JP6331921B2 - 支持治具及び構造部材の衝突試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の構造部材の衝突試験を実施するのに利用して好適な支持治具及びそれを用いた構造部材の衝突試験方法に関する。

自動車の側面衝突の際には、図４に示すセンターピラー１、サイドシル２、ルーフレール３等の構造部材の変形挙動が乗員の傷害値を大きく左右する。そこで、自動車メーカーでは試作車（実車）を作り、側面衝突試験によってこれらの構造部材の性能評価を実施している。
しかしながら、試作車は高価であることから、試験の実施は容易ではなく、評価機会は限られている。また、試験の実施までに長い時間を必要とするため、問題が発生した際は開発工程の遅延につながることも多い。そのため、新しい材料や新しい構造を試作車に搭載することは容易ではない。また、仮に搭載されたとしても、限られた数の中で多くの材料や構造を評価することはできない。
また、自動車メーカー以外では、費用対効果や設備面から車体の衝突性能の評価を実施することは困難で、鉄鋼メーカーや部品メーカー等が自社製品の衝突性能の評価をすることは困難であった。

特許文献１では、衝突エネルギー吸収の寄与率の大きい構造部材を抜き出した部分モデルを用いて衝突性能を評価する技術が提案されている。特許文献１の技術は、特に側面衝突時に曲げ変形するセンターピラー等の衝突性能の評価に適しており、実車を作成することなく部分モデルを用いて、正確な性能評価を行える点で、大きな実用的効果を発揮している。
この特許文献１では、フライホイールを用いて変形抵抗による構造部材の捩じり強度を模擬し、実車試験と同様の挙動を再現している。そして、回転固定（フライホイールが全く回転しないように固定された状態）の場合は、衝突後の変位が低く見積もられ、回転自由（フライホイールの受け軸周りの回転モーメントが０）の場合は、衝突後の変位が過剰に算出されることが示されている。

特許第４９０２０２７号公報

構造部材の衝突試験を実施する場合に、実車試験と同様に衝突性能を精度良く評価するためには、構造部材を支持する治具を用いて構造部材に適切なトルクを付与し、そのトルクの変化を把握できるようにすることが必要である。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、構造部材の衝突試験を実施するときに、構造部材に適切なトルクを付与するとともに、そのトルクの変化を把握できるようにして、構造部材の衝突性能を精度良く評価できるようにすることを目的とする。

本発明の支持治具は、衝突試験の評価対象となる構造部材を支持する支持治具であって、回転可能に支持される軸と、前記軸の端部に設けられ、前記構造部材に連結する連結部と、前記軸の回転に応じたトルクを付与するトルク付与機構と、該支持治具を剛体壁に取り付けるための取付部とを備え、前記トルク付与機構は、前記軸の回転を移動体の直線運動に変換する変換機構と、前記変換機構により直線運動する前記移動体に弾性力により、前記構造部材に対して回転に線形なトルクを付与する弾性部材とにより構成されることを特徴とする。
また、本発明の支持治具の他の特徴とするところは、前記弾性部材は、コイルスプリングである点、前記変換機構は、前記軸に設けられたピニオンと、前記移動体に設けられたラックとにより構成される点にある。
本発明の構造部材の衝突試験方法は、衝突試験の評価対象となる構造部材を、本発明の支持治具で支持するとともに、前記支持治具を前記取付部を介して剛体壁に取り付けて、前記構造部材に衝撃を加えて変形挙動を評価することを特徴とする。
また、本発明の構造部材の衝突試験方法の他の特徴とするところは、前記構造部材は、センターピラーと、前記センターピラーの天井側に設けられたルーフレールの一部と、前記センターピラーの床側に設けられたサイドシルの一部とからなる部分モデルであり、前記ルーフレールの両端及び前記サイドシルの両端を前記支持治具でそれぞれ支持する点にある。

本発明によれば、構造部材の衝突試験を実施するときに、構造部材に適切なトルクを付与するとともに、付与したトルクの変化を把握することができるので、構造部材の衝突性能を精度良く評価することが可能になる。

実施形態に係る支持治具を示す正面図である。 実施形態に係る支持治具を示す右側面図である。 自動車の側面衝突試験の概要を説明するための図である。 自動車の側面衝突試験におけるインパクタの変位とインパクタが受ける荷重との関係の例を示す特性図である。 自動車の構造部材を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図２は、自動車の側面衝突試験の概要を説明するための図である。評価対象とする構造部材Ｗは、センターピラー１と、センターピラー１の天井側に設けられたルーフレール３の一部と、センターピラー１の床側に設けられたサイドシル２の一部とからなる部分モデルである。側面衝突試験では、構造部材Ｗに対して、インパクタ４によりセンターピラー１に対して側面衝突を模擬した衝突荷重を加えて変形挙動を評価する。

側面衝突試験を実施する際には、実車に組み付けられた状態と同等の状態とするために構造部材Ｗを支持する必要がある。
そこで、図２に示すように、ルーフレール３の両端及びサイドシル２の両端を支持治具でそれぞれ支持する。この場合に、特許文献１にもあるように、構造部材Ｗの支持構造として回転固定では衝突後の変位が低く見積もられ、回転自由では衝突後の変位が過剰に算出される。

