JP3912585B2

JP3912585B2 - 車体パネル

Info

Publication number: JP3912585B2
Application number: JP2001391595A
Authority: JP
Inventors: 光希池田; 幸司福本; 正敏吉田; 秀樹石飛
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003054449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に自動車フードなどのインナパネルに適した、車体パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車のフード、ドアなどの車体パネルには、アウタパネル (外装パネル、外板) とインナパネル (内装パネル、内板) とが、空間を介した閉断面構造をとって組み合わされた複合パネルが汎用される。
【０００３】
これら複合パネルの、特にインナパネルには、従来から使用されていた鋼板に代わって、軽量化のために、AA乃至JIS 規格による 2000 系、3000系、5000系、6000系、7000系等の高強度で高成形性のアルミニウム合金板が使用され始めている。
【０００４】
このアルミニウム合金製のインナパネルとしては、従来から、鋼板製としてもよく知られている、部分的にパネルをトリミング（除去）して軽量化し、複数本のビームから構成されるビーム型パネルがある。
【０００５】
これに対し、アルミニウム合金などの軽量材料製のインナパネルとしては、USP 5,244,745 号、USP 6,012,764 号、USP 5,124,191 号や、特開2000-168622 号などの公報に開示された、突起を表面に複数 (多数) 設けたコーン型パネルが知られている。このコーン型パネル材は、図11、12に自動車のフード用のインナパネルの場合を示し、図13に突起の斜視図を示す通り、円錐台形状（断面が台形形状) のコーンと称される、比較的大きな突起（凸部、ディンプル)2g を、多数、パネル表面に設けている。この突起2gは、個々に独立した突起であり、突起同士の間は平板部乃至凹部3 となっている。
【０００６】
図11のA-A 断面である図12に示すように、自動車のフードなどでは、コーン型インナパネル1 は、フードデザインに応じた一定の曲率を有するアウタパネル5 と接合され、複合パネルとして一体化されている。なお、この図12の例では、突起2 の平坦な頂部6 上には樹脂層7 が配置され、この樹脂層7 を介して、インナパネル1 の突起2 とアウタパネル5 の裏面5aとが互いに接合されている。そして、図示はしないが、通常は、アウタパネル5 周縁部のヘム（曲げ）加工による嵌合によっても、複合パネルとして一体化されている。
【０００７】
前記自動車の複合パネルには、薄板化、軽量化した上での高剛性化が求められ、部材特性として曲げ剛性や捩じり剛性あるいは張り剛性（耐デント性）の高いことが求められている。
【０００８】
これに対し、特に、前記コーン型パネルは、ビーム型パネルに比較して、高い1.2 倍程度の捩り剛性を有している。したがって、ビーム型パネルや平板状のパネルと比較しても、板厚を大きくすることなく、あるいは板厚を薄くしても、自動車フードなどの複合パネルの剛性が向上でき、軽量化効果が高い。
【０００９】
ただ、近年では、自動車フードなどには、これらの性能に加えて、歩行者などの衝突安全性の確保が、新たに求められるようになっている。より具体的には、自動車フードには、歩行者の頭部衝突時の安全性として、HIC 値 (Head Injury Criteria、頭部障害値) が低いことが求められている。
【００１０】
この衝突安全性について、歩行者頭部の自動車フードへの衝突時には、アウタパネルとインナパネル (複合パネル) が変形し、内部のエンジンルーム内蔵物( 剛体) と二次衝突して、大きな反力となり、二次的ではあるが頭部に大きな衝撃を与えることが問題となる。そして、この反力は、前記HIC 値を著しく高めてしまう。
【００１１】
即ち、図14、15に頭部衝突時の頭部への加速度と時間との関係 (実線の曲線) を示す通り、加速度の第1 波のピークは、歩行者頭部の自動車フードへの衝突( 自動車フードの変形) である。図14から分かる通り、加速度のピークには、前記第1 波のピークP1に続く、第2 波のピークP2がある。これが、前記した、自動車フードパネルが内部のエンジンルーム内蔵物 (剛体) との二次衝突により発生する反力である。ここで、HIC 値とは、図14の加速度と時間との曲線の積分値であり、HIC 値を低くするためには、前記加速度の第1 波および第2 波のピークを下げる必要がある。
