JPH09277954A - テーパー付き衝撃吸収部材 - Google Patents
テーパー付き衝撃吸収部材Info
- Publication number
- JPH09277954A JPH09277954A JP11522996A JP11522996A JPH09277954A JP H09277954 A JPH09277954 A JP H09277954A JP 11522996 A JP11522996 A JP 11522996A JP 11522996 A JP11522996 A JP 11522996A JP H09277954 A JPH09277954 A JP H09277954A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 初期衝撃荷重が小さくかつ吸収エネルギー量
が大きい衝撃吸収部材を提供する。 【解決手段】 金属製薄肉断面部材の長手方向(軸方
向)に衝撃荷重を受けて、蛇腹状に座屈することで衝突
エネルギーを吸収する衝撃吸収部材において、その断面
が閉断面形状であり、座屈開始端から他端にむけて、そ
の断面積が連続的かつ一様に変化する部材形状を有する
ことを特徴とするテーパー付き衝撃吸収部材。
が大きい衝撃吸収部材を提供する。 【解決手段】 金属製薄肉断面部材の長手方向(軸方
向)に衝撃荷重を受けて、蛇腹状に座屈することで衝突
エネルギーを吸収する衝撃吸収部材において、その断面
が閉断面形状であり、座屈開始端から他端にむけて、そ
の断面積が連続的かつ一様に変化する部材形状を有する
ことを特徴とするテーパー付き衝撃吸収部材。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の構造部
材に関し、詳しくは、衝突時にエネルギーを吸収する必
要のある自動車フレーム部材に好適な衝撃吸収部材に関
する。
材に関し、詳しくは、衝突時にエネルギーを吸収する必
要のある自動車フレーム部材に好適な衝撃吸収部材に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車業界では、衝突時の乗員へ
の傷害を低減し得る車体構造の開発が急務の課題となっ
ている。このような衝突安全性に優れた車体構造とし
て、衝突時の衝撃エネルギーを客室部以外の構造部材の
変形で吸収させ、客室部の変形を最小限として生存空間
を確保しようとする車体構造があり、広く採用されてき
ている。この場合、構造部材に衝撃エネルギーをいかに
有効に吸収させるかが重要な課題である。
の傷害を低減し得る車体構造の開発が急務の課題となっ
ている。このような衝突安全性に優れた車体構造とし
て、衝突時の衝撃エネルギーを客室部以外の構造部材の
変形で吸収させ、客室部の変形を最小限として生存空間
を確保しようとする車体構造があり、広く採用されてき
ている。この場合、構造部材に衝撃エネルギーをいかに
有効に吸収させるかが重要な課題である。
【0003】一般に、自動車構造部材は、長手方向(軸
方向)に衝撃荷重を受けたとき、蛇腹状に座屈すること
で衝突エネルギーを吸収する。高い衝撃吸収能を実現す
るためには、蛇腹状座屈を効率よく起こさせること、座
屈時の荷重を高くすること、の2つが必要である。従
来、上記課題の解決のため、材料面では、板厚の厚い金
属板を用いたり、高強度の金属板を用いて座屈時の荷重
を高くする対策が、また、構造面では、効率よく蛇腹状
座屈を起こさせるために潰れビードと呼ばれる変形の端
緒を与える窪みを構造部材に配置する対策が取られてき
た(自動車技術、vol.47、no.4(199
3)、p.57)。
方向)に衝撃荷重を受けたとき、蛇腹状に座屈すること
で衝突エネルギーを吸収する。高い衝撃吸収能を実現す
るためには、蛇腹状座屈を効率よく起こさせること、座
屈時の荷重を高くすること、の2つが必要である。従
来、上記課題の解決のため、材料面では、板厚の厚い金
属板を用いたり、高強度の金属板を用いて座屈時の荷重
を高くする対策が、また、構造面では、効率よく蛇腹状
座屈を起こさせるために潰れビードと呼ばれる変形の端
緒を与える窪みを構造部材に配置する対策が取られてき
た(自動車技術、vol.47、no.4(199
3)、p.57)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の材料面からの対策である構造部材の板厚を厚く
することは、部材の重量が増加するため、車両全体の重
