Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

WO2020017662A1 - 車両用構造部材 - Google Patents

車両用構造部材 Download PDF

Info

Publication number
WO2020017662A1
WO2020017662A1 PCT/JP2019/028714 JP2019028714W WO2020017662A1 WO 2020017662 A1 WO2020017662 A1 WO 2020017662A1 JP 2019028714 W JP2019028714 W JP 2019028714W WO 2020017662 A1 WO2020017662 A1 WO 2020017662A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
notch
region
notch forming
hollow member
axis
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/028714
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝博 相藤
Original Assignee
日本製鉄株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社 filed Critical 日本製鉄株式会社
Priority to JP2020521380A priority Critical patent/JP6801825B2/ja
Priority to US17/256,521 priority patent/US11465693B2/en
Priority to CN201980046928.4A priority patent/CN112424057B/zh
Publication of WO2020017662A1 publication Critical patent/WO2020017662A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/152—Front or rear frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/08—Front or rear portions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/001—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material
    • B62D29/005—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material preformed metal and synthetic material elements being joined together, e.g. by adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body

Definitions

  • the present invention relates to a structural member for a vehicle.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2018-136977, filed on July 20, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
  • the crushable zone of the front part is mainly composed of a part called a front side member and a part called a crash box arranged at the tip thereof.
  • Patent Literature 1 discloses a technique in which FRP (fiber reinforced resin) is applied to a crash box (bumper beam extension) at the front of the vehicle body.
  • Patent Literature 2 discloses a technique in which FRP is applied to a crash box (crash rail) at the rear of a vehicle body.
  • Patent Document 3 exemplifies a carbon fiber as a main reinforcing member provided inside a hollow member.
  • Patent Document 4 discloses that a surface member constituting an impact absorbing member used as a structural member of an automobile has a laminated structure of a sheet-like fiber reinforced member.
  • Patent Document 5 discloses a technique in which a plurality of beads are provided on a metal plate material of a vehicle impact absorbing member.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 apply FRP to a crash box to improve the energy absorption performance of the crash box itself.
  • the crash box is a member for the purpose of absorbing energy in a collision with a small input load (a so-called light collision) at the time of a collision at a low speed, for example.
  • the crash box is crushed in the early stage of deformation, and then the front side member is deformed to absorb energy. Since the energy absorption amount of the crash box is relatively smaller than that of the front side member, the crash box can exhibit only limited energy absorption performance when a large load is assumed at the time of a high-speed collision.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to maintain or improve the energy absorption performance at the time of a vehicle collision while reducing the weight of the vehicle structural member.
  • One embodiment of the present invention that solves the above-described problem is a structural member for a vehicle, which is a metal hollow member provided with a notch forming portion having a notch, which is arranged in a plurality of lengthwise directions of the member, A plurality of reinforcing members made of FRP, which cover each of the notches of each notch forming portion joined to the hollow member; and a coordinate axis having an origin at a center of gravity of a cross section perpendicular to a member longitudinal direction of the hollow member.
  • first axis an axis in a direction perpendicular to the first axis
  • second axis an axis in a direction perpendicular to the first axis
  • the axis is divided with the first axis or the second axis as a boundary.
  • first region an axis in a direction perpendicular to the first axis
  • second region an axis in a direction perpendicular to the first axis
  • second axis the axis is divided with the first axis or the second axis as a boundary.
  • a first notch having the notch in the first region is provided.
  • can form part, it is characterized by being arranged alternately along the member longitudinal direction of the hollow member.
  • the number of break points of the hollow member that can be broken when a high load is input from the longitudinal direction of the member can be increased.
  • the break point of the hollow member contributes to energy absorption by plastic deformation, but the portion other than the break point does not undergo much plastic deformation and has a low contribution to energy absorption. Therefore, by increasing the number of break points, it is possible to increase the region where plastic deformation occurs with respect to the load input, and it is possible to improve the energy absorption performance.
  • the energy absorption performance at the time of a vehicle collision can be maintained or improved, aiming at weight reduction.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a vehicle frame according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line aa in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line bb in FIG. 4. It is sectional drawing which shows the example of arrangement
  • FIG. 5A is a view corresponding to an aa cross section in FIG.
  • FIG. 5A is a view corresponding to an aa cross section in FIG. (B) is a diagram corresponding to the bb section in FIG. 4. It is sectional drawing which shows the example of arrangement
  • FIG. 5A is a view corresponding to an aa cross section in FIG. (B) is a diagram corresponding to the bb section in FIG. 4. It is sectional drawing which shows the example of arrangement
  • FIG. 5A is a view corresponding to an aa cross section in FIG. (B) is a diagram corresponding to the bb section in FIG. 4. It is a perspective view showing the schematic structure of the frame for vehicles for explaining the 2nd example of arrangement of a notch and a reinforcing member.
  • FIG. 5A is a view corresponding to an aa cross section in FIG. (B) is a diagram corresponding to the bb section in FIG. 4.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line aa in FIG. 10.
  • FIG. 11 is a view illustrating an example of the arrangement of the reinforcing members and corresponding to an aa cross section in FIG. 10.
  • FIG. 11 is a view illustrating an example of the arrangement of the reinforcing members and corresponding to an aa cross section in FIG. 10.
  • FIG. 7 is a plan view showing a deformed state of a vehicle frame of a comparative example (structure 1). It is a side view which shows the deformation state of the vehicle frame of a comparative example (structure 1).
  • FIG. 8 is a plan view showing a deformed state of a vehicle frame of a comparative example (structure 3).
  • the vehicle body provided in a vehicle such as a general automobile can be classified into a front structure (FRONT), a rear structure (REAR), and a cabin structure (CABIN).
  • FRONT front structure
  • RRR rear structure
  • CABIN cabin structure
  • the front structure and the rear structure have a function of absorbing and mitigating a shock to the vehicle (shock absorbing function) by the structure itself crushing during a vehicle collision. That is, in order to ensure the safety of the occupants in the cabin at the time of a vehicle collision, the front structure and the rear structure are required to have a structure that absorbs as much energy as possible due to the collision (collision energy). Therefore, the frames constituting the front structure and the rear structure are required to absorb a large amount of collision energy even when bending or crushing occurs during a collision.
  • the frames used for the front structure and the rear structure are, for example, front side members and rear side members.
  • the front side member includes a front side member rear that forms a rear end portion, and a front side member front that forms a portion on the front side of the rear end portion.
  • the rear side member includes a rear side member rear that constitutes a rear end, and a rear side member front that constitutes a portion on the front side of the rear end.
  • the strength and thickness of the steel sheet forming the vehicle body structure are being promoted.
  • the frames constituting the front structure, the rear structure, and the cabin structure are also being replaced with thinned high-strength steel plates.
  • the thickness of the frame formed by the high-strength steel sheet is made by the conventional steel sheet so that at least one of the collision energy absorption and the load-bearing performance is equivalent to the frame formed by the conventional steel sheet. It is set thinner than the frame to be formed. This makes it possible to reduce the weight of the frame while maintaining the collision performance of the high-strength frame equal to that of the conventional frame.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a vehicle frame 1 according to one embodiment of the present invention and other members are joined.
  • FIG. 2 is a plan view of the state
  • FIG. 3 is a side view of the state.
  • the vehicle frame 1 in the examples shown in FIGS. 1 to 3 is a front side member, and the front end of the front side member is joined to a bumper beam 50 via a crash box 30.
  • two front side members are arranged symmetrically in front of the cabin, and FIGS. 1 to 3 show only one side thereof.
  • the vehicle frame 1 is an example of a vehicle structural member, and will be simply referred to as a frame 1 below.
  • the frame 1 is preferably applied to members having a front structure and a rear structure, but the vehicle frame 1 may be applied to a member having a cabin structure. Further, the vehicle structural member is applicable not only to automobiles but also to other vehicles and self-propelled machines. Other vehicles and self-propelled machines include, for example, motorcycles, heavy vehicles such as buses or towing vehicles, trailers, railway vehicles, construction machines, mining machines, agricultural machines, general machines, ships, and the like.
  • the frame 1 of the present embodiment includes a hollow member 10 made of metal and a reinforcing member 20 joined to the inner surface of the hollow member 10.
  • the reinforcing member 20 is joined to the inner surface of the hollow member 10, but the reinforcing member 20 may be joined to the outer surface of the hollow member 10.
  • the hollow member 10 of the present embodiment is an example of a long structural member, and has a rectangular cross section perpendicular to the longitudinal direction of the member (the X direction in the present embodiment).
  • the hollow member 10 of the present embodiment is a square tubular member formed as an integral body, the hollow member 10 is configured by, for example, joining a flat closing plate and a member having a hat-shaped cross section. May be. That is, the configuration of the hollow member 10 is not particularly limited as long as the cross section perpendicular to the member longitudinal direction X is a closed cross section.
  • the shape of the hollow member 10 is a rectangular shape, which is an example of a polygonal shape.
  • the hollow member 10 may be a polygonal shape other than a rectangle.
  • the hollow member 10 of the present embodiment has four flat portions 11a to 11d.
  • the flat portion located on the upper side in FIG. 11a the flat portion located on the right side is referred to as a side portion 11b
  • the flat portion located on the lower side is referred to as a bottom portion 11c
  • the flat portion located on the left side is referred to as a side portion 11d.
  • the connecting portion between the two flat portions 11a and 11b, which is the portion between the top surface portion 11a and the side surface portion 11b is a ridge line portion 11e
  • the two flat portion 11b which is the portion between the side surface portion 11b and the bottom surface portion 11c.
  • 11c are connected to the ridge 11f, and the connection between the flat portions 11c and 11d, which is the boundary between the bottom 11c and the side 11d, is connected to the ridge 11g, and the boundary between the side 11d and the top 11a.
  • the hollow member 10 is formed by a metal plate.
  • the type of the metal plate is not particularly limited, but is preferably formed of, for example, a metal plate such as a steel plate.
  • the plate thickness of the hollow member 10 is preferably 6.0 mm or less in a frame structure often used in large vehicles such as buses, and in a monocoque structure vehicle often used in vehicles of a normal size. It is preferable that it is 2 mm or less.
  • the tensile strength of the hollow member 10 is not particularly limited. However, in order to compensate for the overall strength of the frame 1 that can be reduced by weight reduction, the hollow member 10 preferably has a tensile strength of 590 MPa or more. Further, the tensile strength of the hollow member 10 is more preferably 980 MPa or more.
  • the hollow member 10 is provided with a plurality of notches 13 along the member longitudinal direction X.
  • the notch 13 when the notch 13 is provided in a cross section perpendicular to the member longitudinal direction X of the hollow member 10, the cross section in the member longitudinal direction X of the hollow member 10 as shown in FIGS. Is referred to as a “notch forming part 12”.
  • a plurality of notch forming portions 12 of the hollow member 10 are arranged along the member longitudinal direction X.
  • the “notch” in this specification is a hole that penetrates through the hollow member 10.
  • the notch 13 of the present embodiment has a shape in which the longitudinal direction is the member circumferential direction C in a cross section perpendicular to the member longitudinal direction X of the hollow member 10.
  • the notch 13 is formed by machining or the like after forming the hollow member 10. The arrangement of the notch 13 will be described later.
  • each reinforcing member 20 covers the notch 13 of each notch forming portion 12 so that the inner surface of the hollow member 10 in which the notch 13 is formed. Is joined to.
  • the length of the reinforcing member 20 in the member circumferential direction C and the length of the reinforcing member 20 in the member longitudinal direction X of the hollow member 10 are determined by the length of the notch 13 in the member circumferential direction C and the length of the notch 13 in the member longitudinal direction X. It is much longer than the length.
  • the reinforcing member 20 is disposed at the position of the notch 13 of the hollow member 10, and one notch 13 is covered by one reinforcing member. Therefore, when the notch 13 is viewed from the outside of the hollow member 10, the reinforcing member 20 joined to the inner surface of the hollow member 10 is in a state where it can be seen. The arrangement of the reinforcing member 20 will be described later.
  • the FRP member used as a reinforcing member refers to a fiber reinforced resin member made of a matrix resin and a composite reinforcing fiber material contained in the matrix resin.
  • the reinforcing fiber material for example, carbon fiber and glass fiber can be used.
  • a boron fiber, a silicon carbide fiber, an aramid fiber, or the like can be used as the reinforcing fiber material.
  • the reinforcing fiber substrate serving as the substrate of the reinforcing fiber material include a nonwoven fabric substrate using chopped fibers, a cloth material using continuous fibers, and a unidirectional reinforcing fiber substrate (UD). Material) etc. can be used.
  • These reinforcing fiber bases can be appropriately selected according to the necessity of the orientation of the reinforcing fiber material.
  • the CFRP member is an FRP member using carbon fiber as a reinforcing fiber material.
  • carbon fibers for example, PAN-based or pitch-based carbon fibers can be used. By using carbon fibers, strength against weight and the like can be efficiently improved.
  • the GFRP member is an FRP member using glass fiber as a reinforcing fiber material. Although it is inferior in mechanical properties to carbon fiber, it can suppress the electrolytic corrosion of the metal member.
  • thermosetting resin examples include an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, and a vinyl ester resin.
  • thermoplastic resin examples include polyolefins (polyethylene, polypropylene, and the like) and their acid-modified products, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, thermoplastic aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, and polyether sulfone.
  • styrene resins such as polyphenylene ether and modified products thereof, polyarylate, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether ketone ketone, vinyl chloride and polystyrene, and phenoxy resins.
  • the matrix resin may be formed of a plurality of types of resin materials.
  • thermoplastic resin As the matrix resin from the viewpoint of workability and productivity. Furthermore, by using a phenoxy resin as the matrix resin, the density of the reinforcing fiber material can be increased. Further, the phenoxy resin has a heat structure similar to that of the epoxy resin because the molecular structure is very similar to that of the epoxy resin which is a thermosetting resin. Further, by further adding a curing component, application to a high-temperature environment becomes possible. When the hardening component is added, the addition amount may be appropriately determined in consideration of the impregnating property of the reinforcing fiber material, the brittleness of the FRP member, the tact time, the workability and the like.
