CN105814422B - 测试体支承器具、使用了该支承器具的结构构件的碰撞试验装置以及碰撞试验方法 - Google Patents
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Abstract
应用于将汽车车身的中心立柱组件(5)设为测试体的碰撞试验的测试体支承器具(10)包括直线状的主体(11)、第1安装部(12)以及第2安装部(13)。测试体支承器具(10)的主体(11)的横截面为十字形的开放截面。第1安装部(12)固定于中心立柱组件(5)。第2安装部(13)固定于碰撞试验装置。由此，能够简单且以低成本进行碰撞试验，并能够准确地评价中心立柱组件(5)的侧面碰撞性能。
Description
技术领域
本发明涉及用于评价构成汽车的车身的各种结构构件的侧面碰撞性能的碰撞试验。特别是，本发明涉及将结构构件设为测试体并应用于该结构构件的碰撞试验的测试体支承器具、使用了该支承器具的结构构件的碰撞试验装置以及碰撞试验方法。
背景技术
图1是表示汽车的车身的立体图。汽车的车身包含各种结构构件。例如，在汽车受到侧面碰撞时，结构构件中的中心立柱1、下边梁2以及上边梁3的变形动态较大程度地影响乘员的伤害值。中心立柱1以立起的姿势分别配置于车身的两侧部。下边梁2与中心立柱1的下端部相连。上边梁3与中心立柱1的上端部相连。下边梁2和上边梁3沿车身的前后方向延伸。
在汽车的开发中，评价结构构件针对侧面碰撞的性能是不可欠缺的。通常，汽车厂家制作试制车，并根据使用了试制车的侧面碰撞试验(以下也称为“实车试验”)来评价结构构件的性能。但是，试制车价格较高，且试制车的制作时间较长。因此，通过实车试验进行性能评价的机会有限。另外，于在实车试验中结构构件的性能发生问题的情况下，需要重新制作设计变更后的试制车，并再次进行实车试验，因此，汽车开发迟缓。特别是，近年，由于汽车开发的时间段较短，因此，在多数条件下难以实施实车试验。因此，也不容易将新材料、新结构等应用于结构构件。
另外，难以使汽车厂家以外的材料厂家(例如钢铁厂家)、部件厂家等独自地进行实车试验。这是因为在试制车的供应、实车试验设备的构建等存在制约。因此，极难使材料厂家、部件厂家等评价本公司产品的碰撞性能。
因而，作为评价结构构件针对侧面碰撞的性能的方法，强烈期望不进行使用了试制车的实车试验而使用单体的结构构件进行碰撞试验的方法。
例如，日本特许第4902027号公报(专利文献1)公开了一种选定对碰撞能量吸收的贡献率较大的结构构件并评价该单体的结构构件的碰撞性能的技术。在该专利文献1的技术中，通过不制作试制车而将侧面碰撞时产生弯曲变形的中心立柱等设为测试体进行碰撞试验，从而可准确地进行性能评价。
图2是表示专利文献1所公开的碰撞试验装置的侧视图。如图2所示，在专利文献1的碰撞试验中，结构构件中的中心立柱组件5被作为测试体。中心立柱组件5具有立柱部5a、自立柱部5a的下端部沿前后方向延伸的下侧水平部5b以及自立柱部5a的上端部沿前后方向延伸的上侧水平部5c。借助飞轮104分别支承中心立柱组件5的下侧水平部5b的前后以及上侧水平部5c的前后共四个部位。在碰撞试验时，利用沿水平方向移动的冲击件(冲击器)17对立柱部5a施加冲击。飞轮104在冲击负荷时充当模拟下边梁2和上边梁3的变形阻力的作用，用于再现与实车试验相同的中心立柱1的变形动态。
但是，实际上，在实车试验的侧面碰撞时，随着立柱部5a的弯曲变形，下边梁2以及上边梁3在产生扭转变形的同时产生弯曲变形。即，下边梁2和上边梁3产生塑性变形。关于这一点，在专利文献1的技术中，模拟下边梁2和上边梁3的飞轮104为容许旋转的构件，而不产生塑性变形。因此，由专利文献1的碰撞试验获得的结果可能与实车试验的结果偏离。
