УДАРОПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2018 года по МПК F16F7/12 B60R19/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к ударопоглощающему элементу для поглощения ударной нагрузки, прикладываемой в осевом направлении, посредством периодического продольного изгиба.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Ударопоглощающие элементы используются в автомобилях, поездах, судах и других транспортных машинах. Эти ударопоглощающие элементы могут поглощать энергию удара посредством деформации под действием ударной нагрузки, принимаемой во время удара, и вместе с тем обеспечивать безопасность пассажиров. В качестве таких ударопоглощающих элементов, например, имеются элементы рамы или краш-боксы автомобилей.

[0003] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе, схематически показывающий расположение элементов рамы и краш-боксов в автомобиле. Как показано на этой Фигуре, на четырех сторонах автомобиля расположены передний боковой элемент 2, задний боковой элемент 3 и боковые уплотнения 7. Все эти элементы обеспечены вдоль направления вперед-назад автомобиля. Передний боковой элемент 2 расположен в передней части четырех сторон автомобиля, задний боковой элемент 3 расположен в задней части четырех сторон автомобиля, а боковые уплотнения 7 расположены в средних частях в четырех сторонах автомобиля.

[0004] В центральной части автомобиля в направлении вперед-назад обеспечен пол. На полу расположены поперечные элементы (4, 4') пола. Поперечные элементы (4, 4') пола продолжаются в направлении протяженности автомобиля.

[0005] Краш-боксы (1а, 1b) расположены на переднем конце рамы, образованном вышеотмеченными элементами рамы. Конкретнее, первый краш-бокс 1a обеспечен на переднем конце переднего бокового элемента 2, при этом второй краш-бокс 1b обеспечен на заднем конце заднего бокового элемента 3.

[0006] Элементы рамы из этих переднего бокового элемента 2, заднего бокового элемента 3, бокового уплотнения 7 и поперечных элементов (4, 4') пола и краш-боксов (1a, 1b) иногда принимают нагрузки в их осевых направлениях во время удара. В этом случае эти элементы деформируются путем продольного изгиба так, чтобы сжиматься в осевом направлении образом, подобным гармошке, и тем самым поглощать ударную нагрузку.

[0007] Такие ударопоглощающие элементы могут быть изготовлены посредством гибки или сварки с перекрытием материалов металлических листов. Ударопоглощающие элементы, изготовленные из металлического листа, являются трубчатыми. То есть они имеют замкнутые формы поперечного сечения, вертикальные по отношению к осевому направлению. По этой причине ударопоглощающие элементы являются полыми внутри.

[0008] В прошлом были сделаны различные предложения для ударопоглощающего элемента, поглощающего ударную нагрузку путем периодического продольного изгиба.

[0009] PLT 1 описывает краш-бокс. Этот краш-бокс обеспечен не только элементом, образующим полое поперечное сечение, но и центральным листом, продолжающимся горизонтальным образом так, чтобы разделять полую область на верхнюю и нижнюю секцию вблизи центра в вертикальном направлении полого поперечного сечения. Посредством обеспечения центрального листа краш-бокс выполнен таким, чтобы не подвергаться продольному изгибу и не сминаться во время удара и удерживаться от изгибания. В этом примере конфигурации элементы, образующие полое поперечное сечение (первый элемент и второй элемент), и третий элемент, образующий центральный лист, имеют одинаковую толщину листа металлического листа.

[0010] PLT 2 также описывает краш-бокс. Краш-бокс расположен между передним боковым элементом и элементом бампера на передней стороне транспортного средства. Дополнительно, краш-бокс обеспечен основным корпусом трубчатой формы бокса и усилителем, соединяющим пару частей обращенных друг к другу стенок основного корпуса бокса, обращенных друг к другу. При обеспечении усилителя в полой части основного корпуса бокса при установке характеристики краш-бокса на целевой характеристике считается возможным устанавливать ее на желаемой характеристике с помощью формы или размера усилителя. В этой PLT 2 толщина листа металлического листа, используемого для основного корпуса бокса и усилителя, вообще не изучена.

ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0011] PLT 1: Патент Японии № 4766422

PLT 2: Патент Японии № 5168477

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0012] Ударопоглощающий элемент, как объяснено выше, иногда изготавливается из металлического листа. В этом типе форма в поперечном сечении, вертикальном по отношению к осевому направлению, является замкнутой. Например, она представляет собой многоугольную форму. По этой причине ударопоглощающий элемент является полым внутри.

[0013] В таком ударопоглощающем элементе, изготовленном из металлического листа, в качестве способа обеспечения характеристики осевого смятия, если форма поперечного сечения представляет собой прямоугольную форму, может быть применен способ уменьшения отношения (Wp/t) ширины Wp прямолинейных частей коротких сторон (смотри объясненную далее Фиг.2(b), единицы измерения: мм) и толщины «t» листа (мм). В этом способе Wp/t выполняют меньшим, чтобы делать длину волны продольного изгиба короче и увеличивать энергию поглощения ударопоглощающим элементом.

[0014] Дополнительно, также может быть применен способ увеличения общих площадей поперечного сечения криволинейных частей, соединяющих одну сторону и другую сторону. С помощью этого способа нагрузка продольного изгиба становится выше, поведение продольного изгиба становится устойчивым и энергия поглощения ударопоглощающим элементом может быть увеличена.

[0015] С другой стороны, PLT 1 и 2 описывают обеспечение элемента металлического листа, называемого «центральный лист» или «усилитель», в полой части вдоль осевого направления. Ниже элемент металлического листа, образующий полую часть, будет называться «основной корпус», при этом элемент металлического листа, предусмотренный в полой части вдоль осевого направления, будет называться «центральный лист».

