CN117120324A - 汽车的冲击吸收构造 - Google Patents

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CN117120324A CN202280027965.2A CN202280027965A CN117120324A CN 117120324 A CN117120324 A CN 117120324A CN 202280027965 A CN202280027965 A CN 202280027965A CN 117120324 A CN117120324 A CN 117120324A
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Abstract

一种冲击吸收构造，其具有：第1构件，其由金属材料形成；和第2构件，其沿着第1构件的轴向延伸，第1构件的形状是圆筒形状，第2构件的轴向上的长度是第1构件的轴向长度的15％～75％的长度，在将第1构件的端部与第2构件的端部之间的端部间距离设为D并将第1构件的最大曲率半径设为R且将第1构件的板厚设为t时，满足D<0.40Rt，该冲击吸收构造存在沿着与第1构件的周向不同的方向延伸的第1构件与第2构件的接合线。

Description

汽车的冲击吸收构造
技术领域
本发明涉及一种汽车的冲击吸收构造。
背景技术
近年来，出于保护地球环境的观点考虑，而要求改善汽车的燃料消耗性能。另一方面，还要求提高汽车的碰撞安全性。为了提高碰撞安全性，而寻求提高也被称为“缓冲区”的汽车的前部和后部的碰撞能量的吸收性能、吸收碰撞时的冲击。例如前部的缓冲区主要由前纵梁和配置于该前纵梁的顶端的碰撞盒构成，在从汽车的前方碰撞时，冲击由这些部件吸收。
出于兼顾汽车车身的轻量化和冲击吸收性能的观点考虑，期望提高能量吸收量的质量效率(以下称为“能量吸收效率”)。另外，为了有效地提高能量吸收效率，优选的是，在向碰撞盒、纵梁等冲击吸收构造输入碰撞载荷时，轴压扁变形从冲击吸收构造的载荷输入侧的端部朝向车内侧(车室侧)的端部进展。
作为冲击吸收构造，在专利文献1中公开了直径互不相同的第1筒状构件和第2筒状构件以端部彼此结合的状态一体化而成的碰撞能量吸收构造体。
在专利文献2中公开了在全长的局部具有多层管构造的液压成形加工用高强度钢管。在专利文献2中公开了在基管的内侧配置有附加管的构造的钢管和在基管的外侧配置有附加管的构造的钢管。
在专利文献3中公开了一种冲击吸收装置，该冲击吸收装置具备：分隔构件，其与作为相对于冲击而言的保护对象的构造体接合；外筒构件，其基端部与该分隔构件接合；以及内筒构件，其基端部与分隔构件接合，并且与外筒构件的顶端部分内接，且顶端部从外筒构件突出。
在专利文献4中公开了一种车辆用缓冲装置系统，该车辆用缓冲装置系统具备：主单元，其适合于在受到第1能级的冲击时发生变形；和辅助单元，其承受超过第1能级的第2能级的冲击。
在专利文献5中公开了一种能量吸收构造体，该能量吸收构造体具备：纤维强化树脂制的筒状的能量吸收构件，其在载荷输入时沿着轴向压坏而吸收碰撞载荷；载荷传递构件，其配置于能量吸收构件的顶端面侧；以及壁面部，其设置于能量吸收构件的顶端部的周围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许出愿公开第2001-241478号公报
专利文献2：日本特许出愿公开第2001-219226号公报
专利文献3：日本特许出愿公开第2004-028135号公报
专利文献4：日本特许出愿公开第2016-533939号公报
专利文献5：日本特许出愿公开第2017-227276号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1所记载的碰撞能量吸收构造体是通过将第1筒状构件的端部与第2筒状构件的端部彼此对接焊接而构成的。然而，本申请发明人以与专利文献1所记载的构造体同样的模型实施了碰撞模拟的结果为，获得了第1筒状构件与第2筒状构件的接合部处的等效塑性应变较大的结果。因此，在专利文献1所记载的构造体中，担心在碰撞时在接合部处发生断裂，而有可能不会产生轴压扁变形。另外，对于专利文献1所记载的构造体而言，使第1筒状构件的端部与第2筒状构件的端部对接是必须的，因此厚壁部和薄壁部的配置没有自由度。
对于专利文献2所记载的在基管的“内侧”配置有附加管的钢管而言，为了避免加压液进入到基管与附加管之间的间隙，而将附加管的两端整周焊接于基管。在基管与附加管如此整周焊接在一起的情况下，接合部在轴向载荷的输入时容易剥离，基管的变形特性有可能呈现与单管构造的钢管的变形特性同样的变形特性。因此，有可能在基管不会产生轴压扁变形。
另外，对于专利文献2所记载的在基管的“外侧”配置有附加管的钢管而言，由于两管未接合，因此在输入轴向载荷时各管有可能呈现独立的变形特性。因此，有可能在基管不会产生轴压扁变形。
专利文献3所记载的冲击吸收装置由于使外筒构件与内筒构件周向焊接，因此与专利文献2所记载的钢管同样地，在轴向载荷的输入时接合部容易剥离。另外，在外筒构件和内筒构件的后端部，在两构件之间存在空隙，该空隙部附近的筒构件在轴向载荷的输入时有可能呈现作为单一的筒构件的变形特性。因此，有可能在外筒构件不会产生轴压扁变形。
专利文献4所记载的车辆用缓冲装置系统是如下构造：虽然辅助单元配置于主单元的内方，但主单元的内表面与辅助单元的外表面未接合，各单元独立地变形。因此，在轴向载荷的输入时，在主单元的车内侧(车室侧)的端部附近产生较大的压曲，在主单元有可能不会产生轴压扁变形。
专利文献5所记载的能量吸收构造体由于承受来自载荷传递构件的载荷的能量吸收构件是纤维强化树脂制的，因此在碰撞时难以产生轴压扁变形。
如以上所述，担心专利文献1～5所记载的冲击吸收构造不会稳定地产生轴压扁变形，因此，出于提高能量吸收效率的观点考虑，存在改善的余地。
本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提高汽车的冲击吸收构造中的能量吸收效率。
