JP2005510393A - エネルギー吸収部材を備えるバンパアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、車両用バンパアセンブリ（２０）に関する。
【解決手段】 バンパアセンブリは、ビーム（２４）とエネルギー吸収部材（２２）とを備える。例示的な実施形態では、エネルギー吸収部材は、低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能である。

Description

本発明は総括的にはバンパに関し、さらに具体的には、車両用エネルギー吸収バンパシステムに関する。

バンパシステムの設計に当たり適合させることが多い公知の基準として、米国連邦車両安全基準（ＦＭＶＳＳ）がある。例えば、あるエネルギー吸収バンパシステムでは、車両のレール荷重限界を超えないように衝撃エネルギー及び貫入量を制御することによって、低速衝突に起因する車両の損傷を低減しようとする。さらに、あるバンパシステムでは、衝突による歩行者の負傷を低減しようとする。

バンパシステムは典型的には車両の前後に幅方向に延在するビームを備えており、ビームは長手方向に延びるレールに取り付けられる。ビームは典型的には鋼製であり、鋼製ビームは非常に堅く、構造強度及び剛性を与える。バンパシステムのエネルギー吸収効率を改善するため、ある種のバンパシステムはショックアブソーバを備えている。

エネルギー吸収バンパシステムつまりバンパアセンブリの効率は、距離に対する吸収エネルギーの量又は荷重に対する吸収エネルギーの量として定義される。高効率バンパシステムは、低効率エネルギー吸収部材よりも短い距離で多量のエネルギーを吸収する。高い効率は、レール荷重限度を僅かに下回る程度まで荷重を迅速に増大させ、衝突エネルギーが散逸するまでその荷重を一定に保つことによって達成される。

エネルギー吸収効率を改善するため、ショックアブソーバが例えば鋼製バンパビームと車両レールの間に配置される場合がある。ショックアブソーバは、衝突で生じたエネルギーの少なくとも一部を吸収しようとするものである。バンパアセンブリにショックアブソーバを追加すると、鋼製ビームに比較してコスト及び複雑さが増す。ショックアブソーバはバンパアセンブリの重量を増加させ、車両の全体的な燃費を低下させるという点でも望ましくない。

他の公知のエネルギー吸収バンパシステムは、エネルギー吸収発泡樹脂を含む。発泡樹脂系のエネルギー吸収部材は通例衝撃時の荷重応答が遅く、そのため大きな変位を生じる。さらに、発泡樹脂は圧縮率６０％又は７０％まで有効であるが、これを超えると発泡樹脂は圧縮不能となり、衝撃エネルギーを十分に吸収できない。残りの衝撃エネルギーは、ビーム及び／又は車両構造体の変形によって吸収される。

ある態様では、車両レールに取り付けられるように構成されたビームと、該ビームに連結されるエネルギー吸収部材とを備えるバンパシステムが提供される。エネルギー吸収部材は、低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能である。

別の態様では、車両用バンパアセンブリが提供される。このバンパアセンブリは、車両のレールに取り付けられるように構成されたビームと、エネルギー吸収部材と、ビーム及びエネルギー吸収部材を実質的に囲繞するようにエネルギー吸収部材に取り付け可能なフェーシア（表皮）とを含む。エネルギー吸収部材は、低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能である。

さらに別の態様では、車両バンパシステムのためのエネルギー吸収部材が提供される。このエネルギー吸収部材は低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能であり、フランジ付きフレームと、該フレームから延在する本体とを含む。本体は複数の突出部を含む。

以下、調整可能なエネルギー吸収部材を備えるバンパシステムについて詳細に説明する。
例示的な実施形態では、非発泡樹脂系エネルギー吸収部材がビームに取り付けられる。ビームは、例えば、鋼、アルミニウム又はガラスマット熱可塑性プラスチック（ＧＭＴ）から作られる。例示的な実施形態では、エネルギー吸収部材は、Ｘｅｎｏｙ（登録商標）材料から作られ、例えば歩行者衝突及び低速衝突など所望の衝突基準を満足するように調整可能である。具体的には、エネルギー吸収部材の前方部分は、歩行者の脚に衝突した時の衝撃を吸収するように調整され、また調整可能であり、エネルギー吸収部材の後方部分は、低速バリア衝突及びペンデュラム衝突に関して調整され、また調整可能である。特定のタイプの衝突時における衝撃力は、衝撃発生時の運動エネルギーを吸収し終わるまでエネルギー吸収部材及びビームを変形させることにより、所定レベルを僅かに下回る程度に維持される。衝撃が過ぎ去れば、エネルギー吸収部材はほぼ元の形状に戻り、その後の衝突に耐えるのに十分な健全性を保持する。