量増を招き、自動車の燃費や走行性能を悪化させること
となり好ましくない。また、高強度な金属板は、一般
に、その強度に反比例してその伸び率が低いため、自ず
から成形性も劣悪であり、現状では構造部材用の金属板
の高強度化には限界がある。
来技術の材料面からの対策である構造部材の板厚を厚く
することは、部材の重量が増加するため、車両全体の重
量増を招き、自動車の燃費や走行性能を悪化させること
となり好ましくない。また、高強度な金属板は、一般
に、その強度に反比例してその伸び率が低いため、自ず
から成形性も劣悪であり、現状では構造部材用の金属板
の高強度化には限界がある。
【0005】衝撃吸収エネルギーの増加のために、単に
座屈荷重を増加させることは、座屈開始時の衝撃荷重の
大きな増加につながり、車体構造に組み込んだ時には、
他部材(客室部など)に衝撃荷重が伝わることになる。
その結果、本来変形すべきでない部材に座屈が生じて生
存空間の確保が難しくなったり、大きな加速度変化が乗
員に加わることで乗員傷害の危険性が高まることにな
る。そのため、現状では、衝撃吸収部材の初期衝撃荷重
を低下させるために潰れビードと呼ばれる変形の端緒を
与える窪みを配置し、かつ、その後の蛇腹状座屈を安定
して起こさせるために座屈開始端から断面形状を極力一
定に保ち、かつ、座屈による潰れ量を確保するために部
材を直線化する設計がなされている。
座屈荷重を増加させることは、座屈開始時の衝撃荷重の
大きな増加につながり、車体構造に組み込んだ時には、
他部材(客室部など)に衝撃荷重が伝わることになる。
その結果、本来変形すべきでない部材に座屈が生じて生
存空間の確保が難しくなったり、大きな加速度変化が乗
員に加わることで乗員傷害の危険性が高まることにな
る。そのため、現状では、衝撃吸収部材の初期衝撃荷重
を低下させるために潰れビードと呼ばれる変形の端緒を
与える窪みを配置し、かつ、その後の蛇腹状座屈を安定
して起こさせるために座屈開始端から断面形状を極力一
定に保ち、かつ、座屈による潰れ量を確保するために部
材を直線化する設計がなされている。
【0006】しかし、構造面の対策である潰れビードの
構造部材への配置方法については、確固とした理論がな
く、多数の部材圧潰実験やコンピュータシミュレーショ
ンにより求められていたが、各種の車両毎に上記実験や
シミュレーションを行うことは効率が悪く好ましくな
い。また、実際の衝突時に予想される様々な荷重条件、
座屈モードに対して、潰れビードの配置を最適化するこ
とは不可能であった。このような潰れビードに頼ること
なく(配置することなく)、座屈の安定性を高めれば、
衝撃吸収部材としての飛躍的な性能の向上が期待でき
る。本発明は、この現状に鑑み開発されたもので、構造
部材の衝撃吸収エネルギーを向上させる構造を採用し、
材料強度、板厚(重量)が同一の場合、衝撃吸収能を向
上させ、材料強度、板厚(重量)が減少しても衝撃吸収
能を低下しない衝撃吸収部材を提供するものである。
構造部材への配置方法については、確固とした理論がな
く、多数の部材圧潰実験やコンピュータシミュレーショ
ンにより求められていたが、各種の車両毎に上記実験や
シミュレーションを行うことは効率が悪く好ましくな
い。また、実際の衝突時に予想される様々な荷重条件、
座屈モードに対して、潰れビードの配置を最適化するこ
とは不可能であった。このような潰れビードに頼ること
なく(配置することなく)、座屈の安定性を高めれば、
衝撃吸収部材としての飛躍的な性能の向上が期待でき
る。本発明は、この現状に鑑み開発されたもので、構造
部材の衝撃吸収エネルギーを向上させる構造を採用し、
材料強度、板厚(重量)が同一の場合、衝撃吸収能を向
上させ、材料強度、板厚(重量)が減少しても衝撃吸収
能を低下しない衝撃吸収部材を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、座屈の安
全性を高め、衝撃吸収能を増加させるという課題に取り
組んだ結果、従来のように断面形状を長手方向に一定に
保つのではなく、長手方向に座屈開始端から連続的に変
化させていくことによりこの課題が達成できることを見
出した。本発明は上記知見に基づき構成されたものであ
り、その要旨は、 (1) 金属製薄肉断面部材の長手方向(軸方向)に衝
撃荷重を受けて、蛇腹状に座屈することで衝突エネルギ
ーを吸収する衝撃吸収部材において、その断面が閉断面
形状であり、座屈開始端から他端にむけて、その断面積
