JP5291432B2 - Knee bracket and car occupant knee protection method - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金中空形材からなり、優れたエネルギー吸収性能を持つニーブラケット(自動車乗員の膝支持体、膝保護部材、ニーパネルの支持ブラケット等)および自動車乗員の膝保護方法に関するものである。 The present invention relates to a knee bracket (an automobile occupant's knee support, a knee protection member, a knee panel support bracket, etc.) and an automobile occupant's knee protection method, which are made of a hollow aluminum alloy and have excellent energy absorption performance. .
従来から、自動車などの車体には、車体衝突時に乗員の膝(脚部とも言う)を保護する、ニープロテクタやニーボルスターとも称される、ニーブラケットが設けられている。このニーブラケットには、軽量化とエネルギー吸収性能などの観点から、アルミニウム合金押出中空形材が素材として多く用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicle body such as an automobile has been provided with a knee bracket called a knee protector or a knee bolster that protects an occupant's knee (also referred to as a leg) in a vehicle collision. For this knee bracket, an aluminum alloy extruded hollow member is often used as a material from the viewpoint of weight reduction and energy absorption performance.
このニーブラケットは、乗員の膝保護の目的から、自動車車室内の配置位置として、前座席の前方で、乗員と車体との間にあって車体前後方向に配置される。そして、車体後方側の端部は、乗員の膝に対して向き合うニーパネル(受圧板、受け板など)に固定される一方、車体前方側の端部は車体へ固定される。この車体への固定は、通常、車室内前方に設けられた、ステアリングコラムを支持するためのインパネ補強材に接合されて行われる。インパネ補強材は、車体幅方向に延在している長尺の管状部材で、インパネリーンフォース、ステアリングサポートビーム、ステアリングハンバービーム、クロスカービームとも言う。 For the purpose of protecting the occupant's knees, the knee bracket is disposed between the occupant and the vehicle body in the front-rear direction of the vehicle body in front of the front seat. The end portion on the rear side of the vehicle body is fixed to a knee panel (pressure receiving plate, receiving plate, etc.) facing the occupant's knee, while the end portion on the front side of the vehicle body is fixed to the vehicle body. The fixing to the vehicle body is usually performed by being joined to an instrument panel reinforcing member provided in front of the vehicle interior for supporting the steering column. The instrument panel reinforcement is a long tubular member extending in the vehicle body width direction, and is also called an instrument panel reinforcement, a steering support beam, a steering humber beam, or a cross car beam.
ニーブラケットには、乗員の膝部に対する車体部材への最適位置での取り付けや、車体前後方向での連続的な塑性変形による衝突エネルギー吸収量を確保するためにも、その車体前後方向に亙る断面形状(隔壁)は、ある程度の長さ (ストローク) が必要である。このストロークが短ければ、衝突エネルギー吸収が吸収しきれずに、膝部への荷重が上昇してしまい、乗員の膝部を保護することができなくなる。 The knee bracket has a cross-section that extends in the longitudinal direction of the vehicle body in order to secure the amount of collision energy absorbed by the plastic body in the longitudinal direction of the occupant's knees and the continuous plastic deformation in the longitudinal direction of the vehicle body. The shape (partition) must have a certain length (stroke). If this stroke is short, the absorption of collision energy cannot be absorbed, the load on the knee increases, and the knee of the occupant cannot be protected.
したがって、ニーブラケット(の隔壁)には、前記塑性変形を開始する初期荷重が乗員の膝に傷害を与えない程度に小さいことが要求される。また、そのストロークの範囲での塑性変形途中において、局所変形などが生じて、折れ曲がりや破損が発生することが無く、連続的に塑性変形して、一定の衝突エネルギー吸収量を確保し続けることが要求される。言い換えると、ニーブラケットには、乗員の膝衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保することと、乗員の膝に傷害のダメージを与えないこととを両立させた圧壊特性が求められる。 Accordingly, the knee bracket (partition wall) is required to have a small initial load for starting the plastic deformation so as not to damage the occupant's knee. In addition, during the plastic deformation in the range of the stroke, local deformation or the like does not occur, and bending or breakage does not occur, and the plastic deformation can be continuously performed to keep a certain amount of collision energy absorption. Required. In other words, the knee bracket is required to have a crushing characteristic that ensures both the amount of energy absorption necessary for the passenger's knee collision and the injury damage to the passenger's knee.
これに対して、アルミニウム合金押出中空形材からなるニーブラケットにおいても、優れた圧壊特性を発揮するための断面形状(車体前後方向に亙る断面の全体形状)は、従来から種々提案されている。例えば、特許文献1では、ニーパネルの取り付け側から、順次車体前方側へ、順次塑性変形していくように、水平なパンタグラフ状 (菱形状) に一体的に構成された一定長さの隔壁を有する。
On the other hand, various types of cross-sectional shapes (overall cross-sectional shapes extending in the longitudinal direction of the vehicle body) for exhibiting excellent crushing characteristics have been proposed for knee brackets made of extruded aluminum alloy hollow members. For example,
また、特許文献2、3では、ニーブラケットは、乗員の膝の位置に対して、斜め上方から下方に向かって向き合うように、膝の前方に配置され、上方へ湾曲する長状のフレーム(面板)とこれをつなぐ板状リブとで、トラス状あるいは角形状の複数連設された隔壁を構成する。そして、前記特許文献1同じく、ニーパネルの取り付け側から順次車体前方へ、隔壁を塑性変形させていく。これらのような隔壁は、軽量化目的とその複雑な断面構造から、前記した通り、通常は、アルミニウム合金押出中空形材によって一体的に形成される。
Further, in
ただ、これら従来のアルミニウム合金押出中空形材から一体的に形成される隔壁では、乗員保護用部材としての要求性能を発揮できる隔壁の長さには限界がある。これに対して、自動車車体に応じて、その隔壁長さを自由に調節でき、衝突エネルギー吸収量を確保および自由に調節できるアルミニウム合金製ニーブラケットも提案されている。例えば、特許文献4、5などでは、断面が菱形形状のアルミニウム合金中空形材同士を、その断面方向に複数個互いに連結してエネルギー吸収部を構成し、隔壁長さを調節でき、衝突エネルギー吸収量も確保したニーブラケットが提案されている。
However, in the partition wall integrally formed from these conventional aluminum alloy extruded hollow members, the length of the partition wall that can exhibit the required performance as an occupant protection member is limited. On the other hand, there has also been proposed an aluminum alloy knee bracket that can freely adjust the length of the partition wall according to the car body, and can secure and freely adjust the amount of collision energy absorption. For example, in
これら提案されている、アルミニウム合金中空形材からなるニーブラケットは、乗員と車体との間の車体前後方向の全体形状が、直線状や円弧状などを含めて、概ね直線的であれば、上記所定の圧壊荷重特性を得ることができ、優れたエネルギー吸収性能を発揮しやすい。 These proposed knee brackets made of a hollow aluminum alloy material, if the overall shape in the longitudinal direction of the vehicle body between the occupant and the vehicle body is generally linear, including linear and arc shapes, etc. Predetermined crushing load characteristics can be obtained, and excellent energy absorption performance is easily exhibited.
ただ、車室内前方に設けられたダッシュボックスとの位置関係や、乗員の膝に対して向き合うニーパネルの形状などの設計によっては、ニーブラケットが直線的であった場合、ダッシュボックスなどの他の車体部品と干渉する場合が起こり得る。 However, depending on the positional relationship with the dash box provided in the front of the passenger compartment and the shape of the knee panel facing the occupant's knee, if the knee bracket is straight, other vehicle bodies such as the dash box Interference with parts can occur.
このような干渉を防止するためには、ニーブラケットを、直線的ではなく、干渉する箇所を迂回すべく、比較的大きく屈曲させ、変形させる必要がある。即ち、車体に配置されたダッシュボックスなどの他の車体部品との干渉防止が可能な屈曲度に、ニーブラケットを、干渉する箇所においてV字あるいはU字形状に屈曲させる必要がある。 In order to prevent such interference, it is necessary to bend and deform the knee bracket relatively largely so as to bypass the interference part instead of being linear. That is, it is necessary to bend the knee bracket into a V-shape or a U-shape at a location where the knee brackets interfere with each other at a degree of bending that can prevent interference with other vehicle body parts such as a dash box disposed on the vehicle body.
しかし、このように、ニーブラケットを比較的大きく屈曲させた場合、アルミニウム合金中空形材からなるニーブラケットでは、所定の圧壊荷重特性を得ることが難しいという問題がある。これは、車体衝突時に、前記ニーパネルを介して、前記乗員の膝の押し込み力(圧壊荷重)がニーブラケットの車体前後方向に負荷された場合に、前記屈曲部における圧壊方向が異なる(大きくずれる)ことによる。 However, when the knee bracket is bent relatively large as described above, there is a problem that it is difficult to obtain a predetermined crushing load characteristic in the knee bracket made of the aluminum alloy hollow shape member. This is because, in the case of a vehicle collision, when the pushing force (crushing load) of the knee of the occupant is applied in the longitudinal direction of the vehicle body of the knee bracket via the knee panel, the crushing direction at the bent portion is different (shifts greatly). It depends.
