冲击吸收构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及冲击吸收构件。具体地说，本发明涉及能够吸收产生于例如汽车等车辆碰撞时的冲击能量的冲击吸收构件。
背景技术：
如周知，当前的大多的汽车的车身，为了兼顾轻量化和高刚性，而由单壳车身构成，所述单壳车身利用与车架一体化后的车身整体支撑载荷。汽车的车身必须备有在汽车碰撞时抑制车辆的功能性损伤并保护车厢内乘客的生命的功能。为了通过吸收车辆碰撞时的碰撞能量而缓冲对车厢的冲击力，从而尽可能地降低车厢的损失，较为有效的是例如使所谓的发动机室和行李室以外的空间优先破坏。
出于这种安全上的要求，在车身的前部、后部或侧部等适当的位置，设有冲击吸收构件，由于其一旦承受碰撞时的冲击载荷即被压坏，因而积极地吸收了碰撞能量。到目前为止，作为这种冲击吸收构件，已知有前方侧构件、侧梁、以及后方侧部构件等。
近年来，进行了如下尝试，即利用例如紧固和焊接等适当的方法将被称作碰撞箱的冲击吸收构件，安装于前方侧部构件的前端，从而实现车身的安全性的提高，以及因基本上消除了由轻碰撞引起的车身的损伤而使得修理费的降低。所谓碰撞箱，是因向轴方向施加的冲击载荷而优先地向轴方向以蛇腹状(摺状)压曲，藉此吸收冲击能量的构件。
到目前为止，已经公开了各种用于提高该冲击吸收构件的冲击吸收性能的材质和形状。所谓冲击吸收构件所要求的冲击吸收性能，具体地说，若冲击载荷施加于轴方向，则通过向轴方向反复而稳定地压曲，而以蛇腹状变形，并且冲击吸收构件的压坏时产生的最大反作用力位于不破坏该冲击吸收构件的近旁的其他构件的范围。
到目前为止，通常所使用的冲击吸收构件，如特开平8-128487号公报所公开，通过设于帽形的横端面形状的构件的凸缘而焊接背板，从而形成箱状构件的器件。还有，在本说明书中，所谓“凸缘”表示从横剖面的轮廓向外部凸出而设置的边缘部。
与此相反，在特开平9-277953号公报中公开了一种冲击吸收构件的发明，所述冲击吸收体具有从一端向另一端的剖面形状为，从四边形以上的多边形向比该多边形边数更多的其他多边形连续地变化的闭剖面构造，并在降低碰撞的产生载荷的同时提高冲击吸收量。
在特开2003-48569号公报中，公开了一种具有在内部具有隔壁的多边形的闭剖面形状的冲击吸收构件的发明。
在特开2002-284033号公报中公开了一种冲击吸收构件，其在包含具有四边形横剖面的原材料的四个顶点的区域，通过形成面向内部的大致直角三角形状的凹入部而确保强度。
此外，在特开平8-108863号公报中，公开了一种发明，通过在具有凸缘的帽形的剖面形状的前方侧部车身的侧面形成向轴方向延伸的凸缘，而抑制施加冲击载荷时的前方侧部车身的弯折。
然而，对于这些现有的任何一种发明，均无法提供一种在不引起由隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量增加的情况下，能够通过稳定地向轴方向压曲而确保规定的冲击吸收量的冲击吸收构件。
也就是说，用于汽车的车身的冲击吸收构件的剖面形状大多数情况下为扁平状。为此，很难使用由特开平9-277953号公报所公开的那种具有单纯的正多边形等的多边形的横剖面形状的冲击吸收构件。另外，在特开平9-277953号公报中所公开的发明中，冲击吸收构件的横剖面形状大致横跨全长地而慢慢地变化。为此，根据轴方向的位置，冲击吸收构件的横剖面形状有可能会不可避免地成为不适用于稳定压曲的形状。因此，该冲击吸收构件，若在轴方向上施加冲击载荷，则有可能不能够向轴方向上反复而稳定地压曲，并不变形为蛇腹状。
