WO2020050422A1 - 自動車構造部材 - Google Patents

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WO2020050422A1
WO2020050422A1 PCT/JP2019/035374 JP2019035374W WO2020050422A1 WO 2020050422 A1 WO2020050422 A1 WO 2020050422A1 JP 2019035374 W JP2019035374 W JP 2019035374W WO 2020050422 A1 WO2020050422 A1 WO 2020050422A1
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WO
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wall portion
reinforcing
vertical wall
joined
structural member
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PCT/JP2019/035374
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English (en)
French (fr)
Inventor
諒 漆畑
伊藤 泰弘
Original Assignee
日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an automobile structural member.
  • Patent Document 1 discloses a side sill structure in which an insert member is provided inside a hollow side sill.
  • the insert member of Patent Literature 1 includes two parts having different member shapes in the vehicle width direction. More specifically, the insert member has a portion provided with a cross member positioned outside the vehicle in the vehicle width direction, and a hollow portion provided with no cross member positioned inside the vehicle in the vehicle width direction. .
  • a portion provided with a cross member is crushed to absorb energy, while a hollow portion is not crushed to protect components such as a battery.
  • the pair of vertical walls in the vehicle width direction of the insert member are not joined to the pair of vertical walls of the side sill.
  • Patent Document 2 discloses a joint structure having a plate-shaped reinforcing member disposed so as to be sandwiched between a hat-shaped side sill inner panel and a hat-shaped side sill outer panel.
  • the respective flange portions are spot-welded, and the respective members are joined to each other. Have been.
  • Patent Document 3 discloses a bumper beam structure in which a gusset that forms a closed cross section is provided on the front side of a bumper beam main body.
  • Patent Document 4 discloses a bumper reinforcement having a rib connecting the front wall and the rear wall, and another rib connecting the rib to the upper wall or the lower wall.
  • Patent Document 5 discloses a structural member having a main stay connecting a pair of opposing walls and a reinforcing stay connecting the main stay and a short side wall.
  • Patent Literature 6 discloses a front structure of a vehicle having a horizontal rib provided between a pair of left and right peripheral walls and a vertical rib intersecting the horizontal rib and connecting an upper peripheral wall or a lower peripheral wall.
  • Patent Literature 7 discloses a vehicle bumper structure including a horizontal partition connecting the front wall and the rear wall and a vertical partition connecting the horizontal partition and the upper wall or the lower wall. .
  • Patent Literature 8 discloses a vehicle bumper structure having a rib connecting a bumper cover and a bumper reinforcement, and a vertical wall connecting the rib and an upper or lower wall of the bumper cover. I have.
  • Patent Document 9 discloses a structural member in which a space in a hollow portion having a rectangular cross section is divided into an X shape.
  • Patent Literature 1 The side sill structure of Patent Literature 1 is to improve the energy absorption amount by crushing the insert member itself in the side sill. However, the structure does not utilize the material characteristics of the entire side sill, and the energy absorption performance is not improved. There is room for improvement in terms of weight efficiency. Also, the structures of Patent Documents 2 to 9 have room for improvement in terms of energy absorption efficiency (weight efficiency of energy absorption performance).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the energy absorption efficiency of an automobile structural member, and achieve both a reduction in weight and an improvement in energy absorption performance.
  • an automobile structural member which includes a top wall portion, a bottom wall portion facing the top wall portion, and a pair of vertical walls connecting the top wall portion and the bottom wall portion.
  • a hollow automobile structural member having a first vertical wall portion and a second vertical wall portion as walls, one end is joined to the top wall, and the other end is joined to the bottom wall.
  • a second reinforcing member having one end joined to one of the first vertical wall portion and the second vertical wall portion and the other end joined to the first reinforcing portion. And a plurality of the second reinforcing portions are provided along a height direction of the vertical wall portion.
  • one end of the second reinforcing portion is joined to the first vertical wall portion, and the other end is joined to the first reinforcing portion.
  • Another first reinforcing portion provided between the first reinforcing portion and the second vertical wall portion, the first reinforcing portion being joined to the bottom wall portion and the other end portion being joined to the bottom wall portion; And the other second reinforcing portion joined to the other vertical wall portion, and the other end portion is joined to the other first reinforcing portion.
  • a plurality may be provided along the height direction of the vertical wall portion.
  • ⁇ It is preferable that the two first reinforcing portions joined to each other via the top wall portion and the bottom wall portion are not joined to each other at a portion other than the top wall portion and the bottom wall portion.
  • the distance between the top wall portion and the bottom wall portion is referred to as a member height
  • a region from the center position of the member height to the top wall portion side is referred to as a first region
  • the distance from the center position of the member height is referred to as a first region.
  • the region on the bottom wall portion side is referred to as a second region
  • the number of the second reinforcing portions provided in the first region is equal to the number of the second reinforcing portions provided in the second region. It is preferable that the number is larger than the number of reinforcing portions.
  • the distance between the first vertical wall portion and the second vertical wall portion is referred to as a member width, from a center position of the member width to the vertical wall portion to which one end of the second reinforcing portion is joined.
  • the distance and Wh from the center position of the member width, a distance to the second of said first reinforcing portion which the other end is joined to the reinforcing portion when the Wh, 0 ⁇ (Wh / (Wh 0 ) ⁇ 100 ⁇ 95 is preferably satisfied.
  • the top wall portion, the bottom wall portion, the first vertical wall portion, the second vertical wall portion, the first reinforcing portion, and the second reinforcing portion are integrally formed. You may.
  • the lengths of the first reinforcing portion and the second reinforcing portion in the longitudinal direction of the vehicle structural member are 2% or more of the length of the vehicle structural member in the longitudinal direction.
  • an angle formed by a plane parallel to the top wall portion and the second reinforcing portion is 60 ° or less.
  • the vehicle structural member may be a side sill, a center pillar, or a side member of a rudder frame.
  • the top wall is a wall on the vehicle outside in the vehicle width direction.
  • the vehicle structural member may be a cross member of a bumper beam or a ladder frame.
  • the top wall is a wall on the vehicle outside in the vehicle length direction.
  • energy absorption efficiency can be improved, and both weight reduction and improvement in energy absorption performance can be achieved.
  • FIG. 1 It is a perspective view showing the schematic structure of the automobile structural member concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a figure which shows the cross section of the vehicle structural member perpendicular to X direction (member longitudinal direction). It is a figure which shows an example of the body frame of a motor vehicle. It is a figure showing an example of a ladder frame. It is a figure showing an example of section shape of an automobile structural member. It is a figure showing an example of section shape of an automobile structural member. It is a figure showing an example of section shape of an automobile structural member. It is a figure showing an example of section shape of an automobile structural member. It is a figure showing an example of section shape of an automobile structural member. It is a figure showing the example of shape of the 2nd reinforcement. It is a figure showing an example of section shape of an automobile structural member.
  • the vehicle structural member 1 of the present embodiment has a hollow portion 10 having a rectangular cylindrical shape, and the hollow portion 10 is configured by four walls. More specifically, the hollow portion 10 is a top wall portion 11, a bottom wall portion 12 facing the top wall portion 11, and a pair of vertical wall portions connecting the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12. It has four wall portions 13.
  • the left vertical wall portion 13 in the figure is referred to as a first vertical wall portion 13a
  • the right vertical wall portion 13 is referred to as a second vertical wall portion 13b.
  • the material of the top wall portion 11, the bottom wall portion 12, the first vertical wall portion 13a, and the second vertical wall portion 13b is not particularly limited, and various materials such as a steel material, an aluminum alloy member, a magnesium alloy member, and a fiber reinforced resin are used. Resin material and the like can be adopted.
  • the shape of the closed cross section space in a cross section perpendicular to the X direction which is the member longitudinal direction of the automobile structural member 1 is square, and the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 are parallel.
  • the first vertical wall portion 13a and the second vertical wall portion 13b are parallel to each other. Further, the first vertical wall portion 13a and the second vertical wall portion 13b are perpendicular to the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12, respectively.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are perpendicular to each other.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a vehicle body skeleton of an automobile.
