JPWO2020085385A1

JPWO2020085385A1 - 自動車構造部材

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Publication number: JPWO2020085385A1
Application number: JP2019041533A
Authority: JP
Inventors: 諒漆畑; 伊藤　泰弘; 泰弘伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-02-15
Anticipated expiration: 2039-10-23
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Abstract

天壁部と、天壁部に対向する底壁部と、天壁部と底壁部を繋ぐ一対の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、自動車構造部材の内部に第１の波形補強部材を備え、第１の波形補強部材の底部および頂部は、天壁部から底壁部に向かう方向に延び、第１の波形補強部材の底部は、一対の縦壁部のうちのいずれか一方の縦壁部の内面に接合されている、自動車構造部材。

Description

本発明は、自動車構造部材に関する。

近年、自動車のＣＯ₂排出規制の厳格化を受けて、自動車車体の軽量化が推進されている。また、サイドシルやバンパービーム等の構造部材においては、衝突時のエネルギー吸収性能のさらなる向上が求められている。

特許文献１には、自動車用バンパー補強材の内側に補強用のリブが設けられた構造が開示されている。特許文献２には、中空部材の相対する壁間に配置された屈曲部を有する一対の主ステイと、その一対の主ステイの屈曲部間に配置された補強ステイとを有する構造が開示されている。特許文献３には、一対の側壁の間に１つの波形部材が配置された自動車用補強材が開示されている。特許文献４には、ロアメンバの内部に１つの波形部材が配置された構造が開示されている。特許文献５には、サイドシルの内部にＸ字状を成す合成樹脂製の複数のリブが配置された構造が開示されている。特許文献６には、サイドシルの内部にジグザグに屈曲するＣＦＲＰ製の衝撃吸収部材が配置された構造が開示されている。特許文献７には、下部部材の縦壁と下壁とに一体化された蛇腹状のリブが設けられた構造が開示されている。特許文献８には、フレームの側面部に、四角形状の凹凸が形成された補強板が取り付けられた構造が開示されている。特許文献９には、ハット形状のクロスメンバの内部に、ハット形状の補強部材が配置された構造が開示されている。特許文献９のクロスメンバ構造においては、補強部材の縦壁に複数の凹部が形成されており、クロスメンバのフランジと補強部材のフランジが互いに接合されている。特許文献１０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。特許文献１１には、中空部材に、山部と谷部からなる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。

特開平１０−２７８７０７号公報特開平１１−２５５０４８号公報実開平４−１０９６８３号公報特開２０１６−０１０９８２号公報国際公開第２０１３／１５３８７２号特開２０１４−０９１４６２号公報特開２００３−３０６１７１号公報特開２０１１−１３１７９１号公報特開平９−０２４８６４号公報特開２００８−２６５７３８号公報特開２００６−２０７６７９号公報

車体の軽量化を目的として構造部材の板厚を薄くするだけでは面剛性の低下を招くことになるため、軽量化を図る上では、特許文献１〜１１のように自動車構造部材の構造の改良を行うことで、エネルギー吸収性能の維持または向上を図ることが求められる。しかしながら、特許文献１〜１１に開示された構造においては、エネルギー吸収効率（エネルギー吸収性能の重量効率）の観点で改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、自動車構造部材におけるエネルギー吸収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、天壁部と、前記天壁部に対向する底壁部と、前記天壁部と前記底壁部を繋ぐ一対の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、前記自動車構造部材の内部に第１の波形補強部材を備え、前記第１の波形補強部材の底部および頂部は、前記天壁部から前記底壁部に向かう方向に延び、前記第１の波形補強部材の底部は、前記一対の縦壁部のうちのいずれか一方の前記縦壁部の内面に接合されていることを特徴としている。

前記第１の波形補強部材の前記天壁部側の端面は前記天壁部に接し、かつ、前記第１の波形補強部材の前記底壁部側の端面は前記底壁部に接していてもよい。前記第１の波形補強部材の前記天壁部側の端面が前記天壁部に接合されているか、若しくは、前記第１の波形補強部材の前記底壁部側の端面が前記底壁部に接合されていてもよい。前記第１の波形補強部材の前記天壁部側の端面が前記天壁部に接合されて、かつ、前記第１の波形補強部材の前記底壁部側の端面が前記底壁部に接合されていてもよい。