用于解决问题的方案
解决上述问题的本发明的一方案是一种汽车的冲击吸收构造，其具有：第1构件，其由金属材料形成；和第2构件，其与所述第1构件的外表面或内表面接合，沿着所述第1构件的轴向延伸，所述第1构件的形状是圆筒形状，所述第2构件在所述第1构件的轴向上的长度是所述第1构件的轴向长度的15％～75％的长度，在将所述第1构件的端部与所述第2构件的端部之间的该第1构件的轴向上的端部间距离设为D并将与所述第1构件的轴向垂直的截面中的该第1构件的最大曲率半径设为R且将所述第1构件的板厚设为t时，满足D<0.40Rt，所述汽车的冲击吸收构造存在沿着与所述第1构件的周向不同的方向延伸的该第1构件与所述第2构件的接合线。
也可以是，所述第2构件的形状是圆筒形状。
也可以是，所述第2构件中的由所述接合线分割得到的区域的面积是各区域的总面积的60％以下。
另外，另一观点的本发明的一方案是一种汽车的冲击吸收构造，其具有：第1构件，其由金属材料形成；和第2构件，其与所述第1构件的外表面或内表面接合，沿着所述第1构件的轴向延伸，所述第1构件的形状是方筒形状，所述第2构件在所述第1构件的轴向上的长度是所述第1构件的轴向长度的15％～75％的长度，在将所述第1构件的端部与所述第2构件的端部之间的该第1构件的轴向上的端部间距离设为D并将所述第1构件的平面部的宽度设为Wp且将所述第1构件的板厚设为t时，满足D<1.11Wpt，所述汽车的冲击吸收构造存在沿着与所述第1构件的周向不同的方向延伸的该第1构件与所述第2构件的接合线。
也可以是，所述第2构件与所述第1构件的平面部接合。
也可以是，所述第2构件与所述第1构件的棱线部接合。
也可以是，所述接合线沿着所述第1构件的轴向延伸。
也可以是，所述接合线沿着相对于所述第1构件的轴向倾斜的方向延伸。
也可以是，所述汽车的冲击吸收构造存在沿着所述第1构件的周向延伸的其他接合线。
也可以是，所述第1构件的板厚t与所述第2构件的板厚t’的板厚比t/t’是0.25～4.0。
也可以是，所述冲击吸收构造用于碰撞盒、纵梁、副车架的延伸部或配置于中空状的压扁构件内的加强件。
发明的效果
能够提高汽车的冲击吸收构造中的能量吸收效率。
附图说明
图1是表示汽车的车身骨架的一例的图。
图2是表示汽车的副车架的一例的图。
图3是表示第1实施方式的冲击吸收构造的概略结构的说明图。
图4是沿着轴向剖切冲击吸收构造而得到的剖视图。
图5是与轴向垂直地剖切冲击吸收构造而得到的剖视图。
图6是表示接合线的一例的说明图。
图7是表示接合线的一例的说明图。
图8是第1构件与第2构件的端部间距离D的说明图。
图9是第1构件的最大曲率半径R的说明图。
图10是表示冲击吸收构造的构造例的图。
图11是表示第2构件与第1构件的内表面接合的例子的说明图。
图12是沿着轴向剖切图11的冲击吸收构造而得到的剖视图。
图13是表示第1构件呈方筒形状的情况的例子的说明图。
图14是与轴向垂直地剖切图13的冲击吸收构造而得到的剖视图。
图15是表示第2构件与第1构件的内表面接合的例子的说明图。
图16是表示冲击吸收构造的构造例的图。
图17是表示冲击吸收构造的构造例的图。
图18是从X方向～Z方向各方向观察图17的冲击吸收构造的图和沿着轴向剖切图17的冲击吸收构造而得到的图。
图19是表示冲击吸收构造的构造例的图。
图20是表示第2实施方式的冲击吸收构造的概略结构的说明图。
图21是与轴向垂直地剖切图20的冲击吸收构造而得到的剖视图。
图22是表示第2构件与第1构件的棱线部接合的例子的说明图。
图23是与轴向垂直地剖切图22的冲击吸收构造而得到的剖视图。
图24是与第2构件接合的第1构件的棱线部的放大图。
图25是表示第1构件的形状例的图。
图26是用于说明冲击吸收构造的应用例的说明图。
图27是用于说明冲击吸收构造的应用例的说明图。
图28是用于说明冲击吸收构造的应用例的说明图。
图29是表示模拟(1)的分析模型的说明图。
图30是表示模拟(1)中的分析模型的变形状态的图。
图31是表示模拟(1)中的分析模型的能量吸收效率的图。
图32是表示模拟(2)中的分析模型的能量吸收效率的图。
图33是表示模拟(3)中的分析模型的能量吸收效率的图。
图34是表示模拟(4)中的分析模型的能量吸收效率的图。
图35是表示模拟(5)的分析模型的说明图。
图36是表示模拟(5)中的分析模型的能量吸收效率的图。
图37是表示模拟(6)中的分析模型的变形状态的图。
图38是表示模拟(7)中的分析模型的变形状态的图。
图39是表示模拟(8)中的分析模型的变形状态的图。
图40是表示模拟(9)中的分析模型的变形状态的图。
图41是表示模拟(10)中的分析模型的变形状态的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在本说明书和附图中，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。
以下的实施方式的汽车的冲击吸收构造例如作为图1所示的碰撞盒、纵梁、图2所示的副车架的延伸部、或配置于中空状的压扁构件内的加强件应用。此外，对将冲击吸收构造应用于碰撞盒或纵梁的情况和将冲击吸收构造用作中空状的压扁构件内的加强件的情况的具体例在后面进行说明。
＜第1实施方式＞
图3是表示第1实施方式的冲击吸收构造1的概略结构的说明图。图4是沿着轴向A剖切冲击吸收构造1而得到的剖视图。图5是与轴向A垂直地剖切冲击吸收构造1而得到的剖视图，示出第1构件10与第2构件20重叠的部分的截面。此外，图3和图4中的冲击吸收构造1的上方侧是汽车的车长方向上的车外侧，下方侧是车内侧(车室侧)。
如图3～图5所示，冲击吸收构造1具有圆筒形状的第1构件10和圆筒形状的第2构件20。
第1构件10例如由钢材、铝合金构件、镁合金构件等金属材料形成。在作为第1构件10的金属材料而使用钢材的情况下，优选使用抗拉强度是780MPa以上的钢板，更优选使用抗拉强度是980MPa以上的钢板。
