JP4636799B2 - 自動車用の中空鋼長尺断面材製支持構造 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、平行に相互連結された中空鋼長尺断面材製の縦部材少なくとも２つを含む、自動車用の支持構造に関する。前記中空長尺断面材が、乗客室の前記支持構造の前方において、側方シルによって支持された第１の中空断面材と、そして前記支持構造の他の一部によって支持された第２の中空断面材とに分岐している。

この型の支持構造の各種デザインは、知られている。米国特許出願公開第４９８６５９７号明細書は、中空長尺断面材２つを含む縦部材を含む押出アルミニウム長尺断面材製のデザインについて述べている。前記中空長尺断面材は、シルの中にも乗客室支持構造物のＡ−ピラーの中にも達する。第２の構造部材は、前記Ａ−ピラーから前記シル部位まで達し、故に、前記縦部材、前記Ａ−ピラー、及び前記シルの全てが、二重構造部材を特徴づけるデザインを含む。前記デザインと共に支持構造物の中の有利な力方向（ｆｏｒｃｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ）は、分離したひだ構造を必要としないで達成される。破壊の場合に直面する前記Ａ−ピラーへの縦力によって強い歪みが生じるという点で不利である。更に、アルミニウム押出技術が、自動車構造の鋼材料用には用いることができないので、故に発見事項は鋼製構造に転用することができない。

欧州特許第０７４９８９２号明細書には、自動車（ｖｅｈｉｃｌｅ）の支持構造の構造部材の製造方法を述べている。前記方法は、内部高圧金属成形技術を用いると共に中空長尺断面材少なくとも２つを含む構造部材を、積極的な固定手段で相互連結させる。

局部的に生じる負荷によって、この支持構造の縦部材が、前記の積極的な固定手段で相互連結された前記中空長尺断面材又は単独の中空断面材を含む。前記構造部材は、鋼製又は軽金属製であることができる。内部高圧金属成形技術は、積極的な固定手段で相互連結された前記中空材料の連結表面において、材料が倍増することを暗示し、そのため鋼材料を用いると前記デザインが重くなる。前記の出版された刊行物は、力方向を伴う破壊の場合に支持構造が処理しない。

独国特許第４２０８７００号明細書には、直角に交わる長尺断面材の２つの中空長尺断面材を含む側方シルが記載されている。自動車の前方の前記シルは、移動方向を横切って位置するエンジン区画支柱と、移動方向に横切って延びる隔壁部材とに分岐する。

エンジン区画の高さに配置した側面フレーム（ｆｒａｍｅ）は、前記エンジン区画支柱及び隔壁横材によって支持される。破壊の結果として自動車の縦方向荷重の場合において、前記側面フレームは、前記側方シルへの縦力の歪みによって、必ず力を引き込む。

アルミニウム以外の材料を用いることができる。このデザインもまた、その他の物との間において、材料が倍増することを前記側方シルの領域で受け入れるので、特に鋼材料を用いた場合に、重くなる不利を伴う。

最後に、国際公開第９２／１１１５９号パンフレットには、縦部材の後部末端を成形する衝撃吸収に関係する、低い横材の各末端で自動車の縦方向に曲げられた横材２つを含む自動車本体の後部パネルについて記載されている。明らかに、これは中空断面材を含む縦部材である。

その結果、前記後部からの衝撃の間に前記縦部材が導き入れる前記破壊エネルギーは、前記縦部材の全長に沿って均一に吸収されるか、又はデザインの付加的な強化が無い場合には乗客室に与えられるかして、前記乗客室を保護する。

このように本発明の目的は、改良された破壊挙動を提供し、少数の構成要素及び軽総重量で高強度の鋼材料を用いた前記型の自動車用の支持構造を提供することにある。

本目的は、前記記載の型のバンパーの方向に延びる単独の中空断面材の形状の縦部材の支持部材によって達成される。これらは結果として、バンパー方向に延びる前記縦部材を、一般に前記縦部材の一体部分となる際に用いれば、衝撃吸収装置を必要としない。前記縦部材は、単独の中空断面材のその面でフランジを介して前記バンパーと直接連結することができるので、装置の必要部品数が低減され、そして従って総重量もまた低減される。低速度での衝撃の破壊においては、修理加工の一環として経済的な方法で交換することができる単独の中空断面材の変形という目標どおりの結果となる。高速度衝撃の場合には、中空長尺断面材のより硬い前記縦部材の一部がマルチチャンバー断面材を形成して連結され、乗客を保護する効果を示す。