【００１２】
ただ、加速度の第1 波のピークを下げることは難しい。この理由は、加速度の第1 波のピークが、自動車フードパネルの変形特性 (剛性) に依存するためである。第1 波のピークを下げるためには、自動車フードパネルの剛性を小さくするよう、フードパネルの構造や使用材料特性 (耐力等) を変更することが考えられる。しかし、自動車フードパネルには、前記した通り、基本要求特性として、薄板化、軽量化した上での高剛性化が求められており、フードパネル全体としての剛性を小さくすることはできない。また、例えこの全体剛性を小さくしても、パネルの変形ストロークの増加に伴い、却って前記加速度の第2 波のピークが大きくなり、HIC 値自体を低くできない。
【００１３】
したがって、実際問題としてHIC 値を低くするためには、前記加速度の第1 波のピークではなく、前記加速度の第2 波のピークの方を下げる必要がある。
【００１４】
この加速度の第2 波のピークを下げる場合に大きな問題となるのが、自動車フードパネルと内部のエンジンルーム内蔵物との間隔 (クリアランス) である。加速度の第2 波のピークは、図11に示す一点鎖線内のパネル領域B のような、自動車フードパネル (インナパネル1)と内部のエンジンルーム内蔵物4 との間隔S が比較的小さい領域で大きくなる。
【００１５】
この間隔S が小さい場合には、歩行者頭部の衝突時の運動エネルギーを吸収できずに、フードパネルが変形して、エンジンルーム内蔵物と二次衝突するため、頭部への反力が大きくなる。そして、この場合、前記加速度の第2 波のピークP2は、前記図14に示したように、加速度の第1 波のピークP1に比して、著しく大きくなる。
【００１６】
これに対し、自動車フードパネルの内、内部のエンジンルーム内蔵物4 が真下に無いなど、この間隔S が大きいパネル領域などでは、歩行者頭部の衝突時に、フードパネルが大きく変形しても、内部のエンジンルーム内蔵物4 (剛体) と衝突しないため、前記加速度の第2 波のピークは発生せず、HIC 値は元々低い。
【００１７】
今日における自動車の構造においては、排気量の増加に伴うエンジンの大型化や、多機能化による搭載部品の増加などにより、設計上、前記図11のパネルの領域B のように、前記間隔S を大きくできない部位が必然的に生じる。したがって、このようなパネル部位でも、歩行者の頭部衝突時の前記加速度のピークを低減できる、フードパネル構造が求められている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ビーム型やコーン型のインナパネルは、元々複合パネルの剛性を向上させる目的で設けられている。このため、前記図11のフードパネルのエリアB のように、特に前記フードとエンジンルーム内蔵物との間隔が小さい場合に、フードパネルが内部のエンジンルーム内蔵物と衝突した場合には、その反力が著しく大きくなる。即ち、前記ビーム型やコーン型のインナパネルでは、前記フードとエンジンルーム内蔵物との間隔が小さいパネル部位においては、頭部衝突時の加速度第2 波のピークを低減できず、HIC 値を低くできない。
【００１９】
なお、前記ビーム型やコーン型のインナパネルと同様、フードパネルの補強のために、衝撃吸収体などをアウタとインナパネルとの間に設けることも公知である。例えば、特開平8-80873 号公報には、フードパネル段差部の補強のために、ハット形や矩形の断面形状を有する衝撃吸収体を、前記段差部のアウタとインナパネルとの間のみに設けることが開示されている。この衝撃吸収体はインナパネルに支持され、前記段差部 (アウタ) を裏面から支え、段差部の荷重変形時に潰れ変形して所定の反力を生じ、段差部の車内方向への変形量 (移動量) を規制している。しかし、これらの衝撃吸収体でも、特に前記フードとエンジンルーム内蔵物との間隔が小さい場合に、フードパネルが内部のエンジンルーム内蔵物と衝突した場合には、その反力が著しく大きくなる。したがって、前記間隔が小さいパネル部位においては、頭部衝突時の加速度第2 波のピークを低減できず、HIC 値を低くできない。
【００２０】
