JP4489779B2 - 衝突時の車両ドアに対するエネルギーの衝撃から搭乗者を保護するための自動車用装置 - Google Patents

Description

本発明は衝突時の車両ドアに対するエネルギーの衝撃から搭乗者を保護するための自動車用装置に関する。

車両内の搭乗者保護は新規な自動車の構築および開発において主な関心事となっている。我々の開発目標（own development goal）は、車両の前方部および後方部に明確な破壊領域を設けるように設計し、車両の前後からの衝突において搭乗者区域を保護することである。しかし、搭乗者保護において、車両の側面からの衝突の場合に大きな問題がもたらされる。なぜならば、車両の側面は構造的に変形行程が短く、衝撃吸収能も小さいからである。側面衝突において搭乗者の危険性を緩和する従来の解決法は車両ドアを補強することであった。例えば、車両の横方向での剛性が大きく、及び/又はエネルギー吸収能が大きい成形体をドア内に一体化させることが知られている。特許文献１には、横方向衝撃保護を備えた車両ドアが開示されており、この場合、複数本のアーチ形の支え棒がドアフレームに設けられ、これら支え棒が衝突時に捻じられ、引張り荷重下で変形するようになっており、その作用はガードネットのものと似ている。

しかし、対応する長尺のビームを備えることによりサイドドアを補強することは、激しい衝突において常に搭乗者に対する十分な保護とは必ずしもならない。なぜならば、外力の衝撃によりサイドドアが車体のドア開口部を介して押し込まれ、そのため、搭乗者の生存空間が著しく減少し、従って、生存の確率も著しく減少することになるからである。

更に、現状において、サイドドアに作用する力を自動車の車体に移転させるようにした一連の対策が知られている。例えば、サイドドアと、ドア開口部との間の重複部を対応して拡大させること、あるいはドアのエッジからボルトを延出させることなどである。衝突に際し、ボルトが自動車の車体のドア開口部の強化窪み内に嵌挿されるようになっている。特許文献２には、自動車のドアを補強する手段が開示されている。これは外側に湾曲するビームを有し、その両端部が、外部からの衝撃によりビームが変形したときに、対応する安定な窪み内に導入されるようになっている。このビームは好ましくは、成形スチールシートをそれぞれの形状に成形したものからなる。

上述の方策で、自動車の重量増加を防止するため、特許文献３には自動車のドアを補強する手段として、軽量化のため繊維強化複合材料からなるアーチ形強化手段が開示されている。この場合も、強化装置がドア内に完全に収納されている。この強化装置は衝突のときにのみ、その強化ビームの変形の結果として、その両端部がドアから外に現れるようになっている。この現れた両端部はついで、自動車の車体のドア枠内の安定な支持用側面と効果的に接合するようになっている。

特許文献４には、横方向衝突における搭乗者保護手段として、横断ビーム構造を提供する搭乗者区域が開示されている。衝突時において、この横断ビーム構造は、車両ドアと、中央コンソールとの間に硬直した横断接合を生じさせ、車両ドアが搭乗者区域に入る領域の前の座席領域が保護されるようになっている。この横断ビーム構造は衝突時にのみ現われる。すなわち、点火機構又は空気機構が蝶着クロスビーム構造を延出させるようになっており、さもなくば、この蝶着クロスビーム構造はシート、ドアおよびコンソールカバリングのカバー内に一体に設けられている。このようにして、安定な横断接合が形成されるようになっている。

独国特許出願公開第１９６ ３３ ６３７号明細書（ＤＥ １９６ ３３６３７ Ａ１） 独国特許発明第２２ １５ ６７４号明細書（ＤＥ ＡＳ ２２ １５ ６７４） 独国特許出願公開第４１ ２５ ２９９号明細書（ＤＥ ４１ ２５ ２９９ Ｃ２） 独国特許出願公開第１９６ ３９ ５１９号明細書（ＤＥ １９６ ３９５１９ Ａ１）

本発明は上記事情に鑑みてなされてものであって、本発明の目的は、最適化された搭乗者保護システムであって、これは横方向の衝撃又は横衝撃的衝突の場合に、より効果的な搭乗者保護を可能とするシステムを提供することである。特に、本発明の目的は、衝突時において車両ドアに横方向に作用する変形エネルギーを選択的に車両ドアの領域から安全にそれさせ、それにより車両ドアの衝突変形による搭乗者区域の著しい減少を防止し、搭乗者区域にドアの部品が侵入して搭乗者を傷つけることを防止することである。

