(57)【要約】【課題】部分モデルを用いた前面衝突試験により、フルヴィークルを用いた場合と同様の軸圧縮‐曲げ変形を再現することができるフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法を提供する。【解決手段】バンパービーム２と左右のサイドメンバー１とを備えたフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法である。サイドメンバー１の延長線から外れた位置に設置された固定軸３に慣性質量４を回転自在に軸支し、この慣性質量４を評価対象であるサイドメンバー１の後端に固定した状態で、衝撃ヘッド８によってサイドメンバー１の前端に衝撃を加える。これにより、サイドメンバー１に軸圧縮と曲げ変形とを連続して生じさせることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンパービームと左右のサイドメンバーとを備えたフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法であって、
サイドメンバーの延長線から外れた位置に設置された固定軸に慣性質量を回転自在に軸支し、この慣性質量を評価対象であるサイドメンバーの後端に固定した状態でサイドメンバーの前端に衝撃を加え、サイドメンバーに軸圧縮と曲げ変形とを連続して生じさせることを特徴とするフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法。
【請求項２】
前記固定軸は、サイドメンバーの延長線より内側に位置する垂直軸であることを特徴とする請求項１に記載のフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法。
【請求項３】
前記固定軸の後方位置に設けたストッパにより、慣性質量の後方への最大回転角度を規制することを特徴とする請求項１に記載のフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法。
【請求項４】
左右のサイドメンバーの中間部にワイヤーを張設し、外側への変形防止及び上下挙動の制御をすることを特徴とする請求項１に記載のフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法。
【請求項５】
評価対象でない側のサイドメンバーの後端は完全固定することを特徴とする請求項１に記載のフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の開発設計段階において実施される、部分モデルを用いたフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の開発設計の段階において、車体の衝突性能の評価は不可避であり、自動車メーカーでは試作車（フルヴィークル）を作り、性能評価を実施している。しかし試作車は高価であることから、評価試験の実施は容易ではなく、評価機会は限られている。また試験実施までに長い時間を必要とするため、問題が発生した際は開発工程の遅延につながることも多い。その為、新しい材料や新しい構造を試作車に搭載することは容易ではない。また仮に搭載されたとしても、限られた数の中で多くの材料や構造を評価することはできない。
【０００３】
また自動車メーカー以外では、費用対効果や設備面から車体の衝突性能の評価を実施することは困難で、鉄鋼メーカーや部品メーカーなどが自社製品の衝突性能の評価をすることは不可能に近かった。
【０００４】
そこで本発明者等は、衝突エネルギー吸収の寄与率の大きい構造部材を抜き出した部分モデルを用いて衝突性能を評価する技術を開発し、既に特許を取得済み（特許文献１）である。この特許文献１の技術は、特に側面衝突時に曲げ変形するセンターピラー等の衝突性能評価に適しており、フルヴィークルを作成することなく部分モデルを用いて、正確な性能評価を行なえる点で、大きな実用的効果を発揮している。
【０００５】
しかし、自動車のフロントサイドメンバーは前面衝突時、評価対象部が移動して衝突し、軸圧縮後、曲げ変形となる複雑な変形挙動を示すため、特許文献１の技術を用いても試作車を剛体壁やアルミハニカムバリアに前面衝突させた場合と同様の変形を再現させることは難しいという問題が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９０２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、部分モデルを用いた前面衝突試験により、フルヴィークルを用いた前面衝突試験と同様の軸圧縮‐曲げ変形を再現することができるフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、バンパービームと左右のサイドメンバーとを備えたフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法であって、サイドメンバーの延長線から外れた位置に設置された固定軸に慣性質量を回転自在に軸支し、この慣性質量を評価対象であるサイドメンバーの後端に固定した状態でサイドメンバーの前端に衝撃を加え、サイドメンバーに軸圧縮と曲げ変形とを連続して生じさせることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、請求項２のように、前記固定軸は、サイドメンバーの延長線より内側に位置する垂直軸とすることが好ましい。