JP4308088B2 - Automotive panel structure with excellent impact energy absorption - Google Patents
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Description
本発明は、車体側面側に設置される衝突エネルギーの吸収性に優れた自動車パネル構造体に関するものである。 The present invention relates to an automobile panel structure that is installed on the side surface of a vehicle body and has excellent impact energy absorption.
周知の通り、自動車の車体を構成する構造材の多くに、基本的な特性である剛性や強度とともに、近年、車体の衝突に対する、衝突エネルギー吸収性を有していることが求められるようになっている。 As is well known, in recent years, many structural materials that make up automobile bodies are required to have collision energy absorption with respect to vehicle body collisions, as well as rigidity and strength, which are basic characteristics. ing.
これら自動車の車体構造材の内、ドア、センターピラーなどのピラー、ルーフサイドレール、サイドシルなど、車体側面側に設置される比較的大型のパネル構造体 (中空構造部材) は、基本的に、鋼やアルミニウム合金、あるいは樹脂などの板をプレス成形されたアウタパネルとインナパネルとを互いに接合し、中空構造乃至袋構造とした成形パネルにより構成される。図9 に自動車ドアの正面図を模式的に示す。図9 において、ドア1 は、プレス成形されたアウタパネル2 と、プレス成形されたインナパネル3 とを互いに接合し、中空構造乃至袋構造としたパネル構造体により構成される。
Of these automobile body structural materials, relatively large panel structures (hollow structural members) such as doors, pillars such as center pillars, roof side rails, side sills, etc. An outer panel and an inner panel obtained by press-molding a plate of aluminum, aluminum alloy, or resin are joined to each other to form a hollow structure or a bag structure. Figure 9 schematically shows a front view of the automobile door. In FIG. 9, a door 1 is constituted by a panel structure having a hollow structure or a bag structure in which a press-molded
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。この自動車の車体軽量化指向に伴い、これら成形パネルの板厚は、アウタパネルやインナパネルとも、薄肉化されている。これに伴い、成形パネルに用いられる鋼板やアルミニウム合金板は、高強度化されている。しかし、成形パネルの薄肉化は、パネル構造体としての強度、剛性の低下や、衝突エネルギー吸収性の低下を必然的に伴う。このため、高強度化、薄肉化による軽量化には大きな限界がある。 In recent years, with respect to global environmental problems caused by exhaust gas and the like, improvement in fuel efficiency has been pursued by reducing the weight of the body of a transport aircraft such as an automobile. With the trend toward reducing the weight of automobiles, the thickness of these molded panels has been reduced both for the outer panel and the inner panel. Along with this, steel plates and aluminum alloy plates used for molded panels have been strengthened. However, the reduction in the thickness of the molded panel is inevitably accompanied by a decrease in strength and rigidity as a panel structure and a decrease in impact energy absorption. For this reason, there is a big limit to weight reduction by increasing strength and reducing wall thickness.
このため、前記車体側面側に設置される比較的大型のパネル構造体には、軽量化を図って薄肉化した場合にも、車室内の乗員を保護できる機能が要求されている。即ち、この中空構造部材が、衝突 (側突) による荷重を受けても、あまり屈曲せず、車室内側へ屈曲乃至変形する量を低減するような車体構造が要求されている。 For this reason, the relatively large panel structure installed on the side surface of the vehicle body is required to have a function of protecting passengers in the passenger compartment even when the weight is reduced and the thickness is reduced. That is, there is a demand for a vehicle body structure in which this hollow structural member does not bend very much even when it receives a load due to a collision (side collision) and reduces the amount of bending or deformation toward the vehicle interior side.
これに対しては、従来から、上記車体側面側に設置される比較的大型の、鋼製パネル構造体の中空構造内 (内部) に補強部材などを設置して補強することが代表的である。 Conventionally, it has been typical to reinforce by installing a reinforcing member or the like in the hollow structure (inside) of a relatively large steel panel structure installed on the side surface of the vehicle body. .
この例として、成形パネルにより構成されたセンターピラー、ドア、サイドシルなどの鋼製パネル構造体内部に、側面衝突方向に向かって中空形材の一部が張り出す湾曲形状をした、補強用アルミニウム合金中空形材を別途延在させることが提案されている (特許文献1参照) 。 As an example, a reinforcing aluminum alloy having a curved shape in which a part of a hollow shape protrudes toward a side collision direction inside a steel panel structure such as a center pillar, a door, and a side sill constituted by a molded panel. It has been proposed to extend the hollow profile separately (see Patent Document 1).
また、鋼製センターピラーのパネル構造体内部に、別途、荷重伝達部を設けて、衝突時の荷重を吸収させる技術が提案されている(特許文献2参照)。 In addition, a technique has been proposed in which a load transmission portion is separately provided inside the panel structure of the steel center pillar to absorb the load at the time of collision (see Patent Document 2).