通常は、ニーブラケットが車体前後方向に概ね直線的であり(多少の全体的な湾曲形状を含む)、前記した直線的に概ね車体前後方向に配置されている。したがって、前記乗員の膝の押し込み力(圧壊荷重)方向、即ち、乗員の膝の押し込み力の想定される負荷方向と、ニーブラケットの圧壊方向とは、同一線上にくるなど大きなずれはなく、上記所定の圧壊荷重特性を得やすい。 Normally, the knee bracket is generally linear in the longitudinal direction of the vehicle body (including some overall curved shape), and is disposed substantially linearly in the longitudinal direction of the vehicle body. Therefore, the direction of the pushing force (crushing load) of the occupant's knee, that is, the assumed loading direction of the pushing force of the occupant's knee and the crushing direction of the knee bracket are not significantly different, such as coming on the same line. It is easy to obtain a predetermined crushing load characteristic.
しかし、ニーブラケットが、前記干渉防止のために、比較的大きく屈曲していると、前記押し込み力方向と圧壊方向とに大きなずれが生じるために、アルミニウム合金中空形材からなるニーブラケットには、局所変形や不安定な変形が生じやすくなる。この局所変形が、ニーブラケット(の隔壁)の塑性変形途中において生じると、前記した通り、折れ曲がりや破損が発生しやすくなり、連続的に塑性変形して、一定の衝突エネルギー吸収量を確保し続けることが困難となる。言い換えると、ニーブラケットに要求される、ダメージを与えない荷重しか乗員の膝に負荷しないことと、乗員の膝衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保することとを両立させた圧壊特性が達成できなくなる。 However, if the knee bracket is bent relatively large in order to prevent the interference, a large shift occurs between the pushing force direction and the crushing direction. Local deformation and unstable deformation are likely to occur. When this local deformation occurs in the middle of plastic deformation of the knee bracket (partition wall), as described above, bending and breakage are likely to occur, and the plastic deformation is continuously performed to keep a certain amount of collision energy absorption. It becomes difficult. In other words, the crushing characteristic that achieves both the load that does not damage the knee bracket, which is required for the knee bracket, and the necessary amount of energy absorption when the passenger collides with the knee is achieved. become unable.
そして、この傾向は、前記乗員の膝の押し込み力を受ける前記ニーパネル(受圧板)の延在方向が、前記乗員の膝の押し込み力方向に対して垂直方向から傾斜しているなど、衝突時の荷重の作用方向が、前記押し込み力の方向と違う場合にも助長される。即ち、このような場合にも、アルミニウム合金中空形材からなるニーブラケットには、不安定な変形が生じやすくなり、上記所定の圧壊荷重特性が得られない。 And this tendency is because the extension direction of the knee panel (pressure receiving plate) that receives the pushing force of the occupant's knee is inclined from the direction perpendicular to the pushing force direction of the occupant's knee. This is also promoted when the direction of the load is different from the direction of the pushing force. That is, even in such a case, the knee bracket made of the aluminum alloy hollow profile is likely to be unstablely deformed, and the predetermined crushing load characteristic cannot be obtained.
したがって、本発明の目的は、ニーブラケットを比較的大きく屈曲させるなど、前記乗員の膝の押し込み力方向と圧壊方向とに大きなずれがある場合や、衝突時の荷重の作用方向が前記乗員の膝の押し込み力の方向と違う場合にでも、ニーブラケットに要求される前記圧壊特性を発揮しうるアルミニウム合金製ニーブラケットおよび自動車乗員の膝保護方法を提供しようとするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a case where there is a large deviation between the direction of the pushing force of the occupant's knee and the direction of crushing, such as bending the knee bracket relatively large, or the direction of the load acting at the time of collision is The present invention is intended to provide an aluminum alloy knee bracket and a method for protecting a knee of an automobile occupant that can exhibit the above-mentioned crushing characteristics required for a knee bracket even when the direction of the pushing force is different from that of the vehicle.
この目的を達成するために、本発明のニーブラケットの要旨は、自動車車室内の前座席の前方に配置され、以下のa〜fの要件を有することである。
a.このニーブラケットは、単一のアルミニウム合金押出中空形材からなり、この押出形材の押出方向が車体幅方向となるように配置されている。
b.この単一のアルミニウム合金押出中空形材は、一対の面板とこれらの面板間をつなぐ複数本の板状リブとから少なくとも構成されている。
c.前記一対の面板の車体後方側の端部は、乗員の膝に対して向き合うニーパネルに固定されて荷重点とされる一方で、前記一対の面板の車体前方側の端部は車体へ固定されて支持点とされる。
d.前記面板は各々下方に向けて屈曲するV字形状あるいはU字形状の断面形状を有する。
e.前記面板のうち、下方側の面板の厚みが、上方側の面板の厚みよりも薄くなっている。
f.前記ニーパネルに前記乗員の膝が衝突した際に、前記ニーブラケットが前記d、eの構成によって下方に向けて変形する。
In order to achieve this object, the gist of the knee bracket of the present invention is disposed in front of the front seat in the automobile cabin and has the following requirements a to f .
a. The knee bracket is made of a single aluminum alloy extruded hollow member, and is arranged such that the extrusion direction of the extruded member is the vehicle body width direction.
b. This single aluminum alloy extruded hollow member is composed of at least a pair of face plates and a plurality of plate-like ribs connecting the face plates.
c. The ends of the pair of face plates on the rear side of the vehicle body are fixed to a knee panel facing the occupant's knees as load points, while the ends of the pair of face plates on the vehicle body front side are fixed to the vehicle body. It is a supporting point.
d. Each of the face plates has a V-shaped or U-shaped cross-sectional shape that is bent downward.
e. Of the face plates, the lower face plate is thinner than the upper face plate.
f. When the occupant's knee collides with the knee panel, the knee bracket is deformed downward by the configuration of d and e.
ここで、本発明は、前記ニーブラケットが、前記面板のV字形状あるいはU字形状の断面形状における各屈曲点同士を結ぶ仮想連結線が、車体衝突時の前記ニーパネルへの乗員の膝の想定押し込み力方向に対して直角となるように車体前後方向に配置されていることが好ましい。前記ニーパネルの受圧部分の延在方向が前記乗員の膝の想定押し込み力方向に対して直角方向から傾斜している場合に用いられて好適である。また、前記ニーブラケットが、車体に配置されたダッシュボックスとの干渉防止が可能な屈曲度を車体前後方向に亙って有することが好ましい。 Here, in the present invention, it is assumed that the knee bracket is a virtual connection line connecting the bending points in the V-shaped or U-shaped cross-sectional shape of the face plate, and the knee of the occupant to the knee panel at the time of a vehicle body collision. It is preferable that they are arranged in the longitudinal direction of the vehicle body so as to be perpendicular to the direction of the pushing force. It is preferably used when the extending direction of the pressure receiving portion of the knee panel is inclined from a direction perpendicular to the assumed pushing force direction of the occupant's knee. Further, it is preferable that the knee bracket has a bending degree in a longitudinal direction of the vehicle body that can prevent interference with a dash box disposed on the vehicle body.
更に、本発明の自動車乗員の膝保護方法の要旨は、これらいずれかの要旨のニーブラケットを用いて自動車乗員の膝を保護する方法であって、前記ニーパネルの受圧部分に乗員の膝が衝突した際に、前記ニーブラケットを下方に向けて変形させて、前記乗員の膝衝突の衝撃を緩和することである。 Furthermore, the gist of the vehicle occupant knee protection method of the present invention is a method of protecting the vehicle occupant's knee using the knee bracket of any of these gist, and the occupant's knee collides with the pressure receiving portion of the knee panel. In this case, the knee bracket is deformed downward to alleviate the impact of the passenger's knee collision.
本発明において、ニーブラケットが単一のアルミニウム合金押出中空形材からなり、前記したa〜cの要件からなることは、従来の単一のアルミニウム合金押出中空形材からなるニーブラケットと概ね同じである。 In the present invention, the knee bracket is made of a single aluminum alloy extruded hollow shape, and the requirements a to c described above are substantially the same as those of the conventional knee bracket made of a single aluminum alloy extruded hollow shape. is there.
但し、本発明は、前記dの要件のように、ニーブラケット(面板)が各々下方に向けて屈曲する(車体前後方向に亙る)V字形状あるいはU字形状の断面形状を有することを前提とする。その上で、前記eの要件のように、前記面板のうち、下方側の面板の厚みが、上方側の面板の厚みよりも薄くなっていることである。これによって、本発明の自動車乗員の膝保護方法の前記要旨のように、前記ニーパネルの受圧部分に乗員の膝が衝突した際に、前記ニーブラケットを下方に向けて変形させて、前記乗員の膝衝突の衝撃を緩和する。 However, the present invention is based on the premise that the knee brackets (face plates) each have a V-shaped or U-shaped cross-sectional shape that is bent downward (in the longitudinal direction of the vehicle body) as in the requirement d. To do. In addition, as in the requirement e, the thickness of the lower face plate of the face plates is smaller than the thickness of the upper face plate. Thus, as in the gist of the vehicle occupant knee protection method of the present invention, when the occupant's knee collides with the pressure-receiving portion of the knee panel, the knee bracket is deformed downward so that the occupant's knee Reduce the impact of collision.
