JP5533128B2 - 自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の衝突時の衝突エネルギーを吸収してキャビン（客室）への衝撃力を緩和する衝突エネルギー吸収部材（衝撃吸収部材）の性能を向上させるための、自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造に関するものである。

自動車の衝突時の衝突エネルギーを吸収してキャビンへの衝撃力を緩和することによって乗員の保護を図るためには、例えばエンジンルームやトランクルームといったキャビン以外のスペースを優先的に潰すことが有効である。そこで、自動車の車体の前部、後部あるいは側部等の適切な個所に、衝突エネルギー吸収部材が配置され、衝突時の衝撃荷重が負荷されると、衝突エネルギー吸収部材が軸方向（衝突エネルギー吸収部材の長手方向）へ変形することによって衝突エネルギーを吸収するようになっている。このような衝突エネルギー吸収部材として、フロントサイドメンバー、サイドシル、リアサイドメンバ等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような衝突エネルギー吸収部材について、以下では、フロントサイドメンバーを例にして述べることにする。

フロントサイドメンバーは、図１（ａ）に示すように、キャビン１０より前方の車体を構成する主要骨格１１であり、クワガタの大顎のように前方に飛び出した二本のフレーム（骨格）で、ここにエンジンやサスペンション等が取り付けられるとともに、衝突時の衝撃（衝突エネルギー）を吸収する役割を与えられている。

なお、フロントサイドメンバー１１は、通常、上部が開放された略Ｕ字形の横断面を有しているので、ここでは、図１（ｂ−１）に斜視図、図１（ｂ−２）に図１（ｂ−１）のＡ−Ａ断面図を示すような、鍔部１２ａの付いたＵ字形の横断面（鍔付きＵ字形横断面）を備えた形状にモデル化したフロントサイドメンバー１２で説明することにする。

ここで、自動車の衝突時の衝撃吸収性能（衝突エネルギー吸収性能）については、例えばオフセット前面衝突において、ギャビン１０まわりの変形を抑えるために、衝突による変形を抑え、かつ衝突吸収エネルギーを向上させるには、フロントサイドメンバー１２が長手方向に折れ難くかつ衝突エネルギーの吸収量が大きくなるような構造であることが望ましい。

そこで、このような構造にするために、フロントサイドメンバー１２全体の板厚を厚くしたり、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、フロントサイドメンバー１２とほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材１９をフロントサイドメンバー１２の内側に重合固着したりすることが行われている。

特開２００８−１５５７４９号公報

しかしながら、フロントサイドメンバーの衝突エネルギー吸収性能を向上させるために、フロントサイドメンバー全体の板厚を厚くしたり、フロントサイドメンバーとほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材をフロントサイドメンバーの内側に重合固着したりする方法は、車体の重量が増加し、燃費の観点から好ましくない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、自動車のフロントサイドメンバー等の衝突エネルギー吸収部材について、その衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる、自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］自動車の衝突エネルギー吸収部材で、一端が開放された鍔付きＵ字形横断面を有する衝突エネルギー吸収部材において、該衝突エネルギー吸収部材に長手方向の衝撃力が加わった際に当該衝突エネルギー吸収部材の開放端側で最も変形すると予測される個所に対して、金属板材で作製したパッチ部材を当てて固着したことを特徴とする自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。

［２］前記パッチ部材は、金属板材を折り曲げて作製したクリップ式パッチ部材であることを特徴とする前記［１］に記載の自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。

［３］前記パッチ部材は、金属板材を折り曲げて、くの字形断面にした部品を２枚組み合わせたパッチ部材であることを特徴とする前記［１］に記載の自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。

本発明においては、自動車の鍔付きＵ字形横断面を備えた衝突エネルギー吸収部材について、その衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる。

フロントサイドメンバーを示す図である。 従来技術を示す図である。 本発明の一実施形態における変形予測シミュレーションを示す図である。 本発明の一実施形態における補強構造を示す図である。 本発明の一実施形態における他の補強構造を示す図である。 本発明の実施例１におけるフロントサイドメンバーを示す図である。 本発明の実施例１における平均崩壊荷重を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでも、図１（ｂ）に示したモデル化したフロントサイドメンバー１２を対象にして述べることにする。

まず、本発明の一実施形態においては、フロントサイドメンバー１２に対して長手方向に衝撃力が加わった際に、鍔付きＵ字形横断面の開放端側（ここでは、上端側）で最も変形する個所を有限要素法によるシミュレーション計算によって予測する。

その一例を図３に示す。ここでは、フロントサイドメンバー１２の材質は強度が５９０ＭＰａ級の鋼であるとし、図３（ａ）に示すように、フロントサイドメンバー１２の後端を固定した状態で、先端部の下端側のＳ点に衝撃力による１ｍ／ｓの強制変位を与えている。

