碰撞吸收构件的制作方法

2025-12-02 13:40:07 484次浏览

专利名称：碰撞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(在本说明书中指碰撞吸收构件的纵长方向)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边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
本发明者们，鉴于上述现有技术存在的课题，反复进行各种检讨的结果，获得了以下列举的新的重要的认识(I)和(II)，从而完成了本发明。
(I)使碰撞吸收构件的横截面形状，(a)形成具有多个顶点的闭合截面、(b)没有向外的凸缘、并且(c)在将由多个顶点之中的一部分由直线连接获得的最大的轮廓构成的基本截面的至少一边的一部分领域，在除去该边的端点的位置上，具有向此轮廓的内侧凹进的槽部，通过形成备有全部的3个要素(a)～(c)的形状，即使在实际的碰撞吸收构件中常用的扁平的横截面形状的情况下，也不会因为隔壁或板厚的增加而导致重量的增加或轴方向上的弯曲变形，通过朝轴方向稳定地蛇腹状地压曲能够确保规定的碰撞吸收性能。以及通过对(II)FEM进行深刻解析检讨的结果，在此槽部的形状中存在为了达到压曲的稳定化应该选择的合适的条件，如果超出此条件的话压曲的举动将变得不稳定，有碰撞吸收性能低下的可能。
本发明为通过从轴方向的一端向轴方向负载冲击荷重而弯曲来吸收碰撞能量的由筒体构成的碰撞吸收构件，其中，轴方向的至少一部分的横截面形状为具有多个顶点的闭合截面，在此闭合截面的外侧上不具备凸缘，并且将这些多个顶点中的一部分用直线连接获得的最大的轮廓构成的基本截面的至少一边的一部分领域上，且在除去此边的端点的位置上，具有向基本截面的内侧凹进的槽部的形状。
在本发明的碰撞吸收构件中，除去具有槽部的一边的上述一部分的领域之外的一边的剩余的领域，优选形成为直线状或者曲线状。
在这些本发明的碰撞吸收构件中，槽部优选被设为将具有槽部的一边的宽设为a，将一个槽部的开口宽度设为Wi，将碰撞吸收构件的板厚设为t，将被设置在边上的槽部的个数设为n，将被设置在边上的n个槽部所分割剩下的(n+1)个剩余的领域的各自的宽度设为Xj的情况下，能够满足下述的(1)和(2)两个公式。
4t＜Wi＜65ti＝1、n·····(1)4t＜Xj＜65tj＝1、n+1 ·····(2)但是，∑Wi+∑Xj＝a、且∑Wi为宽度a的边上形成的槽部的开口宽度Wi的总和，槽部的开口宽度为宽度a的边和槽部的轮廓线的2个交点之间的距离，∑Xj为上述宽度Xj的总和。
在这些本发明的碰撞吸收构件中，在将碰撞吸收构件的轴方向的全长设为T的情况下，优选分别满足(a)在从一方的端部向轴方向离开(T×0.3)距离的位置为止的范围的全部或一部内不设置槽部，或者(b)碰撞吸收构件的横截面面积，在从一方的端部朝向轴方向离开(T×0.3)距离的位置为止的范围的至少一部分上，比其它部位小。
这些本发明的碰撞吸收构件，优选具有槽部的宽度a的边与槽部的轮廓线的交点的内角(α)在边的端点的内角(β)以上。
另外，在这些本发明的碰撞吸收构件中，槽部的截面形状，优选为梯形形状、具有曲线的形状、三边形的形状及四边形形状或者是将这些形状2个以上组合而成的形状。
此外，这些本发明的碰撞吸收构件，由于受到冲击荷重压曲，从而呈蛇腹状变形。

图1为通过FEM数值解析对具有四边形横截面的碰撞吸收构件的压坏的状态进行说明的图，图1(a)所示为具备凸缘的状态，图1(b)所示为不具备凸缘的状态。
图2所示为将正八边形正对的2个边的长度逐渐增大后形成的扁平形状的八边形的压坏状态的说明图。
图3所示为在具有扁平的八边形的横截面的碰撞吸收构件的长边部的一部分上，以梯形形状设置了槽部的状况说明图。
图4所示为FEM解析结果的曲线图。
图5所示为在具有长度a的边上，设置3个槽部的情况的说明图。
图6(a)～图6(d)为集中表示槽部的截面形状的数例的说明图。
图7所示为对设置在具有扁平八边形的横截面的碰撞吸收构件的长边部的一部分上的槽部形状的例子的说明图。
图8所示为碰撞吸收构件的纵长方向的端部形状的例的说明图。
图9为表示实施方式1的结果的曲线图。
图10所示为碰撞吸收构件的纵长方向的端部形状的例的说明图。
图11所示为实施方式2的碰撞吸收构件的横截面说明图。
图12为表示实施方式2的结果的曲线图。
图13模式地表示向具有槽部的碰撞吸收构件的面部付与了曲率时的截面内的顶点以及面部的弹性压曲引起的弯曲的状况的说明图，图13(a)表示对外侧付与凸的曲率的情况，图13(b)表示对内侧付与凹的曲率的情况。