第1构件10的轴向A上的长度例如是150mm～1000mm。该第1构件10的轴向长度优选是500mm以下，更优选是300mm以下。
第1构件10的板厚例如是0.5mm～6.0mm。该第1构件10的板厚优选是0.8mm以上，更优选是1.0mm以上。另一方面，第1构件10的板厚优选是4.0mm以下，更优选是3.0mm以下。
第2构件20例如由钢材、铝合金构件、镁合金构件等金属材料、纤维强化树脂等各种树脂原材料形成。在作为第2构件20的金属材料而使用钢材的情况下，优选使用抗拉强度是780MPa以上的钢板，更优选使用抗拉强度是980MPa以上的钢板。
第2构件20的轴向A上的长度并没有特别限定，但如后面说明的那样比第1构件10的轴向长度短。此外，第2构件20的轴向长度例如是150mm～1000mm，优选是500mm以下，更优选是300mm以下。
第2构件20的板厚例如是0.5mm～6.0mm。该第2构件20的板厚优选是0.8mm以上，更优选是1.0mm以上。另一方面，第2构件20的板厚优选是4.0mm以下，更优选是3.0mm以下。
第1构件10的轴向A上的两端部10a、10b中的端部10a是汽车的车长方向上的车外侧的端部，且是前方碰撞时、后方碰撞时的碰撞载荷的输入侧的端部。另一方面，第1构件10的端部10b是车长方向上的车内侧(车室侧)的端部。
第2构件20从第1构件10的轴向A上的端部10b朝向端部10a延伸。第2构件20的内径比第1构件10的外径大，第1构件10的外周面的局部由第2构件20覆盖。在图3和图4所示的例子中，第1构件10的端部10b的位置与第2构件20的端部20b的位置对齐。另一方面，由于第2构件20的轴向A上的长度比第1构件10的轴向A上的长度短，因此第2构件20的另一端部20a位于第1构件10的轴向A上的中央部。
(第2构件的轴向长度)
第2构件20的轴向A上的长度L’(图4)是第1构件10的长度L的15％～75％。如在后面说明的实施例中所示，只要第2构件20的长度L’是第1构件10的长度L的15％以上，则能量吸收效率的提高效果较大。
出于提高该效果的观点考虑，第2构件20的长度L’更优选是第1构件10的长度L的30％以上，进一步优选是40％以上。另一方面，若第2构件20的长度L’超过第1构件10的长度L的75％，则能量吸收效率的提高效果饱和。因此，只要第2构件20的长度L’是第1构件10的长度L的75％以下，就能够抑制冲击吸收构造1的重量增加，同时有效地确保能量吸收性能。
第1构件10的板厚t与第2构件20的板厚t’的板厚比(t/t’)优选是0.25～4.0。如在后面说明的实施例中所示，通过板厚比满足该范围，能量吸收效率易于提高。出于提高该效果的观点考虑，上述板厚比更优选是0.75以上，进一步优选是1.0以上。另外，出于同样的观点考虑，上述板厚比更优选是2.0以下，进一步优选是1.5以下。
(接合线)
使第1构件10与第2构件20相互接合。接合方法并没有特别限定，例如通过使用激光焊接等焊接手段、粘接剂来使两构件10、20接合。虽然如此未限定接合方法，但成为第1构件10与第2构件20的接合区域和非接合区域的分界线的“接合线30”需要沿着第1构件10的轴向A延伸。
在图3所示的例子中，利用焊接使第1构件10与第2构件20接合，沿着轴向A延伸的焊道成为本例中的接合线30。通过接合线30沿着轴向A延伸，从而与接合线30沿着例如第1构件10的周向C延伸的情况相比，能够提高能量吸收效率。另外，出于提高能量吸收效率的观点考虑，优选接合线30存在多个，在图3～图5所示的例子中，沿着轴向A延伸的接合线30在第1构件10的周向C上隔开间隔地存在6条。
接合线30的轴向A上的长度可根据所要求的能量吸收效率任意地设定，但接合线30优选如图3所示从第2构件20的一端部20a延伸到另一端部20b。
在接合线30从第2构件20的一端部20a延伸到另一端部20b的情况下，第2构件20的与第1构件10相对的一侧的面(在图3所示的例子中是第2构件20的内周面)以接合线30为分界而分割得到多个区域。另外，该分割得到的各区域的面积优选是将各区域的面积合计而得到的总面积的60％以下。
在图3～图5所示的例子中，沿着轴向A延伸的接合线30沿着周向C隔开间隔地存在6处，因此将第2构件20的内周面分割得到6个区域。因此，在将该6个区域的面积分别设为S1、S2、S3、S4、S5、S6时(对于S4～S6未图示)，优选各面积S1、S2、S3、S4、S5、S6分别是总面积(S1+S2+S3+S4+S5+S6)的60％以下。
如在后面说明的实施例中所示，只要各区域的面积是总面积的60％以下，就能够有效地提高能量吸收效率。出于提高该效果的观点考虑，各区域的面积优选是总面积的50％以下，更优选是40％以下。
此外，如图6所示，接合线30也可以相对于轴向A倾斜。在该情况下，与仅存在沿周向C延伸的接合线30的情况相比，也能够提高能量吸收效率。即，接合线30沿着与周向C不同的方向延伸为佳。
另外，接合线30也可以如图7所示以沿着轴向A和周向C分别延伸的方式配置，还可以以沿着如图6所示相对于轴向A倾斜的方向(倾斜方向)和周向C分别延伸的方式配置。而且，接合线30也可以将图6的方式和图7的方式组合而以沿着轴向A、倾斜方向以及周向C分别延伸的方式配置。
在以上的图3～图7所示的例子中，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b的位置对齐，但也可以如图8所示各端部10b、20b的位置不对齐。
不过，在第2构件20的端部20b与第1构件10的端部10b分离过远的情况下，在作为车长方向上的车外侧的端部的第1构件10的端部10a与第2构件20的端部20b之间的区域中，有可能在轴压扁变形充分地进展之前在端部10b、端部20b之间产生压曲。在产生了这样的压曲之后，冲击吸收构造1难以发生轴压扁变形，能量吸收效率的提高效果减小。
(端部间距离D)
