JP6288469B2 - 自動車用開閉部品のパネル反転予測方法およびその方法を用いてパネル反転対策された自動車用開閉部品 - Google Patents

Description

本発明は、ドアやトランクリッド、エンジンフード等の自動車用開閉部品の閉止時のアウターパネルの反転の発生を予測するパネル反転予測方法およびその方法を用いてパネル反転対策された自動車用開閉部品に関するものである。

ドアやトランクリッド、エンジンフード等の自動車用開閉部品の閉まり音、特にドアの閉まり音は、これまでは特に高級車において重視され、キャビンの内圧制御やドアシールの構造などで対策が検討されてきた。しかしながら近年は、普及価格帯の小型車でも質感向上の要求が高くなってきている。

小型車は、高級車と比較し燃費が重視されるため、要求される車体軽量化のレベルが高く、そのためドアアウターパネルの板厚が高級車よりも薄い傾向にある。それゆえ相対的にドア自体の重量が軽く、ドアが重いほど有利であるドア閉まり音の重厚さの観点では不利であり、対策は困難であると考えられている。

一方、アウターパネルが薄くなると、閉まった時のアウターパネルの振動が大きくなり、その振動および反転音が質感を低下させる。小型車は一層の燃費向上が要求されており、ドアアウターパネルのさらなる板厚低減の要求が高いことから、アウターパネルの振動、反転による閉まり音の質感低下への対策が必要になっている。

ドア閉まり時のアウターパネルの振動対策方法として特許文献１には、アウターパネルとドアビームの間にシール材を設けてアウターパネルの振動を吸収する方法が開示されており、さらに特許文献２には、ドアインナーパネルに取り付ける樹脂補強部に放射状のパターンを配することで、ドア閉まり時の音の重厚さを感じるとされる低周波音を増大させるドアモジュールでの対策方法が開示されている。

特許第４５７５９０１号公報 特開第４６５０６６８号公報

しかしながら上記特許文献には、これらの構造によってどの程度の閉まり音向上効果があったかについての記述が無く、ＦＥＭ（有限要素法）解析を通じて効果を予測して検討したか否かも不明である。

また、ドアの開閉耐久試験のＦＥＭ解析によりドアの振動を予測することは可能であるが、解析モデルがない場合は車１台分のフルモデルでのＦＥＭ解析となって、解析モデルの作成および結果の解析に多くの時間がかかり、対策の検討をする際にも、多くのケースについて効果を検証することは困難であるため、その対象を絞らざるを得ず、適切な対策構造を見出せない可能性がある。

これに関し、本発明者は、実際のドア閉め時のアウターパネルの振動・反転挙動を高速度カメラにより観察した結果、ドア閉め時のアウターパネルの振動・反転挙動はドア内圧要因よりも、キャビン内側に向かって運動していたドアがラッチで停止した際に働くアウターパネルへの慣性力が起因となって生じるということを見出した。そして、キャビンを試作することなくドア単体で評価を行っても実車実験と同様の状態を再現し得ると考えた。

これにより本発明者は、ＦＥＭ解析においても同様に、ドア単体でもドア閉め時の状態を模擬的に生じさせることが可能であり、特に、ドアが閉まった瞬間にアウターパネルにかかる慣性力を考慮することが有効と考えられるという点に想到した。

それゆえ本発明は、上述の本発明者の知見に鑑みて、前記従来技術の課題を有利に解決した自動車用開閉部品のパネル反転予測方法およびその方法を用いてパネル反転対策された自動車用開閉部品を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法は、
ＦＥＭ（有限要素法）解析において、自動車用開閉部品のアウターパネルの解析用モデルに加速度を与えることで、前記自動車用開閉部品が閉まった瞬間の状態を模擬的に生じさせ、その模擬的に生じさせた自動車用開閉部品が閉まった瞬間の状態において、前記自動車用開閉部品のアウターパネルの、車体外側から見て凸状態から凹状態または凹状態から凸状態に曲率方向が変化する反転現象を生じる部位を検出することで、実際の自動車用開閉部品のアウターパネルの反転現象を生じる部位を予測することを特徴とするものである。

なお、本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法においては、好ましくは、前記自動車用開閉部品のアウターパネルに車体内方に向けて加速度を与える場合には車体外側から見て凸形状部が凹形状に反転するケースを想定し、前記自動車用開閉部品のアウターパネルに車体外方に向けて加速度を与える場合には車体外側から見て凹形状部が凸形状に反転するケースを想定して、それらのケースの一方または両方について検討することとする。

