车辆用车架的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车辆用车架。所述车辆用车架沿着指定的长边方向轴延伸，并且包括压缩板、拉伸板、第一短边板及第二短边板。这些板部件形成大致矩形形状的闭合剖面。所述车辆用车架还包括在所述闭合剖面内结合于所述拉伸板的第一加强构件和结合于所述压缩板的第二加强构件。所述第一加强构件和所述第二加强构件在与长边方向轴正交的假想平面上彼此离开指定距离。由此，能够提高碰撞能的吸收量，降低弯曲开始时的负荷，实现轻型化。
【专利说明】
车辆用车架
技术领域
[0001]本发明涉及具有大致矩形形状的主剖面的车辆用车架，该车辆用车架在车辆碰撞时通过弯曲变形来吸收碰撞能。
【背景技术】
[0002]日本专利第5104272号公报(以下称作专利文献)公开了一种高强度钢板制的前纵梁。能够沿轴向压缩变形的溃缩盒安装于前纵梁的远端部分。
[0003]所述专利文献提出了如下的技术方案:在前纵梁的中途部至后端部的范围采用多个能够积极地弯折变形的冲击吸收机构。该多个冲击吸收机构使发生碰撞时的碰撞能的吸收量增加。其结果，在车辆的前碰撞时能够恰当地保护乘员。
[0004]有关上述的冲击吸收机构，通过前纵梁的弯折变形而吸收的冲击负荷占能量吸收量全体的大半。因此，与压缩变形的能量吸收特性相比，弯折变形的能量吸收特性的对EA(Energy Absorpt1n(能量吸收))性能的影响较大。
[0005]本发明的发明人参考了上述的冲击吸收机构而开发了各种各样的冲击吸收机构。本发明的发明人从这些冲击吸收机构的开发中找出了如下的课题:
[0006](I)进一步提尚碰撞能的吸收量；
[0007](2)降低弯曲开始时的负荷；
[0008](3)实现轻型化。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种能够解决上述课题的车辆用车架。
[0010]本发明的车辆用车架沿着指定的长边方向轴延伸，所述车辆用车架包括:压缩板，具有沿着所述长边方向轴延伸的第一缘和在所述第一缘的相反侧沿着所述长边方向轴延伸的第二缘，而且在车辆的碰撞时基于施加于所述车辆用车架的负荷而被压缩变形;拉伸板，与所述压缩板相向，在所述负荷存在下被拉伸;第一短边板，位于所述压缩板的所述第一缘与所述拉伸板之间；第二短边板，位于所述压缩板的所述第二缘与所述拉伸板之间，与所述压缩板、所述拉伸板及所述第一短边板一起形成矩形形状的闭合剖面;第一加强构件，在所述闭合剖面内结合于所述拉伸板;第二加强构件，在所述闭合剖面内结合于所述压缩板;其中，所述压缩板包含凹槽部，该凹槽部在与所述长边方向轴正交的指定的第一假想平面上沿着所述压缩板与所述第一假想平面的交线向所述闭合剖面凹入，所述第一加强构件与所述拉伸板一起形成至少一个沿着所述长边方向轴连续的长边闭合剖面，所述第二加强构件至少局部地包围所述凹槽部，并且与所述压缩板一起形成沿着所述交线的延伸设置方向连续的短边闭合剖面，而且在所述第一假想平面上相对于所述第一加强构件离开指定距离。
[0011 ]根据上述的车辆用车架，能够解决上述课题，即:能够进一步提高碰撞能的吸收量，能够降低弯曲开始时的负荷，并且能够实现轻型化。
[0012]上述的车辆用车架的目的、特征和优点通过以下的详细的说明和附图将变得更加明白。
【附图说明】
[0013]图1是第一实施方式的车辆用车架的简略展开立体图。
[0014]图2是图1所示的车辆用车架的简略俯视图。
[0015]图3是图2所示的假想平面上的车辆用车架的简略剖视图。
[0016]图4是图3所示的假想平面上的车辆用车架的简略剖视图。
[0017]图5A是碰撞负荷在长边方向轴的延伸设置方向上刚被输入后的输入初期的车辆用车架的简略剖视图(第二实施方式)。
[0018]图5B是输入初期之后的输入中期的车辆用车架的简略剖视图(第二实施方式)。
[0019]图5C是输入中期之后的输入终期的车辆用车架的简略剖视图(第二实施方式)。
[0020]图6A是本发明的发明人所准备的模型的简略立体图(第三实施方式)。
[0021]图6B是本发明的发明人所准备的另一个模型的简略立体图(第三实施方式)。
[0022]图6C是本发明的发明人所准备的再一个模型的简略立体图(第三实施方式)。
[0023]图7是表示FS特性的分析结果的简略图形(第三实施方式)。
[0024]图8A是图6C所示的模型(输入初期)的简略立体图(第三实施方式)。
[0025]图SB是图6C所示的模型(输入中期)的简略立体图(第三实施方式)。
[0026]图9是被加工成图1所示的车辆用车架的外构件的平板材的简略俯视图(第四实施方式)。
[0027]图10是第五实施方式的车辆用车架的简略俯视图。
[0028]图11是图10所示的车辆用车架的简略展开立体图(第六实施方式)。
[0029]图12是表示车辆的发动机室的内部结构的概略图(第七实施方式)。
[0030]图13是用作前纵梁的车辆用车架的简略俯视图(第七实施方式)。
[0031]图14是基于冲击力而变形的车辆用车架的简略俯视图(第七实施方式)。
[0032]图15A是表示以往的车辆用车架的结构的模型的简略立体图。
[0033]图15B是从图15A所示的模型改良后的另一个模型的简略立体图。
[0034]图15C是从图15A所不的模型改良后的再一个模型的简略立体图。
[0035]图1是从图15A所示的模型改良后的再一个模型的简略立体图。
[0036]图16是表示图15A至图1的模型的FS特性的分析结果的简略图形。
【具体实施方式】
[0037]〈本发明的发明人所发现的新课题〉
[0038]本发明的发明人利用板材开发出中空的车辆用车架(以下简称为车架)。形成车架的板材形成车架的内部空间的轮廓。在以下的说明中，由板材所包围的车架的内部空间被称作“主闭合剖面”。本发明的发明人将加强构件设置在主闭合剖面内，并且在主闭合剖面内形成了在弯曲方向上较长的副闭合剖面。本发明的发明人确认到如下的情况:具有副闭合剖面的车架对弯曲具有高的强度和具有改善了的EA性能。
