JP2017512973A - 過負荷事象におけるエネルギーを吸収するアセンブリ - Google Patents

Abstract

過負荷事象発生時に、アセンブリ１に結合した物体における結果として生ずる負荷を減少するためエネルギーを吸収するエネルギー吸収器２を有するアセンブリ１であって、物体の過負荷は、過負荷事象が発生するとき、エネルギー吸収器２のエネルギー吸収によって回避する。エネルギー吸収器２は、固定具３と、エネルギー吸収器２に設けた保持具４とを有し、エネルギー吸収器２は、固定具３と保持具４との間に相対移動があるときエネルギー吸収器２はエネルギーを吸収する。エネルギー吸収器２は、吸収器シリンダ５と、吸収器ピストン７及びこの吸収器ピストンに連結したピストンロッド８を有するピストン装置６とを備える。吸収器ピストン７は、吸収器シリンダ５の吸収器チャンバ９における第１チャンバ１０を画定し、磁場感応性吸収器流体１２を充填する。ピストン装置６は、吸収器チャネル１４を設けた吸収器バルブ１３を有し、吸収器チャネル１４は軸線方向に延在し、磁場発生装置１６の磁場１５に曝すことができる。ピストンロッド８における外径の吸収器ピストン７における外径に対する比は、０.６よりも大きいものとし、磁場感応性吸収器流体１２を充填した第１チャンバ１０は、ピストンロッド８の周りの空間２８に延在し、これにより、磁場感応性吸収器流体１２は、過負荷事象発生の際のエネルギー吸収中にエネルギー吸収器２における固定具３と保持具４との相対移動が存在するとき、吸収器ピストン７の減衰チャネルを通過する。【選択図】図４

Description

本発明は、過負荷事象におけるエネルギーを吸収するアセンブリに関する。本発明は、とくに、単一過負荷事象の場合に人又は物品のような物体に与えるダメージを回避又は軽減するのに供するアセンブリに関する。アセンブリは、アセンブリに配置した、又は結合した物体に単一のエネルギー印加が発生する結果として生ずる負荷を軽減する。このようなエネルギー印加を伴う単一過負荷事象は、地雷爆発で生ずる。

本発明によるアセンブリは、とくに、兵員輸送車両、戦車、ヘリコプター等の運搬装置に採用し、例えば、運搬装置の下側で地雷が爆発するときの、健康に害をなす又は命を脅かす衝撃から輸送される人員を保護する。

従来技術としてエネルギー吸収できる種々のアセンブリが開示されてきた。可変パルスエネルギーは、剛性結合に起因して従来技術では相当なダメージを生ずる。ダメージは、事象に起因して人又は物品が被る、とくに永久的な損害を意味する。例えば、磁性流体又は電気流動学的流体によって衝撃を減衰することができる。例えば、磁性流体を使用することは、減衰チャンバにおける２つのチャンバ間の減衰ダクトに制御した磁場を印加し、減衰ダクトに発生する磁場の強度により減衰を生ずる結果となる。これらダンパ（減衰器）は、例えば、ＭａｇｎｅＲｉｄｅの商標名の下でこぼこ道表面を減衰するのに自動車に使用されている。

磁性流体を使用することによれば、磁性流体は１から２，３ミリ秒内で磁場変化に応答するので相当な利点がある。ピストンロッドに案内されるピストンが円筒形の減衰チャンバを第１及び第２のチャンバに分割し、減衰ダクトがピストンに貫通する一般的なダンパを、例えば、兵員輸送車両の地雷保護座席に使用するとき、またその下側で地雷爆発を生ずる場合、ダンパは相当大きな速度の衝撃を受け、その相対速度は５ｍ／秒以上、又は１０ｍ／秒、又はそれよりも高い速度にも達する。

磁性流体は１ミリ秒以内で磁場変化に応答できるが、これら速度比は、磁性流体がピストン内を流動して変化した磁場に応答し、また望ましい減衰（ダンピング）を生ずるには極めて長いピストンを必要する。

このようなシステムの欠点は、１つとして、このような極めて長いピストンがシステムの総重量を増大させることである。他には、このような長い減衰ダクトも磁場が印加されないときでも発生する基礎力を増大させる。このことは、例えば、このようなダンパのリセット速度を遅くする。

これらアセンブリを改良するためには、減衰ダクトのフロー（流動）直径を適切に増大させ、これに相応して流量（流率）を減少できるようにすることがある。このような手法の欠点は、拡大した減衰ギャップ内で磁性流動粒子の望ましい連鎖形成を得るために相当強力な磁場を必要とすることである。この点はこのようなシステムにおける電力要求を増大させ、このことは、中央エネルギー源は過負荷事象において常に確保できないことから、局所的エネルギー貯蔵デバイスを設けるべきことになるため、欠点である。

フロー（流動）ダクト直径を増大させる代替案として、直径は変えずにフローダクトの数を５〜１０個に増加させることがあり得る。このことは、そのフローを複数のダクトに分散させ、１つの単一減衰ダクトにおいて流量は増加しないようにする。この解決法の欠点の１つとして、より多くの空間を必要とすることがあり、また他の欠点として、適切な磁場を複数の減衰ダクトに印加しなければならならず、したがって、エネルギー要求を増加させることである。

したがって、本発明の目的は、過負荷事象の単一発生時にエネルギー吸収をして、信頼性の高いエネルギー吸収とともに、総重量を減少しかつ比較的少ないエネルギーで済むアセンブリを得るにある。エネルギー吸収器は、十分高いエネルギー印加であって、このようなエネルギー吸収器がない場合には、発生する負荷が許容限界を超える、又はアセンブリに結合した又は取り付けた物体に与えるダメージが甚大になるおそれがあるエネルギー印加を含む単一過負荷事象でエネルギーを吸収し、過負荷事象発生時にエネルギー吸収器のエネルギー吸収によって、アセンブリに結合した又は配置される物体、例えば、人員又は物体への負荷を減少することを意図する。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を有するアセンブリによって解決される。本発明の好適な特別な実施形態は従属請求項から得られる。

