專利名稱：汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件和使用該構(gòu)件的汽車車體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以發(fā)揮優(yōu)異的彎曲強(qiáng)度和能量吸收特性、且可實現(xiàn)輕量化的汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件，例如作為門加強(qiáng)構(gòu)件的門沖擊防護(hù)梁、立柱加強(qiáng)構(gòu)件和保險杠加強(qiáng)構(gòu)件等，以及使用該汽車結(jié)構(gòu)構(gòu)件的車體。
背景技術(shù)：
一直以來，為了在汽車受到側(cè)面沖擊時確保駕駛者的安全，廣泛采用汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件，例如作為門加強(qiáng)構(gòu)件的門沖擊防護(hù)件。而且，作為這種門沖擊防護(hù)件，為了在確保沖擊安全性的同時能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化以降低燃料消耗，采用了超抗拉鋼管。作為這種鋼管材料，通常抗拉強(qiáng)度在1400Mpa以上，其截面形狀一般為圓形。
另一方面，有必要通過汽車零件等的輕量化來進(jìn)一步降低燃料消耗，且門沖擊防護(hù)件也需要更輕的材料，因而，優(yōu)選采用壁厚盡可能薄的構(gòu)件。但是，門沖擊安全防護(hù)件是用于確保沖擊時的安全性的，必須確保有在規(guī)定值以上的彎曲強(qiáng)度和能量吸收特性，但是在現(xiàn)有技術(shù)的截面形狀為圓形的構(gòu)件中的輕量化幾乎已經(jīng)達(dá)到了極限。
本發(fā)明的目的是，解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種在汽車受到?jīng)_擊時(例如正面沖擊、側(cè)面沖擊等)、特別是在側(cè)面沖擊時，具有與現(xiàn)有的圓形截面鋼管基本相同或更高的彎曲強(qiáng)度和能量吸收特性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更輕量化的，例如作為門加強(qiáng)構(gòu)件的門沖擊防護(hù)梁、立柱加強(qiáng)構(gòu)件、保險杠加強(qiáng)構(gòu)件等的汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及采用該構(gòu)件的車體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，其要點如下。
(1)一種汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，由具有抗拉強(qiáng)度在1400Mpa或以上、延展率在5％或以上的材料特性、截面形狀為閉合截面結(jié)構(gòu)的抗拉鋼管形成，在設(shè)該截面形狀的長度方向最大尺寸為a、與其成直角方向的最大尺寸為b、外周長度為L、該鋼管的壁厚為t的情況下，截面形狀滿足下式<1>
(2)如上述(1)所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述截面形狀為，在其邊的至少一處具有直線部。
(3)如上述(1)所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述截面形狀為，其邊全部以曲線形成。
(4)如上述(1)所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述截面形狀為橢圓形狀。
(5)如上述(1)～(4)中任何一項所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述構(gòu)件在安裝到車體上的情況下，以其截面形狀的長度方向與車體的沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置。
(6)如上述(1)～(5)中任何一項所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述構(gòu)件在安裝到門上的情況下，被作為以其截面形狀的長度方向與門的側(cè)面沖擊的方向相一致的方式進(jìn)行配置的門沖擊防護(hù)梁使用。
(7)一種汽車車體，其是將如(1)～(6)任何一項所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件以該構(gòu)件的截面形狀的長度方向與車體的沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置而成的。
附圖的簡單說明

圖1是表示對與φ31.8mm×t1.6mm的圓形截面重量相同、a與b的比以各種方式變化的四邊形形狀的梁，以950mm的跨距進(jìn)行三點彎曲試驗所獲得的b/a與最大載荷及能量吸收關(guān)系的圖示。
圖2是表示壁厚t和外周長度L的關(guān)系的例子的圖示。
圖3是表示以950mm的跨距進(jìn)行三點彎曲試驗的情況下的位移和載荷的關(guān)系的圖示。
圖4是表示本發(fā)明的實施形式的剖視圖。
圖5是表示本發(fā)明的另一個實施形式的剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明的另一個實施形式的剖視圖。
