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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Knieschutzaufbau für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft sie einen Knieschutzaufbau für ein Fahrzeug, der in der Lage ist strengere Passagierverletzungsbedingungen eines Fahrzeugkollisionstests zu erfüllen, einen Montage- bzw. Zusammenbauprozess zu vereinfachen und eine Verringerung der Herstellungskosten zu erreichen.
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Beschreibung des verwandten Sachstandes
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Wenn ein Fahrzeug in eine Kollision gerät, während es fährt, werden die Passagiere (Fahrgäste oder Insassen) in dem Fahrzeug im allgemeinen durch die Trägheit an einen vorderes Aufprallpuffer (Crash-Pad) gedrückt.
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Demzufolge werden Fahrzeug grundlegend mit Passagier-Rückhalteeinrichtungen, zum Beispiel Airbag und Sitzgurten, ausgerüstet, um Passagiere für den Fall eines Unfalls zu schützen.
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Obwohl der Airbag oder ein Sitzgurt den Teil des Körpers eines Passagiers oberhalb des Unterleibs schützt, besteht das Risiko, dass ein Querbalken der Motorhaube, der unterhalb der inneren Seite des Aufprallpuffers (Crash-Pads) angeordnet ist, und eine untere Aufprallpufferplatte, die den unteren Teil des Aufprallpuffers bildet, auf die Knie der Insassen (d. h. sowohl des Fahrers als auch des vorderen Beifahrers) aufschlagen.
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Als Vorkehrungen für das voranstehend beschriebene Problem wird, um das Ausmaß von Verletzungen für die Knie von Passagieren zu verringern, herkömmlicherweise unterhalb der Innenseite des Aufprallpuffers ein Kniepolster bereitgestellt, welches eine Knieschutzeinrichtung ist.
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Der Stand der Technik (der verwandte Sachstand) offenbart eine Knieschutzeinrichtung, bei der eine „U”-förmige äußere Platte, die aus einem Plastikmaterial (plastischen Material) gebildet ist, und eine „U”-förmige innere Platte, die aus einem Stahlmaterial gebildet ist, installiert sind, um einen Raum dazwischen zu definieren, und ein Stoßabsorptionselement, welches Stöße absorbieren kann, ist in dem Raum angeordnet.
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Jedoch ist äußere Plastikplatte im Hinblick auf die Lasten, die auf eine Kollision hin erzeugt werden, und der Einbringung in die Knie sehr brüchig, sodass eine scharfe Kante gebildet wird, die an dem Knie, wenn sie gebrochen wird, eine Verletzung hervorrufen kann, und die innere Stahlplatte kann eine ausreichende Deformation des Stoßabsorptionselements verhindern.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Konfiguration eines Knieschutzaufbaus für ein Fahrzeug gemäß dem verwandten Sachstand darstellt. Ein stoßabsorbierender Schaumstoff 3 ist mit einem U-förmigen Bügel 2 gekoppelt, der auf einer Seite eines Motorhaube-Querbalken 1 installiert ist, und eine untere Aufprallpufferplatte 5 und eine Kniepolsterplatte 4, die aus Stahl oder aus mit einer Glasfasermatte verstärkten Thermoplasten (Glass-fiber Mat reinforced Thermoplastics; GMT) gebildet ist, sind an der vorderen Seite davon gekoppelt.
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Hierbei wird die untere Aufprallpufferplatte 5 aus einem Polymermaterial hergestellt, wie beispielsweise Polypropylen-Mineral-Füllstoff (polypropylen mineral filled; PPS), um die Kniepolsterplatte 4 abzudecken, um ein angenehmes Erscheinungsbild hervorzurufen, und die Kniepolsterplatte 4, der stoßabsorbierende Schaumstoff 3, und der U-förmigen Bügel 2, der den stoßabsorbierenden Schaumstoff 3 hält, sind sequenziell innerhalb der unteren Aufprallpufferplatte 5 angeordnet.
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Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration verhindert, wenn das Knie des Passagiers bei einer vorderen Fahrzeugkollision auf die untere Aufprallpufferplatte 5 aufschlägt, die Kniepolsterplatte 4 in der Form eines Stahlkörpers ein zusätzliches Eindringen in das Knie, und der stoßabsorbierende Schaumstoff 3, der auf der Rückseite davon angeordnet ist (d. h. der vorderen Seite im Hinblick auf die vorwärts-und-rückwärts Richtung des Fahrzeugs) wird entlang des U-förmigen Bügels 2 deformiert, um die Energie des Stoßes zu absorbieren.
