JP2011158270A

JP2011158270A - デント剛性予測方法

Info

Publication number: JP2011158270A
Application number: JP2010017995A
Authority: JP
Inventors: Jin Akasaka; 仁赤坂
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: JP5302909B2

Abstract

【課題】曲率が大きく変化する部位を有する板部材であっても、的確にデント剛性を予測する技術を提供する。
【解決手段】板部材ＳＲの長手方向における曲率半径と、板部材ＳＲの長手方向に直交する方向における板部材ＳＲの長さと、板部材ＳＲの降伏強度とに基づいて板部材ＳＲのデント剛性を予測する際に、板部材ＳＲの長手方向に直交する方向における曲率の変化量が所定値以上となる変化点が存在する場合に、板部材ＳＲの長手方向に直交する方向における板部材ＳＲの端部と変化点との間隔を板部材ＳＲの長さとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、板部材の所定点に対し負荷を加えた際の板部材の負荷方向の耐荷重量としてのデント剛性を予測する方法、特に、曲率が大きく変化する部位を有する板部材のデント剛性を予測する方法に関する。

従来、車両の外板パネルのデント剛性の測定は、実際に試作車を用いて行われていた。したがって、設計段階ではデント剛性が不明であり、デント剛性が不足していると判明した場合には、設計にフィードバックされ、再度試作車を製作する必要があった。そのため、開発期間やコストの増大を招く問題が生じていた。

一方、設計段階において外板パネルのデント剛性が予測できれば、上述のような問題が生じ得ないため、設計段階における外板パネルのデント剛性予測技術が望まれていた。特に、ルーフパネルのサイドレール（以下、ルーフサイドレールと称する）は、洗車の際に手をつくことにより負荷をかけられることが多いため、サイドレールのデント剛性を的確に予測する技術が望まれていた。

そのような技術として、例えば、特許文献１の技術がある。この特許文献１の技術では、金属製の板部材の測定点に負荷をかけた際に測定点の周囲に定義される応力影響領域の面積をタワミ面積として算定し、板部材の測定点の曲率と板部材の測定点の板厚と板部材の材質とタワミ面積とにより、所定の関係式に基づいて測定点の負荷方向での変位をデント剛性として算定している。

特開２００７−３３０６７号公報

特許文献１の技術では、板部材のタワミ面積と曲率と板厚と材質（以下、これらを因子と総称する）を所定の関係式に代入することにより、板部材のデント剛性を予測している。なお、板部材のタワミ面積は、板部材の取り付け状態等に基づいて算定されるため、いずれの因子も設計段階で既知となる値である。したがって、特許文献１の技術を用いれば、設計段階において板部材のデント剛性を予測することができる。

しかしながら、特許文献１の技術は、曲率が略一定または曲率の変化量が小さい板部材のデント剛性は予測することができるが、曲率が大きく変化する部位を持つ板部材のデント剛性を正確に予測することは困難である。車両によっては、ドアパネルやサイドレールに、車両の前後方向に沿って、キャラクターラインと呼ばれる曲率が大きく変化する部位を持つものもある。上述のように、特許文献１の技術ではこのような板部材（パネル）のデント剛性を予測することは困難である。

一方、ドアパネルやルーフサイドレールは、ドアの開閉や洗車等の際に、人により荷重が加えられることがあるため、的確にデント剛性を予測する技術が望まれている。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、曲率が大きく変化する部位を有する板部材であっても、的確にデント剛性を予測する技術を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明のデント剛性予測方法は、板部材の所定点に対し負荷を加えた際の当該板部材の負荷方向の耐荷重量としてのデント剛性を予測するデント剛性予測方法であって、前記板部材の長手方向における曲率半径と、前記板部材の前記長手方向に直交する方向における前記板部材の長さと、前記板部材の降伏強度とに基づいて前記板部材のデント剛性を予測する際に、前記板部材の前記長手方向に直交する方向における曲率の変化量が所定値以上となる変化点が存在する場合に、前記板部材の長手方向に直交する方向における前記板部材の端部と当該変化点との間隔を前記板部材の長さとする。