另外，在专利文献1的技术中，需要花功夫将中心立柱组件5组装于试验装置。而且，在专利文献1的碰撞试验时，利用摄像机(省略图示)观测立柱部5a的变形动态。此时，飞轮104则成为摄像机进行拍摄的障碍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4902027号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述的问题而做成的。本发明的目的在于对将汽车车身的结构构件作为测试体的碰撞试验提供具有下述特性的测试体支承器具、使用了该支承器具的结构构件的碰撞试验装置以及碰撞试验方法：
·简单且以低成本进行碰撞试验；
·准确地评价结构构件的侧面碰撞性能。
用于解决问题的方案
本发明的一实施方式的测试体支承器具为应用于将汽车车身的结构构件作为测试体的碰撞试验的测试体支承器具。
所述测试体支承器具包括：
主体，其呈直线状；
第1安装部，其利用焊接与所述主体的两端部中的一端部相结合，并固定于所述结构构件；以及
第2安装部，其利用焊接与所述两端部中的另一端部相结合，并固定于碰撞试验装置，
所述主体的横截面为开放截面。
在上述的测试体支承器具中，优选的是，所述主体的横截面形状为十字形。该情况下，优选的是，所述主体由利用焊接互相结合了的两个等边角钢构成。
在上述的测试体支承器具中，所述主体还能够由利用焊接或螺栓互相结合了的多个型钢构成。该情况下，优选的是，所述型钢为等边角钢、不等边角钢、槽钢或T型钢。
在上述的测试体支承器具中，所述主体还能够由单一的型钢构成。该情况下，优选的是，所述型钢为等边角钢、不等边角钢、槽钢、H型钢、I型钢或T型钢。
在上述的测试体支承器具中，还可以在所述主体的周围的整体或局部利用焊接结合有钢板。
在上述的测试体支承器具中，还可以在所述主体的局部形成有截面渐变部。
本发明的一实施方式的碰撞试验装置为将汽车车身的结构构件作为测试体的碰撞试验装置。
上述的测试体支承器具的所述第1安装部分别固定于所述结构构件的两端部。
所述碰撞试验装置包括：
刚体壁，所述测试体支承器具各自的所述第2安装部固定于该刚体壁；
冲击件，其自所述结构构件的侧面对所述结构构件施加冲击；
摄像机，其观测所述结构构件的变形动态；以及
测量仪器，其测量作用于所述冲击件的载荷和所述冲击件的位移。
上述的碰撞试验装置优选的是，在所述测试体支承器具的所述第2安装部与所述刚体壁之间包括连结器具。
在上述的碰撞试验装置中，优选的是，所述结构构件为中心立柱组件，并以立起的姿势配置。
本发明的一实施方式的碰撞试验方法为将汽车车身的结构构件作为测试体的碰撞试验方法。
所述碰撞试验方法包括以下步骤：
将上述的测试体支承器具的所述第1安装部分别固定于所述结构构件的两端部；
固定所述测试体支承器具各自的所述第2安装部；以及
自所述结构构件的侧面对所述结构构件施加冲击，观测所述结构构件的变形动态，并且，测量作用于所述冲击件的载荷和所述冲击件的位移。
发明的效果
本发明的测试体支承器具、使用了该支承器具的结构构件的碰撞试验装置以及碰撞试验方法具有下述显著的效果：
·简单且以低成本进行碰撞试验；
·准确地评价结构构件的侧面碰撞性能。
附图说明
图1是表示汽车的车身的立体图。
图2是表示专利文献1所公开的碰撞试验装置的侧视图。
图3是表示使用了横截面为封闭截面的测试体支承器具的碰撞试验装置的立体图。
图4是表示图3所示的测试体支承器具的主体的立体图。
图5是表示采用了图3所示的碰撞试验装置的情况下的测试体支承器具的变形状态的应力分析图。
图6是表示使用了本实施方式的测试体支承器具的碰撞试验装置的立体图。
图7是表示图6所示的测试体支承器具的主体的立体图。
图8是表示采用了本实施方式的碰撞试验装置的情况下的测试体支承器具的变形状态的应力分析图。
