JP7376797B2 - 自動車骨格部材および電気自動車 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の衝突時などにおいて、高いエネルギー吸収効率を発揮する自動車骨格部材に関する。

近年、世界中で燃費規制が厳格化され、衝突性能の向上と共に自動車車体の軽量化が求められている。しかし、自動車骨格部材の材料を単純に高強度で板厚が薄い材料に置き換えるだけでは、骨格部材の形状によっては、剛性の低下に伴い衝突時に早期に座屈することがあり、必ずしも高いエネルギー吸収効率が得られるとは限らない。エネルギー吸収性能は、骨格部材が塑性変形する部分が多いほど高くなるが、衝突時に早期に座屈が生じた場合には塑性変形しない部分が多く残り、材料強度を大きくしてもエネルギー吸収性能の向上度合いは小さくなる。このため、衝突時に早期に座屈が生じないよう材料本来の強度を活かすことができる骨格部材の検討が進められている。また、電気自動車においては、フロア下に大容量のバッテリーを搭載する車体構造の開発が進められており、サイドシル等の骨格部材の改良が進められている。

エネルギー吸収性能を向上させることを目的とした技術として、特許文献１には、サイドシルとクロスメンバの間に、断面が略Ｕ字状のバルクヘッドを設けることが開示されている。特許文献１のバルクヘッドは、正面部と、後側面部と、フランジとで構成され、正面部と後側面部に凹部を有している。特許文献２には、中空部材に蛇腹状の変形促進手段が設けられた衝撃吸収部材が開示されている。特許文献２の衝撃吸収部材は、衝撃による曲げ荷重が加わった際に、蛇腹状の変形促進手段が座屈することによって、曲げ荷重を長手方向の圧縮荷重に変換させ、断面崩れの抑制を図っている。特許文献３には、ハット部材の縦壁に凹状または凸状のビードが形成された金属製アブソーバが開示されている。

特開２００６－２０５７９７号公報 特開２００６－２０７６７９号公報 特開２００８－２６５７３８号公報

特許文献１の車体構造は、サイドシル自体の座屈を抑えることを目的とした構造ではないため、材料強度を活かすことによるエネルギー吸収性能の向上という観点では改善の余地がある。また、特許文献２の衝撃吸収部材について、本発明者がシミュレーションを実施したところ、衝撃吸収部材には塑性変形が生じていない部分が多く残り、材料強度を活かすことによるエネルギー吸収性能の向上という観点では改善の余地がある。特許文献３のアブソーバは、歩行者と自動車の衝突時における歩行者の脚部の保護を目的としたものであり、車体側のエネルギー吸収性能を向上させるという点では改善の余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、自動車骨格部材のエネルギー吸収効率（吸収エネルギーの質量効率）を向上させることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、自動車骨格部材であって、ハット部材と、クロージングプレートを備え、前記ハット部材は、天板と、２つの縦壁と、２つのフランジを備え、前記２つの縦壁は、それぞれ前記天板と前記フランジの間にあり、前記２つの縦壁は、向かい合い、前記２つのフランジは、それぞれ前記クロージングプレートと接合され、前記２つの縦壁はそれぞれ、前記ハット部材の長手方向に垂直な方向に延びる複数の溝部を備え、前記溝部は、１つの稜線と、２つの側面を備え、前記稜線は、前記ハット部材の長手方向に垂直な方向に延び、前記２つの側面は、それぞれ前記稜線に接続され、前記天板に平行な断面における前記溝部の深さａと、前記溝部の幅ｂと、前記天板に垂直な方向における前記縦壁の高さｅは、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たすことを特徴としている。

別の観点による本発明の一態様は、自動車骨格部材であって、中空部材を備え、前記中空部材は、天板と、底板と、２つの縦壁を備え、前記天板と前記底板は、向かい合い、前記２つの縦壁は、それぞれ前記天板と前記底板の間にあり、前記２つの縦壁は、向かい合い、前記２つの縦壁はそれぞれ、前記中空部材の長手方向に垂直な方向に延びる複数の溝部を備え、前記溝部は、１つの稜線と、２つの側面を備え、前記稜線は、前記中空部材の長手方向に垂直な方向に延び、前記２つの側面は、それぞれ前記稜線に接続され、前記天板に平行な断面における前記溝部の深さａと、前記溝部の幅ｂと、前記天板に垂直な方向における前記縦壁の高さｅは、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たすことを特徴としている。

