JP2019214378A

JP2019214378A - 車両アセンブリのための変形式エネルギー吸収器システム

Info

Publication number: JP2019214378A
Application number: JP2019168656A
Authority: JP
Inventors: エヌ．ガンディーウメッシュ; N Gandhi Umesh
Original assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc; Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
Current assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: US20150251617A1; US9550466B2; JP6820388B2; JP2015168430A

Abstract

【課題】車両アセンブリのための変形式エネルギー吸収器システムを提供すること。【解決手段】本発明の変形式エネルギー吸収器システムは、エネルギー吸収構造と、該エネルギー吸収構造を変形させる該エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムと、を含む。【選択図】図２

Description

本開示内容は、概して車両アセンブリに関し、更に詳細には、車両アセンブリのための変形式エネルギー吸収器システム(morphing energy absorber system)に関する。

ドアの如き車両構造は典型的に、外側パネルと、構造的支持を提供する内側パネルとにより構成される。通常、搭乗者区画の近傍にて上記内側ドアパネルに対しては、トリム・パネルが締着されることで、内部ドア構成要素が覆い隠されると共に、美的な品質及び人間工学的な特徴が提供される。

車両の乗員の着座領域に対する衝突形式の衝撃の影響を減少するために、幾つかの車両アセンブリは、発泡体もしくはハニカム構造から成るドア貫入防止ビーム及び補強材を含むことで、エネルギー吸収を実現し得る。有効ではあるが、斯かる構造のエネルギー吸収は必然的に、概して中背の乗員に向けられると共に、比較的に背が低い乗員に対しては剛直すぎ、且つ比較的に背が高い乗員に対しては柔軟すぎることがある。

変形式エネルギー吸収器システム、及び、車両のクラッシュスペース(crush space)を変形させる（morphing）方法が開示される。上記システムは、当該エネルギー吸収構造を変形させる該エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムを含む。これにより、上記エネルギー吸収構造は変形される（morphed）ことで、そのクラッシュスペースを調節すると共に、乗員を更に効果的に緩衝する。

本開示内容に関して開示された一つの非限定的な実施形態に係る車両のための変形式エネルギー吸収器システムは、エネルギー吸収構造と、上記エネルギー吸収構造を変形させる該エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムと、を含む。

本開示内容に関して開示された別の非限定的な実施形態に係るエネルギー吸収用車両構造は、トリム・パネルと；上記トリム・パネルの近傍のエネルギー吸収構造と；上記エネルギー吸収構造を変形させる該エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムと；を含む。

本開示内容に関して開示された一つの非限定的な実施形態に係る、エネルギー吸収用車両構造内のクラッシュスペースを変形させる方法は、エネルギー吸収構造を変形させる段階を含む。

上述の各特徴及び各要素は、別様に明示的に示されるのでなければ、排他性なしに、種々の組み合わせで結合され得る。これらの特徴及び要素、ならびに、その作用は、以下の説明及び添付図面を考慮すれば更に明らかとなろう。但し、以下の説明及び各図面は、本質的に例示的であり且つ非限定的であることが意図されることを理解すべきである。

当業者であれば、開示された非限定的な実施形態に関する以下の詳細な説明から、種々の特徴が明らかであろう。詳細な説明に伴う各図は、以下の如く簡単に説明され得る。

車両乗員区画の部分的斜視図である。変形式エネルギー吸収器システムを備えた車両アセンブリの断面図である。変形式エネルギー吸収器システムの概略図である。変形式エネルギー吸収器システムに対する例示的な配置箇所を備えた車両アセンブリの透視図である。中立状態におけるエネルギー吸収構造の断面図である。比較的に大柄な乗員に対する変形状態における図５のエネルギー吸収構造の断面図である。比較的に小柄な乗員に対する変形状態における図５のエネルギー吸収構造の断面図である。図５から図７に示された状態においてエネルギー吸収構造に対して提供されるクラッシュ力をグラフ表現する図である。乗員質量に対して必要とされる剛性をグラフ表現する図である。変形式エネルギー吸収器システムの動作に対するアルゴリズムである。

