JP3167212B2 - サイドメンバー - Google Patents

サイドメンバー

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JP3167212B2 JP05948693A JP5948693A JP3167212B2 JP 3167212 B2 JP3167212 B2 JP 3167212B2 JP 05948693 A JP05948693 A JP 05948693A JP 5948693 A JP5948693 A JP 5948693A JP 3167212 B2 JP3167212 B2 JP 3167212B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車のフロント等に
設けられ衝突等の衝撃をそれ自体がー座屈することより
吸収し、乗員の安全を確保するサイドメンバーに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図2に示すように自動車のフロント等に
設けられるサイドメンバー10は、図中の矢印方向の衝
突時に、衝突による衝撃のエネルギーを吸収する吸収体
として機能することにより、乗員の安全性を確保するも
のである。そのようなサイドメンバー10を図3及び図
4により説明する。図3はサイドメンバー10の側面を
示す図で、図4は図3のA−A断面図である。サイドメ
ンバー10は、対向する左右のフランジパネル11と対
向する上下のウエブパネル12とで断面の側面部分が矩
形となるように形成された柱状で、取付部材13に支持
されて自動車へ装備される。尚、各パネルの幅厚比は同
じで、柱状の内部には、図3に示すように、断面を田ま
たは日の字状にする補強材が挿入されている。このよう
なサイドメンバー10は矢印方向の衝突が起きると、図
3(b)の如くそれ自体が座屈することにより衝突の衝
撃を吸収し乗員の安全を確保する。
【0003】ところで、上記のような働きをするサイド
メンバー10の座屈の形態には二種あり、図5及び図6
にそれを示す。図5(a)及び図6(a)は共に、衝突
が起きている間のサイドメンバーによる衝突エネルギー
の吸収の変化を示すグラフで、斜線部分が衝突のエネル
ギーを吸収している部分である。尚、Pはサイドメンバ
ーにかかる荷重で、δは衝突の始めからどれだけサイド
メンバーが縮んだかを示すサイドメンバーの変位であ
る。図5は、オイラー座屈と呼ばれるもので、図5
(b)に示すように柱状のサイドメンバーが一箇所で二
次曲線状に曲がってしまう。この場合、サイドメンバー
が曲がりきってしまうまではエネルギー吸収は大きい
が、一旦サイドメンバーが曲がりきってまうと殆どエネ
ルギーを吸収しなくなる。図6は、コンサティーナ座屈
(通称アコーディオン座屈)と呼ばれるもので、図6
(b)に示すように柱状のサイドメンバーがアコーディ
オン状に曲がる。この場合は、衝突の始めと終わりとで
衝突のエネルギー吸収が安定して行われる。サイドメン
バーの座屈の形態としては、このアコーディオン座屈が
望まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サイドメンバーは全長が長くなると、オイラー座屈が起
こりやすくなるという問題があった。そのため、衝突時
に、衝撃のエネルギーを十分に吸収できず、乗員の安全
性を確保することができないという実用上の問題があっ
た。
【0005】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、全長が長くなっても、オイラー座屈が起こりにく
いサイドメンバーをを提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のサイドメンバーは、サイドメンバーの一枚
のパネルがアコーディオン座屈すると、それに影響され
て他のパネルがアコーディオン座屈する確率も高くなる
という状況に着目してなされたもので、サイドメンバー
のアコーディオン状に座屈する確率の高いパネルを衝突
の始めに他のパネルよりも先に座屈させて、それによっ
て他のパネルのアコーディオン状に座屈する確率を高め
サイドメンバー全体としてのアコーディオン座屈する確
率を高くしたものである。
【0007】具体的には、対向する一対のウエブパネル
と対向する一対のフランジパネルとで断面の側面部分が
矩形となるように形成された柱状で、衝突時に柱状の長
手方向からの衝撃を座屈することにより吸収し乗員の安
