JP2005510392A - 異なった強度のリングを有するバンパクラッシュタワー - Google Patents

Abstract

車両バンパシステム（１０）用のエネルギー吸収クラッシュタワー（１３）は、熱処理可能鋼などのつなぎ目のない連続した材料でできた円筒を有する。円筒は、中間接続部（１６）によって接続された第１及び第２リング部（１４、１５）を有する。第１リング部（１４）は、熱処理されて高い材料強度、たとえば、約１２０ＫＳＩの引張り強度になっており、これは、約６０ＫＳＩの引張り強度に保持される第２リング部より相当に高い。中間接続部（１６）は、ランプを形成する円錐台形部分（１７）を有する。この構造により、バンパシステム（１０）が円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、第１及び第２リング部（１４、１５）は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊し、第３リング部（１８）が第１及び第２リング部間に形成される。

Description

［背景］
本発明は、車両上にバンパビームを支持するためのクラッシュタワーを有する車両バンパシステムに関し、特に、かなりの衝撃エネルギーを連続的かつ一定の仕方で吸収するように構成された筒状クラッシュタワーに関する。

連邦政府、保険会社、車両安全に関わる代理店、協会及び会社は、車両バンパシステムが合格しなければならない標準化された衝撃試験を規定している。クラッシュタワーは、バンパバーを車両フレーム上に支持するために通常に使用されており、車両が衝撃を受けている間にエネルギーを吸収するのに使用されることが多い。いくつかの特徴が、クラッシュタワーを「効果的な」ものにするために役立っている。既知の狭い範囲内の一定かつ予測可能な衝撃強度を与え、それにより、個々の車両のバンパシステムがすべて、試験に確実に合格するようにするクラッシュタワーを製造することが望ましい。有利には、一定かつ予測可能な衝撃強度により、製造者はより安全な車両を製造することができ、また、余分な重量を削減すると共に低コストの材料を使用するために、バンパシステムをより正確に最適化することができる。さらに詳しくは、予測可能かつ一定の力対撓み曲線を与えるクラッシュタワーを製造し、一定のエネルギー吸収対時間曲線を提供し、一定かつ予測可能な圧壊パターンを提供することが望ましい。これにより、車両製造者は、ある特定の衝撃力でどれだけの撓みが発生するか、また、衝撃、すなわち、車両が衝撃を受けている間の任意の時点でどれだけのエネルギーが吸収されるかを確実に知ることができる。次に、これにより、車両製造者は、製品のばらつきを補償すると共に車両フレーム上にバンパシステムを十分に支持するための空間を無駄に使うことなく、衝撃の被害がないことを可能にするのに十分な空間(room)をバンパシステムの周囲に設計することができる。力対撓み曲線には、クラッシュタワーが弾性変形から永久変形に変化して、完全に圧壊して安定する(bottoming out)時の幾つかの重要な範囲がある。これらのさまざまな圧壊点が予測可能であり、それにより、圧壊の前及びその最中に相当量のエネルギーを吸収するだけでなく、過度の負荷がバンパシステムを介して車両及びその乗員に伝達される前に、圧壊が起きるようにすることが、重要である。

以上に加えて、バンパ開発プログラムには長いリードタイムが必要であり、また、バンパ開発プログラムの遅い段階で特定車両モデル用に最適化するために予測して変更及び調整することができるように、いずれのクラッシュタワーも融通性、適応性及び「可調整性」を有することが重要である。また、さまざまなバンパビームに、さまざまなバンパシステムで、また、車両要件が大きく変化するにもかかわらず、さまざまな車両モデルで使用することができ、それにより、それぞれの新しいバンパシステムが、新しいにもかかわらず、全てが未試験でかつ「未知」のシステムではないようにすることができるクラッシュタワー構造を提供することが望ましい。

バンパビームをバンパシステム内に支持するための幾つかの筒状クラッシュタワーが既知である。１つのタイプでは、２つの打ち抜き半割シェルを溶接する。しかし、この処理は、原材料のスクラップが発生する。また、溶接処理は、製造間接費に追加される二次作業である。さらに、溶接されたクラッシュタワーは、製品における大きなばらつきや、製品衝撃強度、力対撓み曲線、エネルギー吸収曲線及びクラッシュ破壊点(crush failure point)における大きなばらつきを受けやすい。