在由特开2003-48569号公报所公开的发明中，设置隔壁的部分的强度有可能会过度地上升。为此，在该发明中，作为压曲不稳定的替代，是有可能冲击能量的吸收不足，并且在压坏的特定初期，有可能冲击吸收构件中产生的最大反力超过其他构件的强度，冲击吸收构件在被压坏前先压坏其他构件。此外，在该发明中，仅内壁设有隔壁的部分的冲击吸收构件的重量不可避免地增加。为此，该发明与近年来特别强地要求的车身的轻量化不相符。
在特开2002-284033号公报所公开的发明中，因为原本在强度高的拐角部进一步进行加工而设置凹部，所以该凹部的强度有可能会过度地上升。因此，在该发明中，与由特开2003-48569号公报所公开的发明相同，冲击吸收量也有可能不足，并且有可能会在该冲击吸收构件被压坏前其他构件先被压坏。
此外，在由特开平8-108863号公报所公开的发明中，冲击吸收构件为具有凸缘的帽状。为此，根据该发明，认为能够确实地抑制由施加了冲击载荷而引起的弯折。可是，根据该发明，即使施加冲击载荷，也不会向轴方向以蛇腹状稳定地压坏。
本发明的目的为提供一种冲击吸收构件，其能够在不引起由隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量的增加或向轴方向的压曲的情况下，若施加冲击载荷，即通过向轴方向稳定地以蛇腹状压曲而能够确保规定的冲击吸收量。
发明内容
本发明的冲击吸收构件，备有筒体，其通过从轴方向的一方的端部向着该轴方向施加冲击载荷并压曲，从而吸收冲击能量，其中，该筒体的轴方向的至少一部分的横剖面形状是多边形，若设与构成该多边形的至少一边相邻接的两个边所成的角度为α，则所述一边的长度L1，与两边的端部中与一边不交叉的两个端部之间的距离L2，满足下式所规定的关系0＜L1/L2＜1/{2×sin(α/2)+1}在本发明的冲击吸收构件中，例示出角度α是97°以上但在150°以下。
在这些本发明的冲击吸收构件中，例示出多边形是八边形。
在这些本发明的冲击吸收构件中，优选为，筒体的轴方向的全部的横剖面形状是多边形。
图1是具有由扁平的八边形构成的横剖面形状的筒体的横剖面的示意性说明图。
图2是具有由扁平的八边形构成的横剖面形状的筒体的横剖面的示意性说明图。
图3是表示角度α为135°时的L1和L2的比的临界性的曲线图。
图4是表示角度α为150°时的L1和L2的比的临界性的曲线图。
图5是表示角度α的临界性的曲线图。
图6(a)～图6(b)是表示任何具有八边形以外的其他多边形的横剖面形状的冲击吸收构件的代表的横剖面形状例的说明图。
图7是实施例的冲击吸收构件的横剖面形状的模式的说明图。
实施方式以下，具体地说明本发明的实施方式及其作用效果。
在实际适用于冲击吸收构件的任意的扁平的剖面形状中，存在一种冲击吸收构件的剖面形状，其能够不随着因隔壁的追加和板厚的增加而引起的重量的增加，而稳定地向轴方向以蛇腹状压曲，从而确保冲击吸收量。
也就是说，本发明者，经过利用FEM数值分析并反复考虑，其结果，认识到如下所示的各项(1)～(3)。
(1)图1是表示由横剖面形状为多边形的筒体构成的冲击吸收体10的剖面的示意性说明图。
在图1中，若将角度α为90°的正八边形12的边1的长度扩大并形成为扁平形状，则扁平的程度越大压曲变得越不稳定。此外，若使角度α比90°小，则压曲进一步变得不稳定。因此，角度α应该至少比90°大。
这里，所谓“压曲稳定”表示反复压曲并以蛇腹状被压坏。另外，所谓“压曲变得不稳定”是指，因在压坏的中途产生屈折等而使压曲的反复被截断，不以蛇腹状被压坏。
(2)图2是表示与图1同样的剖面的模式性说明图。如该图2所示，若使扁平的八边形14的边1与相邻合的边2、3的与边1相交叉一侧的端部接近，并将整体的外形从八边形近似为菱形，则压曲稳定。
(3)若设计为图2中的边1、4各自的长度L1、L3均为0的菱形，则压曲变得不稳定。