全をはかる自動車のフロント等に設けられるサイドメン
バーであって、曲げの弱軸側のウエブパネルが、座屈し
た場合にアコーディオン状に座屈する確率が曲げの弱軸
側のフランジパネルよりも高い曲げの断面二次モーメン
トの強軸回りの曲げの圧縮を受ける圧縮面であり、且
つ、パネルの座屈のし易さを表す幅厚比を前記フランジ
パネルの幅厚比よりも大きくして前記フランジパネルよ
りも座屈し易くしたものである。
【0008】
【作用】ウエブパネルが曲げの断面二次モーメントの強
軸回りの曲げの圧縮を受ける圧縮面で、その幅厚比が前
記フランジパネルの幅厚比よりも大きくいものである
と、フランジパネルよりアコーディオン状に座屈する確
率の高いウエブパネルが衝突の始めにフランジパネルよ
りも先に座屈する。そして、その座屈がアコーディオン
座屈であると、そのアコーディオン座屈に影響されて、
フランジパネルのアコーディオン座屈する確率も高くな
り、サイドメンバー全体としてのアコーディオン座屈す
る確率が向上する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面及び表に基づい
て説明する。図1は、サイドメンバー1の断面図であ
り、対向する上下のウエブパネル2と対向する左右のフ
ランジパネル3とで、断面の側面部分を矩形に形成して
いる。図中のX及びYは曲げの断面の二次モーメントの
回転軸で、Tw 及びTf はそれぞれウエブパネル及びフ
ランジパネルの厚みを示し、2a及び2bはそれぞれウ
エブパネル及びフランジパネルの幅方向の長さを示して
いる。
【0010】先ず最初に、曲げの断面二次モーメントの
強軸について説明する。断面の側面部分が矩形であるサ
イドメンバー1の曲げの断面二次モーメントは、X軸回
りのモーメントLX とY軸回りのモーメントLY との2
つで定義され、それらは次式で表される。尚、図1にお
いて、Tf =Tf ′,Tw =Tw ′である必要はない
が、簡単化のためTf =Tf ′,Tw =Tw ′とする。
【0011】 LX =1/2×Tw ×2a×(2b)2 +1/4×(2b)3 f ・・(1) LY =1/2×Tf ×2b×(2a)2 +1/4×(2a)3 w ・・(2)
【0012】上記二式で表されるLX とLY を比べて、
例えばLX >LY ならば、Xを強軸と呼び、Yを弱軸と
呼ぶ。又、LY >LX ならば、Yを強軸と呼び、Xを弱
軸と呼ぶ。衝突時の衝撃が紙面手前から加わわりパネル
が座屈した場合、断面二次モーメントが小さい弱軸を中
心とした回転が起こりやすいので、仮にオイラー座屈す
るとすれば弱軸を中心とした回転が生ずる確率が高い。
【0013】次に、幅厚比について説明する。幅厚比
は、圧縮力が働いた時の各パネルが受ける荷重を示して
おり、この幅厚比が大きいパネルが、衝突時の衝撃が加
わわると他のパネルよりも容易に座屈する。パネルの荷
重形態によって定義が異なるが、図1に示すサイドメン
バー1の紙面手前から圧縮力を受けた場合を想定する
と、断面の側面部分を矩形となるようにサイドメンバー
1を形成するウエブパネル2及びフランジパネル3の幅
厚比Rw ・Rf は次式で表される。式中のνはポアッソ
ン比、Eはヤング率、σy は降伏応力である。
【0014】 Rw =√〔12(1−ν2 )/4/π2 〕×√(σy /E)×a/Tw ・・・ (3) Rf =√〔12(1−ν2 )/4/π2 〕×√(σy /E)×b/Tf ・・・ (4)
【0015】そこで、サイドメンバーの一枚のパネルが
アコーディオン座屈すると、それに影響されて他のパネ
ルがアコーディオン座屈する確率も高くなるという状況
に着目して、衝突時に、強軸を中心とした回転の曲げの
圧縮を受ける圧縮面でアコーディオン座屈する確率が高
い方の圧縮面パネルを先に座屈させるために、圧縮面パ
ネルの幅厚比を他のパネルの幅厚比よりも大きくなるよ
うに、式(1)、(2)、(3)、(4)により、各パ
ネルの厚みTw ・Tf 、及び各パネルの幅方向の長さ2
a・2b等の各変数を定める。
【0016】各変数を定めるにあたり、強軸及び弱軸回
りの二次モーメントは車全体の曲げ及び捩じり剛性の要
求特性から決められるので、此処では議論できないが、
断面のもつ効率からは一般的にRf ≦1.2,Rw
1.2程度が望ましく、本発明では更にRf ≧Rw が付
加されることになる。此処で、Rf は弱軸回りのフラン
ジ幅厚比、Rw は弱軸回りのウエブ幅厚比である。
【0017】本発明実施のサイドメンバー1の代表例と
して、各パネルの厚みがTw =1.5mm、Tf =3.