自動車骨格部材のエネルギー吸収効率を向上させることができる。

第１の実施形態に係る自動車骨格部材の概略構成を示す斜視図である。 自動車骨格部材の、溝部が設けられていない部分における部材長手方向に垂直な断面を示す図である。 電気自動車の車高方向に垂直な断面におけるサイドシルの周辺を示す図である。 ハット部材の溝形成箇所周辺の平面図である。 ハット部材の溝形成箇所周辺の側面図である。 図５中のＡ－Ａ断面図である。 自動車骨格部材の変形モードの一例（面外折れモード）を示す図である。 図７中のＢ－Ｂ断面図である。 自動車骨格部材の変形モードの一例（面内折れモード）を示す図である。 自動車骨格部材の変形モードの一例（軸圧潰モード）を示す図である。 図１０中のＣ－Ｃ断面図である。 稜線Ｒの曲率半径ｄについて説明するための図である。本図はハット部材の天板を上から見た図である。 第２の実施形態に係る自動車骨格部材の概略構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る自動車骨格部材の、図５中のＡ－Ａ断面に相当する図である。 溝部の形状例を示す、図５中のＡ－Ａ断面に相当する図である。 第３の実施形態に係る自動車骨格部材の、図５中のＡ－Ａ断面に相当する図である。 第１のハット部材と第２のハット部材の両方に溝部を有した自動車骨格部材の、図５中のＡ－Ａ断面に相当する図である。 第４の実施形態に係る自動車骨格部材の概略構成を示す斜視図である。 第４の実施形態に係る自動車骨格部材の、図５中のＡ－Ａ断面に相当する図である。 溝部の形状例を示す図である。 溝部の形状例を示す図である。 溝部の形状例を示す図である。 溝部の形状例を示す図である。 衝突シミュレーションにおける解析モデルを示す図である。 シミュレーション（１）の結果を示す図である。 シミュレーション（２）におけるａ／ｅと、ｂ／ｅと、変形モードの関係を示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における自動車骨格部材１の概略構成を示す図である。自動車骨格部材１は、サイドシルまたはバンパービーム等の曲げ荷重を受ける部材である。第１の実施形態の自動車骨格部材１は、部材長手方向（図１のＹ方向）に垂直な断面がハット形状の部材であるハット部材１０と、ハット部材１０に接合される底板である平板状のクロージングプレート２０とを有している。なお、図１に示すＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに垂直な方向であり、自動車骨格部材１が例えばサイドシルを構成する部材である場合は、Ｘ方向が車高方向、Ｙ方向が車長方向、Ｚ方向が車幅方向である。また、自動車骨格部材１が例えばバンパービームを構成する部材である場合は、Ｘ方向が車高方向、Ｙ方向が車幅方向、Ｚ方向が車長方向である。

図２に示されるように、ハット部材１０は、天板１１と、天板１１に繋がる２つの縦壁１２と、縦壁１２に繋がる２つのフランジ１３とを有している。２つの縦壁１２は、それぞれ天板１１とフランジ１３の間にあり、２つの縦壁１２は向かい合っている。第１の実施形態においては、ハット部材１０の２つのフランジ１３と、クロージングプレート２０とが接合されることで自動車骨格部材１が構成されている。ハット部材１０は例えば引張強さ４４０～１５００ＭＰａの鋼材で形成されるが、ハット部材１０の素材は特に限定されず、例えばアルミニウム合金部材やマグネシウム合金部材等であってもよい。同様に、クロージングプレート２０は例えば引張強さ４４０～１５００ＭＰａの鋼材で形成されるが、クロージングプレート２０の素材は特に限定されず、例えばアルミニウム合金部材やマグネシウム合金部材等であってもよい。

自動車骨格部材１が車体に取り付けられる際は、ハット部材１０の天板１１がクロージングプレート２０に対して車外側に配置されていても車内側に配置されていてもよい。特にサイドシルの場合には、天板１１はクロージングプレート２０に対して車外側に配置されていることが好ましい。なぜなら、ハット部材のフランジが車外側にあると、フランジとドアが干渉してドアが閉まらないからである。また、自動車骨格部材１は電気自動車に適用されることが好ましい。なぜなら、サイドシルで衝撃を吸収することでサイドシルより車内側に配置される電池の損傷を回避することができるからである。図３は、電気自動車４０の車高方向に垂直な断面におけるサイドシル４１の周辺を示す図である。図３に示されるように自動車骨格部材１がサイドシル４１を構成する部材である場合は、クロージングプレート２０が、フロアパネル（図示せず）の下に配置される電池４２に隣接し、天板１１が車外側と車内側のうち、車外側に配置されていることが好ましい。なお、本実施形態および後述の実施形態においては、天板１１が車外側と車内側のうち、車外側に配置されている。

図１および図４～図６に示されるように、第１の実施形態のハット部材１０は、部材長手方向に垂直な方向に延びる溝部３１を有している。エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点においては、溝部３１は、図１および図６のように天板１１と縦壁１２の間にある稜線部１４から縦壁１２とフランジ１３の間にある稜線部１５に跨るように、すなわち、縦壁１２の車外側端部から車内側端部にわたって形成されていることが好ましい。溝部３１は一対の縦壁１２の両方に設けられている。溝部３１の成形方法は特に限定されず、例えばハット部材１０の成形後にプレス加工を繰り返し行い、徐々に溝部３１の深さを大きくしていくことで成形が行われる。本明細書では、図４に示されるような溝部３１が形成された箇所を“溝形成箇所３０”と称す。また、図６に示されるように、本明細書では、溝形成箇所３０における天板１１を“溝部天板３２”と称し、溝形成箇所３０における縦壁１２を“溝部縦壁３３”と称し、溝形成箇所３０におけるフランジ１３を“溝部フランジ３４”と称す。

溝部天板３２は、溝形成箇所３０以外の部分の天板１１と同一平面内に位置しており、溝部フランジ３４は、溝形成箇所３０以外の部分のフランジ１３と同一平面内に位置している。図４に示されるように、第１の実施形態の溝部縦壁３３は、天板１１に垂直な方向から見て三角形状に凹んでいる。溝部縦壁３３には、溝部３１の底に位置する１つの稜線３１ａと、溝形成箇所３０以外の部分の縦壁１２と稜線３１ａとの間の一対の平面である側面３１ｂがある。すなわち、溝部３１は、１つの稜線３１ａと、２つの側面３１ｂを備えており、２つの側面３１ｂは、それぞれ１つの稜線３１ａに接続されている。換言すると、２つの側面３１ｂは、１つの稜線３１ａを介して互いに接続されている。稜線３１ａは、ハット部材１０の長手方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｚ方向）に延びている。