[0016] При выполнении ударопоглощающего элемента с помощью основного корпуса и центрального листа таким образом, становится возможным, чтобы центральный лист содействовал в поглощении энергии основным корпусом. По этой причине возможно увеличивать энергию поглощения ударопоглощающим элементом. Например, это эффективно в ударопоглощающем элементе транспортного средства большого размера.

[0017] При образовании ударопоглощающего элемента с помощью основного корпуса и центрального листа энергия в основном поглощается основным корпусом и вторично поглощается центральным листом. По этой причине толщина листа центрального листа тоньше, чем толщина листа основного корпуса. Альтернативно, как показано в примере конфигурации PLT 1, толщина листа центрального листа совпадает с толщиной листа основного корпуса.

[0018] В этом отношении в автомобилях требуется более легкий вес частей с точки зрения улучшения топливной экономичности. По этой причине в ударопоглощающих элементах требовалось обеспечение поглощения энергии при облегчении веса.

[0019] Настоящее изобретение было выполнено с учетом этой проблемы и имеет в качестве его задачи обеспечение ударопоглощающего элемента, способного обеспечивать поглощение энергии при облегчении веса.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0020] Авторы интенсивно изучали способ обеспечения поглощения энергии при облегчении веса ударопоглощающего элемента.

[0021] Для облегчения веса ударопоглощающего элемента может быть рассмотрено уменьшение толщины листа основного корпуса. Однако, в общем, при выполнении толщины листа основного корпуса более тонкой, когда ударопоглощающий элемент принимает ударную нагрузку, деформация становится преимущественно внеплоскостной деформацией (деформацией в направлении наружу замкнутого поперечного сечения) и поглощение ударной энергии становится меньше.

[0022] В результате изучений авторов было обнаружено, что при подходящем проектировании центрального листа ударопоглощающего элемента возможно вызывать деформацию продольного изгиба, различную по фазе на двух сторонах центрального листа, уменьшать амплитуду деформации и укорачивать длину волны. Вследствие этого деформация, когда ударопоглощающий элемент принимает ударную нагрузку, становится преимущественно продольным изгибом. В результате не только энергия поглощения ударопоглощающим элементом увеличивается, но и возможно увеличивать энергию, поглощаемую на единицу массы. В связи с этим стало известно, что даже при уменьшении толщины листа основного корпуса возможно обеспечивать энергию поглощения и возможно обеспечивать энергию поглощения при облегчении веса.

[0023] Настоящее изобретение был выполнено на основе этого обнаружения и имеет в качестве своей сущности следующее:

[0024] [1] Ударопоглощающий элемент, поглощающий ударную нагрузку, прикладываемую в осевом направлении, содержащий основной корпус, состоящий из металлического листа и имеющий многоугольную форму в поперечном сечении, вертикальном по отношению к осевому направлению; и центральный лист, состоящий из металлического листа и предусмотренный в полой части внутри основного корпуса вдоль осевого направления, причем многоугольная форма основного корпуса включает в себя пару длинных сторон, обращенных друг к другу, центральный лист соединен с каждой из длинных сторон многоугольной формы основного корпуса и толщина листа центрального листа больше толщины листа основного корпуса.

[0025] [2] Ударопоглощающий элемент согласно пункту [1], в котором толщина листа основного корпуса составляет 2,3 мм или менее.

[0026] [3] Ударопоглощающий элемент согласно пунктам [1] или [2], в котором толщина t1 (мм) листа основного корпуса и толщина t2 (мм) листа центрального листа удовлетворяют следующей формуле (1):

1,3×t1≤t2...(1)

[0027] [4] Ударопоглощающий элемент согласно любому из пунктов [1]-[3], в котором в паре длинных сторон ширина W1 (мм) длинной стороны удовлетворяет следующей формуле (2):

W1/t1≥20...(2).

[0028] [5] Ударопоглощающий элемент согласно любому из пунктов [1]-[4], в котором

основной корпус состоит из одного металлического листа, центральный лист соединен с каждой из длинных сторон многоугольной формы основного корпуса сваркой с перекрытием и в паре длинных сторон расстояние d1a (мм) и d1b (мм) вдоль направления ширины длинных сторон удовлетворяют следующей формуле (3), причем расстояния d1a (мм) и d1b (мм) проходят от середины толщины листа центрального листа в положении посередине в направлении ширины центрального листа до обеих конечных точек длинных сторон:

0,5≤d1a/d1b≤2...(3)

[0029] [6] Ударопоглощающий элемент согласно любому из пунктов [1]-[5], в котором основной корпус состоит из первого металлического листа, образующего часть многоугольной формы, и второго металлического листа, образующего остальную часть многоугольной формы, первый металлический лист и второй металлический лист соединены на каждой из длинных сторон многоугольной формы сваркой с перекрытием вместе с центральным листом и в паре длинных сторон расстояние d3a (мм) вдоль направления ширины длинных сторон, которое представляет собой расстояние от середины толщины листа центрального листа в положении посередине в направлении ширины центрального листа до конечной точки длинных сторон в первом металлическом листе, и расстояние d3b (мм) вдоль направления ширины длинных сторон, которое представляет собой расстояние от середины толщины листа центрального листа в положении посередине в направлении ширины центрального листа до конечной точки длинных сторон во втором металлическом листе, удовлетворяют следующей формуле (4):

0,5≤(d3a/t1a)/(d3b/t1b)≤2...(4)

где t1a (мм) представляет собой толщину листа первого металлического листа, а t1b (мм) представляет собой толщину листа второго металлического листа.

[0030] [7] Ударопоглощающий элемент согласно любому из пунктов [1]-[6], в котором металлический лист, образующий основной корпус, представляет собой стальной лист, имеющий прочность на растяжение 780 МПа или более.

[0031] [8] Ударопоглощающий элемент согласно любому из пунктов [1]-[7], в котором металлический лист, образующий центральный лист, имеет модуль Юнга 180 ГПа или более.

