JP2008522903A - 熱成形されたエネルギー吸収体を有する歩行者衝突用バンパー - Google Patents

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Abstract

車両用バンパーシステムは、ビームと、ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体とを有する。熱成形されたエネルギー吸収体は、ベースフランジから熱成形された複数の細長いクラッシュボックスを有する。ビームの中央付近のクラッシュボックスは、奥行き最大約76.2mmであり、結果として、熱成形中に延伸される側壁を有し、一方、ビームの両端部付近のクラッシュボックスはより短く、したがってそれ程薄くはない。その結果、中央領域は、衝突中の歩行者への傷害を低減するよう意図されたより軽い衝撃力を有する。

Description

本発明は、衝突時の歩行者に対する傷害を低減するように構成された車両用バンパーシステムに関する。
[関連出願の相互参照]
本願は、2004年12月13日に出願された、「熱成形されたエネルギー吸収体を有する歩行者衝突用バンパー」と題する米国仮出願第60/635,655号の利益を主張するものであり、この内容全体は本明細書に援用される。
[背景]
最近のバンパーシステムは、ある一定のストロークにわたる最大衝突エネルギーを吸収するように設計されている。同時に、最近のバンパーシステムは、負荷スパイクを最小限に抑えると共に、車両衝突時に均一且つ予測可能な圧潰を促進するようエネルギーを分散させるように設計されている。空間のあらゆるミリメートル単位、10mm以下の空間であっても、エネルギー吸収にとっては重要である。さらに、エネルギー吸収システムの個々の構成部品は、他のエネルギー吸収構成部品、たとえば、金属製の管状ビーム及び非管状チャネル、射出成形された「ハニカム」エネルギー吸収体、発泡「ブロック」エネルギー吸収体、油圧式衝撃吸収体、クラッシュタワー及びマウント、並びにそれらの様々な組み合わせと、うまく組み合わせなくてはならない。同時に、軽量を維持しなければならない。また、選択された衝突帯(たとえば、車両の隅部、又は歩行者との衝突のような中央衝突)でのエネルギー吸収をカスタマイズする能力を維持することが望ましい。同時に、バンパーシステムのすべての構成部品は、可撓性を有さねばならず、車両前部の空力掃引曲率(aerodynamic sweeping curvature)に合致できなければならない。
衝突中に良好な圧潰ストローク及びエネルギー吸収を提供するために、エネルギー吸収体は通常、比較的奥行きのある部品(約40mm以上の奥行きのような)になるように射出成形され、相当の肉厚(たとえば、3mm以上の肉厚)を有するので、熱成形部品は、最近の乗用車用の外側バンパーシステムにはあまり使用されてこなかったことに留意されたい。さらに、固体重合体から製造されたほとんどの射出成形エネルギー吸収体は、エネルギー吸収体の異なる領域で最適のエネルギー吸収を提供するために、アンダーカットされた(undercut)表面と、一様でない肉厚と、異なる壁空間とを有する比較的複雑な部品である。このことは、基本的に短い奥行きと、比較的薄い肉厚と、アンダーカットされた表面/ブラインド表面でない表面とに制限された熱成形部品とはまったく逆である。従って、熱成形金型は、一般的により低コストであり、より短いリード時間しか必要とせず、より速いサイクル時間を提供し、より少ない熱エネルギーしか使用せず、より少ない廃棄物しか発生せず、環境により優しい処理であるにもかかわらず、乗用車の製造メーカーは、何年にもわたって熱成形部品の使用を避けてきた。バンパーの設計に熟練した技術者が、熱成形部品を他のエネルギー吸収システム及び構成部品と組み合わせたときに提供することのできる予想外の追加利点を十分に理解していなかったことが明らかである。
したがって、上記利点を有すると共に上記問題を解決するシステムが望ましい。
[本発明の概要]