[0039]图15A是表示以往的车架结构的模型Ml的简略立体图。参照图15A对模型Ml进行说明。
[0040]图15A表示了长边方向轴LAX。模型Ml沿长边方向轴LAX延伸。模型Ml由第一片901和第二片902形成。第一片901表示具有大致C形剖面的钢板。第二片902表示大致平坦的钢板。
[0041]第一片901与第二片902叠合。其结果，形成有由第一片901和第二片902所包围的主闭合剖面903。
[0042 ]图15B至图15D分别是由本发明的发明人根据模型MI而改良了的模型M2、M3、M4的简略立体图。参照图15A至图15D，对模型M2、M3、M4进行说明。
[0043]与模型Ml同样地，模型M2、M3、M4分别包含第一片901和第二片902。有关模型Ml的说明被引用到第一片901及第二片902。
[0044]模型M2还包括加强构件910。模型M3还包括加强构件920。模型M4还包括加强构件930。加强构件910、920、930分别表示一个在主闭合剖面903内蜿蜒地多次弯折而成的钢板。加强构件910、920、930分别具有与第一片901及第二片902结合的部位。因此，主闭合剖面903被各加强构件910、920、930划分为多个空室区域。
[0045]加强构件910与加强构件920、930在形状上互不相同。加强构件920与加强构件930在形状上大致相同。不过，加强构件920与加强构件930在板厚上互不相同。
[0046]本发明的发明人利用CAE(ComputerAided Engineering(计算机辅助工程))，分析了模型M1、M2、M3、M4各自的FS特性(可支撑的负荷与变形行程之间的关系)。
[0047]图16是表示分析结果的简略图形。图16的图形的横轴表示变形行程。图16的图形的纵轴表示负荷。
[0048]图16的图形表示模型Ml在模型M2、M3、M4中以最低的允许极限负荷被压曲的情况。有关模型M1，在刚被压曲后的负荷的下降非常大。因此，模型Ml的EA量(能量吸收量)小于模型 M2、M3、M4 的 EA 量。
[0049]图16的图形表示模型M3、M4在刚压曲后的负荷的减少率上小于模型Ml、M2。而且，图16的图形表示模型M3、M4在第二次的负荷的减少时期上迟于模型M1、M2的情况。这些特征意味着模型M3、M4在EA量上大于模型Ml、M2。
[0050]如上所述，加强构件910、920、930改善了EA量。然而，本发明的发明人找出了如下课题:加强构件910、920、930增加了车架的弯曲开始的负荷。车架的弯曲开始的负荷的增加归结于在车辆刚碰撞后的车架的弯曲开始时期的迟滞。其结果，作用于车辆的“G”一时增加。而且，由于加强构件910、920、930以横过主闭合剖面903的方式蜿蜒形成，因此，加强构件910、920、930容易导致大型化及或重型化。
[0051 ]〈第一实施方式〉
[0052]本发明的发明人开发出了解决基于上述的FS特性的分析结果而找出的课题(亦即过高的弯曲开始负荷及车辆用车架的重型化)的车辆用车架。在第一实施方式中，对所例示的车辆用车架进行说明。
[0053]图1是车辆用车架(以下称作“车架100”)的简略展开立体图。图2是车架100的简略俯视图。参照图1及图2，对车架100进行说明。
[0054]车架100包括外构件200、内构件300、两个加强构件400、500。外构件200包含外侧面211和该外侧面211的相反侧的内侧面212。内构件300包含外侧面311和该外侧面311的相反侧的内侧面312。外构件200及内构件300的外侧面211、311形成沿长边方向轴LAX延伸的大致长方体形状的外形。因此，车架100在长边方向轴LAX的延伸设置方向上较长。外构件200及内构件300的内侧面212、312在与长边方向轴LAX正交的假想平面PLl (参照图2)上形成大致矩形形状的主闭合剖面(未图示)。主闭合剖面在长边方向轴LAX的延伸设置方向上连续。加强构件400、500设置在主闭合剖面内。本实施方式中，第一假想平面由假想平面PLl所例示。
[0055]外构件200包含压缩板部220、上板230、下板240。压缩板部220、上板230、下板240在长边方向轴LAX的延伸设置方向上较长。
[0056]压缩板部220大致垂直。压缩板部220包含上缘221和上缘221的相反侧的下缘222。上缘221及下缘222大致平行地沿长边方向轴LAX延伸。在本实施方式中，压缩板由压缩板部220所例示。第一缘由上缘221所例示。第二缘由下缘222所例示。
[0057]压缩板部220还包含在上缘221与下缘222之间大致垂直地延伸的肋部223。肋部223在外侧面211上形成凹槽。肋部223在内侧面212上形成向主闭合剖面(亦即向内构件300)突出的突条。肋部223沿着假想平面PLl与压缩板部220的外侧面211(或内侧面212)的交线而形成。当装配有车架100的车辆发生碰撞时，负荷被施加于车架100。压缩板部220基于施加于车架100的负荷，在肋部223处，容易发生压缩变形。因此，弯曲开始负荷被大幅度降低。本实施方式中，凹槽部由肋部223所例示。
[0058]上板230从压缩板部220朝着内构件300呈大致直角地被折弯。压缩板部220的上缘221相当于上板230与压缩板部220之间的折曲线。上板230位于压缩板部220的上缘221与内构件300之间。上板230的内侧面212形成大致矩形形状的主闭合剖面的短边。另一方面，压缩板部220的内侧面212形成主闭合剖面的长边。在本实施方式中，第一短边板由上板230所例示。
[0059]下板240从压缩板部220朝着内构件300呈大致直角地被折弯。压缩板部220的下缘222相当于下板240与压缩板部220之间的折曲线。下板240位于压缩板部220的下缘222与内构件300之间。下板240的内侧面212形成大致矩形形状的主闭合剖面的短边。本实施方式中，第二短边板由下板240所例示。
[0060]内构件300包含拉伸板部320、上缘板330、下缘板340。拉伸板部320、上缘板330及下缘板340在长边方向轴LAX的延伸设置方向上较长。