言い換えると、本発明は、前記ニーブラケットの荷重点と支持点との間で、ニーブラケット自体の前記車体前後方向に亙るV字形状あるいはU字形状の断面形状を、謂わば屈曲構造体として、下方に向けて変形させて、前記乗員の膝衝突の衝撃を緩和する。この効果は、本発明のニーブラケットが、ダッシュボックスなどの車体部材との干渉防止のために、前記したV字形状あるいはU字形状の断面形状を有して、車体前後方向に亙って大きく屈曲(湾曲)している際に最も発揮される。しかし、本発明のように屈曲したニーブラケットでは、前記押し込み力方向と圧壊方向とに大きなずれが生じるために、前記乗員の膝衝突による押し込み力(圧壊荷重)が負荷された際に、所定の圧壊荷重特性が得られず、必然的にニーブラケットに局所変形や不安定な変形が生じやすくなる。 In other words, according to the present invention, a V-shaped or U-shaped cross-sectional shape of the knee bracket itself extending in the longitudinal direction of the vehicle body between the load point and the support point of the knee bracket is a so-called bending structure. It is deformed downward to mitigate the impact of the passenger's knee collision. The effect of the present invention is that the knee bracket of the present invention has the above-mentioned V-shaped or U-shaped cross-sectional shape in order to prevent interference with a vehicle body member such as a dash box, and greatly increases in the vehicle longitudinal direction. Most exhibited when bent (curved). However, since the knee bracket bent as in the present invention has a large difference between the pushing force direction and the crushing direction, when a pushing force (crushing load) due to a knee collision of the occupant is applied, a predetermined amount is applied. Crushing load characteristics cannot be obtained, and inevitably local deformation or unstable deformation easily occurs in the knee bracket.
これに対して、本発明では、前記ニーパネルの受圧部分(荷重点)に乗員の膝が衝突した際に、ニーブラケット自体の前記車体前後方向に亙るV字形状あるいはU字形状の断面形状を、謂わば屈曲構造体として、下方に向けて変形させて、ニーブラケットの局所変形や不安定な変形を防止する。この結果、所定の圧壊荷重特性が得られ、乗員の膝衝突の衝撃を大きく緩和することができる。本発明では、前記乗員の膝衝突による押し込み力が負荷された際に、ニーブラケットの荷重点と支持点との間の車体前後方向に亙る断面部位で、下方への折れ変形が積極的に生じるように設計して、この効果を達成する。 On the other hand, in the present invention, when an occupant's knee collides with the pressure receiving portion (load point) of the knee panel, the knee bracket itself has a V-shaped or U-shaped cross-sectional shape extending in the longitudinal direction of the vehicle body, As a so-called bending structure, the knee structure is deformed downward to prevent local deformation or unstable deformation of the knee bracket. As a result, predetermined crushing load characteristics can be obtained, and the impact of the passenger's knee collision can be greatly reduced. In the present invention, when the pushing force due to the knee collision of the occupant is applied, the downward bending deformation is positively generated in the cross-sectional portion extending in the longitudinal direction of the vehicle body between the load point and the support point of the knee bracket. To achieve this effect.
このために、本発明は、前記ニーブラケットの折れ変形が支配的になるように、前記eの要件のように、前記面板のうち、下方側の面板の厚みが、上方側の面板の厚みよりも薄くする。これによって、上下両方の面板の厚みが同じような場合や上方側の面板の厚みの方が厚い場合に比して、前記乗員の膝衝突による押し込み力が負荷された際に、前記ニーブラケットの折れ変形が支配的になる。 Therefore, according to the present invention, the thickness of the lower face plate is larger than the thickness of the upper face plate, as in the requirement e, so that the bending deformation of the knee bracket becomes dominant. Also make it thinner. As a result, when both the upper and lower face plates have the same thickness or the upper face plate is thicker, when the pushing force due to the knee collision of the occupant is loaded, the knee bracket Bending deformation becomes dominant.
更に、本発明は、前記屈曲構造体での折れ変形が支配的になるように、これら構造的な特徴の他に、前記ニーブラケットの配置の仕方あるいは取り付け方として、前記仮想連結線が、車体衝突時の前記ニーパネルへの乗員の膝の想定押し込み力方向に対して垂直となるように車体前後方向に配置するようにすることが好ましい。なお、ここで言う、仮想連結線とは、前記面板のV字形状あるいはU字形状の断面形状における屈曲点(変曲点あるいは屈曲部頂点)であって、上下面板の各屈曲点同士を結ぶ仮想連結線である。このようにすることで、前記乗員の膝衝突による押し込み力による変形が、前記面板の各屈曲点ないし前記仮想連結線に集中する。この結果、ニーブラケットが、前記車体部材との干渉防止のために車体前後方向に亙って比較的大きく屈曲し、前記押し込み力方向と圧壊方向とに大きなずれが生じていても、前記面板の各屈曲点以外の部位での局所変形や不安定な変形が却って生じにくくなる。 Further, according to the present invention, in addition to these structural features, the imaginary connecting line is used as a method of arranging or attaching the knee bracket so that bending deformation in the bent structure is dominant. It is preferable that the vehicle is disposed in the longitudinal direction of the vehicle body so as to be perpendicular to the direction of the assumed pushing force of the occupant's knee to the knee panel during the collision. The virtual connecting line referred to here is a bending point (inflection point or bending portion vertex) in the V-shaped or U-shaped cross-sectional shape of the face plate, and connects the bending points of the upper and lower face plates. It is a virtual connection line. By doing in this way, the deformation | transformation by the pushing force by the said passenger's knee collision concentrates on each bending point thru | or the said virtual connection line of the said faceplate. As a result, even if the knee bracket is bent relatively large in the longitudinal direction of the vehicle body in order to prevent interference with the vehicle body member, even if there is a large deviation between the pushing force direction and the crushing direction, On the other hand, local deformation and unstable deformation at sites other than the respective bending points are less likely to occur.
以上のように、本発明では、ニーブラケットが前記車体部材との干渉防止のために車体前後方向に亙って比較的大きく屈曲していても、乗員の膝衝突の際の必要エネルギー吸収量を確保することと、乗員の膝に傷害を与えないこととの両立が可能である。本発明は、ニーブラケットが前記車体部材との干渉防止のために車体前後方向に亙って比較的大きく屈曲しておらずとも、前記した押し込み力方向とニーブラケットの圧壊方向とに大きなずれがある場合や、衝突時の荷重の作用方向が前記乗員の膝の押し込み力の方向と違う場合には有効である。 As described above, according to the present invention, even if the knee bracket is bent relatively large in the longitudinal direction of the vehicle body in order to prevent interference with the vehicle body member, the amount of energy absorption required when the passenger collides with the knee is reduced. It is possible to ensure both securing and not damaging the occupant's knees. According to the present invention, even if the knee bracket is not relatively bent in the longitudinal direction of the vehicle body in order to prevent interference with the vehicle body member, there is a large deviation between the pushing force direction and the collapse direction of the knee bracket. This is effective in some cases or when the direction of the load acting at the time of collision is different from the direction of the pushing force of the occupant's knee.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて以下に詳述する。先ず、図1、2によって、本発明ニーブラケットの基本的な構成と作用効果(メカニズム)とを示す。図1、2はニーブラケットの車体前後方向に亙る断面図であり(側面図でもある)、図2は、図1のニーブラケットが前記車体衝突時の乗員の膝の押し込み力によって変形した状態を示す。これら図1、2におけるニーブラケットの断面が、図1、2の左右方向である、車体の前後方向(図1の左方向が前側)に亙って延在するよう、前記自動車車室内に配置される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, FIGS. 1 and 2 show a basic configuration and operational effects (mechanism) of the knee bracket of the present invention. 1 and 2 are cross-sectional views of the knee bracket in the longitudinal direction of the vehicle body (also a side view), and FIG. 2 shows a state in which the knee bracket of FIG. 1 is deformed by the pushing force of the occupant's knee at the time of the vehicle body collision. Show. 1 and 2 are arranged in the vehicle interior so that the section of the knee bracket extends in the front-rear direction of the vehicle body (the left direction in FIG. 1 is the front side), which is the left-right direction in FIGS. Is done.