本発明の一つの態様では、車両用バンパーシステムは、ビームと、ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体とを備える。熱成形されたエネルギー吸収体は、ベースフランジと、ベースフランジから熱成形された複数の離間したクラッシュボックスとを有する。クラッシュボックスのいくつかは、ビームの中央付近にあると共に中央の衝突用に設計され、クラッシュボックスのその他のものは、ビームの両端部付近にあると共に隅部の衝突用に設計された異なる形状を有する。クラッシュボックスはそれぞれ、ベースフランジから離間した前セクションと、上壁と、下壁と、前セクションからベースフランジに延びる前後に延びる側壁とを有する。上壁と下壁と側壁とは、熱成形中に延伸されるため厚さが薄く、上壁と下壁と側壁との少なくともいくつかは、ベースフランジの厚さの半分未満の側面の厚さを有する。
本発明の別の態様では、車両用バンパーシステムは、ビームと、ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体とを備える。熱成形されたエネルギー吸収体は、ベースフランジと、ベースフランジから熱成形された複数の離間したクラッシュボックスとを有する。クラッシュボックスはそれぞれ、ベースフランジから離間した前セクションと、上壁と、下壁と、前セクションからベースフランジまで延びる前後に延びる側壁とを有する。クラッシュボックスのいくつかは、クラッシュボックスの垂直方向寸法の少なくとも3倍の長さを有するように長手方向に細長い。
本発明のさらなる別の態様では、車両用バンパーシステムは、ビームと、ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体とを備える。熱成形されたエネルギー吸収体は、ベースフランジと、ベースフランジから熱成形された複数の離間したクラッシュボックスとを有する。クラッシュボックスは、その幅の少なくとも3倍長手方向に細長い。クラッシュボックスのいくつかは、ビームの中央付近にあると共にビームの前方に第1の距離の高さだけ延び、クラッシュボックスのいくつかは、ビームの両端部付近にあると共にビームの前方に第2の距離の高さだけ延び、第1の距離は、第2の距離の少なくとも2倍である。クラッシュボックスはそれぞれ、ベースフランジから離間した前セクションと、上壁と、下壁と、前セクションからベースフランジに延びる前後に延びる側壁とを有する。側壁は、厚さが一定でなく、熱成形中に延伸されるためテーパ形状であり、ビームの中央付近の第1の距離の高さのクラッシュボックスは、ベースフランジの約半分未満の厚さの、前後に延びる側壁の前部分を有する。ビームの両端部付近の第2の距離の高さのクラッシュボックスは、中央付近のクラッシュボックスより厚い断面を有する。これにより、衝突の際に歩行者への傷害を低減するように意図された軽い衝撃力(soft impact)を中央領域が有する。
本発明のこれら及び他の態様、目的及び特徴は、以下の明細書、特許請求の範囲、及び添付図面から、当業者には理解されるであろう。
[好適な実施形態の詳細な説明]
車両用バンパーシステム20(図1)は、歩行者の脚21、特に歩行者の膝22における傷害のような、衝突による歩行者への傷害を低減する改良を提供するように構成されている。バンパーシステム20は、ビーム23と、ビーム23の1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体24とを備えている。ビーム23は、マウント25によって車両フレームに取り付けられ、ビーム23及びエネルギー吸収体24は、車両の前端を審美的に覆うフェイシア26を支持するように構成されている。
熱成形されたエネルギー吸収体24は、熱成形可能なポリオレフィンのような材料シートから製造される。エネルギー吸収体24は、ベースフランジ32から熱成形された、奥深く延伸され長手方向に細長い複数のクラッシュボックス30を有している。クラッシュボックス30は、奥行き最大約76.2mm(3インチ)であり、結果として、熱成形中に延伸される側壁を有する。その結果、中央領域は、図4及び図5に示されるように、事故の際に歩行者への傷害を低減するように意図された比較的軽い衝撃力を有する。さらなる衝突の間、クラッシュボックス30は、下向き(又は上向き)に撓むと共に圧潰し、歩行者の脚を抵抗が最も少ない方へ向ける(throw)傾向にある。例えば、図7に示される例では、歩行者の胴体が、歩行者の脚を上半身と共に車両のボンネットの上へ回転させている。しかし、本発明の車両用バンパーシステムは、歩行者の脚を最も抵抗の少ない方向へ動かすことを可能にし、平行四辺形状の動きと共に撓み、水平方向から横、上、又は下方向へ向かってのエネルギーの伝達を容易にすることができる。
