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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Aufprallenergie absorbierende
Struktur eines Fahrzeugs, welche zum Absorbieren einer durch einen Aufprall
von Fahrzeugen, wie Schienenfahrzeugen, erzeugten Aufprallenergie
durch eine balgartige Verformung (plastische Verformung) eines rohrförmigen Energie
absorbierenden Elements mit rechtwinkligem Querschnitt zum Abmildern
der Stoßkraft
bei Auftreten eines Aufpralls verwendet wird.
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2. Beschreibung des verwandten
Stands der Technik
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Allgemein
ist die Verwendung eines Rohrelements als Energie absorbierendes
Element zum Absorbieren von Aufprallenergie durch balgartige Verformung
bekannt, da das Rohrelement plastisch wie ein Balg verformt wird,
während
eine Verformung des Euler-Gelenks bei Anliegen einer Axialkraft
an dem Rohrelement verhindert wird, indem eine Abmessung oder eine
Dicke davon entsprechend gewählt
wird. Da die Aufprallenergie durch eine solche balgartige Verformung
stabil absorbiert werden kann, wurde die Energie absorbierende Struktur
unter Einsatz des Rohrelements herkömmlich weit eingesetzt.
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Da
bei Verwendung eines solchen Rohrelements zur Bildung der Aufprallenergie
absorbierenden Struktur eine große Reaktionskraft beim Auslösen der
balgartigen Verformung erzeugt wird, wird der auf die Fahrzeuginsassen
wirkende Stoß im
Anfangsstadium eines Aufpralls erhöht. Entsprechend wurde die
folgende Struktur als eine Struktur zur Verringerung der Maximalkraft
im Anfangsstadium des Aufpralls vorgeschlagen.
- (1)
In einer in der Japanischen Patentanmeldung Nr.
2650527 vorgeschlagenen Struktur, in der Längsrippen
einstückig
mit der Innenseite eines Elementekörpers geformt sind, welcher
zur Bildung eines geschlossenen Querschnitts extrudiert wurde, und
in der Fahrzeugslängsrichtung bereitgestellt
ist, um eine Vielzahl von Teilen in dem Elementekörper zu
definieren, weisen die Rippen beispielsweise geneigte Abschnitte
an Endabschnitten davon auf, welche sich von die Rippen mit Umfangsabschnitten
des Elementekörpers
verbindenden Stellen nach der Innenseite des Körpers erstrecken. Da die geneigten
Abschnitte somit in den Rippen an Endabschnitten des Elementekörpers geformt
sind und die entsprechenden Rippenquerschnitte extrem klein sind,
wird der Elementekörper
tendenziell axial verformt, indem er bei Anlegen einer axialen Aufprallkraft
an den Endabschnitt des Elementekörpers beim Zusammenstoß des Fahrzeugs
knickt. Dadurch kann eine Anfangsreaktionskraft verringert werden.
- (2) Wie in der Japanischen
Patentanmeldung Nr. 2882243 offenbart, ist beispielsweise
eine Vielzahl bogenförmiger
Rillen, die nach innen ausgenommen sind und sich von dem Vorderende
axial erstrecken, in Umfangsrichtung und im Wesentlichen in gleichen
Abständen
an dem Vorderende eines in Fahrzeuglängsrichtung bereitgestellten rohrförmigen Karosserieelements
geformt. Bei Anliegen einer von vorne kommenden Stoßkraft an
den Vorderabschnitt werden die bogenförmigen Rillenabschnitte und
die Abschnitte ohne Rillen durchgängig und axial durch Knicken
verformt, während
sie von dem Vorderende abwechselnd nach innen und nach außen verformt
werden, so dass die plastische Verformung mit nah beieinander liegenden
Balgen stabilisiert wird.
- (3) Wie in der Veröffentlichung
der geprüften
Patentanmeldung Nr. Hei 11-5564 offenbart,
ist als weiteres Beispiel ein Seitenelement eines Fahrzeugs, das
durch Aluminiumextrusion so geformt ist, dass es eine hohle Welle
aufweist, in Längsrichtung
davon mit mindestens einer Rippe versehen und die Dicke der Rippe
und die Dicke des Seitenelements nehmen von dem Endabschnitt zu
einer Fahrzeugkammerseite in der Fahrzeuglängsrichtung graduell zu. Aufgrund
einer solchen graduellen Zunahme der Dicke kann diese Struktur eine
Anfangsmaximalkraft verringern, während eine Aufprallenergie
absorbierende Fähigkeit
insgesamt groß gehalten
wird.
- (4) Als noch weiteres Beispiel, wie in den Veröffentlichungen
der geprüften
Patentanmeldungen Nr. Hei 9-277953 , 9-277954 offenbart,
handelt es sich in einem Energie absorbierenden Element, das durch
eine balgartige Knickverformung Aufprallenergie absorbieren kann,
bei dem Querschnitt eines Anfangendes der Knickverformung um einen
polygonalen geschlossenen Querschnitt mit mehr als vier Ecken und
der Querschnitt des anderen Endes ist ein polygonaler Querschnitt
mit mehr Seiten als die des Querschnitts das Anfangendes, zwischen
denen der Querschnitt graduell variiert. Diese Struktur ermöglicht es,
die Knickkraft zu steigern und die Anfangsstoßkraft zu verringern, indem
der polygonale Querschnitt oder eine sich verjüngende Form mit variierendem
Querschnitt verwendet wird, um die Anfangsstoßkraft zu verringern oder die
erste Knickverformung zu unterdrücken.
