JP2010023716A - Lower structure of automobile side door - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車の側面衝突(側突)に対応できる、衝突安全性に優れ、また、軽量で組み立てが容易な自動車サイドドアの下部構造に関するものである。 The present invention relates to a lower structure of an automobile side door that can cope with a side collision (side collision) of an automobile, has excellent collision safety, is lightweight, and can be easily assembled.
従来の代表的な自動車サイドドアの下部構造を図8、9に示す。図8は自動車サイドドアの下部構造の斜視図、図9は図8のA−A線断面図である。図8、9において、自動車サイドドアの下部構造100では、車体側面側を構成するアウタパネル102に対して、車室側を構成するインナパネル101を配置している。そして、インナパネル101とアウタパネル102とによって、内部の空間105を有する箱型中空構造体を形成している。これによって、図9の矢印方向で示す車体側方(図の左側)からの側面衝突による荷重(衝突エネルギ)が負荷された際にも、自動車サイドドアの下部構造としての必要剛性や必要強度を確保することができる。
The lower structure of a typical conventional automobile side door is shown in FIGS. 8 is a perspective view of the lower structure of the automobile side door, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 8 and 9, in the
ここで、側面衝突の安全基準によれば、側面衝突の速度がより増したとしても、サイドドアが大きく変形して車室内に入り込み、車室内の乗員の安全を損なうことがあってはならない。このため、ドアインナパネル101の上部には、自動車サイドドアの下部構造の上部側の補強用として、ドアウエストリインフォース(あるいはリインフォースアッパ)103が補強部材として設けられている。
Here, according to the safety standard for side collision, even if the speed of side collision increases, the side door should not be greatly deformed and enter the passenger compartment to impair the safety of passengers in the passenger compartment. For this reason, on the upper part of the door
このドアウエストリインフォース103は、自動車サイドドアの下部構造の下部側を補強するドアビーム104とともに、自動車サイドドアの下部構造が側面衝突によって大きく変形して車室内に入り込み、車室内の乗員の安全を損なうことを防止する重要な役割を果たす。即ち、車体の側方側により突出したドアビーム104が、側面衝突前半での衝突エネルギーの吸収を受け持つ。次に、より車室内側に位置するドアウエストリインフォース103が側面衝突後半での衝突エネルギーの吸収を受け持つ。
This
このドアウエストリインフォース103は、通常は、ドアインナパネル101とは別に、プレス成形などで別途、所望のパネル形状に成形して製造した部材を、溶接やリベット接合などの方法でドアインナパネル101に装着して使われる。しかし、このような補強方法では、ウエストリインフォース103を別部品としてプレス成形するための製造コストがかかるほか、自動車サイドドアの下部構造の部品点数の増加による、管理費増加や、溶接やリベット接合などの接合コストの増加などの問題がある。また、側面衝突時に、衝突エネルギーの大きさによっては、これらの接合部が破損し、自動車サイドドアの下部構造が大きく変形して車室内に入り込み、車室内の乗員の安全を損なうなど、安全性の低下の問題があった。
The
一方、近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、自動車などの輸送機の車体の軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、特に、自動車の車体に対し、従来から使用されている鋼材に代わって、圧延板や押出形材など、より軽量なアルミニウム合金材の適用が増加しつつある。この内、自動車サイドドアの下部構造である、アウタパネル (外板) やインナパネル (内板) にも、Al-Mg-Si系のAA乃至JIS 6000系(以下、単に6000系と言う) やAl-Mg 系のAA乃至JIS 5000系 (以下、単に5000系と言う) などのアルミニウム合金板の使用が検討されている。 On the other hand, in recent years, with respect to global environmental problems caused by exhaust gas and the like, improvement in fuel consumption has been pursued by reducing the weight of the body of a transport aircraft such as an automobile. For this reason, the application of lighter aluminum alloy materials such as rolled plates and extruded shapes, in place of steel materials that have been used in the past, is increasing especially for automobile bodies. Of these, the outer panel (outer plate) and inner panel (inner plate), which are substructures of automobile side doors, are also used for Al-Mg-Si AA to JIS 6000 (hereinafter simply referred to as 6000) and Al The use of aluminum alloy plates such as -Mg AA to JIS 5000 (hereinafter simply referred to as 5000) is being studied.
しかし、これらインナパネルやアウタパネルをアルミニウム合金板(パネル)とした例では、軽量化のために例えば1.2mm以下に板厚を薄くしている。このような薄肉化のもとで、近年、特に基準が厳しくなっている側面衝突に対応するためには、ドアの剛性や強度を確保するために、自動車サイドドアの下部構造の、前記したドアウエストリインフォース103や、図9における下部を補強するドアビーム104に加えて、更に多くの補強材を必要とする。言い換えると、前記自動車サイドドアの下部構造の部品点数を減らしたいにもかかわらず、側面衝突の安全性や強度上からは、とても、ドアウエストリインフォース103を省けるものではなかった。
However, in the example in which the inner panel and the outer panel are aluminum alloy plates (panels), the plate thickness is reduced to, for example, 1.2 mm or less in order to reduce the weight. In order to cope with side collisions, which have become particularly stringent in recent years under such thinning, the above-described doors of the lower structure of the automobile side doors are required to ensure the rigidity and strength of the doors. In addition to the
このため、例えインナパネルをアルミニウム合金化しても、このような多くの補強材の設置に伴う、溶接、セルフピアシングリベットなどの接合箇所は多くなり、その接合のための手間も多くなる。また、補強材の設置に伴う重量増加も、アルミニウム合金使用の軽量化の利点を損なう。更に、接合部が多いと、前記した通り、側面衝突時に、衝突エネルギーの大きさによっては、これらの接合部が破損し、自動車サイドドアの下部構造が大きく変形して車室内に入り込み、車室内の乗員の安全を損なうなど、安全性低下の問題が現にある。 For this reason, even if the inner panel is made of an aluminum alloy, the number of joints such as welding and self-piercing rivets associated with the installation of such many reinforcing materials increases, and the labor for the joint also increases. Moreover, the weight increase accompanying installation of a reinforcing material also impairs the advantage of weight reduction using an aluminum alloy. Furthermore, if there are many joints, as described above, depending on the magnitude of the collision energy, these joints may be damaged and the lower structure of the automobile side door may be greatly deformed and enter the vehicle interior, as described above. There are actually problems of safety reduction, such as compromising the safety of passengers.