[0032] [9] Ударопоглощающий элемент согласно любому из пунктов [1]-[8], используемый для краш-бокса, переднего бокового элемента, заднего бокового элемента, бокового уплотнения или поперечного элемента пола автомобиля.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0033] В ударопоглощающем элементе настоящего изобретения деформация продольного изгиба, различающаяся по фазе, возникает на двух сторонах центрального листа, амплитуда деформации становится меньше и длина волны становится короче. Вследствие этого не только увеличивается энергия поглощения ударопоглощающим элементом, но и может быть увеличена энергия, поглощаемая на единицу массы. В связи с этим даже при выполнении толщины листа основного корпуса более тонкой возможно обеспечивать энергию поглощения и возможно обеспечивать энергию поглощения при облегчении веса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0034] [Фиг.1] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе, схематически показывающий расположение элементов рамы и краш-боксов в автомобиле.

[Фиг.2] Фиг.2A и 2B представляют собой схематические виды, показывающие пример конфигурации ударопоглощающего элемента настоящего изобретения, причем Фиг.2(a) представляет собой вид спереди, а Фиг.2(b) представляет собой вид в поперечном сечении по A-A.

[Фиг.3] Фиг.3 представляет собой вид, показывающий отношение между толщиной листа основного корпуса и энергией, поглощаемой на единицу массы, при изменении толщины листа центрального листа.

[Фиг.4] Фиг.4А и 4B представляют собой виды в поперечном сечении, показывающие другие примеры конфигурации в случае, когда основной корпус состоит из одного металлического листа, причем Фиг.4(а) показывает пример конфигурации, когда прямая часть центрального листа не вертикальна по отношению к длинным сторонам основного корпуса, при этом Фиг.4(b) показывает пример конфигурации, когда основной корпус имеет трапециевидную форму.

[Фиг.5] Фиг.5 представляет собой вид в поперечном сечении, схематически показывающий пример конфигурации в случае, когда основной корпус состоит из двух металлических листов.

[Фиг.6] Фиг.6 представляет собой вид, показывающий отношение между нагрузкой и смещением (смещением в осевом направлении) примеров.

[Фиг.7] Фиг.7 представляет собой вид, показывающий смещение в направлении по оси Х на поверхностях длинных сторон ударопоглощающих элементов в Сравнительном Примере 1 и Сравнительном Примере 2.

[Фиг.8] Фиг.8 представляет собой вид, показывающий смещение в направлении по оси Х на поверхностях длинных сторон ударопоглощающих элементов в Примере 1 Изобретения и Сравнительном Примере 2.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0035] Ниже ударопоглощающий элемент настоящего варианта выполнения будет объяснен со ссылкой на чертежи.

[0036] Фиг.2A и 2B представляют собой схематические виды, показывающие пример конфигурации ударопоглощающего элемента настоящего изобретения, причем Фиг.2(a) представляет собой вид спереди, а Фиг.2(b) представляет собой вид по поперечному сечению А-А. Ударопоглощающий элемент 10, показанный на Фиг.2A и 2B, обеспечен основным корпусом 20 и центральным листом 30.

[0037] Основной корпус 20 имеет поперечное сечение многоугольной формы, вертикальное по отношению к осевому направлению. Основной корпус 20, показанный на Фиг.2(b) имеет поперечное сечение четырехугольной формы. Основной корпус 20 имеет замкнутую форму поперечного сечения и образует трубчатую форму.

[0038] Стороны многоугольной формы являются прямыми. Прилегающие стороны соединены дугами. Дополнительно, многоугольная форма имеет пару длинных сторон, обращенных друг к другу. Здесь «длинная сторона» означает самую длинную сторону из числа сторон многоугольной формы. В многоугольной форме основного корпуса 20, показанного на Фиг.2(b), первая длинная сторона 20а и вторая длинная сторона 20b соответствуют паре длинных сторон. Первая длинная сторона 20а и вторая длинная сторона 20b являются более длинными по сравнению с другими сторонами.

[0039] На длинной стороне металлический лист не обязательно должен быть непрерывным. Он также может включать в себя соединительную часть посередине. На Фиг.2(b) вторая длинная сторона 20b состоит из непрерывного металлического листа, но первая длинная сторона 20а не состоит из непрерывного металлического листа на длинной стороне и включает в себя соединительную часть посередине. Многоугольная форма настоящего изобретения также может быть образована таким образом.

[0040] Центральный лист 30 обеспечен вдоль осевого направления полой части внутри основного корпуса 20. Центральный лист 30 имеет две крайние части, соединенные с основным корпусом 20, и прямую часть, обеспеченную между этими двумя крайними частями. Две крайние части и прямая часть соединены дугами.

[0041] Дополнительно, центральный лист 30 соединен с каждой из длинных сторон (20а, 20b) многоугольной формы основного корпуса. Более конкретно, он обеспечен от середины первой длинной стороны 20а многоугольной формы, которую образует основной корпус 20, до середины второй длинной стороны 20b. В ударопоглощающем элементе, показанном на Фиг.2(b), два крайние части центрального листа 30 приварены в середине первой длинной стороны 20а многоугольной формы и середине второй длинной стороны 20b многоугольной формы при перекрытии на основном корпусе 20.

[0042] В ударопоглощающем элементе настоящего варианта выполнения, способном применять такой пример конфигурации, толщина листа основного корпуса 20 составляет 2,3 мм или менее. Толщина листа центрального листа 30 толще, чем толщина листа основного корпуса 20.

[0043] Посредством выполнения толщины листа центрального листа 30 более толстой, чем толщина листа основного корпуса 20, возможно подавлять внеплоскостную деформацию основного корпуса, когда ударная нагрузка прикладывается к ударопоглощающему элементу, и вызывать непрерывную деформацию продольного изгиба, поэтому даже если толщина листа основного корпуса 20 выполнена тонкой, энергия поглощения может быть увеличена.

