JPH04231268A

JPH04231268A - 車両用骨格部材、並びにサイドメンバ

Info

Publication number: JPH04231268A
Application number: JP40940290A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kitagawa; 裕一北川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-08-20
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: JP2653248B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は車両衝突時等のエネル
ギ吸収量を増大することのできる車両用骨格部材、並び
にサイドメンバに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用骨格部材としては例えば図
１７に示すサイドメンバ１０１がある。

【０００３】このサイドメンバ１０１は例えば図１８の
ように閉断面構造を呈した一般形状のものである。また
、図１９に示すような蛇腹形状のサイドメンバ１０２も
ある（類似構造のものとして実開昭６０−６６７４５号
公報参照）。そして、例えば車両の正面衝突時にバンパ
ー１０３側からサイドメンバ１０１へ衝突荷重が入力さ
れるとサイドメンバ１０１の変形等によって衝突エネル
ギを吸収するようになっている。しかしながら、図１８
のような一般形状のサイドメンバ１０１では衝突時にど
のように変形をするかが予測できないため、十分なエネ
ルギ吸収を行なうにはサイドメンバ１０１自体が大型化
する恐れがあった。

【０００４】また、図１９に示すサイドメンバ１０２で
は蛇腹形状であるため、衝突時の潰れ変形が予測でき、
吸収しうる衝突エネルギも予測し得るが、変形が容易な
ために大きさの割りには全体のエネルギ吸収量が少なく
、十分なエネルギ吸収を行なうためにはやはり大型化す
る恐れがあった。

【０００５】そこでこの発明は、潰れ変形状態を特定で
き、吸収エネルギの設定が容易で、小型化を図ることが
できる車両用骨格部材、並びにサイドメンバの提供を目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、上下左右壁部で構成され角部を有する閉
断面構造の車両用骨格部材において、前記上下左右壁部
の互いに向い合う両壁部とこの両壁部で挾まれた少なく
とも一方の壁部との一方に凹条を設け、他方に凸条を設
け、前記凹条が前記角部を通って前記凸条に連続するこ
とを特徴とする。

【０００７】また、上下左右壁部で構成され角部を有す
る閉断面構造であり、先端にバンパを取付けたサイドメ
ンバにおいて、前記上下左右壁部の先端側で互いに向い
合う両壁部とこの両壁部で挾まれた少なくとも一方の壁
部との一方に閉断面周方向の凹条を設け、他方に閉断面
周方向の凸条を設け、前記凹条が前記角部を通って前記
凸条に連続することを特徴とする。

【０００８】

【作用】まず車両用骨格部材では圧縮方向の入力荷重が
あると壁部に設けられた凹条及び凸条に応力集中が起り
、凸条は外側へ突出するように変形し、角部を通る凹条
を引張り込んでくる。従って、角部での潰れ変形は促進
され、凹条及び凸条を中心に車両用骨格部材の壁部は潰
れ変形する。

【０００９】また、サイドメンバでは車両衝突時にバン
パからサイドメンバへ衝突荷重が入力されると先端側に
設けられた凹条及び凸条を中心に潰れ変形を起すことが
できる。

【００１０】

【実施例】以下この発明の実施例を説明する。

【００１１】図１はこの発明の一実施例に係る車両用骨
格部材としてサイドメンバ１の先端側を示した斜視図で
ある。同図のようにサイドメンバ１は上下左右壁部３，
５，７で構成され、角部９を有する閉断面構造となって
いる。上下壁部３及び右壁部７はチャンネル材状に一体
に形成され、上下壁部３の端部に結合フランジ１１が設
けられ、この結合フランジ１１に、左壁部５の上下がス
ポット溶接等により結合されている。

【００１２】このようなサイドメンバ１の上下左右壁部
の互いに向い合う両壁部として、例えば上下壁部３には
閉断面周方向の凹条１３が設けられている。また、両壁
部に挾まれた少なくとも一方の壁部、例えば右壁部７に
は閉断面周方向の凸条１５が設けられている。凹条１３
は前記角部９を通って前記凸条１５に連続し、凹条１３
及び凸条１５は上下壁部３及び右壁部７においてサイド
メンバ１の閉断面周方向に連続した構成となっている。したがって、凹条１３は角部９を斜めに削り取るような
形状となっている。これら凹条１３及び凸条１５のサイ
ドメンバ１先端からの距離は、右壁部７の高さ寸法を先
端からとった点線の位置内となっている。根拠は後述す
る。