また請求項３のように、前記固定軸の後方位置に設けたストッパにより、慣性質量の後方への最大回転角度を規制することが好ましい。また請求項４のように、左右のサイドメンバーの中間部にワイヤーを張設し、外側への変形防止及び上下挙動の制御をすることが好ましい。さらに請求項５のように、評価対象でない側のサイドメンバーの後端は完全固定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフロントサイドメンバーの前面衝突性能評価方法によれば、先ずサイドメンバーに衝撃を加えて軸圧潰を生じさせるとともに、サイドメンバーの後端に固定した慣性質量を回転させ、軸圧潰に続いてサイドメンバーを曲げ変形させることができる。この慣性質量の大きさ及び固定軸の位置を調節することにより、フルヴィークルを用いた前面衝突試験と同様の軸圧縮‐曲げ変形を再現することができる。このため本発明によれば、部分モデルを用いた前面衝突試験により、フルヴィークルを用いた前面衝突試験と同様の性能評価が可能となる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、サイドメンバーの後端に固定した慣性質量の回転方向が特定されるため、フルヴィークルを用いた前面衝突試験と同様の軸圧縮‐曲げ変形を再現することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、慣性質量の後方への最大回転角度を規制することにより、サイドメンバーの過度の変形を抑制することができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、左右のサイドメンバーの中間部にワイヤーを張設することによって、エンジンがフロントサイドメンバーの変形挙動に与える影響を模擬することができる。
【００１４】
請求項５の発明によれば、評価対象でない側のサイドメンバーの後端を完全固定することによりがたつきを無くし、評価対象である側のサイドメンバーに衝撃力を集中させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】前面衝突時のフロントサイドメンバーの変形を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態を示す正面図である。
【図４】本発明の実施形態を示す斜視図である。
【図５】本発明とフルヴィークル試験との変形モードの対比図である。
【図６】本発明とフルヴィークル試験との変形モードの対比図である。
【図７】本発明とフルヴィークル試験との変形モードの対比図である。
【図８】実施例におけるターゲットマークの説明図である。
【図９】変位量と荷重との関係を示すグラフである。
【図１０】変位量と積算エネルギーとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は、前面衝突時のフロントサイドメンバーの変形を示す平面図である。フロントサイドメンバーは左右のサイドメンバー１と、バンパービーム２を備えている。フルヴィークルを用いた前面衝突試験を行うと、図１に示すとおり先ず衝撃を受けた側のサイドメンバー１に軸圧潰が生じ、続いて圧縮による曲げ変形が生ずる。従って部分モデルを用いた前面衝突試験を行う場合にも、これと同様の変形挙動を生じさせることにより、フロントサイドメンバーの前面衝突性能評価が可能となる。なお図１に示すようにサイドメンバー１の後方部分は強度が高く変形しにくい部分であるため、試験にはこの後方部分を除いたサイドメンバー１を部分モデルとして使用する。
【００１７】
図２〜図４は本発明の前面衝突試験方法の説明図である。本発明では、評価対象であり衝撃が加えられる側のサイドメンバー１の延長線よりも内側に外れた位置に固定軸３を垂直に設置し、この固定軸３に慣性質量４を回転自在に軸支させる。この実施形態では慣性質量４は平板５の一端に断面がコの字状の軸受部６を形成するとともに、平板５の他端に重錘７を固定した構造となっている。軸受部６に固定軸３を貫通させて慣性質量４を軸支させ、この慣性質量４の前面にサイドメンバー１の後端を固定する。
【００１８】
慣性質量４の主要な役割は、サイドメンバー１に衝撃に応じた軸圧縮と、曲げ変形を短時間内に連続的に生じさせることである。このために、予備試験を行なって慣性質量４の質量と固定軸３の位置とを調節しておく。慣性質量４の質量は評価対象とする車種やフロントサイドメンバーの材質・構造によって調節すればよく、１００〜４００ｋｇ程度とする。本実施形態では２００ｋｇである。
【００１９】
８は評価対象であるサイドメンバー１の前端に衝撃を加えるための衝撃ヘッドであり、３００〜４００ｋｇの質量を持つ。衝撃ヘッド８は油圧シリンダなどの適宜のアクチュエータによって所望の衝突速度で駆動される。この衝撃により慣性質量４は固定軸３の周りに回転するが、固定軸３の後方位置にはストッパ９が設けられており、慣性質量４の後方への最大回転角度を規制している。本実施形態では最大回転角度は４５°に設定されているが、３０°〜６０°程度の範囲内で適宜変更可能である。