出于以上的理由，在如图8所示第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b的位置不对齐的情况下，需要限制端部10b与端部20b之间的距离D。作为第1构件10与第2构件20的“端部之间的距离”，存在端部10a与端部20a之间的距离和端部10b与端部20b之间的距离这两个距离，本说明书中的距离D是指车长方向上的车内侧(车室侧)的端部10b与端部20b之间的距离。
此外，在以单体观察安装于车身的冲击吸收构造1时，在无法判别第1构件10的端部10a和端部10b中的哪个端部位于车内侧的情况下，上述的距离D是指端部10a与端部20a之间的距离和端部10b与端部20b之间的距离中的较短的距离。
在如本实施方式这样第1构件10是圆筒形状的情况下，在将第1构件10的最大曲率半径设为R并将第1构件10的板厚设为t时，距离D需要满足D<0.40Rt。通过距离D满足该范围，从而在第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的区域中不易产生压曲。
由此，在另一个端部10a与端部20a之间易于发生轴压扁变形，能够提高冲击吸收构造1的能量吸收效率。出于提高该效果的观点考虑，优选满足D≤0.36Rt，更优选满足D≤0.32Rt。
此外，只要第1构件10是正圆状的圆筒，其圆的半径就成为最大曲率半径R，但例如在第1构件10像椭圆形的圆筒那样曲率半径在周向上变化的情况下，以如下方法定义最大曲率半径R。
首先，如图9所示，在第1构件10的与轴向A垂直的截面中，沿着第1构件10的周向C以5mm间隔设定曲率半径的测量点。然后测量由在周向C上连续的三个点构成的曲率半径，将最大的曲率半径设为最大曲率半径R。在图9所示的例子中，由黑圆点构成的曲线的曲率半径是由在周向C上连续的三个点构成的曲率半径中最大的值，因此，由该黑圆点的三个点构成的曲率半径是最大曲率半径R。
本实施方式的冲击吸收构造1如以上所述地构成。在该冲击吸收构造1中，第2构件20与第1构件10的外表面接合，接合线30沿着轴向A延伸，另外第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D满足D<0.40Rt。
根据如此构成的冲击吸收构造1，车内侧的端部10b附近的区域由第2构件20加强，因此在输入碰撞载荷时能够抑制该区域中的压曲的产生。由此，易于产生冲击吸收构造1的轴压扁变形，能够提高冲击吸收构造1的能量吸收效率。
此外，在本说明书中的“圆筒形状的构件”中例如还包括与轴向A垂直的截面的形状是椭圆形的构件。另外，圆筒形状的构件并不限定于由单一的构件构成的情况，也可以通过将多个构件组合而构成。圆筒形状的构件例如也可以是图10所示的通过使具有凸缘的半圆筒形状的构件相互接合而构成的构件。
以上说明的冲击吸收构造1的第1构件10和第2构件20都是圆筒形状，但也可以是，第2构件20是与轴向A垂直的截面的形状为弧状的板构件，通过使多个第2构件20相互接合而成为圆筒形状。另外，冲击吸收构造1例如也可以如以下那样构成。
(其他结构例1)
图11和图12所示的结构例是如下例子：与图3所示的结构例相同的是，第1构件10和第2构件20是圆筒形状，但第2构件20不是与第1构件10的外周面接合，而是与内周面接合。此外，在本结构例中，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D是0。
(其他结构例2)
图13和图14所示的结构例与图3所示的结构例不同，是第1构件10和第2构件20为方筒形状的例子。该冲击吸收构造1在第1构件10的平面部11的外表面接合有第2构件20的平面部21。
在第1构件10为方筒形状的情况下，在将第1构件10的平面部11的宽度设为Wp并将板厚设为t时，图8所示的距离D需要满足D<1.11Wpt。在本结构例中，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D是0，满足上述的距离D的数值范围。此外，上述的距离D优选满足D≤0.90Wpt，更优选满足D≤0.75Wpt，进一步优选满足D≤0.56Wpt。
此外，本说明书中的“平面部”是指与轴向A垂直的截面中的除了将相邻的两平面相连的曲面(以下也存在记载为“棱线部12”的情况)之外的部分。“平面部的宽度”是指从与平面相邻的一个曲面的圆角节点到另一个曲面的圆角节点的长度。另外，优选在第1构件10的全部平面部11中满足上述的D<1.11Wpt的关系。
(其他结构例3)
图15所示的结构例是如下例子：与图13所示的结构例相同的是，第1构件10和第2构件20为方筒形状，但第2构件20不是与第1构件10的外表面接合，而是与内表面接合。此外，在本结构例中，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D是0。
在以上所述的其他结构例1～结构例3的冲击吸收构造1中也是，第2构件20与第1构件10的外表面或内表面接合，接合线30沿着轴向A延伸。另外，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D满足D<0.40Rt或D<1.11Wpt。因此，如前所述，能够抑制第1构件10的车内侧的端部10b附近的压曲产生。
此外，本说明书中的“方筒形状的构件”并不限定于与轴向A垂直的截面的形状是正方形、长方形这样的四边形，也可以是例如六边形等多边形形状，还可以是图16所示的与轴向A垂直的截面的形状为十字状的构件。
另外，例如方筒形状的构件还可以是图17所示的冲击吸收构造1的侧视时的形状为梯形形状的构件。在此，图18的(a)是从图17的X方向观察的冲击吸收构造1，图18的(b)是从图17的Y方向观察的冲击吸收构造1，图18的(c)是从图17的Z方向观察的冲击吸收构造1。另外，图18的(d)是以沿着轴向A且包括第1构件10和第2构件20的斜面的方式剖切冲击吸收构造1而得到的图。