溝形成箇所３０は、ハット部材１０の部材長手方向に沿って間隔をおいて複数設けられている。すなわち、２つの縦壁１２は、ハット部材１０の部材長手方向に沿って複数の溝部３１を備えている。第１の実施形態においては、溝形成箇所３０が存在する領域がハット部材１０の部材長手方向の中央部のみとなっているが、溝形成箇所３０は例えばハット部材１０の部材長手方向の全域に設けられていてもよい。

第１の実施形態の自動車骨格部材１は以上のように構成されている。この自動車骨格部材１においては、衝突時にＺ方向から部分的に荷重が加わる。第１の実施形態の自動車骨格部材１の場合、ハット部材１０の溝部３１が、縦壁１２だけでなく、縦壁１２と天板１１の間の稜線部１４と縦壁１２とフランジ１３の間の稜線部１５にも設けられているため、各稜線部１４、１５に溝部３１が設けられていない場合に比べ、稜線部１５の剛性が高まり、自動車骨格部材１の変形に要する荷重を大きくすることができる。また、溝部３１は、天板１１に垂直な方向に延びる１つの稜線３１ａと２つの側面３１ｂを有する形状であることにより、縦壁１２の面剛性をさらに高めることができ、自動車骨格部材１の変形に要する荷重をさらに大きくすることができる。第１の実施形態の自動車骨格部材１においては、それらの作用により、エネルギー吸収性能を向上させることができる。また、第１の実施形態の自動車骨格部材１は、新たに補強部材が追加される構造ではないことから、エネルギー吸収性能に関する質量効率を向上させることができる。

なお、自動車骨格部材１の変形時においては、次のいずれかの変形モードが生じる。

（面外折れモード）
図７および図８に示されるように、面外折れモードは、主な変形が、部材長手方向に垂直な断面においてハット部材１０の縦壁１２が面外方向に折れる変形となるモードである。
（面内折れモード）
図９に示されるように、面内折れモードは、主な変形が、ハット部材１０の縦壁１２が部材長手方向に向かって折れる変形であり、部材長手方向に垂直な断面における面外方向への縦壁１２の変形が小さいモードである。
（軸圧潰モード）
図１０および図１１に示されるように、軸圧潰モードは、部材長手方向に垂直な断面においてハット部材１０の縦壁１２が短い間隔で圧潰し、全体として蛇腹状の変形が生じるモードである。

変形に要する荷重を衝突初期から衝突後期にかけて安定して大きくするためには、自動車骨格部材１が軸圧潰モードで変形することが好ましい。

ここで、図４に示すようにハット部材１０の天板１１に平行な断面における溝部３１の深さを“ａ”、溝部３１の幅を“ｂ”と定義し、図６に示すようにハット部材１０の天板１１に垂直な方向における縦壁１２の高さを“ｅ”と定義する。なお、溝部３１の深さａとは、天板１１に平行な断面における、ハット部材１０の部材長手方向に垂直な方向（Ｘ方向）の、縦壁１２から稜線３１ａまでの長さである。溝部３１の幅ｂとは、ハット部材１０の部材長手方向（Ｙ方向）における２つの側面３１ｂ間の最大長さである。縦壁１２の高さｅとは、ハット部材１０の部材長手方向に垂直な方向（Ｚ方向）におけるフランジ１３から天板１１までの長さである。なお、第１の実施形態においては、縦壁１２の高さｅは、溝部フランジ３４から溝部天板３２までの高さに等しい。

自動車骨格部材１に軸圧潰モードの変形を生じさせやすくするためには、溝部３１の深さａと、溝部３１の幅ｂと、ハット部材１０の縦壁１２の高さｅが、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たすことが好ましい。この数値範囲を満たす場合には、後記の実施例でも示すように自動車骨格部材１の変形が軸圧潰モードになりやすく、変形に要する荷重が衝突初期から衝突後期にわたって安定して大きくなる。これにより、エネルギー吸収性能をさらに向上させることができる。エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点においては、ｂ／ｅは０．２以下であることが好ましい。

また、隣り合う溝部３１の間隔ｃ（図４）は、４０ｍｍ以下であることが好ましい。溝部３１の間隔ｃが４０ｍｍ以下であることにより、軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率を向上させることができる。溝部３１の間隔ｃは小さいほど、エネルギー吸収効率を向上させることが可能であるが、溝部３１を有するハット部材１０の成形性の観点からは、溝部３１の間隔ｃは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくするためには、２つの側面３１ｂ同士がなす角θ₁が９０～９５度であることが好ましく、垂直であることがさらに好ましい。また、軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくするためには、図６に示されるような溝部縦壁３３と溝部フランジ３４とのなす角θ₂が９０～１００度であることが好ましく、垂直であることがさらに好ましい。

軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくする観点からは、図１２に示される稜線３１ａの曲率半径ｄ（稜線Ｒの曲率半径）は、５ｍｍ以下であることが好ましい。

＜第２の実施形態＞
図１３および図１４に示されるように第２の実施形態の自動車骨格部材１は、溝部３１がハット部材１０の稜線部１４まで延びていない。詳述すると、第２の実施形態の自動車骨格部材１においては、溝部３１の一方端が縦壁１２の車内側端部（図１５の例では稜線部１５）まで延びているものの、溝部３１の他方端は縦壁１２の車外側端部（図１５の例では稜線部１４）までは延びていない。このような形状の溝部３１であっても、溝部３１の深さａと、溝部３１の幅ｂと、ハット部材１０の縦壁１２の高さｅが、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たすことで、軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率を向上させることができる。本実施形態においても、エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点からは、ｂ／ｅは０．２以下であることが好ましい。