これに対して、本発明者らは、側面衝突に対応できる必要強度や剛性を満たし、衝突安全性に優れ、軽量で、かつ成形や組み立てが容易な、自動車サイドドア用アルミニウム合金インナパネルを提案してきた。例えば、特許文献1では、自動車のサイドドアのインナパネルを、一枚の比較的厚板からなるアルミニウム合金板とし、軽量化のために、このインナパネル中央部に矩形状の大きな中抜き部(スペース)を設けた例を提案した。また、特許文献2では、アルミニウム合金薄板成形パネルを車室側とアウタパネル側とで2枚重ね合わせてインナパネルとなし、インナパネル中央部と周縁部の両方に、閉断面空間を形成した例を提案した。
In contrast, the present inventors have proposed an aluminum alloy inner panel for automobile side doors that satisfies the necessary strength and rigidity to cope with a side collision, is excellent in collision safety, is lightweight, and is easy to form and assemble. I have done it. For example, in Patent Document 1, an inner panel of a side door of an automobile is an aluminum alloy plate made of a relatively thick plate, and a rectangular large hollow portion ( We proposed an example with space. Further, in
これらの特許文献1、2では、インナパネルの中央部や周縁部に、側面衝突に対応できる深い(ドア厚みを確保した)断面空間を形成できる。このため、インナパネル中央部や周縁部の強度、剛性を格段に向上させることができ、従来のように、多くの補強材を必要とせずに、基準が厳しくなっている側面衝突に対応することができる。また、成形パネルを厚くするか、成形パネルを2枚重ね合わせることによって、インナパネルに必要な、大きな成形深さを確保することができる。このため、鋼板に比してプレス成形しにくい素材アルミニウム合金薄板の問題を解消して、前記側面衝突に対応できるインナパネルの成形深さ(ドア厚み)を有するアルミニウム合金インナパネルを製作することができる。
前記した側面衝突の安全基準による側面衝突試験においては、自動車車体の側面に、先端にバリアを設けた台車を時速50km前後で衝突させる。このような側面衝突試験においては、自動車車体のBピラーなどの車体骨格部材と共に、ドアパネルにも衝撃荷重が加わり、サイドドアは車室方向へ侵入するような変形を示す。 In the side collision test based on the safety standard for side collision described above, a carriage having a barrier at the tip is caused to collide at about 50 km / h on the side of the automobile body. In such a side collision test, an impact load is applied to the door panel as well as a vehicle body skeleton member such as a B-pillar of an automobile body, and the side door exhibits deformation that intrudes in the direction of the passenger compartment.
ここで、最近発表された欧州の車両安全性にかかわる第三者評価であるEuro−NCAPの側面衝突試験の変更案では、側面衝突における自動車の安全基準をより厳しくするために、試験条件が更に厳しくなっている。例えば、試験に用いられる台車重量が従来の950kgから1500kgへと大幅に重くなる他、台車前面のバリアのうち、ドアに衝突する部分のアルミニウムハニカムをより硬くするような変更が加えられている。このような変更により、この欧州のEuro−NCAPによる側面衝突試験では、サイドドアパネルに加わる衝撃荷重は、従来よりも格段に大きくなる。 Here, in the proposed change to the side impact test of Euro-NCAP, a third-party evaluation on vehicle safety in Europe that was recently announced, test conditions were further increased in order to make vehicle safety standards more stringent in side impacts. It is getting strict. For example, the weight of the cart used for the test is significantly increased from the conventional 950 kg to 1500 kg, and the aluminum honeycomb in the portion of the barrier in front of the cart that collides with the door is made harder. Due to such a change, the impact load applied to the side door panel in the side collision test by this Euro-NCAP in Europe becomes much larger than before.
このような欧州のEuro−NCAPによる側面衝突試験に対しては、前記特許文献2、3で提案されているような、アルミニウム合金インナパネルからなるサイドドアであっても、条件によっては、自動車サイドドアの下部構造が車室方向へ侵入するような変形を抑制することはできない可能性がある。このため、アルミニウム合金インナパネルからなる自動車サイドドアにおいても、条件が厳しくなっている側面衝突に際して、サイドドア(自動車サイドドアの下部構造)が大きく変形して車室内に入り込むことの無い、衝突安全性に優れることが求められている。
For such a side impact test by Euro-NCAP in Europe, even a side door made of an aluminum alloy inner panel as proposed in
但し、幾ら、アルミニウム合金インナパネルからなる自動車サイドドアの下部構造が、このような側面衝突安全性に優れていても、前記ドアウエストリインフォースなどの多くの補強部材の使用によって重量が増加したり、また、部品点数の増加によって、組み立てや製作が煩雑化しては、やはり実用性の点で意味がなくなる。 However, even if the lower structure of the automobile side door made of an aluminum alloy inner panel is excellent in such side collision safety, the weight increases due to the use of many reinforcing members such as the door waist reinforcement, In addition, if the number of parts increases and the assembly and production become complicated, there is no point in practicality.
したがって、本発明は、前記ドアウエストリインフォースなどの補強部材を省略しても、側面衝突に対する衝突安全性に優れ、しかも軽量で組み立てが容易な自動車サイドドアの下部構造を提供しようとするものである。 Accordingly, the present invention is intended to provide a lower structure of an automobile side door that is excellent in collision safety against side collision, and is lightweight and easy to assemble even if a reinforcing member such as the door waist reinforcement is omitted. .
