保险杠梁 【技术领域】
本发明涉及一种安装在汽车车身上的保险杠梁 (bumper beam)。背景技术 目前, 安装在汽车车身上的汽车用保险杠梁大多采用 980MPa 级的钢板, 且形成为 与其长度方向正交的截面呈 B 字形。此处, 在本说明书中所谓 “B 字形” 是指 : 具有在该截 面上沿特定方向延伸的基准壁以及从该基准壁向相对于该基准部分正交的方向鼓出且在 内侧形成空间的一对鼓出部的形状。
汽车用保险杠梁的主要作用是 : (i) 当与冲撞对象冲撞时, 自身变形, 通过自身吸 收冲撞时的冲击能量, 以及 (ii) 冲撞时, 将冲击载荷传递给车身左右的侧围, 通过使侧围 变形, 可以将冲撞时的能量由侧围吸收。即, 保险杠梁被设计成通过使侧围吸收冲击能量, 从而抑制汽车的驾驶室的变形, 保护乘员免受冲击。
关于这种保险杠梁的具体构造, 公知有各种现有技术。
例 如 专 利 文 献 1 公 开 了 一 种 汽 车 的 保 险 杠 的 支 承 体, 其具有加强件 (reinforcement) 和发泡材料, 加强件呈 B 字形截面, 且具有上侧筒部以及下侧筒部, 发泡 材料被填充于上述各个筒部。在该支承体中, 通过所述发泡材料的填充来实现轻量化以及 防止所述加强件的压曲。
专利文献 2 公开了一种保险杠主梁, 其具有构成 B 字形截面的上部壁、 上部侧中间 片、 下部壁以及下部侧中间片, 其中, 该上部壁以及下部侧中间片朝向下方倾斜, 下部壁以 及上部侧中间片朝向上方倾斜。 在该结构中, 在车辆冲撞时, 主梁的上部壁以及下部壁呈蛇 腹状压曲, 由此, 对于冲撞的车辆的乘员以及被冲撞的车辆的人员的安全性提高。
专利文献 3 公开了一种汽车用保险杠的后梁, 其中, 其具备 : 两个中空部件 ; 多个 托架, 所述多个托架相互连结使得所述中空部件构成 B 字形截面 ; 以及加强部件, 其是所述 中空部件彼此的连结部分, 对比较脆弱的中央部分进行局部加强。
专利文献 4 公开了一种汽车用保险杠加强件, 其具有构成中空矩形截面的辐板 (Web) 和压缩凸缘以及拉伸凸缘。在该加强件中, 所述辐板中比中立轴 (neutral axis) 更 靠压缩凸缘一侧的部分的壁厚被设定得大于拉伸凸缘侧的壁厚, 从而可以提高整体的弯曲 强度。
专利文献 5 公开了一种具有三根肋的保险杠加强件。所述肋中的、 中间肋的板厚 被设定得大于其他肋的板厚, 由此, 防止三根肋压曲时的能量吸收能力的下降。
专利文献 6 公开了一种具有相互平行配置的一对凸缘的构造部件。在该构造部件 中, 在上述两凸缘中承受弯曲载荷时被拉伸一侧的凸缘 ( 相对于被压缩的一侧的凸缘被配 置在相反侧的凸缘 ) 的表面设有 FRP 材料, 且上述的被压缩的一侧的凸缘的宽度和厚度之 比在 12 以下, 这样提高构造部件的能量吸收量。
专利文献 7 公开了一种具有钢管及插入于该钢管中的加强管的复合构造部件。所 述加强管具有沿所述钢管的内壁的外侧形状, 且在该加强管的内部形成有肋。 由此, 可以得
到足够的强度。
专利文献 8 公开了一种具有中空部件以及插入于该中空部件内部的填充材料的 填充构造体。所述填充材料的能量吸收性能优越, 并被固定于所述中空部件的内部。在该 填充构造体中, 确保良好的耐腐蚀性。
专利文献 9 公开了一种由强度不同的多个部件构成的车身构造部件。在该车身构 造部件中, 使各部件的强度具有差异, 这会在车身构造部件上产生扭转力矩, 使弯曲载荷分 散到其他部件上。因此, 车身构造部件的能量吸收效率提高。
专利文献 10 公开了一种具有保险杠加强材料的保险杠梁。所述保险杠加强材料 具有中空部, 在该中空部内配置溃坏变形防止体。该溃坏变形防止体抑制保险杠加强材料 的压曲变形, 提高冲击能量的吸收能力。
以上所述的现有的构造部件在作为保险杠梁使用时, 存在下面的问题。
在杆状物体高速冲撞到车身的前后时, 对汽车用保险杠梁要求高的弯曲强度。 即, 即使在杆状物体冲撞到汽车用保险杠梁上时, 也要求在自身并不会较大变形的情况下将载 荷传递给侧围。
但是, 在钢制的汽车用保险杠梁中, 有如下问题 : 截面性能未被充分发挥出来, 在 弯曲强度的提高上存在限度。截面性能未被充分发挥出来的原因在于 : 存在 (i) 凸缘 ( 上 下延伸的壁部 ) 的弯曲, 以及 (ii) 辐板 ( 前后延伸的壁部 ) 的压缩压曲。
另一方面, 保险杠的弯曲强度希望能够在尽可能不增加保险杠重量的情况下得到 提高。
例如, 关于上述 (ii) 的问题, 辐板的压曲载荷 (buckling load) 与材料的杨氏模 量以及板厚的三次幂成正比, 因此, 为了抑制辐板的压曲, 相比于使材料的强度提高, 更有 效的是使板厚增加, 但是, 板厚的增加会导致保险杠梁整体重量的显著增加。 尤其对于通过 滚压成型制造的钢制汽车用保险杠梁, 由于保险杠梁整体的板厚均匀, 所以辐板的板厚的 增加会与其成正比地使梁整体的重量增加。 因此, 无法期望每单位重量的 ( 相对于压曲的 ) 耐久性能的显著提高。进而, 近年来还存在着为了削减二氧化碳排放量而要求车辆整体轻 量化的背景。
另外, 在汽车用保险杠梁的内部安装加强材料 ( 附加物 ) 在制造上困难大, 大加强 材料的使用会导致重量显著增加以及成本上升。 另一方面, 以轻量化为目的而将 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 用作保险杠梁的构成材料时, 防止梁的压缩压曲几乎是无指望的。
专利文献 1 : 日本特开平 11-334500 号公报
专利文献 2 : 日本特开 2006-218904 号公报
专利文献 3 : 日本特开 2005-8146 号公报
专利文献 4 : 日本特开平 11-059296 号公报
专利文献 5 : 日本特开 2004-148915 号公报
专利文献 6 : 日本特开 2003-129611 号公报
专利文献 7 : 日本特开 2003-312404 号公报
专利文献 8 : 日本特开 2005-88651 号公报
专利文献 9 : 日本特开 2006-248336 号公报
专利文献 10 : 日本特开 2000-52897 号公报发明内容 本发明的目的在于提供一种将重量增加抑制在最小限度, 并且可以提高弯曲强度 的保险杠梁。
本发明的第一侧面的保险杠梁, 安装于车身的前部或后部, 并沿基准线延伸, 其具 有梁主体和金属制的第一加强板, 梁主体由金属制的板材构成, 并沿所述基准线延伸, 第一 加强板沿所述基准线延伸, 并安装于所述梁主体。 而且, 在垂直于所述基准线的至少一个截 面中, 所述第一加强板呈线状延伸, 所述梁主体包括一对围成内部空间并从所述第一加强 板向与之交叉的方向鼓出的鼓出部。
进而, 所述梁主体以及所述第一加强板满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E2/ρ23)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E2 : 第一加强板的杨氏模量
ρ2 : 第一加强板的密度
本发明的第二侧面的保险杠梁安装于车身的前部或后部, 并沿基准线延伸, 其具 有梁主体和金属制的第二加强板, 梁主体由金属制的板材构成, 并沿所述基准线延伸, 第二 加强板沿所述基准线延伸, 并安装于所述梁主体。 而且, 在垂直于所述基准线的至少一个截 面中, 所述梁主体包括呈线状延伸的基准壁以及一对围成内部空间并从所述基准壁向与之 交叉的方向鼓出的鼓出部, 各鼓出部具有向相对于所述基准壁交叉的方向延伸的外侧壁部 以及在比该外侧壁部更靠近另一鼓出部的位置向相对于所述第一加强板交叉的方向延伸 的内侧壁部, 所述外侧壁部以及内侧壁部沿所述基准壁排列配置。在两外侧壁部以及两内 侧壁部之中的至少一个上以与其平行的姿势安装所述第二加强板。
进而, 所述梁主体以及所述第二加强板满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E2/ρ23)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E3 : 第二加强板的杨氏模量
ρ3 : 第二加强板的密度
附图说明
图 1 是本发明的第一实施方式的保险杠梁的截面图, 且是表示图 22 的 I-I 线的截 面的图 ;
图 2 是本发明的第二实施方式的保险杠梁的截面图 ;
图 3 是表示基于三点弯曲解析的最大弯曲力矩的模拟结果的坐标图 ;
图 4 是本发明的第三实施方式的保险杠梁的截面图 ;
图 5 是本发明的第四实施方式的保险杠梁的截面图 ;
图 6 是本发明的第五实施方式的保险杠梁的截面图 ;
图 7 是表示基于三点弯曲解析的最大弯曲力矩的模拟结果的坐标图 ;图 8 是第一变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 9 是第二变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 10 是第三变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 11 是第四变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 12(a) 是本发明的第六实施方式的保险杠梁的截面图, 图 12(b) 是其第一变形 例的保险杠梁的截面图 ;
图 13(a) 是第二变形例的保险杠梁的截面图 ; 图 13(b) 是第三变形例的保险杠梁 的截面图, 图 13(c) 是第四变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 14 是第五变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 15 是本发明的第七实施方式的保险杠梁的截面图 ;
图 16 是用于评价压曲载荷的样品的截面图 ;
图 17 是表示对于所述样品的试验结果的坐标图 ;
图 18 是本发明的第八实施方式的保险杠梁的截面图 ;
图 19 是表示保险杠梁的弯曲强度的评价结果的坐标图 ;
图 20(a) 是所述第八实施方式的第一变形例的保险杠梁的截面图 ;
图 20(b) 是图 20(a) 中由圆 20B 围起来的部分的放大图 ; 图 21 是所述第八实施方式的第二变形例的保险杠梁的截面图 ; 图 22 是所述第一实施方式的梁主体的立体图。具体实施方式
【第一实施方式】
对于本发明的第一实施方式的保险杠梁 1 接合图 1 和图 22 进行说明。图 1 是本 发明的第一实施方式的保险杠梁 1 的截面图。另外, 图 22 是第一实施方式的梁主体的立体 图。而且, 图 1 的截面是保险杠梁 1 的至少一个截面 ( 相对于基准线 W 垂直的截面中的至 少一个 ), 图 1 表示图 22 的 I-I 线的截面。