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Die
Strukturen von (1)-(4) weisen jedoch die folgenden Nachteile auf.
- (A) In der in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2650527 offenbarten
Struktur ist die Struktur kompliziert, da die geneigten Abschnitte
an den Rippen in dem Elementekörper
geformt sind. Außerdem
kann diese Struktur nur auf eine Struktur mit Innenrippen angewandt
werden (z.B. extrudiertes Aluminium).
- (B) Die in der Japanischen
Patentanmeldung Nr. 2882243 offenbarte Struktur kann nur
auf einen zylindrischen Rahmen angewandt werden. Da die balgartige
Verformung in dem zylindrischen Rahmen im Vergleich zum rohrförmigen Rahmen
mit rechteckigem Querschnitt tendenziell instabil ist, ist der Erhalt
einer stabilen Energie absorbierenden Eigenschaft schwierig.
- (C) In den in den Veröffentlichungen
der geprüften Patentanmeldungen
Nr. Hei 11-5564 , 9-277954 offenbarten Strukturen
ist ein spezieller und komplizierter Prozess erforderlich, da das
Rohrelement (Seitenelement oder Energie absorbierendes Element)
eine Struktur mit in Axialrichtung davon variierendem Querschnitt
aufweist.
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Aus
GB 2 304 651 wird eine Seitenrahmenerweiterungsstruktur
für ein
Fahrzeug mit an den Fahrzeugseitenrahmen angebrachten Erweiterungselementen
und Stoßflächen, die
die distalen Enden der Erweiterungselemente bedecken, offenbart.
Die Erweiterungselemente sind jeweils aus einem rohrförmigen Element
mit einem ersten Segment und einem zweiten Element geformt, welche übereinander zusammengefügt sind.
Das distale Ende des zweiten Elements kann entweder nach hinten
von dem distalen Ende des ersten Elements beabstandet sein oder vertikal
auf das distale Ende ausgerichtet sein. Die Seitenrahmenerweiterungen
dienen zum Absorbieren der Energie eines Aufpralls.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf den oben beschriebenen Umstand
und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Aufprallenergie absorbierenden Struktur eines Fahrzeugs, die
in der Lage ist, die Stoßkraft
unter Verwendung eines Rohrelements mit einem gleich großen rechteckigen
Querschnitt und einer gleichen Plattendicke, die keine Innenrippen
enthält, und
durch Zufügen
eines bestimmten Auslösers
zu absorbieren, und welche kostengünstig hergestellt werden kann.
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Zur
Erzielung der obigen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Aufprallenergie absorbierende Struktur eines Fahrzeugs gemäß Anspruch
1 der beigefügten
Ansprüche
bereitgestellt.
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Wie
ersichtlich sein wird, ist in einer Ausführungsform die Stärke des
Verformungsanfangsabschnitts geringer als die Stärke des anderen Teils des Energie
absorbierenden Elements und die Anfangsstoßkraft kann verringert werden.
Da der Verformungsanfangsabschnitt durch Verringern der Größe eines
Teils des rohrförmigen
Energie absorbierenden Elements mit einem rechtwinkligen Querschnitt
bereitgestellt wird, kann die Struktur außerdem vereinfacht werden.
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Durch
Erhöhen/Verringern
der Anzahl von Energie absorbierenden Elementen kann die in der Gesamtstruktur
absorbierte Energie angepasst werden. Das rohrförmige Element muss vier flache
Plattenabschnitte aufweisen und kann einen quadratischen oder rechteckigen
Querschnitt aufweisen. Das Energie absorbierende Element kann durch
Formen des ausgesparten Abschnitts an dem Vorderabschnitt des rohrförmigen Elements
mit rechtwinkligem Querschnitt (geschlossene Querschnittstruktur) oder
andernfalls durch Gegenüberstellen
offener Seiten zweier Kanalelemente, die aufgrund des ausgesparten
Abschnitt unterschiedliche Längen
aufweisen, und Anhaften von Flaschen davon hergestellt werden.
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Das
rohrförmige
Energie absorbierende Element kann einen sich von einem Teil des
Vorderabschnitts erstreckenden Abschnitt aufweisen, so dass es im
Wesentlichen kanalartig geformt ist. Die Bereitstellung des ausgesparten
Abschnitts an dem Vorderabschnitt des Energie absorbierenden Elements ist äquivalent
mit der Bereitstellung des erweiterten Abschnitts an dem Vorderabschnitt.
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Bei
diesem Aufbau kann die Anfangskraftspitze zum Erzeugen der balgartigen
Verformung beim Anliegen der Kraft in Fahrzeuglängsrichtung bei Auftreten eines
Aufpralls im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem der
rohrförmige
Abschnitt (geschlossene Querschnittstruktur) ohne ausgesparten Abschnitt
balgartig verformt wird, da der Vorderabschnitt mit dem ausgesparten
Abschnitt versehen ist und den offenen Querschnitt aufweist, d.h.
mit dem erweiterten Abschnitt versehen ist.
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Da
die Verformung des Vorderabschnitts (erweiterter Abschnitt) bereits
begonnen hat, beginnt die balgartige Verformung des folgenden rohrförmigen Abschnitts
natürlich.
Genauer ausgedrückt,
erfolgt die Verformung des Vorderabschnitts (erweiterter Abschnitt)
und des mit dem Vorderabschnitt zusammenhängenden Abschnitt nacheinander,
während
die Verformung des mit dem ausgesparten Abschnitt versehenen Abschnitts
nach der balgartigen Verformung des Vorderabschnitts einsetzt, so
dass die Kraftspitze zur Erzeugung der neuen balgartigen Verformung
verringert wird und die balgartige Verformung natürlich stattfindet.