[0061]拉伸板部320与压缩板部220相向。如上所述，压缩板部220基于施加于车架100的负荷而被压缩变形，另一方面，拉伸板部320基于施加于车架100的负荷而被拉伸。因此，车架100能够达成高的EA量。本实施方式中，拉伸板由拉伸板部320所例示。
[0062]上缘板330从拉伸板部320朝着外构件200突出若干程度。因此，在上缘板330与拉伸板部320之间形成有幅度非常狭窄的级差部331。
[0063]外构件200的上板230包含水平板231和凸缘板232。水平板231沿着压缩板部220的上缘221从压缩板部220呈大致直角地被折弯，大致水平地横置。凸缘板232从水平板231呈大致直角地被折弯，从水平板231向上方突出。凸缘板232与内构件300的上缘板330叠合。凸缘板232可以被焊接于上缘板330。也可以取代该结构，而采用铆钉或螺栓等适当的固定件，将凸缘板232接合于上缘板330。本实施方式的原理并不限定于用于将凸缘板232接合于上缘板330的特定的方法。
[0064]下缘板340从拉伸板部320朝着外构件200突出若干程度。因此，在下缘板340与拉伸板部320之间形成有幅度非常狭窄的级差部341。
[0065]外构件200的下板240包含水平板241和凸缘板242。水平板241沿着压缩板部220的下缘222从压缩板部220呈大致直角地被折弯，大致水平地横置。凸缘板242从水平板241呈大致直角地被折弯，从水平板241向下方突出。凸缘板242与内构件300的下缘板340叠合。凸缘板242可以被焊接于下缘板340。也可以取代该结构，而采用铆钉或螺栓等适当的固定件，将凸缘板242接合于下缘板340。本实施方式的原理并不限定于用于将凸缘板242接合于下缘板340的特定的方法。
[0066]图3是假想平面PL1(参照图2)上的车架100的简略剖视图。参照图1至图3，进一步对车架100进行说明。
[0067]凸缘板232接合于上缘板330。凸缘板242接合于下缘板340。其结果，压缩板部220、水平板231、241、拉伸板部320—起形成大致矩形形状的主闭合剖面110。主闭合剖面110的垂直方向较长，而水平方向较短。本实施方式中，闭合剖面由主闭合剖面110所例示。
[0068]加强构件400结合于拉伸板部320。加强构件400与拉伸板部320—起形成两个副闭合剖面121、122。本实施方式中，第一加强构件由加强构件400所例示。第一加强构件也可以形成一个副闭合剖面。也可以取代该结构，而使第一加强构件形成数量超过二的副闭合剖面。设计者也可以根据对车辆用车架要求的性能，来决定第一加强构件形成多少个副闭合剖面。
[0069]副闭合剖面121、122分别是大致矩形形状。也可以取代该结构，而使第一加强构件所形成的副闭合剖面为其他的形状(例如为三角形形状或半圆形状)。本实施方式的原理并不限定于第一加强构件所形成的副闭合剖面为特定的形状。
[0070]副闭合剖面121在长边方向轴LAX的延伸设置方向上连续。副闭合剖面122在副闭合剖面121的下方，在长边方向轴LAX的延伸设置方向上连续。本实施方式中，至少一个长边闭合剖面由副闭合剖面121、122所例示。
[0071 ]如图3所示，加强构件400设置在与肋部223相向的位置。如图1所示，加强构件400在长边方向轴LAX的延伸设置方向上，相对于外构件200及内构件300非常地短。因此，加强构件400不会使车架100的重量过度地增加。
[0072]加强构件400由单一的加强板材形成。制造车架100的制造者可以通过对加强板材实施冲压加工来形成加强构件400。也可以取代该结构，而由制造者对加强板材实施折曲加工来形成加强构件400。本实施方式的原理并不限定于用于形成加强构件400的特定的方法。
[0073]加强构件400包含三个结合板片411、412、413。结合板片411在副闭合剖面121的上方结合于拉伸板部320。结合板片412在副闭合剖面121、122之间结合于拉伸板部320。结合板片413在副闭合剖面122的下方结合于拉伸板部320。
[0074]加强构件400包含四个水平板部421、422、423、424。水平板部421从结合板片411被折弯，大致水平地横置。水平板部421从结合板片411朝着外构件200突出。水平板部422从结合板片412被折弯，大致水平地横置。水平板部422位于水平板部421的下方。水平板部422从结合板片412朝着外构件200突出。水平板部423从结合板片412被折弯，大致水平地横置。水平板部423位于水平板部422的下方。水平板部423从结合板片412朝着外构件200突出。水平板部424从结合板片413被折弯，大致水平地横置。水平板部424位于水平板部423的下方。水平板部424从结合板片413朝着外构件200突出。
[0075]加强构件400包含两个相向板部431、432。相向板部431位于水平板部421、422之间，与加强构件500相向。相向板部432位于水平板部423、424之间，与加强构件500相向。相向板部431、432各自的纵向尺寸(垂直方向的尺寸)可以短于结合板片412的纵向尺寸，也可以长于结合板片412的纵向尺寸。
[0076]相向板部431及水平板部421、422与拉伸板部320—起形成副闭合剖面121。相向板部432及水平板部423、424与拉伸板部320—起形成副闭合剖面122。副闭合剖面122在垂直方向(亦即假想平面PLl与压缩板部220或拉伸板部320的交线的延伸设置方向)上，相对于副闭合剖面121离开距离。本实施方式中，第一长边闭合剖面由副闭合剖面121所例示。第二长边闭合剖面由副闭合剖面122所例示。第一加强板部由相向板部431及水平板部421、422所例示。第二加强板部由相向板部432及水平板部423、424所例示。
[0077]图3表示了假想平面PL2。假想平面PL2相对于长边方向轴LAX平行，而且，与假想平面PLl(亦即与压缩板部220或拉伸板部320)正交。本实施方式中，第二假想平面由假想平面PL2所例示。
