CN112236333B - 具有高碰撞性能的闭合截面构造构件及汽车的车身骨架 - Google Patents

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Abstract

一种闭合截面构造构件，该闭合截面构造构件具备中空构件，该中空构件具有：碰撞侧壁部，其位于碰撞侧；碰撞相反侧壁部，其与碰撞侧壁部相对；一对第1侧壁部和第2侧壁部，其与碰撞侧壁部的端部和碰撞相反侧壁部的端部相连；第1内侧壁部，其从第1侧壁部向中空构件的内侧延伸；第2内侧壁部，其从第2侧壁部向中空构件的内侧延伸；第3内侧壁部，其与第1内侧壁部和碰撞侧壁部相连；以及第4内侧壁部，其与第2内侧壁部和碰撞侧壁部相连。

Description

具有高碰撞性能的闭合截面构造构件及汽车的车身骨架
技术领域
本发明涉及一种闭合截面构造构件，该闭合截面构造构件例如在汽车的前面碰撞等时发挥较高的能量吸收性能。
背景技术
作为在汽车的碰撞时发挥较高的能量吸收性能的构造的一例，具有保险杠构造。汽车的保险杠构造包括保险杠横梁和碰撞盒，在汽车的例如前面碰撞时，特别是轻微碰撞时，保险杠横梁弯曲变形，碰撞盒压塌变形，由此吸收冲击，以使载荷不向汽车后部传递。此时，保险杠横梁承担作为碰撞能量吸收部位的作用。
近年来，在世界上燃料消耗限制严格化，汽车车身的轻量化正在推进。另一方面，碰撞安全性也严格化，要求碰撞性能的提高与轻量化的兼顾，由汽车厂商进行着车身的高强度薄壁化、电动汽车的开发。特别是在电动汽车中要求提高续航距离，开始开发在底板下搭载大容量的电池的车身构造。由此轴距变长，因此需要利用较短的前悬吸收与汽油车同等的碰撞能量。因此，对保险杠横梁要求较高的压曲耐力和吸收能量性能。另外在汽油汽车中也要求车身的轻量化，并且要求具有较高的压曲耐力和吸收能量性能的轻量保险杠横梁。
以往的保险杠横梁有专利文献1、2所记载的保险杠横梁。在专利文献1中公开了如下构造：在帽状构件的内侧进一步设有其他帽状构件，由此在保险杠横梁的内侧形成三个闭合截面。在专利文献1的构造中，在两个帽状构件中的外侧的帽状构件的顶面形成有凹部，该凹部位于前述三个区域中的中央区域。在专利文献2中公开了如下发明：在具有闭合截面构造构件的保险杠横梁中，以包含侧面与后表面之间的两个棱线部的方式配置两个闭合截面空间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-120581号公报
专利文献2：日本特开2015-193383号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1中，通过赋予凹状，抑制了保险杠横梁受到弯曲变形时的内侧的帽状构件的侧面的倾倒，但不能抑制成为保险杠横梁自身的压曲起点的外侧的帽状构件的侧面的倾倒。因此，有关保险杠横梁的吸收能量性能的质量效率存在改善的余地。另外，专利文献2特意通过使接触面的刚度减弱来缓和碰撞载荷的增加。因此，在碰撞时在早期引起压曲，有关吸收能量性能的质量效率存在改善的余地。而且，由于在轻微碰撞时引起压曲，使得保险杠横梁向车身后方的后退量增加，与散热器支撑芯干涉，有可能使车身的修复性显著下降。
本发明是鉴于现有技术所具有的这样的问题而完成的发明，其目的在于提供一种闭合截面构造构件，该闭合截面构造构件抑制碰撞时的截面崩塌，从而具有高耐力(即抑制构件向车内侧的侵入量)和高吸收能量性能。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明人在包括帽状构件和封闭板的闭合截面构造构件中，实施使柱从与构件长度方向垂直的方向相对于帽状构件的顶面碰撞的模拟。在上述条件下研究了闭合截面构造构件的截面崩塌行为和能量吸收量的关系，结果获得了以下见解：通过(a)抑制闭合截面构造构件的一对侧壁部的倾倒，(b)对作为闭合截面构造构件的碰撞侧的壁部的碰撞侧壁部赋予弯曲刚度，由此闭合截面构造构件示出了高耐力和高吸收能量性能。基于该见解，而完成了本发明。
这样的本发明的一个技术方案是一种闭合截面构造构件，其特征在于，该闭合截面构造构件具备中空构件，该中空构件在将构件长度方向作为法线的截面中具有碰撞侧壁部、碰撞相反侧壁部、第1侧壁部、第2侧壁部、第1内侧壁部、第2内侧壁部、第3内侧壁部以及第4内侧壁部，所述碰撞侧壁部是位于碰撞侧的壁部，所述碰撞相反侧壁部是与所述碰撞侧壁部相对的与所述碰撞侧相反的一侧的壁部，第1侧壁部和第2侧壁部是与所述碰撞侧壁部的端部和所述碰撞相反侧壁部的端部相连的一对壁部，所述第1内侧壁部是从所述第1侧壁部向所述中空构件的内侧延伸的壁部，所述第2内侧壁部是所述第2侧壁部向所述中空构件的内侧延伸的壁部，所述第3内侧壁部是与所述第1内侧壁部和所述碰撞侧壁部相连的壁部，所述第4内侧壁部是与所述第2内侧壁部和所述碰撞侧壁部相连的壁部。
根据其他观点的本发明的一个技术方案是一种汽车的车身骨架，其特征在于，该汽车的车身骨架具备上述的闭合截面构造构件，所述碰撞侧壁部相对于所述碰撞相反侧壁部位于车外侧。