图14为表示实施方式1的碰撞吸收构件的横截面形状的一个例子的说明图。
具体实施例方式
(实施方式1)其次，参考附图对本发明的碰撞吸收构件的最佳实施方式进行详述。还有，在此实施方式1的说明中，以槽部被设为在其横截面上，多个顶点中的一部分用直线连接获得的最大轮廓构成的基本截面的至少一边的一部分领域上，在除去此边的端点的位置上，具有向最大的轮廓的内侧凹进的槽部的形状，并且，从一边起除去此领域的剩余领域被形成为直线状的情况为例。
本实施方式中的碰撞吸收构件，是受到被负载向轴方向的冲击荷重通过蛇腹状纵压曲而吸收碰撞能量的碰撞吸收构件。而且，轴方向的最少一部分的横截面形状，为具有多个顶点的闭合截面，并且为不具备朝向闭合截面的外侧的凸缘的形状。此外，轴方向的最少一部分的横截面形状，为多个顶点中的一部分用直线连接获得的最大轮廓的基本截面的至少一边的一部分领域上，在除去此边的端点的位置上，具有向轮廓的内侧凹进的槽部的形状。
即，本实施方式中，将碰撞吸收构件的横截面形状设为全部具备以下(i)～(iii)3个要素的形状。(i)具有多个的顶点的闭合截面，(ii)不具备朝向闭合截面的外侧的凸缘，以及(iii)将多个顶点中的一部分用直线连接获得最大轮廓的基本截面的至少一边的一部分领域上，在除去此边的端点的位置上，具有向轮廓的内侧凹进槽部的形状。
由此，即使碰撞吸收构件具有扁平的横截面形状的情况下，也不会因为追加隔壁或增加板厚而导致重量的增加或轴方向上的弯曲，被负载冲击荷重时，通过朝轴方向蛇腹状地稳定地压曲而确保规定的碰撞吸收性能。这里，对本实施方式的碰撞吸收构件的原理进行说明。
作为进行说明的对象材料，使用由590MPa级的1.6mm厚的钢板组成的长度为200mm的碰撞吸收构件。此碰撞吸收构件的横截面形状，(a)形成长边的长度为80mm，短边的长度为60mm的四边形或一边的长度为35mm的正八边形，(b)不具有外向的凸缘，并且(c)形成具有梯形形状的槽部的多边形形状，通过延伸其中对向的2边的长度对八边形的扁平度进行了各种变更。通过对这些碰撞吸收构件进行FEM数值解析，调查了相对于压曲稳定性的槽部的形状的效果。其结果得出了如下列举的本实施方式的碰撞吸收构件的原理(原理1)～(原理3)。
(原理1)例如，将通过冲压成形等被成形的2个以上的构件，例如具备成为通过点焊等接合时的接合位置的凸缘的碰撞吸收构件，和不具备此凸缘的碰撞吸收构件，对其各自负载冲击荷重时的压坏的举动，用FEM数值解析进行了分析。
图1所示为通过FEM数值解析对具有四边形横截面的碰撞吸收构件的压坏状况的说明图，图1(a)所示为具备凸缘的情况，图1(b)所示为不具备凸缘的情况。
如图1(a)所示，当碰撞吸收构件具备凸缘时，被负载冲击荷重的碰撞吸收构件上产生的压曲变得极为不稳定，碰撞吸收构件在压坏的途中在纵长方向上弯曲。与此相对，如图1(b)所示，当碰撞吸收构件不具备凸缘时，被负载冲击荷重的碰撞吸收构件上不会在纵长方向上弯曲而稳定地蛇腹状地压曲。
(原理2)图2所示为使用具有正八边形的横截面形状的碰撞吸收构件，将正八边形的对向的2边的长度逐渐增大形成的扁平状的八边形的压坏的情况。当扁平度增大时，压坏时的压曲变得不稳定而成为复杂的形状，接着压坏时的压曲逐渐变得不稳定。
(原理3)此时，通过在压曲变得不稳定的扁平八边形的长边部设置槽部，能够使压曲保持稳定。
图3所示为在具有扁平八边形的横截面的碰撞吸收构件10的长边部分12的一部分上以梯形形状安装了槽部14后的情况说明图。此例中，2个槽部14以幅宽W及深度d的尺寸被安装在对称的位置上。
将碰撞吸收构件10的横截面形状形成图3所示的形状，具体地说(i)形成具有多个顶点A～P的闭合截面，(ii)不具备朝向此闭合截面的外侧的凸缘，以及(iii)将向由多个顶点A～P之中的一部分用直线连接获得的最大轮廓构成的基本截面(图3中的图形A-B-C-D-I-J-K-L-A)的内侧凹进的槽部14，设在构成此基本截面的边12(A-L)及边12(D-I)的各自的一部分领域上。在均不包含顶点A、D、I、L的位置上，具有一个的形状，通过使其成为全部具备此3要素(i)～(iii)的形状，能够发挥碰撞吸收性能，稳定地产生压曲，碰撞吸收构件10以蛇腹状进行压曲。即，此碰撞吸收构件10通过承受冲击荷重产生压曲，以及槽部14和被此槽部14分割剩下的直线部分交互变形，由此蛇腹状地压曲。
本实施状态的碰撞吸收构件10作为发挥这样优良的作用和效果的机构，若考虑上述FEM数值解析的结果等而进行综合判断，则可以考虑为以下情况。