  • the X direction is the vehicle length direction
  • the Y direction is the vehicle height direction
  • the Z direction is the vehicle width direction.
  • the X direction is the vehicle width direction
  • the Y direction is the vehicle height direction
  • the Z direction is the vehicle length direction.
  • the X direction is the vehicle height direction
  • the Y direction is the vehicle length direction
  • the Z direction is the vehicle width direction.
  • the automobile structural member 1 is, for example, a side member of a ladder frame as shown in FIG.
  • the X direction is a vehicle length direction
  • the Y direction is a vehicle height direction
  • the Z direction is a vehicle width direction
  • the X direction is the vehicle width direction
  • the Y direction is the vehicle height direction
  • the Z direction is the vehicle length direction.
  • the shape of the closed section space of the hollow portion 10 in the section perpendicular to the X direction may be, for example, a rectangle.
  • the walls in the parallel relationship may not be strictly parallel, and the walls in the vertical relationship may not be strictly vertical.
  • a bead or a hole may be provided partially.
  • the top wall portion 11, the bottom wall portion 12, the first vertical wall portion 13a, and the second vertical wall portion 13b may be manufactured by integral molding such as extrusion molding.
  • the hollow portion 10 may be configured by joining a hat-shaped outer panel 15 and a hat-shaped inner panel 16 to each other as shown in FIG.
  • the outer panel 15 has a top wall portion 15a, a vertical wall portion 15b, and a flange portion 15c
  • the inner panel 16 has a top wall portion 16a, a vertical wall portion 16b, and a flange.
  • a portion 16c In the example of FIG.
  • the hollow portion 10 is formed by joining the flange portion 15c of the outer panel 15 and the flange portion 16c of the inner panel 16 to each other. Also in the case of FIG. 5, the hollow portion 10 has the above-described top wall portion 11, bottom wall portion 12, and pair of vertical wall portions 13. More specifically, in the example of FIG. 5, the top wall portion 15a of the outer panel 15 corresponds to the top wall portion 11 of the hollow portion 10, and the top wall portion 16a of the inner panel 16 corresponds to the bottom wall portion 12 of the hollow portion 10. I do.
  • a pair of vertical wall portions 13a and 13b of the hollow portion 10 is constituted by the vertical wall portion 15b of the outer panel 15 and the vertical wall portion 16b of the inner panel 16.
  • the shape of the closed cross section space in the cross section perpendicular to the X direction in the case of FIG. 5 is also, for example, square or rectangular depending on the shape of the outer panel 15 or the inner panel 16, similarly to the case of the above-described rectangular hollow part 10.
  • the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 of the hollow portion 10 may be configured by the vertical wall portion 15b of the outer panel 15 and the vertical wall portion 16b of the inner panel 16 as shown in FIG.
  • the top wall portion 15a of the outer panel 15 and the top wall portion 16a of the inner panel 16 correspond to a pair of vertical wall portions 13a and 13b of the hollow portion 10.
  • the hollow portion 10 may be formed by joining the flange portion 17c of the hat-shaped panel 17 and the plate 18 to each other as shown in FIG. In the example of FIG.
  • the top wall portion 17a of the panel 17 corresponds to the top wall portion 11 of the hollow portion 10
  • the pair of vertical wall portions 17b of the panel 17 corresponds to the pair of vertical wall portions 13a, 13b of the hollow portion 10.
  • the plate 18 corresponds to the bottom wall 12 of the hollow portion 10.
  • a pair of vertical wall portions 17b of the panel 17 correspond to the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 of the hollow portion 10
  • the top wall portion 17a of the panel 17 and the plate 18 define the hollow portion 10.
  • a pair of vertical wall portions 13a and 13b are configured.
  • the vehicle structural member 1 is a “first reinforcing portion” that is a plate-like reinforcing portion having one end joined to the top wall 11 and the other end joined to the bottom wall 12. 20 ".
  • Two first reinforcing portions 20 of the present embodiment are provided at an interval in the Y direction.
  • first reinforcing portion 20a the first reinforcing portion 20 on the side closer to the first vertical wall portion 13a
  • first reinforcing portion 20 on the side closer to the second vertical wall portion 13b The reinforcing portion 20 is referred to as “first reinforcing portion 20b”.
  • the material of the first reinforcing portion 20 is not particularly limited, and various resin materials such as a steel material, an aluminum alloy member, a magnesium alloy member, and a fiber reinforced resin can be adopted.
  • the method of joining the first reinforcing portion 20 to the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 is not particularly limited.
  • the top wall portion 11 is a wall portion located on the vehicle exterior side of the wall portion located on the vehicle exterior side and the wall portion located on the vehicle interior side of the automobile structural member 1. Is preferred. That is, when the automobile structural member 1 is, for example, a side sill, a center pillar, or a side member of a ladder frame, the top wall portion 11 is preferably an outer wall portion in the vehicle width direction. When the vehicle structural member 1 is, for example, a front bumper beam or a cross member on the front side of a ladder frame, the top wall portion 11 is preferably a front wall portion in the vehicle length direction.
  • the top wall portion 11 is preferably a rear wall portion in the vehicle length direction. That is, when the automobile structural member 1 is a cross member of a bumper beam or a ladder frame, the top wall portion 11 is preferably a wall portion on the vehicle outside in the vehicle length direction.
  • the automobile structural member 1 has a plate-like shape in which one end is joined to one of the first vertical wall 13a and the second vertical wall 13b, and the other end is joined to the first reinforcing portion 20. It further has a "second reinforcing portion 30" which is a reinforcing portion. The plurality of second reinforcing portions 30 are provided along the height direction of the vertical wall portion 13.
  • one end portion is joined to the first vertical wall portion 13a, the other end portion is joined to the first reinforcement portion 20a, the second reinforcement portion 30a, and one end portion is joined to the second vertical wall portion.
  • Two second reinforcing portions 30 are provided, such as a second reinforcing portion 30b joined to the portion 13b and the other end is joined to the first reinforcing portion 20b.
  • the material of the second reinforcing portion 30 is not particularly limited, and for example, various resin materials such as a steel material, an aluminum alloy member, a magnesium alloy member, and a fiber reinforced resin can be adopted.
  • the joining method of the second reinforcing portion 30 to the hollow portion 10 and the first reinforcing portion 20 is not particularly limited.
  • flange portions 31 are provided at both ends in the Y direction of the second reinforcing portion 30 so that the cross-sectional shape of the second reinforcing portion 30 is U-shaped as shown in FIG.
  • the second reinforcing portion 30 may be joined to the hollow portion 10 and the first reinforcing portion 20 by spot welding the vertical wall portion 13 and the first reinforcing portion 20.
  • the hollow portion 10, the first reinforcing portion 20, and the second reinforcing portion 30 may be joined by being integrally formed by, for example, extrusion molding.
  • the mode of joining is not limited to spot welding.
  • T-shaped fillet welding by arc welding or the like, or joining by an adhesive or the like may be used.
  • the two first reinforcing portions 20, that is, the first reinforcing portion 20a and the first reinforcing portion 20b are connected to the top wall portion 11 and the bottom portion. It is preferable that portions other than the wall portion 12 are not joined to each other. In the example of FIG. 2, the ends in the height direction (Z direction) of the first reinforcing portion 20 a and the first reinforcing portion 20 b are joined to each other via the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12. However, in other portions, that is, in the space inside the hollow portion 10, the first reinforcing portion 20a and the first reinforcing portion 20b are not joined to each other. In such an automobile structural member 1, the energy absorption efficiency is improved as compared with the case where the first reinforcing portions 20a and 20b are joined to each other at portions other than the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12.
  • two third reinforcing portions 40 and four fourth reinforcing portions 50 are provided between the first reinforcing portion 20a and the first reinforcing portion 20b.