図１は概略的に、車両20の選択された部分を示している。車両20は概略的に、当該車体22に対して移動可能であるドア24を備えた車体22を含んでいる。ドア24は概略的に、車両20のロッカー・パネル26及び乗員着座領域28に対して作動関係で示される。開示される非限定的な実施形態においては、例示的なエネルギー吸収式の車両アセンブリとして運転者のドアが示されるが、ダッシュボードの如き乗員の近傍の他の車両アセンブリもまた、本開示内容から利益を得ることを理解すべきである。

図２を参照すると、エネルギー吸収式の車両ドア24は、習用の様式で相互に結合されて両者間にスペース34を形成する外側パネル30及び内側パネル32を含む。ドア24はまた、スペース34を出入りし得るウィンドウ38に対する開孔36も含む。スペース34内には、公知の如き車両ドアの(不図示の)ウィンドウ調整デバイス、ドア・ラッチ、及び、他の構成要素も収容され得る。

エネルギー吸収式の車両ドア24は更に、内側パネル32上に取付けられて該パネルとの間にスペース42を形成するドア・トリム・パネル40を含む。ドア・トリム・パネル40は、概略的に乗員着座領域28に面するアームレスト44または他の美観的もしくは機能的な構造を画成し得る。トリム・パネル40は、クリスマスツリー型の締結具、押しピン、または、その他の如き適切な締結具により、内側パネル32に対して固定的に繋止され得る。

外側パネル30及び内側パネル32は、金属材料または他の適切な材料で製造され得る一方、ドア・トリム・パネル40は典型的に、プラスチック、布地、ビニル、レザー、絨毯生地、厚紙、木材繊維、または、それらの組み合わせの如き、非金属材料で製造される。

図３を参照すると、車両20は、少なくとも一つの変形式エネルギー吸収器システム50を含む。一つの非限定的な実施形態において、各変形式エネルギー吸収器システム50は、自身内にアクチュエータ・システム54を備えたエネルギー吸収構造52を含んでいる。アクチュエータ・システム54は、制御器56に応答して、エネルギー吸収構造52の形状を変形させるべく作用可能である。例えば、内側パネル32とトリム・パネル40との間のスペース42内において、車両ドア24内には、乗員の肩部、膝部、頭部、または、他の身体部分の近傍にて、一つ以上のエネルギー吸収構造52が配置され得ることを理解すべきである(図４)。

エネルギー吸収構造52は、クラッシュまたは変形により衝撃に応じてエネルギーを吸収するという、米国、テネシー州、オーフレックス・オートモーティブ社(O-Flex Automotive)により製造された如き、軟鋼合金、アルミニウム合金、複合材料、または、他の材料で製造され得る。エネルギー吸収構造52は、中立状態においては断面が円形状として且つ変形状態においては断面が楕円形状として示されるが、楕円形状、直線状、多角形状、不規則形状、及び、他の形状の如き、他の断面も本開示内容から利益を得ることを理解すべきである。

アクチュエータ・システム54は、限定的なものとしてで無く、典型的には銅／アルミニウム／ニッケル、ニッケル／チタン(NiTi)合金、鉄／マンガン／ケイ素、及び、銅／亜鉛／アルミニウムの内の複数種から製造される、形状記憶合金(SMA)、強磁性形状記憶合金(MSMA)、電気活性ポリマ(EAP)、圧電材料、磁気粘性(MR)エラストマ、電歪材料、磁歪材料などの、適切な活物質(active material)で製造され得る。特定の活物質に依存して、制御器56からの起動信号は、限定的なものとしてで無く、電流、電界(電圧)、温度変化、磁界、SMAにおいて誘起される応力の如き機械的な荷重もしくは応力付加、化学作用もしくはpH変化などの形態を取り得る。

制御器56は概略的に、プロセッサ60と、メモリ62と、インタフェース64とを備えた制御モジュール58を含む。制御モジュール58は、中央車両制御器、スタンドアロン・ユニット、または、他のシステムの一部であり得る。プロセッサ60は、所望の性能特性を有する任意の種類のマイクロプロセッサであり得る。メモリ62は、データを記憶する任意の種類のコンピュータ可読媒体であって、エネルギー吸収構造52を変形(morph)させる如き本明細書中に記述されたアルゴリズムを制御するというコンピュータ可読媒体を含み得る。メモリ62内には、プロセッサ60に対する操作ソフトウェアも記憶され得る。インタフェース64は、車両座席66内の重量センサ68の如きセンサ・システムに対する通信手段も含み得ることを理解すべきである。