したがって、上記問題を解決すると共に上記利点を有するクラッシュタワーを含むバンパシステムが望ましい。特に、一定の衝撃強度、一定の力対撓み曲線、一定のエネルギー吸収（弾性及び永久変化）、一定の圧壊点及びパターンを与え、これらのすべてが、製品及び特性ばらつきにおいて厳格な／狭い範囲に入るクラッシュタワーが望ましい。また、二次作業の必要性を減じると共に、手作業の必要性を減少させて製造することができるクラッシュタワーが望ましい。

［発明の概要］
本発明の一態様において、車両上にバンパを支持するように適合されたエネルギー吸収クラッシュタワーは、つなぎ目のない連続した材料(continuous contiguous material)でできた円筒を備えている。円筒は、中間接続部によって接続された第１及び第２リング部を有している。第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有しており、それにより、円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する。この構造により、クラッシュタワーは、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適(optimal)レベルのエネルギーを吸収するように構成されている。

本発明の別の態様では、エネルギー吸収クラッシュタワーは、中間接続リング部によって接続された第１及び第２リング部を有するつなぎ目のない連続した材料でできた円筒を備えている。中間接続リング部は、第１及び第２リング部の直径と異なった形状を画定すると共に、円錐台形湾曲部を画定し、それにより、円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する。この構造により、クラッシュタワーは、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適レベルのエネルギーを吸収するように構成されている。

本発明のさらに別の態様では、エネルギー吸収クラッシュタワーは、中間接続リング部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒を備えており、中間接続リング部は、円筒の長さに平行な方向の衝撃によって、第１及び第２リング部を互いに入れ子式に圧壊させるように構成されて、衝撃工程中に、円筒の材料が折り重なって、第１及び第２リング部の間に、中間接続リング部の長さより長い第３リング部を形成する。この構造により、クラッシュタワーは、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適レベルのエネルギーを吸収するように構成されている。

本発明のさらに別の態様では、方法が、車両に取り付けるために適合されたバンパシステム用に、中間接続リング部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒を備えたクラッシュタワーを形成するステップを含む。この方法はさらに、円筒の中間接続リング部を第１及び第２リング部と異なった形状に成形すること、ならびに、第１及び第２リング部の少なくとも一方を熱処理して、第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度にすることを含む。この方法により、バンパシステムがクラッシュタワーの長さに平行な方向に衝撃を受けている間に、第１及び第２リング部は、予測可能なエネルギー吸収レベルで互いに入れ子式に圧壊する。

本発明の目的は、衝撃を受けている間に特定の再現可能かつ予測可能な望ましい仕方及び順序で潰れて変形する円周方向に形成された溝をクラッシュタワーに設けることである。

本発明の目的は、順次に潰れる単一のつなぎ目がなくかつ連続した(contiguous)材料で形成されたクラッシュタワーを提供することである。

本発明の目的は、円筒部を有し、その少なくとも１つを熱処理して他の円筒部と異なった引張り強度にしたクラッシュタワーを提供することである。

本発明の目的は、車両が衝撃を受けている間に、前後に折り曲げた壁がアコーディオン状に圧壊して互いに当接する既知のクラッシュタワーのように圧壊するのではなく、互いに入れ子式にはまり込むように構成された円筒部を有するクラッシュタワーを提供することである。

本発明の目的は、円錐台形の中間接続円筒部によって接続された円筒部を有し、車両が衝撃を受けている間に円錐台形の円筒部が１つの円筒部を別の円筒部に引き込むようにしたクラッシュタワーを提供することである。

本発明の目的は、中間接続円筒部によって接続された第１及び第２円筒部を有し、車両が衝撃を受けている間に第１部が第２円筒部に入れ子式にはまり込み、中間接続円筒部は、衝撃工程中に第１及び第２円筒部間に閉じこめられた第３部を形成し、この第３部は、大きいが予測可能な変形及びエネルギー吸収を行うようにしたクラッシュタワーを提供することである。