本発明の一実施態様によれば、縦部材の第２の中空断面材は、乗客室の支持構造のトンネル補強によって支えられている。従って、好ましい有利な方法のなかで、破壊の間に発生する非常に大きい力が、自動車の乗客室の前記支持構造を歪める。さらに、例えば、垂直に配置された部材への強力な歪みが回避され、そして前記長尺断面材が相互に支持され、破壊の場合の前記支持構造の変形の危険が削減される。

更に、本発明の実施態様は、平行な中空長尺断面材が一体的に相互連結されることを提供する。これは、適用される溶接方法の結果であることができ、直線溶接の適用（例えば、レーザービームによる溶接）が特に有利性を示す。溶接は、前記縦部材の全体の長さを越えて実施される。更に、本発明の有利な実施態様は、ステップ的な溶接継目となる溶接継目を提供する。これは従って、その後の使用者の製造技術への要求に溶接過程の柔軟な適用を可能とする。

減量の目的で、材料をマルチチャンバー断面材を形成する縦部材の前記の中空長尺断面材２つの間で二重にすることによって、前記中空長尺断面材２つが、一般的な隔壁を共有することを避けることができる。デザインの視点から、これは、他の中空長尺断面材と側面で面している２つの前記中空長尺断面材のうちの１つが連結工程より前にクリップされるか、又は閉じた中空断面材の代わりにＵ−断面材を用いて、閉じた中空長尺断面材が分岐する縦部材のほんの短い距離の前で閉じた中空長尺断面材と結合することを実現することができる。クリップした中空断面材の使用又はＵ−断面材の使用は、ほとんど同じ剛性を同時に維持しながら、減量することを可能とする。更に、前記の重量の減少は、側方シルとＡ−ピラーを強化しないので達成することができる。

本発明は、例えば、多角形の多様な長尺断面材断面を用いることを可能とし、特には長方形の長尺断面材断面が好ましい。側方シル及びトンネルに関連した乗客室の縦部材の側面及び垂直の補強によって、前記中空長尺断面材が、相互の上部に又は相互の側面に設置される。多角形長尺断面材断面を用いる場合には、様々な配置が可能となる。縦部材の中空長尺断面材が異なる断面を含む場合において、特に利点を示すようになる。

これは、使用者のデザイン仕様に、さらにより柔軟な適応するために役立つ。更に、このようにして縦部材の抵抗モーメントを、支持構造の所望の破壊特性の視点から正確に配置することができる。

乗客室の方向に徐々に増加する縦部材の抵抗モーメントは、この方向の支持構造の剛性を増加するという結果となる。衝撃速度によって決定される破壊の場合において、これは乗客の安全保護を提供し、そして後の修理代を最小限にすることができる。これは３つの方法で実施することができる。
１．縦部材の中空長尺断面材少なくとも１つの断面が、乗客室の方向に増加する。円錐形中空断面材を用いる場合には、この効果を達成するのに適している。
２．縦部材の中空長尺断面材少なくとも１つの材料厚が、乗客室の方向へ増加する。
３．中空長尺断面材少なくとも１つにおいて、用いた鋼の種類が乗客室の方向へ増加する。

製造技術の視点から、材料の厚さ及び鋼の種類の増加は、中空長尺断面材１つ又は両方の製造用にテーラード・ブランクを用いることによって実現することができる。

最後に、本発明の特に有利な実施態様は、変通自在に圧延されたシートから製造された中空長尺断面材少なくとも１つによって提供する。このようにして、材料強度の進歩的な変化を達成することができる。