  • Adhesive resin layer When the reinforcing member is formed of an FRP member or the like, an adhesive resin layer is provided between the FRP member and the metal member (the hollow member 10 in the above embodiment), and the FRP member and the metal member are joined by the adhesive resin layer. May be done.
  • the type of the adhesive resin composition forming the adhesive resin layer is not particularly limited.
  • the adhesive resin composition may be either a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • the types of the thermosetting resin and the thermoplastic resin are not particularly limited.
  • the thermoplastic resin polyolefins and acid-modified products thereof, polystyrene, polymethyl methacrylate, AS resin, ABS resin, thermoplastic aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyamide, polyamide
  • the thermosetting resin for example, one or more selected from an epoxy resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, and a
  • the adhesive resin composition can be appropriately selected according to the characteristics of the matrix resin, the reinforcing member, or the metal member of the FRP member. For example, by using a resin having a polar functional group or a resin subjected to acid modification or the like as the adhesive resin layer, the adhesiveness is improved.
  • the adhesion between the FRP member and the metal member can be improved.
  • the deformation followability of the FRP member when a load is input to the metal member can be improved. In this case, the effect of the FRP member on the deformed metal member can be more reliably exerted.
  • the form of the adhesive resin composition used to form the adhesive resin layer may be, for example, a liquid such as powder or varnish, or a solid such as a film.
  • a crosslinkable curable resin and a crosslinking agent may be blended with the adhesive resin composition to form a crosslinkable adhesive resin composition.
  • the heat resistance of the adhesive resin composition is improved, so that application in a high-temperature environment becomes possible.
  • the crosslinkable curable resin for example, a bifunctional or more functional epoxy resin or a crystalline epoxy resin can be used.
  • an amine, an acid anhydride, or the like can be used as a crosslinking agent.
  • various additives such as various rubbers, inorganic fillers and solvents may be blended in the adhesive resin composition as long as the adhesiveness and physical properties are not impaired.
  • the FRP member with the metal member is realized by various methods. For example, it is obtained by bonding an FRP to be an FRP member or an FRP molding prepreg that is a precursor thereof to a metal member with the above-described adhesive resin composition, and solidifying (or curing) the adhesive resin composition. . In this case, for example, by performing thermocompression bonding, the FRP member and the metal member can be combined.
  • the bonding of the FRP or the FRP forming prepreg to the metal member described above can be performed before, during or after forming the part.
  • FRP or a prepreg for FRP molding may be bonded to the metal member.
  • the composite material may be obtained by molding the workpiece to which the FRP member is bonded.
  • the matrix resin of the FRP member is a thermoplastic resin, it is possible to perform molding such as bending on the portion where the FRP member is bonded.
  • a composite batch molding in which the thermocompression bonding step and the molding step are integrated may be performed.
  • the joining method between the FRP member and the metal member is not limited to the above-described adhesion using the adhesive resin layer.
  • the FRP member and the metal member may be mechanically joined. More specifically, holes for fastening are formed at positions corresponding to the FRP member and the metal member, respectively, and these are fastened through the holes by fastening means such as bolts and rivets, so that the FRP member and the metal member are fastened.
  • the member may be joined.
  • the FRP member and the metal member may be joined by known joining means.
  • the FRP member and the metal member may be jointly joined by a plurality of joining means.
  • the bonding by the adhesive resin layer and the fastening by the fastening means may be used in combination.
  • the metal member according to the present invention may be plated. Thereby, corrosion resistance is improved.
  • the metal member is a steel material, it is more preferable.
  • the type of plating is not particularly limited, and known plating can be used.
  • a coated steel sheet steel material
  • the metal member may have a surface coated with a film called a chemical conversion treatment.
  • a chemical conversion treatment a generally known chemical conversion treatment can be used.
  • a zinc phosphate treatment, a chromate treatment, a chromate-free treatment, or the like can be used.
  • the above-mentioned film may be a known resin film.
  • the metal member may be a member to which a generally known coating is applied.
  • a generally known coating is applied.
  • a known resin can be used.
  • an epoxy resin, a urethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, a fluororesin, or the like as a main resin can be used.
  • generally known pigments may be added to the coating, if necessary.
  • the coating may be a clear coating to which no pigment is added. Such coating may be applied to the metal member in advance before compounding the FRP member, or may be applied to the metal member after compounding the FRP member. Further, the metal member may be coated in advance, the FRP member may be composited, and then the coating may be performed.
  • the paint used for painting may be a solvent-based paint, a water-based paint, a powder paint, or the like.
  • a method for applying the coating a generally known method can be applied.
  • electrodeposition coating, spray coating, electrostatic coating, immersion coating, or the like can be used as a coating application method.
  • Electrodeposition coating is suitable for covering the end surfaces and gaps of metal members, and therefore has excellent corrosion resistance after coating.
  • a generally known chemical treatment such as zinc phosphate treatment or zirconia treatment to the surface of the metal member before coating, the adhesion of the coating film is improved.
  • Example of arrangement of notch and reinforcing member> (First arrangement example) As shown in FIG. 4, in the first arrangement example, four notch forming portions 12 of the hollow member 10 are provided along the member longitudinal direction X.
  • 5 and 6 is a cross-section perpendicular to the member longitudinal direction X of the hollow member 10, the axis A 1 in FIG. 5 and 6, the second moment in coordinate axes of the center of gravity O of the cross section as an origin This is the minimum spindle.
  • Axis A 2 is an axis perpendicular to the axis A1 in the cross section, a major axis of geometrical moment of inertia is maximized.
  • first shaft in the following description, the shaft A 2 referred to as a "second axis".
  • second axis When the hollow member 10 is divided into two regions with the first axis A 1 as a boundary, one region is referred to as a “first region R 1 ” and the other region is referred to as a “second region R 2 ”. Call it.
  • first region R 1 first region
  • second region R 2 second region
  • the area of the right of the first axis A 1 is referred to as a first region R 1, the region of the left of the first axis A 1 second region although it is assumed that referred to R 2, the region of the right of the first axis a 1 is referred to as a second region R 2, the region of the left of the first axis a 1 the first region R 1 There is no difference even if it is called.
  • the notch forming portion 12 closest to the front end 10a of the hollow member 10 has a ridge portion 11e of the first region R1 as shown in FIG. , 11f have a notch 13 formed therein.
  • the second region R 2 notch 13 of the hollow member 10 is not provided.
  • the first notch forming portion 12 starting from the front end 10 a of the hollow member 10 and the third notch forming portion 12. Is the first notch forming part 12a.
  • a reinforcing member 20 is provided so as to cover the notches 13 of the ridge portions 11e and 11f from the inner surface side of the hollow member 10. That is, in the first notch forming portion 12a, the reinforcing member 20 is disposed between the first region R only notch 13 to 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the notch forming portion 12 at a location different from the first notch forming portion 12a.
  • the notch forming section 12 is different from the first notch forming portion 12a, the second region R 2 of the ridge line portion 11g of the hollow member 10, the notch 13 is provided in 11h, the first region R 1 is not provided with a notch 13.
  • the second to a notch forming section 12 having a notch 13 in the region R 2 "second notch forming portions 12b".
  • the second notch forming part 12 starting from the front end 10 a of the hollow member 10 and the fourth notch forming part 12 are the fourth notch forming parts 12.
  • 2 is a notch forming portion 12b.
  • a reinforcing member 20 is provided so as to cover the notches 13 of the ridge portions 11g and 11h from the inner surface side of the hollow member 10. That is, in the second notch forming portions 12b, the reinforcing member 20 is disposed between the second region R 2 notch only 13.
  • the first notch forming portions 12a and the second notch forming portions 12b are alternately arranged along the member longitudinal direction X of the hollow member 10.
  • the notch forming portion 12 closest to the front end 10a of the hollow member 10 corresponding to the load input side end of the hollow member 10 is the first notch forming portion 12a, but the front end 10a
  • the second notch forming part 12b and the first notch forming part 12a may be arranged alternately, with the notch forming part 12 closest to the second notch forming the second notch forming part 12b.
  • a break can be induced in the notch forming portion 12 of the hollow member 10, and the number of break points can be increased.
  • the portion that contributes to the energy absorption performance of the hollow member 10 when a load is input can be increased, and the energy absorption performance of the entire frame 1 can be improved.
  • the notch 13 is formed in the hollow member 10 and the reinforcing member 20 that covers the notch 13 is not provided, the deformation mode at the time of load input is not stable, and the notch forming portion 12 Sometimes breakage does not occur.
  • the reinforcing member 20 is not provided, when a load is input to the front end 10 a of the hollow member 10,
  • the first notch forming portion 12a is bent at the rear second notch forming portion 12b instead of the first notch forming portion 12a.
  • the first notch forming portion 12a is a portion that does not contribute to the energy absorption performance.
  • the first notch forming portion 12b is broken first at the second notch forming portion 12b, the first notch forming portion 12a located in front of the second notch forming portion 12b is less likely to be broken. . Therefore, from the viewpoint of the energy absorption performance, the bending of the hollow member 10 in each notch forming portion 12 is changed from the end on the load input side (the front end 10a in the present embodiment) to the other end (the rear end 10b in the present embodiment). It is preferred that they occur sequentially.
  • the reinforcing member 20 is broken by the deformation of the hollow member 10 at the time of load input. Since the member 20 is joined to the hollow member 10 at the position of the notch 13, the hollow member 10 functions as a member without the notch 13. On the other hand, when a high load is input to the front end 10a of the hollow member 10, the first notch forming portion 12a closest to the front end 10a of the hollow member 10 forms the second notch formed at a more rearward position. Prior to the portion 12b, deformation occurs due to the load input.
  • the reinforcing member 20 arranged in the first notch forming portion 12a closest to the front end 10a breaks before the reinforcing member 20 arranged in the other notch forming portion 12.
  • the reinforcing effect of the reinforcing member 20 is lost in the first notch forming portion 12a near the front end 10a, while the reinforcing effect of the reinforcing member 20 is still maintained in the other notch forming portions 12.
  • the first notch forming portion 12a closest to the front end 10a becomes the weakest portion as a whole in the hollow member 10, and the first notch forming portion 12a is first broken. .
  • the deformation of the second notch forming portion 12b located behind the broken first notch forming portion 12a starts.
  • the reinforcing member 20 arranged in the second notch forming portion 12b is also deformed.
  • the reinforcing member 20 located at the second notch forming portion 12b is broken, and the second notch forming portion 12b is broken after the first notch forming portion 12a that has already been broken. Breaking occurs.
  • each of the deformation modes arranged in the hollow member 10 is sequentially folded along the member longitudinal direction X.
  • the notch 13 is provided in the hollow member 10 but also the reinforcing member 20 that covers the notch 13 is provided, so that the bending in each notch forming portion 12 is stably induced. It is possible to do.
  • the first notch forming part 12a and the second notch forming part 12b are formed by a hollow member.
  • the ten members are alternately arranged along the longitudinal direction X.
  • the first notch forming portion 12a when a high load is input to the front end 10a of the hollow member 10, the first notch forming portion 12a (the first notch forming portion 12a) closest to the front end 10a of the hollow member 10 is provided. in), since the first region R only notch 13 to 1 are arranged, the first region R 1 is a compression, the deformation mode in which the second region R 2 is tensile. Meanwhile, since the second notch forming section 12 for the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 (the second notch forming portions 12b), the second region R 2 in only the notch 13 is located, the second region R 2 is compressed, the deformation mode in which the first region R 1 is tensile.
  • the third notch forming part 12 the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 (first notch forming portions 12a), the first region R 1 is a compression, the second region R 2 is It becomes the deformation mode which becomes tension. Further, in the third notch forming part of the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 12 (second notch forming portions 12b), the second region R 2 is a compression, the first region R 1 is tensile Is the deformation mode. Thereby, each notch forming part 12 arranged in the hollow member 10 is bent zigzag (zigzag right and left) along the member longitudinal direction X. As a result, it is possible to stably enhance the energy absorption performance of the entire frame 1.
  • the arrangement of the notch 13 and the reinforcing member 20 in the first arrangement example is not limited to the examples shown in FIGS. 4 to 6, and is, for example, shown in FIGS. 7 (a) (b) to 9 (a) (b). ).
  • the front end 10 a of the hollow member 10 is formed by cutting out the notch forming portions 12 of the hollow member 10 among the four notch forming portions 12 provided along the member longitudinal direction X.
  • the first notch forming part 12 and the third notch forming part 12 as starting points are the first notch forming parts 12a.
  • the first region R notch 13 only on the side surface 11b to the first hollow member 10 is formed, the reinforcing member to the side surface portion 11b so as to cover the cutout 13 20 Are joined.
  • the second notch forming part 12 and the fourth notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 are a second notch forming part 12b.
  • the first notch forming portion 12a (first in the notch forming sections 12a) of, for the first region R only notch 13 to 1 are disposed, a deformation mode in which the first region R 1 is a compression, and the second region R 2 tensile Become.
  • the second notch forming section 12 for the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 (the second notch forming portions 12b)
  • the second region R 2 in only the notch 13 is located, the second region R 2 is compressed, the deformation mode in which the first region R 1 is tensile.
  • the third notch forming part 12 the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 (first notch forming portions 12a)
  • the first region R 1 is a compression
  • the second region R 2 is It becomes the deformation mode which becomes tension.
  • the fourth notch forming part of the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 12 (second notch forming portions 12b)
  • the second region R 2 is a compression
  • the first region R 1 is tensile Is the deformation mode.
  • each notch forming portion 12 arranged in the hollow member 10 bends in a zigzag (zigzag left and right) along the member longitudinal direction X. As a result, it is possible to stably enhance the energy absorption performance of the entire frame 1.
  • FIG. 8 (a) (b) is, in the example of one region at the time of dividing the second axis A 2 of the hollow member 10 into two regions as a boundary (Fig. 8 (a) (b) Is the region above the second axis A 2 ) is the first region R 1 , and the other region (the region below the second axis A 2 in the example of FIGS. 8A and 8B). There is a second region R 2.
