WO2013183587A1 - 耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造 - Google Patents

耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造 Download PDF

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WO2013183587A1
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bead
wall
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pair
embossed portion
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卓也 桑山
繁 米村
雅彦 吉野
本田　和彦
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
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    • B62D21/02—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted comprising longitudinally or transversely arranged frame members

Definitions

  • the present invention relates to a skeletal member structure for a vehicle having excellent collision resistance.
  • a skeleton member such as a front side member of an automobile so that the maximum reaction force of the skeleton member becomes an appropriate value when a collision load is applied. Since the maximum reaction force of the skeleton member varies depending on the material and shape of the member, it is necessary to consider many parameters when designing the skeleton member.
  • Patent Document 1 a closed section having a configuration in which a concave line provided on a wall part facing each other and a convex line provided on one wall part sandwiched between the wall parts continue through a corner part.
  • a vehicle skeleton member having a structure is disclosed. When an input load in the compression direction is input to the skeleton member for a vehicle, stress concentration occurs on the recesses and the ridges, the crushing deformation at the corners is promoted, and the wall part is crushed around the recesses and the ridges. It is designed to deform.
  • Patent Document 2 a plurality of first beads and a first bead provided at predetermined intervals on at least one wall portion among the wall portions constituting each side of the polygonal closed cross-sectional shape are provided.
  • a skeleton member structure having a plurality of second beads arranged at positions not overlapping with the axial position of the first bead on the wall adjacent to the wall is disclosed.
  • this skeletal member structure stable axial compression deformation starting from both the first bead and the second bead can be obtained, so that the initial buckling load is increased.
  • a front side member is taken as an example of a skeleton member
  • an engine is mounted on the front side member via an engine mount, and a load of the engine or the like is always applied.
  • a front cross member is connected to the front end of the front side member via a connecting member, and a load is applied via the front cross member at the time of collision.
  • an input load at the time of a collision may be applied from a direction slightly deviated from the axial direction of the front side member.
  • the front side member may be attached at an angle slightly inclined with respect to the longitudinal direction of the vehicle. In this respect as well, an input load at the time of collision may be applied from a direction slightly deviated from the axial direction of the front side member. is there.
  • a load is always input to the front side member, and the input load at the time of collision may be applied from a direction slightly deviated from the axial direction of the front side member. is there.
  • a collision load is uniformly applied along the circumferential direction of the closed cross section at the formation position of the ridges, ridges, or first and second beads. Absent. For this reason, before the front side member sufficiently buckles and absorbs collision energy, the front side member bends at the position where the ridge, concave line or first and second beads are formed, and the collision energy is sufficiently increased. A situation that cannot be absorbed is assumed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a skeleton member structure for a vehicle excellent in collision resistance performance.
  • a first aspect of the present invention is a vehicle skeleton having a closed cross-sectional structure including a pair of first wall portions and a pair of second wall portions connected to the pair of first wall portions. It is a member structure, Comprising: The 1st bead in alignment with the circumferential direction of the said closed cross-section structure is provided in a pair of said 1st wall part, The said closed cross-section periphery is provided in any one of a said 2nd wall part. A second bead along the direction is provided on the circumferential extension of the first bead, and the first bead and the second bead at two corners between the first wall and the second wall.
  • a bead is connected, and a concave embossed portion is provided at a connection portion between the first bead and the second bead in at least one of the corners, and the thickness of the embossed portion is determined by the first wall portion. Or it is the framework member structure for vehicles currently made thicker than the plate
  • the first bead has a first flat surface parallel to the surface of the first wall portion, and the second bead is the second bead.
  • a second flat surface parallel to the surface of the wall portion may be provided, and the embossed portion may be provided at a connection location between the first flat surface and the second flat surface.
  • the embossed portion may be constituted by two triangular wall surfaces.
  • the vehicle skeleton member structure according to any one of the above (1) to (3) one of the two corners is generated by a bending moment applied to the vehicle skeleton member structure at the time of a collision.
  • the embossed portion may be provided only at the corner portion on the inner peripheral side of the deflection.
  • one of the first bead and the second bead is a convex bead, and the other is a concave. It may be a bead.
  • the concave embossed portion is provided at the connection portion between the first bead and the second bead in at least one corner, the first bead And the bending force of the 1st wall part and 2nd wall part of the circumference
  • board thickness in an embossing part is thicker than the plate
  • the first bead has a first flat surface parallel to the surface of the first wall portion, and the second bead is the second wall.
  • a second flat surface parallel to the surface of the first portion, and the embossed portion is provided at a connection location between the first flat surface and the second flat surface, so that the periphery of the first bead and the second bead.
  • the embossed portion is configured by two triangular wall surfaces, the shape of the embossed portion is simple and press molding is easy, and the plate thickness can be reduced. The accompanying distortion becomes a small shape, and a decrease in the bending strength of the first wall portion and the second wall portion around the first bead and the second bead can be prevented.
  • the embossed portion is provided only in the corner portion on the inner peripheral side of the deflection generated in the vehicle skeleton member structure due to the bending moment among the two corner portions. Therefore, the bending force of the first wall portion and the second wall portion around the first bead and the second bead is further improved, the reaction force against the bending deformation due to the bending moment is further improved, and the collision resistance performance is further improved. Can be increased.
  • the first bead or the second bead is a convex bead and the other is a concave bead
  • the first bead and the second bead As a result, stress concentration occurs, the crushing deformation at the corners is promoted, the first wall portion and the second wall portion are crushed and deformed around the first bead and the second bead, and the collision energy can be absorbed efficiently.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a vehicle skeleton member structure according to a first embodiment of the present invention. It is an expansion perspective view of the embossed part of the structure.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of an embossed portion corresponding to the Z-Z ′ line in FIG. 2B.
  • FIG. 2B It is a side view which shows an example of the conventional frame structure for vehicles. It is a top view corresponding to the side view of Drawing 3A. It is a perspective view corresponding to the side view of FIG.
  • FIG. 3A It is a perspective view which shows the plate
  • FIG. 7A It is a figure which shows the state of a member deformation after 1 millisecond progress after a falling weight collision at the time of an impact absorption test
  • FIG. 7C It is a perspective view corresponding to the front view of Drawing 7C.
  • FIG. 9A It is a disassembled perspective view which shows the frame member structure for vehicles which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a side view which shows the frame member structure for vehicles which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a top view corresponding to the side view of FIG. 9A. It is a perspective view corresponding to the side view of FIG. 9A. It is a side view which shows another example of the conventional frame member structure for vehicles. It is a top view corresponding to the side view of FIG. 10A. It is a perspective view corresponding to the side view of FIG. 10A. It is a schematic diagram explaining the impact absorption test method of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 2 and 3. It is a schematic diagram which shows the deflection curve of the frame structure for vehicles at the time of an impact absorption test.
  • the vehicle skeleton member structure 1 includes a pair of first wall portions (hereinafter referred to as horizontal wall portions 2 and 3) and a pair of horizontal walls. It has a closed cross-sectional structure composed of a pair of second wall portions (hereinafter referred to as vertical wall portions 4 and 5) connected to the portions 2 and 3.
  • the vehicle skeleton member structure 1 includes, for example, a first member 8 having a cross-sectional hat shape including a pair of horizontal wall portions 2 and 3 and one vertical wall portion 4, and a plate-like shape constituting the other vertical wall portion 5.
  • the second member 9 is used.
  • the pair of horizontal wall portions 2 and 3 of the first member 8 are provided with flange portions 6 and 7, respectively.
  • the second member 9 is spot welded to the flange portions 6 and 7 of the first member 8, whereby the first member 8 and the second member 9 are integrated, thereby the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall.
  • a closed cross-sectional structure composed of parts 4 and 5 is formed.
  • the first member 8 is manufactured by press-molding a steel plate in a hat shape in a sectional view.
  • a high-strength steel plate for automobiles is preferably used, and a high-strength thin steel plate such as TRIP steel that is particularly susceptible to work hardening is preferably used.
  • the second member 9 is preferably a high-strength steel plate for automobiles.
  • a pair of lateral walls 2 and 3 of the first member 8 is provided with a first bead 21 made of a convex bead along the circumferential direction of the closed cross section.
