WO2021045226A1 - 車両用衝撃吸収構造部材 - Google Patents

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WO2021045226A1
WO2021045226A1 PCT/JP2020/033720 JP2020033720W WO2021045226A1 WO 2021045226 A1 WO2021045226 A1 WO 2021045226A1 JP 2020033720 W JP2020033720 W JP 2020033720W WO 2021045226 A1 WO2021045226 A1 WO 2021045226A1
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WO
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collision
shock absorbing
wall
absorbing member
collision wall
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PCT/JP2020/033720
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English (en)
French (fr)
Inventor
ポンモラゴット・ギッティパン
龍雄 稲垣
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株式会社Uacj
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Publication date
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    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R19/18—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects characterised by the cross-section; Means within the bumper to absorb impact
    • B60R2019/1806—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing
    • B60R2019/1813—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing made of metal
    • B60R2019/182—Structural beams therefor, e.g. shock-absorbing made of metal of light metal, e.g. extruded

Definitions

  • the present invention relates to a shock absorbing structural member for a vehicle having excellent collision performance.
  • the present invention relates to a shock absorbing structural member for a vehicle, which has a good energy absorption efficiency at the time of an offset collision.
  • the front and rear parts of vehicles such as automobiles may be equipped with shock absorbing structural members for absorbing the shock at the time of a collision.
  • the vehicle shock absorbing structural member is attached so as to extend in the vehicle width direction in a substantially horizontal direction with respect to the vehicle.
  • the shock absorbing structural members for vehicles include a straight-shaped shock absorbing structural member for vehicles (straight type) extending parallel to the vehicle width direction including the central portion and the end portion, and both ends of the linear central portion. It is roughly classified into two types: a vehicle shock absorbing structural member (curved type) having a linear or curved curved portion bent toward the vehicle body or having a shape that is curved toward the vehicle body as a whole. ..
  • Vehicle shock absorbing structural members are required to have good energy absorption efficiency during head-on collisions (flat barrier collisions, full-wrap collisions). Therefore, for a vehicle shock absorbing structural member using a hollow profile for weight reduction, a structure in which a middle rib is arranged in the hollow portion has been proposed.
  • the buckling strength of the middle rib is increased by forming a recess (recess) at the connection portion with the middle rib (intermediate wall) in the collision wall (front wall).
  • a vehicle shock absorbing structural member (bumper reinforcing material) having improved energy absorption efficiency is disclosed.
  • the shock absorbing structural member for a vehicle has been required to exhibit excellent energy absorption efficiency even in an offset collision in which the vehicle partially collides with an oncoming vehicle or an obstacle.
  • attachment location the attachment location where the attachment member is attached
  • load location It changes depending on the positional relationship with the load location where the collision load is applied
  • the shock absorbing structural member for a vehicle described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is resistant to a collision in which the load location is located inside the attachment portion in the vehicle width direction. It has been known that although a certain effect of improving energy absorption efficiency can be exhibited, it is difficult to obtain sufficient energy absorption efficiency for a collision in which the load location is located outside the attachment location in the vehicle width direction. For example, when the collision load is applied to the outside of the attachment location in the vehicle width direction, the stress against the collision load is considered to be particularly likely to be concentrated in the portion close to the attachment location of the middle rib.
  • the middle rib may buckle in the vicinity of the attachment location, and the shock absorbing structural member for the vehicle may be significantly deformed.
  • the load capacity drops sharply. Therefore, if the middle rib buckles at an early stage of the collision, there is a problem that the energy at the time of offset collision is not sufficiently absorbed.
  • This technology was completed based on the above circumstances, and is for vehicles that exhibit excellent energy absorption efficiency during offset collisions, especially in collisions where the load location is located outside the attachment location in the vehicle width direction. It is an object of the present invention to provide a shock absorbing structural member.
  • the present inventors have provided a recess along the longitudinal direction in the non-collision wall of the shock absorbing structural member for a vehicle, thereby increasing the energy absorption efficiency, particularly the width of the vehicle from the attachment location. It has been found that the energy absorption efficiency is effectively improved and excellent collision performance is exhibited at the time of offset collision in which a collision load is applied to the outside in the direction.
  • the vehicle shock absorbing structural member has the following configuration.
  • a shock absorbing structural member for a vehicle that is attached to a vehicle and absorbs the impact at the time of a collision. It is made of a longitudinally formed aluminum alloy extruded hollow profile, arranged in the vertical direction, and has one plate surface. Is arranged parallel to the collision surface on the side opposite to the collision surface, and the plate surface arranged on the side opposite to the collision wall constitutes the non-collision surface. It has a wall, an upper wall and a lower wall connecting the collision wall and the non-collision wall, and a middle rib arranged between the upper wall and the lower wall and connecting the collision wall and the non-collision wall.
  • the vehicle is attached to the vehicle by a mounting member attached to the non-collision surface, and the vehicle is attached to the connection portion with the middle rib on the collision wall and the connection portion with the middle rib on the non-collision wall.
  • a recessed portion is formed in which the collision wall or the non-collision wall recedes toward the middle rib side along the longitudinal direction of the shock absorbing structural member.
  • the vehicle shock absorbing structural member according to the technique disclosed in the present specification has the following configuration. (2) In the above (1), the recessed portion of the non-collision wall is formed so as to extend from at least the attachment portion of the mounting member to the free end located at the longitudinal end portion of the shock absorbing structural member for the vehicle. ing.
  • the vehicle shock absorbing structural member according to the technique disclosed in the present specification has the following configuration. (3) In the above (1) or (2), when the distance between the collision surface and the non-collision surface is T, the length of the middle rib in the direction connecting the collision wall and the non-collision wall is , 0.5T or more and 0.83T or less.
  • the vehicle shock absorbing structural member according to the technique disclosed in the present specification has the following configuration. (4) In any of the above (1) to (3), when the length of the non-collision surface in the vertical direction is W, the middle rib is between the upper wall and the lower wall in the vertical direction. It is arranged at a position where the shift amount from the center of is 0.14 W or less.
  • the vehicle shock absorbing structural member has the following configuration. (5)
  • the recessed portion of the non-collision wall is formed so that the cross section forms a bow shape, an elliptical bow shape, a square shape, or a triangle.
  • the vehicle shock absorbing structural member has the following configuration. (6)
  • the recess formed in the non-collision wall has an opening width of 2H on the non-collision surface and a depth of F on the non-collision surface.
  • the ratio F / H of both is 0.3 or more and 1.6 or less.
  • FIG. 1 An example of a cross-sectional view of a shock absorbing member Top view of the shock absorbing member model Profiles and evaluation results of shock absorbing member models according to each of the examples and comparative examples used in the verification experiments 1 to 6.
  • the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the rear surface of a truck may be provided with a shock absorbing system called a RUP (Rear Under-run Protection device) in order to prevent a passenger car or the like from sneaking in after a rear-end collision.
  • a shock absorbing member an example of a vehicle shock absorbing structural member 1 used in RUP will be exemplified.
  • the upper side in FIG. 1 the upper side in FIG.
  • the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are shown in a part of each drawing, and the respective axial directions are drawn so as to be the same direction.
  • a reference numeral may be attached to one member, and the reference numerals may be omitted for the other members.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the shock absorbing member 1 according to the present embodiment.
  • the shock absorbing member 1 is a so-called linear shock absorbing structural member for a vehicle, which has a longitudinal shape and extends straight in parallel with the central portion and the end portion in the vehicle width direction. Is.
  • the shock absorbing member 1 is attached to the vehicle so that the longitudinal direction matches the vehicle width direction, that is, the left-right direction.
  • the Z-axis direction coincides with the vehicle width direction
  • the Y-axis direction is the vertical direction
  • the X-axis direction is the front-rear direction.
  • the shock absorbing member 1 is made of an aluminum alloy extruded hollow profile material.
  • the weight of the shock absorbing structural member for vehicles, which was conventionally made of steel, is reduced by using aluminum alloy.
  • the aluminum alloy used for extrusion molding of the shock absorbing member 1 it is preferable to use an aluminum alloy having excellent strength in order to obtain sufficient strength while obtaining the advantage of weight reduction.
  • a 6000 series (Al-Mg-Si series) or 7000 series (Al-Zn-Mg series) aluminum alloy is preferably used as the aluminum alloy. Can be done.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an XY cross section (cross section orthogonal to the longitudinal direction) of the shock absorbing member 1 according to the present embodiment.
  • the shock absorbing member 1 is a hollow profile having a substantially Japanese-shaped cross section, and more specifically, as shown in FIG. 1, a collision wall arranged in the vertical direction along the YZ plane. It has an upper wall 30 and a lower wall 40 which are arranged horizontally along the XZ plane and connect the collision wall 10 and the non-collision wall 20, and the upper wall 30 and the lower wall 40.
  • a middle rib 50 is arranged between them, which is arranged horizontally along the XZ plane and connects the collision wall 10 and the non-collision wall 20.
  • each wall may be arranged in the vertical direction or the horizontal direction, and may be inclined or curved as long as the function of each wall can be exhibited.
  • the collision wall 10 is a wall facing a collision load, and one of the plate surfaces constitutes the collision surface 1A of the shock absorbing member 1.
  • the rear surface of the shock absorbing member 1 is the collision surface 1A.
  • the non-collision wall 20 is arranged parallel to the collision surface 10 on the opposite side of the collision surface 1A, and the plate surface on the side opposite to the collision wall 10 constitutes the non-collision surface 1B which is the front surface of the shock absorbing member 1.
  • the upper ends and lower ends of the collision wall 10 and the non-collision wall 20 are connected to each other by an upper wall 30 or a lower wall 40, respectively, and a hollow portion surrounded by these is formed inside.
  • a middle rib 50 is arranged so as to divide the hollow portion into two vertically.
  • the middle rib 50 supports the collision wall 10 together with the upper wall 30 and the lower wall 40, and is inside the shock absorbing member 1. It has the function of suppressing deformation of the hollow portion, maintaining rigidity, and developing a large initial load. The influence of the length and arrangement position of the middle rib 50 on the collision performance will be verified later.
  • the upper wall 30, the lower wall 40, and the middle rib 50 which are arranged so that the normal direction of the plate surface is orthogonal to the load direction and support the collision wall 10, gradually move from the non-collision wall 20 side toward the collision wall 10. It may be formed so as to be thinned (the wall thickness is reduced). In this way, since the load from the collision wall 10 is transmitted while being dispersed toward the non-collision wall 20, it is possible to suppress a decrease in rigidity due to thinning. Therefore, as compared with the case where all of them are formed with the same wall thickness as the non-collision wall 20 side, it is possible to reduce the weight without significantly reducing the initial load.
  • the upper wall 30 and the lower wall 40 are formed.
  • An example will be given of the shock absorbing member 1 formed so that the wall thickness gradually decreases from the non-collision wall 20 side toward the collision wall 10 side.
  • a recessed portion 11 on the collision wall side is formed at the connecting portion of the collision wall 10 with the middle rib 50.
  • the collision wall side recess 11 opens so that the collision wall 10 retracts toward the middle rib 50 side along the longitudinal direction of the shock absorbing member 1, in other words, opens toward the collision surface 1A side (rear side). It is formed.
  • the length of the middle rib 50 can be shortened and buckling deformation can be suppressed.
  • the wall widths w1-1 and w1-2 see FIG.
  • FIG. 2 and the like show, as an example, a case where the collision wall side recess 11 is formed so as to form a bow-shaped cross section, but the present invention is not limited to this. The influence of the shape and dimensions of the collision wall side recess 11 on the collision performance will be verified later.
  • the non-collision wall 20 is also formed with a non-collision wall side recess 21 at a connection portion with the middle rib 50.
  • the non-collision wall side recess 21 also opens to the non-collision surface 1B side (front side) so that the non-collision wall 20 retracts toward the middle rib 50 along the longitudinal direction of the shock absorbing member 1. Is formed.