前記第１の波形補強部材の複数の底部がなす平面と、複数の頂部がなす平面との間隔が、前記自動車構造部材の２つの前記縦壁部の間隔の８〜４０％であってもよい。

前記自動車構造部材の内部に、前記第１の波形補強部材が接合されている前記縦壁部とは対向する縦壁部に、その底部が接合されている他の前記第１の波形補強部材をさらに有していてもよい。

前記自動車構造部材の長手方向に沿って延びる第２の補強部材をさらに有し、前記第２の補強部材は、前記第１の波形補強部材の頂部に接合されていてもよい。

前記縦壁部と前記第１の波形補強部材とが一体成形されていてもよい。前記天壁部と前記第１の波形補強部材のなす角が略垂直であってもよい。

自動車構造部材は、サイドシル、バンパービーム、センターピラー、ラダーフレームのサイドメンバまたはラダーフレームのクロスメンバであってもよい。

エネルギー吸収効率を向上させることができる。

自動車の車体骨格の一例を示す図である。ラダーフレームの一例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る自動車構造部材の概略構成を示す斜視図である。図３の自動車構造部材の、天壁部に平行な断面を示す図である。図４中のＡ−Ａ断面を示す図である。自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る自動車構造部材の概略構成を示す斜視図である。図１４の自動車構造部材の、天壁部に平行な断面を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。第１の波形補強部材の一例を示す図である。曲げ圧壊シミュレーションの条件を示す図である。シミュレーション（１）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。シミュレーション（２）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。シミュレーション（３）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。シミュレーション（４）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。シミュレーション（５）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。シミュレーション（６）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。シミュレーション（７）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。

以下、本発明の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。

図１は、自動車の車体骨格の一例を示す図である。本実施形態の自動車構造部材は、例えばサイドシル、バンパービームまたはセンターピラーとして適用され得る。また、自動車構造部材は、図２に示されるようにラダーフレームのサイドメンバまたはラダーフレームのクロスメンバとして適用され得る。

＜第１の実施形態＞
図３〜図５に示すように本実施形態の自動車構造部材１は、角筒状の中空部１０を有しており、中空部１０は、４つの壁部で構成されている。詳述すると、中空部１０は、天壁部１１と、天壁部１１に対向する底壁部１２と、天壁部１１と底壁部１２を繋ぐ一対の縦壁部１３である第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂと、からなる４つの壁部を有している。天壁部１１と、底壁部１２と、一対の縦壁部１３の素材は特に限定されず、例えば鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、繊維強化樹脂等の種々の樹脂素材等が採用され得る。

本実施形態の中空部１０は、天壁部１１と底壁部１２とが平行であり、第１の縦壁部１３ａと第２の縦壁部１３ｂとが平行となっている。また、第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂは、それぞれ天壁部１１と底壁部１２に対して略垂直になっている。なお、平行関係にある壁部同士は厳密に平行でなくてもよい。例えば、２つの縦壁部１３ａ、１３ｂが傾斜した台形などの断面形状であってもよい。また、中空部１０を構成する各壁部においては、部分的にビードや穴等が設けられてもよい。中空部１０を構成する各壁部の板厚は例えば１〜５ｍｍである。自動車構造部材１の長さは例えば３００〜３０００ｍｍであり、部材長手方向に垂直な断面のサイズは例えば５０〜２００ｍｍ角である。

自動車構造部材１が例えばサイドシルまたは図２のようなラダーフレームのサイドメンバである場合、Ｘ方向は車長方向、Ｙ方向は車高方向、Ｚ方向は車幅方向である。自動車構造部材１が、例えばバンパービームまたは図２のようなラダーフレームのクロスメンバである場合、Ｘ方向は車幅方向、Ｙ方向は車高方向、Ｚ方向は車長方向である。自動車構造部材１が、例えばセンターピラーである場合、Ｘ方向は車高方向、Ｙ方向は車長方向、Ｚ方向は車幅方向である。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は互いに垂直な方向である。

天壁部１１は、中空部１０の車外側に位置する壁部と車内側に位置する壁部のうち、車外側に位置する壁部のことである。自動車構造部材１が、例えばサイドシルやセンターピラー、ラダーフレームのサイドメンバである場合には、車幅方向における車外側の壁部が本発明に係る天壁部であり、車内側の壁部が本発明に係る底壁部である。自動車構造部材１が、例えばフロントバンパービームまたはラダーフレームのフロント側のクロスメンバである場合には、車長方向における前側の壁部が本発明に係る天壁部であり、車長方向における後側の壁部が本発明に係る底壁部である。自動車構造部材１が、例えばリアバンパービームまたはラダーフレームのリア側のクロスメンバである場合には、車長方向における後側の壁部が本発明に係る天壁部であり、車長方向における前側の壁部が本発明に係る底壁部である。つまり、衝撃荷重などに耐えられるよう補強すべき方向が、Ｚ方向となる。