图1和图2是表示具备闭合截面构造构件的车身骨架70的一例的图。本发明的闭合截面构造构件例如作为图1所示的汽车的前保险杠横梁、下边梁、图2所示的后保险杠横梁而应用，但应用对象零部件不限定于这些。另外，本发明的“碰撞侧”是指在碰撞时与其他车辆等接触的一侧，是指汽车的车外侧和车内侧中的车外侧。例如在闭合截面构造构件是前保险杠横梁的情况下，车长方向上的前侧相当于车外侧，因此前侧成为碰撞侧。在该情况下，车长方向上的后侧相当于车内侧，因此后侧成为碰撞相反侧。另外，例如在闭合截面构造构件是后保险杠横梁的情况下，车长方向上的后侧相当于车外侧，因此后侧成为碰撞侧。在该情况下，车长方向上的前侧相当于车内侧，因此前侧成为碰撞相反侧。另外，例如在闭合截面构造构件是下边梁的情况下，车宽方向上的车外侧是碰撞侧，车宽方向上的车内侧是碰撞相反侧。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种闭合截面构造构件，该闭合截面构造构件通过抑制碰撞时的截面崩塌，而具有高耐力和高吸收能量性能。
附图说明
图1是表示汽车的车身骨架的一例的图。
图2是表示汽车的车身骨架的一例的图。
图3是表示本发明的第1实施方式的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图4是表示以往的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图5是表示本发明的第2实施方式的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图6是表示本发明的第3实施方式的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图7是表示本发明的第4实施方式的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图8是表示设有多个凸部的情况下的保险杠横梁的一例的图。
图9是表示加强件的形状例的图。
图10是表示加强件的形状例的图。
图11是表示本发明的闭合截面构造构件的一例的图。
图12是表示本发明的闭合截面构造构件的一例的图。
图13是表示本发明的闭合截面构造构件的一例的图。
图14是表示本发明的闭合截面构造构件的一例的图。
图15是表示本发明的闭合截面构造构件的一例的图。
图16是表示比较例的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图17是表示比较例的保险杠横梁的概略结构的将构件长度方向作为法线的剖视图。
图18是表示碰撞分析条件的图。
图19是以往构造和本发明的构造的模拟中的载荷-行程线图。
图20是以往构造和本发明的构造的模拟中的载荷-行程线图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，通过对具有实质上相同的功能结构的要素标注相同的附图标记，而省略重复说明。
在以下的说明中，作为闭合截面构造构件列举保险杠横梁为例进行说明，但只要是相同的闭合截面构造构件，就能够呈现在本实施方式中说明的那样的变形模式，增大碰撞时的最大载荷和吸收能量。即，闭合截面构造构件不限定于保险杠横梁。
<第1实施方式>
图3所示的闭合截面构造构件具备中空构件10，该中空构件10在将构件长度方向Y作为法线的截面中具有：碰撞侧壁部11、碰撞相反侧壁部12、第1侧壁部13、第2侧壁部14、第1内侧壁部15、第2内侧壁部16、第3内侧壁部17以及第4内侧壁部18。碰撞侧壁部11是位于碰撞侧的壁部。碰撞相反侧壁部12是与碰撞侧壁部11相对的与碰撞侧相反的一侧的壁部。第1侧壁部13和第2侧壁部14是与碰撞侧壁部11的端部和碰撞相反侧壁部12的端部相连的一对壁部。第1内侧壁部15是从第1侧壁部13向中空构件10的内侧延伸的壁部。第2内侧壁部16是从第2侧壁部14向中空构件10的内侧延伸的壁部。第3内侧壁部17是与第1内侧壁部15和碰撞侧壁部11相连的壁部。第4内侧壁部18是与第2内侧壁部16和碰撞侧壁部11相连的壁部。
在第1实施方式中，作为闭合截面构造构件的一例的保险杠横梁1由构成内部构件2的封闭板25以及构成外部构件3的帽状构件30和加强件40构成。此外，本说明书中的封闭板是指覆盖帽状构件的开口侧的板。
帽状构件30在将构件长度方向Y(在保险杠横梁的情况下为车宽方向)作为法线的截面中具有：两个凸缘30a、30b，它们沿Z方向(在保险杠横梁的情况下为车高方向)延伸；一对侧面30c、30d，它们分别从各凸缘30a、30b的一端向X方向(在保险杠横梁的情况下为车长方向)的车外侧延伸；以及顶面30e，其将该一对侧面30c、30d的端部彼此相连。在帽状构件30的顶面30e形成有向X方向的车外侧突出的凸部50，凸部50位于帽状构件30的顶面30e的Z方向上的中央部。另外，凸部50具有与帽状构件30的顶面30e相连的一对侧面50a、50b和将该一对侧面50a、50b的端部彼此相连的顶面50c。