この目的を達成するために、本発明の衝突安全性に優れた自動車サイドドアの下部構造の要旨は、車体側面側を構成するアウタパネルに対して車室側を構成するインナパネルを配置した自動車サイドドアの下部構造であって、前記インナパネルを1〜4mmの厚さを有する単一のアルミニウム合金パネルから構成し、このインナパネルの上部には、補強部材であるドアウエストリインフォースに代えて、このインナパネル自体から成形されたリブが一体に設けられており、このリブは車体の上下方向に亙る凹凸断面形状を有するとともに、前記インナパネルの車体の前後方向に亙って延在しており、このリブを延在させた前記インナパネル上部の曲げ強度を、このリブを延在させた前記インナパネル上部の車体前後方向に垂直な断面における、側面衝突荷重で生じる曲げに対する全塑性モーメントとして、300N・m以上としたことである。
In order to achieve this object, the gist of the lower structure of an automobile side door excellent in collision safety according to the present invention is that an automobile side side in which an inner panel that constitutes a passenger compartment side is disposed with respect to an outer panel that constitutes a side face of a vehicle body. A lower structure of the door, wherein the inner panel is composed of a single aluminum alloy panel having a thickness of 1 to 4 mm, and the upper portion of the inner panel is replaced with a door waist reinforcement which is a reinforcing member. A rib formed from the inner panel itself is provided integrally, and this rib has an uneven cross-sectional shape extending in the vertical direction of the vehicle body, and extends in the longitudinal direction of the vehicle body of the inner panel, The bending strength of the upper part of the inner panel where the ribs are extended is determined in a cross section perpendicular to the vehicle body longitudinal direction of the upper part of the inner panel where the ribs are extended. As fully plastic moment against bending occurring in the side impact load is that it has a 300N · m or more.
また、この目的を達成するために、本発明の衝突安全性に優れた自動車サイドドアの下部構造の別の要旨は、車体側面側を構成するアウタパネルに対して車室側を構成するインナパネルを配置した自動車サイドドアの下部構造であって、前記インナパネルを1〜4mmの厚さを有して互いに接合された2枚のアルミニウム合金パネルから構成するとともに、このインナパネルの上部側を構成するアルミニウム合金パネルを下部側を構成するアルミニウム合金パネルよりも厚肉とし、更に、このインナパネルの上部側を構成するアルミニウム合金パネルの上部には、補強部材であるドアウエストリインフォースに代えて、このインナパネル自体から成形されたリブが一体に設けられており、このリブは車体の上下方向に亙る凹凸断面形状を有するとともに、前記インナパネルの車体の前後方向に亙って延在しており、このリブを延在させた前記インナパネル上部の曲げ強度を、このリブを延在させた前記インナパネル上部の車体前後方向に垂直な断面における、側面衝突荷重で生じる曲げに対する全塑性モーメントとして、300N・m以上としたことである。 In order to achieve this object, another gist of the lower structure of an automobile side door excellent in collision safety according to the present invention is that an inner panel that constitutes a vehicle compartment side with respect to an outer panel that constitutes a vehicle body side face is provided. It is a lower structure of the arranged automobile side door, and the inner panel is composed of two aluminum alloy panels joined to each other with a thickness of 1 to 4 mm, and constitutes the upper side of the inner panel The aluminum alloy panel is made thicker than the aluminum alloy panel constituting the lower side, and the upper part of the aluminum alloy panel constituting the upper side of the inner panel is replaced with this inner member instead of the door waist reinforcement. A rib formed from the panel itself is provided integrally, and this rib has an uneven cross-sectional shape extending in the vertical direction of the vehicle body. In addition, the inner panel extends in the front-rear direction of the vehicle body of the inner panel, and the bending strength of the upper portion of the inner panel where the rib extends is determined by the vehicle body front and rear of the inner panel upper portion where the rib extends. The total plastic moment with respect to the bending caused by the side collision load in the cross section perpendicular to the direction is 300 N · m or more.
本発明は、アウタパネルとインナパネルの両方をアルミニウム合金パネルとしたオールアルミサイドドアを含め、鋼板製アウタパネルとアルミニウム合金インナパネルのハイブリッド構造とした自動車サイドドアにも適用できる。 The present invention can be applied to an automobile side door having a hybrid structure of a steel plate outer panel and an aluminum alloy inner panel, including an all aluminum side door in which both an outer panel and an inner panel are aluminum alloy panels.
本発明では、インナパネルの上部に、従来設けられていた補強部材であるドアウエストリインフォースの代わりに(ドアウエストリインフォースを無くして)、このインナパネル自体から成形されたリブを設けて補強する。この際には、前記リブの断面を、側面衝突荷重で生じる曲げに対する全塑性モーメントとして一定以上とする補強を行う。言い換えると、このような一定以上の補強効果となるように、インナパネルの上部にリブを一体に設けて補強する。 In the present invention, a rib formed from the inner panel itself is reinforced by replacing the door waist reinforcement which is a reinforcing member conventionally provided (without the door waist reinforcement) on the upper portion of the inner panel. In this case, reinforcement is performed so that the cross section of the rib is a certain level or more as a total plastic moment with respect to bending caused by a side collision load. In other words, ribs are integrally provided on the upper portion of the inner panel to reinforce such that a certain level of reinforcing effect is obtained.
このため、本発明は、前記ドアウエストリインフォースなどの補強部材を省略しても、前記した基準が厳しくなっている側面衝突に対応できる、ドアの必要剛性や強度を確保することができる。また、これを、大きく重量増加させることなく、軽量でかつ成形や組み立てが容易に実現することができる。 For this reason, even if a reinforcing member such as the door waist reinforcement is omitted, the present invention can secure the necessary rigidity and strength of the door that can cope with a side collision in which the above-mentioned standard is strict. In addition, it is light and can be easily formed and assembled without greatly increasing the weight.
本発明の実施の形態について、図を用いて、以下に詳細に説明する。以下、本発明の自動車サイドドア下部構造の実施態様を、図1から7を用いて説明する。図1、3は本発明自動車サイドドアの斜視図(組み立て後の図)、図2は図1のA−A線断面図、図4は図3のA−A線断面図である。また、図5〜図7は図1か図3のいずれかのA−A線断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Hereinafter, the embodiment of the automobile side door lower structure of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3 are perspective views (after assembly) of the automobile side door of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 5 to 7 are cross-sectional views taken along line AA of either FIG. 1 or FIG.