天壁部１１と、底壁部１２と、第１の縦壁部１３ａと、第２の縦壁部１３ｂは、例えば押出成形のような一体成形で製造されていてもよいし、アウターパネルとインナーパネルとが互いに接合されることで製造されていてもよい。また、中空部１０は、例えば図６に示されるようにハット形状に成形されたアウターパネル１５と、ハット形状に成形されたインナーパネル１６で構成されていてもよい。図６の例においては、アウターパネル１５は、天壁部１５ａと、縦壁部１５ｂと、フランジ部１５ｃとを有し、インナーパネル１６は、天壁部１６ａと、縦壁部１６ｂと、フランジ部１６ｃとを有している。そして、アウターパネル１５のフランジ部１５ｃとインナーパネル１６のフランジ部１６ｃとが互いに接合されることで中空部１０が構成されている。図６の場合においても、前述の天壁部１１、底壁部１２、一対の縦壁部１３を有している。詳述すると、図６の例では、アウターパネル１５の天壁部１５ａが中空部１０の天壁部１１に相当し、インナーパネル１６の天壁部１６ａが中空部１０の底壁部１２に相当する。また、アウターパネル１５の縦壁部１５ｂとインナーパネル１６の縦壁部１６ｂによって中空部１０の一対の縦壁部１３ａ、１３ｂが構成される。

中空部１０は、図７のようにハット形状のパネル１７のフランジ部１７ｃとプレート１８が互いに接合されることで構成されていてもよい。図７の例では、パネル１７の天壁部１７ａが中空部１０の天壁部１１に相当し、パネル１７の一対の縦壁部１７ｂが中空部１０の一対の縦壁部１３ａ、１３ｂに相当し、プレート１８が中空部１０の底壁部１２に相当する。また、縦壁部１３は、図８に示されるハット形状のパネル１７のように天壁部１１に対して垂直でなくてもよい。

図４は自動車構造部材１の、天壁部１１に平行な断面を示す図である。中空の自動車構造部材１は、内部に第１の波形補強部材２０を有している。本実施形態においては第１の波形補強部材２０が２つ設けられており、第１の波形補強部材２０ａは第１の縦壁部１３ａの内面に接合され、第１の波形補強部材２０ｂは第２の縦壁部１３ｂの内面に接合されている。なお、２つの第１の波形補強部材２０ａ、２０ｂは互いに接していない。つまり、２つの第１の波形補強部材２０ａ、２０ｂとの間には、間隙がある。また、第１の波形補強部材２０ａと第１の波形補強部材２０ｂは互いに同一形状でなくてもよい。

“波形補強部材”とは、自動車構造部材１の部材長手方向（Ｘ方向）に沿って凸部と凹部とが交互に設けられた部材である。本明細書では、第１の波形補強部材２０の、縦壁部１３に接合される側の部分を“底部２２”と称し、縦壁部１３の接合側と反対側の部分を“頂部２１”と称す。第１の波形補強部材２０は、頂部２１と底部２２が自動車構造部材１の天壁部１１から底壁部１２に向かう方向に延びている。つまり、第１の波形補強部材２０の自動車構造部材１の天壁部１１から底壁部１２に向かう方向（Ｚ方向）に垂直な断面形状は略同一であり、第１の波形補強部材２０のそれぞれの頂部２１が連なる方向及び第１の波形補強部材２０のそれぞれの底部２２が連なる方向は、Ｚ方向となっている。エネルギー吸収効率向上の観点においては、頂部２１と底部２２は、第１の波形補強部材２０の、天壁部１１側の端面２３（図５）から底壁部１２側の端面２４（図５）まで延びていることが好ましい。第１の波形補強部材２０の板厚は、例えば中空部１０を構成する壁部の板厚の０．５〜１．２倍であることが好ましい。その下限を壁部の板厚の０．６倍又は０．７倍としてもよく、その上限を壁部の板厚の１．０倍又は０．８倍としてもよい。