[0044] Фиг.3 представляет собой вид, показывающий отношение между толщиной листа основного корпуса и энергией, поглощаемой на единицу массы, при изменении толщины листа центрального листа. Когда толщина листа центрального листа на Фиг.3 составляет 2 мм, было выполнено испытание на основе примеров изобретения из объясненных далее примеров. Дополнительно, когда толщина листа центрального листа составляет 1 мм, было выполнено испытание на основе Сравнительного Примера 1 из объясненных далее примеров. В случае отсутствия центрального листа было выполнено испытание на основе Сравнительного Примера 2 из объясненных далее примеров без обеспечения центрального листа. В каждом случае толщина листа основного корпуса изменялась от 0,8 до 2,0 мм в диапазоне. Энергия, поглощаемая на единицу массы (единица измерения: отсутствует), показанная на Фиг.3, была представлена как энергия, поглощаемая на единицу массы (кДж/кг), деленная на энергию, поглощаемую на единицу массы (кДж/кг), при выполнении толщины листа основного корпуса равной 0,8 мм и отсутствии обеспечения центрального листа. То есть она показана с помощью абсолютного значения на основе энергии, поглощаемой на единицу массы, в случае выполнения толщины листа основного корпуса равной 0,8 мм и отсутствии обеспечения центрального листа.

[0045] Из Фиг.3 известно, что энергия, поглощаемая на единицу массы, изменяется за счет толщины листа центрального листа. Более конкретно, чем толще толщина листа центрального листа, тем больше энергия, поглощаемая на единицу массы. То есть при увеличении толщины листа центрального листа возможно увеличивать энергию, поглощаемую на единицу массы.

[0046] Однако, если толщина листа центрального листа увеличивается, масса ударопоглощающего элемента становится больше, поэтому толщина листа основного корпуса и центрального листа должна быть определена с учетом равновесия между увеличением массы и улучшением поглощаемой энергии. При учете равновесия между увеличением массы и улучшением поглощаемой энергии толщина t1 листа основного корпуса и толщина t2 листа центрального листа предпочтительно удовлетворяют следующей формуле (1):

[0047] 1,3×t1≤t2...(1)

[0048] Далее деформационное поведение ударопоглощающего элемента настоящего варианта выполнения будет объяснено при сравнении с деформационным поведением традиционного ударопоглощающего элемента.

[0049] Ударопоглощающий элемент настоящего варианта выполнения поглощает ударную нагрузку путем деформации периодического продольного изгиба, приводящей к сжатию в осевом направлении образом, подобным гармошке. Более конкретно, согласно ударопоглощающему элементу, показанному на Фиг.2, длинные стороны (поверхности, обозначения: 20a, 20b) основного корпуса, включающие в себя части, соединенные с центральным листом (зоны сварки с перекрытием) деформируются так, что смещение возникает в направлении, вертикальном по отношению к длинным сторонам (поверхностям) (направление по оси Х на Фиг.2), так, чтобы тем самым деформироваться образом, подобным гармошке.

[0050] Фиг.7 представляет собой вид, показывающий смещение в направлении по оси Х на поверхностях длинных сторон традиционного ударопоглощающего элемента и показывающий результаты испытания объясненного далее Сравнительного Примера 1. В Сравнительном Примере 1 толщина листа основного корпуса была выполнена равной 0,8 мм, а толщина листа центрального листа был выполнена равной 1,0 мм, поэтому толщина листа основного корпуса и толщина листа центрального листа были выполнены с одинаковыми протяженностями. Фиг.7 показывает результаты испытания Сравнительного Примера 2 вместе. Сравнительный Пример 2 представляет собой пример, не обеспеченный центральным листом. Смещение в направлении по оси Х, показанное на Фиг.7, представляет собой смещение на поверхностях длинных сторон. На поверхностях длинных сторон показаны две стороны центрального листа (P1 и P2 на Фиг.2(a)).

[0051] Как показано на Фиг.7, в традиционном ударопоглощающем элементе (Сравнительный Пример 1) форма волны вследствие смещения (период продольного изгиба) имеет одинаковую фазу на двух сторонах центрального листа (P1, P2). Здесь в традиционном ударопоглощающем элементе толщина листа центрального листа тоньше или имеет такую же протяженность, что и толщина листа основного корпуса. По этой причине жесткость центрального листа становится ниже, чем жесткость основного корпуса, и в результате форма волны вследствие смещения имеет одинаковую фазу на двух сторонах центрального листа.

[0052] Дополнительно, центральный лист деформируется, чтобы следовать поверхностям длинных сторон основного корпуса. По этой причине в традиционном ударопоглощающем элементе при отсутствии обеспечения центрального листа (Сравнительный Пример 2 на Фиг.7) длина волны имеет такую же протяженность. В результате посредством обеспечения центрального листа энергия поглощения увеличивается, но энергия, поглощаемая на единицу массы, в общем не изменяется.

[0053] Отметим, что Сравнительный Пример 1 имеет толщину листа основного корпуса 0,8 мм и толщину листа центрального листа 1,0 мм. Строго говоря, толщина листа центрального листа немного толще по сравнению с толщиной листа основного корпуса. Таким образом, деформационное поведение в случае, когда толщина листа центрального листа имеет такую же протяженность, что и толщина листа основного корпуса, в то время как результаты испытаний опущены, подобно деформационному поведению традиционного ударопоглощающего элемента, то есть случаю, когда толщина листа центрального листа тоньше, чем толщина листа основного корпуса, и в случае, когда толщина листа центрального листа совпадает с толщиной листа основного корпуса.