【００１３】図２は前記サイドメンバ１が先端から圧縮
荷重を受けたときの潰れ変形を経時的に示したもので、
図２の上段は図１と同じ状態の斜視図であり、（ａ）〜
（ｃ）へ経時的に潰れ変形している状態を示している。同図中段のものは平面から見た状態を模式的に示したも
ので、下段のものは中段において点線の四角で囲んだＲ
の領域を拡大して示したものである。

【００１４】また図３は図２上段のものを更に模式化し
て示したものである。従って図２上段及び図３で示すよ
うに、（ａ）の変形前の状態において先端に衝突荷重を
受けると荷重は凹条１３及び凸条１５に集中して（ｂ）
のように凸条１５が外側へ突出するように変形する。こ
の変形により、角部９において凹条１３が凸条１５の変
形方向へ引張り込まれ、角部９の潰れ変形も進行する。軽微の衝突であれば図２、図３の（ｂ）のような凹条１
３及び凸条１５の変形によって十分なエネルギ吸収が行
なわれる。更に大きな衝突荷重が加わるとサイドメンバ
１の変形は図２、図３の（ｃ）にまで至り、凹条１３及
び凸条１５を中心にサイドメンバ１が先端側で潰れ変形
する。従って潰れ変形箇所が特定でき、サイドメンバ１
の変形が予測できて吸収エネルギの設定も容易となる。また、凸条１５が外側へ突出し、角部９において凹条１
３を引張り込むような変形をするので蛇腹に比べて十分
なエネルギ吸収ができ、全体としてサイドメンバ１を小
型化することができる。

【００１５】次に上記実施例の理論的根拠について説明
する。

【００１６】（１）最大発生荷重の比較ここでは本発明
のサイドメンバ１を凹条及び凸条を設けていない図４の
サイドメンバ１０１との比較において述べる。

【００１７】（１，１　）基本サイドメンバ（図４）の
最大発生荷重ここで、ａ，ｂ，ｃ：部材の断面寸法（ｂ＞ａ）ｔ：板厚、　　
　　　　　　　　λ：座屈ピッチＥ：ヤング率　　　　
　　　　ν：ポアソン比σｙ　：降伏応力、　　　　Ｅ
ｔ　：降伏後の応力歪曲線の傾きとすると

【００１８】

【数１】

【００１９】　　最大発生応力　　　　σｍａｘ　＝σｃｒ０．４３
・σｙ　０．５７　　（σｃｒ＜σｙ　のとき）　　（
角部屈伏時）　　σｍａｘ　＝σｃｒ　　（σｃｒ＞σ
ｙ　のとき）となる。

【００２０】（１．２　）本実施例サイドメンバ（図１
）の最大発生荷重（１．２１）壁面座屈ここで部材の断面寸法は図４のものと同一とする。また
、ｅ：突条の高さＰ：圧縮荷重 δ：Ｐにより生じる壁面のたわみとする。

【００２１】サイドメンバ１の軸方向の圧縮荷重が加わ
ると、右壁部７には凸条１５があるため、同壁部７の他
の部分より容易に座屈する。凸条１５による荷重低減効
果は、凸条１５の高さｅをもつ右壁部７に生じるたわみ
δの微分方程式を解くことにより得られる。