図５を参照すると、アクチュエータ・システム54は概略的に、略々垂直に配置された複数の第1アクチュエータ54Aと、略々水平に配置された複数の第2アクチュエータ54Bとを含む。“水平”及び“垂直”の如き相対的である位置的語句は、車両の通常の動作姿勢に関しており、その他の点で限定的であると考慮されるべきでないことを理解すべきである。更に、各第1アクチュエータ54A及び各第2アクチュエータ54Bは、エネルギー吸収構造52の丈に沿う種々の軸心方向位置、ならびに、各第1アクチュエータ54A及び各第2アクチュエータ54Bに関して対角的である如き中間的な円周方向位置に配置され得る。

各第1アクチュエータ54Aの選択的な起動は、それらの収縮と、エネルギー吸収構造52の概略的に弾性的な変形とに帰着することで、該エネルギー吸収構造52を水平面内で伸張させる(図６)。同様に、各第2アクチュエータ54Bの選択的な起動は、それらの収縮と、エネルギー吸収構造52の概略的に弾性的な変形とに帰着することで、該エネルギー吸収構造52を垂直面内で伸張させる(図７)。

上記の選択的な伸張は、エネルギー吸収構造52により画成されるクラッシュスペースを変形させる。一例において、アクチュエータ・システム54は、約40mmの直径のエネルギー吸収構造52を約6％〜10％だけ変形させるために約1,500〜3,000ニュートンの力を生成する。斯かる変形は、例えば乗員の重量に対してクラッシュスペースを変化させるエネルギー吸収構造52の変形を促進する(図８)。すなわち、所定のクラッシュスペースに対して加速(acceleration)は固定的であるが、このことは、例えば大柄な乗員などの更に大きな質量に対し、エネルギー吸収構造52により提供されるクラッシュ力(crush force)が比較的に大きくされるべきであることを意味する(図９)。換言すると、加速、すなわち、可能的な乗員の負傷(potential occupant injury)は、クラッシュスペースに反比例する。

図１０に関し、一つの開示された非限定的な実施形態において、制御アルゴリズム100の機能はブロック図に関して開示されると共に、本開示内容の恩恵を受ける当業者であれば、これらの機能が、専用のハードウェア回路機構において、または、制御器56(図３)の如きマイクロプロセッサ式の電子制御器の実施形態にて実行され得るプログラムされたソフトウェア・ルーチンにおいて、実現され得ることを理解すべきである。

制御器56は、関連付けられた乗員着座領域28における乗員の重量、サイズまたは他の特性を認識すべく作用可能である(ステップ102；図９)。乗員の上記特性は、例えば、重量センサ68、または、車両座席66における他のセンサ入力により、決定され得る。

次に、制御器56は、関連付けられた乗員着座領域28における乗員に関して検知された特性に応じた所望様式でエネルギー吸収構造52を変形させるべく、アクチュエータ・システム54に対して起動信号を提供する(ステップ104；図８)。例えば、比較的に大柄で重い乗員に対しては各第1アクチュエータ54Aが起動されて結果的なクラッシュ力を増大させ、または、比較的に小柄で軽い乗員に対しては各第2アクチュエータ54Bが起動されて結果的なクラッシュ力を減少させる。これにより、エネルギー吸収構造52は変形されて、そのクラッシュスペースを調節すると共に、乗員を更に効果的に緩衝する。上記クラッシュ力は、エネルギー吸収構造52の丈に沿っても可変的に調節され得ることを理解すべきである。

“前方”、“後方”、“上側”、“下側”、“上方”、“下方”などの如き相対的である位置的語句は、車両の通常の動作姿勢に関しており、その他の点で限定的であると考慮されるべきでないことを理解すべきである。

異なる非限定的な実施形態は、特定の図示構成要素を有するが、本発明の実施形態は、これらの特定の組み合わせに限られない。非限定的な各実施形態の内の任意の実施形態からの幾つかの構成要素または特徴を、他の非限定的な各実施形態の内の任意の実施形態からの特徴または構成要素と組み合わせて使用することが可能である。