而且, 后述的图 2、 4、 5、 6、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 18、 20 以及 21 所示的各截面, 与图 1 同样, 相当于图 22 的 I-I 线的截面。
( 保险杠梁的构成 )
如图 1 所示, 保险杠梁 1 具有 B 字形的截面, 包括由钢制的板材制成的梁主体 2 以 及由铝系材料 ( 铝或者铝合金 ) 制成的加强板 3。如图 22 所示, 梁主体 2 具有的形状是沿 虚线表示的基准线 W 延伸, 俯视时呈弯曲的弓形的形状。基准线 W 的方向与宽度方向 C( 左 右方向, 参考图中箭头 C 方向 ) 大致一致。更详细地说, 基准线 W 相对于宽度方向弯曲。图 1 表示相对于基准线 W 垂直的截面, 但该截面也可以说是相对于宽度方向 C 大致垂直的截 面。
加强板 3 相当于本发明的第一加强板, 其沿梁主体 2 配置。该加强板 3 也与梁主 体 2 同样, 具有俯视时呈弯曲的弓形的形状。
通过以覆盖保险杠梁 1 的方式在该保险杠梁 1 上安装合成树脂制的保险杠盖 ( 未 图示 ), 形成保险杠组装体。
该实施方式的保险杠梁 1 安装于车身的前部。具体地说, 所述梁主体 2 通过焊接被安装到在车身左右的位置沿车身前后延伸的梁部件即侧围 S( 图 22) 上。
在以下说明中, 将车身前后方向 B( 参考图中箭头 B) 之中的前侧称为 B2 侧, 将后 侧称为 B1 侧。B2 侧相当于沿前后方向 B 靠近车身一侧 ( 车身侧 ), B1 侧相当于沿前后方 向 B 远离车身的一侧。另外, 车身上下方向 A( 参考图中箭头 A 方向 ) 中上侧作为 A1 侧, 将 下侧作为 A2 侧。另外, 以下说明中的 “冲撞方向” 是图 1 等中箭头 D 表示的方向, 且是假设 冲撞对象和车身在前后方向上冲撞的情况下的冲撞对象的相对行进方向。即, 以下说明中 的冲撞方向 D 是与前后方向一致的方向。
( 梁主体 )
梁主体 2 由板材构成, 并形成为相对于基准线 W 垂直的截面呈 B 字形。具体地说, 该梁主体 2 具有第一壁 ( 中央凸缘 )2j、 第二壁 ( 内侧辐板 )2k、 第三壁 ( 后侧凸缘 )2m、 第 四壁 ( 外侧辐板 )2a、 第五壁 ( 内侧辐板 )2e、 第六壁 ( 后侧凸缘 )2d、 第七壁 ( 外侧辐板 )2c 以及第八壁 ( 前侧凸缘 ; 基准壁 )2b 这各个壁部, 并且沿着基准线 W 延伸。
第一壁 2j 位于上下方向 A 的中央, 且沿该上下方向 A 延伸。第二壁 2k 从第一壁 2j 的上端沿与其正交的前后方向 B 延伸向 B2 一侧 ( 靠近车身一侧 )。第三壁 2m 从第二壁 2k 的车身侧 (B2 侧 ) 的端部沿上下方向 A 延伸向上侧。第四壁 2a 从第三壁 2m 的上端沿前 后方向 B 延伸向 B1 侧 ( 延伸向远离车身一侧 )。 第五壁 2e 从第一壁 2j 的下端沿前后方向 B 延伸向 B2 侧。第六壁 2d 从第五壁 2e 的车身侧的端部延伸向下方。第七壁 2c 从第六壁 2d 的下端沿前后方向 B 延伸向 B1 侧。
第八壁 2b 沿上下方向 A 延伸, 对第四壁 2a 的 B1 侧的端部和第七壁 2c 的 B1 侧的 端部进行连结。
第一壁 2j 以及第八壁 2b 以各自的表面彼此密接的方式通过焊接而被形成一体。 另外, 构成梁主体 2 的各个壁部沿基准线 W 延伸 ( 参考图 22)。
在本实施方式中, 第一壁 2j、 第三壁 2m、 第六壁 2d 以及第八壁 2b 相对于前后方向 B 正交, 第二壁 2k、 第四壁 2a 第五壁 2e 以及第七壁 2c 相对于前后方向 B 平行 ( 相对于上下 方向 A 正交 )。将相对于前后方向 B 正交的壁部作为凸缘, 另外, 将平行于前后方向 B 的壁 部作为辐板, 此时, 第一壁 2j、 第三壁 2m、 第六壁 2d 以及第八壁 2b 相当于凸缘, 第二壁 2k、 第四壁 2a、 第五壁 2e 以及第七壁 2c 相当于辐板。
第四壁 2a 以及第七壁 2c 是与冲撞方向平行的外侧的辐板。另外, 第五壁 2e 以及 第二壁 2k 是与冲撞方向平行的内侧的辐板。 第一壁 2j 对第五壁 2e 和第二壁 2k 进行连结。 第八壁 2b 位于箭头 D 表示的冲撞方向的上游侧, 第八壁 2b 的 B1 侧的面构成冲撞面 ( 与冲 撞方向正交的面 )。
在该实施方式中, 梁主体 2 中的各凸缘以及各辐板的板厚是 1.4mm。另外, 构成梁 3 主体 2 的钢材的杨氏模量是 21000MPa, 密度是 7874kg/m 。
在垂直于基准线 W 的任意的截面中, 所述加强板 3 沿上下方向 A 延伸。所述第四 壁 2a、 第三壁 2m 以及第二壁 2k 构成上侧鼓出部 2t, 上侧鼓出部 2t 相比于所述第一壁 2j 位于上侧, 并从所述加强板 3 向前后方向 B 的 B2 侧鼓出, 第五壁 2e、 第六壁 2d 以及第七壁 2c 构成下侧鼓出部 2s, 下侧鼓出部 2s 相比于所述第一壁 2j 位于下侧并且从所述加强板 3 向前后方向 B 的 B2 侧鼓出。各鼓出部 2t、 2s 在其内侧围成内部空间。
第四壁 2a 以及第七壁 2c 分别构成鼓出部 2t、 2s 的外侧壁部 ( 在梁主体 2 的两外
侧从加强板 3 向与其正交的方向延伸的壁部 ), 第二壁 2k 以及第五壁 2e 分别构成鼓出部 2t、 2s 的内侧壁部 ( 在比外侧壁部更靠近另一鼓出部的位置从加强板 3 向与其正交的方向 延伸的壁部 )。这四个壁部 ( 第四壁 2a、 第二壁 2k、 第五壁 2e 以及第七壁 2c) 沿相对于加 强板 3 交叉的方向即前后方向 B 延伸, 并沿上下方向 A 排列。
另外, 在表示垂直于基准线 W 的截面的图 1 中, 各壁部如下所示。
第二壁 2k 从第一壁 2j 的一端 (A1 侧的端部 ) 沿与第一壁 2j 交叉的方向 ( 前后 方向 B) 延伸。第三壁 2m 从第二壁 2k 的 B2 侧的端部 ( 与第一壁 2j 相反一侧的端部 ) 沿 与第二壁 2k 交叉的方向延伸。第三壁 2m 从第二壁 2k 的 B2 侧的端部向 A1 侧 ( 相对于第 二壁 2k 而言与第一壁 2j 相反一侧 ) 延伸。第四壁 2a 从第三壁 2m 的 A1 侧 ( 与第二壁 2k 相反一侧 ) 的端部沿与第三壁 2m 交叉的方向延伸。第四壁 2a 从第三壁 2m 的 A1 侧的端部 向 B1 侧 ( 相对于第三壁 2m 而言第二壁 2k 的一侧 ) 延伸。
第五壁 2e 从第一壁 2j 的另一端 (A2 侧的端部 ) 沿与第一壁 2j 交叉的方向延伸。 另外, 第五壁 2e 从第一壁 2j 的 A2 侧的端部向 B2 侧 ( 相对于第一壁 2j 而言与第二壁 2k 相同的一侧 ) 延伸。第六壁 2d 从第五壁 2e 的、 B2 侧 ( 与第一壁 2j 相反一侧 ) 的端部, 沿 与第五壁 2e 交叉的方向延伸。第六壁 2d 从第五壁 2e 的 B2 侧的端部向 A2 侧 ( 相对于第 五壁 2e 而言与第一壁 2j 相反一侧 ) 延伸。第七壁 2c 从第六壁 2d 的、 A2 侧 ( 与第五壁 2e 相反一侧 ) 的端部沿与第六壁 2d 交叉的方向延伸。第七壁 2c 从第六壁 2d 的、 A2 侧的端 部向 B1 侧 ( 相对于第六壁 2d 而言第五壁 2e 的一侧 ) 延伸。
第八壁 2b 构成基准壁。即, 沿着与加强板 3 平行的方向即上下方向 A 延伸, 一边 堵塞所述各鼓出部 2t、 2s 的内侧的内部空间, 一边将作为外侧壁部的第四壁 2a 的端部中与 所述第三壁 2m 相反一侧的端部和同样作为外侧壁部的第七壁 2c 的端部中与所述第六壁 2d 相反一侧的端部连结起来。另外, 第八壁 2b 沿着第一壁 2j 延伸的方向延伸。
( 加强板 )
加强板 3 沿基准线 W 延伸, 在相对于基准线 W 正交的任意截面中沿上下方向 A 延 伸, 并且以相对于前后方向 B 垂直的方式安装在梁主体 2 上。加强板 3 安装于梁主体 2 的 B1 侧的端部 ( 远离车身一方的端部 )。具体地说, 加强板 3 配置于梁主体 2 的冲撞面侧 (B1 侧 ), 并且以各个表面彼此密接的方式通过焊接而安装于所述梁主体 2 的第八壁 2b。
该实施方式的加强板 3 安装在第八壁 2b 的前表面的整体上, 由此, 对第八壁 2b 进 行加强。即, 本实施方式的加强板 3 作为梁主体 2 的加强材料、 尤其作为第八壁 2b 的加强 材料起作用。该实施方式的加强板 3 的板厚是 2.0mm。构成加强板 3 的铝系材料的杨氏模 量是 6900MPa, 密度是 2700kg/m3。而且, 加强板 3 并不限定于铝系材料, 还可以由其他金属 材料形成。
另外, 在表示垂直于基准线 W 的截面的图 1 中, 加强板 3 沿第一壁 2j 延伸的方向 ( 上下方向 A) 呈线状延伸, 且在垂直于第一壁 2j 的方向 ( 前后方向 B) 上, 加强板 3 被安装 于梁主体 2 的、 B1 侧 ( 与第三壁 2m 及第六壁 2d 相反一侧 ) 的端部。
【第二实施方式】
下面, 对于本发明的第二实施方式的保险杠梁 21 结合图 2 进行说明。而且, 对于 与上述实施方式相同的部分, 在图中标注相同的符号, 省略其说明。图 2 是第二实施方式的 保险杠梁 21 的截面图。以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述实施方式同样的事项省略其说明。
该实施方式的保险杠梁 21 也具备梁主体 22 和加强板 3。如图 2 所示, 梁主体 21 虽然形成为截面呈 B 字形, 但与上述梁主体 2 不同, 本实施方式的梁主体 22( 相当于上述的 梁主体 2) 上未设置第八壁 2b, 第四壁 2a 以及第七壁 2c 的各自的 B1 侧的端部是自由端。 这些端部的根部分弯曲, 构成从所述第四壁 2a 以及该第七壁 2c 的另一部分朝向内侧突出 的突出部 2f。第四壁 2a 以及第七壁 2c 的各个突出部 2f 分别朝向下侧 (A2 侧 ) 以及上侧 (A1 侧 ) 突出。而且, 加强板 3 以表面彼此密接的方式通过焊接而安装于所述两突出部 2f 的、 B1 侧的面。
加强板 ( 第一加强板 )3 的 B1 侧的面构成冲撞面。在该保险杠梁 21 中, 加强板 3 作为梁主体 2 的第八壁 2b 的替代部件起作用, 并作为梁主体 22 整体的加强材料起作用。
( 关于杨氏模量以及密度 )
下面, 对于第一实施方式以及第二实施方式中的杨氏模量以及密度的关系进行说 明。在此, 作为代表例, 说明保险杠梁 21 的构造。
现在设梁主体 22 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 22 的密度为 ρst, 设加强板 3 的杨 氏模量为 E2, 设加强板 3 的密度为 ρ2。在保险杠梁 21 中, Est、 E2、 ρst 以及 ρ2 满足下述式 (1) 所示的条件。换言之, 选择作为梁主体 22 的材料的钢材以及作为加强板 3 的材料的铝 系材料, 以满足该条件。 Est/ρst3 < E2/ρ23… (1)