此外，在闭合截面构造构件为保险杠横梁的情况下，X方向为车长方向，Y方向为车宽方向，Z方向为车高方向。因此，X方向的车外侧相当于保险杠横梁的车长方向上的车外侧，即碰撞时的碰撞侧。同样，X方向的车内侧相当于保险杠横梁的车长方向上的车内侧，即碰撞时的碰撞相反侧。另外，例如在闭合截面构造构件为下边梁的情况下，X方向为车宽方向，Y方向为车长方向，Z方向为车高方向。因此，闭合截面构造构件为下边梁的情况下的碰撞时的碰撞侧是指X方向的车外侧，即下边梁的车宽方向上的车外侧。同样，闭合截面构造构件为下边梁的情况下的碰撞时的碰撞相反侧是X方向的车内侧，即下边梁的车宽方向上的车内侧。如果考虑以上方面，则能够换言之，保险杠横梁1、下边梁等闭合截面构造构件中的帽状构件30的侧面30c、30d在将构件长度方向Y作为法线的截面中，以从凸缘30a、30b的一端向碰撞时的碰撞侧延伸的方式形成。
加强件40在将构件长度方向Y作为法线的截面中为U字状，具有与帽状构件30的侧面30c、30d的外表面侧接触的一对侧面40a、40b、和将该一对侧面40a、40b的端部彼此相连的顶面40c。加强件40以覆盖帽状构件30的顶面30e和凸部50的方式设置。
封闭板25与帽状构件30由帽状构件30的凸缘30a、30b相互接合。帽状构件30与加强件40由帽状构件30的侧面30c、30d和加强件40的侧面40a、40b相互接合。另外，帽状构件30的凸部50的顶面50c与加强件40的顶面40c的内表面侧接合。在本实施方式中，通过内部构件2与外部构件3这样接合，来构成中空构件10。
在第1实施方式中，碰撞侧壁部11由加强件40的顶面40c和帽状构件30的凸部顶面50c构成，碰撞相反侧壁部12由封闭板25和帽状构件30的凸缘30a、30b构成，第1侧壁部13由加强件40的侧面40a和帽状构件30的侧面30c构成，第2侧壁部14由加强件40的侧面40b和帽状构件30的侧面30d构成。另外，在第1实施方式中，第1内侧壁部15和第2内侧壁部16分别是帽状构件30的顶面30e，第3内侧壁部17是帽状构件30的凸部50的侧面50a，第4内侧壁部18是帽状构件30的凸部50的侧面50b。此外，在本实施方式中，中空构件10的X方向长度a(从封闭板25到加强件40的顶面40c的距离)比加强件40的宽度c(侧面40a、40b间的距离)长。
第1实施方式中的中空构件10形成有由封闭板25和帽状构件30形成的闭合截面A。换言之，在由碰撞相反侧壁部12、第1侧壁部13的局部、第1内侧壁部15、第3内侧壁部17、碰撞侧壁部11的局部、第4内侧壁部18、第2内侧壁部16以及第2侧壁部14包围的区域中形成有一个闭合截面A。即，具有这样的闭合截面A的闭合截面构造构件是在帽状构件30的顶面30e仅设有一个凸部50的构造。保险杠横梁1除了上述的闭合截面A之外，还具有由凸部50分隔帽状构件30与加强件40之间的空间而成的两个闭合截面B、C，共计三个闭合截面A～C。此外，各构件彼此的接合方法没有特别限定，但例如利用点焊、激光焊以及电弧焊等将各构件彼此接合。第1实施方式的保险杠横梁1如上所述地构成。
在此，在图4所示的包括封闭板25和帽状构件101的以往的保险杠横梁100的情况下，如果在碰撞时对帽状构件101的顶面101e(碰撞面)输入载荷，则压缩应力作用于顶面101e和顶面101e与一对侧面101c、101d之间的棱线部101f、101g，侧面101c、101d分别受到向外侧倾倒那样的力矩。因此，由于帽状构件101的顶面101e与棱线部101f、101g的崩塌，使得压曲耐力降低。而且，由于帽状构件101的侧面101c、101d向外侧的倾倒，使得向侧面101c、101d的载荷输入降低。
另一方面，在图3所示的第1实施方式的保险杠横梁1中，当在碰撞时对加强件40的顶面40c(碰撞面)输入载荷时，压缩应力作用于加强件40的顶面40c和顶面40c与侧面40a、40b之间的棱线部40d、40e。另外，也对与加强件40的顶面40c接合的凸部50的顶面50c输入载荷，压缩应力也作用于凸部50的顶面50c和顶面50c与侧面50a、50b之间的棱线部50d、50e。由于这些压缩应力，使得加强件40的侧面40a、40b分别受到要向外侧倾倒的力矩，另一方面，帽状构件30的侧面30c、30d分别受到要向内侧倾倒的力矩。即，在帽状构件30的侧面30c、30d和加强件40的侧面40a、40b产生相互向相反侧倾倒的力矩，由此，作为外部构件3的侧面不易倾倒。其结果为，能够长时间承受较高的载荷，能够增大最大载荷和吸收能量。
另外，在图4所示的以往的保险杠横梁1中，封闭板25是内部构件，帽状构件101是外部构件，但在图3所示的第1实施方式的保险杠横梁1中，外部构件3由帽状构件30和加强件40构成。即，作为外部构件3的与被输入载荷的碰撞面(在本实施方式中为加强件40的顶面40c)相连的侧面由帽状构件30的侧面30c、30d和加强件40的侧面40a、40b构成。因此，即使是作为外部构件3的侧面的长度(X方向长度)在外观上为与以往构造相同的长度，实质上也是由X方向长度较短的侧面排列而成的结构。由此，作为外部构件3的侧面的面刚度提高，侧面不易倾倒。其结果为，在碰撞时能够长时间承受较高的载荷，能够增大最大载荷和吸收能量。