幾つかの図面を通し、同様の参照番号は、対応するまたは同様の要素を特定することを理解すべきである。図示実施形態においては特定の構成要素配置が開示されたが、本開示内容によれば他の配置も恩恵を受けることを理解すべきである。

特定のステップ順序が示され、記述され、且つ、権利請求されるが、別様に示されるのでなければ、各ステップは、任意の順序で実施され、分離され、または、組み合わされ得ると共に、依然として、本開示内容から恩恵を受けることを理解すべきである。

上記の説明は、限定によりその範囲内に定義されるのではなく、例示的である。本明細書においては種々の非限定的な実施形態が開示されるが、当業者であれば、上記に鑑みた種々の改変及び変更は、添付の各請求項の有効範囲内に収まることを理解し得よう。故に、添付の各請求項の有効範囲内において、本開示内容は、詳細に記述された処とは別様に実施され得ることを理解すべきである。その故に、添付の各請求項は、真の有効範囲及び内容を決定すべく考察されるべきである。
本明細書に開示される発明は以下の態様を含む。
〔態様１〕
エネルギー吸収構造と、
前記エネルギー吸収構造を変形させる該エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムと、
を備える、車両のための変形式エネルギー吸収器システム。
〔態様２〕
前記アクチュエータ・システムを制御すべく作用可能なコントローラを更に備える、態様１に記載のシステム。
〔態様３〕
前記アクチュエータ・システムは、垂直アクチュエータ及び水平アクチュエータを含む、態様１に記載のシステム。
〔態様４〕
前記アクチュエータ・システムは活物質で製造される、態様１に記載のシステム。
〔態様５〕
前記活物質は形状記憶合金を含む、態様４に記載のシステム。
〔態様６〕
前記エネルギー吸収構造は、中立状態において断面が円形である、態様４に記載のシステム。
〔態様７〕
前記エネルギー吸収構造は、変形状態において断面が楕円形である、態様６に記載のシステム。
〔態様８〕
前記アクチュエータ・システムは、前記エネルギー吸収構造のクラッシュスペースを変形させるべく作用可能である、態様１に記載のシステム。
〔態様９〕
トリム・パネルと、
前記トリム・パネルの近傍のエネルギー吸収構造と、
前記エネルギー吸収構造を変形させる該エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムと、
を備える、車両構造。
〔態様１０〕
前記エネルギー吸収構造は、前記トリム・パネルと車両ドアの内側パネルとの間に配置される、態様９に記載の車両構造。
〔態様１１〕
前記アクチュエータ・システムは、垂直アクチュエータ及び水平アクチュエータを含む、態様９に記載の車両構造。
〔態様１２〕
前記垂直アクチュエータ及び前記水平アクチュエータは、前記エネルギー吸収構造のクラッシュスペースを変形させるべく作用可能である、態様１１に記載の車両構造。
〔態様１３〕
前記エネルギー吸収構造は、中立状態においては断面が円形であり、変形状態においては断面が楕円形である、態様１２に記載の車両構造。
〔態様１４〕
前記変形状態は、第1の乗員に対しては垂直に配置され、第2の乗員に対しては状態が水平である、態様１３に記載の車両構造。
〔態様１５〕
エネルギー吸収構造を変形させる段階を有する、
エネルギー吸収用車両構造内のクラッシュスペースを変形させる方法。
〔態様１６〕
前記エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムを起動する段階を更に有する、態様１５に記載の方法。
〔態様１７〕
前記エネルギー吸収構造を中立状態から変形状態へと変形させる段階を更に有する、態様１５に記載の方法。
〔態様１８〕
前記エネルギー吸収構造を円形断面から楕円形断面へと変形させる段階を更に有する、態様１５に記載の方法。
〔態様１９〕
前記楕円形断面を水平方向に配向させる段階を更に有する、態様１８に記載の方法。
〔態様２０〕
前記楕円形断面を垂直方向に配向させる段階を更に有する、態様１８に記載の方法。
〔態様２１〕
エネルギー吸収構造を乗員特性に対して変形させる段階を更に有する、態様１８に記載の方法。

50 変形式エネルギー吸収器システム
52 エネルギー吸収構造
54 アクチュエータ・システム
54A 第1アクチュエータ
54B 第2アクチュエータ
56 制御器
58 制御モジュール