本发明者基于这些事项(1)～(3)，将一边的长度为35mm、板厚为1.6mm的正八边形的相面对的一组的两边的长度扩大并设为119.5mm，并以扁平率为2.0的八边形的剖面形状为基准，对角度α和L1，L2的关系专心研究。另外，“扁平率”由与冲击吸收构件的横剖面的轮廓外接的长方形的长边和短边的各自的长度的比所规定。例如，如图1所示的八边形12的扁平率设为(L2/L4)而求得。
也就是说，在该研究中，将图1所示的八边形12的边1的长度缩小，并将图2所示的一条边1的两侧的边2、3的夹角α和边1的长度L1的任一个进行各种的变更。
另外，将边2、3的与边1不相交叉的两端之间的距离L2固定为169mm。另外，在本例中，将冲击吸收构件的轴方向长度设为200mm，并比较将其在轴方向上压坏时的冲击吸收构件14的长度方向的压坏吸收能量。
在图3、图4中由曲线示出结果。另外，图3、图4中的纵轴A，表示将向轴方向的压坏量设为130mm时的每单位周长的压坏吸收能量(kJ/mm)。
如由图3、4的曲线图可知，在例如角度α为135°、150°的任何一种情况下，L1、L2的比(L1/L2)设为满足下述条件的范围的长度，由此能够确保足够的吸收能量。
图3、4的曲线图中的点划线所表示的横轴(L1/L2)的值，是边1的长度L1与边2、3的长度相等的值。通过使(L1/L2)的值比该点划线所示的值小，即将边1的长度L1缩短，能够确保吸收能量量。以下说明其理由。
通常所示，在将横剖面形状为多边形的冲击吸收构件向长度方向压坏的情况下，一条边的长度变得越长，该边在压曲时越容易产生弯折而不稳定的行为。
另一方面，形成该多边形的内角中的一部分的内角变得越大，屈座变得不稳定。
若产生这种不稳定的压曲，则与压曲稳定的情况相比，构件的压坏载荷显著降低。由此，将得到的吸收能量减少到规定压坏量。
如图2所示，在冲击吸收构件的横剖面形状为扁平的多边形的情况下，由边1和边2所形成的内角θ1，与由边2和边5所形成的内角θ2以及由边3和边4所形成的内角θ3相比大。
因此，边2、3与边1相比，压曲更稳定。换言之，通过将边1的压曲稳定性设计得与边2、3的压曲稳定性一样的高，则为了确保冲击吸收构件整体的压曲稳定性，而最好是如由图3、4中曲线所示的结果所证明的那样，形成为边1的长度比边2、3的长度小的关系。
该关系，使用L1、L2和角度α，表示为0＜L1/L2＜1/{2×sin(α/2)+1}。
另一方面，现实中所使用的冲击吸收构件的扁平率对于每种部件不同。因此，为了说明角度α的最佳下限值，而对于扁平吸收率为1.3的较小的冲击吸收构件，将角度α以95°以上的范围进行变更，由此研究对角度α的压曲的稳定举动所产生的影响。另外，在研究中，将L2设为169mm，将L1设为对于任何角度α均能满足由上式所规定的关系的50.7mm。此时，(L1/L2)的值是0.3。
图5中以曲线图示出了结果。另外，图5中的纵轴A，与图3、图4中的纵轴A同样，表示将压坏量设为130mm时的平均每单位周长的压坏吸收能量(kJ/mm)。
如图5所示，若角度α低于100°，则吸收能量开始急速地降低，特别是若低于点划线所示的97°，则吸收能量变得极小，变得没有实用性。这是因为，若角度α低于97°，则显示出的图2中的边1的两端的棱线部弯折的举动，压曲变得不稳定。
如此，若角度α为97°以上但在150°以下的范围则能够得到高吸收能量。更优选为，角度α为100°以上但在140°以下。由此，能够稳定地确保高吸收能量。
另外，即使在角度α为97°以上但在150°以下的范围的情况下，在比(L1/L2)比满足上述范围的值大时，该边1的强度变弱，压曲时的产生较大的弯折。
在此，优选为，比(L1/L2)是〔1/{2×sin(α/2)+1}〕的20％以上，更优选为〔1/{2×sin(α/2)+1}〕的50％以上。