本発明の他の利点、特徴及び特性は、全般的説明及び例示的実施形態の説明から理解できるであろう。

本発明アセンブリは、とくに、過負荷事象発生時にエネルギーを吸収するのに供し、またエネルギーを吸収し、またとくに、アセンブリの少なくとも一部又はアセンブリに結合した若しくはアセンブリに結合するよう設けた物体に加わる結果として生ずる負荷を軽減するための少なくとも１個のエネルギー吸収器を備える。エネルギー吸収器それぞれには、少なくとも１個の固定具及び少なくとも１個の保持具を設ける。固定具は、好適には、エネルギー吸収器の一方の端部に連結し、また保持具は、エネルギー吸収器の他方の端部に配置又は固定する。エネルギー吸収器は、固定具と保持具との間における相対移動のエネルギーを吸収し、とくに、エネルギーを消散する又は熱に変換させ、アセンブリに連結又は結合することができる物体に作用する負荷を軽減するために設ける。エネルギー吸収器は、吸収器シリンダと、吸収器ピストン及びこの吸収器ピストンに連結したピストンロッドを有するピストン装置と、を備える。吸収器ピストンは、吸収器シリンダにおいて、吸収器チャンバの少なくとも１個の第１チャンバを画定する。第１チャンバには、磁場感応性吸収器流体を少なくとも部分的に充填する。少なくとも１個の吸収器ダクトを有する少なくとも１個の吸収器バルブを、ピストン装置に設ける又はピストン装置で構成する。吸収器ダクトは、吸収器ピストンの軸線方向に延在し、またとくに、吸収器シリンダの軸線方向にほぼ平行又は平行に延在させる。吸収器ダクトは、磁場発生装置として作用する少なくとも１個の電気コイルから生ずる磁場に曝すことができる。ピストンロッドにおける外径の吸収器ピストンおける外径に対する比は、３：５（０.６）よりも大きいものとし、磁場感応性吸収器流体を少なくとも部分的に充填した第１チャンバは、ピストンロッドの周りの空間及びとくに、環状チャンバに延在し、これにより、過負荷事象発生時にエネルギー吸収を行う際のエネルギー吸収器における固定具と保持具との相対移動中に、磁場感応性吸収器流体は、吸収器ピストンの減衰ダクトに強制通過させられる。

本発明アセンブリは多くの利点を有する。本発明アセンブリの注目すべき利点は、ピストンロッドの外径が吸収器ピストンの外径サイズの少なくとも半分であり、これにより、吸収器ピストンは引張荷重を受けるとともに、吸収エネルギーは吸収器流体の相当減少した量のみ変位させることである。吸収器流体の変位（押出し）量は、ピストン行程、ピストンロッド周りの環状表面から計算されるため、より太いピストンロッドは吸収器流体の変位量を顕著に減少する。

本発明アセンブリは単一負荷用に構成する。爆発等の場合、アセンブリは対応的にエネルギーを吸収して、物体又はアセンブリの減衰される端部に対する負荷を減少する。

エネルギー吸収器は、とくに、十分高いエネルギー印加であって、エネルギー吸収器がない場合には、アセンブリのコンポーネントに加わる負荷が、物体に対して過剰である及び／又はダメージを与えることのおそれがあり、又は高い確率であり、又は予想されるエネルギー印加を含む単一過負荷事象でエネルギーを吸収する、又はエネルギーを変換する上で、とくに好適であるよう構成する。過負荷事象発生時にエネルギー吸収器による対応的エネルギー変換のエネルギー吸収及び対応的消散は、結合した物体に対する負荷を減少しまたダメージを回避することを可能にする。

物体は、例えば、物体を運搬面上に配置若しくは載置及び／又は固定する場合に、アセンブリに結合する。

吸収器ピストンの軸線方向に延在する吸収器ダクトは、吸収器ピストンの第１端部と、吸収器ピストンの第２端部との間でほぼ直線状のラインとして延在する吸収器ダクトを意味すると理解されたい。吸収器ダクトは、とくに、吸収器ピストンに対して僅かに傾斜するよう延在させることもできる。

より太いピストンロッドにする結果として、吸収器流体の変位量を減少するだけでなく、吸収器ピストンにおける吸収器ダクトを通過する吸収器流体の流量（流率）も相応的に顕著に減少し、これにより吸収器ピストンの長さを減少することができる。このことは重量を減少する。

ピストンロッドの外径は意図的に大きく選定するが、その外径は、発生する負荷に起因するため必須ではない。

本発明アセンブリは、極めて多様な用途に採用するのに適している。例えば、アセンブリは、戦車、ヘリコプター、船舶、航空機のような輸送機、又は兵員輸送車両、又は自動車に使用し、爆発等の深刻な衝撃を減衰することができる。

有利な特定実施形態において、前記ピストンロッドにおける外径の前記吸収器ピストンにおける外径に対する比は、２：３よりも大きい、又は３：４よりも大きい、又は４：５よりも大きいものとする。ピストンロッドにおける外径の吸収器ピストンにおける外径に対する直径比は、９：１０又はそれ以上にすることができる。吸収器ピストンにおける外径に対するピストンロッドにおける外径の比の値は、０.６０より大きい、とくに０.７０より大きい、好適には０.８２よりも大きいものとすることができ、またそれが好ましい。

ピストンロッドは丸形又は丸みを付けた構成にするのが好ましい。さらに、ピストンロッド及び／又は吸収器ピストンは、多角形及び／又は部分的にのみ丸みを付けた外面にすることもできる。これらの場合、上述の比は、ピストンロッドにおける代表的外形寸法の吸収器ピストンにおける代表的外形寸法に対する比に関連する。ピストンロッド及び／又は吸収器ピストンの断面のこれら外形寸法は、吸収器チャンバにおける第１チャンバのチャンバ容積の特徴である比で与えられる。

有利な特定実施形態において、前記吸収器ダクトを前記吸収器ピストンに設け、また前記吸収器ピストンの長さは前記吸収器ピストンの外径よりも大きくする。吸収器ダクトは、とくに吸収器ピストンの外径よりも長くする。これら構成は有利であり、これはすなわち、極めて相対速度が極めて高速である場合にも十分な減衰を行うことができるからである。本発明による、ピストンロッドの外径を大きいものに選択するという事実から、吸収器ピストンの長さ自体は、発生する負荷に関連して構成される通常の細いピストンロッドを使用するときよりも、相当短くする。