此外，如图18的(d)所示，在该例子中，第2构件20的与斜面部20c相对的平面部20d的延伸方向并非严格地与第1构件10的轴向A一致。但是，第2构件20的平面部20d沿着第1构件10的与斜面部10c相对的平面部10d在与第1构件10的轴向A大致相同的方向上延伸，因此在本说明书中，这样的情况也定义为“第2构件20沿着第1构件10的轴向A延伸”。
另外，在图18的(d)所示的构造中，在研究前述的第1构件10与第2构件20的轴向长度的比率时，将第1构件10的斜面部10c的长度(斜面部10c的端点之间的距离)与第2构件20的斜面部20c的长度(斜面部20c的端点之间的距离)进行对比。另外，只要第2构件20的斜面部20c的长度L’是第1构件10的斜面部10c的长度L的15％～75％，图18的(d)所示的冲击吸收构造1就满足本实施方式的轴向长度的条件。
另外，方筒形状的构件并不限定于由单一的构件构成，也可以通过将多个构件组合而构成。例如方筒形状的构件也可以是图19所示的通过使帽形构件与封闭板接合而构成的构件。
另外，在以上的说明中，对于冲击吸收构造1示出了多个结构例，在任一结构例中都是，第1构件10与第2构件20的板厚比t/t’、由接合线30分割得到的区域的面积S(图3)等优选满足前述的数值范围。
＜第2实施方式＞
在本实施方式中，第2构件20的形状与第1实施方式不同。以下参照附图对本实施方式的冲击吸收构造1进行说明。
图20是表示本实施方式的冲击吸收构造1的概略结构的说明图。图21是与轴向A垂直地剖切冲击吸收构造1而得到的剖视图，示出第1构件10与第2构件20重叠的部分的截面。
在图20和图21所示的冲击吸收构造1中，第1构件10形成为方筒状，第2构件20形成为板状。
第2构件20设置有多个，这些第2构件20与第1构件10的各个平面部11分别接合。接合线30沿着第1构件10的轴向A延伸。此外，在第2构件20如本实施方式这样形成为板状的情况下也是，第1构件10与第2构件20的接合方法没有特别限定，例如使用由电弧焊、激光焊接进行的角焊等焊接手段、粘接剂来接合两构件10、20。
另外，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D是0，满足前述的D<1.11Wpt的关系。
因而，在本实施方式的冲击吸收构造1中，也与第1实施方式同样地，能够利用由第2构件20产生的加强效果来抑制第1构件10的端部10b附近的压曲。由此，在冲击吸收构造1易于产生轴压扁变形，能够提高能量吸收效率。
在第2构件20与第1构件10的平面部11接合的情况下，平面部11中的与第2构件20接合的区域的宽度Wp’优选是平面部11的宽度Wp的25％以上。如在后面说明的实施例中所示，通过宽度Wp’满足该范围，从而在第1构件10的端部10a附近能够易于产生轴压扁变形，能够将第1构件10的塑性变形区域确保得更多。出于提高该效果的观点考虑，上述的宽度Wp’优选是平面部11的宽度Wp的30％以上，进一步优选是40％以上。
此外，本说明书中的“与第2构件20接合的区域”是指处于存在于1个第2构件20的多条接合线30中的离得最远的两条接合线30之间的区域。例如当在1个第2构件20存在三条接合线30的情况下，除了位于中间的接合线30之外的剩余的两条接合线30之间的区域是与第2构件20接合的区域。
在图21所示的例子中，在1个第2构件20存在两条接合线30，这些接合线30位于第2构件20的两端，因此与第2构件20接合的区域的宽度等于第2构件20的宽度。另一方面，在例如两条接合线30不位于第2构件20的两端的情况下，与第2构件20接合的区域的宽度比第2构件20的宽度窄。
另外，虽然在图20和图21所示的例子中第2构件20与第1构件10的全部平面部11分别接合，但也可以不与全部平面部11接合。例如第2构件20也可以仅与相对的两个平面部11接合，还可以仅与相邻的两个平面部11接合。另外，例如第2构件20也可以仅与具有多个的平面部11中的任一个平面部11接合。在该情况下，也可获得利用第2构件20的加强来抑制第1构件10的端部10b附近的压曲产生的效果。
(其他结构例)
虽然在以上的例子中第2构件20与第1构件10的平面部11接合，但第2构件20也可以如例如图22和图23所示那样与第1构件10的棱线部12接合。
在本结构例中，多个第2构件20与第1构件10的各棱线部12分别接合，接合线30沿着轴向A延伸。另外，第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D是0，满足前述的D<1.11Wpt的关系。
因此，在图22所示的冲击吸收构造1中，也能够利用第2构件20的加强效果来抑制第1构件10的端部10b附近的压曲产生。
如图24所示，第1构件10的与第2构件20接合的区域的周向C上的长度Wr’优选是棱线部12的长度Wr的15％以上。如在后面说明的实施例中所示，周向长度Wr’是棱线部12的周向长度Wr的10％以上，从而在第1构件10的端部10a附近易于产生轴压扁变形，能够将第1构件10的塑性变形区域确保得更多。由此，能够提高能量吸收效率。出于提高该效果的观点考虑，上述的周向长度Wr’更优选是棱线部12的周向长度Wr的20％以上。
另外，虽然在图22和图23所示的例子中第2构件20与第1构件10的全部棱线部12分别接合，但也可以不与全部棱线部12接合。例如第2构件20也可以仅与位于对角线上的两个棱线部12接合，还可以仅与将一个平面部11夹在中间的两个棱线部12接合。另外，例如第2构件20也可以仅与具有多个的棱线部12中的任一个棱线部12接合。在该情况下，也可获得通过第2构件20的加强来抑制第1构件10的端部10b附近的压曲产生的效果。
此外，虽然在第2实施方式中示出了第2构件20与平面部11接合的例子和第2构件20与棱线部12接合的例子，但第2构件20也可以与平面部11和棱线部12分别接合。另外，虽然在第2实施方式中示出了第2构件20与第1构件10的外表面接合的例子，但第2构件20也可以与第1构件10的内表面接合。