更に、車両の側面衝突時などに、座屈変形を防ぐために、鋼製センターピラー内に、鋼製あるいはアルミニウム合金製のリインフォースメントを設けた技術も提案されている(特許文献3参照)。
しかしながら、座屈変形を抑えるために、パネル構造体内部に補強部材などを設ける手段は、これら部材により重量が増加することや、センターピラー自体の形状に影響を与えるという問題がある。また、車両のデザイン上、センターピラー内に設ける荷重伝達部やリインフォースメントの形状にも限界がある。 However, in order to suppress buckling deformation, a means for providing a reinforcing member or the like inside the panel structure has a problem that the weight increases due to these members and the shape of the center pillar itself is affected. Moreover, the shape of the load transmission part and reinforcement provided in a center pillar also has a limit on the design of a vehicle.
また、乗員保護の高まりから、さらに、衝突時の座屈変形抑制の要求レベルはより高くなっている。これに対して、これらパネル構造体内部に補強部材などを設ける手段では、座屈変形抑制に限界があるのが実状である。 Moreover, the demand level of buckling deformation suppression at the time of a collision is higher due to the enhancement of passenger protection. On the other hand, the means of providing a reinforcing member or the like inside these panel structures is actually limited in suppressing buckling deformation.
因みに、自動車パネル構造体におけるアウタパネルとインナパネルの板厚を上げれば、座屈変形を抑制できるが、パネル構造体の軽量化ができず、軽量化と強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性などの特性を両立させることができない。 By the way, if the thickness of the outer panel and inner panel in the automobile panel structure is increased, buckling deformation can be suppressed, but the panel structure cannot be reduced in weight, such as weight reduction, strength, rigidity, and impact energy absorption. It is impossible to achieve both characteristics.
したがって、本発明の目的は、自動車パネル構造体の軽量化と強度、剛性、エネルギーの吸収性などの特性を両立させた、自動車パネル構造体を提供しようとするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an automobile panel structure in which the weight reduction of the automobile panel structure and characteristics such as strength, rigidity, and energy absorption are compatible.
この目的を達成するために、本発明衝突エネルギーの吸収性に優れた自動車パネル構造体の要旨は、互いに接合されたアウタパネルとインナパネルとで構成される中空構造を有して、車体側面側に設置される自動車パネル構造体であって、アウタパネルが900MPa以上の引張強度を有する厚みが2mm 以下の高張力鋼板からなるとともに、インナパネルが250MPa以上の0.2%耐力を有する厚みが2mm 以下のアルミニウム合金板からなることである。 In order to achieve this object, the gist of an automobile panel structure excellent in collision energy absorption according to the present invention has a hollow structure composed of an outer panel and an inner panel joined to each other, and is provided on the side of the vehicle body. An aluminum panel having a thickness of 2 mm or less and an inner panel made of a high-tensile steel sheet with a thickness of 2 mm or less with an outer panel having a tensile strength of 900 MPa or more and an inner panel having a 0.2% proof stress of 250 MPa or more. It consists of a board.
車体側面側に設置される自動車パネル構造体は、アウタパネル側から衝突荷重が負荷された際に、アウタパネル側に圧縮応力が負荷されるとともに、インナパネル側に引張応力が負荷される。これに対して、本発明では、上記要旨のように、アウタパネルが高張力鋼板からなるとともに、インナパネルが高耐力ではあるが、高張力鋼板に比べれば低強度であるアルミニウム合金板からなる、ハイブリット構造を有している。 When a collision load is applied from the outer panel side, the automobile panel structure installed on the side surface of the vehicle body is subjected to compressive stress on the outer panel side and tensile stress on the inner panel side. On the other hand, in the present invention, as described in the above gist, the outer panel is made of a high-strength steel plate, and the inner panel is made of an aluminum alloy plate having a high strength but a low strength compared to the high-strength steel plate. It has a structure.
このため、例えば自動車の側突など、アウタパネル側から衝突荷重が負荷された際に、アウタパネル側に圧縮応力が負荷されても、高張力鋼板の座屈強度が高く、アウタパネルは容易に座屈しない。一方、アルミニウム合金板からなるインナパネル側は、高張力鋼板に比べれば低強度であるが、引張力を負担する部材となる。このため、座屈による荷重低下は生じず、負荷される引張力がアルミニウム合金板の引張強さに達して破断するまでは変形して、衝突エネルギーを吸収する。即ち、引張力を負担するインナパネル側のアルミニウム合金板は、引張力に対する引張強さと板厚さえあれば、衝突エネルギーを吸収できる。 For this reason, for example, when a collision load is applied from the outer panel side such as a side collision of an automobile, even if a compressive stress is applied to the outer panel side, the buckling strength of the high-tensile steel plate is high and the outer panel does not easily buckle. . On the other hand, the inner panel side made of an aluminum alloy plate has a lower strength than a high-tensile steel plate, but becomes a member that bears a tensile force. For this reason, load reduction due to buckling does not occur, and deformation occurs until the applied tensile force reaches the tensile strength of the aluminum alloy plate and breaks to absorb collision energy. That is, the inner panel aluminum alloy plate bearing the tensile force can absorb the collision energy as long as the tensile strength against the tensile force and the plate thickness are sufficient.