边12上设置的槽部14，向上述基本截面(图3中的图形A-B-C-D-I-J-K-L-A)的内侧凹进。因此，当冲击荷重被负载时槽部14、14的位移，成为指向图形A-B-C-D-I-J-K-L-A的内侧的方向。
与此相对，构成基本截面(图形A-B-C-D-I-J-K-L-A)的顶点A、B、C、D、I、J、K及L的位移，成为指向图形A-B-C-D-I-J-K-L-A的外侧的方向。
因此，槽部14、14的位移方向和顶点A、B、C、D、I、J、K及L的位移方向，变成相互反向，各自的位移相互抵消。
因此，碰撞吸收构件10在压曲的途中很难发生向一个方向弯折那样大的崩坍。而且，槽部14上发生压曲的时期和各顶点A～P上发生压曲的时期不同，所以压曲的举动稳定。
而且，通过FEM数值解析对此槽部14被形成的范围的合适条件进行了调查，在此调查中，进行了正四边形、正六边形、正八边形、正十边形的压坏时的FEM解析，探讨了构成各个多边形的边长的合适范围。
FEM解析的结果如图4的曲线图所示。图4曲线图中横轴表示l(边长)/t(板厚)，纵轴S表示70％压坏时的单位截面单个周长的平均荷重(kN/mm)。
如图4的图表所示，一边的长度l相对于板厚t，如果满足4＜(l/t)＜65的范围，与多边形的角数无关能够获得稳定的变形，能够确保稳定的碰撞吸收性能。即，图4所示的曲线图中，若(l/t)稍微低于4为3.6，则存在如下情况，即碰撞吸收构件10不产生蛇腹状的压曲而发生弯折，变得不能确保吸收能量。相反，若(l/t)稍微高于4为4.7，则碰撞吸收构件10不会产生弯折而能够得到理想的蛇腹状压曲，能够充分确保吸收能量。
另一方面，在该图所示的曲线图中，若(l/t)稍微低于65为64，则能够得到蛇腹状的压曲而能够充分确保吸收能量。另一方面，若(l/t)高于65则由于碰撞吸收构件10全部产生弯曲导致吸收能量低下。
从以上结果可知，槽部优选被设为将具有该槽部14的一边的宽设为a，将一个槽部14的开口宽度设为Wi，将碰撞吸收构件10的板厚设为t，将被设置在上述边上的槽部的个数设为n，将距离为a的边被n个槽部14所分割而剩下的(n+1)个剩余的领域的一个领域的宽度设为Xj的情况下，能够满足下述的(1)和(2)两个公式。
4t＜Wi＜65ti＝1、n·····(1)4t＜Xj＜65tj＝1、n+1 ·····(2)但是，∑Wi+∑Xj＝a、且∑Wi为宽度a的边上形成的槽部的开口宽度Wi的总和，槽部的开口宽度为宽度a的边和槽部的轮廓线的2个交点之间的距离，∑Xj为上述宽度Xj的总和。
更优选为，在图4的曲线图中，平均荷重显著增加的范围为下式。
4t＜Wi＜35ti＝1、n·····(1)4t＜Xj＜35tj＝1、n+1 ·····(2)另外，在槽部14的深度d过小而低于此槽部14的开口宽度Wi的0.3倍的情况下，槽部14的强度相对于不构成槽部14的其他的顶点的强度变弱，压曲容易变的不稳定。因此，槽部14的深度d优选为槽部14的开口宽度Wi的0.3倍以上。
即，一个槽部14的开口宽度Wi在将碰撞吸收构件10的板厚设为t时，满足4t＜Wi＜65t。在Wi为4t以下的情况下，对于槽部14的压曲的强度，比形成多边形的其他顶点A、B、C、D、I、J、K、L变得过高，在压坏中有可能产生弯折等的压曲不稳定。另一方面，在Wi为65t以上的情况下，相反设置槽部本身的效果有可能减弱。如此的关系满足于n个数的任何一个。
另外，本实施方式中的槽部14即可以存在于多边形的任何一边上，槽部14的个数在一边上也可以有2个以上。但是，若将槽部设置在包含基本截面的顶点A、B、C、D、I、J、K及L在内的任何一个位置上，则和被记载在上述特开2002-284033号公报中的发明相同，其顶点的强度过度地上升。因此压曲变得不稳定，反而有可能碰撞吸收量不足，并且压坏特别是压坏初期时碰撞吸收构件10上产生的最大反力超过其他构件的强度，有可能损伤其他构件。
下面，对除去槽部14所形成的一部分领域之外的剩余领域进行说明。
在图3中，在边12上设置了n个槽部14的情况下，此边被槽部14分割为(n+1)个新的直线部分。此时，若将被分割为(n+1)个的各个直线部分的宽度设为Xj，则满足(2)式。
4t＜Xj＜65tj＝1、n+1 ·····(2)在此宽度Xj处于4t以下或者65t以上的情况下，不能获得充分的吸收能量。
这种关系具体如图5所示。图5所示为在具有宽度a的边12上设置了3个槽部14的情况。各个槽部14的开口宽度W1、W2、W3的任何一个都在比板厚t的4倍大，但比小于板厚t的65倍小。同时，被宽度a的边12分割剩余的4个直线部分的宽度X1、X2、X3、X4的任何一个也比板厚t的4倍大，但也比板厚t的65倍小。