[0054] Фиг.8 представляет собой вид, показывающий смещение в направлении по оси Х в ударопоглощающем элементе согласно настоящему изобретению, и представляет собой вид, показывающий результаты испытания объясненного далее Примера 1 Изобретения. В Примере 1 Изобретения толщина листа основного корпуса был выполнена равной 0,8 мм, толщина листа центрального листа была выполнена равной 2,0 мм и толщина листа центрального листа была выполнена большей, чем толщина листа основного корпуса. Фиг.8 показывает вместе результаты испытания Сравнительного Примера 2. Сравнительный Пример 2 представляет собой пример без обеспечения центрального листа. Смещение в направлении по оси Х, показанное на Фиг.8, представляет собой смещение на поверхностях длинных сторон основного корпуса. На поверхностях длинных сторон показаны две стороны центрального листа (P1 и P2 на Фиг.2(a)).

[0055] Как показано на Фиг.8, в ударопоглощающем элементе настоящего варианта выполнения часть формы волны вследствие смещения становится противоположной по фазе на двух сторонах центрального листа. Причина состоит в том, что в ударопоглощающем элементе настоящего варианта выполнения толщина листа центрального листа толще, чем толщина листа основного корпуса, поэтому центральный лист имеет более высокую жесткость.

[0056] По этой причине центральный лист деформируется так, чтобы следовать поверхностям длинных сторон основного корпуса, но эта деформация значительно уменьшена. В этом случае поверхности длинных сторон основного корпуса могут деформироваться независимо на двух сторонах центрального листа. В результате части поверхностей длинных сторон основного корпуса деформируются так, чтобы иметь противоположные фазы на двух сторонах центрального листа. Дополнительно, по сравнению с тем, когда центральный лист не обеспечен (Сравнительный Пример 2 на Фиг.8), амплитуда форма волны вследствие смещения становится меньше и длина волны становится короче. Вследствие этого в ударопоглощающем элементе настоящего варианта выполнения не только энергия поглощения увеличивается, но и энергия, поглощаемая на единицу массы, может быть увеличена.

[0057] Таким образом, ударопоглощающий элемент настоящего варианта выполнения позволяет увеличивать энергию, поглощаемую на единицу массы, поэтому даже при выполнении толщины листа основного корпуса более тонкой возможно обеспечивать поглощение энергия. По этой причине становится возможно обеспечивать поглощение энергии при облегчении веса.

[0058] Если толщина t1 листа основного корпуса 20 и толщина t2 листа центрального листа 30 удовлетворяют формуле (1), то есть если толщина t2 листа составляет (1,3×t1) или более, может быть обеспечена жесткость от центрального листа до основного корпуса. По этой причине возникает деформационное поведение, такое как объясненное со ссылкой на Фиг.8. Не только энергия поглощения увеличивается, но и энергия, поглощаемая на единицу массы, также может быть увеличена. С точки зрения дополнительного улучшения эффекта увеличения энергии, поглощаемой на единицу массы, толщина t2 листа предпочтительно выполнена равной (1,4×t1) или более. (1,5×t1) или более является более предпочтительным.

[0059] С другой стороны, эффект, получающийся в результате выполнения толщины листа центрального листа более большой, как правило, становится насыщенным, если толщина t2 листа превышает (8×t1). По этой причине толщина t2 листа предпочтительно выполняется равной (8×t1) или менее, более предпочтительно выполняется равной (5×t1) или менее.

[0060] Как объяснено с использованием Фиг.3, чем тоньше толщина листа основного корпуса, тем больше эффект улучшения энергии, поглощаемой на единицу массы, вследствие увеличения толщины листа центрального листа. С точки зрения облегчения веса частей толщина листа основного корпуса составляет предпочтительно 2,3 мм или более, более предпочтительно 2,0 мм или менее, еще более предпочтительно 1,6 мм или менее.

[0061] Основной корпус имеет поперечное сечение многоугольной формы, вертикальное по отношению к осевому направлению. Например, возможно выполнять его в четырехугольной форме, как в вышеотмеченном примере конфигурации. При выполнении в четырехугольной форме он может быть выполнен в прямоугольной форме или трапециевидной форме или форме параллелограмма. Дополнительно, основной корпус может быть выполнен в многоугольной форме, отличной от четырехугольной формы. Например, он также может быть выполнен в шестиугольной форме.

[0062] Обе из пары длинных сторон (20a, 20b) предпочтительно имеют ширины W1 (мм) длинных сторон, удовлетворяющие следующей формуле (2) (смотри Фиг.2b)). В настоящем варианте выполнения «ширины W1 длинных сторон» означают длины прямолинейных частей, отличных от криволинейных частей.

[0063] W1/t1≥20...(2)

[0064] Обе из пары длинных сторон основного корпуса соединены с центральным листом. Если ширины W1 обеих этих длинных сторон представляют собой отношения (W1/t1) к толщине листа основного корпуса t1 (1/t1), равные 20 или более, когда поверхности длинных сторон основного корпуса деформируются, возможно обеспечивать ширины для независимой деформации на двух сторонах центрального листа. По этой причине эффект увеличения энергии, поглощаемой на единицу массы, согласно настоящему варианту выполнения становится устойчивым. С точки зрения большей стабилизации этого эффекта W1/t1 более предпочтительно выполняется равным 25 или более.

[0065] С другой стороны, если W1/t1 превышает 200, эффект увеличения энергии, поглощаемой на единицу массы, становится насыщенным. По этой причине W1/t1 предпочтительно выполняется равным 200 или менее.

[0066] Основной корпус и центральный лист могут быть соединены различными способами при условии, что во время удара основной корпус и центральный лист могут деформироваться вместе без разделения. Например, может быть применена сварка с перекрытием. В этом случае, например, возможно применять непрерывную сварку или точечную сварку с заранее определенным шагом.