また、前記課題を解決する本発明の自動車用開閉部品は、本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によって予測されたアウターパネルの反転現象を生じる部位が補強されていることを特徴とするものである。

なお、本発明の自動車用開閉部品においては、好ましくは、本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によって予測されたアウターパネルの反転現象を生じる部位が補強されたアウターパネルの解析用モデルについて、さらに本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によってアウターパネルの耐反転発生性能を検証されていることを特徴とする。

本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によれば、自動車用開閉部品のアウターパネルのＦＥＭ（有限要素法）解析において、アウターパネルを形成する各要素に加速度を与えることより、自動車用開閉部品が閉まった瞬間の状態を模擬的に生じさせ、その際に、アウターパネルの元形状の曲率方向と正負反転する部位を検出することで、実際のアウターパネルの反転現象を生じる位置を予測することができ、これにより、適切な対策構造を見出すことができる。

加速度を与える方向はアウターパネルに慣性力がかかる方向であり、閉まった瞬間は車体内方、その次の瞬間は反発して反対の車体外方に慣性力がかかることから、車体内方に向けて加速度を与える時は、車体外側から見て凸形状部が凹形状に反転するケース、また車体外方に向けて加速度を与える時は、車体外側から見て凹形状部が凸形状に反転するケースを想定している。両方のケースで検討するのが望ましいが、実験での評価などで反転のパターンが明確な場合はどちらか一方のケースのみで検討しても構わない。

この加速度の数値を徐々に高めていくことで、アウターパネルの曲率方向の反転現象が発生する。加速度の数値を高めることは、自動車用開閉部品を閉じる時の速度を高めることと同意であるため、反転発生加速度の数値が高い程、アウターパネルに反転現象が生じ難いことになる。

アウターパネルの反転現象の発生は、例えばアウターパネルの３点曲率等から、曲率の符号が元の形状に対し反転した部位を検出することにより判断可能である。なお、簡易的には、解析モデル上で斜めに光源を置き、その陰影の変化から判断することもできる。

また、本発明の自動車用開閉部品によれば、前述した本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によりパネル反転部位が特定されて補強部品の配置が決定され得るので、効果的なアウターパネル反転対策を施すことができる。

そしてそのアウターパネル反転対策構造においても前述した本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によりパネル反転解析を実施し、アウターパネルの耐反転発生性能を検証することとすれば、アウターパネル反転対策の効果を確認することができる。

本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法の一実施形態においてドアアウターパネルに付与する加速度の向きの一例を示す説明図である。 上記実施形態の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法においてＦＥＭ解析モデルを用いて解析したドアアウターパネルの外観の元の凹形状（左側）と加速度付与時の凸形状への反転部の形状（右側）とを示す説明図である。 （ａ）は、ドアの基準構造を、アウターパネルを除去して示す説明図であり、（ｂ）は、本発明の自動車用開閉部品の一実施形態としてのドアのアウターパネル反転対策構造を、アウターパネルを除去して示す説明図である。 上記実施形態のドアのアウターパネルの板厚とパネル反転発生加速度との関係を補強対策の有無に関して示す関係線図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法の一実施形態においてドアアウターパネルに付与する加速度の向きの一例を示す説明図である。

この実施形態の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法は、自動車用開閉部品としての、自動車のフロントドアモジュールを対象として、そのフロントドアモジュールのアウターパネルに外向きの加速度を付与した場合のものであり、この実施形態のパネル反転予測方法では加速度を、図１に示すように、アウターパネルのＦＥＭ（有限要素法）解析モデルの全節点に対し一律に付与するとともに、６ｍ／ｓ^２ずつ増加させて、アウターパネルの変形を確認した。

なお、ＦＥＭ解析モデルの作成についてはアルテア（Ａｌｔａｉｒ）社の市販ＣＡＥプログラムであるハイパーメッシュ（Ｈｙｐｅｒ Ｍｅｓｈ）を用いて行った。パネルのメッシュサイズは１０ｍｍとした。要素はシェル要素を用いた。ＦＥＭ解析はこれも市販ＣＡＥプログラムであるエルエスダイナ（ＬＳ−ＤＹＮＡ）ｖｅｒ９７１ｄ Ｒ３．２．１を用いて、静的陰解法で行った。

図２は、上記実施形態の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法においてＦＥＭ解析モデルを用いて解析したドアアウターパネルの外観の元の凹形状（左側の図）と加速度付与時の凸形状への反転部の形状（右側の図）とを３次元ＣＡＤモデルで示す説明図であり、この図２から、加速度付与時に元の凹形状が凸形状に反転する部位が目視でも判定可能である。