以下のバンパシステムの説明では、特定の材料（例えば、エネルギー吸収部材については、米国マサチュセッツ州ピッツフィールド所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社から市販のＸｅｎｏｙ（登録商標）材料）に言及するが、本バンパシステムの実施に際してはかかる材料に限定されず、他の材料も使用できる。例えば、ビームは、鋼、アルミニウム又はＧＭＴ圧縮成形ビームである必要はなく、他の材料及び製造技術も利用できる。一般に、エネルギー吸収部材はエネルギー吸収効率に優れた材料から選択され、ビームの材料及び製造技術は剛性ビームが得られるように選択される。

図１は、バンパシステム２０の一実施形態の分解斜視図である。システム２０はエネルギー吸収部材２２とビーム２４を備える。エネルギー吸収部材２２はビーム２４とフェーシア２６の間に配置され、これらは組立時に車両バンパを形成する。当業者には明らかであろうが、ビーム２４は、長手方向に延在するフレームレール（図示せず）に取り付けられる。

典型的には、フェーシア２６は一般に従来の車両塗装及び／又はコーティング法を利用した仕上げ作業に適した熱可塑性プラスチック材料から作られる。一般に、フェーシア２６は、エネルギー吸収部材２２と補強ビーム２４を囲繞し、車両取付後はこれらの部材はいずれも見えなくなる。

例示的な実施形態では、ビーム２４は押出アルミニウムから作られる。他の実施形態では、ビーム２４はロール成形鋼又は圧縮成形ガラスマット熱可塑性プラスチック（ＧＭＴ）から作られる。ビーム２４は、Ｂ形断面、Ｄ字形断面、Ｉ字形ビームとして構成したり、Ｃ字形又はＷ字形の断面形状を有するものなど、多数の形状のいずれを有していてもよい。ビーム２４の幾何学的形状は、ビームが用いられる具体的用途に応じて、所望の断面係数を与えるように選択される。ビーム２４はレール取付け孔２８を含んでおり、この孔にボルト（図示せず）を通してバンパシステム２０をフレームレールに固定することができる。

エネルギー吸収部材２２は、縦方向に延在する第一のフランジ５２と第二のフランジ５４とを有するフレーム５０を備えており、これらのフランジはビーム２４に重なる。フランジ５２はＵ字形であり、フランジ５４はフィンガ５６を含んでいて、フィンガ５６はビーム２４とスナップフィットを形成する。換言すれば、フィンガ５６はビーム２４の端部にスナップ嵌合する。吸収部材２２は、フレーム５０から外側に延びる本体５８をさらに含んでいる。本体５８の具体的構成は、図２、図３、及び４に示されており、以下にこれらの図面を参照して説明する。

図２、図３、及び図４を参照すると、本明細書では前方部分ともいうエネルギー吸収部材の本体５８は、第一横断壁６２と第二横断壁６４と、それらの間に延在する複数の調整可能なクラッシュボックス６６を含んでいる。横断壁６２，６４は凸部６８と凹部７０とが交互に連なる波形に構成され、衝撃時の撓みに耐える増強された剛性を横断壁に与える。横断壁６２及び６４はさらに複数の窓又は開口７１を備えている。波形の幅と深さの寸法及び開口７１の寸法は、所望に応じて様々な剛性特性を達成すべく変更し得る。クラッシュボックスは、側壁７２と、外壁７４と、内側フレーム５０まで延在する隙間７６とを備える。

図４は、エネルギー吸収部材２２の部分斜視図である。エネルギー吸収部材２２は複数の突出部８０を備える（図４では、３個半の突出部を示す。）。例示的な実施形態では、エネルギー吸収部材２２は７個の突出部８０を含む。無論、他の実施形態においてエネルギー吸収部材に組み込む突出部の数を増減できることはいうまでもない。

例示的な実施形態では、側壁７２及び横断壁６２，６４の厚さは、最前部８２から最後部８６まで直線的に変化する。一実施形態では、壁厚は約１ｍｍから約７ｍｍまで変化し、別の実施形態では、約１．５ｍｍから約５ｍｍまで、さらに別の実施形態では、約２．５ｍｍから約３．５ｍｍまで変化する。さらに別の実施形態では、壁厚は最前部８２から最後部８６まで一定であり、約１〜約７ｍｍである。さらに別の実施形態では、壁厚は段階的に変化する。特に、最前部８２の壁厚は一定で、最後部８６の壁厚は一定で最前部８２の壁厚よりも大きい。