[0078]图4是假想平面PL2(参照图3)上的车架100的简略剖视图。参照图3及图4，进一步对车架100进行说明。
[0079]加强构件500设置在主闭合剖面110内，并且局部地包围肋部223。加强构件500与压缩板部220—起形成沿垂直方向(亦即沿假想平面PLl与压缩板部220的外侧面211(或内侧面212)的交线的延伸设置方向)延伸的副闭合剖面123。如图3所示，加强构件500的上端及下端相对于外构件200的水平板231、241分别离开若干程度的距离。本实施方式中，第二加强构件由加强构件500所例示。第二加强构件可与外构件200的水平板231、241抵接及或连接。此时，第二加强构件能够将肋部223整体地包围。
[0080]如图4所示，加强构件500包含两个结合板片511、512、两个垂直板部521、522、相向板部531。结合板片511、512、垂直板部521、522、相向板部531在垂直方向上较长。
[0081 ]结合板片511结合于压缩板部220。结合板片512在结合板片511的(隔着肋部223的)相邻处结合于压缩板部220。肋部223在结合板片511、512之间大致垂直地延伸。本实施方式中，第一结合板部由结合板片511所例示。第二结合板部由结合板片512所例示。
[0082]垂直板部521从结合板片511被折弯。垂直板部522从结合板片512被折弯。相向板部531从各结合板片511、512被折弯，与加强构件400的相向板部431、432相向。如图4所示，相向板部531、431、432与假想平面PLl大致正交。相向板部531相对于各相向板部431、432离开距离。相向板部531与相向板部431、432之间的距离根据对车架100所要求的EA量及所估算的安装有车架100的车辆的发生碰撞时的“G”而被恰当地决定。相向板部531及结合板片511、512形成以包围肋部223的方式折曲的呈轮廓的剖面501 (轮廓剖面)。本实施方式中，加强板部由相向板部531及结合板片511、512所例示。也可以取代该结构，而使加强板部形成以包围肋部223的方式弧状地弯曲的呈轮廓的剖面(轮廓剖面)。
[0083]〈第二实施方式〉
[0084]关联于第一实施方式而被说明的车辆用车架具有两个安装在肋部的形成区域的周围的小型的加强构件。其结果，车辆用车架不仅能够实现高的EA量而且能够实现低的弯曲开始负荷及低的重量。第二实施方式中，对车辆用车架的例示性的变形模式进行说明。
[0085]图5A是碰撞负荷在长边方向轴的延伸设置方向上刚被输入后的输入初期的车架100的简略剖视图。参照图5A，对车架100的变形模式进行说明。
[0086]可以将输入初期定义为从车架100开始变形的时刻至加强构件500的相向板部531与加强构件400的相向板部431、432碰撞为止的期间。不过，也可以给输入初期予以其他的定义。本实施方式的原理并不由输入初期的特定的定义所限定。
[0087]如关联于第一实施方式而被说明的那样，加强构件400安装于内构件300的拉伸板部320，另一方面，加强构件500安装于外构件200的压缩板部220。在输入初期，压缩板部220发生压缩变形，另一方面，拉伸力作用于拉伸板部320。加强构件400抵抗拉伸板部320的拉伸变形，因此，车架100在输入初期能够实现一定程度高的EA量。
[0088]图5A表示压缩板部220的外侧面211上形成的肋部223的边界线224、225。边界线224、225分别沿垂直方向延伸。肋部223在压缩板部220的外侧面211上，在边界线224、225之间被凹设。在输入初期的期间，肋部223以边界线224、225互相接近的方式折曲。其结果，压缩板部220发生压缩变形。加强构件400的相向板部431、432在输入初期的期间相对于加强构件500的相向板部531离开距离，因此，加强构件400不会直接地阻碍压缩板部220的压缩变形。因此，车架100能够实现低的弯曲开始负荷。
[0089]图5B是输入初期之后的输入中期的车架100的简略剖视图。参照图5B，进一步对车架100的变形模式进行说明。
[0090]可以将输入中期定义为从加强构件500的相向板部531与加强构件400的相向板部431、432抵接后至肋部223与加强构件500的相向板部531接触为止的期间。不过，也可以给输入中期予以其他的定义。有关输入中期，如果长的期间是较为理想时，则设计者也可以在压缩板部220与相向板部531之间设定长的距离。有关输入中期，如果短的期间是较为理想时，则设计者也可以在压缩板部220与相向板部531之间设定短的距离。本实施方式的原理并不由输入中期的特定的定义所限定。
[0091]由于加强构件400的相向板部431、432在输入中期与加强构件500的相向板部531抵接，因此，加强构件400不仅能够抑制拉伸板部320的自由变形，而且能够与加强构件500一起抑制压缩板部220的自由变形。因此，车架100能够实现高的EA量。
[0092]图5C是输入中期之后的输入终期的车架100的简略剖视图。参照图5C，进一步对车架100的变形模式进行说明。
[0093]可以将输入终期定义为肋部223与加强构件500的相向板部531之间的接触之后的期间。不过，也可以给输入终期予以其他的定义。本实施方式的原理并不由输入终期的特定的定义所限定。本实施方式中，相向板部431、432与拉伸板部320之间的距离长于相向板部531与压缩板部220之间的距离(例如为大约两倍)都。因此，输入终期相对于输入中期充分地长。
[0094]压缩板部220及拉伸板部320在输入终期与加强构件400、500—体地变形。因此，车架100能够从输入中期至输入终期实现高的EA量。
[0095]〈第三实施方式〉
[0096]本发明的发明人针对关联于第一实施方式而被说明的车辆用车架，利用计算机辅助工程来分析了FS特性。第三实施方式中，对关联于第一实施方式而被说明的车辆用车架的FS特性进行说明。
[0097]图6A是由本发明的发明人所准备的模型Ma的简略立体图。参照图1及图6A，对模型Ma进行说明。