  • the first bead 21 includes a pair of inclined surfaces that are inclined from the lateral wall portions 2 and 3 and a flat surface that is located at the center of the pair of inclined surfaces and is parallel to the surfaces of the lateral wall portions 2 and 3.
  • the vertical wall 4 of the first member 8 is provided with a second bead 22 made of a concave bead along the circumferential direction of the closed cross section.
  • the second bead 22 is provided on the extension of the first bead 21 in the circumferential direction of the closed cross section.
  • the second bead 22 includes a pair of inclined surfaces that are inclined from the vertical wall portion 4 and a flat surface that is located at the center of the pair of inclined surfaces and is parallel to the surface of the vertical wall portion 4.
  • the 1st bead 21 and the 2nd bead 22 are connected in two corner parts 11 and 12, respectively.
  • the connection portion 23 of the first and second beads 21 and 22 is a corner portion constituted by the first bead 21 and the second bead 22.
  • This connection place 23 is shifted to a position shifted by the height of the first bead 21 and the depth of the second bead 22 with respect to the corner portions 11 and 12 connecting the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4. is there.
  • the first bead 21 shown in FIGS. 1A to 1C and 2A to 2C is a convex bead and the second bead 22 is a concave bead
  • the present invention is not limited to this.
  • the first bead 21 may be a concave bead and the second bead 22 may be a convex bead
  • the first bead 21 and the second bead 22 may both be a convex bead or a concave bead.
  • a concave embossed portion 24 is formed at the connection portion 23 between the first bead 21 and the second bead 22 in each corner portion 11 and 12.
  • the embossed portion 24 is preferably constituted by two triangular wall surfaces 24a and 24b, and the bases of the triangles are preferably joined to each other.
  • the plan view shape of the entire embossed portion 24 is a rectangle close to a rhombus.
  • the place where the two triangular wall surfaces 24a and 24b are connected is a valley fold 24c along the circumferential direction of the closed section.
  • the embossed portion 24 is formed by denting the corner portions 11 and 12 that are being formed between the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4 when the steel plate is press-formed and processed into the first member 8. Is done. In order to pass through such a formation process, the embossed portion 24 is formed as a thick portion where surrounding steel materials are gathered together. Accordingly, the thickness of the embossed portion 24 is set to be greater than the thickness of the lateral wall portions 2 and 3 or the vertical wall portion 4. Preferably, the thickness of the embossed portion 24 is set to be 1.1 to 1.4 times, more preferably 1.15 to 1.2 times thicker than the thickness of the horizontal wall portions 2 and 3 or the vertical wall portion 4. ing. Further, the embossed portion 24 has a higher hardness than the horizontal wall portions 2 and 3 or the vertical wall portion 4 because the work hardening is promoted because the amount of processing is larger than the surrounding area.
  • the embossed portion 24 is only one of two connection locations of the two first beads 21 and 21 provided on the pair of horizontal wall portions 2 and 3 and the second bead 22 provided on the vertical wall portion 4. May be provided.
  • the embossed portion 24 may be provided at both of the two connection locations of the first bead 21 and the second bead 22. By providing it at both connection points, the stress concentration at the time of collision load input can be dispersed.
  • the skeleton member structure 1 according to the present embodiment is applied to a structural member that receives a collision load from the axial direction, such as a front side member of an automobile.
  • the front side member includes an outer panel disposed on the outer side in the vehicle width direction and an inner panel disposed on the inner side in the vehicle width direction.
  • the skeleton member structure 1 according to the present embodiment can be applied to, for example, a front side member in which the first member 8 is an inner panel and the second member 9 is an outer panel.
  • the front side member needs to absorb the impact energy at the time of collision by applying axial load when a collision load is applied to the vehicle, and reliably compressing and deforming without bending at the middle part in the axial direction. There is. If the reaction force against the impact load is small, it will easily buckle with a small collision load, so it is necessary to make the reaction force against the impact load a predetermined magnitude or more.
  • the first bead 21 and the second bead 22 become starting points of axial compression deformation, and the first bead 21 and the first bead 21
  • the crushing deformation of the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4 is promoted with the two beads 22 as the center, and thereby the collision energy can be absorbed.
  • the embossed portion 24 is provided at the connection location of the first bead 21 and the second bead 22, The bending strength of the first bead 21 and the second bead 22 in which the bending moment stress is likely to be concentrated can be increased. For this reason, bending of the skeleton member structure 1 can be prevented until the skeleton member structure 1 sufficiently absorbs the collision energy.
  • board thickness in the embossing part 24 is thicker than the plate
  • the rigidity of the portion 4 is increased, the bending force is further improved, the reaction force against the bending deformation due to the bending moment is further improved, and the collision resistance can be further improved.
  • the shape of the embossed portion 24 is simple and press molding is easy. And the distortion accompanying a plate
  • Example 1 and Comparative Example 1 of the first embodiment The skeleton member structures shown in FIGS. 1A to 1C, 2A to 2C, and 3A to 3C were manufactured, and the impact performance was evaluated.
  • the skeleton member structure 1 shown in FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C is Example 1
  • the skeleton member structure 1 ′ shown in FIGS. 3A to 3C is Comparative Example 1.
  • Comparative Example 1 shown in FIGS. 3A to 3C has the same configuration as that of Example 1 of FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C, except that no embossed portion is provided.
  • the steel member shown in Table 1 was press-formed to form a hat-shaped first member in cross section. Further, a plate-like second member was formed from the steel plate shown in Table 1. And the 1st member and the 2nd member were spot-welded and the skeleton member structure for vehicles of a closed section structure was manufactured. The distance in the longitudinal direction of spot welding was 15 mm only at the upper and lower ends, and 30 mm otherwise.
  • the axial length L is 300 mm
  • the total width W 1 is 100 mm
  • the width W 2 of the horizontal wall portions 2 and 3 is 60 mm
  • the width W 3 of the part 4 is 60 mm
  • the total width of the first bead 21 in the circumferential direction of the closed section is 50 mm
  • the protruding height of the first bead 21 is 3 mm
  • the total width of the second bead 22 in the circumferential direction of the closed section is 50 mm
  • the second The depth of the bead 22 is 3 mm.
  • the embossed portion 24 is provided at a distance of 60 mm from the one end portion 1a.
  • the total width W 4 of the embossed portion 24 with respect to the circumferential direction of the closed cross section is 30 mm
  • the length H 1 of the embossed portion 24 along the circumferential direction of the closed cross section in the lateral wall portions 2 and 3 is 15 mm
  • the length of H 2 parts 24 is 15 mm.
  • FIG. 4A is a perspective view showing a plate thickness distribution of Comparative Example 1
  • FIG. 4B is a perspective view showing a plate thickness distribution of an embossed portion of Example 1.
  • FIG. 4A in Comparative Example 1, the maximum plate thickness at a position corresponding to the formation portion of the embossed portion of Example 1 is about 1.6 mm, and there is no significant difference from the plate thickness of 1.5 mm. Recognize.
  • FIG. 4B in Example 1, the maximum plate thickness of the embossed portion exceeds 1.72 mm with respect to the plate thickness of 1.5 mm of the steel plate, and the thickness of the embossed portion is thick.
  • Example 1 and Comparative Example 1 As shown in FIG. 5, a collision test was performed by dropping a falling weight 100 having a mass of 400 kg from a height of 3 m. At this time, the collision speed of the falling weight 100 was 7.67 m / s, and the energy input to the skeleton member structure by the falling weight 100 was 11.8 kJ.
  • a load meter load cell
  • the load history after the falling weight 100 contacted the skeleton member structure was measured. At the same time, the displacement history of the falling weight was measured with a laser displacement meter.
  • the measurement results are shown in FIG. 6 and FIGS. 7A to 7D.
  • the initial peak reaction force is 205 kN in Comparative Example 1
  • the initial peak reaction force is 230 kN in Example 1
  • the initial peak reaction force in Example 1 is larger than that in Comparative Example 1. It has become.
  • the comparative example 1 is 7799 J
  • the example 1 is 7077 J
  • the absorbed energy is large.