このように、アウタパネル側から衝突荷重が負荷された際に、アウタパネルが容易に座屈しない場合、比較的容易に変形する傾向のあるアルミニウム合金板をインナパネルに用いれば、衝突エネルギー吸収量を大きくすることができる。この結果、例えばセンターピラーなどの前記車体側面側に設置される比較的大型のパネル構造体が、衝突 (側突) による荷重を受けた場合でも、パネル構造体が屈曲して車室内側へ変形する量を低減できる。 Thus, when the outer panel is not easily buckled when a collision load is applied from the outer panel side, if an aluminum alloy plate that tends to deform relatively easily is used for the inner panel, the amount of collision energy absorption can be increased. can do. As a result, even when a relatively large panel structure installed on the side of the vehicle body, such as a center pillar, receives a load due to a collision (side collision), the panel structure is bent and deformed toward the vehicle interior side. Can be reduced.
これに対して、従来のように、アウタパネルもインナパネルも高張力鋼板からなる場合にも、上記高張力鋼板とアルミニウム合金板との組み合わせと同様な衝突エネルギー吸収を得ることができる。しかし、上記アルミニウム合金板を用いた場合に比して、質量低減効果 (軽量化効果) が低くなる。一方、上記高張力鋼板とアルミニウム合金板との組み合わせと同等以下の質量に軽量化するためには、高張力鋼板を薄肉化せざるを得ない。そして、この場合、前記した通り、衝突エネルギー吸収能が、上記高張力鋼板とアルミニウム合金板との組み合わせに比して、低下する。 On the other hand, when the outer panel and the inner panel are both made of a high-strength steel plate as in the prior art, it is possible to obtain the same collision energy absorption as the combination of the high-strength steel plate and the aluminum alloy plate. However, the mass reduction effect (weight reduction effect) is lower than when the aluminum alloy plate is used. On the other hand, in order to reduce the weight to a mass equal to or less than the combination of the high-strength steel plate and the aluminum alloy plate, the high-tensile steel plate must be thinned. In this case, as described above, the collision energy absorption ability is reduced as compared with the combination of the high-tensile steel plate and the aluminum alloy plate.
この現象は、アウタパネルがアルミニウム合金板、インナパネルが高張力鋼板からなる場合も同様である。この場合には、衝突荷重が負荷された際に、アルミニウム合金アウタパネルは極めて容易に (早期に) 座屈してしまい、荷重が一気に低下して、高張力鋼板インナパネルの引張強度が高い特性を活かせない。このため、アルミニウム合金アウタパネルによる衝突エネルギー吸収量は著しく小さくなり、高張力鋼板インナパネルの屈曲量 (パネル構造体の屈曲量) が増し、車室内側へ変形する量が却って大きくなる。 This phenomenon is the same when the outer panel is made of an aluminum alloy plate and the inner panel is made of a high-tensile steel plate. In this case, when an impact load is applied, the aluminum alloy outer panel buckles very easily (early), and the load drops at a stretch, taking advantage of the high tensile strength of the high strength steel inner panel. Absent. As a result, the amount of collision energy absorbed by the aluminum alloy outer panel is significantly reduced, the amount of bending of the high-strength steel inner panel (the amount of bending of the panel structure) is increased, and the amount of deformation toward the vehicle interior is increased.
また、アウタパネルもインナパネルも、両方ともアルミニウム合金板からなる場合、材料や板厚の選択により、十分な衝突エネルギー吸収能と、変形量の抑制効果を得ることができる。しかし、アルミニウム合金板は鋼板に比べれば成形性が劣る。このため、特に形状が複雑なアウタパネルへの成形が難しく、場合によっては成形できないような場合も生じ、成形コストが、高張力鋼板を用いた場合に比して高くなる難点がある。 In addition, when both the outer panel and the inner panel are made of an aluminum alloy plate, a sufficient impact energy absorbing ability and a deformation suppression effect can be obtained by selecting a material and a plate thickness. However, an aluminum alloy plate is inferior in formability compared to a steel plate. For this reason, it is difficult to form an outer panel having a particularly complicated shape, and in some cases, it may not be possible to form the outer panel, and there is a difficulty in that the forming cost is higher than when a high-tensile steel plate is used.
したがって、本発明自動車パネル構造体によれば、パネル構造体の軽量化と強度、剛性、衝突エネルギー吸収性などの特性を両立させることができる。 Therefore, according to the automobile panel structure of the present invention, it is possible to achieve both the weight reduction of the panel structure and the characteristics such as strength, rigidity, and collision energy absorption.
