JP6926122B2 - 衝撃エネルギー吸収構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両、特に、排他的ではないが、自動車のような自動車両のための衝撃エネルギー吸収構造または衝突構造に関する。

車両の乗員を保護するために、衝撃または衝突によって引き起こされるエネルギーを吸収する構造を自動車に提供することが知られている。そのような構造の多くは、衝撃力のもとで変形することによってエネルギーを吸収する。そのような構造の１つは、車両バンパーまたはフェンダーである。これらは、車両の前方または後方に取り付けられるとともに、車両シャーシに取り付けられている。これらは、正面（または背面）の衝撃のエネルギーを吸収し、変形することによっていくらかのエネルギーを吸収するとともに残りのエネルギーを車体シャーシに伝達させる。重大な衝撃の場合、シャーシに伝達されるエネルギーは、シャーシを変形させるために十分であり得る。これは、車両の乗員を保護することに役立つが、変形したシャーシを含む車両は、運転することが安全ではなく、修理に費用がかかり得る。したがって、車両の長手方向または軸方向に整列した（すなわち、車両の通常の運動方向に沿って整列した）、車両シャーシとバンパーとの間に延びる「クラッシュボックス」、「クラッシュカン」または「クラッシュレール」として知られている要素を車両に設けることが一般的になっている。これらの要素は、車両構造の不可欠な部分であり、衝突の際に軸方向に圧縮可能である。このため、その変形により可能となる圧縮は、シャーシに伝達された場合にシャーシを変形させるために十分であるエネルギーおよび／または車両の乗員を傷つける可能性があるエネルギーを吸収する。これらのクラッシュボックスは「犠牲」であってもよい。すなわち、シャーシに優先して変形するように設計されており、衝突の場合にはクラッシュボックスのみを交換する必要があり、残りのシャーシは損傷を受けない。従来のクラッシュボックスは、例えば、ＧＢ２２９９５５１、ＧＢ２５０３０９５、ＪＰ２００２２４９０７８、ＪＰ２００５１６２０４９およびＵＳ６００３９３０に示されている。このような軸方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材またはクラッシュレールは、車両が通常の使用状態にあるときに、バンパーおよび任意の他の付属品によって与えられる重量および動的負荷を支持することができるように、十分に強くなければならない。これらは、一般的に、所定の制御された態様で変形するように設計されている。多くの場合、これらは薄壁チューブの形態をしており、車両構造の他の部品に優先して変形するように設計されている。例えば、全てではないが、低から中までの衝撃エネルギーの大部分を吸収する。このような衝撃の後、圧縮／変形されたクラッシュレールを交換する必要がある。これは非常に時間がかかる作業であるが、シャーシの修理や交換を行うことよりは望ましい。衝撃のエネルギーがより高い場合、設計は衝撃エネルギーの一部を吸収するためにバンパーの変形に依存することがあり、最も厳しい状況では、シャーシも変形してエネルギーを吸収し、乗員を保護する。衝突エネルギーを確実に吸収するとともに、正確に制御された態様で変形することができ、変形したときに容易な交換を可能にするクラッシュレールが必要とされている。

従って、本発明は、第１の態様では、車両のための、長手方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材であって、チューブ壁によって画定されるとともに、ウェブまたは壁セクションによって隣接するところで分離された通路であって、実質的に平行に、長手方向に延びる少なくとも２つの隣接した通路を有する細長い薄壁チューブを備え、壁セクションは、所定の形状および／またはサイズの１つ以上の開口部を含み、チューブ壁および壁セクションの厚みは、至る所で実質的に同一かつ一定である、部材を提供する。

（以下に説明するように）比較的容易に製造することができるそのような配置は、例えば溶接によって、またはボルト若しくは他の解放可能な固定具によって解放可能に固定され、車両構造またはシャーシに容易に接合または取り付けられ、衝撃の際に、正確かつ所定の制御された態様で変形し得るクラッシュボックスを提供する。衝撃の後に部材が変形されたとき、部材は、特に解放可能に取り付けられている箇所において、容易に交換されることができる。さらに、通路若しくは開口部の数、サイズ、形状および／または構成を変えることによって、そして、壁および壁セクションの厚み、並びに／または通路の長さを変えることによって、部材の変形／エネルギー吸収特性を異なる用途に合わせて「調整」することが、比較的容易である。通路を画定する構造の厚みは、好ましくは実質的に一定であり、部材の全周囲の厚みは通路を分離する共通壁セクションの厚みと同一である。これは、部材を組み立てる際に使用される材料の量を最小にすることができるため重要であり、部材が依然として必要な強度および変形特性を有しながら、部材をできるだけ軽くすることができる。好ましくは、部材は、長手方向箱型セクションと長手方向略Ｃ字形セクションとを組み立てるとともに、Ｃ字形セクションの縁部を箱型セクションに接合することにより形成され、部材は全体にわたって一定の壁厚を有し、箱型セクションの壁の一部である壁セクションによって分離された２つの通路を含む。このような配置は、重なり合った縁部を有さない構造を提供し、これは、構造の一部が重なり合うことにより保護コーティングを受けることができない表面を残すことを回避するため有利である（例えばＥＰ１８２９７５３の図３および図６参照）。