图9A是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。
图9B是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。
图9C是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。
图9D是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。
图9E是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。
图9F是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。
图10是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的立体图。
图11是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的立体图。
图12是表示作为实施例的试验结果的冲击件的侵入量与作用于冲击件的反作用力之间的关系的图。
具体实施方式
如上所述，在所述专利文献1的碰撞试验中，用于支承作为测试体的中心立柱组件的测试体支承器具是模拟了下边梁和上边梁的飞轮。该飞轮在碰撞试验时不产生塑性变形。另一方面，在现实的实车试验中，下边梁和上边梁在产生扭转变形的同时产生弯曲变形。简言之，所述专利文献1的碰撞试验的状况与实车试验的状况不同。于是，本发明人研究了各种代替所述专利文献1的碰撞试验中所使用的飞轮的简单的测试体支承器具。
测试体支承器具所要求的特性例如在测试体为中心立柱组件的情况下为下边梁和上边梁的变形特性(扭转变形和弯曲变形)。简言之，测试体支承器具要求有适当的扭转刚性和弯曲刚性。作为满足该特性的测试体支承器具，本发明人首先研究了横截面为封闭截面的测试体支承器具。
图3是表示使用了横截面为封闭截面的测试体支承器具的碰撞试验装置的立体图。图4是表示图3所示的测试体支承器具的主体的立体图。在该图3和图4中，例示将中心立柱组件5作为测试体进行碰撞试验的情况。
如图3所示，中心立柱组件5具有立柱部5a、下侧水平部5b以及上侧水平部5c。立柱部5a相当于所述图1所示的中心立柱1。下侧水平部5b自立柱部5a的下端部沿前后方向延伸，并构成所述图1所示的下边梁2的一部分。上侧水平部5c自立柱部5a的上端部沿前后方向延伸，并构成所述图1所示的上边梁3的一部分。
测试体支承器具110包括直线状的主体111、第1安装部112以及第2安装部113。如图4所示，测试体支承器具110的主体111为将横截面形状为帽形的两个压制成形品组合并利用焊接结合而成的构件。该主体111的横截面为周围封闭的封闭截面。第1安装部112利用焊接与主体111的两端部中的一端部相结合。第2安装部113利用焊接与主体111的两端部中的另一端部相结合。
测试体支承器具110固定于中心立柱组件5的支点。具体而言，在中心立柱组件5的下侧水平部5b的前后以及上侧水平部5c的前后共四个部位分别配置测试体支承器具110。各测试体支承器具110的第1安装部112利用焊接分别固定于下侧水平部5b的前后以及上侧水平部5c的前后。
安装有测试体支承器具110的中心立柱组件5以立柱部5a立起的姿势固定于碰撞试验装置(省略图示)。具体而言，各测试体支承器具110的第2安装部113借助连结器具16固定于碰撞试验装置的刚体壁(省略图示)。
在中心立柱组件5固定于碰撞试验装置的状态下，各测试体支承器具110的主体111以沿前后方向延伸的姿势配置。于是，在碰撞试验时，利用沿水平方向移动的冲击件(省略图示)自立柱部5a的侧面对立柱部5a施加冲击。