  • FIGS. 7A to 7D show the deformation of the member after 1 millisecond has elapsed since the falling weight collision.
  • the contours in FIGS. 7A to 7D represent the amount of plastic strain.
  • the amount of plastic strain introduced at the time of forming the skeleton member structure is divided and displayed.
  • 7A to 7D show only the amount of plastic strain introduced by the falling weight collision.
  • Example 1 the thickness of the embossed portion was increased when the embossed portion was formed, and the amount of work hardening introduced along with the increased thickness processing was high, so the deformation resistance of the embossed portion was high and the initial peak reaction force increased. It is considered a thing.
  • the reason why the absorbed energy has increased is that the reaction force up to the crush deformation amount of 60 mm, in which crushing at the first and second bead parts is completed, is based on the same principle as the above-described initial peak reaction force increase. Can be read from FIG. Since the absorbed energy is obtained by integrating the reaction force history of FIG. 6, it is considered that the absorbed energy is also increased by the same principle as the above-described initial peak reaction force increase.
  • a vehicle skeleton member structure 31 according to the present embodiment shown in FIGS. 8 and 9A to 9C includes a pair of horizontal wall portions 2 and 3 and a pair of vertical wall portions 4 connected to the pair of horizontal wall portions 2 and 3. It is comprised mainly by the closed cross-section structure which consists of 35.
  • the vehicle skeleton member structure 31 includes, for example, a first member 8 having a cross-sectional hat shape made up of a pair of horizontal wall portions 2, 3 and one vertical wall portion 4, and a plate shape constituting the other vertical wall portion 35.
  • the pair of horizontal wall portions 2 and 3 of the first member 8 are provided with flange portions 6 and 7, respectively.
  • the second member 39 is spot welded to the flange portions 6 and 7 of the first member 8 so that the first member 8 and the second member 39 are integrated, thereby the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall.
  • a closed cross-sectional structure composed of parts 4 and 35 is formed.
  • the first connecting member 41 joins the first member 8 and the third member 43 together.
  • the first connection member 41 is formed by being bent from the first joint portion 41 a and the first joint portion 41 a joined to the upper and lower horizontal wall portions 2 and 3 and the end portion of the vertical wall portion 4 of the first member 8. And a second joint portion 41b joined to the third member 43.
  • the second connection member 42 joins the first member 8, the second member 39, and the third member 43 to each other.
  • the second connection member 42 includes a box-shaped main body 42a, a third joint 42b, a fourth joint 42c, a fifth joint 42d, and a sixth joint 42e.
  • the third joint portion 42 b is formed by being bent from the main body portion 42 a and joined to the lateral wall portion 3 on the lower side of the first member 8.
  • the fourth joint portion 42 c is formed extending from the main body portion 42 a and joined to the vertical wall portion 4 of the first member 8.
  • the fifth joint portion 42 d is formed by being bent from the main body portion 42 a and joined to the second member 39.
  • the sixth joint portion 42 e is formed by being bent from the main body portion 42 a and joined to the third member 43.
  • the 3rd member 43 is the 1st, so that the closed section opening which consists of the 1st and 2nd members 8 and 39, and the opening which consists of box-like body part 42a of the 2nd connecting member 42 may be covered.
  • the second connection members 41 and 42 are attached.
  • the third member 43 is joined to the flange portion 39 a of the second member 39.
  • the first member 8 is manufactured by press-molding a steel plate in a hat shape in a sectional view.
  • a high-strength steel plate for automobiles is preferably used as in the first embodiment, and a high-strength thin steel plate such as TRIP steel that is particularly susceptible to work hardening is preferably used.
  • the second member 39, the first and second connecting members 41 and 42, and the third member 43 are preferably high-strength steel plates for automobiles.
  • a pair of lateral walls 2 and 3 of the first member 8 is provided with a first bead 21 made of a convex bead along the circumferential direction of the closed cross section.
  • the first bead 21 includes a pair of inclined surfaces that are inclined from the lateral wall portions 2 and 3 and a flat surface that is located at the center of the pair of inclined surfaces and is parallel to the surfaces of the lateral wall portions 2 and 3.
  • the vertical wall 4 of the first member 8 is provided with a second bead 22 made of a concave bead along the circumferential direction of the closed cross section.
  • the second bead 22 is provided on the extension of the first bead 21 in the circumferential direction of the closed cross section. And the 1st bead 21 and the 2nd bead 22 are connected in two corner parts 11 and 12, respectively.
  • the connection portion 23 of the first and second beads 21 and 22 is a corner portion constituted by the first bead 21 and the second bead 22. This connection place 23 is shifted to a position shifted by the height of the first bead 21 and the depth of the second bead 22 with respect to the corner portions 11 and 12 connecting the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4. is there.
  • the first bead 21 is a convex bead and the second bead 22 is a concave bead, but the present invention is not limited to this.
  • the first bead 21 may be a concave bead and the second bead 22 may be a convex bead, or the first bead 21 and the second bead 22 may both be a convex bead or a concave bead.
  • a concave embossed portion 24 is provided at the connection location between the first bead 21 and the second bead 22 at each connection location 23.
  • the embossed portion 24 is preferably constituted by two triangular wall surfaces 24a and 24b, and the bases of the triangles are preferably joined to each other.
  • the plan view shape of the entire embossed portion 24 is a rectangle close to a rhombus.
  • the place where the two triangular wall surfaces 24a and 24b are connected is a valley fold 24c along the circumferential direction of the closed section.
  • the embossed portion 24 is formed by denting the corner portions 11 and 12 that are being formed between the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4 when the steel plate is press-formed and processed into the first member 8.
  • the embossed portion 24 is formed as a thick portion where surrounding steel materials are gathered together.
  • the thickness of the embossed portion 24 is set to be greater than the thickness of the lateral wall portions 2 and 3 or the vertical wall portion 4.
  • the thickness of the embossed portion 24 is set to be 1.1 to 1.4 times, more preferably 1.15 to 1.2 times thicker than the thickness of the horizontal wall portions 2 and 3 or the vertical wall portion 4. ing.
  • the embossed portion 24 has a higher hardness than the horizontal wall portions 2 and 3 or the vertical wall portion 4 because the work hardening is promoted because the amount of processing is larger than the surrounding area.
  • the embossed portion 24 is only one of two connection locations of the two first beads 21 and 21 provided on the pair of horizontal wall portions 2 and 3 and the second bead 22 provided on the vertical wall portion 4. May be provided.
  • the embossed portion 24 is provided on the side of the lateral wall portion 3 that is the inner peripheral side of the deflection.
  • the first and second beads 21 and 22 can be reinforced by providing the embossed portion 24 on the inner peripheral side. Further, the embossed portion 24 may be provided at both of the two connection locations of the first bead 21 and the second bead 22. The stress concentration can be dispersed by providing both of the connection locations.
  • the skeleton member structure 31 according to the present embodiment is applied to a structural member that receives a collision load from the axial direction, such as a front side member of an automobile.
  • the front side member includes an outer panel disposed on the outer side in the vehicle width direction and an inner panel disposed on the inner side in the vehicle width direction.
  • the skeleton member structure 31 according to the present embodiment can be applied to a front side member in which the first member 8 is an inner panel and the second member 39 is an outer panel.
  • the third member 43 can be applied as a part of the front cross member.
  • the front side member needs to absorb the impact energy at the time of collision by applying axial load when a collision load is applied to the vehicle, and reliably compressing and deforming without bending at the middle part in the axial direction. There is. If the reaction force against the impact load is small, it will easily buckle with a small collision load, so the reaction force against the impact load needs to be greater than or equal to a predetermined magnitude.
  • the first bead 21 and the second bead 22 become starting points of axial compression deformation, and the first bead 21 and the first bead 21
  • the crushing deformation of the horizontal wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4 is promoted with the two beads 22 as the center, and thereby the collision energy can be absorbed.
  • the collision load input to the third member 43 is input to the first member 8 via the first and second connection members 41 and 42.
  • the second connecting member 42 is liable to be crushed first, so that a bending moment may be applied to the first member 8.
  • the embossed portion 24 is provided at the connection location of the first bead 21 and the second bead 22, the first bead 21 and the second bead in which the stress of the bending moment tends to be relatively concentrated.