本発明の目的は、中間接続円筒部によって接続された第１及び第２円筒部を有し、第１および第２円筒部ならびに中間接続円筒部が、予測可能かつ繰返し性に優れた、順次方式で互いに入れ子式にはまり込むようにしたクラッシュタワーを提供することである。

本発明の目的は、異なったバンパビーム及びバンパシステムに対して適応性が高く、特定のバンパビーム及び特定のバンパシステムに合わせて変更及び「調整」することができ、また、熱処理または焼鈍し処理（たとえば、焼鈍し領域を大きくするか、または特性の変化を大きくする焼鈍し）での変更、使用する壁材料の厚さの増減によるか、異なった硬度または性質の材料を使用することによる変更、円筒の長さ、直径、半径、壁構造または形状を変化させることによる変更、及び表面変化による変更などによる、そのような変更を行うことによる結果(outcomes and results)が予測可能なクラッシュタワーを提供することである。

本発明の上記及び他の態様、目的及び特徴は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面を精査すれば、当該技術分野の技術者には理解され認識されるであろう。

［好適な実施形態の詳細な説明］
車両バンパシステム１０（図１）は、取り付けブラケットを有する車両前バンパービーム１１と、レール取り付けプレート１２を含む車両フレームと、ブラケット及びプレート１２間に取り付けられたクラッシュタワー１３とを備えている。クラッシュタワー１３は、高強度熱処理可能鋼などのつなぎ目のない連続した材料でできた円筒を有する。円筒は、中間接続部１６によって接続された第１及び第２リング部１４及び１５を有する。中間接続部１６は、漏斗形ランプを形成する円錐台形部分１７を有する。第１リング部１４は、熱処理されて高い材料強度、たとえば、約１２０ＫＳＩの引張り強度になっており、これは、約６０ＫＳＩの引張り強度に保持される第２リング部１５より相当に高い。第１リング部１４の引張り強度は、第２リング部１５の引張り強度より相当に、たとえば、約１０％高くするべきであるが、好ましくはそれの約２倍の引張り強度、すなわち、約６０ＫＳＩだけ高くするべきであると考えられる。この構造は、リング部１４がリング部１５に入れ子式にはまり込んで、中間接続部１６の円錐台形部分１７で塊状になるために必要な剛性を与える。この構造により、バンパシステム１０がクラッシュタワー１３の長さに平行な端部衝撃を受けた時、第１及び第２リング部１４及び１５は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で互いに入れ子式に圧壊し、第３リング１８が第１及び第２リング部１４及び１５間に形成され始め（図２）、やがて実際に形成される（図３）。中間接続部１６の長さによって制限されながら第３リング１８が完全に形成されると、部分２２によって形成された「フック」の下側の位置２０で材料が座屈して塊状になり始める。車両モデルに十分な空間があると共に、クラッシュタワーが最終的に安定になる前に追加的なエネルギー吸収が望まれる場合、追加的リング部及び中間接続部を設けることができると考えられる。

図示のバンパビーム１１は、筒状ビームであって、当該技術分野では既知である。たとえば、Sturrusの特許第５，０９２，５１２号及び第５，８１３，５９４号を参照されたい。これらのバンパビームは、直線的または曲線的にすることができる。それらの形状に応じて、取り付けブラケットまたはプレートを使用して、クラッシュタワーに取り付けるために適合された比較的平坦な取り付け面をバンパに設けることができる。（特許第５，０９２，５１２号の図１４及び第５，８１３，５９４号の図４を参照されたい。）同様に、クラッシュタワーの車両接続端部にさまざまな異なった手段を使用して、クラッシュタワーを車両フレームに固定するための取り付け点を設けることができる。

本発明のクラッシュタワー１３は、単一の筒状形材から形成することができる。最初に、筒状形材をロール成形及び溶接して、一定の円形断面を有し、均一壁が一定厚さを有する永久円筒(permanent tube)にすることが考えられる。しかしながら、本発明では、非円形円筒を使用することもできると考えられる。