图5是表示采用了图3所示的碰撞试验装置的情况下的测试体支承器具的变形状态的应力分析图。在横截面为封闭截面的测试体支承器具110即如图4所示将横截面形状为帽形的两个压制成形品焊接结合而成的测试体支承器具110的情况下，如图5所示，与现实的实车试验相同，在碰撞试验时的冲击负荷的作用下，产生扭转变形和弯曲变形。但是，在该情况下，如根据图5中由明暗表示的应力分布明确的那样，测试体支承器具110的顶板部和纵壁部在压曲的同时不稳定地塑性变形。因此，由碰撞试验获得的结果容易产生偏差。
因而，在准确地评价结构构件的侧面碰撞性能方面，在使用了横截面为封闭截面的测试体支承器具110的碰撞试验中不能说充分。
本发明人根据以上的情况进一步反复研究，并完成了本发明。以下，对于本发明的测试体支承器具、使用了该支承器具的结构构件的碰撞试验装置以及碰撞试验方法，详细地说明实施方式。
图6是表示使用了本实施方式的测试体支承器具的碰撞试验装置的立体图。图7是表示图6所示的测试体支承器具的主体的立体图。在该图6和图7中，与所述图3和图4相同，例示将中心立柱组件5作为测试体进行碰撞试验的情况，并适当省略重复的说明。
测试体支承器具10包括直线状的主体11、第1安装部12以及第2安装部13。如图7所示，测试体支承器具10的主体11的横截面为周围开放的开放截面。该主体11的横截面形状为十字形，由两个L字形的等边角钢构成。具体而言，将等边角钢的角部彼此在长度方向上的整个区域对接并进行焊接，由此，使两个等边角钢相结合。
第1安装部12利用焊接与主体11的两端部中的一端部相结合。第2安装部13利用焊接与主体11的两端部中的另一端部相结合。该第1安装部12和第2安装部13例如为扁钢。
测试体支承器具10固定于中心立柱组件5的支点。具体而言，在中心立柱组件5的下侧水平部5b的前后以及上侧水平部5c的前后共四个部位分别配置测试体支承器具10。各测试体支承器具10的第1安装部12利用焊接分别固定于下侧水平部5b的前后以及上侧水平部5c的前后。
安装有测试体支承器具10的中心立柱组件5以立柱部5a立起的姿势固定于碰撞试验装置(省略图示)。具体而言，各测试体支承器具10的第2安装部13固定于碰撞试验装置的刚体壁(省略图示)。在图6中，例示各测试体支承器具10的第2安装部13借助连结器具16固定于刚体壁的情况。刚体壁为固定于地基的铸钢制的完全的刚体。各测试体支承器具10的第2安装部13和连结器具16利用焊接或螺栓相结合。连结器具16例如是将多个扁钢、型钢等组合并利用焊接或螺栓结合而成的器具，并且是难以产生塑性变形的刚体。连结器具16和刚体壁利用螺栓以能够装卸的方式相结合。
测试体支承器具10的材质只要是金属，就没有特殊限定。测试体支承器具10的优选的材质为碳钢。
在中心立柱组件5固定于碰撞试验装置的状态下，各测试体支承器具10的主体11以沿前后方向延伸的姿势配置。而且，在碰撞试验时，在沿水平方向移动的冲击件17的作用下，自立柱部5a的侧面对立柱部5a施加冲击。冲击件17安装于台车(省略图示)，用于对立柱部5a施加相当于实车试验中的侧面碰撞的冲击载荷。在台车上搭载有荷载计和位移计这样的测量仪器。另外，在碰撞试验时，利用由摄像机18进行的视频拍摄来观测立柱部5a的整体的变形动态。另外，在冲击件17侵入中心立柱组件5的过程中，利用所述测量仪器测量作用于冲击件17的载荷(反作用力)和冲击件17的侵入量。另外，在利用摄像机18进行拍摄时，利用照明设备照射作为拍摄对象的立柱部5a。
