り出した屈曲部5 、5 が形成されている点が特徴的である。これらの要件によって、図1 、2 のエネルギー吸収部材1a、1bは、略菱形形状を有している。なお、本発明では、各ウエブ4 、4 の円弧状の湾曲方向を、外側方としているが、これは向かい合うウエブ4 、4 同士の、内側方向ではなく、外側方向に向かう意味である。そして、車体に対する湾曲方向は、バンパー補強材の前面への取り付け方にもより、後述する図3 では、前記外側方とは車体の上下方向、後述する図4 では、前記外側方とは車体の幅方向となる。 Here, each of the webs 4, 4 is curved in an arc shape toward the outside in the left-right direction of the drawing, and further, at a substantially central portion of each of the webs 4, 4, each of the webs 4, 4 has a convex shape toward the outside. A characteristic feature is that bent portions 5, 5 that protrude from each other are formed. Due to these requirements, the energy absorbing members 1a and 1b in FIGS. 1 and 2 have a substantially rhombic shape. In the present invention, the arc-shaped bending direction of each of the webs 4, 4 is outward, but this means that the opposing webs 4, 4 are not directed inward but outward. The bending direction with respect to the vehicle body depends on how to attach the bumper reinforcing material to the front surface. In FIG. 3 described below, the outside is the vertical direction of the vehicle body, and in FIG. It becomes the width direction.
このウエブ4 、4 の、外側方への円弧状の湾曲 (膨らみ) と略中央部の屈曲部5 、5 との相乗作用によって、荷重方向を示す矢印F から歩行者衝突による荷重がかかった際、各ウエブ4 、4 は、後述する図7 、9 に、荷重変形状態の経時変化を示す通り、屈曲部5 、5 を中心として外方へ広がるように、また、前面フランジ2 が後面フランジ3 側に接近するように、言わば電車のパンタグラフ状に、断面方向に変形する。そして、前記ウエブ4 、4 の略中央部の屈曲部5 、5 は、このような作用を助長し、円弧状の湾曲との相乗作用を発揮するため、歩行者保護性がより要求される用途に対して設けることが好ましい。 When a load due to a pedestrian collision is applied from the arrow F indicating the load direction due to the synergistic action of the outwardly curved (bulging) arcs of the webs 4 and 4 and the bent portions 5 and 5 at the substantially central portion. As shown in FIGS. 7 and 9 described later, the webs 4 and 4 are spread outward around the bent portions 5 and 5 and the front flange 2 is It is deformed in the cross-sectional direction so as to approach the side, so to speak, like a pantograph of a train. The bent portions 5, 5 in the substantially central portions of the webs 4, 4 promote such an action, and exhibit a synergistic action with an arcuate curve, so that the pedestrian protection is more required. Is preferably provided.
この円弧状の湾曲が無く、例えば、ウエブ4 、4 が直線状であれば、歩行者の衝突による曲げ変形開始時に大きな荷重が必要となり、本発明の前記作用が生じず、歩行者保護用のエネルギー吸収部材となり得ない。また、ウエブ4 、4 が逆に内側に凹む円弧状などの形状であれば、変形途中にウエブ4 、4 同士が接触して、荷重が上昇してしまい、同じく本発明の前記作用が生じず、歩行者保護用のエネルギー吸収部材となり得ない。 If the webs 4, 4 are straight without this arc-shaped curvature, for example, a large load is required at the start of bending deformation due to a pedestrian collision, and the above-mentioned effects of the present invention do not occur, and the pedestrian protection It cannot be an energy absorbing member. On the other hand, if the webs 4 and 4 have a shape such as an arc shape that is recessed inward, the webs 4 and 4 come into contact with each other during deformation and the load increases, and the same effect of the present invention does not occur. It cannot be an energy absorbing member for pedestrian protection.
図10に、エネルギー吸収部材1a、1bの静的圧壊解析における荷重変位曲線、図14に、エネルギー吸収部材1bの2 次元衝突解析における荷重変位曲線を各々示す。これらの図に示す通り、エネルギー吸収部材1a、1bは、荷重変位乃至加速度変位における最大荷重乃至最大加速度を低くすることができ、歩行者衝突に見合った適切な衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。また、エネルギー吸収部材1a、1bの前記断面方向の変形による変位が進んでも、特にウエブの破断などが起こらず、荷重低下量が極めて少なく、継続的にエネルギー吸収が行われ、歩行者の保護に必要なエネルギー吸収量を確保することができる。 FIG. 10 shows a load displacement curve in a static crush analysis of the energy absorbing members 1a and 1b, and FIG. 14 shows a load displacement curve in a two-dimensional collision analysis of the energy absorbing member 1b. As shown in these figures, the energy absorbing members 1a and 1b can reduce the maximum load or the maximum acceleration in the load displacement or the acceleration displacement, and have a cross section required for energy absorption with an appropriate collision load appropriate for a pedestrian collision. Directional deformation can occur. In addition, even if the displacement due to the deformation in the cross-sectional direction of the energy absorbing members 1a and 1b proceeds, the web does not particularly break, the load reduction is extremely small, energy is continuously absorbed, and protection of pedestrians is achieved. The required amount of energy absorption can be secured.
言い換えると、これらの図10、14におけるエネルギー吸収部材1a、1bの荷重変位曲線乃至加速度変位曲線は、エネルギー吸収部材の歩行者保護のために好ましい特性である、歩行者衝突を想定した際の荷重変位における最大荷重乃至最大加速度が低く、しかも30mmの変位内における荷重低下量が少ない状態を示している。 In other words, the load displacement curve or acceleration displacement curve of the energy absorbing members 1a and 1b in FIGS. 10 and 14 is a preferable characteristic for protecting the pedestrian of the energy absorbing member. This shows a state where the maximum load or the maximum acceleration in the displacement is low, and the load reduction amount within the displacement of 30 mm is small.
本発明エネルギー吸収部材は、このような効果を有するため、従来のアブソーバの使用を無くすか、使用量を減らすことができる。したがって、本発明エネルギー吸収部材は、アルミニウム合金中空形材により構成されるために、元々軽量であるとともに、本発明エネルギー吸収部材の採用によっての重量増加を最小限に抑える効果も有する。 Since the energy absorbing member of the present invention has such an effect, it is possible to eliminate the use of the conventional absorber or reduce the amount of use. Therefore, since the energy absorbing member of the present invention is made of an aluminum alloy hollow material, it is originally light in weight and has an effect of minimizing a weight increase by adopting the energy absorbing member of the present invention.