另外，通过利用碰撞时压缩应力所作用的凸部50来形成前述的闭合截面，使得加强件40的顶面40c的弯曲刚度提高，最大载荷提高。由此能够抑制压曲。
在保险杠横梁1的截面尺寸处于预定范围内时，上述的碰撞性能提高机理中的(1)抑制帽状构件30的侧面30c、30d的倾倒和(2)对加强件40的顶面40c赋予弯曲刚度，使得最大载荷和吸收能量进一步有效地增大。
在中空构件10的X方向长度a为恒定的条件下，凸部50的侧面50a、50b的面刚度和帽状构件30的侧面30c、30d的面刚度根据凸部50的高度b(从帽状构件30的顶面30e到凸部50的顶面50c的X方向长度)变化。如果基于后述的实施例，则凸部50的高度b与中空构件10的X方向长度a之比(b/a)优选为0.15～0.35。由此，能够有效地增大碰撞时的最大载荷和吸收能量。b/a的更优选的下限为0.17。b/a的更优选的上限为0.33。
在加强件40的宽度c为恒定的条件下，凸部50的顶面50c的面刚度根据凸部50的宽度d(凸部50的侧面50a、50b间的距离)变化。如果基于后述的实施例，则凸部50的宽度d越小，则越优选，但从充分地确保点焊、激光焊以及电弧焊等焊接余量的观点来看，凸部50的宽度d优选为10mm以上。
<第2实施方式>
如图5所示，第2实施方式的保险杠横梁1在碰撞侧壁部11与第1侧壁部13之间具有斜壁部19，在碰撞侧壁部11与第2侧壁部14之间具有斜壁部20。本说明书中的斜壁部19是指在将闭合截面构造构件的构件长度方向作为法线的截面中具有相对于碰撞侧壁部11和第1侧壁部13分别不平行的平面的壁部。同样，本说明书中的斜壁部20是指在将闭合截面构造构件的构件长度方向作为法线的截面中具有相对于碰撞侧壁部11和第2侧壁部14分别不平行的平面的壁部。第2实施方式中的保险杠横梁1的斜壁部19、20相当于设于加强件40的顶面40c与侧面40a、40b之间的斜面40f、40g。通过像第2实施方式那样作为斜壁部19、20的一例设有斜面40f、40g，如后述的实施例中所示，能够增大碰撞时的吸收能量。
在第2实施方式的保险杠横梁1中，通过改变斜壁部19、20的高度e1、宽度e2，即加强件40的斜面40f、40g的高度e1、宽度e2，能够控制帽状构件30的侧面30c、30d的变形模式。此外，本说明书中的斜壁部19(20)的高度e1是指从碰撞侧壁部11到斜壁部19(20)与侧壁部13(14)的交界位置的X方向长度。另外，本说明书中的斜壁部19(20)的宽度e2是指从侧壁部13(14)到斜壁部19(20)与碰撞侧壁部11的交界位置的Z方向长度。
例如在斜面40f、40g的高度e1为0的情况(即未设置斜壁部19、20的情况)下，帽状构件30的侧面30c、30d成为向内侧倾倒的变形模式。这是由于，通过加强件40的侧面40a、40b相对于帽状构件30的侧面30c、30d沿Z方向偏移，向加强件40的侧面40a、40b输入的载荷产生使帽状构件30的侧面30c、30d向内侧倾倒的力矩。另一方面，如果增大斜面40f、40g的高度e1，则呈现帽状构件30的侧面30c、30d向外侧倾倒的模式。这是由于，向斜面40f、40g输入的载荷产生使帽状构件30的侧面30c、30d向外侧倾倒的力矩，斜面40f、40g的高度e1越大，该力矩越大。
通过像这样改变斜面40f、40g的高度e1，能够使帽状构件30的侧面30c、30d成为更不易倾倒的变形模式。如果基于后述的实施例，则从以较高的水平兼顾载荷效率与吸收能量效率这一观点来看，斜面40f、40g的高度e1和中空构件10的X方向长度a之比(e1/a)优选为0.05～0.20。e1/a的更优选的下限为0.08。e1/a的更优选的上限为0.17。另外，斜面40f、40g的高度e1和宽度e2之比(e1/e2)优选为0.6～1.5，更优选为0.9～1.1。
<第3实施方式>
如图6所示，第3实施方式的保险杠横梁1具有形成于第1内侧壁部15与第3内侧壁部17之间的斜壁部即内侧斜壁部21，并且具有形成于第2内侧壁部16与第4内侧壁部18之间的斜壁部即内侧斜壁部22。本说明书中的内侧斜壁部21是指在将闭合截面构造构件的构件长度方向作为法线的截面中具有相对于第1内侧壁部15和第3内侧壁部17分别不平行的平面的壁部。同样，本说明书中的内侧斜壁部22是指在将闭合截面构造构件的构件长度方向作为法线的截面中具有相对于第2内侧壁部16和第4内侧壁部18分别不平行的平面的壁部。在第3实施方式中，内侧斜壁部21、22相当于设于帽状构件30的顶面30e与凸部50的侧面50a、50b之间的斜面50h、50i。此外，本说明书中的内侧斜壁部21(22)的高度f1是指从内侧壁部15(16)到内侧斜壁部21(22)与内侧壁部17(18)的交界位置的X方向长度。另外，本说明书中的内侧斜壁部21(22)的宽度f2是指从内侧壁部17(18)到内侧斜壁部21(22)与内侧壁部15(16)的交界位置的Z方向长度。