在以上的说明中，取槽部14的横截面形状为梯形的方式为例。但是，本发明不仅限定于此种方式。在此方式之外，槽部的横截面形状也可以是具有曲线的形状、三边形形状或四边形形状或者是将这些形状中的两个以上组合而成的形状。
另外，此槽部14的底部的形状也可以不是平坦面。图6(a)～图6(d)中集中所示槽部14的截面形状的几个例子。图6(a)所示为被形成为具有圆弧的形状的情况，图6(b)所示为被形成为四边形形状的情况，图6(c)所示为被形成为三边形形状的情况，此外，图6(d)所示为将三边形的一部分和具有圆弧的形状组合而成的形状的情况。
图7和图3是同样的图，同一符号表示同一构件。
如图7所示，在本实施方式中，槽部14的轮廓线和边的交点M的内角α，在边的端点L的内角β以上，即在图7中优选α≥β。α低于β时，槽部14的强度超过基本截面的顶点A、D、I、L的强度，压曲容易变的不稳定。
虽然本实施方式中的碰撞吸收构件10能够确保充分的吸收能量，但存在压坏开始时的初期荷重变高的问题。所以，根据和其他构件的关系，有可能由于高初期最大荷重的原因而损伤其他构件。因此，在本实施方式中，为了减少初期最大荷重，在将碰撞吸收构件10的轴方向的全长设为T的情况下，将碰撞吸收构件的横截面积设为到距离(T×0.3)的位置为止的范围中比其它部位小。例如，在从一方的端部起向轴方向到距离(T×0.3)的位置为止的范围的至少一部分的领域中，设置为横截面积从距离(T×0.3)的位置起向一方的端部15逐渐减少。
其次，对使横截面积减少的轴方向的长度和初期最大荷重的减少效果的关系进行说明。
图8所示为本实施方式的碰撞吸收构件10的说明图。如该图所示，在扁平度为2.0全长为T的八边形截面的筒体上，设置开口宽度W为37.5的槽部14作为碰撞吸收构件。在本例中，将被负载冲击荷重的一方的端部15上的横截面积，设为另一方的端部16上的横截面积的60％。而且，在从一方的端部15起在(T×0.3)以下的长度范围里使此横截面积逐渐增加，将超出此范围的位置的横截面积设为和另一方的端部16上的横截面积相同。而且，以向轴方向将构件长度的70％压坏的条件进行解析，探讨了初期最大荷重的大小。
探讨结果如图9的曲线图所示。图9的曲线图中的横轴U表示截面积减少部位的长度/构件长度T，左侧的纵轴V表示初期最大荷重比(将截面积不减少的情况设定为1)，右侧的纵轴Z，表示70％压坏时的吸收能量比(将截面积不减少的情况设定为1)。另外，图9的曲线图中黑色四边形标记表示初期最大荷重比，黑色圆形标记表示吸收能量比。
如图9的曲线图所示，与不使一方的端部15的截面积减少的情况相比较，通过在从一方的端部15朝向轴方向到距离(T×0.3)的位置为止的范围的至少一部分的领域中，随着从规定的位置起向一方的端部使横截面积逐渐减少，从而能够获得初期最大荷重的减少效果，且能够抑制碰撞能量吸收量的大幅下降。
另外，与图8所示的例子不同，如图10所示，在此范围中，也可以在从一方的端部15起向轴方向到距离(T×0.3)的位置的范围的至少一部分上，不设置槽部14。
如此，在本实施方式中，为了减少初期最大荷重，并且抑制碰撞能量吸收量的大幅下降，在从一方的端部15向轴方向到距离(T×0.3)的位置为止的范围的全部或一部分上，(1)如图10所示，通过为了达到稳定压曲而不设置槽部14，将此范围的构件设为不稳定压曲以减少初期最大荷重，或者(2)如图8所示，将一方的端部15的横截面积设为另一方的端部16的横截面积的60％，从一方的端部15起在(T×0.3)以下的长度范围内，使此横截面积逐渐增加，将超出此位置的横截面积，设为与另一方的端部16的横截面积相同，通过以上任何一种方法，能够获得降低初期最大荷重的效果，并且能够抑制碰撞能量吸收量的大幅下降。
而且，在图8中，将超出距离(T×0.3)范围的横截面积设定为与另一方的端部的横截面积相同，但也可以不是一定的截面积。
若将这些(1)或(2)的方法在超过构件长度T的30％的范围实施，则会影响到初期压曲以后的压曲，变得不能获得稳定的压曲。换言之，本发明中规定的槽部14，优选设于从在碰撞吸收构件10上冲击荷重作用的一方的端部15的相反的另一方的端部16起到轴方向的70％以上的领域上。
还有，在图8、图10的示例中，虽然在从另一方的端部16起向轴方向70％以上的领域的全域上连续设置了槽部14，但没有必要在此领域的全域上连续设置槽部14，也可以在此领域内断续地设置。