ここで、ウエブ4 、4 の、前記円弧状の湾曲は、前記外方へ広がるような断面変形を保証するために、前面フランジ内面2cと左右のウエブ各外面4aとの交差する角度θ1 、θ2 および望ましくは後面フランジ内面3cと左右のウエブ各外面4aとの交差する角度θ3 、θ4 が45度以内であることが好ましい。これらのウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 の調整によって、エネルギー吸収部材の荷重変位における最大荷重と荷重低下量とを制御可能であるが、この交差する角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 が45度を越えた場合、初期の荷重ピークが立ちやすく、かつ歩行者衝突時の荷重負荷の状態( 前面フランジ2 に対する偏った荷重負荷など) によっては、変形の際に破断しやすくなる。この破断現象が生じた場合、荷重低下が起こり、歩行者保護に必要なエネルギー吸収量を確保することが困難となる。 Here, the arcuate curvature of the webs 4, 4, the crossing angle θ 1 between the front flange inner surface 2 c and the left and right web outer surfaces 4 a, in order to guarantee the cross-sectional deformation to spread outward, theta 2 and preferably the angle theta 3 at the intersection of the rear flange inner surface 3c and the right and left of the web each outer surface 4a, theta 4 is preferably not less than 45 degrees. By adjusting these web angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 , it is possible to control the maximum load and the load reduction amount in the load displacement of the energy absorbing member, but the intersection angles θ 1 , θ 2 , If θ 3 and θ 4 exceed 45 degrees, the initial load peak tends to rise, and depending on the state of the load at the time of a pedestrian collision (such as the uneven load applied to the front flange 2), it will break upon deformation. Easier to do. When this break phenomenon occurs, the load decreases, and it becomes difficult to secure the energy absorption amount necessary for pedestrian protection.
このウエブ4 、4 の各々左右の外側方 (車体幅方向) に向かって円弧状に湾曲する態様につき、本発明の他の実施態様を図5 、6 に平面図で示す。図5(a)、(b) 、(c) の各エネルギー吸収部材1c、1d、1e、図6 の(a) 、(b) 、(c) の各エネルギー吸収部材1f、1g、1hは、前記図1 、2 の本発明エネルギー吸収部材1a、1bと基本的な構造は同じであり、各々車体前後方向に略平行に設けられた前面フランジ2 と後面フランジ3 およびこれらのフランジ間をつなぐ略平行に設けられた左右のウエブ4 、4 とから構成される。そして、各前面フランジ2 と各後面フランジ3 とは、車体幅方向に張り出した張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。 FIGS. 5 and 6 are plan views showing another embodiment of the present invention, in which each of the webs 4 and 4 is curved in an arc shape toward the left and right outer sides (vehicle width direction). Each of the energy absorbing members 1c, 1d, 1e in FIGS. 5 (a), (b), (c) and each of the energy absorbing members 1f, 1g, 1h in (a), (b), (c) of FIG. The basic structure of the energy absorbing members 1a and 1b of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is the same, and a front flange 2 and a rear flange 3 provided substantially parallel to the longitudinal direction of the vehicle body, and a connection between these flanges. It comprises left and right webs 4, 4 provided in parallel. Each front flange 2 and each rear flange 3 have projecting flanges 2a, 2b and 3a, 3b projecting in the vehicle width direction, respectively.
これら各エネルギー吸収部材は、前記エネルギー吸収部材1a、1bと同様に、前記各ウエブ4 、4 は各々左右の外側方 (外方) に向かって円弧状に湾曲する構成を有している。ここにおいて、図5(a)、(b) 、(c) の各エネルギー吸収部材1c、1d、1eの相互間と、図6 (a) 、(b) 、(c) の各エネルギー吸収部材1f、1g、1hの相互間の形状の違いを比較すると、エネルギー吸収部材1c、1d、1eの順に、また、エネルギー吸収部材1f、1g、1hのの順に、より左右の外側方に向かっての円弧状の湾曲度合いが大きく、言い換えると、ウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 が順次小さくなっている。これらのウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 は全て45度以内であり、前記した通り、これらのウエブ角度の調整によって、エネルギー吸収部材の荷重変位における最大荷重と荷重低下量とを制御可能である。 Each of these energy absorbing members has a configuration in which each of the webs 4, 4 is curved in an arc shape toward the left and right outer sides (outward), similarly to the energy absorbing members 1a, 1b. Here, the space between the energy absorbing members 1c, 1d, and 1e in FIGS. 5A, 5B, and 5C, and the energy absorbing member 1f in FIGS. 6A, 6B, and 6C. , 1g, 1h, the difference in shape between the energy absorbing members 1c, 1d, 1e in order, and in the order of energy absorbing members 1f, 1g, 1h, the circle toward the left and right more outward. The degree of arc-like curvature is large, in other words, the web angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 are sequentially reduced. These web angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 are all within 45 degrees, and as described above, by adjusting these web angles, the maximum load and the load reduction in the load displacement of the energy absorbing member can be reduced. It can be controlled.
但し、これら各エネルギー吸収部材は、各ウエブの略中央部には、前記エネルギー吸収部材1a、1bのような、外側方に向かって凸状に張り出した屈曲部が形成されていない。このため、エネルギー吸収部材1c、1d、1e、1f、1g、1hは、平面的に見て、略円形、略楕円形の形状を有している。これらの構造の結果、荷重方向を示す矢印F から歩行者衝突による荷重がかかった際、エネルギー吸収部材1c、1d、1e、1f、1g、1hの各ウエブ4 、4 は、後述する図9 に変形状態の経時変化を示す通り、前記エネルギー吸収部材1a、1bの場合と同様に、外方へ広がるように断面方向に変形する。 However, in each of these energy absorbing members, a bent portion that protrudes outward is not formed substantially at the center of each web, like the energy absorbing members 1a and 1b. For this reason, the energy absorbing members 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, and 1h have a substantially circular or substantially elliptical shape in plan view. As a result of these structures, when a load due to a pedestrian collision is applied from the arrow F indicating the load direction, the webs 4, 4 of the energy absorbing members 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h are shown in FIG. As shown in the time-dependent change of the deformed state, as in the case of the energy absorbing members 1a and 1b, the member is deformed in the cross-sectional direction so as to spread outward.