以下に、本発明の実施態様について、図面を用いて具体的に説明する。図1 、2 は、各々発明例を示し、センターピラーなどを模擬した自動車パネル構造体の軸線に直交する方向の横方向断面図である (自動車パネル構造体1aは図に向かって手前方向に立設) 。また、図1 は衝突荷重負荷前、図2 は衝突荷重負荷後の自動車パネル構造体の状態を各々示している。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1 and 2 are each a cross-sectional view in a direction perpendicular to the axis of an automobile panel structure simulating a center pillar and the like, each showing an example of the invention (the
また、図3 、4 は、各々比較例を示し、センターピラーなどを模擬した自動車パネル構造体の軸線に平行する方向の縦方向断面図である (自動車パネル構造体1b、1cは図の上下方向に立設) 。図3 、4 は、各々衝突荷重負荷後の自動車パネル構造体の状態を示し、図3 は自動車パネル構造体が屈曲している状態、図4 は自動車パネル構造体が座屈している状態を各々示している。 FIGS. 3 and 4 each show a comparative example, and are longitudinal sectional views in a direction parallel to the axis of an automobile panel structure simulating a center pillar and the like (the automobile panel structures 1b and 1c are in the vertical direction of the figure) Standing up). 3 and 4 show the state of the automobile panel structure after the impact load is applied. FIG. 3 shows a state in which the automobile panel structure is bent. FIG. 4 shows a state in which the automobile panel structure is buckled. Show.
(自動車パネル構造体の構成)
先ず、図1 の発明例における自動車パネル構造体1aの構成から説明する。発明例における、自動車パネル構造体1aの構成自体は、前提として、従来のパネル構造体と基本的には同じである。即ち、車室外側に配置されたアウタパネル2 と、車室内側に配置されたインナパネル3 とから基本的に構成される。
(Configuration of automobile panel structure)
First, the configuration of the
アウタパネル2 とインナパネル3 とは、例えばHAT(帽子) 状など各々任意の形状に、予めプレス成形されている。これによって、アウタパネル2 は、平坦な頂部2aと、この頂部2aを囲む壁部2b、また、アウタパネル2 の外方へ延びるとともに壁部2bを囲む平坦なフランジ2cを有する。また、インナパネル3 も、平坦な頂部3aと、この頂部3aを囲む壁部3b、インナパネル3 の外方へ延びるとともに壁部3bを囲む平坦なフランジ3cを有する。
The
このようなアウタパネル2 とインナパネル3 とは、互いのフランジ2cとフランジ3c同士にて接合されて、中空部4 を有する中空構造乃至袋構造、あるいは閉断面構造として構成される。
The
5 はこのような自動車パネル構造体1aの接合手段乃至接合部を示す。即ち、アウタパネル2 のフランジ2cと、インナパネル3 のフランジ3cとが、パネル構造体1aの外周に亙って、接合手段乃至接合部5 によって一体に接合されている。この場合の接合手段5 は、ボルト・ナットなどの周知の機械的な接合手段、スポット溶接などの周知の溶接手段、更に、フランジ2c先端部の折り曲げによるフランジ3c先端部のかしめ手段などが、適宜あるいは組み合わせて選択される。
このような構成からなる自動車パネル構造体1aとしては、センターピラー以外のピラー、ルーフサイドレール、ドア、サイドシルなど、自動車車体の側面側に設置される比較的大型のパネル構造体が例示される。
Examples of the
なお、アウタパネルが高張力鋼板からなり、インナパネルが比較的大きな特別の凹凸を表面に有するアルミニウム合金板からなる、ハイブリット構造は、自動車のフードなどでは、既に採用されている。しかし、自動車のフードにおける、このハイブリット構造は、軽量化と歩行者衝突時の歩行者頭部保護などのためである。即ち、本発明のような、車室内の乗員を保護するために、車同士の衝突や、あるいは対物との車体衝突時など、大きな衝突荷重負荷時における、パネル構造体の座屈や屈曲を抑制する目的では無い。 The hybrid structure, in which the outer panel is made of a high-strength steel plate and the inner panel is made of an aluminum alloy plate having relatively large special irregularities on the surface, has already been adopted in automobile hoods and the like. However, this hybrid structure in the hood of an automobile is for weight reduction and pedestrian head protection at the time of a pedestrian collision. That is, in order to protect passengers in the vehicle interior as in the present invention, the panel structure is prevented from buckling and bending when a large collision load is applied, such as a collision between vehicles or a vehicle collision with an objective. There is no purpose.
また、本発明のハイブリット構造は、上記フードのアルミニウム合金インナパネルのような、比較的大きな特別の凹凸を表面に有してはおらず、歩行者衝突などの比較的小さな衝突荷重負荷時における、歩行者の頭部保護効果は無い。 In addition, the hybrid structure of the present invention does not have a relatively large special unevenness on the surface like the aluminum alloy inner panel of the hood, and the walking is performed under a relatively small collision load such as a pedestrian collision. There is no head protection effect for the person.
自動車のフードでは、側突にせよ、前面衝突にせよ、車体の衝突時には、衝突荷重は、略水平配置されたフードに対して、基本的に、フード端部から略水平方向に負荷される。即ち、アウタパネル、インナパネルともに、略水平方向の圧縮荷重が同時に負荷される。したがって、本発明の車体側面側に設置された自動車パネル構造体の衝突時のように、アウタパネル側に圧縮応力が負荷されるとともに、インナパネル側に引張応力が負荷されることはない。このため、本発明のハイブリット構造は、車同士の衝突や、あるいは対物との車体衝突時など、自動車のフードへの大きな衝突荷重負荷時における、フードの座屈や屈曲防止とは、対象が異なる。 In the case of a car hood, whether it is a side collision or a frontal collision, the collision load is basically applied in a substantially horizontal direction from the end of the hood to the substantially horizontally disposed hood. That is, a compressive load in a substantially horizontal direction is simultaneously applied to both the outer panel and the inner panel. Accordingly, the compressive stress is applied to the outer panel side and the tensile stress is not applied to the inner panel side as in the case of the collision of the automobile panel structure installed on the side surface of the vehicle body of the present invention. For this reason, the hybrid structure of the present invention has a different object from buckling and bending prevention of the hood when a large collision load is applied to the hood of the automobile, such as a collision between vehicles or a vehicle body collision with an objective. .