以下, 说明按照式 (1) 选择各材料的理由。 当假设加强板 3 的压曲长度 (buckling length) 一定时, 若设加强板 3 的板厚为 t, 设加强板 3 的杨氏模量为 E, 则加强板的压曲载 荷 Pcr 以下述式 2 表示。
Pcr ∝ E·t3… (2)
根据式 (2), 当设梁主体 22 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 22 的板厚为 tst, 设加强板 3 的杨氏模量为 E2, 设加强板 3 的板厚为 t2 时, 通过满足下述的式 (3) 的关系, 对梁主体 22 有效地进行加强。
Est·tst3 < E2·t23… (3)
另一方面, 关于某种材料的重量 W, 当设材料的密度为 ρ 时, 其以下述式 (4) 表示。
W ∝ ρ·t … (4)
在此, 为了使梁主体 22 的 “被安装部位” 的重量与加强板 3 的重量变相同, 在设置 加强板 3 时, 满足下述的式 (5) 的关系。而且, 被安装部位的面积和加强板的面积相同。
ρst·tst = ρ2·t2 … (5)
在此, 所谓 “被安装部位” 是指 : (i) 如第一实施方式那样加强板 3 作为基准壁即第 八壁 2b 的加强材料而安装于该第八壁 2b 上时, 指该第八壁 2b。相对于此, (ii) 如第二实 施方式那样实际不存在第八壁 2b, 作为该第八壁 2b 的替代部件起作用时 ( 参考第二实施方 式 ), 假想决定一个相当于厚度与第一壁乃至第七壁相同的第八壁的基准壁, 该假想壁相当 于所述被安装部位。
从该式 (5) 以及所述式 (3) 导出上述式 (1) 的关系。因此, 只要用满足式 (1) 的 条件的材料来对梁主体 22 的 B1 侧进行加强, 就能够有效提高每单位重量的压曲载荷 (Pcr/ W)。
进而, 对于所述各实施方式进行具体说明。
(i) 在加强板 3 作为第八壁 2b 的加强材料起作用的第一实施方式中, 例如在重量 与 “第八壁 2b” 大致相同的加强板 3 被安装于梁主体 2 的情况下, 第八壁 2b 以及加强板 3 的重量是第八壁 2b 的重量的大约 2 倍, 另一方面, 第八壁 2b 以及加强板 3 的压曲载荷比第 八壁 2b 的压曲载荷的 2 倍大。
(ii) 在加强板 3 作为第八壁 2b 的替代部件起作用的第二实施方式中, 例如, 在重 量与 “第八壁 2b” 大致相同的加强板 3 被安装于梁主体 22 的情况下, 与由梁主体 22 以及加 强板 3 构成的保险杠梁 21 的前壁相当的加强板 3 的重量, 与相当于梁主体 2 前壁的第八壁 2b 大致相同, 另一方面, 加强板 3 的压曲载荷比梁主体 2 的第八壁 2b 的压曲载荷大。
在上述的两个实施方式中, Est = 21000MPa、 E2 = 6900MPa、 ρst = 7874kg/m3、 ρ2 3 = 2700kg/m 。
由于
Est/ρst3 = 4.30×10^(-8)[MPa·m/kg3]
E2/ρ23 = 3.51×10^(-7)[MPa·m/kg3]
所以满足式 (1) 的条件。
而且, 保险杠梁只要至少满足式 (1) 所示的条件即可, 并不一定必须满足式 (5) 所 示的条件。
( 弯曲力矩的模拟结果 )
下面, 对于保险杠梁的弯曲力矩的评价结果进行说明。在此, 对于五种保险杠梁 ( 板厚互不相同的钢单体的保险杠梁、 凸缘钢加强的保险杠梁、 凸缘铝加强 (1) 的保险杠 梁、 凸缘铝加强 (2) 的保险杠梁 ), 通过三点弯曲解析算出最大弯曲力矩。
所谓 “钢单体的保险杠梁” 是不具有加强板 3 的保险杠梁、 相当于梁主体 2。所谓 “凸缘钢加强的保险杠梁” 是在图 1 所示的保险杠梁 1 中, 加强板 3 是钢制的。所谓 “凸缘 铝加强 (1) 的保险杠梁” 是指第一实施方式的保险杠梁 1, 所谓 “凸缘铝加强 (2) 的保险杠 梁” 是指图 2 所示的第二实施方式的保险杠梁 21。而且, 三点弯曲解析是分别以第六壁 2d 的中央部以及第三壁 2m 的中央部为支点, 且以加强板 3 的中央部为载荷点进行的。
在此, 保险杠梁 1 以及保险杠梁 21 可以看作是其两端 ( 在宽度方向 C 上的两端 ) 附近的部位被侧围支承的梁。 因此, 相对于冲撞时保险杠梁承受的载荷, 加强材料通过弯曲 的作用 ( 弯曲作用为支配性的状态下 ) 阻抗。因此, 保险杠梁可负担 ( 可耐久 ) 的最大弯 曲力矩越大, 保险杠梁的弯曲强度越高。
在此, 作为构成梁主体 2 以及梁主体 22 的板材, 采用屈服强度 (Yp) 是 1200MPa 的 1470MPa 级钢板, 作为加强板 3, 采用屈服强度 (Yp) 是 310MPa 的 7000 系铝合金。构成梁主 体的钢板的屈服强度以及板厚、 以及构成加强板的铝系材料的屈服强度以及板厚如表 1 所 示。
【表 1】
将基于所述三点弯曲解析的最大弯曲力矩的模拟结果做成坐标图在图 3 表示。在 图 3 的坐标图中, 横轴表示以板厚 1.4mm 的钢材的重量为基准 (1.0) 的重量比, 纵轴表示以 板厚 1.4mm 的钢材的最大弯曲力矩 ( 压曲时的弯曲力矩 ) 为基准的最大弯曲力矩比。 另外, 在图 3 中, 表示关于钢单体的结果的两点之中重量比为 1.43 的是表示关于板厚 2.0mm 的保 险杠梁的结果。从图 3 的坐标图可知, 关于板厚 1.4mm 的钢单体的保险杠梁 ( 以下称为保险杠梁 BS), 通过使钢板的板厚从其的 1.4mm 向 2.0mm 增加, 最大弯曲力矩变大, 另外, 保险杠梁整 体的重量增大。另外, 在凸缘钢加强的保险杠梁中, 可知由于第八壁 2b 被钢板加强, 所以与 保险杠梁 BS 相比, 最大弯曲力矩比变大 ( 弯曲力矩比 : 约 1.2), 保险杠梁整体的重量也相 应增大钢板的量 ( 重量比 : 约 1.25)。
另外, 从图 3 的坐标图可知, 在凸缘铝加强 (1) 的保险杠梁 1 中, 由于第八壁 2b 被 加强板 3 加强, 所以与保险杠梁 BS 相比, 最大弯曲力矩比变大 ( 弯曲力矩比 : 约 1.1), 保险 杠梁整体的重量也相应增大加强板 3 的量 ( 重量比 : 约 1.08)。
相对于此, 在凸缘铝加强 (2) 的保险杠梁 21 中, 可知由于未设置第八壁 2b, 因此与 保险杠梁 BS 相比, 重量减小 ( 重量比 : 约 0.91), 但对于最大弯曲力矩比而言, 和保险杠梁 BS 等同 ( 弯曲力矩比 : 约 1.05)
如上所述, 通过在由钢形成的梁主体的 B1 侧固定由铝或钢材形成的加强板, 从而 有效地对保险杠梁进行加强。另外, 梁主体以及加强板的杨氏模量以及密度满足式 (1) 所 示的条件就可以在将重量增加抑制在最小限度的同时可以使弯曲强度提高。
( 本实施方式的概要 )
再次说明第一实施方式以及第二实施方式的保险杠梁的概要。在此, 作为代表性 的构造, 对于图 2 所示的保险杠梁 21 进行说明。保险杠梁 21 是安装于车身前部并沿基准 线 W 延伸的部件, 其具有 : 由钢制的板材形成且沿基准线 W 延伸的梁主体 22 ; 沿基准线 W 延 伸且安装于梁主体 22 上的铝制的加强板 ( 第一加强板 )3。
在该保险杠梁 21 的垂直于基准线 W 的任意截面内, (a) 所述加强板 3 呈线状延伸, (b) 所述梁主体 22 具有围成内部空间且同时从所述加强板 3 向与其交叉的方向鼓出的上侧 鼓出部 2t 以及下侧鼓出部 2s。即, 该截面呈 B 字形。而且, 梁主体 22 以及加强板 3 满足下 述条件。
(Est/ρst3) < (E2/ρ23)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E2 : 加强板的杨氏模量
ρ2 : 加强板的密度
在该保险杠梁 21 中, 通过在所述梁主体 22 的前部配置由铝系材料形成的加强板 3, 从而对梁主体 22 进行加强。另外, 梁主体 22 以及加强板 3 的杨氏模量以及密度满足上 述条件就可以在将保险杠梁 21 的重量增加抑制在最小限度的同时可以使保险杠梁 21 的弯 曲强度提高。 换言之, 只要按照满足上述条件的方式来制造保险杠梁, 就能够在将保险杠梁 21 的重量增加抑制在最小限度的同时可以使保险杠梁 21 的弯曲强度提高。该制造方法包 括在梁主体 22 上安装加强板 3 的安装工序。
【第三实施方式】
下面, 结合图 4 对于本发明的第三实施方式的保险杠梁 31 进行说明。而且, 对于 与上述实施方式相同的部分, 在图中标注相同的符号, 省略其说明。图 4 是第三实施方式的 保险杠梁的截面图。 以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述实施 方式同样的事项省略其说明。
( 保险杠梁的构成 )
保险杠梁 31 具有钢制的板材构成的梁主体 32 以及铝制的加强板 ( 第一加强 板 )33。如图 4 所示, 保险杠梁 31 形成为截面呈 B 字形。本实施方式的梁主体 32( 相当于 上述的梁主体 2) 与梁主体 22 同样, 不具有第八壁 2b。另外, 在第四壁 2a 以及第七壁 2c 的 各自的 B1 侧的端部形成有呈直线突出的突出部 2g。第四壁 2a 以及第七壁 2c 的两个突出 部 2g 分别朝向上方以及下方、 并且朝向 B 1 侧突出。即, 两个突出部 2g 相对于前后方向 B 以及上下方向 A 双方倾斜。而且, 加强板 33 安装于两个突出部 2g 的、 B1 侧的前端。
加强板 33 是通过对铝系材料进行挤压成形而形成的, 加强板 33 的 B1 侧的面构成 冲撞面。在保险杠梁 31 中, 加强板 33 作为图 1 所示的梁主体 2 的第八壁 2b 的替代部件起 作用, 并且作为梁主体 32 的加强材料起作用。
加强板 33 具有主体部 33b 以及从该主体部 33b 的内侧面 ( 与所述冲撞面相反一 侧的面 ) 突出的两个凸部 ( 第一凸部 )33a。
主体部 33b 沿基准线 W 延伸, 并且沿上下方向 A 延伸, 具有大约 10mm 的板厚。
所述两凸部 33a 被配置成沿前后方向 B 突出并且在车身的上下方向 A 上从两外侧 夹着第二壁 2k 以及第五壁 2e( 即各鼓出部 2t、 2s 的内侧壁部 )。两凸部 33a 的突出方向 是相对于加强板 33 交叉的方向, 在图示例中是与该加强板 33 正交的方向。但是, 该突出方 向并不一定必须相对于加强板 33 正交, 也可以是相对于加强板 33 的法线倾斜的方向。所 述两凸部 33a 分别位于由主体部 33b 和两个内侧辐板即第二壁 2k 以及第五壁 2e 形成的角 部, 从而对该内侧辐板进行加强。
另外, 当设梁主体 32 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 32 的密度为 ρst, 设加强板 33 的 杨氏模量为 E2, 设加强板 33 的密度为 ρ2 时, Est、 E2、 ρst 以及 ρ2 满足上述式 1。