(基本構造)
図1において、ニーブラケット1は、単一のアルミニウム合金押出中空形材からなり、一対の面板2、3とこれらの面板間をつなぐ、複数本の(4本の)補強用の板状リブ4、5、6、7とから少なくとも構成されている。このニーブラケット1の車体前後方向に亙る断面において、一対の面板2、3は、板厚方向を車体上下方向として、互いに車体上下方向に間隔をあけながら、上方の面板2と下方の面板3とが互いに略平行に、車体前後方向に延在する。
(Basic structure)
In FIG. 1, a
一対の面板2、3は、車体前後方向に亙り、V字形状あるいはU字形状に、屈曲ないし湾曲した形状を有している。これは、後述する通り、前記屈曲部であるV字形状あるいはU字形状によって、車室内前方に設けられたダッシュボックスなどの、他の車体部品や部材との干渉を防止するためである。
The pair of
図1における、これらアルミニウム合金押出中空形材の押出断面形状が、ニーブラケット1の車体前後方向に亙る基本的な断面構成となる。なお、図1における押出中空形材の押出方向は、図1の車体前後方向(図1の左右方向)に対して直角方向の、図1の手前から図の奥に向かう方向となる。
The extruded cross-sectional shape of these aluminum alloy extruded hollow members in FIG. 1 is a basic cross-sectional configuration extending in the longitudinal direction of the vehicle body of the
ニーブラケット1を構成する単一のアルミニウム合金押出中空形材における、前記一対の面板2、3と、板状リブ4、5、6、7とは、後述する図3に示すように、車体幅方向に亙って所定の均一な板幅を有し、この板幅がニーブラケット1の車体幅方向の幅を規定している。
The pair of
ここで、ニーブラケット1の構成に関して使用した前記「少なくとも」という意味は、これら面板や板状リブ以外に、図1で示すフランジ9、9や端板8など、他の車体部材との接合用などの必要部分や部位を有しても良いという意味である。なお、図1では、フランジ9、9や端板8などの、面板や板状リブ以外の必要部分や部位も、単一のアルミニウム合金押出中空形材から構成し、面板や板状リブとともに予め一体に熱間押出している。しかし、他の車体部材との取り付け方によっては、必要に応じて、これら他の車体部材との接合用などの必要部分や部位を別途作製しておき、ニーブラケット1(アルミニウム合金押出中空形材)に対して、後から接合しても良い。
Here, the meaning of “at least” used for the configuration of the
フランジ9、9は面板2、3の車体前方側の各端部2b、3bから前方に(図1の左側に)張り出された、車体であるインパネ補強材20との接合用のフランジである。このフランジ9、9は、ニーブラケット1を固定する車体部材や車体部材の形状、位置、あるいは接合手段の選択や設計に応じて、その形状や構造を含めて、ニーブラケット1に選択的に設けられる。
The
(ニーブラケットの支持点と荷重点)
図1の態様では、このフランジ9、9によって、インパネ補強材20の外周部を挟持する形で、ニーブラケット1が車体に固定され、前記一対の面板2、3の車体前方側の端部の支持点とされる。接合自体はボルト、リベットなどの機械的な接合手段によって接合する。
(Support point and load point of knee bracket)
In the embodiment of FIG. 1, the
また、端板8は面板2、3の車体後方側の各端部2c、3cに設けられた、図示しないニーパネルとの接合用の端板(車体上下方向に張り出したフランジ付き)である。この端板8が、乗員の膝に対して向き合うニーパネル30に固定され、前記一対の面板2、3の車体後方側の端部の荷重点とされる。
Further, the
なお、この端板8は、後述する固定するニーパネルの位置や形状、あるいは接合手段の選択や設計に応じて、その形状や構造を含めて、ニーブラケット1に選択的に設けられる。ニーパネルは通常樹脂製であり、アルミニウム合金製ニーブラケット1との接合に特別の配慮は不要である。この点、ニーブラケット1を鋼製部材と異材接合する場合には電食防止のための絶縁皮膜乃至塗膜を介在させることが必要となる。また、このような鋼製部材と異材接合する場合には、溶接のみによる接合は、接合強度の点で好ましくなく、機械的な接合のみか、機械的な接合も併用することが好ましい。一方、ニーブラケット1を同じアルミニウム合金製部材と接合する場合には特別の配慮は不要である。
The
(面板の厚み関係)
ここで、図1に示すように、面板2、3の内、下方の面板3の厚みが、上方の面板2の厚みよりも薄くなっている。これによって、面板3の中央部3aにおける屈曲点12の強度なり剛性なりを低下させ、前記屈曲構造体の折れ変形をより発生しやすくする。したがって、前記押し込み力による変形が前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中する効果や、前記折れ変形が支配的になる効果が発揮されやすくなる。
(Thickness of face plate)
Here, as shown in FIG. 1, the thickness of the
但し、この下方の面板3の厚みが上方の面板2の厚みよりも薄い差厚効果は、ニーブラケット自体が屈曲していることを前提とする。ニーブラケットの車体前後方向に亘る断面形状が直線的であれば、下方の面板3の厚みが上方の面板2の厚みよりも薄い差厚効果は、単に面板3やニーブラケット自体の強度を弱めるだけで、逆効果となる。
However, the difference thickness effect in which the thickness of the
ここで、下方の面板3の厚みが上方の面板2の厚みよりも薄い差厚効果を得るために厚みを薄くするのは、下方の面板3の車体前後方向に亙る全域であっても良いが、図1のように下方の面板3の中央部だけでも良い。即ち、図1はこのような場合を示し、下方の面板3の中央部3aにおける屈曲点12を挟む中央部領域のみ厚みを部分的に薄くし、ニーブラケットの支持点と荷重点に近い両端部分は上方の面板2の厚みと同じとしている。ただ、面板3全体の厚みや、面板3周辺部の面板3の厚みを部分的に、前記強度を弱めるだけの逆効果とならない範囲で、上方の面板2の厚みよりも薄くしても良い。
Here, in order to obtain the differential thickness effect in which the thickness of the
(受圧面の延在方向と押し込み力方向)
この図1の態様では、この車体上下方向に延在する端板8が、面板2、3の車体後方側の各端部2c、3cとともに、想定される乗員の膝の押し込み力(以下、想定されるを省略して、単に、乗員の膝の押し込み力あるいは押し込み力とも言う)に対する受圧面を構成する。この図1の場合、図1に矢印と点線14(乗員の膝の軌跡)とで示す押し込み力方向は図1の横方向である。しかし、この押し込み力方向の角度や方向は、ニーブラケット1の取り付け位置自体が、水平方向とは限らず、角度がついた斜めにもなるため、これに応じて種々異なる。
(Extension direction and pressure direction of pressure receiving surface)
In the embodiment of FIG. 1, the
ニーブラケット1の前記車体後方側の、端板8や面板2、3の車体後方側の各端部2c、3cで構成される受圧面の延在方向(車体の上下方向)は、図1に矢印と点線14(乗員の膝の軌跡)とで示す、想定される押し込み力方向に対してほぼ直角となっていることが好ましい。前記受圧面の延在方向と前記押し込み力方向とがほぼ直角であれば、前記押し込み力による変形が、前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中する効果、前記屈曲構造体での折れ変形が支配的になる効果が最大限に発揮される。
The extension direction (vertical direction of the vehicle body) of the pressure receiving surface constituted by the
しかし、この図1では、車体設計上、この押し込み力の方向に対する前記受圧面の延在方向はほぼ直角とできない場合を示している。車体設計上、想定される乗員の膝の押し込み力方向に対して、受圧面の延在方向が直角から大きく傾いている場合、乗員の膝の押し込み力方向が図のほぼ横方向であるので、図1に示すように、受圧面の延在方向は、図の縦(上下)方向から大きくずれて、車体後方側に(図の右側に)大きく傾いている。 However, FIG. 1 shows a case where the extending direction of the pressure receiving surface with respect to the direction of the pushing force cannot be substantially perpendicular to the direction of the pushing force in the vehicle body design. In the vehicle body design, when the extension direction of the pressure-receiving surface is greatly inclined from the right angle with respect to the expected occupant's knee pushing force direction, the occupant's knee pushing force direction is substantially lateral in the figure, As shown in FIG. 1, the extending direction of the pressure-receiving surface is greatly deviated from the vertical (vertical) direction in the figure and is greatly inclined toward the rear side of the vehicle body (to the right side in the figure).