[0067] Основной корпус может, например, быть изготовлен из одного металлического листа. В этом случае металлический лист может быть согнут так, чтобы образовывать многоугольную форму в поперечном сечении и, как показано на Фиг.2, сварен на его двух концах вместе с центральным листом посредством сварки с перекрытием.

[0068] Когда основной корпус 20 состоит из одного металлического листа и соединен сваркой с перекрытием таким образом, обе из пары длинных сторон (20a, 20b) предпочтительно имеют расстояния d1a (мм) и d1b (мм) вдоль направления протяженности длинных сторон (20a, 20b) от линии, проходящей через середину толщины С центрального листа 30 в положении посередине центрального листа 30 в направлении протяженности, до двух конечных точек длинных сторон (20a, 20b), удовлетворяющие следующей формуле (3):

[0069] 0,5≤d1a/d1b≤2...(3)

[0070] d1a (мм) и d1b (мм) будут объяснены со ссылкой на пример конфигурации, когда прямолинейная часть центрального листа не вертикальна по отношению к длинным сторонам основного корпуса, и пример конфигурации, когда основной корпус имеет трапециевидную форму.

[0071] Фиг.4А и 4B представляют собой виды в поперечном сечении, показывающие другие примеры конфигурации в случае, когда основной корпус состоит из одного металлического листа, причем Фиг.4(а) представляет собой пример конфигурации, когда прямолинейная часть центрального листа не вертикальна по отношению к длинным сторонам основного корпуса, при этом Фиг.4(b) представляет собой пример конфигурации, когда основной корпус имеет трапециевидную форму. В примере конфигурации, показанной на Фиг.4(а), форма поперечного сечения основного корпуса 20 представляет собой прямоугольную форму. С другой стороны, центральный лист 30 имеет прямолинейную часть, не вертикальную по отношению к длинным сторонам основного корпуса. В примере конфигурации, показанной на Фиг.4(b), основной корпус имеет трапециевидную форму, при этом центральный лист 30 имеет прямолинейную часть, не вертикальную по отношению к длинным сторонам основного корпуса.

[0072] Как показано на Фиг.2(b), Фиг.4(а) и Фиг.4(b), расстояние d1a и расстояние d1b представляют собой расстояния от линии, проходящей через середину толщины С центрального листа 30 в положении посередине центрального листа 30 в направлении протяженности, до двух конечных точек на длинных сторонах (20a, 20b). Оба таких расстояния d1a и расстояния d1b представляют собой расстояния в направлениях протяженности длинных сторон (20a, 20b). Другими словами, расстояние d1a и расстояние d1b представляют собой прямолинейные расстояния от пересечения вертикальной линии, начерченной от середины толщины С листа центрального листа 30 в положении посередине центрального листа 30 в направлении протяженности до центральной линии толщины листа длинных сторон (20a, 20b) и средней линии толщины листа длинных сторон (20a, 20b), до двух конечных точек длинных сторон (20a, 20b).

[0073] В настоящем варианте выполнения «положение посередине центрального листа в направлении протяженности» означает положение посередине прямолинейной части центрального листа в направлении протяженности. Дополнительно, в настоящем варианте выполнения «конечные точки длинных сторон» означают конечные точки прямолинейных частей, отличных от криволинейных частей.

[0074] Посредством удовлетворения формуле (3) оба расстояния (d1a, d1b), относящиеся к длинным сторонам основного корпуса, становятся подходящими, и ширины для независимой деформации могут быть достаточно обеспечены на двух сторонах центрального листа, когда поверхности длинных сторон основного корпуса деформируются. По этой причине эффект увеличения энергии, поглощаемой на единицу массы, согласно настоящему варианту выполнения является устойчивым.

[0075] Основной корпус может быть подготовлен путем соединения двух металлических листов сваркой с перекрытием. В этом случае толщины двух металлических листов также могут различаться.

[0076] Фиг.5 представляет собой вид в поперечном сечении, схематически показывающий пример конфигурации в случае, когда основной корпус состоит из двух металлических листов. Основной корпус 20, показанный на Фиг.5, состоит из первого металлического листа 21 и второго металлического листа 22. Первый металлический лист 21 образует часть многоугольной формы, при этом второй металлический лист 22 образует равновесие многоугольной формы. Другими словами, основной корпус 20 разделен посередине каждой из длинных сторон (20a, 20b), то есть в местоположениях, где приварен центральный лист 30, на две части первого металлического листа 21 и второго металлического листа 22. По этой причине в сваренных с перекрытием участках первый металлический лист 21 и второй металлический лист 22 основного корпуса сварены в состоянии перекрытия вместе с центральным листом 30.

[0077] Таким образом, когда основной корпус состоит из двух металлических листов, соединенных сваркой с перекрытием, и толщины листов двух металлических листов различаются, для получения деформационного поведения настоящего варианта выполнения необходимо, чтобы толщины листа обоих из двух металлических листов удовлетворяли формуле (1). Дополнительно, толщина t2 листа центрального листа составляет предпочтительно (1,4×t1) или более в отношении обоих из двух металлических листов основного корпуса, более предпочтительно (1,5×t1) или более. С другой стороны, толщина t2 листа центрального листа составляет предпочтительно (8×t1) или менее в отношении обоих из двух металлических листов основного корпуса, более предпочтительно (5×t1) или менее. Более того, основной корпус имеет толщины листов обоих из двух металлических листов предпочтительно 2,3 мм или менее, более предпочтительно 1,6 мм или менее.

