JP2004535985A - 頭部衝突に対して最適化されたフロント構造 - Google Patents

Abstract

歩行者にとって重大な頭部損傷が防止されるべき歩行者事故に際して、頭部衝突のＨＩＣ値を１，０００未満にすることが重要である。そのために本発明は、減速度曲線（１７）で、ベースで約５ミリ秒の幅を有する最初の高い減速度ピーク（８）が生じ、このような最初の初期の減速度で急激な速度低下に達することによって、骨組みまたはその他の車体部分との避けがたい二次衝突と少ない減速度値とを関連させるように、ボンネットを形成することを提案する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、上部シェルとその下に配置され、これと連結された補強層とを有する、安定しているが、衝撃的な負荷がかかると変形可能であるボンネットを有する、頭部衝突に対して最適化された自動車のフロント構造であって、頭部衝突時にはＨＩＣ値をそこから導出できる特定の時間的な減速度曲線が生じるフロント構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車メーカーおよび自動車のユーザーにおいて自動車の乗員の受動的な安全性が脚光を浴びてから長期間を経て、最近の安全性技術の焦点は歩行者と自動車の事故に向けられている。このような事故の場合、歩行者は自動車のフロントによってはねられる。その際に、バンパが歩行者の脚にぶつかることによって、身体は自動車のほぼ水平に延びるボンネット上に倒れ、または打ち倒される。最後に頭部がボンネットに当たり、重大な脳挫傷を生ずる可能性がある著しい減速度が発生する。
【０００３】
このような頭部衝突の際に発生する損傷の重さを特定できるように、頭部の損傷基準ＨＩＣ（Ｈｅａｄ Ｉｎｊｕｒｙ Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ 頭部損傷基準）が規定された。これはタイムスロットに作用する平均の減速度とタイムスロットの時間的な広がりとを乗算した積であり、平均減速度が指数２．５で積に算入される。減速度曲線全体を評価するため、これは様々な幅のタイムスロットで遮断され、上記の積がそのつど算出される。発生した最大値が頭部衝突の基準になるＨＩＣ値である。このような方式は、作用の継続時間と減速度との間に関連性があるという認識に基づくものである。作用の継続時間が短いほど、身体はより高い減速度に耐え、損傷せずに持ちこたえられる。したがってＨＩＣ値は、ある時間間隔中に発生する頭部の減速度がそれによって評価される数学的関数に基づくものである。
【０００４】
この方式を具体的に応用するために１，０００の限界値で計算され、減速度はｍ／ｓ^２で、また時間は秒で表される。減速度の時間曲線の評価によって前記の限界値未満の結果が生じた場合は、重大な頭部損傷は予測されないものと見なすことができる。
【０００５】
十分な減速度経路を利用できれば、勿論１,０００未満のＨＩＣ値に容易に達することができる。しかしながら、ボンネットの真下に駆動ユニットおよびその他の車体部品があるため、十分な減速速度経路は、自動車のフロント構造内には存在しない。
【０００６】
その他に、ボンネットはそれ自体で持ちこたえ、静的な負荷、および走行時の動的負荷に耐えるには十分に剛性でなければならないことに留意する必要がある。しかし通常はそこから動的負荷において高いＨＩＣ値を導く抵抗が生じる。
【０００７】