  • FIG. 2 and the like show, as an example, a case where the non-collision wall side recess 21 is also formed so as to form an arch-shaped cross section like the collision wall side recess 11, but the present invention is limited to this. is not it. The effect of the shape and dimensions of the non-collision wall side recess 21 on the offset collision performance will be verified later.
  • the shock absorbing member 1 made of the aluminum alloy extruded hollow profile as described above has a vehicle skeleton (not shown) due to a stay (an example of a mounting member) 2 attached to the non-collision surface 1B. Attached to and supported.
  • the stays 2 are usually attached to two places at intervals in the longitudinal direction of the shock absorbing member 1, and both ends of the shock absorbing member 1 in the vehicle width direction are free ends 12.
  • the method of attaching the stay 2 to the shock absorbing member 1 is not particularly limited, and the stay 2 can be attached by welding or fastening with a fastening member or the like.
  • a steel plate is attached to the rear surface (the surface on the collision wall 10 side) of the non-collision wall 20 as a reinforcement, and through holes are formed in the non-collision wall 20 and the steel plate, and a fastening member or the like is inserted through the non-collision wall 20 and the steel plate. It may be configured to be fastened and fixed to the wall surface of the stay 2 arranged along the non-collision surface 1B.
  • the effect of the collision load applied to the shock absorbing member 1 at the time of the offset collision changes depending on the positional relationship between the attachment location of the stay 2 and the load location to which the collision load is applied.
  • the collision load P2 shown by the alternate long and short dash arrow in FIG. 1 most of the collision load applied to the position facing the attachment location of the stay 2 is mostly the stay 2 on the right side facing the load location. It is accepted as it is. Therefore, excessive stress concentration is unlikely to occur in the shock absorbing member 1.
  • the shock absorbing members 1 stay on both sides of the load location.
  • the load propagated in the shock absorbing member 1 in the vehicle width direction is distributed and received by the stay 2 on the left side and the stay 2 on the right side.
  • the shock absorbing member 1 is in a cantilever state at the load location. Therefore, the displacement on the free end 12 side is allowed, while the inside in the vehicle width direction (attached side of the stay 2) is restrained by the stay 2 on the left side.
  • the moment load in the vehicle width direction increases, and the stress is concentrated only in the vicinity of the attachment location of the stay 2 on the left side near the load location.
  • FIG. 3 is a top view of the shock absorbing member model M used in the verification experiment.
  • shock absorbing member model M when referring to common characteristics without distinguishing between the shock absorbing member models according to each example and the comparative example, it is described as "shock absorbing member model M", and the impact according to each example and the comparative example is described.
  • the absorbing member model when the absorbing member model is distinguished, it is described as “shock absorbing member model E1", “shock absorbing member model C1" and the like.
  • the shock absorbing member model M was made of a 7000 series aluminum alloy extruded profile having a 0.2% proof stress of 425 MPa. Unless otherwise specified for each Example and Comparative Example, the shock absorbing member model M shall have an XY cross section having the shape shown in FIG. 2, and the collision wall 10 and the non-collision wall 20 shown in FIG. 2 in the vertical direction.
  • the wall width that is, the vertical length W of the non-collision surface 1B is 150 mm, and the distance T between the collision surface 1A and the non-collision surface 1B is 110 mm.
  • the length of the shock absorbing member model M in the vehicle width direction was set to 2320 mm.
  • the wall thickness of the collision wall 10 is 5.5 mm
  • the wall thickness of the non-collision wall 20 is 6.0 mm
  • the wall thickness of the middle rib 50 is 4.2 mm
  • the wall thickness of the upper wall 30 and the lower wall 40 is the collision wall. It was formed so as to gradually increase from 5.0 mm to 7.0 mm from the 10 side toward the non-collision wall 20 side.
  • each stay 2 uses a stay 2 having a width d1 of 115 mm in the vehicle width direction (Z-axis direction), and a distance d2 from the inner end thereof to the center line CLZ of the shock absorbing member model M is 375.5 mm. It was attached to the position where. Stay 2 was assumed to be completely restrained as a rigid body.
  • An offset collision barrier 3 was also attached to the shock absorbing member model M so that the distance d3 from the inner end thereof to the center line CLZ was 938 mm and the rear surface was in full contact with the collision surface 1A.
  • the P1 collision test was carried out in a mode in which the rigid offset collision barrier 3 was pushed from the rear of the vehicle toward the front (in the direction of the arrow in FIG. 3) until a predetermined stroke amount was reached.
  • FEM analysis was performed using general-purpose finite element analysis software RADIOSS (registered trademark), and a load-stroke diagram up to a stroke of 100 mm was obtained to evaluate P1 collision performance.
  • the P1 collision performance includes an initial load [A] indicating how much rigidity is maintained in the initial stage of collision and a load holding characteristic [A] indicating how much load capacity is maintained in the advanced stage of collision [ B] and, the evaluation was made from two aspects.
  • the initial load [A] in the load-stroke diagram obtained by performing the P1 collision test, the load at a stroke of 40 mm is preferably 104 kN or more, and more preferably 115 kN or more. I can say.
  • the load maintaining characteristic [B] it can be said that the load at a stroke of 80 mm is preferably 104 kN or more, and more preferably 110 kN or more.
  • the shock absorbing member model M that does not satisfy the above range may be easily deformed without receiving the impact of the collision
  • the shock absorbing member model M that does not satisfy the above range is of collision. Buckling may occur at a relatively early stage, and in any case, sufficient energy absorption efficiency may not be obtained.
  • the cross-sectional area [C] of the solid part in the XY cross section was also evaluated.
  • the cross-sectional area is preferably less than 3600 mm2, more preferably less than 3550 mm2.
  • the weight of the shock absorbing member model M that does not satisfy the above range according to [C] increases, and the advantage of forming the shock absorbing structural member for a vehicle with an aluminum alloy instead of the steel material may be reduced.
  • the profile of the shock absorbing member model M according to each Example and Comparative Example used for the verification, and the verification result are summarized.
  • the parameters related to the profile of each shock absorbing member model M are as shown for the shock absorbing member 1 of FIG. Regarding the middle rib, the length N is the length of the middle rib 50 in the direction connecting the collision wall 10 and the non-collision wall 20 (X-axis direction) (the center of the wall thickness of the collision wall 10 and the wall of the non-collision wall 20). It is a value expressed by using the distance T between the collision surface 1A and the non-collision surface 1B).
  • the shift amount S is a non-shift amount of the arrangement position of the middle rib 50 from the center line CLY (center of the upper surface of the upper wall and the lower surface of the lower wall) in the vertical direction (Y-axis direction) of the shock absorbing member 1. It is a value expressed using the length W in the vertical direction of the collision surface 1B. Further, regarding the collision wall side recessed portion, the depth F1 is the distance from the collision surface 1A at the center of the wall thickness of the collision wall 10 at the deepest portion of the collision wall side recessed portion 11, and the opening length 2H1 is the opening in the collision surface 1A. Represents the length of.
  • the depth F2 is the distance from the non-collision surface 1B at the center of the wall thickness of the non-collision wall 20 at the deepest portion of the non-collision wall side recessed portion 21, and the opening length 2H2 is non-collision. Represents the length of the opening on the collision surface 1B.
  • the test results of each shock absorbing member model M are: 0, 104.0 kN or more and less than 115 kN when the load at a stroke of 40 mm is 115 kN or more for the above [A]. In that case, it was evaluated as ⁇ (nothing was less than 104.0 kN). Regarding [B] above, when the load at a stroke of 80 mm is 110 kN or more, it is " ⁇ ", when it is 104.0 kN or more and less than 110 kN, it is " ⁇ ”, and when it is less than 104.0 kN, it is " ⁇ ". It was evaluated as "x".
  • the shock absorbing member model M that obtained the above comprehensive evaluation had sufficient P1 collision performance, and the shock absorbing member model M that was above ⁇ had good P1 collision performance, and was ⁇ .
  • the shock absorbing member model M can be said to be a shock absorbing structural member for vehicles having particularly excellent P1 collision performance.
  • the shock absorbing member model E1 was evaluated. Refer to the result).
  • the shock absorbing member model C1 according to Comparative Example 1 does not form a recess in any of the collision wall C10 and the non-collision wall C20, and has a so-called sun-shaped cross section. I made it.
  • the shock absorbing member model C2 according to Comparative Example 2 has a collision wall 10-E1 provided with a collision wall side recessed portion 11-E1 similar to the shock absorbing member model E1 and a recessed portion.
  • the collision wall side recess 11-E1 is formed so that the depth F1 is 7 mm and the opening length 2H1 is 32.0 mm
  • the non-collision wall side recess 21- E1 was formed so that the depth F2 was 10.0 mm and the opening length 2H2 was 36.0 mm.
  • the length N of the middle rib is 0.74T in the shock absorbing member model E1, 0.95T in the shock absorbing member model C1, and 0.83T in the shock absorbing member model C2.
  • FIG. 6 shows the shock absorbing member model E1 (both recessed type) according to the first embodiment, the shock absorbing member model C1 (day-shaped) according to the comparative example 1, and the shock absorbing member model C2 (one piece) according to the comparative example 2.
  • It is a load-stroke diagram obtained by performing offset collision analysis in the concave type).
  • the load increase at the initial stage of the stroke is slightly faster than the load increase in the shock absorbing member model E1 according to the embodiment, but it is clear at the initial stage of the stroke. A significant decrease in load was observed.
  • the shock absorbing member model E1 according to the first embodiment has both a large initial load and good load maintaining characteristics, and can improve the energy absorption efficiency at the time of P1 collision.
  • the length N of the middle rib is 0.42T in the shock absorbing member model E2 according to the second embodiment, 0.50T in the shock absorbing member model E3 according to the third embodiment, and 0 in the shock absorbing member model E4 according to the fourth embodiment. It was set to .82T, and 0.86T in the shock absorbing member model E5 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a load-stroke diagram obtained by performing offset collision analysis in the shock absorbing member models E1 to E5 according to Examples 1 to 5. As shown in FIG. 7, in all of the shock absorbing member models E1 to E5, after achieving a high maximum load of 120 kN or more, no load decrease was observed at the initial stage of the stroke, and the collision wall side recess and the non-collision wall side recess were not observed. It is known that in the shock absorbing member models E1 to E5 having a portion, buckling of the middle rib does not occur at the initial stage of the P1 collision, and a constant P1 collision performance can be exhibited.
  • the buckling strength of the middle rib is increased and the load holding characteristics are improved. It is presumed that it has improved. Further, if the length N of the middle rib is set to 0.5 T or less as in the shock absorbing member model E2, the cross-sectional area increases, and the advantage of weight reduction due to the use of the aluminum alloy extruded hollow profile may be impaired. Admitted. On the other hand, in the shock absorbing member models E1, E3 to E5, the cross-sectional area could be maintained within a preferable range.
  • the shock absorbing member models E1, E3, and E4 in which the length N of the middle rib is 0.5T or more and less than 0.83T achieves both a particularly large initial load and excellent load maintaining characteristics while maintaining light weight. It is possible and it is known that the energy absorption efficiency can be effectively increased.
  • the shift amount S of the middle rib arrangement position is 0.07 W in the shock absorbing member model E6 according to the sixth embodiment, 0.13 W in the shock absorbing member model E7 according to the seventh embodiment, and the shock absorbing member model according to the eighth embodiment. It was 0.15 W in E8 and 0.17 W in the shock absorbing member model E9 according to the ninth embodiment.
  • the shock absorbing member models E6 to E9 as shown in the table of FIG. 4, the dimensions and shape of the recessed portion were not changed, and the parameters except for the shift amount S were the same as those of the shock absorbing member model E1.