自動車サイドドアの基本構造:
図1、図2において、自動車サイドドアの下部構造1aでは、車体側面側を構成するアウタパネル(外板)3に対して、車室側を構成するインナパネル(内板)2を配置している。そして、インナパネル2とアウタパネル3とによって、内部の空間4を有する箱型中空構造体を形成している。この空間4の厚み(車体幅方向の厚み)は、側面衝突に対応したドア厚みを確保する。これによって、図2の矢印方向で示す車体側方(図の左側)からの側面衝突による荷重(衝突エネルギ)が負荷された際にも、自動車サイドドアの下部構造1aや1bとしての必要剛性や必要強度を確保することができる。なお、図2以外の、後述する各断面図4、5、6、7でも、この図2と同様に、側面衝突による荷重負荷方向を矢印で示している。
Basic structure of automobile side door:
1 and 2, in an automobile side door lower structure 1a, an inner panel (inner plate) 2 constituting a vehicle compartment side is arranged with respect to an outer panel (outer plate) 3 constituting a vehicle body side surface. . The
インナパネル板厚:
自動車サイドドア下部構造1a、1bのインナパネル2は、前記した1〜4mmの厚さを有するアルミニウム合金パネルから構成している。インナパネルの板厚が4mmを超えて厚過ぎると、重量が重くなり、従来の薄鋼板素材に比べた、インナパネルへのアルミニウム合金板(パネル)採用の軽量化の利点が無くなり、また、素材アルミニウム合金板のインナパネルへのプレス成形性も低下する。一方、インナパネルの板厚が1mm未満と薄過ぎると、このインナパネルの上部に、本発明におけるリブを設けても、また、リブの高さ(深さ)を大きくする、あるいはリブの数を増しても、補強効果が出ない。このため、このリブを設けたインナパネル上部を曲げた際の全塑性モーメントとしても300N・m以上とすることができない。したがって、インナパネルの板厚は1〜4mmの範囲とする。
Inner panel thickness:
The
図1の自動車サイドドア下部構造1aのインナパネル2は、単一のパネルからなる態様を示している。この場合、インナパネル2の厚みは、通常は使用する素材アルミニウム合金板(圧延板)の特性から、その部位によらず均等となる。ただ、図1のドアの取り付け部(ヒンジ部)に当たる右側の方のインナパネル2の厚みは、ドア開放時にはフリーとなる左側の方のインナパネル2の重みを支える剛性が必要なために、前記した1〜4mmの厚さ範囲のなかでも、それなりに厚くする必要がある。これは、リブ10を延在させたインナパネル上部でも同様であり、リブ10による補強効果を得るためには、前記した1〜4mmの厚さ範囲のなかでも、それなりに厚くする必要がある。
The
したがって、インナパネル2の厚みは、前記したリブの補強効果発揮と、前記したドアの取り付け部側での必要剛性とから決定される。このため、前記した圧延板など、その部位によらず同じ厚さの板を使用した場合には、ドア開放時にはフリーとなる左側の方のインナパネル2の厚みが過剰となりやすい。このため、もし可能であれば、部分的に、例えば、図1のドアの取り付け部に当たる右側のインナパネル2の厚みを厚く、左側の方のインナパネル2を薄くする、テーラードブランク材のような差厚インナパネル2としても良い。
Therefore, the thickness of the
差厚インナパネル:
図3の自動車サイドドア下部構造1bのインナパネルは、このような差厚インナパネルとした例を示している。即ち、図3のインナパネルは、図1のような単一のアルミニウム合金パネル(単板)ではなく、インナパネル2と、リブ10を延在させたインナパネル上部を構成するインナパネル6との、別個の2枚のパネルを接合した分割構造となっている。
Differential thickness inner panel:
The inner panel of the automobile side door
このインナパネル上部を構成するインナパネル6は、リブ10を延在させたインナパネル上部を構成し、横方向に延在する6a部分と、図3のドアの取り付け部(ヒンジ部)側であって、図3の右側に縦方向に延在する6b部分とからなる。これは、これら6a部分と6b部分とが共に、強度および剛性が必要なインナパネル部分であることによる。
The
即ち、インナパネルをこのような2枚の分割構造とすることによって、リブ10を延在させたインナパネル上部側と、図3のドアの取り付け部(ヒンジ部)に当たるインナパネル側(右側)との厚みを、1〜4mmの厚さから選択される、比較的厚肉とすることができる。これによって、これらのインナパネル部分の強度や剛性を高め、前記リブ10の補強効果をより高めることができる。
That is, by making the inner panel into such a two-piece split structure, the upper side of the inner panel where the
その一方で、過剰な厚肉化が不要である、ドア開放時にはフリーとなる左側のインナパネル2の厚みは、1〜4mmの厚さから選択される、比較的薄肉とすることができる。したがって、リブ10を延在させたインナパネル上部側や、ドアの取り付け部に当たるインナパネル側との厚みを厚くしても、インナパネル全体での重量増加を抑制することができる。このため、テーラードブランク材のような差厚板(パネル)が適用できる。この場合には、一体のテーラードブランク材に対して、インナパネル本体2のプレス成形と、上部インナパネル6自体のプレス成形およびリブ10を形成するプレス成形とを同時にあるいは連続的に行うこととなる。
On the other hand, the thickness of the left
また、インナパネルをこのような2枚の分割構造とすれば、個別のインナパネルを各々別個にプレス成形した後で、互いに接合して、インナパネルとして一体化することもできる。これによって、大型パネルであるインナパネル本体2のプレス成形と、上部インナパネル6自体のプレス成形およびリブ10を形成するプレス成形とを、別個に行うことができ、鋼板よりも難成形素材であるアルミニウム合金板のインナパネルへのプレス成形を容易にする。
If the inner panel has such a split structure of two sheets, the individual inner panels can be separately press-molded and then joined together to be integrated as an inner panel. Thereby, the press molding of the inner panel
これらインナパネル2と、リブ10を延在させたインナパネル上部を構成するインナパネル6との、重ね合わせ部や突き合わせ部における接合は、特別な手段は不要で、通常の(汎用される)接合方法が使用できる。例えば、接合条件や接合強度と作業性などを考慮して、スポット溶接、摩擦攪拌溶接(FSW)溶接、アーク、レーザなどの種々の溶接方法が適用できる。また、SPR(セルフピアシングリベット)、ボルト結合(通常のボルト、ナット方式でも、スタッドボルトなどの方式でも可)、メカニカルクリンチングなどの機械的な接合が適用できる。更に接着剤による接着なども適用できる。また、これら接合手段は、各々単独でも、あるいは種々組み合わせて適用してもよい。
No special means is required for joining the
自動車サイドドア下部構造の補強(リブの設計条件):