[0098]模型Ma包括与外构件200相当的外部件20M和与内构件300相当的内部件30M。模型Ma包含两个节部件NDl、ND2。节部件NDl、ND2隔开间隔地被插入在由外部件20M与内部件30M所形成的空间内。与肋部223相当的肋模型22M位于节部件NDl、ND2之间。
[0099]图6B是由本发明的发明人所准备的另一个模型Mb的简略立体图。参照图1、图6A、图6B，对模型Mb进行说明。
[0100]与模型Ma同样地，模型Mb包含外部件20M、内部件30M、节部件NDl、ND2。模型Mb还包含与加强构件400相当的加强部件40M。加强部件40M在节部件NDl、ND2之间延伸。
[0101]图6C是由本发明的发明人所准备的再一个模型Mc的简略立体图。参照图1、图6A至图6C，对模型Mc进行说明。
[0102]与模型Mb同样地，模型Mc包含外部件20M、内部件30M、加强部件40M、节部件NDl、ND2。模型Mc还包含与加强构件500相当的加强部件50M。
[0103]本发明的发明人在FS分析中将夹设有节部件NDl、ND2的力学模型应用到模型Ma、Mb、Mc中。在力学模型中，以使长边方向轴LAX被折弯的方式施加负荷。本发明的发明人利用力学模型分析了负荷点的位移和负荷点的反作用力。
[0104]图7是表示FS特性的分析结果的简略图形。参照图1及图7，对FS特性的分析结果进行说明。
[0105]图7的图形的横轴表示行程。图7的图形的纵轴表示负荷。
[0106]图7表示了模型Ma在负荷刚被施加后在允许极限负荷作用下被压曲的情况。由于压曲刚发生后的负荷的下降较大，因此，模型Ma的EA量小于模型Mb、Mc的EA量。
[0107]模型Ma的图形线表示了中空矩形管的典型的压曲现象。压缩板部220及拉伸板部320在加强构件400、500不存在的情况下，通过外构件200的水平板231、241而联动地变形。虽然压缩板部220、拉伸板部320及加强构件400、500的变形由相邻的板材所限制，但是，几乎不会受到其他的因素所限制。因此，压缩板部220、拉伸板部320及加强构件400、500自由地变形为容易弯曲的形状。这意味着模型Ma的EA量在变形过程的全程中较低。
[0108]有关模型Mb，使肋模型22M被开始压曲的负荷与模型Ma大致相等。然而，由于加强部件40M抵抗内部件30M的弯曲变形，因此，负荷的下降量小(参照图7的图形的参照号码“I”)。图7的图形的参照符号“2”表示肋模型22M与加强部件40M大致抵接后的状态。符号“2”之后的图形线表示加强构件400、压缩板部220及拉伸板部320在相互限制下发生变形的情况。加强构件400、压缩板部220及拉伸板部320不会变形为容易弯曲的形状，表示包含拉伸及压缩的复杂的变形模式。因此，模型Mb能够持续地实现大的EA量。
[0109]有关模型Mc，使肋模型22M被开始压曲的负荷与模型Ma大致相等。与模型Ma不同的是，模型Mc的图形线并不表示压曲刚开始之后的负荷的急剧下降期间。如图7的图形的参照号码“I”所示，模型Mc的负荷的下降量小。图7的图形的参照号码“3”所示的FS特性与参照号码“2”所示的FS特性彼此有很大程度的差异。这意味着基于加强部件50M与加强部件40M抵接，负荷早期地从下降变化为增加。即，与模型Mc相关的图形线表示早期地发生加强构件400、压缩板部220及拉伸板部320的关联的变形。
[0110]图8A是负荷的输入初期的模型Mc的简略立体图。图8B是负荷的输入中期的模型Mc的简略立体图。参照图1、图6A、图6C、图8A及图8B，进一步对模型Mc的FS特性进行说明。
[0111]图8A表示在加强部件50M即将与加强部件40M抵接之前的应力分布(肋模型22M周围的等尚线)。关于图8B所不的_旲型Mc，加强部件50M抵接于加强部件40M。图8B表不压缩板部220、拉伸板部320及加强构件500联动地变形的期间的应力分布(肋模型22M周围的等高线)。关于模型Ma(参照图6A)所代表的中空矩形管的压曲现象，与水平板231、241相当的部位被折弯向外侧，形成山形的形状。另一方面，图8B所示的等高线表示水平板231、241的向外侧的变形相比于一般的中空矩形管较小的情况。这意味着水平板231、241并不是被单纯地折弯而是在被拉伸的情况下折弯。因此，模型Mc能够实现高的EA量。
[0112]〈第四实施方式〉
[0113]车辆用车架的外构件也可以由多个板材来形成。然而，如果外构件由一块平板材通过冲压加工或折曲加工来形成，则外构件容易形成。第四实施方式中，对由一块平板材来形成的外构件进行说明。
[0114]图9是被加工为外构件200(参照图1)的平板材201的简略俯视图。参照图1及图9，对外构件200进行说明。
[0115]四条虚线DLl、DL2、DL3、DL4示意性地表示在平板材201内。表示在最上方的虚线DLl与水平板231和凸缘板232之间的折曲线相当。位于虚线DLl上方的区域作为凸缘板232而被利用。表示在最下方的虚线DL4与水平板241和凸缘板242之间的折曲线相当。位于虚线DL4下方的区域作为凸缘板242而被利用。本实施方式中，车架板材由平板材201所例示。第四区域由位于虚线DLl上方的区域所例示。第五区域由位于虚线DL4下方的区域所例示。第一凸缘由凸缘板232所例示。第二凸缘由凸缘板242所例示。
[0116]与虚线DLl相邻的虚线DL2与参照图1而被说明的压缩板部220的上缘221相当。虚线DLl与虚线DL2之间的区域作为水平板231而被利用。本实施方式中，第二区域由虚线DLl与虚线DL2之间的区域所例示。
[0117]虚线DL2与虚线DL4之间所示出的虚线DL3与参照图1而被说明的压缩板部220的下缘222相当。虚线DL3与虚线DL4之间的区域作为水平板241而被利用。本实施方式中，第三区域由虚线DL3与虚线DL4之间的区域所例示。
[0118]虚线DL2、DL3之间的区域作为压缩板部220而被利用。本实施方式中，第一区域由虚线DL2、DL3之间的区域所例示。
[0119]通过冲压加工或折曲加工，水平板231、241从压缩板部220被折弯。凸缘板232从水平板231被折弯。凸缘板242从水平板241被折弯。如果这些折曲加工是由冲压加工来进行，则肋部223也可以与这些折曲加工同时地被形成。