  • FIG. 8 is a load-stroke diagram obtained by performing offset collision analysis in the shock absorbing member models E1, E6 to E9 according to Examples 1, 6 to 9. As shown in FIG. 8, in all of the shock absorbing member models E1, E6 to E9, no load decrease was observed at the initial stage of the stroke after the maximum load was achieved at the initial stage of the stroke. However, in the shock absorbing member models E8 and E9 in which the shift amount S is 0.15 W or more, the load rise at the initial stage of the stroke is relatively slow, and the maximum load is also relatively low.
  • the shock absorbing member models E8 and E9 have the wall width of the wall portion of the collision wall located on the collision surface (wall widths w1-1 and w1-2 shown in FIG. 2). It is presumed that the rigidity of the relevant part of the collision wall decreased because one of the) became larger.
  • the shock absorbing member models E1, E6, and E7 in which the shift amount S is 0.14 W or less the load rises sharply at the beginning of the stroke to achieve a high maximum load of 120 kN or more, and then it is clear until the latter half of the stroke. No significant load reduction was observed, and a relatively high load was maintained. From the above, in the shock absorbing member models E1, E6, and E7 in which the shift amount S is 0.14 W or less, it is possible to achieve both a particularly large initial load and good load maintaining characteristics, and the energy absorption efficiency can be effectively enhanced. Was known.
  • the shock absorbing member model E10 according to the tenth embodiment as shown in FIG. 9B, the collision wall 10-E10 and the non-collision wall 20- so that the cross sections of both recessed portions 11-E10 and 21-E10 are square. The shape of E10 was changed. Further, in the shock absorbing member model E11 according to the eleventh embodiment, as shown in FIG. 9C, the collision wall 10-E11 and the non-collision wall 20- so that the cross sections of both recessed portions 11-E11, 21-E11 form a triangle. The shape of E11 was changed. In the shock absorbing member model E12 according to the twelfth embodiment, as shown in FIG.
  • the cross sections of both recesses 11-E12 and 21-E12 are elliptical bows (an elliptical arc and a chord connecting both ends of the arc).
  • the shapes of the collision wall 10-E12 and the non-collision wall 20-E12 were changed so as to form an enclosed figure).
  • FIG. 10 is a load-stroke diagram obtained by performing offset collision analysis in the shock absorbing member models E1, E10 to E12 according to Examples 1, 10 to 12.
  • the load increased equally at the initial stage of the stroke.
  • no clear decrease in load was observed until the latter half of the stroke.
  • the collision load transmitted from the collision wall to the middle rib of the recessed portion on the non-collision wall side before reaching the non-collision surface which is the attachment surface of the stay 2. It is speculated that it was dispersed along the bottom and could suppress the buckling of the middle rib.
  • the shock absorbing member models E1, E10 to E12 in which the recessed portion has a bow shape, a square shape, a triangle shape, and an elliptical bow shape it is possible to achieve both a particularly large initial load and good load maintenance characteristics, and the energy absorption efficiency is effectively improved. It was known to be enhanced.
  • the shock absorbing member models E1, E13 to E17 all have a collision wall-side recess having the same dimensions and shape as the shock absorbing member model E1.
  • FIG. 11 is a load-stroke diagram obtained by performing offset collision analysis in the shock absorbing member models E1, E13 to E17 according to Examples 1, 13 to 17.
  • FIG. 11 in each of the shock absorbing member models E1, E13 to E17, no load decrease was observed at the initial stage of the stroke.
  • the shock absorbing member model E13 having a ratio F2 / H2 of 0.27 it was recognized that the load increase at the initial stage of the stroke was relatively slow and the rigidity was low. In addition, although no load decrease was observed in the middle and late strokes, the load was low overall.
  • the load at the initial stage of the stroke increased in the same manner as the shock absorbing member models E1 and E14 to E16, but the load decreased in the middle of the stroke. It was.
  • the buckling strength of the middle rib is smaller than that of the shock absorbing member models E1, E14 to E16, and it is presumed that the buckling of the middle rib occurred in the middle stroke.
  • the shock absorbing member models E1, E14 to E16 having a ratio F2 / H2 of 0.30 or more and less than 1.60 the load suddenly increased at the initial stage of the stroke to achieve a high maximum load of 120 kN or more, and then. No clear load drop was observed until the latter half of the stroke, and a relatively high load was maintained. From the above, in the shock absorbing member models E1 and E14 to E16 in which the non-collision wall side recess is formed so that the ratio F2 / H2 is 0.3 or more and less than 1.60, a particularly large initial load and good load maintaining characteristics are obtained. It is known that the energy absorption efficiency can be effectively increased.
  • the depth F1 of the recess on the collision wall side is 7.0 mm
  • the opening length 2H1 is 32.0 mm
  • the ratio of the depth F1 to the half value of the opening length 2H1 (F1 / H1) was formed to be 0.44, but in the shock absorbing member models E18 to E21 according to Examples 18 to 21, the depth F1 is fixed to 7.0 mm, while the opening length is 2H1. Is changed as shown in the table of FIG. 4, and the ratio F1 / H1 is 0.10 in the shock absorbing member model E18 according to the 18th embodiment and 0.27 in the shock absorbing member model E19 according to the 19th embodiment.
  • the shock absorbing member model E20 according to 20 was adjusted to be 0.80, and the shock absorbing member model E21 according to Example 21 was adjusted to be 1.00.
  • the shock absorbing member models E1, E18 to E21 all have a non-collision wall side recess having the same dimensions and shape as the shock absorbing member model E1.
  • FIG. 12 is a load-stroke diagram obtained by performing collision analysis in the shock absorbing member models E1, E18 to E21 according to Examples 1, 18 to 21.
  • the load increased sharply at the initial stage of the stroke, and a high maximum load of 120 kN or more was achieved.
  • no clear load decrease was observed until the latter half of the stroke. It is presumed that buckling of the middle rib did not occur until the latter half of the stroke.
  • the shock absorbing member model E1 has a non-collision surface side recess having a shape within a predetermined range and has a collision wall side recess having a ratio F1 / H1 of 0.10 or more and 1.00 or less. It has been known that E18 to E21 can achieve both a large initial load and good load maintaining characteristics, and can improve energy absorption efficiency.
  • a collision wall side recess having a shape in which the value of the ratio F1 / H1 is in the range of 0.10 or more and 1.00 or less the length N of the middle rib is adjusted together with the non-collision wall side recess. , Buckling strength can be increased.
  • the shock absorbing member 1 has the following configuration.
  • a shock absorbing member (shock absorbing structural member for a vehicle) 1 that is attached to a vehicle and absorbs an impact at the time of a collision, and is made of a longitudinally formed aluminum alloy extruded hollow profile and arranged in the vertical direction.
  • the one plate surface is arranged parallel to the collision wall 10 constituting the collision surface 1A and the collision surface 10 on the side opposite to the collision surface 1A, and is arranged on the side opposite to the collision wall 10.
  • the upper wall 30 and the lower wall 40 connecting the collision wall 10 and the non-collision wall 20, and the upper wall 30 and the lower wall 40.
  • the collision wall 10 is arranged and has a middle rib 50 connecting the collision wall 10 and the non-collision wall 20, and is attached to the vehicle by a stay (mounting member) 2 attached to the non-collision surface 1B.
  • the collision wall 10 or the non-collision wall 20 is formed along the longitudinal direction of the shock absorbing member 1.
  • the collision wall side recessed portion 11 and the non-collision wall side recessed portion 21 are formed.
  • the shock absorbing member 1 having a substantially Japanese-shaped cross section which is lightened by using an aluminum alloy extruded hollow profile and can generate a large initial load by the middle rib 50, only the collision wall 10 is used.
  • the non-collision wall side recess 21 on the non-collision wall 20
  • the buckling of the middle rib 50 at the time of collision can be delayed.
  • the length N of the middle rib 50 in the direction connecting the collision wall 10 and the non-collision wall 20 can be further shortened. As a result, the buckling strength of the middle rib 50 itself is increased.
  • the end portion of the middle rib 50 on the non-collision wall 20 side does not reach the non-collision surface 1B which is the attachment surface of the stay 2. Therefore, the load transmitted to the middle rib 50 at the time of collision is dispersed along the bottom of the non-collision wall side recess 21 before reaching the non-collision surface 1B, and is locally localized in the vicinity of the attachment portion of the stay 2 in the middle rib 50. It is presumed that the stress concentration is alleviated. As a result, the buckling of the middle rib 50 can be delayed, and a decrease in the load capacity at the initial stage of the collision can be suppressed.
  • the shock absorbing member 1 can exhibit good energy absorption efficiency at the time of an offset collision, particularly at the time of a P1 collision in which the shock absorbing member 1 is likely to be deformed due to stress concentration at a relatively early stage of the collision. ..
  • the latter stress concentration relaxation effect is not observed in the collision wall side recessed portion 11, and the shock absorbing member 1 is on the non-collision wall side.
  • the upper wall 30 and the lower wall 40 are formed so as to become thinner (the wall thickness becomes smaller) from the non-collision wall 20 toward the collision wall 10.
  • the weight of the upper wall 30 and the lower wall 40 can be reduced without impairing the initial load and load maintenance characteristics as compared with the case where the entire upper wall 30 and lower wall 40 are formed with the same wall thickness as the non-collision wall 20 side. be able to.
  • both the upper wall 30 and the lower wall 40 are thinned, but only one of them may be thinned, or in addition to or instead of these, the middle rib may be thinned. Good.
  • the shock absorbing member 1 may have the following configuration.
  • the non-collision wall side recess 21 of the non-collision wall 20 extends from at least the attachment portion of the stay 2 to the free end located at the longitudinal end of the shock absorbing member 1. It is formed like this.
  • the stress is particularly concentrated in the vicinity of the attachment portion of the stay 2 in the middle rib 50, so that the buckling of the middle rib 50 is likely to occur even in the initial stage of the collision.
  • the non-collision wall side recess 21 is provided at the portion of the middle rib 50 where buckling is likely to occur, that is, from the attachment portion of the stay 2 to the free end 12 of the shock absorbing member 1. Therefore, the buckling of the middle rib 50 at the time of offset collision can be effectively delayed, and the load maintaining characteristic of the shock absorbing member 1 can be improved.
  • the shock absorbing member 1 preferably has the following configuration. (3) In the above (1) or (2), when the distance between the collision surface 1A and the non-collision surface 1B is T, the middle rib in the direction connecting the collision wall 10 and the non-collision wall 20.
  • the length N of 50 is 0.5T or more and 0.83T or less.
  • the non-collision wall side recess 21 was formed while maintaining the weight reduction effect by adopting the aluminum alloy extruded hollow profile and the effect of increasing the initial load by arranging the middle rib 50.
  • the shock absorbing member 1 made of a hollow profile increases the initial load by disposing the middle rib 50.
  • the buckling strength of a column such as the middle rib 50 depends on the slenderness ratio (the length N of the middle rib 50 in the direction in which the load is applied and the cross-sectional area of the cross section orthogonal to the length N), and the cross-sectional area (particularly). It is known that if the wall thickness of the middle rib 50 is constant, the larger the length N, the easier it is to buckle. Therefore, by reducing the length N of the middle rib 50, the load maintaining characteristic of the shock absorbing member 1 can be improved.
  • the shock absorbing member 1 when the ratio of the length N of the middle rib 50 to the distance T is smaller than the above range, the cross-sectional area becomes large and the weight increases, and the initial load due to the arrangement of the middle rib 50. There is a risk that the effect of increasing the amount will decrease. On the other hand, when the ratio is larger than the above range, the effect of improving the load maintaining characteristics due to the formation of the recessed portions 11 and 21 becomes small.
  • the shock absorbing member 1 preferably has the following configuration. (4)
  • the middle rib 50 is the upper surface of the upper wall and the said in the vertical direction. It is arranged at a position where the shift amount S from the center of the lower surface of the lower wall is 0.14 W or less. In this way, in addition to the effect of increasing the initial load due to the arrangement of the middle rib 50, the effect of improving the load maintaining characteristic due to the formation of the recessed portions 11 and 21 can be sufficiently obtained.