以下に、本発明を一実施態様を示した図面に沿って詳細に説明する。
図１は、縦部材２つを含み、一方の側方に他方を配置し、そして側方シル及び乗客室の補強トンネルに連結した自動車用支持構造を上方から見た平面図であり、
図２は、図１の支持構造の部分、すなわち、分岐した断面材を介して連結した側方シル及びトンネル補強を有する縦部材の斜視図であり、
図３は、図２に示す縦部材の斜視図であって、分岐した断面材を示さず、その表面に設置した、バンパー及び単独の連続する中空断面材と共に示す斜視図であり、
図４ａ、ｂは、連続する溶接継目及びステップ的な溶接継目を有する、図２の縦部材の側面図であり、
図５は、Ｕ−断面材の形状の縦部材の側面図であり、
図６は、図５に示す縦部材の、図５のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、
図７は、図５に示す縦部材の、図５のII−II線に沿った断面図であり、
図８ａ〜ｅは、溶接継目を有する同一の中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図であり、
図９ａ〜ｃは、溶接継目を有する異なる中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図であり、
図１０は、乗客室の方向に徐々に増加する長尺断面材断面を含む縦部材であり、
図１１は、図１０に示す縦部材の、図１０のIII−III線に沿った断面図であり、そして、
図１２は、図１０に示す縦部材の、図１０のIV−IV線に沿った断面図である。

自動車の支持構造は、部分平面図の図１に図示され、自動車の前部又は後部の２つの縦部材１、トンネル補強２、及び乗客室の２つの側方シル３を含む。前記縦部材１は、前記トンネル補強２及び前記側方シル３によって、中空長尺断面材１０，１１で作られ、分岐して曲がる断面材１０ｂ，１１ｂを経由して支持される。本発明によるデザインは、破壊の場合において、前記トンネル補強２は、縦力で歪むために用いられ、結果として、支持構造のこれらの要素３つに力を分配して、自動車の前記乗客室の領域内の縦方向に与え、そして前記側方シルの部分的負荷を軽減することになる。

図２の斜視図に示すように、前記縦部材１が２つの中空長尺断面材１０，１１を含み、１つを他の上部に設置した。これらの中空長尺断面材１０，１１は、直線断面材１０ａ，１１ａと乗客室の方向に分岐して２つの曲がった断面材１１ｂ、１１ｂを含む。表面末端において断面材１０ｂ，１１ｂは、乗客室支持構造のトンネル補強２及び側方シル３と連結される。

図３の斜視図に示すように、前記断面材１０のみが、バンパー５の方向に連続的な断面材１０ｃを含み、前記連続した断面材１０ｃの表面で、前記バンパー５の自動車の縦方向に設置されたフランジ５ａと連結する。前記中空断面材１０の前記単独の断面材１０ｃは、従って衝撃吸収体に取って代わることができる。平行の断面材１０ａ，１１ａは、中空長尺断面材の両側でマルチチャンバー断面材１２と溶接継目４で連結する。図４ａ及び図４ｂに示すように、連続した溶接継目４（図４ａ）又はステップ的な溶接継目４（図４ｂ）は、提供されることができる。

図５〜図７は、マルチチャンバー断面材１２の大体の全長に沿って、閉鎖した中空断面材にかえてＵ−断面材１１ｅを用いることを示す。前記Ｕ−断面材１１ｅは、中空長尺断面材１０，１１の分岐の前のほんの短い距離で閉鎖した中空断面材１１ｄによって交換される。前記Ｕ−断面材１１ｅと中空断面材１１ｄとの間の前記連結は、更なる溶接継目４ａによって実現される。

図８ａ〜図８ｅは、縦部材が、それらを提供する目的のために、空間的に最適の方法で、多様な断面構造の中空長尺断面材を構成することができることを示す。図９ａ〜図９ｃに示す断面の縦部材によって、前記縦部材が多様な中空長尺断面材で構成され、前記縦部材の空間的配置の変通自在性をさらに増加させることができる。

図１０に示す前記縦部材の前記中空断面材１１は、乗客室の方向に徐々に増加する長尺断面材断面を含む。従って、縦部材１の抵抗モーメントは、この方向に徐々に増加し、支持構造の所望の有利な破壊特性を生じる。図１１及び図１２は、マルチチャンバー断面材１２の乗客室から離れた末端のマルチチャンバー断面材１２の断面の側面を示し（図１１）、同様に直接に中空長尺断面材の分岐点での側面を示す（図１２）。