このような場合には、前記本発明構成によって前記押し込み力による変形が前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中する効果が最大限に発揮されにくくなる。即ち、乗員の膝の押し込み力が作用した場合、受圧面が反時計回りに回転するように変形してしまう。この結果、前記本発明構成によって前記押し込み力による変形が前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中しなくなり、前記折れ変形が支配的にはならない可能性が生じる。このため、ニーブラケットの局所変形や不安定な変形を防止できず、前記安定した圧壊荷重特性が得にくくなる可能性が生じる。
In such a case, according to the configuration of the present invention, the effect of the deformation due to the pushing force concentrating on the bending points 11 and 12 or the virtual connecting
ただ、これに対しても、前記下方の面板3の厚みが、上方の面板2の厚みよりも薄くなっていることが効果を発揮する。即ち、下方の面板3の厚みが上方の面板2の厚みよりも薄いと、面板3の中央部3aにおける屈曲点12の強度なり剛性なりを低下させ、前記折れ変形をより発生しやすくする。したがって、図1に示すように、押し込み力の方向に対する前記受圧面の延在方向を直角とできない場合でも、前記押し込み力による変形が前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中する効果や、前記折れ変形が支配的になる効果が発揮されやすくなる。
However, also in this respect, it is effective that the thickness of the
(屈曲構造体)
図1の実施態様では、前記折れ変形をより支配的にするために、前記下方の面板3の厚みが上方の面板2の厚みよりも薄い差厚効果に加えて、好ましくは、ニーブラケット1の荷重点(端板8)と支持点(フランジ9、9)との間に、屈曲構造体を形成させている。この屈曲構造体は「矢羽根」などの形状に類似した断面形状で、V字形状あるいはU字形状の断面形状とも言える構造体である。そして、ニーパネルを介したニーブラケット1の受圧部分(荷重点:端板8)に乗員の膝が衝突した際に、この屈曲構造体を下方に向けて変形させて、ニーブラケット1の局所変形や不安定な変形を防止している。この結果、所定の圧壊荷重特性が得られ、乗員の膝衝突の衝撃を大きく緩和することができる。
(Bent structure)
In the embodiment of FIG. 1, in order to make the bending deformation more dominant, preferably, in addition to the differential thickness effect in which the thickness of the
このように、前記押し込み力によるニーブラケット1の前記車体前後方向に亙る断面部位の変形に対して、他の断面部位よりも、屈曲構造体の下方に向かう折れ変形が支配的になるようにする。これによって、前記乗員の膝の押し込み力方向と圧壊方向とに大きなずれがある場合や、衝突時の荷重の作用方向が前記乗員の膝の押し込み力の方向と違う場合にでも、ニーブラケットに要求される圧壊特性を達成することが可能となる。
In this way, the deformation of the
図1の態様では、ダッシュボックスなどの他の車体部品や部材との干渉を防止する目的で、面板2、3をV字形状あるいはU字形状に屈曲させている。そして、ニーブラケットに積極的に屈曲しやすい部分を設ける目的で設けた屈曲構造体もV字形状あるいはU字形状の断面形状をさせている。したがって、これらを合わせて、ニーブラケット1全体としても、車体前後方向に亙り、V字形状あるいはU字形状に、屈曲ないし湾曲した形状を有している。
In the embodiment of FIG. 1, the
図1の屈曲構造体の構成を以下に具体的に説明する。ニーブラケット1は、その一対の面板2、3が、互いにその中央部2a、3aにおいて、下方に向けて屈曲している。即ち、上方の面板2は屈曲点(最下点)11、面板3は屈曲点(最下点)12を有している。これら面板2、3の中央部2a、3aの屈曲部(あるいは中央部の屈曲部2a、3a)が、後述する仮想連結線13に対して車体前後方向で平行に隣り合う板状リブ5、6とともに屈曲構造体を形成している。すなわち、ニーブラケット1の車体前後方向中央部に、面板2,3中央部の屈曲部2a、3aと、平行に隣り合う板状リブ5、6とによって、前記屈曲点11、12を頂点とするV字形状あるいはU字形状の断面形状を有する屈曲構造体を形成している。
The configuration of the bent structure in FIG. 1 will be specifically described below. In the
この屈曲構造体での折れ変形が支配的になるように、この屈曲構造体に、最も圧壊しやすく荷重が小さくて弱い部位を設け、折れ変形が積極的に生じるように設計する。この屈曲構造体における、この最も圧壊しやすく荷重が小さくて弱い部位が、前記面板2、3同士の中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12であり、これら屈曲点11、12を結ぶ仮想連結線13に沿った部位の存在である。
In order for the bending deformation in the bending structure to be dominant, the bending structure is provided with a portion that is most likely to be crushed and has a small load and is weak so that the bending deformation is positively generated. In this bent structure, the most easily crushable portions where the load is small and weak are the bending points 11 and 12 of the bending at the
但し、この屈曲構造体を単純に弱くすれば良いというものではなく、車体衝突時の乗員の膝の押し込み力負荷に対して、この屈曲構造体の局所変形や割れ、あるいは不安定な変形の発生を防止して、下方に向かう折れ変形が積極的に生じるようにするためには、構造体としてのそれなりの強度や剛性が必要である。 However, this bending structure is not simply weakened. Local deformation, cracking, or unstable deformation of this bending structure occurs due to the urging force applied to the occupant's knee during a vehicle collision. In order to prevent the occurrence of the bending and positively generate the downward bending deformation, a certain strength and rigidity as a structure is required.
このために、前記板状リブのうち、前記仮想連結線13を挟んで相隣り合う板状リブ5、6同士を、この仮想連結線13に対して互いに平行に設ける。したがって、この図1では、板状リブ5、6同士は、その向きがほぼ垂直に(車体上下方向に)に設けられている。そして、これら板状リブ5,6と、面板中央部の屈曲部2a、3aとで、ニーブラケット1の荷重点(端板8)と支持点(フランジ9、9)との間に、V字形状あるいはU字形状の断面形状を有する、前記「矢羽根」に類似した断面形状の構造体として形成している。
For this purpose, among the plate-like ribs, the plate-
なお、前記仮想連結線13に対して車体前後方向で隣り合う板状リブ5、6同士は、この仮想連結線13に対して互いに平行でさえあれば、板状リブ5、6同士の車体上下方向の向きは必ずしも図1のように垂直でなくとも良い。即ち、板状リブ5、6同士が平行に、かつ車体上下方向に互いに傾斜して設けられても良い。
The plate-
これに対して、板状リブ5、6同士が、仮想連結線13に対して互いに平行ではなく、互いに近づくあるいは離れるように、車体上下方向に比較的大きく傾斜して設けられたような場合には、前記押し込み力による変形が、面板2、3同士の中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中しなくなる。
On the other hand, when the plate-
(ニーブラケットの取り付け方)
更に、本発明は、前記折れ変形が支配的になるように、以上の構成の他に、前記ニーブラケットの配置の仕方あるいは取り付け方として、前記仮想連結線が、車体衝突時の前記ニーパネルへの乗員の膝の想定押し込み力方向に対して直角となるように車体前後方向に配置するようにする。
(How to install the knee bracket)
Further, in the present invention, in addition to the above-described configuration, the virtual connection line is connected to the knee panel at the time of a vehicle body collision in addition to the above-described configuration, as a method of mounting or mounting the knee bracket. It is arranged in the longitudinal direction of the vehicle body so as to be perpendicular to the assumed pushing force direction of the occupant's knee.
すなわち、図1において、ニーブラケット1の前記仮想連結線13が、図1に矢印と点線14とで示す、車体衝突時の乗員の膝の想定押し込み力方向に対して、直角となるように車体前後方向に配置されているようにする。図1では、前記押し込み力方向がほぼ水平であるので、前記仮想連結線13も、これに対して直角方向のほぼ垂直方向となる。なお、押し込み力方向が水平から傾いた場合でも、前記仮想連結線13方向は、この押し込み力方向に対してほぼ直角とする。
That is, in FIG. 1, the imaginary connecting
このように構成することで、ニーブラケット1の最も弱い部位を積極的に折れ変形させることができる。言い換えると、前記押し込み力によるニーブラケット1の前記車体前後方向に亙る断面部位の変形に対して、前記面板2、3同士の中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12や仮想連結線13に沿った部位での折れ変形を支配的にできる。
With this configuration, the weakest part of the
図1の場合、矢印と点線14とで示す押し込み力方向は略水平であり、この押し込み力の方向に対する、図示しないニーパネルの乗員の膝の受圧面と端板8とが平行だとすると、受圧面の延在方向はほぼ直角(垂直)となっている。ここで、押し込み力方向は、車体設計上、略水平の場合のみには限らず、水平方向から傾いている場合も当然ある。しかし、押し込み力の方向がいずれの場合でも、押し込み力の方向に対して、前記受圧面の延在方向がほぼ直角となっている場合に、前記本発明構成によって前記押し込み力による変形が、前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中する効果、言い換えると前記屈曲構造体の下方への折れ変形が生じる効果が、最大限に発揮される。