以上のような自動車パネル構造体1aの構成を前提として、本発明の特徴点について以下に説明する。本発明の特徴は、アウタパネルが900MPa以上の引張強度を有する厚みが2mm 以下の高張力鋼板からなるとともに、インナパネルが250MPa以上の0.2%耐力を有する厚みが2mm 以下のアルミニウム合金板からなることである。
Given the configuration of the
(パネル板厚)
本発明自動車パネル構造体は、前提として、自動車パネル構造体の軽量化目的から、アウタパネルとインナパネルの板厚を、ともに2mm 以下とする。これら板厚を2mm を超えて厚くした場合、自動車パネル構造体の座屈変形を抑制できるが、前記したように、パネル構造体の軽量化ができず、軽量化と強度、剛性、衝突エネルギー吸収性などの特性を両立させることができない。
(Panel thickness)
In the automobile panel structure of the present invention, as a premise, both the outer panel and the inner panel have a thickness of 2 mm or less for the purpose of reducing the weight of the automobile panel structure. When these plate thicknesses exceed 2 mm, buckling deformation of the automobile panel structure can be suppressed, but as described above, the panel structure cannot be reduced in weight, and it is reduced in weight and strength, rigidity, and impact energy absorption. It is not possible to achieve characteristics such as sex.
(ハイブリット構造)
本発明自動車パネル構造体は、また、アウタパネルが高張力鋼板からなるとともに、インナパネルが高耐力ではあるが、高張力鋼板に比べれば低強度であるアルミニウム合金板からなる、ハイブリット構造を有している。
(Hybrid structure)
The automobile panel structure of the present invention also has a hybrid structure in which the outer panel is made of a high-strength steel plate, and the inner panel is made of an aluminum alloy plate that has a high strength but has a lower strength than a high-strength steel plate. Yes.
図3 を用いて、このハイブリット構造の効果を説明する。図3 は、センターピラー中央部に対する側突など、アウタパネル2 側の中央部に衝突荷重 (図中右向きの矢印で示す) が負荷され、自動車パネル構造体1bが、元の点線で示す直線的な配置状態から、車室内方向に、全体が屈曲変形 (湾曲変形) している状態を示している。
The effect of this hybrid structure will be described with reference to FIG. Fig. 3 shows a collision load (indicated by the arrow pointing to the right in the figure) applied to the center of the
ここにおいて、自動車パネル構造体1bの屈曲による、元の状態からの変形代 (変位量)dが小さいほど車内乗員に対する保護性が高いこととなる。 Here, the smaller the deformation allowance (displacement amount) d from the original state due to the bending of the automobile panel structure 1b, the higher the protection for passengers in the vehicle.
また、図3 のような衝突荷重の負荷の際には、アウタパネル2 側に、図中に向かい合う矢印で示す圧縮応力が負荷される一方、インナパネル3 側には、図中に離れ合う矢印で示す引張応力が負荷される。
In addition, when a collision load as shown in FIG. 3 is applied, compressive stress indicated by an arrow facing in the figure is applied to the
これに対して、前記ハイブリット構造では、図2 に示す通り、センターピラーに対する側突など、アウタパネル2 側から衝突荷重 (図中右向きの矢印で示す) が負荷された場合に、アウタパネル2 側に圧縮応力が負荷されても、高張力鋼板の座屈強度が高く、アウタパネルは容易に座屈しない。より具体的には、アウタパネル2 の、平坦な頂部2a、壁部2b、またフランジ2cには、各々座屈が生じず、前記図3 のようなアウタパネル2 全体の屈曲変形 (湾曲変形) のみが生じる。
On the other hand, in the hybrid structure, as shown in FIG. 2, when a collision load (indicated by a right-pointing arrow in the figure) is applied from the
一方、アルミニウム合金板からなるインナパネル側は、高張力鋼板に比べれば低強度である。この結果、インナパネル側に衝突による引張応力が負荷されると、比較的容易に変形して、衝突エネルギーを吸収する。より具体的には、特に、衝突荷重方向に平行なインナパネル壁部3bが、図2 に示すように蛇腹状に変形して、衝突エネルギーを大きく吸収する。インナパネルによる衝突エネルギー吸収は他の部位の変形によっても生じるが、インナパネルによる衝突エネルギー吸収性は、このインナパネル壁部3bの蛇腹状の変形に依るところが大きい。
On the other hand, the inner panel side made of an aluminum alloy plate has a lower strength than a high-tensile steel plate. As a result, when a tensile stress due to a collision is applied to the inner panel side, the inner panel is deformed relatively easily and absorbs the collision energy. More specifically, in particular, the
(パネル強度)
但し、このようなハイブリット構造の効果を発揮するためには、板厚2mm 以下を前提に、以下に説明するように、アウタパネルが900MPa以上の引張強度を有する高張力鋼板からなるとともに、インナパネルが250MPa以上の0.2%耐力を有するアルミニウム合金板からなることが必要である。
(Panel strength)
However, in order to exert the effect of such a hybrid structure, the outer panel is made of a high-tensile steel plate having a tensile strength of 900 MPa or more, and the inner panel It is necessary to be made of an aluminum alloy plate having a 0.2% proof stress of 250 MPa or more.