したがって、本発明の目的は、表面に複数の突起を設けた車体パネルにおいて、フード全体などの剛性を阻害することなく、歩行者の頭部衝突時の安全性を確保した、車体パネルを提供しようとするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、歩行者の頭部衝突時の安全性を確保した本発明車体パネルの請求項1 の要旨は、略平らな突起頂部に対して下方に向けて広がる斜辺を有する円錐台形状の突起を、表面に複数、プレス成形によって設けたアルミニウム合金製フード用インナ車体パネルにおいて、前記突起の斜辺上部に、突起への荷重に対して突起の斜辺が局部的に変形するための形状不整部を予め設け、この形状不整部が突起の斜辺上部に予め設けた凹部であり、この凹部の最深部が凹部下方側の縁部よりも低い位置にあることである。
【００２２】
上記形状不整部とは、後述する種々の態様の通り、通常は滑らかである突起面に設けた、上記凹部などの、非定常な部分形状を意味する。この非定常な部分形状は、上記した通り、突起への荷重に対して突起面からの局部的な変形を誘起させるためのものである。なお、前記突起が円錐台形状あるいはカップ形状などを有している場合に、この斜辺乃至斜面を突起面と言う。
【００２３】
上記本発明車体パネル構成 (形状不整部) では、車体パネルに、歩行者の頭部が衝突し、車体パネルと車体内の内容物 (剛体) とが二次衝突しても、車体パネルの突起の変形 (圧壊) を、より低い荷重で、突起面（特に突起面上部）に集中させることができる。そして、この突起の局部変形によって、前記二次衝突時の歩行者頭部への反力を低減することができる。しかも、車体パネル全体の剛性は元々の突起の形状条件 (大きさ、高さ) で決まるため、前記形状不整部を設けて突起の局部的な強度を低下させたとしても、車体パネル全体の剛性を低下させることはない。
【００２４】
このため、特に、前記図11のフードの区域B のような車体パネルと内部の内蔵物との間隔が小さいパネル部位で、変形した車体パネルと内蔵物とが二次衝突しても、上記突起構造による圧壊荷重の低減変形機構（局部変形機構）によって、その反力を小さくすることができる。この結果、前記加速度の第2 波のピークを小さくでき、HIC 値を低くできる。
【００２５】
また、上記局部的な変形が開始される突起形状乃至構造は、その設け方によって、車体パネルの突起の局部的な変形による荷重の低減量を自由に調節できる。このため、車体パネルの前記間隔などの条件に応じて、パネルの成形性などの他の要求特性も低下させずに、HIC 値を低減するパネルの設計や構造が簡便に出来る。
【００２６】
更に、従来のコーン型突起構造よりもパネルへの成形性が劣らない、突起構造を自由に選択できる。このため、従来のコーン型突起と同様に、プレス成形などによって、簡便に成形することができる。
【００２７】
前記形状不整部は、好ましくは、請求項2 に記載のように、突起面上部 (突起が前記斜辺を有している場合には斜辺上部) に予め設けた凹部とし、突起への荷重時に、この凹部から突起の局部的な変形が開始される形状とする。この凹部は、請求項3 に記載のように、凹部の最深部を凹部下方側の縁部 (凹み縁) よりも低い位置にあるようにすることで、前記突起の局部的な変形傾向をより顕著にすることができる。
【００２８】
また、請求項4 に記載のように、前記凹部よりも突起面下方側 (突起が前記斜辺を有している場合には斜辺下方側) に、突起の外方に張り出す凸部を予め設けことにより、車体内の剛体と変形した車体パネルが衝突しても、その反力を更に小さくすることができる。
【００２９】
上記手段以外に、前記形状不整部を、請求項5 に記載のように、突起面上部に予め設けた段差部、請求項6 に記載のように、突起面上部に予め設けた切り欠き部またはスリット部、または、請求項7 に記載のように、突起面上部の板厚を予め部分的に減少させたものなども、突起の変形を突起面の局部に集中させるこができるので、前記凹部と同様の効果が得られる。
【００３０】
前記突起形状としては、請求項8 に記載のような、円錐台形状 (前記コーン型形状、あるいは頭を切り取った円錐形状) のものが、パネル全体の剛性向上効果が優れている点で好適である。
【００３１】
本発明車体パネルはアルミニウム合金製とする。アルミニウム合金は、軽量で剛性や成形性にも優れるため、車体パネルのより一層の高剛性化と薄肉化、軽量化が可能となる。
【００３２】
本発明車体パネルは、以上のような優れた効果を有するため、インナパネル、それも歩行者保護が特に要求される、自動車フード用インナパネル、に用いて好適である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて詳述する。
【００３４】