  • the bending strength of 22 can be increased. For this reason, bending of the skeleton member structure 31 can be prevented until the skeleton member structure 31 sufficiently absorbs the collision energy.
  • board thickness in the embossing part 24 is thicker than the plate
  • the rigidity of the portion 4 is increased and the bending strength is further improved. For this reason, the reaction force against the bending deformation due to the bending moment can be further improved, and the collision resistance can be further improved.
  • the embossed portion 24 is constituted by two triangular wall surfaces 24a and 24b, the shape of the embossed portion 24 is simple and easy to press-mold, and the distortion accompanied by a reduction in the plate thickness becomes a small shape. A decrease in the bending strength of the lateral wall portions 2 and 3 and the vertical wall portion 4 around the first bead 21 and the second bead 22 can be prevented.
  • Example 2 the skeleton member structure shown in FIGS. 8 and 9A to 9C was manufactured, and the impact performance was evaluated.
  • the skeleton member structure 31 shown in FIGS. 8 and 9A to 9C is Example 2
  • the skeleton member structure 31 ′ shown in FIGS. 10A to 10C is Comparative Example 2.
  • Comparative Example 2 shown in FIGS. 10A to 10C has the same configuration as that of Example 2 in FIGS. 8 and 9A to 9C except that no embossed portion is provided.
  • the steel plate shown in Table 1 was press-formed to form a hat-shaped first member in cross section.
  • the 2nd member, the 3rd member, the 1st connection member, and the 2nd connection member were shape
  • Each member was spot welded to produce a vehicle skeleton member structure shown in FIGS. 8 to 10C.
  • the axial length L of the vehicle skeleton member structure shown in FIGS. 8 to 10C is 300 mm, the total width W 1 of the first member 8 and the second member 39 is 100 mm, the width W 2 of the vertical wall portion 4 is 60 mm, the horizontal wall portion 2, third width W 3 being 60 mm, 50 mm total width of the first bead 21 for closed-section circumferential direction, the protruding height of the first bead 21 is 3 mm, the total width of the second bead 22 with respect to closed-section circumferential direction 50 mm, a second bead The depth of 22 is 3 mm.
  • the projecting length of the main body portion 42a of the second connecting member 42 from the lower lateral wall portion 3 of the first member 8 is 60 mm
  • the axial length of the main body portion 42a is 60 mm
  • the width of the main body portion 42a is 60 mm. It is.
  • the embossed portion 24 is provided at a distance of 60 mm from the one end portion 31a.
  • the total width of the embossed portion 24 with respect to the circumferential direction of the closed cross section is 30 mm
  • the length of the embossed portion 24 along the circumferential direction of the closed cross section of the lateral wall portions 2 and 3 is 15 mm
  • the length is 15 mm.
  • Example 2 and Comparative Example 2 As shown in FIG. 11A, a drop weight 101 having a mass of 400 kg was freely dropped from a height of 3 m, and a collision test was performed. At this time, the collision speed of the falling weight 101 was 7.67 m / s, and the energy input to the skeleton member structure by the falling weight 101 was 11.8 kJ.
  • the shape of the falling weight 101 is such that the surface in contact with the structure is inclined by 8 degrees, so that a bending moment acts when the structure and the falling weight 101 collide.
  • a load meter load cell
  • the load history after the falling weight 101 contacted the skeleton member structure was measured. At the same time, the displacement history of the falling weight 101 was also measured with a laser displacement meter.
  • Example 2 an example in which the embossed portions 24 are provided on both the left and right sides in the drawing is Example 2, and a case in which the embossed portions 24 are not provided is Comparative Example 2. Further, the embossed portions 24 are provided only on the right side in the drawing.
  • Example 3 was prepared as an example, and Comparative Example 3 was prepared as an example in which the first and second beads 21 and 22 and the embossed portion 24 were not provided.
  • the collision test shown in FIG. 11A was also performed for Example 3 and Comparative Example 3.
  • the position of the embossed portion in Example 3 corresponds to the position on the inner peripheral side of the deflection when a bending moment is applied.