図１５は、溝部３１の形状例を示す図である。図１５の例における自動車骨格部材１は、図１４の例とは異なり、溝部３１の一方端が縦壁１２の車外側端部（図１５の例では稜線部１４）まで延びている一方、溝部３１の他方端は縦壁１２の車内側端部（図１５の例では稜線部１５）まで延びていない構造である。このような構造であっても、図１４に示す構造のようにエネルギー吸収効率を向上させることができる。

ただし、前述の図１４のような構造の自動車骨格部材１の方が、図１５のような構造の自動車骨格部材１よりもエネルギー吸収効率を向上させることが可能である。自動車骨格部材１に衝撃荷重が入力された際には、縦壁１２の最初に座屈した箇所を起点として縦壁１２の車内側端部に向かって座屈領域が広がっていく。このため、最初に座屈する箇所を縦壁１２の車外側にする方がエネルギー吸収効率向上の点で有利である。理由としては、縦壁１２の車内側が先に座屈すると車外側の溝部３１の延在方向と衝撃入力方向のずれが大きくなり軸圧潰モードの変形が起こりにくくなり、蛇腹状に変形する領域がより小さくなるからである。すなわち、溝部３１は縦壁１２の車内側端部まで延在していることが望ましい。最初に座屈する箇所は溝部３１の無い箇所である。溝部３１が無いと最初に座屈する理由は、溝部３１が無いと変形抵抗が小さいからである。

図１４の自動車骨格部材１の場合、溝部３１が縦壁１２の車内側端部(図１４の例では稜線部１５)まで延びており、縦壁１２の車外側端部（図１４の例では稜線部１４）には溝部３１が形成されていない。このため、図１４の自動車骨格部材１は、衝撃荷重の入力時に縦壁１２の車外側端部（図１４の例では稜線部１４）の近傍で座屈が生じやすい。一方、図１５の自動車骨格部材１は、縦壁１２の車内側端部（図１５の例では稜線部１５）の近傍で座屈が生じやすい。したがって、図１４のような構造の自動車骨格部材１は、図１５のような構造の自動車骨格部材１に比べて蛇腹状に変形する領域を多く確保することができ、エネルギー吸収効率を向上させることができる。

さらに、第２の実施形態における自動車骨格部材１によれば、稜線部１４および稜線部１５のうち、一方の稜線部１４には溝部３１が形成されていないことから、第１の実施形態の自動車骨格部材１に比べ、ハット部材１０を成形しやすい。すなわち、第２の実施形態の自動車骨格部材１は、エネルギー吸収効率と成形性を高いレベルで両立させることが可能な部材である。

図１４のようにハット部材１０の車内側端部（図１４の例では稜線部１５）まで溝部３１が延びている場合、ハット部材１０の天板１１に垂直な方向における溝部３１の長さｇは、ハット部材１０の縦壁１２の高さｅの８０％以上の長さであることが好ましい。これにより、衝撃荷重の入力時に軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率を向上させることができる。なお、ハット部材１０の車内側端部まで溝部３１が延びている場合の溝部３１の長さｇとは、溝形成箇所３０における、縦壁１２の稜線部１４側のＲ止まりと溝部３１側のＲ止まりのうち、溝部３１側のＲ止まりからフランジ１３までのＺ方向長さである。ハット部材１０の車内側端部まで溝部３１が延びている場合、エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点からは、溝部３１の長さｇは縦壁１２の高さｅの９０％以上の長さであることがより好ましく、９５％以上の長さであることがさらに好ましい。

また、図１５のようにハット部材１０の車内側端部（図１４の例では稜線部１５）まで溝部３１が延びていない場合、ハット部材１０の天板１１に垂直な方向における溝部３１の長さｇは、ハット部材１０の縦壁１２の高さｅの７０％以上の長さであることが好ましい。これにより、衝撃荷重の入力時に軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率を向上させることができる。なお、ハット部材１０の車内側端部まで溝部３１が延びていない場合の溝部３１の長さｇとは、溝形成箇所３０における、縦壁１２の稜線部１５側のＲ止まりと溝部３１側のＲ止まりのうち、溝部３１側のＲ止まりから天板１１までのＺ方向長さである。ハット部材１０の車内側端部まで溝部３１が延びていない場合、エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点からは、溝部３１の長さｇは縦壁１２の高さｅの７５％以上の長さであることがより好ましく、８５％以上または９０％以上の長さであることがさらに好ましい。

＜第３の実施形態＞
第１の実施形態における自動車骨格部材１は、ハット部材１０の相手部材がクロージングプレート２０であった。図１６に示される第３の実施形態の自動車骨格部材１は、相手部材もハット部材となっている。以降の説明では、第１の実施形態で説明したハット部材（図１６中の上側の部材）を“第１のハット部材１０ａ”と称し、第１のハット部材１０ａの相手部材となるハット部材（図１６中の下側の部材）を“第２のハット部材１０ｂ”と称す。第２のハット部材１０ｂも第１のハット部材１０ａと同様に、天板１１と、天板１１に繋がる一対の縦壁１２と、縦壁１２に繋がるフランジ１３とを有している。自動車骨格部材１は、第１のハット部材１０ａと第２のハット部材１０ｂが互いのフランジ１３で接合されることで構成されている。第３の実施形態の自動車骨格部材１においても、第１のハット部材１０ａの溝部３１は、図４のように天板１１に垂直な方向から見たときに１つの稜線３１ａと２つの側面３１ｂとを有しており、当該溝部３１は、図１６に示されるように稜線部１４から稜線部１５にわたって設けられている。このため、エネルギー吸収効率を向上させることができる。