[0120]外构件200的形成后，加强构件500与肋部223对应地被安装于压缩板部220。此后，凸缘板232、242被结合于安装有加强构件400的内构件300的上缘板330及下缘板340。此时，加强构件400与加强构件500相向。由于肋部223形成在相对于凸缘板232与上缘板330的重叠部位及凸缘板242与下缘板340的重叠部位离开距离的位置，因此，肋部223处的折曲变形难以被这些重叠部位所阻碍。本实施方式中，第一缘区域由上缘板330所例示。第二缘区域由下缘板340所例示。
[0121]〈第五实施方式〉
[0122]关联于第一实施方式而被说明的肋部形成在外构件。也可追加性地或替代性地使肋部形成在内构件。第五实施方式中，对具有不仅形成在外构件而且还形成在内构件的肋部的车辆用车架进行说明。
[0123]图10是车辆用车架(以下称作“车架100A”)的简略俯视图。参照图1及图10，对车架10A进行说明。
[0124]车架100A包含外构件200A和内构件300A。外构件200A与参照图1而被说明的外构件200对应。有关外构件200的说明，也可引用到外构件200A。内构件300A与参照图1而被说明的内构件300对应。有关内构件300的说明，也可引用到内构件300A。
[0125]图10示意性地将车架100A划分为第一管部、第二管部、第三管部及第四管部。第一管部及第四管部分别形成车架100A的端部。第二管部位于第一管部与第三管部之间。第三管部位于第二管部与第四管部之间。
[0126]车架10(^包含肋部226、227、321。肋部226在第一管部中形成于外构件20(^。肋部227在第四管部中形成于外构件200A。关联于第一实施方式而被说明的车架100结构，也可引用到第一管部及第四管部。有关肋部223的说明，也可引用到各肋部226、227。
[0127]肋部321在第三管部中形成于内构件300A。与肋部226、227同样地，肋部321沿垂直方向延伸。第一管部、第三管部及第四管部中形成有肋部226、227、321，另一方面，第二管部中不形成肋部。
[0128]〈第六实施方式〉
[0129]关联于第五实施方式而被说明的车辆用车架具有多个肋部。加强构件可以与多个肋部的其中一部分对应地设置。也可以取代该结构，而使加强构件与多个肋部分别对应地设置。此情况下，车辆用车架能够实现高的EA量。
[0130]图11是车架100A的简略展开立体图。参照图1及图11，进一步对车架100A进行说明。
[0131]如关联于第五实施方式而被说明的那样，车架100A包括外构件200A和内构件300A。与第一实施方式同样地，外构件200A包含水平板231、241和凸缘板232、242。第一实施方式的说明被引用到这些要素。外构件200还包含在水平板241、241之间大致垂直地竖立设置的压缩板部220A。关联于第五实施方式而被说明的肋部226、227在压缩板部220A上大致垂直地延伸。与第一实施方式同样地，内构件300A包含上缘板330、下缘板340、级差部331、341。第一实施方式的说明被引用到这些要素。内构件300A还包含在级差部331、341之间大致垂直地竖立设置的拉伸板部320A。关联于第五实施方式而被说明的肋部321在拉伸板部320A上大致垂直地延伸。
[0132]车架100A还包括三个加强构件541、542、543。各加强构件541、542、543与关联于第一实施方式而被说明的加强构件500(参照图1)在形状及结构上共通。有关加强构件500的形状及结构的说明被引用到各加强构件541、542、543。
[0133]加强构件541以包围肋部226的方式而安装于压缩板部220A。加强构件542以包围肋部227的方式而安装于压缩板部220A。加强构件543以包围肋部321的方式而安装于拉伸板部320A。
[0134]车架100A还包括三个加强构件441、442、443。各加强构件441、442、443与关联于第一实施方式而被说明的加强构件400(参照图1)在形状及结构上共通。有关加强构件400的形状及结构的说明被引用到各加强构件441、442、443。
[0135]加强构件441以与加强构件541相向的方式安装于拉伸板部320A。加强构件442以与加强构件542相向的方式安装于拉伸板部320A。加强构件443以与加强构件543相向的方式安装于压缩板部220A。
[0136]〈第七实施方式〉
[0137]根据上述的设计原理而设计的车辆用车架可以用作前纵梁、后纵梁、悬架横梁、保险杠梁、中柱及防撞杆等各种各样的车架构件。第7实施方式中，对用作前纵梁的车辆用车架进行说明。
[0138]图12是表示车辆的发动机室的内部结构的概略图。参照图1O及图12，对用作前纵梁的车架100A进行说明。图12所示的结构在车身的左右分别形成。
[0139]图12表示了前围板601。前围板601在垂直方向及车宽方向上扩展。前围板601将发动机室与车室分隔。车架100A设置在前围板601的前方。参照图10而被说明的第一管部形成车架100A的前端。参照图10而被说明的第四管部形成车架100A的后端，并与前围板601连接。
[0140]图12表示了悬架塔602。悬架塔602设置在车架100A的侧方。悬架塔602以突出在车架100A的上方的方式竖立设置。
[0141 ]图12表示了挡板部603 ο挡板部603在垂直方向及前后方向上延伸。挡板部603将悬架塔602与前围板601连结。
[0142]图12表示了挡板加强梁604。挡板加强梁604安装在挡板部603的上端，沿前后方向延伸。
[0143]图12表示了溃缩盒605。溃缩盒605安装于车架100A的第一管部。车辆发生碰撞时，溃缩盒605承受前面冲击负荷。其结果，溃缩盒605发生压缩变形，从而吸收碰撞能的一部分。超过了溃缩盒605的吸收能力的冲击负荷被传递到车架100A。此时，车架100A以肋部226、227、321为中心发生折曲变形。