而且，图8所示的(2)中的方法，从图8也可知，在将碰撞吸收构件的轴方向的全长设为T的情况下，只要此碰撞吸收构件的横截面积在距离(T×0.3)的位置为止的范围的至少一部分上比其他部位小，也可以将横截面积构成为急剧或者缓慢地减小。另外，在这些(1)或(2)的方法之外，也可以在距离(T×0.3)的位置为止的范围的至少一部分上，连续或断续地形成作为压坏的起点的焊道。
本实施方式的碰撞吸收构件10，可以通过周知惯用的适当方法制作，不限定采用特定的制造方法。例如，挤压成中空材，通过进行液压成形(hydroform)或辊轧成形等任何一种或多种方法的加工，或者也可以通过对规定厚度的钢板进行卷压、收缩、卷绕或者辊轧成形等任何一种或多种的加工，形成具有多边形的横截面形状的筒体后将适当部分接合形成闭合截面形状。作为此时的接合可以采用例如点焊、铆接或点焊摩擦搅拌接合等断续接合方法，或者电弧(等离子体)、激光或摩擦搅拌接合等连续接合方法。
另外，如果对被成形后的碰撞吸收构件10进行高频淬火、激光淬火、渗碳、氮化等的后处理，则因为能够进一步提高碰撞吸收构件10的强度，所以为优选。还有，如果采用薄厚钢板(tailored blanks)、更加轻量化的薄钢板、铝合金以外的原料等构成本实施例的碰撞吸收构件10，还能够实现构件的高负荷化。
如此，本实施方式的碰撞吸收构件10，不会因为增加隔壁或增加板厚引起重量的增加或导致轴方向上的屈曲，能够向轴方向稳定地蛇腹状地压曲。由此，能够确保规定的碰撞吸收性能。所以，如果将碰撞吸收构件10适用于上述碰撞箱，用连接或焊接等适当的方法安装在前方侧构件的前端，则几乎不会增加车身的重量，能够提高车身的安全性能，并且消解轻度碰撞时对车身的损伤，而达到减少修理费用的目的。
(实施方式2)以下，对实行形态2的碰撞吸收构件10-1进行说明。
本实施方式在构成最大的轮廓的基本截面至少一边的一部分的领域，并且在不包含该边的端点的位置，具有向轮廓的内侧凹进的槽部，这一点上和实施方式1相同。
但是，在本实施方式中，把除过此一部分的领域之外的剩余的领域，与实施方式1的形成直线状不同，而形成具有向轮廓的外侧凸的曲线，或者向轮廓的内侧凹的曲线的形状，对上述实施方式1进行了进一步发展和改良。
所以，在以下的说明中，以和上述第1实施方式相对的不同点为中心进行说明，关于共通的部分的重复说明予以适当省略。
一般情况下，碰撞吸收构件的碰撞性能，被碰撞吸收构件压曲的荷重(压曲荷重)所支配，此压曲的荷重，大概被碰撞吸收构件的横截面上高刚性的顶点压曲变形时的荷重所支配。
另一方面，荷重上升时顶点上被蓄积压缩的应变，到压曲为止顶点上的压缩变形进行。其后，若此顶点的压曲发生，则荷重急剧下降。为了抑制这种荷重的下降，使其发生在相对顶点的压曲小的局部的限定区域里，以及使被形成在顶点之间的面部发生的压曲褶皱，及增长时发生的弯曲变形的变形应力增大都很重要。
因此，为了使压曲时的荷重上升，优选将顶点以外的面部，形成不容易压曲而能够促进压缩变形的形状，扩大压缩变形发生的领域。另外，为了提高弯曲变形时的变形应力，如果在使压曲的褶皱及增长的面部上产生加工硬化，则到压曲发生为止促进压缩变形而能够提高弯曲变形时的变形应力，由此，能够抑制压曲时上述的荷重的急剧下降。
即，在本实施方式中，使剩余的领域形成向轮廓的外侧凸的形状，或者向轮廓的内侧凹的形状的形状的理由，就是提高面部的刚性，到压曲发生为止使此面部上也蓄积压缩应变。由此，通过提高压曲的荷重、蓄积压缩应变(加工硬化)来增加压曲褶皱的发生以及增长时的变形抵抗，能够抑制压曲时的荷重的下降。
但是，根据碰撞吸收构件的横截面形状，通过使剩余领域形成直线状，面部的刚性增高，因此，面部和顶点之间的刚性失衡，有出现顶点的压曲变得不稳定的情况。所以，在剩余的领域上形成曲线状的形状而提高面部的刚性的情况下，优选适用于具有顶点的刚性原本就高的横截面形状的碰撞吸收构件。
图11为表示本实施方式的碰撞吸收构件10-1的横截面的说明图。
在本实施方式中，如图11所示，为了实现顶点(A-L、D-I)间的高性能并且稳定的压曲，而设置槽部14、14，并且对具有向面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)付与了具有各种曲率ρ的曲线形状的横截面形状的碰撞吸收构件10-1进行了FEM解析。
在此FEM解析中，碰撞吸收构件10-1的材料采用了590MPa级的1.0mm厚的钢板，应变速度依存性根据Cowper-Symonds规则进行了考虑。另外，曲率的付与条件，以在图11所示的对象部位中对于顶点(A-L、D-I)间的宽度28mm的面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)，向外侧或内侧形成高度h为0.5～15.0mm的曲线形状的方式而付与曲率，解析了面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)被形成为直线状情况下的碰撞性能。