この構成では、デント剛性の予測因子として、板部材の長手方向の曲率半径と、板部材の長手方向に直交する方向における長さと、板部材の降伏強度とが採用される。この際、板部材にキャラクターライン等の曲率が大きく変化する変化点の有無が判定され、変化点が存在する場合には、その変化点を基準として板部材の長さが決定される。これにより、キャラクターライン等の曲率が大きく変化する変化点を有する板部材に対しても、的確にデント剛性を予測することができる。

本発明のデント剛性予測方法を適用する車両のルーフ付近の拡大図である。ルーフの幅方向断面図である。ルーフサイドレールの幅方向の長さの求め方を表す図である。キャラクターラインを有するルーフサイドレールの幅方向の長さの求め方を表す図である。ルーフサイドレールのキャラクターラインの有無の判定方法を表す図である。

以下に図面を用いて、本発明のデント剛性予測方法の実施形態を説明する。なお、本実施形態におけるデント剛性とは、板部材の所定点に荷重が加えられた際に、その所定点の加重方向における変位量が所定の許容変位量となる荷重の大きさとして説明するが、所定荷重を加えた際の荷重方向の変位量をとしても構わない。

図１は、本発明のデント剛性予測方法の対象となる車両ＶのルーフＲの拡大図である。ルーフＲは薄板鋼板によりなっており、図に示すように、ルーフＲは車両Ｖの幅方向（以下、幅方向と称する）の左右端にサイドレール（以下、ルーフサイドレールＳＲと称する）と呼ばれる部位を有している。ルーフサイドレールＳＲは、洗車等の際に荷重が加えられるおそれがあるため、デント剛性を的確に予測する必要がある。

図から明らかなように、ルーフサイドレールＳＲは、車両Ｖの前後方向（以下、前後方向と称する）において、略上に凸な形状を有している。特許文献１にも開示されているように、板部材の曲率の大きさは板部材のデント剛性を決定付ける因子の一つとして知られている。そのため、本発明においても、ルーフサイドレールＳＲの前後方向（すなわち、長手方向）における曲率をデント剛性予測の因子として採用している。なお、ルーフサイドレールＳＲの前後方向の曲率は一定ではないため、本実施形態では、荷重を加える点を想定し、その点における曲率を用いている。当然ながら、平均曲率等、ルーフサイドレールＳＲの曲率から得られる値を用いても構わない。

図２は、ルーフＲのII−II断面図である。図から明らかなように、ルーフサイドレールＳＲは、幅方向においても略上に凸な形状を有している。しかしながら、発明者らの実験により、ルーフサイドレールＳＲの幅方向の曲率は、ルーフサイドレールＳＲのデント剛性への寄与率は小さいことが判明している。そのため、本発明においては、ルーフサイドレールＳＲの幅方向の曲率は、デント剛性予測の因子としては採用していない。

また、板部材の面積がデント剛性に寄与することも判明している。したがって、ルーフサイドレールＳＲの面積をそのまま、デント剛性予測の因子として採用することができる。しかし、ルーフサイドレールＳＲは、前後方向において同一断面が連続していること、荷重が付加された際に面たわみを抑制する支持点や形状特徴がないこと、前後方向において非常に大きな曲率半径を有する特有の形状であることに鑑み、本発明ではルーフサイドレールＳＲの面積に代えて、幅方向（すなわち、長手方向に直交する方向）の長さを採用している。

図３に、本実施形態におけるルーフサイドレールＳＲの幅方向の長さの決定方法を示している。図に示すように、本実施形態では、ルーフサイドレールＳＲの横方向断面において、ルーフサイドレールＳＲを直線上に投影し、その直線上での長さをルーフサイドレールＳＲの幅方向の長さとしている。

一方、車両Ｖには、ルーフサイドレールＳＲにキャラクターラインＣＬと呼ばれるデザイン線を有しているものがある。図４は、キャラクターラインＣＬを有しているルーフサイドレールＳＲの幅方向断面である。図から明らかなように、ルーフサイドレールＳＲの幅方向の曲率は、キャラクターラインＣＬにおいて大きく変化している。

本発明の発明者らは、同じ幅方向長さを持つルーフサイドレールＳＲでも、キャラクターラインＣＬの有無により、デント剛性が異なることを発見した。そこで、発明者らは、ルーフサイドレールＳＲにキャラクターラインＣＬがある場合には、幅方向の長さを図４に示す方法により決定することが望ましいことを発見した。