  • the third reinforcing portion 40 has one end joined to the top wall portion 11 and the other end joined to the bottom wall portion 12, similarly to the first reinforcing portion 20.
  • the fourth reinforcing portion 50 is provided between the pair of third reinforcing portions 40, one end is joined to one third reinforcing portion 40, and the other end is connected to the other third reinforcing portion 40.
  • the first reinforcing portion 20a and the first reinforcing portion 20b are not joined to each other except for the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12, energy absorption is performed. Efficiency is easily improved.
  • the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 may be provided over the entire region of the automobile structural member 1 in the X direction (member longitudinal direction) as shown in FIG. 1, but as shown in FIG. It may be provided in a partial region of the member 1 in the X direction. From the viewpoint of effectively improving the energy absorption efficiency, the length L of the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 in the X direction is 2% or more of the length L 0 of the automobile structural member 1 in the X direction. It is preferable that The length L of the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 is preferably 5% or more of the length L 0 of the automobile structural member 1, more preferably 10% or more, and more preferably 15%.
  • the length L of the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 may be equal to or less than 80% of the length L 0 of the automobile structural member 1. Preferably, it is 60% or less, more preferably 40% or less.
  • the vehicle structural member 1 of the present embodiment is configured as described above.
  • the first reinforcing portion 20 joined to both the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 inside the hollow portion 10, and the vertical wall portion 13 and the first reinforcing portion 20
  • the second reinforcing portion 30 joined to both, the surface rigidity of the top wall portion 11 is improved.
  • the surface rigidity of the ceiling wall portion 11 can be effectively increased.
  • the automobile structural member 1 provided with the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 as in the present embodiment is excellent in energy absorption efficiency, so that the weight can be reduced. Energy absorption performance can be compatible.
  • the first reinforcing portion 20 is preferably not too close to the vertical wall portion 13.
  • the distance (the length in the Y direction) between the first vertical wall portion 13a and the second vertical wall portion 13b is referred to as a member width W.
  • the distance from the center position C to the vertical wall portion 13 on the side where the first reinforcing portion 20 exists is Wh 0, and the distance from the center position C of the member width W to the first reinforcing portion 20 is Wh. If so, it is preferable to satisfy 0 ⁇ (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 ⁇ 95. When the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 satisfies this range, the effect of improving the energy absorption efficiency becomes large.
  • the vertical wall portion 13 on the side where the first reinforcing portion 20a exists with respect to the center position C of the member width W is , The first vertical wall portion 13a. Therefore, the distance Wh 0 from the center position C of the member width W to the first vertical wall portion 13a and the distance Wh from the center position C of the member width W to the first reinforcing portion 20a are 0 ⁇ (Wh / (Wh 0 ) ⁇ 100 ⁇ 95 is preferably satisfied.
  • Reference numeral 13 denotes a second vertical wall portion 13b. Therefore, the distance Wh 0 from the center position C of the member width W to the second vertical wall portion 13b and the distance Wh from the center position C of the member width W to the first reinforcing portion 20b are 0 ⁇ (Wh / (Wh 0 ) ⁇ 100 ⁇ 95 is preferably satisfied.
  • the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 is preferably 90 or less, more preferably 80 or less, and even more preferably 70 or less.
  • the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 20 or more.
  • the distance from the center position C of the member width W to the first reinforcing portion 20a and the distance from the center position C of the member width W to the first reinforcing portion 20b may be different from each other.
  • the first reinforcing portions 20 are provided between the center position C and the first vertical wall portion 13a, and between the center position C of the member width W and the second vertical wall portion 13b, respectively. preferable.
  • the distance between the second reinforcing portions 30 in the height direction is “b”
  • b / a is preferably 3.0 or less, more preferably 2.5 or less, and even more preferably 2.0 or less.
  • b / a is preferably 0.5 or more, more preferably 0.7 or more, and further preferably 1.0 or more.
  • the intervals between the second reinforcing portions 30 adjacent in the height direction are equal, but the intervals between the second reinforcing portions 30 may be different as shown in FIG.
  • the intervals between the second reinforcing portions 30 are different as described above, from the viewpoint of effectively improving the energy absorption efficiency, more second reinforcing portions are closer to the top wall portion 11 than to the bottom wall portion 12.
  • 30 are provided.
  • the distance between the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 is referred to as a member height H
  • a region from the center position CH of the member height H to the top wall portion 11 side is a first position.
  • area a 1 when the area of the bottom wall portion 12 side was designated the second region a 2, in the height direction of the vertical wall portion 13, the second provided in the first region a 1
  • the number of the reinforcing portions 30 is preferably larger than the number of the second reinforcing portions 30 provided in the second area A2 in the height direction of the vertical wall portion 13.
  • the structure of FIG. 15 is a structure in which one second reinforcing portion 30 is provided in the first region A 1 and the second reinforcing portion 30 is not provided in the second region A 2 . is there.
  • the second reinforcing portion 30 is provided not parallel to the top wall portion 11 but inclined.
  • Other configurations of the vehicle structural member 1 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • the vehicle structural member 1 of the second embodiment includes a first reinforcing portion 20 joined to a top wall portion 11 and a bottom wall portion 12, a vertical wall portion 13, This is a structure having the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 joined to the first reinforcing portion 20, and the surface rigidity of the ceiling wall portion 11 can be improved.
  • the angle ⁇ between the plane P parallel to the top wall 11 shown in FIG. 17 and the second reinforcing portion 30 is appropriately changed according to the required weight limit, energy absorption performance, and the like. Preferably, there is. Further, from the viewpoint of improving the energy absorption efficiency, the angle ⁇ is more preferably closer to 0 °.
  • the vehicle structural member 1 of the first and second embodiments has two first reinforcing portions 20, the vehicle structural member 1 of the third embodiment shown in FIG. Only one reinforcing portion 20 is provided.
  • Other configurations of the automobile structural member 1 in the third embodiment are the same as those in the first embodiment.
  • the vehicle structural member 1 includes a first reinforcing portion 20 joined to a top wall portion 11 and a bottom wall portion 12, a vertical wall portion 13, This is a structure having the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 joined to the first reinforcing portion 20, and the surface rigidity of the ceiling wall portion 11 can be improved.
  • first reinforcing portion 20 is provided as in the third embodiment
  • the other end of the second reinforcing portion 30 having one end joined to the first reinforcing portion 20 is connected to the second reinforcing portion 30. It is joined to one of the first vertical wall portion 13a and the second vertical wall portion 13b.
  • the vertical position on the side where the first reinforcing portion 20 exists is located from the center position C of the member width W.
  • the distance to the wall portion 13 is Wh 0 and the distance from the center position C of the member width W to the first reinforcing portion 20 is Wh.
  • the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 is preferably 90 or less, more preferably 80 or less, and even more preferably 70 or less. .
  • the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 20 or more.
  • the length of the second reinforcing portion 30 in the Y direction is long.
  • a structure in which one reinforcement portion 20 is provided on the second vertical wall portion 13b side with respect to the center position C of the member width W is also conceivable.
  • the value of Wh can be a negative value.
  • a plurality of second reinforcing portions 30 are provided along the height direction of the vertical wall portion 13, the effect of improving the energy absorption efficiency is improved. It is possible to get
  • FIG. 19 is a view showing simulation conditions.
  • a rigid plate 70 is provided on the bottom wall 12 of the hollow member 60. The simulation is performed by pushing the impactor 71 of ⁇ 254 into the ceiling wall portion 11.
  • the hollow member 60 is a rectangular aluminum extruded material having a square shape of 100 mm square.
  • the length of the hollow member 60 in the X direction (member longitudinal direction) is 1000 mm, and the plate thickness is 3.0 mm. Both end surfaces in the X direction of the hollow member 60 are completely restrained.
  • the structure 1 is a model in which one 7.0 mm thick reinforcing portion 80 joined to the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12 is provided at the center position of the hollow member 60 in the Y direction.
  • the structure 2 is a model having two reinforcing portions 80 joined to the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12, and a plurality of reinforcing portions 90 joined to each of the pair of reinforcing portions 80.