本発明の上記目的のための解決法は請求項１に記述されている。本発明のアイデアを更に有利に向上させる特徴が従属する請求項および好ましい具体例を参照する本発明の記載の主題となっている。

衝突の結果として自動車のドアに対し横方向に向けられた衝撃エネルギーに対し搭乗者を保護するための自動車用装置であり、少なくとも２つの部材、すなわち、第１の部材および第２の部材からなる接続構造を有し、この第１の部材が車両のドアに固着され、第２の部材が車両内部の車体のエネルギー吸収領域に固着され、少なくとも１つの共通接合部を介して効果的接続を形成し得るようになっていて、それにより車両のドアに対し横方向から作用する衝撃エネルギーの少なくとも一部を選択的に車体領域へそれるようにしたものであって、可変材料へのエネルギー入力により前記第１の部材及び/又は第２の部材の機械的状態を変化させ、それによりこれら部材の形状を変化させ、そのことにより、これら双方を接合させて連結させ、かつ、可逆的に連結を解くようにしたことを特徴とする。

自動車のドアの硬直性を高める上述の従来の解決法とは対照的に、つまり、特許文献１および特許文献２に記載されているように、車両のドアを通って突出する横方向衝撃ビームを設け、衝突時に、このビームを車体のより安定な領域に横方向に導入させ、車両のドアに向けられた衝撃エネルギーを極端な場合、作用方向に対し横方向に転換させるものとは対照的に、本発明の解決法では、安定な接続構造が車両のドアに接続されていて、特に横方向衝撃のシナリオにおいて、衝撃エネルギーがその作用方向とほぼ平行に、自動車内部の車体の１領域に向けられようになっている。この接続構造も、もちろん、横方向衝撃以外の方向からの車両ドアに向けられた衝撃を吸収し、選択的にそらすことができる。本発明の装置の特徴は、一方において、理想的な場合には、車両ドアの機能が損傷されない状態に保たれること、すなわち、ドアは従前通り、自由に開閉することができる。しかし、他方において、接続構造は、ドアが閉じられているとき、車両ドアと車体の内部との間、好ましくは座席の下部構造の領域と面一となっており、衝撃時に、好ましくはこの接続構造に対し長手方向に作用する衝撃エネルギーのための安定な支持機能を有する。更に、繰返し可能な締付けおよび解放は、漸進のいわゆるプレクラッシュ（衝撃前）センサー、例えば光学又はレーダーベースのセンサーとの結合を可能にするものである。これらのセンサーは検出された緊急程度についての技術的な誤情報を伝達することができ、差迫った衝突の報告を確認するための更なる分析および評価入力を必要とするものであり、他方、例えば、締付けのための反応時間を下げることできるものである。上述の可逆的締付けは、可能性のある誤情報を更に許容させるものであり、その結果、全体的安全性を更に改善することができる。これらの要件に従う接続構造を実現するための具体例としては幾つかを挙げることができる。

最も単純なものとしては、第１の部材および第２の部材を完全に又は部分的に可変材料から作ることができ、衝突時にこれらを活性化させるものである。基本的に、様々異なる従来の可変材料、好ましくは固体の可変材料、例えばピエゾ・セラミック、電歪セラミック、形状記憶合金（ＳＭＡ）を使用することができる。このようなタイプの可変材料は、車両ドアおよび車体の内部に接続された部材が接続構造に適するように成形されたものであれば、直接使用することが可能である。

更に、流体の可変材料を使用することも可能である。例えば、ピエゾ・ポリマー、電気粘性流体、ポリマーゲル、磁性流体などであり、これらは適当に選択された封入体内に収容できるのであれば、状況に応じて接続構造の範疇内で好適に使用することも可能である。

この提案された接続構造内に可変材料を使用することにより、衝突時に有効な接続に使用される部材の硬直性および緩衝性を選択的に調整することができ、従って、対衝突および対搭乗者車体‐座席システムにおいて、そのような調整を可能にする。例えば、可変材料が形状記憶材料からなるものは、所定の様式で選択された電流を入力することにより形状を変えることができ、同時に、材料の硬直性及び/又は緩衝性に影響を与えることができる。この特性は本発明の装置に有利に利用することができ、形状記憶材料から作られ、部分的領域に少なくとも２つの分離可能な部材を有する少なくとも１つの接合部を提供する接続構造は、衝突時において選択された電気的エネルギーを入力することにより活性化され、それにより双方の部材が密着し、安定した効果的接続を形成する。その結果、この接続構造に沿って車両ドアに作用する衝撃エネルギーを、安定な領域、好ましくは自動車の床領域又はエネルギー吸収領域に選択的にそらすことができる。