在第3实施方式的保险杠横梁1中，通过改变斜面50h、50i的高度f1、宽度f2，能够控制帽状构件30的侧面30c、30d的变形模式。例如在斜面50h、50i的高度f1为0的情况(即未设置内侧斜壁部21、22的情况)下，帽状构件30的侧面30c、30d成为向内侧倾倒的变形模式。这是由于，通过凸部50的侧面50a、50b相对于帽状构件30的侧面30c、30d沿Z方向偏移，向凸部50的侧面50a、50b输入的载荷产生使帽状构件30的侧面30c、30d向内侧倾倒的力矩。另一方面，如果增大斜面50h、50i的高度f1，则呈现帽状构件30的侧面30c、30d向外侧倾倒的模式。这是由于，向斜面50h、50i输入的载荷产生使帽状构件30的侧面30c、30d向外侧倾倒的力矩，斜面50h、50i的高度f1越大，该力矩越大。
通过像这样改变斜面50h、50i的高度f1，能够使帽状构件30的侧面30c、30d成为更不易倾倒的变形模式。如果基于后述的实施例，则从以较高的水平兼顾载荷效率与吸收能量效率的观点来看，斜面50h、50i的高度f1与中空构件10的X方向长度a之比(f1/a)优选为0.05～0.20。f1/a的更优选的下限为0.08。f1/a的更优选的上限为0.17。另外，从以较高的水平兼顾载荷效率与吸收能量效率的观点来看，优选为高度f1小于凸部50的高度b。另外，斜面50h、50i的高度f1与宽度f2之比(f1/f2)优选为0.6～1.5，更优选为0.9～1.1。
<第4实施方式>
如图7所示，第4实施方式的保险杠横梁1是将图5所示的第2实施方式的保险杠横梁1和图6所示的第3实施方式的保险杠横梁1组合而成的构造，在加强件40形成有斜面40f、40g，并且在凸部50形成有斜面50h、50i。换言之，第4实施方式的保险杠横梁1是如下构造：在碰撞侧壁部11与第1侧壁部13之间具有斜壁部19，在碰撞侧壁部11与第2侧壁部14之间具有斜壁部20，在第1内侧壁部15与第3内侧壁部17之间具有内侧斜壁部21，在第2内侧壁部16与第4内侧壁部18之间具有内侧斜壁部22。在这样的构造的保险杠横梁1中，能够进一步增大碰撞时的吸收能量。
以上对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限定于所述示例。显然的是，只要是本领域技术人员，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修改例，并且可了解到这些变更例或修改例当然也属于本发明的保护范围。
例如，如图8所示，凸部50也可以设有多个，在该情况下能够进一步增大碰撞时的吸收能量。在图8所示的示例中，凸部50设有两个，在该情况下，中空构件10由四个闭合截面构成。即，中空构件10与凸部50的数量相对应地由三个以上闭合截面构成。此外，在图8所示的示例中，在由碰撞相反侧壁部12、第1侧壁部13的局部、第1内侧壁部15、第3内侧壁部17、碰撞侧壁部11的局部、第4内侧壁部18、第2内侧壁部16以及第2侧壁部14包围的区域中形成有两个闭合截面。如果从以较高的水平兼顾碰撞时的吸收能量的提高与轻量化的观点来看，优选为凸部50仅形成一个。即，优选为在由碰撞相反侧壁部12、第1侧壁部13的局部、第1内侧壁部15、第3内侧壁部17、碰撞侧壁部11的局部、第4内侧壁部18、第2内侧壁部16以及第2侧壁部14包围的区域中形成有一个闭合截面空间。
另外，加强件40也可以如图9所示在帽状构件30的长度方向的全长上设置，如果能够根据保险杠横梁1的形状、安装位置等在某种程度上确定碰撞载荷的输入部，则加强件40也可以像图10那样仅在碰撞载荷的输入部及其周边局部地设置。在像这样局部地设置加强件40的情况下，能够充分地增大碰撞时的吸收能量，并且也能够实现轻量化。
另外，在上述实施方式中，保险杠横梁1由封闭板25、帽状构件30和加强件40这三个零部件构成，但本发明的闭合截面构造构件不限定于上述实施方式中说明的结构。例如闭合截面构造构件也可以是如图11～图15所示的构件。图11～图15所示的闭合截面构造构件例如可以通过挤压成形而一体成形，也可以通过多个构件利用焊接等相互接合来构成。
在这样的闭合截面构造构件中，也像上述实施方式中说明的那样，中空构件10具备碰撞侧壁部11、与碰撞侧壁部11相对的碰撞相反侧壁部12、以及与碰撞侧壁部11的端部和碰撞相反侧壁部12的端部相连的一对第1侧壁部13和第2侧壁部14。另外，中空构件10具有：第1内侧壁部15，其从第1侧壁部13向中空构件10的内侧延伸；第2内侧壁部16，其从第2侧壁部14向中空构件10的内侧延伸；第3内侧壁部17，其与第1内侧壁部15和碰撞侧壁部11相连；以及第4内侧壁部18，其与第2内侧壁部16和碰撞侧壁部11相连。
在图11所示的示例中，第1内侧壁部15相对于碰撞侧壁部11平行，第2内侧壁部16相对于碰撞侧壁部11平行，第1内侧壁部15与第2内侧壁部16的X方向上的位置彼此相同。另外，在图11所示的示例中，第3内侧壁部17相对于碰撞侧壁部11垂直，第4内侧壁部18相对于碰撞侧壁部11垂直。另外，在图11所示的示例中，在由碰撞相反侧壁部12、第1侧壁部13的局部、第1内侧壁部15、第3内侧壁部17、碰撞侧壁部11的局部、第4内侧壁部18、第2内侧壁部16以及第2侧壁部14包围的区域中形成有一个闭合截面A。另外，通过在中空构件10形成闭合截面A，从而在中空构件10形成由第1侧壁部13、碰撞侧壁部11、第3内侧壁部17和第1内侧壁部15包围的闭合截面B。同样，在中空构件10形成由第2侧壁部14、碰撞侧壁部11、第4内侧壁部18和第2内侧壁部16包围的闭合截面C。