図４に示すように、本発明では、ルーフサイドレールＳＲがキャラクターラインＣＬを有している場合には、ルーフサイドレールＳＲの幅方向の端部からキャラクターラインＣＬまでを直線上に投影し、その直線上での長さをルーフサイドレールＳＲの幅方向の長さとしている。なお、この方法では２つのルーフサイドレールＳＲの幅方向の長さが求められるが、その一方のみを用いても構わないし、双方を用いても構わない。双方を用いる場合には、２つのデント剛性の予測式により、キャラクターラインＣＬで分断されたルーフサイドレールＳＲの２つの部位のデント剛性を予測することとなる。

なお、ルーフサイドレールＳＲがキャラクターラインＣＬを有するか否かは、様々な方法により決定することができる。例えば、図５に示すように、ルーフサイドレールＳＲの幅方向の断面において、２本の接線Ｌ１，Ｌ２を設定し、その接線の交差角θの大きさにより判別することができる。また、ＣＡＤデータ等から、ルーフサイドレールＳＲの幅方向の各位置の曲率を求め、求められた曲率を微分し、所定の閾値以上の微分値を有するか否かにより決定することもできる。当然ながら、他の方法によりキャラクターラインＣＬの有無を判別しても構わない。

また、板部材そのものの降伏強度がデント剛性に寄与することが判明している。そのため、本発明においてもルーフサイドレールＳＲを形成している板部材の降伏強度をデント剛性予測の因子として採用している。なお、本実施形態では、板部材の厚さの自乗と降伏強度との積をデント発生荷重としてデント剛性予測の因子としている。

このように、本発明の発明者らは、ルーフサイドレールＳＲのデント剛性を予測するための因子として、ルーフサイドレールＳＲの前後方向における曲率、幅方向の長さ、および、降伏強度を用いることが望ましいことを発見した。

さらに、発明者らは、種々の実験を通じて、応答曲面解析の因子としてこれらを用いることが望ましいことを発見した。因子の一次結合により表される重回帰分析と異なり、応答曲面解析では、１次項に加えて２次項および相互作用項を有している。発明者らの実験では、以下の予測式（１）によって予測されたデント剛性が最も望ましい結果が得られた。なお、以下の予測式では、前後方向の曲率半径をρ、幅方向の長さをＬ、デント発生荷重をＹとしている。
ｆ＝ａ１×ρ＋ａ２×Ｌ＋ａ３×Ｙ＋ｂ１×ρ²＋ｃ１×ρ×Ｌ・・・（１）

ここで、ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｃ１は係数であり、実車から得られたルーフサイドレールＳＲの前後方向の曲率半径、幅方向の長さ、ルーフサイドレールＳＲを形成する板部材の降伏強度、ルーフサイドレールＳＲのデント剛性を応答曲面解析することにより得られるものである。

当然ながら、デント剛性の予測方法は応答曲面解析に限定されるものではなく、重回帰分析等他の方法を用いても構わない。

デザイン段階の車両ＶのルーフサイドレールＳＲのデント剛性を予測する際には、ＣＡＤデータ等からルーフサイドレールＳＲの前後方向の曲率、幅方向の長さを取得し、仕様書等からルーフサイドレールＳＲを形成する板部材の降伏強度を求め、上述の予測式に代入する。もし、予測式により求められたデント剛性が満足するものでない場合には、設計部門にフィードバックがなされる。これにより、試作車を製造することなく、デント剛性を予測することができるため、開発期間の短縮、コストの削減が可能となる。

本発明は、車両のドアパネルやルーフサイドレール等の曲率が大きく変化する部位を有する板部材のデント剛性の予測に用いることができる。

ＣＬ：キャラクターライン
Ｒ：ルーフ
ＳＲ：ルーフサイドレール
Ｖ：車両

Claims

板部材の所定点に対し負荷を加えた際の当該板部材の負荷方向の耐荷重量としてのデント剛性を予測するデント剛性予測方法であって、
前記板部材の長手方向における曲率半径と、前記板部材の前記長手方向に直交する方向における前記板部材の長さと、前記板部材の降伏強度とに基づいて前記板部材のデント剛性を予測する際に、
前記板部材の前記長手方向に直交する方向における曲率の変化量が所定値以上となる変化点が存在する場合に、前記板部材の長手方向に直交する方向における前記板部材の端部と当該変化点との間隔を前記板部材の長さとするデント剛性予測方法。