[0144]图12表示了大致圆柱形状的发动机支座606。发动机支座606载置在车架100A的第二管部上。发动机支座606弹性支撑动力总成(未图示)。
[0145]图12表示了支座加强件607。支座加强件607设置在车架100A的第二管部内，增大发动机支座606的安装刚性。
[0146]图12表示了副车架支架608。副车架支架608被接合于车架100A的第四管部的下侧面。副车架支架608被用于悬架副车架(未图示)的安装。
[0147]图13是用作前纵梁的车架100A的简略俯视图。参照图12及图13，对车架100A进行说明。
[0148]图13表示了点Pl至P7。点Pl表示在第一管部的前端。点P2表示在肋部226的谷顶部。点P3表示在第二管部的前端。点P4表示在第二管部的后端。点P5表示在肋部321的谷顶部。点P6表示在第三管部与第四管部的边界。点P7表示在肋部227的谷顶部。超过了溃缩盒605的吸收能力的冲击力作用于点Pl。
[0149]图14是基于作用于点Pl的冲击力而变形的车架100A的简略俯视图。参照图7、图12至图14，对车架100A的变形模式进行说明。
[0150]当冲击力施加于点Pl时，第一管部沿着长边方向轴LAX大致均一地压缩变形。其结果，第一管部使EA量增大。超过第一管部的吸收能力的冲击力被传递到点P2。
[0151]点P2基于超过了第一管部的吸收能力的冲击力而被折曲。如参照图7而被说明的那样，基于设置在点P2处的加强结构，点P2的折曲变形能够为具有高的EA量作出贡献。
[0152]参照图12而被说明的支座加强件607设置在点P3、P4之间的区间范围。由于第二管部具有比其他的管部更高的刚性，因此，传递到第二管部的冲击力几乎不被传递到其他的部位，而有效地传递到点P5。
[0153]当冲击力传递到点P5时，在点P5处产生折曲变形。点P5的折曲方向为与点P2的折曲方向相反的方向。如参照图7而被说明的那样，基于设置点P5处的加强结构，点P5的折曲变形能够为具有高的EA量作出贡献。
[0154]超过了点P5处的吸收能力的冲击力通过点P6而传递到点P7。点P7的折曲方向为与点P5的折曲方向相反的方向。如参照图7而被说明的那样，基于设置在点P7处的加强结构，点P7的折曲变形能够为具有高的EA量作出贡献。
[0155]关联于上述的各种各样的实施方式而被说明的技术特征的一部分可以与其他的实施方式组合。因此，本领域技术人员能够根据上述的各种各样的实施方式中所说明的设计原理来设计各种各样的车辆用车架。
[0156]关联于上述的实施方式而被说明的车辆用车架主要包括以下的技术特征。
[0157]上述的实施方式所涉及的所述车辆用车架沿着指定的长边方向轴延伸，该车辆用车架包括:压缩板，具有沿着所述长边方向轴延伸的第一缘和在所述第一缘的相反侧沿着所述长边方向轴延伸的第二缘，而且在车辆的碰撞时基于施加于所述车辆用车架的负荷而被压缩变形;拉伸板，与所述压缩板相向，在所述负荷存在下被拉伸;第一短边板，位于所述压缩板的所述第一缘与所述拉伸板之间；第二短边板，位于所述压缩板的所述第二缘与所述拉伸板之间，与所述压缩板、所述拉伸板及所述第一短边板一起形成矩形形状的闭合剖面;第一加强构件，在所述闭合剖面内结合于所述拉伸板;第二加强构件，在所述闭合剖面内结合于所述压缩板;其中，所述压缩板包含凹槽部，该凹槽部在与所述长边方向轴正交的指定的第一假想平面上沿着所述压缩板与所述第一假想平面的交线向所述闭合剖面凹入，所述第一加强构件与所述拉伸板一起形成至少一个沿着所述长边方向轴连续的长边闭合剖面，所述第二加强构件至少局部地包围所述凹槽部，并且与所述压缩板一起形成沿着所述交线的延伸设置方向连续的短边闭合剖面，而且在所述第一假想平面上相对于所述第一加强构件离开指定距离。
[0158]根据上述结构，由于压缩板包含凹槽部，该凹槽部在与长边方向轴正交的指定的第一假想平面上沿着压缩板与第一假想平面的交线向闭合剖面凹设，因而车辆用车架能够在小的负荷的作用下开始被压曲。因此，刚碰撞后的车辆上发生的“G”被降低。由于第二加强构件在第一假想平面上相对于第一加强构件离开距离，因此，第一加强构件在车辆刚碰撞后不与第二加强构件碰撞。这对在小的负荷的作用下的车辆用车架的压曲开始作出了贡献。故此，上述结构能够降低弯曲开始时的负荷。
[0159]在上述结构中，由于第二加强构件相对于第一加强构件离开距离，因此，该车辆用车架与具有在压缩板与拉伸板之间连续地蜿蜒形成的加强结构的车辆用车架相比能够实现更轻型化。即，上述结构能够实现轻型化。
[0160]由于第一加强构件与拉伸板一起形成至少一个沿着长边方向轴连续的长边闭合剖面，因此，第一加强构件在从车辆刚碰撞之后使得拉伸板的自由变形难以发生。因此，车辆用车架能够实现高的EA量。此后，第一加强构件与第二加强构件碰撞时，第一加强构件与第二加强构件一起使得压缩板的自由变形难以发生。由于第一加强构件及或第二加强构件阻碍拉伸板及压缩板的自由变形，因此，车辆用车架能够进行包含拉伸及压缩的复杂的变形。因此，车辆用车架在此后也能够持续地实现高的EA量。故此，上述结构能够能够进一步提高碰撞能的吸收量。
[0161]上述结构中较为理想的是，所述第二加强构件包含加强板部，该加强板部具有与所述压缩板结合的第一结合板部、在所述第一结合板部的(隔着所述凹槽部的)相邻处与所述压缩板结合的第二结合板部、以及在所述第一假想平面上与所述第一加强构件相向的相向板部，所述加强板部具有轮廓剖面，该轮廓剖面以在与所述第一假想平面正交的第二假想平面上将在所述第一结合板部与所述第二结合板部之间延伸的所述凹槽部包围的方式弯曲或折曲而形成。
[0162]根据上述结构，由于凹槽部在第一结合板部与第二结合板部之间延伸，因此，第一结合板部及第二结合板部难以阻碍凹槽部处的车辆用车架的变形。由于加强板部具有以在与第一假想平面正交的第二假想平面上包围在第一结合板部与第二结合板部之间延伸的凹槽部的方式弯曲或折曲的轮廓剖面，因此，加强板部也难以阻碍凹槽部处的车辆用车架的变形。由于第一结合板部及第二结合板部与压缩板结合，因此，因压缩板的弯曲变形而产生的负荷及或位移便恰当地传递给第一加强构件。