相对于构件的单位重量，性能以构件长度的70％压坏变位为止的吸收能量比进行了比较。解析所使用的构件的长度T为200mm。各条件之间的比较，对于面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)被形成为直线状的情况相对地进行。结果在图12中以曲线图集中表示。
图12中的曲线图的横轴表示h/X，纵轴Y表示每个单位重量的碰撞性能(％)，在面部被形成为直线状的情况下为100％。另外，此曲线图中，黑色圆形标记表示向面部的外侧设置了凸形状的情况，白色圆形标记表示向面部的内侧设置了凹形状。
从图12可知，通过(h/X)在0.075以下的领域中在内侧设置凹形状，(h/X)在0.075～0.375的领域中在外侧设置凸形状，以及(h/X)在0.26以上的领域中在内侧设置凹形状，能够提高每个单位重量的碰撞性能。
如此，通过向面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)付与曲率，能够进一步使碰撞性能提高。
图13是表示对具有槽部14的碰撞吸收构件10-1的面部付与曲率的情况下的顶点及面部的弹性压曲造成的弯曲状况的模式说明图，图13(a)表示付与向外侧变凸的曲率的情况，图13(b)表示付与向内侧变凹的曲率的情况。
如图13所示，若付与向外侧变凸的曲率，则付与的曲率小的情况下在碰撞的初期截面的扩大变大。因此，与面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)为直线的情况相比较，截面产生向外侧扩大的弹性压曲，在顶点(A-P2)上作用于轴方向的压缩应变量变小，压曲荷重下降。
但是，当付与面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的曲率大到一定的程度时，面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)自身的刚性增高，面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)上的压缩应变也增高，压曲荷重上升。另外，通过将付与面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的凸的高度，用h/X增加到0.075～0.375程度，面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的塑性变形也被促进，因此压曲褶皱的增长时的变形抵抗增高，导致压曲发生后的荷重下降被抑制。由此，面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)与直线的情况相比，碰撞性能提高。
另一方面，如图13(b)所示，当付与向内侧变凹的曲率时，在付与的曲率小的情况下，碰撞的初期时顶点(A～P2)以及面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)各自的弹性压曲的方向不同。由此，顶点(A～P2)的扩展被抑制，能够蓄积更加大的压缩应变。因此，压曲荷重变大，面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)与直线的情况相比，碰撞性能提高。
但是，当付与的曲率进一步变大时，碰撞吸收构件10-1的全体上反复发生的压曲模式变得不稳定，碰撞性能低下。这是因为，付与顶点(A～P2)及面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的凹的高度，通过h/X变大为0.075～0.26的程度，因为包括增长的压曲褶皱在内的压曲变为进展的形态，所以反复发生的压曲变得不稳定，导致碰撞吸收构件10-1整体的碰撞性能的恶化。
然而，将付与的凹的高度，用h/X进一步增大到0.26～0.55的程度时，和付与向外侧变凸的曲率的情况相同，由于面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的塑性变形被促进，使到压曲发生为止的压曲荷重升高，并且压曲褶皱增长时的变形抵抗也增大，所以，也能够抑制压曲发生后的荷重下降，面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)与直线的情况相比，碰撞性能提高。