在图11所示的示例的闭合截面构造构件的情况下，当在碰撞时向碰撞侧壁部11输入载荷时，压缩应力作用于碰撞侧壁部11、碰撞侧壁部11与第1侧壁部13之间的棱线部10a、碰撞侧壁部11与第2侧壁部14之间的棱线部10b。此时，由于处于第1内侧壁部15与第1侧壁部13相连且第3内侧壁部17与碰撞侧壁部11相连的状态，因此对第1侧壁部13的局部13b(位于比第1内侧壁部15靠碰撞侧的位置的部分)作用有要向外侧倾倒的力矩。同样，由于处于第2内侧壁部16与第2侧壁部14相连且第4内侧壁部18与碰撞侧壁部11相连的状态，因此对第2侧壁部14的局部14b(位于比第2内侧壁部16靠碰撞侧的位置的部分)作用有要向外侧的力矩。另一方面，在第1侧壁部13的位于比第1内侧壁部15靠碰撞相反侧的位置的部分13a，作用有要向内侧倾倒的力矩。同样，对第2侧壁部14的位于比第2内侧壁部16靠碰撞相反侧的位置的部分14a，作用有要向内侧倾倒的力矩。
因此，对第1侧壁部13的部分13a和部分13b作用有向相互相反侧倾倒的力矩，使得第1侧壁部13不易倾倒。同样，通过对第2侧壁部14的部分14a和部分14b作用有向相互相反侧倾倒的力矩，使得第2侧壁部14不易倾倒。其结果为，在碰撞时，能够更长时间地承受较高的载荷，能够增大最大载荷和吸收能量。
在从碰撞相反侧壁部12到碰撞侧壁部11的长度a为恒定的条件下，第3内侧壁部17和第4内侧壁部18各自的高度b与长度a之比(b/a)优选为0.15～0.35。由此，能够有效地增大碰撞时的最大载荷和吸收能量。b/a的更优选的下限为0.17。b/a的更优选的上限为0.33。
在图12所示的示例中，在碰撞侧壁部11与第1侧壁部13之间形成有斜壁部19，并且形成有碰撞侧壁部11与第2侧壁部14之间的斜壁部20。在该情况下，与图5所示的示例同样，斜壁部19、20的高度e1与从碰撞相反侧壁部12到碰撞侧壁部11的长度a之比(e1/a)优选为0.05～0.20。e1/a的更优选的下限为0.08。e1/a的更优选的上限为0.17。另外，斜壁部19、20的高度e1与宽度e2之比(e1/e2)优选为0.6～1.5，更优选为0.9～1.1。
在图13所示的示例中，在第1内侧壁部15与第3内侧壁部17之间形成有内侧斜壁部21，在第2内侧壁部16与第4内侧壁部18之间形成有内侧斜壁部22。在该情况下，与图6所示的示例同样，内侧斜壁部21、22的高度f1与从碰撞相反侧壁部12到碰撞侧壁部11的长度a之比(f1/a)优选为0.05～0.20。f1/a的更优选的下限为0.08。f1/a的更优选的上限为0.17。另外，内侧斜壁部21、22的高度f1与宽度f2之比(f1/f2)优选为0.6～1.5，更优选为0.9～1.1。
另外，闭合截面构造构件也可以是将图12所示的具有斜壁部19和斜壁部20的构造与图13所示的具有内侧斜壁部21和内侧斜壁部22的构造组合而成的构件。
在图14所示的示例中，碰撞侧壁部11具有：第1碰撞侧壁部11a，其与第1侧壁部13的碰撞侧端部和第2侧壁部14的碰撞侧端部相连；以及第2碰撞侧壁部11b，其与第3内侧壁部17和第4内侧壁部18相连。第1碰撞侧壁部11a与第2碰撞侧壁部11b例如通过焊接或一体成形而成为相互接合的状态。通过设有这样的第2碰撞侧壁部11b，能够提高第1碰撞侧壁部11a的弯曲刚度，能够进一步增大碰撞时的吸收能量。此外，第2碰撞侧壁部11b相当于图3所示的示例中的帽状构件30的凸部顶面50c。
在图15所示的示例中，在将构件长度方向Y作为法线的截面中，碰撞相反侧壁部12的一端部12a从第1侧壁部13向中空构件10的外侧突出，另一端部12b从第2侧壁部14向中空构件10的外侧突出。
在图14和图15所示的示例中，也可以设置如图12所示的斜壁部19、20，还可以设置如图13所示的内侧斜壁部21、22。另外，还可以设置所有的各斜壁部19～22。
实施例
制作了以往的保险杠横梁和本发明的保险杠横梁的分析模型，并且实施了假设柱前面碰撞的保险杠横梁的耐载荷评价模拟。
以往的保险杠横梁的分析模型是图4所示的构造100(比较例1)、图16所示的构造200(比较例2)以及图17所示的构造300(比较例3)。比较例1的分析模型是包括封闭板25和帽状构件101的构造。比较例2的分析模型是如下构造：将专利文献1的闭合截面构造构件修改为考虑了生产率的构造，在帽状构件201的顶面201e的中央部设有凹部，并且在该凹部内设有加强件202。比较例3的分析模型是如下构造：将专利文献2的闭合截面构造构件修改为考虑了生产率的构造，帽状构件301的一对侧面301c、301d的宽度局部变窄，以覆盖其该宽度变窄的部分的方式设有加强件302。