アウタパネルの高張力鋼板の引張強度が900MPa未満では、アウタパネルの強度が低過ぎ、前記した、アウタパネルもインナパネルもアルミニウム合金板からなる場合と大差なくなる。即ち、アウタパネル側から衝突荷重が負荷された際には、アウタパネルもインナパネルも座屈強度が低くなり、容易に座屈する。この結果、衝突荷重に応じて、パネル構造体が座屈し、破損あるいは破壊されて、車室内側へ飛散する可能性が高くなる。 When the tensile strength of the high-tensile steel plate of the outer panel is less than 900 MPa, the strength of the outer panel is too low, which is not much different from the case where the outer panel and the inner panel are made of an aluminum alloy plate. That is, when a collision load is applied from the outer panel side, both the outer panel and the inner panel have a low buckling strength and are easily buckled. As a result, according to the collision load, the panel structure is buckled, damaged or destroyed, and is more likely to be scattered into the passenger compartment.
これを、図4 を用いて、更に説明する。図4 は、前記図3 と同様、センターピラーに対する側突など、アウタパネル2 側から衝突荷重が負荷され、自動車パネル構造体1bが、元の点線で示す直線的な配置状態から、車室内方向に屈曲 (湾曲) している状態を示している。しかし、図4 では、屈曲だけではなく、自動車パネル構造体1bの中央部に座屈(断面の潰れ)が生じた状態を示している。前記アウタパネルの高張力鋼板の引張強度が900MPa未満では、このようなパネル構造体の座屈が生じ、パネル構造体が、この座屈部分 (中央部) から破損あるいは破壊されて、車室内側へ飛散する可能性が高くなる。
This will be further described with reference to FIG. In FIG. 4, as in FIG. 3, a collision load is applied from the
アウタパネルもインナパネルもアルミニウム合金板からなる場合も、この図4 に示す現象が生じる可能性が高くなる。 When both the outer panel and the inner panel are made of an aluminum alloy plate, the possibility of the phenomenon shown in FIG. 4 increases.
一方、インナパネルのアルミニウム合金板の0.2%耐力が250MPa未満では、アウタパネル側から衝突荷重が負荷された際に、アウタパネルが容易に座屈しない場合でも、インナパネルが容易に座屈し、衝突エネルギー吸収量を大きくできない。即ち、アウタパネル側からのインナパネルへの衝突荷重が、その伝達時間の遅れも含めて、比較的徐々に負荷された場合でも、インナパネルが容易に座屈し、衝突エネルギー吸収量を大きくできない。この結果、前記図3 に示した、自動車パネル構造体1bの屈曲による、元の状態からの変形代 (変位量)dが大きくなってしまう。 On the other hand, if the 0.2% proof stress of the aluminum alloy plate of the inner panel is less than 250 MPa, even if the outer panel does not buckle easily when a collision load is applied from the outer panel side, the inner panel easily buckles and absorbs collision energy. The amount cannot be increased. That is, even when a collision load from the outer panel side to the inner panel is relatively gradually applied including a delay in the transmission time, the inner panel easily buckles and the amount of collision energy absorption cannot be increased. As a result, the deformation allowance (displacement amount) d from the original state due to the bending of the automobile panel structure 1b shown in FIG. 3 becomes large.
従来のように、アウタパネルもインナパネルも高張力鋼板からなる場合も、また、アウタパネルがアルミニウム合金板、インナパネルが高張力鋼板からなる場合も、同様に、前記図3 に示した現象が生じる可能性が高くなる。 In the case where both the outer panel and the inner panel are made of high-strength steel plates as in the past, or when the outer panel is made of an aluminum alloy plate and the inner panel is made of a high-strength steel plate, the phenomenon shown in FIG. 3 can also occur. Increases nature.
したがって、以上説明したように、本発明自動車パネル構造体によれば、パネル構造体の軽量化と強度、剛性、衝突エネルギー吸収性などの特性を両立させることができる。 Therefore, as described above, according to the automobile panel structure of the present invention, it is possible to achieve both the weight reduction of the panel structure and the characteristics such as strength, rigidity, and collision energy absorption.