  • the structure 3 has a structure in which the distance between the first reinforcing portion 20a and the first reinforcing portion 20b is wider than that of the structure 2, and the plurality of structures 3 joined to the first vertical wall portion 13a and the first reinforcing portion 20a.
  • This is a model provided with a second reinforcing portion 30a, and a plurality of second reinforcing portions 30b joined to the second vertical wall portion 13b and the first reinforcing portion 20b.
  • the first reinforcing portion and the second reinforcing portion each have a thickness of 3.0 mm.
  • the first reinforcing portion and the second reinforcing portion are provided over the entire area of the hollow member 60 in the X direction (member longitudinal direction).
  • FIG. 21 is a diagram showing the energy absorption efficiency (EA efficiency) of each analysis model when the stroke of the impactor is 50 mm.
  • energy absorption efficiency (energy absorption amount / weight) is calculated by standardizing the energy absorption amount by the weight of each analysis model.
  • the energy absorption efficiency is higher than in the structures 1 and 2.
  • the first and second reinforcing portions effectively contribute to an increase in the amount of energy absorption.
  • the structure 4 is a model in which only two first reinforcing portions 20 are provided.
  • the structure 5 is a model in which the second reinforcing portion 30 is further provided to the structure 4. In the structure 5, there is only one second reinforcing portion 30 in the height direction of the vertical wall portion 13.
  • the structure 6 is a model in which a second reinforcing portion 30 is further provided for the structure 5 and two second reinforcing portions 30 in the height direction of the vertical wall portion 13 are provided.
  • the structure 7 is a model in which a reinforcing portion 90 joined to the first reinforcing portion 20a and the first reinforcing portion 20b is further provided to the model of the structure 6. Note that the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 are provided over the entire area of the hollow member 60 in the X direction (member longitudinal direction).
  • FIG. 23 is a diagram showing the energy absorption efficiency of each analysis model in this simulation.
  • the structures 6 and 7 in which a plurality of second reinforcing portions 30 are provided along the height direction of the vertical wall portion 13 are structures 4 in which the second reinforcing portions 30 are not provided.
  • the structure 5 in which only one second reinforcing portion 30 is provided in the height direction has improved energy absorption efficiency.
  • the energy absorption efficiency of the structure 6 is further improved than the energy absorption efficiency of the structure 7 in which the reinforcing portion 90 connecting the two first reinforcing portions 20 is provided.
  • it is preferable that the two first reinforcing portions 20 are not joined to each other in portions other than the top wall portion 11 and the bottom wall portion 12.
  • FIG. 25 is a diagram showing the energy absorption efficiency of each analysis model in this simulation. As shown in the results of FIG. 25, it is understood that when the value of b / a is 4.0 or less, the effect of improving the energy absorption efficiency is large.
  • the structure 10 is a model in which the interval between the second reinforcing portions 30 is wider than that of the structure 6 in FIG.
  • the structure 11 is a model in which the interval between the second reinforcing portions 30 is narrower than the structure 6 in FIG.
  • Structure 12 is not the second reinforcing portion 30 is provided in the first region A 1, 2 one second reinforcing portion 30 is a model which is provided in the second region A 2.
  • Structure 13 two in the first region A 1 second reinforcing portion 30 is provided on the second region A 2 is a model in which the second reinforcing portion 30 is not provided. Note that the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 are provided over the entire area of the hollow member 60 in the X direction (member longitudinal direction).
  • FIG. 27 is a diagram showing the energy absorption efficiency of each analysis model in this simulation. As shown in the results of FIG. 27, high energy absorption efficiency can be obtained even when the intervals between the second reinforcing portions 30 in the height direction are different.
  • the second large structure 13 than the number of the reinforcing portion 30 in which the number of the second reinforcing portion 30 is provided on the second region A 2 provided on the first region A 1 is other It had better energy absorption efficiency than the structure.
  • the structure 14 is a model having a first reinforcing portion 20 provided only on one side with a center position of the hollow member 60 in the Y direction as a boundary, and a plurality of second reinforcing portions 30. Note that the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 are provided over the entire area of the hollow member 60 in the X direction (member longitudinal direction).
  • FIG. 29 is a diagram showing the energy absorption efficiency of each analysis model in this simulation. As shown in FIG. 29, even when only one first reinforcing portion is provided, if a plurality of second reinforcing portions are joined to the vertical wall portion and the first reinforcing portion, The effect of improving energy absorption efficiency can be obtained.
  • FIG. 31 is a diagram showing the energy absorption efficiency of each analysis model in this simulation.
  • the energy absorption efficiency is obtained in the structure in which two first reinforcing portions are provided, and in the structure 16 in which the distance D is large.
  • the energy absorption efficiency is further improved.
  • the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 of the structure 16 is 90, in this simulation result, when the distance D is 60, that is, when the value of (Wh / Wh 0 ) ⁇ 100 is 60, the energy absorption efficiency was the highest.
  • both the structure 17 having a small distance D and the structure 18 having a large distance D have a high energy absorption efficiency in a structure having one first reinforcing portion. Further, as the distance D approaches the center position of the hollow member 60 in the Y direction, the energy absorption efficiency is further improved.
  • FIG. 32 is a diagram showing the energy absorption efficiency of each analysis model in this simulation. Note that “L 0 ” in FIG. 32 is the length in the longitudinal direction of the hollow member 60 (FIG. 19). According to the results of FIG. 32, the length L of the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 is preferably a length of 2% or more of the length of L 0 of the hollow member.
  • [Simulation (8)] A plurality of analysis models in which the second reinforcing portion 30 was inclined with respect to the top wall portion 11 of the hollow member 60 were created, and a simulation was performed.
  • the analysis model is based on the angle ⁇ between the plane P parallel to the top wall 11 and the second reinforcing portion 30 in each of the inclined patterns A to C of the second reinforcing portion 30 shown in FIG. 17) is a modified model.
  • the simulation is performed for the cases where the angle ⁇ is 0 °, 30 °, 45 °, and 60 °.
  • the first reinforcing portion 20 and the second reinforcing portion 30 are provided over the entire area of the hollow member 60 in the X direction (member longitudinal direction).
  • FIG. 34 shows the energy absorption efficiency of each analysis model when the impactor stroke is 25 mm.
  • the manner of the inclination is not particularly limited.
  • the angle ⁇ is 60 °, the energy absorption efficiency is improved as compared with the analysis model provided with only the first reinforcing portion. As the angle ⁇ approaches 0 °, the energy absorption efficiency further increases. Has improved. Therefore, it is preferable that the angle ⁇ between the surface parallel to the ceiling wall and the second reinforcing portion is 60 ° or less.
  • the present invention can be used, for example, as a side sill, a bumper beam, a center pillar, a side member of a ladder frame, or a cross member of a ladder frame.