円筒を形成して所望長さに切断した後、中間接続部１６をロール成形またはプレス加工して、円筒の中心線２１に対して小さい角度をなす内向き変形した円錐台形部分１７（漏斗状の形状）と、中心線２１に対して大きい角度をなす内向き変形した丸み付き「急開き」(quick-out)部分２２とを形成する。図示の円錐台形部分１７は、比較的直線状の漏斗形状区域であり、それにより、衝撃によってリング部１５をリング部１４内へ誘導する剛直ランプを形成する。また、急開き部分２２は、丸みが付けられて傾斜しており、それにより、曲げ力を受けて、丸められてフック形状になる(causing it to roll into a hook shape)（図２を参照）。これはまた、後述するように、衝撃によって部分１４及び１５の入れ子作用に役立つ。

クラッシュタワー１３内の内部キャビティ２５は、開放状態にあり、衝撃によっても開放している。その結果、クラッシュタワー１３の性能に悪影響を与えることなく、部品をキャビティ２５内に配置することができる。所望ならば、たとえば、牽引フックブッシュをキャビティ２５内に配置することができる。

作用を説明すると、クラッシュタワー１３は、ロール成形などによって円筒を形成し、次にその円筒に小径の中間接続部をロール成形し、次にリング部１４（及び／または部分１５、１７及び２２）を熱処理することによって製造される。次に、１対のクラッシュタワー１３を、互いに水平方向及び横方向に間隔を置いた状態で、バンパビーム１１に取り付けることによって、バンパシステム１０に組み付ける。次に、バンパシステム１０を車両フレームに取り付ける。衝撃を受けている間に、中間接続部１６は、中心線２１に沿ったリング部１４及び１５の直線状強度(linear strength)のために、座屈し始める。特に、急開き部分２２が折り返されて二重になる時、円錐台形部分１７が急開き部分２２の下側に押し進められ、その急開き部分２２は、部分１７を把持するフック状リングを形成する。これは、第１（低）エネルギー吸収レベルの第１圧壊段階である。クラッシュタワー１３が車両衝撃による長い工程中にさらなる入れ子作用を受けると、中間接続部１６の端部が曲がって、リング部１４の残りの材料の下側に引き寄せられ、それにより、リング部１４及び１５間に第３リング部１８を形成する。その後、クラッシュタワー１３がさらに潰されると、リング部１５の端部が曲がって座屈し、中間接続部１６の急開き部分２２によって形成された「フック」の下側で塊状になる。さまざまな部分１４〜１６のこの順次の圧壊及び変形は、一定かつ予測可能であり、比較的狭い変動範囲で各順次段階においてエネルギー吸収が漸増する段階的エネルギー吸収曲線が得られる。

本発明の概念から逸脱することなく、上記構造に変形及び変更を加えることができることは理解されるであろうし、また、そのような概念は、そうでないことが明言されていない限り、添付の特許請求の範囲に包含されるものとすることも理解されたい。

車両フレームに取り付けられた取り付けプレートと、バンパビームと、対向する両端部が取り付けプレート及びバンパビームに取り付けられているクラッシュタワーとを備えたバンパシステムの横断面図である。 図１と同様であるが、クラッシュタワーが第１（比較的短い）距離だけ圧壊した状態にある図である。 図２と同様であるが、クラッシュタワーが第２（より長い）距離だけ圧壊した状態にある図である。

Claims (17)