まず、本発明では、車体パネル表面に設ける突起形状は、パネル全体の剛性向上効果が優れ、歩行者保護が特に要求されている、前記コーン型 (円錐台形状) の突起形状を対象とする。コーン型突起は、略平らな突起頂部に対する斜辺 (斜面) を有し、基本的に個々に独立 (孤立) した略同一乃至類似形状の突起群からなる。但し、突起同士が部分的に連なった突起群や突起の高さや径などの大きさや形状が部位により異なる突起群、これらを組み合わせた突起群なども含みうる。なお、突起の凸部同士が全面的に連なり、互いに独立性を失ったような畝状あるいはビード状などの凸部 (凹凸) は本発明突起の範囲に含まない。
【００３５】
本発明において、突起の条件や配置 (数、間隔等) については、通常の表面に複数の突起を設けた従来の車体パネル (前記図11、12により説明したコーン型インナパネルなど) と基本的に同じである。即ち、複数の突起とは 2個以上の突起を意味し、突起の配置や数などの条件は、パネル車体用途からくる要求剛性などから適宜選択される。
【００３６】
また、本発明に係る形状不整部を設ける突起は、車体パネル表面の突起全てとする必要はなく、複数の突起の中から部分的に適宜選択される。歩行者の衝突安全性で特に問題となるのは、内蔵物と車体パネルとの間隔が比較的小さい車体パネル部分であり、この車体パネル部分に対応する突起にのみ形状不整部を部分的に設けることが好ましい。前記内蔵物と車体パネルとの間隔が比較的小さい車体パネル部分は、車種によっても異なるが、例えば、前記した図11では、中央の一点鎖線で囲んだB の部分である。このような場合には、本発明に係る形状不整部を設ける突起を、前記車体パネル中央の一点鎖線で囲んだB の範囲内にある突起のみとし、他の部分の突起は、従来の突起形状とする。勿論、この場合でも、成形条件やその他の都合から、車体パネル表面の突起全てに形状不整部を設けても良い。
【００３７】
このように、形状不整部を設ける突起を部分的とすれば、車体パネル必要部位あるいは必要位置の突起を改良すれば事足りるため、車体パネル全体の剛性や成形性などの他の特性を低下させずに、本来の補強材として必要な剛性量を確保した上で、歩行者の頭部保護が図れる優れた効果も有する。
【００３８】
なお、本発明パネルのルーフなどの車体パネルとして用いる場合の他の車体部材やパネルとの接合方法、および、フード、ドア、トランクなどのインナパネルとして用いる場合のアウタパネルとの接合方法等なども公知の自動車車体パネル接合方法に従う。
【００３９】
本発明に係る突起の形状構造を、上記形状不整部を中心に以下に説明する。なお、以下の説明は、主として、フード用のインナパネルとして用いる場合を想定し、かつ前記コーン型 (円錐台形状) の突起形状を例にして行う。但し、突起形状が前記した本発明範囲内の種々の態様に変わっても、以下に説明する作用効果は基本的に同じである。
【００４０】
図1(a)、図2(a)、図3(a)、図4(a)、図5(a)、図6(a)は、突起群のうちから選択された本発明に係るコーン型の突起の全体形状を各々示す斜視図である。但し、これらの図の内、図 1 、図 2 は発明例、図 3 、図 4 、図 5 、図 6 は比較例である。これらの図は、突起への荷重時に、突起面 (以下斜辺乃至斜面と言う) から局部的な変形が開始される形状の態様を各々示している。図1(b)〜図6 (b) は、前記図1(a)〜図6 (a) の各々縦断面を示す。なお、図1(b)〜図6 (b) は突起の中心線を挟んで左右対象な断面形状の右半分のみを示している (後述する図13(b) も同様である) 。また、図4(c)、図5(c)は、各々前記図4(a)、図5(a)の平面図を示す。
【００４１】
まず、図1 〜図6 において、コーン型の突起の基本形状自体は、図13の従来のコーン型の突起の形状と同じである。即ち、突起は平坦な頂部6(a)〜6(f)と斜辺10(a) 〜10(f) からなる円錐台形状をしており、パネルの平坦部3 に対する凸部を形成している。
【００４２】
図1 において、突起2aは、形状不整部として、突起斜辺 (斜面)10aの上部に凹部8aを設けている。図1 の例では、突起への荷重に対して応力が集中する、突起斜辺 (斜面)10aの上部 (突起斜面の中央の高さ部より上の部分) でかつ突起2aの周方向の全周に渡って、連続的に、突起下方に凹む凹部8aを設けている。この凹部8aの最深部11は、請求項3 に記載のように、凹部8aよりも突起斜面の下方側にある凹み縁12よりもW だけ低い位置にある。
【００４３】
また、図1 の態様では、前記突起2aよりも突起斜辺の下方側 (突起斜辺の中央の高さ部より下の部分) で、かつ突起2aの周方向の全周に渡って連続的に、更に、突起の外方に張り出す凸部9aを設けている。