【００２２】

【数２】

【００２３】上式右辺は右壁部７に働く曲げモーメント
、Ｄは曲げ剛性を表す。ここでｘは軸方向、ｙは板厚方
向である。

【００２４】

【数３】

【００２５】ｙ＝Ｃ１　ｓｉｎ　ｋｘ＋Ｃ２　ｃｏｓ　
ｋｘ＋ｅ＋δ

【００２６】

【数４】

【００２７】を得る。ｅ＝φ、突起のない場合の座屈荷
重をＰｃｒ（＝Ｐｍａｘ　）とすれば、

【００２８】

【数５】

【００２９】ｅ＞φでは荷重がＰｃｒに近づくに従いδ
は増加する。座屈の判定基準として、δ＞ｅと仮定すれ
ば、本発明実施例の座屈荷重Ｐ’ｃｒは、

【００３０】

【数６】

【００３１】即ち、壁部７は凸条１５の部分で凸条１５
のない他の部分に比べ、たかだか４／９程度の荷重で座
屈する。凹条１３をもつ上下壁部３についても同様であ
る。

【００３２】（１．２２）角部屈伏 ■　　壁面突起だけをもつ部材では、壁面座屈の後、角
部屈伏を生じる。

【００３３】

【数７】

【００３４】■　　角部が削られている部材では、壁面
座屈と同時に角は変形する。

【００３５】σ’ｍａｘ　＝σ’ｃｒ従って本発明の最大発生荷重は、

【００３６】

【数８】

【００３７】と考えられる。

【００３８】（１．３）　計算による最大発生荷重低減
効果と有限要素法の解析結果との比較（１．３１）計算結果断面寸法等をａ＝５０ｍｍ　　ｂ＝７０ｍｍ　　ｃ＝２０ｍｍ　　ｔ
＝１．６ｍｍＥ＝２１０００ｋｇｆ／ｍｍ２　　　Ｅｔ
＝２５０ｋｇｆ／ｍｍ２　ν＝０．３０　　σｙ　＝２
２．０ｋｇｆ／ｍｍ２　σｍａｘ　＝３２．３ｋｇｆ／
ｍｍ２　σ’ｍａｘ　＝１４．４ｋｇｆ／ｍｍ２　Ｐｍ
ａｘ　＝１４．４７ｔｏｎ　（静的）Ｐ’ｍａｘ　＝６
．４５ｔｏｎ　（静的）∴　　Ｐ’ｍａｘ　＝０．４５
Ｐｍａｘ　となる。このように本願の最大荷重Ｐ’ｍａ
ｘ　は従来のメンバに比べ４５％程度の低い値となって
いるため、極めてつぶれ易く、ピークを発生することが
なく、確実につぶれることができる。

【００３９】（１．３２）有限要素法の解析結果図５は
変形前のサイドメンバ１を模式的に示した斜視図であり
、図６は有限要素に分割したサイドメンバ１が衝突荷重
を受けて変形した後の状態の斜視図である。図７（ａ）
は有限要素に分割したサイドメンバ１の潰れ変形状態を
示す側面図であり、図７（ｂ）は潰れ変形後のサイドメ
ンバ１の側面図である。図８は凹条及び凸条を有しない
他の構造のサイドメンバ１０１の変形状態を示す図７に
対応した側面図である。

【００４０】サイドメンバ１の先端の壁部３，７に設置
された凹条１３、凸条１５により確実にこの部分から圧
潰が始まっている。本構造を持たないサイドメンバ１０
１では圧潰が中央付近から始まっているために大きな曲
げモーメントが働いて折れ曲がりを生じている。

【００４１】ここで、解析の諸条件　　図中、サイドメンバ１，１０１の平均断面寸法　　
７０×５０ｍｍ　　板厚１．２ｍｍ　　衝突速度３５ｍ
ｐｈ　（　　５６ｋｍ／ｈ）　　材質：鉄　　Ｅ＝２１
０００ｋｇｆ／ｍｍ２　、ν＝０．３、σｙ　＝２２ｋ
ｇｆ／ｍｍ２　　　　　　　　　　　　　Ｅｔ＝２５０
ｋｇｆ／ｍｍ２　　　とすると、図９で示すようにＰｍ
ａｘ　＝２３．３ｔｏｎ　、Ｐ’ｍａｘ　＝１０．０ｔ
ｏｎ　∴Ｐ’ｍａｘ　＝０．４３Ｐｍａｘ　従って上記計算結果と略一致していることがわかる。

【００４２】また、この発明実施例のサイドメンバ１の
角部９は先端部以外では直線的であるため、圧潰中の平
均圧潰荷重も安定して高い値を保っている。

【００４３】（２）凹条及び凸条を設置すべき位置図１
０は圧潰中にサイドメンバ１に働く曲げモーメントを単
純化したものである。サイドメンバ１がある点を関節と
して折れ曲がる時の先端回りの曲げモーメントは次式の
ようになる。

【００４４】Ｍ＝ＰＨｓｉｎ　θ ここでＰは荷重、Ｈはサイドメンバ位置先端から関節ま
での距離、θは関節での荷重方向の傾斜角である。衝突
時にサイドメンバ１は様々な方向から負荷入力を受け、
θは変化するので折れ曲がりを防ぐためにはＰとＨとを
小さくすることが望ましい。すなわち最大発生荷重Ｐｍ
ａｘは極力低い値にし、その時の関節（最初に圧潰する
壁面）の位置はサイドメンバ１の最も先端の壁面にする
ことが望ましい。

【００４５】さらに述べると、図１１は最初に圧潰する
壁面の位置、即ち凹条１３及び凸条１５を設置すべき位
置を示している。薄肉構造物の壁面の座屈波長λは図式
で表わされる。