しかし、図10の荷重変位曲線、図14の荷重変位曲線に示す通り、エネルギー吸収部材1f、1gは(1c 、1d、1e、1hも同様に) 、前記エネルギー吸収部材1a、1bに比して、荷重変位乃至加速度変位における最大荷重乃至最大加速度が比較的高くなる。また、荷重の低下量も比較的大きい。この差は、エネルギー吸収部材1f、1gが、前記エネルギー吸収部材1a、1bのような略中央部の屈曲部5 、5 が無いことにより生じる。ただ、歩行者保護のために、荷重変位乃至加速度変位における最大荷重乃至最大加速度が比較的高いものが求められる場合には、好適であり、前記エネルギー吸収部材1a、1bと、これら特性の違いによって適宜使い分けることができる。 However, as shown in the load-displacement curve of FIG. 10 and the load-displacement curve of FIG. 14, the energy absorbing members 1f and 1g (similarly, 1c, 1d, 1e, and 1h) are compared with the energy absorbing members 1a and 1b. Accordingly, the maximum load or the maximum acceleration in the load displacement or the acceleration displacement becomes relatively high. Also, the amount of decrease in load is relatively large. This difference occurs because the energy absorbing members 1f and 1g do not have the bent portions 5 and 5 at the substantially central portion like the energy absorbing members 1a and 1b. However, in order to protect the pedestrian, it is preferable that the maximum load or the maximum acceleration in the load displacement or the acceleration displacement is relatively high, which is preferable, and the energy absorbing members 1a and 1b and the difference in these characteristics are preferable. They can be used properly as appropriate.
次に、これら本発明エネルギー吸収部材は、前記1a、1bを含めて、各前面フランジ2 と各後面フランジ3 とに、前記した両外側方に向かう (車体幅方向に張り出した) 張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有する。この張出フランジ2a、2bと3a、3bは、各フランジに対し、いずれか片方にあっても、あるいは両側方に全く無くても良い。ただ、この張出フランジ2a、2bと3a、3bには以下に説明する利点があり、あった方が好ましい。 Next, these energy absorbing members of the present invention, including the above-mentioned 1a and 1b, are provided on each of the front flanges 2 and each of the rear flanges 3 with the above-mentioned projecting flanges 2a extending toward both outer sides (projecting in the vehicle width direction). , 2b, 3a, and 3b, respectively. The overhanging flanges 2a, 2b and 3a, 3b may be provided on either one of the flanges or not on both sides. However, the overhang flanges 2a, 2b and 3a, 3b have the advantages described below, and are preferably present.
この張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有することで、前面フランジ2 と後面フランジ3 とは、充分な壁面積をもって、歩行者の衝突に応対することができる。即ち、歩行者の衝突によって、前面フランジ2 に Fの方向から衝撃が加わった場合でも、荷重変位における最大荷重は低いものの、前面フランジ2 の曲げ剛性が大きくなり、圧壊乃至損壊を防止できる点で好ましい。また、歩行者の衝突位置が異なったとしても、あるいは歩行者の衝突位置がフランジ中心点からずれたとしても、同様に、エネルギー吸収できる点で好ましい。 By having the projecting flanges 2a, 2b and 3a, 3b, the front flange 2 and the rear flange 3 can respond to a pedestrian collision with a sufficient wall area. That is, even when an impact is applied to the front flange 2 from the direction F by a pedestrian collision, although the maximum load in the load displacement is low, the bending rigidity of the front flange 2 is increased, so that crushing or damage can be prevented. preferable. Even if the collision position of the pedestrian is different, or if the collision position of the pedestrian deviates from the center point of the flange, it is similarly preferable in that energy can be absorbed.
また、後面フランジ3 の張出フランジ3a、3bの部分で、後述するように、パンパー補強材と溶接あるいはボルトなどの機械的な接合が簡便にでき、接合性や接合作業性の点からも好ましい。 Further, at the portions of the overhang flanges 3a and 3b of the rear flange 3, mechanical bonding such as welding or bolts can be easily performed with the bumper reinforcing material as described later, which is preferable also from the viewpoint of bonding and bonding workability. .
なお、前面フランジ2 と後面フランジ3 は、必ずしも直線状でなくとも、外側や内側に膨らむ円弧状などの、曲線的であっても良い。また、その表面も平坦でなくとも凹凸を設けても良い。したがって、上記した基本的な要件を備えた上で、エネルギー吸収部材の形状を、使用条件に応じて、適宜変更することは許容される。 The front flange 2 and the rear flange 3 are not necessarily linear, but may be curved, such as an arc bulging outward or inward. Also, the surface may not be flat but may have irregularities. Therefore, it is permissible to appropriately change the shape of the energy absorbing member in accordance with the use conditions while providing the above basic requirements.
本発明エネルギー吸収部材は、軽量化のためのアルミニウム合金材採用の利点を活かすためには、肉厚が5mm 以下の比較的薄い補強用アルミニウム合金中空形材からなることが好ましい。肉厚が5mm を越えた場合、アブソーバの使用量を減らしたとしても、本発明エネルギー吸収部材の採用によっての重量増加を最小限に抑える効果が薄くなる。言い換えると、本発明の補強用アルミニウム合金中空形材では、肉厚が5mm 以下の薄いものでも、歩行者衝突時の衝撃吸収効果を高めることが可能である利点がある。また、この薄肉、軽量化化のためには、使用するアルミニウム合金は高強度である方が好ましい。 The energy absorbing member of the present invention is preferably made of a relatively thin reinforcing aluminum alloy hollow member having a thickness of 5 mm or less in order to take advantage of the use of the aluminum alloy material for weight reduction. When the wall thickness exceeds 5 mm, the effect of minimizing the weight increase due to the use of the energy absorbing member of the present invention becomes thin even if the amount of the absorber used is reduced. In other words, the reinforcing aluminum alloy hollow profile of the present invention has an advantage that the impact absorbing effect at the time of a pedestrian collision can be enhanced even if the thickness is as thin as 5 mm or less. In order to reduce the thickness and weight, it is preferable that the aluminum alloy used has high strength.