Dadurch kann Aufprallenergie effizient absorbiert werden.
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Da
das rohrförmige
Rohr mit rechteckigem Querschnitt mit dem ausgesparten Abschnitt
versehen ist, das heißt,
mit einem erweiterten kanalförmigen
Abschnitt, kann das Energie absorbierende Element ferner einfach
und kostengünstig
hergestellt werden. Da der Vorderabschnitt mit dem ausgesparten
Abschnitt versehen ist, d.h. mit dem erweiterten Abschnitt, so dass
er vertikal oder seitlich symmetrisch ist, kann insbesondere die
Reaktionskraft im Anfangsstadium des Aufpralls mit einer solch einfachen
Struktur verringert werden. Da die balgartige Verformung an einem
Teil (dem asymmetrischen Abschnitt) des Vorderabschnitts bereits
begonnen hat, wird außerdem
die Reaktionskraft am Beginn der Verformung des anderen Abschnitts
so verringert, dass sie im Wesentlichen gleich der Reaktionskraft im
Anfangs stadium des Aufpralls ist (siehe 2), wodurch
eine Reaktionskraft konstant gehalten wird. Dadurch kann der auf
die Fahrzeuginsassen wirkende Stoß ohne schnellen Anstieg der
Stoßkraft
abgemildert werden.
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Eine
Vielzahl von Stoßkraft
absorbierenden Elementen kann außerdem so bereitgestellt sein, dass
sie vertikal oder seitlich symmetrisch sind.
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Bei
diesem Aufbau wird die Stoßkraft
in Fahrtrichtung gleichmäßig auf
die Vorderabschnitte (erweiterte Abschnitte) dieser Energie absorbierenden
Elemente angelegt, da die Vielzahl der Energie absorbierenden Elemente
vertikal oder seitlich symmetrisch sind, so dass die balgartige
Verformung natürlich
ohne Ausfall der Energie absorbierenden Elemente auftritt.
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Die
Aufprallenergie absorbierende Struktur kann ferner umfassen: einen
mit einem Verbindungsstück
des Fahrzeugs verbundenen Gummidämpfer zum
Absorbieren und Abmildern einer zwischen Fahrzeugen erzeugten Stoßkraft,
und ein Vorderabschnitt des Energie absorbierenden Elements kann mit
einem Hinterabschnitt des Gummidämpfers
und ein Hinterabschnitt des Energie absorbierenden Elements kann
mit einem an der Fahrzeugkarosserierahmen angebrachten Zuganschlag
verbunden sein.
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Bei
diesem Aufbau kann die geringe Aufprallenergie durch den Gummidämpfer absorbiert
werden und die große
Aufprallenergie kann durch balgartige Verformung des Energie absorbierenden
Elements absorbiert werden.
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In
der Aufprallenergie absorbierenden Struktur kann das Energie absorbierende
Element hinter einer Schienenschutzplatte zum Entfernen von Hindernissen
auf einer Schiene während
der Fahrt bereitgestellt sein und ein Hinterabschnitt des Energie absorbierenden
Elements kann mit einer an einem Fahrzeugkarosserierahmen befestigten
Stützvorrichtung
verbunden sein.
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Bei
diesem Aufbau wird bei Anliegen einer übermäßigen Aufprallenergie an der
Schienenschutzplatte zum Entfernen von Hindernissen auf der Schiene
während
der Fahrt diese Aufprallenergie durch die balgartige Verformung
des Energie absorbierenden Elements absorbiert.
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Die
Aufprallenergie absorbierende Struktur kann ferner umfassen: eine
an einem Fahrzeugkarosserierahmen befestigte Stützvorrichtung, die hinter einem
Verbindungsstück
bereitgestellt ist und sich von einer Schienenschutzplatte nach
vorne erstreckt, und in dieser Struktur kann ein Hinterabschnitt
des Energie absorbierenden Elements mit einem Vorderabschnitt der
Stützvorrichtung
verbunden sein, und das Energie absorbierende Element kann sich
von dem Verbindungsstück
nach vorne erstrecken.
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Bei
diesem Aufbau erfolgt der Aufprall auf das Aufprallelement und die
Aufprallenergie wird durch die balgartige Verformung der Energie
absorbierenden Elemente absorbiert, da sich das Energie absorbierende
Element von dem Verbindungsstück im
Vorderteil des Fahrzeugs, welches an seinem Vorderende mit dem Aufprallelement
versehen ist, aus nach vorne erstreckt. Dadurch kann der auf die
Fahrzeuginsassen wirkende Stoß abgemildert
werden.