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Da jedoch die untere Aufprallpufferplatte 5 und die Kniepolsterplatte 4 separat voneinander installiert sind und der stoßabsorbierende Schaumstoff 3 und der U-förmigen Bügel 2 angebracht sind, weist der verwandte Sachstand mehrere Probleme auf, einschließlich einer komplizierten Konfiguration und eines komplizierten Aufbaus und hohe Kosten als Folge einer großen Anzahl von Komponenten und Hardware.
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Obwohl in der Kniepolstereinrichtung des verwandten Sachstandes die Kniepolsterplatte aus Stahl zum Steuern bzw. zur Beeinflussung der Eindringung in das Knie an der Stoßposition von jedem der 50-ten Perzentil-(50%) und 5-ten Perzentil-(5%)Dummys (Crashtestpuppe) angebracht ist, um so eine exzessive Einbringung in das Knie zu verhindern, während eine Zunahme in der Last, die auf das Knie ausgeübt wird, zu einem gewissen Ausmaß erlaubt wird (d. h. bis zu 10 kN oder weniger, um die NCAP Vorschriften zu erfüllen), wird zudem die Kniepolsterplatte bei der US NCAP Abschätzung als Stahlkörper angesehen, wodurch die Kniebelastung des 50-ten Perzentil-(50%)Dummys erhöht wird. Deshalb ist es für die Kniepolsterplatte schwierig die Vorschriften zu erfüllen.
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Die Information die in diesem Abschnitt über den Hintergrund der Erfindung offenbart ist, dient nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht als eine Würdigung oder irgendeine Art von Vorschlag angesehen werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet bereits bekannt ist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind gerichtet auf die Bereitstellung eines Knieschutzaufbaus für ein Fahrzeug, der in der Lage ist strengere Passagierverletzungsbedingungen von einem Fahrzeugkollisionstest zu erfüllen und effektiv die Knie eines Passagiers zu schützen.
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Zusätzlich sind verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung gerichtet auf die Bereitstellung eines Knieschutzaufbaus für ein Fahrzeug, der in der Lage ist einen vereinfachten Fahrzeugmontageprozess, eine Verringerung der Anzahl von Komponenten, einen vereinfachten Aufbau und reduzierte Herstellungskosten zu erreichen.
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Gemäß verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung kann ein Knieschutzaufbau für ein Fahrzeug umfassen: einen Bügel, der auf einem Fahrzeugkarosserieaufbau angeordnet ist, und eine untere Aufprallpufferplatte, die angeordnet ist, um von dem Bügel so gehalten zu werden, dass im Fall einer Kollision ein Knie eines Passagiers auf die untere Aufprallpufferplatte aufschlägt, wobei die untere Aufprallpufferplatte ein Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern, in dem kontinuierliche Fasern in einer gegebenen Richtung angeordnet sind, eingefügt in wenigstens einem vorgegebenen Bereich des gesamten Bereichs, und ein Verbundmaterial mit multidirektionalen kontinuierlichen Fasern, in dem kontinuierliche Fasern in mehreren Richtungen angeordnet sind, eingefügt in den übrigen Bereich, umfassen kann.
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Das Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann in beide Seitenabschnitte in einer links-und-rechts Richtung eines gesamten Bereichs der unteren Aufprallpufferplatte eingefügt sein, und das Verbundmaterial mit multidirektionalen kontinuierlichen Fasern, in dem die kontinuierlichen Fasern in mehreren Richtungen angeordnet sind, kann in einen zentralen Abschnitt in der links-und-rechts Richtung der unteren Aufprallpufferplatte eingefügt werden.
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Das Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern, welches in die Seitenabschnitte eingefügt wird, kann eine kleinere Dicke als eine Dicke des Verbundmaterials mit kontinuierlichen Fasern, das in den zentralen Abschnitt eingefügt ist, aufweisen.
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Das Verbundmaterial mit den multidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern des gewebten Typs sein, bei dem gewebte kontinuierliche Fasern in mehreren Schichten innerhalb von Thermoplasten aufgestapelt werden.
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Das Verbundmaterial mit multidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann die kontinuierlichen Fasern umfassen, die Englisch in einer horizontalen Richtung, in einer vertikalen Richtung oder in einer schrägen Richtung angeordnet sind.
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Das Verbundmaterial mit den multidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern des Orthogonal-Typs sein, bei dem kontinuierliche Fasern in einer gegebenen Richtung in mehreren Schichten aufgestapelt werden, sodass die kontinuierlichen Fasern der jeweiligen Schichten innerhalb von Thermoplasten orthogonal zueinander sind.
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Das Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern sein, bei dem kontinuierliche Fasern, die länglich in einer horizontalen Richtung der unteren Aufprallpufferplatte angeordnet sind, in mehreren Schichten aufgestapelt sind.