これらの要求特性を満足するアルミニウム合金材としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS 規格に規定された3000系、5000系、6000系、7000系等の汎用 (規格) アルミニウム合金材 (圧延板材、押出形材で、O 、T4、T6、T7等の要求性能に見合った調質乃至熱処理をされたもの) が好適かつ選択的に用いられる。その中でも、成形性が良く、耐力の比較的高い6000系、7000系等のアルミニウム合金材が好ましい。エネルギー吸収部材用のアルミニウム合金中空形材は、熱間押出や、圧延板を成形加工および溶接接合するなどの、常法にて製造された中空形材を使用できる。 Aluminum alloy materials satisfying these required characteristics are generally used for structural members of this kind, such as general-purpose (standard) 3000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series, etc. specified in AA to JIS standards. Aluminum alloy material (rolled sheet material, extruded shape material, which has been subjected to tempering or heat treatment corresponding to the required performance of O 2, T4, T6, T7, etc.) is preferably and selectively used. Among them, aluminum alloy materials such as 6000 series and 7000 series which have good formability and relatively high proof stress are preferable. As the aluminum alloy hollow profile for the energy absorbing member, a hollow profile produced by a conventional method such as hot extrusion, forming of a rolled plate, and welding may be used.
以下に、図3 、4 を用いて、前記図1 、2 の本発明エネルギー吸収部材1a、1bをパンパー補強材に取り付けるとともに、車体バンパに取り付けた一実施態様を説明する。図3 は車体バンパ全体の一部断面側面図、図4 は車体バンパの内、パンパー補強材などの要部を示す平面図である。 An embodiment in which the energy absorbing members 1a and 1b of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 are attached to a bumper reinforcing material and attached to a vehicle body bumper will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a partial cross-sectional side view of the entire vehicle body bumper, and FIG. 4 is a plan view showing a main part of the vehicle body bumper such as a bumper reinforcing material.
図3 において、先ず、10はバンパカバー、9 はアブソーバ、1aは本発明エネルギー吸収部材、6 はパンパー補強材、7 はステイ、8 は車体サイドメンバーであり、これらが車体前後方向に順に配列乃至接合されている。アブソーバ9 は発泡ウレタンや発泡スチロールなどの市販の材料などで適宜構成するが、前記した通り、本発明では、このアブソーバ9 の厚みを従来よりも薄くあるいは少量とすることができる。また、歩行者保護のためには、アブソーバ9 を一切使用しないことも可能である。 In FIG. 3, first, 10 is a bumper cover, 9 is an absorber, 1a is an energy absorbing member of the present invention, 6 is a bumper reinforcing material, 7 is a stay, and 8 is a vehicle body side member. Are joined. The absorber 9 is appropriately formed of a commercially available material such as urethane foam or styrene foam, but as described above, in the present invention, the thickness of the absorber 9 can be made smaller or smaller than before. In order to protect pedestrians, the absorber 9 may not be used at all.
図3 、4 において、エネルギー吸収部材1aは、パンパー補強材6 の前面に間隔をおいて2 個配置されている。但し、図3 におけるエネルギー吸収部材1aの各ウエブ4 、4 は、円弧状の湾曲方向が、車体の上下方向の外側方とされている。また、図4 におけるエネルギー吸収部材1aの各ウエブ4 、4 は、円弧状の湾曲方向が、車体の幅方向の外側方とされている。いずれの方向でも、あるいはこれらの方向から多少ずれても、効果は変わらない。また、エネルギー吸収部材のパンパー補強材前面への配置個数や位置は、バンパの設計条件や歩行者保護条件に応じ、適宜決定される。この点、エネルギー吸収部材1aは、前記した通り、張出フランジ2a、2bと3a、3bとを各々有することで、歩行者の衝突位置が異なったとしても、あるいは歩行者の衝突位置がフランジ中心点からずれたとしても、同様に、エネルギー吸収できる利点がある。このため、前記配置個数や位置がバンパの設計条件や歩行者保護条件に応じて決定でき、バンパの設計条件や歩行者保護条件がエネルギー吸収部材側からの制約をあまり受けないという利点がある。 3 and 4, two energy absorbing members 1a are arranged on the front surface of the bumper reinforcing member 6 at an interval. However, in each of the webs 4 and 4 of the energy absorbing member 1a in FIG. 3, the arc-shaped bending direction is the outer side in the vertical direction of the vehicle body. In each of the webs 4, 4 of the energy absorbing member 1a in FIG. 4, the arc-shaped bending direction is set to the outside in the width direction of the vehicle body. Either direction or any deviation from these directions does not change the effect. Further, the number and position of the energy absorbing members arranged on the front surface of the bumper reinforcing member are appropriately determined according to the design conditions of the bumper and the pedestrian protection conditions. In this regard, as described above, the energy absorbing member 1a has the projecting flanges 2a, 2b and 3a, 3b, respectively, so that even if the collision position of the pedestrian is different, or the collision position of the pedestrian is the center of the flange. Even if it deviates from the point, there is an advantage that energy can be absorbed similarly. For this reason, the number and positions of the bumpers can be determined according to the bumper design conditions and pedestrian protection conditions, and there is an advantage that the bumper design conditions and pedestrian protection conditions are not so much restricted by the energy absorbing member.
図3 、4 において、エネルギー吸収部材1aは、いずれもその後面フランジ3 において、パンパー補強材6 の前面フランジ11 (フランジ面11a ) により背面から支持されるとともに、その後面フランジ3 の張出フランジ3a、3bの部分で、パンパー補強材6 の前面フランジ11と、ボルト19によって機械的に接合されている。なお、この接合方法は溶接や、溶接と機械的な接合を組み合わせたもの等であっても良い。 3 and 4, the energy absorbing member 1a is supported from the back by the front flange 11 (flange surface 11a) of the bumper reinforcing member 6 at the rear flange 3, and the projecting flange 3a of the rear flange 3 is provided. , 3b are mechanically joined to the front flange 11 of the bumper reinforcing member 6 by bolts 19. The joining method may be welding, a method combining welding and mechanical joining, or the like.
