JP2017500245A - 車両及びそのシャーシ - Google Patents

Abstract

低エネルギーの衝突を吸収するための手段を提供することによって、管状のスチールフレームを変形させることなく、管状フレームシャーシの耐衝撃性を更に向上させる。車両は、車両内で長手方向に延びる耐荷重性の管状シャーシ部材を有するシャーシ構造と、シャーシ部材の横方向外側に位置する少なくとも１つの潰れ構造と、を備え、潰れ構造の上下の範囲が、シャーシ部材の上下の範囲と重なるものである。これにより、潰れ構造はシャーシ部材と相互作用することが可能であり、シャーシ部材に衝撃力を伝達することにより潰れ構造の必要サイズ（及び重量）を減小させることができる。潰れ構造は、好ましくは取り外し可能であり、衝突後に交換することができる。あるいは、ドアが閉じた状態で必要な位置にある、車両のドアの潰れ構造部分。【選択図】図５

Description

本発明は、車両及びそのシャーシに関する。

出願人らの先の特許出願である国際公開第２００９／１２２１７８号、第２０１０／１４９９８１号、及び第２０１２／０１０８５０号において、コンパクトで軽量なシティカーに適したシャーシ構造が記載されている。これらは、平板状の複合シートが接合された管状スチールフレームを採用するものであり、その組合せは高度な剛性と耐衝撃性をもたらすものである。

本発明は、管状スチールフレームを変形させることなく低エネルギーの衝撃を吸収する手段を設けることによって、国際公開第２００９／１２２１７８号等に示されているシャーシの耐衝撃性を基に更に向上させようとするものである。このような損傷には、車両を衝突前の状態に戻すために大掛かりな修理作業が必要であり、それ故修理は非経済的となる可能性がある。選択肢の１つは、外部の衝撃を吸収する構造を追加することであり、小さな衝突を吸収するためのシル構造をシャーシにボルト留めしている米国特許出願公開第２０１３／００８８０４５号明細書に開示のようなものがある。しかしながら、これは、米国特許出願公開第２０１３／００８８０４５号明細書に記載されているように、小さな衝突以外のあらゆる衝突を吸収することが可能なシルが頑丈な部材であることから、著しい荷重負担を強いる非効果的な解決策である。

そのため、本発明は、車両内で長手方向に延びる耐荷重性の管状シャーシ部材を有するシャーシ構造と、シャーシ部材の側面の外側に位置する少なくとも１つの潰れ構造と、を備え、潰れ構造の上下の範囲がシャーシ部材の上下の範囲と重なる、車両を提供するものである。このようにして、潰れ構造はシャーシ部材と相互作用可能であり、シャーシ部材に衝撃力を伝達することにより潰れ構造に必要な大きさ（及び重さ）を減小させることができる。

潰れ構造は、取り外し可能な方法で、シャーシ部材に対する相対位置が保持されることが好ましい。これは、シャーシ部材に損傷がない衝突があった後、潰れ構造が容易に取り外され、取り換えられることを意味する。潰れ構造は、少なくとも１つの取り外し可能な固定手段によってシャーシ部材に対する相対位置が保持されることが理想的であり、取り外し可能な固定手段としては、ボルト、リベット、接着剤又はスポット溶接が挙げられる。あるいは、潰れ構造は、シャーシ構造へのヒンジ取付けによりシャーシ部材に対する相対位置が保持されていてもよく、例えば車両のドアの一部として潰れ構造を設けることができる。ドアは、閉じられた場合、シャーシ部材に対して正しい位置に潰れ構造を配置することができる。衝突後、ドアを取り換えることができる。このような構成において、潰れ構造は、ドアの下部シルに配置することができる。

潰れ構造は、発泡体のようなエネルギー吸収要素を内包する中空部材を備えていてもよい。潰れ構造は、１つ又はそれ以上の内部分離壁を有していてもよく、エネルギー吸収要素（が存在する場合）は、内部分離壁の片側に配置されていてもよい。その場合、壁は、エネルギー吸収要素が力を受けられるよう開口部を有していてもよい。

シャーシ構造は、長手方向のシャーシ部材の間に延びる横材、及びシャーシ構造に接合された平面シートを更に備えていてもよい。平面シートは、複合材料であってもよい。シャーシ部材及び／又は横材は、円形断面の管、又は四角断面の管、又は他の断面であってもよい。