本発明では、特徴的には、このようなインナパネル2の上部に、図1〜7に各々示すように、このインナパネル自体から成形されたリブ10を一体に設けて補強する。このリブ10は、車体の上下方向に亙る凹凸断面形状を有するとともに、インナパネルの車体の前後方向に亙って延在するものである。そして、重要なことは、本発明では、このリブ10を、従来はインナパネル2の上部(ドアウエストリインフォース部)に必ず設けられていた、補強部材であるドアウエストリインフォースの代わりに(ドアウエストリインフォースを無くして)設けるものである。
Reinforcement of automobile side door substructure (rib design conditions):
Characteristically, according to the present invention,
このリブ10は、素材アルミニウム合金板をインナパネル2にプレス成形する際に、インナパネル2の上部に相当する素材アルミニウム合金板部位を、同時にプレス成形することによって、インナパネル2の上部(ドアウエストリインフォース部)自体に一体に形成される。これは、図1のような単一のパネルからなるインナパネル2の態様のように均一の板厚を有する場合でも、テーラードブランク材のような差厚板であっても同様である。また、図3のような分割されたインナパネル2、6の態様では、板厚の異なる各素材アルミニウム合金板を、各々インナパネル2、6の形状にプレス成形し、インナパネル6の上部自体に一体にリブ10を形成する。
When the material aluminum alloy plate is press-formed on the
図1、2の通り、リブ10の車体の上下方向(図の上下方向)の断面形状は、車体側面側へ凸な畝状の凸条11、12と、車体側面側へ凹な畝状の凹条13、14とが交互にかつ略平行に並ぶ凹凸断面形状を有する。したがって、本発明で言うリブとは、これらインナパネルの車体の前後方向に亙って延在する畝状の凸条と凹条とが、車体の上下方向に亙って交互にかつ略平行に並んだ、凹凸形状部分を言う。ここで、凹凸の断面の形状自体は、図2、4のような矩形状の凹凸か、波形などの曲線状の凹凸かは問わない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cross-sectional shape of the
これらのリブ10における凸条11、12や凹条13、14は、車体の上下方向に亙る高さ(深さ)hや幅wを互いに全て同じとしても良く、互いに違えても良い。ただ、これら高さ(深さ)hや幅wは、高い(深い)乃至大きいほど、補強効果が増して好ましい。この補強効果は、当然他の要素や条件も関係するが、高さ(深さ)hによる補強効果を増し、後述するインナパネル上部の強度を満足させるためには、前記リブ10の凹凸断面形状における凸条11、12や凹条13、14の個々の凹凸の高さhが18mm以上であること、凹凸の幅wが15mm以上であることが好ましい。
The
また、リブ10の凸条11、12や凹条13、14の数も、多いほど補強効果が増して好ましい。このため、凸条1列と凹条1列との組み合わせが、少なくとも1列以上あることが好ましい。例えば、図1、3の場合は、リブ10を、凸条11、12や凹条13、14として、凸条1列と凹条1列との組み合わせが2個の2列としている。ただ、このリブ10の凸条と凹条の数は、成形できるかどうかによって、その上限が決まる。
Further, the greater the number of the
また、後述するインナパネル上部の強度を満足できれば、これらのリブ10における凸条11、12や凹条13、14は、必ずしも、車体前後方向に、互いに平行にあるいは互いに水平に設ける必要はなく、傾かせて設けても良い。また、これらのリブ10における凸条11、12や凹条13、14は、必ずしも直線状や連続的でなくとも、曲線を持たせても、断続的であっても良い。即ち、リブ10は必ずしもインナパネルの車体の前後方向に亙って連続して延在させずとも、あるいは、インナパネルの車体の前後方向の全域に亙って延在させずとも良い。また、インナパネルの車体の前後方向に亙って、リブ10がある部分と無い部分とができるように断続的に設けても良い。
Further, if the strength of the inner panel upper part to be described later can be satisfied, the
但し、これらのリブ10における凸条11、12や凹条13、14の補強効果を増すためには、リブ10をインナパネルの車体の前後方向に亙って延在させることが必要である。これらのリブ10における凸条11、12や凹条13、14のインナパネルの車体の前後方向に亙る長さlは、長いほど補強効果に大きく寄与し、lが短か過ぎると、補強効果が小さくなるので、インナパネル上部補強位置(ウエストリインフォース部)の車体の前後方向に亙る長さに対応して、この長さに近似した長さlが必要である。
However, in order to increase the reinforcing effect of the
このリブ10を設けるインナパネル2の上部位置は、前記した図9の従来のドアウエストリインフォース103を設ける位置として、補強効果が最大となるインナパネルの上部補強位置(ウエストリインフォース部)と同じでよい。これらのリブ10は、インナパネル2自体のプレス成形などによって、インナパネル2に設ける。
The upper position of the
ここで、リブ10をインナパネル2とは別個の補強部材として、別途製作し、前記した図9の従来のドアウエストリインフォース103のように、インナパネル2の上部補強位置に接合して一体化させた場合には、前記した通り、自動車サイドドアの下部構造の部品点数の増加による管理費や接合コストが増加する。また、側面衝突時に、衝突エネルギーの大きさによっては、これらの接合部が破損し、自動車サイドドアの下部構造が大きく変形して車室内に入り込み、車室内の乗員の安全を損なうなど、安全性が低下する。
Here, the
図5〜図7は図1、2の変形例である。図5はインナパネル2上部のリブ10の取付部に対して、成形パネル7をインナパネル2の上部外側から取付け、凹条13、14、15の形成する空間を閉空間として補強したものである。図6はインナパネル2上部のリブ10の取付部に対して、成形パネル8をインナパネル2の上部内側から取付け、凸条11、12の形成する空間を閉空間として補強したものである。図7は前記図5の態様の更なる変形例であって、凹条13、14、15の形成する各閉空間内に発泡樹脂を充填して、補強したものである。
5 to 7 are modifications of FIGS. FIG. 5 shows a case where the molded
なお、これらの成形パネル7、8は、前記した図9の従来のドアウエストリインフォース103ではなく、前記閉空間を形成するための蓋の役割を果たすだけのパネルである。しかも、これらの成形パネル7、8は、前記従来の鋼製のドアウエストリインフォース103ではなく、インナパネル2と同じく、アルミニウム合金板からなる薄板の成形パネルに過ぎない。これら成形パネル7、8の接合は、前記したインナパネル2とインナパネル6との接合手段と同じで良い。
Note that these molded
インナパネル上部の強度:
本発明では、以上説明したリブ10の設計条件や実施態様による補強効果によって、このリブ10を延在させたインナパネル2の上部=ウエストリインフォース部の強度、剛性を著しく向上させる。具体的には、前記リブ10を延在させた部分において、前記リブ10の断面を、側面衝突荷重により生じる曲げに対する全塑性モーメントが300N・m以上となるように補強する。この全塑性モーメントは、前記リブ10の垂直な断面におけるインナパネル2の面外方向曲げに対する全塑性モーメントであって、前記リブ10の車体前後方向に垂直な断面における、側面衝突荷重で生じる曲げに対する全塑性モーメントである。
Inner panel top strength:
In the present invention, the strength and rigidity of the upper portion of the