本发明的保险杠横梁的分析模型是图3所示的相当于上述第1实施方式的构造(实施例1～6)、图5所示的相当于上述第2实施方式的构造(实施例7～9)、图6所示的相当于上述第3实施方式的构造(实施例10～12)以及图7所示的相当于第4实施方式的构造(实施例13～15)。在实施例1～16的分析模型中，中空构件的X方向长度a为60mm，宽度c为60mm，并且是共通的，如后述的表1所示，前述比率即b/a处于1/2以下的范围内，并且d/c处于5/6以下的范围内。另外，在设有斜壁部的分析模型中，(斜壁部的高度e1)/a、(斜壁部的高度f1)/a均为1/4以下。各保险杠横梁的构件长度方向的长度设为1000mm。
耐载荷评价模拟如图18所示，在从保险杠横梁1的两端部朝向车宽方向Y的中央靠内侧100mm的位置配置直径为30mm的支承用柱60。进而在车宽方向Y的中央配置直径为254mm的柱61，使柱61与车长方向X平行地移动200mm。记录此时的柱的压入量(行程量)和输入载荷，并且测量最大载荷，即耐力和吸收能量。此外，吸收能量是指柱的压入量在0～100mm之间保险杠横梁所吸收的能量。
在表1中示出了比较例1～3和实施例1～16中的零部件的材料强度、板厚、各尺寸参数(b/a、d/c、e1/a、e2/a、f1/a、f2/a)以及用质量除模拟中的保险杠横梁的最大载荷而得到的载荷效率、用质量除吸收能量而得到的吸收能量效率。此外，构成保险杠横梁的各零部件的板厚和强度全部相等。
[表1]
在图19中表示比较例1和实施例1的载荷-行程线图。在两个条件下均为初始载荷上升，到达最大载荷后，载荷降低地推移。在比较例1中，在初始载荷上升时，帽状构件的顶面(碰撞面)开始向内侧挠曲，一对侧面开始向外侧挠曲。之后，在到达最大载荷后开始沿车高方向压曲，帽状构件的一对侧面开始向外侧倾倒。另一方面，在实施例1中，在初始载荷上升时，仅加强件变形，在到达最大载荷后开始沿车高方向压曲，帽状构件的一对侧面开始向内侧倾倒。另外，图19示出了与比较例1相比，实施例1的最大载荷和吸收能量较高。根据这些结果，示出了本发明的保险杠横梁与以往的保险杠横梁相比具有高耐力和高吸收能量性能。
接下来调查了本发明的保险杠横梁的截面尺寸对碰撞性能产生的影响。首先，通过比较实施例1～3，调查了凸部的高度b的优选尺寸。在b/a为0.17(实施例2)的情况下，载荷效率最优，在b/a为0.33(实施例1)的情况下，吸收能量效率最高。根据这些结果，示出了b/a优选为0.15～0.35。
接下来，通过比较实施例1、实施例4～6，调查了凸部的宽度d的优选尺寸。示出了d/c越小，则载荷效率和吸收能量效率越高。在本模拟中，得到了从以较高的水平兼顾载荷效率与吸收能量效率的观点来看，d/c优选为0.20以下的结果，但由于加强件的宽度c变化，使得优选的d/c也变化。
接下来，通过比较实施例1、实施例7～9，确认了有无加强件的斜壁部的效果。根据表1对实施例1、实施例7～9进行比较，示出了实施例7～9的吸收能量效率较高。根据这些结果，示出了通过在加强件设有斜壁部，使得碰撞性能提高。而且，在e1/a为0.08(实施例7)的情况下，载荷效率最优，在e1/a为0.17(实施例8)的情况下，吸收能量效率最高。根据这些结果，示出了从以较高的水平兼顾载荷效率与吸收能量效率的观点来看，e1/a优选为0.05～0.20。
接下来，通过比较实施例1、实施例10～12，确认了有无凸部的一对侧面与帽状构件的顶面之间的斜壁部的效果。根据表1对实施例1、实施例10～12进行比较，示出了根据斜壁部的高度，存在载荷效率和吸收能量效率高的截面尺寸。而且，在f1/a为0.08(实施例10)～0.17(实施例11)的情况下，确认载荷效率和吸收能量效率的提高效果。根据这些结果，示出了从以较高的水平兼顾载荷效率和吸收能量效率的观点来看，f1/a优选为0.05～0.20。
接下来，通过比较实施例1、实施例13～15，确认了加强件的斜壁部和凸部的一对侧面与帽状构件的顶面之间的斜壁部的协同效果。将e1/a固定为0.08，确认了f1/a产生的影响。吸收能量效率无论在何种条件下都超过实施例1，当f1/a为0.17(实施例14)时，示出了最大值。根据这些结果，示出了像图7那样由加强件的斜壁部和凸部的一对侧面与帽状构件的顶面之间的斜壁部产生协同效果，碰撞性能进一步提高。
此外，实施例16的分析模型是加强件的斜壁部的高度e1与宽度e2不同的构造的模型，宽度e2比高度e1长。如表1所示，相对于比较例1，在实施例16中载荷效率和吸收能量效率也得到了提高。
在图20中表示比较例2、3与实施例14的载荷-行程线图。图20示出了与比较例2、3相比，实施例14的最大载荷和吸收能量较高。根据这些结果，示出了本发明的保险杠横梁与专利文献1和专利文献2的保险杠横梁相比具有高耐力和高吸收能量性能。
产业上的可利用性
本发明能够作为安装于汽车等车辆的前保险杠横梁、后保险杠横梁、下边梁等承受弯曲变形的闭合截面构造构件而利用。
附图标记说明