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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である第1の縦壁部および第2の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、一端部が天壁部に接合され、他端部が底壁部に接合された第1の補強部と、一端部が第1の縦壁部および第2の縦壁部のいずれか一方に接合され、他端部が第1の補強部に接合された第2の補強部と、を有し、第2の補強部は、縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられている、自動車構造部材。

Description

自動車構造部材
 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。一方で、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を向上させることが求められている。しかし、構造部材の軽量化に伴い、構造部材の曲げ剛性が低下することから、構造部材の内部に補強部材を配置するといった対策がなされている。
 特許文献1には、中空状のサイドシルの内部にインサート部材が設けられたサイドシル構造が開示されている。特許文献1のインサート部材は、車幅方向において部材形状が異なる2つの部分で構成されている。詳述すると、インサート部材は、車幅方向の車外側に位置するクロス部材が設けられた部分と、車幅方向の車内側に位置するクロス部材が設けられていない中空部とを有している。特許文献1のサイドシル構造においては、側突時にクロス部材が設けられた部分を圧潰させてエネルギーを吸収する一方で、中空部を圧潰させないことで、バッテリー等の部品の保護を図っている。なお、インサート部材の車幅方向における一対の縦壁部は、サイドシルの一対の縦壁部には接合されていない。
 特許文献2には、ハット形状のサイドシルインナーパネルと、ハット形状のサイドシルアウターパネルとの間に挟み込まれるように配置された板状の補強部材を有する接合構造が開示されている。特許文献2の接合構造においては、サイドシルインナーパネルのフランジ部と、サイドシルアウターパネルのフランジ部との間に補強部材が挟み込まれた状態で、各フランジ部がスポット溶接されて、各部材が互いに接合されている。
 特許文献3には、バンパービーム本体の前面側に閉断面を形成するガセットが設けられたバンパービーム構造が開示されている。
 特許文献4には、前壁と後壁とを繋ぐリブと、当該リブと上壁または下壁とを繋ぐ他のリブを有するバンパリインホースメントが開示されている。特許文献5には、対向する一対の壁を繋ぐ主ステイと、当該主ステイと短辺壁とを繋ぐ補強ステイとを有する構造部材が開示されている。特許文献6には、左右一対の周壁の間に架設された横リブと、当該横リブと交差して上側の周壁または下側の周壁とを繋ぐ縦リブを有する車両の前部構造が開示されている。特許文献7には、前壁部と後壁部とを繋ぐ横隔壁部と、横隔壁部と上壁部または下壁部とを繋ぐ縦隔壁部とを有する車両用バンパ構造が開示されている。特許文献8には、バンパカバーとバンパリインホースメントとを繋ぐリブと、当該リブとバンパカバーの上側または下側の壁部とを繋ぐ縦壁部とを有する車両用バンパ構造が開示されている。特許文献9には、矩形断面を有する中空部内の空間がX字状に区切られた構造部材が開示されている。
米国特許出願公開第2013/0088044号明細書 国際公開第2016/031964号 特開2006-176045号公報 特開平09-104299号公報 特開平11-255048号公報 特開2010-228729号公報 特開2009-090705号公報 特開昭63-141058号公報 特開2008-240969号公報
 特許文献1のサイドシル構造は、サイドシル内部のインサート部材そのものが圧潰することでエネルギー吸収量を向上させるものであるが、サイドシル全体の材料特性を活かすような構造とはなっておらず、エネルギー吸収性能に関する重量効率の観点では改善の余地がある。また、特許文献2~9の構造においても、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いて、エネルギー吸収効率を向上させ、軽量化とエネルギー吸収性能の向上とを両立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、自動車構造部材であって、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である第1の縦壁部および第2の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された第1の補強部と、一端部が前記第1の縦壁部および前記第2の縦壁部のいずれか一方に接合され、他端部が前記第1の補強部に接合された第2の補強部と、を有し、前記第2の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられていることを特徴としている。
 前記第2の補強部の一端部が前記第1の縦壁部に接合され、他端部が前記第1の補強部に接合された、上記自動車構造部材において、一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された、前記第1の補強部と前記第2の縦壁部の間に設けられた他の第1の補強部と、一端部が前記第2の縦壁部に接合され、他端部が前記他の第1の補強部に接合された他の第2の補強部と、を更に有し、前記他の第2の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられていてもよい。
 前記天壁部および前記底壁部を介して互いに接合されている2つの前記第1の補強部は、前記天壁部および前記底壁部以外の部分では互いに接合されていないことが好ましい。
 前記天壁部と前記底壁部間の距離を部材高さと称し、前記部材高さの中央位置から前記天壁部側の領域を第1の領域と称し、前記部材高さの中央位置から前記底壁部側の領域を第2の領域と称したときに、前記第1の領域内に設けられた前記第2の補強部の個数が前記第2の領域内に設けられた前記第2の補強部の個数よりも多いことが好ましい。
 前記縦壁部の高さ方向における前記第2の補強部の間隔をbとし、前記第2の補強部が接合された前記縦壁部と前記第1の補強部間の距離をaとしたときに、0<b/a≦4.0を満たすことが好ましい。
 前記第1の縦壁部と前記第2の縦壁部間の距離を部材幅と称し、前記部材幅の中央位置から、前記第2の補強部の一端部が接合された前記縦壁部までの距離をWh0とし、前記部材幅の中央位置から、前記第2の補強部の他端部が接合された前記第1の補強部までの距離をWhとしたときに、0≦(Wh/Wh0)×100≦95を満たすことが好ましい。
 前記天壁部と、前記底壁部と、前記第1の縦壁部と、前記第2の縦壁部と、前記第1の補強部と、前記第2の補強部とが一体成形されていてもよい。
 前記自動車構造部材の長手方向における前記第1の補強部および第2の補強部の長さは、前記自動車構造部材の長手方向の長さの2%以上であることが好ましい。
 前記天壁部に平行な面と、前記第2の補強部とのなす角が60°以下であることが好ましい。
 上記自動車構造部材は、サイドシル、センターピラーあるいはラダーフレームのサイドメンバであってもよい。この場合、前記天壁部は、車幅方向の車外側の壁部であることが好ましい。上記自動車構造部材は、バンパービームあるいはラダーフレームのクロスメンバであってもよい。この場合、前記天壁部は、車長方向の車外側の壁部であることが好ましい。
 自動車構造部材において、エネルギー吸収効率を向上させ、軽量化とエネルギー吸収性能の向上とを両立させることができる。
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。 X方向(部材長手方向)に垂直な自動車構造部材の断面を示す図である。 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。 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。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 第2の補強部の形状例を示す図である。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 自動車構造部材の構造例を示す図である。 縦壁部近傍の拡大図である。 第2の補強部の配置例を示す図である。 第2の補強部の配置例を示す図である。 第2の補強部の配置例を示す図である。 本発明の第2の実施形態に係る自動車構造部材の、X方向(部材長手方向)に垂直な断面を示す図である。 第2の補強部の角度について説明する図である。 本発明の第3の実施形態に係る自動車構造部材の、X方向(部材長手方向)に垂直な断面を示す図である。 曲げ圧壊シミュレーションの条件を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 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。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 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。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 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。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 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。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 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。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 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。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション(8)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。
<第1の実施形態>
 図1および図2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に対向する壁部である底壁部12と、天壁部11と底壁部12を繋ぐ一対の壁部である縦壁部13からなる4つの壁部を有している。本明細書においては、説明の便宜のため、図中の左側の縦壁部13を第1の縦壁部13aと称し、右側の縦壁部13を第2の縦壁部13bと称す。天壁部11、底壁部12、第1の縦壁部13aおよび第2の縦壁部13b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、自動車構造部材1の部材長手方向であるX方向に垂直な断面における閉断面空間の形状が正方形であり、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に対して垂直になっている。本明細書において、X方向、Y方向、およびZ方向は互いに垂直である。