が連続的かつ一様に変化する部材形状を有することを特
徴とするテーパー付き衝撃吸収部材である。
全性を高め、衝撃吸収能を増加させるという課題に取り
組んだ結果、従来のように断面形状を長手方向に一定に
保つのではなく、長手方向に座屈開始端から連続的に変
化させていくことによりこの課題が達成できることを見
出した。本発明は上記知見に基づき構成されたものであ
り、その要旨は、 (1) 金属製薄肉断面部材の長手方向(軸方向)に衝
撃荷重を受けて、蛇腹状に座屈することで衝突エネルギ
ーを吸収する衝撃吸収部材において、その断面が閉断面
形状であり、座屈開始端から他端にむけて、その断面積
が連続的かつ一様に変化する部材形状を有することを特
徴とするテーパー付き衝撃吸収部材である。
【0008】(2) 閉断面形状が円形であることを特
徴とする上記(1)記載の衝撃吸収部材である。
徴とする上記(1)記載の衝撃吸収部材である。
【0009】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
は、座屈開始端から他端にむけて断面積が連続的かつ一
様に変化するテーパー付き部材形状を採用することで、
端面から開始する1番目の座屈を安定化して蛇腹状座屈
を効率よく起こさせ、従来不可能であった座屈荷重の増
加と初期衝撃荷重の低減という課題の両立を実現するも
のである。
は、座屈開始端から他端にむけて断面積が連続的かつ一
様に変化するテーパー付き部材形状を採用することで、
端面から開始する1番目の座屈を安定化して蛇腹状座屈
を効率よく起こさせ、従来不可能であった座屈荷重の増
加と初期衝撃荷重の低減という課題の両立を実現するも
のである。
【0010】すなわち、本発明のテーパー付き衝撃吸収
部材は、座屈開始端断面と他端断面の囲む面積が異な
る、すなわち、断面・肉厚比が異なるため、座屈を起こ
す臨界荷重が部材長手方向で変化している。本発明は、
この両端での座屈臨界荷重の差(分布)を利用して、1
番目の座屈を安定して生じさせることで、同一の断面お
よび断面・肉厚比を持つ直線部材と比較して、初期衝撃
荷重の低減および座屈の安定性を飛躍的に向上できる。
また、様々な荷重条件や座屈モードへの対応が不可能で
ある潰れモードの配置された部材と比較して、部材長手
方向の座屈臨界荷重の分布を利用する本発明は、座屈の
安定性に優れており、また、座屈開始端から他端に向け
て座屈臨界荷重が増加していくため、座屈荷重の低下が
起こり難いという特徴がある。
部材は、座屈開始端断面と他端断面の囲む面積が異な
る、すなわち、断面・肉厚比が異なるため、座屈を起こ
す臨界荷重が部材長手方向で変化している。本発明は、
この両端での座屈臨界荷重の差(分布)を利用して、1
番目の座屈を安定して生じさせることで、同一の断面お
よび断面・肉厚比を持つ直線部材と比較して、初期衝撃
荷重の低減および座屈の安定性を飛躍的に向上できる。
また、様々な荷重条件や座屈モードへの対応が不可能で
ある潰れモードの配置された部材と比較して、部材長手
方向の座屈臨界荷重の分布を利用する本発明は、座屈の
安定性に優れており、また、座屈開始端から他端に向け
て座屈臨界荷重が増加していくため、座屈荷重の低下が
起こり難いという特徴がある。
【0011】本発明の衝撃吸収部材の閉断面形状は、円
形であることが望ましい。円形の閉断面形状を持つ部材
は、他の断面形状を持つ部材よりも座屈時の平均荷重が
大きいため、高い衝撃吸収能を期待できるためである。
本発明の衝撃吸収部材は、通常のプレスにより成形し、
その後、溶接することにより作製できる。近年発達して
きた円管に内圧と軸圧縮力をかけ外型になじませる成形
法であるハイドロフォームも、この部材の成形に適した
方法である。また、部材に近い形状の素材(テーパー付
き金属管など)を用いることで、工程削減、素材の高強
度化が可能である。
形であることが望ましい。円形の閉断面形状を持つ部材
は、他の断面形状を持つ部材よりも座屈時の平均荷重が
大きいため、高い衝撃吸収能を期待できるためである。
本発明の衝撃吸収部材は、通常のプレスにより成形し、
その後、溶接することにより作製できる。近年発達して
きた円管に内圧と軸圧縮力をかけ外型になじませる成形
法であるハイドロフォームも、この部材の成形に適した
方法である。また、部材に近い形状の素材(テーパー付
き金属管など)を用いることで、工程削減、素材の高強
度化が可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、実施例により本発明の実施