  • the second axis a 2 refers to the upper region and the second region R 2, the first region R 1 of the region below the second axis a 2 There is no difference even if it is called.
  • the notch forming portion 12 of the hollow member 10 is formed of the four notch forming portions 12 provided along the member longitudinal direction X.
  • the first notch forming part 12 and the third notch forming part 12 starting from the front end 10a are the first notch forming part 12a.
  • the first region R ridge portion 11e in the first hollow member 10 is cutout 13 is formed in 11h, the reinforcing member 20 so as to cover the cutout 13 is joined Have been.
  • the second notch forming part 12 and the fourth notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 are a second notch forming part 12b.
  • the second region R ridge portion 11f in the first hollow member 10 is formed the notch 13 to 11g, the reinforcing member 20 so as to cover the cutout 13 is joined Have been.
  • the third notch forming part 12 the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 (first notch forming portions 12a)
  • the first region R 1 is a compression
  • the second region R 2 is It becomes the deformation mode which becomes tension.
  • the fourth notch forming part of the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 12 (second notch forming portions 12b)
  • the second region R 2 is a compression
  • the first region R 1 is tensile Is the deformation mode.
  • FIG. 9 (a) (b) is, in the example of one region at the time of dividing the second axis A 2 of the hollow member 10 into two regions as a boundary (Fig. 9 (a) (b) Is a region above the second axis A 2 ) is the first region R 1 , and the other region (the region below the second axis A 2 in the example of FIGS. 9A and 9B). There is a second region R 2.
  • the second axis a 2 refers to the upper region and the second region R 2, the first region R 1 of the region below the second axis a 2 There is no difference even if called.
  • the notch forming portion 12 of the hollow member 10 is one of four notch forming portions 12 provided along the member longitudinal direction X.
  • the first notch forming part 12 and the third notch forming part 12 starting from the front end 10a are the first notch forming part 12a.
  • the first region R notch 13 in the top surface portion 11a in the first hollow member 10 is formed, the reinforcing member to the top face portion 11a so as to cover the cutout 13 20 Are joined.
  • the second notch forming part 12 and the fourth notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 are a second notch forming part 12b.
  • the second region R notches 13 on the bottom surface 11c in the first hollow member 10 is formed, the reinforcing member 20 on the side face portion 11c so as to cover the cutout 13 Are joined.
  • the third notch forming part 12 the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 (first notch forming portions 12a)
  • the first region R 1 is a compression
  • the second region R 2 is It becomes the deformation mode which becomes tension.
  • the fourth notch forming part of the front end 10a and the starting point of the hollow member 10 12 (second notch forming portions 12b)
  • the second region R 2 is a compression
  • the first region R 1 is tensile Is the deformation mode.
  • the arrangement of the first notch forming section notch in 12a 13 and the reinforcing member 20, the arrangement of the second notch in the notch forming portions 12b 13 and the reinforcing member 20, the first axis A 1 or the second is preferably an axis a 2 is a line symmetry with a symmetry axis.
  • the present invention is, in a first notch forming portions 12a, only necessary first cutout in the region R 1 13 and the reinforcing member 20 is only to be arranged, in the second region R 2 notch 13 It is not essential that the reinforcing member 20 is not disposed.
  • the second notch forming portions 12b only necessary second cutout in the region R 2 13 and the reinforcing member 20 is only to be arranged, the first region R notch 13 and the reinforcing member 20 in 1 It is not essential that they are not located. That is, in the first notch forming portion 12a, a second even notches in the region R 2 13 and the reinforcing member 20 may be disposed.
  • the reinforcing member 20 and the first region R 1 to be cutout 13 may be disposed.
  • the first notch forming portions 12 a and the second notch forming portions 12 b are alternately arranged along the member longitudinal direction X of the hollow member 10. That is, of the four notch forming parts 12, the first notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 starting from the front end 10a of the hollow member 10, and the third notch forming part 12 Is the first notch forming part 12a.
  • the second notch forming part 12 and the fourth notch forming part 12 are a second notch forming part 12b.
  • the arrangement of the notch 13 and the reinforcing member 20 in the first notch forming part 12a and the arrangement of the notch 13 and the reinforcing member 20 in the second notch forming part 12b substantially differ from each other.
  • the first region R 1 of the ridge line part 11e, 11f and the second region R 2 Notches 13 are provided in both of the ridge portions 11g and 11h, and reinforcing members 20 are provided so as to cover the respective notches 13.
  • a first cutout in the region R 1 13 and the reinforcing member 20 is disposed, further, also in the second region R 2 notch 13 and the reinforcing member 20 Is arranged.
  • a second cutout in the region R 2 13 and the reinforcing member 20 is disposed, further, the reinforcing member 20 is disposed between the first region R 1 to be cutout 13 Have been.
  • each of the notch forming portions 12 when a load is input from the member longitudinal direction X of the hollow member 10, each of the notch forming portions 12 (the first notch forming portion 12 a and the second notch forming portion 12 a). In the notch forming portion 12b), the break can be stably induced.
  • the notch 13 and the reinforcing member 20 are arranged in the first notch forming portion 12a and the second notch forming portion 12b, for example, as shown in FIGS. Good.
  • the notch 13 and the reinforcing member 20 are formed in the pair of side portions 11b and 11d of the hollow member 10. Is arranged.
  • the notch 13 and the reinforcing member 20 are arranged on the top surface 11 a and the bottom surface 11 c of the hollow member 10. In each of the arrangement examples of FIGS.
  • both of the regions R 1 and R 2 and the second axis A 2 of the two regions divided by the first axis A 1 are used as boundaries.
  • the notch 13 and the reinforcing member 20 are present in both regions R 3 and R 4 of the two regions. Even when the notch 13 and the reinforcing member 20 are arranged as described above, the bending of the hollow member 10 in each notch forming portion 12 can be more stably induced.
  • the notch 13 and the reinforcing member 20 of the hollow member 10 has been described above.
  • the rigidity of the hollow member 10 is reduced due to the provision of the notch 13, but the notch 13 is reinforced at the position of the notch 13 as in the present embodiment.
  • the member 20 it is possible to ensure the same rigidity as when the notch 13 is not provided in the hollow member 10.
  • the strength of the reinforcing member 20 arranged in each notch forming portion 12 must be increased from one end to the other end of the hollow member 10. Is preferred.
  • the strength of the reinforcing member 20 is preferably increased from the front end 10a to the rear end 10b of the hollow member 10.
  • the rear end 10b of the hollow member 10 is preferable. It is preferable that the strength of the reinforcing member 20 increases from the front end 10a to the front end 10a.
  • the reinforcing member 20 closer to the end on the load input side is more likely to break, and in each of the notch forming portions 12 arranged along the member longitudinal direction X of the hollow member 10, the hollow member 10 is sequentially bent. It is easy to occur.
  • the strength of the reinforcing member 20 can be changed by using, for example, members having different plate thicknesses and Young's moduli.
  • the arrangement of the notch 13 and the reinforcing member 20 formed in the hollow member 10 and the number and arrangement of the notch forming portions 12 are not particularly limited. It is appropriately changed so that the member 10 can be folded. In order to effectively improve the energy absorption performance, it is preferable that the number of the notch forming portions 12 is four or more.
  • the shape of the notch is not limited to a square, but may be a circle, an ellipse, or the like.
  • the fiber direction of the FRP of the reinforcing member 20 is preferably oriented parallel to the member longitudinal direction X.
  • the initial reaction force when a high load is input can be improved.
  • the distribution of the actual fibers in the fiber direction is in the range of ⁇ 5 ° to 5 ° with respect to the one direction. Even in such industrially distributed state, the mechanical properties may be determined to be substantially the same as compared to a case where all fiber directions are ideally aligned in one direction.
  • the distribution in the fiber direction in the reinforcing member is determined by microfocus X-ray computed tomography (X-ray computed tomography). It can be identified by observation with a tomography system and computer analysis of the obtained three-dimensional image.
  • the analysis model includes a bumper beam and a frame as shown in FIGS. 1 to 3, and the hollow member has a rectangular cross section.
  • a plurality of analysis models are created under the conditions shown in Table 1 below.
  • the weight reduction rate in Table 1 is obtained by standardizing the weight of each structure by the weight of the structure 1.
  • the rigidity ratio in Table 1 is obtained by standardizing the rigidity value of each structure with the rigidity value of Structure 2.
  • the structures 1 and 2 in the above Table 1 are structures in which the notch of the hollow member 10 and the reinforcing member 20 are not provided, and the structure 2 is a thinner and higher tensile structure of the structure 1.
  • the structure 3 is a structure having the hollow member 10 provided with the notch shown in FIG. 4, but the reinforcing member 20 is not provided.
  • Structure 4 is the structure shown in FIG. In the structure 4, among the four notch forming parts 12, the first notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 and the third notch forming part 12 are the first notch forming parts 12 described in FIG.
  • the first notch forming part 12a, the second notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10, and the fourth notch forming part 12 are the second notch forming described in FIG. Part 12b.
  • the structure 5 is a structure having the hollow member 10 provided with the notch shown in FIG. 10, but the reinforcing member 20 is not provided.
  • Structure 6 is the structure shown in FIG. In structure 6, the notch whole forming portion 12 at four positions, as described with reference to FIG. 11, the first region R 1 and the second region cutout 13 in both R 2 and the reinforcing member 20 is disposed ing.
  • Structure 7 is the structure shown in FIG.
  • the first notch forming portion 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 and the third notch forming portion 12 are the first notch forming portions 12 described in FIG.
  • the first notch forming part 12a, the second notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10, and the fourth notch forming part 12 are the second notch forming part explained in FIG. Part 12b.
  • the tensile strength of the reinforcing member 20 arranged in each notch forming portion 12 increases from the front end 10a to the rear end 10b of the hollow member 10.
  • the thickness of the reinforcing member disposed at the first notch forming portion 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 is 2.0 mm, and the reinforcing member disposed at the second notch forming portion 12 is 20 mm.
  • the thickness of the reinforcing member arranged at the third notch forming portion 12 is 2.4 mm, and the thickness of the reinforcing member arranged at the fourth notch forming portion 12 is 2.8 mm. Is 3.2 mm.
  • Structure 8 is the structure shown in FIG. In the structure 7, among the four notch forming portions 12, the first notch forming portion 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10 and the third notch forming portion 12 are the first notch forming portions 12 described in FIG.
  • the first notch forming part 12a, the second notch forming part 12 starting from the front end 10a of the hollow member 10, and the fourth notch forming part 12 are the second notch forming part explained in FIG. Part 12b.
  • the reinforcing member 20 arranged in each notch forming part 12 is GFRP.
  • all of the four notch forming portions 12 are the first notch forming portions 12a described with reference to FIG. That is, in the structure 9, the first notch forming part 12, the second notch forming part 12, the third notch forming part 12, and the fourth notch forming starting from the front end 10 a of the hollow member 10. in any parts 12, the first cutout only in the region R 1 13 and the reinforcing member 20 is disposed, the reinforcing member 20 is not provided with the second region R 2 notch 13.
  • CFRP used as the reinforcing member 20 in Structures 4 and 6 are as follows.
  • Vf fiber content volume ratio
  • Young's modulus 102 GPa Breaking strength: 1500 MPa
  • Elongation at break 1.5%
  • the mechanical properties of the GFRP used as the reinforcing member 20 in the structure 86 are as follows. Vf (fiber content volume ratio): 50% Young's modulus: 13 GPa Breaking strength: 200MPa Elongation at break: 3%
  • each notch is 5 mm wide x 40 mm long.
  • the size of each reinforcing member is 25 mm wide ⁇ 70 mm long.
  • the rigidity value of each structure was determined from the reaction force when a displacement of 1 mm in the lateral direction was applied to the tip of the front side member.
  • This simulation simulates a frontal collision test of an automobile, and was performed by colliding a rigid wall having a mass of 200 kg with the bumper beam 50 shown in FIGS. 1 to 3 at 12 m / s. Note that the rear end 10b of the hollow member 10 in each analysis model is restricted.
  • FIG. 14 is a plan view showing a deformation state of the analysis model of the structure 1 in the collision simulation
  • FIG. 15 is a side view thereof.
  • FIG. 14 in the structure 1, three break points of the hollow member at the time of deformation. Such breakage of the hollow member also occurred in the structure 2.
  • FIG. 16 is a plan view showing a deformation state of the analysis model of the structure 3 in the collision simulation
  • FIG. 17 is a side view thereof.
  • the hollow member is provided with a notch. However, the notch closest to the front end of the hollow member does not break, and the rear notch does not break. Was broken. There were also three break points.
  • FIG. 18 is a plan view showing a deformation state of the analysis model of the structure 4 in the collision simulation
  • FIG. 19 is a side view thereof.
  • the number of break points was four, and the number of break points could be increased with respect to the structure 1.
  • the position of the notch is a break point, which is different from the structure 3 in which only the notch is provided.
  • the energy absorption performance of the entire frame could be stably enhanced by bending zigzag along the longitudinal direction of the member.
  • FIG. 20 is a plan view showing a deformation state of the analysis model of the structure 5 in the collision simulation
  • FIG. 21 is a side view thereof.
  • the hollow member in the structure 5, the hollow member is provided with a notch, but the notch closest to the front end of the hollow member does not break, and the rear notch has a leading end. Was broken, and there were two break points.
  • FIG. 22 is a plan view showing a deformation state of the analysis model of the structure 6 in the collision simulation
  • FIG. 23 is a side view thereof.
  • the crush point has a plastic deformation area wider than or equal to the break point and contributes to energy absorption, and thus can be regarded as being equivalent to the break point. Therefore, the number of break points in Structure 5 could be increased.
  • the structure 6 since the crushing deformation at the break point occurs continuously, the same deformation as the so-called axial crushing deformation occurs as the whole member.
  • FIG. 24 shows the result.
  • the vertical axis of the graph in FIG. 24 is the ratio between the amount of energy absorbed in each structure and the amount of energy absorbed in Structure 1.
  • the energy absorption performance is maintained or improved with respect to the structure 1.
  • the structure 4 and the structures 6 to 8 also have a large weight reduction ratio with respect to the structure 1. Therefore, in the vehicle structural member according to the present invention, the energy absorption performance is maintained or improved while the weight is reduced. Can be achieved.
  • the rigidity ratio is higher than in the structures 3 and 5 in which the reinforcing member is not provided, and in the structure 2 in which the notch is not provided. The same rigidity is secured. In notch all forming part 12 of the positions 4, the first cutout only in the region R 1 13 and the reinforcing member 20 is disposed in the second region R 2 provided 13 and the reinforcing member 20 notch No structure 9 has poor energy absorption performance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