この全塑性モーメントは、側面衝突時にインナパネル2の上部に衝突エネルギーが負荷された際の、インナパネル2の上部の曲げ強度の大きさを示しており、側面衝突に対するインナパネル2の上部の強度を測る場合に最適な尺度である。この全塑性モーメント量は、土木や建築などの分野、たとえば『土木学会編 構造力学公式集』などで,梁などの曲げ荷重をうける部材の曲げ強度を設計する際の指標として汎用されている。但し、本発明では、この全塑性モーメント量を、前記土木、建築分野で用いられるような部材全体(本発明分野で言うとドア全体)の曲げ強度の指標として用いるのでは無い。すなわち、本発明では、この全塑性モーメント量を、ドア構造の一部分である、前記リブ10を設けたドアインナパネルの上部に限定して用いて評価する点が従来と異なる。
This total plastic moment indicates the magnitude of the bending strength of the upper part of the
インナパネルの上部などが側面衝突荷重を受けて変形する際の、板厚方向の応力状態は全塑性曲げ状態を示す。ので、このときの曲げモーメント、すなわち全塑性モーメントMp(N・m)は、幅方向に応力分布が均等とすれば、後述する式によって、理論的に求めることができる。この全塑性モーメントが300N・m未満では、インナパネル2の上部の強度、剛性が不足し、前記した図9の、従来のドアウエストリインフォース103の補強効果よりも小さくなり、本発明を採用する意義が損なわれる。即ち、ドアウエストリインフォースを無くした場合に、側面衝突時にサイドドア(自動車サイドドアの下部構造)が車室方向へ侵入するような変形を抑制できなくなる。
The stress state in the thickness direction when the upper part of the inner panel is deformed by a side collision load indicates a fully plastic bending state. Therefore, the bending moment at this time, that is, the total plastic moment Mp (N · m), can be theoretically obtained by an expression described later if the stress distribution is uniform in the width direction. If the total plastic moment is less than 300 N · m, the strength and rigidity of the upper portion of the
この全塑性モーメントは、プレス成形後であって、ドアへの組み立て前の、ドアインナパネル2の上部の前記リブ10を延在させた部分の断面における、側面衝突荷重による曲げに対する全塑性モーメントを、断面の計算より求める。具体的には、前記リブ10の断面として、前記リブ10における凹条13の上端からwmm上方を始点とし、前記リブ10における凸条12の下端からwmm下方を終点とした範囲を考える。そして、この断面の側面衝突荷重による曲げに対する断面の中立軸まわりの全塑性モーメントを計算で求める。ここでwは凹条13あるいは凸条12の幅である。すなわち、全塑性曲げの状態として、断面の中立軸よりも曲げの外側ではすべての場所の曲げ応力が素材耐力σyに等しく、中立軸よりも内側では素材すべての場所の曲げ応力が−σyに等しい状態を想定し、その状態における、曲げ応力σと中立軸からの距離zによって次式で計算されるモーメントMpを全塑性モーメントと定義する。
This total plastic moment is the total plastic moment with respect to the bending due to the side collision load in the cross section of the portion where the
その他の補強:
本発明では、以上説明した態様に、更に、衝突安全性確保のためのリインフォースを設けることを許容する。ただ、本発明では、ドアインナパネルの上部に設けられる、従来のドアアウタウエストリインフォース103の代わりに、前記リブ10を設けるのであって、従来のドアウエストリインフォース103のような補強部材は必要ない。本発明においては、前記した通り、ドアインナパネルとして必要な強度や剛性は確保できている。したがって、衝突安全性確保のためのリインフォースを除き、ドアインナパネル自体の全体剛性や強度を上げるためのリインフォースは不要である。ただ、ドア開閉用のヒンジなどのドア部品の補強用に取り付けられるリインフォース設置などは必要に応じて許容される。
Other reinforcements:
In the present invention, the embodiment described above is further allowed to be provided with a reinforcement for ensuring collision safety. However, in the present invention, the
以上のように、本発明においては、インナパネルの上部に、従来設けられていたドアウエストリインフォースの代わりに(ドアウエストリインフォースを無くして)、このインナパネル自体を成形することによってリブを設けて補強する。このため、ドアウエストリインフォースなどの部品点数が減り、このような補強材の設置に伴う、溶接、セルフピアシングリベットなどの接合箇所は比較的少なくて済む。また、ドアウエストリインフォースが無くとも、側面衝突時にこのような接合箇所からの破損を防止でき、サイドドアが車室方向へ侵入するような変形を抑制できる。また、その接合のための手間も少なくなる。また、補強材の設置に伴う重量増加も抑制でき、アルミニウム合金使用の軽量化の利点を損なわない。 As described above, in the present invention, instead of the conventionally provided door waist reinforcement (without the door waist reinforcement), the inner panel itself is molded to reinforce the upper portion of the inner panel. To do. For this reason, the number of parts such as door waist reinforcement is reduced, and there are relatively few joints such as welding and self-piercing rivets associated with the installation of such a reinforcing material. Moreover, even if there is no door waist reinforcement, it is possible to prevent breakage from such a joint at the time of a side collision, and to prevent deformation of the side door entering in the direction of the passenger compartment. In addition, the labor for joining is reduced. Moreover, the weight increase accompanying installation of a reinforcing material can also be suppressed and the advantage of weight reduction using aluminum alloy is not impaired.