1. 車両上にバンパを支持するように適合されたエネルギー吸収クラッシュタワーであって、
   つなぎ目のない連続した材料でできており、中間接続部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒であって、該第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有しており、
   それにより、該円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、
   前記第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する、円筒を備えており、
   該円筒は、長手方向中心線を画定し、
   前記中間接続部は、前記中心線に対して小さい角度をなして延びる第１部分及び前記中心線に対して大きい角度をなして延びる第２部分を有しており、
   それにより、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適(optimal)レベルのエネルギーを吸収するように構成されているエネルギー吸収クラッシュタワー。
2. 前記第１及び第２リング部は、それぞれ円筒形であって、直径を画定する請求項１に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
3. 前記中間接続部は、前記第１及び第２リング部の直径と異なった形状を画定する請求項
   ２に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
4. 前記中間接続部は、円形であって前記第１及び第２リング部の前記直径と異なった直径を画定する少なくとも１つの横断面を有する請求項２に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
5. 前記中間接続部は、衝撃によって前記クラッシュタワーが入れ子式に圧壊する時、前記第１リング部を前記第２リング部に引き込む形状を有する円錐台形部分を有する請求項１に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
6. 前記第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有する請求項１に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
7. 車両上にバンパを支持するように適合されたエネルギー吸収クラッシュタワーであって、
   つなぎ目のない連続した材料でできており、中間接続部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒であって、該第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有しており、
   それにより、該円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、
   前記第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する、円筒を備えており、
   前記第１及び第２リング部は、それぞれ円筒形であって、直径を画定し、
   前記中間接続部は、円形であって前記第１及び第２リング部の前記直径と異なった直径を画定する少なくとも１つの横断面を有しており、
   前記中間接続部の前記直径は、前記第１及び前記第２リング部の前記直径より小さく、
   それにより、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適レベルのエネルギーを吸収するように構成されているエネルギー吸収クラッシュクラッシュタワー。
8. 前記第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有する請求項７に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
9. 車両上にバンパを支持するように適合されたエネルギー吸収クラッシュタワーであって、
   つなぎ目のない連続した材料でできており、中間接続部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒であって、該第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有し、
   それにより、該円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、
   前記第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する、円筒を備えており、
   前記中間接続部は、衝撃によって該クラッシュタワーが入れ子式に圧壊する時、前記第１リング部を前記第２リング部に引き込む形状を有する円錐台形部分を有し、また、少なくとも１つの追加的円錐台形部分を有しており、
   それにより、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適レベルのエネルギーを吸収するように構成されているエネルギー吸収クラッシュタワー。
10. 前記第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有する請求項９に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
11. 車両上にバンパを支持するように適合されたエネルギー吸収クラッシュタワーであって、
    つなぎ目のない連続した材料でできており、中間接続部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒であって、該第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有し、
    それにより、該円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、
    前記第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する、円筒を備えており、
    前記第１リング部は、少なくとも約６０ＫＳＩの引張り強度を有し、
    前記第２リング部は、前記第１リング部の引張り強度より少なくとも約１０％高い引張り強度を有し、
    それにより、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適レベルのエネルギーを吸収するように構成されているエネルギー吸収クラッシュタワー。
12. 前記第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有する請求項１１に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
13. 車両上にバンパを支持するように適合されたエネルギー吸収クラッシュタワーであって、
    つなぎ目のない連続した材料でできており、中間接続部によって接続された第１及び第２リング部を有する円筒であって、該第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有し、
    それにより、該円筒の長さに平行な端部衝撃を受けた時、
    前記第１及び第２リング部は、予測可能かつ一定の多段階変形順序で入れ子式に圧壊する、円筒を備えており、
    前記第１及び第２リング部は、衝撃によって入れ子式にはまり合う前には同一直径を有しており、
    それにより、特定の入れ子式圧壊距離の位置で最適レベルのエネルギーを吸収するように構成されているエネルギー吸収クラッシュタワー。
14. 前記第１及び第２リング部の少なくとも一方は、熱処理されて、前記第１及び第２リング部の他方と異なった材料強度を有する請求項１３に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
15. バンパ及び車両フレームを含み、前記第１リング部は、前記バンパに取り付けられ、前記第２リング部は、前記車両フレームに取り付けられている請求項１３に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
16. 前記第１リング部は、前記中間接続部の第１部分に取り付けられ、
    前記第２リング部は、前記中間接続部の第２部分に取り付けられている請求項１５に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。
17. 前記中間接続部は、前記第１及び第２リング部が最初に入れ子式にはまり込むと、変形してフック形リングになる形状の部分を有しており、
    前記フック形リングは、前記第１及び第２リング部がさらに入れ子式にはまり込むと、前記第１及び第２リング部の少なくとも一方の材料が塊状になって曲がり、潰れて互いに重なるようにする請求項１３に記載のエネルギー吸収クラッシュタワー。

Images