图8是表示采用了本实施方式的碰撞试验装置的情况下的测试体支承器具的变形状态的应力分析图。在本实施方式的测试体支承器具10即如图7所示横截面为开放截面的测试体支承器具10的情况下，如图8所示，在碰撞试验时的冲击负荷的作用下，与现实的实车试验相同，产生扭转变形和弯曲变形。而且，在该情况下，如根据图8中由明暗表示的应力分布明确的那样，不会产生压曲，而同样地产生塑性变形。因此，由碰撞试验获得的结果较稳定。
由此，根据使用了本实施方式的测试体支承器具的碰撞试验，由于测试体支承器具具有适当的扭转刚性和弯曲刚性，因此，作为测试体的结构构件(例如中心立柱组件)的变形动态与实车试验的情况相同。因而，能够准确地评价结构构件的侧面碰撞性能。另外，由于本实施方式的测试体支承器具的主体的横截面为单纯的开放截面，因此，能够简单地进行制作。因而，能够简单且以低成本进行碰撞试验。而且，在本实施方式的碰撞试验中，由于没有使用所述专利文献1那样的飞轮来作为测试体支承器具，因此，能够充分地确保拍摄测试体的变形动态的摄像机的视场。
对于本实施方式的测试体支承器具10来说，只要主体11的横截面为开放截面，就可以采用各种形态。例如，主体11的横截面形状并不限定于十字形，还可以是U字形、L字形、T字形等。另外，主体11可以是多个型钢的组合，也可以使用单一的型钢。在将多个型钢组合的情况下，其结合方法可以是焊接，也可以是利用螺栓进行紧固。该情况下所采用的型钢例如为等边角钢、不等边角钢、槽钢、T型钢等。另一方面，在使用单一的型钢的情况下，该型钢例如为等边角钢、不等边角钢、槽钢、H型钢、I型钢、T型钢等。任一型钢均为容易供应的通用产品。
图9A～图9F是表示本实施方式的测试体支承器具的变更例的横截面图。图9A所示的主体11相当于所述图7所示的主体。即，主体11的横截面形状为十字形，且主体11由两个等边角钢利用焊接互相结合而成。
图9B～图9D所示的主体11的横截面形状为十字形，主体11均由两个不等边角钢构成。其中，图9B所示的主体11为角钢利用螺栓互相结合而成的。图9C和图9D所示的主体11为角钢利用焊接互相结合而成的。在这些情况下，扭转刚性不变，能够仅调整弯曲刚性。
图9E所示的主体11的横截面形状为H字形，且主体11由两个槽钢利用焊接互相结合而成。图9F所示的主体11的横截面形状为I字形，且主体11由单一的I型钢构成。
另外，能够容易地进行本实施方式的测试体支承器具10的刚性的调整。例如，如图10所示，若在构成测试体支承器具10的主体11的型钢的局部形成截面渐变部14，则能够适当地使测试体支承器具10的刚性下降。截面渐变部14是指形状不一致而逐渐变化的形状(例：凹部)。另外，如图11所示，若在构成测试体支承器具10的主体11的型钢的周围利用焊接安装钢板15，则能够适当地强化测试体支承器具10的刚性。该情况下的钢板15的安装区域可以是主体11的周围的整体，也可以是局部。除此之外，通过调整主体11的尺寸，特别是调整长度方向上的尺寸，也能够调整测试体支承器具10的刚性。
例如，如以下那样设定测试体支承器具10的尺寸形状以及刚性调整量。预先对作为测试体的结构构件以及该结构构件的周围的结构构件实施CAE(Computer AidedEngineering)分析。通过该CAE分析，获取测试体周围的结构构件的变形特性。例如，在测试体为中心立柱组件的情况下，获取下边梁以及上边梁的扭转变形的特性和弯曲变形的特性。然后，根据该变形特性，设定测试体支承器具10的尺寸形状和刚性调整量。
在所述的实施方式中，示出了选定中心立柱组件作为测试体的结构构件的例子。但是，测试体的结构构件并不限定于中心立柱组件。测试体也可以是下边梁、上边梁等。
实施例