接続構造に沿う応力の選択的転換に加え、可変材料の使用は、それに選択的に適用されるエネルギーの形（例えば、電気、熱又は同様のエネルギー）を効果的に制御することにより硬直性および緩衝性を変化させることを可能にし、車両内の搭乗者への生理学的ストレスを減少させることができる。使用される可変材料の硬直性および緩衝性の各々の制御の調整は目標とする種々の機能に従って行うことができる。例えば、車両内の搭乗者の頸部に作用する加速度（neck acceleration）の減少を目標とする場合である。この機能の目標は、基本的に、車両内の搭乗者の年齢、体重、性別、身長、座席位置により左右される。

もちろん、この装置は自動車のサイドドアに有効に使用することができるだけでなく、この接続構造はハッチバックを安定化させるのにも適している。サイドドアの場合、車体の安定な内部に接続された接続構造の部分が、車両の座席の下の領域の車体部分と固く効果的に接続されている場合に、特に有利であることが証明された。接続構造のこの種の固定が車両内部に設けられることにより、衝突時において車両の座席上の搭乗者に対する生理学的衝撃は特に静かなものとなる。これは特に、接続構造が調整自在な緩衝性および硬直性を有する上述の可変材料からなる場合に顕著なものとなる。

可変材料を使用する接続構造の上記設計は必ずしも、例えば電気エネルギー入力のような外部からのエネルギー適用による材料の活性化を前提とするものではない。上述のように設計した接続構造を有利な方法で全く受動的に使用することも可能である。すなわち、形状記憶材料から作られた接続構造は、その材料の固有の特性（例えば、弾性又は材料のヒステリシス）を利用して硬直性及び/又は緩衝性の動向を調整することが可能であり、それにより側面衝突時に車体に作用する衝撃エネルギー、すなわち、自動車内に座っている搭乗者に作用する衝撃エネルギーを事前に調整させることが可能である。

同じく、材料の特性、特に前記同様の部材の特性のそれぞれの選択的準静的調整も可能である。例えば、形状記憶合金を使用する場合、材料のヒステリシスの変動調整のために熱的活性化を行うことも可能である。

更に、衝突エネルギー自体を接合形成に利用することも可能である。この衝突エネルギーは、接続構造の部材をロックさせるのに利用することができる。活性装置を用いて、これら部材を後に分離させることができ、それによりドアを開口させ、搭乗者を救出することを容易にする。

また、この衝突エネルギーを可変材料の活性化に利用することもできる。形状記憶合金の場合、機械的エネルギーを熱エネルギーに変換させ、それにより形状記憶効果の事実上の活性化を達成させる。

更に、複雑に設計された接続構造を提供する好ましい実施例が可能である。すなわち、接続構造の第１の部材および第２の部材のそれぞれを以下のようの二重にする。すなわち、第１の部材および第２の部材を平行に配置し、それぞれ効果的に接続させることができる。すなわち、第１の部材は、パイプ形状のものとし、それに沿って別のロッドを内部に収納させる。これら２つの部材は異なる材料からなるものでもよい。その他、又は前記変形例との組合せで、第２の部材をその長手方向に、２つに分割することも可能である。この場合、一方の部分を可変材料で形成し、他方の部分を従来の材料から形成する。以上の説明は、車両ドアの領域から衝突エネルギーを効果的に転換させ、吸収させる目的で、接続構造を最適化させる場合に、種々の様式で接続構造を設計することができ、これについては実際上、特に制限があるものではない。

衝突により、車両ドアに向けられたエネルギーの衝撃に対し、搭乗者を保護するための装置は図面を参照する単一の好ましい実施例についての以下の記載からより明らかになるであろう。

図１は自動車の一部を示す断面図であって、その内部１には搭乗者２が車両シート（座席）３に着座している。この車両シート３は、対応する締付け部材４を介して車体５の床領域に接続している。この締付け部材の機能様式については、ここでは無関係である。車両ドア６（本断面図では閉じた状態が示されている）は搭乗者２の左側に配置されている。特に重要なことは、接続構造７が、車両ドア６の内側に、その端部７１を介して強固に蝶着され、更に、他端部７２を介して車体５の床領域にしっかりと接続されていることである。車両ドア６に対する横方向からの衝撃において、衝撃エネルギーＥが、接続構造７を介して車両ドア６の床領域に非常に効果的に転換されることが明らかであり、この場合、接続構造７が衝撃エネルギーＥの作用方向に配向した長尺延長部を有しているという事実により車両ドア６に大きな変形は生じない。このエネルギーＥはこの長尺延長部に沿って車体５の安定な床領域に伝達されることになる。