図3 、4 において、中空形材からなるバンパー補強材6 は、いずれもその背面において、中空筒状のステイ7 2 本によって支持されている。また、このステイ7 を介して、車体サイドメンバー8 と接合され、車体側に支持されている。具体的には、ステイ7 側の前面フランジ16とバンパー補強材6 の後面フランジ12とが、ステイ7 側の後面フランジ17とサイドメンバー8 の前面フランジ18とが、各々ボルト19により接合されている。なお、この接合方法も溶接や、溶接と機械的な接合を組み合わせたもの等であっても良い。 3 and 4, each of the bumper reinforcing members 6 made of a hollow member is supported by two hollow cylindrical stays 72 on the back surface thereof. Also, the stay 7 is joined to the vehicle body side member 8 and is supported on the vehicle body side. Specifically, the front flange 16 of the stay 7 and the rear flange 12 of the bumper reinforcing member 6 are joined to each other by a bolt 19, and the rear flange 17 of the stay 7 and the front flange 18 of the side member 8 are joined by bolts 19, respectively. . This joining method may be welding or a combination of welding and mechanical joining.
本発明におけるバンパー補強材自体はアルミニウム合金製あるいは鋼製の中空形材が使用できる。ただ軽量化のためには、アルミニウム合金からなる方が好ましい。また、鋼製の場合には、より薄肉化して軽量化するために、ハイテン (高張力鋼) の使用が好ましい。更に、バンパー補強材の長手方向の平面的な形状は、車体設計上から自由である。したがって、上記直線的な形状以外に、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。 In the present invention, a hollow shape member made of an aluminum alloy or steel can be used as the bumper reinforcing member itself. However, for weight reduction, it is preferable to be made of an aluminum alloy. In the case of steel, it is preferable to use high-tensile steel (high-tensile steel) in order to make it thinner and lighter. Further, the planar shape of the bumper reinforcing material in the longitudinal direction is free from the viewpoint of vehicle body design. Therefore, in addition to the above linear shape, both ends may have a straight or curved curved portion (bent portion), or the whole may be curved.
一方、バンパー補強材 (中空形材) 自体の断面形状、構造は、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より加わった外力のエネルギーを、自らの曲げ変形および断面方向の変形により吸収するため、略矩形断面中空形材に構成されている。具体的には、バンパー補強材は、図3 の通り、衝突方向乃至車体前後方向に対峙して立設された前面壁 (前面側フランジ)11 と、後方に位置する後面壁 (後面側フランジ)12 、およびこれらを直角方向で接続する水平な側壁 (ウエブ)13 、14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。 On the other hand, the cross-sectional shape and structure of the bumper reinforcing material (hollow profile) itself is such that the energy of external force applied from the front and rear of the vehicle body or from the front and rear collisions is used to deform the vehicle in its own bending and cross-sectional directions. Therefore, it is formed in a hollow member having a substantially rectangular cross section. Specifically, as shown in FIG. 3, the bumper reinforcing material includes a front wall (front side flange) 11 erected in the collision direction or the front-rear direction of the vehicle body and a rear wall (rear side flange) located rearward. 12 and horizontal side walls (webs) 13 and 14 connecting them at right angles to each other to form a substantially rectangular cross section. Here, the cross-sectional shape in the longitudinal direction of the bumper reinforcing material is not necessarily the same, but a hollow shape in which the cross-sectional shape changes partially or sequentially can be freely selected from the vehicle body designing side.
図3 のバンパー補強材6 では、圧壊強度を増すために、断面が日形形状となっており、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13、14と平行に、水平な中間壁 (中リブ)15 が設けられている。ただ、バンパー補強材 (中空形材) の断面形状、構造は、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、日形断面の他に、これら中リブを設けない口形、中リブを2 本設けた目形、縦横の中リブを交差させて設けた田形などから適宜選択される。また、上記エネルギー吸収部材のように、両外側方に向かう (車体幅方向に張り出した) 張出フランジを各々有しても良い。 In the bumper reinforcing material 6 of FIG. 3, the cross-section is in the shape of a circle in order to increase the crushing strength, and is parallel to the side walls 13 and 14 so as to have two hollow sections in a substantially rectangular hollow cross section. In addition, a horizontal intermediate wall (middle rib) 15 is provided. However, the cross-sectional shape and structure of the bumper reinforcing material (hollow shaped material) depend on the required size such as the cross-sectional size (height) of the bumper reinforcing material according to the vehicle body design and the strength or impact energy absorption amount. In addition to the cross section, the shape is appropriately selected from a mouth shape having no middle ribs, an eye shape having two middle ribs, a Tagata shape having vertical and horizontal middle ribs crossing each other. Further, like the above-mentioned energy absorbing member, each of the projecting flanges may have a projecting flange toward both outer sides (projecting in the vehicle body width direction).
なお、アルミニウム合金からなるバンパー補強材の場合、軽量化のためのアルミニウム合金採用の利点なり目的を達成するためには、壁厚 (肉厚) を5mm 以下に薄くすることが好ましい。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、軽量化のためのアルミニウム合金材採用の利点そのものが損なわれてしまう。 In the case of a bumper reinforcing material made of an aluminum alloy, it is preferable to reduce the wall thickness (wall thickness) to 5 mm or less in order to achieve the advantage or the purpose of adopting the aluminum alloy for weight reduction. If the wall thickness exceeds 5 mm, even in the case of a hollow profile, there is no great difference from steel in terms of weight and strength, and the advantage itself of using an aluminum alloy material for weight reduction is impaired.
この薄肉化のためには、使用するアルミニウム合金の0.2%耐力は200MPa以上の高強度であることが好ましい。この要求特性を満足するアルミニウム合金としては、前記エネルギー吸収部材と同じく、3000系、5000系、6000系、7000系等の汎用 (規格) アルミニウム合金材 (圧延板材、押出形材で、O 、T4、T6、T7等の要求性能に見合った調質乃至熱処理をされたもの) が好適かつ選択的に用いられる。バンパー補強材用の中空形材も、アルミニウム合金の熱間押出による中空形材や、圧延板 (アルミニウム合金板や鋼板) を成形加工後溶接接合するなどの、常法にて製造された中空形材を使用できる。 In order to reduce the thickness, it is preferable that the aluminum alloy used has a high strength of not less than 200 MPa and a 0.2% proof stress. Aluminum alloys satisfying the required characteristics include, as with the energy absorbing members, general-purpose (standard) aluminum alloys such as 3000 series, 5000 series, 6000 series, and 7000 series (rolled sheet materials, extruded shapes, O, T4 , T6, T7, etc., which have been subjected to refining or heat treatment corresponding to the required performance) are preferably and selectively used. Hollow sections for bumper reinforcement are also hollow sections produced by ordinary methods, such as hollow sections formed by hot extrusion of aluminum alloys, and rolled plates (aluminum alloy plates or steel plates) formed and welded together. Wood can be used.