  • the peak reaction force was calculated from the obtained load-displacement diagram and used as an evaluation index for impact absorption capacity. Further, the absorbed energy was calculated by integrating the load-displacement diagram from when the falling weight contacted the structure to the displacement of 100 mm, and was used as an evaluation value of the impact absorbing ability. The results are shown in Table 2.
  • the first and second beads realized the axial crushing deformation in the deformation mode and the absorbed energy increased, but the peak reaction force decreased to 126 kN.
  • Vehicle frame structure 2 3 First wall (lateral wall) 4,5 Second wall (vertical wall) 21 1st bead 22 2nd bead 11, 12 Corner 24 Embossed 24a, 24b Wall surface

Landscapes

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Abstract

　この車両用骨格部材構造は、一対の第１壁部と、前記一対の第１壁部に接続される一対の第２壁部とから構成される閉断面構造を有する車両用骨格部材構造であって、前記一対の第１壁部に、前記閉断面構造の周方向に沿う第１ビードが設けられ、前記一対の第２壁部のうちのいずれか一方に、前記閉断面周方向に沿う第２ビードが前記第１ビードの前記周方向の延長上に設けられ、前記第１壁部と前記第２壁部との間の２つの角部において前記第１ビードと前記第２ビードとが接続され、少なくとも一方の前記角部における前記第１ビードと前記第２ビードとの接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられ、前記エンボス部における板厚が、前記第１壁部または前記第２壁部の板厚よりも厚くされている。

Description

耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造
　本発明は、耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造に関する。　本願は、２０１２年６月４日に、日本に出願された特願２０１２－１２７４４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　自動車のフロントサイドメンバ等の骨格部材は、衝突荷重が加わったときにその骨格部材の最大反力が適切な値になるように設計する必要がある。骨格部材の最大反力は、部材の材質や形状によって変化するので、骨格部材を設計する際には数多くのパラメータを考慮する必要がある。
　例えば、車両の軽量化を図るために、骨格部材を構成する鋼板の板厚を薄くすると、骨格部材の最大反力が低下して構造部材が座屈しやすくなる。このため、鋼板の板厚を薄くして軽量化を図りつつ、高い最大反力を有する骨格部材を設計する必要がある。
　下記特許文献１には、互いに向かい合う壁部に設けられた凹条と、この壁部に挟まれた一方の壁部に設けられた凸条とが、角部を通って連続する構成の閉断面構造を有する車両用骨格部材が開示されている。この車両用骨格部材に圧縮方向の入力荷重が入力されると、凹条及び凸条に応力集中が起こり、角部での潰れ変形が促進されて凹条及び凸条を中心に壁部が潰れ変形するようになっている。
　また、下記特許文献２には、多角形閉断面形状の各辺を構成する壁部のうち少なくとも１つの壁部に所定の間隔で複数配設された第１ビードと、第１ビードが設けられた壁部に隣接する壁部に、第１ビードの軸方向位置とは重ならない位置に複数配設された第２ビードとを有する骨格部材構造が開示されている。この骨格部材構造では、第１ビードと第２ビードの双方を起点にした安定した軸圧縮変形が得られるため、初期座屈荷重が高められている。
日本国特開平４－２３１２６８号公報 日本国特開２００１－１５８３７７号公報
　しかし、例えば骨格部材としてフロントサイドメンバを例にすると、フロントサイドメンバには、エンジンマウントを介してエンジンが搭載されており、常にエンジン等の荷重が加わっている。また、フロントサイドメンバの先端には連結部材を介してフロントクロスメンバが接続されており、衝突時にはフロントクロスメンバを介して荷重が加わる。このため、フロントサイドメンバの軸線方向とは多少ずれた方向から衝突時の入力荷重が加わる場合がある。更にフロントサイドメンバは、車両の長手方向に対してやや傾斜した角度で取り付けられる場合があり、この点においてもフロントサイドメンバの軸線方向とは多少ずれた方向から衝突時の入力荷重が加わる場合がある。
　以上のように、フロントサイドメンバには常に荷重が入力され、更に衝突時の入力荷重がフロントサイドメンバの軸線方向とは多少ずれた方向から加わる場合があるので、衝突時には曲げモーメントが加わることがある。このため、特許文献１または２に記載の骨格部材をフロントサイドメンバに適用すると、凸条、凹条または第１、第２ビードの形成位置において閉断面周方向に沿って均一に衝突荷重が加わらない。このため、フロントサイドメンバが十分に座屈変形して衝突エネルギーを吸収する前に、凸条、凹条または第１、第２ビードの形成位置においてフロントサイドメンバが屈曲し、衝突エネルギーを十分に吸収できない事態が想定される。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造を提供することを目的とする。
　本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の第一の態様は、一対の第１壁部と、前記一対の第１壁部に接続される一対の第２壁部とから構成される閉断面構造を有する車両用骨格部材構造であって、前記一対の第１壁部に、前記閉断面構造の周方向に沿う第１ビードが設けられ、前記一対の第２壁部のうちのいずれか一方に、前記閉断面周方向に沿う第２ビードが前記第１ビードの前記周方向の延長上に設けられ、前記第１壁部と前記第２壁部との間の２つの角部において前記第１ビードと前記第２ビードとが接続され、少なくとも一方の前記角部における前記第１ビードと前記第２ビードとの接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられ、前記エンボス部における板厚が、前記第１壁部または前記第２壁部の板厚よりも厚くされている車両用骨格部材構造である。
（２）上記（１）に記載の車両用骨格部材構造では、前記第１ビードが、前記第１壁部の面と平行な第１平坦面を有し、前記第２ビードが、前記第２壁部の面と平行な第２平坦面を有し、前記エンボス部が、前記第１平坦面と前記第２平坦面との接続箇所に設けられていてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の車両用骨格部材構造では、前記エンボス部が、三角形状の２つの壁面によって構成されてもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の車両用骨格部材構造では、前記２つの角部のうち、衝突時に前記車両用骨格部材構造に印加される曲げモーメントによって生じるたわみの内周側の角部のみに、前記エンボス部が設けられてもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の車両用骨格部材構造では、前記第１ビード及び前記第２ビードの何れか一方が凸ビードであり、何れか他方が凹ビードであってもよい。
　上記（１）に記載の車両用骨格部材構造によれば、少なくとも一方の角部における第１ビードと第２ビードとの接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられているので、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力が向上して曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力が向上し、耐衝突性能を高めることができる。更には、エンボス部における板厚が、第１壁部または第２壁部の板厚よりも厚くされているので、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の剛性が高まって抗折力が更に向上する。従って、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上するので、耐衝突性能をより高めることができる。
　上記（２）に記載の車両用骨格部材構造によれば、前記第１ビードが、前記第１壁部の面と平行な第１平坦面を有し、前記第２ビードが、前記第２壁部の面と平行な第２平坦面を有し、前記エンボス部が、前記第１平坦面と前記第２平坦面との接続箇所に設けられているため、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力がより一層向上する。従って、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力が向上し、耐衝突性能を高めることができる。
　上記（３）に記載の車両用骨格部材構造によれば、エンボス部が三角形状の２つの壁面によって構成されるので、エンボス部の形状が単純でプレス成形が容易であり、かつ板厚減少を伴う歪みが小さな形状になり、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力の低下を防止できる。
　また、上記（４）に記載の車両用骨格部材構造によれば、２つの角部のうち、曲げモーメントによって車両用骨格部材構造に生じるたわみの内周側の角部のみにエンボス部が設けられるので、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力が更に向上し、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上して、耐衝突性能をより高めることができる。
　また、上記（５）に記載の車両用骨格部材構造によれば、第１ビード及び第２ビードの何れか一方が凸ビードであり、何れか他方が凹ビードなので、第１ビード及び第２ビードに応力集中が起こり、角部での潰れ変形が促進されて第１ビード及び第２ビードを中心に第１壁部及び第２壁部が潰れ変形し、衝突エネルギーを効率よく吸収できる。