なお、本発明自動車パネル構造体では、軽量化を阻害しない範囲で、強度、剛性、衝突時のエネルギー吸収性などの特性をより向上させるために、必要に応じて、パネル構造体の中空構造内に、補強部材、荷重伝達部、リインフォースメントなどを設けること (併用すること) を許容する。 In addition, in the automobile panel structure of the present invention, in order to further improve characteristics such as strength, rigidity and energy absorption at the time of collision within a range that does not hinder weight reduction, the inside of the hollow structure of the panel structure is provided as necessary. It is permissible to provide reinforcement members, load transmission parts, reinforcements, etc. (to be used in combination).
(高張力鋼板)
本発明で用いるアウタパネル用の高張力鋼板は、調質処理後に、900MPa以上の引張強度を有し、厚みが2mm 以下であれば、通常の高張力冷延鋼板が適用できる。ただ、本発明は、アウタパネルへのプレス成形を前提として、高張力冷延鋼板の中でも、プレス成形性 (張出成形性) や曲げ成形性、耐食性などに優れる、組成、組織のものが好ましい。
(High tensile steel plate)
The high-strength steel sheet for the outer panel used in the present invention has a tensile strength of 900 MPa or more after the tempering treatment, and a normal high-tensile cold-rolled steel sheet can be applied if the thickness is 2 mm or less. However, the present invention preferably has a composition and a structure excellent in press formability (extrusion formability), bending formability, corrosion resistance, and the like among high-tensile cold-rolled steel sheets on the premise of press forming on an outer panel.
(アルミニウム合金板)
本発明で用いるインナパネル用のアルミニウム合金板は、調質処理後に、250MPa以上の0.2%耐力を有し、厚みが2mm 以下であれば、通常のアルミニウム合金冷延板が適用できる。ただ、前記鋼板と同様に、インナパネルへのプレス成形を前提として、アルミニウム合金板の中でも、プレス成形性 (絞り成形性) などに優れる、組成、組織のものが好ましい。この点、AA乃至JIS 規格に規定された、あるいは規定に類似の 3000 系、5000系、6000系等のアルミニウム合金が好適に用いられる。
(Aluminum alloy plate)
If the aluminum alloy plate for an inner panel used in the present invention has a 0.2% proof stress of 250 MPa or more and a thickness of 2 mm or less after the tempering treatment, a normal aluminum alloy cold-rolled plate can be applied. However, as in the case of the steel plate, on the premise of press forming on the inner panel, among aluminum alloy plates, those having a composition and structure excellent in press formability (drawing formability) and the like are preferable. In this respect, aluminum alloys such as 3000 series, 5000 series, and 6000 series specified in AA or JIS standards or similar to the specifications are preferably used.
これらの中でも、6000系アルミニウム合金板は、パネルへのプレス成形時には低耐力化により成形性を確保し、プレス成形後のパネルの塗装焼付処理などの、比較的低温の人工時効( 硬化) 処理時の加熱により時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できるBH性を有する。また、合金元素量が少ないために、廃材の元の6000系Al合金へのリサイクル性にも優れるなどの利点を有する。 Among these, 6000 series aluminum alloy sheets ensure formability by reducing the yield strength during press forming on panels, and during relatively low-temperature artificial aging (hardening) processing, such as paint baking processing of panels after press forming. It is age-hardened by heating to improve the yield strength and has the BH property that can secure the required strength. In addition, since the amount of alloying elements is small, there are advantages such as excellent recyclability of the waste material to the original 6000 series Al alloy.
以下に、本発明の実施例を説明する。
ドアの形状を前記図1 に示すようにモデル化し、アウタパネル2 とインナパネル3 との条件を、表1 に示すように材料と強度とを種々変えた場合の、荷重(kN)−変位(mm)関係、エネルギー吸収量(J) −変位(mm)関係、を各々FEM 解析により求めた。これらの結果を図5 〜8 に示す。
Examples of the present invention will be described below.
When the door shape is modeled as shown in Fig. 1 and the conditions of the
図5 は表1 の発明例A から比較例F までの荷重−変位関係を示す説明図、図6 は表1 の比較例G から比較例J までの荷重−変位関係を示す説明図、図7 は表1 の発明例A から比較例F までのエネルギー吸収量−変位関係を示す説明図、図8 は表1 の比較例G から比較例J までのエネルギー吸収量−変位関係を示す説明図、である。 5 is an explanatory diagram showing the load-displacement relationship from Invention Example A to Comparative Example F in Table 1. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the load-displacement relationship from Comparative Example G to Comparative Example J in Table 1. FIG. Is an explanatory diagram showing the energy absorption amount-displacement relationship from Invention Example A to Comparative Example F in Table 1. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the energy absorption amount-displacement relationship from Comparative Example G to Comparative Example J in Table 1. It is.
また、表1 において、ハイテンとは高張力鋼板であり、記載強度は引張強度(MPa) である。また、アルミとは6000系(Al-Si-Mg 系) アルミニウム合金板であり、記載強度は0.2%耐力(MPa) である。 In Table 1, “HITEN” is a high-tensile steel plate, and the described strength is tensile strength (MPa). Aluminum is a 6000 series (Al-Si-Mg series) aluminum alloy sheet, and the stated strength is 0.2% proof stress (MPa).