Claims

エネルギー吸収構造と、
複数の方向のうちの少なくとも一つの方向に前記エネルギー吸収構造を選択的に伸張させることにより前記エネルギー吸収構造を変形させるように構成されたアクチュエータ・システムであって、前記複数の方向は少なくとも第１方向と第２方向とを含み、前記第１方向は前記第２方向に対して実質的に直角をなす、アクチュエータ・システムと、
を備え、
前記アクチュエータ・システムは、乗員の特性に対して前記エネルギー吸収構造を変形させるように構成され、
前記アクチュエータ・システムは第１アクチュエータと第２アクチュエータとを含み、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとは前記エネルギー吸収構造内に配置され、前記第１アクチュエータは前記第１方向に前記エネルギー吸収構造を伸張させるように構成され、前記第２アクチュエータは前記第２方向に前記エネルギー吸収構造を伸張させるように構成される、
車両のための変形式エネルギー吸収器システム。
前記アクチュエータ・システムを制御すべく作用可能な制御器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
前記アクチュエータ・システムは、垂直アクチュエータ及び水平アクチュエータを含む、請求項１に記載のシステム。
前記アクチュエータ・システムは、前記制御器からの起動信号に基づいて前記エネルギー吸収構造の形状を変形するように作用可能である活物質で製造される、請求項２に記載のシステム。
前記エネルギー吸収構造は、中立状態において断面が円形であり、
前記エネルギー吸収構造は、変形状態において断面が楕円形である、請求項４に記載のシステム。
トリム・パネルと、
前記トリム・パネルの近傍のエネルギー吸収構造と、
複数の方向のうちの少なくとも一つの方向に前記エネルギー吸収構造を選択的に伸張させることにより前記エネルギー吸収構造を変形させるように構成されたアクチュエータ・システムであって、前記複数の方向は少なくとも第１方向と第２方向とを含み、前記第１方向は前記第２方向に対して実質的に直角をなす、アクチュエータ・システムと、
を備え、
前記アクチュエータ・システムは、乗員の特性に対して前記エネルギー吸収構造を変形させるように構成され、
前記アクチュエータ・システムは第１アクチュエータと第２アクチュエータとを含み、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとは前記エネルギー吸収構造内に配置され、前記第１アクチュエータは前記第１方向に前記エネルギー吸収構造を伸張させるように構成され、前記第２アクチュエータは前記第２方向に前記エネルギー吸収構造を伸張させるように構成される、
車両構造。
前記エネルギー吸収構造は、前記トリム・パネルと車両ドアの内側パネルとの間に配置される、請求項６に記載の車両構造。
前記アクチュエータ・システムは、垂直アクチュエータ及び水平アクチュエータを含み、
前記垂直アクチュエータ及び前記水平アクチュエータは、前記エネルギー吸収構造のクラッシュスペースを変形させるべく作用可能である、請求項６に記載の車両構造。
前記エネルギー吸収構造は、中立状態においては断面が円形であり、変形状態においては断面が楕円形である、請求項８に記載の車両構造。
車両内のクラッシュスペースを変形させる方法であって、
アクチュエータ・システムを含むエネルギー吸収構造であって、前記アクチュエータ・システムは第１アクチュエータと第２アクチュエータとを含み、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとは前記エネルギー吸収構造内に配置され、前記第１アクチュエータは第１方向に前記エネルギー吸収構造を伸張させるように構成され、前記第２アクチュエータは第２方向に前記エネルギー吸収構造を伸張させるように構成され、前記第１方向は前記第２方向に対して実質的に直角をなすエネルギー吸収構造を、乗員の特性に対して変形させることを有し、
前記変形は、前記第１方向と前記第２方向との少なくとも一つの方向に前記エネルギー吸収構造を選択的に伸張させることにより実施される、
車両内のクラッシュスペースを変形させる方法。
前記エネルギー吸収構造内のアクチュエータ・システムを起動することを更に有する、請求項１０に記載の方法。
前記エネルギー吸収構造を中立状態から変形状態へと変形させることを更に有する、請求項１０に記載の方法。
前記エネルギー吸収構造を円形断面から楕円形断面へと変形させることを更に有する、請求項１０に記載の方法。