本発明の一実施形態について、以下の添付図面を参照しながら、実施例を用いて説明する。

国際公開第２００９／１２２１７８号に係るシャーシ構造を示す図である。 国際公開第２００９／１２２１７８号及び国際公開第２０１２／０１０８５０に係るシャーシ構造の断面を示す図である。 本発明の構造的概念を示す図である。 本発明の第１実施形態を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す図である。 本発明の第３実施形態を示す図である。 本発明の第４実施形態を示す図である。 本発明の第５実施形態を示す図である。 本発明の第６実施形態を示す図である。 本発明の第７実施形態を示す図である。 本発明の第８実施形態を示す図である。

図１は、国際公開第２００９／１２２１７８号等に開示のシャーシ構造を示す。本発明は、このような型式のシャーシに適用可能であり、円形、正方形、長方形、又は他の断面の長手方向部材を少なくとも１つ有する他のシャーシ型式にも適用可能である。例えば、図１のシャーシ１０では、車両の前方から後方へ延びる２対の長手方向の円形断面の管が採用されており、左上部管１２、左下部管１４、右上部管１６、右下部管１８として配置されている。車両の各側の管は、概して、互いに上下に配置されており、それらを接続する概ね直立した部分要素２０を有している。また、２２で示されているようないくつかの横材が、各側の対応する管の間に延びており、骨格を完成させている。この実施例において、直立した部分要素は、円形断面であり、横材は四角断面であるが、これらのいずれもについて、所望に応じて他の断面も適用可能である。

前方のかご２４は、長手方向部材１２、１４、１６、１８の前方部分に接続され、操舵装置及び制動装置の搭載場所として設けられている。フープ２６は転覆の際の保護のために設けられている。

本実施例の骨格構造は、骨格に接合された複合パネル２８を有して提供されている。これらは骨格にブレーシングをもたらし、シャーシ全体に亘って負荷を分散させる。結果として、従来のプレス鋼製のシャーシよりも必要な材料が大幅に少なく、軽量で剛性を有するシャーシを得ることができる。本発明は、この型のシャーシに適用された場合に特に有利であるが、他のシャーシ構造にも適用することができる。

図２は、出願人等の先行出願国際公開第２００９／１２２１７８号及び国際公開第２０１２／０１０８５０号に記載されている、上述のシャーシの変形例の縦断面を示している。右側の長手方向の管１６、１８が、その円形断面と共に、示されている。複合パネルは、管に接続されており、右下部管１８から横に延びる下部パネル２８ａと、右上部管１６から横に延びる上部パネル２８ｂと、右上部管１６と右下部管１８との間を縦に延びる側部パネル２８ｃとが含まれる。上部パネル及び下部パネルは、それぞれ、パネルを通じた負荷分散を補助する指向性の繊維補強３０ａ、３０ｂを有する。下部パネル２８ａは、車両の電気モータを駆動させるためのバッテリー３２を支持しており、再充電又は交換のためにバッテリー３２が容易に取り外せるように、取り外し可能な固定手段３４を介して下部管１８に接続されている。

図３は、本発明に係る車両の下側の図を示している。下部パネル２８ａ、（模式的に示された）その補強３０ａ、及び固定手段３４と共に、下側の長手方向の軸１４、１８が示されている。後輪３５は、独立したリアサスペンションを介してシャーシに接続されており（国際公開第２０１０／１００４１２号参照）、後部に搭載されたエンジン３６によって駆動される。前輪３８は、フロントサスペンション４０を介してシャーシに接続されている。

長手方向の管１２、１４、１６、１８を（特に）側方からの衝突に対して保護するために、本発明では、長手方向の管１２、１４、１６、１８の側方の外側に位置する、前輪３８と後輪３４との間の領域の少なくとも一部を覆う潰れ構造４２の対策を提案している。シャーシは、そのような衝突に耐え、適切な衝突基準に適合するのに十分な強度を有しているものの、長手方向の管に損傷を与える可能性があり、それを修理することは大掛かりな作業となる。そこで、これを回避することができれば、少なくとも衝撃を数段階下げることができれば、車両を大幅に容易に修理することができる。しかしながら、潰れ構造４２はシャーシ全体としての設計目的、すなわち、軽量であり剛性を有すること、を打ち消すことがあってはならず、それ故、車両に過度の荷重負荷を強いる程大きなものであってはなない。その結果、極めて軽微な衝撃のみを吸収することができ、大きな衝撃の場合は長手方向の管の変形をもたらすような潰れ構造となる。