その結果、図３（ｂ）に、Ｓ点が４０ｍｍ変位した際の塑性ひずみ分布を示すように、開放端側では図中のＰ点において最も塑性ひずみが大きい（最も変形する）ことが分かる。

そこで、開放端側での最大変形個所であるＰ点に対して、図４（ａ）に示すように、鉄鋼やアルミ等の金属板材を曲げ加工にて作製したクリップ状のパッチ部材１３をフロントサイドメンバー１２の長手方向端部から差し込み、少なくとも鍔部１２ａと縦壁部の２個所をスポット溶接で接合する。これにより、図４（ｂ−１）に斜視図、図４（ｂ−２）に図４（ｂ−１）のＡ−Ａ断面図を示すように、Ｐ点とその近傍がクリップ状パッチ部材１３で補強された構造となる。

これによって、開放端側での最大変形個所Ｐ点とその近傍が変形し難くなり、フロントサイドメンバー１２の衝突エネルギーの吸収量が増加する。

しかも、Ｐ点とその近傍のみを覆うようなクリップ状パッチ部材１３を用いているので、図２に示したような、フロントサイドメンバー１２とほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材１９をフロントサイドメンバー１２に重合固着する場合に比べて、ほとんど車体重量の増加にはならない。見方を変えれば、クリップ状パッチ部材１３で補強する前と同程度の衝突エネルギー吸収量を有すればよい場合には、フロントサイドメンバー１２の板厚を薄くすることができ、重量を軽減することが可能になる。

なお、クリップ状パッチ部材１３の取り付けには手間がかかる場合には、クリップ状パッチ部材１３に代えて、図５に横断面図（図４（ｂ−１）のＡ−Ａ断面図に相当）を示すように、金属板材を折り曲げて、くの字形断面にした２枚の部品１４ａ、１４ｂを組み合わせた２枚組みパッチ部材１４を用いてもよい。この場合にも、少なくとも鍔部１２ａと縦壁部の２個所をスポット溶接で接合する。

ちなみに、パッチ部材１３、１４の寸法については、フロントサイドメンバー１２の寸法やＰ点の予測変形量の大きさ等を考慮して定めればよい。

このようにして、この実施形態においては、衝突エネルギー吸収部材であるフロントサイドメンバー１２の衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる。

なお、この実施形態では、フロントサイドメンバーを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以外の鍔付きＵ字形横断面を有する衝突エネルギー吸収部材にも適用できることはいうまでもない。

本発明の実施例１として、図６（ａ）に示すような、フロントサイドメンバー１２とほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材１９をフロントサイドメンバー１２の内側に重合固着した場合を従来例とし、図６（ｂ）に示すような、上記の本発明の一実施形態に基づいて、クリップ状パッチ部材１３によって補強した場合を本発明例として、両者の衝突エネルギー吸収性能（ここでは、平均崩壊荷重）が同等になるようにした際の両者の重量を比較した。なお、フロントサイドメンバー１２の材質は強度が５９０ＭＰａ級の鋼とし、板厚は２．３ｍｍとした。また、Ｕ字形断面補強部材１９とクリップ状パッチ部材１３の材質もそれぞれ強度が５９０ＭＰａ級の鋼とした。

その結果、従来例では、板厚が１．６ｍｍのＵ字形断面補強部材１９を用い、本発明例では、板厚が１．０ｍｍのクリップ状パッチ部材１３を用いた場合に、図７に示すように、両者の平均崩壊荷重がほぼ１５ｋＮと同等になった。これにより、本発明例においては、従来例に比べて２０％の軽量化が達成された。

これによって、本発明の有効性を確認することができた。

１０ キャビン（客室）
１１ フロントサイドメンバー
１２ フロントサイドメンバー（モデル化）
１２ａ 鍔部
１３ クリップ状パッチ部材
１４ ２枚組みパッチ部材
１４ａ、１４ｂ くの字形断面の部品
１９ Ｕ字形断面を有する補強部材

Claims (2)

1. 自動車の衝突エネルギー吸収部材で、一端が開放された鍔付きＵ字形横断面を有する衝突エネルギー吸収部材において、該衝突エネルギー吸収部材に長手方向の衝撃力が加わった際に当該衝突エネルギー吸収部材の開放端側で最も変形すると予測される個所に対して、金属板材を折り曲げて作製したクリップ式パッチ部材を当てて固着したことを特徴とする自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。
2. 自動車の衝突エネルギー吸収部材で、一端が開放された鍔付きＵ字形横断面を有する衝突エネルギー吸収部材において、該衝突エネルギー吸収部材に長手方向の衝撃力が加わった際に当該衝突エネルギー吸収部材の開放端側で最も変形すると予測される個所のＵ字形横断面を有する衝突エネルギー吸収部材の鍔部および縦壁部を、金属板材を折り曲げて、くの字形断面にした部品を２枚組み合わせたパッチ部材によって両面側から挟み込むように当てて固着したことを特徴とする自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。

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