[0078] Когда основной корпус состоит из двух металлических листов, соединенных сваркой с перекрытием, обе из пары длинных сторон (20a, 20b) предпочтительно имеют расстояние d3a (мм) и расстояние d3b (мм), удовлетворяющие формуле (4). Здесь расстояние d3a представляет собой расстояние от линии, проходящей через середину толщины центрального листа 30 в положении посередине центрального листа 30 в направлении протяженности, до конечных точек длинных сторон (20a, 20b) на первом металлическом листе 21. Дополнительно, расстояние d3b представляет собой расстояние от линии, проходящей через середину толщины центрального листа 30 в положении посередине центрального листа 30 в направлении протяженности, до конечных точек длинных сторон (20a, 20b) на втором металлическом листе 22. Оба этих расстояния d3a и расстояния d3b представляют собой расстояния в направлениях протяженности длинных сторон (20a, 20b) (смотри Фиг.5).

[0079] 0,5≤(d3a/t1a)/(d3b/t1b)≤2...(4)

[0080] Посредством удовлетворения формуле (4) все расстояния, относящиеся к длинным сторонам основного корпуса (d3a, d3b), становятся подходящими. Возможно достаточно обеспечивать ширины для независимой деформации на двух сторонах центрального листа, когда поверхности длинных сторон основного корпуса деформируются. По этой причине эффект увеличения поглощаемой энергии на единицу массу согласно настоящему варианту выполнения является устойчивым.

[0081] Металлический лист, используемый для основного корпуса, особенно не ограничен. Использование металлического листа с прочностью на растяжение 780 МПа или более в качестве основного корпуса является предпочтительным с точки зрения прочности при использовании в качестве ударопоглощающего элемента для автомобиля. Использование стального листа с прочностью на растяжение 980 МПа или более также является дополнительно предпочтительным.

[0082] Металлический лист, используемый для центрального листа, особенно не ограничен. При использовании металлического листа с модулем Юнга 180 ГПа или более в качестве центрального листа внеплоскостная деформация основного корпуса подавляется, поэтому это является предпочтительным.

[0083] Ударопоглощающий элемент настоящего варианта выполнения может быть использован в качестве ударопоглощающего элемента в автомобиле, поезде, судне или других транспортных машинах. Конкретнее, при использовании в качестве ударопоглощающего элемента автомобиля он может быть использован для краш-бокса или элемента рамы. В случае элемента рамы он может быть использован для переднего бокового элемента, заднего бокового элемента, бокового уплотнения или поперечного элемента пола.

ПРИМЕРЫ

[0084] Испытания на удар были выполнены для подтверждения эффекта ударопоглощающего элемента настоящего варианта выполнения.

[0085] В этом испытании был проведен анализ, моделирующий испытание на удар типа сбрасывания. Более конкретно, ударопоглощающий элемент в форме, показанной на Фиг.2A и 2B, был расположен с его осевым направлением в вертикальном направлении. В этом состоянии вес массой 700 кг был сброшен с высоты 13,8 м и вследствие этого ударил об один конец ударопоглощающего элемента. В это время были вычислены нагрузка в осевом направлении веса и смещение в осевом направлении и было обнаружено отношение между нагрузкой и смещением. Дополнительно, смещение в направлении, вертикальном по отношению к плоскости, включающей в себя зону сварки (направлении по оси Х), было обнаружено для одной из поверхностей длинных сторон ударопоглощающего элемента после испытания на удар. Смещение в направлении по оси Х было обнаружено на двух сторонах центрального листа, более конкретно, в положениях P1 и P2 на Фиг.2(a).

[0086] Ударопоглощающий элемент 10 был выполнен одним с длиной в осевом направлении 300 мм. Основной корпус 20 имеет прямоугольную форму поперечного сечения. Обе из пары длинных сторон (20a, 20b) имеют W1, равную 128 мм, d1a, равное 56,6 мм, d1b, равное 83,4 мм, и расстояние между обращенными друг к другу длинными сторонами, равное 70 мм. Дополнительно, все криволинейные части, соединяющие длинные стороны и короткие стороны прямоугольной формы, были выполнены дугами с радиусом 6 мм. Центральный лист 30 был обеспечен так, что часть, расположенная параллельно коротким сторонам основного корпуса 20, была расположена в центре обращенных друг к другу коротких сторон. Для основного корпуса 20 и центрального листа 30 были использованы стальные листы с прочностью на растяжение класса 980 МПа.

[0087] Для зон сварки между основным корпусом 20 и центральным листом 30 установлены граничные условия, моделирующие точечную сварку. Конкретнее, граничные условия были установлены моделирующими случай образования швов точечной сварки диаметром 5 мм с шагом 45 мм.

[0088] В примерах изобретения толщина листа основного корпуса 20 была выполнена равной 0,8 мм, а толщина листа центрального листа 30 была выполнена равной 2 мм. В Сравнительном Примере 1 толщина листа основного корпуса 20 была выполнена равной 0,8 мм, а толщина листа центрального листа 30 была выполнена равной 1 мм. В Сравнительном Примере 2 центральный лист 30 не был обеспечен, и толщина листа основного корпуса 20 была выполнена равной 0,8 мм.

[0089] Фиг.6 представляет собой вид, показывающие отношение между нагрузкой и смещением (смещением в осевом направлении) примеров. На Фиг.6 нагрузка (кН) показана в виде нагрузки на единицу массу (кН/кг). Как показано на Фиг.6, нагрузки в примерах изобретения и сравнительных примерах являются примерно одинаковыми, когда смещение составляет менее около 10 мм на первоначальной стадии деформации, но когда смещение составляет 10 мм или более, нагрузка примеров изобретения в основном выше, чем Сравнительных Примеров 1 и 2. То есть стало ясно, что ударопоглощающий элемент настоящего варианта выполнения имеет более хорошую эффективность поглощения энергии.

[0090] Фиг.7 представляет собой вид, показывающий смещение в направлении по оси Х на поверхностях длинных сторон ударопоглощающих элементов в Сравнительном Примере 1 и Сравнительном Примере 2. На Фиг.7 в Сравнительном Примере 1 форма волны вследствие смещения имеет одинаковую фазу на двух сторонах центрального листа. Дополнительно, в Сравнительном Примере 1 форма волны имела такую же протяженность, что и в Сравнительном Примере 2, не обеспеченном центральным листом.