図４に示されるように本実施形態の第１の波形補強部材２０は、自動車構造部材１の天壁部１１に平行な断面がハット形矢板のような形状であり、頂部２１および底部２２は縦壁部１３に平行な平面状となっている。図４に示される第１の波形補強部材２０は、頂部２１と、頂部２１と底部２２の間にある側面部２５のなす角θ₁が１５０度の例であるが、角θ₁は、例えば図９〜図１１のように異なる角度であってもよく、特に限定されない。効果的にエネルギー吸収効率を向上させるという観点においては、角θ₁は６０〜１５０度であることが好ましい。角θ₁は７０度以上であることがより好ましく、８０度以上であることがさらに好ましい。また、角θ₁は１２０度以下であることがより好ましく、１１０度以下であることがさらに好ましい。

エネルギー吸収効率向上の観点においては、図５〜図８のように自動車構造部材１の天壁部１１と第１の波形補強部材２０の頂部２１のなす角θ₂は略垂直であることが好ましい。例えば角θ₂は、８５〜９５度であることが好ましい。特に、図８のように第１の波形補強部材２０の底部２２が、自動車構造部材１の縦壁部１３に追従した形状であることによって天壁部１１に対して略垂直でない場合であっても、エネルギー吸収効率向上の観点においては、天壁部１１と頂部２１のなす角θ₂は８５〜９５度であることが好ましい。

第１の波形補強部材２０の複数の底部２２がなす（仮想）平面Ｐ₂と、複数の頂部２１がなす（仮想）平面Ｐ₁との間隔ｄ₁は、２つの縦壁部１３ａ、１３ｂの（最小）間隔Ｄ₁の８〜４０％の長さであることが好ましい。間隔ｄ₁がこの数値範囲内にある場合には、エネルギー吸収効率を効果的に向上させることができる。間隔ｄ₁が間隔Ｄ₁の３０％以下の長さであることがより好ましく、２５％以下又は２０％以下の長さであることがさらに好ましい。間隔ｄ₁の下限が間隔Ｄ₁の１０％以上又は１２％以上の長さであってもよい。この間隔ｄ₁は、第１の波形補強部材のＹ方向の幅とみなすことができる。ここで、Ｙ方向とは、中空の自動車部材の長手方向と天壁部１１から底壁部１２に向かう方向に、垂直な方向である。

第１の波形補強部材２０のＺ方向の一端部は天壁部１１近傍に位置し、他端部は底壁部１２近傍に位置していることが好ましい。例えば図１２のように自動車構造部材１の天壁部１１と、第１の波形補強部材２０の、天壁部１１側の端面２３との間隔ｄ₂は、天壁部１１と底壁部１２の間隔Ｄ₂の２０％以下の長さであることが好ましく、１０％以下又は５％以下の長さであることがより好ましい。また、自動車構造部材１の天壁部１１と、第１の波形補強部材２０の、底壁部１２側の端面２４との間隔ｄ₂’は、天壁部１１と底壁部１２の間隔Ｄ₂の２０％以下の長さであることが好ましく、１０％以下又は５％以下の長さであることがより好ましい。エネルギー吸収効率向上の観点においては、第１の波形補強部材２０は、天壁部１１側の端面２３が自動車構造部材１の天壁部１１に接しているか、若しくは、底壁部１２側の端面２４が自動車構造部材１の底壁部１２に接していることがより好ましい。また、天壁部１１側の端面２３が天壁部１１に接し、かつ、底壁部１２側の端面２４が底壁部１２に接していることがさらに好ましい。エネルギー吸収効率のさらなる向上の観点においては、第１の波形補強部材２０の天壁部１１側の端面２３が自動車構造部材１の天壁部１１に接合されているか、若しくは、第１の波形補強部材２０の底壁部１２側の端面２４が自動車構造部材１の底壁部１２に接合されていることが好ましい。また、天壁部１１側の端面２３が天壁部１１に接合され、かつ、底壁部１２側の端面２４が底壁部１２に接合されていることがさらに好ましい。

本実施形態の第１の波形補強部材２０は、自動車構造部材１のＸ方向の全域にわたって設けられているが、自動車構造部材１の形状や補強すべき箇所等に応じ、自動車構造部材１のＸ方向において部分的に設けられていてもよい。第１の波形補強部材２０の素材は特に限定されず、例えば鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、繊維強化樹脂等の種々の樹脂素材等が採用され得る。

第１の波形補強部材２０の底部２２は、縦壁部１３の内面に接合されている。このように第１の波形補強部材２０の底部２２が縦壁部１３の内面に接合されることによって、自動車構造部材１は、図４のような天壁部１１に平行な断面において、縦壁部１３と第１の波形補強部材２０により形成された閉断面Ｓ₁を有している。閉断面Ｓ₁は、自動車構造部材１のＸ方向に沿って間隔をおいて複数形成されている。