また、図１７に示されるように、第２のハット部材１０ｂにも、第１のハット部材１０ａと同様に溝部３１が設けられていてもよい。これによりエネルギー吸収効率をさらに向上させることができる。なお、第２のハット部材１０ｂに溝部３１が設けられる場合、溝部３１の深さａと、第１のハット部材１０ａの高さｅ₁と第２のハット部材１０ｂの高さｅ₂の和ｅとの比（ａ／ｅ）が０．２～０．３であり、かつ溝部３１の幅ｂと、第１のハット部材１０ａの高さｅ₁と第２のハット部材１０ｂの高さｅ₂の和ｅとの比（ｂ／ｅ）が０．１～０．３であることが好ましい。本実施形態においても、エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点からは、ｂ／ｅは０．２以下であることが好ましい。また、溝部３１の２つの側面３１ｂ同士のなす角θ₁は９０～９５度であることが好ましく、垂直であることがさらに好ましい。また、溝部縦壁３３と溝部フランジ３４とのなす角θ₂は９０～１００度であることが好ましく、垂直であることがさらに好ましい。

さらに、第１のハット部材と第２のハット部材１０ｂの両方が溝形成箇所３０を有する場合、第２のハット部材１０ｂの高さｅ₂と第１のハット部材１０ａの高さｅ₁との比（ｅ₂／ｅ₁）は、０．２５以下であることが好ましい。この数値範囲を満たす場合には、軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくなり、ｅ₂／ｅ₁が０．２５を超える場合に比べて、エネルギー吸収効率を向上させることができる。ｅ₂／ｅ₁は、０．２以下であることがより好ましく、０．１以下であることがさらに好ましい。すなわち、ｅ₂／ｅ₁は、小さいほど好ましい。

＜第４の実施形態＞
前述の第１～第３の実施形態の自動車骨格部材１は、複数の部材が互いに接合されることで構成されていたが、第４の実施形態の自動車骨格部材１は、図１８および図１９に示されるように角管状の中空部材２で構成されている。中空部材２は、天板１１と、天板１１に繋がる２つの縦壁１２と、２つの縦壁１２に繋がる底板１６とを有している。２つの縦壁１２は、それぞれ天板１１と、底板１６の間にあり、２つ縦壁１２は、向かい合っている。また、天板１１と底板１６も向かい合っている。中空部材２の素材は特に限定されず、例えば鋼材、アルミニウム合金部材やマグネシウム合金部材等である。第４の実施形態の自動車骨格部材１が、例えば電気自動車４０のサイドシル４１を構成する部材である場合、図３の例と同様に、中空部材２の底板１６が、フロアパネル（図示せず）の下に配置される電池４２に隣接する。

第４の実施形態の自動車骨格部材１は、第１～第３の実施形態と同様に、中空部材２の部材長手方向に垂直な方向に延びる複数の溝部３１を有している。エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点においては、溝部３１は、稜線部１４から稜線部１７に跨るように、すなわち、縦壁１２の車外側端部から車内側端部にわたって形成されていることが好ましい。溝部３１は一対の縦壁１２の両方に設けられている。溝部３１の成形方法は特に限定されず、例えば押出成形により角筒形の中空状部材を形成した後、プレス加工を繰り返し行い、徐々に溝部３１の深さを大きくしていくことで成形が行われる。また、例えばハイドロフォーミングによって溝部３１が形成されてもよい。

溝形成箇所３０は、中空部材２の部材長手方向に沿って複数設けられている。すなわち、２つの縦壁１２は、中空部材２の部材長手方向に沿って複数の溝部３１を備えている。本明細書では、溝形成箇所３０における天板１１を“溝部天板３２”と称し、溝形成箇所３０における縦壁１２を“溝部縦壁３３”と称し、溝形成箇所３０における底板１６を“溝部底板３５”と称す。溝部天板３２は、溝形成箇所３０以外の部分の天板１１と同一平面内に位置しており、溝部底板３５は、溝形成箇所３０以外の部分の底板１６と同一平面内に位置している。平面視における溝部３１の形状は、第１～第３の実施形態と同様である。すなわち、図４の場合と同様に第４の実施形態の自動車骨格部材１においても、溝部縦壁３３には、ハット部材１０の長手方向に垂直な方向（Ｚ方向）に延びた、溝部３１の底に位置する１つの稜線３１ａと、溝形成箇所３０以外の部分の縦壁１２と稜線３１ａとの間の一対の平面である側面３１ｂがある。すなわち、溝部３１は、１つの稜線３１ａと、２つの側面３１ｂを備えており、２つの側面３１ｂは、それぞれ１つの稜線３１ａに接続されている。換言すると、２つの側面３１ｂは、１つの稜線３１ａを介して互いに接続されている。