另外，在第2实施方式中，也与第1实施方式同样地，第2构件20的轴向A上的长度L’(图4)、第1构件10与第2构件20的板厚比t/t’优选满足前述的数值范围。
另外，如前所述，第1构件10的与轴向A垂直的截面的形状并不限定于正方形、长方形这样的四边形。第1构件10也可以是例如六边形等多边形形状的构件、图16和图17所示的形状的构件、或者由帽形构件和封闭板构成的构件。图25是第1构件10由帽形构件和封闭板构成的情况下的第2构件20的接合例。
(冲击吸收构造的应用例)
在此，对在以上的第1施方式～第2实施方式中说明的冲击吸收构造1应用于碰撞盒或纵梁的例子更详细地进行说明。
首先，图26的(a)是冲击吸收构造1用作碰撞盒50的例子。碰撞盒50安装于纵梁51的顶端部，纵梁51的另一端部与车室侧的内板面板52(例如仪表板)接合。在该例子中，冲击吸收构造1由碰撞盒50单体构成，因此，当在碰撞时碰撞盒50被压扁时，能够更换为其他的新碰撞盒50。
接着，图26的(b)是冲击吸收构造1由碰撞盒50和纵梁51构成的例子。在该例子中，冲击吸收构造1的第1构件10是碰撞盒50，第2构件20是纵梁51的直线部51a。
图26的(b)所示的纵梁51是从碰撞盒50侧朝向内板面板52侧依次具有直线部51a、弯折部51b、倾斜部51c、弯折部51d、直线部51e的形状。此外，本说明书中的“直线部”是指沿着与碰撞盒50的轴向大致相同的方向延伸的部位。例如，纵梁51的倾斜部51c虽然也与直线部51a、直线部51e同样地形成为直线状，但倾斜部51c由于沿着与碰撞盒50的轴向明显不同的方向延伸，因此不符合本说明书中的直线部。
通常情况下，纵梁51具有通过自身的变形来吸收碰撞能量的冲击吸收部位和为了保护车室空间而抑制相对于碰撞载荷而言的变形的耐载荷部位。在图26的(b)所示的例子中，上述的冲击吸收部位是碰撞盒50侧的直线部51a，上述的耐载荷部位是内板面板52侧的直线部51e。
接着，图27的(a)是冲击吸收构造1应用于纵梁51的直线部51a(冲击吸收部位)的例子。该例子中的第1构件10是直线部51a，第2构件20是设置于直线部51a的靠弯折部51b侧的端部附近的加强件。
在该例子中，第2构件20的轴向的两端部均位于直线部51a。换言之，第2构件20的靠弯折部51b侧的端部不与该弯折部51b重叠。这样，第2构件20不位于弯折部51b，从而使碰撞时的前述的压曲的抑制效果的显现部位成为直线部51a。由此，在碰撞时可抑制该直线部51a与弯折部51b的分界附近的压曲产生。
换言之，在例如第2构件20为从纵梁51的直线部51a延伸到倾斜部51c的形状的情况下，压曲的抑制效果的显现部位向倾斜部51c移动。因此，若与图27的(a)所示的冲击吸收构造1相比较，则在碰撞时易于在直线部51a与弯折部51b之间的分界附近产生压曲。
接着，图27的(b)是冲击吸收构造1应用于纵梁51的直线部51e(耐载荷部位)的例子。该例子中的第1构件10是直线部51e，第2构件20是设置于直线部51e的靠内板面板52侧的端部附近的加强件。
此外，上述的碰撞盒50和纵梁51既可以是车身的前侧的构件，也可以是后侧的构件。另外，虽然也存在在纵梁51不设置弯折部、倾斜部的情况，但在该情况下也是，能够通过第2构件20设置于直线部的车室侧端部附近，来构成冲击吸收构造1。
图28是表示冲击吸收构造1的应用例的图，示出有中空状的压扁构件60的与轴向垂直的剖切面。“压扁构件”是指在车辆的碰撞时由壁面承受碰撞载荷的构件，例如保险杠(前保险杠或后保险杠)、下边梁等构件相当于压扁构件。
在图28所示的例子中，在压扁构件60的内方配置有冲击吸收构造1。该冲击吸收构造1的第1构件10的一端部与压扁构件60的车外侧壁部61的内表面接合，第1构件10的另一端部(与第2构件20接合侧的端部)与压扁构件60的车内侧壁部62的内表面接合。此外，压扁构件60是保险杠的情况下的车外侧壁部61是指在车长方向上位于车外侧的壁部，压扁构件60是下边梁的情况下的车外侧壁部61是指在车宽方向上位于车外侧的壁部。
根据图28所示的冲击吸收构造1的应用例，能够抑制在碰撞载荷输入到压扁构件60的车外侧壁部61时车内侧壁部62的附近的冲击吸收构造1的压曲，从而提高压扁构件60的冲击吸收性能。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该例子。显而易见的是，只要是本领域技术人员，就能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，应了解这些变更例或修改例当然也属于本发明的保护范围。
实施例
[模拟(1)]
以图29所示的以下的分析模型实施了碰撞模拟。
(a)第1构件10：圆筒、第2构件20：圆筒、接合方式：第1构件10的外表面与第2构件20的内表面整面接合
(b)第1构件10：圆筒、第2构件20：圆筒、接合方式：第1构件10的内表面与第2构件20的外表面整面接合
(c)第1构件10：方筒、第2构件20：方筒、接合方式：第1构件10的外表面与第2构件20的内表面整面接合
(d)第1构件10：方筒、第2构件20：方筒、接合方式：第1构件10的内表面与第2构件20的外表面整面接合
第1构件10设想了外径是100mm(在方筒的情况下为100mm见方)、轴向长度是300mm、板厚是1mm的980MPa级的钢板，第2构件20设想了外径是102mm(在方筒的情况下为102mm见方)、轴向长度是150mm、板厚是1mm的980MPa级的钢板。在图8中进行了说明的第1构件10的端部10b与第2构件20的端部20b之间的距离D是0。
完全约束第1构件10的端部10b和第2构件20的端部20b，使第1构件10的端部10a沿着轴向以1000mm/s产生行程，从而实施了模拟。在模拟中所使用的求解器是通用有限元分析软件LS-DYNA(R7.1.3)。
图30是表示上述模拟中的图29的(a)的模型和图29的(c)的模型的变形状态的图。在任一模型中，未由第2构件20加强的区域均发生了轴压扁变形。之后，在任一模型中，由第2构件20加强的区域均发生了轴压扁变形。此外，虽未图示，但在图29的(b)和图29的(d)的模型中也示出了同样的变形特性。