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Das Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern sein, bei dem kontinuierliche Fasern, die länglich in einer vertikalen Richtung der unteren Aufprallpufferplatte angeordnet sind, in mehreren Schichten aufgestapelt werden.
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Das Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern kann ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern sein, bei dem kontinuierliche Fasern, die länglich in einer schrägen Richtung unter einem vorgegebenen Neigungswinkel auf Grundlage einer vertikalen Achse der unteren Aufprallpufferplatte angeordnet sind, in mehreren Schichten aufgestapelt sind.
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Das Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern, welches in den wenigstens einen vorgegebenen Bereich eingefügt ist, kann in eine obere Schicht und eine untere Schicht über ein vorgegebenes Dickenverhältnis aufgeteilt werden, und die kontinuierlichen Fasern der oberen Schicht und der unteren Schicht können unterschiedliche Richtungen aufweisen.
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Wenigstens eine Schicht der oberen Schicht und/oder der unteren Schicht kann kontinuierliche Fasern aufweisen, die in einer vertikalen Richtung länglich angeordnet sind, und wenigstens eine verbleibende der oberen Schicht und der unteren Schicht kann kontinuierliche Fasern umfassen, die in einer horizontalen Richtung länglich (längsweise) angeordnet sind.
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Die kontinuierlichen Fasern der oberen Schicht und die kontinuierlichen Fasern der unteren Schicht können schräge kontinuierliche Fasern sein, die länglich in unterschiedlichen schrägen Richtungen zwischen der oberen Schicht und der unteren Schicht angeordnet sind.
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Das Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern, welches in den wenigstens vorgegebenen Bereich eingefügt ist, kann in eine obere Schicht und eine untere Schicht über ein vorgegebenes Dickenverhältnis unterteilt werden, wenigstens eine Schicht der oberen Schicht und der unteren Schicht kann aus einem Verbundmaterial mit unidirektionalen kontinuierlichen Fasern gebildet sein, bei dem kontinuierliche Fasern in einer gegebenen Richtung angeordnet sind, und wenigstens eine übrige der oberen Schicht und der unteren Schicht kann aus einem Verbundmaterial mit multidirektionalen kontinuierlichen Fasern gebildet sein, bei dem kontinuierliche Fasern in mehreren Richtungen angeordnet sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „fahrzeuggebunden” oder andere ähnliche Ausdrücke, so wie sie hier verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen einschließen, wie beispielsweise Fahrzeugautomobile, wie Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und hybride Fahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffe, die von anderen Ressourcen außer Petroleum abgeleitet werden).
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Wie hier verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl Benzin-betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen andere Merkmale und Vorteile auf, die mit näheren Einzelheiten in den beiliegenden Zeichnungen, die hier Teil der vorliegenden Anmeldung sind, und aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die zusammengenommen zur Erläuterung von bestimmten Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung dienen, ersichtlich sind oder darin aufgeführt sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration einer Kniepolstereinrichtung für ein Fahrzeug gemäß des verwandten Sachstandes darstellt;
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2 eine perspektivische Ansicht, die einen beispielhaften Knieschutzaufbau für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 eine perspektivische Ansicht, die eine Innenseitenkonfiguration einer unteren Aufprallpufferplatte darstellt, die in dem beispielhaften Knieschutzaufbau für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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4 eine Querschnittsansicht, die eine Querschnittsform und eine Konfiguration der unteren Aufprallpufferplatte des beispielhaften Knieschutzaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine Ansicht, die den Zustand darstellt, in dem ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern in einen zentralen Abschnitt der unteren Aufprallpufferplatte des beispielhaften Knieschutzaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung eingefügt ist;
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6 eine Ansicht, die schematisch die Form des Verbundmaterials mit kontinuierlichen Fasern, das in die untere Aufprallpufferplatte des beispielhaften Knieschutzaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung eingefügt ist, darstellt;
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7A und 7B Ansichten, die einen Zustand darstellen, bei dem ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern in beide Seitenabschnitte der unteren Aufprallpufferplatte des beispielhaften Knieschutzaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung eingefügt ist.
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Es sei drauf hingewiesen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung von mehreren Merkmalen darbieten, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, so wie sie hier offenbart ist, einschließlich zum Beispiel spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden teilweise durch die besondere beabsichtigte Anwendung und die Verwendungsumgebung bestimmt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun wird mit näheren Einzelheiten auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung (der Erfindungen) bezug genommen. Punkt.
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Nun wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (der vorliegenden Erfindungen) Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben werden. Während die Erfindung (die Erfindungen) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird/werden, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung nicht dafür gedacht ist, die Erfindung (die Erfindungen) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung (die Erfindungen) soll/sollen nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, äquivalente Ausführungsformen und andere Ausführungsformen abdecken, die in den Grundgedanken und den Schutzumfang der Erfindung fallen, so wie sie mit den beigefügten Ansprüchen definiert wird.