为了确认本发明的效果，实施以下的试验。作为本发明例，使用图6和图7所示的开放截面的测试体支承器具支承中心立柱组件，并进行了侧面碰撞试验。作为本发明的参考例，使用图3和图4所示的封闭截面的测试体支承器具支承中心立柱组件，并进行了侧面碰撞试验。另外，为了进行比较，进行了实车试验。任一试验均依据IIHS(InsuranceInstitute for Highway Safety：美国道路安全保险协会)的SUV侧面碰撞(IIHS SIDEIMPACT)的规定进行。在试验时，在冲击件侵入中心立柱组件的过程中，调查了作用于冲击件的反作用力和冲击件的侵入量。
图12是表示作为实施例的试验结果的冲击件的侵入量与作用于冲击件的反作用力之间的关系的图。如图12所示，在使用了开放截面的测试体支承器具的本发明例的试验中，获得了与实车试验相同的结果。相对于此，可知：在使用了封闭截面的测试体支承器具的参考例的试验中，在冲击件的侵入的最终阶段，作用于冲击件的反作用力下降，而偏离实车试验的结果。这是因为测试体支承器具产生了压曲。
产业上的可利用性
本发明能够有效地应用于构成汽车车身的结构构件的碰撞性能的评价。
附图标记说明
1、中心立柱；2、下边梁；3、上边梁；5、中心立柱组件；5a、立柱部；5b、下侧水平部；5c、上侧水平部；10、测试体支承器具；11、主体；12、第1安装部；13、第2安装部；14、截面渐变部；15、钢板；16、连结器具；17；冲击件；18、摄像机。
Claims (11)
1.一种碰撞试验装置，其将汽车车身的结构构件作为测试体，其特征在于，
所述结构构件是以立起的姿势配置的中心立柱组件，所述中心立柱组件具有立柱部、自所述立柱部的下端部沿前后方向延伸的下侧水平部以及自所述立柱部的上端部沿前后方向延伸的上侧水平部，
该碰撞试验装置包括：
四个测试体支承器具，该四个测试体支承器具分别配置于所述结构构件的所述下侧水平部的前后和所述上侧水平部的前后这四个端部，四个所述测试体支承器具分别包括：主体，其呈直线状，以沿前后方向延伸的姿势配置，且横截面为开放截面；第1安装部，其利用焊接与所述主体的两端部中的一端部相结合，并固定于所述结构构件；第2安装部，其利用焊接与所述主体的所述两端部中的另一端部相结合，
刚体壁，所述测试体支承器具各自的所述第2安装部固定于该刚体壁；
冲击件，其自所述立柱部的侧面对所述立柱部施加冲击；
摄像机，其观测所述立柱部的变形动态；以及
测量仪器，其测量作用于所述冲击件的载荷和所述冲击件的位移。
2.根据权利要求1所述的碰撞试验装置，其中，
所述主体的横截面形状为十字形。
3.根据权利要求2所述的碰撞试验装置，其中，
所述主体由利用焊接互相结合了的两个等边角钢构成。
4.根据权利要求1所述的碰撞试验装置，其中，
所述主体由利用焊接或螺栓互相结合了的多个型钢构成。
5.根据权利要求4所述的碰撞试验装置，其中，
所述型钢为等边角钢、不等边角钢、槽钢或T型钢。
6.根据权利要求1所述的碰撞试验装置，其中，
所述主体由单一的型钢构成。
7.根据权利要求6所述的碰撞试验装置，其中，
所述型钢为等边角钢、不等边角钢、槽钢、H型钢、I型钢或T型钢。
8.根据权利要求1所述的碰撞试验装置，其中，
在所述主体的周围的整体或局部利用焊接结合有钢板。
9.根据权利要求1所述的碰撞试验装置，其中，
在所述主体的局部形成有截面渐变部。
10.根据权利要求1所述的碰撞试验装置，其中，
在所述测试体支承器具的所述第2安装部与所述刚体壁之间包括连结器具。
11.一种碰撞试验方法，其使用权利要求1～10中任一项所述的碰撞试验装置，其中，
该碰撞试验方法包括以下步骤：
将所述测试体支承器具各自的所述第1安装部分别固定于所述结构构件的端部；
在所述刚体壁固定所述测试体支承器具各自的所述第2安装部；以及
自所述立柱部的侧面对所述立柱部施加冲击，观测所述立柱部的变形动态，并且，测量作用于所述冲击件的载荷和所述冲击件的位移。
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