このような目標の競合、すなわち一方では静的負荷に対する十分な剛性と、他方では頭部衝突時の十分な降伏度は、欧州特許明細書第０ ９９２ ４１８ Ａ２号ではボンネットが、側部の支持部に載置され、間にあるエンジン室を自由にかけ渡す湾曲した形状を備えることによって解決しようと試みられている。ボンネット自体は上部シェルと、その下に配置されたエネルギー吸収性の補強層とからなり、それによって降伏するように形成されている。これは一方では選択されたサンドイッチ構造によって、また主として湾曲した形状によって剛性を得る。このような構造によって、欧州特許明細書第０ ９９２ ４１８ Ａ２号の数カ所に記載されているように、力のピークがないできるだけ均一な減速度曲線を達成しようとするものである。しかし、このような曲線は具体的には、許容できる頭部減速度レベルにとって、動的負荷に対する構造の抵抗は静的負荷に耐えられないほど小さくなければならないことを意味している。このような実施形態のその他の欠点は、どのような車体構造でもこのようなボンネットを使用できるわけではないことにある。このようなボンネットの場合、構造的な前提によって支持部がどの高さに限定されるかによっては、フロントガラスの前に視界を遮る湾曲部が生ずる。
【特許文献１】
欧州特許明細書第０ ９９２ ４１８ Ａ２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって解決すべき課題は、自動車と歩行者の衝突の際に歩行者の損傷をできるだけ少なくするボンネットを有する、汎用に使用できるフロント構造を製造し、できるだけ短い経路で最適な時間的減速度曲線が達成されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、上記の課題は、補強層は衝撃的な負荷がかかっている間に特定の負荷水準に達すると、ミクロ構造および／またはマクロ構造の裂開によって変形抵抗を生ずる能力を少なくとも部分的に失うので、時間的な減速度曲線内で初期の減速度ピークが生ずるという更に別の特徴を備えた請求項１のプリアンブルに記載のフロント構造によって解決される。
【００１０】
このような構造によって、静的な剛性それ自体が高いＨＩＣ値を誘発したとしても、構造を静的負荷に対して十分に強固に実施できることが達成される。しかしこのことは、特定の力の作用と屈曲とに結びついた負荷レベルを超えると、構造の一部、すなわち補強層が脆弱になり、その結果、高い減速度値は短い、初期の期間にしか存在せず、それによってＨＩＣ値を過度に増大させることはあり得ないことによって防止される。
【００１１】
このような減速度曲線によって衝突する頭部の運動エネルギーは比較的初期にかなりの程度まで減衰されるので、ボンネットが屈曲した後にその下に位置する骨組みとなお接触した場合でも、強い損傷は予測されない。
【００１２】
初期の減速度ピークの最大値が少なくとも１０００乃至１，５００ｍ／ｓ^２である場合は効果は特に大きく、減速度はその直後に５００ｍ／ｓ^２未満に低下する。この値ではエネルギーの吸収は特に大きく、ＨＩＣ値において許容される頭部負荷を明確に超えることはない。前記の値は特に図１の説明により詳細に記載されているＥＥＶＣ−ＷＧ１０に基づくシミュレーション方法によって規定することができる。
【００１３】
好ましくは、減速度のピークは衝突する頭部がボンネットと最初に接触した後、少なくとも５乃至８ミリ秒後に５００ｍ／ｓ^２未満に低下する。この最初のピークを評価すると、ＨＩＣ値は１，０００未満になろう。
【００１４】
具体的な構成としては、補強層をプラスチック層、特に発泡プラスチック層から構成し、その材料が所定の脆性を有しているので局部的な衝撃的負荷がかかると層がそのミクロ構造において脆弱になるようにすることにあろう。この場合、脆弱になるという意味は、例えば発泡材料層の孔を包囲する壁およびブリッジが材料の脆性により裂開するので、前記層がそれ以上の抵抗なく、または低減した抵抗で押しつぶされることを意味している。
【００１５】
ボンネットは上部シェルの他に、間に補強層が配置された下部シェルを備えることができる。この連結構造によって、特に上部シェルを特に厚く実施する必要なく高い剛性が達成される。したがって衝撃的な負荷がかかった場合、補強層はこれが下部シェルによって支持されているので押しつぶされ、初期の減速度ピークが生成される。その後で初めてボンネット全体が明確に屈曲する。その際に生ずる力は特に最初の減速度ピーク後の減速度曲線を規定する。このようにして、発泡プラスチック層が脆弱化した後も運動エネルギーの十分な吸収が保証される。