部材長手方向に沿って複数配置された、切欠き１３を有する切欠き形成部１２を備えた金属製の中空部材１０と、中空部材１０に接合された、各切欠き形成部１２の切欠き１３の各々を覆う、ＦＲＰからなる複数の補強部材２０とを備え、中空部材１０の部材長手方向に垂直な断面の重心Ｏを原点とした座標軸において、断面２次モーメントが最小となる主軸を第１軸Ａ１と称し、第１軸Ａ１に垂直な方向の軸を第２軸Ａ２と称し、第１軸Ａ１または第２軸Ａ２を境界として分割された中空部材１０の２つの領域のうちの一方の領域を第１の領域Ｒ１と称し、他方の領域を第２の領域Ｒ２と称したとすると、第１の領域Ｒ１に切欠き１３を有する第１の切欠き形成部１２ａと、第２の領域Ｒ２に切欠き１３を有する第２の切欠き形成部１２ｂとが、中空部材１０の部材長手方向に沿って交互に配置されている、車両用構造部材１。

Description

車両用構造部材
本発明は、車両用構造部材に関する。
本願は、２０１８年７月２０日に、日本に出願された特願２０１８－１３６９７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、地球環境保護の観点から、自動車の燃費改善が要求されている。その一方で、車両の衝突安全性の維持または向上が要求されている。これらの要求を満足するために、高強度かつ軽量な車体構造の開発が進められている。車両用構造部材であり、車体の骨格を形成するフレームについても、従来の衝突性能を維持しつつ車体構造の軽量化を図るために、フレームを形成する鋼板の高強度化および薄肉化が進められている。
また、車両の衝突安全性を向上させるためには、“クラッシャブルゾーン”とも呼ばれる車両のフロント部およびリア部のエネルギー吸収性能を向上させることが求められる。例えば、フロント部のクラッシャブルゾーンは、主にフロントサイドメンバと呼ばれる部品とその先端に配置されるクラッシュボックスと呼ばれる部品で構成されている。ここで、車両のフロント部のエネルギー吸収性能を向上させる技術として、特許文献１にはＦＲＰ（繊維強化樹脂）を車体前部のクラッシュボックス（バンパービームエクステンション）に適用する技術が開示されている。また、車両のリアのエネルギー吸収性能を向上させる技術として、特許文献２にはＦＲＰを車体後部のクラッシュボックス（クラッシュレール）に適用する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、中空部材の内側に設けられる主補強部材として、炭素繊維が例示されている。また、特許文献４には、自動車の構造部材として使用される衝撃吸収部材を構成する面部材を、シート状繊維強化部材の積層構造とすることが開示されている。また、特許文献５には、車両用衝撃吸収部材の金属板材に複数のビードを設ける技術が開示されている。
国際公開第２０１４／０４２２１１号 国際公開第２０１４／１１２２６５号 日本国特開２０１７－１５９８９４ 日本国特開２０１２－２１８５０３ 日本国特許第４１１８２６３号
特許文献１および特許文献２に開示された技術は、クラッシュボックスにＦＲＰを適用し、クラッシュボックス自体のエネルギー吸収性能を向上させるものである。しかしながら、クラッシュボックスは、例えば低速での衝突時などの入力荷重が小さい衝突（いわゆる軽衝突）におけるエネルギーの吸収を目的とした部材であって、例えば高速での衝突時などの入力荷重が大きい衝突の場合には、変形初期にクラッシュボックスは潰れ切ってしまい、その後フロントサイドメンバが変形することでエネルギー吸収がなされる。フロントサイドメンバに比べて、クラッシュボックスのエネルギー吸収量は相対的に小さいため、高速での衝突時の大荷重を想定した場合は、クラッシュボックスでは限られたエネルギー吸収性能しか発揮することができない。一方で、高速衝突時に主にエネルギー吸収を担うフロントサイドメンバへのＦＲＰ（繊維強化樹脂）の適用例は見られない。この理由はＦＲＰの延性が極めて小さいために、高速衝突時の大荷重に対して、変形初期にＦＲＰが破断してしまい、狙いのエネルギー吸収量が得られないためである。
また、特許文献３～５に開示された技術においても、高速衝突時の大荷重に対して、さらなるエネルギー吸収性能が望まれていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、車両用構造部材において、軽量化を図りつつ、車両衝突時のエネルギー吸収性能を維持または向上させることを目的とする。
上記課題を解決する本発明の一態様は、車両用構造部材であって、部材長手方向に沿って複数配置された、切欠きを有する切欠き形成部を備えた金属製の中空部材と、前記中空部材に接合された、各切欠き形成部の前記切欠きの各々を覆う、ＦＲＰからなる複数の補強部材とを備え、前記中空部材の部材長手方向に垂直な断面の重心を原点とした座標軸において、断面２次モーメントが最小となる主軸を第１軸と称し、前記第１軸に垂直な方向の軸を第２軸と称し、前記第１軸または前記第２軸を境界として分割された前記中空部材の２つの領域のうちの一方の領域を第１の領域と称し、他方の領域を第２の領域と称したとすると、前記第１の領域に前記切欠きを有する第１の切欠き形成部と、前記第２の領域に前記切欠きを有する第２の切欠き形成部とが、前記中空部材の部材長手方向に沿って交互に配置されていることを特徴としている。
上記車両用構造部材においては、部材長手方向から高荷重が入力された際に折れる中空部材の折れ点を増やすことができる。荷重入力時において、中空部材の折れ点は塑性変形することでエネルギー吸収に寄与しているが、折れ点以外の部分は、あまり塑性変形せずエネルギー吸収に対する寄与度が低い。そのため、折れ点を増やすことで、荷重入力に対して塑性変形する領域を増やすことができ、エネルギー吸収性能を向上させることができる。
本発明によれば、車両用構造部材において、軽量化を図りつつ、車両衝突時のエネルギー吸収性能を維持または向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る車両用フレームと他部材とが接合された状態を示す斜視図である。 同実施形態に係る車両用フレームと他部材とが接合された状態を示す平面図である。 同実施形態に係る車両用フレームと他部材とが接合された状態を示す側面図である。 同実施形態に係る車両用フレームの概略構成を示す斜視図である。 図４中のａ－ａ断面図である。 図４中のｂ－ｂ断面図である。 切欠きと補強部材の配置例を示す断面図である。（ａ）は、図４中のａ－ａ断面に相当する図である。（ｂ）は、図４中のｂ－ｂ断面に相当する図である。 切欠きと補強部材の配置例を示す断面図である。（ａ）は、図４中のａ－ａ断面に相当する図である。（ｂ）は、図４中のｂ－ｂ断面に相当する図である。 切欠きと補強部材の配置例を示す断面図である。（ａ）は、図４中のａ－ａ断面に相当する図である。（ｂ）は、図４中のｂ－ｂ断面に相当する図である。 切欠きと補強部材の第２の配置例を説明するための車両用フレームの概略構成を示す斜視図である。 図１０中のａ－ａ断面図である。 補強部材の配置例を示す、図１０中のａ－ａ断面に相当する図である。 補強部材の配置例を示す、図１０中のａ－ａ断面に相当する図である。 比較例（構造１）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。 比較例（構造１）の車両用フレームの変形状態を示す側面図である。 比較例（構造３）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。 比較例（構造３）の車両用フレームの変形状態を示す側面図である。 発明例（構造４）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。 発明例（構造４）の車両用フレームの変形状態を示す側面図である。 比較例（構造５）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。 比較例（構造５）の車両用フレームの変形状態を示す側面図である。 発明例（構造６）の車両用フレームの変形状態を示す平面図である。 発明例（構造６）の車両用フレームの変形状態を示す側面図である。 衝突シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収性能を比較した図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜１．車両用構造部材の適用対象＞
　車両用構造部材の一例である車両用フレームの構成について説明する前に、当該車両用構造部材の適用対象について説明する。一般的な自動車等の車両に設けられる車体は、フロント構造（FRONT）、リア構造（REAR）、およびキャビン構造（CABIN）に分別することができる。
フロント構造およびリア構造は、車両衝突時において当該構造が自ら圧潰することにより、車両に対する衝撃を吸収して緩和する機能（衝撃吸収機能）を担っている。すなわち、車両衝突時に、キャビンに搭乗する乗員の安全を確保するために、フロント構造およびリア構造は、衝突により生じるエネルギー（衝突エネルギー）を可能な限り吸収する構造であることが要求される。したがって、フロント構造およびリア構造を構成するフレームは、衝突時に曲げや潰れが生じた際においても衝突エネルギーを多く吸収することが求められる。当該フロント構造およびリア構造に用いられるフレームは、例えばフロントサイドメンバやリアサイドメンバ等である。フロントサイドメンバは、後端部を構成するフロントサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するフロントサイドメンバフロントを含む。リアサイドメンバは、後端部を構成するリアサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するリアサイドメンバフロントを含む。
ところで、車両の衝突安全性の維持と軽量化とを両立させるために、車体構造を形成する鋼板の高強度化および薄肉化が進められている。上記のフロント構造、リア構造およびキャビン構造を構成するフレームについても、薄肉化された高強度鋼板に置き換えることが進められている。具体的には、衝突エネルギー吸収量および耐荷重性能の少なくともいずれかが、従来の鋼板により形成されるフレームと同等になるように、高強度鋼板により形成されるフレームの板厚が従来の鋼板により形成されるフレームよりも薄く設定される。これにより、高強度フレームの衝突性能を従来フレームと同等に維持しつつ、フレームの重量を低減させることができる。
＜２．車両用フレームの構成＞
（フレームの構成要素）
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用フレーム１と他部材とが接合された状態を示す斜視図である。図２は、その状態の平面図であり、図３は、その状態の側面図である。図１～図３に示す例における車両用フレーム１はフロントサイドメンバであり、フロントサイドメンバの前端はクラッシュボックス３０を介して、バンパービーム５０に接合されている。通常、フロントサイドメンバは、キャビン部の前方に左右対称に２本配置されており、図１～図３は、その片側のみ表示している。なお、車両用フレーム１は車両用構造部材の一例であり、以下単にフレーム１と記載する。フレーム１はフロント構造およびリア構造に係る部材に適用されることが好ましいが、車両用フレーム１をキャビン構造に係る部材に適用することも可能である。また、当該車両用構造部材は、自動車のみならず、他の車両および自走可能な機械にも適用可能である。他の車両および自走可能な機械には、例えば、二輪車両、バスまたは牽引車等の大型車両、トレーラー、鉄道車両、建設機械、鉱山機械、農業機械、一般機械、および船舶等が含まれる。
図４～図６に示すように本実施形態のフレーム１は、金属製の中空部材１０と、中空部材１０の内面に接合された補強部材２０を備えている。なお、本実施形態においては補強部材２０が中空部材１０の内面に接合されているが、補強部材２０は中空部材１０の外面に接合されていてもよい。
本実施形態の中空部材１０は、長尺の構造部材の一例であり、部材長手方向（本実施形態ではＸ方向）に垂直な断面の形状が矩形状となった部材である。本実施形態の中空部材１０は一体物として形成された角管状のものであるが、中空部材１０は、例えば平板状のクロージングプレートと、断面がハット形状の部材とが接合されることで構成されていてもよい。すなわち、中空部材１０は、部材長手方向Ｘに垂直な断面が閉断面となるように構成されていれば、その構成は特に限定されない。例えば本実施形態では中空部材１０の形状が多角形状の一例である矩形状であったが、中空部材１０は矩形以外の多角形状であってもよい。
本実施形態の中空部材１０は４つの平面部１１ａ～１１ｄを有しており、以降の説明では、それらの４つの平面部１１ａ～１１ｄのうち、図５において上側に位置する平面部を天面部１１ａ、右側に位置する平面部を側面部１１ｂ、下側に位置する平面部を底面部１１ｃ、左側に位置する平面部を側面部１１ｄと称す。また、天面部１１ａと側面部１１ｂとの境界となる部分である両平面部１１ａ、１１ｂの接続部を稜線部１１ｅ、側面部１１ｂと底面部１１ｃとの境界となる部分である両平面部１１ｂ、１１ｃの接続部を稜線部１１ｆ、底面部１１ｃと側面部１１ｄとの境界となる部分である両平面部１１ｃ、１１ｄの接続部を稜線部１１ｇ、側面部１１ｄと天面部１１ａとの境界となる部分である両平面部１１ｄ、１１ａの接続部を稜線部１１ｈと称す。
中空部材１０は、金属板により形成される。金属板の種類は特に限定されないが、例えば鋼板等の金属板により形成されることが好ましい。また、衝突性能の観点から中空部材１０の板厚は、バス等の大型の車両で多く用いられるフレーム構造では６．０ｍｍ以下が好ましく、通常のサイズの車両で多く用いられるモノコック構造車両では３．２ｍｍ以下であることが好ましい。また、中空部材１０の引張強度は特に限定されない。ただし、軽量化により低減し得るフレーム１の全体的な強度を補うために、中空部材１０の引張強度は５９０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、中空部材１０の引張強度は９８０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
中空部材１０には、部材長手方向Ｘに沿って複数の切欠き１３が設けられている。本明細書においては、中空部材１０の部材長手方向Ｘに垂直な断面内に切欠き１３が設けられている場合、図２～図４に示すように中空部材１０の部材長手方向Ｘにおける当該断面が位置する部分を“切欠き形成部１２”と称す。中空部材１０の切欠き形成部１２は部材長手方向Ｘに沿って複数配置されている。なお、本明細書における“切欠き”とは、中空部材１０を貫通する孔である。本実施形態の切欠き１３は、長手方向が、中空部材１０の部材長手方向Ｘに垂直な断面における部材周方向Ｃとなる形状を有している。切欠き１３は、中空部材１０の成形後に機械加工等によって形成される。切欠き１３の配置については後述する。