縦部材２つを含み、一方の側方に他方を配置し、そして側方シル及び乗客室の補強トンネルに連結した自動車用支持構造を上方から見た平面図である。 図１の支持構造の部分、すなわち、分岐した断面材を介して連結した側方シル及びトンネル補強を有する縦部材の斜視図である。 図２に示す縦部材の斜視図であって、分岐した断面材を示さず、その表面に設置した、バンパー及び単独の連続する中空断面材と共に示す斜視図である。 連続する溶接継目及びステップ的な溶接継目を有する、図２の縦部材の側面図である。 連続する溶接継目及びステップ的な溶接継目を有する、図２の縦部材の側面図である。 Ｕ−断面材の形状の縦部材の側面図である。 図５に示す縦部材の、図５のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図５に示す縦部材の、図５のII−II線に沿った断面図である。 溶接継目を有する同一の中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する同一の中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する同一の中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する同一の中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する同一の中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する異なる中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する異なる中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 溶接継目を有する異なる中空長尺断面材から製造された、図２に示す縦部材の断面図である。 乗客室の方向に徐々に増加する長尺断面材断面を含む縦部材である。 図１０に示す縦部材の、図１０のIII−III線に沿った断面図である。 図１０に示す縦部材の、図１０のIV−IV線に沿った断面図である。

Claims (13)

1. 平行に相互連結された少なくとも２つの中空鋼長尺断面材（１０ａ，１１ａ）から製造された縦部材（１）を含み、中空鋼長尺断面材から製造された自動車用支持構造において、前記中空鋼長尺断面材（１０ａ，１１ａ）が、乗客室の支持構造の前方において、乗客室の支持構造の側方シルによって支持された第１の中空鋼長尺断面材（１１ｂ）と、乗客室の支持構造の側方シル以外の他の部分で支持された第２の中空鋼長尺断面材（１０ｂ）とに分岐している前記支持構造であって、
   前記縦部材（１）の少なくとも２つの中空鋼長尺断面材（１０ａ，１１ａ）の１つのみが、バンパー（５）の方向に向かって単独の中空鋼長尺断面材（１０ｃ）の形状で突出して延びていることを特徴とする、前記支持構造。
2. 前記の第２の中空鋼長尺断面材（１０ｂ）が、支持構造のトンネル補強部によって支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の支持構造。
3. 前記の中空鋼長尺断面材（１０ａ，１１ａ）が、車体の前後方向に一体的に相互連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の支持構造。
4. 前記の一体的連結が、溶接継目（４）によって実現されていることを特徴とする、請求項３に記載の支持構造。
5. 前記の溶接継目（４）が、非溶接部を含む溶接継目であることを特徴とする、請求項４に記載の支持構造。
6. 前記溶接継目（４）を有する領域において、前記の２つの中空鋼長尺断面材（１０，１１）の一方が、部分的にＵ字状断面材（１１ｅ）からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の支持構造。
7. 前記の中空鋼長尺断面材（１０，１１）が、多角形断面を含み、ここで前記の２つの中空鋼長尺断面材（１０ａ，１１ａ）が平担な側面上で相互に載置して支えられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の支持構造。
8. 前記の縦部材（１）が、互いに異なる断面形状を有する中空鋼長尺断面材（１０，１１）を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の支持構造。
9. 前記の中空鋼長尺断面材（１０，１１）の少なくとも１つの断面形状が車体の前後方向で変化することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の支持構造。
10. 前記中空鋼長尺断面材（１０，１１）の少なくとも１つが、テーラード・ブランクからなることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の支持構造。
11. 前記中空鋼長尺断面材（１０，１１）の鋼の種類が車体の前後方向で異なっていることを特徴とする、請求項９に記載の支持構造。
12. 前記中空鋼長尺断面材（１０，１１）の材料厚が車体の前後方向で異なっていることを特徴とする、請求項９に記載の支持構造。
13. 前記中空鋼長尺断面材（１０，１１）の少なくとも１つが、変通自在な圧延厚さで圧延されるシートからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の支持構造。

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