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Die
obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung und beigefügten
Zeichnungen offensichtlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Perspektivansicht eines Vorderabschnitts eines Energie absorbierenden
Elements, welches in einer erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Struktur eines Fahrzeugs verwendet wird;
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2 ist
eine Ansicht, die ein Ergebnis einer Computersimulationsanalyse
der Beziehung zwischen der Verschiebung und der an das erfindungsgemäße Energie
absorbierende Element angelegten Kraft zeigt;
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3 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine erste Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine zweite Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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5 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine dritte Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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6 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine vierte Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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7 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine fünfte Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine sechste Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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9 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine siebte Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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10 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine achte Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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11 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche schematisch eine neunte Stufe eines Verformungsmodus
des Vorderabschnitts des erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Elements zeigt;
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12(A) ist ein Schaubild, welches die Beziehung
zwischen einer ersten Spitzenkraft, die in einer Anfangsstufe des
Aufpralls erzeugt wird, und einer Größe des Verformungsanfangsabschnitts
zeigt;
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12(B) ist ein Schaubild, welches die Beziehung
zwischen einer zweiten Spitzenkraft, die in einer Mittelstufe des
Aufpralls erzeugt wird, und einer Größe des Verformungsanfangsabschnitts
zeigt;
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12(C) ist ein Schaubild, welches die Beziehung
zwischen einem Verhältnis
zwischen der ersten Spitzenkraft und der zweiten Spitzenkraft und einer
Größe des Verformungsanfangsabschnitts zeigt;
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13 ist
eine Seitenansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem eine erfindungsgemäße Aufprallenergie
absorbierende Struktur an ein Verbindungsstück eines Schienenfahrzeugs
angelegt wird;
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14 ist
eine Draufsicht, die die Aufprallenergie absorbierende Struktur
des Fahrzeugs aus 13 zeigt;
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15 ist
eine Seitenansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem die erfindungsgemäße Aufprallenergie
absorbierende Struktur des Fahrzeugs an einen Schienenschutz eines
Vorderfahrzeugs des Schienenfahrzeugs angelegt wird;
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16 ist
eine Draufsicht, die eine Aufprallenergie absorbierende Struktur
des Fahrzeugs aus 15 zeigt;
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17 ist
eine Seitenansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem die Aufprallenergie
absorbierende Struktur des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung
an einen Vorderabschnitt eines Vorderfahrzeugs des Schienenfahrzeugs
angelegt wird; und
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18 ist
eine Draufsicht, die eine Aufprallenergie absorbierende Struktur
des Fahrzeugs aus 17 zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Perspektivansicht, welche ein Energie absorbierendes Element
zeigt, das in einer erfindungsgemäßen Energie absorbierenden
Struktur verwendet wird.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird ein rohrförmiges Energie
absorbierendes Rohrelement 1 (Energie absorbierendes Element)
mit rechtwinkligem Querschnitt gezeigt. Das Energie absorbierende Rohrelement 1 ist
mit einem ausgesparten Abschnitt 1a versehen, welches eine
Axialabmessung L und eine Breitenabmessung B an der linken Seite
des Vorderabschnitts S1 aufweist, welche einem Verformungsan fangsabschnitt
entspricht, der einen kanalförmigen
offenen Querschnitt aufweist und seitlich asymmetrisch ist. Hier
ist die Breitenabmessung B des ausgesparten Abschnitts 1a im
Wesentlichen gleich der Hälfte
der Breite W des Elements 1.
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Das
Energie absorbierende Rohrelement 1 weist eine geschlossene
Querschnittstruktur mit vier flachen Plattenabschnitten 1A, 1B, 10, 1D auf
und der ausgesparte Abschnitt 1a ist in dem flachen Abschnitt 10 und
Teilen der flachen Plattenabschnitten 1B, 10 geformt,
die mit jeder Seite des flachen Plattenabschnitts 1D am
Vorderabschnitt (Verformungsanfangsabschnitt) S1 verbunden sind.
Der mit dem ausgesparten Abschnitt 1a versehene Vorderabschnitt
S1 fungiert als ein Auslöserabschnitt
zum Auslösen
der balgartigen Verformung zur Energieabsorption und weist den kanalförmigen offenen
Querschnitt auf. Obwohl Eckabschnitte des ausgesparten Abschnitts 1a einen
bestimmten Winkel, beispielsweise von 90 Grad in 1,
aufweisen, können
sie auch gekrümmt
sein.
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Anders
ausgedrückt
erstreckt sich der kanalförmige
Verformungsanfangsabschnitt (erweiterte Abschnitt) S1 von der gesamten
Breite des flachen Plattenabschnitts 1A und eines Teils
des flachen Plattenabschnitts 1B und eines Teils des flachen Plattenabschnitts 10.
Der erweiterte Abschnitt S1 weist eine Länge L auf, wie in 1 gezeigt.
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Wenn
die Axialkraft auf die Vorderfläche
des rohrförmigen
Energie absorbierenden Rohrelements 1 mit rechteckigem
Querschnitt gleichmäßig angelegt wird,
beginnt eine seitlich asymmetrische Verformung (balgartige Verformung)
von dem Verformungsanfangsabschnitt S1, der dem erweiterten Abschnitt
geringer Stärke
entspricht. Kurz gefasst wird der Verformungsanfangsabschnitt S1
im Anfangsstadium des Aufpralls verformt, und diese Verformung löst die später erwähnte balgartige
Verformung aus.
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Da
der Verformungsanfangsabschnitt S1 seitlich asymmetrisch ist und
aufgrund des ausgesparten Abschnitts 1a den offenen Querschnitt
aufweist und die zum Erzeugen der balgartigen Verformung in Folge
des Aufpralls notwendige Anfangskraft daher gering ist, wird die
Spitze der Anfangskraft des Aufpralls in der balgartigen Verformung
(Knickverformung) des Verformungsanfangsabschnitts S1 (Auslösestelle)
in dem Anfangsstadium des Aufpralls im Vergleich zu dem Fall, in
dem das rohrförmige Rohrelement 1 mit
rechtwinkligem Querschnitt ohne ausgesparten Abschnitt 1a wie
ein Balg verformt wird, erheblich reduziert.