 図3は、自動車の車体骨格の一例を示す図である。自動車構造部材1が、例えばサイドシルである場合、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。自動車構造部材1が、例えば図4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。なお、X方向に垂直な断面における中空部10の閉断面空間の形状は、例えば長方形であってもよい。また、中空部10において、平行関係にある壁部同士は厳密に平行でなくてもよいし、垂直関係にある壁部同士は厳密に垂直でなくてもよい。また、中空部10においては、部分的にビードや穴が設けられてもよい。
 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とは、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。また例えば、中空部10は、図5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が互いに接合されることで構成されていてもよい。図5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。図5の例では、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5の場合においても、中空部10は、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5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。図5の場合のX方向に垂直な断面における閉断面空間の形状も、前述の角筒状の中空部10の場合と同様に、アウターパネル15やインナーパネル16の形状に応じて例えば正方形や長方形となる。
 中空部10は、図6のようにアウターパネル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の天壁部11および底壁部12が構成されていてもよい。図6の例では、アウターパネル15の天壁部15aとインナーパネル16の天壁部16aが、中空部10の一対の縦壁部13a、13bに相当する。中空部10は、図7のようにハット状のパネル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、図8の例では、パネル17の一対の縦壁部17bが中空部10の天壁部11および底壁部12に相当し、パネル17の天壁部17aとプレート18によって中空部10の一対の縦壁部13a、13bが構成されている。
 図2に示されるように自動車構造部材1は、一端部が天壁部11に接合され、他端部が底壁部12に接合された、板状の補強部である“第1の補強部20”を有している。本実施形態の第1の補強部20は、Y方向に間隔をおいて2つ設けられている。本明細書では、第1の縦壁部13aに近い側にある第1の補強部20を“第1の補強部20a”と称し、第2の縦壁部13bに近い側にある第1の補強部20を“第1の補強部20b”と称す。第1の補強部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。天壁部11および底壁部12に対する第1の補強部20の接合方法は特に限定されない。
 なお、エネルギー吸収効率を向上させる観点からは、天壁部11は、自動車構造部材1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であることが好ましい。すなわち、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あるいはラダーフレームのサイドメンバである場合には、天壁部11は、車幅方向における車外側の壁部であることが好ましい。自動車構造部材1が、例えばフロント側のバンパービームあるい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、天壁部11は、車長方向における前側の壁部であることが好ましい。自動車構造部材1が、例えばリア側のバンパービームあるい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、天壁部11は、車長方向における後側の壁部であることが好ましい。すなわち、自動車構造部材1がバンパービームあるいはラダーフレームのクロスメンバである場合には、天壁部11は、車長方向における車外側の壁部であることが好ましい。
 自動車構造部材1は、一端部が第1の縦壁部13aおよび第2の縦壁部13bのいずれか一方に接合され、他端部が第1の補強部20に接合された、板状の補強部である“第2の補強部30”をさらに有している。第2の補強部30は、縦壁部13の高さ方向に沿って複数設けられている。
 本実施形態においては、一端部が第1の縦壁部13aに接合され、他端部が第1の補強部20aに接合された第2の補強部30aと、一端部が第2の縦壁部13bに接合され、他端部が第1の補強部20bに接合された第2の補強部30bといった2つの第2の補強部30が設けられている。第2の補強部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。
 中空部10および第1の補強部20に対する第2の補強部30の接合方法は特に限定されない。例えば、図9のように第2の補強部30の断面形状がU字状となるように、第2の補強部30のY方向の両端部にフランジ部31を設け、当該フランジ部31と、縦壁部13および第1の補強部20とがスポット溶接されることで、第2の補強部30が中空部10と第1の補強部20とに接合されていてもよい。また、例えば押出成形によって中空部10と、第1の補強部20と、第2の補強部30とが一体成形されることで接合されていてもよい。接合の態様はスポット溶接に限定されず、例えば、アーク溶接等によるT字隅肉溶接や、接着剤等による接合であってもよい。
 後述の実施例でも示すように、エネルギー吸収効率を向上させる観点においては、2つの第1の補強部20、すなわち第1の補強部20aおよび第1の補強部20bは、天壁部11および底壁部12以外の部分では互いに接合されていないことが好ましい。図2の例では、第1の補強部20aと第1の補強部20bの、高さ方向(Z方向)の端部が、天壁部11と底壁部12を介して互いに接合されているが、それ以外の部分、すなわち中空部10の内方空間では、第1の補強部20aと第1の補強部20bは互いに接合されていない。このような自動車構造部材1は、第1の補強部20a、20b同士が天壁部11および底壁部12以外の部分で互いに接合されている場合よりも、エネルギー吸収効率が向上する。
 図10の例では、第1の補強部20aと第1の補強部20bとの間に、2つの第3の補強部40と、4つの第4の補強部50が設けられている。第3の補強部40は、第1の補強部20と同様に、一端部が天壁部11に接合され、他端部が底壁部12に接合されている。第4の補強部50は、一対の第3の補強部40の間に設けられ、一端部が一方の第3の補強部40に接合され、他端部が他方の第3の補強部40に接合されている。図10に示される自動車構造部材1においても、天壁部11および底壁部12以外の部分では、第1の補強部20aと第1の補強部20bが互いに接合されていないことから、エネルギー吸収効率が向上しやすくなる。
 第1の補強部20および第2の補強部30は、図1のように自動車構造部材1のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられていてもよいが、図11のように自動車構造部材1のX方向における一部の領域に設けられていてもよい。エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点では、X方向における第1の補強部20および第2の補強部30の長さLは、自動車構造部材1のX方向の長さL0の2%以上であることが好ましい。第1の補強部20および第2の補強部30の長さLは、自動車構造部材1の長さL0の5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましく、15%以上であることがさらに好ましい。また、エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点では、第1の補強部20および第2の補強部30の長さLは、自動車構造部材1の長さL0の80%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましい。
 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。この自動車構造部材1においては、中空部10の内方に天壁部11と底壁部12の両方に接合された第1の補強部20と、縦壁部13と第1の補強部20の両方に接合された第2の補強部30が設けられていることで、天壁部11の面剛性が向上する。特に、第2の補強部30が縦壁部13の高さ方向に沿って複数設けられていることにより、天壁部11の面剛性を効果的に高めることが可能となる。後述の実施例で示すように、本実施形態のような第1の補強部20と第2の補強部30が設けられた自動車構造部材1は、エネルギー吸収効率に優れているため、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。
 エネルギー吸収効率を向上させるという観点では、第1の補強部20は、縦壁部13に近すぎないことが好ましい。例えば、図2に示されるように第1の縦壁部13aと第2の縦壁部13b間の距離(Y方向長さ)を部材幅Wと称し、部材幅Wの中央位置Cから、当該中央位置Cに対して第1の補強部20が存在する側の縦壁部13までの距離をWh0とし、部材幅Wの中央位置Cから当該第1の補強部20までの距離をWhとしたとすると、0≦(Wh/Wh0)×100≦95を満たすことが好ましい。(Wh/Wh0)×100の値がこの範囲を満たす場合には、エネルギー吸収効率の向上効果が大きくなる。
 本実施形態の場合、第1の縦壁部13aおよび第2の縦壁部13bのうち、部材幅Wの中央位置Cに対して第1の補強部20aが存在する側の縦壁部13は、第1の縦壁部13aである。このため、部材幅Wの中央位置Cから第1の縦壁部13aまでの距離Wh0と、部材幅Wの中央位置Cから第1の補強部20aまでの距離Whは、0≦(Wh/Wh0)×100≦95を満たすことが好ましい。また、本実施形態の場合、第1の縦壁部13aおよび第2の縦壁部13bのうち、部材幅Wの中央位置Cに対して第1の補強部20bが存在する側の縦壁部13は、第2の縦壁部13bである。このため、部材幅Wの中央位置Cから第2の縦壁部13bまでの距離Wh0と、部材幅Wの中央位置Cから第1の補強部20bまでの距離Whは、0≦(Wh/Wh0)×100≦95を満たすことが好ましい。