In the case of FIG. 1, the pushing force direction indicated by the arrow and the dotted
(ニーブラケットの変形機構)
図2は、図1のニーブラケット1が前記車体衝突時の乗員の膝の押し込み力によって変形した状態を示し、点線が元の図1の初期形状のニーブラケット1を、実線が変形後のニーブラケット1を各々示す。この図2は、後述する図9、11のニーブラケット1の変形解析結果を集約して記載したものでもある。
(Knee bracket deformation mechanism)
FIG. 2 shows a state in which the
この図2から分かる通り、前記した本発明構成によって、前記押し込み力による変形が、前記面板2、3同士の中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中していることが分かる。そして、板状リブ5,6と、面板中央部の屈曲部2a、3aとで構成する前記「矢羽根」形状の構造体部分が、局所変形や割れ、あるいは不安定な変形を生ずることなく、構造体全体としての形状を保ちつつ、下方に折れ変形していることが分かる。
As can be seen from FIG. 2, according to the above-described configuration of the present invention, the deformation due to the pushing force is concentrated on the bending points 11 and 12 or the virtual connecting
このため、ニーブラケット1が、前記車体部材との干渉防止のために、車体前後方向に亙って比較的大きく屈曲し、前記押し込み力方向と圧壊方向とに大きなずれが生じていても、面板中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13(前記屈曲構造体)以外の部位では、局所変形や不安定な変形が生じにくくなる。この結果、ニーブラケット1が前記車体部品や部材との干渉防止のために、車体前後方向に亙って比較的大きく屈曲していても、乗員の膝衝突の際の必要エネルギー吸収量を確保することと、ダメージを与えない荷重しか乗員の膝に負荷しないこととの両立が可能である。
For this reason, even if the
(ニーブラケットの全体形状)
図1の場合、前記した通り、ニーブラケット1は、車体前後方向の全体形状として、V字形状あるいはU字形状に、屈曲ないし湾曲した形状を有している。これは、前記したように、屈曲構造体のV字形状あるいはU字形状の断面形状と、屈曲構造体の車体前後方向の周囲部分を含めた面板2、3全体のV字形状あるいはU字形状の断面形状の、形状(角度、大きさなど)が一致しているからである。
(Overall shape of knee bracket)
In the case of FIG. 1, as described above, the
ただ、これらの形状は、図1のように必ずしも互いに一致させる必要はなく、面板2、3全体のV字形状あるいはU字形状の断面形状と、屈曲構造体のV字形状あるいはU字形状の断面形状との、角度や大きさなどを変えても勿論良い。例えば、屈曲させる部分を中央の屈曲構造体のみとし、この屈曲構造体の車体前後方向の周囲部分の面板2、3を、この屈曲構造体と同じ角度に屈曲させない、例えばフラットな形状(図1における周囲部分の面板2、3を横方向乃至水平方向に延在させる)としても良い。この場合、ニーブラケット1は、中央の屈曲構造体を除き、全体として(車体前後方向に亙る断面形状として)は、屈曲せずに、直線的となる。なお、前記したV字形状あるいはU字形状の意味は、厳密な意味でのV字あるいはU字の形状ではなく、V字あるいはU字に近似し、V字あるいはU字と言える形状をも含みうるものである。
However, these shapes do not necessarily coincide with each other as shown in FIG. 1, and the V-shaped or U-shaped cross-sectional shape of the
仮に、従来のように、ニーブラケット1の全体形状が単に直線的であった場合や多少の湾曲があった場合には、ニーブラケット1の車体前後方向の配置角度を変えて、水平ではなく車体上下方向に角度を付けて傾斜させたとしても、ダッシュボックスなどの他の車体部品や部材との干渉は防止できにくい。これに対して、本発明では、ニーブラケット1の中央部に屈曲部を設けているので、この中央部の屈曲部を除き、ニーブラケット全体形状が例え前記した直線的であったとしても、この屈曲部において他の車体部品や部材との干渉の回避が容易である。ただ、この屈曲部やニーブラケット1全体の屈曲度は、他の車体部品や部材との干渉を防止して、迂回できるよう、図1などの実施態様のように、比較的大きく屈曲させることが好ましい。
If the entire shape of the
より具体的に、前記面板2、3中央部の各屈曲部2a、3aは、車体に配置されたダッシュボックスなどとの干渉防止が可能な、下方への屈曲度を有することが好ましい。もちろん、この屈曲度は、板状リブ5、6と、面板中央部の屈曲部2a、3aとで構成する、前記屈曲構造体などの下方への折れ変形を保障するものでなければならない。ただ、乗用車の車種毎の車体設計(ダッシュボックスなどの形状や大きさ)によって異なるものの、前記屈曲構造体の下方への折れ変形を保障した上で、干渉防止が可能な屈曲度を定量化すると、この屈曲度は、ニーブラケット1の車体前後方向に亙る断面の長さLが120〜200mm程度の場合には、直線に対する屈曲角度が80〜120度程度である。
More specifically, the
(板状リブの態様)
図1では、屈曲構造体を構成する板状リブ5、6以外にも、仮想連結線13を挟んで、前記板状リブ4や7が車体前後側に各々設けられている。すなわち、この図1では、仮想連結線13を挟んで、板状リブ4、5の2本が車体前方側に、板状リブ6、7の2本が車体後方側に設けられている。
(Aspect of plate-like rib)
In FIG. 1, in addition to the plate-
板状リブ4や7も、前記屈曲構造体を構成する板状リブ5、6と同様に、面板2、3の変形強度を向上させるための補強用のリブである。但し、板状リブ4や7などの、板状リブ5、6以外の板状リブは、前記屈曲構造体を構成しないゆえに、その位置や向きや本数などの設け方は、板状リブ5、6よりも自由に設けることができる。言い換えると、これらの前記屈曲構造体を構成しない板状リブは、面板2、3間に配置されるとともに、これらの面板2、3に両端部が各々接合され、概ね車体上下方向に延在してさえいれば、必要な補強に応じて、その位置や向きや本数などの設け方は自由に選択される。因みに、これら前記屈曲構造体を構成しない板状リブの本数は、変形強度を向上させることが可能な複数本とし、車体前方向か後方向かの片側1〜3本ずつ、合計で2〜6本の複数本設けることが好ましい。
The plate-
板状リブは必ずしも車体前後側に各々同数ずつ設けられる必要はない。しかし、前記同数ずつにしないと、面板2、3同士の中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12や仮想連結線13に沿った部位での折れ変形をより確実に支配的にすることや、このための設計条件が難しくなる可能性がある。このため、図1でも、車体前側に板状リブ4、5の2本、車体後側に板状リブ6、7の2本の、同数ずつ設けられている。
It is not always necessary to provide the same number of plate-like ribs on the front and rear sides of the vehicle body. However, if the same number is not used, the bending deformation at the bending points 11 and 12 of the
更に、これら車体前後側の互いの板状リブ同士の間隔や設置角度、面板2、3交点などの配置を、仮想連結線13を中心にして、車体前後方向に面対称に設けられていることが好ましい。図1でも車体前側の板状リブ4、5の2本と、車体後側の板状リブ6、7の2本とが、仮想連結線13を中心にして、車体前後方向に面対称に設けられている。これらによって、板状リブによる面板2、3の変形強度向上効果を更に上げ、面板2、3同士の中央部2a、3aにおける屈曲の各屈曲点11、12や仮想連結線13に沿った部位での折れ変形をより確実に支配的にできる。
Furthermore, the distance between the plate-shaped ribs on the front and rear sides of the vehicle body, the installation angle, the arrangement of the
なお、車体前後側の互いの板状リブ同士の設け方を、必ずしも、前記車体前後方向に面対称にせずとも、車体前後側で変えても良い。例えば、前記仮想連結線13に対して車体前後方向で隣り合う板状リブ5、6同士は互いに平行とし、かつ、車体前側の板状リブ4や車体前後側の板状リブ6、7の位置は同じとしつつ、車体前側の板状リブ5を仮想連結線13により近接させても良い。また、これら車体前後側の互いの板状リブ同士の間隔についても、前記屈曲構造体の機能を阻害しない範囲で、面板補強の観点から基本的には自由に設計できる。
It should be noted that the manner of providing the plate-like ribs on the front and rear sides of the vehicle body may be changed on the front and rear sides of the vehicle body without necessarily making the plane symmetrical in the vehicle body front and rear direction. For example, the plate-
この点、図1、2では、この面板補強の観点から、設けられた各板状リブと上方の面板2との各交点間の距離d(間隔)が、下方の面板3との各交点間の距離dに比して短い。また、車体前側では、板状リブ4と5の上方の面板2との各交点間の距離d1(間隔)が、下方の面板3との各交点間の距離d2に比して短い。車体後側では、板状リブ6と7の上方の面板2との各交点間の距離d3(間隔)が、下方の面板3との各交点間の距離d4に比して短い。因みに、図1、2では、板状リブ4と5の上方の面板2との交点、板状リブ6と7の上方の面板2との交点は隣接しており、d1、d3は殆ど0であり、板状リブ4と5、板状リブ6と7は逆V字状の形状(断面形状)を形成している。
In this respect, in FIGS. 1 and 2, from the viewpoint of reinforcing the face plate, distances d (intervals) between the provided ribs and the
なお、このように、各板状リブと上方の面板2との各交点間の距離(間隔)が、下方の面板3との各交点間の距離dに比して短い方が、前記屈曲構造体の折れ変形をより確実に支配的にできる利点もある。このような構成例として、図1、2の場合では、車体前側の板状リブ4と5や、車体後側の板状リブ6と7との、上方の面板2との各交点を同じ位置として、交点間の距離を無くして、下方の面板3との各交点間の距離に比して短かくしている。したがって、この図1、2の場合には、車体前側の板状リブ4と5や、車体後側の板状リブ6と7は、前記した仮想連結線13に対して車体前後方向で隣り合う板状リブ5、6同士を、この仮想連結線13に対して互いに平行としたことにもより、逆V字状の形状をなしている。
As described above, the bending structure is such that the distance (interval) between each plate-like rib and the