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Die
balgartige Verformung (Knickverformung) des Verformungsanfangsabschnitts
S1 (rechter Abschnitt) des Energie absorbierenden Rohrelements 1 schreitet
dann graduell voran und erreicht einen allgemeinen Abschnitt S2
als Abschnitt mit geschlossenem Querschnitt. Da die asymmetrische balgartige
Verformung bereits erzeugt worden ist, kommt es nicht in dem gesamten
allgemeinen Abschnitt S2 zu einer neuen balgartigen Verformung, sondern
diese tritt an dem linken Abschnitt des allgemeinen Abschnitts S2
auf. Es gibt daher eine Differenz zwischen der Zeit, zu der die
Anfangskraft (Kraftspitze) zu Beginn der Knickverformung des Verformungsanfangsabschnitts
S1 erzeugt wird, und der Zeit, zu der die Anfangskraft an dem Beginn
der Knickverformung des allgemeinen Abschnitts S2 erzeugt wird.
Daher wird die Kraft, die zum Bewirken der balgartigen Verformung
des Energie absorbierenden Rohrelements 1 notwendig ist,
in die Kraft am Beginn der balgartigen Verformung des Verformungsanfangsabschnitts
S1 und der Kraft für
den Beginn der balgartigen Verformung des allgemeinen Abschnitts
S2 geteilt. Dadurch wird die Spitzenkraft im Anfangsstadium des
Aufpralls verringert und die Reaktionskraft wird konstant gehalten.
Der auf die Fahrzeuginsassen wirkende Stoß wird daher ohne schnellen
Anstieg der Stoßkraft
abgemildert.
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Die
balgartige Verformung des Verformungsanfangsabschnitts S1 löst somit
die balgartige Verformung des allgemeinen Abschnitts S2 aus. Sobald
die balgartige Verformung in dem allgemeinen Abschnitt S2 auftritt,
wird die stabile balgartige Verformung danach fortgesetzt. Da die
an das Energie absorbierende Rohrelement 1 angelegte Axial-(Längs)-Kraft erheblich höher ist
als die zu der Axialkraft orthogonale Kraft, findet der Übergang
der balgartigen Verformung von dem Verformungsanfangsabschnitt S1
zu dem allgemeinen Abschnitt S2 nahtlos statt.
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2 zeigt
ein Ergebnis einer Computersimulationsanalyse der Beziehung zwischen
der Kraft und der Verschiebung dieser Verformung. 3 bis 11 sind
Ansichten, die die Änderung
schematisch zeigen, welche auftritt, wenn die Aufprallkraft an eine
Kontaktplatte 2 angelegt wird, die am Vorderende des Energie
absorbierenden Rohrelements 1 angelegt wird. Im Zustand
aus 3 vor dem Aufprall wird keine Kraft angelegt und
die Kräfte
in den Zuständen
von 4 bis 11 entsprechen den Kräften an
den Kraftspitzenpunkten P1 bis P8 in 2. Wie in 3 bis 11 gezeigt,
ist die Kontaktplatte 2 an dem Verformungsanfangsabschnitt
S1 des Energie absorbierenden Rohrelements 1 bereitgestellt. In
diesen Fällen
ist der ausgesparte Abschnitt an dem oberen Abschnitt des Vorderabschnitts
gebildet (siehe 4 bis 11). Anders
ausgedrückt
erstreckt sich der Verformungsanfangsabschnitt (erweiterte Abschnitt)
S1 von dem unterem Abschnitt des Vorderabschnitts des Energie absorbierenden Rohrelements 1.
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Der
Zustand vor dem Aufprall wird in 3 gezeigt.
Sobald der Aufprall stattfindet und die axiale Aufprallkraft (dynamische
Kraft) durch die Kontaktplatte 2 angelegt wird, beginnt
eine Verformung durch Knicken des Verformungsanfangsabschnitts S1,
der dem unteren Abschnitt des Energie absorbierenden Rohrelements 1 entspricht.
Dann beginnt eine Verformung durch Knicken des oberen flachen Plattenabschnitts
des oberen Abschnitts der Struktur mit geschlossenem Querschnitt
des Energie absorbierenden Rohrelements 1, wie in 5 gezeigt,
und dann beginnt eine Verformung durch Knicken der rechten und linken
flachen Plattenabschnitte der Struktur mit geschlossenem Querschnitt.
In diesem Fall ist ein Kraftspitzenpunkt P1, der 4 entspricht,
bei dem eine balgartige Verformung des Verformungsanfangsabschnitts
S1 beginnt, im Wesentlichen gleich einem Kraftspitzenpunkt P2, der 5 entspricht,
bei dem eine balgartige Verformung des allgemeinen Abschnitts S2
beginnt, obwohl der Kraftspitzenpunkt P2 etwas größer als
der Kraftspitzenpunkt 21 ist, wodurch eine Reaktionskraft
konstant gehalten wird.
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Bei
Beginn der balgartigen Verformung werden die Knickverformung der
oberen und der unteren flachen Plattenabschnitte (siehe 7, 9 und 11)
und die Knickverformung der rechten und linken flachen Plattenabschnitte
(siehe 8, 10) abwechselnd wiederholt.
In diesen Fällen
kann außerdem
die konstante Reaktionskraft ohne erhebliche Kräfteschwankung erhalten werden.