エネルギー吸収部材２２は、各部分８２，８６の厚さを選択することによって調整可能であり、用途に応じてエネルギー吸収部材２２のレスポンスを変更できる。例えば、エネルギー吸収部材２２の最前部８２は、歩行者の脚に対する衝撃力を吸収すべく調整され、また調整可能であり、最後部８６は低速及びペンデュラム衝突に対して調整され、また調整可能である。

突出部８０の上面図及び断面図である図５と図６を参照すると、多数の寸法を文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、及びＦで示す。各々の寸法は、特定の用途に応じてエネルギー吸収部材２２を調整できるように選択可能である。図５及び図６に示す寸法の例示的な範囲を以下に示す。

Ａ：約９１°〜約９８°の範囲
Ｂ：約９１°〜約９８°の範囲
Ｃ：約３０°〜約９０°の範囲
Ｄ：約２０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲
Ｅ：約１０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲
Ｆ：約５０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲

いうまでもなく、各々の突出部８０は、車両の衝撃エネルギー要件に応じて、種々異なる幾何学的形状を取り得る。各々の突出部８０は、米国連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）に規定されるバリア衝突試験及びペンデュラム衝突試験の両方で軸方向クラッシュモードに対応でき、所望の衝撃荷重撓み基準を満足するように剛性の調整が可能である。すなわち、図４に示す壁厚並びに図５及び図６に示す寸法は、所定の用途での目標基準を満足するように選択できる。

例えば、壁は広くは約０．１ｍｍ〜約７．０ｍｍの範囲の厚さを有し得る。具体的には、所定の低速衝突又は歩行者衝突用途では、公称壁厚は一般に約１．０ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲であり、その他の用途、特に５ｍｐｈ ＦＭＶＳＳ系に関する用途では、側壁と後壁の公称壁厚は約２．５ｍｍ〜７．０ｍｍの範囲となるであろう。

エネルギー吸収部材２２を適切に調整する際のもう一つの見地は、使用する熱可塑性樹脂の選択である。使用する樹脂は、必要に応じて、低弾性率、中弾性率又は高弾性率の材料とすることができる。これらの変数の各々を慎重に考慮することによって、所望のエネルギー衝撃目標を満足するエネルギー吸収部材を製造することができる。

エネルギー吸収部材２２の製造に利用される材料の特性としては、高い靭性／延性、熱安定性、高いエネルギー吸収能力、良好な弾性率／伸び率比、リサイクル性などが挙げられる。エネルギー吸収部材は複数のセグメントに分けて成形してもよいが、強靭なプラスチック材料でできた一体構造のものであってもよい。吸収部材用の材料の一例は、前述のＸｅｎｏｙ材料である。無論、他のエンジニアリングプラスチック樹脂を使用することもできる。代表的なエンジニアリングプラスチック樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリカーボネート／ＡＢＳブレンド、コポリカーボネート−ポリエステル、アクリル−スチレン−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、アクリロニトリル−（エチレン−ジアミン変性ポリプロピレン）−スチレン（ＡＥＳ）、フェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンエーテル／ポリアミドブレンド（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＮＯＲＹＬ ＧＴＸ（登録商標））、ポリカーボネート／ＰＥＴ／ＰＢＴブレンド、ポリブチレンテレフタレートと衝撃改質剤（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社のＸＥＮＯＹ（登録商標）樹脂）、ポリアミド、フェニレンスルフィド樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、耐衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、低／高密度ポリエチレン（Ｌ／ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、熱可塑性オレフィン（ＴＰＯ）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

様々な具体的な実施形態について本発明を説明してきたが、本発明を実施するに当たり特許請求の範囲に記載された技術的思想及び技術的範囲内で変更を加えることができるのは当業者には明らかであろう。

エネルギー吸収部材を備えるバンパアセンブリの一実施形態の分解斜視図。 エネルギー吸収部材の前方斜視図る。 図２に示すエネルギー吸収部材の後方斜視図。 図２及び図３に示すエネルギー吸収部材の部分拡大図。 図４に示す突出部の上面図。 図４に示すエネルギー吸収部材突出部の中心を通る断面図。