エネルギー吸収体24(図3及び図3A)は、その長さに沿って複数段の箱型のクラッシュボックス30を有し、高さ50.8mm(2インチ)長さ254mm(10インチ)である。各クラッシュボックス30は、ベースフランジ32から形成され、上壁33と、下壁34と、前セクション又は前壁37からベースフランジ32に延びる前後に延びる側壁35とを有している。上壁33と下壁34と側壁35とは、熱成形中に延伸されるため、ベースフランジ32の厚さよりも薄い厚さを有している(図3Aを参照)。それらの壁の少なくともいくつか(図3Aの側壁35を参照)は、側面の厚さがベースフランジ32の厚さの半分未満である前部分40を有している。例えば、ベースフランジ32が厚さ約4mm(前壁37は同様の厚さである)である場合、側壁35は、前部分40の前方位置(すなわち前壁37付近)において約1mmの厚さとなり、ベースフランジ32付近の位置において約2.5mmの厚さとなる。これにより、前壁37の前方位置は比較的強度が低くなるため、最初の衝突が比較的軽いものとなる。図示された側壁35は、テーパ形状である。壁の形状は熱成形技術によって影響を受け得ることに留意されたい。例えば、所望であれば、使用する熱成形技術の種類によって、最も薄い領域をベースフランジ付近に位置させることができる。これは、使用する金型の種類(雄型、雌型、ベースフランジの制限された材料流又は制限されていない材料流)及び材料(例えば、材料の温度、材料の種類及び材料固有の流動特性等)により制御することができる。また、上壁33及び下壁34は、少なくとも2つのチャネル状のうねり33’を有し、側壁35もまた、チャネル状のうねり35’を有し、これらは壁の強度及び安定性を向上させる。
図示されたバンパーシステム20は、一対のダウンアーム51によってビーム23の下方に保持された「カウキャッチャー」形下部ビーム50を有している。開口52が下部ビーム50とビーム23との間且つダウンアーム51間に形成され、車両のラジエータ及びエンジン冷却システムへの空気の流れを可能にする。
バンパーシステム20A(図8)は、バンパーシステム20と同様又は同一の構成部品を有しており、識別するために同様の符号が文字「A」を付け加えて使用されている。これは、冗長な説明を減らすためのものである。
具体的には、バンパーシステム20のように、バンパーシステム20A(図1)は、衝突による歩行者の脚への傷害を低減する改良を提供するように構成されている。バンパーシステム20Aは、ビーム23Aと、ビーム23Aの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体24Aとを有している。ビーム23Aは、マウント25Aによって車両フレームに取り付けられ、ビーム23A及びエネルギー吸収体24Aは、車両の前端を審美的に覆うフェイシアを支持するように構成されている。
熱成形されたエネルギー吸収体24Aは、熱成形可能なポリオレフィンのような材料シートから製造され、熱成形されて、ベースフランジ32Aの前方に延びる奥深く延伸された長手方向に細長いクラッシュボックス30Aを形成している(図10)。エネルギー吸収体24Aの中央領域のクラッシュボックス30Aは、奥行き最大約76.2mm(3インチ)であり、結果として、熱成形中に延伸される側壁を有する。しかし、エネルギー吸収体24Aの両端部のクラッシュボックス30Aは、奥行き約25.4mm(1インチ)以下にすぎない。中央と端部との間のクラッシュボックスは、中央のクラッシュボックス30Aのより深いセクションからより浅いクラッシュボックス30Aへ徐々に変化する。その結果、中央領域は、図4及び図5に示されるように、事故の際に歩行者への傷害を低減するように意図された比較的軽い衝撃力を有する。