第４の実施形態の自動車骨格部材１は以上のように構成されている。第４の実施形態の自動車骨格部材１においても、溝部３１の深さａ（図４）と、溝部３１の幅ｂ（図４）と、中空部材２の縦壁１２の高さｅ（図１９）が、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たしている。このため、第１～第３の実施形態の自動車骨格部材１と同様に、エネルギー吸収効率を向上させることができる。本実施形態においても、エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点からは、ｂ／ｅは０．２以下であることが好ましい。なお、中空部材２の縦壁１２の高さｅとは、部材長手方向に垂直な方向（Ｚ方向）における底板１６から天板１１までの長さである。また、第４の実施形態の中空部材２の縦壁１２の高さｅは、溝部底板３５から溝部天板３２までの高さに等しい。

隣り合う溝部３１の間隔ｃ（図４）は、第１～第３の実施形態と同様に４０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率を向上させることができる。溝部３１を有する中空部材２の成形性の観点からは、溝部３１の間隔ｃは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくするためには、溝部３１の２つの側面３１ｂ同士のなす角θ₁（図４）が９０～９５度であることが好ましく、垂直であることがさらに好ましい。また、軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくするためには、図１９に示されるように溝部縦壁３３と溝部底板３５とのなす角θ₃が８０～９０度であることが好ましく、垂直であることがさらに好ましい。

図１３に示される第２の実施形態の場合と同様に、自動車骨格部材１が中空部材２で構成されている場合も、溝部３１は、図２０のように縦壁１２の車内側端部（図２０の例では稜線部１７）から車外側端部（図２０の例では稜線部１４）の全域にわたって形成されていなくてもよい。溝部３１が図２０のように車内側端部まで形成されている場合には、中空部材２の天板１１に垂直な方向における溝部３１の長さｇは、中空部材２の縦壁１２の高さｅの８０％以上の長さであることが好ましい。これにより、エネルギー吸収効率と成形性を高いレベルで両立させることが可能である。エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点においては、溝部３１の長さｇは縦壁１２の高さｅの９０％以上の長さであることがより好ましく、９５％以上の長さであることがさらに好ましい。なお、溝部３１が車内側端部まで延びている場合の溝部３１の長さｇとは、溝形成箇所３０における、縦壁１２の稜線部１４側のＲ止まりと溝部３１側のＲ止まりのうちの溝部３１側のＲ止まりから底板１６までのＺ方向長さである。

また、図２１に示されるように、自動車骨格部材１が中空部材２で構成されている場合において、溝部３１が車内側端部（図２１の例では稜線部１７）まで形成されていない場合には、中空部材２の天板１１に垂直な方向における溝部３１の長さｇは、中空部材２の縦壁１２の高さｅの７０％以上の長さであることが好ましい。これにより、エネルギー吸収効率と成形性を高いレベルで両立させることが可能である。エネルギー吸収効率をさらに向上させる観点においては、溝部３１の長さｇは縦壁１２の高さｅの８０％以上の長さであることがより好ましく、８５％以上または９０％以上の長さであることがさらに好ましい。なお、溝部３１が車内側端部までの延びていない場合の溝部３１の長さｇとは、溝形成箇所３０における、縦壁１２の稜線部１７側のＲ止まりと溝部３１側のＲ止まりのうちの溝部３１側のＲ止まりから天板１１までのＺ方向長さである。

また、自動車骨格部材１が中空部材２で構成されている場合も、軸圧潰モードの変形をより誘発しやすくする観点からは、図１２に示される稜線３１ａの曲率半径ｄ（稜線Ｒの曲率半径）は、５ｍｍ以下であることが好ましい。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施形態では、縦壁１２に対する溝部３１の形状が凹状であったが、図２２または図２３のように凸状であってもよい。図２２または図２３の自動車骨格部材１の場合、溝形成箇所３０においては縦壁１２の内面が縦壁１２の外側に向かって凹んでおり、１つの稜線と２つの側面を有する溝部３１となっている。このような自動車骨格部材１であっても、溝部３１の深さａと、溝部３１の幅ｂと、縦壁１２の高さｅが、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たしていれば、軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率を向上させることができる。また、凸状の溝部３１の場合であっても、前述の実施形態と同様にエネルギー吸収効率をさらに向上させる観点からは、ｂ／ｅは０．２以下であることが好ましい。また、溝部３１の長さｇは縦壁１２の高さｅの８０％以上であることが好ましい。また、溝部３１の間隔ｃは４０ｍｍ以下であることが好ましい。また、稜線３１ａの曲率半径ｄ（稜線Ｒの曲率半径）は、５ｍｍ以下であることが好ましい。

＜シミュレーション（１）＞
本発明に係る自動車骨格部材の一例として図２４のような解析モデル（実施例構造）を作成し、ポール側突を模擬したシミュレーションを実施した。図２４の解析モデルは、図１に示される自動車骨格部材と同等の構成を有しており、ハット部材１０とクロージングプレート２０で構成されている。ハット部材１０およびクロージングプレート２０の素材は、引張強度が１１８０ＭＰａ、板厚が１．６ｍｍの鋼材である。ハット部材１０の部材長手方向の中央部には複数の溝形成箇所３０が設けられている。ハット部材１０の全長は１５００ｍｍ、縦壁１２の高さｅ（Ｚ方向の長さ）および天板１１の幅（Ｘ方向の長さ）は、それぞれ１００ｍｍである。溝部３１の深さａおよび幅ｂはそれぞれ２０ｍｍである。すなわち、前述のａ／ｅおよびｂ／ｅの値は、それぞれ０．２である。溝部の間隔ｃは２０ｍｍである。

シミュレーションは、半径１２７ｍｍの円柱状のインパクタ５０を天板１１に押し当て、１．８ｋｍ／ｈの速度でインパクタ５０を変位させることで実施されている。本シミュレーションにおいては天板１１の上に剛体壁が配置されている。また、比較例として、ハット部材に溝部を有していない解析モデル（比較例構造）を作成し、上記条件と同様のシミュレーションを実施した。シミュレーション結果（１）を図２５に示す。