( 关于保险杠梁 31 的效果 )
在上述保险杠梁 31 中, 从加强板 33 向相对于其交叉 ( 在图中是正交 ) 的方向突 出的两个凸部 ( 第一凸部 )33a 从两外侧夹着第二壁 2k 以及第五壁 2e, 从而抑制所述第二 壁 2k 以及第五壁 2e 的压曲 ( 第二壁 2k 的中间部位以及第五壁 2e 的中间部位向相互离开的方向变形的压曲 ), 由此使保险杠梁的弯曲强度进一步提高。
所述两凸部 33a 可以通过焊接或粘接等接合于各内侧辐板上。
【第四实施方式】
下面, 结合图 5 说明本发明的第四实施方式的保险杠梁 41。 而且, 对于与上述实施 方式相同的部分, 在图中标注相同的符号, 省略其说明。 图 5 是第四实施方式的保险杠梁 41 的截面图。 以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述实施方式同样 的事项省略其说明。
所述保险杠梁 41 具有梁主体 32 以及铝制的加强板 ( 第一加强板 )43。如图 5 所 示, 保险杠梁 41 具有 B 字形截面。
加强板 43( 相当于上述的加强板 33) 是通过挤压成形而形成的, 并具有冲撞面。 在 保险杠梁 41 中, 加强板 43 作为梁主体 2 中的第八壁 2b 的替代部件起作用, 并作为梁主体 32 的加强材料起作用。
加强板 43 具有主体部 33b 以及从该主体部 33b 的内侧面 ( 与所述冲撞面相反一 侧的面 ) 突出的两个凸部 ( 第二凸部 )43a。所述凸部 43a 被配置成沿前后方向 B 突出并且 在车身的上下方向 A 上从两外侧夹着第四壁 2a 以及第七壁 2c( 即鼓出部 2t、 2s 的外侧壁 部 )。两凸部 43a 的突出方向是相对于加强板 43 交叉的方向, 在图示例中是相对于该加强 板 43 正交的方向, 但是, 该突出方向也可以相对于加强板 43 的法线倾斜。两凸部 43a 分别 位于由主体部 33b 和两个外侧辐板即第四壁 2a 以及第七壁 2c 形成的角部, 从而对各外侧 辐板进行加强。
在所述各凸部 43a 的根部分的内侧形成有倾斜面 ( 相对于上下方向 A 以及前后方 向 B 倾斜的面 )43b, 所述倾斜面 43b 具有可分别与所述梁主体 32 的两突出部 2g 面接触倾 斜角度, 这些倾斜面 43b 的表面与分别对应的突出部 2g 的表面以相互密接的方式形成一 体。如此, 加强板 43 被安装于梁主体 32 中的、 B1 侧的端部即各突出部 2g。
另外, 当设梁主体 32 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 32 的密度为 ρst, 设加强板 43 的 杨氏模量为 E2, 设加强板 43 的密度为 ρ2 时, Est、 E2、 ρst 以及 ρ2 满足上述式 (1)。
( 关于保险杠梁 41 的效果 )
在所述保险杠梁 41 中, 从加强板 43 向相对于其交叉 ( 在图中是正交 ) 的方向突 出的两个凸部 ( 第二凸部 )43a 从两外侧夹着第四壁 2a 以及第七壁 2c, 从而抑制所述第四 壁 2a 以及第七壁 2c 的压曲 ( 第四壁 2a 的中间部位以及第七壁 2c 的中间部位向相互离开 的方向变形的压曲 ), 由此使保险杠梁的弯曲强度进一步提高。
所述两凸部 43a 可以通过焊接或粘接等接合于各外侧辐板上。
【第五实施方式】
下面, 结合图 6 说明本发明的第五实施方式的保险杠梁 51。 而且, 对于与上述实施 方式相同的部分, 在图中标注相同的符号, 省略其说明。 图 6 是第五实施方式的保险杠梁 51 的截面图。 以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述实施方式同样 的事项省略其说明。
如图 6 所示, 所述保险杠梁 51 具有梁主体 32 以及铝制的加强板 ( 第一加强板 )53, 并具有 B 字形截面。
加强板 53( 相当于上述的加强板 33) 是通过挤压成形而形成的, 并具有冲撞面。 在保险杠梁 51 中, 加强板 53 作为梁主体 2 中的第八壁 2b 的替代部件起作用, 并作为梁主体 32 的加强材料起作用。加强板 53 具有主体部 33b 以及从该主体部 33b 的内侧面 ( 与所述 冲撞面相反一侧的面 ) 突出的两个凸部 43a。在由这些凸部 43a 夹着的区域内形成有从所 述内侧面突出的两个凸部 33a。即, 该实施方式的加强板 53 并有 : 相对于一对第一凸部的 凸部 33a 以及相对于一对第二凸部的凸部 43a。
在此, 当设梁主体 32 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 32 的密度为 ρst, 设加强板 53 的 杨氏模量为 E2, 设加强板 53 的密度为 ρ2 时, Est、 E2、 ρst 以及 ρ2 满足上述式 1。
( 弯曲力矩的模拟结果 )
下面, 对于保险杠梁的弯曲力矩的评价结果进行说明。在此, 使用五种保险杠梁 ( 板厚互不相同的两种钢单体的保险杠梁、 凸缘铝加强 (3) 的保险杠梁、 凸缘铝加强 (4) 的 保险杠梁、 凸缘铝加强 (5) 的保险杠梁 ), 通过三点弯曲解析算出各保险杠梁的弯曲力矩。
所谓 “钢单体的保险杠梁” 是不具有加强板 3 的保险杠梁、 相当于梁主体 2。所谓 “凸缘铝加强 (3) 的保险杠梁” 是图 4 所示的保险杠梁 31, 所谓 “凸缘铝加强 (4) 的保险杠 梁” 是指图 5 所示的保险杠梁 41, 所谓 “凸缘铝加强 (5) 的保险杠梁” 是指图 6 所示的保险 杠梁 51。而且, 三点弯曲解析是以第六壁 2d 的中央部以及第三壁 2m 的中央部的两点为支 点, 且以加强板的中央部为载荷点进行的。 在此, 作为构成梁主体 2 以及梁主体 32 的板材, 采用屈服强度 (Yp) 是 1200MPa 的 1500MPa 级钢板, 作为加强板 33( 加强板 43、 加强板 53), 采用屈服强度 (Yp) 是 310MPa 的 7000 系铝合金。构成梁主体的钢板的屈服强度以及板厚、 以及构成加强板的铝系材料的屈 服强度以及板厚如表 2 所示。
【表 2】
将基于三点弯曲解析的最大弯曲力矩的模拟结果做成坐标图在图 7 表示。从图 7 的坐标图可知, 与图 3 一样, 在钢单体的保险杠梁中, 当使钢板的板厚增加时, 最大弯曲力 矩比变大, 并且保险杠梁整体的重量增大。
另外, 从图 7 可知, 在凸缘铝加强 (3)、 (4) 及 (5) 的保险杠梁 ( 保险杠梁 31、 保险 杠梁 41 及保险杠梁 51) 中, 与板厚 1.4mm 的钢单体的保险杠梁相比, 保险杠梁的重量大致 相等 ( 重量比 : 约 1.0 ~ 1.5), 对于最大弯曲力矩比, 与板厚 2.0mm 的钢单体的保险杠梁相 等。即, 明确了在以同一重量比 ( 约 1.0) 进行比较时, 凸缘铝加强 (3)、 (4) 以及 (5) 的最 大弯曲力矩比大于保险杠梁 BS 的最大弯曲力矩。
如上所述, 通过在由钢形成的梁主体 32 的 B1 侧配置由铝形成的加强板, 从而对保 险杠梁进行加强。另外, 梁主体以及加强板的杨氏模量以及密度满足式 (1) 所示的条件就 可以在将重量增加抑制在最小限度的同时可以使弯曲强度提高。
( 变形例 )
保险杠梁的具体的构造并不限定于上述情况, 例如也可以是图 8 ~图 11 所示。以 下, 对于图 8 ~图 11 所示的变形例进行说明。而且, 对于与上述实施方式相同的部分在图 中标注相同的符号并省略其说明。图 8 是第一变形例的保险杠梁 61 的截面图。图 9 是第 二变形例的保险杠梁 71 的截面图。图 10 是第三变形例的保险杠梁 81 的截面图。图 11 是 第四变形例的保险杠梁 91 的截面图。以下, 以不同于上述第三~第五实施方式的部分为中 心进行说明, 对于与上述第三~第五实施方式同样的事项省略其说明。
图 8 所示的保险杠梁 61 具备梁主体 2 以及铝制的加强板 ( 第一加强板 )63, 并具 有 B 字形的截面。
在保险杠梁 61 中, 加强板 63 安装在第八壁 2b 的前表面的整体上, 对第八壁 2b 进 行加强。即, 本实施方式的加强板 63 作为第八壁 2b 的加强材料起作用。加强板 63 以各个 表面彼此密接的方式通过焊接而安装于第八壁 2b。 加强板 63 具有主体部 33b 以及从该主体部 33b 的内侧面 ( 与冲撞面相反一侧的 面 ) 突出的两个凸部 ( 第二凸部 )63a。两凸部 63a( 相当于上述的凸部 43a) 被形成为沿前 后方向 B 突出并且在车身的上下方向 A 上从两外侧夹着第四壁 2a 以及第七壁 2c( 即各鼓 出部 2t、 2s 的外侧壁部 )。另外, 两凸部 63a 分别位于由主体部 33b 和两个外侧辐板即第四 壁 2a 以及第七壁 2c 形成的角部, 从而对外侧辐板进行加强。
图 9 所示的保险杠梁 71 具备梁主体 22 和加强板 63, 加强板 63 通过各个表面彼此 密接的方式被安装于梁主体 22 的两个突出部 2f 的、 B1 侧的面, 并且以第四壁 2a 的上表面 以及第七壁 2c 的底面与两个凸部 63a 的内表面密接的方式被安装于梁主体 22。
图 10 所示的保险杠梁 81 是通过组合梁主体 32 和加强板 63 而成的。
图 11 所示的保险杠梁 91 具有梁主体 92 和加强板 63。梁主体 92 除了第四壁 2a 以及第七壁 2c 的形状以外与梁主体 22 相同。具体地说, 梁主体 92 的第四壁 2a 以及第七 壁 2c 不具有突出部 2f, 在从 B2 侧的端部到 B1 侧的端部的整个区域中相对于前后方向 B 平 行。另外, 图 11 所示的保险杠梁 91 中, 可以取代加强板 63 而配置所述的加强板 33、 加强板 43 或加强板 53。
在图 8 ~图 11 所示的任一个保险杠梁中, 当设其梁主体的杨氏模量为 Est, 设梁主 体的密度为 ρst, 设加强板的杨氏模量为 E2, 设加强板的密度为 ρ2 时, Est、 E 2、 ρst 以及 ρ2 满足上述式 (1) 所示的条件。
【第六实施方式】
下面, 参考图 12(a)(b) 对本发明的第六实施方式的保险杠梁进行说明。而且, 关 于与上述实施方式同样的部分在图中标注相同符号并省略其说明。图 12(a) 是第六实施方 式的保险杠梁的截面图, 图 12(b) 是其第一变形例的保险杠梁的截面图。而且, 在本实施方 式中, 保险杠梁由于关于图 12(a)(b) 中的左右方向对称, 所以在图 12(a)(b) 中仅表示图的 中心线 ( 点划线 ) 的左侧, 省略右侧的说明。以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进 行说明, 对于与上述实施方式相同的事项省略其说明。
( 保险杠梁的构成 )