次に、アウターパネルの反転対策を施した本発明の自動車用開閉部品の一実施形態としてのフロントドアモジュールの構造を図３に、またアウターパネル反転対策構造の効果を図４に示す。ここに、図３（ａ）は、ドアの基準構造を、アウターパネルを除去して示す説明図であり、図３（ｂ）は、本発明の自動車用開閉部品の一実施形態としてのドアのアウターパネル反転対策構造を、アウターパネルを除去して示す説明図である。また図４は、上記実施形態のドアのアウターパネルの板厚とパネル反転発生加速度との関係を補強対策の有無に関して示す関係線図である。

この実施形態のフロントドアモジュールでは、図３（ａ）に示すように概略水平に延在する補強部材を有する基準構造に対し、図３（ｂ）に示すようにその補強部材の中央部に縦に追加補強部材を設けてアウターパネル反転対策構造を構成しており、これら基準構造および対策構造についてＦＥＭ解析を実施して、図４に示すように、アウターパネルの板厚を０．５５ｍｍから０．７５ｍｍまで変化させたときの反転発生加速度を検討した。

この検討の結果、軽量化のためにアウターパネルの板厚が減少することで耐反転性能は低下するが、補強部材を追加することで耐反転性能が顕著に向上することが判明した。すなわち、図４から、例えば基準構造の板厚０．７５ｍｍの時の性能と対策構造の板厚０．６５ｍｍの時の性能とがほぼ同等であることが判明する。このように、本実施形態のパネル反転予測方法およびそれを用いた本実施形態のフロントドアモジュールによれば、アウターパネルの板厚を減らした場合の耐反転性能の低下対策を設計段階で検討することが可能となる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、所要に応じて特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、上記実施形態は自動車用開閉部品の一種であるフロントドアモジュールに適用されているが、本発明はこれに限られず、例えばトランクリッドやエンジンフード等の他の自動車用開閉部品にも適用することができる。

また、上記実施形態のフロントドアモジュールは、上記実施形態のパネル反転予測方法での予測結果に基づいて補強部材を追加した対策構造を具えているが、この対策構造を複数種類設定してそれらにつきさらに上記実施形態のパネル反転予測方法で耐反転発生性能を検証し、より適切なアウターパネル反転対策構造を見出すようにしてもよい。

かくして本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によれば、自動車用開閉部品のアウターパネルのＦＥＭ解析において、アウターパネルを形成する各要素に加速度を与えることより、自動車用開閉部品が閉まった瞬間の状態を模擬的に生じさせ、その際に、アウターパネルの元形状の曲率方向と正負反転する部位を検出することで、実際のアウターパネルの反転現象を生じる位置を予測することができ、これにより、適切な対策構造を見出すことができる。

また、本発明の自動車用開閉部品によれば、本発明の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によりパネル反転部位が特定されて補強部品の配置が決定され得るので、効果的なアウターパネル反転対策を施すことができる。

Claims (4)

1. ＦＥＭ解析において、自動車用開閉部品のアウターパネルの解析用モデルに加速度を与えることで、前記自動車用開閉部品が閉まった瞬間の状態を模擬的に生じさせ、
   前記模擬的に生じさせた自動車用開閉部品が閉まった瞬間の状態において、前記自動車用開閉部品のアウターパネルの曲率方向が変化する反転現象を生じる部位を検出することで、実際の自動車用開閉部品のアウターパネルの反転現象を生じる部位を予測することを特徴とする自動車用開閉部品のパネル反転予測方法。
2. 前記自動車用開閉部品のアウターパネルに車体内方に向けて加速度を与える場合には車体外側から見て凸形状部が凹形状に反転するケースを想定し、
   前記自動車用開閉部品のアウターパネルに車体外方に向けて加速度を与える場合には車体外側から見て凹形状部が凸形状に反転するケースを想定し、
   前記二つのケースの一方または両方についてアウターパネルの曲率方向が変化する反転現象を生じる部位を検出することを特徴とする、請求項１記載の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法。
3. 請求項１または２記載の自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によって予測されたアウターパネルの反転現象を生じる部位が補強されていることを特徴とする自動車用開閉部品。
4. 前記自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によって予測されたアウターパネルの反転現象を生じる部位が補強されたアウターパネルの解析用モデルについて、さらに前記自動車用開閉部品のパネル反転予測方法によってアウターパネルの耐反転発生性能を検証されていることを特徴とする、請求項３記載の自動車用開閉部品。