2mm、各パネルの幅方向の長さが2a=50mm、2
b=90mmであるアルミニウム合金のサイドメンバー
を取り上げ説明する。
【0018】本発明実施のサイドメンバー1は、X軸及
びY軸回りの断面の二次モーメントは、それぞれLX
8.9×105 mm4 、LY =4.1×105 mm
4 で、強軸がX軸で弱軸がY軸であり、オイラー座屈す
るとすればY軸回りの回転となる。フランジパネル3と
ウエブパネル2の幅厚比は、降伏応力σy =27kgf
/m2 、ヤング率E=7000kgf/m2 とすれば、
それぞれRf =0.46、Rw =0.55で、フランジ
パネル3とウエブパネル2の幅厚比の比は(Rf
w )=0.84である。
【0019】このようなサイドメンバー1は、全体に圧
縮力を受け座屈した場合に、ウエブパネル2の方がアコ
ーディオン状に座屈する確率がフランジパネル3よりも
高く、フランジパネル3よりも座屈し易いので、衝突時
に、上下のウエブパネル2のどちらかがフランジパネル
3よりも先に座屈し、それがアコーディオン座屈である
と、それによって他のパネルのアコーディオン座屈する
確率が高まり、サイドメンバー全体としてのアコーディ
オン座屈する確率も高くなる。
【0020】次に、表1に圧縮試験の結果を示す。圧縮
試験は、図1に示すサイドメンバーの紙面手前の方から
力を加え行った。比較例として、フランジパネルとウエ
ブパネルの厚みがTf =Tw =2.3mmで各パネルの
幅方向の長さが2a=50mm、2b=90mmのアル
ミニウム合金で従来同様各側面のパネルの幅厚比が同じ
であるサイドメンバーの圧縮試験の結果も記載されてい
る。
【0021】
【表1】
【0022】比較例のサイドメンバーは全長が600m
mを越えると、すでにオイラー座屈になっているのに対
し、本発明実施のサイドメンバーは1200mmまでア
コーディオン座屈である。このように、全長が長くなっ
ても従来のサイドメンバーのようにオイラー座屈が起こ
りやすくなるということがなく、衝突時には衝撃のエネ
ルギーを十分に吸収して、乗員の安全性の確保の向上に
寄与する。又、ウエブパネル及びフランジパネルとも同
じ材料を用いると、パネルの厚みと幅方向の長さを調整
するだけでよいので、加工も簡単である。
【0023】尚、本発明実施のサイドメンバー1とし
て、断面が田の字型を取り上げたが断面が日及び目の字
型をしていても同様の効果が得られる。この場合も上記
式(1)、(2)、(3)、(4)により、サイドメン
バーのアコーディオン状に座屈する確率の高いパネルが
衝突の始めに他のパネルよりも先に座屈するように各変
数を定める。
【0024】
【発明の効果】本発明のサイドメンバーは、サイドメン
バーの一枚のパネルがアコーディオン座屈すると、それ
に影響されて他のパネルがアコーディオン座屈する確率
も高くなるという状況に着目してなされたものであ
り、、サイドメンバーのアコーディオン状に座屈する確
率の高いパネルを衝突の始めに他のパネルよりも先に座
屈させて、それによって他のパネルのアコーディオン状
に座屈する確率を高めサイドメンバー全体としてのアコ
ーディオン座屈する確率を高くしたものであるので、従
来のサイドメンバーのように全長が長くなると、オイラ
ー座屈が起こりやすくなるということがない。その結
果、衝突時には衝撃のエネルギーを十分に吸収して、乗
員の安全性の確保の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサイドメンバーの断面図である。
【図2】サイドメンバーが自動車に取り付けられた状態
を示す図である。
【図3】サイドメンバーの側面図である。
【図4】図3のA−A断面図である。
【図5】サイドメンバーの座屈の形態の一つを示す図で
ある。
【図6】サイドメンバーの座屈の形態の一つを示す図で
ある。
【符号の説明】
1 サイドメンバー 2 ウエブパネル 3 フランジパネル X 強軸 Y 弱軸 Tw ウエブパネルの厚み(幅厚比の変数) Tf フランジパネルの厚み(幅厚比の変数) 2a ウエブパネルの幅方向の長さ(幅厚比の変数) 2b フランジパネルの幅方向の長さ(幅厚比の変数)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B62D 21/15 B62D 25/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する一対のウエブパネルと対向する
    一対のフランジパネルとで断面の側面部分が矩形となる
    ように形成された柱状で、衝突時に柱状の長手方向から
    の衝撃を座屈することにより吸収し乗員の安全をはかる
    自動車のフロント等に設けられるサイドメンバーであっ
    て、曲げの弱軸側のウエブパネルが、座屈した場合にア
    コーディオン状に座屈する確率が曲げの弱軸側のフラン
    ジパネルよりも高い曲げの断面二次モーメントの強軸回
    りの曲げの圧縮を受ける圧縮面であり、且つ、パネルの
    座屈のし易さを表す幅厚比を前記フランジパネルの幅厚
    比よりも大きくして前記フランジパネルよりも座屈し易
    くしたことを特徴とするサイドメンバー。
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