前記ピストンロッドは中空空間を有し、この中空空間の直径は、この中空空間を包囲する壁の壁厚よりも大きくするのが好ましい。中空空間は、とくに、少なくとも１つの止まり穴の形状としてピストンロッドに構成する。とくに、ほぼ同軸状の止まり穴は、吸収器ピストン側とは反対側の端部で開放する構成にして設ける。このような中空空間は、一方では総重量を減少し、また他方では中空空間が他のユニット及び素子を収容するのに適しているから相当な利点をもたらす。したがって、例えば、制御装置の一部又は制御装置全体をピストンロッドの１つ又は複数の中空空間に設けることができる。他の中空空間及び／又は同一中空空間は、付加的又は代替的に、エネルギー供給用の少なくとも１個のエネルギー貯蔵デバイスを収容することができる。いかなる場合でも、エネルギー貯蔵デバイスを設けることは特に好ましい。多くの形態において、アセンブリは、２４時間又は７２時間又はそれ以上にわたり何ら外部電源がなくとも動作可能にすべきである。代表的期間は電源なしに適用可能とすべきである。適当なエネルギー貯蔵デバイスとしては、とくに、いわゆるスーパーキャップのようなキャパシタがある。アキュムレータの使用も同様に好適である。

アセンブリが基本状態又は休止状態であるとき、流体はピストンロッド周りの環状チャンバにおける第１チャンバに位置するのが好ましい。

有利な特定実施形態において、前記吸収器ピストンは前記吸収器チャンバを前記第１チャンバと第２チャンバとに分割し、また前記第２チャンバは、少なくとも部分的に前記吸収器流体を充填する。

この形態において、吸収器流体は、少なくとも部分的に第１チャンバから第２チャンバに転移することができる。この後、過負荷事象後又は過負荷事象における第１インシデント（出来）後に吸収器流体は、第１チャンバに逆流する転移を生し、他の後続インシデントを生じた場合に第１チャンバが再び吸収器流体を収容できるようにする。

１回の単一過負荷事象は、多数のインシデントを含むことがあり得る。したがって、地雷が装甲車両の下側で爆発する場合、車両は、先ず空中に持ち上げられる。これが第１インシデントである。第１インシデントは、極限加速度を伴うことがあり得る。この後、装甲車両は地面に戻る落下を生ずる。この衝撃が同一過負荷事象における第２インシデントである。

その他に、吸収器チャンバを第１チャンバのみで構成することができる、又は吸収器チャンバを吸収器ピストンにおける一方の側の第１サイドに設けるとともに、吸収器ピストンにおける他方の側の第２サイドには第２チャンバを設けない、若しくは外部に対して緊密に封止する第２チャンバを持たないようにすることができる。吸収器ピストンの第２サイドには、例えば、周囲環境に対して開放した可変中空空間を設けることができる。アセンブリは、好適には、複数インシデント用には設けておらず、原則として１回、２回又は３回のインシデントに適用するよう設けているため、永久的減衰動作は不要である。１回又は随意的に間髪入れない２回の爆発に信頼性高いエネルギー吸収を行うだけで十分である。

好適な実施形態において、前記吸収器シリンダにおける対称軸線からの環状チャンバの半径方向クリアランスは、前記吸収器シリンダにおける対称軸線からの前記吸収器ダクトの半径方向距離よりも大きいものとする。

好適には、前記ピストンロッドの半径は、前記吸収器シリンダにおける対称軸線からの前記吸収器ダクトの半径方向距離よりも大きくする。好適には、フローダクトを前記第１チャンバから前記吸収器バルブまで延在させ、前記フローダクトを少なくとも部分的に半径方向内方に延在させる。吸収器バルブ及び／又は吸収器ダクトは、好適には、フローダクトよりも一層半径方向内方に配置する。

好適な実施形態において、前記吸収器ピストンには、磁場発生装置として作用する電気コイルを配置し、前記電気コイルの巻線は吸収器シリンダの縦方向軸線に対してほぼ横方向に交差する軸線の周りに延在させる。このことは、とくに、電気コイルの軸線がピストン装置の縦方向軸線に交差する方向に整列することを意味する。このことによれば、吸収器ダクトの長さの大部分、とくに全長にわたり極めて有効な磁場を発生できる。電気コイルは、好適には、例えば、１００ｍｓの過負荷事象の持続期間にのみ動作できるような寸法にする。このことによれば、より細く、より軽量でより費用効果のよい電気コイルの構成にすることができる。このことによれば、アクチュエータそれぞれのアセンブリをより経済的に実現できる。拡張した電力印加の場合、電気コイルは過負荷状態になり、焼け切るおそれがある。

少なくとも１個の還流ダクトを設ける有利な実施形態において、少なくとも１個の還流ダクトには少なくとも１個の一方向バルブを設ける。このような還流ダクトは、過負荷事象の第１インシデントが終了するとき第２チャンバから第１チャンバへの吸収器流体の還流を可能にする。還流ダクトは、行程（ストローク）に関連して釈放されるようにする。

有利な実施形態において、休止状態における前記第１チャンバ内の前記吸収器流体の動作圧力は１ＭＰａ（１０バール）より低く、また特には０.１５ＭＰａ（１.５バール）より低いものとする。休止状態における前記第１チャンバ内の前記吸収器流体の動作圧力は周囲圧力に等しいものとすることができる。減衰状態における前記第１チャンバ内に生ずる最大平均動作圧力は１０ＭＰａ（１００バール）より高い、また特には５０ＭＰａ（５００バール）より高いものとする。

休止状態における前記第２チャンバ内の動作圧力は１ＭＰａ（１０バール）より低く、また特には０.１５ＭＰａ（１.５バール）より低いものとし、また周囲圧力に対応するものとすることもできる。とくに、好適には、減衰状態における前記第２チャンバの動作圧力は前記休止状態におけるよりも低いものとする。このことは、減衰状態における第２チャンバ内の動作圧力は減少することを意味する。減衰状態において、第２チャンバ内において周囲圧力に対して負圧が存在するのが好ましい。