図４に示すように補強部材２０は複数設けられており、各補強部材２０は、各切欠き形成部１２の切欠き１３を覆うようにして、切欠き１３が形成された中空部材１０の内面に接合されている。中空部材１０の部材周方向Ｃにおける補強部材２０の長さおよび部材長手方向Ｘにおける補強部材２０の長さは、部材周方向Ｃにおける切欠き１３の長さおよび部材長手方向Ｘにおける切欠き１３の長さよりも十分に長くなっている。本実施形態のフレーム１では、中空部材１０の切欠き１３の位置に補強部材２０が配置されており、１つの補強部材で１つの切欠き１３が覆われている。このため、中空部材１０の外方から切欠き１３を見ると、中空部材１０の内面に接合された補強部材２０が見えるような状態にある。補強部材２０の配置については後述する。
（補強部材の例）
補強部材として用いられるＦＲＰ部材は、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂部材を意味する。
　強化繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を用いることができる。他にも、強化繊維材料として、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、アラミド繊維等を用いることができる。ＦＲＰ部材に用いられるＦＲＰにおいて、強化繊維材料の基材となる強化繊維基材としては、例えば、チョップドファイバーを使用した不織布基材や連続繊維を使用したクロス材、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）等を使用することができる。これらの強化繊維基材は、強化繊維材料の配向性の必要に応じて、適宜選択され得る。
　ＣＦＲＰ部材は、強化繊維材料として炭素繊維を用いたＦＲＰ部材である。炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系またはピッチ系のものが使用できる。炭素繊維を用いることにより、重量に対する強度等を効率よく向上させることができる。
　ＧＦＲＰ部材は、強化繊維材料としてガラス繊維を用いたＦＲＰ部材である。炭素繊維よりも機械的特性に劣るが、金属部材の電蝕を抑制することができる。
　ＦＲＰ部材に用いられるマトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにビニルエステル樹脂等があげられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）およびその酸変性物、ナイロン６およびナイロン６６等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートおよびポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、塩化ビニル、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、並びにフェノキシ樹脂等があげられる。なお、マトリックス樹脂は、複数種類の樹脂材料により形成されていてもよい。
　金属部材への適用を考慮すると、加工性、生産性の観点から、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、マトリックス樹脂としてフェノキシ樹脂を用いることで、強化繊維材料の密度を高くすることができる。また、フェノキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と分子構造が酷似しているためエポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有する。また、硬化成分をさらに添加することにより、高温環境への適用も可能となる。硬化成分を添加する場合、その添加量は、強化繊維材料への含浸性、ＦＲＰ部材の脆性、タクトタイムおよび加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。
（接着樹脂層）
　補強部材がＦＲＰ部材等により形成される場合、ＦＲＰ部材と金属部材（上記実施形態では中空部材１０）との間に接着樹脂層が設けられ、該接着樹脂層によりＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。
　接着樹脂層を形成する接着樹脂組成物の種類は特に限定されない。例えば、接着樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであってもよい。熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンおよびその酸変性物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、並びにポリエーテルケトンケトン等から選ばれる１種以上を使用することができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる１種以上を使用することができる。
　接着樹脂組成物は、ＦＲＰ部材を構成するマトリックス樹脂の特性、補強部材の特性または金属部材の特性に応じて適宜選択され得る。例えば、接着樹脂層として極性のある官能基を有する樹脂や酸変性などを施された樹脂を用いることで、接着性が向上する。
　このように、上述した接着樹脂層を用いてＦＲＰ部材を金属部材に接着させることにより、ＦＲＰ部材と金属部材との密着性を向上させることができる。そうすると、金属部材に対し荷重が入力された際の、ＦＲＰ部材の変形追従性を向上させることができる。この場合、金属部材の変形体に対するＦＲＰ部材の効果をより確実に発揮させることが可能となる。
　なお、接着樹脂層を形成するために用いられる接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニス等の液体、フィルム等の固体とすることができる。
　また、接着樹脂組成物に架橋硬化性樹脂および架橋剤を配合して、架橋性接着樹脂組成物を形成してもよい。これにより接着樹脂組成物の耐熱性が向上するため、高温環境下での適用が可能となる。架橋硬化性樹脂として、例えば２官能性以上のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂を用いることができる。また、架橋剤として、アミンや酸無水物等を用いることができる。また、接着樹脂組成物には、その接着性や物性を損なわない範囲において、各種ゴム、無機フィラー、溶剤等その他添加物が配合されてもよい。
　ＦＲＰ部材の金属部材への複合化は、種々の方法により実現される。例えば、ＦＲＰ部材となるＦＲＰまたはその前駆体であるＦＲＰ成形用プリプレグと、金属部材とを、上述した接着樹脂組成物で接着し、該接着樹脂組成物を固化（または硬化）させることで得られる。この場合、例えば、加熱圧着を行うことにより、ＦＲＰ部材と金属部材とを複合化させることができる。
　上述したＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグの金属部材への接着は、部品の成形前、成形中または成形後に行われ得る。例えば、被加工材である金属材料を金属部材に成形した後に、ＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを該金属部材に接着しても良い。また、被加工材にＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを加熱圧着により接着した後に、ＦＲＰ部材が接着された該被加工材を成形して複合化された金属部材を得てもよい。ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であれば、ＦＲＰ部材が接着された部分について曲げ加工等の成形を行うことも可能である。また、ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑樹脂である場合、加熱圧着工程と成形工程とが一体となった複合一括成形が行われてもよい。
　なお、ＦＲＰ部材と金属部材との接合方法は、上述した接着樹脂層による接着に限られない。例えば、ＦＲＰ部材と金属部材とは、機械的に接合されてもよい。より具体的には、ＦＲＰ部材と金属部材のそれぞれ対応する位置に締結用の孔が形成され、これらがボルトやリベット等の締結手段により当該孔を介して締結されることにより、ＦＲＰ部材と金属部材とが接合されていてもよい。他にも公知の接合手段によってＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。また、複数の接合手段により複合的にＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。例えば、接着樹脂層による接着と、締結手段による締結とが複合的に用いられてもよい。
（金属部材およびその表面処理）
　本発明に係る金属部材は、めっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板（鋼材）として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ－Ｎｉ系合金めっき鋼板等が用いられ得る。
　また、金属部材は、表面に化成処理とよばれる皮膜が被覆されていてもよい。これにより、耐食性がより向上する。化成処理として、一般に公知の化成処理を用いることができる。例えば、化成処理として、りん酸亜鉛処理、クロメート処理、クロメートフリー処理等を用いることができる。また、上記皮膜は、公知の樹脂皮膜であってもよい。
　また、金属部材は、一般に公知の塗装が施されているものであってもよい。これにより、耐食性がより向上する。塗装として、公知の樹脂を用いることができる。例えば、塗装として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはふっ素系樹脂等を主樹脂としたものを用いることができる。また、塗装には、必要に応じて、一般に公知の顔料が添加されていてもよい。また、塗装は、顔料が添加されていないクリヤー塗装であってもよい。かかる塗装は、ＦＲＰ部材を複合化する前に予め金属部材に施されていてもよいし、ＦＲＰ部材を複合化した後に金属部材に施されてもよい。また、予め金属部材に塗装が施されたのちにＦＲＰ部材が複合化され、さらにその後塗装が施されてもよい。塗装に用いられる塗料は、溶剤系塗料、水系塗料または紛体塗料等であってもよい。塗装の施工方法として、一般に公知の方法が適用され得る。例えば、塗装の施工方法として、電着塗装、スプレー塗装、静電塗装または浸漬塗装等が用いられ得る。電着塗装は、金属部材の端面や隙間部を被覆するのに適しているため、塗装後の耐食性に優れる。また、塗装前に金属部材の表面にりん酸亜鉛処理やジルコニア処理等の一般に公知の化成処理を施すことにより、塗膜密着性が向上する。
＜３．切欠きおよび補強部材の配置例＞
（第１の配置例）
　図４に示すように、第１の配置例においては、中空部材１０の切欠き形成部１２が部材長手方向Ｘに沿って４箇所設けられている。ここで、図５、６は中空部材１０の部材長手方向Ｘに垂直な断面であり、図５、６中の軸Ａ1は、当該断面の重心Ｏを原点とした座標軸において断面２次モーメントが最少となる主軸である。軸Ａ2は、当該断面における軸Ａ1に対して垂直な軸であって、断面２次モーメントが最大となる主軸である。以降の説明では上記軸Ａ1を“第１軸”、上記軸Ａ2を“第２軸”と称す。また、第１軸Ａ1を境界として中空部材１０を２つの領域に分割した際の一方の領域を“第１の領域Ｒ1”と称し、他方の領域を“第２の領域Ｒ2”と称す。本実施形態では、説明の便宜上、図５、６において、第１軸Ａ1よりも右方の領域を第１の領域Ｒ1と称し、第１軸Ａ1よりも左方の領域を第２の領域Ｒ2と称すこととするが、第１軸Ａ1よりも右方の領域を第２の領域Ｒ2と称し、第１軸Ａ1よりも左方の領域を第１の領域Ｒ1と称したとしても差異はない。
　本配置例においては、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａに最も近い切欠き形成部１２では、図５に示すように、第１の領域Ｒ1の稜線部１１ｅ、１１ｆに切欠き１３が形成されている。一方で、図５に示す切欠き形成部１２においては、中空部材１０の第２の領域Ｒ2には切欠き１３が設けられていない。本配置例においては、このように第１の領域Ｒ1に切欠き１３を有する切欠き形成部１２のことを“第１の切欠き形成部１２ａ”と称す。図４に示す第１の配置例においては、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が第１の切欠き形成部１２ａである。第１の切欠き形成部１２ａにおいては、中空部材１０の内面側から稜線部１１ｅ、１１ｆの切欠き１３が覆われるように補強部材２０が設けられている。すなわち、第１の切欠き形成部１２ａにおいては、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３と補強部材２０が配置されている。
　図６は、上記第１の切欠き形成部１２ａとは異なる箇所の切欠き形成部１２の断面図である。当該切欠き形成部１２においては、第１の切欠き形成部１２ａとは異なり、中空部材１０の第２の領域Ｒ2の稜線部１１ｇ、１１ｈに切欠き１３が設けられ、第１の領域Ｒ1には切欠き１３が設けられていない。第１の配置例においては、このように第２の領域Ｒ2に切欠き１３を有する切欠き形成部１２のことを“第２の切欠き形成部１２ｂ”と称す。図４に示す配置例においては、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が第２の切欠き形成部１２ｂである。第２の切欠き形成部１２ｂにおいては、中空部材１０の内面側から稜線部１１ｇ、１１ｈの切欠き１３が覆われるように補強部材２０が設けられている。すなわち、第２の切欠き形成部１２ｂにおいては、第２の領域Ｒ2にのみ切欠き１３と補強部材２０が配置されている。
　第１の配置例においては、第１の切欠き形成部１２ａと第２の切欠き形成部１２ｂとが、中空部材１０の部材長手方向Ｘに沿って交互に配置されている。なお、本実施形態においては、中空部材１０の荷重入力側の端部に相当する中空部材１０の前端１０ａに最も近い切欠き形成部１２が第１の切欠き形成部１２ａであるが、前端１０ａに最も近い切欠き形成部１２を第２の切欠き形成部１２ｂとして、第２の切欠き形成部１２ｂと第１の切欠き形成部１２ａとが交互に配置されていてもよい。