本発明の第１の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す側面図である。 図１Ａの側面図に対応する平面図である。 図１Ａの側面図に対応する斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す斜視図である。 同構造のエンボス部の拡大斜視図である。 図２ＢのＺ－Ｚ’線に対応するエンボス部の拡大断面図である。 従来の車両用骨格部材構造の一例を示す側面図である。 図３Ａの側面図に対応する平面図である。 図３Ａの側面図に対応する斜視図である。 従来例の板厚分布を示す斜視図である。 本発明例のエンボス部の板厚分布を示す斜視図である。 実施例１及び比較例１の衝撃吸収試験方法を説明する模式図である。 実施例１及び比較例１の衝撃吸収試験の結果を示す図であって、車両用骨格部材構造の圧潰変形量とロードセル荷重との関係を示すグラフである。 衝撃吸収試験時の落錘衝突後１ミリ秒経過後の部材変形の状態を示す図であって、比較例１の変形の状態を示す正面図である。 図７Ａの正面図に対応する斜視図である。 衝撃吸収試験時の落錘衝突後１ミリ秒経過後の部材変形の状態を示す図であって、実施例１の変形の状態を示す正面図である。 図７Ｃの正面図に対応する斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す側面図である。 図９Ａの側面図に対応する平面図である。 図９Ａの側面図に対応する斜視図である。 従来の車両用骨格部材構造の別の例を示す側面図である。 図１０Ａの側面図に対応する平面図である。 図１０Ａの側面図に対応する斜視図である。 実施例２、３及び比較例２、３の衝撃吸収試験方法を説明する模式図である。 衝撃吸収試験時の車両用骨格部材構造のたわみ曲線を示す模式図である。
［第１の実施形態］
　以下、本発明の第１の実施形態及び実施例について、図面を参照して説明する。
　図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃに示すように、本実施形態に係る車両用骨格部材構造１は、一対の第１壁部（以下、横壁部２，３という）と、一対の横壁部２，３に接続される一対の第２壁部（以下、縦壁部４，５という）とからなる閉断面構造で構成されている。この車両用骨格部材構造１は、例えば、一対の横壁部２，３と一方の縦壁部４とからなる断面ハット形状の第１部材８と、他方の縦壁部５を構成する板状の第２部材９とで構成される。第１部材８の一対の横壁部２，３にはそれぞれ、フランジ部６，７が設けられている。そして、第１部材８のフランジ部６，７に第２部材９がスポット溶接されることによって、第１部材８と第２部材９とが一体化され、これにより横壁部２，３及び縦壁部４，５からなる閉断面構造が構成されている。
　第１部材８は、鋼板を断面視ハット状にプレス成形することによって製造される。第１部材８を構成する鋼板は、自動車用の高強度鋼板が好適に用いられ、特に加工硬化が起きやすいＴＲＩＰ鋼などの高強度薄鋼板が好ましく用いられる。第２部材９も同様に自動車用の高強度鋼板が好適に用いられる。
　第１部材８の一対の横壁部２，３と縦壁部４は角部１１，１２を介して接続されている。また、第１部材８の一対の横壁部２，３には、閉断面周方向に沿う凸ビードからなる第１ビード２１が設けられている。この第１ビード２１は、横壁部２，３から傾斜する一対の傾斜面と、一対の傾斜面の中央に位置し、横壁部２，３の面に平行な平坦面とにより構成されている。更に、第１部材８の縦壁部４には、閉断面周方向に沿う凹ビードからなる第２ビード２２が設けられている。第２ビード２２は、第１ビード２１の閉断面周方向の延長上に設けられている。この第２ビード２２は、縦壁部４から傾斜する一対の傾斜面と、一対の傾斜面の中央に位置し、縦壁部４の面と平行な平坦面とにより構成されている。そして、第１ビード２１と第２ビード２２が、２つの角部１１，１２においてそれぞれ接続されている。第１、第２ビード２１，２２の接続箇所２３は、第１ビード２１及び第２ビード２２によって構成される角部である。この接続箇所２３は、横壁部２，３及び縦壁部４を接続する角部１１，１２に対して、第１ビード２１の高さ分及び第２ビード２２の深さ分だけシフトした位置にある。なお、図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃに示す第１ビード２１は凸ビードであり、第２ビード２２は凹ビードであるが、本発明はこれに限らない。例えば、第１ビード２１が凹ビードで第２ビード２２が凸ビードである構成や、第１ビード２１及び第２ビード２２が共に凸ビード又は凹ビードである構成であってもよい。
　次に、図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃに示すように、各角部１１,１２における第１ビード２１と第２ビード２２との接続箇所２３には、凹形状のエンボス部２４が設けられている。エンボス部２４は、三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成され、三角形の底辺同士が接合した形になっていることが好ましい。この場合、エンボス部２４全体の平面視形状は菱形に近い矩形となっている。また、２つの三角形状の壁面２４ａ、２４ｂが接続する箇所は、閉断面周方向に沿う谷折り部２４ｃとなっている。
　エンボス部２４は、鋼板をプレス成形して第１部材８に加工する際に、横壁部２，３と縦壁部４との間に形成されつつある角部１１，１２を凹ませることで形成される。このような形成工程を経るために、エンボス部２４は周囲の鋼材が肉寄せされた肉厚部として形成される。従って、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くされている。好ましくは、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも１．１倍～１．４倍、より好ましくは１．１５～１．２倍程度厚くされている。また、エンボス部２４は、その周囲に比べて加工量が大きいことから加工硬化が促進されることで、横壁部２，３または縦壁部４よりも高い硬度を有している。
　また、エンボス部２４は、一対の横壁部２，３に設けた２つの第１ビード２１，２１と、縦壁部４に設けた第２ビード２２との２箇所の接続箇所のいずれか一方だけに設けられても良い。特に、骨格部材構造１に衝突時の曲げモーメントが加わることが想定される場合に、曲げモーメントにより生じるたわみの内周側に相当する箇所だけにエンボス部２４が設けることが好ましい。骨格部材構造１に曲げモーメントが加わると、たわみの内周側に圧縮応力が集中するが、内周側にエンボス部２４を設けることで第１、第２ビード２１，２２を補強できる。また、図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃに示すように、エンボス部２４を第１ビード２１と第２ビード２２との２箇所の接続箇所の両方に設けても良い。接続箇所の両方に設けることで、衝突荷重入力時の応力集中を分散できる。
　本実施形態に係る骨格部材構造１は、例えば、自動車のフロントサイドメンバのような、軸方向から衝突荷重を受ける構造部材に適用される。フロントサイドメンバは、車幅方向外側に配置されるアウタパネルと、車幅方向内側に配置されるインナパネルとから構成される。本実施形態に係る骨格部材構造１は例えば、第１部材８をインナパネルとし、第２部材９をアウタパネルとするフロントサイドメンバに適用できる。
　また、フロントサイドメンバは、自動車に衝突荷重が加わった際にその軸方向に荷重が加わり、軸方向中間部で折れ曲がることなく確実に軸圧縮変形して衝突時の衝撃エネルギーを確実に吸収する必要がある。衝撃荷重に対する反力が小さいと小さな衝突荷重で容易に座屈してしまうので、衝撃荷重に対する反力を所定の大きさ以上にする必要がある。
　このような課題に対して本実施形態に係る骨格部材構造１によれば、衝突荷重が加わった場合に第１ビード２１及び第２ビード２２が軸圧縮変形の起点となり、第１ビード２１及び第２ビード２２を中心にして横壁部２，３及び縦壁部４の潰れ変形を促し、これにより衝突エネルギーを吸収させることができる。また、衝突荷重が入力された際に骨格部材構造１に曲げモーメントが印加された場合であっても、第１ビード２１及び第２ビード２２の接続箇所にエンボス部２４が設けられているので、曲げモーメントの応力が比較的集中しやすい第１ビード２１及び第２ビード２２の抗折力を高めることが出来る。このため、骨格部材構造１が衝突エネルギーを十分吸収するまで骨格部材構造１の屈曲を防止できる。
　また、エンボス部２４における板厚が、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くなっているので、第１ビード２１及び第２ビード２２周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の剛性が高まって抗折力が更に向上し、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上し、耐衝突性能をより高めることができる。
　更に、エンボス部２４が三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成される場合、エンボス部２４の形状が単純でプレス成形が容易である。そして、板厚減少を伴う歪みが小さな形状になり、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力の低下を防止できる。
　また、２つの角部１１，１２のうち、曲げモーメントによって車両用骨格部材構造１に生じるたわみの内周側の角部のみにエンボス部を設ける場合、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力が更に向上する。このため、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上して、耐衝突性能をより高めることができる。
［第１実施形態の実施例１及び比較例１］
　図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図３Ｃに示す骨格部材構造を製造して衝突性能の評価を行った。図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃに示す骨格部材構造１は実施例１であり、図３Ａ～図３Ｃに示す骨格部材構造１’は比較例１である。図３Ａ～図３Ｃに示す比較例１は、エンボス部が設けられていないこと以外は、図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃの実施例１と同じ構成である。