例えば、休止状態における０.２ＭＰａ（２バール）又は０.１５ＭＰａ（１.５バール）又は周囲圧力でさえもある低動作圧力は、シールがほとんど応力を受けない又は全く受けないので、とくに有利である。過負荷事象における高い動作圧力は構造を考慮することができる。システムは強力な衝撃を永久的に減衰するように構成されていないので、高い動作圧力に曝されるシールは、平素状態において「軽度に処理される」。シール特性は永久的に確保することができる。シールによって封入されるシステム内以外に、液体をエネルギー吸収器内、とくに、カートリッジにおける吸収器チャンバ内に注入し、液体の安全で緊密な封止を確実にし、また組立ての取扱いを容易にすることができる。このようなカートリッジは、例えば、フィルムバック、薄い壁厚の金属若しくはプラスチック製の容器等として構成し、また過負荷事象で開放又は自動的に破裂するよう設けることができる。

好適な実施形態において、とくに引張ばねとして作用する少なくとも１個のバイアス装置及び／又は少なくとも１個のリセット装置を、前記固定具と前記保持具との間に設ける。このことにより、過負荷事象が発生した後にアセンブリを休止状態に自動的リセットを生ずる。

有利な実施形態において、前記第２チャンバは、前記吸収器ピストン、前記吸収器シリンダ及び端部カバーによって画定する。あるいは、端部カバーは、アセンブリが休止状態にあるとき、塵埃又は湿気等が第２チャンバに浸入するのを防止するだけのものとすることができる。

とくに好適には、アセンブリは、吸収器チャンバ内でピストンロッド用に間仕切りした、又は個別に均等化する容積を示さないものとする。このことは、吸収器ピストンが吸収器チャンバから突出するとき、第２チャンバ内に負圧を生ずるとともに、吸収器ピストンが後退するとき、内圧は全体的に増加する。

有利な実施形態において、前記吸収器シリンダと前記ピストン装置との間の相対移動を可能にする、少なくとも１個の剪断装置を設け、前記相対移動は、前記負荷が前記剪断装置の許容剪断力を超えて前記剪断装置の破壊を引き起こすレベルに達するときのみ生ずるものとする。このような剪断装置は、とくに、特定負荷を超えて吸収器シリンダとピストン装置との間の相対移動を可能にし、したがって、固定具と保持具との間の相対移動を可能にするときに剪断する、少なくとも１個の剪断ボルトを有することができる。このことは、剪断装置における限界負荷を超えるような高い負荷でのみ減衰を行うことを意味する。

さらに、通常動作で吸収器シリンダとピストン装置との間で特定範囲に限定される相対移動ができるようにする剪断装置を設け、これが好ましいことがあり得る。特定範囲を超える吸収器シリンダとピストン装置との間の相対移動は、負荷が剪断装置の許容剪断力を越えて剪断装置の破壊を生ずるレベルに達するときのみ可能となる。この構成は、通常動作における弱い衝撃を減衰する快適な機能を可能にする。地雷爆発のような過負荷事象発生によれば、剪断装置、とくに、剪断装置の剪断ボルトを剪断させ、この過負荷事象でエネルギー吸収を可能にする。通常状態における相対移動の制限は、過負荷事象のためのエネルギー吸収器の適正な運動ストロークを確実に利用可能にする。

剪断装置の代わりに、爆薬装填によって移動するボルトを使用することができる。電気制御ユニットを使用して爆薬装填をトリガする。爆薬装填の代わりに特別な形状記憶合金を使用することができる。

有利な実施形態において、制御装置の少なくとも一部及び／又はエネルギー貯蔵デバイスの少なくとも一部をピストンロッドとの中空空間内に配置する。

好適には、アセンブリは、座席装置又は少なくとも１個の座席装置を備えるものとする。保持具を座席装置に連結し、固定具は輸送機のボディに連結できるものとする。このことにより、座席装置の移動を減衰する。

アセンブリは、とくに、自動車の座席装置、及び少なくとも１個のエネルギー吸収器を備える。すべての場合において、座席装置は、座席フレームと、少なくとも１個の座席、とくに、１個のフレームにつき正確に１個の座席を有する。エネルギー吸収器は座席と座席フレームとの間に配置する。

座席装置は１対のユニットを介して取り付けることができ、少なくとも一方のユニットは、エネルギー吸収器を有するものとする。さらに、ユニットは、各個に１個のエネルギー吸収器を有することもできる。双方のユニットは様々な方向の衝撃を吸収するのに供することができる。さらに、双方のユニットは、同一目的のために供することもできる。一方のユニットは動作における通常衝撃を減衰する減衰及びを有するとともに、他方のユニットはインシデントの場合にエネルギーを吸収するエネルギー吸収器を有する。

さらに、２つのユニットを据え付けることもできる。例えば、２個の支柱を有する地雷保護座席は、２つのシステム又はユニット内に組み込むことができる。このとき、固定具をフル吸収器シリンダ及び保持具は、例えば、円筒形にし、突出アームがない構成にすることができる。さらに、双方のユニットに機能を分散することもできる。例えば、一方の支柱は減衰を行い、他方はリセットを行うものとすることができる。２つのユニット又はエネルギー吸収器を設ける場合、各エネルギー吸収器は、ちょうど半分の力又は半分の動作範囲を示すことができる。一方のエネルギー吸収器が第１爆発を減衰し、また他方のエネルギー吸収器が第１爆発後の第２爆発、又は地面に対する衝撃を減衰するようにできる。

ピストンロッドの直径増加は、吸収器ピストンを通過する容積を相当減少する。この結果、より少ない流量となり、このことは相応的に吸収器ピストンの長さを減少する。休止状態において、システムは加圧されず、比較的低い過剰圧力を示す。過負荷事象において、内圧は４０ＭＰａ（４００バール）又は６０ＭＰａ（６００バール）等まで相当上昇することができる。この圧力は永久には加わらず、例えば、地雷爆発のような過負荷事象又はダメージを生ずるような事象でのみ加わる。通常動作状態における圧力は低いため、すべてのシールに対する応力は低い。これらシールは、高い過剰圧力に対して永久的に封止を生ずる必要はなく、比較的短い損傷事象でのみ必要である。基本的に、１回、２回、３回又は４回のエネルギー吸収を行うことができる１度限りの減衰を行う。