若使用本发明，能够进一步使具有扁平率大的横剖面形状的冲击吸收构件的压曲稳定化。也就是说，参照图1～图5而在以上描述的夹住边1的两侧的边2、3所成的角α，与L1、L2的关系〔0＜(L1/L2)＜1/{2×sin(α/2)+1}〕，不限于适用于具有由图1～图5所例示的八边形的横剖面形状的冲击吸收构件，对于具有扁平率为任意的八边形以外的其他多边形的横剖面形状也同样适用。
图6(a)、图6(b)和图6(c)是对具有八边形以外的其他多边形的横剖面形状的冲击吸收构件20～22的代表性横剖面形状例进行例示的说明图。
图6(a)是表示四边形20a的情况，图6(b)是表示五边形21a的情况，此外，图6(c)是表示六边形22a的情况。
在将冲击吸收构件作为车身的构成构件而设置的情况下，由于由发动机隔离室等的设置空间所引起的设置间隔的制约，而存在不得不将冲击吸收构件的横剖面形状以图6(b)所示的那样设为非对称形状，在这种情况下，特别能够发挥本发明的效果。
另外，夹住边1的两侧的边2、3所成的角α与比(L1/L2)的关系，不限于扁平的剖面的长边侧，若在多边形的一部分中满足该关系，则也可以得到本发明的效果。
另外，冲击吸收构件通常在车身的宽度方向的对称位置设置两个。为此，优选为，这些两个冲击吸收构件各自的横剖面的形状相同。但是，在不规则(off side)碰撞的情况下，由于作用于这两个冲击吸收构件各自的冲击力的大小有很大不同，因此考虑到碰撞的方式等，也可以将这两个冲击吸收构件各自的横剖面形状设为不同的形状。
如此，对于具有由例如扁平率为2.0的多边形构成的横剖面形状的冲击吸收构件的情况，在将图2的边1的长度L1设为零时，因压曲不稳定而破坏，因此不能够充分吸收碰撞时的冲击能量。
与此相对，如本发明，若使图2中的边1存在，则压曲稳定并能够易于确保吸收能量。可是，若将比(L1/L2)设定得过大，则容易在压曲时产生较大的弯折变形。因此，通过将比(L1/L2)规定于规定的范围，能够实现稳定的压曲。另外，通过将角度α设置于上述规定的范围内，压曲更加稳定。
此外，本发明的冲击吸收构件，优选不备有向着其横剖面中的轮廓的外部突出而设置的凸缘。若具备凸缘，则在对轴方向的压坏中，该凸缘作为针对弯折变形的抵抗即所谓的支撑棒而起作用，成为在压坏的中途，冲击吸收构件向纵长方向压曲的原因。为此，若冲击吸收构件具备凸缘，则与不具备凸缘的情况相比，碰撞时的冲击吸收能量的吸收量显著地降低。
本发明的冲击吸收构件，可以由任何方法制造，而不限于特定的制造方法。例如，可以通过挤压成形制造，或将规定厚度的钢板作为原材料而通过冲压成形加工，形成具有多边形的横剖面形状的筒状原材料，并将该原材料的边缘部通过例如焊接等适当方法接合而制造。
本发明的冲击吸收构件，形成具有闭剖面形状的筒体而构成。
如以上所说明，根据本发明，能够提供一种冲击吸收构件，其能够确保在不引起由隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量的增加，以及轴方向的弯折的情况下，在施加冲击载荷负荷时，能够稳定地以蛇腹状向轴方向压曲，从而能够确保规定的冲击吸收量。
实施例此外，参照实施例详细地说明本发明。
为了验证本发明的效果，进行下述的碰撞试验。
作为本发明的冲击吸收构件的原材料，使用590MPa级且板厚1.6mm的高张力钢板，通过对该原材料进行冲压成形和焊接，而加工为构件长度为200mm，横剖面形状为六边形或八边形的筒体的冲击吸收构件。
将该冲击吸收构件垂直地配置，使重量为2000kgf的重锤从其上方11.9mm的高度自由落下，并以55km/h的速度向冲击吸收构件的轴方向碰撞。接着，与将向轴方向的压坏量设为130mm时的吸收能量比较。表1集中示出了试验结果。
表1
在表1中的例子No.1～4中，将扁平率设为2.0，将图2所示的L2设为169mm。
特别是在No.1中，将比(L1/L2)设为0.3，将角度α设为135°。