本発明において、潰れ構造は、シャーシの残りの部分と共に機能するよう設計され、衝撃の一部は潰れ構造によって吸収され、別の一部はシャーシに分散される。これにより、シャーシの管が変形されない衝撃の範囲が拡大され、潰れ構造の小さな追加荷重を有意義なものとすることになる。図４は、これが達成される概念を示している。シャーシ１０は、上部の長手方向の棒材１２に搭載された側方の潰れ構造４４を有しており、閉じた剛体室構造の発泡体等の、潰れることができる発泡材料４８で充填された台形断面の中空体４６を有する。部材４６は長手方向の棒材１２と同じ高さに搭載されており、台形断面４６の外側端から下部の長手方向の棒材１４との接続点まで延びるブレーシングパネル５０が付加されている。そのため、硬い対象物５２との側方衝突において、潰れ構造４６、４８は一部の衝撃エネルギーを吸収するものの、少なくともいくつかの構造が長手方向の棒材１２と同じ高さであるということは、衝撃力の一部が潰れ構造を通じて棒材１２へ、そして全体としてシャーシ１０へ伝達されることを意味する。ブレーシング５０は、衝突の間、潰れ構造４６、４８を概ね正しい位置に保持するよう機能し、それ以外のときは審美的効果をもたらすものである。潰れ構造４６、４８及びその壁厚さ（等）の寸法は、長手方向の棒材１２、１４の僅かに手前で変形する変形特性となるよう調整されており、必要に応じてシャーシ１０へ伝達される力が制限されている。

当然ながら、シャーシの棒材１２、１４、１６、１８が変形することとなるような、十分大きな側方衝突の程度が存在する。そのような衝突は、潰れ構造４４を漸進的に変形させ、より大きな力がシャーシ１０へ伝達される変形の限界に到達するまで変形させる。そのような大きな力は、一定の状況下でシャーシの棒材を変形するのに十分である。しかしながら、潰れ構造の効果は、潰れ構造４４が完全に潰れるのに必要なエネルギーに概ね相当する値だけシャーシの変形が起きる閾値を上げることにある。さらに、潰れ構造４４を、その一部がシャーシの棒材１２と同じ高さとなるよう設計することにより、両者は衝突の際に相互作用することが可能であり、潰れ構造が衝突エネルギーの全て又は実質的に全てを吸収することを求められることがない。これにより、潰れ構造は十分小さく、軽量となり、小型のシティカーの実際的な軽量シャーシへ組み込むことが可能となる。

潰れ構造には、考えられる設計が多数存在する。図５〜図１１は、更なる実施例を示しており、類似の参照符号が、類似の部分を指すのに用いられている。そこで、図５は、矩形の複合成形体５４が上部棒材１２と同じ高さに位置する設計を示している。台形の支持体５６は、成形体５４の下方に位置しており、エネルギー吸収発泡体５８で充填されている。ボルト、リベット、接着剤及び／又はスポット溶接等の機械的固定手段が、構造を上部及び下部の棒材１２、１４に取り付けるのに用いられており、これらは衝突後に元の潰れ構造を取り除き、交換するために、容易に取り外すことができる。更なる発泡充填材６０が、バッテリー３２の周囲の空間を充填するようシャーシ内に用いられ、衝突の際に移動するのを防いでおり；出願人の先行出願におけるように、バッテリーは、側方においてシャーシの棒材１２、１４、１６、１８によって境界され、縦方向において、シャーシの棒材に接合された上部複合パネル２８ｂと、交換又は更新のためにバッテリーを取り外し可能とするべくシャーシの残りの部分に機械的に固定された下部シャーシパネル２８ａとによって境界されるサンドイッチ構造で囲われている。

図６は、（図５のように）上部シャーシ棒材１２と同じ高さに保持されているものの、２つの三角断面構造６４、６６が追加された、中央の複合潰れ部材６２を有する構成を示している。下部の三角構造６６は、（上述のように）機械的固定手段を介して上部及び下部シャーシ棒材１２、１４に取り付けられている。上部の三角構造６４は、上部シャーシ棒材１２から延び、潰れ部材６２を囲い、下部三角構造６６の最外部の角に接続しており、滑らかな外部表面を形成している。２つの三角部分構造６４、６６の内部空間は、エネルギー吸収発泡体６８で充填されており、潰れ構造６２の支持をも補助している。

図７は、２つの複合成形体７０、７２を備える実施形態を示している。上部の成形体７０は、上部シャーシ棒材１２と同じ高さに位置しており、充填されていなければ中空の内部に高密度エネルギー吸収発泡体７４を有している。下部の成形体７２は、上部の成形体の直下に位置しており、両成形体の内部空間を分割する壁を共有している。シャーシに対して、下部の成形体は、片側に、縦方向にはシャーシ棒材１２、１４の間に位置している。下部の成形体は、下部のシャーシ棒材１４に機械的に固定されており、上部の成形体は、上部のシャーシ棒材１２に機械的に固定されている。