【００４４】
図2 の突起2bの態様では、図1 のような、突起2aよりも斜辺下部に設けた凸部9aが無いことのみが相違する他は、図1 の突起2aの凹部8aと同じ、凹部8bを設けている。
【００４５】
図3 の比較例突起2cの態様では、形状不整部として、突起への荷重に対し応力が集中する、突起斜辺 (斜面)10cの上部でかつ突起2aの周方向の全周に渡って、連続的に、突起下方に凹む凹部14を設けている。なお、この突起下方に凹む凹部14は、前記図1 の凹部8aとは違い、凹部14の最深部は、凹部14よりも突起斜辺下方側の凹み縁12と同じか、より高い位置にある。その意味で、この図3 の突起2cの凹部14は突起の斜辺上部の周方向に予め設けた段差部とも言える。
【００４６】
図4 の比較例突起2dの態様では、形状不整部として、突起斜辺10d にスリット (孔) 乃至切れ目部15a を設けている。図4 の例では、突起への荷重に対し応力が集中する、突起斜辺10d の上部でかつ突起2aの周方向の全周に渡って、間欠的に、斜辺方向にスリット (孔) 乃至切れ目部15a を複数設けている。
【００４７】
図5 の比較例突起2eの態様では、形状不整部として、突起斜辺10e に切り欠き部 (材料のトリム部、空間部)16aを設けている。図5 の例では、突起への荷重に対し応力が集中する、突起斜辺10e の上部でかつ突起2eの周方向の全周に渡って間欠的に、斜辺方向に切り欠き部 (材料のトリム部、空間部)16aを複数設けている。
【００４８】
図6 の比較例突起2fの態様では、突起斜辺10f の上部の板厚を予め部分的に減少させている。図6 の例では、突起への荷重に対し応力が集中する、突起斜辺10f の上部でかつ突起2fの周方向の全周に渡る17の部分を、板厚を予め部分的に減少させている。板厚を減少させる部分は、斜辺の内側、外側あるいはこの両方側のいずれでも良い。
【００４９】
これら、本発明突起の、歩行者頭部衝突時を想定した、突起変形機構を以下に説明する。前記した通り、車体パネルに歩行者の頭部が衝突した場合、車体パネルが車体内の方向に曲げ変形し、これによって、車体パネルと車体内の内蔵物とが二次衝突する。
【００５０】
この二次衝突時に、突起の変形が、突起斜辺部分の局部的な変形から生じるように、本発明では、前記荷重に対する応力が集中する突起斜辺に形状不整部を設けている。この結果、二次衝突時に、突起の斜辺上部の部分に応力が集中した際、車体パネルの (突起の) 変形を突起斜辺上部部分の局部的な変形に集中できる。このため、車体パネルと内部の内蔵物との間隔が小さいパネル部位で、変形した車体パネルと内蔵物とが衝突しても、上記突起構造による変形機構によって、その変形荷重 (反力) を小さくすることができる。この結果、前記加速度の第2 ピークを小さくでき、HIC 値を低くできる。
【００５１】
この二次衝突時の、本発明突起の変形機構の解析結果を以下に説明する。図7 、8 、9 は前記二次衝突時を想定したパネル突起の変形機構のFEM 解析結果を示す説明図である。図7 、8 は、本発明突起の代表例であり、図7 は図1 のコーン型突起2a、図8 は図2 のコーン型突起2bの変形機構を各々に示す。また、図9 は図13の従来のコーン型突起2gの変形機構を示す。
【００５２】
歩行者衝突時、フードの場合、歩行者頭部はパネルの斜め上方から衝突する。FEM 解析結果の条件は後述する実施例と同じとした。また、FEM 解析条件は、下に剛体を設けた突起の頂部に上方から球状の打撃子が衝突することを想定して行った。
なお、前記二次衝突時には、前記した通り、突起を設けた車体パネルの、突起の下部乃至平坦部と車体内の剛体とが衝突するため、上記解析条件の打撃子の衝突箇所とは異なる。しかし、このように衝突箇所が違っても、突起への荷重は、突起上方からと下方からの両面からの荷重であることに変わりはない。このため、前記上記突起の斜辺への荷重集中は共通して生じ、突起の変形機構も同様となる。このため、前記解析二次衝突の条件では、解析がしやすい、突起の頂部とした。
【００５３】
まず、図9 において、従来のコーン型突起2gは、二次衝突想定時、打撃子が突起2gの頂部6gに、斜め上方から頂部6gの肩R に衝突した時、まず、図9(a)に示すように、打撃子と頂部6gとは1-a で示す範囲で接触し、次いで、図9(b)に示すように、頂部6gが凹形状に変形 (座屈) する。なお、以下に示す変形の機構は、打撃子が突起2gの頂部6gに、斜め上方から衝突した場合でも同様である。
【００５４】