在例No.2中，将比(L1/L2)设计为0，形成为六边形的横剖面形状，将角度α设为147.5°。
在例No.3中，将角度α设为150°，将比(L1/L2)设为0.4，并设得比1/〔2×sin(150°/2)+1〕大。
在例No.4中，形成为图7所示的六边形的横剖面形状，将比(L1/L2)设为0.35，将角度α设为104.9°。
在例No.5和例No.6中，将扁平率设为1.3，将L2设为169mm。
在例No.5中，将比(L1/L2)设为0.35，将角度α设为120°。
在例No.6中，将比(L1/L2)与例No.5同样设为0.35，将角度设为95°。
在例No.7中，在一边的长度为35mm的正八边形中，将图1所示的相对向的一组的两边1、1的长度扩大为119.5mm，将扁平率设为2.0。
如表1集中所表示，通过对比(L1/L2)和角度α的关系适用适当的范围，即使在更扁平的多边形剖面形状的冲击吸收构件中也能够稳定地确保高吸收能量。
工业上的利用的可能性根据本发明，能够提供一种冲击吸收构件，其能够确保在不引起由隔壁的追加和板厚的增加而产生的重量的增加，以及轴方向的弯折的情况下，在施加冲击载荷负荷时，能够稳定地以蛇腹状向轴方向压曲，从而能够确保规定的冲击吸收量。
由此，特别是，在冲击吸收构件的扁平率较大的情况下，冲击吸收时的压曲也较稳定，并能够充分确保冲击吸收能量。
权利要求
1.一种冲击吸收构件，备有筒体，其通过从轴方向的一方的端部向着该轴方向施加冲击载荷并压曲，从而吸收冲击能量，其中，该筒体的轴方向的至少一部分的横剖面形状是多边形，若设与构成该多边形的至少一边相邻接的两个边所成的角度为α，则所述一边的长度(L1)与所述两边的端部中与所述一边不交叉的两个端部之间的距离(L2)的关系，满足下式0＜L1/L2＜1/{2×sin(α/2)+1}。
2.根据权利要求1所述的冲击吸收构件，其中，所述角度α为97°以上，但在150°以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的冲击吸收构件，其中，所述多边形是八边形。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的冲击吸收构件，其中，所述筒体的轴方向的全部的横剖面形状是多边形。
全文摘要
本发明提供一种冲击吸收构件，其具有所谓的反复稳定而压曲、压坏时的平均载荷高、从而最大载荷位于不使其他构件破坏的范围内的冲击吸收性能。优选为，是具有八边形的横剖面形状，并用于提供接收冲击负荷而在长度方向以蛇腹状压曲从而吸收冲击能量的冲击吸收构件。当设与构成该多边形的至少一边相邻接并夹着该边的两边的夹角为α时，则所述一边的长度(L1)，与夹着该边的两边的端部的距离(L2)的关系，满足下式0＜L1/L2＜1/{2×sin(α/2)+1}。
文档编号F16F7/12GK1856671SQ20048002787
公开日2006年11月1日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年7月28日
发明者田村宪司, 中泽嘉明, 吉田经尊, 高木胜利, 加纳光寿 申请人:住友金属工业株式会社, 丰田铁工株式会社
文档序号 :
【 5588428 】
技术研发人员：田村宪司,中泽嘉明,吉田经尊,高木胜利,加纳光寿
技术所有人：住友金属工业株式会社,丰田铁工株式会社
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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技术研发人员：田村宪司,中泽嘉明,吉田经尊,高木胜利,加纳光寿
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