【００４６】

【数９】

【００４７】ここでＥｔ　は降伏後の応力−歪み曲線の
傾きである。

【００４８】上式から折り畳まれる壁面の長さは通常の
鋼板で０．７ｂ＜λ＜ｂの範囲にある。凹条１３及び凸
条１５は先端から長辺分ｂの範囲に設置されているので
この発明実施例により圧潰を誘発される壁面は必ず凹条
１３及び凸条１５の壁面となる。凹条１３及び凸条１５
による最大発生荷重Ｐｍａｘ　の低減効果を最も有効に
働かせるためにはｂの範囲の中でも先端から０．５λの
位置がよい。

【００４９】図１２は他の実施例を示すものでこの実施
例では上下壁部３に凸条１５を設け、右壁部７に凹条１
３を設けている。そして衝突荷重を受けると、凸条１５
が外側へ突出し、上記と略同様な変形を行なわれること
ができる。

【００５０】なお、同様に左壁部５にも凹条又は凸条を
設けることができるものである。

【００５１】図１３、図１４はサイドメンバ１をバンパ
１７との関係で示すものである。すなわち、サイドメン
バ１の先端はファーストクロスメンバ１９に結合されて
おり、凹条１３及び凸条１５はサイドメンバ１の取付部
の後端Ａから略０．５ｂだけ後の位置に設けられている
。そして、サイドメンバ１の先端にはバンパ１７のステ
ィ１７ａが固定されている。衝突時に図１５の矢印Ｆの
ように荷重を受けると、上記したようにサイドメンバ１
は変形するが、サイドメンバ１の先端部分はファースト
クロスメンバ１９等によって拘束されているため、純粋
に蛇腹状に変形する部分は取付部の後端Ａ以降となる。そしてこの実施例ではファーストクロスメンバ１９の後
端Ａから略０．５ｂだけ後の位置に凹条１３及び凸条１
５が設けられているため、サイドメンバ１は必ずこの部
分から圧潰し始める。このように圧潰開始の位置がサイ
ドメンバ１の先端に近いので曲げモーメントは小さくな
っている。従って上記実施例と同様に一定の位置で潰れ
変形が起り、十分なエネルギ吸収を行なうことができる
。

【００５２】なおこの発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、車体骨格部材としてはリヤサイド
メンバ等に適用することもできる。又、前述の実施例で
は３つの面に凹凸を設けたが、４つの面に凹凸を設ける
こともできる。

【００５３】

【発明の効果】以上より明らかなようにこの発明の構成
によれば、凹条及び凸条を設ける簡単な構造により、潰
れ変形位置を特定することができ吸収エネルギの設定も
容易となる。また、十分なエネルギ吸収により小型化を
図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る斜視図である。

【図２】作用説明図である。

【図３】作用説明図である。

【図４】凹条及び凸条なしの基本サイドメンバの最大発
生荷重を説明する斜視図である。

【図５】本発明実施例のサイドメンバを模式化した説明
図である。

【図６】本発明実施例に有限要素法を適用した説明図で
ある。

【図７】本発明実施例に有限要素法を適用した説明図で
ある。

【図８】凹条及び凸条を有しないサイドメンバに有限要
素法を適用した場合の説明図である。

【図９】解析結果のグラフである。

【図１０】曲げモーメントの発生を説明する図である。

【図１１】凹条及び凸条を設ける位置の説明図である。

【図１２】他の実施例に係る斜視図である。

【図１３】ファーストクロスメンバとの関係で示すサイ
ドメンバの斜視図である。

【図１４】ファーストクロスメンバ及びバンパとの関係
で示すサイドメンバの平面図である。

【図１５】作用説明図である。

【図１６】作用説明図である。

【図１７】車両全部の斜視図である。

【図１８】従来のサイドメンバの斜視図である。

【図１９】従来のサイドメンバの斜視図である。

【符号の説明】

１　　サイドメンバ（車両用骨格部材）３　　上下壁部５　　左壁部７　　右壁部９　　角部１３　　凹条１５　　凸条１７　　バンパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　上下左右壁部で構成され角部を有する
閉断面構造の車両用骨格部材において、前記上下左右壁
部の互いに向い合う両壁部とこの両壁部で挾まれた少な
くとも一方の壁部との一方に閉断面周方向の凹条を設け
、他方に閉断面周方向の凸条を設け、前記凹条が前記角
部を通って前記凸条に連続することを特徴とする車両用
骨格部材。
【請求項２】　　上下左右壁部で構成され角部を有する
閉断面構造であり、先端にバンパを取付けたサイドメン
バにおいて、前記上下左右壁部の先端側で互いに向い合
う両壁部とこの両壁部で挾まれた少なくとも一方の壁部
との一方に閉断面周方向の凹条を設け、他方に閉断面周
方向の凸条を設け、前記凹条が前記角部を通って前記凸
条に連続することを特徴とするサイドメンバ。