素材アルミニウム合金板:
インナパネル2、6あるいは前記成形パネル7、8を構成する素材アルミニウム合金板は、ドアインナパネルとして要求される、強度、剛性を確保するために、車体としての使用時の0.2%耐力が180MPa以上の高強度であることが好ましい。これは、アウタパネル3やドアビーム104などの補強材でも同様である。素材アルミニウム合金板は、常法により製造された(熱延、冷延後に調質処理)この種構造部材用途に汎用される5000系、6000系、7000系等の汎用アルミニウム合金板が適宜選択される。
Material aluminum alloy plate:
The material aluminum alloy plate constituting the
その他の自動車サイドドア下部構造:
本発明において、その他の自動車サイドドア下部構造は、公知のものと同様である。例えば、図1、3において、内部の空間4はドアガラスの昇降機構であるウインドレギュレータ等や、ドアミラー駆動用モータ、ドアラッチ機構等を一体にセットされた状態で収容する空間ともなる。また、インナパネル2の中央部などに選択的に設けられた空間5は、インナパネルを軽量化するとともに、前記ウインドレギュレータ、ドアミラー駆動用モータ、ドアラッチ機構等を収容する作業空間ともなる。
Other car side door lower structure:
In the present invention, other automobile side door lower structures are the same as those known. For example, in FIGS. 1 and 3, the
ドア下部構造の上部には、図示はしないが、ドア上部の窓部を構成する枠体が、その先端部を、インナパネル2の上端部2aなどと、溶接あるいは機械的接合により接合されて一体化される。このため、インナパネル2の上端部2aとアウタパネル3の上端部3aとで形成される空間は、上部に向かって開放された空間とされる。ドア上部の窓部を構成する枠体は、鋼板製であっても良く、あるいは、ドア軽量化のために、アルミニウム合金製(ハイドロフォームによりアルミニウム合金の管や中空形材を成形するか、アルミニウム合金板を成形したもの)であっても良い。
Although not shown in the figure, the frame constituting the window portion of the upper portion of the door is integrally joined to the upper portion of the door lower structure by welding or mechanical joining with the
アウタパネル3は、板厚が1.2mm以下であるような通常のパネルが使用でき、鋼板をプレス成形したパネルであっても良く、ドア軽量化のために、アルミニウム合金板をプレス成形したパネル (成形アルミニウム合金板からなるパネル) であっても良い。
As the
インナパネル2の下端部2bは、ヘミング加工(180度折り曲げ加工)された、アウタパネル3の下端部3bによって挟み込まれ、接着あるいは溶接、機械的接合により接合される、公知の方法によって一体化される。
The
また、図1のインナパネル2(図3のインナパネル6)の右端部は、図示はしないが、ドアの取り付けに用いられるヒンジを取り付けるためのフランジ部を各々有する。
Moreover, although not shown in figure, the right end part of the
ドアビーム:
本発明の図2、4、5〜7における態様における、自動車サイドドアの下部構造の下方側を補強するドアビーム104は、前記した図9の従来のドアビームと同じ態様である。即ち、矢印で示す車体の側面衝突による荷重を受けて、車内の乗員保護のためのエネルギ吸収を行なう。このためには、ドアビーム104が車体の側方側により突出して延在し、側面衝突荷重をより早く受ける必要がある。このために、ドアビーム104は、図示しない取り付け用のブラケット(フランジ)によって、アウタパネル3側の、より車体側面側に張り出されて、設けられている。このドアビーム104は、鋼製でも良いが、ドア軽量化のためには、アルミニウム合金製であることが好ましい。この点、ドアビーム104が、略矩形断面のアルミニウム合金押出中空形材であれば、前記側面衝突時のエネルギ吸収能が高い点からも好ましい。
Door beam:
2, 4 and 5 to 7 of the present invention, the
以下に、本発明の実施例を説明する。図1、2に示す自動車サイドドアの下部構造を、インナパネル2上部のリブ10の条件を種々変えて、実際に製造し、ドア単体(自動車サイドドアの下部構造単体)での強度試験を行った。これらの結果を表1に示す。
Examples of the present invention will be described below. The undercarriage of the automobile side door shown in FIGS. 1 and 2 is actually manufactured by changing the conditions of the
サイドドア下部の面積は約0.84m2 、最大幅は約160mmとし、ドアインナパネル下部の車体の前後方向の長さを1200mm、車体の上下方向の長さを700mmとした。ドアアウタパネル3には6000系アルミニウム合金板の1.2mm板厚材(0.2%耐力200MPa)、ドアインナパネル2には同じ6000系アルミニウム合金板(0.2%耐力135MPa)を用い、表1に示すように、ドアインナパネル2の板厚を種々に変化させた。
The area of the lower part of the side door was about 0.84 m 2 , the maximum width was about 160 mm, the length of the vehicle body in the longitudinal direction of the lower part of the door inner panel was 1200 mm, and the length of the vehicle body in the vertical direction was 700 mm. The door
リブ10は、6000系アルミニウム合金板のドアインナパネル2へのプレス成形時に、ドアインナパネル2の上部位置であるウエストリインフォース部に、パネル上端から車体上下方向に幅wmm下方の位置に凹条13の上端位置がくるように、同時に成形した。これによって形成したリブ10の条件は、側突方向(車体側面方向) に対して凸な凸条11、12の高さh、長さl、幅w、そして本数(列)を変化させた。因みに、図1、2に示す自動車サイドドアの下部構造では、凸条11、12の本数は2列となる。なお、各例毎の凸条同士の高さh、長さl、幅wは全て同じとした。
The
また、ドアビーム104は、断面幅(車体上下方向)40mm,高さ(車体幅方向)38mm、板厚2〜4mmの中空矩形断面を持つ、長さ1100mmの7000系アルミニウム合金押出材(0.2%耐力400MPa)とし、ドアアウタパネル3の下部から100mmの位置に、7000系アルミニウム合金押出材製のブラケットを用いてボルト接合し、水平に設置した。
The
(全塑性モーメント)
ドアインナパネル2の全塑性モーメントは、プレス成形後であって、ドアへの組み立て前の、ドアインナパネル2の上部の前記リブ10を延在させた部分の断面における、側面衝突荷重による曲げに対する全塑性モーメントを前記した式による断面の計算より求めた。
(Total plastic moment)
The total plastic moment of the door
(ドアの強度試験)