圖7是表示本發(fā)明的另一個實施形式的剖視圖。
圖8是表示本發(fā)明的另一個實施形式的剖視圖。
圖9是表示實施例和比較例的三點彎曲試驗的結(jié)果的曲線圖。
圖10是表示三點彎曲試驗中的能量吸收的圖示。
發(fā)明的實施形式以下，參照附圖，以將本發(fā)明的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件用作車體的門沖擊防護(hù)梁的情況為例，說明優(yōu)選的實施形式。
本發(fā)明的門沖擊防護(hù)梁由與軸長方向垂直的方向上的截面形狀為閉合截面結(jié)構(gòu)的抗拉鋼管形成，所述抗拉鋼管是采用組成成分由例如重量百分比為C0.24％、Si0.25％、Mn2.4％、Cr0.5％、Mo0.7％、Ti0.03％、B20ppm、其余為Fe及必不可少的元素構(gòu)成，且具有抗拉強(qiáng)度在1400Mpa或以上、延展率在5％或以上的材料特性的鋼帶形成的。
而且，在設(shè)截面形狀的長度方向的最大尺寸為a、與其成直角的方向上的最大尺寸為b、外周長度為L、壁厚為t的情況下，截面形狀滿足下式<1> 優(yōu)選地，在安裝到門上的情況下，以梁的截面形狀中的前述長度方向與側(cè)面沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置。
另外，本發(fā)明的梁截面形狀是以內(nèi)接于長方形且利用圓弧對各個角部進(jìn)行倒角而成的形狀為基本形狀的，通過使各個角部形成圓弧狀，在施加沖擊載荷的情況下，可以防止由于向各個角部產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中而造成極端的開裂和壓曲。
以下，對以上述尺寸限定截面形狀的理由進(jìn)行說明。
(1)首先，對b/a的限定條件進(jìn)行說明。
圖1是在利用從與截面形狀的長度方向相同的方向而來的載荷、對以各種方式改變b/a且截面面積相同的鋼管進(jìn)行三點彎曲試驗的情況下，以最大載荷和能量吸收量評價彎曲特性的曲線圖。
當(dāng)使b/a從圓形(b/a＝1)逐漸減小時，最大載荷、能量吸收均增加，且在0.65≤b/a≤0.75的范圍內(nèi)急劇增大。進(jìn)而，在b/a＜0.65時雖然彎曲特性提高，但長邊(長度方向的最大尺寸)a相對于短邊(與長度方向成直角的方向的最大尺寸)b過大，形狀不穩(wěn)定，在側(cè)面沖擊時會發(fā)生梁的扭曲、旋轉(zhuǎn)，因而，不能發(fā)揮梁的本來的性能，有可能存在安全性問題。并且，在向門內(nèi)進(jìn)行配置的情況下，存在由于空間上的限制而不能配置的情況。
因而，優(yōu)選在0.65≤b/a≤0.75的范圍內(nèi)。
(2)下面，對t/L的限定條件進(jìn)行說明。
在確定用于沖擊時的安全保障的有效截面形狀時，除了b/a之外，壁厚t和外周長度L的比t/L是重要的參數(shù)。
圖2表示b/a在上述范圍(0.65 b/a 0.75)內(nèi)的t和L的關(guān)系。
在t/L＜0.014的區(qū)域內(nèi)，由于L相對于t太大，所以容易產(chǎn)生壓曲，進(jìn)而，壓曲后產(chǎn)生的裂紋也容易增大。另一方面，在t/L＞0.020的區(qū)域內(nèi)，雖然彎曲特性良好，但是由于t相對于L過大而趨向于重量增加，違背了輕量化的目的。
另外，在將該梁安裝到實際的門上的情況下，在0.014≤t/L≤0.020的范圍以外，L還受到門內(nèi)的安裝空間的限制，t還受到輕量化等要求的限制。另外，L和t有必要位于具有充分的彎曲性能的區(qū)域中，并以L和t的乘積L×t＞K(K是由門的要求性能所確定的常數(shù))所限定的范圍為最佳范圍(圖2的斜線部分，而此時K＝140)。
梁的截面形狀，為了提高質(zhì)量分布遠(yuǎn)離與長度方向成直角的方向的中間軸的情況下的、垂直于梁(鋼管)的軸長方向的方向的彎曲剛性，優(yōu)選為形成例如如圖4所示、在長度方向的兩個邊中存在直線部分的橢圓形狀、或者如圖5～圖6所示、在長度方向的兩邊和與其成直角的方向的兩邊上具有直線部分的大致長方形形狀，這是因為上述形狀可以大大提高垂直于梁(鋼管)的軸長方向的方向的彎曲剛性。
另外，在長度方向上存在直線的情況下，垂直于梁(鋼管)的軸長方向的方向上的彎曲剛性提高，但是存在壓曲之后裂紋增大的傾向，為了減輕由該壓曲造成的裂紋，如圖7所示，優(yōu)選為形成長度方向上具有向外側(cè)凸出的彎曲部的形狀。
另外，如圖8所示，對于將長度方向和與其成直角的方向平滑彎曲地連接起來的橢圓形形狀，雖然在沖擊下不能穩(wěn)定地保持形狀，存在容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、彎曲的傾向，但是由于難以壓曲、并且壓曲造成的裂紋非常小，因而可以將其用作梁。
(3)其次，對向門或車體的配置進(jìn)行說明。
本發(fā)明由于不具有像圓形截面那樣的全方位性(等方向性)，所以向門內(nèi)的配置優(yōu)選為以能夠最大限度地發(fā)揮彎曲特性的方式利用其方向性。即，在安裝到門上的情況下，優(yōu)選為以梁的截面形狀的長度方向與側(cè)面沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置。另外，構(gòu)件向車體的配置，優(yōu)選為以構(gòu)件截面形狀的長度方向與沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置。這樣，如前面所述，構(gòu)件的與截面形狀的長度方向相同方向上的彎曲剛性非常好。