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Der
Grund für
das Absinken der Reaktionskraft in dem Anfangsstadium des Aufpralls
wird in 2 gezeigt und besteht darin,
dass eine Differenz zwischen der Zeit, zu der die Knickverformung
des oberen flachen Plattenabschnitts beginnt, und der Zeit, zu der
die Knickverformung des unteren flachen Plattenabschnitts beginnt,
in den Zuständen
aus 4, 5 und in dem Zustand aus 6 besteht und
die Verformung in ihrem vorherigen Zustand danach die Knickverformung
erleichtert.
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Die
Verformung in dem Anfangszustand ist außerdem asymmetrisch (siehe 4 bis 6)
und wird dann symmetrisch. Dies liegt daran, dass die Knickverformung
der rechten und linken flachen Plattenabschnitte bei der bezüglich der
Axialrichtung in dem Zustand aus 7 schrägen Verformung
beginnt und sich die Verformung mit Voranschreiten zu einer Verformung
in einer zur Axialrichtung orthogonalen Richtung ändert.
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Nachfolgend
werden Ergebnisse der Simulationsanalyse darüber, inwiefern die Größe des ausgesparten
Abschnitts 1a die Anfangskraft beeinflusst, unter Bezugnahme
auf 12(A), (B), (C) erläutert. In 12(A), 12(B), 12(C) bezeichnet B eine Breite des ausgesparten
Abschnitts 1a, L bezeichnet eine Axiallänge des ausgesparten Abschnitts 1a und
Ac, As bezeichnen jeweils die Querschnittfläche des Verformungsanfangsabschnitts
S1 und die Querschnittfläche
des allgemeinen Abschnitts S2.
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Wie
aus 12(A) ersichtlich, nimmt die
unmittelbar nach dem Aufprall erzeugte erste Spitzenkraft tendenziell
ab, wenn die Größe des ausgesparten
Abschnitts 1a zunimmt, d.h. bei einer Zunahme von Ac/As,
während,
wie aus 12(B) ersichtlich, die folgende
zweite Spitzenkraft mit einer Zunahme des ausgesparten Abschnitts 1a tendenziell
zunimmt.
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Während es
wünschenswert
ist, dass es keine große
Differenz zwischen der ersten und der zweiten Spitzenkraft gibt
und die Kraft gleichmäßig fluktuiert,
ist das Verhältnis
Ac/As zwischen der Querschnittfläche
des Verformungsanfangsabschnitts des allgemeinen Abschnitts S1 vorzugsweise
ungefähr 0,5,
wie aus 12(C) zu sehen. Es wird bestätigt, das
eine ähnliche
Tendenz und Ergebnis bei dem rohrförmigen Element mit einem quadratischen Querschnitt
und dem rohrförmigen
Element mit einem rechteckigen Querschnitt erzielt werden.
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(Beispiel 1)
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In
diesem Beispiel wird das Energie absorbierende Element an ein Verbindungsstück eines Schienenfahrzeugs
angelegt.
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Unter
Bezugnahme auf 13, 14 umfasst
ein Gummidämpfer 11 einen
Zuganschlag 12 mit einem vorderen Stützabschnitt 12a und
einem hinteren Stützabschnitt 12b,
einem vorderen und hinteren Stoßkraft
absorbierenden Gummi 13a, 13b, die jeweils an
dem vorderen Stützabschnitt 12a und
dem hinteren Stützabschnitt 12b des
Zuganschlags 12 bereitgestellt sind, einem Paar von Verbindungsstangenelementen 14R, 14L zum
jeweiligen Verbinden und Befestigen der Stoßkraft absorbierenden Gummis 13a, 13b (Gummiplatten)
an dem Zuganschlag 12, und Flanschelementen 15a, 15b,
die jeweils an einem Vorderabschnitt des Verbindungsstangenelements 14R und
einem Hinterabschnitt des Verbindungsstangenelements 14L und
zwischen den Stoßkraft
absorbierenden Gummis 13a, 13b in dem Zuganschlag 12 angebracht
sind. Die Vorderendabschnitte der Verbindungsstangenelemente 14L, 14R sind
mit einem vorderen Stützrahmen 16F verbunden,
der mit einem Hinterabschnitt eines Verbindungsstücks 18 mit
einem dazwischen angeordneten Zwischenelement 17 verbunden
sind.
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Die
Vorderabschnitte eines Paars Energie absorbierender Rohrelemente 19L, 19R sind
mit dem Hinterflanschelement 15b verbunden und Hinterabschnitte
eines Paars Energie absorbierender Rohrelemente 19L, 19R sind
mit einem hinteren Stützrahmen 21 verbunden,
der von einem Fahrzeugkarosserierahmen 20 gestützt wird.
Die Energie absorbierenden Rohrelemente 19L, 19R sind
seitlich symmetrisch, so dass ausgesparte Abschnitte 19a, 19b innen
gegenüberliegen,
um die ausgewogene Aufnahme der Stoßkraft zu ermöglichen.
Anders ausgedrückt
sind die Energie absorbierenden Rohrelemente 19L, 19R so
platziert, dass sie äußere Anordnung der
jeweils an Vorderenden der Energie absorbierenden Rohrelemente 19L, 19R vorgesehenen
Verformungsanfangsabschnitte 19c, 19d ermöglichen.
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Bei
diesem Aufbau wird durch Stützen
des Gummidämpfers 1 durch
die Energie absorbierenden Rohrelemente 19L, 19R (Energie
absorbierende Elemente) die infolge der Verformung durch den Gummidämpfer 11 teilweise
unabsorbiert bleibende Aufprallenergie durch die balgartige Verformung
(plastische Verformung) der Energie absorbierenden Rohrelemente 19L, 19R absorbiert.