　後述の実施例で示すように、上記の切欠き１３および補強部材２０が設けられていない場合は、中空部材の端部に高荷重が入力されると、中空部材の前端近傍で軸圧潰変形が生じた後、中空部材の前端と後端の間の１点で曲げ変形が生じる。その折れ点の前後には曲げの節となる折れ点が１箇所ずつ生じるため、中空部材全体としては３点の折れ点が生じる。中空部材に折れが生じた場合、折れ点以外の部分は、あまり塑性変形せず、ひずみが小さいため、折れ点以外の部分はエネルギー吸収にほとんど寄与しない部分となる。
　一方、切欠き１３および補強部材２０が設けられた本実施形態のフレーム１においては、中空部材１０の切欠き形成部１２において折れを誘発させることができ、折れ点を増やすことが可能となる。これにより、荷重入力時の中空部材１０のエネルギー吸収性能に寄与する部分を多くすることができ、フレーム１全体としてのエネルギー吸収性能を高めることが可能となる。
　ただし、中空部材１０に切欠き１３が形成されていても、切欠き１３を覆う補強部材２０が設けられていない場合には、荷重入力時の変形モードが安定せず、切欠き形成部１２で折れが生じないことがある。例えば図４のような切欠き１３が形成された中空部材１０の場合、補強部材２０が設けられていないと、中空部材１０の前端１０ａに荷重が入力された際に、前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａではなく、後方の第２の切欠き形成部１２ｂで先に折れが生じることがある。このような場合、第１の切欠き形成部１２ａはエネルギー吸収性能に寄与しない部分となる。また、第２の切欠き形成部１２ｂで先に折れが生じた場合、当該第２の切欠き形成部１２ｂよりも前方に位置する第１の切欠き形成部１２ａにおいては、折れが生じにくくなる。したがって、エネルギー吸収性能の観点では、各切欠き形成部１２における中空部材１０の折れが、荷重入力側の端部（本実施形態では前端１０ａ）から他端部（本実施形態では後端１０ｂ）にかけて順に発生することが好ましい。
　本実施形態のフレーム１においては、補強部材２０として用いられるＦＲＰの延性が小さいことから、荷重入力時の中空部材１０の変形により補強部材２０が破断することになるが、破断前においては補強部材２０が切欠き１３の位置で中空部材１０に接合されていることで、中空部材１０は切欠き１３が形成されていない部材のように機能する。その一方で、中空部材１０の前端１０ａに高荷重が入力されると、中空部材１０の前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａにおいては、より後方に位置する第２の切欠き形成部１２ｂに先駆けて荷重入力に伴う変形が生じる。このため、前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａに配置された補強部材２０は、他の切欠き形成部１２に配置された補強部材２０よりも先に破断することになる。その結果、前端１０ａに近い第１の切欠き形成部１２ａにおいては、補強部材２０による補強効果が失われる一方、その他の切欠き形成部１２では依然として補強部材２０による補強効果が維持される。これにより、前端１０ａに最も近い当該第１の切欠き形成部１２ａは、中空部材１０全体として強度的に最も弱い部分となり、当該第１の切欠き形成部１２ａにおいて最初に折れが生じることになる。
　その後、さらに中空部材１０の変形が進行すると、折れが生じた第１の切欠き形成部１２ａの後方に位置する第２の切欠き形成部１２ｂの変形が開始する。これに伴い、当該第２の切欠き形成部１２ｂに配置された補強部材２０も変形する。これにより、当該第２の切欠き形成部１２ｂに位置する補強部材２０が破断し、既に折れが生じている第１の切欠き形成部１２ａに続いて、当該第２の切欠き形成部１２ｂにおいて折れが生じる。このような折れを伴う中空部材１０の変形モードが後続の第１の切欠き形成部１２ａ、および第２の切欠き形成部１２ｂでも順に発生することになるため、中空部材１０に配置された各切欠き形成部１２が、部材長手方向Ｘに沿って順に折れていくことになる。
　以上のように、中空部材１０に切欠き１３が設けられているだけでなく、切欠き１３を覆う補強部材２０が設けられていることで、各切欠き形成部１２における折れを安定的に誘発させることが可能となる。
　より安定的に各切欠き形成部１２において折れを誘発させるためには、第１の配置例のように、第１の切欠き形成部１２ａと第２の切欠き形成部１２ｂとが、中空部材１０の部材長手方向Ｘに沿って交互に配置されていることが好ましい。
例えば、第１の配置例では、中空部材１０の前端１０ａに高荷重が入力されると、中空部材１０の前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａ（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３が配置されているため、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。一方、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2にのみ切欠き１３が配置されているため、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。同様に、中空部材１０の前端１０ａを起点とした３番目の切欠き形成部１２（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした３番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。これにより、中空部材１０に配置された各切欠き形成部１２が、部材長手方向Ｘに沿ってジグザグ（左右にジグザグ）に折れ曲がることになる。その結果、フレーム１全体としてのエネルギー吸収性能を安定して高めることが可能となる。
また、第１の配置例における切欠き１３および補強部材２０の配置は、図４～図６に示した例に限定されず、例えば図７（ａ）（ｂ）～図９（ａ）（ｂ）のように配置されていてもよい。
　図７（ａ）に示す配置例においては、中空部材１０の切欠き形成部１２が部材長手方向Ｘに沿って設けられた４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が第１の切欠き形成部１２ａである。そして、第１の切欠き形成部１２ａでは、中空部材１０の第１の領域Ｒ1にのみ側面部１１ｂに切欠き１３が形成され、当該切欠き１３を覆うように側面部１１ｂに補強部材２０が接合されている。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が第２の切欠き形成部１２ｂである。そして、第２の切欠き形成部１２ｂでは、中空部材１０の第２の領域Ｒ1にのみ側面部１１ｄに切欠き１３が形成され、当該切欠き１３を覆うように側面部１１ｄに補強部材２０が接合されている。
この図７（ａ）（ｂ）に示す配置例では、中空部材１０の前端１０ａに高荷重が入力されると、中空部材１０の前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａ（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３が配置されているため、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。一方、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2にのみ切欠き１３が配置されているため、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。同様に、中空部材１０の前端１０ａを起点とした３番目の切欠き形成部１２（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした４番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。これにより、図４～図６に示した例と同様に、中空部材１０に配置された各切欠き形成部１２が、部材長手方向Ｘに沿ってジグザグ（左右にジグザグ）に折れ曲がることになる。その結果、フレーム１全体としてのエネルギー吸収性能を安定して高めることが可能となる。
　図８（ａ）（ｂ）に示す配置例においては、第２軸Ａ2を境界として中空部材１０を２つの領域に分割した際の一方の領域（図８（ａ）（ｂ）の例においては第２軸Ａ2よりも上方の領域）が第１の領域Ｒ1であり、他方の領域（（図８（ａ）（ｂ）の例においては第２軸Ａ2よりも下方の領域）が第２の領域Ｒ2である。なお、第２軸Ａ2よりも上方の領域を第２の領域Ｒ2と称し、第２軸Ａ2よりも下方の領域を第１の領域Ｒ1と称したとしても差異はない。
　この図８（ａ）（ｂ）に示す配置例においては、中空部材１０の切欠き形成部１２が部材長手方向Ｘに沿って設けられた４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が第１の切欠き形成部１２ａである。そして、第１の切欠き形成部１２ａでは、中空部材１０の第１の領域Ｒ1にある稜線部１１ｅ、１１ｈに切欠き１３が形成され、当該切欠き１３を覆うように補強部材２０が接合されている。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が第２の切欠き形成部１２ｂである。そして、第２の切欠き形成部１２ｂでは、中空部材１０の第２の領域Ｒ1にある稜線部１１ｆ、１１ｇに切欠き１３が形成され、当該切欠き１３を覆うように補強部材２０が接合されている。
この図８（ａ）（ｂ）に示す配置例では、中空部材１０の前端１０ａに高荷重が入力されると、中空部材１０の前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａ（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３が配置されているため、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。一方、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2にのみ切欠き１３が配置されているため、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。同様に、中空部材１０の前端１０ａを起点とした３番目の切欠き形成部１２（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした４番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。これにより、図４～図６に示した例と同様に、中空部材１０に配置された各切欠き形成部１２が、部材長手方向Ｘに沿ってジグザグ（上下にジグザグ）に折れ曲がることになる。その結果、フレーム１全体としてのエネルギー吸収性能を安定して高めることが可能となる。
　図９（ａ）（ｂ）に示す配置例においては、第２軸Ａ2を境界として中空部材１０を２つの領域に分割した際の一方の領域（図９（ａ）（ｂ）の例においては第２軸Ａ2よりも上方の領域）が第１の領域Ｒ1であり、他方の領域（（図９（ａ）（ｂ）の例においては第２軸Ａ2よりも下方の領域）が第２の領域Ｒ2である。なお、第２軸Ａ2よりも上方の領域を第２の領域Ｒ2と称し、第２軸Ａ2よりも下方の領域を第１の領域Ｒ1と称したとしても差異はない。
　この図９（ａ）（ｂ）に示す配置例においては、中空部材１０の切欠き形成部１２が部材長手方向Ｘに沿って設けられた４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が第１の切欠き形成部１２ａである。そして、第１の切欠き形成部１２ａでは、中空部材１０の第１の領域Ｒ1にある天面部１１ａに切欠き１３が形成され、当該切欠き１３を覆うように天面部１１ａに補強部材２０が接合されている。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が第２の切欠き形成部１２ｂである。そして、第２の切欠き形成部１２ｂでは、中空部材１０の第２の領域Ｒ1にある底面部１１ｃに切欠き１３が形成され、当該切欠き１３を覆うように側面部１１ｃに補強部材２０が接合されている。
この図９（ａ）（ｂ）に示す配置例では、中空部材１０の前端１０ａに高荷重が入力されると、中空部材１０の前端１０ａに最も近い第１の切欠き形成部１２ａ（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３が配置されているため、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。一方、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2にのみ切欠き１３が配置されているため、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。同様に、中空部材１０の前端１０ａを起点とした３番目の切欠き形成部１２（第１の切欠き形成部１２ａ）では、第１の領域Ｒ1が圧縮となり、第２の領域Ｒ2が引張となる変形モードとなる。また、中空部材１０の前端１０ａを起点とした４番目の切欠き形成部１２（第２の切欠き形成部１２ｂ）では、第２の領域Ｒ2が圧縮となり、第１の領域Ｒ1が引張となる変形モードとなる。これにより、図４～図６に示した例と同様に、中空部材１０に配置された各切欠き形成部１２が、部材長手方向Ｘに沿ってジグザグ（上下にジグザグ）に折れ曲がることになる。その結果、フレーム１全体としてのエネルギー吸収性能を安定して高めることが可能となる。
なお、第１の切欠き形成部１２ａにおける切欠き１３および補強部材２０の配置と、第２の切欠き形成部１２ｂにおける切欠き１３および補強部材２０の配置は、第１軸Ａ1または第２軸Ａ2を対称軸とした線対称であることが好ましい。
（第２の配置例）