次に、図3 のステイ7 は、バンパー補強材に接合されるため、バンパー補強材の直線的、曲線的、傾斜状などの背面形状に応じた前面壁とされる。また、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。そして、材質や製法については、バンパー補強材と同じく、普通鋼やハイテンなどの鋼板、アルミニウム合金押出形材や板材などが適宜選択される。 Next, since the stay 7 in FIG. 3 is joined to the bumper reinforcing material, the stay 7 has a front wall according to the back shape of the bumper reinforcing material, such as linear, curved, or inclined. Further, in order to reduce the weight of the stay, it is preferable that the stay itself is also a hollow cylindrical body or shape. As for the material and manufacturing method, as in the case of the bumper reinforcing material, a steel plate such as ordinary steel or high tensile steel, an extruded aluminum alloy material or a plate material is appropriately selected.
更にまた、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。 Furthermore, by integrating the bumper reinforcing material with the stay in advance and forming the bumper reinforcing material with the stay, it becomes extremely easy and simple to attach the bumper reinforcing material to the side member via the stay.
前記図1 、2 の本発明エネルギー吸収部材1a、1bと、図6 (a) 、(b) の本発明エネルギー吸収部材1f、1gとの解析モデルを用い、汎用の動的陽解法ソフトLS-DYNA3D を用いて、歩行者衝突を想定した荷重時の、変形の経時変化と荷重−変位関係、加速度−変位関係とを各々解析にて求めた。比較のために、エネルギー吸収部材1aの両ウエブを直線状とした比較例のものも求めた。 Using the analysis models of the energy absorbing members 1a and 1b of the present invention in FIGS. 1 and 2 and the energy absorbing members 1f and 1g of the present invention in FIGS. 6 (a) and 6 (b), general-purpose dynamic explicit solution software LS-DYNA3D , The change with time of the deformation, the load-displacement relationship, and the acceleration-displacement relationship at the time of a load assuming a pedestrian collision were obtained by analysis. For comparison, a comparative example in which both webs of the energy absorbing member 1a were linear was also obtained.
図7 〜9 に変位5mm 毎の荷重変形状態の経時変化を各々示す。また、図10に、エネルギー吸収部材の静的圧壊解析で得られる荷重変位曲線、図14に、エネルギー吸収部材の2 次元衝突解析における、荷重変位曲線を各々示す。そして、図11、12、13に、各エネルギー吸収部材の強度あるいはウエブの厚みを各々変えた際の静的圧壊解析における荷重変位曲線を各々示す。 Figures 7 to 9 show the time-dependent changes in the load deformation state for each displacement of 5 mm. FIG. 10 shows a load-displacement curve obtained by a static crush analysis of the energy absorbing member, and FIG. 14 shows a load-displacement curve in a two-dimensional collision analysis of the energy absorbing member. FIGS. 11, 12, and 13 show load displacement curves in static crush analysis when the strength of each energy absorbing member or the thickness of the web is changed, respectively.
なお、解析条件は、上記発明例、比較例ともに、以下の共通した条件とした。即ち、荷重の負荷は、各エネルギー吸収部材の正面から、前面フランジの中心にかける条件とした。また、エネルギー吸収部材は、6000系アルミニウム合金押出中空形材として、肉厚を4.0mm 、T5調質材として0.2%耐力を145MPaとした。外寸形状は、共通して、前面フランジ2 と後面フランジ3 の長さ80mm、フランジ2 、3 同士の間隔50mm、ウエブ4 同士の間隔20mm、ウエブ4 の左右への張出量30mm、ウエブ角度θ1 、θ2 、θ3 、θ4 はいずれも45度とした。一方、比較例形状は、中空形材の肉厚4.0mm 、前面フランジ22、25と後面フランジ23、26の長さ80mm、フランジ同士の間隔50mm、ウエブ同士の間隔50mm、ウエブの左右への張出量15mmとした。 The analysis conditions were the following common conditions for both the above-mentioned invention examples and comparative examples. That is, the load was set to be applied from the front of each energy absorbing member to the center of the front flange. The energy absorbing member was a 6000 series aluminum alloy extruded hollow profile having a wall thickness of 4.0 mm and a T5 tempered material having a 0.2% proof stress of 145 MPa. The outer dimensions are commonly 80 mm for the front flange 2 and the rear flange 3, 50 mm between the flanges 2 and 3, 20 mm between the webs 4, 30 mm overhang of the web 4 to the left and right, and the web angle θ 1 , θ 2 , θ 3 , and θ 4 were all 45 degrees. On the other hand, the shape of the comparative example is a hollow profile having a thickness of 4.0 mm, front flanges 22 and 25 and rear flanges 23 and 26 having a length of 80 mm, a flange-to-flange spacing of 50 mm, a web-to-web spacing of 50 mm, and a web stretching to the left and right. The output was 15 mm.
図7 に本発明エネルギー吸収部材1a、図8 に本発明エネルギー吸収部材1b、図9 に本発明エネルギー吸収部材1fの変位5mm 毎の荷重変形状態の経時変化を示す通り、歩行者衝突による荷重がかかった際、ウエブ4 、4 の、円弧状の湾曲の作用によって、各ウエブ4 、4 は (屈曲部5 、5 を有する場合はこの屈曲部5 、5 を中心として) 外方へ広がるように、また、前面フランジ2 が後面フランジ3 側に接近するように変形する。また、断面方向の変形による変位が進んでも、ウエブの破断などが起こらず、断面方向に変形する。この効果は、特に、屈曲部5 、5 を有する場合により発揮される。 As shown in FIG. 7, the energy absorbing member 1a of the present invention, FIG. 8 shows the temporal change of the load deformation state of the energy absorbing member 1f of the present invention for each 5 mm of displacement, and FIG. When hung, the webs 4, 4 spread out outwardly (around the bent portions 5, 5 if they have the bent portions 5, 5) by the action of the arc-shaped bending of the webs 4, 4. Further, the front flange 2 is deformed so as to approach the rear flange 3 side. Further, even if the displacement due to the deformation in the cross-sectional direction progresses, the web does not break or the like, and deforms in the cross-sectional direction. This effect is particularly exhibited when the bent portions 5 and 5 are provided.