 エネルギー吸収効率を向上させる観点においては、(Wh/Wh0)×100の値は、90以下であることが好ましく、80以下であることがより好ましく、70以下であることがさらに好ましい。また、(Wh/Wh0)×100の値は、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、20以上であることがさらに好ましい。なお、部材幅Wの中央位置Cから第1の補強部20aまでの距離、および部材幅Wの中央位置Cから第1の補強部20bまでの距離は互いに異なっていてもよいが、部材幅Wの中央位置Cと第1の縦壁部13aとの間、および部材幅Wの中央位置Cと第2の縦壁部13bとの間にそれぞれ第1の補強部20が設けられていることが好ましい。
 エネルギー吸収効率を向上させる観点においては、図12のように第2の補強部30が接合されている縦壁部13と第1の補強部20間の距離を“a”とし、縦壁部13の高さ方向における第2の補強部30の間隔を“b”としたとき、0<b/a≦4.0を満たすことが好ましい。b/aは、3.0以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましく、2.0以下であることがさらに好ましい。また、b/aは、0.5以上であることが好ましく、0.7以上であることがより好ましく、1.0以上であることがさらに好ましい。
 以上の説明においては、高さ方向において隣り合う第2の補強部30の間隔が等間隔であったが、図13のように第2の補強部30の間隔は異なっていてもよい。このように第2の補強部30の間隔が異なる場合、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、底壁部12よりも天壁部11の近くに、より多くの第2の補強部30が設けられることが好ましい。例えば、図13に示されるように天壁部11と底壁部12間の距離を部材高さHと称し、部材高さHの中央位置CHから天壁部11側の領域を第1の領域A1と称し、底壁部12側の領域を第2の領域A2と称したときに、縦壁部13の高さ方向における、第1の領域A1内に設けられた第2の補強部30の個数は、縦壁部13の高さ方向における、第2の領域A2内に設けられた、第2の補強部30の個数よりも多いことが好ましい。
 図13は、縦壁部13の高さ方向に沿って設けられた3つの第2の補強部30のうち、第1の領域A1内に2つの第2の補強部30が設けられ、第2の領域A2内に残りの1つの第2の補強部30が設けられた例である。図14は、縦壁部13の高さ方向に沿って設けられた2つの第2の補強部30のうち、第1の領域A1内に2つの第2の補強部30が設けられ、第2の領域A2内には第2の補強部30が設けられていない例である。なお、第1の領域A1内または第2の領域A2内に設けられた第2の補強部30の個数をカウントする際には、図15のように部材高さHの中央位置CHに第2の補強部30が重なる場合は、当該第2の補強部30については個数のカウントには含めないこととする。すなわち、図15の構造は、第1の領域A1内に1つの第2の補強部30が設けられ、第2の領域A2内には第2の補強部30が設けられていない構造である。
<第2の実施形態>
 図16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2の補強部30が天壁部11に対して平行ではなく傾斜して設けられている。第2の実施形態における自動車構造部材1のその他の構成は、第1の実施形態と同様である。
 第2の実施形態の自動車構造部材1は、前述の第1の実施形態と同様に、天壁部11と底壁部12とに接合された第1の補強部20と、縦壁部13と第1の補強部20とに接合された第2の補強部30とを有した構造であり、天壁部11の面剛性を向上させることができる。図17に示す天壁部11に平行な面Pと第2の補強部30とのなす角θは、要求される重量制限やエネルギー吸収性能等に応じて適宜変更されるが、60°以下であることが好ましい。また、エネルギー吸収効率を向上させるという観点では、角θは0°に近づくほど好ましい。
<第3の実施形態>
 前述の第1~第2の実施形態の自動車構造部材1は、第1の補強部20が2つ設けられていたが、図18に示す第3の実施形態の自動車構造部材1においては、第1の補強部20が1つだけ設けられている。第3の実施形態における自動車構造部材1のその他の構成は、第1の実施形態と同様である。
 第3の実施形態の自動車構造部材1は、前述の第1の実施形態と同様に、天壁部11と底壁部12とに接合された第1の補強部20と、縦壁部13と第1の補強部20とに接合された第2の補強部30とを有した構造であり、天壁部11の面剛性を向上させることができる。なお、第3の実施形態のように第1の補強部20が1つだけ設けられる場合、第1の補強部20に一端部が接合された第2の補強部30の他端部は、第1の縦壁部13aおよび第2の縦壁部13bのいずれか一方に接合される。
 また、第3の実施形態の自動車構造部材1においても、前述の第1~第2の実施形態と同様に、部材幅Wの中央位置Cから、第1の補強部20が存在する側の縦壁部13(第3の実施形態では第1の縦壁部13a)までの距離をWh0とし、部材幅Wの中央位置Cから当該第1の補強部20までの距離をWhとしたときに、0≦(Wh/Wh0)×100≦95を満たすことが好ましい。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、(Wh/Wh0)×100の値は、90以下であることが好ましく、80以下であることがより好ましく、70以下であることがさらに好ましい。また、(Wh/Wh0)×100の値は、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、20以上であることがさらに好ましい。なお、第3の実施形態のように第1の補強部20が1つだけ設けられる自動車構造部材1においては、第2の補強部30のY方向長さが長いことによって、例えば図18の第1の補強部20が、部材幅Wの中央位置Cに対して第2の縦壁部13b側に設けられる構造も考えられる。そのような構造の場合、Whの値は負の値となり得るが、縦壁部13の高さ方向に沿って複数の第2の補強部30が設けられていれば、エネルギー吸収効率の向上効果を得ることは可能である。
 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。
 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19はシミュレーション条件を示す図であり、中空部材60の底壁部12には剛体プレート70が設けられている。シミュレーションは、天壁部11にφ254のインパクタ71が押し込まれることで実施されている。中空部材60は、100mm四方の角筒状のアルミ押出材であり、中空部材60のX方向(部材長手方向)の長さは1000mm、板厚は3.0mmである。中空部材60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)]
 図20に示す構造1~構造3の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造1は、中空部材60のY方向の中央位置において、天壁部11と底壁部12とに接合された板厚7.0mmの補強部80が1つ設けられたモデルである。構造2は、天壁部11と底壁部12とに接合された2つの補強部80と、一対の補強部80の各々に接合された複数の補強部90を有するモデルである。構造3は、構造2に対して第1の補強部20aと第1の補強部20b間の距離が広がっており、第1の縦壁部13aと第1の補強部20aとに接合された複数の第2の補強部30aと、第2の縦壁部13bと第1の補強部20bとに接合された複数の第2の補強部30bが設けられたモデルである。構造2および構造3において、第1の補強部および第2の補強部の板厚は、それぞれ3.0mmである。なお、第1の補強部および第2の補強部は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図21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21では、エネルギー吸収量を各解析モデルの重量で規格化した、エネルギー吸収効率(エネルギー吸収量/重量)を算出している。図21に示すように、縦壁部13と第1の補強部20が複数の第2の補強部30を介して接合された構造3においては、構造1および構造2と比較してエネルギー吸収効率が増大しており、第1および第2の補強部はエネルギー吸収量の増大に効果的に寄与している。
[シミュレーション(2)]
 図22に示す構造4~構造7の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造4は、2つの第1の補強部20のみが設けられたモデルである。構造5は、構造4に対してさらに第2の補強部30が設けられたモデルである。なお、構造5では、縦壁部13の高さ方向における第2の補強部30は1つのみである。構造6は、構造5に対して第2の補強部30がさらに設けられ、縦壁部13の高さ方向における第2の補強部30が2つ設けられたモデルである。構造7は、構造6のモデルに対し、第1の補強部20aと第1の補強部20bとに接合された補強部90がさらに設けられたモデルである。なお、第1の補強部20および第2の補強部30は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図23は、本シミュレーション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。図23に示されるように、縦壁部13の高さ方向に沿って第2の補強部30が複数設けられた構造6および構造7は、第2の補強部30が設けられていない構造4、および第2の補強部30が高さ方向において1つだけ設けられた構造5に対してエネルギー吸収効率が向上している。また、構造6のエネルギー吸収効率は、2つの第1の補強部20を繋ぐ補強部90が設けられた構造7のエネルギー吸収効率よりもさらに向上している。本結果に鑑みれば、2つの第1の補強部20同士は、天壁部11および底壁部12以外の部分では互いに接合されていないことが好ましい。
[シミュレーション(3)]
 縦壁部13の高さ方向における第2の補強部30の間隔bと、縦壁部13と第1の補強部20の距離との比(b/a)が異なる解析モデルを用いてシミュレーションを実施した。図24に示される構造8および構造9は、それぞれ本シミュレーションにおける解析モデルの1つである。本シミュレーションでは、構造8(a=30mm、b=33.3mm)のaの値のみを変えたモデルと、構造9(a=30mm、b=20mm)のaの値のみを変えたモデルを複数作成している。なお、第1の補強部20および第2の補強部30は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図25は、本シミュレーション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。図25の結果が示すように、b/aの値が4.0以下であれば、エネルギー吸収効率の向上効果が大きいことがわかる。
[シミュレーション(4)]