In einem Fall, bei dem ein aus einer Vielzahl von Fahrzeugen bestehendes Schienenfahrzeug
mit einem anderen Fahrzeug zusammenstößt, wird die Fähigkeit
zur Energieabsorption der Energie absorbierenden Rohrelemente 19L, 19R durch
die Fähigkeit
zur Energieabsorption des Gummidämpfers 11 komplementiert,
wenn sie nicht ausreicht, und das Ereignis, dass das Fahrzeug erheblich
beschädigt
wird oder ein erheblicher Stoß auf die
Fahrzeuginsassen wirken kann, kann verhindert werden.
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(Beispiel 2)
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In
diesem Beispiel wird das Energie absorbierende Element an einen
Schienenschutz eines Vorderfahrzeugs eines Schienenfahrzeugs angelegt.
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Unter
Bezugnahme auf 15, 16 wird eine
Schienenschutzplatte 31 zum Entfernen von Hindernissen
wie ein Hufeisen gebogen und an einen Fahrzeugkarosserierahmen 32 montiert
und befestigt. Zwei Energie absorbierende Rohrelemente 33 sind
hinter der Schienenschutzplatte 31 so platziert, dass sie
davon beabstandet werden. Diese Energie absorbierenden Rohrelemente 33 werden
mittels eines Verbindungselements 33b verbunden und durch eine
Stützvorrichtung 34 unterstützt. Insbesondere ist
das flache plattenförmige
Verbindungselement 33b mit den Spitzen der jeweiligen Energie
absorbierenden Rohrelemente 33 verbunden und die Hinterenden
der Elemente 33 sind mit der Stützvorrichtung 34 verbunden.
In diesem Fall sind die ausgesparten Abschnitte 33a der
jeweiligen Energie absorbierenden Rohrele mente 33 nach
außen
(oder innen) geöffnet
und seitlich symmetrisch, wie in 16 gezeigt.
Anders ausgedrückt
sind die Energie absorbierenden Rohrelemente 33 seitlich
symmetrisch, um die Anordnung der an den Vorderenden der Energie absorbierenden
Rohrelemente 33 vorgesehenen Verformungsanfangsabschnitte 33c nach
innen zu ermöglichen.
Die Bezugszahl 50 bezeichnet eine Schiene.
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Bei
diesem Aufbau wird die infolge der Verformung der Schienenschutzplatte 31 teilweise
unabsorbiert bleibende Energie durch die Energie absorbierenden
Rohrelemente 33 absorbiert, wodurch die Stoßkraft auf
den Fahrzeugkarosserierahmen 32 abgemildert wird.
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Außerdem wird
ein leichtes Gewicht erzielt. Obwohl die infolge der Verformung
der Schienenschutzplatte teilweise unabsorbiert bleibende Energie
herkömmlicherweise
durch die Energie absorbierende Platte, welche aus flachen Federn
besteht und hinter der Vorderseite der Schienenschutzplatte vorgesehen
ist, absorbiert wurde und das Gewicht entsprechend erhöht wurde,
stellt die Verwendung der Energie absorbierenden Rohrelemente 33 ein
erheblich leichteres Gewicht bereit.
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(Beispiel 3)
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In
diesem Beispiel ist das Stoßkraft
absorbierende Element an dem Vorderabschnitt des Vorderfahrzeugs
des Schienenfahrzeugs angebracht, um bei einem Frontalzusammenstoß der Vorderfahrzeuge
die Aufprallenergie zu absorbieren.
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Unter
Bezugnahme auf 17, 18 ist ein
Energie absorbierendes Rohrelement 43 zwischen einem Verbindungsstück 41,
welches sich an einer Oberseite befindet, und einer Schienenschutzplatte 42,
die sich in der Vertikalrichtung an einer unteren Seite befindet,
vorgesehen. Ein Stützrohrelement 45 ist
so vorgesehen, dass es sich in der Fahrzeuglängsrichtung von einer Stützvorrichtung 44 und einem
Endabschnitt des Energie absorbierenden Rohrelements 43 erstreckt,
welches mit einem Spitzenelement 46 versehen ist, das mit
einem Spitzenabschnitt des Stützrohrelements 45 verbunden
ist.
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Das
Stützrohrelement 45 erstreckt
sich von der Schienenschutzplatte 42 nach vorne und weist eine
Länge zum
Anordnen hinter dem Verbindungsstück 41 auf. Wenn das
Fahrzeug nicht als Vorderfahrzeug verwendet wird, wird das Energie
absorbierende Rohrelement 43 von dem Fahrzeug entfernt, um
die Verbindung der Fahrzeuge mittels des Verbindungsstücks 41 zu
gestatten. Die Bezugszahl 48 bezeichnet einen Fahrzeugkarosserierahmen.
An einem Abschnitt, an dem das Energie absorbierende Rohrelement 43 mit
dem Spitzenelement 46 verbunden ist, ist der ausgenommene
Abschnitt 43a an einem unteren Abschnitt davon und seitlich
symmetrisch vorgesehen. Anders ausgedrückt ist das Energie absorbierende
Rohrelement 43 so platziert, dass ein Verformungsanfangsabschnitt 43b,
der sich von dem Spitzenende des Energie absorbierenden Rohrelements 43 erstreckt,
an der Oberseite befindet. Das Spitzenelement 46 ist in
einer Bedeckung 47 an der Spitzenseite angeordnet. Ähnlich Beispielen 1, 2 erübrigt es
sich, darauf hinzuweisen, dass zwei Energie absorbierende Rohrelemente,
die symmetrisch angeordnet sind, ein Aufprallelement stützen können.