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Die vorliegende Erfindung zielt ab auf die Bereitstellung eines Knieschutzaufbaus für ein Fahrzeug, der in der Lage ist strengere Passagierverletzungsbedingungen eines Fahrzeugkollisionstests zu erfüllen, einen Fahrzeugmontageprozess zu vereinfachen, und zum Beispiel eine Reduktion der Anzahl von Komponenten, einen vereinfachten Aufbau und reduzierte Herstellungskosten zu erreichen.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Knieschutzaufbau für ein Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt. In dem Knieschutzaufbau der verschiedenen Ausführungsformen wird eine untere Aufprallpufferplatte 20, die den unteren Teil eines Aufprallpuffers bildet, als ein Aufbau für den Schutz der Knie des Passagiers (des Insassen) verwendet.
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Der Knieschutzaufbau der verschiedenen Ausführungsformen kann auf der vorderen unteren Seite eines Fahrersitzes installiert sein, um die Knie des Fahrers zu schützen. Der Knieschutzaufbau kann einen Bügel 10, der an einem Motorhauben-Querbalken 1 installiert ist, der ein Fahrzeugkarosserieaufbau ist, und die untere Aufprallpufferplatte 20, die von dem Bügel 10 gehalten wird, umfassen.
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Dabei ist der Knieschutzaufbau an der vorderen unteren Seite des Fahrersitzes innerhalb eines Fahrzeugs in einem derartigen Zustand angeordnet, dass ein Ende des Bügels 10 an dem Motorhauben-Querbalken 1 befestigt ist und die untere Aufprallpufferplatte 20 an dem anderen Ende des Bügels 10 befestigt ist.
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In dem voranstehend beschriebenen Knieschutzaufbau der verschiedenen Ausführungsformen wird die untere Aufprallpufferplatte 20 direkt von dem Motorhauben-Querbalken 1 über den Bügel 10 gehalten bzw. gestützt, um die Eindringung davon in die Knie zu steuern bzw. zu beinflußen, während Stöße absorbiert werden, die auf das Knie bei einer Fahrzeugkollision ausgeübt werden. Mit dieser Konfiguration wird eine zusätzliche Kniepolsterplatte des verwandten Standes der Technik nicht mehr benötigt.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Innenseitenkonfiguration der unteren Aufprallpufferplatte darstellt, die in dem Knieschutzaufbau für das Fahrzeug gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 3 zeigt den gekoppelten Zustand des Bügels 10 und der unteren Aufprallpufferplatte 20.
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In 3 werden vordere und hintere Richtungen auf Grundlage einer vorwärts-und-rückwärts Richtung des Fahrzeugs bestimmt, die innere Seite der unteren Aufprallpufferplatte 20 wird dargestellt, und der hintere Raum der dargestellten unteren Aufprallpufferplatte 20 ist der Raum (der Fahrersitz), in dem ein Passagier (d. h. der Fahrer) anwesend ist. An sich befindet sich das Knie des Passagiers (des Fahrers) an der hinteren Seite der unteren Aufprallpufferplatte 20.
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Wie dargestellt ist keine getrennte Kniepolsterplatte vorhanden und die untere Aufprallpufferplatte 20 ist direkt mit dem Bügel 10 gekoppelt, der an dem Motorhauben-Querbalken 1 installiert ist.
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Zusätzlich kann der Bügel 10 einen linken oberen Bügel 11 und einen linken unteren Bügel 12, die die untere Aufprallpufferplatte 20 auf der linken Seite davon halten, und einen rechten oberen Bügel 13 und eine rechten unteren Bügel 14, die die untere Aufprallpufferplatte 20 auf der rechten Seite davon halten bzw. stützen, umfassen.
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Zusätzlich verhindert die untere Aufprallpufferplatte 20, das die Knie des Passagiers (des Fahrers) nach vorne eindringen, wenn die Knie des Passagiers auf die untere Aufprallpufferplatte 20 im Fall einer Fahrzeugkollision aufschlagen. Diesbezüglich ist die untere Aufprallpufferplatte 20 über ein Spritzgussverfahren unter Verwendung eines Verbundmaterials, welches ein Einsatzmaterial ist, gebildet.
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Das Verbundmaterial kann ein Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern, wie beispielsweise Thermoplaste mit kontinuierlichen Fasern (Continuous Fiber Thermoplastics; CFC), welche in der Lage sind die Festigkeit der unteren Aufprallpufferplatte 20 zu erhöhen, sein.