地雷爆発の場合、２回の順次インシデントを生ずるのが一般的である。地雷爆発の場合、相当な総重量のある装甲車両であっても、空中に投げ飛ばされる。この過負荷事象の第１インシデントは、爆発で車両が空中に持ち上げられる。このとき、座席を有するアセンブリは、着座している乗員を過剰負荷及び応力に対して保護する。この後、過負荷事象の第２インシデント、すなわち、車両が地面に逆行落下する。この第２インシデントは強さが相当少なく、減衰は相応的に適合する。

１つの利点は、ピストンロッドの半径方向外方を包囲する吸収器流体を使用して減衰を行い、また損傷を生ずる場合、吸収器流体は半径方向外方から半径方向内方領域に吸収器ピストンを通過し、また吸収器ピストン内部の一層半径方向内方に配置した吸収器ダクトを通過する。有効性を増大するため、吸収器ダクトは間仕切り壁又はデバイダによって部分ダクトに分割することができる。

アセンブリ全体及び／又はアセンブリに設けた少なくともユニット及び／又はエネルギー吸収器は、とくに、エネルギー吸収器が乗員を僅かに負傷させる可能性がある５ｍ／秒より高い速度を制御する場合、極めて有用である。

すべての実施形態において、アセンブリは、とくに、過負荷事象時に引張応力を受ける。

すべての実施形態において、既存アセンブリに後付けできるのが好ましい。あるいは、アセンブリを後付けすることができる。

吸収器バルブは、１個若しくは２個、又はそれ以上の吸収器ダクトを有することができる。電気コイルを有する磁気回路は、強磁性材料のコアを有するのが好ましい。全般的に、アセンブリはインシデント又は大きな衝撃に対するエネルギー吸収器を形成する。

高エネルギー印加をともなう単一過負荷事象は、地雷爆発のようなものだけではなく生じ得る。このような単一過負荷事象は、例えば、オフロードにおける単一車両事故で生じ、例えば、ドライバが制御を失い、車両が予期しない予想外の斜面等に転落し、深く落ち込んだ地点に着地する激しい衝撃を受ける場合がある。これら事故において、過負荷事象におけるエネルギー印加の強さは、車両速度から導き出すことはできず、落下高さに基づき、しかし、この落下高さも、車両の速度から導き出すことはできない。

したがって、本発明によれば、自動車の乗員を、例えば、米国内で約５０％の致命的事故になり得るいわゆるオフロード事故から保護することができ、それが好ましい。

自動車、ＳＵＶ、トラック等の道路車両は、注意散漫、疲労、及び悪天候に起因して非舗装道路からラフな地形に進入走行することがとくに頻発する。本発明によるアセンブリを有する車両は、座席及び座席フレームよりなる座席構造を装備するのが好ましく、上述のエネルギー吸収器が、とくに、垂直方向又はほぼ垂直方向の作用する衝撃エネルギーの大部分を吸収する。乗員に対する危険な脊椎損傷を防止するため、座席と座席フレームとの間に少なくとも１個のエネルギー吸収器を設け、垂直方向力及び／又は座席の背もたれに平行な力及び／又は座面領域に直交する力を和らげるようにする。これら力は、道路から外れた車両に強い（少なくとも部分的に垂直方向の）衝撃を増大する。これら過負荷事象において、吸収しなければならない衝撃エネルギーは、大きく、又はほぼ、又はほとんど完璧に垂直方向に作用する。

本発明は、主に正面衝突のエネルギー吸収用には提供されない。平坦道路上での正面衝突に対しては、自動車は衝撃吸収つぶれゾーン又はエアバッグを装備する。

過負荷事象及びオフロード事故で垂直方向に作用する負荷（荷重）の強さ、又は地雷爆発での垂直方向負荷（荷重）の強さは、予測又は測定できないため、過負荷事象に先立つパラメータから導き出すことはできない。

車両が道路から外れようとしていることを感知するセンサは強制的に必要とするものではない。

すべての特定実施形態、形態及び例示的実施形態において、アセンブリに結合するよう設けた物体は、間接的又は直接的にアセンブリに結合することができる。物体は、アセンブリに、又はアセンブリに連結したコンポーネントに間接的又は直接的に配置することができる。連結は、固着する及び／又は着脱可能にすることができる。あるいは、物体は、アセンブリ又はアセンブリに連結したコンポーネントに載置し、また重量の力によって所定位置に保持する。

すべての場合において、エネルギー吸収器は、垂直、水平又は傾いて据え付けることができる。垂直方向力を消散させるため再経路付けすることができる。

本発明の他の利点及び特性は、添付図面につき以下に説明する例示的実施形態の記載から把握できるであろう。

本発明アセンブリの線図的斜視図である。 図１のアセンブリの正面図である。 図１によるアセンブリの減衰状態における一部断面とする側面図である。 図１によるアセンブリの休止状態における一部断面とする正面図である。 乗員を爆発から保護する本発明アセンブリを有する車両を示す。 図１によるアセンブリのピストン領域の拡大断面図である。 ピストンの断面図である。 他の実施形態の概略的説明図である。 さらに他の実施形態の概略的説明図である。

図１は、本発明アセンブリ１の線図的斜視図を示す。このアセンブリは、一方の端部に固定具３を設け、他方の端部に保持具４を設けた吸収器シリンダを備える。保持具４及び固定具３は、それぞれ２つの側方に突出するアームを有し、これらアームにバイアス装置３８の各１個のバイアスばね４３を配置し、過負荷事象６３後にアセンブリ１を図１にも示す休止状態４０に戻すようにする。

アセンブリ１は、固定具３と保持具４との間における相対移動のエネルギーを吸収し、また減衰するのに供する。保持具４はエネルギー吸収器２のピストン装置６に連結するとともに、固定具３は吸収器シリンダ５に固着する。上方端部には端部カバー３９を見ることができ、この端部カバー３９は、内部に隠れて存在する吸収器チャンバ９における第２チャンバを閉鎖し、また画定する。