の形態を具体的に説明する。 (実施例1)実際の構造部材は種々の形状を有してお
り、それらを個々にテストすることは困難である。そこ
で、構造部材をモデル化することによって、本発明の効
果を確認する実験を行った。図1に、本発明の一例であ
る590N/mm2 級の鋼板により作製した。部材板厚
が2.3mm、その全長が310mmで、座屈開始端の
断面が直径D2=100mmの円形断面で、他端の断面
が直径D1=93.8mmの円形断面で、テーパー1/
100の部材(A)を示す。この部材の直径D1側に4
00kgfの重錘を固定し、直径D2側から速度15m
/sで剛体壁に衝突させた。比較のため、同一材質、同
一板厚の鋼板により作成した、同一の全長でテーパーの
ない比較例の部材(D)を準備するとともに、テーパー
の効果を確認するために、直径D1のみを変化させてテ
ーパー率を1/50とした本発明例の部材(B)、同じ
く1/20とした本発明例の部材(C)も準備して、同
様の衝突実験を行った。ただし、部材(C)は、座屈開
始端が部材(A)、(B)と逆のテーパー側となったた
め、衝突実験も固定方向を部材(A)、(B)とは逆転
させて行った。
の形態を具体的に説明する。 (実施例1)実際の構造部材は種々の形状を有してお
り、それらを個々にテストすることは困難である。そこ
で、構造部材をモデル化することによって、本発明の効
果を確認する実験を行った。図1に、本発明の一例であ
る590N/mm2 級の鋼板により作製した。部材板厚
が2.3mm、その全長が310mmで、座屈開始端の
断面が直径D2=100mmの円形断面で、他端の断面
が直径D1=93.8mmの円形断面で、テーパー1/
100の部材(A)を示す。この部材の直径D1側に4
00kgfの重錘を固定し、直径D2側から速度15m
/sで剛体壁に衝突させた。比較のため、同一材質、同
一板厚の鋼板により作成した、同一の全長でテーパーの
ない比較例の部材(D)を準備するとともに、テーパー
の効果を確認するために、直径D1のみを変化させてテ
ーパー率を1/50とした本発明例の部材(B)、同じ
く1/20とした本発明例の部材(C)も準備して、同
様の衝突実験を行った。ただし、部材(C)は、座屈開
始端が部材(A)、(B)と逆のテーパー側となったた
め、衝突実験も固定方向を部材(A)、(B)とは逆転
させて行った。
【0013】本発明例の部材(A)の衝突時の荷重−時
間曲線を図2に、また、比較例の部材(D)の衝突時の
荷重−時間曲線を図3に示す。本発明例の部材(A)
は、比較例の部材(D)と比較して、初期衝撃荷重が低
く、安定座屈荷重が高く、また変動量が小さいことが分
かる。なお、比較例の部材(D)の衝突実験では、中途
で転倒(オイラー座屈)したため、衝突後、8msec
程度で荷重が0となっている。一方、本発明例の部材
(A)は、安定して部材全長で座屈が発生した。同じ衝
突実験で、15msec経過までに部材に吸収されたエ
ネルギーのデータを採取した。その結果を表1に示す。
間曲線を図2に、また、比較例の部材(D)の衝突時の
荷重−時間曲線を図3に示す。本発明例の部材(A)
は、比較例の部材(D)と比較して、初期衝撃荷重が低
く、安定座屈荷重が高く、また変動量が小さいことが分
かる。なお、比較例の部材(D)の衝突実験では、中途
で転倒(オイラー座屈)したため、衝突後、8msec
程度で荷重が0となっている。一方、本発明例の部材
(A)は、安定して部材全長で座屈が発生した。同じ衝
突実験で、15msec経過までに部材に吸収されたエ
ネルギーのデータを採取した。その結果を表1に示す。
【0014】
【表1】
【0015】本発明例の部材(A)〜(C)では、テー
パー率の増大とともに、吸収エネルギーが増大している
ことが分かる。これに対し、比較例の部材(D)では、
本発明例の半分程度の低い吸収エネルギーとなってい
る。
パー率の増大とともに、吸収エネルギーが増大している
ことが分かる。これに対し、比較例の部材(D)では、
本発明例の半分程度の低い吸収エネルギーとなってい
る。
【0016】(実施例2)図1に示した形状で、表1の
部材(A)の形状の部材を、板厚を1.6mmから2.
3mmまでの590N/mm2 級の鋼板を用いて作成
し、実施例1と同様の衝突実験を行った。それぞれの部
材が15msec経過までに吸収したエネルギーを、比
較例とともに表2に示す。
部材(A)の形状の部材を、板厚を1.6mmから2.