縦壁部１３と第１の波形補強部材２０との接合方法は特に限定されず、自動車構造部材１の形状や第１の波形補強部材２０の形状等に応じて適宜変更される。例えば縦壁部１３とハット形矢板のような部材とがアーク溶接等によるＴ字隅肉溶接、スポット溶接、レーザー溶接、または接着剤を用いた接着等により接合されていてもよい。また、縦壁部１３と第１の波形補強部材２０が例えば押出成形により一体成形されることで、縦壁部１３と第１の波形補強部材２０とが接合されていてもよい。縦壁部１３と第１の波形補強部材２０とが一体成形される場合、自動車構造部材１は、例えば一体成形された縦壁部１３と第１の波形補強部材２０に、天壁部１１と底壁部１２が溶接等により接合されることで製造され得る。なお、前記の天壁部１１側の端面２３と天壁部１１との接合方法及び底壁部１２側の端面２４と底壁部１２との接合方法も、アーク溶接等によるＴ字隅肉溶接、スポット溶接、レーザー溶接、または接着剤を用いた接着等であってもよい。

本実施形態の自動車構造部材１は以上のように構成されている。縦壁部１３の内面に第１の波形補強部材２０の底部２２が接合されて、縦壁部１３と第１の波形補強部材２０により閉断面Ｓ₁が形成された自動車構造部材１においては、天壁部１１の面剛性が向上する。これにより、エネルギー吸収性能を向上させることができる。また、後述の実施例で示すように、本実施形態のような自動車構造部材１は、エネルギー吸収効率にも優れているため、軽量化とエネルギー吸収性能の両立を図ることができる。

なお、図４の自動車構造部材１においては、第１の縦壁部１３ａと第２の縦壁部１３ｂの各々に対して第１の波形補強部材２０が設けられていたが、図１３のように一対の縦壁部１３のうちのいずれか一方の縦壁部１３に対してのみ第１の波形補強部材２０が設けられていてもよい。自動車構造部材１の内部に図１３のように第１の波形補強部材２０が設けられる場合、第１の波形補強部材２０は、一対の縦壁部１３のうちの両方の縦壁部１３には接合されず、いずれか一方の縦壁部１３に接合される。

＜第２の実施形態＞
図１４および図１５に示すように、第２の実施形態の自動車構造部材１においては、第１の波形補強部材２０に加え、さらに第２の補強部材３０を有している。第２の補強部材３０は、第１の波形補強部材２０の頂部２１に接合されている。これにより、第１の波形補強部材２０と第２の補強部材３０とによる閉断面Ｓ₂が形成される。すなわち、第２の実施形態の自動車構造部材１は、中空部１０の縦壁部１３と第１の波形補強部材２０で形成された第１の閉断面Ｓ₁と、第１の波形補強部材２０と第２の補強部材３０で形成された第２の閉断面Ｓ₂と、を有している。

第２の補強部材は、第１の波形補強部材２０に接合されていることに加え、中空部１０の天壁部１１および底壁部１２の少なくともいずれか一方の壁部にさらに接合されていてもよい。第１の波形補強部材２０と第２の補強部材３０の接合方法は特に限定されず、例えばアーク溶接等によるＴ字隅肉溶接、スポット溶接、レーザー溶接、または接着剤を用いた接着等による接合方法であってもよい。また、第１の波形補強部材２０と第２の補強部材３０とが例えば押出成形により一体成形されていてもよい。第２の補強部材３０の素材は特に限定されず、例えば鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、繊維強化樹脂等の種々の樹脂素材等が採用され得る。また、第２の補強部材３０は、部分的にビードや穴等が設けられてもよい。

第２の実施形態の自動車構造部材１によれば、天壁部１１の面剛性がさらに高まり、エネルギー吸収性能を向上させることができる。

以上、本発明の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。

例えば上記の第１〜第２の実施形態では、第１の波形補強部材２０がハット形矢板のような形状であったが、天壁部１１に平行な断面における第１の波形補強部材２０の形状は特に限定されない。例えば第１の波形補強部材２０は、図１６のように天壁部１１に平行な断面において、頂部２１および底部２２が曲面状であってもよいし、図１７のように天壁部１１に平行な断面において、頂部２１および底部２２が尖っていてもよい。