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Bei
diesem Aufbau prallt das Spitzenelement 46 bei einem Aufprall
der Vorderfahrzeuge mit dem Spitzenelement 46 des gegenüberliegenden
Fahrzeugs zusammen, wodurch die Verformung des Energie absorbierenden
Rohrelements 43 durch Knicken zum Absorbieren der Aufprallenergie
bewirkt wird. In der Folge kann ein Schaden an anderen Teilen verhindert
werden. Analog ist das gegenüberliegende
Fahrzeug mit dem Energie absorbierenden Rohrelement und dem Spitzenelement
versehen.
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Die
vorliegende Erfindung wird wie oben beschrieben ausgeführt und
weist die folgenden Vorteile auf.
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In
der erfindungsgemäßen Energie
absorbierenden Struktur ist der ausgesparte Abschnitt mit dem offenen
Querschnitt an dem Vorderabschnitt des Energie absorbierenden Elements
vorgesehen, um den Aufprall, in dem die Kraft in Fahrzeuglängsrichtung
angelegt wird, zu handhaben, und von dem Vorderendabschnitt beginnt
die Verformung. Anders ausgedrückt
erstreckt sich der im Wesentlichen kanalförmige Verformungsanfangsabschnitt
von einem Teil des Vorderendes zu dem Energie absorbierenden Element.
Dieser Aufbau erleichtert die Verformung des Vorderendabschnitts
und verringert die Anfangskraftspitze zum Erzeugen der balgartigen Verformung
und bewirkt außerdem,
dass die Verformung des Vorderendabschnitts die folgende balgartige
Verformung auslöst
und die entsprechende Kraftspitze verringert. Dadurch tritt die
balgartige Verformung natürlich
auf und die Aufprallenergie kann effizient absorbiert werden. Da
die Kraftspitze im Anfangsstadium des Aufpralls und die folgende
Kraftspitze gering gehalten und im Wesentlichen gleich seinkönnen und
die Reaktionskraft konstant gehalten werden, kann anders ausgedrückt die
auf die Fahrzeuginsassen wirkende Stoßkraft ohne einen schnellen
Anstieg der Stoßkraft
abgemildert werden. Da der ausgenommene Abschnitt an dem rohrförmigen Energie
absorbierenden Rohrelement mit rechtwinkligem Querschnitt als Energie
absorbierendes Element mit gleichen Querschnittabmessungen und Plattendicke
und ohne Innenrippen bereitgestellt ist, kann das Element einfach
und kostengünstig
hergestellt werden.
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Außerdem kann
die Stoßkraft
in Fahrtrichtung gleichmäßig an den
Vorderendabschnitt angelegt werden, da in einer Ausführungsform
die Vielzahl von Stoßkraft
absorbie renden Elementen vertikal oder seitlich symmetrisch sind,
so dass die balgartige Verformung ohne Fallen des Energie absorbierenden Elements
bewirkt werden kann.
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Da
in einer Ausführungsform
der Gummidämpfer
mit dem Fahrzeugverbindungsstück
verbunden ist, um die zwischen den Fahrzeugen erzeugte Stoßkraft abzumildern,
ist der Vorderabschnitt des Energie absorbierenden Elements außerdem mit dem
Hinterabschnitt des Gummidämpfers
verbunden und der Hinterabschnitt des Energie absorbierenden Elements
ist mit dem Zuganschlag verbunden, der an dem Fahrzeugkarosserierahmen
montiert ist, und kann die geringe Aufprallenergie von dem Gummidämpfer absorbiert
und die große
Aufprallenergie durch die balgartige Verformung des Energie absorbierenden
Elements absorbiert werden.
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Durch
Bereitstellen des Energie absorbierenden Elements hinter der Schienenschutzplatte zum
Entfernen von Hindernissen auf der Schiene während der Fahrt und Verbinden
des Hinterabschnitts des Energie absorbierenden Elements mit dem
Fahrzeugrahmen mittels der Stützvorrichtung kann
in einer Ausführungsform
ferner eine auf die Schienenschutzplatte angelegte übermäßige Aufprallenergie
durch die balgartige Verformung des Energie absorbierenden Elements
absorbiert werden.
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Durch
Verbinden des Hinterabschnitts des Energie absorbierenden Elements,
das sich von dem Verbindungsstück
nach vorne erstreckt und an dem Vorderende mit dem Aufprallelement
versehen ist, zu dem Vorderabschnitt der Stützvorrichtung (Stützrohrelement),
die an den Fahrzeugkarosserierahmen montiert ist, kann in einer
Ausführungsform
außerdem
die Aufprallenergie durch die balgartige Verformung des Energie
absorbierenden Elements absorbiert werden und die auf die Fahrzeuginsassen
wirkende Stoßkraft
kann abgemildert werden.
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Da
diese Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, ohne von der
Idee ihrer wesentlichen Merkmale abzuweichen, sind die vorliegenden
Beispiele daher veranschaulichend und nicht einschränkend, da
der Schutzumfang der Erfindung vielmehr durch die beigefügten Ansprüche statt durch
die vorangehende Beschreibung definiert wird, und alle Änderungen,
die in den Umfang und die Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente
solcher Umfänge
oder Grenzen sollen daher durch die Ansprüche verkörpert werden.