本実施形態では、本発明を適用した支持治具１０により、ルーフレール３の両端及びサイドシル２の両端をそれぞれ支持する。
図１Ａ、図１Ｂに、実施形態に係る支持治具１０を示す。
支持治具１０は、剛体壁に取り付けるための取付部である取付板１１を備える。側面衝突試験に際しては、支持治具１０を取付板１１を介して剛体壁に取り付け、固定する。
取付板１１にはロードセル１２が載設され、ロードセル１２の上に台座１３が設けられる。

台座１３には一対の支持部１４が立設されており、これら支持部１４によって軸１５が回転可能に支持される。軸１５には歯車（ピニオン）１６が設けられている。また、軸１５の一端には連結部である連結板１７が設けられている。側面衝突試験に際しては、ルーフレール３やサイドシル２の端部に連結板１８が溶接固定され、この連結板１８と連結板１７とがボルト１９で締結される。

また、台座１３にはレール２０が敷設され、このレール２０に沿って移動可能な移動体２１が設けられる。レール２０は、軸１５に対してねじれの位置に配置され、平面視において軸１５と直交する方向に延伸する。移動体２１にはラック２２が設けられており、歯車１６にかみ合って、軸１５の回転を直線運動に変換する。

移動体２１の端部にばね受け２３が設けられ、また、台座１３にばね受け２４が設けられる。これらばね受け２３、２４間にスプリングガイド２５と共に弾性部材であるコイルスプリング２６が配置され、直線運動する移動体２１に弾性力であるばね力を付与する。スプリングガイド２５は着脱可能とし、試験対象である構造部材Ｗの種別に応じてコイルスプリング２６を取り替えられるようにするのが好ましい。

以上のようにした支持治具１０を用いることにより、コイルスプリング２６のばね係数、初期縮み量を適切に選択することで、構造部材Ｗに対して適切なトルク、すなわち回転に線形でかつ正確なトルクを付与することができ、実車試験と同様の挙動を再現することができる。
また、ラック２２の移動量又は歯車１６の回転角を計測することで、構造部材Ｗに付与したトルクの変化を時系列で容易に把握することができ、正確な衝突性能の評価を行うことができる。
以上より、構造部材の衝突性能を精度良く評価することが可能になる。

図３に、側面衝突試験におけるインパクタ４の変位とインパクタ４が受ける荷重との関係の例を示す。インパクタ４がセンターピラー１に接触するときの変位０としている。
ケース１は、ルーフレール３の両端及びサイドシル２の両端を固定した場合（回転固定）の特性である。
ケース２は、ルーフレール３の両端及びサイドシル２の両端を、本発明を適用した支持治具でそれぞれ支持した場合の特性である。
ケース３は、ルーフレール３の両端及びサイドシル２の両端を支持しない場合（回転自由）の特性である。
図３に示すように、ケース１及びケース３では、インパクタ４の変位に対して荷重が過剰になったり、不足したりする。それに対して、ケース２では、インパクタ４の変位とインパクタ４が受ける荷重との関係を適正なもの、即ち実車試験と同様の挙動を再現することができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。

１０：支持治具、１１：取付板、１２：ロードセル、１３：台座、１４：支持部、１５：軸、１６：歯車（ピニオン）、１７：連結板、２０：レール、２１：移動体、２２：ラック、２３、２４：ばね受け、２５：スプリングガイド、２６：コイルスプリング

Claims (5)

1. 衝突試験の評価対象となる構造部材を支持する支持治具であって、
   回転可能に支持される軸と、
   前記軸の端部に設けられ、前記構造部材に連結する連結部と、
   前記軸の回転に応じたトルクを付与するトルク付与機構と、
   該支持治具を剛体壁に取り付けるための取付部とを備え、
   前記トルク付与機構は、前記軸の回転を移動体の直線運動に変換する変換機構と、前記変換機構により直線運動する前記移動体に弾性力により、前記構造部材に対して回転に線形なトルクを付与する弾性部材とにより構成されることを特徴とする支持治具。
2. 前記弾性部材は、コイルスプリングであることを特徴とする請求項１に記載の支持治具。
3. 前記変換機構は、前記軸に設けられたピニオンと、前記移動体に設けられたラックとにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の支持治具。
4. 衝突試験の評価対象となる構造部材を、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の支持治具で支持するとともに、前記支持治具を前記取付部を介して剛体壁に取り付けて、前記構造部材に衝撃を加えて変形挙動を評価することを特徴とする構造部材の衝突試験方法。
5. 前記構造部材は、センターピラーと、前記センターピラーの天井側に設けられたルーフレールの一部と、前記センターピラーの床側に設けられたサイドシルの一部とからなる部分モデルであり、
   前記ルーフレールの両端及び前記サイドシルの両端を前記支持治具でそれぞれ支持することを特徴とする請求項４に記載の構造部材の衝突試験方法。

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