  • the shift amount S of the arrangement position of the middle rib 50 becomes larger than the above range, buckling of the middle rib 50 is likely to occur, and it is presumed that the energy absorption efficiency of the shock absorbing member 1 is lowered.
  • the shock absorbing member 1 preferably has the following configuration. (5)
  • the recessed portion 21 of the non-collision wall 20 is formed so that the cross section forms a bow shape, an elliptical bow shape, a square shape, or a triangle shape. In this way, the effect of improving the load maintaining characteristic by the non-collision wall side recessed portion 21 can be sufficiently obtained.
  • the non-collision wall side recess 21 has the above shape, the force from the middle rib 50 is dispersed and transmitted to the non-collision surface 1B to which the stay 2 is attached, so that the load of the shock absorbing member 1 is applied. It is presumed that the maintenance characteristics will improve.
  • the shock absorbing member 1 preferably has the following configuration.
  • the recessed portion 21 formed in the non-collision wall 20 has an opening width of 2H2 in the non-collision surface 1B, and is from the non-collision surface 1B.
  • the ratio F2 / H2 of both is 0.3 or more and 1.6 or less.
  • the ratio F2 / H2 is smaller than the above range (the depth F2 is smaller than the opening length 2H2), the load is easily transmitted to the non-collision surface 1B, and the ratio F2 / H2 is smaller than the above range. If it is large (the opening length 2H2 is small with respect to the depth F2), the load distribution when it is transmitted to the non-collision surface 1B becomes insufficient, so that it is difficult to relax the stress concentration on the specific portion of the middle rib 50. Therefore, it is considered that deformation and buckling are likely to occur.
  • a vehicle shock absorbing structural member in which one middle rib is provided between the upper wall and the lower wall has been illustrated, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of middle ribs may be provided between the upper wall and the lower wall.
  • a plurality of non-collision wall side recesses may be provided at the connecting portions between all the middle ribs and the non-collision wall, or may be provided only at some of the connecting portions.
  • the shock absorbing member used for the RUP attached to the rear surface of the vehicle has been illustrated, but the present invention is not limited to this. This technology can be applied not only to the front surface of a vehicle but also to a shock absorbing structural member for a vehicle attached to the side surface of the vehicle.
  • 1 Shock absorbing member (an example of a shock absorbing structural member for a vehicle), 1A ... Collision surface, 1B ... Non-collision surface, 2 ... Stay (an example of a mounting member), 3 ... Offset collision barrier, 10,10-E1,10 -E10-10-E12, C10 ... Collision wall, 11,11-E1,11-E10-11-E12 ... Collision wall side recess, 12 ... Free end, 20,20-E1,20-E10-20-E12 , C20 ... Non-collision wall, 21,21-E1,21-E10-21-E12 ... Non-collision wall side recess, 30 ... Upper wall, 40 ... Lower wall, 50 ...
  • Middle rib CLY ... (Impact in the vertical direction) Center line (of absorption member), CLZ ... Center line (of impact absorbing member in vehicle width direction), T ... (between collision surface and non-collision surface), W ... (middle rib) length, S ... (medium) Shift amount (of rib), F1 ... (collision wall side recess) depth, F2 ... (non-collision wall side recess) depth, 2H1 ... (collision wall side recess) opening length, 2H2 ... (non-collision wall side recess) (Collision wall side recess) opening length, s1 ... fulcrum, w1-1, w1-2 ... wall width, M, E1 to E21, C1, C2 ... shock absorbing member model

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Abstract

長手状に形成されたアルミニウム合金押出中空形材からなり、衝突面１Ａを構成する衝突壁１０と、非衝突面１Ｂを構成する非衝突壁２０と、衝突壁１０と非衝突壁２０とをつなぐ上壁３０及び下壁４０と、中リブ５０と、を有し、非衝突面１Ｂに付設されたステイ（取付部材）２によって車両に取り付けられる衝撃吸収部材（車両用衝撃吸収構造部材）１において、衝突壁１０における中リブ５０との接続部分、並びに、非衝突壁２０における中リブ５０との接続部分には、当該衝撃吸収部材１の長手方向に沿って衝突壁１０又は非衝突壁２０が中リブ５０側に後退した、衝突壁側凹み部１１並びに非衝突壁側凹み部２１を形成する。

Description

車両用衝撃吸収構造部材
　本発明は、衝突性能に優れた車両用衝撃吸収構造部材に関する。特に、オフセット衝突時のエネルギー吸収効率が良好となる車両用衝撃吸収構造部材に関する。
　主に自動車等の車両の前部や後部には、衝突時の衝撃を吸収するための衝撃吸収構造部材が装備されることがある。この車両用衝撃吸収構造部材は、車両に対し略水平方向で、車両幅方向に延在するように取り付けられる。車両用衝撃吸収構造部材は、車両幅方向に対し中央部や端部も含めて平行に延在する真っ直ぐな形状の車両用衝撃吸収構造部材（直線型）と、直線的な中央部の両端に、車体側へ曲げられた直線的又は曲線的な湾曲部を有するか、全体が車体側へ湾曲している形状の車両用衝撃吸収構造部材（湾曲型）と、の二つに大別される。
　車両用衝撃吸収構造部材には、正面衝突（フラットバリア衝突、フルラップ衝突）時のエネルギー吸収効率が良好であることが求められる。そこで、軽量化のために中空形材を用いた車両用衝撃吸収構造部材について、その中空部内に中リブを配した構造が提案されている。例えば、下記特許文献１及び特許文献２には、衝突壁（前面壁）における中リブ（中間壁）との接続部分に凹み部（凹部）を形成することにより、中リブの座屈強度を増してエネルギー吸収効率を向上させた車両用衝撃吸収構造部材（バンパー補強材）が開示されている。
特許第４０３５２９２号公報 特許第５２０３８７０号公報
　近年、車両用衝撃吸収構造部材には、車両が対向車や障害物などと部分的に衝突するオフセット衝突時にも、優れたエネルギー吸収効率を発揮することが求められるようになってきている。車両用衝撃吸収構造部材が取付部材を介して車両に取り付けられる場合、オフセット衝突時に加わる衝突荷重の影響は、取付部材が付設される付設箇所（以下、「付設箇所」と称することがある）と、衝突荷重が加えられる荷重箇所（以下、「荷重箇所」と称することがある）と、の位置関係によって変化する。
　本発明者らの検討の結果、上記特許文献１や特許文献２に記載の車両用衝撃吸収構造部材は、荷重箇所が付設箇所よりも車両幅方向内側に位置するような衝突に対しては、一定のエネルギー吸収効率向上効果を発揮できるものの、荷重箇所が付設箇所よりも車両幅方向外側に位置する衝突に対しては、十分なエネルギー吸収効率を得難いものであることが知られた。例えば、衝突荷重が付設箇所よりも車両幅方向外側に加えられた場合、衝突荷重に対する応力は、中リブの付設箇所に近接する部分に、特に集中しやすいと考えられる。このため、衝突の比較的早い段階で、付設箇所近傍において中リブが座屈し、車両用衝撃吸収構造部材が大きく変形することがある。中リブが座屈すると耐荷重が急激に低下するため、衝突の早い段階で中リブの座屈が生じると、オフセット衝突時のエネルギーが十分に吸収されなくなってしまうという問題が生じていた。
　本技術は、上記事情に基づいて完成されたものであって、オフセット衝突時、特に荷重箇所が付設箇所より車両幅方向外側に位置するような衝突時に、優れたエネルギー吸収効率を発揮する車両用衝撃吸収構造部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題について鋭意研究を重ねた結果、車両用衝撃吸収構造部材の非衝突壁に長手方向に沿った凹み部を設けることで、エネルギー吸収効率、特に、付設箇所より車両幅方向外側に衝突荷重が加えられるオフセット衝突時に、エネルギー吸収効率が効果的に向上し、優れた衝突性能が発現されることを見出した。