充填されていなければ中空の、下部の成形体は、低密度エネルギー吸収発泡体７６で充填されている。ここで、「低密度発泡体」とは、「高密度発泡体」よりも密度が低い発泡体を意味し、その逆もまた同様である。排出開口７８が２つの成形体を分割する共有壁に形成されており、衝突の際、衝突対象物と上部シャーシ棒材１２との間で圧縮された高密度発泡体は、上部成形体７０の外部へ、下部成形体７２内へと押圧される。この移動には抵抗が発生するが、この移動が低密度発泡体によって妨げられるものではない。このようにして、上部成形体７０によって生じる潰れ抵抗は、開口の大きさや形状、また複数設けられている場合にはその数や間隔の変化によって綿密に調整することができる。いくつかのそのような開口が部材の長さに沿って設けられることが理想的であるが、複数の開口又は開口の列を横方向に間隔を空けることも有利である。潰れ抵抗の更なる調整は、両発泡体の実際の密度の選択によっても達成することができる。すなわち、高密度発泡体の密度を上げることで一定の開口サイズでの潰れ抵抗を向上させることができるが、これは、低密度発泡体の密度を下げて、開口からの高密度発泡体の排出の抵抗が小さくなるよう反対に作用させることもできる。

図８は、共同して潰れ構造を形成する部材の、別の構成を示している。この実施形態は、必要な断面形状となるよう互いに接合された、３つの成形形状からなる。内面８０は、上部及び下部のシャーシ管１２、１４に対して位置しており、その両端においてシャーシ管と部分的に同形状である。外面８２は、その上部及び下部の先端で内面と合流しており、その両点の間で、側方の外側へ向けて延び、（内面８０と共に）概ね台形形状を示している。内部リブ８４は、台形内を内面８０から外面８２へ延び、台形の内側を分割して構造を強化している。このように画定された２つの内部領域は、両方とも、衝撃吸収発泡体８６、８８で充填されている。部材は複合材料、可塑性材料、又は金属材料であってもよい。これら一式の構造は、シャーシ管１２、１４に機械的に取り付けられる。

図９は、内面９０、外面９２、内部リブ９４、及び発泡充填材９６、９８を有する、図８に類似した構成を示している。この構成において、空間的構成は、外面９２の形状が台形であり、内部リブ９４が内面及び外面９０、９２の合流点から、構造の内部空間を通り、外面９２の対向角部まで延びるという差異である。そのため、構造は、２つの三角断面形状に分割され、これにより潰れ構造の剛性が加えられ、要求される潰れ特性の調整が補われる。

図１０は、同様の一般的構成において、内面１００、外面１２０、内部リブ１０４、及び発泡充填材１０６、１０８も採用する、更なる構成を示している。内面１００は、シャーシ管１２、１４に対応する２つの顕著なうねを備えており、シャーシ管１２、１４はしっかりと取り付けられた対応形状部材１０１にぴったりとフィットしている。部材１０１とシャーシ管の間には空間が維持され、部材１０１の内面にねじ固定を可能にしており；内面１００及びそれに重なる外面１０２の対応する穴にボルト１０３、１０５が挿入され、潰れ構造が定位置に保持されるようねじ固定に供される。これは潰れ構造の長さに亘って間隔を有して繰り返されていてもよい。

図１１は別の実施形態を示している。シャーシレール１２、１４は、ここでもまた、シャーシパネル２８ａ、２８ｂ、及び図１及び図２に関して説明されたように他の構造によってブレーシングされている。外部形状１１０は、ボルト１１２を介して上部シャーシレール１２に固定され、これが間隔を有して繰り返され、また、外部形状１１０は、下部シャーシレール１４にも接着固定され；外部形状１１０は２つのシャーシレールに隣接するものの、それらの間で側方の外側へ分岐し、車両に剛性を有するシルを画定する。衝撃吸収発泡体１１６は形状１１０の分岐部の後ろ側に提供されている。外部表面１１８は装飾目的で提供され、シル上に置かれた足が支持されるようシル形状の上面と実質的に同形状であるが、他の部分では審美的形状を有している。下部シャーシパネル２８ａは、シャーシ棒材１４にボルト１１４によって間隔を有してボルト留めされており、また、シャーシレール１４から僅かに延びて外部表面１１８の固定点を提供する。