【００１６】
本発明による減速度曲線は、上部シェル、および場合によっては下部シェルがプラスチックまたは金属から構成され、厚みｔ_１を有すると共に、補強層を構成する層が好ましくは厚みｔ_２を有し、ｔ_２をｔ_１よりも極めて大きくし、特に４乃至１５倍も大きくすれば、特に良好に所望のとおりにできる。それによって、最初の減速度ピークで運動エネルギーの大部分がプラスチック層の圧壊によって吸収されることが達成される。
【００１７】
前記の減速度曲線を達成するその他の可能性を以下に説明する。この解決方法は別の課題に基づいている。すなわち、ボンネットの上部シェルは通常は、静的負荷がかかった場合の凹みを防止するために、フレーム構造によって、または前述のように従来の発泡プラスチック層によって補強された薄い金属板からなっている。しかしボンネットのいくつかの領域は例えばボンネット留め具の上部領域のように特に静的負荷にさらされている。すなわち留め具が施留め具されるように、自動車のユーザによって留め具の上の上部シェルの上側に圧力が加えられる。この箇所での凹みを防止するため、この領域は通常は補助的な補強ブレースによって補強されるが、それによって、頭部衝突の場合にこの箇所でＨＩＣ値が高すぎる減速度曲線になる結果になる。
【００１８】
したがって特別な課題は、静的な圧縮負荷の際のボンネットの凹みが防止されるが、たとえば頭部または身体の衝突が発生した場合のような動的な負荷の際には適切なＨＩＣ値になるようにボンネットを構成することにある。
【００１９】
既に上記に記載した解決方法に基づいて、本発明による更に別の解決方法は、請求項１のプリアンブルに記載のフロント構造において、上部シェルの座屈抵抗は僅かであり、上部シェルの下側には脆性材料からなる補強層を形成する薄い支持層が固定されることにある。
【００２０】
脆性材料からなる支持層は上部シェルを補強するので、ボンネットはその上部シェルが高い座屈抵抗を有するより厚い金属板からなっているかのような座屈抵抗を備えている。
しかし、支持層の全体は、すなわちマクロ構造では、材料の脆性により動的負荷がかかると裂開するので、ＨＩＣ値に関して最適化された減速度曲線が生ずる。支持層が無傷である限りは、減速度は依然として極めて高い。しかし、支持層が裂開すると直ちに明らかに低下するので、それ以降の減速度曲線にとって上部シェルの剛性だけが決定的である。したがって初期には高い減速度は短い期間しか存在しないので、頭部負荷に耐えられる。
【００２１】
好ましい実施形態では、脆性材料からなる支持層は上部シェルと面一に連結されている。それによって、比較的薄い支持層も十分な補強効果を生じる。
好ましくはこの種類の補強はボンネット留め具の領域に局部的に導入される。何故ならば、留め具を使用している箇所に関して、補強され、負荷がかかると脆弱化する発泡プラスチック層を有する前述のサンドイッチ構造をこの場合はそのままの構造では使用できないからである。
次に本発明の構想を明確にするため、本発明を２つの実施形態に基づいて詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に示すように、ボンネット１は被覆された発泡プラスチック層２からなり、被覆は上部シェル３と下部シェル４とから構成されている。代替の実施形態では下部シェルは省いてもよい。これらの被覆は強固なプラスチックまたは金属製であり、一方、発泡プラスチック層２自体はプラスチック製である。この場合は強度がより高い熱可塑性またはデュロメータ・マトリクス（ｄｕｒｏｍｅｒｅｎ Ｍａｔｒｉｘ）を含む炭素繊維、ガラス繊維、またはアラミド繊維からなる繊維合成構造でよい。
【００２３】
材料を適切に選択し、特定の発泡構造を提示することによって、この材料で層の所望の通りの脆弱化を達成できる。層が複数の個別層から構成されている場合は、適切な層の分離強さを選択することによって、個々の層の連結部が剥離することによって、層の脆弱化も生ずることを達成できる。