[0163]上述结构中较为理想的是，所述加强板部从所述第一短边板延伸至所述第二短边板。
[0164]根据上述结构，由于加强板部从第一短边板延伸至第二短边板，因此，第二加强构件容易使第一短边板及第二短边板产生拉力。其结果，车辆用车架能够实现高的EA量。
[0165]上述结构中较为理想的是，所述至少一个长边闭合剖面包含第一长边闭合剖面和在所述交线的所述延伸设置方向上相对于所述第一长边闭合剖面离开指定距离的第二长边闭合剖面，所述第一加强构件包含与所述拉伸板一起形成所述第一长边闭合剖面的第一加强板部和与所述拉伸板一起形成所述第二长边闭合剖面的第二加强板部，所述第二加强构件的所述加强板部在所述第一假想平面上与所述第一加强板部和所述第二加强板部相向。
[0166]根据上述结构，由于第一加强构件包含与拉伸板一起形成第一长边闭合剖面的第一加强板部和与拉伸板一起形成第二长边闭合剖面的第二加强板部，因此，车辆用车架开始被压曲时，在压缩板、拉伸板及第一加强构件之间的强大的互相作用下，车辆用车架的变形被抑制。因此，车辆用车架能够实现高的EA量。
[0167]上述结构中较为理想的是，所述第一加强构件由单一的加强板材形成，所述加强板材在所述第一加强板部与所述第二加强板部之间结合于所述拉伸板。
[0168]根据上述结构，由于加强板材在第一加强板部与第二加强板部之间结合于拉伸板，因此，难以发生拉伸板的在第一加强板部与第二加强板部之间的呈凹状的变形。
[0169]上述结构中较为理想的是，所述压缩板、所述第一短边板及所述第二短边板由单一的车架板材形成，所述车架板材包含:第一区域，形成所述压缩板;第二区域，从所述第一区域被折弯，形成所述第一短边板;第三区域，从所述第一区域被折弯，形成所述第二短边板;第四区域，从所述第二区域被折弯，形成与所述拉伸板结合的第一凸缘;第五区域，从所述第三区域被折弯，形成与所述拉伸板结合的第二凸缘，所述拉伸板包含:第一缘区域，与所述第一凸缘结合;第二缘区域，与所述第二凸缘结合。
[0170]根据上述结构，由于压缩板、第一短边板及第二短边板由单一的车架板材形成，因此，车辆用车架能够简便地形成。由于车架板材包含形成压缩板的第一区域、从第一区域被折弯且形成第一短边板的第二区域、从第一区域被折弯且形成第二短边板的第三区域、从第二区域被折弯且形成与拉伸板结合的第一凸缘的第四区域、从第三区域被折弯且形成与拉伸板结合的第二凸缘的第五区域，因此，车辆用车架具有高的刚性，能够实现高的EA量。由于第一、第二凸缘相对于凹槽部离开距离，因此，第一、第二凸缘难以阻碍凹槽部处的车辆用车架的弯曲。其结果，车辆用车架能够在小的负荷的作用下开始被压曲。
[0171]产业上的利用可能性
[0172]上述的实施方式的原理可用于各种各样的车辆的设计。
【主权项】
1.一种车辆用车架，其特征在于， 所述车辆用车架沿着指定的长边方向轴延伸， 所述车辆用车架包括: 压缩板，具有沿着所述长边方向轴延伸的第一缘和在所述第一缘的相反侧沿着所述长边方向轴延伸的第二缘，而且在车辆的碰撞时基于施加于所述车辆用车架的负荷而被压缩变形； 拉伸板，与所述压缩板相向，在所述负荷存在下被拉伸； 第一短边板，位于所述压缩板的所述第一缘与所述拉伸板之间； 第二短边板，位于所述压缩板的所述第二缘与所述拉伸板之间，与所述压缩板、所述拉伸板及所述第一短边板一起形成矩形形状的闭合剖面； 第一加强构件，在所述闭合剖面内结合于所述拉伸板； 第二加强构件，在所述闭合剖面内结合于所述压缩板;其中， 所述压缩板包含凹槽部，该凹槽部在与所述长边方向轴正交的指定的第一假想平面上沿着所述压缩板与所述第一假想平面的交线向所述闭合剖面凹入， 所述第一加强构件与所述拉伸板一起形成至少一个沿着所述长边方向轴连续的长边闭合甜1面， 所述第二加强构件至少局部地包围所述凹槽部，并且与所述压缩板一起形成沿着所述交线的延伸设置方向连续的短边闭合剖面，而且在所述第一假想平面上相对于所述第一加强构件离开指定距离。2.根据权利要求1所述的车辆用车架，其特征在于: 所述第二加强构件包含加强板部，该加强板部具有与所述压缩板结合的第一结合板部、在所述第一结合板部的相邻处与所述压缩板结合的第二结合板部、以及在所述第一假想平面上与所述第一加强构件相向的相向板部， 所述加强板部具有轮廓剖面，该轮廓剖面以在与所述第一假想平面正交的第二假想平面上将在所述第一结合板部与所述第二结合板部之间延伸的所述凹槽部包围的方式弯曲或折曲而形成。3.根据权利要求2所述的车辆用车架，其特征在于: 所述加强板部从所述第一短边板延伸至所述第二短边板。4.根据权利要求3所述的车辆用车架，其特征在于: 所述至少一个长边闭合剖面包含第一长边闭合剖面和在所述交线的所述延伸设置方向上相对于所述第一长边闭合剖面离开指定距离的第二长边闭合剖面， 所述第一加强构件包含与所述拉伸板一起形成所述第一长边闭合剖面的第一加强板部和与所述拉伸板一起形成所述第二长边闭合剖面的第二加强板部， 所述第二加强构件的所述加强板部在所述第一假想平面上与所述第一加强板部和所述第二加强板部相向。5.根据权利要求4所述的车辆用车架，其特征在于: 所述第一加强构件由单一的加强板材形成， 所述加强板材在所述第一加强板部与所述第二加强板部之间结合于所述拉伸板。6.根据权利要求5所述的车辆用车架，其特征在于， 所述压缩板、所述第一短边板及所述第二短边板由单一的车架板材形成， 所述车架板材包含:第一区域，形成所述压缩板;第二区域，从所述第一区域被折弯，形成所述第一短边板;第三区域，从所述第一区域被折弯，形成所述第二短边板;第四区域，从所述第二区域被折弯，形成与所述拉伸板结合的第一凸缘;第五区域，从所述第三区域被折弯，形成与所述拉伸板结合的第二凸缘， 所述拉伸板包含:第一缘区域，与所述第一凸缘结合;第二缘区域，与所述第二凸缘结入口 O
【文档编号】B62D21/00GK105923048SQ201610104596
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】儿玉悠贵, 河村力, 本田正德
【申请人】马自达汽车株式会社