自動車構造部材の曲げ圧壊シミュレーションを実施した。図１８はシミュレーション条件を示す図であり、自動車構造部材１の底壁部１２の外側には剛体プレート５０が設けられている。シミュレーションは、図１８の自動車構造部材１の内部に２つの第１の波形補強部材が設けられた解析モデルにおいて、天壁部１１にφ２５４のインパクタ５１が押し込まれることで実施されている。自動車構造部材１は、角筒状の鋼材であり、自動車構造部材１の部材長手方向（Ｘ方向）の長さは１０００ｍｍ、板厚は１．０ｍｍである。自動車構造部材１のＸ方向に垂直な断面の形状は正方形であり、断面寸法は１００ｍｍ角である。第１の波形補強部材の素材は鋼材であり、板厚は１．０ｍｍである。本シミュレーションにおいて、自動車構造部材１のＸ方向の両端面は完全拘束されている。

［シミュレーション（１）］
第１の波形補強部材２０の頂部２１と側面部２５のなす角θ₁（図４）と、自動車構造部材１の各壁部に対する波形補強部材の接触箇所が異なる複数の解析モデルでシミュレーションを実施した。本シミュレーションの結果を下記表１および図１９に示す。なお、表１および図１９中の構造Ａは、第１の波形補強部材が自動車構造部材の縦壁部と、底壁部と、天壁部に接合された構造である。構造Ｂは、第１の波形補強部材が自動車構造部材の縦壁部と、底壁部に接合された構造である（ただし、第１の波形補強部材と天壁部は接合されていないが、接している。）。構造Ｃは、第１の波形補強部材が自動車構造部材の縦壁部と、天壁部に接合された構造である（ただし、第１の波形補強部材と底壁部は接合されていないが、接している。）。構造Ｄは、第１の波形補強部材が自動車構造部材の縦壁部にのみ接合されたし構造である（ただし、第１の波形補強部材と底壁部及び第１の波形補強部材と天壁部は接合されていないが、接している。）。また、表１および図１９中の“ＥＡ効率”は、インパクタのストローク５０ｍｍ時における各解析モデルのエネルギー吸収効率である。なお、第１の波形補強部材２０の複数の底部２２がなす面Ｐ₂と、複数の頂部２１がなす面Ｐ₁との間隔ｄ₁を、２０ｍｍ（ｄ₁／Ｄ₁＝０．２０）とした。

図１９に示されるように、いずれの解析モデルにおいても、波形補強部材が設けられていない解析モデルと比較してＥＡ効率が向上した。効果的にＥＡ効率を向上させるという観点においては、角θ₁は１５０度以下であることが好ましく、１２０度以下であることがより好ましい。

［シミュレーション（２）］
第１の波形補強部材２０の複数の底部２２がなす面Ｐ₂と、複数の頂部２１がなす面Ｐ₁との間隔ｄ₁を２０ｍｍ（ｄ₁／Ｄ₁＝０．２０）とし、図１０のような角θ₁が９０度となる形状において、ＥＡ効率に及ぼす縦壁部との接合有無の影響についてシミュレーションを行った。本シミュレーションの結果を図２０に示す。図２０に示されるように、第１の波形補強部材は縦壁部に接合された場合に最もＥＡ効率が高かった。なお、本シミュレーションにおいて縦壁部のみ溶接した条件のもの（図２０の右端参照）は、シミュレーション（１）の中の角θ₁が９０度の構造Ｄと同一である。

［シミュレーション（３）］
第１の波形補強部材２０の複数の底部２２がなす平面Ｐ₂と、複数の頂部２１がなす平面Ｐ₁との間隔ｄ₁（図４）と２つの縦壁部１３ａ、１３ｂの間隔Ｄ₁（図４）の比ｄ₁／Ｄ₁の比が異なる解析モデルで、図１０のような角θ₁が９０度となる形状においてシミュレーションを実施した。本シミュレーションの結果を図２１に示す。なお、図２１における比較例１の解析モデルは、１つのみ設けられた第１の波形補強部材の頂部が、２つの縦壁部のうちの一方の縦壁部の内面に接合され、第１の波形補強部材の底部が他方の補強部材の内面に接合された構造である。比較例２の解析モデルは、各縦壁部に１つずつ波形補強部材が接合され、かつ、各波形補強部材の頂部同士が互いに接合された構造である。

図２１に示されるように、一対の縦壁部に１つの波形補強部材が接合された構造（比較例１）や、２つの波形補強部材の頂部同士が接合された構造（比較例２）は、ＥＡ効率が劣ることがわかる。