如本实施方式，通过控制顶点(A-P2)的压曲强度，并且也对面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)付与适度的曲率，能够进一步提高碰撞性能。
而且，付与面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的曲率的最佳值，被认为根据碰撞吸收构件10-1的全体的截面刚性，以及面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的刚性，即面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)的长度而发生变化。
另一方面，以本实施方式的碰撞吸收构件10-1为对象的汽车车身用碰撞吸收构件10-1，因为和其他构件的尺寸的调和的关系，能够适用的截面积存在上限。另外，还有必要考虑形成接合其他构件时的基准平面。
因此，优选将高度h设在50mm以下。
实施例1下面，参照实施例对本发明作进一步的具体说明。
在本例中，为了进一步对上述实施方式1的碰撞吸收构件发的效果进行说明，以下述的要领进行了碰撞试验。
以板厚1.6mm的590MPa级的高张力钢板为原料进行弯折加工形成多边形截面，通过对接合面进行焊接，构成图14所示的具有横截面形状的由筒体组成的碰撞吸收构件10。如图14所示，将被形成的槽部14分割为2个的边的一方的长度设为X5，另一方的长度设为X6，再将槽部14的深度设为d。
而且，使重量为200kgf的锤体从11.9m的高度向碰撞吸收构件10自由落下，使以55km/h的速度向轴方向撞击碰撞吸收构件10，用压电式测压元件测定了碰撞吸收构件10向轴方向的压坏时的变形抵抗。但是，构件长T均设为180mm，比较了130mm压坏为止的吸收能量。
还有，在将此碰撞吸收构件10作为碰撞箱配置在汽车车身的前方侧构件的前端部的情况下进行的碰撞实验中，此碰撞吸收构件10首先压坏，其后前方侧构件压坏。所以，此试验表示出与上述碰撞实验中前半的现象存在好的相关。
在例1到例3中，将图14中所示的宽度a设为130mm，形成上下两边上各自具备一个槽部的形状，内角α设为135°，内角β设为106°。
在例4中，将例1的形状中的内角α设为100°，比内角β(106°)小。另外，在例5中，将宽度a设为130mm，上下两边各具备两个槽部，将内角α设为107°。
在例6中，例1的形状中，不在从被负载冲击荷重的一方的端部起向轴方向30mm长度的范围内设置槽部14。
在例7中，例1的形状中，为了使冲击荷重被负载的一方的端部的截面面积为例1的截面面积的0.6倍，而使截面形状的各个尺寸形成缩小为0.77倍的形状。将此端部的形状和例1的截面形状在轴方向上长度为30mm的范围内圆滑地接合，将以下的部分150mm形成和例1相同的形状。
在例8中，图1的形状中，在从冲击荷重被负载的一方的端部向轴方向80mm的长度的范围内不设置槽部。
作为例9，在一边的长度为35mm的正八边形中，将相对的一组的2个边的长度扩大到119.5mm，形成截面的扁平率为2.0的形状。
各条件以及代表尺寸在表1集中表示。
(长度的单位为mm)

另外，将初期最大荷重以及构件长度的70％压坏为止的能量吸收量在表2中表示。

从表2所示的结果来看，由于设置了适当的槽部，以前不能利用的具有扁平多边形的横截面形状的碰撞吸收构件得以使用。而且，通过将冲击荷重被负荷的一方的端部一侧在适当的范围内变更形状，而可以确认到初期最大荷重的减少。
实施例2在本例中，为了验证实施方式2的碰撞吸收构件10-1的效果，进行了以下的碰撞试验。
用于验证的碰撞吸收构件的构件形状，是图11所示的具有横截面形状的碰撞吸收构件的模型，向图11所示的箭头位置的面部(D-E1、H1-E2、H2-I、L-M1、P1-M2、P2-A)付与曲率ρ，对性能进行了比较。此模型的构件长度T均为200mm。另外，用于此模型的薄钢板的拉伸强度为590MPa级，板厚为1.0mm。
碰撞性能的试验，通过使重量为200kgf的锤体从11.9m的高度自由落下，并以55km/h的速度向碰撞吸收构件的轴方向撞击而进行。而且，通过安装压电式测压元件测定了碰撞吸收构件10向轴方向的压坏时的变形抵抗，通过构件长度的70％到压坏时吸收的能量的大小对碰撞吸收性能的优劣进行了评价。
形状付与的条件以及试验中获得的70％压坏变位为止的能量吸收的结果集中在表3中表示。
表3

如表3集中表示，若与比较例的直线形状的相比，在发明例中，由于向面部付与曲率形状，提高了冲击吸收性能。