　本明細書が開示する技術に係る車両用衝撃吸収構造部材は、下記の構成を有する。
（１）　車両に取り付けられて衝突時の衝撃を吸収する車両用衝撃吸収構造部材であって、長手状に形成されたアルミニウム合金押出中空形材からなり、鉛直方向に配され、一の板面が衝突面を構成する衝突壁と、前記衝突壁に対し前記衝突面とは反対側に平行に配され、前記衝突壁とは反対側に配される板面が非衝突面を構成する非衝突壁と、前記衝突壁と前記非衝突壁とをつなぐ上壁及び下壁と、前記上壁及び前記下壁の間に配され、前記衝突壁と前記非衝突壁とつなぐ中リブと、を有し、前記非衝突面に付設された取付部材によって前記車両に取り付けられ、前記衝突壁における前記中リブとの接続部分、並びに、前記非衝突壁における前記中リブとの接続部分には、当該車両用衝撃吸収構造部材の長手方向に沿って前記衝突壁又は前記非衝突壁が前記中リブ側に後退した凹み部が形成されている。
　また、本明細書が開示する技術に係る車両用衝撃吸収構造部材は、下記の構成を有する。
（２）　上記（１）において、前記非衝突壁の前記凹み部は、少なくとも前記取付け部材の付設箇所から当該車両用衝撃吸収構造部材の長手方向端部に位置する自由端に亘るように形成されている。
　また、本明細書が開示する技術に係る車両用衝撃吸収構造部材は、下記の構成を有する。
（３）　上記（１）又は（２）において、前記衝突面と前記非衝突面との距離をＴとしたとき、前記衝突壁と前記非衝突壁とをつなぐ方向における前記中リブの長さは、０．５Ｔ以上０．８３Ｔ以下である。
　また、本明細書が開示する技術に係る車両用衝撃吸収構造部材は、下記の構成を有する。
（４）　上記（１）から（３）の何れかにおいて、前記非衝突面の上下方向の長さをＷとしたとき、前記中リブは、上下方向について、前記上壁及び前記下壁の間の中央からのシフト量が０．１４Ｗ以下となる位置に配されている。
　また、本明細書が開示する技術に係る車両用衝撃吸収構造部材は、下記の構成を有する。
（５）　上記（１）から（４）の何れかにおいて、前記非衝突壁の前記凹み部は、断面が弓形、楕円弓形、方形、又は三角形をなすように形成されている。
　また、本明細書が開示する技術に係る車両用衝撃吸収構造部材は、下記の構成を有する。
（６）　上記（１）から（５）の何れかにおいて、前記非衝突壁に形成された前記凹み部は、前記非衝突面における開口の幅を２Ｈとし、前記非衝突面における深さをＦとしたとき、両者の比Ｆ／Ｈが０．３以上１．６以下である。
　本技術によれば、特にオフセット衝突時に優れたエネルギー吸収効率を発揮する車両用衝撃吸収構造部材を提供することができる。
実施形態に係る衝撃吸収部材（車両用衝撃吸収構造部材）の概観斜視図 衝撃吸収部材の断面図の一例 衝撃吸収部材モデルの平面図 検証実験１～６で用いた各実施例及び比較例に係る衝撃吸収部材モデルのプロファイル並びに評価結果 検証実験１に用いた実施例１に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験１に用いた比較例１に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験１に用いた比較例２に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験１において測定された荷重－ストローク線図 検証実験２において測定された荷重－ストローク線図 検証実験３において測定された荷重－ストローク線図 検証実験４に用いた実施例１に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験４に用いた実施例１０に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験４に用いた実施例１１に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験４に用いた実施例１２に係る衝撃吸収部材モデルの断面図 検証実験４において測定された荷重－ストローク線図 検証実験５において測定された荷重－ストローク線図 検証実験６において測定された荷重－ストローク線図
　＜実施形態＞
　以下に、実施形態１について、図１及び図２を参照しつつ説明する。例えばトラックの後面には、乗用車等が追突した後の潜り込みを防止するため、ＲＵＰ（Rear Under-run Protection device）と呼ばれる衝撃吸収システムが備えられることがある。本実施形態では、ＲＵＰに用いられる衝撃吸収部材（車両用衝撃吸収構造部材の一例）１について例示する。以下の説明では、図１における上側を上側（下側を下側）、紙面手前左側を後側（紙面奥右側を前側）、紙面奥左側を左側（紙面手前右側を右側）とする。また、各図面の一部にはＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を示しており、各軸方向がそれぞれ同一方向となるように描いている。複数の同一部材については、一の部材に符号を付し、他の部材については符号を省略することがある。
　図１は、本実施形態に係る衝撃吸収部材１の概形を表した斜視図である。図１に示すように、衝撃吸収部材１は、長手状をなし、車両幅方向に対し中央部や端部も含めて全体が平行に真っ直ぐ延在する、いわゆる直線型の車両用衝撃吸収構造部材である。衝撃吸収部材１は、長手方向を車両幅方向すなわち左右方向に合致させるように、車両に取り付けられる。なお、各図において、Ｚ軸方向が車両幅方向と一致し、Ｙ軸方向が上下方向、Ｘ軸方向が前後方向となる。
　衝撃吸収部材１は、アルミニウム合金押出中空形材からなる。従来は鋼材製とされていた車両用衝撃吸収構造部材をアルミニウム合金製としたことで、軽量化が図られている。軽量化の利点を得る一方で十分な強度を発現させるため、衝撃吸収部材１の押出成形に用いるアルミニウム合金としては、アルミニウム合金の中でも強度に優れたものを用いることが好ましい。限定されるものではないが、強度や耐食性等の観点から、アルミニウム合金としては、６０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系）や、７０００系（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系）のアルミニウム合金を好ましく用いることができる。特に、強度に優れた７０００系のアルミニウム合金の使用が好ましい。
　図２は、本実施形態に係る衝撃吸収部材１のＸＹ断面（長手方向に直交する断面）の一例を表した図である。衝撃吸収部材１は、断面が略日の字型の概形をなす中空形材であり、詳しくは、図１に表されているように、ＹＺ面に沿って鉛直方向に配される衝突壁１０及び非衝突壁２０と、ＸＺ面に沿って水平方向に配されて衝突壁１０と非衝突壁２０とをつなぐ上壁３０及び下壁４０と、を有し、上壁３０及び下壁４０の間にはＸＺ面に沿って水平方向に配されて衝突壁１０と非衝突壁２０とをつなぐ中リブ５０が配されている。なお、各壁は、概ね鉛直方向もしくは水平方向に配されていればよく、各壁の機能を発揮できる範囲で、傾斜していたり湾曲等していたりしていても構わない。
　衝突壁１０は、衝突荷重に対峙する壁であり、その一の板面が衝撃吸収部材１の衝突面１Ａを構成する。本実施形態のように後方からの車両等の追突時の衝撃を吸収する衝撃吸収部材１では、衝撃吸収部材１の後面が衝突面１Ａとされる。また、非衝突壁２０は、衝突壁１０について衝突面１Ａの反対側に平行に配され、衝突壁１０とは反対側の板面が、衝撃吸収部材１の前面となる非衝突面１Ｂを構成する。衝突壁１０と非衝突壁２０の上端同士及び下端同士は、それぞれ上壁３０又は下壁４０によって接続され、内方にはこれらで囲まれた中空部が形成されている。
　上壁３０と下壁４０との間には、中空部を上下に二つに分断するように、中リブ５０が配設されている。中リブ５０は、衝突面１Ａに非衝突壁２０側（前側）に向かう衝突荷重が加えられたときに、上壁３０及び下壁４０と共に衝突壁１０を支えて、衝撃吸収部材１内方の中空部が変形するのを抑制して剛性を維持し、大きな初期荷重を発現させる機能を有する。中リブ５０の長さや配設位置等が衝突性能に及ぼす影響については、後に検証する。
　板面の法線方向が荷重方向と直交するように配されて衝突壁１０を支える、上壁３０、下壁４０、及び中リブ５０は、非衝突壁２０側から衝突壁１０に向かって漸次薄肉化する（壁厚が減少する）ように形成してもよい。このようにすれば、衝突壁１０からの荷重が非衝突壁２０に向けて分散しながら伝えられるため、薄肉化による剛性の低下を抑制できる。よって、仮にこれらの全体を非衝突壁２０側と同じ壁厚で形成した場合と比較すると、初期荷重を大きく低下させることなく、軽量化を図ることが可能である。上壁３０、下壁４０、及び中リブ５０のうち、何れか一つもしくは複数を、このように形成することが可能であるが、本実施形態では、上壁３０及び下壁４０を、その壁厚が非衝突壁２０側から衝突壁１０側に向かって漸次薄肉化するように形成した衝撃吸収部材１について例示する。
　図２等に表されているように、衝突壁１０における中リブ５０との接続部分には、衝突壁側凹み部１１が形成されている。衝突壁側凹み部１１は、衝撃吸収部材１の長手方向に沿って衝突壁１０が中リブ５０側に後退するように、換言すれば、衝突面１Ａ側（後側）に開口するように、形成される。このような衝突壁側凹み部１１が設けられていることにより、中リブ５０の長さを短くして座屈変形を抑制できる。また、衝突壁１０のうち衝突面１Ａ上に位置する壁部の壁幅ｗ１－１，ｗ１－２（図２参照）が減少することで、一定の壁厚を有する衝突壁１０について幅厚比が増大し、衝突壁１０の曲げ座屈強度が増加すると考えられている（特許文献１）。なお、図２等では、一例として、衝突壁側凹み部１１が弓形の断面をなすように形成されている場合について示しているが、これに限定されるものではない。衝突壁側凹み部１１の形状寸法等が衝突性能に及ぼす影響については、後に検証する。
　本実施形態に係る衝撃吸収部材１では、さらに非衝突壁２０にも、中リブ５０との接続部分に非衝突壁側凹み部２１が形成されている。非衝突壁側凹み部２１も、衝撃吸収部材１の長手方向に沿って非衝突壁２０が中リブ５０側に後退するように、換言すれば、非衝突面１Ｂ側（前側）に開口するように、形成される。なお、図２等では、一例として、非衝突壁側凹み部２１も衝突壁側凹み部１１と同じく弓形の断面をなすように形成されている場合について示しているが、これに限定されるものではない。非衝突壁側凹み部２１の形状寸法等がオフセット衝突性能に及ぼす影響については、後に検証する。
　上記のようなアルミニウム合金押出中空形材からなる衝撃吸収部材１は、図１に表されているように、非衝突面１Ｂに付設されたステイ（取付部材の一例）２によって、図示しない車両骨格に取り付けられ、支持される。ステイ２は、通常、衝撃吸収部材１の長手方向において、間隔を空けて２箇所に付設され、衝撃吸収部材１の車両幅方向の両端は、自由端１２とされる。衝撃吸収部材１へのステイ２の付設方法は特に限定されるものではなく、溶接や締結部材等による締結によって付設できる。例えば、非衝突壁２０の付設箇所における後面（衝突壁１０側の面）に補強として鋼板を取り付けるとともに、非衝突壁２０及び鋼板に貫通孔を形成しておき、締結部材等を挿通させて、非衝突面１Ｂに沿って配されたステイ２の壁面に締結固定する構成としてもよい。
　オフセット衝突時に衝撃吸収部材１に加えられた衝突荷重の影響は、ステイ２の付設箇所と、衝突荷重が加えられる荷重箇所との位置関係によって変化する。例えば、図１に一点鎖線矢印で示した衝突荷重Ｐ２のように、ステイ２の付設箇所に正対するような位置に加えられた衝突荷重は、その多くが、荷重箇所に正対する右側のステイ２にそのまま受け止められる。よって、衝撃吸収部材１内において応力の過度な集中は生じ難い。また、図１に二点鎖線矢印で示した衝突荷重Ｐ３のように、ステイ２の付設箇所よりも車両幅方向内側に衝突荷重が加えられた場合、荷重箇所の両側において衝撃吸収部材１がステイ２により拘束されているため、衝撃吸収部材１内を車両幅方向に伝播した荷重は、左側のステイ２及び右側のステイ２に分散して受け止められる。これに対し、図１に実線矢印で示した衝突荷重Ｐ１のように、ステイ２の付設箇所よりも車両幅方向外側に衝突荷重が加えられた場合、荷重箇所において衝撃吸収部材１が片持ち状態となっているために、自由端１２側の変位が許容される一方で、車両幅方向内側（ステイ２の付設側）は左側のステイ２によって拘束される。この結果、車両幅方向のモーメント負荷が増え、かつ、荷重箇所に近い左側のステイ２の付設箇所近傍のみに応力が集中する。よって、上記した３つのケースの中では、衝突荷重Ｐ１が加えられるようなオフセット衝突が起こった場合に、衝突の比較的早い段階で、応力集中による衝撃吸収部材１の変形が特に生じやすいと考えられる。以下、ステイ２の付設箇所よりも車両幅方向外側に衝突荷重Ｐ１が加わるようなオフセット衝突を、「Ｐ１衝突」と称することがある。