FEM 解析条件として、解析は 3点曲げの解析モデルを用い、汎用の動的陽解法ソフトLS-DYNA3D を用いて行った。 As FEM analysis conditions, the analysis was performed using a general-purpose dynamic explicit software LS-DYNA3D using a three-point bending analysis model.
表1 および図5 、7 から明らかな通り、発明例A 、B は、アウタパネルが590MPa以上の、900MPaの引張強度を有する厚みが2mm 以下の高張力鋼板からなるとともに、インナパネルが180MPa以上の250MPaの0.2%耐力を有する厚みが2mm 以下のアルミニウム合金板からなっている。このため、発明例A 、B は、これら要件を満たさない、C からJ の比較例に比して、エネルギー吸収量が大きく、かつ、変位量が小さくなっている。
As is clear from Table 1 and FIGS. 5 and 7, Invention Examples A and B are made of a high-tensile steel plate with an outer panel of 590 MPa or more, a tensile strength of 900 MPa and a thickness of 2 mm or less, and an inner panel of 250 MPa with 180 MPa or more. The aluminum alloy plate has a 0.2% proof stress and a thickness of 2 mm or less. For this reason, Invention Examples A 1 and B have a large energy absorption amount and a small displacement amount as compared with Comparative Examples C 1 to
特に、図5 の荷重−変位関係において、アウタパネルの引張強度が高い発明例A の方が、引張強度が低い発明例B よりも、変位量が小さくなっている。また、比較例C は、アウタパネルの引張強度が低過ぎ、発明例B よりも、変位量が大きくなっている。したがって、変位量を小さくするための、アウタパネルの引張強度の臨界的な意義が分かる。 In particular, in the load-displacement relationship of FIG. 5, the amount of displacement is smaller in Invention Example A where the tensile strength of the outer panel is higher than in Invention Example B where the tensile strength is low. In Comparative Example C, the tensile strength of the outer panel is too low, and the displacement amount is larger than that of Invention Example B. Therefore, the critical significance of the tensile strength of the outer panel for reducing the displacement amount can be understood.
本発明とは逆に、アウタパネル側をアルミニウム合金板とした比較例D 、E 、F は、衝突荷重が負荷された際に、極めて容易に (早期に) 座屈してしまい、荷重が一気に低下して、高張力鋼板インナパネルの引張強度が高い特性を活かせていない。このため、衝突エネルギー吸収量は著しく小さくなり、高張力鋼板インナパネルの屈曲量が増し、変位量 (車室内側へ変形する量) が却って大きくなっている。 Contrary to the present invention, Comparative Examples D, E, and F in which the outer panel side is made of an aluminum alloy plate buckle very easily (early) when a collision load is applied, and the load decreases at a stretch. The high tensile strength steel inner panel does not take advantage of the high tensile strength. For this reason, the collision energy absorption amount is remarkably reduced, the bending amount of the high-strength steel inner panel is increased, and the displacement amount (the amount of deformation toward the vehicle interior side) is increased.
また、アウタパネルもインナパネルも高張力鋼板からなる比較例G 、H 、I 、J では、衝突エネルギー吸収量は、上記高張力鋼板とアルミニウム合金板との組み合わせの発明例A 、B と同様な衝突エネルギー吸収を得ることができている。ただ、比較例G 、H 、I 、J は、発明例A 、B と同等の質量に軽量化するために、高張力鋼板を薄肉化している。この結果、発明例A 、B に比して、変位量が却って大きくなっている。
In Comparative Examples G, H, I, and J, in which the outer panel and the inner panel are made of high-strength steel plates, the collision energy absorption amount is the same as in the invention examples A and B of the combination of the high-strength steel plates and the aluminum alloy plates. Energy absorption can be obtained. However, in Comparative Examples G 1,
本発明によれば、パネル構造体の軽量化と強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性などの特性を両立させた自動車パネル構造体を提供できる。このため、ドア、センターピラーなどのピラー、ルーフサイドレール、サイドシルなど、車体側面側に設置される比較的大型のパネル構造体に適用されて、自動車の軽量化と、乗員保護などの安全性の向上との両立に寄与するものである。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the automotive panel structure which made compatible the characteristics, such as weight reduction of a panel structure, intensity | strength, rigidity, a collision energy absorption property, can be provided. For this reason, it is applied to relatively large panel structures such as doors, pillars such as center pillars, roof side rails, and side sills that are installed on the side of the vehicle body. It contributes to improvement and coexistence.
1:自動車パネル構造体、2:アウタパネル、2a: 平坦な頂部、2b: 壁部、
2c: フランジ、3:インナパネル、3a: 平坦な頂部、3b: 壁部、3c: フランジ、
4:中空部、5:接合部、
1: automotive panel structure, 2: outer panel, 2a: flat top, 2b: wall,
2c: flange, 3: inner panel, 3a: flat top, 3b: wall, 3c: flange,
4: Hollow part, 5: Joint part,
Claims (3)
3. The automobile panel structure excellent in collision energy absorption according to claim 1, wherein the aluminum alloy plate is a 6000 series aluminum alloy.
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