［シミュレーション（４）］
天壁部１１と第１の波形補強部材２０の間隔ｄ₂（図１５）、および、底壁部１２と第１の波形補強部材２０の間隔ｄ₂’が異なる複数の解析モデルでシミュレーションを実施した。各解析モデルにおける自動車構造部材の構造は、間隔ｄ₂および間隔ｄ₂’が異なること以外はシミュレーション（１）の構造Ｄ（θ₁＝９０°）と同一の構造である。また、各解析モデルでは、間隔ｄ₂と間隔ｄ₂’が互いに同一の間隔となっている。

本シミュレーションの結果を図２２に示す。なお、図２２の横軸は、間隔ｄ₂と、天壁部１１と底壁部１２の間隔Ｄ₂の比ｄ₂／Ｄ₂で表されている。図２２では、ｄ₂／Ｄ₂の値のみ記載されているが、前述の通り、本シミュレーションでは間隔ｄ₂と間隔ｄ₂’が同一の間隔であるため、例えばｄ₂／Ｄ₂が０．０５の解析モデルにおいてはｄ₂’／Ｄ₂も０．０５である。図２２に示されるように、いずれの解析モデルにおいても、波形補強部材が設けられていない解析モデルと比較してＥＡ効率が向上した。特に、ｄ₂／Ｄ₂＝０かつｄ₂’／Ｄ₂＝０の構造、すなわち第１の波形補強部材２０が天壁部１１と底壁部１２に接している構造においては、最もＥＡ効率が高くなり、本構造が好ましい構造であることがわかる。

［シミュレーション（５）］
図１３のような一対の縦壁部のうちの片側に第１の波形補強部材が設けられた解析モデル、および図４のような一対の縦壁部のうちの両側に第１の波形補強部材が設けられた解析モデルでシミュレーションを実施した。各解析モデルにおける第１の波形補強部材と自動車構造部材の接合箇所は縦壁部のみであり、角θ₁は１２０度である。図２３は、インパクタのストローク５０ｍｍ時における各解析モデルのエネルギー吸収効率（ＥＡ効率）を示す図である。図２３に示されるように、第１の波形補強部材が一対の縦壁部のうちの片側に設けられた解析モデルにおいても、補強部材が設けられていない解析モデルと比較してＥＡ効率が向上した。

［シミュレーション（６）］
図１５のような第２の補強部材が設けられた解析モデルでシミュレーションを実施した。解析モデルは、第１の波形補強部材が設けられずに第２の補強部材のみが設けられたモデルと、図４、図９〜図１１のような角θ₁が異なる第１の波形補強部材に第２の補強部材が接合されたモデルである。図２４は、インパクタのストローク５０ｍｍ時における各解析モデルのエネルギー吸収効率（ＥＡ効率）を示す図である。図２４に示されるように、第１の波形補強部材と第２の補強部材とが組み合わされることで、補強部材が設けられていない解析モデルと比較してＥＡ効率が向上した。

［シミュレーション（７）］
図１６の第１の波形補強部材を有する解析モデルと、図１７の第１の波形補強部材を有する解析モデルでシミュレーションを実施した。図２５は、インパクタのストローク５０ｍｍ時における各解析モデルのエネルギー吸収効率（ＥＡ効率）を示す図である。図２５に示されるように、いずれの解析モデルにおいても、補強部材が設けられていない解析モデルと比較してＥＡ効率が向上した。

本発明は、例えばサイドシル、バンパービーム、センターピラー、ラダーフレームのサイドメンバまたはラダーフレームのクロスメンバとして利用することができる。

１自動車構造部材
１０中空部
１１天壁部
１２底壁部
１３縦壁部
１３ａ第１の縦壁部
１３ｂ第２の縦壁部
１５アウターパネル
１５ａ天壁部
１５ｂ縦壁部
１５ｃフランジ部
１６インナーパネル
１６ａ天壁部
１６ｂ縦壁部
１６ｃフランジ部
１７パネル
１７ａ天壁部
１７ｂ縦壁部
１７ｃフランジ部
１８プレート
２０第１の波形補強部材
２１頂部
２２底部
２３天壁部側端面
２４底壁部側端面
２５側面部
３０第２の補強部材
５０剛体プレート
５１インパクタ
Ｄ₁ 縦壁部の間隔
ｄ₁ 第１の波形補強部材の複数の底部がなす平面と複数の頂部がなす平面の間隔
Ｄ₂ 天壁部と底壁部の間隔
ｄ₂ 自動車構造部材の天壁部と第１の波形補強部材の天壁部側端面の間隔
ｄ₂’ 自動車構造部材の底壁部と第１の波形補強部材の底壁部側端面の間隔
Ｐ₁ 第１の波形補強部材の複数の頂部がなす平面
Ｐ₂ 第１の波形補強部材の複数の底部がなす平面
Ｓ₁ 第１の閉断面
Ｓ₂ 第２の閉断面
θ₁ 第１の波形補強部材の頂部と側面部のなす角
θ₂ 第１の波形補強部材の頂部と自動車構造部材の天壁部のなす角