如图 12(a) 所示, 本实施方式的保险杠梁具备梁主体 92 以及铝制的加强板 ( 第一 加强板 )73。第七壁 2c 的 B1 侧的端部 2h 与前后方向 B 平行。还可以取代所述端部 2h 而 在该第七壁 2c 上形成图 2 所示的突出部 2f 或图 4 所示的突出部 2g。
所述加强板 73( 相当于所述加强板 33) 是通过挤压形成的, 并具有冲撞面。该加 强板 73 作为第八壁 2b 的替代部件起作用。
该加强板 73 具有 : 主体部 33b、 从该主体部 33b 的内侧面 ( 与所述冲撞面相反一 侧的面 ) 突出的两个凸部 33a 以及两个凸部 63a。所述各凸部 33a 分别位于由主体部 33b 和两个内侧辐板 ( 第二壁 2k 以及第五壁 2e) 形成的角部, 从而对各内侧辐板进行加强。所 述各凸部 63a 分别位于由主体部 33b 和两个内侧辐板 ( 第四壁 2a 以及第七壁 2c) 形成的 角部, 从而对各外侧辐板进行加强。
第四壁 2a 以及第七壁 2c 的各自的前端部 ( 端部 2h) 与两个凸部 63a 分别通过焊 接而形成一体, 并形成有图 12(a) 所示的焊接焊道部 73W。但是, 将加强板 73 和梁主体 92 形成一体的方法并不限定于焊接, 例如如图 12(b) 所示, 也可以通过粘接将第四壁 2a 以及 第七壁 2c 的前端部和两个凸部 63a 一体化 ( 利用介于两者之间的粘接剂 73Y)。
( 关于本实施方式的保险杠梁的效果 )
在本实施方式的保险杠梁中, 加强板 73 的从主体部 33b 向与其正交的方向突出的 两个凸部 ( 第二凸部 )63a 从两侧夹着第四壁 2a 以及第七壁 2c, 并且通过与所述第四壁 2a 及第七壁 2c 的前端部固定, 起到如下效果。
(a) 抑制向外侧鼓出的压曲 ( 朝第四壁 2a 的中间部分以及第七壁 2c 的中间部位 相互离开的方向变形的压曲 )。其理由是 : (i) 通过与两个凸部 63a 的接触抑制第四壁 2a 以及第七壁 2c 的变形, 另外 (ii) 通过使第四壁 2a 以及第七壁 2c 和两个凸部 63a 形成一 体, 所述第四壁 2a 以及第七壁 2c 的压曲载荷增大。
(b) 抑制向内侧收缩的压曲 ( 朝第四壁 2a 的中间部分以及第七壁 2c 的中间部位 相互接近的方向变形的压曲 )。其理由是 : 通过使第四壁 2a 以及第七壁 2c 和两个凸部 63a 形成一体, 所述第四壁 2a 以及第七壁 2c 的压曲载荷增大。
所述各凸部 63a 的突出方向只要在垂直于基准线 W 的一截面内是相对于加强板 73 交叉的方向即可, 例如可以相对于加强板 73 的法线倾斜。
( 变形例 )
该第六实施方式的保险杠梁并不限定于上述构造, 作为变形例可以是图 13 以及 图 14 分别所示的例子。对于该变形例进行说明。而且, 对于与上述实施方式相同的部分在 图中标注相同的符号并省略其说明。 图 13(a) 是第二变形例的保险杠梁的截面图, 图 13(b) 是第三变形例的保险杠梁的截面图, 图 13(c) 是第四变形例的保险杠梁的截面图, 图 14 是 第五变形例的保险杠梁的截面图。
以下, 以不同于上述第六实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述第六实施 方式同样的事项省略其说明。另外, 所述各变形例的保险杠梁由于具有相对于图 13 以及图 14 中左右方向对称的形状, 因此在图 13 以及图 14 中仅表示图的中心线 ( 点划线 ) 的左侧, 省略对于右侧的说明。
图 13(a) 的保险杠梁具备由铝系材料构成的加强板 73B( 相当于加强板 73) 和梁主体 92。 在加强板 73B 中在各凸部 63a 的根部分的内侧分别形成有凹部 73c。 所述凹部 73c 分别收容第四壁 2a 以及第七壁 2c 的前端 ( 端部 2h 的前端 ), 并配置于由两个凸部 63a 夹 着的区域内, 并且从主体部 33b 的 B2 侧的面向 B1 侧凹陷。
图 13(b) 的保险杠梁具备铝系材料构成的加强板 73C( 相当于加强板 73) 和梁主 体 22。在加强板 73C 中在各凸部 63a 的根部分的内侧分别形成有凹部 73d。所述凹部 73d 分别收容第四壁 2a 以及第七壁 2c 的前端 ( 突出部 2f 的前端 ), 并配置于由两个凸部 63a 夹着的区域内, 并且从主体部 33b 的 B2 侧的面向 B1 侧凹陷。
图 13(c) 的保险杠梁具备铝系材料构成的加强板 73D( 相当于加强板 73) 和梁主 体 32。加强板 73D 具有 : 主体部 33b, 其具有冲撞面 ; 从该主体部 33b 的内侧面 ( 与所述冲 撞面相反一侧的面 ) 突出的两个凸部 33a 以及两个凸部 43a。在各凸部 43a 的根部分的内 侧分别形成有凹部 73e。所述凹部 73e 分别收容第四壁 2a 以及第七壁 2c( 各鼓出部 2t、 2s 的外侧壁部 ) 的前端 ( 突出部 2g 的前端 ), 并配置于由两个凸部 43a 夹着的区域内, 并且从 主体部 33b 的 B2 侧的面向 B1 侧凹陷。
( 关于各变形例的保险杠梁的效果 )
以图 13(a) 所示的保险杠梁为代表来说明所述各变形例的效果。在该保险杠梁 中, 在加强板 73B 的两个凸部 63a 的根部分的内侧分别形成的凹部 73c 分别收容第四壁 2a 以及第七壁 2c 的前端, 从而抑制凸部 63a 和第四壁 2a 及第七壁 2c 的剥离 ( 在两者的一体 化部分即焊接焊道部 73W 的剥离引起的分解 ), 可以将加强板 73B 和梁主体 92 一体化的状 态至少保持到梁主体 92 压曲变形。由此, 抑制第四壁 2a 的以及第七壁 2c 的向内侧的压曲 ( 朝第四壁 2a 的中间部分以及第七壁 2c 的中间部位相互靠近的方向变形的压曲 )。
图 14 的保险杠梁具备由铝系材料构成的加强板 83( 相当于上述的加强板 73) 和 梁主体 92。加强板 83 具有 : 主体部 33b, 其具有冲撞面 ; 从该主体部 33b 的内侧面 ( 与所述 冲撞面相反一侧的面 ) 沿前后方向 B 突出的两个凸部 33a 以及两个凸部 ( 第三凸部 )83b。
在两个凸部 83b 的根部分的外侧分别形成有凹部 83c。所述凹部 83c 通过分别收 容第四壁 2a 以及第七壁 2c 的前端而限制各端部 2h 朝向 A1 侧以及 A2 侧的移动, 并且被形 成于从上下方向 A 的两外侧夹着两个凸部 83b 的位置, 并从主体部 33b 的 B2 侧的面向 B1 侧凹陷。所述凹部 83c 分别位于由主体部 33b 和两个外侧辐板 ( 第四壁 2a 以及第七壁 2c) 形成的角部, 从而从内侧对外侧辐板进行加强。
第四壁 2a 以及第七壁 2c 的各自的前端部 ( 端部 2h) 与加强板 83 通过焊接而形 成一体, 并形成有图 14 所示的焊接焊道部 83W。该焊接焊道部 83W 的一部分位于凹部 83c 的内部。两个凸部 83b 分别从内侧抵接于外侧辐板, 由此抑制各外侧辐板向内侧压曲。
当设图 13 以及图 14 的梁主体的杨氏模量为 Est, 设梁主体的密度为 ρst, 设加强板 的杨氏模量为 E2, 设加强板的密度为 ρ2 时, 杨氏模量 Est、 E2 以及密度 ρst, ρ2 满足上述式 1。
( 关于本构成的效果 )
说明图 14 的变形例的效果。在图 14 的保险杠梁中, 在加强板 83 中由第四壁 2a 以及第七壁 2c( 鼓出部 2t、 2s 的外侧壁部 ) 夹着的位置, 形成有向相对于主体部 33b 交叉 的方向突出的两个凸部 ( 第三凸部 )83b, 所述凸部 83b 抑制第四壁 2a 以及第七壁 2c 的压 曲 ( 朝第四壁 2a 的中间部分以及第七壁 2c 的中间部位相互靠近的方向变形的压曲 ), 由此进一步提高保险杠梁的弯曲强度。
另外, 由于所述各凸部 83b 分别固定于第四壁 2a 以及第七壁 2c 的前端部 ( 端部 2h) 并形成一体, 因此抑制第四壁 2a 以及第七壁 2c 的、 向外侧鼓出的压曲以及向内侧凹陷 的压曲。
另外, 在加强板 83 的所述各凸部 83b 的根部分的外侧分别形成的凹部 83c 分别收 容第四壁 2a 以及第七壁 2c 的前端, 从而抑制一体化部分 ( 焊接焊道部 83W) 的剥离 ( 分 解 ), 可以将加强板 83 和梁主体 92 一体化的状态至少保持到梁主体 92 压曲变形。由此, 抑 制向其内侧的压曲 ( 朝第四壁 2a 的中间部分以及第七壁 2c 的中间部位相互靠近的方向变 形的压曲 )。
所述各凸部 83b 的突出方向只要在垂直于基准线 W 的一截面内是相对于加强板 83 交叉的方向即可, 例如可以相对于加强板 83 的法线倾斜。
【第七实施方式】
下面, 参考图 15 对本发明的第七实施方式的保险杠梁 121 进行说明。而且, 关于 与上述实施方式同样的部分在图中标注相同符号并省略其说明。图 15 是第七实施方式的 保险杠梁 121 的截面图。以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述 实施方式相同的事项省略其说明。
( 保险杠梁 121 的构成 )
如图 15 所示, 保险杠梁 121 具备梁主体 2 以及两张加强板 ( 第二加强板 )4, 并具 有 B 字形的截面。
所述各加强板 4 是通过对铝系材料进行挤压成形而制造的, 并分别被安装于第四 壁 2a 以及第七壁 2c 的外侧面。具体地说, 各加强板 4 相对于第四壁 2a 以及第七壁 2c 分 别平行配置, 并且相对于前后方向 B 平行配置。所述加强板 4 和梁主体 2 通过焊接而相互 形成一体, 各加强板 4 的表面和第四壁 2a 以及第七壁 2c 的表面分别密接。所述两加强板 4 被配置成在上下方向 A 中从两外侧夹着第四壁 2a 以及第七壁 2c。具体地说, 一方的加强 板 4 被固定于第七壁 2c 的下表面, 另一方的加强板 4 被固定于第四壁 2a 的上表面。
两加强板 4 被安装于两个外侧辐板即第四壁 2a 以及第七壁 2c 的外表面整体, 从 而对该外侧辐板进行加强。即, 两加强板 4 分别作为第四壁 2a 以及第七壁 2c 的加强材料 起作用。 该实施方式的各加强板 4 的板厚是 2.0mm, 构成该加强板 4 的铝系材料的杨氏模量 3 是 6900MPa, 密度是 2700kg/m 。
( 关于杨氏模量以及密度 )
下面, 对于第七实施方式中的杨氏模量以及密度的关系进行说明。当设梁主体 2 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 2 的密度为 ρst, 设加强板 4 的杨氏模量为 E3, 设加强板 4 的密 度为 ρ3 时, Est、 E3、 ρst、 ρ3 满足下述的式 (6) 所示的条件。 3
Est/ρst < E3/ρ33 … (6)
另外, 设定加强板 4 的板厚 t3 以满足下述式 (7) 所示的条件。tst 是梁主体 2 的板 厚。
t3 < (ρst/ρ3)×tst … (7)