これにより、バンパーシステムは空気力学的形状を有することができ、車両の前方がビーム23Aの曲率よりも大きな曲率を有する。衝突中、中央領域のクラッシュボックス30Aは、下向き(又は上向き)に撓むと共に圧潰し、歩行者の脚を抵抗が最も少ない方へ向ける傾向にある。しかし、本発明のバンパーシステムは、歩行者の脚を最も抵抗の少ない方向へ動かすことを可能にし、平行四辺形状の動きと共に撓み、水平方向から横、上、又は下方向へ向かってのエネルギーの伝達を容易にすることができる。クラッシュボックス30Aは、隅部において、エネルギー吸収体24Aの端部セクションが中央セクションほど「軟らかい」ものではないとしても、歩行者を車両の側部へそらし、バンパーシステム20Aがやはり歩行者に優しいと考えられるように十分に角度がつけられている。
エネルギー吸収体24と同様に、エネルギー吸収体24A(図10)は、その長さに沿って、高さ50.8mm(2インチ)、長さ(約)254mm(10インチ)の2段の箱型のクラッシュボックス30Aを有している。しかし、エネルギー吸収体24とは異なり、これらのクラッシュボックスは、サイズ及び形状がすべて均一ではない。むしろ、クラッシュボックスは、その長さに沿って変化し、ビーム23Aの端部に近づくにつれて短くなっている。また、中央領域のクラッシュボックス30Aは、ラジエータの空気入口開口の周りのフェイシアの空気力学的形状と一致するように不規則な形状にされている。また、下段のクラッシュボックス30Aは、位置60Aにおいて上段のクラッシュボックスほど高くない。さらに、下段のクラッシュボックス30Aは、位置61Aに、ベースフランジ32Aが拡大された、熱成形されていないか又はわずかに熱成形されている領域を有している。これは、構造的理由又は審美的理由からなされ得る。
クラッシュボックス30Aは、上壁33Aと、下壁34Aと、前セクション又は前壁37Aからベースフランジ32Aに延びる前後に延びる側壁35Aとを有している。上壁33Aと下壁34Aと側壁35Aとは、熱成形中に延伸されるため、ベースフランジ32Aの厚さよりも薄い厚さを有し(図3Aを参照)、クラッシュボックスの奥行きがより深いほど厚さが薄くなり、よりテーパ状のセクションとなる。
図示されたビーム23A(図10)は管状であり、「D」字形状を画定する前壁70Aと後壁71Aと上壁72Aと下壁73Aとを有し、前壁70Aは、2つの長手方向に延びるチャネル74Aを有し、比較的平坦である。エネルギー吸収体24Aは、チャネル74Aと係合して、衝突中にエネルギー吸収体をビーム23A上に保持するのに役立つ、後方に向かって形成された突起75Aを有している。ベースフランジ32Aの上縁及び下縁は、ビーム23A上に一時的に摩擦的に固定するためのように、ビーム23Aの上縁及び下縁上で後方に向かって延びるフランジ76A及び77Aを潜在的に有している。
図11及び図12は、衝突前後の熱成形されたエネルギー吸収体24Aを示している。圧潰後のエネルギー吸収体24Aの全奥行き寸法は、全肉厚のわずか2又は3肉厚分であることに留意すべきである。これにより、発泡エネルギー吸収体よりも効果的な圧潰ストロークとなる。例えば、図13及び図14を参照すると、圧潰前後の発泡エネルギー吸収体90が示されている。図11及び図12のこのエネルギー吸収体は、非常に薄い壁(1mm〜2mmのような)であると共に実質的に中空であるように設計され、エネルギー吸収体を約1mm〜2mmの材料の厚さまで完全に圧縮させる。厚さ100mmの熱成形されたエネルギー吸収体では、約97mmの衝撃ストロークを可能にしつつ圧潰するであろう。発泡エネルギー吸収体では、約60mmから最終寸法の約40mmまでしか圧潰しないであろう。このさらなる37mmのストローク(すなわち97mm−60mm)は、バンパーシステムのパッケージサイズを減らすため、又はバンパーストロークを増大させるため(これは歩行者に優しいバンパーにとって重要である)に使用することができる。