この結果、図10、図14に各々示す通り、エネルギー吸収部材1a、1b、1fは荷重変位乃至加速度変位における最大荷重 (最大加速度) を、両ウエブを直線状とした比較例エネルギー吸収部材に比して、著しく低くすることができ、歩行者衝突に見合った低い衝突荷重でエネルギー吸収に必要な断面方向の変形を生じることができる。また、30mmの変位内における荷重乃至加速度の低下量も少なく、継続的にエネルギー吸収が行われ、歩行者の保護に必要なエネルギー吸収量を確保することができる。 As a result, as shown in FIGS. 10 and 14, the energy absorbing members 1a, 1b, and 1f have the maximum load (maximum acceleration) in the load displacement or the acceleration displacement as compared with the comparative example energy absorbing member in which both webs are linear. As a result, it is possible to remarkably reduce the pressure, and to generate a deformation in a cross-sectional direction required for energy absorption with a low collision load corresponding to a pedestrian collision. In addition, the amount of decrease in load or acceleration within a displacement of 30 mm is small, energy is continuously absorbed, and the amount of energy absorption necessary for protection of pedestrians can be secured.
これに対し、両ウエブを直線状とした比較例エネルギー吸収部材は、歩行者衝突による荷重がかかった際、図10、図14に示す通り、荷重変位 (加速度変位) における最大荷重 (最大加速度) が著しく高くなり、30mmの変位内における荷重低下量も多い。これは、まっすぐな両ウエブが変形する際に、大きな荷重を必要とするためである。この最大荷重を歩行者にダメージを与えないような上限荷重とすると、変形が進むにつれて、荷重が大きく低下する。したがって、歩行者の保護に必要なエネルギー吸収ができない。 On the other hand, the comparative example energy absorbing member in which both webs are linear has a maximum load (maximum acceleration) in load displacement (acceleration displacement) as shown in FIGS. And the load drop within a displacement of 30 mm is large. This is because a large load is required when the straight webs are deformed. If this maximum load is set to an upper limit load that does not damage pedestrians, the load decreases significantly as the deformation progresses. Therefore, the energy required for protecting the pedestrian cannot be absorbed.
図11、12、13は、各エネルギー吸収部材1b、1g、1fの強度と厚みを変えた際の静的圧壊解析において得られた荷重変位曲線を示す。図11のエネルギー吸収部材1bにおいて、a は厚み4.0mm で6000系アルミニウム合金材の0.2%耐力が145MPaの場合、b は厚み4.0mm で7000系アルミニウム合金材の0.2%耐力が450MPaの場合、c は厚み5.0mm で7000系アルミニウム合金材の0.2%耐力が450MPaの場合である。図12のエネルギー吸収部材1gにおいて、a は厚み4.0mm でアルミニウム合金材の0.2%耐力が145MPaの場合、b は厚み4.0mm でアルミニウム合金材の0.2%耐力が290MPaの場合である。図13のエネルギー吸収部材1fにおいて、a は厚み4.0mm で6000系アルミニウム合金材の0.2%耐力が145MPaの場合、b は厚み4.0mm で7000系アルミニウム合金材の0.2%耐力が450MPaの場合である。 FIGS. 11, 12, and 13 show load-displacement curves obtained in static crush analysis when the strength and thickness of each of the energy absorbing members 1b, 1g, and 1f are changed. In the energy absorbing member 1b of FIG. 11, a is 4.0 mm thick and the 0.2% proof stress of the 6000 series aluminum alloy material is 145 MPa, b is 4.0 mm thick and the 0.2% proof stress of the 7000 series aluminum alloy material is 450 MPa, c Is a case where the thickness is 5.0 mm and the 0.2% proof stress of the 7000 series aluminum alloy material is 450 MPa. In the energy absorbing member 1g of FIG. 12, a is a case where the thickness is 4.0 mm and the 0.2% proof stress of the aluminum alloy material is 145 MPa, and b is a case where the thickness is 4.0 mm and the 0.2% proof stress of the aluminum alloy material is 290 MPa. In the energy absorbing member 1f of FIG. 13, a is a case where the thickness is 4.0 mm and the 0.2% proof stress of the 6000 series aluminum alloy material is 145 MPa, and b is a case where the thickness is 4.0 mm and the 0.2% proof stress of the 7000 series aluminum alloy material is 450 MPa. .
図11、12、13から、アルミニウム合金材の厚みを厚く、強度を高くするほど、荷重変位乃至加速度変位における最大荷重乃至最大加速度が高くなる一方、30mmの変位内における荷重低下量も大きくなる。したがって、本発明では、歩行者保護の要求特性に応じて、前記したエネルギー吸収部材の形状の設計、選択とともに、エネルギー吸収部材の強度あるいは厚みを変えることによって、エネルギー吸収特性を調整することができることが分かる。 From FIGS. 11, 12, and 13, as the thickness and the strength of the aluminum alloy material are increased, the maximum load or the maximum acceleration in the load displacement or the acceleration displacement is increased, and the load reduction amount within the displacement of 30 mm is also increased. Therefore, according to the present invention, it is possible to adjust the energy absorption characteristics by changing the strength or thickness of the energy absorption members together with the design and selection of the shape of the energy absorption members according to the required characteristics of pedestrian protection. I understand.
次に、本発明の対人保護用エネルギー吸収部材を、車体衝突時に乗員の膝を保護するニープロテクタなどの乗員保護用部材として用いる実施形態について、図15を用いて説明する。図15は、前記図1 の本発明エネルギー吸収部材1aを車体部材に取り付けた一実施態様を示す正面図である。 Next, an embodiment in which the energy absorbing member for personal protection of the present invention is used as an occupant protection member such as a knee protector for protecting an occupant's knee at the time of a vehicle collision will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a front view showing an embodiment in which the energy absorbing member 1a of the present invention of FIG. 1 is attached to a vehicle body member.