打撃子の衝突が進行するにつれ、図9(c)に示すように、打撃子と頂部6gとの接触範囲は、図9(b)の1-b から1-c に移動し (ズレ) ながら、主として、突起2gの頂部6gの凹形状の変形が進行する。そして、この頂部6gの凹形状の変形は、図9(b)〜(d) に示すように、フランジ (平坦) 部3 も徐々に立ち上がって荷重が伝播されているように、変形箇所の移動という、曲げや曲げ伸ばしなどが連続する、突起2gの全体的な曲げ変形を伴う。
【００５５】
このような、突起2gのヒンジが移動する全体的な曲げ変形では、車体内蔵物と曲げ変形した車体パネルが衝突 (底打ち) した場合を想定すると、前記図14、15で示した加速度の第2 ピーク (頭部への反力) が大きく上昇してしまう。
【００５６】
これに対し、図 1 、 2 の本発明コーン型突起2a、2bでは、二次衝突想定時、打撃子が突起2a、2bの頂部6a、6bに、斜め上方から頂部6a、6bの肩R に衝突した場合 (車体パネルの突起の下部乃至平坦部と車体内の剛体とが衝突した場合でも) 、図7(a)、図8(a)に示すように、頂部6a、6bではなく、衝突時に応力が集中する突起斜辺上部の凹部8a、8bの部分から局部的に変形 (座屈) が開始される。そして、図7(b)〜(c) 、図8(b)〜(c) に示すように、凹部8a、8bの部分の変形に追従する形で、頂部6a、6bが沈み込むように変形する。
【００５７】
この際、前記従来のような、フランジ (平坦) 部3 が立ち上がるような変形は生じておらず、本発明の図1 、図2 のコーン型突起2a、2b (パネル) の変形は、従来の突起のような全体的な曲げ変形ではなく、あくまで、凹部8a、凹部8bの部分的、局部的な変形を中心に進行する。このため、車体内蔵物と曲げ変形した車体パネルが衝突 (底打ち) した場合を想定しても、突起2a、2b( パネル) の変形の進行によっても、前記図14、15で示した加速度の第2 ピークのようには、荷重 (頭部への反力) は大きくならない。
【００５８】
凹部8a、8bが、このような突起の局部的な変形による荷重の低減効果を有するためには、凹部8a、8bの最深部11は突起斜辺下方側のへ凹み縁12よりもW だけ低い位置にあることが好ましい。これは、前記図3 の凹部や段差を設けた場合も同様である。このW は、凹部8a、8bの最深部が突起斜辺下方側のへ凹み縁12よりも低い方が、この効果が高くなる。また、このW の大きさの調整によって、凹部8a、8bの局部的な変形荷重量を制御できる。このW の大きさは、前記した通り、要求される衝突安全性の観点よりの、突起の局部的な変形による荷重の低減必要量と、本来の補強材として必要剛性量とを両方満足する、両者の兼ね合いから決定される。
【００５９】
設ける凹部8a、8bの大きさや形状は、前記局部的な変形荷重低減効果さえ満足すれば、成形し易い、サイン曲線形状、半円形形状、四角形状等が適宜選択される。また、突起周方向での設け方も、周方向の全周に渡って連続的に設ける、周方向に渡って部分的に設ける、周方向に渡って1 列乃至2 列以上設ける、非対象に設けることが適宜選択される。
【００６０】
一方、凹部8a、8bの最深部の高さが、突起斜辺下方側のへ凹み縁12と同じ高さか、突起斜辺下方側のへ凹み縁12と同じか高い、前記比較例図3 の凹部や段差を設けた場合、凹部8a、8bほどの突起の局部的な変形による荷重の低減効果は得られないものの、図9 などの、従来の突起に対しては、突起の局部的な変形による荷重の低減効果が大きく得られる。
【００６１】
この点は、比較例である、図4 のスリット (孔) 乃至切れ目部15a や、図5 の切り欠き部16a 、図6 の板厚減少部17でも同様である。
【００６２】
前記凹部8a、8bを含めた、本発明突起斜辺の形状不整部が、突起の変形乃至座屈の起点となる役割を果たし、突起の前記局部的な変形による荷重の低減効果を発揮するのは、車体パネルと車体内の剛体とが二次衝突してパネルに衝突荷重がかかった際、上記形状不整部に応力が集中するからである。一方で、この衝突荷重の応力集中は、突起の斜辺上部の部分に集中しやすい。
【００６３】
したがって、本発明形状不整部を設ける突起斜辺位置は、パネルに衝突荷重がかかった際の応力が集中する、突起斜辺の中央の高さ部より上の部分である、突起斜辺の上部とするのが好ましい。ただ、突起への荷重に対して突起斜辺からの局部的な変形を誘起させられるものであれば、必ずしも、突起斜辺の上部に設ける必要はなく、突起斜辺の下部であっても良い。
【００６４】