【００２０】
本実施形態では、評価対象でない側のサイドメンバー１の後端は、プレート１０により完全固定されている。これによりフロントサイドメンバーのがたつきをなくし、衝撃ヘッド８の衝撃が評価対象であるサイドメンバー１に集中させることができる。
【００２１】
本実施形態では、左右のサイドメンバー１、１間にラジエータサポート１１を取付けた部分モデルを用いている。しかしこのラジエータサポート１１を省略した部分モデルを用いることも可能である。
【００２２】
また本実施形態では、左右のサイドメンバー１、１の中間位置にワイヤー１２を張設し、サイドメンバー１の外側への変形を防止している。また左右のサイドメンバー１（一方は評価対象側サイドメンバー）の中間部にワイヤー１２を張設し、上下挙動の制御をしている。これは実車においてフロントサイドメンバーの上に搭載されるエンジンマウントがフロントサイドメンバーの変形に与える影響を模擬したもので、ワイヤー１２にテンションを掛けて使用することが好ましい。ワイヤー１２の位置やテンションの大きさは実車に合せて調整される。
【００２３】
上記したようにフロントサイドメンバーを試験装置にセットしたうえ、衝撃ヘッド８を評価対象であるサイドメンバー１の前端に衝突させる。これによりサイドメンバー１にその軸線方向の衝撃荷重が加わるが、サイドメンバー１の後端には慣性質量４が固定されているため、衝撃を受けた瞬間には慣性質量４が衝撃荷重による「圧縮方向に対して垂直な受け面」として作用し、先ずサイドメンバー１に図１に示した軸圧縮と座屈を生じさせる。
【００２４】
この軸圧縮の進行中に慣性質量４は固定軸３を中心として後方に回転し始める。その角加速度は、衝撃荷重と慣性質量４の質量とによって決定される。この回転によりサイドメンバー１の後端は圧縮方向に対して傾斜し、「圧縮方向に対して垂直ではない受け面」に変化する。これに伴いサイドメンバー１の後端は曲げ変形し、慣性質量４がストッパ９に当たった位置で停止する。これにより図１に示したフルヴィークルと同様の圧縮曲げを再現することができる。
【００２５】
このように、衝突時における構造部材の変形挙動を再現するためには、サイドメンバー１を軸圧潰させるための「圧縮方向に対して垂直な受け面」と、曲げ変形を生じさせるための「圧縮方向に対して垂直ではない受け面」とが必要であり、しかもその変化を非常に短時間内に連続して生じさせる必要がある。この変化を別の動力を用いて行うことは困難であるが、本発明では慣性質量４を用いることにより、この変化を短時間で成立させることに成功した。
【００２６】
従って本発明によれば、高価なフルヴィークル試験を行うことなく、フロントサイドメンバーの前面衝突性能評価を行なうことができ、鉄鋼メーカーや部品メーカーなどが自社製品の衝突性能の評価を行なうことが可能となった。
【実施例】
【００２７】
図５、図６、図７に、上記した本発明の実施形態の試験装置を用いて衝突試験を行った場合と、フルヴィークル試験を行った場合とについて、変形モードを対比して図示した。各図とも、上段が本発明、下段がフルヴィークル試験を示す。また併せて矢視Ａの状況も示す。
【００２８】
図５に示すように、衝突直後にサイドメンバー１のＥ/Ｇマウントの前部が座屈し、続いて図６のようにＥ/Ｇマウントの後部が折れ、最後に図７のようにＥ/Ｇマウントが持上がる。これらの変形は変形量０〜４００ｍｍ程度進行するが、本発明の評価方法によっても、サイドメンバー１にフルヴィークル試験とほぼ同一の変形を生じることが確認された。
【００２９】
次に、図８に示すようにサイドメンバー上に２つのターゲットマークＴを設定し、それらの間の距離が衝突試験中にどのように変化するかを測定した。またサイドメンバーの後端にロードセルを設置してサイドメンバーの「圧縮方向に対して垂直な受け面」に作用する荷重を測定し、積算エネルギーを算出した。
【００３０】
図９はターゲットマークＴ−Ｔ間の変形量と荷重との関係を示すグラフである。部分モデルを用いた本発明方法によっても、フルヴィークル試験とほぼ同一の結果が得られることが確認できた。
【００３１】
図１０はターゲットマークＴ−Ｔ間の変形量と積算エネルギ（変形による吸収エネルギー）との関係を示すグラフである。部分モデルを用いた本発明方法によっても、フルヴィークル試験とほぼ同一の結果が得られることが示されている。
【符号の説明】
【００３２】
１  サイドメンバー
２  バンパービーム
３  固定軸
４  慣性質量
５  平板
６  軸受部
７  重錘
８  衝撃ヘッド
９  ストッパ
１０  プレート
１１  ラジエータサポート
１２  ワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015108586.tif 000009
【図８】
2015108586.tif 000010
【図９】
2015108586.tif 000011
【図１０】
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