本發(fā)明的汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除了前述門沖擊防護(hù)梁以外，還可以作為立柱加強(qiáng)構(gòu)件和保險杠加強(qiáng)構(gòu)件、車體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件來使用。
實施例對具有表1所示的實施例1～3的尺寸和各種比例的截面形狀的梁，以950mm的跨距(I＝950mm)進(jìn)行三點彎曲試驗(速度2mm/s，壓入位移量200mm)。最大載荷和能量吸收任何一項均滿足要求。另一方面，作為比較例，對現(xiàn)有類型的具有φ31.8mm×t1.8mm的圓形截面的梁(比較例1)、和實現(xiàn)輕量化的具有φ31.8mm×t1.6mm的圓形截面的梁(比較例2)同樣地進(jìn)行三點試驗。另外，實施例1、2、3分別與圖4、圖5、圖6相應(yīng)。圖3表示實施例1、比較例1、比較例2的三點彎曲試驗的載荷-位移曲線。
實施例和比較例的三點彎曲試驗中的最大載荷和能量吸收的結(jié)果表示在圖9中。另外，如圖10所示，能量吸收位于前述三點彎曲試驗的載荷-位移曲線的下側(cè)的斜線部分的區(qū)域中。
如從結(jié)果可知，本發(fā)明的梁與輕量化類型的具有φ31.8mm×t1.6mm的圓形截面的梁重量相同，并且，與具有φ31.8mm×t1.8mm的圓形截面的梁相比、具有相同或更高最大載荷和能量吸收性能，可以認(rèn)為能夠發(fā)揮優(yōu)異的形狀特性(圖9)。
表1

如從上述說明可知，由于本發(fā)明，在汽車受到?jīng)_擊時、特別是側(cè)面沖擊時，與現(xiàn)有的圓形截面的鋼管相比，具有較高的彎曲強(qiáng)度和能量吸收特性，所以可以用作汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如作為門加強(qiáng)構(gòu)件的門沖擊防護(hù)用梁、梁加強(qiáng)構(gòu)件和保險杠加強(qiáng)構(gòu)件)，且可以實現(xiàn)車體的輕量化。
權(quán)利要求
1.一種汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，由具有抗拉強(qiáng)度在1400Mpa或以上、延展率在5％或以上的材料特性、截面形狀為閉合截面結(jié)構(gòu)的抗拉鋼管形成，在設(shè)該截面形狀的長度方向最大尺寸為a、與其成直角方向的最大尺寸為b、外周長度為L、該鋼管的壁厚為t的情況下，截面形狀滿足下式<1>
2.如權(quán)利要求1所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述截面形狀為，在其邊的至少一處具有直線部。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述截面形狀為，其邊全部以曲線形成。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述截面形狀為橢圓形狀。
5.如權(quán)利要求1～4中任何一項所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述構(gòu)件在安裝到車體上的情況下，以其截面形狀的長度方向與車體的沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置。
6.如權(quán)利要求1～4中任何一項所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，其特征在于，前述構(gòu)件在安裝到門上的情況下，被作為以其截面形狀的長度方向與門的側(cè)面沖擊的方向相一致的方式進(jìn)行配置的門沖擊防護(hù)梁使用。
7.一種汽車車體，其是將如權(quán)利要求1～6任何一項所述的汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件以該構(gòu)件的截面形狀的長度方向與車體的沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置而成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以發(fā)揮優(yōu)異的彎曲強(qiáng)度和能量吸收特性、并且可實現(xiàn)輕量化的汽車用結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該汽車結(jié)構(gòu)用構(gòu)件，由具有抗拉強(qiáng)度在1400Mpa或以上、延展率在5％或以上的材料特性、與軸長方向垂直的方向上的截面形狀為閉合截面結(jié)構(gòu)的抗拉鋼管形成，在設(shè)該截面形狀的長度方向最大尺寸為a，與其成直角方向的最大尺寸為b、外周長度為L、該鋼管的壁厚為t的情況下，截面形狀滿足上式<1>在安裝到車體上的情況下，優(yōu)選以構(gòu)件截面形狀的長度方向與沖擊方向相一致的方式進(jìn)行配置。
文檔編號B60J5/04GK1492813SQ02805468
公開日2004年4月28日 申請日期2002年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月26日
發(fā)明者土井宏幸, 本吉卓, 高地務(wù), 川瀨正伸, 山田信泰, 伸, 泰 申請人:新日本制鐵株式會社