【００２４】
強度がより高いガラス製の薄層も考えられよう。ガラスに典型的な脆性破壊特性によって、特定の負荷がかかると層が破壊されることによって、それ以上の抵抗力を生ずることができず、それまでに吸収されたエネルギーも再び衝突体に放出されなくなる。
ガラスの代わりに強度と脆性破壊特性に関してガラスと類似した特性を有する特殊な繊維合成ポリマーまたは海綿体を使用することもできる。
【００２５】
いずれの場合も決定的に重要であるのは、衝突時に先ず抵抗が生じ、特定の力に達すると、または例えば核をなす材料の破裂による屈曲または圧壊の場合に、前記の抵抗が減衰することである。
【００２６】
このシステムによって、図２の測定曲線に示すような減速度曲線７が生ずる。これらの値はＥＥＶＣに基づくダミー頭部についての数値である。これは、厚さが７．５ｍｍのゴム層で被覆されたＥＥＶＣ−ＷＧ１０に基づく頭部インパクタ１２（図３を参照）である。インパクタ１２の重さは４．８ｋｇであり、４０ｋｍ／ｈで水平に対して６５°の角度でボンネットに発射される。図示した減速度曲線は前輪用のダンパが固定されているいわゆるドーム１１の上部での頭部衝突について生じたものである。
【００２７】
図２のグラフのＸ軸５には時間が記入され、Ｙ軸６にはインパクタ１２の重心で加速度記録計によって測定された頭部減速度が記入されている。減速度曲線７は、衝突した頭部の最初の接触の直後に座標系の基点には１，５００ｍ／ｓ^２以上の値を有する比較的高い減速度ピーク８が生じ、しかしこの値は既に５ミリ秒後には、ボンネットの内部構造が破壊されているので５００ｍ／ｓ^２未満に低下する。しかし、インパクタ１２の速度は完全には低減しないので、ボンネット１とドーム１１との間の狭い隙間１０（図３を参照）により、減速度曲線７の第２の上昇９を呈する。しかし、これは大幅に少ない減速度と結びついているので、１，０００のＨＩＣ値を超えることはない。
【００２８】
図４は本発明の第２の実施形態を示している。前部が断面図で示されているボンネット１は金属板のフレーム構造１５によって補強された上部シェル３からなっている。フレーム構造１５はボンネット１を囲む縁部１６と、いくつかの横および縦の補強材（この図には図示せず）を備えている。金属板のフレーム構造１５の一部は上部シェル３と離間し、一部は当接している。
【００２９】
縁部１６の前部セグメントは中央部に窪み１７を設けており、そこにボンネット留め具の心棒１８が固定されている。これに属する留め具のラッチ１９は車体の横げた２０内に格納されている。
【００３０】
心棒１８が留め具のラッチ１９に嵌合するには、ボンネットは振動、または軽い圧力でばね力に抗して横げた２０の方向に押圧されなければならない。そのために上部シェル３には上方から圧力が加えられる。その際に上部シェル３の金属板が凹まないように、内側に脆性材料からなる薄い支持層２１が貼付される。ボンネットを閉じるために静的に加わる力では材料の破壊限度に達しない。例えば頭部または身体の衝突の場合に発生するような動的な衝撃負荷では、上部シェル３の金属板と支持層２１からなる連結部は先ず衝突した頭部に高い抵抗をもたらすが、支持層２１の脆性材料の破壊限度に達すると、大きく座屈する。したがって身体または頭部の衝突時には、図２に概略的に示され、また初期の高い減速度ピークによって特徴付けられる減速度曲線が生ずる。
材料は降伏点に近い金属、プラスチック、セラミックまたはその類似物でよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】サンドイッチ状のボンネットの断片を示した透視図である。
【図２】衝突状況に対応した最適な減速度のプロファイルを示すグラフである。
【図３】ダンパ用の格納部の上部のボンネットへの頭部の衝突のシミュレーションを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるボンネット留め具および補強材を有するボンネットの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ ボンネット