发明例所涉及的碰撞时向轴方向压坏的碰撞吸收构件，即使在其压坏过程中的顶点以外的部位即面部上，也能够通过同时提高轴方向的压缩应变的蓄积，和此部位上压曲褶皱形成时的变形应力，而获得出色的冲击吸收性能。
为此，也可以在面部上付与形状(曲率)，使此面部的刚性提高。
另外，若对本发明例的碰撞吸收构件进行激光淬火、渗碳甚至氮化处理，或采用能够适材配置的薄厚钢板、更加轻量化的薄钢板、铝合金以外的材料等构成本例的碰撞吸收构件10，则能够进一步实现构件的高负荷化。
工业上的利用可能性通过本发明提能够供了一种碰撞吸收构件，它不会由于隔壁的追加和板厚的增加而导致重量的增加和轴方向上的屈曲，通过向轴方向稳定地蛇腹状地压曲能够确保规定的冲击吸收量。
权利要求
1.一种碰撞吸收构件，其特征在于，由通过从轴方向的一方的端部起向该轴方向负荷冲击荷重后产生压曲而吸收碰撞能量的筒体组成，所述轴方向的至少一部分的横截面形状，为如下形状，即为具有多个顶点的闭合截面，在此闭合截面的外侧不具备凸缘，并且所述多个顶点中的一部分用直线连接获得的最大轮廓构成的基本截面的至少一边的一部分领域，且在除去该边的端点的位置上，具有向所述截面的内侧凹进的槽部。
2.根据权利要求1所述的碰撞吸收构件，其特征在于，除去了具有所述槽部的所述边的所述一部分的领域的所述边的剩余的领域，形成为直线状。
3.根据权利要求1所述的碰撞吸收构件，其特征在于，除去了具有所述槽部的所述边的所述一部分的领域的所述边的剩余的领域，形成为曲线状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的碰撞吸收构件，其特征在于，所述槽部，在将具有该槽部的所述边的宽度设为a，将一个所述槽部的开口宽度设为Wi，将所述碰撞吸收构件的板厚设为t，将设置在所述边上的所述槽部的个数设为n，将被设置在所述边上的n个被所述槽部分割剩下的(n+1)个剩余的领域的各自的宽度设为Xj的情况下，能够满足下述的(1)和(2)两个公式，4t＜Wi＜65ti＝1、n ·····(1)4t＜Xj＜65tj＝1、n+1·····(2)其中，∑Wi+∑Xj＝a，且∑Wi为宽度a的边上形成的槽部的开口宽度Wi的总和，槽部的开口宽度，为宽度a的边和槽部的轮廓线的2个交点之间的距离，∑Xj为所述宽度Xj的总和。
5.根据权利要求1或权利要求4所述的碰撞吸收构件，其特征在于，在将所述碰撞吸收构件的轴方向的全长设为T的情况下，不将所述槽部设置在从所述一方的端部起向所述轴方向距离(T×0.3)的位置为止的范围的全部或一部内。
6.根据权利要求1或权利要求4所述的碰撞吸收构件，其特征在于，在将所述碰撞吸收构件的轴方向的全长设为T的情况下，改碰撞吸收构件的横截面面积，在从所述一方的端部起向所述轴方向距离(T×0.3)的位置为止的范围的至少一部分上，比其它的部位小。
7.根据权利要求1或权利要求4所述的碰撞吸收构件，其特征在于，具有所述槽部的宽度(a)的边和所述槽部的轮廓线的交点的内角(α)在所述边的端点的内角(β)以上。
8.根据权利要求1所述的碰撞吸收构件，其特征在于，所述槽部的截面形状，为梯形形状、具有曲线的形状、三边形形状或四边形形状以及将这些形状两个以上组合而成的形状。
9.根据权利要求1或权利要求4所述的碰撞吸收构件，其特征在于，通过受到所述冲击荷重进行压曲，而蛇腹状地变形。
全文摘要
本发明涉及一种碰撞吸收构件，由通过从轴方向的一方的端部起向此轴方向被负荷冲击荷重后产生压曲而吸收碰撞能量的筒体组成。轴方向的至少一部分的横截面形状为具有多个顶点的闭合截面，是此闭合截面的外侧不具备凸缘，并且在多个顶点中的一部分用直线连接获得的轮廓所形成的基本截面的至少一边的一部分领域，且在除过此边的端点的位置上，具有向此轮廓的内侧凹进的槽部的形状。因此，不会由于隔壁的追加或板厚的增加引起重量增加，通过不向轴方向屈曲，稳定地压曲能够确保规定的碰撞吸收量。
文档编号F16F7/12GK1856672SQ20048002787
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 : 【 5588429 】

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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田村宪司丨中泽嘉明丨吉田经尊丨高木胜利丨加纳光寿丨住友金属工业株式会社丨丰田铁工株式会社

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