図２は、アセンブリ１の正面図を示す。対称軸線３０が吸収器シリンダ５の中心を貫通し、この対称軸線３０は図３の断面図に沿って延びる。

図３は、過負荷事象６３中の減衰（ダンピング）状態４１にある図２における断面を示す。さらに、兵士が兵員輸送車両に着席できる座面領域２１ａを有する座席装置２１を示す。さらに、これは、道路交通用の自動車両における、例えば、ドライバ及び／又は乗員用の自動車座席の概略図とすることができる。

吸収器シリンダ５の内部には、ピストン装置６のピストンロッド８連結した吸収器ピストン７が見てとれる。吸収器ピストン７は、吸収器シリンダ５の内部における吸収器チャンバ９を第１チャンバ１０及び第２チャンバ１１に分割する。第２チャンバ１１は、端部カバー３９によって外方を画定され、この場合、気密に封止する。

休止状態において、第１チャンバ１０には、吸収器流体１２が少なくとも部分的に、また特別には全体的に充填されている。過負荷事象６３が発生するとき、ピストンロッド８は、吸収器シリンダ５から押し出され、これにより第１チャンバ１０内の吸収器流体１２は吸収器ピストン７における吸収器ダクト１４を通過して、第２チャンバ１１内に流入する。休止状態において、第２チャンバ１１には吸収器流体１２を予め部分的に充填しておくことができる。あるいは、第２チャンバ１１は、休止状態にあるとき、吸収器流体１２がほとんど又は全く充填されないようにし、単に空気又は他の圧縮可能なガス又は媒体を充填する。

ピストンロッド８は極めて大きな直径を有し、したがって、ピストンロッドの周りに比較的狭い環状ギャップが第１チャンバ１０に残るだけとなる状況がはっきりと分かる。このことに起因して、延在する吸収器ピストン７は、比較的僅かな量の吸収器流体１２のみを第１チャンバ１０から変位させる。したがって、吸収器ダクト１４における吸収器流体１２の流速は、爆発によって生ずる過負荷事象６３の場合でも低いままであり、吸収器ピストン７の長さは、磁場発生装置１６として作用する電気コイルの磁場によって望まれるようなフローに影響するのに十分である。

図３は、基礎減衰のための一定磁場を発生する永久磁石１６ａを付加的に示す。電気コイル１６は、その時々に望まれる特性に基づいて吸収器ダクト１４に有効な磁場を変調する。永久磁石１６ａの磁場は、電気コイル１６の磁場によって強化又は弱化することができる。永久磁石１６ａは単に例として示しており、任意な他の適当な位置に配置することができる。

吸収器流体１２は、第１チャンバ１０から第２チャンバ１１内に流動させられるとき、吸収器流体１２は、外側から内側に半径方向斜めに延在する半径方向フロー開孔４４に向けて半径方向に転向する。このことは、フローダクト又は吸収器ダクト１４が第１チャンバ１０よりも一層半径方向内側に配置されることを意味する。このことによれば、必要な磁場を発生する上で、また吸収器ダクト１４のために吸収器ピストン７の内部を有効利用できる。

この場合、ピストンロッド８は、安定を求められる以上に相当太くなるよう設計する。したがって、ピストンロッド８には、止まり穴として構成した中空空間２２を設けることができる。止まり穴２２はピストン側とは反対側の端部２６からピストンロッド８内に延在する。中空空間２２は、吸収器ピストン７の直ぐ前面まで延在し、これにより中空空間２２の長さは、ピストンロッド８の長さの３／４以上にわたり、吸収器ピストン７まで延在する。したがって、中空空間２２を使用することができる。制御装置４８及びエネルギー貯蔵デバイス４７を中空空間２２の内部に配置する。制御装置４８は、電気コイル１６に接続して、この電気コイルを制御する。さらに、座席装置２１に加わる負荷を吸収及び取り扱うため、制御装置４８をセンサデバイス６１に接続する。さらに、センサユニット６８を設ける。例えば、乗員がセンサユニット６８を身に付けることができる。

エネルギー貯蔵デバイス４７によれば、輸送車両に搭載された電源喪失を生じた場合でも、アセンブリ１は常にエネルギー吸収器２を制御するに十分なエネルギーを供給する。エネルギー貯蔵デバイスは、キャパシタ又はアキュムレータとすることができる。

吸収器ピストン７は、第１チャンバ１０を第２チャンバ１１から分離するだけでなく、制御装置４８によって制御されるフローバルブ１３をも形成する。

図４は、リセット装置４３として断面で示す予負荷装置３８を有するアセンブリ１の他の断面図を示す。分かり易くするため、エネルギー貯蔵デバイス４７及び制御装置４８は中空空間２２内には示さない。第１チャンバ１０はピストンロッド８の周りの環状チャンバ２８を形成する。環状チャンバ２８の半径方向範囲は中空ピストンロッド８の壁厚よりも小さい。

図５は、爆発の場合に乗員を保護するよう本発明によるアセンブリ１を設けた兵員輸送車両のような輸送車両５０の概略図を示す。輸送車両５０はボディ５１を有し、このボディ５１にアセンブリ１で代表して示す地雷保護座席６０を取り付ける。車両５０は、タイヤ５２を有する車輪によって走行することができる。爆発のような過負荷事象６３が発生する場合、車両５０は、空中に投げ上げられ、アセンブリ１の座席装置２１は、減衰運動を受けて、着座する人員に対する永久的な負傷を防止する。

図６は、図１によるアセンブリ１のピストン領域の詳細をよりよく示す拡大断面図を示す。半径方向外方には吸収器シリンダ５が見てとれ、この吸収器シリンダ５は、吸収器ピストン７と、これに下方に続いて内部に配置したピストンロッド８を有する。吸収器ピストン７の上方に、第２チャンバ１１が位置するとともに、吸収器ピストン７の下方に、環状チャンバ２８が配置されるよう構成した第１チャンバ１０が位置する。

ピストンロッド８の外径１８は、従来のエネルギー吸収器２に比べて相当拡大し、この場合、吸収器シリンダ５の内径１９の３／４より大きくする。

吸収器シリンダ５の内径１９は、実質的に吸収器ピストン７の外径１７に対応し、厳密に言うと、吸収器ピストン７の外径１７は、吸収器シリンダ５の内径１９とは僅かに異なり、吸収器ピストン７が吸収器シリンダ５内で低摩擦滑動できるようにする。