　図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図３Ｃに示す骨格部材構造の製作に際しては、表１に示す鋼板をプレス成形して断面視ハット状の第１部材を成形した。また、表１に示す鋼板から板状の第２部材を成形した。そして、第１部材と第２部材とをスポット溶接して閉断面構造の車両用骨格部材構造を製造した。スポット溶接の長手方向間隔は上下両端のみ１５ｍｍであり、それ以外は３０ｍｍであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図３Ｃの車両用骨格部材構造の軸長Ｌは３００ｍｍ、全幅Ｗ１は１００ｍｍ、横壁部２，３の幅Ｗ２は６０ｍｍ、縦壁部４の幅Ｗ３は６０ｍｍ、閉断面周方向に対する第１ビード２１の全幅は５０ｍｍ、第１ビード２１の突出高さは３ｍｍ、閉断面周方向に対する第２ビード２２の全幅は５０ｍｍ、第２ビード２２の深さは３ｍｍである。
　また、図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｃに示す実施例１では、一端部１ａから６０ｍｍの距離にエンボス部２４が設けられている。閉断面周方向に対するエンボス部２４の全幅Ｗ４は３０ｍｍ、横壁部２，３における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さＨ１は１５ｍｍ、縦壁部４における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さＨ２は１５ｍｍである。
　ここで、エンボス部の板厚の測定結果について図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは比較例１の板厚分布を示す斜視図であり、図４Ｂは実施例１のエンボス部の板厚分布を示す斜視図である。図４Ａに示すように、比較例１では、実施例１のエンボス部の形成箇所に対応する位置における最大板厚が１．６ｍｍ程度であり、鋼板の板厚１．５ｍｍと大差がないことがわかる。一方、図４Ｂに示すように、実施例１では鋼板の板厚１．５ｍｍに対して、エンボス部の最大板厚が１．７２ｍｍを超えており、エンボス部の肉厚が厚くなっている。
　次に、実施例１及び比較例１について、図５に示すように、質量４００ｋｇの落錘１００を高さ３ｍから自由落下させて衝突試験を行った。このとき落錘１００の衝突速度は７．６７ｍ／ｓ、落錘１００によって骨格部材構造に投入されるエネルギーは１１．８ｋＪであった。また、骨格部材構造の直下に加重計（ロードセル）を設置して落錘１００が骨格部材構造に接触した後の荷重履歴を計測した。また同時に、レーザー変位計によって落錘の変位履歴も計測した。
　測定結果を図６及び図７Ａ～図７Ｄに示す。図６に示すように、比較例１では初期ピーク反力が２０５ｋＮであるのに対し、実施例１では初期ピーク反力が２３０ｋＮとなり、実施例１の初期ピーク反力が比較例１よりも大きくなっている。また、圧潰変形量１００ｍｍにおける部材の吸収エネルギーを比較すると、比較例１が７７９９Ｊであるのに対し、実施例１で７０７７Ｊとなり、吸収エネルギーが大きくなっている。
　また、図７Ａ～図７Ｄには、落錘衝突から１ミリ秒経過した後の部材変形の様子を示している。図７Ａ～図７Ｄのコンターは塑性ひずみ量を表わしている。なお、骨格部材構造の成形時に導入された塑性ひずみ量は除算して表示している。すなわち図７Ａ～図７Ｄでは、落錘の衝突によって導入された塑性ひずみ量のみを表わしている。
　図７Ａ及び図７Ｂに示すように、比較例１では、第１ビードと第２ビードが接続する角部の上端に変形が集中しており、衝突直後にこの部位が変形することで反力が規定されていることがわかる。一方、図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、実施例１では、設置したエンボス部同士を結ぶ線上に変形が集中しており、衝突直後にエンボス部が変形することで反力が規定されていることがわかる。図４Ａ、図４Ｂの板厚分布と見比べると、比較例１の反力規定位置は部材成形時にそれほど顕著な板厚増加がみられない。これに対して実施例１の反力規定位置（エンボス部）には著しい板厚増加が見られる。実施例１ではエンボス部の成形時に板厚が増加し、さらにその板厚増加加工に伴って導入される加工硬化量が大きいために、エンボス部の変形抵抗が高く、初期ピーク反力が上昇したものと考えられる。
　また、吸収エネルギーが増加した理由については、上述した初期ピーク反力上昇と同じ原理により、第１、第２ビード部位での圧潰が完了する、圧潰変形量６０ｍｍまでの反力が高まっていることが図６から読みとれる。吸収エネルギーは図６の反力履歴を積分したものであるから、上述した初期ピーク反力上昇と同じ原理によって吸収エネルギーも増大したものと考えられる。
［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態及び実施例について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態における構成要素のうち、第１の実施形態において説明した構成要素と同一の構成要素については、第１の実施形態の説明において使用した符号と同一の符号を付して説明する。
　図８及び図９Ａ～図９Ｃに示す本実施形態に係る車両用骨格部材構造３１は、一対の横壁部２，３と、一対の横壁部２，３に接続される一対の縦壁部４，３５とからなる閉断面構造を主体として構成されている。この車両用骨格部材構造３１は、例えば、一対の横壁部２，３，と一方の縦壁部４とからなる断面ハット形状の第１部材８と、他方の縦壁部３５を構成する板状の第２部材３９と、第１部材８の先端側に取り付けられる第１接続部材４１及び第２接続部材４２と、第１接続部材４１及び第２接続部材４２に取り付けられる板状の第３部材４３とで構成される。
　第１部材８の一対の横壁部２，３にはそれぞれ、フランジ部６，７が設けられている。そして、第１部材８のフランジ部６，７に、第２部材３９がスポット溶接されることによって第１部材８と第２部材３９とが一体化され、これにより横壁部２，３及び縦壁部４，３５からなる閉断面構造が構成されている。
　また、第１接続部材４１は、第１部材８と第３部材４３とを接合する。この第１接続部材４１は、第１部材８の上下の横壁部２，３及び縦壁部４の端部に接合される第１接合部４１ａと、第１接合部４１aから折り曲げられて形成されて第３部材４３に接合される第２接合部４１ｂと、から構成されている。
　更に、第２接続部材４２は、第１部材８、第２部材３９及び第３部材４３を相互に接合するものである。この第２接続部材４２は、箱状の本体部４２ａと、第３接合部４２ｂと、第４接合部４２ｃと、第５接合部４２ｄと、第６接合部４２ｅと、から構成されている。第３接合部４２ｂは、本体部４２ａから折り曲げられて形成されて第１部材８の下側の横壁部３に接合される。第４接合部４２ｃは、本体部４２ａから延長して形成されて第１部材８の縦壁部４に接合される。第５接合部４２ｄは、本体部４２ａから折り曲げられて形成されて第２部材３９に接合される。第６接合部４２ｅは、本体部４２ａから折り曲げられて形成されて第３部材４３に接合される。
　そして、第３部材４３は、第１、第２部材８，３９で構成される閉断面開口と、第２接続部材４２の箱状の本体部４２ａからなる開口とを覆うように、第１、第２接続部材４１，４２に取り付けられている。また、第３部材４３は、第２部材３９のフランジ部３９ａに接合されている。
　第１部材８は、鋼板を断面視ハット状にプレス成形することによって製造される。第１部材８を構成する鋼板は、第１の実施形態と同様に自動車用の高強度鋼板が好適に用いられ、特に加工硬化が起きやすいＴＲＩＰ鋼などの高強度薄鋼板が好ましく用いられる。また、第２部材３９、第１、第２接続部材４１，４２、第３部材４３も同様に自動車用の高強度鋼板が好適に用いられる。
　第１部材８の一対の横壁部２，３と縦壁部４は角部１１，１２を介して接続されている。また、第１部材８の一対の横壁部２，３には、閉断面周方向に沿う凸ビードからなる第１ビード２１が設けられている。この第１ビード２１は、横壁部２，３から傾斜する一対の傾斜面と、一対の傾斜面の中央に位置し、横壁部２，３の面に平行な平坦面とにより構成されている。更に、第１部材８の縦壁部４には、閉断面周方向に沿う凹ビードからなる第２ビード２２が設けられている。第２ビード２２は、第１ビード２１の閉断面周方向の延長上に設けられている。そして、第１ビード２１と第２ビード２２が、２つの角部１１，１２においてそれぞれ接続されている。第１、第２ビード２１，２２の接続箇所２３は、第１ビード２１及び第２ビード２２によって構成される角部である。この接続箇所２３は、横壁部２，３及び縦壁部４を接続する角部１１，１２に対して、第１ビード２１の高さ分及び第２ビード２２の深さ分だけシフトした位置にある。
　なお、図８及び図９Ａ～図９Ｃに示す第１ビード２１は凸ビードであり、第２ビード２２は凹ビードであるが、本発明はこれに限らない。例えば、第１ビード２１が凹ビードで第２ビード２２が凸ビードである構成や、第１ビード２１及び第２ビード２２が共に凸ビード又は凹ビードである構成であってもよい。
　次に、図８及び図９Ａ～図９Ｃに示すように、各接続箇所２３における第１ビード２１と第２ビード２２との接続箇所には、凹形状のエンボス部２４が設けられている。エンボス部２４は、三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成され、三角形の底辺同士が接合した形になっていることが好ましい。この場合、エンボス部２４全体の平面視形状は菱形に近い矩形となっている。また、２つの三角形状の壁面２４ａ、２４ｂが接続する箇所は、閉断面周方向に沿う谷折り部２４ｃとなっている。
　エンボス部２４は、鋼板をプレス成形して第１部材８に加工する際に、横壁部２，３と縦壁部４との間に形成されつつある角部１１，１２を凹ませることで形成され、これによりエンボス部２４は、周囲の鋼材が肉寄せされた肉厚部として形成される。従って、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くされている。好ましくは、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも１．１倍～１．４倍、より好ましくは１．１５～１．２倍程度厚くされている。また、エンボス部２４は、その周囲に比べて加工量が大きいことから加工硬化が促進されることで、横壁部２，３または縦壁部４よりも高い硬度を有している。