进而, 为了使加强板 4 可以发挥足够的加强效果, 设定加强板 4 的板厚 t3 以满足 下述式 (8) 所示的条件。0.3×tst < t3 … (8)
以下对于各材料满足所述式 (6) ~ (8) 所示的条件的有效性进行说明。当设加强 板 4 的压曲长度为 L、 设加强板 4 的板厚为 t、 设加强板 4 的杨氏模量为 E 时, 加强板 4 的压 曲载荷 Pcr 以下述的式 (9) 表示。
Pcr ∝ (E·t3)/L2 … (9)
在此, 当假定 L 为一定时, 式 9 以下述的式 (10) 表示。 3
Pcr ∝ E·t … (10)
根据式 (10), 当设梁主体 2 的杨氏模量为 Est, 设梁主体 2 的板厚为 tst、 设加强板 4 的杨氏模量为 E3, 设加强板 4 的板厚为 t3 时, 通过满足下述的式 (11) 所示的条件来达成 梁主体 2 的有效的加强。
Est·tst3 < E3·t33 … (11)
另一方面, 某材料的重量 W 和密度 ρ 的关系由式 (12) 表示。
W ∝ ρ·t … (12)
因此, 通过设计加强板 4 使得梁主体 2 的 “被安装部位 ( 后述 )” 的重量和加强板 4 的重量相同, 使下述的式 (13) 的关系成立。
ρst·tst = ρ3·t3 … (13)
在此, 被安装部位的面积和加强板面积相同。 “被安装部位” 相当于本实施方式的 第四壁 2a 以及第七壁 2c。如后所述, 在加强板 4 安装于第二壁 2k( 或第五壁 2e) 上时, 该 第二壁 2k( 或第五壁 2e) 相当于 “被安装部位” 。
根据所述式 (13) 以及 (11) 导出上述的式 (6) 的关系。因此, 用满足式 (6) 的材 料对梁主体 2 进行加强可以有效提高每单位重量的压曲载荷 (Pcr/W)。
进一步具体说明。例如, 在与第四壁 2a 大致相同重量的加强板 4 被安装于梁主 体 2 上时, 第四壁 2a 以及加强板 4 的重量是第四壁 2a 的重量的大约 2 倍, 另一方面, 第四 壁 2a 以及加强板 3 的压曲载荷变得比第四壁 2a 的压曲载荷的 2 倍大。这对于加强板 4 安 装于第七壁 2c 上的情况也同样。在本实施方式中, Est = 21000MPa、 E3 = 6900MPa、 ρst = 3 3 7874kg/m 、 ρ3 = 2700kg/m , 且 3
Est/ρst = 4.30×10^(-8)[MPa·m/kg3]
E3/ρ33 = 3.51×10^(-7)[MPa·m/kg3]
因此, 满足式 (6)。
进而, 在本实施方式中, tst = 1.4mm, t3 = 2.0mm, 且
(ρst/ρ3)×tst = 4.08mm > t3( = 2.0mm)
因此, 也满足式 (7)。另外,
由于
0.3×tst = 0.42mm < t3( = 2.0mm)
因此也满足式 (8)。
而且, 本实施方式的保险杠梁也不一定必须满足式 (13)。
( 压曲载荷的模拟结果 )
下面说明压曲载荷的评价结果。 在此, 使用图 16 所示的样品 10 算出压曲载荷。 样 品 10 由钢板 12a 以及铝板 ( 铝系材料制成的板材 )13 构成, 钢板 12a 由铝板 13 加强。这些铝板 13 以及钢板 12a 相互平行配置, 并且以其表面彼此密接的方式被固定。
在此, 在以下条件下算出样品 10 的压曲载荷, 所述条件是使沿着平行于铝板 13 以 及钢板 12a 的方向的力、 同时是相互反向的力 ( 参考图中箭头方向 ) 作用在样品 10 的上端 以及下端的条件。在此, 钢板 12a 相当于图 15 的第七壁 2c, 铝板 13 相当于图 15 的加强板 4。因此, 通过算出样品 10 的压曲载荷, 了解保险杠梁 121 的第七壁 2c( 以及第四壁 2a) 的 压曲载荷。
所述钢板 12a 由 980MPa 级构成, 所述铝板 13 由 7000 系铝合金构成。钢板 12a 的 板厚以及铝板 13 的板厚、 重量比、 板厚比以及压曲载荷比如表 3 所示。
【表 3】
图 17 是将表 3 的结果坐标化的坐标图。在图 17 的坐标图中, 横轴表示以板厚 1.4mm 的钢材 ( 无加强 ) 的重量为基准 (1.0) 的重量比, 纵轴表示以板厚 1.4mm 的钢材 ( 无 加强 ) 的压曲载荷为基准的压曲载荷比。另外, 所谓图 17 的坐标图中的 “钢板” 表示未用 铝板 13 进行加强的钢板 12a, “钢板 + 铝板” 表示样品 10。
(1) 板厚为 2.5mm、 且没有由铝板 13 加强的钢板 12a 的重量比是 1.79, 压曲载荷比 是 5.69。另一方面, (2) 板厚为 1.4mm 的钢板、 且由板厚 3.0mm 的铝板 13 加强了的钢板的 重量比是 1.74, 虽然与 (1) 的钢板的重量比大致相等, 但是压曲载荷比是 16.63, 是 (1) 的 钢板的压曲载荷比的大约 3 倍。
从上述 (1) 以及 (2) 的例子, 以及表 3 及图 17 的坐标图可知, 相比于增加钢板 12a 的板厚, 用铝板 13 对钢板 12a 进行加强则可以有效地增大压曲载荷。
【第八实施方式】
下面结合图 18 对于本发明的第八实施方式的保险杠梁 131 进行说明。而且,
关于与上述实施方式同样的部分在图中标注相同符号并省略其说明。图 18 是第 八实施方式的保险杠梁 131 的截面图。以下, 以不同于上述实施方式的部分为中心进行说 明, 对于与上述实施方式相同的事项省略其说明。
该实施方式的保险杠梁 131 是在所述的图 15 所示的保险杠梁 121 上进一步追加两个加强板 ( 第二加强板 )5。各加强板 5 是与所述加强板 4 相同的部件, 用于对两个内侧 辐板 ( 第二壁 2k 以及第五壁 2e) 分别进行加强。具体地说, 两个加强板 5 分别以平行的姿 势安装于第二壁 2k 以及第五壁 2e, 并被配置成相对于前后方向 B 平行。两加强板 5 和梁 主体 2 通过焊接形成一体, 两加强板 5 的表面和第二壁 2k 以及第五壁 2e 的表面分别密接。 两加强板 5 被第二壁 2k 以及第五壁 2e 从上下方向 A 的两外侧夹着, 一方的加强板 5 被固 定于第五壁 2e 的上表面, 另一方的加强板 5 被固定于第五壁 2e 的下表面。
两个加强板 5 分别安装在内侧辐板即第二壁 2k 以及第五壁 2e 的外表面整体上, 从而对各内侧辐板进行加强。
( 弯曲强度的模拟结果 )
下面对于保险杠梁的弯曲强度的评价结果进行说明。在此, 对于四种保险杠梁 ( 图 15 所示的保险杠梁 121 ; 图 18 所示的保险杠梁 131 ; 以及钢板的板厚互不相同的两种 保险杠梁、 它们并不具有加强板 4( 未图示 )) 算出弯曲强度。具体地说, 在各保险杠梁的中 央部 ( 上下方向 A 上的中央部 ) 被沿着前后方向 B 从前方侧向后方侧加压 ( 参考图 15 以 及图 18 的箭头方向 ) 这样一种条件下算出弯曲强度。梁主体 ( 钢板 )2 的板厚以及加强材 料 ( 铝系材料构成的板材 ) 的有无、 重量比以及最大弯曲力矩如表 4 所示。
【表 4】图 19 是将表 4 的结果坐标化的坐标图。在该坐标图中, 横轴表示以板厚 1.4mm 的 钢材 ( 无加强 ) 的重量为基准 (1.0) 的重量比, 纵轴表示以板厚 1.4mm 的钢材 ( 无加强 ) 的最大弯曲力矩为基准的最大弯曲力矩比。图 19 的坐标图中的 “钢板” 表示未用铝系材料 制成的板材进行加强的钢板, “钢板 + 铝板” 表示保险杠梁 121 以及保险杠梁 131。
根据图 19 的坐标图可知, 当将保险杠梁的加强部位的数量从两处 ( 保险杠梁 121 ; 重量比 1.10) 增加到四处 ( 保险杠梁 131 ; 重量比 1.19) 时, 弯曲强度增大。
另外, 仅仅是由板厚 2.0mm 的钢板形成的梁主体 2 构成的保险杠梁的最大弯曲力 矩比是 1.75, 相对于此, 保险杠梁 131 的最大弯曲力矩比是 1.67。因此, 保险杠梁 131 的最 大弯曲力矩比与 2.0mm 厚的钢板制成的梁主体 2 相比毫不逊色。另一方面, 关于重量比, 2.0mm 厚的钢板制成的梁主体 2 的重量比是 1.41( 重量增加率 : 40% ), 相对于此, 保险杠梁 131 的重量比被抑制得较低, 是 1.19( 重量增加率 : 20% )。
如上所述, 由钢形成的梁主体 2 的外侧辐板以及内侧辐板通过在其整个面上固定 由铝形成的加强板, 从而有效地被加强。 另外, 梁主体以及加强板的杨氏模量以及密度满足 式 (6) 所示的条件, 则可以在将重量增加抑制在最小限度的同时, 提高弯曲强度。
( 变形例 )
第八实施方式的保险杠梁并不限定于上述构造。其变形例如图 20 以及图 21 所 示。 而且, 对于与上述实施方式同样的部分在图中标注相同的符号并省略其说明。 图 20(a) 是第八实施方式的第一变形例的保险杠梁 141 的截面图, 图 20(b) 是图 20(a) 所示的由圆 20B 围起来的部分的放大图。图 21 是第八实施方式的第二变形例的保险杠梁 151 的截面 图。 以下, 以不同于上述第八实施方式的部分为中心进行说明, 对于与上述第八实施方式同 样的事项省略其说明。
图 20(a) 所示的保险杠梁 141 具有梁主体 2、 两个加强板 ( 第二加强板 )14 以及加 强板复合体 15。两个加强板 14 以及加强板复合体 15 由在适当部位弯曲的板材 ( 铝系材料 构成的板材 ) 构成。
各加强板 14( 相当于上述的加强板 4) 在相对于基准线 W 正交的任意的截面内呈 L 字形。具体地说, 如图 20(b) 所示, 其由加强板主体 14a 和突出壁 14c 构成, 所述突出壁 14c 从所述加强板主体 14a 的一方的端部向相对于该加强板主体 14a 正交的方向 ( 在该实 施方式中沿上下方向 A 的方向 ) 突出。
另一方面, 在梁主体 2 的前表面的两端部 ( 上下端部 ) 形成有图 20(b) 所示的凹 陷部 2b’ 。如放大图所示, 凹陷部 2b’ 从梁主体 2 的其他部分的前表面向后侧凹陷。
所述加强板 14 之中的加强板主体 14a 被固定于外侧辐板的外表面整体, 另一方 面, 突出壁 14c 以嵌入第八壁 2b 的凹陷部 2b’ 的状态被固定于该第八壁 2b 上。该突出壁 14c 向凹陷部 2b’ 的嵌入使突出壁 14c 的前表面位置与第八壁 2b 的前表面位置一致, 并使 突出壁 14c 的前表面和第八壁 2b 的前表面在同一平面上连续。
所述加强板复合体 15 被安装于梁主体 2 的中间部分, 并具有两张加强板 5 和将它 们的一方的端部彼此连结起来的中央壁 15c。中央壁 15c 与上下方向 A 平行延伸, 并以密 接于第一壁 2j 的面整体的方式被固定于该第一壁 2j。两加强板 5 分别以密接于第二壁 2k 以及第五壁 2e 的表面整体的状态被固定于该表面上。
形成加强板 14 以及加强板复合体 15 的金属材料只要满足上述的式 (6) 所示的条 件即可, 并不特别限定。