中空ピストンロッドの壁厚２４は、第２チャンバ１１の環状チャンバ２８の半径方向寸法の２倍よりも大きくする。

中空空間２２の内径２３は吸収器シリンダ５の内径１９のサイズの少なくとも半分とする。中空空間２２は、例えば、制御装置４８及びエネルギー貯蔵デバイス４７を収納する大きな格納容量を提供する。重量も軽減する。

電気コイル１６は中央領域に設け、また複数個の巻線３３を有する。

吸収器ダクト１４は、間仕切り構造を形成し、また吸収器ダクト１４に複数個の減衰ギャップ１４ａを設ける多重の壁１４ｂから構成することができる。このことは、実現可能な減衰力を増大する。中心縦方向軸線又は対称軸線３５から吸収器ダクト１４までの平均半径方向クリアランス３１は、対称軸線３５から第１チャンバ１０の環状チャンバ２８までの半径方向距離又は半径方向クリアランス２９よりも相当小さい。半径方向フロー開孔４４はフローダクト２７を形成し、このフローダクト２７は、第２チャンバ１１である環状チャンバ２８から吸収器流体１２を吸収器ダクト１４に転移する。

吸収器ピストン７の長さ２０は、吸収器ピストン７の外径よりも大きい。このことにより、吸収器ダクト１４内における吸収器流体の磁性粒子の保留時間を、電気コイル１６の磁場１５が吸収器流体１２に対して所望通りに影響するに十分なものとすることを確実にする。

図７は、吸収器シリンダ５の断面領域が見てとれるアセンブリ１の断面図を示す。電気コイル１６は、個別の巻線３３が分かる断面で示す。さらに、個別の減衰ギャップ１４ａを有する吸収器ダクト１４が見てとれる。電気コイルの対称軸線３４も同様に示す。磁場１５は点線で示した磁力線を発生し、これら磁力線は吸収器ダクト１４の減衰ギャップ１４ａに対して直交する又はほぼ直交する方向に通過する。

図８及び図９はアセンブリ１の概略図を示し、図８は、吸収器シリンダ５の外部に設けた還流ダクト３６を有するアセンブリ１の概略図を示す。一方向バルブ３７により吸収器流体１２のフローを一方向のみ流動させる。

フローダクト３６は、全体的に吸収器シリンダの外部に配置することができる。あるいは、フローダクト３６を吸収器シリンダ５の内部溝に設け、開放還流ダクトを特定位置に設ける。例えば、後退行程位置に達する直前に、第２チャンバ１１内に転移した吸収器流体を第１チャンバ１０に逆流させる還流接続を生ずるようにする。

あるいは、図９に示すように、吸収器ピストン７に貫通する、又は逆止弁若しくは一方向バルブ３７によって平素は閉じている吸収器ピストン７の表面における還流ダクト３６とすることができる。

概して、本発明は、地雷保護座席又は自動車における座席に装備するのに有利であり、爆発又はオフロード走行時の事故等のような事象発生の場合に、乗員に対する信頼性の高い保護を行い、負傷にリスクを大幅に減少するアセンブリ１を提供する。

１ アセンブリ
２ エネルギー吸収器
３ 固定具
４ 保持具
５ 吸収器シリンダ
６ ピストン装置
７ 吸収器ピストン
８ ピストンロッド
９ 吸収器チャンバ
１０ 第１チャンバ
１１ 第２チャンバ
１２ 吸収器流体
１３ 吸収器バルブ
１４ 吸収器ダクト
１４ａ 減衰ギャップ
１４ｂ 壁
１５ 磁場
１６ 磁場発生装置（電気コイル）
１７ （７の）外径
１８ （８の）外径
１９ （５の）内径
２０ （１４の）長さ
２１ 座席装置
２１ａ 座面領域
２２ （８の）中空空間
２３ （２２の）直径
２４ （８の）壁厚
２５ 壁
２６ 端部
２７ フローダクト
２８ 環状チャンバ
２９ 半径方向クリアランス
３０ （５，８の）対称軸線
３１ 半径方向距離
３２ リセット装置
３３ 巻線
３４ （１６の）軸線
３５ 縦方向軸線
３６ 還流ダクト
３７ 一方向バルブ
３８ バイアス装置
３９ 端部カバー
４０ 休止状態
４１ 減衰状態
４２ 剪断装置
４３ バイアス装置
４４ 半径方向フロー開孔
４５ ガイドブシュ
４６ シール
４７ エネルギー貯蔵デバイス
４８ 制御装置
５０ 輸送機、車両
５１ （車両）ボディ
５２ タイヤ
６０ 地雷保護座席
６１ センサデバイス
６３ 過負荷事象
６８ センサユニット

Claims (21)