 図26に示す構造10~構造13の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造10は、図22の構造6に対して第2の補強部30の間隔が広がったモデルである。構造11は、図22の構造6に対して第2の補強部30の間隔が狭まったモデルである。構造12は、第1の領域A1内に第2の補強部30が設けられておらず、第2の領域A2内に2つの第2の補強部30が設けられたモデルである。構造13は、第1の領域A1内に2つの第2の補強部30が設けられ、第2の領域A2内には第2の補強部30が設けられていないモデルである。なお、第1の補強部20および第2の補強部30は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図27は、本シミュレーション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。図27の結果が示すように、高さ方向における第2の補強部30の間隔が異なる場合であっても高いエネルギー吸収効率を得ることができる。特に、第1の領域A1内に設けられた第2の補強部30の個数が第2の領域A2内に設けられた第2の補強部30の個数よりも多い構造13は、他の構造よりもエネルギー吸収効率に優れていた。
[シミュレーション(5)]
 図28に示す構造14の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造14は、中空部材60のY方向の中央位置を境界として片側にのみ設けられた第1の補強部20と、複数の第2の補強部30とを有するモデルである。なお、第1の補強部20および第2の補強部30は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図29は、本シミュレーション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。図29に示すように、第1の補強部が1つだけ設けられた場合であっても、複数の第2の補強部が縦壁部と第1の補強部とに接合されていれば、エネルギー吸収効率の向上効果を得ることができる。
[シミュレーション(6)]
 図30に示す構造15および構造16のように、第1の補強部20aと第1の補強部20bとの距離Dを変えた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。また、図30に示す構造17および構造18のように、第1の補強部20が1つだけ設けられる場合の、第1の補強部20と、第2の縦壁部13bとの距離Dを変えた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。なお、第1の補強部20および第2の補強部30は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図31は、本シミュレーション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。図31に示すように、第1の補強部が2つ設けられた構造であって、距離Dが大きい構造16においては、高いエネルギー吸収効率が得られている。また、構造16よりも距離Dが小さい場合には、エネルギー吸収効率がさらに向上している。構造16の(Wh/Wh0)×100の値は90であるが、本シミュレーション結果では、距離Dが60、すなわち(Wh/Wh0)×100の値が60となるときに、エネルギー吸収効率が最も高くなった。
 図31に示すように、第1の補強部が1つ設けられた構造であって、距離Dが小さい構造17、および距離Dが大きい構造18ともに高いエネルギー吸収効率が得られている。また、距離Dが中空部材60のY方向の中央位置に近づくほど、エネルギー吸収効率がさらに向上している。
[シミュレーション(7)]
 自動車構造部材の長手方向における第1の補強部20および第2の補強部30の長さLを変えた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。第1の補強部20および第2の補強部30の断面形状は、図20の構造3と同一形状である。
 図32は、本シミュレーション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。なお、図32中の“L0”は、中空部材60(図19)の長手方向の長さである。図32の結果によれば、第1の補強部20および第2の補強部30の長さLは、中空部材の長さL0の2%以上の長さであることが好ましい。
[シミュレーション(8)]
 第2の補強部30を中空部材60の天壁部11に対して傾斜させた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。解析モデルは、図33に示す第2の補強部30の傾斜パターンA~Cのそれぞれの場合において、天壁部11に平行な面Pと、第2の補強部30とのなす角θ(図17)を変更したモデルである。シミュレーションは、角θが0°、30°、45°、60°の場合について実施されている。なお、第1の補強部20および第2の補強部30は、中空部材60のX方向(部材長手方向)の全域にわたって設けられている。
 図34は、インパクタのストローク25mm時における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す。図34に示すように、角θが同一角度である場合の結果を比較すると、パターンA~Cでエネルギー吸収効率に大きな違いは生じない。したがって、第2の補強部の傾斜をさせる場合には、傾斜のさせ方は特に限定されない。また、角θが60°の場合でも、第1の補強部のみが設けられた解析モデルと比較すると、エネルギー吸収効率は向上しており、角θが0°に近づくほど、エネルギー吸収効率がさらに向上している。したがって、天壁部に平行な面と第2の補強部との角θは60°以下であることが好ましい。
 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あるい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  アウターパネルの天壁部
15b  アウターパネルの縦壁部
15c  アウターパネルのフランジ部
16   インナーパネル
16a  インナーパネルの天壁部
16b  インナーパネルの縦壁部
16c  インナーパネルのフランジ部
17   パネル
18   プレート
20   第1の補強部
20a  第1の補強部
20b  第1の補強部
30   第2の補強部
30a  第2の補強部
30b  第2の補強部
31   第2の補強部のフランジ部
40   第3の補強部
50   第4の補強部
60   中空部材
70   剛体プレート
71   インパクタ
80   補強部
90   補強部
C    部材幅の中央位置
H    部材高さの中央位置
H    部材高さ
L    自動車構造部材の長手方向における第1の補強部および第2の補強部の長さ
0    自動車構造部材の長手方向の長さ
W    部材幅

Claims (13)

  1.  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である第1の縦壁部および第2の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、
     一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された第1の補強部と、
     一端部が前記第1の縦壁部および前記第2の縦壁部のいずれか一方に接合され、他端部が前記第1の補強部に接合された第2の補強部と、を有し、
     前記第2の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられている、自動車構造部材。
  2.  前記第2の補強部の一端部が前記第1の縦壁部に接合され、他端部が前記第1の補強部に接合された、請求項1に記載の自動車構造部材において、
     一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された、前記第1の補強部と前記第2の縦壁部の間に設けられた他の第1の補強部と、
     一端部が前記第2の縦壁部に接合され、他端部が前記他の第1の補強部に接合された他の第2の補強部と、を更に有し、
     前記他の第2の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられている、請求項1に記載の自動車構造部材。
  3.  前記天壁部および前記底壁部を介して互いに接合されている2つの前記第1の補強部は、前記天壁部および前記底壁部以外の部分では互いに接合されていない、請求項2に記載の自動車構造部材。
  4.  前記天壁部と前記底壁部間の距離を部材高さと称し、前記部材高さの中央位置から前記天壁部側の領域を第1の領域と称し、前記部材高さの中央位置から前記底壁部側の領域を第2の領域と称したときに、前記第1の領域内に設けられた前記第2の補強部の個数が前記第2の領域内に設けられた前記第2の補強部の個数よりも多い、請求項1~3のいずれか1項に記載の自動車構造部材。
  5.  前記縦壁部の高さ方向における前記第2の補強部の間隔をbとし、前記第2の補強部が接合された前記縦壁部と前記第1の補強部間の距離をaとしたときに、0<b/a≦4.0を満たす、請求項1~4のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
  6.  前記第1の縦壁部と前記第2の縦壁部間の距離を部材幅と称し、前記部材幅の中央位置から、前記第2の補強部の一端部が接合された前記縦壁部までの距離をWh0とし、前記部材幅の中央位置から、前記第2の補強部の他端部が接合された前記第1の補強部までの距離をWhとしたときに、0≦(Wh/Wh0)×100≦95を満たす、請求項1~5のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
  7.  前記天壁部と、前記底壁部と、前記第1の縦壁部と、前記第2の縦壁部と、前記第1の補強部と、前記第2の補強部とが一体成形されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
  8.  前記自動車構造部材の長手方向における前記第1の補強部および第2の補強部の長さは、前記自動車構造部材の長手方向の長さの2%以上である、請求項1~7のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
  9.  前記天壁部に平行な面と、前記第2の補強部とのなす角が60°以下である、請求項1~8のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
  10.  サイドシル、センターピラーあるいはラダーフレームのサイドメンバである、請求項1~9のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
  11.  前記天壁部は、車幅方向の車外側の壁部である、請求項10に記載の自動車構造部材。
  12.  バンパービームあるい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。
  13.  前記天壁部は、車長方向の車外側の壁部である、請求項12に記載の自動車構造部材。
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