在图 20(a)(b) 所示的构造中, 由少数的加强板进行梁主体 2 的有效的加强。 另外, 由于加强板 14 以及加强板复合体 15 相对于梁主体 2 的定位容易, 所以保险杠梁的制作效 率提高。
图 21 所示的保险杠梁 151 具备梁主体 2 和两个加强板 24。各加强板 24 由在适当 部位弯曲的、 铝系材料制成的板材构成, 并具有加强板主体 24a 以及分别形成于其两端的 突出壁 24c。各加强板 24 中, 所述加强板主体 24a 被固定于对应的外侧辐板的外表面上, 另一方面, 所述各突出壁 24c 相对于第八壁 2b 的前表面的一部分以及第三壁 2m( 或第六壁 2d) 的后表面的一部分分别以密接的状态被固定。
与前述的保险杠梁 141 同样, 也可以在第八壁 2b 的两端分别形成与前述的凹陷部 2b’ 同样的凹陷部。另外, 还可以在第三壁 2m 以及第六壁 2d 的端部 ( 上下方向 A 上的端 部 ) 沿前后方向 B 形成凹陷的凹陷部。 通过分别在这四个凹陷部嵌入计四个突出壁 24c, 从 而前侧的两个突出壁 14c 的前表面位置可以与第八壁 2b 的前表面位置一致, 并且后侧的两 个突出壁 14c 的后表面位置可以与第三壁 2m 以及第六壁 2d 的后表面位置一致。( 第七实施方式以及第八实施方式的概要 )
说明第七实施方式以及第八实施方式的保险杠梁的概要。在此, 作为代表性的构 造, 对于图 15 所示的保险杠梁 121 进行说明。该保险杠梁 121 是安装于车身前部并沿基准 线 W 延伸的部件, 其具有 : 由钢制的板材形成且沿基准线 W 延伸的梁主体 2 ; 沿基准线 W 延 伸且安装于所述梁主体 2 上的铝系材料制成的两个加强板 ( 第二加强板 )4。
梁主体 2 在垂直于基准线 W 的任意的截面内具有 (a) 呈线状延伸的第八壁 ( 基准 壁 )2b 和 (b) 围成内部空间且同时向与第八壁 2b 交叉的方向鼓出的上侧鼓出部 2t 以及下 侧鼓出部 2s, 它们构成 B 字形的截面。在该截面中, 所述上侧鼓出部 2t 具有外侧壁部即第 四壁 2a 和内侧壁部即第二壁 2k, 所述下侧鼓出部 2s 具有内侧壁部即第五壁 2e 和外侧壁 部即第七壁 2c。这四个壁部沿相对于所述第八壁 2b 交叉的方向 ( 图中是正交的方向 ) 延 伸, 并沿第八壁 2b 排列配置。
加强板 4 以平行的姿势分别安装于外侧壁部即第四壁 2a 以及第七壁 2c。 进而, 这 些加强板 4 以及梁主体 2 满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E3/ρ33)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E3 : 第二加强板的杨氏模量
P3 : 第二加强板的密度
由铝系材料 ( 铝或铝合金 ) 制成的板材形成的两个加强板 4 分别被配置于梁主体 的两个外侧辐板 ( 第四壁 2a 以及第七壁 2c), 从而有效地加强梁主体 2。所述加强板 4 以 及梁主体 2 的杨氏模量以及密度满足上述条件, 就能够在将保险杠梁的重量增加抑制在最 小限度的同时可以使保险杠梁的弯曲强度提高。
进而, 所述保险杠梁 121 满足下述条件。
t3 < (ρst/ρ3)×tst
t3 : 加强板 4 的板厚
tst : 梁主体 2 的板厚
这可以将所述各加强板 4 的附加引起的该加强板 4 的安装对象部分的重量增加抑 制为不到安装加强板 4 的壁部 ( 第四壁 2a 或第七壁 2c) 的重量的 2 倍。例如, 关于加强板 4 向第四壁 2a 安装的安装对象部分的重量 ( 加强板 4 以及第四壁 2a 的重量 ) 小于第四壁 2a 的重量的 2 倍。
另外, 所述保险杠梁 121 还满足下述条件。
0.3×tst < t3
满足该条件的加强板 4 可靠地使保险杠梁的弯曲强度提高。
换言之, 只要制造保险杠梁以满足上述各条件, 就能够在将保险杠梁 121 的重量 增加抑制在最小限度的同时可以使该保险杠梁 121 的弯曲强度提高。该制造方法包括在梁 主体 2 上安装加强板 4 的安装工序。
( 各实施方式的变形例 )
上述实施方式只不过是具体例子, 本发明并不特别限定于此。对于本发明的具体 结构可以进行设计变更。另外, 上述实施方式记载的作用以及效果只不过是列举从上述实施方式产生的最佳作用以及效果, 本发明的作用以及效果并不限定于上述实施方式记载的 内容。
例如, 上述的凸部 33a、 凸部 43a、 凸部 63a、 凸部 83a 以及凸部 83b 都可以是不与加 强板的主体部一体形成。例如, 这些凸部可以由不同于构成加强板的主体部的板材的其他 部件形成, 并且通过焊接等固定到该板材上。
所述加强板可以不在各辐板的整个面上结合。例如, 可以使加强板的表面面积小 于辐板的表面面积, 将加强板的表面和辐板的表面的一部分结合起来, 还可以将加强板的 表面的一部分和辐板的表面的一部分结合起来。
向辐板上安装加强板的方法并不限定于将两者的表面彼此接合起来的方法。例 如, 也可以在辐板表面埋入加强板。
与冲撞对象的冲撞方向可以不与前后方向一致, 可以相对于前后方向倾斜。 即, 该 冲撞方向可以不相对于第一加强板或第八壁 2b 正交。
第二加强板可以不安装于梁主体的外侧而可以安装于内侧。例如, 图 15 所示的加 强板 4 可以不安装于第四壁 2a 以及第七壁 2c 的外侧面而安装于内侧面 ( 图 15 中第四壁 2a 的左侧的面以及第七壁 2c 的右侧的面 )。
本发明的保险杠梁并不限定于所述各实施方式那样安装于车身的前部, 还可以安 装于车身的后部。
所述各实施方式的保险杠梁的相对于基准线 W 正交的截面在该保险杠梁的长度 方向上是均匀的, 但本发明的保险杠梁并不限定于具有均匀截面的结构, 对于相对于所述 基准线 W 正交的至少一个截面, 只要对于到此为止说明了的梁主体以及加强板的形状的条 件得到满足即可。
如上所述, 本发明提供一种能够将重量增加抑制在最小限度, 并且使弯曲强度提 高的保险杠梁。
(1) 本发明的第一侧面的保险杠梁安装于车身的前部或后部, 并沿基准线延伸, 其 具有梁主体和金属制的第一加强板, 梁主体由金属制的板材构成, 并沿所述基准线延伸, 第 一加强板沿所述基准线延伸, 并安装于所述梁主体。 而且, 在垂直于所述基准线的至少一个 截面中, 所述第一加强板呈线状延伸, 所述梁主体包括一对围成内部空间并从所述第一加 强板向与之交叉的方向鼓出的鼓出部。
进而, 所述梁主体以及所述第一加强板满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E2/ρ23)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E2 : 第一加强板的杨氏模量
ρ2 : 第一加强板的密度
该保险杠梁只要以所述第一加强板位于所述梁主体的外侧 ( 前侧保险杠的情况 下是梁主体的前侧, 后侧保险杠的情况下是梁主体的后侧 ) 的方式安装在车身上即可。由 此, 第一加强板就能够对梁主体进行加强。另外, 梁主体以及第一加强板的杨氏模量以及 密度满足上述条件就能够在将保险杠梁的重量增加抑制在最小限度的同时可以使该保险 杠梁的弯曲强度提高。所述梁主体以及第一加强板的材料可以是相互相同的材料, 也可以是不同的材料。作为 “梁主体 - 第一加强板” 的材料的适当组合, 例如可举出 “钢 - 铝” 、 “钢 - 钢” 、 “钢 - 铜” 、 “铜 - 铜” 。
形成前述那样的截面形状这件事, 也就是说, 所述第一加强板呈线状延伸, 所述梁 主体包括一对从所述第一加强板向与之交叉的方向鼓出的鼓出部, 各鼓出部和所述第一加 强板一起分别围成内部空间这件事, 只要对于垂直于所述基准线的截面之中的至少一个成 立即可, 没必要在保险杠梁的所有截面中都存在所述的截面形状。
保险杠梁延伸的方向 ( 基准线的方向 ) 可以相对于车身的宽度方向平行, 也可以 相对于宽度方向倾斜。另外, 基准线可以是直线也可以是曲线 ( 例如弓形以外的弯曲的形 状的线 )。另外, 上述的 “交叉” 的角度不限定于直角, 可以是小于直角的角度。
(2) 具体地说, 所述 (1) 的保险杠梁包括如下结构, 在垂直于所述基准线的至少一 个截面中, 所述各鼓出部具有 : 向相对于所述第一加强板交叉的方向延伸的外侧壁部以及 在比该外侧壁部更靠另一鼓出部的位置向相对于所述第一加强板交叉的方向延伸的内侧 壁部, 所述外侧壁部以及内侧壁部沿所述第一加强板排列配置。所述各内侧壁部以及所述 各外侧壁部构成的四个壁部可以相对于车身的前后方向平行, 也可以倾斜。 另外, 这些壁部 和所述第一加强板交叉的角度可以是直角, 也可以是比其小的角度。
(3) 另外, 在所述 (2) 的保险杠梁中, 优选在所述第一加强板上设置从该第一加强 板向相对于其长度方向交叉的方向突出并从外侧夹着两内侧壁部的第一凸部。 这些第一凸 部抑制所述各内侧壁部的压曲 ( 所述内侧壁部的中间部位朝向外侧即朝向相互分开的方 向变形的压曲 ), 由此, 进一步提高保险杠梁的弯曲强度。
(4) 另外, 在所述 (2) 的保险杠梁中, 优选在所述第一加强板上设置从该第一加强 板向相对于其长度方向交叉的方向突出并从外侧夹着两外侧壁部的第二凸部。 这些第二凸 部抑制所述各外侧壁部的压曲 ( 所述外侧壁部的中间部位朝向外侧即朝向相互分开的方 向变形的压曲 ), 由此, 进一步提高保险杠梁的弯曲强度。
(5) 在所述 (4) 的保险杠梁中, 所述各外侧壁部固定于各自对应的第二凸部上更 优选。这会更有效地抑制所述各外侧壁部的内外两方向的压曲。具体地说, 各外侧壁部向 外侧鼓出的压曲 ( 该外侧壁部的中间部位朝向外侧即朝向相互分开的方向变形的压曲 ) 的 抑制通过如下两方面达成, (i) 所述各第二凸部与对应于其的外侧壁部接触, 抑制该外侧壁 部的变形, 以及 (ii) 各外侧壁部和对应于其的第二凸部的一体化使压曲载荷增大。另外, 各外侧壁部向内侧凹陷的压曲 ( 该外侧壁部的中间部位朝向内侧即朝向相互接近的方向 变形的压曲 ) 的抑制通过如下方面达成 : 各外侧壁部和对应于其的第二凸部的一体化使压 曲载荷增大。
在此, 将所述各外侧壁部固定于与其对应的第二凸部上的手段包括粘接、 焊接、 螺 栓固定等。
(6) 进而, 在所述 (5) 的保险杠梁中, 更优选在所述第一加强板中的所述各第二凸 部的根部分的内侧位置分别形成用于收容对应的外侧壁部的前端的凹部。 在这些凹部内收 容所述外侧壁部的前端会抑制该外侧壁部和第二凸部在它们的接合部分剥离, 会将第一加 强板和梁主体一体化的状态至少保持到该梁主体压曲变形为止。由此, 抑制各外侧壁部向 内侧的压曲 ( 各外侧壁部的中间部位向相互接近的方向变形的压曲 )。