　上述した切欠きおよび補強部材の第１の配置例においては、第１の切欠き形成部１２ａにおいては、第１の領域Ｒ1に切欠き１３と補強部材２０が配置されているが、第２の領域Ｒ2には切欠き１３と補強部材２０が配置されてなく、また逆に、第２の切欠き形成部１２ｂにおいては、第２の領域Ｒ2に切欠き１３と補強部材２０が配置されているが、第１の領域Ｒ1には切欠き１３と補強部材２０が配置されていない。しかしながら、本発明は、第１の切欠き形成部１２ａにおいては、第１の領域Ｒ1に切欠き１３と補強部材２０が配置されていれば足り、第２の領域Ｒ2には切欠き１３と補強部材２０が配置されていないことは必須ではない。また、第２の切欠き形成部１２ｂにおいては、第２の領域Ｒ2に切欠き１３と補強部材２０が配置されていれば足り、第１の領域Ｒ1に切欠き１３と補強部材２０が配置されていないことは必須ではない。すなわち、第１の切欠き形成部１２ａにおいて、第２の領域Ｒ2にも切欠き１３と補強部材２０が配置されていても良い。また同様に、第２の切欠き形成部１２ｂにおいて、第１の領域Ｒ1にも切欠き１３と補強部材２０が配置されていても良い。
　そこで、補強部材２０の第２の配置例について説明する。図１０に示すように本配置例においても、第１の切欠き形成部１２ａと第２の切欠き形成部１２ｂとが、中空部材１０の部材長手方向Ｘに沿って交互に配置されている。すなわち、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が第１の切欠き形成部１２ａである。また、２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が第２の切欠き形成部１２ｂである。
　この第２の配置例では、第１の切欠き形成部１２ａにおける切欠き１３および補強部材２０の配置と、第２の切欠き形成部１２ｂにおける切欠き１３および補強部材２０の配置とが、実質的に同一となっている。すなわち、図１１に示すように、第１の切欠き形成部１２ａおよび第２の切欠き形成部１２ｂのいずれにおいても、第１の領域Ｒ1の稜線部１１ｅ、１１ｆと第２の領域Ｒ2の稜線部１１ｇ、１１ｈの両方に切欠き１３が設けられ、各切欠き１３が覆われるように補強部材２０がそれぞれ設けられている。換言すれば、第１の切欠き形成部１２ａにおいては、第１の領域Ｒ1に切欠き１３と補強部材２０が配置され、さらに、第２の領域Ｒ2にも切欠き１３と補強部材２０が配置されている。また、第２の切欠き形成部１２ｂにおいては、第２の領域Ｒ2に切欠き１３と補強部材２０が配置され、さらに、第１の領域Ｒ1にも切欠き１３と補強部材２０が配置されている。このような第２の配置例の場合も、中空部材１０の部材長手方向Ｘから荷重が入力された際には、各切欠き形成部１２（第１の切欠き形成部１２ａおよび第２の切欠き形成部１２ｂ）において、安定的に折れを誘発させることができる。
　また、第２の配置例では、第１の切欠き形成部１２ａおよび第２の切欠き形成部１２ｂにおいて、例えば図１２、図１３のように切欠き１３および補強部材２０が配置されていてもよい。図１２に示す配置例においては、第１の切欠き形成部１２ａおよび第２の切欠き形成部１２ｂのいずれにおいても、中空部材１０の一対の側面部１１ｂ、１１ｄに切欠き１３および補強部材２０が配置されている。また、図１３に示す配置例においては、中空部材１０の天面部１１ａおよび底面部１１ｃに切欠き１３および補強部材２０が配置されている。これら図１２、図１３のいずれの配置例においても、第１軸Ａ1を境界として分割された２つの領域のうちの両方の領域Ｒ1、Ｒ2および第２軸Ａ2を境界として分割された２つの領域のうちの両方の領域Ｒ3、Ｒ4に切欠き１３および補強部材２０が存在している。切欠き１３および補強部材２０がこのように配置されている場合も、各切欠き形成部１２における中空部材１０の折れをより安定して誘発させることができる。
　以上、中空部材１０の切欠き１３および補強部材２０の配置例について説明した。なお、中空部材１０の切欠き形成部１２においては、切欠き１３が設けられていることで中空部材１０の剛性が低下することになるが、本実施形態のように切欠き１３の位置に補強部材２０が配置されていることで、中空部材１０に切欠き１３が設けられていない場合と同等の剛性を確保することができる。
　より安定して各切欠き形成部１２で折れを生じさせるためには、各切欠き形成部１２に配置された補強部材２０の強度が、中空部材１０の一端から他端にかけて大きくなっていることが好ましい。例えばフレーム１がフロントサイドメンバの場合、中空部材１０の前端１０ａから後端１０ｂにかけて補強部材２０の強度が大きくなっていることが好ましく、フレーム１がリアサイドメンバの場合、中空部材１０の後端１０ｂから前端１０ａにかけて補強部材２０の強度が大きくなっていることが好ましい。これにより、荷重入力側の端部に近い補強部材２０ほど破断しやすくなり、中空部材１０の部材長手方向Ｘに沿って配置された各切欠き形成部１２において、順番に中空部材１０の折れが生じやすくなる。なお、補強部材２０の強度は、例えば板厚やヤング率が異なる部材を用いることで変更することできる。
　また、中空部材１０に形成される切欠き１３、補強部材２０の配置、切欠き形成部１２の数および配置は特に限定されず、フレーム１の形状や構成等に応じて所望の折れ方向に中空部材１０を折ることができるよう適宜変更されるものである。エネルギー吸収性能を効果的に向上させるためには、切欠き形成部１２が４箇所以上であることが好ましい。また、切欠きの形状は、四角形に限られず、円形、楕円形などでも良い。
　また、補強部材２０のＦＲＰの繊維方向は、部材長手方向Ｘと平行に配向されていることが好ましい。これにより高荷重入力時の初期反力を向上させることができる。なお、工業的には、繊維方向を一方向にそろえた場合、実際の繊維の繊維方向の分布は、その一方向に対し、－５°～５°の範囲内に分布する。工業的にそのように分布した状態であっても、理想的に全ての繊維方向をその一方向にそろえた場合と比べて、機械的性質は実質的に同じと判断して構わない。また、補強部材内での繊維方向の分布は、マイクロフォーカスX線CT（X-ray computed
tomography）システムで観察し、得られた３次元画像をコンピュータ解析することで同定できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明に係るフレームのエネルギー吸収性能を評価するため、衝突シミュレーションを実施した。解析モデルは図１～図３に示すようなバンパービームとフレームで構成されており、中空部材の断面は矩形状となっている。また、解析モデルは下記表１に示す条件で複数作成されている。なお、表１中の軽量化率は、各構造の重量を構造１の重量で規格化したものである。また、表１中の剛性比は、各構造の剛性値を構造２の剛性値で規格化したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
上記表１の構造１および構造２は、中空部材１０の切欠きおよび補強部材２０が設けられていない構造であり、構造２は構造１に対して薄板化、およびハイテン化を図ったものである。構造３は、図４に示す切欠きが設けられた中空部材１０を有する構造であるが、補強部材２０は設けられていない。構造４は図４に示す構造である。構造４では、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が、図５で説明した第１の切欠き形成部１２ａであり、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が図６で説明した第２の切欠き形成部１２ｂである。構造５は、図１０に示す切欠きが設けられた中空部材１０を有する構造であるが、補強部材２０は設けられていない。構造６は図１０に示す構造である。構造６では、４箇所の切欠き形成部１２の全部において、図１１で説明したように、第１の領域Ｒ1および第２の領域Ｒ2の両方に切欠き１３と補強部材２０が配置されている。
　構造７は、図４に示す構造である。構造７では、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が、図５で説明した第１の切欠き形成部１２ａであり、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が図６で説明した第２の切欠き形成部１２ｂである。また構造７では、各切欠き形成部１２に配置された補強部材２０の引張強度が、中空部材１０の前端１０ａから後端１０ｂにかけて大きくなっている。構造７では、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２に配置された補強部材の２０板厚が２．０ｍｍ、２番目の切欠き形成部１２に配置された補強部材の２０板厚が２．４ｍｍ、３番目の切欠き形成部１２に配置された補強部材の２０板厚が２．８ｍｍ、４番目の切欠き形成部１２に配置された補強部材の２０板厚が３．２ｍｍである。
　構造８は、図４に示す構造である。構造７では、４箇所の切欠き形成部１２のうち、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、および３番目の切欠き形成部１２が、図５で説明した第１の切欠き形成部１２ａであり、中空部材１０の前端１０ａを起点とした２番目の切欠き形成部１２、および４番目の切欠き形成部１２が図６で説明した第２の切欠き形成部１２ｂである。ただし、構造８では、各切欠き形成部１２に配置された補強部材２０がＧＦＲＰである。
構造９では、４箇所の切欠き形成部１２の全部が、図５で説明した第１の切欠き形成部１２ａである。すなわち、構造９では、中空部材１０の前端１０ａを起点とした最初の切欠き形成部１２、２番目の切欠き形成部１２、３番目の切欠き形成部１２、および、４番目の切欠き形成部１２のいずれにおいても、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３と補強部材２０が配置され、第２の領域Ｒ2には切欠き１３と補強部材２０が設けられていない。
構造４および構造６において補強部材２０として用いられるＣＦＲＰの機械特性は以下の通りである。
Ｖｆ（繊維含有体積率）：５０％
ヤング率：１０２ＧＰａ
破断強度：１５００ＭＰａ
破断伸び：１．５％
構造８６において補強部材２０として用いられるＧＦＲＰの機械特性は以下の通りである。
Ｖｆ（繊維含有体積率）：５０％
ヤング率：１３ＧＰａ
破断強度：２００ＭＰａ
破断伸び：３％
構造３～９において、各切欠きのサイズは、５ｍｍ幅×長さ４０ｍｍである。また、構造４、６～９において、各補強部材のサイズは、２５ｍｍ幅×長さ７０ｍｍである。各構造の剛性値は、フロントサイドメンバ先端に横方向１ｍｍの変位を与えた時の反力から求めた。
本シミュレーションは、自動車の正面衝突試験を模擬したものであり、質量２００ｋｇの剛体壁を図１～図３に示すバンパービーム５０に１２ｍ／ｓで衝突させることで実施された。なお、各解析モデルにおける中空部材１０の後端１０ｂは拘束されている。
図１４は衝突シミュレーションにおける構造１の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図１５はその側面図である。図１４に示すように、構造１においては、変形時の中空部材の折れ点が３箇所であった。このような中空部材の折れは、構造２においても生じていた。
図１６は衝突シミュレーションにおける構造３の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図１７はその側面図である。図１６に示すように、構造３においては中空部材に切欠きが設けられているが、中空部材の前端に最も近い位置にある切欠きにおいては折れが生じておらず、後方の切欠きで先に折れが生じていた。折れ点も３箇所のままであった。
一方、図１８は衝突シミュレーションにおける構造４の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図１９はその側面図である。図１８に示すように、構造４においては、折れ点が４箇所となっており、構造１に対して折れ点を増やすことができた。特に、切欠きの位置に補強部材２０が設けられた構造４においては、切欠きの位置が折れ点となっており、切欠きのみが設けられている構造３とは異なる結果となった。また、部材長手方向に沿ってジグザグに折れ曲がることにより、フレーム全体としてのエネルギー吸収性能を安定して高めることができた。
図２０は衝突シミュレーションにおける構造５の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図２１はその側面図である。図２０に示すように、構造５においては中空部材に切欠きが設けられているが、中空部材の前端に最も近い位置にある切欠きにおいては折れが生じておらず、後方の切欠きで先に折れが生じており、折れ点も２箇所であった。
一方、図２２は衝突シミュレーションにおける構造６の解析モデルの変形状態を示す平面図であり、図２３はその側面図である。図２２に示すように、切欠きの位置に補強部材２０が設けられた構造６においては、切欠き位置で圧潰しており、圧潰点は４点であった。圧潰点は折れ点と同等もしくはそれ以上に塑性変形領域が広く、エネルギー吸収に寄与するため、折れ点と同等とみなすことができる。そのため、構造５に対して、折れ点を増やすことができた。構造６においては、折れ点での圧潰変形が連続的に生じていることから、部材全体としては、いわゆる軸圧潰変形と同様の変形が生じていた。
次に、剛体壁を衝突させた際の荷重‐ストローク線図から、剛体壁の８００ｍｍストローク時におけるエネルギー吸収量を算出し、各解析モデルのエネルギー吸収性能を比較した。その結果を図２４に示す。なお、図２４のグラフの縦軸は、各構造におけるエネルギー吸収量と構造１のエネルギー吸収量との比である。
図２４に示すように、構造４および構造６～８においては、構造１に対してエネルギー吸収性能が維持または向上している。上記表１に示すように構造４および構造６～８は構造１に対する軽量化率も大きいことから、本発明に係る車両用構造部材においては、軽量化を図りつつ、エネルギー吸収性能の維持または向上を図ることができる。また、上記表１に示すように構造４および構造６～８においては、補強部材が設けられていない構造３および構造５よりも剛性比が向上しており、切欠きが設けられていない構造２と同等の剛性が確保されている。
４箇所の切欠き形成部１２の全部において、第１の領域Ｒ1にのみ切欠き１３と補強部材２０が配置され、第２の領域Ｒ2には切欠き１３と補強部材２０が設けられていない構造９は、エネルギー吸収性能が劣る。
１　　　　フレーム
１０　　　中空部材
１０ａ　　中空部材の前端
１０ｂ　　中空部材の後端
１１ａ　　中空部材の天面部
１１ｂ、１１ｄ　　中空部材の側面部
１１ｃ　　中空部材の底面部
１１ｅ～１１ｈ　　中空部材の稜線部
１２　　　切欠き形成部
１２ａ　　第１の切欠き形成部
１２ｂ　　第２の切欠き形成部
１３　　　切欠き
２０　　　補強部材
３０　　　クラッシュボックス
５０　　　バンパービーム
Ａ1 　　　中空部材の断面の第１軸
Ａ2 　　　中空部材の断面の第２軸
Ｏ　　　　中空部材の断面の重心
Ｒ1 　　　第１の領域
Ｒ2 　　　第２の領域
Ｒ3 　　　第３の領域
Ｒ4 　　　第４の領域
 