また、図1 の態様における突起2aの斜辺下部の凸部9aは、突起2aの斜辺10の変形の際の節 (ヒンジ) となって、突起2aの変形が進行しても、突起2aの斜辺10が外方に張り出しながら凸状に変形する役割を果たす。この凸状の変形は、突起2aの変形が進行しても、突起が車体内蔵物と衝突 (底付き) して反力が増大するまでのストロークを大きくする役割を果たす。したがって、突起2aがエンジンルーム内蔵物と衝突した際の、前記図14、15で示した加速度の第2 ピークを急激に上昇させることがない。
【００６５】
凸部9aは、前記突起2aの斜辺10の変形の際の節となるような変曲点でさえあれば、設ける凸部9aの突起外側へ膨らむ大きさや形状は自由である。即ち、前記効果さえ満足すれば、成形し易い、突起形状、半円形形状、角ばった膨らみ形状等が適宜選択される。また、円錐台周方向での設け方も、周方向の全周に渡って連続的に設ける、周方向に渡って部分的に設ける、周方向に渡って1 列乃至2 列以上設けることが適宜選択される。
【００６６】
これに対し、凸部9aを設けない、図2 の突起2bでは、突起2aの変形が進行した場合、頂部6 の下方への変形だけでなく、突起2aの斜辺10が下方に下がりながら、凹状に変形するため、前記図9(b)〜(d) に示した、突起変形箇所の移動という、曲げ- 曲げや伸ばし- 曲げなどが連続する、突起 (パネル) の全体的な曲げ変形を伴う可能性がある。このため、図1 の態様における突起2aに比して、パネルが内蔵物と衝突した場合、前記加速度の第2 ピークが上昇する可能性がある。
【００６７】
このように、本発明によれば、前記図11のような、エンジンカバーとフードパネルとの間隔 (隙間) が比較的小さい、フード中央の一点鎖線で囲んだB の部分においても、歩行者の頭部が衝突しても、図15の点線で示すように、頭部への反力を大幅に低減することが可能となる。
【００６８】
また、本発明の歩行者頭部保護は、車体パネルの二次衝突時に、突起の斜辺に応力が集中した際、車体パネルの (突起の) 変形を突起斜辺の局部的な変形に集中させる、突起の局部的な変形による変形荷重の制御であって、単純に、突起全体の変形 (圧壊) 荷重を低減する (弱くする) ものではない。このため、パネル本来の補強材として必要な剛性量を確保した上で、歩行者頭部保護が図れる優れた効果を有する。
【００６９】
本発明は、アウタパネルを鋼板やアルミニウム合金板とし、インナパネルを本発明突起を有するアルミニウム合金板とするような、アウタとインナで材料を変える態様でも良い。但し、軽量化と高剛性化の特性と歩行者保護が特に要求される、フードなどの車体パネルには、アルミニウム合金板が特に好ましい。
【００７０】
このアルミニウム合金板の中でも、特に、1.0mm 以下の薄板用パネル材としては、成形時の低耐力と人工時効処理後の高耐力化が図れる、AA乃至JIS 規格を満足する、Al-Mg-Si系(6000 系) アルミニウム合金板が特に好ましい。6000系アルミニウム合金とすれば、突起形状やパネル形状形成のプレス成形時には低耐力で成形性を確保するとともに、成形後の塗装焼き付け処理 (人工時効処理) において、高耐力化して要求強度を満たせることができる。また、他の5000系や7000系などのアルミニウム合金に比して、合金元素量が少ないので、スクラップを元の6000系アルミニウム合金の溶解原料として再利用できるなどのリサイクル性にも優れている。但し、勿論、必要により乃至パネル要求特性を満足するものであれば、前記6000系規格外、あるいは3000系、5000系、7000系等の規格内外のアルミニウム合金板を使用しても良い。
【００７１】
次に、前記本発明図1 のコーン型突起2a、従来の図13のコーン型突起2gの荷重- 変位曲線の解析結果を図10に示す。なお、解析はFEM 解析を用い、突起頂部の斜め上方より打撃子で荷重される場合を想定して、円錐台形状の突起の1/4 軸対象でモデル化した。また、適宜のストローク毎のパネル突起の変形機構 (変形状態) のFEM 解析結果も図10に合わせて示す。
【００７２】
突起の大きさは、各例とも共通して、円錐台底辺の直径l₂:140mmΦ、上辺 (頂部) の直径l₁:20mm Φ、高さh:30mmとした。図1 の本発明コーン型突起2aの凹部8aの最深部11は、突起斜辺下方側のへ凹み縁12よりも1.5mm(W)だけ低い位置とし、最深部11の曲率半径を10mmとする逆サイン形状の凹部とした。
【００７３】
また、図1 の突起下部の凸部9aの大きさは、突起中心より径方向に60mm離れた斜辺下方部分の高さが12mmとなるように、突起円錐台の仮想される直線状斜辺10 (突起斜辺下方側のへ凹み縁12から突起縁部13までを結ぶ) より、外方に張り出す凸部形状とした。なお、図8 の従来のコーン型突起2gの下部は、凸部形状とせず、本来の突起円錐台の仮想される直線状斜辺10に沿った形状とした。