図２５に示されるように実施例構造は比較例構造に対して吸収エネルギー（ＥＡ）が大幅に向上した。

＜シミュレーション（２）＞
次に、図２６に示すように溝部の深さａ（図４）と縦壁の高さｅ（図６）の比、および溝部の幅ｂ（図４）と縦壁の高さｅ（図６）の比が異なる解析モデルを複数作成し、各解析モデルでシミュレーションを実施した。図２６には、シミュレーションで生じた各解析モデルの変形モードについても示されている。なお、シミュレーション条件は、解析モデルが異なることを除き、シミュレーション（１）と同様の条件である。

図２６に示されるようにａ／ｅが０．２～０．３であって、かつ、ｂ／ｅが０．１～０．３の解析モデルにおいては軸圧潰モードの変形が生じた。次に、ａ／ｅと、ｂ／ｅと、エネルギー吸収効率（ＥＡ効率）との関係をまとめると下記表１のようになる。

図２６と表１の結果が示すように軸圧潰モードの変形が生じたモデルは、軸圧潰モードの変形が生じていないモデルよりもエネルギー吸収効率が向上している。例えば「ａ／ｅ＝０．１、ｂ／ｅ＝０．１」のモデルと、「ａ／ｅ＝０．２～０．３、ｂ／ｅ＝０．１」のモデルを比較すると、軸圧潰モードの変形が生じる「ａ／ｅ＝０．２～０．３、ｂ／ｅ＝０．１」のモデルの方がエネルギー吸収効率は向上している。同様に「ｂ／ｅ＝０．２」の場合においても、「ａ／ｅ＝０．１」のモデルよりも「ａ／ｅ＝０．２～０．３」のモデルの方がエネルギー効率は向上している。同様に「ｂ／ｅ＝０．３」の場合においても、「ａ／ｅ＝０．１」のモデルよりも「ａ／ｅ＝０．２～０．３」のモデルの方がエネルギー吸収効率は向上している。本シミュレーションの結果によれば、ａ／ｅが０．２～０．３であって、かつ、ｂ／ｅが０．１～０．３を満たす自動車骨格部材１においては、軸圧潰モードの変形が生じやすくなり、エネルギー吸収効率が向上する。

また、表１に示されるように、エネルギー吸収効率は、ａ／ｅが０．２～０．３、かつ、ｂ／ｅが０．１～０．２の場合にさらに高くなる。したがって、ｂ／ｅは０．２以下であることが好ましい。そして、ｂ／ｅが０．１以下の場合には軸圧潰モードの変形と面内折れモードの変形が併発し、エネルギー吸収効率が最も高くなった。軸圧潰モードと面内折れモードが併発する理由は、溝部の形状が、１つの稜線に２つの側面が接続されるような形状であることによって稜線付近においては２つの側面同士の距離が互いに近く、溝部の幅ｂが狭い場合には２つの側面同士が接触しやすいためと考えられる。

＜シミュレーション（３）＞
次に、図１４のように溝部３１が車内側端部（図１４の例では稜線部１５）まで延びている構造において、溝部の長さｇと、縦壁の高さｅの比が異なる解析モデルを複数作成し、各解析モデルでシミュレーションを実施した。なお、シミュレーション条件は、解析モデルが異なることを除き、シミュレーション（１）と同様の条件である。シミュレーション（３）の結果を下記表２に示す。

表２に示されるように、ｇ／ｅが０．８以上の場合には、ｇ／ｅが０．８未満の場合に比べてエネルギー吸収効率が飛躍的に向上した。本シミュレーションの条件下では、ｇ／ｅが０．８～１．０の場合には、自動車骨格部材に軸圧潰モードの変形が生じていた。すなわち、溝部３１が車内側端部（図１４の例では稜線部１５）にまで延びている場合、溝部の長さｇは縦壁の高さｅの８０％以上の長さであることが好ましい。

＜シミュレーション（４）＞
次に、図１５のように溝部３１が車内側端部（図１５の例では稜線部１５）まで延びていない構造において、溝部の長さｇと、縦壁の高さｅの比が異なる解析モデルを複数作成し、各解析モデルでシミュレーションを実施した。なお、シミュレーション条件は、解析モデルが異なることを除いてシミュレーション（１）の条件と同様である。シミュレーション（４）の結果を下記表３に示す。

表３に示されるように、ｇ／ｅが０．７以上の場合には、ｇ／ｅが０．７未満の場合に比べてエネルギー吸収効率が飛躍的に向上した。本シミュレーションの条件下では、ｇ／ｅが０．７～１．０の場合には自動車骨格部材に軸圧潰モードの変形が生じていた。すなわち、溝部３１が車内側端部（図１５の例では稜線部１５）にまで延びていない場合、溝部の長さｇは縦壁の高さｅの７０％以上の長さであることが好ましい。

＜シミュレーション（５）＞
次に、溝部の間隔ｃ（図４）が異なる解析モデルを複数作成し、各解析モデルでシミュレーションを実施した。なお、シミュレーション条件は、解析モデルが異なることを除き、シミュレーション（１）と同様の条件である。シミュレーション（５）の結果を下記表４に示す。