(7) 另外, 在所述 (2) 的保险杠梁中, 还优选在所述第一加强板上设置从该第一加强板向相对于其长度方向交叉的方向突出并从内侧约束两外侧壁部的第三凸部, 在各第三 凸部上固定与其对应的外侧壁部。这些第三凸部抑制所述各外侧壁部向内侧压曲 ( 所述外 侧壁部的中间部位朝向内侧即朝向相互接近的方向变形的压曲 ), 由此, 进一步提高保险杠 梁的弯曲强度。 另外, 各外侧壁部和第一加强板的一体化会抑制该外侧壁部的、 向外侧鼓出 的压曲以及向内侧收缩的压曲。
(8) 对于所述第三凸部, 也是更优选在所述第一加强板中的所述各第三凸部的根 部分的外侧位置分别形成用于收容对应的外侧壁部的前端的凹部。 在这些凹部内收容所述 外侧壁部的前端会抑制该外侧壁部和第三凸部在它们的接合部分剥离, 会将第一加强板和 梁主体一体化的状态至少保持到该梁主体压曲变形为止。由此, 抑制各外侧壁部向内侧的 压曲 ( 各外侧壁部的中间部位向相互接近的方向变形的压曲 )。
在此, 将所述各外侧壁部固定于与其对应的第三凸部上的手段包括粘接、 焊接、 螺 栓固定等。
(9) 在本发明的保险杠梁中, 作为所述第一加强板的材料, 例如, 铝或者铝合金 ( 硬铝等 ) 合适。通过使用这些材料, 可得到轻量的第一加强板。另外, 使用铝合金与使用 纯铝的情况相比, 可以使第一加强板的强度变高。 (10) 本发明的第二侧面的保险杠梁安装于车身的前部或后部, 并沿基准线延伸, 其具有梁主体和金属制的第二加强板, 梁主体由金属制的板材构成, 并沿所述基准线延伸, 第二加强板沿所述基准线延伸, 并安装于所述梁主体。 而且, 在垂直于所述基准线的至少一 个截面中, 所述梁主体包括呈线状延伸的基准壁以及一对围成内部空间并从所述基准壁向 与之交叉的方向鼓出的鼓出部。 各鼓出部具有向相对于所述基准壁交叉的方向延伸的外侧 壁部以及在比该外侧壁部更靠近另一鼓出部的位置向相对于所述第一加强板交叉的方向 延伸的内侧壁部, 所述外侧壁部以及内侧壁部沿所述基准壁排列配置。在两内侧壁部以及 两外侧壁部之中的至少一个上以与其平行的姿势安装所述第二加强板。
进而, 所述梁主体以及所述第二加强板满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E2/ρ23)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E2 : 第二加强板的杨氏模量
ρ2 : 第二加强板的密度
在该保险杠梁中, 通过将由金属材料形成的第二加强板安装于至少一个壁部上, 从而可以对梁主体进行加强。另外, 梁主体以及加强板的杨氏模量以及密度满足上述条件 就能够在将保险杠梁的重量增加抑制在最小限度的同时可以使该保险杠梁的弯曲强度提 高。
所述梁主体以及加强板的材料可以是相互相同的材料, 也可以是不同的材料。作 为 “梁主体 - 第二加强板” 的材料的适当组合, 例如可举出 “钢 - 铝” 、 “钢 - 钢” 、 “钢 - 铜” 、 “铜 - 铜” 。
形成前述那样的截面形状这件事, 也就是说, 所述梁主体包括呈线状延伸的基准 壁以及一对围成内部空间且同时从所述基准壁向与之交叉的方向鼓出的鼓出部, 各鼓出部 具有向相对于所述基准壁交叉的方向延伸的内侧壁部和外侧壁部, 各内侧壁部以及各外侧
壁部沿所述基准壁排列配置, 在两内侧壁部以及两外侧壁部之中的至少一个上以与其平行 的姿势安装所述第二加强板这件事, 只要对于垂直于所述基准线的截面之中的至少一个成 立即可, 没必要在保险杠梁的所有截面中都存在所述的截面形状。
保险杠梁延伸的方向 ( 基准线的方向 ) 可以相对于车身的宽度方向平行, 也可以 相对于宽度方向倾斜。另外, 基准线可以是直线也可以是曲线 ( 例如弓形以外的弯曲的形 状的线 )。另外, 上述的 “交叉” 的角度不限定于直角, 可以是小于直角的角度。
所述各壁部可以相对于前后方向平行, 也可以倾斜。 另外, 这些壁部和基准壁交叉 的角度不限定于直角。
第二加强板可以是一张, 也可以是多张。 例如, 可以是合计两张第二加强板分别安 装于两外侧壁部, 也可以是合计四张第二加强板分别安装于两外侧壁部以及两内侧壁部。
另外, 可以在第二加强板的前端或后端形成向相对于第二加强板的其他部分正交 的方向突出的突出壁。另外, 第二加强板可以安装在梁主体的外表面, 也可以安装在内表 面。
连结梁主体和第二加强板并形成一体的手段包括焊接、 螺钉固定、 粘接等。
(11) 所述 (10) 的保险杠梁更优选满足下述条件。
t3 < (ρst/ρ3)×tst
tst : 梁主体的板厚
t3 : 第二加强板的板厚
在满足该条件的保险杠梁中, 第二加强板的重量以及安装该第二加强板的壁部的 重量之总和被抑制成小于该壁部单独的重量的 2 倍。即, 安装第二加强板的壁部的包括该 第二加强板在内的重量小于该壁部的重量的 2 倍。
(12) 另外, 所述 (10) 的保险杠梁更优选满足下述条件。
0.3×tst < t3
通过使保险杠梁满足上述条件, 可靠地提高其弯曲强度。
(13) 在所述 (10) 的保险杠梁中, 作为所述第二加强板的材料, 例如, 铝或者铝合 金 ( 硬铝等 ) 合适。通过使用这些材料, 可得到轻量的第一加强板。另外, 使用铝合金与使 用纯铝的情况相比, 可以使第一加强板的强度变高。
(14) 另外, 用于解决所述问题的保险杠梁安装于车身的前部或后部, 并沿基准线 延伸, 其具有金属制的梁主体和金属制的第一加强板, 所述梁主体沿所述基准线延伸, 并具 有第一壁、 第二壁、 第三壁、 第四壁、 第五壁、 第六壁及第七壁, 所述第一加强板沿所述基准 线延伸, 并且用于解决所述问题的保险杠梁满足下述条件 A 以及 B。
A、 在垂直于所述基准线的至少一个截面中, 满足下述的条件 (a) ~ (g)。
(a) 所述第二壁从所述第一壁的一端向与所述第一壁交叉的方向延伸。
(b) 所述第三壁从所述第二壁的、 与所述第一壁相反一侧的端部向与所述第二壁 交叉的方向, 且相对于所述第二壁向与所述第一壁相反一侧延伸。
(c) 所述第四壁从所述第三壁的、 与所述第二壁相反一侧的端部向与所述第三壁 交叉的方向, 且相对于所述第三壁向所述第二壁一侧延伸。
(d) 所述第五壁从所述第一壁的另一端向与所述第一壁交叉的方向, 且相对于所 述第一壁向与所述第二壁相同的一侧延伸。(e) 所述第六壁从所述第五壁的、 与所述第一壁相反一侧的端部向与所述第五壁 交叉的方向, 且相对于所述第五壁向与所述第一壁相反一侧延伸。
(f) 所述第七壁从所述第六壁的、 与所述第五壁相反一侧的端部向与所述第六壁 交叉的方向, 且相对于所述第六壁向所述第五壁一侧延伸。
(g) 所述加强板沿所述第一壁延伸的方向延伸, 并且在垂直于所述第一壁的方向 上安装在所述梁主体的、 与所述第三壁以及所述第六壁相反一侧的端部。
B、 所述梁主体以及所述加强板满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E2/ρ23)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E2 : 加强板的杨氏模量
ρ2 : 加强板的密度
在该保险杠梁中, 第二壁、 第四壁、 第五壁以及第七壁相对于前后方向可以平行也 可以倾斜。第一壁、 第三壁以及第六壁相对于上下方向可以平行也可以倾斜。另外, 第一壁 至第七壁分别在垂直于基准线的至少一个截面中可以呈直线延伸, 也可以呈曲线延伸。另 外, 对于所有的 “交叉” , 其交叉角度不限定于直角。
在梁主体上可以有也可以没有第八壁 ( 对第四壁的、 与第三壁相反一侧的端部以 及第七壁的、 与第六壁相反一侧的端部进行连结, 并且沿第一壁延伸的方向延伸的壁部 )。
在梁主体上没有第八壁的情况下, 在第四壁或第七壁的端部 ( 第四壁的、 与第三 壁相反一侧的端部以及第七壁的、 与第六壁相反一侧的端部 ) 也可以形成有向相对于第四 壁以及第七壁正交的方向延伸的突出部。 另外, 在有第八壁的情况下, 第八壁相对于上下方 向可以平行也可以倾斜。 另外, 在垂直于基准线的至少一个截面中, 第八壁可以呈直线延伸 或者可以呈曲线延伸。
在梁主体上没有设置第八壁的情况下, 加强板可以安装于第四壁以及第七壁, 也 可以安装于第一壁的表面。在梁主体上设有第八壁的情况下, 加强板可以安装于第八壁的 表面。另外, 对梁主体和加强板进行连结而形成一体的手段包括焊接、 螺钉固定、 粘接等。
(15) 另外, 用于解决所述问题的保险杠梁安装于车身的前部或后部, 并沿基准线 延伸, 其具有金属制的梁主体和金属制的第二加强板, 所述梁主体沿所述基准线延伸, 并具 有第一壁、 第二壁、 第三壁、 第四壁、 第五壁、 第六壁、 第七壁以及第八壁, 所述第二加强板沿 所述基准线延伸, 并且用于解决所述问题的保险杠梁满足下述条件 C 以及 D。
C、 在垂直于所述基准线的至少一个截面中, 满足下述的条件 (a) ~ (g)。
(a) 所述第二壁从所述第一壁的一端向与所述第一壁交叉的方向延伸。
(b) 所述第三壁从所述第二壁的、 与所述第一壁相反一侧的端部向与所述第二壁 交叉的方向, 且相对于所述第二壁向与所述第一壁相反一侧延伸。
(c) 所述第四壁从所述第三壁的、 与所述第二壁相反一侧的端部向与所述第三壁 交叉的方向, 且相对于所述第三壁向所述第二壁一侧延伸。
(d) 所述第五壁从所述第一壁的另一端向与所述第一壁交叉的方向, 且相对于所 述第一壁向与所述第二壁相同的一侧延伸。
(e) 所述第六壁从所述第五壁的、 与所述第一壁相反一侧的端部向与所述第五壁交叉的方向, 且相对于所述第五壁向与所述第一壁相反一侧延伸。
(f) 所述第七壁从所述第六壁的、 与所述第五壁相反一侧的端部向与所述第六壁 交叉的方向, 且相对于所述第六壁向所述第五壁一侧延伸。
(g) 所述第八壁对所述第四壁的、 与所述第三壁相反一侧的端部以及所述第七壁 的、 与所述第六壁相反一侧的端部进行连结, 并且沿所述第一壁延伸的方向延伸, 所述第二 加强板以平行的方式安装在所述第二壁、 所述第四壁、 所述第五壁以及所述第七壁之中的 至少一个上。
D、 所述梁主体以及所述第二加强板满足下述条件。
(Est/ρst3) < (E3/ρ33)
Est : 梁主体的杨氏模量
ρst : 梁主体的密度
E2 : 第二加强板的杨氏模量
ρ2 : 第二加强板的密度
第二壁、 第四壁、 第五壁以及第七壁相对于前后方向可以平行也可以倾斜。第一 壁、 第三壁、 第六壁以及第八壁相对于上下方向可以平行也可以倾斜。另外, 第一壁至第八 壁分别在垂直于基准线的至少一个截面中可以呈直线延伸, 也可以呈曲线延伸。 另外, 对于 上述所有的 “交叉” , 其交叉角度不限定于直角。
第二加强板可以是一张, 也可以是多张。 例如, 可以是合计两张第二加强板分别安 装于第四壁以及第七壁, 也可以是合计四张第二加强板分别安装于第二壁、 第四壁、 第五壁 以及第七壁。
例如, 分别安装于第二壁以及第五壁上的第二加强板彼此可以由连结板 ( 沿第一 壁延伸的方向延伸的板 ) 连结。另外, 还可以是在第二加强板的前端或后端形成相对于第 二加强板的其他部分垂直延伸的突出壁。 另外, 第二加强板可以安装于梁主体的外表面, 也 可以安装于内表面。