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4 ist eine Querschnittsansicht, die die Querschnittsform und Konfiguration der unteren Aufprallpufferplatte darstellt. Gesehen im Querschnitt der unteren Aufprallpufferplatte 20 entsprechen linke und rechte Seitenabschnitte 21a der unteren Aufprallpufferplatte 20 den Kniekollisionsbereichen eines 50. Perzentil-(50%)Dummys eines Auswertungsteils der NCAP FMVSS 208 für Frontalkollisionsvorschriften, die in Nordamerika gelten, und der zentrale Abschnitt 21b entspricht einem Kniekollisionsbereich eines fünften Perzentil-(5%)Dummys.
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Nachstehend werden Abschnitte der unteren Aufprallpufferplatte 20, auf die die Knie aufschlagen, auf Grundlage der Arten von Testdummys (50. Perzentil-(50%)Dummy und fünfter Perzentil-(5%)Dummy), die in 4 dargestellt sind, in beide Seitenabschnitte 21a und den zentralen Abschnitt 21B auf Grundlage der Links-und-rechts Richtung des Fahrzeugs aufgeteilt.
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D. h., der Kollisionsbereich für den 50. Perzentil-(50%)Dummy ist beide Seitenabschnitte 21a in der links-und-rechts Richtung der unteren Aufprallpufferplatte 20, und der Kollisionsbereich für den fünften Perzentil-(5%)Dummy ist der zentrale Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20.
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In dem Knieschutzaufbau der verschiedenen Ausführungsformen werden Verbundmaterialien 23 und 24, in denen kontinuierliche Fasern in mehreren Schichten aufgestapelt sind, in die untere Aufprallpufferplatte 20 eingefügt, die das externe Erscheinungsbild des Knieschutzaufbaus bildet. Die Verbundmaterialien 23 und 24 erhöhen die Festigkeit der unteren Aufprallpufferplatte 20, wodurch die Funktion der Kniepolsterplatte des verwandten Sachstandes ausgeübt wird, d. h. die Funktion zum Unterdrücken der Eindringung der Knie des Passagiers.
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In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 4 dargestellt, werden die Dicken T1, T2 und T3 der Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern und der Platte 20, die diese enthält, und die Richtungen der Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern, die in dem Querschnitt der Platte aufgestapelt sind, in Übereinstimmung mit den jeweiligen Positionen in dem Querschnitt der unteren Aufprallpufferplatte 20 unterschieden.
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D. h., die Dicke des Verbundmaterials 24 mit kontinuierlichen Fasern, das in beide Seitenabschnitte 21A eingefügt ist, die jeweils ein Kollisionsbereich für einen 50. Perzentil-(50%)Dummy sind, kann kleiner als die Dicke des Verbundmaterials 23 mit kontinuierlichen Fasern sein, das in den zentralen Abschnitt 21b eingefügt ist, der der Kollisionsbereich für den fünften Perzentil-(5%)Dummy ist, was die an die Knie angelegte Belastung reduzieren und eine geeignete Eindringung des Knies erlauben kann.
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Da die Dicken der eingefügten Materialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern so bestimmt sind, dass sie geringer in beiden Seitenabschnitten 21a als in dem zentralen Abschnitt 21b sind, im Hinblick auf die Gesamtdicke der unteren Aufprallpufferplatte 20, sind die Dicken T2 und T3 von beiden Seitenabschnitten 21a kleiner als die Dicke T1 des zentralen Abschnitts 21b.
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Die Dickendifferenz dient zur Optimierung der Verwendung und des Gewichts von teuren Verbundmaterialien auf Grundlage der jeweiligen Kniekollisionsbereiche, was zu einer Kostenreduktion der verbrauchten Materialien führt.
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Zusätzlich weisen die beiden Seitenabschnitte 21a und der zentrale Abschnitt 21b in der Richtung der Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern einen Unterschied auf. Die Verbundmaterialien mit kontinuierlichen Fasern, die auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet werden, werden nachstehend mit näheren Einzelheiten beschrieben.
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In der vorliegenden Erfindung sind die Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern, die in die untere Aufprallpufferplatte 20 eingefügt sind, Verbundmaterialien, die aus kontinuierlichen Fasern und Thermoplasten bestehen und durch Aufstapeln der kontinuierlichen Fasern (Langfasern) in den Thermoplasten in mehreren Schichten hergestellt werden.
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Da die untere Aufprallpufferplatte 20 mit einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, indem die Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern eingefügt werden, wird die Festigkeit der unteren Aufprallpufferplatte 20 erhöht.