1. 過負荷事象発生時に、アセンブリ（１）に結合した物体における結果として生ずる負荷を減少するためエネルギーを吸収するエネルギー吸収器（２）を有するアセンブリ（１）であり、
   エネルギー吸収器（２）は、十分高いエネルギー印加であって、エネルギー吸収器がない場合には、物体に対するダメージが高くなる可能性があるようなエネルギー印加を含む単一過負荷事象でエネルギーを、吸収し、エネルギー吸収器（２）のエネルギー吸収によって前記過負荷事象における物体の過剰な負荷を回避するのに好適であるよう構成し、
   前記エネルギー吸収器（２）は、前記エネルギー吸収器（２）に設けた固定具（３）と、前記エネルギー吸収器（２）に設けた保持具（４）とを有し、前記エネルギー吸収器（２）は、前記固定具（３）と前記保持具（４）との間に相対移動におけるエネルギーを吸収するために設け、
   前記エネルギー吸収器（２）は、吸収器シリンダ（５）と、吸収器ピストン（７）及びこの吸収器ピストン（７）に連結したピストンロッド（８）を有するピストン装置（６）とを備え、前記吸収器シリンダ（５）における前記吸収器ピストン（７）は、吸収器チャンバ（９）の少なくとも１つの第１チャンバ（１０）を画定し、前記第１チャンバ（１０）には磁場感応性吸収器流体（１２）を少なくとも部分的に充填し、
   軸線方向に延在する少なくとも１個の吸収器ダクト（１４）を有する吸収器バルブ（１３）をピストン装置（６）に設け、前記吸収器ダクト１４は磁場発生装置（１６）の磁場（１５）に曝すことができるようにした、
   該アセンブリ（１）であって、
   前記ピストンロッド（８）における外径の前記吸収器ピストン（７）における外径に対する比は、３：５よりも大きいものとし、前記磁場感応性吸収器流体（１２）を充填した前記第１チャンバ（１０）は、前記ピストンロッド（８）の周りの空間（２８）に延在し、これにより、前記過負荷事象発生の際のエネルギー吸収中に前記エネルギー吸収器（２）の前記固定具（３）と前記保持具（４）との相対移動の間に、前記磁場感応性吸収器流体（１２）を前記吸収器ピストン（７）の減衰ダクトを強制通過させる、アセンブリ。
2. 請求項１記載のアセンブリ（１）において、前記ピストンロッド（８）における外径の前記吸収器ピストン（７）における外径に対する比は、２：３よりも大きい、又は３：４よりも大きい、又は４：５よりも大きいものとする、アセンブリ。
3. 請求項１又は２記載のアセンブリ（１）において、前記吸収器ダクト（１４）を前記吸収器ピストン（７）に設け、また前記吸収器ピストン（７）の長さは前記吸収器ピストン（７）の外径（１７）よりも大きくする、アセンブリ。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記ピストンロッド（８）は中空空間（２２）を有し、前記中空空間（２２）の直径（２３）は、この中空空間（２２）を包囲する壁（２５）の壁厚（２４）よりも大きくする、アセンブリ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記吸収器ピストン（７）は前記吸収器チャンバを前記第１チャンバと第２チャンバとに分割し、また前記第２チャンバ（１１）は、少なくとも部分的に前記吸収器流体（１２）を充填する、アセンブリ。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、環状チャンバ（２８）と前記吸収器シリンダ（５）の対称軸線（３０）との間の半径方向クリアランス（２９）は、前記吸収器シリンダにおける対称軸線（３０）からの前記吸収器ダクト（１４）の半径方向距離（３１）よりも大きいものとする、アセンブリ。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記ピストンロッド（８）の半径は、前記吸収器シリンダにおける対称軸線（３０）からの前記吸収器ダクト（１４）の半径方向距離（３１）よりも大きくする、及び／又はフローダクト（２７）を前記第１チャンバ（１０）から前記吸収器バルブ（１３）まで延在させ、前記フローダクト（２７）を少なくとも部分的に半径方向内方に延在させる、アセンブリ。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記磁場発生装置（１６）として作用する電気コイル（１６）を前記吸収器ピストン（７）に配置し、前記電気コイルの巻線（３３）は吸収器シリンダ（５）の縦方向軸線（３５）に対してほぼ横方向に交差する軸線（３４）の周りに延在させる、アセンブリ。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、還流ダクト（３６）を設け、前記還流ダクト（３６）には少なくとも１個の一方向バルブ（３７）を装備する、アセンブリ。
10. 請求項１〜９のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、還流ダクト（３６）は、行程に関連して釈放されるようにする、アセンブリ。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、休止状態（４０）における前記第１チャンバ（１０）内の前記吸収器流体（１２）の動作圧力は１ＭＰａ（１０バール）より低く、また特には０.１５ＭＰａ（１.５バール）より低いものとし、また減衰状態（４１）における前記第１チャンバ（１０）内に生ずる最大平均動作圧力は１０ＭＰａ（１００バール）より高い、また特には５０ＭＰａ（５００バール）より高いものとする、アセンブリ。
12. 請求項１〜１１のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、休止状態（４０）における前記第２チャンバ（１１）内の動作圧力は１ＭＰａ（１０バール）より低く、また特には０.１５ＭＰａ（１.５バール）より低いものとし、また減衰状態（４１）における前記第２チャンバ（１１）の動作圧力は前記休止状態におけるよりも低いものとする、アセンブリ。
13. 請求項１〜１２のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、２個のユニットを設け、また前記ユニットそれぞれは、１個のエネルギー吸収器（２）を備える、アセンブリ。
14. 請求項１３に記載のアセンブリ（１）において、前記２個のユニットは、互いに異なる移動方向の衝撃を吸収するのに供する、アセンブリ。
15. 請求項１〜１４のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、とくに引張ばねとして作用する少なくとも１個のバイアス装置（３８）及び／又は少なくとも１個のリセット装置（３２）を、前記固定具（３）と前記保持具（４）との間に設ける、アセンブリ。
16. 請求項１〜１５のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記第２チャンバ（１１）は、前記吸収器ピストン（７）、前記吸収器シリンダ（５）及び端部カバー（３９）によって画定する、アセンブリ。
17. 請求項１〜１６のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記制御装置（４８）の少なくとも一部及び／又は前記少なくとも１個のエネルギー貯蔵デバイス（４７）を前記ピストンロッドの前記中空空間内に配置する、アセンブリ。
18. 請求項１〜１７のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、所定範囲を越える前記吸収器シリンダ（５）と前記ピストン装置（６）との間の相対移動を可能にする、少なくとも１個の剪断装置（４２）を設け、前記所定範囲越え相対移動は、前記負荷が前記剪断装置（４２）の許容剪断力を超えて前記剪断装置（４２）の破壊を引き起こすレベルに達するときのみ生ずるものとする、アセンブリ。
19. 請求項１〜１８のうちいずれか一項記載のアセンブリ（１）において、前記保持具（４）を連結した座席装置（２１）を備え、前記固定具（３）は輸送機（５０）のボディ（５１）に連結できるものとする、アセンブリ。
20. 請求項１９に記載のアセンブリ（１）において、前記座席装置（２１）は、２個のユニットによって固定し、これら２個のユニットのうち少なくとも一方は、前記エネルギー吸収器（２）を備える、アセンブリ。
21. 請求項２０に記載のアセンブリ（１）において、前記ユニットは、５ｍ／秒より大きい相対速度の最低可能負荷値を達成する、アセンブリ。

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