図15において、乗員保護用部材1aは、乗員の膝100 の位置に対して、斜め上方から下方に向かって向き合うように、膝100 の前方に配置される。なお、この配置位置は車種や車体設計に応じて種々選択乃至決定される。例えば、乗員の膝100 の位置に対して水平方向に向き合うように、膝100 の前方に配置されても良い。 In FIG. 15, the occupant protection member 1a is disposed in front of the knee 100 so that the occupant protection member 1a faces obliquely upward and downward with respect to the position of the knee 100 of the occupant. In addition, this arrangement position is variously selected or determined according to the vehicle type and the vehicle body design. For example, it may be arranged in front of the knee 100 so as to face the position of the knee 100 of the occupant in the horizontal direction.
そして、乗員保護用部材1aは、図示しない車体部材の両側に設けられたピラーに両端が連結された、ポール状のインパネ補強部材101 などに、直接乃至ブラケット102 などを介して、接合される。ブラケット102 には、インパネ補強部材101 との接合用の腕102aと、乗員保護用部材1aの後面となるフランジ2a、2bとの接合用のフランジ102bとを有する。 The occupant protection member 1a is joined directly or via a bracket 102 or the like to a pole-shaped instrument panel reinforcing member 101 having both ends connected to pillars provided on both sides of a vehicle body member (not shown). The bracket 102 has an arm 102a for joining with the instrument panel reinforcing member 101, and a flange 102b for joining with flanges 2a and 2b serving as rear surfaces of the occupant protection member 1a.
一方、乗員の膝100 側の前面 (衝突面) 側フランジ3a、3bには、乗員の膝100 の保護と、前記した乗員の膝の衝突位置が異なる際に対応できるように、軟質性などの材料から選択的に構成されるとともに、乗員の膝100 面に対応して延在するニーパネル103 などが選択的に設けられる。これらの各部材の接合は、接着剤、機械的な接合、溶接、これらを組み合わせたもの等が適宜選択される。 On the other hand, the front (collision surface) side flanges 3a and 3b on the occupant's knee 100 side have softness or the like so as to protect the occupant's knee 100 and cope with a case where the occupant's knee collision position is different. A knee panel 103 and the like, which are selectively formed of a material and extend in correspondence with the occupant's knee 100, are selectively provided. The bonding of these members is appropriately selected from adhesives, mechanical bonding, welding, a combination thereof, and the like.
このようなニープロテクタの態様における静的圧壊解析における荷重変位曲線は、前記図10で示したエネルギー吸収部材1aと同様に、荷重変位における最大荷重を低くすることができる、したがって、乗員の膝衝突に見合った小さな衝突荷重で、エネルギー吸収に必要な断面方向 (幅方向) の塑性変形を生じることができる。また、エネルギー吸収部材1aの塑性変形による変位が進んでも、荷重低下量が極めて少ない。したがって、乗員の膝衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保することと、ダメージを与えない荷重しか乗員の膝に負荷しないことの両立ができる。 The load displacement curve in the static crush analysis in the embodiment of the knee protector can reduce the maximum load in the load displacement similarly to the energy absorbing member 1a shown in FIG. 10 described above. With a small collision load corresponding to the above, plastic deformation in the cross-sectional direction (width direction) required for energy absorption can occur. Further, even if displacement of the energy absorbing member 1a due to plastic deformation progresses, the amount of load reduction is extremely small. Therefore, it is possible to ensure both the energy absorption necessary for the occupant's knee collision and the load that does not cause damage to the occupant's knee.
これに対し、前記図10の比較例 (二点鎖線) のように、ウエブが直線状であれば、荷重変位における最大荷重が著しく高くなり、乗員の膝衝突時に、膝を損傷しやすくなる。しかも、中空形材の塑性変形による変位が進むと、荷重低下量が極めて大きくなり、エネルギー吸収性能が低下して、乗員の膝の損傷を拡大しやすい。したがって、乗員の膝衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保することと、ダメージを与えない荷重しか乗員の膝に負荷しないこととの両立ができない。 On the other hand, when the web is straight as in the comparative example (two-dot chain line) in FIG. 10, the maximum load in the load displacement becomes extremely high, and the knee is likely to be damaged at the time of the occupant's knee collision. In addition, when the displacement due to the plastic deformation of the hollow member progresses, the amount of load reduction becomes extremely large, the energy absorbing performance is reduced, and the occupant's knee is easily damaged. Therefore, it is impossible to ensure both a sufficient amount of energy absorption at the time of a passenger's knee collision and that only a load that does not cause damage is applied to the passenger's knee.
本発明によれば、歩行者や自動車乗員などの人間を確実に保護する機能を持つ対人保護用エネルギー吸収部材を提供することができる。また、バンパー補強材の本来の機能を低下させずに、歩行者保護の機能を新たに追加したバンパー補強材を提供することができる。このため、バンパー補強材に効果的な歩行者保護効果を与えることができる。したがって、本発明はエネルギー吸収部材やバンパー補強材などへのアルミニウム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。 According to the present invention, it is possible to provide a personal protection energy absorbing member having a function of reliably protecting humans such as pedestrians and occupants. In addition, it is possible to provide a bumper reinforcement having a newly added pedestrian protection function without lowering the original function of the bumper reinforcement. For this reason, an effective pedestrian protection effect can be given to the bumper reinforcement. Therefore, the present invention greatly expands the use of the aluminum alloy material for an energy absorbing member, a bumper reinforcing material, and the like, and has great industrial value.
1:エネルギー吸収部材、2:前面フランジ、3:後面フランジ、4:ウエブ、5:張出部、6:バンパー補強材、7:ステイ、8:サイドメンバ、9 : アブソーバ、10: バンパーカバー、11: 前面フランジ、12: 後面フランジ、13、14: ウエブ、15: 中リブ、16、17、18: フランジ、19: ボルト
1: Energy absorbing member, 2: Front flange, 3: Rear flange, 4: Web, 5: Overhang, 6: Bumper reinforcement, 7: Stay, 8: Side member, 9: Absorber, 10: Bumper cover, 11: Front flange, 12: Rear flange, 13, 14: Web, 15: Middle rib, 16, 17, 18: Flange, 19: Bolt
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