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Von den Verbundmaterialien 23 und 24 kann ein Stapel von Fasern mit einer Kontinuität verwendet werden, d. h. die kontinuierlichen Fasern können aus beispielsweise Glasfasern (GF) und Karbonfasern (CF) gewählt werden, und die Thermoplasten können aus beispielsweise Polypropylen (PP), Polyamid (PA) und Polyethylentherephthalat (PET) gewählt werden. In dem Fall, dass die Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern getrennt in jedem Seitenabschnitt 21a und den zentralen Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 eingesetzt werden, wie voranstehend beschrieben, werden die Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern in geeigneter Weise auf Grundlage der ausgelegten Festigkeit der unteren Aufprallpufferplatte 20 für die jeweiligen Bereiche, die in die Seitenabschnitte 21a und den zentralen Abschnitt 21b aufgeteilt sind, verwendet.
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Dabei kann die untere Aufprallpufferplatte 20 über eine Spritzgussformung durch die Verwendung eines Polymermaterials, wie beispielsweise ein mit einem Polypropylen Mineral gefülltes Material (Polypropylen Mineral Filled; PDF), hergestellt werden. Dabei können die Verbundmaterialien 23 und 24 mit kontinuierlichen Fasern, bei denen die kontinuierlichen Fasern in mehreren Schichten aufgestapelt sind, integral in die untere Aufprallpufferplatte 20 eingefügt werden.
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5 ist eine Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern in den zentralen Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 eingesetzt ist. Das Verbundmaterial 23 mit kontinuierlichen Fasern, das in den zentralen Abschnitt 21b eingesetzt ist, kann ein multidirektionales CFC Material sein, bei dem kontinuierliche Fasern 22 orthogonal zueinander gewebt oder angeordnet sind.
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6 ist eine Ansicht, die schematisch die Form des Verbundmaterials mit kontinuierlichen Fasern darstellt, dass in die untere Aufprallpufferplatte gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist. Das Verbundmaterial mit kontinuierlichen Fasern wird als Fasern mit einer Kontinuität hergestellt, wie beispielsweise GF oder CF aufgestapelt in mehreren Schichten innerhalb von Thermoplasten, wie beispielsweise PP, PA und PET.
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Dabei wird das multidirektionale CFT Material des gewebten Typs auf eine Konfiguration hergestellt, bei der kontinuierliche Fasern wie bei einem Netz in ein Gewebe bzw. in einen Stoff verschachtelt werden, und die sich ergebenden gewebten kontinuierlichen Fasern werden innerhalb der Thermoplasten in mehreren Schichten aufgestapelt.
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Zusätzlich weist das multidirektionale CFC Material des Orthogonal-Typs, wie in 5 dargestellt, eine Konfiguration auf, bei der die kontinuierlichen Fasern 22, die in einer gegebenen Richtung angeordnet sind, aufwärts und abwärts aufgestapelt sind, sodass Schichten der kontinuierlichen Fasern 22 orthogonal zueinander innerhalb der Thermoplasten sind.
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Wenn das multidirektionale CFC Material 23 in den zentralen Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 eingesetzt wird, um die Festigkeit davon zu erhöhen, wird eine Torsionsmoment in dem zentralen Abschnitt 21b auf Grundlage der Eindringung des Knies (der Knie) erzeugt, wenn der Kniebereich eines 50. Perzentil-(50%)Dummys mit beiden Seitenabschnitten 21a kollidiert. Eine Erhöhung der Festigkeit des zentralen Abschnitts 21b wird für das Torsionsmoment benötigt.
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Wenn demzufolge das multidirektionale CFC Material 23 in der Form eines Stapels mit kontinuierlichen Fasern des gewebten Typs oder des Orthogonal-Typs in den zentralen Abschnitt 21b eingefügt wird, dann wird das Torsionsmoment des zentralen Abschnitts 21b maximiert.
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Als Folge der Erhöhung der Festigkeit des zentralen Abschnitts 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 durch Anwenden des multidirektionalen CFC Materials 23 auf den zentralen Abschnitt 21b, ist es zusätzlich möglich die Eindringung des Knies eines fünften Perzentil-(5%)Dummys zu verringern.
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Wie voranstehend beschrieben, da das multidirektionale CFT Material 23, bei dem die kontinuierlichen Fasern gewebt oder orthogonal zueinander angeordnet werden, auf den zentralen Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 angewendet wird, kann die Torsionsfestigkeit des zentralen Abschnitts 21b in Bezug zu der Eindringung des Knies eines 50. Perzentil-(50%)Dummys erhöht werden. Insbesondere kann die Eindringung des Knies des 50. Perzentil-(50%)Dummys nach der FMVSS 208 nKollisionsvorschrift in Nordamerika gesteuert werden, die Verteilung der Aufschlagpositionen als Folge einer Torsion kann gesteuert werden, und der Bruch der Platte als Folge der Stöße, die auf das Knie eines fünften Perzentil-(5%)Dummys angewendet werden, kann verhindert werden.