《検証実験》
　上記した衝撃吸収部材１について、中リブ５０や凹み部１１，２１の配設態様が、Ｐ１衝突に対する衝撃吸収部材１の衝突性能（Ｐ１衝突性能）に与える影響を検証するため、検証実験１～６を行った。図３は、検証実験に使用した衝撃吸収部材モデルＭの上面図である。なお、以下では、各実施例及び比較例に係る衝撃吸収部材モデルを区別せず共通の特性等について言及するときは「衝撃吸収部材モデルＭ」と記載し、各実施例及び比較例に係る衝撃吸収部材モデルを区別して表すときは、「衝撃吸収部材モデルＥ１」、「衝撃吸収部材モデルＣ１」等と記載する。
　衝撃吸収部材モデルＭは、０．２％耐力が４２５ＭＰａの７０００系アルミニウム合金押出形材からなるものとした。衝撃吸収部材モデルＭは、各実施例及び比較例について特に記載した場合を除き、図２に示した形状のＸＹ断面を有するものとし、図２に示す衝突壁１０及び非衝突壁２０の上下方向の壁幅、すなわち非衝突面１Ｂの上下方向の長さＷを１５０ｍｍ、衝突面１Ａと非衝突面１Ｂとの間の距離Ｔを１１０ｍｍとした。衝撃吸収部材モデルＭの車両幅方向の長さは２３２０ｍｍとした。また、衝突壁１０の壁厚は５．５ｍｍ、非衝突壁２０の壁厚は６．０ｍｍ、中リブ５０の壁厚は４．２ｍｍとし、上壁３０及び下壁４０の壁厚は衝突壁１０側から非衝突壁２０側に向けて５．０ｍｍから７．０ｍｍまで漸次増加するように形成した。
　衝撃吸収部材モデルＭには、図３に示すように、非衝突面１Ｂの２箇所に各１本、計２本のステイ２の先端部を溶接接続した（補強用の鋼板等は不使用）。各ステイ２は、車両幅方向（Ｚ軸方向）について、幅ｄ１が１１５ｍｍであるものを使用し、その内側の端部から衝撃吸収部材モデルＭの中心線ＣＬＺまでの距離ｄ２が３７５．５ｍｍとなる位置に付設した。ステイ２は、剛体として完全拘束されているものとした。衝撃吸収部材モデルＭにはまた、オフセット衝突バリア３を、その内側の端部から中心線ＣＬＺまでの距離ｄ３が９３８ｍｍとなり、その後面が衝突面１Ａに全面接触するように、取り付けた。Ｐ１衝突試験は、剛体であるオフセット衝突バリア３を、車両後方から前方に向けて（図３の矢印方向に）所定のストローク量に達するまで押し込む態様で実施した。各Ｐ１衝突試験については、汎用の有限要素解析ソフトＲＡＤＩＯＳＳ（登録商標）を用いてＦＥＭ解析を行い、ストロークが１００ｍｍとなるまでの荷重－ストローク線図を得て、Ｐ１衝突性能を評価した。
《評価》
　Ｐ１衝突性能は、衝突の初期段階においてどの程度の剛性が維持されているかを表す初期荷重[Ａ]と、衝突が進行した段階でどの程度の耐荷重が維持されているかを表す荷重維持特性[Ｂ]と、の二面から評価した。具体的には、初期荷重[Ａ]は、Ｐ１衝突試験を行って得られた荷重－ストローク線図において、ストローク４０ｍｍにおける荷重が１０４ｋＮ以上であることが好ましく、１１５ｋＮ以上であることがより好ましいと言える。また、荷重維持特性[Ｂ]は、ストローク８０ｍｍにおける荷重が１０４ｋＮ以上であることが好ましく、１１０ｋＮ以上であることがより好ましいと言える。[Ａ]について上記範囲を満たさない衝撃吸収部材モデルＭは、衝突の衝撃を受け止められずに容易に変形する虞があり、[Ｂ]について上記範囲を満たさない衝撃吸収部材モデルＭは、衝突の比較的早い段階において座屈が生じる虞があり、何れにしても十分なエネルギー吸収効率が得られない可能性がある。
　さらに、アルミ合金押出中空形材を用いることによる軽量化のメリットを維持するため、ＸＹ断面における中実部分の断面積[Ｃ]についても評価した。具体的には、当該断面積は、３６００ｍｍ２未満であることが好ましく、３５５０ｍｍ２未満であることがより好ましい。[Ｃ]に係る上記範囲を満たさない衝撃吸収部材モデルＭは、重量が増加し、鋼材に代えてアルミ合金で車両用衝撃吸収構造部材を構成することの利点が小さくなってしまう虞がある。
　以下に、検証実験１～６について、順次説明する。なお、図４の表に、検証に用いた各実施例及び比較例に係る衝撃吸収部材モデルＭのプロファイル、並びに、検証結果をまとめて示した。各衝撃吸収部材モデルＭのプロファイルに係るパラメータは、図２の衝撃吸収部材１について図示した通りである。中リブについて、長さＮは、衝突壁１０と非衝突壁２０とをつなぐ方向（Ｘ軸方向）における中リブ５０の長さ（衝突壁１０の壁厚の中心と、非衝突壁２０の壁厚の中心との距離）を、衝突面１Ａと非衝突面１Ｂとの距離Ｔを用いて表した値である。シフト量Ｓは、衝撃吸収部材１の上下方向（Ｙ軸方向）についての中心線ＣＬＹ（上壁の上面と下壁の下面の中央）からの中リブ５０の配設位置のシフト量を、非衝突面１Ｂの上下方向の長さＷを用いて表した値である。また、衝突壁側凹み部について、深さＦ１は、衝突壁側凹み部１１最深部における衝突壁１０の壁厚中央の衝突面１Ａからの距離であり、開口長２Ｈ１は、衝突面１Ａにおける開口の長さを表す。また、非衝突壁側凹み部について、深さＦ２は、非衝突壁側凹み部２１最深部における非衝突壁２０の壁厚中央の非衝突面１Ｂからの距離であり、開口長２Ｈ２は、非衝突面１Ｂにおける開口の長さを表す。
　なお、図４の表では、各衝撃吸収部材モデルＭの試験結果が、上記[Ａ]について、ストローク４０ｍｍ時の荷重が、１１５ｋＮ以上であった場合は〇、１０４．０ｋＮ以上かつ１１５ｋＮ未満であった場合は△、と評価した（１０４．０ｋＮ未満となったものはなかった）。上記[Ｂ]については、ストローク８０ｍｍ時の荷重が、１１０ｋＮ以上であった場合は「〇」、１０４．０ｋＮ以上かつ１１０ｋＮ未満であった場合は「△」、１０４．０ｋＮ未満であった場合は「×」、と評価した。また、上記[Ｃ]については、各衝撃吸収部材モデルＭの断面積が、３５５０ｍｍ２未満であった場合は「〇」、３５５０ｍｍ２以上かつ３６００ｍｍ２未満であった場合を「△」、と評価している（断面積が３６００ｍｍ２以上となるものはなかった）。総合評価では、上記の各性能についての評価結果を勘案し、上記[Ａ]から[Ｃ]のすべてが〇であったものを「◎」、〇２個と△１個であったものは「〇」、〇１個と△２個であったものを「△」、×が１個でもあったものを「×」、と評価した。△以上の総合評価が得られた衝撃吸収部材モデルＭは十分なＰ１衝突性能を有し、○以上であった衝撃吸収部材モデルＭは良好なＰ１衝突性能を有しており、◎であった衝撃吸収部材モデルＭは、Ｐ１衝突性能にとりわけ優れた車両用衝撃吸収構造部材と言える。
［検証実験１：凹み部有無の影響］
　凹み部１１，２１を形成したことによるＰ１衝突性能への影響について、実施例１並びに比較例１及び２に係る、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｃ１，Ｃ２を用いて検証した。図５Ａから図５Ｃに、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｃ１，Ｃ２の断面形状を示す。実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１は、図５Ａに示すように、衝突壁１０－Ｅ１及び非衝突壁２０－Ｅ１の双方に凹み部１１－Ｅ１，２１－Ｅ１を形成し、いわゆる両凹み型の断面をなすものとした（なお、検証実験１～６では、衝撃吸収部材モデルＥ１を衝撃吸収部材モデルＭの基準とした。このため、検証実験２～６でも衝撃吸収部材モデルＥ１の評価結果を参照している）。これに対し、比較例１に係る衝撃吸収部材モデルＣ１は、図５Ｂに示すように、衝突壁Ｃ１０及び非衝突壁Ｃ２０の何れにも凹み部を形成せず、いわゆる日の字型断面をなすものとした。比較例２に係る衝撃吸収部材モデルＣ２は、図５Ｃに示すように、衝撃吸収部材モデルＥ１と同様の衝突壁側凹み部１１－Ｅ１が設けられた衝突壁１０－Ｅ１と、凹み部を有しない非衝突壁Ｃ２０と、を備え、いわゆる片凹み型の断面をなすものとした。なお、図４の表に示したように、衝突壁側凹み部１１－Ｅ１は、深さＦ１が７ｍｍ、開口長２Ｈ１が３２．０ｍｍとなるように形成し、非衝突壁側凹み部２１－Ｅ１は、深さＦ２が１０．０ｍｍ、開口長２Ｈ２が３６．０ｍｍとなるように形成した。これにより、中リブの長さＮは、衝撃吸収部材モデルＥ１において０．７４Ｔ、衝撃吸収部材モデルＣ１では０．９５Ｔ、衝撃吸収部材モデルＣ２では０．８３Ｔとなった。
　図６は、実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１（両凹み型）と、比較例１に係る衝撃吸収部材モデルＣ１（日の字型）、比較例２に係る衝撃吸収部材モデルＣ２（片凹み型）において、オフセット衝突解析を実施して得られた荷重－ストローク線図である。図６に示すように、比較例に係る衝撃吸収部材モデルＣ１，Ｃ２では、ストローク初期の荷重上昇は実施例に係る衝撃吸収部材モデルＥ１における荷重上昇より僅かに速いが、ストローク初期の段階で明確な荷重の低下が認められた。Ｐ１衝突試験の初期段階において、ステイ２の付設箇所近傍（図３における支点ｓ１近傍）まで延設されている中リブに急激に応力が集中し、中リブの座屈が生じたと推察される。このように、断面形状が日の字型もしくは片凹み型をなす衝撃吸収部材モデルＣ１，Ｃ２では、Ｐ１衝突の比較的早い段階で中リブの座屈が生じるために十分な荷重維持特性を達成し難く、Ｐ１衝突時のエネルキー吸収効率を高めることが困難であることが示唆された。
　他方、実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１の解析結果では、衝突試験開始後に荷重が上昇し、衝撃吸収部材モデルＣ１，Ｃ２において得られた最大荷重より高い最大荷重を達成できた。また、ストローク後期まで、高い荷重を維持できることが認められた。衝撃吸収部材モデルＥ１では、中リブが、ステイ２が付設された非衝突面まで到達しておらず、衝突壁から中リブに伝わった衝突荷重が、非衝突面に至る前に非衝突壁側凹み部の底部に沿って分散されたことで、中リブへの応力集中が緩和され、座屈時期を遅延できたのではないかと推察される。このように、実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１では、大きな初期荷重と良好な荷重維持特性とを両立し、Ｐ１衝突時のエネルギー吸収効率を高められることが知られた。
［検証実験２：中リブの長さＮ等の影響］
　主として中リブの前後方向（Ｘ軸方向）の長さＮがＰ１衝突性能に及ぼす影響について、上記の実施例１並びに実施例２から実施例５に係る、衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ５を用いて検証した。実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１では、中リブの長さＮを０．７４Ｔとしていたが、衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ５では、図４の表に示すように、衝突壁側凹み部及び非衝突壁側凹み部の深さＦ１，Ｆ２及び開口長２Ｈ１，２Ｈ２を調整することによって、中リブの長さＮを変更した。中リブの長さＮは、実施例２に係る衝撃吸収部材モデルＥ２では０．４２Ｔ、実施例３に係る衝撃吸収部材モデルＥ３では０．５０Ｔ、実施例４に係る衝撃吸収部材モデルＥ４では０．８２Ｔ、実施例５に係る衝撃吸収部材モデルＥ５では０．８６Ｔとした。
　図７は、実施例１～５に係る衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ５において、オフセット衝突解析を実施して得られた荷重－ストローク線図である。図７に示すように、衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ５では何れも、１２０ｋＮ以上の高い最大荷重を達成した後、ストローク初期における荷重低下は認められず、衝突壁側凹み部及び非衝突壁側凹み部を有する衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ５では、Ｐ１衝突の初期段階で中リブの座屈が生じることはなく、一定のＰ１衝突性能を発現可能であることが知られた。但し、中リブの長さＮが０．８６Ｔである実施例５の衝撃吸収部材モデルＥ５では、ストローク初期に荷重が上昇した後、衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ４について得られたのと同程度の最大荷重を達成したが、ストローク中期で荷重の低下が認められた。衝撃吸収部材モデルＥ５は、中リブが比較的長いために中リブ自体の座屈強度が小さく、ストローク中期で中リブの座屈が生じたと推察される。これに対し、中リブの長さＮが０．８３Ｔ以下となる衝撃吸収部材モデルＥ１～Ｅ４では、ストローク後期まで明確な衝突荷重低下が認められなかった。非衝突壁側凹み部を形成したことにより、中リブへの応力集中が緩和されたのに加え、中リブの長さＮを短くしたことで中リブの座屈強度が増し、荷重維持特性が向上したと推察される。また、衝撃吸収部材モデルＥ２のように中リブの長さＮを０．５Ｔ以下とすると、断面積が増大し、アルミ合金押出中空形材を用いることによる軽量化の利点を損なう虞があると認められた。これに対し、衝撃吸収部材モデルＥ１、Ｅ３～Ｅ５では、断面積を好ましい範囲に維持できた。以上より、中リブの長さＮを０．５Ｔ以上０．８３Ｔ未満とした衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ３、Ｅ４で、軽量性を維持しながら、特に大きな初期荷重と優れた荷重維持特性を両立可能であり、エネルギー吸収効率を効果的に高められることが知られた。