　また、エンボス部２４は、一対の横壁部２，３に設けた２つの第１ビード２１，２１と、縦壁部４に設けた第２ビード２２との２箇所の接続箇所のいずれか一方だけに設けられても良い。特に、骨格部材構造１に曲げモーメントが加わることが想定される場合に、曲げモーメントにより生じるたわみの内周側に相当する箇所だけにエンボス部２４が設けることが好ましい。本実施形態ではたわみの内周側になる横壁部３側にエンボス部２４が設けられることが好ましい。骨格部材構造３１に曲げモーメントが加わると、たわみの内周側に圧縮応力が集中するため、内周側にエンボス部２４を設けることで第１、第２ビード２１，２２を補強できる。また、エンボス部２４は、第１ビード２１と第２ビード２２との２箇所の接続箇所の両方に設けても良い。接続箇所の両方に設けることで、応力集中を分散できる。
　本実施形態に係る骨格部材構造３１は、例えば、自動車のフロントサイドメンバのような、軸方向から衝突荷重を受ける構造部材に適用される。フロントサイドメンバは、車幅方向外側に配置されるアウタパネルと、車幅方向内側に配置されるインナパネルとから構成される。本実施形態に係る骨格部材構造３１においては、第１部材８をインナパネルとし、第２部材３９をアウタパネルとするフロントサイドメンバに適用できる。また、第３部材４３は、フロントクロスメンバの一部として適用できる。
　また、フロントサイドメンバは、自動車に衝突荷重が加わった際にその軸方向に荷重が加わり、軸方向中間部で折れ曲がることなく確実に軸圧縮変形して衝突時の衝撃エネルギーを確実に吸収する必要がある。衝撃荷重に対する反力が小さいと小さな衝突荷重で容易に座屈してしまうので、衝撃荷重に対する反力が所定の大きさ以上にする必要がある。
　このような課題に対して本実施形態に係る骨格部材構造３１によれば、衝突荷重が加わった場合に第１ビード２１及び第２ビード２２が軸圧縮変形の起点となり、第１ビード２１及び第２ビード２２を中心にして横壁部２，３及び縦壁部４の潰れ変形を促し、これにより衝突エネルギーを吸収させることができる。
　また、本実施形態に係る骨格部材構造３１においては、第３部材４３に入力された衝突荷重が、第１、第２接続部材４１，４２を介して第１部材８に入力されるが、この衝突荷重の入力の際に、第２接続部材４２が先に潰れ易く、そのため第１部材８には曲げモーメントが印加される場合がある。このような場合であっても、第１ビード２１及び第２ビード２２の接続箇所にエンボス部２４が設けられているので、曲げモーメントの応力が比較的集中しやすい第１ビード２１及び第２ビード２２の抗折力を高めることが出来る。このため、骨格部材構造３１が衝突エネルギーを十分吸収するまで骨格部材構造３１の屈曲を防止できる。
　また、エンボス部２４における板厚が、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くなっているので、第１ビード２１及び第２ビード２２周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の剛性が高まって抗折力が更に向上する。このため、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上し、耐衝突性能をより高めることができる。
　更に、エンボス部２４が三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成されるので、エンボス部２４の形状が単純でプレス成形が容易であり、かつ板厚減少を伴う歪みが小さな形状になり、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力の低下を防止できる。
　また、２つの角部１１，１２のうち、曲げモーメントによって車両用骨格部材構造３１に生じるたわみの内周側の角部にエンボス部を設けることで、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力が更に向上する。このため、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上して、耐衝突性能をより高めることができる。
［実施例２、３及び比較例２、３］
　実施例２として、図８、図９Ａ～図９Ｃに示す骨格部材構造を製造して衝突性能の評価を行った。図８及び図９Ａ～図９Ｃに示す骨格部材構造３１は実施例２であり、図１０Ａ～図１０Ｃに示す骨格部材構造３１’は比較例２である。図１０Ａ～図１０Ｃに示す比較例２は、エンボス部が設けられていないこと以外は、図８及び図９Ａ～図９Ｃの実施例２と同じ構成である。
　図８、図９Ａ～図９Ｃ、図１０Ａ～図１０Ｃに示す骨格部材構造の製作に際しては、上記の表１に示す鋼板をプレス成形して断面視ハット状の第１部材を成形した。また、表１に示す鋼板から第２部材、第３部材、第１接続部材及び第２接続部材を成形した。そして、各部材をスポット溶接して図８～図１０Ｃに示す車両用骨格部材構造を製造した。
　図８～図１０Ｃに示す車両用骨格部材構造の軸長Ｌは３００ｍｍ、第１部材８及び第２部材３９の全幅Ｗ１は１００ｍｍ、縦壁部４の幅Ｗ２は６０ｍｍ、横壁部２，３の幅Ｗ３は６０ｍｍ、閉断面周方向に対する第１ビード２１の全幅は５０ｍｍ、第１ビード２１の突出高さは３ｍｍ、閉断面周方向に対する第２ビード２２の全幅は５０ｍｍ、第２ビード２２の深さは３ｍｍである。また、第１部材８の下側の横壁部３からの第２接続部材４２の本体部４２ａの突出長さは６０ｍｍ、本体部４２ａの軸方向の長さは６０ｍｍ、本体部４２ａの幅は６０ｍｍである。
　また、図８及び図９Ａ～図９Ｃに示す実施例２では、一端部３１ａから６０ｍｍの距離にエンボス部２４が設けられている。閉断面周方向に対するエンボス部２４の全幅は３０ｍｍ、横壁部２，３における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さは１５ｍｍ、縦壁部４における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さは１５ｍｍである。
　次に、実施例２及び比較例２について、図１１Ａに示すように、質量４００ｋｇの落錘１０１を高さ３ｍから自由落下させて衝突試験を行った。このとき落錘１０１の衝突速度は７．６７ｍ／ｓ、落錘１０１によって骨格部材構造に投入されるエネルギーは１１．８ｋＪであった。また、落錘１０１の形状は図１１Ａに示すように構造体と接触する面が８度傾斜しており、これによって構造体と落錘１０１が衝突した際に曲げモーメントが作用するようにした。更に、骨格部材構造の直下に加重計（ロードセル）を設置して落錘１０１が骨格部材構造に接触した後の荷重履歴を計測した。また同時に、レーザー変位計によって落錘１０１の変位履歴も計測した。
　また、図１１Ａにおいて、図中左右両側にエンボス部２４がある例が実施例２であり、エンボス部２４を設けないものが比較例２であるが、更に、図中右側のみにエンボス部２４がある例として実施例３を用意し、第１、第２ビード２１，２２及びエンボス部２４を設けない例として比較例３を用意した。これら実施例３及び比較例３についても図１１Ａに示す衝突試験を行った。なお、実施例３のエンボス部の位置は、曲げモーメントが印加された場合のたわみの内周側の位置に相当する。
　得られた荷重－変位線図からピーク反力を算出し、衝撃吸収能の評価指標とした。また、落錘が構造体に接触してから１００ｍｍ変位するまでの荷重－変位線図を積分して、吸収エネルギーを算出し、衝撃吸収能の評価値とした。結果を表２に示す。
　表２に示すように、実施例２及び３では、曲げモーメントの作用によって生じる部材のたわみ曲線の曲率中心側（図１１Ｂ参照）にエンボス部があることで、ピーク反力及び吸収エネルギーとも良好な値を示した。
　また、比較例２では、第１、第２ビードによって変形モードは軸圧潰変形を実現し、吸収エネルギーは高くなったが、ピーク反力が１２６ｋＮに低下した。
　更に、比較例３では、ピーク反力は１３８ｋＮと良好な値を示したが、落錘衝突によって入力された曲げモーメントによって折れてしまい、吸収エネルギーを稼ぐことができなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明によれば、耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造を提供することができる。
１、３１　車両用骨格部材構造
２，３　第１壁部（横壁部）
４，５　第２壁部（縦壁部）
２１　第１ビード
２２　第２ビード
１１，１２　角部
２４　エンボス部
２４ａ、２４ｂ　壁面

Claims (5)

  1. 　一対の第１壁部と、前記一対の第１壁部に接続される一対の第２壁部とから構成される閉断面構造を有する車両用骨格部材構造であって、
    　前記一対の第１壁部に、前記閉断面構造の周方向に沿う第１ビードが設けられ、
    　前記一対の第２壁部のうちのいずれか一方に、前記閉断面周方向に沿う第２ビードが前記第１ビードの前記周方向の延長上に設けられ、
    　前記第１壁部と前記第２壁部との間の２つの角部において前記第１ビードと前記第２ビードとが接続され、
    　少なくとも一方の前記角部における前記第１ビードと前記第２ビードとの接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられ、
    　前記エンボス部における板厚が、前記第１壁部または前記第２壁部の板厚よりも厚くされている
    ことを特徴とする車両用骨格部材構造。
  2. 　前記第１ビードが、前記第１壁部の面と平行な第１平坦面を有し、
    　前記第２ビードが、前記第２壁部の面と平行な第２平坦面を有し、
    　前記エンボス部が、前記第１平坦面と前記第２平坦面との接続箇所に設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用骨格部材構造。
  3. 　前記エンボス部が、三角形状の２つの壁面によって構成される
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用骨格部材構造。
  4. 　前記２つの角部のうち、衝突時に前記車両用骨格部材構造に印加される曲げモーメントによって生じるたわみの内周側の角部のみに、前記エンボス部が設けられている
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の車両用骨格部材構造。
  5. 　前記第１ビード及び前記第２ビードの何れか一方が凸ビードであり、何れか他方が凹ビードである
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の車両用骨格部材構造。
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