図15は、熱成形されたエネルギー吸収体の熱成形エネルギー吸収に影響を及ぼすさまざまな要因を示している。すべてではないにしてもこれらの要因の多くは、バンパー開発プログラムで後々変わる可能性があり、生産中でさえも変わる可能性がある(例えば、後に要求されるバンパーのスタイリング変更に対応するため、又はバンパーシステムの衝突エネルギー管理の微調整を可能にするため)ことに留意されたい。図15に示される吸収体は、次の変数、すなわち、A=特定のパッケージ空間を調節するためのエネルギー吸収深さと、B=加速度パルスの曲線形状を調整するための二次負荷経路(secondary load path)の波の深さと、C=圧潰モードを調整するための面角と、E=初期剛性を調節するための波の深さと、F=剛性及びエネルギー吸収能力を調節するための材料の厚さとを有する。第1に歩行者の衝突エネルギーを管理することに加えて、これらの変数により、車両の破損保護、エアバッグの調整、しっかりとした積載等のように、他のバンパーシステムの要件に対処するために、吸収体をさまざまなエネルギー管理レベルに調整することができる。
本発明の概念から逸脱することなく、前述した構造に変形及び変更を行うことができ、さらに、このような概念は特許請求の範囲の文言で別途明記されない限り、添付の特許請求の範囲によって網羅されることが意図されることを理解すべきである。
本発明を具現化するバンパーシステムを有する車両前部であって、歩行者と衝突している当該車両前部を示す斜視図である。 図1と同様であるが、歩行者の片足のみを示し、バンパーシステムをより詳しく示すために車両からフェイシアを除いた斜視図である。 図1Aのバンパーシステムの斜視図である。 図2の熱成形されたエネルギー吸収体の斜視図である。 図3の線III−IIIに沿った垂直方向の断面図である。 図1のバンパーシステムの、歩行者の脚への衝突中の断面図であり、衝突の進行を示す図である。 図1のバンパーシステムの、歩行者の脚への衝突中の断面図であり、衝突の進行を示す図である。 図1のバンパーシステムの、歩行者の脚への衝突中の断面図であり、衝突の進行を示す図である。 図1のバンパーシステムの、歩行者の脚への衝突中の断面図であり、衝突の進行を示す図である。 より深い中央セクション及びより浅い端部セクションを有するように変更されたエネルギー吸収体を有する、変更されたバンパーシステムの斜視図である。 図8のバンパービーム及びエネルギー吸収体の斜視図である。 図9と同様であるが、エネルギー吸収体を分解して外したときの斜視図である。 熱成形されたエネルギー吸収体の圧潰を示す図である。 熱成形されたエネルギー吸収体の圧潰を示す図である。 発泡エネルギー吸収体の圧潰を示す図である。 発泡エネルギー吸収体の圧潰を示す図である。 衝突中のエネルギー吸収及びエネルギー管理を制御する、又はこれらに影響を及ぼすように変更され得るさまざまなパラメータを有する、例示的な熱成形されたエネルギー吸収体を示す図である。 下腿の衝突に関連するグラフである。 下腿の衝突に関連するグラフである。 下腿の衝突に関連するグラフである。 下腿の衝突に関連するグラフである。 計画された実験方法論を開示する図である。 エネルギー吸収体の設計における変数を開示する図である。 エネルギー吸収体の設計における変数を開示する図である。

Claims (11)

  1. ビームと、
    該ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体と
    を備え、
    該エネルギー吸収体は、ベースフランジと、該ベースフランジから熱成形された複数の離間したクラッシュボックスとを有し、
    該クラッシュボックスのいくつかは、前記ビームの中央付近にあると共に中央衝突用に設計されており、該クラッシュボックスのその他のものは、前記ビームの両端部付近にあると共に隅部の衝突用に設計された異なる形状を有し、
    前記クラッシュボックスはそれぞれ、前記ベースフランジから離間した前セクションと、上壁と、下壁と、前記前セクションから前記ベースフランジに延びる前後に延びる側壁とを有し、該上壁と該下壁と該側壁とは、熱成形中に延伸されるため厚さが薄く、該上壁と該下壁と該側壁の少なくともいくつかは、前記ベースフランジの厚さの半分未満の側面の厚さを有する、車両用バンパーシステム。
  2. 衝突中に歩行者への傷害を低減するように意図された軽い衝撃力を中央領域が有するように、