［検証実験３：中リブ等の配設位置（シフト量Ｓ）の影響］
　中リブ等の配設位置がＰ１衝突性能に及ぼす影響について、上記の実施例１並びに実施例６から実施例９に係る、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ６～Ｅ９を用いて検証した。実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１では、衝撃吸収部材モデルＥ１のＹ軸方向についての中心線ＣＬＹ上に壁厚の中心線が重なるように中リブを配設していた（中リブ配設位置のシフト量Ｓは０Ｗ）が、衝撃吸収部材モデルＥ６～Ｅ９では、図２に二点鎖線で示したように、中リブの配設位置を上方に移動させ、これに伴い、衝突壁側凹み部及び非衝壁側凹み部も移動させた。中リブ配設位置のシフト量Ｓは、実施例６に係る衝撃吸収部材モデルＥ６では０．０７Ｗ、実施例７に係る衝撃吸収部材モデルＥ７では０．１３Ｗ、実施例８に係る衝撃吸収部材モデルＥ８では０．１５Ｗ、実施例９に係る衝撃吸収部材モデルＥ９では０．１７Ｗとした。なお、衝撃吸収部材モデルＥ６～Ｅ９では、図４の表に示すように、凹み部の寸法形状等は変更せず、シフト量Ｓを除くパラメータは衝撃吸収部材モデルＥ１と同じとした。
　図８は、実施例１，６～９に係る衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ６～Ｅ９において、オフセット衝突解析を実施して得られた荷重－ストローク線図である。図８に示すように、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ６～Ｅ９では何れも、ストローク初期に最大荷重を達成した後、ストローク初期における荷重低下は認められなかった。但し、シフト量Ｓが０．１５Ｗ以上となる衝撃吸収部材モデルＥ８，Ｅ９では、ストローク初期の荷重の上昇が比較的遅く、最大荷重も比較的低かった。衝撃吸収部材モデルＥ８，Ｅ９は、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ６，Ｅ７に比べ、衝突壁のうち衝突面上に位置する壁部の壁幅（図２に示す壁幅ｗ１－１，ｗ１－２）の一方が大きくなったために、衝突壁の当該部分における剛性が低下したのではないかと推察される。これらに対し、シフト量Ｓを０．１４Ｗ以下とした衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ６，Ｅ７では、ストローク初期に荷重が急激に上昇して１２０ｋＮ以上の高い最大荷重を達成した後、ストローク後期まで明確な荷重低下が認められず比較的高い荷重が維持された。以上より、シフト量Ｓが０．１４Ｗ以下となる衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ６，Ｅ７では、特に大きな初期荷重と良好な荷重維持特性を両立可能であり、エネルギー吸収効率を効果的に高められることが知られた。
［検証実験４：凹み部の形状の影響］
　衝突壁側凹み部及び非衝突壁側凹み部の形状がＰ１衝突性能に与える影響について、上記の実施例１並びに実施例１０から実施例１２に係る、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１０～Ｅ１２を用いて検証した。図９Ａから図９Ｄに、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１０～Ｅ１２の断面形状を示す。実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１では、図９Ａに示すように、衝突壁側凹み部１１－Ｅ１及び非衝突壁側凹み部２１－Ｅ１を、断面が弓形をなすように形成していたが、実施例１０に係る衝撃吸収部材モデルＥ１０では、図９Ｂに示すように、両凹み部１１－Ｅ１０，２１－Ｅ１０の断面が方形をなすように衝突壁１０－Ｅ１０及び非衝突壁２０－Ｅ１０の形状を変更した。また、実施例１１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１１では、図９Ｃに示すように、両凹み部１１－Ｅ１１，２１－Ｅ１１の断面が三角形をなすように衝突壁１０－Ｅ１１及び非衝突壁２０－Ｅ１１の形状を変更した。実施例１２に係る衝撃吸収部材モデルＥ１２では、図９Ｄに示すように、両凹み部１１－Ｅ１２，２１－Ｅ１２の断面が楕円弓形（楕円の弧と、当該弧の両端を結ぶ弦と、によって囲まれる図形）をなすように衝突壁１０－Ｅ１２及び非衝突壁２０－Ｅ１２の形状を変更した。
　図１０は、実施例１，１０～１２に係る衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１０～Ｅ１２において、オフセット衝突解析を実施して得られた荷重－ストローク線図である。図１０に示すように、すべての衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１０～Ｅ１２で、ストローク初期に荷重が同等に上昇した。また、最大荷重が達成後は、ストローク後期まで荷重の明確な低下は認められなかった。凹み部２１－Ｅ１，２１－Ｅ１０～２１－Ｅ１２では何れも、衝突壁から中リブに伝えられた衝突荷重がステイ２の付設面である非衝突面に至る前に非衝突壁側凹み部の底部に沿って分散され、中リブの座屈を抑制できたのではないかと推察される。以上より、凹み部が弓形、方形、三角形、楕円弓形をなす衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１０～Ｅ１２では、特に大きな初期荷重と良好な荷重維持特性を両立可能であり、エネルギー吸収効率を効果的に高められることが知られた。
［検証実験５：非衝突壁側凹み部の開口長２Ｈ２の影響］
　非衝突壁側凹み部の開口長２Ｈ２がＰ１衝突性能に与える影響について、上記の実施例１並びに実施例１３から実施例１７に係る、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１３～Ｅ１７を用いて検証した。実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１では、非衝突壁側凹み部の深さＦ２を１０．０ｍｍ、開口長２Ｈ２を３６．０ｍｍとし、深さＦ２と開口長２Ｈ２の半値との比（Ｆ２／Ｈ２）が０．５６となるように形成していたが、実施例１３から実施例１７に係る衝撃吸収部材モデルＥ１３～Ｅ１７では、深さＦ２を１０．０ｍｍに固定する一方で、開口長２Ｈ２を図４の表に示すように変更し、比Ｆ２／Ｈ２が、実施例１３に係る衝撃吸収部材モデルＥ１３で０．２７、実施例１４に係る衝撃吸収部材モデルＥ１４で０．３４、実施例１５に係る衝撃吸収部材モデルＥ１５で１．２０、実施例１６に係る衝撃吸収部材モデルＥ１６で１．５８、実施例１７に係る衝撃吸収部材モデルＥ１７で１．８２となるように調整した。なお、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１３～Ｅ１７は何れも、衝撃吸収部材モデルＥ１と同じ寸法形状の衝突壁側凹部を有している。
　図１１は、実施例１，１３～１７に係る衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１３～Ｅ１７において、オフセット衝突解析を実施して得られた荷重－ストローク線図である。図１１に示すように、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１３～Ｅ１７では何れも、ストローク初期における荷重低下は認められなかった。但し、比Ｆ２／Ｈ２が０．２７である衝撃吸収部材モデルＥ１３では、ストローク初期の荷重上昇が比較的遅く、剛性が低いと認められた。また、ストローク中期・後期における荷重低下は認められなかったものの、荷重が全体的に低かった。また、比Ｆ２／Ｈ２が１．６０以上である衝撃吸収部材モデルＥ１７では、ストローク初期の荷重は衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１４～Ｅ１６と同様に上昇したが、ストローク中期で荷重の低下が認められた。衝撃吸収部材モデルＥ１７は、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１４～Ｅ１６と比較して中リブの座屈強度が小さく、ストローク中期で中リブの座屈が生じたと推察される。これらに対し、比Ｆ２／Ｈ２が０．３０以上１．６０未満の衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１４～Ｅ１６では、ストローク初期に荷重が急激に上昇して１２０ｋＮ以上の高い最大荷重を達成した後、ストローク後期まで明確な荷重低下が認められず比較的高い荷重が維持された。以上より、比Ｆ２／Ｈ２が０．３以上１．６０未満となるように非衝突壁側凹み部を形成した衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１４～Ｅ１６では、特に大きな初期荷重と良好な荷重維持特性とを両立可能であり、エネルギー吸収効率を効果的に高められることが知られた。
［検証実験６：衝突壁側凹み部の開口長２Ｈ１の影響］
　衝突壁側凹み部の形状がＰ１衝突性能に与える影響について、上記の実施例１並びに実施例１８から実施例２１に係る、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１８～Ｅ２１を用いて検証した。実施例１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１では、衝突壁側凹み部の深さＦ１を７．０ｍｍ、開口長２Ｈ１を３２．０ｍｍとし、深さＦ１と開口長２Ｈ１の半値との比（Ｆ１／Ｈ１）が０．４４となるように形成していたが、実施例１８から実施例２１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１８～Ｅ２１では、深さＦ１を７．０ｍｍに固定する一方で、開口長２Ｈ１を図４の表に示すように変更し、比Ｆ１／Ｈ１が、実施例１８に係る衝撃吸収部材モデルＥ１８で０．１０、実施例１９に係る衝撃吸収部材モデルＥ１９で０．２７、実施例２０に係る衝撃吸収部材モデルＥ２０で０．８０、実施例２１に係る衝撃吸収部材モデルＥ２１で１．００となるように調整した。なお、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１８～Ｅ２１は何れも、衝撃吸収部材モデルＥ１と同じ寸法形状の非衝突壁側凹部を有している。
　図１２は、実施例１，１８～２１に係る衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１８～Ｅ２１において、衝突解析を実施して得られた荷重－ストローク線図である。図１２に示すように、衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１８～Ｅ２１のすべてにおいて、荷重性能に差異は認められず、ストローク初期に荷重が急激に上昇し、１２０ｋＮ以上の高い最大荷重が達成された。また、ストローク後期まで明確な荷重低下は認められなかった。ストローク後期まで中リブの座屈が生じなかったと推察される。以上より、所定範囲内の形状の非衝突面側凹み部を有し、比Ｆ１／Ｈ１が０．１０以上１．００以下となるような衝突壁側凹み部を形成した衝撃吸収部材モデルＥ１，Ｅ１８～Ｅ２１では、大きな初期荷重と良好な荷重維持特性とを両立可能であり、エネルギー吸収効率を高められることが知られた。比Ｆ１／Ｈ１の値が０．１０以上１．００以下の範囲となる形状の衝突壁側凹み部を形成することにより、非衝突壁側凹み部と併せて中リブの長さＮを調整し、座屈強度を高めることができる。