【００７４】
また、突起（パネル）の素材板条件は、0.8mmtの板厚の、JIS 乃至AA規格に規定される6000系の内の6016アルミニウム合金板とし、かつ塗装焼き付け処理を想定して、溶体化および焼き入れ処理後に人工時効処理されたものとして、引っ張り強度287MPa、耐力200MPa、伸び26.3% の機械的性質とした。
【００７５】
図10から分かる通り、従来のコーン型突起2gの荷重- 変位曲線は、突起2gの変形の進行 (ストローク) によって、衝突 (荷重) 初期から、荷重 (頭部への反力) が大きく上昇している。この点は、5mm 、10mm、15mmにおける各ストローク毎のパネル突起の変形状態から分かる通り、パネル突起の変形が移動する、前記した突起の全体的な曲げ変形となっていることから裏付けられる。
【００７６】
これに対し、本発明図1 のコーン型突起2aは、5mm 、10mm、15mmにおける各ストローク毎のパネル突起の変形状態から分かる通り、前記凹部8aの部分的、局部的な変形を中心に進行するため、衝突 (荷重) 初期から、また、更に、突起2aの変形の進行によっても、荷重 (頭部への反力) は大きくならない。したがって、本発明突起の荷重 (頭部への反力) 低減効果が証明されている。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、表面に複数の突起を設けた車体パネルについて、剛性などの補強効果を阻害することなく、車体パネルと前記内蔵物などとの間隔が小さい場合でも、また、車体パネルと内蔵物とが衝突する場合であっても、HIC 値を低減して、頭部衝突時の歩行者の安全性を確保した、自動車フードなどに適した車体パネルを提供することができる。
このため、自動車などの車体の安全性を、コストを増加させずに一段と向上させることができ、工業的な価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車体パネル突起形状の1 態様を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図２】本発明に係る車体パネル突起形状の別の態様を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図３】比較例に係る車体パネル突起形状の別の態様を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図４】比較例に係る車体パネル突起形状の別の態様を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図、(c) は(a) の平面図である。
【図５】比較例に係る車体パネル突起形状の別の態様を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図、(c) は(a) の平面図である。
【図６】比較例に係る車体パネル突起形状の別の態様を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図７】図１に係る本発明突起の変形機構を示す断面図である。
【図８】図２に係る本発明突起の変形機構を示す断面図である。
【図９】図13に係る従来の突起の変形機構を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る突起の荷重- 変位曲線を示す説明図である。
【図１１】一般的なコーン型車体インナパネルを示す平面図である。
【図１２】図６の A-A断面図である。
【図１３】従来の車体インナパネルの突起形状を示し、(a) は斜視図、(b) は(a) の断面図である。
【図１４】頭部衝突時の頭部への加速度と時間との関係を示す説明図である。
【図１５】頭部衝突時の頭部への加速度と時間との関係を示す説明図である。

Claims

略平らな突起頂部に対して下方に向けて広がる斜辺を有する円錐台形状の突起を、表面に複数、プレス成形によって設けたアルミニウム合金製フード用インナ車体パネルにおいて、前記突起の斜辺上部に、突起への荷重に対して突起の斜辺が局部的に変形するための形状不整部を予め設け、この形状不整部が突起の斜辺上部に予め設けた凹部であり、この凹部の最深部が凹部下方側の縁部よりも低い位置にあることを特徴とする、歩行者の頭部衝突時の安全性を確保した車体パネル。
前記凹部よりも突起の斜辺下方側に突起の外方に張り出す凸部を予め設けた請求項１に記載の車体パネル。