表４に示されるように、本シミュレーションの条件下では、溝部の間隔ｃが４０ｍｍ以下である場合には軸圧潰モードの変形が生じ、エネルギー吸収効率が向上した。

＜シミュレーション（６）＞
次に、溝部の稜線Ｒの曲率半径ｄ（図１２）が異なる解析モデルを複数作成し、各解析モデルでシミュレーションを実施した。なお、シミュレーション条件は、解析モデルが異なることを除き、シミュレーション（１）と同様の条件である。シミュレーション（６）の結果を下記表５に示す。

表５に示されるように、本シミュレーションの条件下では、溝部の稜線Ｒの曲率半径ｄが５ｍｍ以下である場合には軸圧潰モードの変形が生じ、エネルギー吸収効率が向上した。

本発明に係る技術は、自動車のサイドシルやバンパービーム等に利用することができる。

１ 自動車骨格部材
２ 中空部材
１０ ハット部材
１０ａ 第１のハット部材
１０ｂ 第２のハット部材
１１ 天板
１２ 縦壁
１３ フランジ
１４ 稜線部
１５ 稜線部
１６ 底板
１７ 稜線部
２０ クロージングプレート
３０ 溝形成箇所
３１ 溝部
３１ａ 溝部の稜線
３１ｂ 溝部の側面
３２ 溝部天板
３３ 溝部縦壁
３４ 溝部フランジ
３５ 溝部底板
４０ 電気自動車
４１ サイドシル
４２ 電池
５０ インパクタ
ａ 溝部の深さ
ｂ 溝部の幅
ｃ 溝部の間隔
ｄ 稜線の曲率半径
ｅ 縦壁の高さ
ｇ 溝部の長さ
θ₁ 溝部の２つの側面がなす角
θ₂ 溝部縦壁と溝部フランジとのなす角
θ₃ 溝部縦壁と溝部底板とのなす角

Claims (12)

1. ハット部材と、クロージングプレートを備え、
   前記ハット部材は、天板と、２つの縦壁と、２つのフランジを備え、
   前記２つの縦壁は、それぞれ前記天板と前記フランジの間にあり、
   前記２つの縦壁は、向かい合い、
   前記２つのフランジは、それぞれ前記クロージングプレートと接合され、
   前記２つの縦壁はそれぞれ、前記ハット部材の長手方向に垂直な方向に延びる複数の溝部を備え、
   前記溝部は、１つの稜線と、２つの側面を備え、
   前記稜線は、前記ハット部材の長手方向に垂直な方向に延び、
   前記２つの側面は、それぞれ前記稜線に接続され、
   前記天板に平行な断面における前記溝部の深さａと、前記溝部の幅ｂと、前記天板に垂直な方向における前記縦壁の高さｅは、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たす、自動車骨格部材。
2. 前記溝部は、前記縦壁の前記クロージングプレート側端部まで延び、
   前記天板に垂直な方向における前記溝部の長さｇは、前記縦壁の高さｅの８０％以上の長さである、請求項１に記載の自動車骨格部材。
3. 前記溝部は、前記縦壁の前記クロージングプレート側端部までは延びておらず、
   前記天板に垂直な方向における前記溝部の長さｇは、前記縦壁の高さｅの７０％以上の長さである、請求項１に記載の自動車骨格部材。
4. 前記溝部の間隔ｃは、４０ｍｍ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の自動車骨格部材。
5. 前記稜線の曲率半径ｄは、５ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の自動車骨格部材。
6. 中空部材を備え、
   前記中空部材は、天板と、底板と、２つの縦壁を備え、
   前記天板と前記底板は、向かい合い、
   前記２つの縦壁は、それぞれ前記天板と前記底板の間にあり、
   前記２つの縦壁は、向かい合い、
   前記２つの縦壁はそれぞれ、前記中空部材の長手方向に垂直な方向に延びる複数の溝部を備え、
   前記溝部は、１つの稜線と、２つの側面を備え、
   前記稜線は、前記中空部材の長手方向に垂直な方向に延び、
   前記２つの側面は、それぞれ前記稜線に接続され、
   前記天板に平行な断面における前記溝部の深さａと、前記溝部の幅ｂと、前記天板に垂直な方向における前記縦壁の高さｅは、０．２≦ａ／ｅ≦０．３、かつ、０．１≦ｂ／ｅ≦０．３の関係を満たす、自動車骨格部材。
7. 前記溝部は、前記縦壁の前記底板側端部まで延び、
   前記天板に垂直な方向における前記溝部の長さｇは、前記縦壁の高さｅの８０％以上の長さである、請求項６に記載の自動車骨格部材。
8. 前記溝部は、前記縦壁の前記底板側端部までは延びておらず、
   前記天板に垂直な方向における前記溝部の長さｇは、前記縦壁の高さｅの７０％以上の長さである、請求項６に記載の自動車骨格部材。
9. 前記溝部の間隔ｃは、４０ｍｍ以下である、請求項６～８のいずれか一項に記載の自動車骨格部材。
10. 前記稜線の曲率半径ｄは、５ｍｍ以下である、請求項６～８のいずれか一項に記載の自動車骨格部材。
11. 請求項１～５のいずれか一項に記載の自動車骨格部材を備えたサイドシルと、電池とを備え、
    車高方向に垂直な断面において、前記クロージングプレートは、前記電池に隣接し、前記天板は、車外側に配置されている、電気自動車。
12. 請求項６～１０のいずれか一項に記載の自動車骨格部材を備えたサイドシルと、電池とを備え、
    車高方向に垂直な断面において前記底板は、前記電池に隣接し、
    前記天板は、車外側に配置されている、電気自動車。

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