    前記ビームの前記中央付近の前記クラッシュボックスは、前記ベースフランジの約半分未満の厚さである前記前後に延びる側壁上の前部分を有し、前記ビームの前記両端部付近の前記クラッシュボックスは、前記中央付近の前記クラッシュボックスの前記前部分よりも厚い断面を有する前部分を有する、請求項1に記載の車両用バンパーシステム。
  3. 前記中央付近の前記クラッシュボックスは、奥行きが少なくとも76.2mmの前後寸法を有する、請求項1に記載の車両用バンパーシステム。
  4. 前記両端部付近の前記クラッシュボックスは、奥行きが25.4mm未満の前後寸法を有する、請求項1に記載の車両用バンパーシステム。
  5. 前記側壁のすべては、前後方向にテーパ状になっている断面を有する、請求項1に記載の車両用バンパーシステム。
  6. 前記クラッシュボックスの少なくともいくつかは、幅の2倍の長さを有する、請求項1に記載の車両用バンパーシステム。
  7. 前記前壁は、前記ベースフランジによって画定された第2の曲線よりも大きな第1の曲線を画定する、請求項1に記載の車両用バンパーシステム。
  8. ビームと、
    該ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体と
    を備え、
    該エネルギー吸収体は、ベースフランジと、該ベースフランジから熱成形された複数の離間したクラッシュボックスとを有し、
    該クラッシュボックスはそれぞれ、前記ベースフランジから離間した前セクションと、上壁と、下壁と、前記前セクションから前記ベースフランジに延びる前後に延びる側壁とを有し、
    前記クラッシュボックスのいくつかは、該クラッシュボックスの垂直方向寸法の少なくとも3倍の長さを有するように長手方向に細長く、
    前記ビームの中央付近の前記クラッシュボックスは、前記ベースフランジの約半分未満の厚さである前記前後に延びる側壁上の前部分を有し、前記ビームの両端部付近の前記クラッシュボックスは、衝突の際に歩行者への傷害を低減するように意図された軽い衝撃力を中央領域が有するように、前記中央付近の前記クラッシュボックスの前記前部分よりも厚い断面を有する前部分を有する、車両用バンパーシステム。
  9. 前記中央付近の前記クラッシュボックスは、奥行きが少なくとも76.2mmの前後寸法を有する、請求項8に記載の車両用バンパーシステム。
  10. 前記前壁は、前記ベースフランジによって画定された第2の曲線よりも大きな第1の曲線を画定する、請求項8に記載の車両用バンパーシステム。
  11. ビームと、
    該ビームの1つの面に位置付けられる熱成形されたエネルギー吸収体と
    を備え、
    該エネルギー吸収体は、ベースフランジと、該ベースフランジから熱成形された複数の離間したクラッシュボックスとを有し、
    該クラッシュボックスは、その幅の少なくとも3倍長手方向に細長く、該クラッシュボックスのいくつかは、前記ビームの中央付近にあると共に前記ビームの前方に第1の距離の高さだけ延び、前記クラッシュボックスのいくつかは、前記ビームの両端部付近にあると共に前記ビームの前方に第2の距離の高さだけ延び、前記第1の距離は、前記第2の距離の少なくとも2倍であり、
    前記クラッシュボックスはそれぞれ、前記ベースフランジから離間した前セクションと、上壁と、下壁と、前記前セクションから前記ベースフランジに延びる前後に延びる側壁とを有し、
    該側壁は、厚さが一定でなく、熱成形中に延伸されるためテーパ形状であり、
    衝突の際に歩行者への傷害を低減するように意図された軽い衝撃力を中央領域が有するように、前記ビームの前記中央付近の前記第1の距離の高さの前記クラッシュボックスは、前記ベースフランジの約半分未満の厚さの、前記前後に延びる側壁の前部分を有し、前記ビームの前記両端部付近の前記第2の距離の高さの前記クラッシュボックスは、前記中央付近の前記クラッシュボックスより厚い断面を有する、車両用バンパーシステム。
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