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Obwohl 5 verschiedene Ausführungsformen darstellt, bei denen das multidirektionale CFT Material 23, bei dem horizontal längliche kontinuierliche Fasern und vertikal längliche kontinuierliche Fasern orthogonal zueinander angeordnet sind, an dem zentralen Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 installiert ist, kann ein multidirektionales CFT Material, bei dem kontinuierliche Fasern, die länglich in einer schrägen Richtung und nicht in der horizontalen Richtung oder der vertikalen Richtung angeordnet sind, orthogonal zueinander gewebt oder angeordnet sind, installiert werden.
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Dabei kann der Winkel der schräg angeordneten kontinuierlichen Fasern in dem zentralen Abschnitt 21b der unteren Aufprallpufferplatte 20 einen tentativen Wert (vorläufigen) Wert aufweisen, und zum Beispiel kann ein multidirektionales CFT Material, bei dem kontinuierliche Fasern schräg länglich unter einem Neigungswinkel von 45 Grad angeordnet sind, verwendet werden.
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Zudem zeigen 7A und 7B Ansichten, die den Zustand zeigen, bei dem das Verbundmaterial 24 mit kontinuierlichen Fasern in beide Seitenabschnitte 21a der unteren Aufprallpufferplatte 20 gemäß der vorliegenden Erfindung eingefügt ist. Das Verbundmaterial 24 mit kontinuierlichen Fasern, das in beide Seitenabschnitte 21a eingefügt ist, kann ein unidirektionales CFT Material 24 sein, bei dem die kontinuierlichen Fasern 22 in einer gegebenen Richtung angeordnet sind.
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Dabei kann ein CFT Material 24 eingesetzt werden, bei dem die kontinuierlichen Fasern 22, die in der transversalen Richtung (d. h. der horizontalen Richtung) der unteren Aufprallpufferplatte 20 angeordnet sind, in mehreren Schichten aufgestapelt sind. Alternativ, wie beispielhaft in 7B dargestellt, kann ein CFT Material 24 eingesetzt werden, bei dem die kontinuierlichen Fasern 22, die in der Längsrichtung (d. h. der vertikalen Richtung) der unteren Aufprallpufferplatte 20 angeordnet sind, in mehreren Schichten aufgestapelt sind.
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Obwohl das unidirektionale CFT Material 24 verwendet werden kann, dessen kontinuierliche Fasern in der transversalen Richtung, d. h. in der horizontalen Richtung, oder in der Längsrichtung, d. h. in der vertikalen Richtung, angeordnet sind, kann ein unidirektionales CFT Material verwendet werden, dessen kontinuierliche Fasern unter einem vorgegebenen Neigungswinkel relativ zu der vertikalen Achse angeordnet sind.
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Wenn das unidirektionales CFT Material 24 auf beide Seitenabschnitten der unteren Aufprallpufferplatte 20 angewendet wird, dann kann zudem ein CFT Material angewendet werden, bei dem die Gesamtdicke des CFT Materials in einem vorgegebenen Verhältnis (zum Beispiel das Verhältnis der Dicke der oberen Schicht zu der Dicke der unteren Schicht kann 1:1 sein) aufgeteilt ist, so das kontinuierliche Fasern der unteren Schicht horizontal angeordnet sind und kontinuierliche Fasern der oberen Schicht vertikal angeordnet sind.
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Da zu dieser Zeit die kontinuierlichen Fasern von jeder Schicht in einer gegebenen Richtung angeordnet sind und die Richtungen der kontinuierlichen Fasern der oberen und der unteren Schicht sich voneinander unterscheiden, kann man sagen, dass das CFT Material, welches auf die Seitenabschnitte angewendet wird, allgemein multidirektionale Charakteristiken aufweist.
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Wenn das unidirektionale CFT Material 24 angewendet wird, dann können zudem kontinuierliche Fasern von jeder Schicht unter einem vorgegebenen Neigungswinkel angeordnet werden, anstelle die vertikalen kontinuierlichen Fasern bzw. horizontalen kontinuierlichen Fasern auf die obere und untere Schicht anzuwenden.
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Dabei kann ein CFT Material angewendet werden, bei dem die kontinuierlichen Fasern der oberen Schicht und die kontinuierlichen Fasern der unteren Schicht unter unterschiedlichen Neigungswinkeln angeordnet sind, und die kontinuierlichen Fasern der zwei Schichten werden länglich bzw. längsweise in entgegengesetzt geneigte Richtungen angeordnet, zum Beispiel unter Winkeln von +45 Grad und –45 Grad auf der Basis der vertikalen Achse.