图31是表示使第1构件10的端部10a产生了100mm的行程时的能量吸收效率(EA效率)的图表。如图31所示，在本模拟中成为图29的(a)的模型的能量吸收效率最高的结果。
[模拟(2)]
以与图29的(a)的模型相比第2构件20的轴向长度不同的模型实施了模拟。第2构件20的轴向长度以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图32是表示使第1构件10的端部10a产生了100mm的行程时的能量吸收效率的图表。图32的横轴是第2构件20的轴向长度L’相对于第1构件10的轴向长度L的比例。如图32所示，只要第2构件20的轴向长度L’是第1构件10的轴向长度L的15％以上，就易于获得能量吸收效率的提高效果，在超过75％的情况下，能量吸收效率的提高效果饱和。
[模拟(3)]
以与图29的(a)的模型相比第1构件10的板厚t与第2构件20的板厚t’之比不同的模型实施了模拟。各构件10、20的板厚比以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图33是表示使第1构件10的端部10a产生了200mm的行程时的能量吸收效率的图表。如图33所示，只要第1构件10与第2构件20的板厚比t/t’处于0.25～4.0的范围内，能量吸收效率的提高效果就较大。
[模拟(4)]
以与图29的(a)的模型相比第1构件10与第2构件20的接合方式不同的模型实施了模拟。各构件10、20的接合方式以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图34是表示使第1构件10的端部10a产生了200mm的行程时的能量吸收效率的图表。在本模拟中，以以下的模型实施了模拟。
(a)不具有第2构件20而仅具有圆筒形状的第1构件10的模型
(b)第1构件10与第2构件20相互接触但未接合的模型
(c)仅存在1条从第1构件10的端部10a延伸到端部10b的接合线的模型
(d)上述的接合线在第1构件10的周向上以等间隔存在8条的模型
(e)图29的(a)的模型(第1构件10与第2构件20整面接合)
如图34所示，能量吸收效率在第1构件10与第2构件20整面接合的情况下最大，即使轴向的接合线仅有1条，相对于没有接合线的模型而言也提高了能量吸收效率。
[模拟(5)]
以与图29的(a)的模型相比第1构件10与第2构件20的接合方式不同的模型实施了模拟。如图35所示，在本模拟中，将接合方式大致区分成(a)仅具有周向的接合线的方式、(b)在周向和轴向上具有接合线的方式、(c)在周向和倾斜方向上具有接合线的方式，制作了接合线的条数在各方式中不同的多个模型。各构件10、20的接合方式以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图36是表示使第1构件10的端部10a产生了50mm的行程时的能量吸收效率的图表。图36的横轴是第2构件20中的由接合线分割得到的各区域的面积与作为这些区域的面积的合计值的总面积之比。此外，在本模拟中，由接合线分割得到的各区域的面积彼此相等。如图36所示，在由接合线分割得到的分割区域的面积是总面积的60％以下的情况下，能量吸收效率较大。
[模拟(6)]
以与图29的(a)和图29的(c)的模型相比第1构件10的端部10a与第2构件20的端部10b之间的距离D不同的模型实施了模拟。端部间距离D以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图37是表示使第1构件10的端部10a产生了12mm的行程时的各模型的变形状态的图。根据图37的(a)和图37的(b)的模型中的第1构件10的最大曲率半径R和板厚t的设定值，表示在前述的实施方式中进行了说明的端部间距离D的上限的0.40Rt的值是16。图37的(a)的模型由于端部间距离D是16，因此是满足D<0.40Rt的模型。另一方面，图37的(b)的模型由于端部间距离D是20，因此是不满足D<0.40Rt的模型。
另外，在该图37的(b)的模型中，在端部10a和端部20a之间的区域充分地发生轴压扁变形之前，在车内侧(车室侧)的端部10b附近产生了压曲。若这样在端部10b的附近产生压曲，则第1构件10有可能不会充分地发生轴压扁变形。
图37的(c)和图37的(d)的模型也成为同样的结果，在不满足D<1.11Wpt的图37的(d)的模型中，在端部10a和端部20a之间的区域充分地发生轴压扁变形之前，在端部10b附近产生了压曲。
[模拟(7)]
以与图29的(c)的模型相比第2构件20的形状不同的模型实施了模拟。第2构件20的形状以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图38是表示第2构件20的接合位置和使第1构件10的端部10a产生了12mm的行程时的各模型的变形状态的图。如图38所示，在本模拟中，以板状的第2构件20与第1构件10的平面部接合且第2构件20的宽度Wp’相对于第1构件10的平面部的宽度Wp的比率不同的模型实施了模拟。
图38的(b)的模型与图38的(c)的模型相比较，在距第1构件10的端部10a更近的区域中产生了变形。因此，出于使变形在距端部10a更近的位置处产生而将塑性变形区域确保得更多的观点考虑，与平面部接合的第2构件20的宽度Wp’优选是第1构件10的平面部的宽度Wp的30％以上的宽度。
[模拟(8)]
以与图38(a)的模型相比第2构件20的接合位置不同的模型实施了模拟。接合位置以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图39是表示第2构件20的接合位置和使第1构件10的端部10a产生了100m的行程时的各模型的变形状态的图。如图39所示，即使第2构件20不与第1构件10的全部平面部接合，也能够抑制第1构件10的端部10b附近的压曲产生，能够使轴压扁变形从端部10a侧的区域产生。