[0091] Фиг.8 представляет собой вид, показывающий смещение в направление по оси Х на поверхностях длинных сторон ударопоглощающих элементов в Примере 1 Изобретения и Сравнительном Примере 2. На Фиг.8 в примерах изобретения часть формы волны вследствие смещения становится противоположной по фазе на двух сторонах центрального листа. Дополнительно, по сравнению со случаем, где центральный лист не обеспечен (Сравнительный Пример 2 на Фиг.8), амплитуда становится меньше и длина волны становится короче.

[0092] Таким образом, в ударопоглощающем элементе настоящего варианта выполнения деформация продольного изгиба, различающаяся по фазе, возникает на двух сторонах центрального листа, амплитуда деформации становится меньше и длина волны становится короче. Вследствие этого может быть подтверждено, что ударопоглощающий элемент настоящего варианта выполнения имеет превосходную эффективность поглощения энергии.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0093] Ударопоглощающий элемент настоящего изобретения может обеспечивать поглощение энергии, при этом будучи способным быть облегченным по весу. По этой причине при применении в краш-боксе или элементе рамы автомобиля возможно значительно способствовать улучшению топливной экономичности.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0094] 1a, 1b. краш-бокс

2. передний боковой элемент

3. задний боковой элемент

4, 4'. поперечный элемент пола

5. усилитель бампера

6. центральная стойка

7. боковое уплотнение

10. ударопоглощающий элемент

10a. положение сварки

20. основной корпус

20a. первая длинная сторона

20b. вторая длинная сторона

21. первый металлический лист

22. второй металлический лист

30. центральный лист

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Ударопоглощающий элемент, поглощающий ударную нагрузку, прикладываемую в осевом направлении, содержит основной корпус и центральный лист. Основной корпус состоит из металлического листа и имеет многоугольную форму в поперечном сечении, вертикальном по отношению к осевому направлению. Центральный лист состоит из металлического листа и расположен в полой части внутри основного корпуса вдоль осевого направления. Многоугольная форма основного корпуса включает в себя пару длинных сторон, обращенных друг к другу. Центральный лист соединен с каждой из длинных сторон многоугольной формы основного корпуса. Толщина листа центрального листа больше толщины листа основного корпуса. Достигается улучшенное поглощение энергии удара. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Ударопоглощающий элемент, поглощающий ударную нагрузку, прикладываемую в осевом направлении, содержащий:

основной корпус, состоящий из металлического листа и имеющий многоугольную форму в поперечном сечении, вертикальном по отношению к осевому направлению; и

центральный лист, состоящий из металлического листа и предусмотренный в полой части внутри основного корпуса вдоль осевого направления,

причем многоугольная форма основного корпуса включает в себя пару длинных сторон, обращенных друг к другу,

центральный лист соединен с каждой из длинных сторон многоугольной формы основного корпуса и

толщина листа центрального листа больше толщины листа основного корпуса.

2. Ударопоглощающий элемент по п.1, в котором толщина листа основного корпуса составляет 2,3 мм или менее.

3. Ударопоглощающий элемент по п.1 или 2, в котором толщина t1 (мм) листа основного корпуса и толщина t2 (мм) листа центрального листа удовлетворяют следующей формуле (1):

1,3×t1≤t2...(1).

4. Ударопоглощающий элемент по любому из пп.1-3, в котором в паре длинных сторон ширина W1 (мм) длинной стороны удовлетворяет следующей формуле (2):

W1/t1≥20...(2).

5. Ударопоглощающий элемент по любому из пп.1-4, в котором основной корпус состоит из одного металлического листа, центральный лист соединен с каждой из длинных сторон многоугольной формы основного корпуса сваркой с перекрытием, и в паре длинных сторон расстояния d1a (мм) и d1b (мм) вдоль направления ширины длинных сторон удовлетворяют следующей формуле (3), причем расстояния d1a (мм) и d1b (мм) проходят от середины толщины листа центрального листа в положении посередине в направлении ширины центрального листа до обеих конечных точек длинных сторон:

0,5≤d1a/d1b≤2...(3).

6. Ударопоглощающий элемент по любому из пп.1-5, в котором основной корпус состоит из первого металлического листа, образующего часть многоугольной формы, и второго металлического листа, образующего остальную часть многоугольной формы, первый металлический лист и второй металлический лист соединены на каждой из длинных сторон многоугольной формы сваркой с перекрытием вместе с центральным листом, и в паре длинных сторон расстояние d3a (мм) вдоль направления ширины длинных сторон, которое представляет собой расстояние от середины толщины листа центрального листа в положении посередине в направлении ширины центрального листа до конечной точки длинных сторон в первом металлическом листе, и расстояние d3b (мм) вдоль направления ширины длинных сторон, которое представляет собой расстояние от середины толщины листа центрального листа в положении посередине в направлении ширины центрального листа до конечной точки длинных сторон во втором металлическом листе, удовлетворяют следующей формуле (4):

0,5≤(d3a/t1a)/(d3b/t1b) ≤2...(4),

где t1a (мм) представляет собой толщину листа первого металлического листа, а t1b (мм) представляет собой толщину листа второго металлического листа.

7. Ударопоглощающий элемент по любому из пп.1-6, в котором металлический лист, образующий основной корпус, представляет собой стальной лист, имеющий прочность на растяжение 780 МПа или более.

8. Ударопоглощающий элемент по любому из пп.1-7, в котором металлический лист, образующий центральный лист, имеет модуль Юнга 180 ГПа или более.

9. Ударопоглощающий элемент по любому из пп.1-8, используемый для краш-бокса, переднего бокового элемента, заднего бокового элемента, бокового уплотнения или поперечного элемента пола автомобиля.