Claims (7)

  1. 　部材長手方向に沿って複数配置された、切欠きを有する切欠き形成部を備えた金属製の中空部材と、
    　前記中空部材に接合された、各切欠き形成部の前記切欠きの各々を覆う、ＦＲＰからなる複数の補強部材とを備え、
    　前記中空部材の部材長手方向に垂直な断面の重心を原点とした座標軸において、断面２次モーメントが最小となる主軸を第１軸と称し、前記第１軸に垂直な方向の軸を第２軸と称し、前記第１軸または前記第２軸を境界として分割された前記中空部材の２つの領域のうちの一方の領域を第１の領域と称し、他方の領域を第２の領域と称したとすると、前記第１の領域に前記切欠きを有する第１の切欠き形成部と、前記第２の領域に前記切欠きを有する第２の切欠き形成部とが、前記中空部材の部材長手方向に沿って交互に配置されている、車両用構造部材。
  2. 　前記第１の領域に前記切欠きを有する第１の切欠き形成部において、前記第２の領域に前記切欠きがなく、
    　前記第２の領域に前記切欠きを有する第２の切欠き形成部において、前記第１の領域に前記切欠きがない、請求項１に記載の車両用構造部材。
  3. 　前記第１の領域に前記切欠きを有する第１の切欠き形成部において、前記第２の領域に前記切欠きがあり、
    　前記第２の領域に前記切欠きを有する第２の切欠き形成部において、前記第１の領域に前記切欠きがある、請求項１に記載の車両用構造部材。
  4. 　各切欠き形成部に配置された前記補強部材の強度が、前記中空部材の部材長手方向における一端から他端にかけて大きくなっている、請求項１～３のいずれか一項に記載の車両用構造部材。
  5. 　前記補強部材の繊維方向が前記中空部材の部材長手方向に平行に配向されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の車両用構造部材。
  6. 　前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰまたはＧＦＲＰである、請求項１～５のいずれか一項に記載の車両用構造部材。
  7. 　前記中空部材の引張強度が９８０ＭＰａ以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載の車両用構造部材。
     
PCT/JP2019/028714 2018-07-20 2019-07-22 車両用構造部材 WO2020017662A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020521380A JP6801825B2 (ja) 2018-07-20 2019-07-22 車両用構造部材
US17/256,521 US11465693B2 (en) 2018-07-20 2019-07-22 Structural member for vehicle
CN201980046928.4A CN112424057B (zh) 2018-07-20 2019-07-22 车辆用构造构件

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-136977 2018-07-20
JP2018136977 2018-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020017662A1 true WO2020017662A1 (ja) 2020-01-23

Family

ID=69163928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/028714 WO2020017662A1 (ja) 2018-07-20 2019-07-22 車両用構造部材

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11465693B2 (ja)
JP (1) JP6801825B2 (ja)
CN (1) CN112424057B (ja)
WO (1) WO2020017662A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019198729A1 (ja) * 2018-04-09 2019-10-17 日本製鉄株式会社 自動車構造部材
JP6729762B1 (ja) * 2019-05-28 2020-07-22 Ｊｆｅスチール株式会社 自動車用衝突エネルギー吸収部品およびその製造方法
US11603134B2 (en) * 2020-10-08 2023-03-14 GM Global Technology Operations LLC Energy attenuating longitudinal frame member for a vehicle including asymmetric crash response

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0585402A (ja) * 1991-09-27 1993-04-06 Toyota Motor Corp 車両の衝撃吸収フレーム
JP2016159679A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 マツダ株式会社 車両用フレーム構造
JP2017159894A (ja) * 2016-03-03 2017-09-14 新日鐵住金株式会社 車両用構造部材

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3217894A (en) * 1963-10-03 1965-11-16 Arcan Eastern Ltd Locking mechanism
JP2795010B2 (ja) * 1991-10-18 1998-09-10 トヨタ自動車株式会社 自動車のフロントサイドメンバ
US8347794B2 (en) * 2000-04-11 2013-01-08 Nextreme, Llc Fire resistant pallet
JP4118263B2 (ja) 2004-07-15 2008-07-16 本田技研工業株式会社 自動車用衝撃吸収部材
JP4655916B2 (ja) * 2005-12-15 2011-03-23 パナソニック株式会社 電気掃除機
ES2326095T3 (es) * 2006-12-05 2009-09-30 HENKEL AG & CO. KGAA Elemento de refuerzo.
JP2012218503A (ja) 2011-04-05 2012-11-12 Honda Motor Co Ltd 車両用衝撃吸収部材
EP2896535B1 (en) 2012-09-13 2018-01-10 Honda Motor Co., Ltd. Structure for front part of body of automobile
WO2014112265A1 (ja) 2013-01-15 2014-07-24 本田技研工業株式会社 自動車の車体構造
DE102013202609A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeugträgeranordnung
CN103407494B (zh) * 2013-08-27 2016-01-27 长城汽车股份有限公司 用于车架的纵梁
US9758193B2 (en) * 2015-02-10 2017-09-12 Honda Motor Co., Ltd. Structural reinforcement member for a vehicle body
CN109941345B (zh) * 2017-10-13 2020-08-21 长沙义和车桥有限公司 一种双变形吸能车架结构
CN107933704A (zh) * 2017-11-28 2018-04-20 奇瑞汽车股份有限公司 一种中通道加强支架结构

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0585402A (ja) * 1991-09-27 1993-04-06 Toyota Motor Corp 車両の衝撃吸収フレーム
JP2016159679A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 マツダ株式会社 車両用フレーム構造
JP2017159894A (ja) * 2016-03-03 2017-09-14 新日鐵住金株式会社 車両用構造部材

Also Published As

Publication number Publication date
US20210276630A1 (en) 2021-09-09
US11465693B2 (en) 2022-10-11
JP6801825B2 (ja) 2020-12-16
JPWO2020017662A1 (ja) 2020-07-27
CN112424057B (zh) 2023-08-25
CN112424057A (zh) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020017662A1 (ja) 車両用構造部材
JP6969673B2 (ja) Ｔ字継手構造
JP6969674B2 (ja) 自動車構造部材
WO2020017645A1 (ja) 車両用構造部材
WO2020017647A1 (ja) 車両用構造部材
JP7035742B2 (ja) 車両用構造部材
JP6617859B1 (ja) 車両用構造部材
JP7087768B2 (ja) 車両用構造部材
JP6683293B2 (ja) 自動車のｔ字継手構造
JP2019182168A (ja) センターピラーインナーおよびセンターピラー
US11731392B2 (en) Panel structure
JP7107055B2 (ja) 車両用構造部材
CN111918781B (zh) 具有顶板部和侧壁部的部件
US11897544B2 (en) Center pillar inner and center pillar

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19838066

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020521380

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19838066

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1