3mmまでの590N/mm2 級の鋼板を用いて作成
し、実施例1と同様の衝突実験を行った。それぞれの部
材が15msec経過までに吸収したエネルギーを、比
較例とともに表2に示す。
【0017】
【表2】
【0018】本発明の部材(E)〜(G)は、特に、薄
肉化した部材(F)、(G)でも、比較例の部材(H)
より高い衝撃吸収エネルギーを示すことが確認された。
肉化した部材(F)、(G)でも、比較例の部材(H)
より高い衝撃吸収エネルギーを示すことが確認された。
【0019】
【発明の効果】本発明の衝撃吸収部材は、初期衝撃荷重
が小さくかつ吸収エネルギー量が大きく、同一材質、同
一重量(板厚)の従来の衝撃吸収部材と比較して座屈の
安定性およびエネルギー吸収能に優れているため、自動
車の安全性の向上に対して有効である。また、同一のエ
ネルギー吸収能を有する従来の衝撃吸収部材と比較する
と、高強度材、厚手材を用いなくても軽量化が可能にな
るため、自動車の燃費向上や走行性能の向上に対しても
有効である。
が小さくかつ吸収エネルギー量が大きく、同一材質、同
一重量(板厚)の従来の衝撃吸収部材と比較して座屈の
安定性およびエネルギー吸収能に優れているため、自動
車の安全性の向上に対して有効である。また、同一のエ
ネルギー吸収能を有する従来の衝撃吸収部材と比較する
と、高強度材、厚手材を用いなくても軽量化が可能にな
るため、自動車の燃費向上や走行性能の向上に対しても
有効である。
【図1】本発明の一実施例であるテーパー付き衝撃吸収
部材の斜視図である。
部材の斜視図である。
【図2】本発明のテーパー付き衝撃吸収部材の実施例の
衝突試験で得られる荷重−時間線図を示す図である。
衝突試験で得られる荷重−時間線図を示す図である。
【図3】比較例のテーパーを有さない衝撃吸収部材の衝
突試験で得られる荷重−時間線図を示す図である。
突試験で得られる荷重−時間線図を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 金属製薄肉断面部材の長手方向(軸方
向)に衝撃荷重を受けて、蛇腹状に座屈することで衝突
エネルギーを吸収する衝撃吸収部材において、その断面
が閉断面形状であり、座屈開始端から他端にむけて、そ
の断面積が連続的かつ一様に変化する部材形状を有する
ことを特徴とするテーパー付き衝撃吸収部材。 - 【請求項2】 閉断面形状が円形であることを特徴とす
る請求項1記載の衝撃吸収部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11522996A JPH09277954A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | テーパー付き衝撃吸収部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11522996A JPH09277954A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | テーパー付き衝撃吸収部材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09277954A true JPH09277954A (ja) | 1997-10-28 |
Family
ID=14657552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11522996A Pending JPH09277954A (ja) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | テーパー付き衝撃吸収部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09277954A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11255146A (ja) * | 1998-03-10 | 1999-09-21 | Nissan Motor Co Ltd | エネルギ吸収部材 |
FR2787537A1 (fr) * | 1998-12-21 | 2000-06-23 | Alstom | Structure d'amortissement de choc |
EP1251054A2 (en) | 2001-04-20 | 2002-10-23 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Collision energy absorbing structure of vehicle |
JP2010280309A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Mazda Motor Corp | 車両用衝撃吸収構造体 |
KR20140013086A (ko) | 2011-08-09 | 2014-02-04 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 충격 흡수 부재 |
US9228629B2 (en) | 2011-08-09 | 2016-01-05 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Shock absorbing member |
-
1996
- 1996-04-15 JP JP11522996A patent/JPH09277954A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11255146A (ja) * | 1998-03-10 | 1999-09-21 | Nissan Motor Co Ltd | エネルギ吸収部材 |
FR2787537A1 (fr) * | 1998-12-21 | 2000-06-23 | Alstom | Structure d'amortissement de choc |
EP1251054A2 (en) | 2001-04-20 | 2002-10-23 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Collision energy absorbing structure of vehicle |
US6889617B2 (en) | 2001-04-20 | 2005-05-10 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Collision energy absorbing structure of vehicle |
US6951176B2 (en) | 2001-04-20 | 2005-10-04 | Kawaski Jukogyo Kabushiki Kaisha | Collision energy absorbing structure of vehicle |
JP2010280309A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Mazda Motor Corp | 車両用衝撃吸収構造体 |
KR20140013086A (ko) | 2011-08-09 | 2014-02-04 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 충격 흡수 부재 |
US9228629B2 (en) | 2011-08-09 | 2016-01-05 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Shock absorbing member |
US9381881B2 (en) | 2011-08-09 | 2016-07-05 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Shock absorbing member |
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