すなわち、この構造は、上部シャーシレール１２の高さにおいて、剛性を有する外側表面を示している。これはドア構造１２０で満たされており、このドア構造１２０は、所望の審美的効果を与え、ロック機構、ウインドウワインダー等の様々な構造のための内部空間を画定するよう形状が選択された、内部表面１２２及び外部表面１２４を含んでいる。この内部空間の下端には、シルの直上であり、かつ、実質的に上部シャーシ棒材１２と同じ高さに、閉じた状態のドア構造によって保持される潰れ構造１２６が存在している。潰れ構造は、内側面及び外側面１２８、１３９によって画定されており；外側面１３０は、概ね平坦であるもののドアの外部表面１２４の形状に適合するよう僅かに湾曲している一方で、内側面１２８は、外側面１３０への取付けを可能とするためのフランジ状の端部を有する台形形状である。このように画定される内部空間は、衝撃吸収発泡体で充填されている。上述のように、各部材は、所望により複合材料、可塑性材料、又は金属材料であってもよい。

ブロック１３２は、標準的で典型的なＥｕｒｏ−ＮＣＡＰ（ヨーロッパ新車アセスメントプログラム）又は連邦の側方衝突テスト部材であり、この種の標準的な衝突の場合、潰れ構造１２６上のドアに打ち付けられるものである。最初に、ドアの表面が変形し、直後に潰れ構造１２６が続き、標準的衝突部材ブロック１３２と上部シャーシレール１２との間で圧縮される。このようにして、衝撃力は、シャーシを変形させることなく、上述のようにシャーシへと伝達される。衝突後、損傷したドア１２０は新たなドアと交換されることにより、潰れ構造１２６も共に交換される。

各実施形態は、いずれも本発明の基本的な主旨に基づく変形例を示すものであり、個々の実施形態における変形例は、所望により、他の実施形態へも適用することができる。

当然ながら、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明の実施形態に対して様々な変形を加えることが可能であることが理解されるであろう。

Claims (15)

1. 車両内で長手方向に延び、耐荷重性で管状の上部シャーシ部材、及び、前記上部シャーシ部材とは異なる、車両内で長手方向に延び、耐荷重性で管状の下部シャーシ部材を有するシャーシ構造と、
   前記上部シャーシ部材に搭載され、シャーシ部材の横方向外側に位置する少なくとも１つの潰れ構造と、
   を備え
   前記潰れ構造の上下の範囲が、前記上部シャーシ部材の上下の範囲と重なる、車両。
2. 前記潰れ構造が、取り外し可能な方法で、前記シャーシ部材に対する相対位置が保持される、請求項１に記載の車両。
3. 前記潰れ構造が、少なくとも１つの取り外し可能な固定手段によって、前記シャーシ部材に対する相対位置が保持される、請求項２に記載の車両。
4. 前記固定手段、又は各々の前記固定手段のうち少なくとも１つが、ボルト、リベット、接着剤、及び／又はスポット溶接である、請求項３に記載の車両。
5. 前記潰れ構造が、前記シャーシ構造へのヒンジ取付けによって、前記シャーシ部材に対する相対位置が保持される、請求項２に記載の車両。
6. 前記潰れ構造が、前記車両のドアの一部である、請求項５に記載の車両。
7. 前記潰れ構造が、前記ドアの下部シルに位置する、請求項６に記載の車両。
8. 前記潰れ構造が、エネルギー吸収要素を内包する中空部材を有する、先行請求項のうちいずれか１項に記載の車両。
9. 前記エネルギー吸収要素が発泡体を含む、請求項８に記載の車両。
10. 前記潰れ構造が内部分離壁を備える、請求項８又は請求項９に記載の車両。
11. 前記エネルギー吸収要素が前記内部分離壁の一方側に位置する、請求項１０に記載の車両。
12. 前記内部分離壁が、衝撃の吸収を補助するために前記エネルギー吸収要素が押圧され得る開口部を有する、請求項１１に記載の車両。
13. 前記シャーシ構造が、長手方向に延び、耐荷重性で管状の前記上部シャーシ部材及び前記下部シャーシ部材を２対有すると共に、前記２対の前記上部シャーシ部材及び前記下部シャーシ部材のうち１対ずつを車両の各側に有し、長手方向のシャーシ部材の間に延びる横材を更に有する、先行請求項のうちいずれか１項に記載の車両。
14. 前記シャーシ構造に接合された平面シートを更に有する、請求項１３に記載の車両。
15. 前記平面シートが複合材料からなる、請求項１４に記載の車両。

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