上記課題を解決する本発明の一態様は、天壁部と、前記天壁部に対向する底壁部と、前記天壁部と前記底壁部を繋ぐ一対の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、前記自動車構造部材の内部に第１の波形補強部材を備え、前記第１の波形補強部材の底部および頂部は、前記天壁部から前記底壁部に向かう方向に延び、前記第１の波形補強部材の底部は、前記一対の縦壁部のうちのいずれか一方の前記縦壁部の内面に接合され、前記自動車構造部材の内部において、前記第１の波形補強部材が接合された前記縦壁部とは対向する縦壁部に前記底部が接合された他の前記第１の波形補強部材をさらに有し、２つの前記第１の波形補強部材は互いに接しておらず、前記第１の波形補強部材の複数の底部がなす平面と、複数の頂部がなす平面との間隔は、前記自動車構造部材の２つの前記縦壁部の間隔の８〜４０％であることを特徴としている。

上記課題を解決する本発明の一態様は、天壁部と、前記天壁部に対向する底壁部と、前記天壁部と前記底壁部を繋ぐ一対の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、前記自動車構造部材の内部に第１の波形補強部材を備え、前記第１の波形補強部材の底部および頂部は、前記天壁部から前記底壁部に向かう方向に延び、前記第１の波形補強部材の底部は、前記一対の縦壁部のうちのいずれか一方の前記縦壁部の内面に接合され、前記自動車構造部材の内部において、前記第１の波形補強部材が接合された前記縦壁部とは対向する縦壁部に前記底部が接合された他の前記第１の波形補強部材をさらに有し、２つの前記第１の波形補強部材は互いに接しておらず、２つの前記第１の波形補強部材のそれぞれにおいて、複数の底部がなす平面と、複数の頂部がなす平面との間隔は、前記自動車構造部材の２つの前記縦壁部の間隔の８〜４０％であることを特徴としている。

Claims

天壁部と、前記天壁部に対向する底壁部と、前記天壁部と前記底壁部を繋ぐ一対の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、
前記自動車構造部材の内部に第１の波形補強部材を備え、
前記第１の波形補強部材の底部および頂部は、前記天壁部から前記底壁部に向かう方向に延び、
前記第１の波形補強部材の底部は、前記一対の縦壁部のうちのいずれか一方の前記縦壁部の内面に接合されている、自動車構造部材。
前記第１の波形補強部材の前記天壁部側の端面は前記天壁部に接し、かつ、前記第１の波形補強部材の前記底壁部側の端面は前記底壁部に接している、請求項１に記載の自動車構造部材。
前記第１の波形補強部材の前記天壁部側の端面が前記天壁部に接合されているか、若しくは、前記第１の波形補強部材の前記底壁部側の端面が前記底壁部に接合されている、請求項２に記載の自動車構造部材。
前記第１の波形補強部材の前記天壁部側の端面が前記天壁部に接合されて、かつ、前記第１の波形補強部材の前記底壁部側の端面が前記底壁部に接合されている、請求項３に記載の自動車構造部材。
前記第１の波形補強部材の複数の底部がなす平面と、複数の頂部がなす平面との間隔が、前記自動車構造部材の２つの前記縦壁部の間隔の８〜４０％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
前記自動車構造部材の内部に、前記第１の波形補強部材が接合されている前記縦壁部とは対向する縦壁部に、その底部が接合されている他の前記第１の波形補強部材をさらに有し、
２つの前記第１の波形補強部材は互いに接していない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
前記自動車構造部材の長手方向に沿って延びる第２の補強部材をさらに有し、
前記第２の補強部材は、前記第１の波形補強部材の頂部に接合されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
前記縦壁部と前記第１の波形補強部材とが一体成形されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
前記天壁部と前記第１の波形補強部材の頂部のなす角が略垂直である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
サイドシル、バンパービーム、センターピラー、ラダーフレームのサイドメンバまたはラダーフレームのクロスメンバである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動車構造部材。