自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造

【課題】自動車のフロントサイドメンバー等の衝突エネルギー吸収部材について、その衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる、自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造を提供する。
【解決手段】一端が開放されたＵ字形の横断面を有する衝突エネルギー吸収部材（フロントサイドメンバー等）１２において、該衝突エネルギー吸収部材１２に長手方向の衝撃力が加わった際に当該衝突エネルギー吸収部材１２の開放端側で最も変形すると予測される個所Ｐ点に対して、金属板材を２枚折りにして作製したクリップ状の補強部材１３を差し込んでスポット溶接で接合する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の衝突時の衝突エネルギーを吸収してキャビン（客室）への衝撃力を緩和する衝突エネルギー吸収部材（衝撃吸収部材）の性能を向上させるための、自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の衝突時の衝突エネルギーを吸収してキャビンへの衝撃力を緩和することによって乗員の保護を図るためには、例えばエンジンルームやトランクルームといったキャビン以外のスペースを優先的に潰すことが有効である。そこで、自動車の車体の前部、後部あるいは側部等の適切な個所に、衝突エネルギー吸収部材が配置され、衝突時の衝撃荷重が負荷されると、衝突エネルギー吸収部材が軸方向（衝突エネルギー吸収部材の長手方向）へ変形することによって衝突エネルギーを吸収するようになっている。このような衝突エネルギー吸収部材として、フロントサイドメンバー、サイドシル、リアサイドメンバ等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような衝突エネルギー吸収部材について、以下では、フロントサイドメンバーを例にして述べることにする。
【０００４】
フロントサイドメンバーは、図１（ａ）に示すように、キャビン１０より前方の車体を構成する主要骨格１１であり、クワガタの大顎のように前方に飛び出した二本のフレーム（骨格）で、ここにエンジンやサスペンション等が取り付けられるとともに、衝突時の衝撃（衝突エネルギー）を吸収する役割を与えられている。
【０００５】
なお、フロントサイドメンバー１１は、通常、上部が開放されたＵ字形（コの字形）の横断面を有しているので、ここでは、図１（ｂ）に示すような形状にモデル化したフロントサイドメンバー１２で説明することにする。
【０００６】
ここで、自動車の衝突時の衝撃吸収性能（衝突エネルギー吸収性能）については、例えばオフセット前面衝突において、ギャビン１０まわりの変形を抑えるために、衝突による変形を抑え、かつ衝突吸収エネルギーを向上させるには、フロントサイドメンバー１２が長手方向に折れ難くかつ衝突エネルギーの吸収量が大きくなるような構造であることが望ましい。
【０００７】
そこで、このような構造にするために、フロントサイドメンバー１２全体の板厚を厚くしたり、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、フロントサイドメンバー１２とほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材１９をフロントサイドメンバー１２の内側に重合固着したりすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１５５７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、フロントサイドメンバーの衝突エネルギー吸収性能を向上させるために、フロントサイドメンバー全体の板厚を厚くしたり、フロントサイドメンバーとほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材をフロントサイドメンバーの内側に重合固着したりする方法は、車体の重量が増加し、燃費の観点から好ましくない。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、自動車のフロントサイドメンバー等の衝突エネルギー吸収部材について、その衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる、自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。
【００１２】
［１］自動車の衝突エネルギー吸収部材で、一端が開放されたＵ字形の横断面を有する衝突エネルギー吸収部材において、該衝突エネルギー吸収部材に長手方向の衝撃力が加わった際に当該衝突エネルギー吸収部材の開放端側で最も変形すると予測される個所に対して、金属板材を２枚折りにして作製したクリップ状の補強部材を差し込んで固着したことを特徴とする自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、Ｕ字形の横断面を備えた衝突エネルギー吸収部材について、その衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フロントサイドメンバーを示す図である。
【図２】従来技術を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における変形予測シミュレーションを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における補強構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例１におけるフロントサイドメンバーを示す図である。