２ 発泡プラスチック層
３ 上部シェル
４ 下部シェル
５ Ｘ軸
６ Ｙ軸
７ 減速度曲線
８ 減速度ピーク
９ 上昇部分
１０ 隙間
１１ ドーム
１２ インパクタ
１５ 金属板のフレーム構造
１６ 縁部
１７ 窪み
１８ 心棒
１９ 留め具のラッチ
２０ 横げた
２１ 支持層

Claims (13)

1. 上部シェルとその下に配置され、これと連結された補強層とを有する、安定しているが、衝撃的な負荷がかかると変形可能であるボンネット（１）を有する、頭部衝突に対して最適化された自動車のフロント構造において、頭部衝突時にはＨＩＣ値をそこから導出できる特定の時間的な減速度曲線（７）が生じるフロント構造であって、前記補強層は衝撃的な負荷がかかっている間に特定の負荷水準に達すると、ミクロ構造および／またはマクロ構造の裂開によって変形抵抗を生ずる能力を少なくとも部分的に失うので、時間的な減速度曲線（７）内で初期の減速度ピーク（８）が生じることを特徴とするフロント構造。
2. 前記初期の減速度ピーク（８）の最大値は少なくとも１０００ｍ／ｓ^２であり、その直後の減速度は５００ｍ／ｓ^２未満に低下することを特徴とする請求項１に記載のフロント構造。
3. 前記初期の減速度ピーク（８）の最大値は少なくとも１，５００ｍ／ｓ^２であることを特徴とする請求項２に記載のフロント構造。
4. 前記減速度は衝突する頭部がボンネットと最初に接触した後、少なくとも５乃至８ミリ秒後に５００ｍ／ｓ^２未満に低下することを特徴とする請求項２または３に記載のフロント構造。
5. 前記補強層は、材料が所定の脆性を有しているので局部的な衝撃的負荷がかかると層がその箇所で脆弱になる層（２）から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフロント構造。
6. 前記層はプラスチック層（５）、特に発泡プラスチック層であることを特徴とする請求項５に記載のフロント構造。
7. 前記ボンネット（１）は前記上部シェル（３）の他に、間に補強層が配設された下部シェル（４）を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフロント構造。
8. 前記ボンネット（１）は、衝撃負荷の下では屈曲するように構成され、屈曲抵抗は基本的に前記初期の減速度ピーク（８）の後の減速度レベルを規定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフロント構造。
9. 前記上部シェル（３）および場合によっては前記下部シェル（４）はそれぞれ厚みｔ_１を有するプラスチックまたは金属から構成されると共に、前記補強層を構成する層（２）は厚みｔ_２を有し、ｔ_２はｔ_１よりも極めて大きいことを特徴とする請求項６に記載のフロント構造。
10. 前記ｔ_２は前記ｔ_１よりも４〜１５倍大きいことを特徴とする請求項９に記載のフロント構造。
11. 上部シェルとその下に配置され、これと連結された補強層とを有する、安定しているが、衝撃的な負荷がかかると変形可能であるボンネット（１）を有する、頭部衝突に対して最適化された自動車のフロント構造において、頭部衝突時にはＨＩＣ値をそこから導出できる特定の時間的な減速度曲線（７）が生じるフロント構造であって、前記上部シェル（３）の座屈抵抗は僅かであり、前記上部シェル（３）の下側には脆性材料からなる補強層を形成する薄い支持層（２１）が固定されることを特徴とするフロント構造。
12. 前記脆性材料からなる前記支持層（２１）は前記上部シェル（３）と面一に連結されていることを特徴とする請求項１１に記載のフロント構造。
13. 前記支持層（２１）は下にボンネット留め具がある前記ボンネット（１）の領域に位置することを特徴とする請求項１２に記載のフロント構造。

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