符号の説明

２０ バンパシステム
２２ エネルギー吸収部材
５０ 内側フレーム
５２ 第一のフランジ
５４ 第二のフランジ
５６ フィンガ）
５８ エネルギー吸収部材本体
６２ 第一の横断壁
６４ 第二の横断壁
６６ クラッシュボックス
６８ 凸部
７０ 凹部
７１ 開口又は窓

Claims (19)

1. 車両レールに取り付けられるように構成されたビーム（２４）と、
   ビームに連結されるエネルギー吸収部材（２２）と、
   を備え、エネルギー吸収部材が低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能である、バンパシステム（２０）。
2. エネルギー吸収部材（２２）が射出成形されたものである、請求項１記載のバンパシステム（２０）。
3. ビーム（２４）が鋼、アルミニウム、熱可塑性プラスチック及びガラスマット熱可塑性プラスチックのうちの１種類以上である、請求項１記載のバンパシステム（２０）。
4. エネルギー吸収部材（２２）がビーム（２４）に取り付けるためのフランジ付きフレーム（５０）と該フレームから延在する本体（５８）とを備え、本体が複数の突出部（８０）を備える、請求項１記載のバンパシステム（２０）。
5. 突出部（８０）の少なくとも１つが互いに離間した第一の横断壁（６２）と第二の横断壁（６４）を備える、請求項４記載のバンパシステム（２０）。
6. 第一の横断壁（６２）及び第二の横断壁（６４）が波形であり、突出部（８０）の各々が１以上のクラッシュボックス（６６）を備える、請求項５記載のバンパシステム（２０）。
7. クラッシュボックス（６６）が側壁（７２）と外壁（７４）を備える、請求項６記載のバンパシステム（２０）。
8. 側壁（７２）及び外壁（７４）が所定の形状及び寸法の窓（７１）を備える、請求項７記載のバンパシステム（２０）。
9. 車両レールに取り付けられる構成されたビーム（２４）と、
   ビームに連結され、低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能なエネルギー吸収部材（２２）と、
   ビーム及びエネルギー吸収部材を実質的に囲繞するように、エネルギー吸収部材に取り付けることができるフェーシア（２６）と、
   を備える、バンパシステム（２０）。
10. エネルギー吸収部材（２２）が射出成形されたものである、請求項９記載のバンパシステム（２０）。
11. ビーム（２４）が鋼、アルミニウム、熱可塑性プラスチック及びガラスマット熱可塑性プラスチックのうちの１種類以上である、請求項９記載のバンパシステム（２０）。
12. エネルギー吸収部材（２２）がビーム（２４）に取り付けるためのフランジ付きフレーム（５０）と該フレームから延在する本体（５８）とを備え、本体が複数の突出部（８０）を備え、突出部が互いに離間した第一の横断壁（６２）と第二の横断壁（６４）を備える、請求項９記載のバンパシステム（２０）。
13. 第一の横断壁（６２）及び第二の横断壁（６４）が波形であり、突出部（８０）の各々が１以上のクラッシュボックス（６６）を備え、クラッシュボックス（６６）の各々が側壁（７２）と外壁（７４）を備える、請求項１２記載のバンパシステム（２０）。
14. 側壁（７２）及び外壁（７４）が所定の形状及び寸法の窓（７１）を備える、請求項１３記載のバンパシステム（２０）。
15. 車両バンパシステム（２０）のためのエネルギー吸収部材（２２）であって、エネルギー吸収部材が低速衝突及び歩行者衝突に関する所定の基準を共に満足するように調整可能であり、フランジ付きフレーム（５０）及びフレームから延在する本体（５８）を備え、本体が複数の突出部（８０）を備える、エネルギー吸収部材（２２）。
16. エネルギー吸収部材が射出成形される、請求項１５記載のエネルギー吸収部材（２２）。
17. 突出部（８０）の少なくとも１つが互いに離間した第一の横断壁（６２）と第二の横断壁（６４）を備える、請求項１５記載のエネルギー吸収部材（２２）。
18. 第一の横断壁（６２）及び第二の横断壁（６４）が波形であり、突出部（８０）の各々が１以上のクラッシュボックス（６６）を備え、クラッシュボックス（６６）の各々が側壁（７２）と外壁（７４）を備える、請求項１７記載のエネルギー吸収部材（２２）。
19. 側壁（７２）及び外壁（７４）が所定の形状及び寸法の窓（７１）を備える、請求項１８記載のエネルギー吸収部材（２２）。

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