【図６】本発明の実施例１における変位−断面力曲線を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における最大断面力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでも、図１（ｂ）に示したモデル化したフロントサイドメンバー１２を対象にして述べることにする。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態においては、フロントサイドメンバー１２に対して長手方向に衝撃力が加わった際に、Ｕ字形横断面の開放端側（ここでは、上端側）で最も変形する個所を有限要素法によるシミュレーション計算によって予測する。
【００１７】
その一例を図３に示す。ここでは、フロントサイドメンバー１２の材質は強度が５９０ＭＰａ級の鋼であるとし、図３（ａ）に示すように、フロントサイドメンバー１２の後端を固定した状態で、先端部の下端側のＳ点に衝撃力による１ｍ／ｓの強制変位を与えている。
【００１８】
その結果、図３（ｂ）に、Ｓ点が４０ｍｍ変位した際の塑性ひずみ分布を示すように、開放端側では図中のＰ点において最も塑性ひずみが大きい（最も変形する）ことが分かる。
【００１９】
そこで、開放端側での最大変形個所であるＰ点に対して、図４（ａ）に示すように、鉄鋼やアルミ等の金属板材を２枚折りして作製したクリップ状の補強部材１３を差し込み、スポット溶接で接合する。これにより、図４（ｂ）に示すように、Ｐ点とその近傍がクリップ状補強部材１３で補強された構造となる。
【００２０】
これによって、開放端側での最大変形個所Ｐ点とその近傍が変形し難くなり、フロントサイドメンバー１２の衝突エネルギーの吸収量が増加する。
【００２１】
しかも、Ｐ点とその近傍のみを覆うようなクリップ状の補強部材１３を用いているので、図２に示したような、フロントサイドメンバー１２とほぼ同じ大きさのＵ字形断面を有する補強部材１９をフロントサイドメンバー１２に重合固着する場合に比べて、ほとんど車体重量の増加にはならない。見方を変えれば、クリップ状の補強部材１３で補強する前と同程度の衝突エネルギー吸収量を有すればよい場合には、フロントサイドメンバー１２の板厚を薄くすることができ、重量を軽減することが可能になる。
【００２２】
なお、上記の効果を得るために、フロントサイドメンバー１２の内側と外側にそれぞれ別々の板材（板状の補強部材）を溶接することも考えられるが、この実施形態のように、クリップ状の補強部材１３をフロントサイドメンバー１２に差し込んで溶接する方が、補強部材のハンドリングが容易であるとともに、フロントサイドメンバー１２の内側と外側の溶接個所を同時に溶接することができ、施工性に優れている。
【００２３】
ちなみに、クリップ状の補強部材１３の寸法については、フロントサイドメンバー１２の寸法やＰ点の予測変形量の大きさ等を考慮して定めればよい。
【００２４】
このようにして、この実施形態においては、衝突エネルギー吸収部材であるフロントサイドメンバー１２の衝突エネルギー吸収性能を効果的に向上させることができる。
【００２５】
なお、この実施形態では、フロントサイドメンバーを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以外のＵ字形横断面を有する衝突エネルギー吸収部材にも適用できることはいうまでもない。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例１として、図５（ａ）に示すような、補強を行う前のフロントサイドメンバー１２を従来例とし、図５（ｂ）に示すような、上記の本発明の一実施形態に基づいて、フロントサイドメンバー１２をクリップ状補強部材１３によって補強した場合を本発明例として、両者の衝突エネルギー吸収性能を比較した。なお、フロントサイドメンバー１２およびクリップ状補強部材１３の材質は、強度が５９０ＭＰａ級の鋼とした。
【００２７】
そして、従来例では、フロントサイドメンバー１２の板厚を２．３ｍｍとし、本発明例では、フロントサイドメンバー１２の板厚を２．１ｍｍ、クリップ状補強部材１３の板厚を１．６ｍｍとした。
【００２８】
図６は、従来例と本発明例について、長手方向に衝撃力が作用したときの変位−断面力曲線を示すものである。そして、その際の最大断面力を比較したものが図７である。
【００２９】
図６、図７に示すように、本発明例は、従来例に比べて、最大断面力が大きくなっているとともに、衝突エネルギーの吸収量（変位−断面力曲線の下方の面積）も大きくなっている。しかも、重量は３．５％の軽量化がなされている。
【００３０】
これによって、本発明の有効性を確認することができた。
【符号の説明】
【００３１】
１０キャビン（客室）
１１フロントサイドメンバー
１２フロントサイドメンバー（モデル化）
１３クリップ状の補強部材
１９Ｕ字形断面を有する補強部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の衝突エネルギー吸収部材で、一端が開放されたＵ字形の横断面を有する衝突エネルギー吸収部材において、該衝突エネルギー吸収部材に長手方向の衝撃力が加わった際に当該衝突エネルギー吸収部材の開放端側で最も変形すると予測される個所に対して、金属板材を２枚折りにして作製したクリップ状の補強部材を差し込んで固着したことを特徴とする自動車の衝突エネルギー吸収部材の補強構造。

【図１】