車両ドアの機能を阻害させないため、接続構造７を部材Ｔ１およびＴ２に分離する少なくとも１つの接合部Ｆが接続構造７に設けられている。

衝突において、接続構造７の部材Ｔ１およびＴ２が密接で安定した接続を形成し、衝撃エネルギーＥを車体５の床領域に転換させ、搭乗者２を生理学的傷害から保護することを確実にするために、接合部が対応する様式で構築され、安定で効果的な接続を形成するようになっている。２つの部材Ｔ１およびＴ２のかかる効果的接続を実現するための好ましい具体例については、先に記した説明を参照されたい。

本発明の装置が意図する横方向の衝撃ならびに複合衝撃における搭乗者保護を改善する目的は、座席に作用する力、加速、変形の影響を制御することにより衝撃時での搭乗者の生理学的ストレスを選択的に減少させることにより達成される。このような影響の制御は、車両ドアと、座席（シート）の下部構造の硬直領域との間の接続構造を形状記憶物質などの可変材料を選択的に使用して設計することにより特に有利な形で達成することができる。

本発明による搭乗者保護装置を概略的に示す模式図。

符号の説明

１…車両の内部、２…搭乗者、３…車両シート（座席）、４…締付け部材、５…車体、６…車両ドア、７…接続構造、７１，７２…接続構造の端部

Claims (10)

1. 車両ドア（６）に対する衝突時の横方向からのエネルギーの衝撃から搭乗者を保護するための自動車用装置であって、この装置は、少なくとも２つの部材、すなわち、第１の部材および第２の部材からなる接続構造（７）を有し、この第１の部材（Ｔ１）が車両ドア（６）に固着され、第２の部材（Ｔ２）が車両内部（１）の車体（５）のエネルギー吸収領域に固着され、この双方の部材は少なくとも１つの共通接合部（Ｆ）を介して有効に接続し、それにより車両ドア（６）に対し横方向から作用する衝撃エネルギーの少なくとも一部が車体（５）領域へ選択的にそれるようにしたものであって、
   前記第１の部材（Ｔ１）及び/又は第２の部材（Ｔ２）は、それらの全部又は一部が形状を変化可能な可変材料から作られており、該可変材料へのエネルギー入力により、前記第１の部材（Ｔ１）及び/又は第２の部材（Ｔ２）の形状を変化させ、そのことにより、これら双方を互いに接触させて連結させるようにしたことを特徴とする装置。
2. 前記第１の部材（Ｔ１）と第２の部材（Ｔ２）が前記接合部（Ｆ）において、それぞれ対応する接合形状を有する請求項１記載の装置。
3. 双方の部材（Ｔ１、Ｔ２）の前記対応する接合形状は、前記第１の部材（Ｔ１）が、前記接合部（Ｆ）において、少なくとも部分的に前記第２の部材（Ｔ２）を囲み、又は前記第２の部材（Ｔ２）内に部分的に導入されるものとなっている請求項２記載の装置。
4. 双方の部材（Ｔ１、Ｔ２）は、車両ドア（６）が閉じられている際には、連結することなく接触している請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 前記の２つの接合部材（Ｔ１、Ｔ２）が相互に連結可能になっていると共に、連結解除可能になっている請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 前記可変材料が、ピエゾ・セラミック、ピエゾ・ポリマー、電歪セラミック、電気粘性流体、ポリマーゲル、磁性流体、形状記憶合金、形状記憶ポリマーから選択される少なくとも１種の材料からなる請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
7. 前記第１の部材（Ｔ１）及び/又は第２の部材（Ｔ２）、又はそれらの少なくとも一部の領域が、衝突によって車両ドアに衝撃エネルギーが入力される直前又はその間に形状変化を生じ、これら２つの部材が強固で、解除自在な接続を形成するようになっている請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 前記車両ドア（６）がサイドドアであり、前記第２の部材（Ｔ２）が座席構造体の隣又は下の車体床領域に取着されている請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 前記可変材料の形状の変化により、該可変材料の振動動作及び/又は緩衝動作が変化する、請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 前記可変材料へのエネルギー入力が衝突エネルギーから独立したものである請求項１ないし９のいずれかに記載の装置。

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