1、保险杠横梁；2、内部构件；3、外部构件；10、中空构件；11、碰撞侧壁部；11a、第1碰撞侧壁部；11b、第2碰撞侧壁部；12、碰撞相反侧壁部；13、第1侧壁部；14、第2侧壁部；15、第1内侧壁部；16、第2内侧壁部；17、第3内侧壁部；18、第4内侧壁部；19、斜壁部；20、斜壁部；21、内侧斜壁部；22、内侧斜壁部；25、封闭板；30、帽状构件；30a、30b、帽状构件的凸缘；30c、30d、帽状构件的侧面；30e、帽状构件的顶面；40、加强件；40a、40b、加强件的侧面；40c、加强件的顶面；40d、40e、加强件的顶面与侧面之间的棱线部；40f、40g、加强件的斜面；50、凸部；50a、50b、凸部的侧面；50c、凸部的顶面；50d、50e、凸部的顶面与侧面之间的棱线部；50f、50g、凸部的侧面与帽状构件的顶面之间的棱线部；50h、50i、凸部的侧面与帽状构件的顶面之间的斜面；60、支承用柱；61、柱；70、车身骨架；100、以往的保险杠横梁；101、帽状构件；101a、101b、帽状构件的凸缘；101c、101d、帽状构件的侧面；101e、帽状构件的顶面；101f、101g、帽状构件的顶面与侧面之间的棱线部；200、以往的保险杠横梁；201、帽状构件；201a、201b、帽状构件的凸缘；201c、201d、帽状构件的侧面；201e、帽状构件的顶面；202、加强件；300、以往的保险杠横梁；301、帽状构件；301a、301b、帽状构件的凸缘；301c、301d、帽状构件的侧面；301e、帽状构件的顶面；302、加强件；A～C、闭合截面；a、外部构件的高度；b、凸部的高度；c、外部构件的宽度；d、凸部的宽度；e1、斜面的高度；e2、斜面的宽度；f1、斜面的高度；f2、斜面的宽度。

Claims (10)

1.一种闭合截面构造构件，其中，
该闭合截面构造构件具备中空构件，该中空构件在将构件长度方向作为法线的截面中具有碰撞侧壁部、碰撞相反侧壁部、第1侧壁部、第2侧壁部、第1内侧壁部、第2内侧壁部、第3内侧壁部以及第4内侧壁部；
所述碰撞侧壁部是位于碰撞侧的壁部，
所述碰撞相反侧壁部是与所述碰撞侧壁部相对的与所述碰撞侧相反的一侧的壁部，
所述第1侧壁部和所述第2侧壁部是与所述碰撞侧壁部的端部和所述碰撞相反侧壁部的端部相连的一对壁部，
所述第1内侧壁部是从所述第1侧壁部向所述中空构件的内侧延伸的壁部，
所述第2内侧壁部是从所述第2侧壁部向所述中空构件的内侧延伸的壁部，
所述第3内侧壁部是与所述第1内侧壁部和所述碰撞侧壁部相连的壁部，
所述第4内侧壁部是与所述第2内侧壁部和所述碰撞侧壁部相连的壁部，
所述第3内侧壁部和所述第4内侧壁部各自的高度b与从所述碰撞相反侧壁部到所述碰撞侧壁部的长度a之比b/a为0.15～0.35。
2.根据权利要求1所述的闭合截面构造构件，其中，
所述碰撞侧壁部具有第1碰撞侧壁部和第2碰撞侧壁部，
所述第1碰撞侧壁部与所述第1侧壁部的碰撞侧端部和所述第2侧壁部的碰撞侧端部相连，
所述第2碰撞侧壁部与所述第3内侧壁部的碰撞侧端部和所述第4内侧壁部的碰撞侧端部相连，
所述第1碰撞侧壁部与所述第2碰撞侧壁部相接合。
3.根据权利要求1或2所述的闭合截面构造构件，其中，
在由所述碰撞相反侧壁部、所述第1侧壁部的局部、所述第1内侧壁部、所述第3内侧壁部、所述碰撞侧壁部的局部、所述第4内侧壁部、所述第2内侧壁部和所述第2侧壁部的局部包围的区域中形成有一个闭合截面空间。
4.根据权利要求1或2所述的闭合截面构造构件，其中，
该闭合截面构造构件具有分别形成于所述碰撞侧壁部与所述第1侧壁部之间和所述碰撞侧壁部与所述第2侧壁部之间的斜壁部。
5.根据权利要求4所述的闭合截面构造构件，其中，
所述斜壁部的高度e1与从所述碰撞相反侧壁部到所述碰撞侧壁部的长度a之比为0.05～0.20。
6.根据权利要求1或2所述的闭合截面构造构件，其中，
该闭合截面构造构件具有分别形成于所述第1内侧壁部与所述第3内侧壁部之间和所述第2内侧壁部与所述第4内侧壁部之间的内侧斜壁部。
7.根据权利要求6所述的闭合截面构造构件，其中，
所述内侧斜壁部的高度f1与从所述碰撞相反侧壁部到所述碰撞侧壁部的长度a之比为0.05～0.20。
8.根据权利要求1或2所述的闭合截面构造构件，其中，
在将构件长度方向作为法线的截面中，所述碰撞相反侧壁部的一端部从所述第1侧壁部向所述中空构件的外侧突出，该碰撞相反侧壁部的另一端部从所述第2侧壁部向所述中空构件的外侧突出。
9.根据权利要求1或2所述的闭合截面构造构件，其中，
该闭合截面构造构件具备封闭板、帽状构件和加强件，
所述封闭板位于碰撞相反侧，
所述帽状构件具有：两个凸缘，其与所述封闭板相接合；一对侧面，其从所述凸缘向碰撞侧延伸；顶面，其与所述一对侧面相连；以及凸部，其设于所述顶面，并且向碰撞侧突出，
所述加强件具有：一对侧面，其与所述帽状构件相接合；以及顶面，其与该一对侧面相连，
所述碰撞相反侧壁部由所述封闭板和所述帽状构件的所述凸缘构成，
所述第1侧壁部和所述第2侧壁部由所述帽状构件的所述一对侧面和所述加强件的所述一对侧面构成，
所述碰撞侧壁部由所述帽状构件的所述凸部和所述加强件的所述顶面构成。
10.一种汽车的车身骨架，其中，
该车身骨架具备权利要求1～9中的任一项所述的闭合截面构造构件，
所述碰撞侧壁部相对于所述碰撞相反侧壁部位于车外侧。
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