ドアの強度試験方法は自動車技術会発行の『乗用車用サイドドアー強度試験方法』によった。この試験方法の概略は、前後を固定された状態のドアに対して円柱状の冶具である圧子(直径305mm)を押し付け、所定のストローク(押込み量:通常は最大300mm)の際に、十分高い変形荷重を有するか否かが評価される。本発明では、押込み量が250mmでのドアの変形荷重を評価項目とし、この試験によって測定された前記圧子の押込み量が250mmでの荷重(kN)を調査した。この荷重が大きい方が、側面衝突によって車内の方向に変形しにくく衝突安全性が高い。
(Door strength test)
The strength test method for the door was based on the “Test method for side door strength for passenger cars” issued by the Japan Society for Automotive Engineers. The outline of this test method is sufficiently high when a pressing tool (diameter 305 mm), which is a cylindrical jig, is pressed against a door in which the front and rear are fixed and a predetermined stroke (pushing amount: usually 300 mm at maximum) is applied. It is evaluated whether or not it has a deformation load. In the present invention, the deformation load of the door with an indentation amount of 250 mm was used as an evaluation item, and the load (kN) with an indenter indentation amount of 250 mm measured by this test was investigated. The larger the load, the less likely to be deformed in the direction of the vehicle interior due to a side collision, resulting in higher collision safety.
鋼板製,アルミニウム合金製を含む市販の自動車サイドドアの複数個を、前記した『乗用車用サイドドアー強度試験方法』で評価したところ、最も強度の低いものでは、圧子押込み量250mmでの荷重は40kNであった。そこで、この数値を基準に、試験結果を整理した。これらの試験結果を表1に示す。 A plurality of commercially available automobile side doors, including steel plates and aluminum alloys, were evaluated by the above-mentioned “Side Door Strength Test Method for Passenger Cars”. With the lowest strength, the load at an indenter pushing amount of 250 mm was 40 kN Met. Therefore, the test results were organized based on this value. The test results are shown in Table 1.
発明例1〜3によれば、ドアインナパネル2上部(ウエストリインフォース部)の全塑性モーメントが300N・m以上である。この結果、発明例はドアウエストリインフォース103を無くし、部品点数を減らした上で、前記目標とした市販のドアに準ずるドア強度が得られている。
According to Invention Examples 1 to 3, the total plastic moment of the upper portion of the door inner panel 2 (waist reinforcement portion) is 300 N · m or more. As a result, the inventive example eliminates the
これに対して、比較例1〜4においては、リブの設け方が不適切(凸な凸条11、12の高さh、長さl、幅w、本数のいずれかが不足)か、インナパネルの板厚かが不足し、ドアインナパネル2上部(ウエストリインフォース部)の全塑性モーメントが300N・m未満と低い。この結果、比較例1〜4は、ドアウエストリインフォース103を無くすと、前記目標とした市販のドア強度に到達していない。
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, it is inappropriate to provide the ribs (the height h, the length l, the width w, or the number of the
以上のことから、本発明による自動車サイドドアの下部構造の有効性や、各要件の臨界的な意義が確認できる。 From the above, the effectiveness of the lower structure of the automobile side door according to the present invention and the critical significance of each requirement can be confirmed.
本発明によれば、前記ドアウエストリインフォースなどの補強部材を省略しても、側面衝突に対する衝突安全性に優れ、しかも軽量で組み立てが容易な自動車サイドドアの下部構造を提供することができる。したがって、本発明は、オールアルミドアを含め、アウタパネルなどをアルミニウム合金とした自動車サイドドアパネルや、アウタパネルを鋼板製とした自動車サイドドアインナパネルに適用できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if reinforcement members, such as the said door waist reinforcement, are abbreviate | omitted, the lower structure of the motor vehicle side door which is excellent in the collision safety with respect to a side collision, and is lightweight and easy to assemble can be provided. Therefore, the present invention can be applied to an automobile side door panel in which an outer panel is made of an aluminum alloy, including an all-aluminum door, and an automobile side door inner panel in which the outer panel is made of a steel plate.
1:自動車サイドドアの下部構造、2、6:インナパネル、3:アウタパネル、4、5:空間、7、8:パネル、10:リブ、11、12:凸条、13、14、15:凹条、104:ドアビーム、 1: car side door lower structure, 2, 6: inner panel, 3: outer panel, 4, 5: space, 7, 8: panel, 10: rib, 11, 12: ridge, 13, 14, 15: concave Article 104: Door beam,
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