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Zudem kann ein Verbundmaterial, welches auf die Seitenabschnitte der unteren Aufprallpufferplatte 20 angewendet wird, in obere und untere Schichten aufgeteilt werden, sodass ein unidirektionales CFT Verbundmaterial, bei dem kontinuierliche Fasern in einer gegebenen Richtung angeordnet sind, auf eine der oberen und unteren Schichten angewendet werden kann, und ein multidirektionales CFT Material, bei dem kontinuierliche Fasern in mehreren Richtungen angeordnet sind, kann auf die andere Schicht der oberen und unteren Schichten angewendet werden.
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Hierbei können die CFT Materialien, von denen voranstehend beschrieben wurde, dass sie auf detaillierte Komponenten angewendet werden, d. h. den zentralen Abschnitt und jeden Seitenabschnitt der unteren Aufprallpufferplatte 20, als das unidirektionales CFT Material und das multidirektionale CFT Material angewendet werden, die auf die jeweiligen Schichten in jedem Seitenabschnitt der unteren Aufprallpufferplatte 20 angewendet werden.
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In diesem Fall, bei dem beide Seitenabschnitte 2a der unteren Aufprallpufferplatte 20, die der Kollisionsbereich für den 50. Perzentil-(50%)Dummy ist, eine relativ kleine Dicke aufweist und mit dem unidirektionalen CFT Material 24 versehen ist, können beide Seitenabschnitte 21a der unteren Aufprallpufferplatte 20 die Last, die an die Knie des Passagiers (Fahrers) ausgeübt wird, entlasten.
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Da die Thermoplasten des eingefügten CFT Material 24, in das die kontinuierlichen Fasern 22 eingesetzt sind, als eine Reislinie, die sich in der Längsrichtung der kontinuierlichen Fasern erstreckt, für den Fall einer Kollision dienen, klappen beide Seitenabschnitte 21a, die mit dem Knieabschnitt des 50. Perzentil-(50%)Dummys kollidieren, in einer gegebenen Richtung zusammen, wodurch die auf die Knie angewendete Last reduziert wird.
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Durch Anwendung des unidirektionalen CFT Material 24, bei dem die kontinuierlichen Fasern 22 in einer gegebenen horizontalen oder vertikalen Richtung angeordnet sind, auf beide Seitenabschnitte 21a der unteren Aufprallpufferplatte 20, wird sogar dann, wenn eine Last eines gegebenen Pegels oder mehr im Fall einer Kollision ausgeübt wird, das CFT Material zerschnitten oder zerbrochen, wodurch die Stoßenergie absorbiert wird. In dieser Weise ist es möglich die Kollisionsabschätzungsvorschrift von NCAP für den 50. Perzentil-(50%)Dummy zu erfüllen und Verletzungen an den Knien des Passagiers durch Reduzieren der an die Knie angelegte Last zu minimieren.
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Wie sich aus der obigen Beschreibung ersehen lässt wird in einem Knieschutzaufbau für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine untere Aufprallpufferplatte mittels eines Spritzgussverfahrens durch Einfügen von Verbundmaterialien mit kontinuierlichen Fasern, was die Festigkeit der unteren Aufprallpufferplatte erhöhen kann, hergestellt. Da die Arten und Dicken der Verbundmaterialien mit kontinuierlichen Fasern in Übereinstimmung mit den Charakteristiken von jeweiligen Abschnitten, auf die die Knie des Passagiers aufschlagen, unterschiedlich sind, ist es zudem möglich eine Torsionsfestigkeit zu erhöhen, um die Eindringung der Knie zu unterdrücken und die an die Knie angelegte Last zu minimieren.
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Der Knieschutzaufbau für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann strengere Passagierverletzungsbedingungen eines Fahrzeugkollisionstests erfüllen und die Knie des Passagiers effektiv schützen.
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Zudem kann der Knieschutzaufbau für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine Reduktion der Anzahl von Komponenten, wie beispielsweise die Weglassung einer Kniepolsterplatte, eine vereinfachte Konfiguration, sowie einen vereinfachten Fahrzeugmontageprozess und reduzierte Herstellungskosten erzielen.
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Zur einfacheren Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Ausdrücke „oben” oder „unten”, „innen” oder „außen” usw. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen von derartigen Merkmalen, so wie sie in den Figuren dargestellt sind, zu beschreiben.
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Die voranstehenden Beschreibungen von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für den Zweck einer Illustration und Beschreibung dargeboten worden. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend sind oder die Erfindung auf genau die Ausbildungen beschränken, und natürlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen im Hinblick auf die obigen Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Grundprinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern, um dadurch andere Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet in die Lage zu versetzen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon, auszubilden und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die hier angehängten Patentansprüche und deren äquivalente Ausführungsformen bestimmt wird.