[模拟(9)]
以与图29的(c)的模型相比第2构件20的形状不同的模型实施了模拟。第2构件20的形状以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图40是表示第2构件20的接合位置和使第1构件10的端部10a产生了100m的行程时的各模型的变形状态的图。如图40所示，在本模拟中，以板状的第2构件20与第1构件10的棱线部接合且第2构件20的周向长度Wr’与第1构件10的棱线部的周向长度Wr的比率不同的模型实施了模拟。
如图40所示，在任一模型中均未产生端部10b附近的压曲，从端部10a侧的区域产生了轴压扁变形。根据本模拟的结果，优选的是，与棱线部接合的第2构件20的周向长度Wr’是第1构件10的棱线部的周向长度Wr的15％以上的长度。
[模拟(10)]
以与图40的(a)的模型相比第2构件20的接合位置不同的模型实施了模拟。接合位置以外的模拟条件与模拟(1)的模拟条件相同。
图41是表示第2构件20的接合位置和使第1构件10的端部10a产生了100m的行程时的各模型的变形状态的图。如图41所示，即使第2构件20不与第1构件10的全部棱线部接合，也能够抑制第1构件10的端部10b附近的压曲产生，能够使轴压扁变形从端部10a侧的区域产生。
产业上的可利用性
本发明例如能够应用于汽车的碰撞盒、纵梁、副车架的延伸部或配置于中空状的压扁构件内的加强件。
附图标记说明
1、冲击吸收构造；10、第1构件；10a、轴向端部；10b、轴向端部；10c、斜面部；10d、平面部；11、平面部；12、棱线部；20、第2构件；20a、轴向端部；20b、轴向端部；20c、斜面部；20d、平面部；21、平面部；30、接合线；50、碰撞盒；51、纵梁；51a、51e、直线部；51b、51d、弯折部；51c、倾斜部；52、内板面板；60、压扁构件；61、车外侧壁部；62、车内侧壁部；A、轴向；C、周向；D、端部间距离；L、第1构件的轴向长度；L’、第2构件的轴向长度；R、最大曲率半径；S、面积；Wp、第1构件的平面部的宽度；Wp’、与第2构件接合的区域的宽度；Wr、第1构件的棱线部的周向长度；Wr’、与第2构件接合的区域的棱线部的周向长度；t、第1构件的板厚；t’、第2构件的板厚。

Claims (11)

1.一种汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述汽车的冲击吸收构造具有：
第1构件，其由金属材料形成；和
第2构件，其与所述第1构件的外表面或内表面接合，沿着所述第1构件的轴向延伸，
所述第1构件的形状是圆筒形状，
所述第2构件在所述第1构件的轴向上的长度是所述第1构件的轴向长度的15％～75％的长度，
在将所述第1构件的端部与所述第2构件的端部之间的该第1构件的轴向上的端部间距离设为D并将与所述第1构件的轴向垂直的截面中的该第1构件的最大曲率半径设为R且将所述第1构件的板厚设为t时，满足D<0.40Rt，
所述汽车的冲击吸收构造存在沿着与所述第1构件的周向不同的方向延伸的该第1构件与所述第2构件的接合线。
2.根据权利要求1所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述第2构件的形状是圆筒形状。
3.根据权利要求1或2所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述第2构件中的由所述接合线分割得到的区域的面积是各区域的总面积的60％以下。
4.一种汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述汽车的冲击吸收构造具有：
第1构件，其由金属材料形成；和
第2构件，其与所述第1构件的外表面或内表面接合，沿着所述第1构件的轴向延伸，
所述第1构件的形状是方筒形状，
所述第2构件在所述第1构件的轴向上的长度是所述第1构件的轴向长度的15％～75％的长度，
在将所述第1构件的端部与所述第2构件的端部之间的该第1构件的轴向上的端部间距离设为D并将所述第1构件的平面部的宽度设为Wp且将所述第1构件的板厚设为t时，满足D<1.11×Wp×t，
所述汽车的冲击吸收构造存在沿着与所述第1构件的周向不同的方向延伸的该第1构件与所述第2构件的接合线。
5.根据权利要求4所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述第2构件与所述第1构件的平面部接合。
6.根据权利要求4或5所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述第2构件与所述第1构件的棱线部接合。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述接合线沿着所述第1构件的轴向延伸。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述接合线沿着相对于所述第1构件的轴向倾斜的方向延伸。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述汽车的冲击吸收构造存在沿着所述第1构件的周向延伸的其他接合线。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述第1构件的板厚t与所述第2构件的板厚t’的板厚比t/t’是0.25～4.0。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的汽车的冲击吸收构造，其特征在于，
所述汽车的冲击吸收构造用于碰撞盒、纵梁、副车架的延伸部或配置于中空状的压扁构件内的加强件。
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