　以上に記載したように、本実施形態に係る衝撃吸収部材１は、下記の構成を有する。
（１）　車両に取り付けられて衝突時の衝撃を吸収する衝撃吸収部材（車両用衝撃吸収構造部材）１であって、長手状に形成されたアルミニウム合金押出中空形材からなり、鉛直方向に配され、一の板面が衝突面１Ａを構成する衝突壁１０と、前記衝突壁１０に対し前記衝突面１Ａとは反対側に平行に配され、前記衝突壁１０とは反対側に配される板面が非衝突面１Ｂを構成する非衝突壁２０と、前記衝突壁１０と前記非衝突壁２０とをつなぐ上壁３０及び下壁４０と、前記上壁３０及び前記下壁４０の間に配され、前記衝突壁１０と前記非衝突壁２０とつなぐ中リブ５０と、を有し、前記非衝突面１Ｂに付設されたステイ（取付部材）２によって前記車両に取り付けられ、前記衝突壁１０における前記中リブ５０との接続部分、並びに、前記非衝突壁２０における前記中リブ５０との接続部分には、当該衝撃吸収部材１の長手方向に沿って前記衝突壁１０又は前記非衝突壁２０が前記中リブ５０側に後退した、衝突壁側凹み部１１、並びに非衝突壁側凹み部２１が形成されている。
　上記構成によれば、アルミニウム合金押出中空形材を利用することで軽量化され、中リブ５０によって大きな初期荷重を発現可能とされた略日型断面を有する衝撃吸収部材１において、衝突壁１０のみならず非衝突壁２０にも非衝突壁側凹み部２１を設けたことにより、衝突時の中リブ５０の座屈を遅延させることができる。詳しくは、非衝突壁側凹み部２１を形成したことで、衝突壁１０と非衝突壁２０とをつなぐ方向における中リブ５０の長さＮを、一層短くできる。これにより、中リブ５０自体の座屈強度が増す。さらに、非衝突壁側凹み部２１が設けられていることで、中リブ５０の非衝突壁２０側の端部がステイ２の付設面である非衝突面１Ｂに到達しない構造となる。よって、衝突時に中リブ５０に伝わった荷重が非衝突面１Ｂに到達する前に非衝突壁側凹み部２１の底部に沿って分散され、中リブ５０におけるステイ２の付設箇所近傍への局部的な応力集中が緩和されると推察される。これにより、中リブ５０の座屈を遅延させ、衝突初期における耐荷重の低下を抑制することができる。以上の結果、衝撃吸収部材１は、オフセット衝突時、特に、衝突の比較的早い段階で応力集中による衝撃吸収部材１の変形が生じやすいＰ１衝突時に、良好なエネルギー吸収効率を発揮できるものとなる。なお、既述した非衝突壁側凹み部２１の二つの効果のうち後者の応力集中緩和効果は、衝突壁側凹み部１１には認められないものであり、衝撃吸収部材１に非衝突壁側凹み部２１を形成することで、特に局部的な応力集中が生じやすいＰ１衝突時のエネルギー吸収効率を、極めて効果的に高めることができる。
　また、本実施形態では、上壁３０及び下壁４０が、非衝突壁２０から衝突壁１０側に向かうにつれて薄肉化する（壁厚が小さくなる）ように形成した。このようにしたことで、上壁３０及び下壁４０の全体を、非衝突壁２０側と同じ壁厚で形成した場合と比較して、初期荷重や荷重維持特性を損なうことなく、軽量化することができる。本実施形態では、上壁３０及び下壁４０の両壁を薄肉化したが、何れか一方のみを薄肉化してもよく、これらに加えて、或いはこれらに代えて、中リブを薄肉化してもよい。
　また、本実施形態に係る衝撃吸収部材１は、下記の構成を有していてもよい。
（２）　上記（１）において、前記非衝突壁２０の前記非衝突壁側凹み部２１は、少なくとも前記ステイ２の付設箇所から当該衝撃吸収部材１の長手方向端部に位置する自由端に亘るように形成されている。
　Ｐ１衝突時には、中リブ５０におけるステイ２の付設箇所近傍に応力が特に集中するため、衝突の初期段階においても中リブ５０の座屈が生じやすい。上記構成によれば、中リブ５０のうち座屈が生じやすい部位に、すなわちステイ２の付設箇所から衝撃吸収部材１の自由端１２に亘るように、非衝突壁側凹み部２１を設けたことで、オフセット衝突時の中リブ５０の座屈を効果的に遅延させ、衝撃吸収部材１の荷重維持特性を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る衝撃吸収部材１は、下記の構成を有することが好ましい。
（３）　上記（１）又は（２）において、前記衝突面１Ａと前記非衝突面１Ｂとの距離をＴとしたとき、前記衝突壁１０と前記非衝突壁２０とをつなぐ方向における前記中リブ５０の長さＮは、０．５Ｔ以上０．８３Ｔ以下である。
　このようにすれば、アルミニウム合金押出中空形材を採用したことによる軽量化効果及び中リブ５０を配設したことによる初期荷重の増大効果を維持しつつ、非衝突壁側凹み部２１を形成したことによる荷重維持特性の向上効果を、十分に得ることができる。すなわち、中空形材からなる衝撃吸収部材１は、中リブ５０を配設することにより、初期荷重を増大させている。他方、中リブ５０のような柱部の座屈強度は、細長比（荷重がかかる方向における中リブ５０の長さＮと、これに直交する断面の断面積）に依存し、断面積（特に中リブ５０の壁厚）が一定であれば、長さＮが大きいほど座屈しやすいことが知られている。よって、中リブ５０の長さＮを小さくすることで、衝撃吸収部材１の荷重維持特性を向上させることができる。衝撃吸収部材１において、距離Ｔに対する中リブ５０の長さＮの比が、上記範囲よりも小さいと、断面積が大きくなって重量が増加するとともに、中リブ５０を配設したことによる初期荷重の増大効果が低下する虞がある。他方、同比が上記範囲よりも大きくなると、凹み部１１，２１を形成したことによる荷重維持特性の向上効果が小さくなる。
　また、本実施形態に係る衝撃吸収部材１は、下記の構成を有することが好ましい。
（４）　上記（１）から（３）の何れかにおいて、前記非衝突面１Ｂの上下方向の長さをＷとしたとき、前記中リブ５０は、上下方向について、前記上壁の上面及び前記下壁の下面の中央からのシフト量Ｓが０．１４Ｗ以下となる位置に配されている。
　このようにすれば、中リブ５０を配設したことによる初期荷重の増大効果と併せて、凹み部１１，２１を形成したことによる荷重維持特性の向上効果を十分に得ることができる。中リブ５０の配設位置が上壁３０及び下壁４０間の中央からシフトするほど、中リブ５０に加わるモーメント負荷が増加するため、耐座屈強度は低下する傾向にある。よって、中リブ５０の配設位置のシフト量Ｓが上記範囲よりも大きくなると、中リブ５０の座屈が生じやすくなり、衝撃吸収部材１のエネルギー吸収効率が低下すると推察される。
　また、本実施形態に係る衝撃吸収部材１は、下記の構成を有することが好ましい。
（５）　上記（１）から（４）の何れかにおいて、前記非衝突壁２０の前記凹み部２１は、断面が、弓形、楕円弓形、方形、又は三角形をなすように形成されている。
　このようにすれば、非衝突壁側凹み部２１による荷重維持特性の向上効果を十分に得ることができる。非衝突壁側凹み部２１を上記のような形状とした場合、ステイ２が付設される非衝突面１Ｂに対し、中リブ５０からの力が分散されて伝わることで、衝撃吸収部材１の荷重維持特性が向上すると推察される。
　また、本実施形態に係る衝撃吸収部材１は、下記の構成を有することが好ましい。
（６）　上記（１）から（５）の何れかにおいて、前記非衝突壁２０に形成された前記凹み部２１は、前記非衝突面１Ｂにおける開口の幅を２Ｈ２とし、前記非衝突面１Ｂからの深さをＦ２としたとき、両者の比Ｆ２／Ｈ２が０．３以上１．６以下である。
　このようにすれば、中リブ５０に伝わった衝突荷重が、非衝突壁側凹み部２１の底部に沿って上手く分散されながら、ステイ２の付設面である非衝突面１Ｂに伝えられることで、荷重維持特性の向上効果を十分に得ることができると推察される。比Ｆ２／Ｈ２が上記範囲よりも小さい（開口長２Ｈ２に対して深さＦ２が小さい）場合は、荷重が非衝突面１Ｂに伝わりやすくなるために、また、比Ｆ２／Ｈ２が上記範囲よりも大きい（深さＦ２に対して開口長２Ｈ２が小さい）場合は、非衝突面１Ｂに伝わった際の荷重の分散が十分でなくなるために、中リブ５０の特定箇所への応力集中が緩和され難くなり、変形や座屈を生じ易くなってしまうのではないかと考えられる。
＜他の実施形態＞
　本明細書が開示する技術には、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えることができる。例えば、次のような実施形態も、本明細書が開示する技術の技術的範囲に含まれる。
　（１）上記実施形態では、上壁と下壁との間に１本の中リブが設けられている車両用衝撃吸収構造部材について例示したが、これに限定されない。上壁と下壁との間に複数本の中リブが設けられていてもよい。この場合、非衝突壁側凹み部は、すべての中リブと非衝突壁との接続部分に複数本が設けられていてもよく、一部の接続部分のみに設けられていてもよい。
　（２）上記実施形態では、直線型の車両用衝撃吸収構造部材について例示したが、湾曲型の車両用衝撃吸収構造部材にも、本技術は適用可能である。
　（３）上記実施形態では、車両の後面に取り付けられるＲＵＰに用いられる衝撃吸収部材について例示したが、これに限定されない。車両の前面のみならず、車両の側面に取り付けられる車両用衝撃吸収構造部材にも、本技術は適用可能である。
　１…衝撃吸収部材（車両用衝撃吸収構造部材の一例）、１Ａ…衝突面、１Ｂ…非衝突面、２…ステイ（取付部材の一例）、３…オフセット衝突バリア、１０，１０－Ｅ１，１０－Ｅ１０～１０－Ｅ１２，Ｃ１０…衝突壁、１１，１１－Ｅ１，１１－Ｅ１０～１１－Ｅ１２…衝突壁側凹み部、１２…自由端、２０，２０－Ｅ１，２０－Ｅ１０～２０－Ｅ１２，Ｃ２０…非衝突壁、２１，２１－Ｅ１，２１－Ｅ１０～２１－Ｅ１２…非衝突壁側凹み部、３０…上壁、４０…下壁、５０…中リブ、ＣＬＹ…（上下方向における衝撃吸収部材の）中心線、ＣＬＺ…（車両幅方向における衝撃吸収部材の）中心線、Ｔ…（衝突面及び非衝突面間の）距離、Ｗ…（中リブの）長さ、Ｓ…（中リブの）シフト量、Ｆ１…（衝突壁側凹み部の）深さ、Ｆ２…（非衝突壁側凹み部の）深さ、２Ｈ１…（衝突壁側凹み部の）開口長、２Ｈ２…（非衝突壁側凹み部の）開口長、ｓ１…支点、ｗ１－１，ｗ１－２…壁幅、Ｍ，Ｅ１～Ｅ２１，Ｃ１，Ｃ２…衝撃吸収部材モデル

Claims (6)

  1. 　車両に取り付けられて衝突時の衝撃を吸収する車両用衝撃吸収構造部材であって、
    　長手状に形成されたアルミニウム合金押出中空形材からなり、
    　　鉛直方向に配され、一の板面が衝突面を構成する衝突壁と、
    　　前記衝突壁に対し前記衝突面とは反対側に平行に配され、前記衝突壁とは反対側に配される板面が非衝突面を構成する非衝突壁と、
    　　前記衝突壁と前記非衝突壁とをつなぐ上壁及び下壁と、
    　　前記上壁及び前記下壁の間に配され、前記衝突壁と前記非衝突壁とつなぐ中リブと、を有し、
    　前記非衝突面に付設された取付部材によって前記車両に取り付けられ、
    　前記衝突壁における前記中リブとの接続部分、並びに、前記非衝突壁における前記中リブとの接続部分には、当該車両用衝撃吸収構造部材の長手方向に沿って前記衝突壁又は前記非衝突壁が前記中リブ側に後退した凹み部が形成されていることを特徴とする車両用衝撃吸収構造部材。
  2. 　前記非衝突壁の前記凹み部は、少なくとも前記取付部材の付設箇所から当該車両用衝撃吸収構造部材の長手方向端部に位置する自由端に亘るように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の車両用衝撃吸収構造部材。
  3. 　前記衝突面と前記非衝突面との距離をＴとしたとき、前記衝突壁と前記非衝突壁とをつなぐ方向における前記中リブの長さは、０．５Ｔ以上０．８３Ｔ以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の車両用衝撃吸収構造部材。
  4. 　前記非衝突面の上下方向の長さをＷとしたとき、前記中リブは、上下方向について、前記車両用衝撃吸収構造部材の中央からのシフト量が０．１４Ｗ以下となる位置に配されていることを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の車両用衝撃吸収構造部材。
  5. 　前記非衝突壁の前記凹み部は、前記長手方向に直交する断面が、弓形、楕円弓形、方形、又は三角形をなすように形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の車両用衝撃吸収構造部材。
  6. 　前記非衝突壁に形成された前記凹み部は、前記非衝突面における開口の幅を２Ｈとし、前記非衝突面からの深さをＦとしたとき、両者の比Ｆ／Ｈが０．３以上１．６以下であることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両用衝撃吸収構造部材。
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