(ニーブラケット取り付け態様)
次に、ニーブラケットを自動車車室内へ取り付けた本発明の態様を説明する。図3はこの態様を示す斜視図である。図4は図3のニーブラケットの存在部分(図3の左側のニーブラケット)における車体前後方向に亙る断面図である。図3では、ニーブラケット1が、自動車車室内の前座席である運転者席(車室内の右側)側の前方、あるいは運転者席に座る乗員50の脚部51の前方、に配置されている態様を示している。なお、車体幅方向の反対側にある助手席側(車室内の左側)でも、ニーブラケット1の態様は基本的に同じである。
(Knee bracket mounting mode)
Next, the aspect of the present invention in which the knee bracket is attached to the interior of the automobile will be described. FIG. 3 is a perspective view showing this aspect. 4 is a cross-sectional view of the existing portion of the knee bracket of FIG. 3 (the knee bracket on the left side of FIG. 3) in the vehicle longitudinal direction. In FIG. 3, the
ここで、図3、4のニーブラケット1は、前記図1と同様に、面板2、3の内、下方の面板3の厚みが、上方の面板2の厚みよりも薄くなっている。これによって、面板3の中央部3aにおける屈曲点12の強度なり剛性なりを低下させ、前記屈曲構造体の折れ変形をより発生しやすくしている。したがって、前記した通り、前記押し込み力による変形が前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中する効果や、前記折れ変形が支配的になる効果が発揮されやすくなっている。
Here, in the
ニーブラケット1は、矢印で示す車体幅方向に互いに間隔を開けて2本設けられ、前記した自動車車室内の前座席前方であって、車体前後方向に延在して配置されている。このニーブラケット1の本数は、通常は図3のように2本であるが、この本数自体は、必要本数さえあれば、特に限定されない。ニーブラケット1は、前記した通り、素材である単一のアルミニウム合金押出中空形材の矢印で示す押出方向が、車体幅方向となる、あるいは車体幅方向に平行となるように、その長手方向が、これとは直角の方角となるように、前記自動車車室内に配置されている。
Two
前記一対の面板2、3の車体後方側の各端部2c、3cは、端板8を介して、乗員の膝に対して向き合うニーパネル30に、ボルトやリベットなどの機械的な接合手段66によって固定される。なお、図3、4におけるニーパネルとの接合用の端板8は、一対の面板2、3の車体後方側の各端部2c、3cに設けられている点は、前記図1、2と同じであるが、前記図1、2の端板8のような、車体上下方向に張り出したフランジは付いていない。この端板8や、そのフランジなどの形状は、固定するニーパネルの位置や形状、あるいは接合手段の選択や設計に応じて、その形状や構造を含めて、適宜選択される。
The
一方、前記一対の面板2、3の車体前方側の各端部2b、3bは、接合用のフランジ9、9を介して、ボルト、リベットなどの機械的な接合手段61、62、63(図示せず、61の下方側)、64(62の下方側)によって、車体であるインパネ補強材20へ固定される。
On the other hand, the
ここで、9、9は、前記図1、2と同じく、面板2、3の車体前方側の各端部2b、3bから前方に(図1の左側に)、車体の上下方向に間隔を開けて、平行に張り出された、車体であるインパネ補強材20との接合用のフランジである。このフランジ9、9形状も、ニーブラケット1を固定する車体部材や車体部材の形状、位置、あるいは接合手段の選択や設計に応じて、その形状や構造を含めて、適宜選択される。図3、4の態様でも、前記図1、2と同じく、このフランジ9、9によって、インパネ補強材20の外周部を挟持する形で、ニーブラケット1を車体に固定し、ボルト、リベットなどの機械的な接合手段61〜64によって接合する。
Here, 9, 9 is spaced from the
図3、4において、ニーブラケット1は、図1、2と同様に、その一対の面板2、3が、互いにその中央部2a、3aにおいて、下方に向けて屈曲している。即ち、上方の面板2は屈曲点(最下点)11、面板3は屈曲点(最下点)12を有し、ニーブラケット1の車体前後方向に亙る断面の全体形状は、前記屈曲点11、12を頂点とするV字形状あるいはU字形状を有する。このV字形状あるいはU字形状の屈曲は、車室内前方に設けられたダッシュボックス40などの、他の車体部品や部材との干渉を防止するのに十分な大きさ(屈曲度)を有する。
3 and 4, the
これに対して、ニーブラケット1が直線的であった場合や多少湾曲させていた場合には、また、ニーブラケット1の車体前後方向の配置角度を変えて、水平ではなく、車体上下方向に角度を付けて傾斜させたとしても、ダッシュボックスなどの他の車体部品や部材との干渉は防止できない。言い換えると、ニーブラケット1は、直線的ではなく、他の車体部品や部材と干渉する箇所を迂回すべく、比較的大きく屈曲させ、変形させる必要がある。即ち、車体に配置されたダッシュボックスなどの他の車体部品との干渉防止が可能な屈曲度に、ニーブラケットを、干渉する箇所においてV字あるいはU字形状に屈曲させる必要がある。
On the other hand, when the
このように屈曲していることを前提として、ニーブラケット1は、図1、2と同様に、前記した仮想連結線13が、車体衝突時の前記ニーパネル30への、矢印で示す乗員50の膝51の想定押し込み力方向に対して、直角となるように車体前後方向に配置されている。
Assuming that the
(中空形材の設計)
図1などのニーブラケット1の車体前後方向に亙る断面(アルミニウム合金中空押出形材の押出断面)の設計は、車体の設計条件と、本発明の効果発揮(前記押し込み力が負荷された際に、面板2、3の中央部2a、3a:仮想連結線13に沿った部位で、最も圧壊しやすく、折れ変形が生じるようにする)のための設計条件とから定まる。ニーブラケット1の車体前後方向に亙る断面(アルミニウム合金中空押出形材の押出断面)の設計は、車体前後方向に亙るニーブラケット1(断面)の長さ、車体上下方向に亙るニーブラケット1(断面)の高さ、車体幅方向に亙るニーブラケット1の幅、面板や板状リブの板厚、長さ、配置位置などである。
(Hollow profile design)
The design of the cross section of the
ここで、最適なあるいは実用的なニーブラケット1(断面)の長さL、前記ニーブラケット1(断面)の高さH、前記車体幅方向に亙るニーブラケット1の幅Wの各比は、Lが100〜200mm程度とすると、L/Hが1.8〜3.5、L/Wが60〜80程度である。LやLの比が、これら下限値を越えて大きくなりすぎると、ニーブラケット1のストロークが長くなり過ぎ、エネルギー吸収部である長手方向 (車体前後方向) に亙る断面の圧壊強度が低下し、前記押し込み力(衝突エネルギー)に対し、前記塑性変形することができずに、長手方向に折れ曲がりや破損が生じ易くなる。このため、膝部との小さい衝突荷重(前記押し込み力)では塑性変形できなくなり、前記ストロークの間で衝突エネルギー(前記押し込み力)吸収量を確保することができなくなる可能性がある。
Here, each ratio of the length L of the optimum or practical knee bracket 1 (cross section), the height H of the knee bracket 1 (cross section), and the width W of the
ニーブラケット1の面板や板状リブ、端板、接合用のフランジなどの肉厚(壁厚乃至板厚)は、軽量化のためのアルミニウム合金採用の利点を活かすためには、5mm以下の比較的薄いことが好ましい。本発明では、肉厚が5mm以下の薄いものでも、乗員の膝衝突時の衝撃吸収効果を高めることが可能であり、車体の重量増加を最小限に抑える意味からも、肉厚が5mmを越える必要は無い。これによって定まる上方の面板の厚みに応じて、下方の面板の厚みを薄く、その薄くする領域とともに設計する。また、面板と板状リブ、端板、接合用のフランジなどの厚み(肉厚)を全て同じとする必要はなく、本発明の効果発揮と軽量化を図る観点から適宜変えて良い。
The wall thickness (wall thickness or plate thickness) of the face plate, plate-like rib, end plate, and joining flange of the
このようなニーブラケット1の薄肉、軽量化のためには、使用するアルミニウム合金は、通常は高強度なほど良い。しかし、本発明では、局所変形や不安定な変形が生じにくく、前記面板の中央部における屈曲構造体の折れ変形を保障するためには、0.2%耐力が150〜220MPaの範囲の中強度で、伸びが高い材料である方が好ましい。加工硬化の度合い(n値)が小さいと、逆に、負荷される荷重(ひずみ)が1点に集中しやすく、局所変形(割れや折れを含め)あるいは不安定な変形が生じやすくなる。これに対して、加工硬化の度合い(n値)が大きいと、前記屈曲構造体の曲げ変形となる屈曲部2a、3a部位の塑性領域が広がりやすく、前記負荷される荷重が分散され、局所変形あるいは不安定な変形が生じにくくなる。
In order to reduce the thickness and weight of the
これらの要求特性を満足するアルミニウム合金材としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS規格に規定された5000系、6000系、7000系等の汎用 (規格) アルミニウム合金を熱間押出にて製造した押出中空形材を、要求性能に見合った調質乃至熱処理を施したものが好適かつ選択的に用いられる。ただ、これらのアルミニウム合金調質材のうちでも、前記中強度で伸びが高い材料として、特に、6063などの6000系アルミニウム合金のT7などの過時効材が好ましい。 As an aluminum alloy material satisfying these required characteristics, general-purpose (standard) aluminum alloys such as 5000 series, 6000 series, and 7000 series defined in AA to JIS standards are generally used for this kind of structural member application. An extruded hollow member produced by hot extrusion is suitably and selectively used after tempering or heat treatment corresponding to the required performance. However, among these tempered materials of aluminum alloy, an overaged material such as T7 of 6000 series aluminum alloy such as 6063 is particularly preferable as the material having the medium strength and high elongation.
以上説明した種々のニーブラケットの形状につき、前記押し込み力による変形を解析した結果を、実施例として以下に示す。 The results of analyzing the deformation caused by the pushing force with respect to the shapes of the various knee brackets described above are shown below as examples.
図5、6は前記図1の下方の面板3の厚みが上方の面板2の厚みよりも薄い差厚面板の、発明例ニーブラケットの解析結果である。図5はニーブラケットの変形の経時変化を示す車体前後方向に亙る断面図(側面図)、図6は図5の各解析結果の荷重変位曲線を示す説明図である。
5 and 6 show analysis results of the invention example knee bracket of the differential thickness face plate in which the thickness of the
一方、図7、8は、上下の面板2、3の厚みが同じ場合の、比較例ニーブラケットの解析結果である。図7はニーブラケットの変形の経時変化を示す車体前後方向に亙る断面図(側面図)、図8は図7の各解析結果の荷重変位曲線を示す説明図である。
On the other hand, FIGS. 7 and 8 show analysis results of the comparative example knee bracket in the case where the upper and
前記図5、7の各図は、前記図6、8の各図の荷重変位曲線における各変位(量)毎の、荷重変形状態の経時変化を各々示す。これら図5、7の各図の左側から順に、押込み前(押込み量0mm)、押込み(量)=変位(量)10mm、押込み(量)20mm、押込み(量)30mm毎の荷重変形状態の経時変化を示す。
Each of FIGS. 5 and 7 shows a change over time in the load deformation state for each displacement (amount) in the load displacement curve of each of FIGS. 5 and 7 in order from the left side of each figure in FIG. 5 and FIG. 7 before the push (push
解析は、ニーブラケットに対する車体後方側(乗員側:図の右側)からの膝衝突による前記押し込み力の荷重負荷を想定した時の、変形の経時変化と荷重−変位関係を各々静的圧壊解析にて求めた。解析ソフトは汎用の有限要素ソルバーABAQUSを用いた。素材中空押出形材は、共通して、6000系の6063アルミニウム合金押出中空形材のT7調質材として、0.2%耐力は170MPaとした。 The analysis is based on a static crush analysis of the deformation over time and the load-displacement relationship when assuming the load load of the pushing force due to the knee collision from the rear side of the vehicle body (occupant side: right side of the figure) to the knee bracket. Asked. As the analysis software, a general-purpose finite element solver ABAQUS was used. The material hollow extruded shape was commonly used as a T7 tempered material of 6000 series 6063 aluminum alloy extruded hollow shape, and the 0.2% proof stress was 170 MPa.
図5の発明例ニーブラケットの面板2、3の内、上方の面板2の厚みを4.8mmとし、下方の面板3の厚みを3.6mmとして、上方の面板2の厚みよりも薄くした。板状リブの肉厚は共通して同じ4.0mmとした。一方、図7の比較例ニーブラケットの面板2、3、板状リブの肉厚は、共通して同じ4.0mmとした。ニーブラケットの外寸形状は、共通して、前記長さL:120mm、前記高さH:60mm、前記幅Wは30mmとし、L/Hが2.0、L/Wが40程度となるようにし、屈曲度は直線に対する屈曲角度が120度とした。
The thickness of the
図5、7の発明例、比較例とも、4本の板状リブ4、5および6、7の面板2、3との各交点間の距離d1、d3は0mm、d2、d4は20mmとした。これら板状リブの内、仮想連結線13に対して車体前後方向で隣り合う板状リブ5、6同士は、この仮想連結線13に対して互いに平行に、かつその向きがほぼ垂直に(車体上下方向に)に設けた。また、これら車体前後側の互いの板状リブ同士の間隔や設置角度、面板2、3交点などの配置を、仮想連結線13を中心にして、車体前後方向に面対称に設けた。
The distances d1 and d3 between the intersection points of the four plate-
そして、図5、7では、前記した通り、想定される乗員の膝の押し込み力方向に対して、受圧面の延在方向が、直角方向ではなく、直角方向から大きくずれて、車体後方側に(図の右側に)大きく傾いている。 5 and 7, as described above, the extending direction of the pressure-receiving surface is not greatly perpendicular to the assumed direction of the occupant's knee pushing force, but greatly deviates from the right-angle direction, and the rear side of the vehicle body It is greatly inclined (to the right side of the figure).
図6から分かる通り、図5の発明例ニーブラケットは、荷重変位における最大荷重を低くすることができ、乗員の膝衝突に見合った小さな衝突荷重で、エネルギー吸収に必要な断面方向 (幅方向) の塑性変形を生じることができる。また、塑性変形による変位が進んでも、局所的な変形や部分的な破断などが起こらず、荷重低下量が極めて少なく、ニーブラケットのストロークに渡って、継続的にエネルギー吸収が行われ、乗員の膝衝突に必要なエネルギー吸収量を確保できることが分かる。 As can be seen from FIG. 6, the knee bracket of the invention example of FIG. 5 can reduce the maximum load in load displacement, and has a small collision load commensurate with the occupant's knee collision, and the cross-sectional direction (width direction) necessary for energy absorption Can cause plastic deformation. In addition, even if displacement due to plastic deformation progresses, local deformation or partial breakage does not occur, the amount of load decrease is extremely small, energy is continuously absorbed over the stroke of the knee bracket, and the occupant's It can be seen that the amount of energy absorption necessary for the knee collision can be secured.
これに対し、図8の比較例ニーブラケットは、乗員の膝の押し込み力が作用した場合、薄い実線で示す元の形状からの変形後の形状を実線で示す通り、受圧面が反時計回りに回転するように変形してしまう。この結果、前記押し込み力による変形が前記面板2、3同士の各屈曲点11、12あるいは仮想連結線13に集中しなくなり、折れ変形が生じず、荷重低下量が大きく、前記した安定した圧壊荷重特性が得にくい。
On the other hand, in the comparative example knee bracket of FIG. 8, when the occupant's knee pushing force is applied, the pressure-receiving surface is counterclockwise as shown by the solid line after the deformation from the original shape indicated by the thin solid line. It will be deformed to rotate. As a result, the deformation due to the pushing force does not concentrate on the bending points 11 and 12 or the virtual connecting
これらの結果から、本発明ニーブラケットの各要件の意義、特に前記屈曲構造体を設ける効果が裏付けられる。 These results support the significance of each requirement of the knee bracket of the present invention, particularly the effect of providing the bent structure.
本発明によれば、ニーブラケットを、比較的大きく屈曲させた場合でも、要求される前記圧壊特性を発揮しうるアルミニウム合金製ニーブラケットを提供することができる。このため、ニーブラケットにおいて、乗員の膝衝突の際に必要なエネルギー吸収量を確保することと、ダメージを与えない荷重しか乗員の膝に負荷しないこととの両立が図れる。また、ニーブラケットへのアルミニウム合金材の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when a knee bracket is bent comparatively largely, the knee bracket made from an aluminum alloy which can exhibit the required crushing characteristic can be provided. For this reason, in the knee bracket, it is possible to achieve both of ensuring the amount of energy absorption necessary for the passenger's knee collision and applying only a load that does not cause damage to the passenger's knee. Moreover, the use of the aluminum alloy material for the knee bracket is greatly expanded, and the industrial value is great.
1:ニーブラケット、2、3:面板、4、5、6、7:板状リブ、8、10:端板、9:フランジ、11、12:屈曲点、13:仮想連結線、14:押し込み方向、20:インパネ補強材乗員、30:ニーパネル、40:ダッシュボックス、50:乗員、51:膝、60〜:機械的接合手段、 1: knee bracket, 2, 3: face plate, 4, 5, 6, 7: plate rib, 8, 10: end plate, 9: flange, 11, 12: bending point, 13: virtual connecting line, 14: push-in Direction, 20: instrument panel occupant, 30: knee panel, 40: dash box, 50: occupant, 51: knee, 60-: mechanical joining means,
Claims (5)
a.このニーブラケットは、単一のアルミニウム合金押出中空形材からなり、この押出形材の押出方向が車体幅方向となるように配置されている。
b.この単一のアルミニウム合金押出中空形材は、一対の面板とこれらの面板間をつなぐ複数本の板状リブとから少なくとも構成されている。
c.前記一対の面板の車体後方側の端部は、乗員の膝に対して向き合うニーパネルに固定されて荷重点とされる一方で、前記一対の面板の車体前方側の端部は車体へ固定されて支持点とされる。
d.前記面板は各々下方に向けて屈曲するV字形状あるいはU字形状の断面形状を有する。
e.前記面板のうち、下方側の面板の厚みが、上方側の面板の厚みよりも薄くなっている。
f.前記ニーパネルに前記乗員の膝が衝突した際に、前記ニーブラケットが前記d、eの構成によって下方に向けて変形する。 A knee bracket, which is disposed in front of a front seat in an automobile compartment and has the following requirements a to f .
a. The knee bracket is made of a single aluminum alloy extruded hollow member, and is arranged such that the extrusion direction of the extruded member is the vehicle body width direction.
b. This single aluminum alloy extruded hollow member is composed of at least a pair of face plates and a plurality of plate-like ribs connecting the face plates.
c. The ends of the pair of face plates on the rear side of the vehicle body are fixed to a knee panel facing the occupant's knees as load points, while the ends of the pair of face plates on the vehicle body front side are fixed to the vehicle body. It is a supporting point.
d. Each of the face plates has a V-shaped or U-shaped cross-sectional shape that is bent downward.
e. Of the face plates, the lower face plate is thinner than the upper face plate.
f. When the occupant's knee collides with the knee panel, the knee bracket is deformed downward by the configuration of d and e.
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