通路は、同一の断面長さ、面積および／または形状を有していてもよく、また、これらが異なっていてもよい。例えば、通路は矩形であってもよい。これらの特徴の類似性は、通路の変形／エネルギー吸収特性の計算を容易にする。開口部は同一の形状であってもよく、これにより変形／エネルギー吸収の計算を容易にする。同様の理由で、開口部は、同一のサイズを有していてもよく、部材の所定の部分が他の部分よりも前に変形するように、部材が所定の態様で変形できるようにサイズが変化していてもよい。

部材は、使用時に、端部と端部とが互いに解放可能に連結された２つ以上の長手方向部分を含んでいてもよく、２つの部分は少なくともそれらの長さが異なっている。そのような構成は、ある強度の衝撃下で変形する部分のみが設けられるように使用されてもよく、その部分と、より高い強度の衝撃下で変形する他の部分とが設けられるように使用されてもよい。３つ以上の部分がある場合、衝撃強度が増加するにつれて連続的に変形するように部材の部分を設計することは、比較的容易である。

２つのセクションは、壁セクションの厚みと、各部分における薄壁チューブの残りの部分の厚みとが実質的に同一であるが、２つの部分の厚みが異なるという点で異なっていてもよい。これにより、部材の変形特性を特定の用途用に「調整」することができる。

２つのセクションは、壁セクションの厚みと、任意の部分における薄壁チューブの残りの部分の厚みとが実質的に同一であるが、異なる部分の厚みが実質的に異なるという点で異なっていてもよい。壁セクションは、全ての外観において好ましくは平面状であり、これにより、その中に開口部を製造することがより容易になる。しかしながら、場合によっては（例えば、通路が円形状であるか、曲線状の輪郭を有する場合）、壁セクションが非平面状であることが有利であり得る。

本発明の２つの異なる態様に特有の特徴は、容易に組み込まれ得て、最も重大な衝撃を除いて車両シャーシ全体を修理または交換する必要性を取り除き、衝撃または衝突の際に車両の乗員の安全を最大にする目的のために、様々なエネルギーの衝撃下における部材の変形挙動および衝撃エネルギーを吸収する態様が、予め正確かつ確実に決定されることを可能にする。

各々がチューブの周囲の小部分の周りに横方向に延びる、複数のノッチが存在していてもよい。これらは、部材の長さに沿った所定のポイントで部材の変形または崩壊を開始するという点で、「イニシエータ」の役割を果たす。したがって、ノッチは、好ましくは、部材上の同一の長手方向位置に位置された円周方向セット内に配置され、その結果、部材は、その軸方向位置において、軸方向に（部材の経線（longitude）に沿って）変形する。長手方向に間隔が空けられた複数組のノッチが存在してもよく、各組のノッチは、長手方向に整列していてもよく、すなわち部材の軸を横断する同一平面内にあってもよい。これは、予め慎重に決められた態様で、衝撃下における部材の軸方向の圧縮を可能にする。

本発明はまた、上述した長手方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材またはクラッシュボックスを含む、自動車または他の自動車両（バン、トラック、バス、長距離用バスなど）のような、車両を提供する。もちろん、重量、サイズおよび／または速度が大きく異なる車両に本発明を適用する場合、部材の詳細設計は図面に示されているものとはかなり異なる可能性がある。このため、本発明は、図面が詳細に示すものよりも広義に解釈されるべきである。

本発明は、例として、添付の図面を参照して説明されるであろう。

図１は、本発明による車両のための軸方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材を示す分解斜視図である。 図２は、図１の部材が使用できる状態を示す斜視図である。 図３ａ〜図３ｃは、図１および図２の一般的な配置の３つの変形例を示す図である。

図１および図２を参照すると、これらは、車両構造またはシャーシ（図示せず）に取り付けられるように意図された、車両のためのクラッシュレールまたは長手方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材２を示している。車両の前方への運動の一般的な方向は、図２の矢印Ｆのように示されている。本明細書で使用される「前方」および「後方」という用語は、これに応じて解釈されるべきである（クラッシュレールを車両の前方への運動の方向に平行に取り付けることが好ましいが、幾つかの用途では、クラッシュレールをこの方向に対してある角度をなして傾斜するように、垂直に、および／または水平に方向付けてもよい）。図面は、本発明の本質を説明するものであるが、クラッシュレールの先端部は示していない。また、設計事項であるため、クラッシュレールの一端が、車両構造若しくはシャーシにどのように取り付けられるか、または他端がバンパーにどのように取り付けられるかを示していない。クラッシュレールは、後方の高衝撃エネルギー吸収部分４であって、要素に添え字「ａ」が付された高衝撃エネルギー吸収部分４と、前方の低衝撃エネルギー吸収部分６であって、要素に添え字「ｂ」が付された低衝撃エネルギー吸収部分６と、を備えている。

クラッシュレール２の部分４、６は、頂部に沿って矩形のＣ字形セクション「チューブ」１０の縁部にステッチ溶接される矩形チューブすなわち箱型セクションチューブ８を含んでいる。これは、部材２の全長にわたって長手方向に延びるとともに、平面、長手方向に延びる壁セクションすなわちウェブ１２によって分離された２つの矩形セクション通路を有する「二重チューブ」を形成する。壁セクション１２には、幾つかの開口部または窓１４が示されている。これらは矢印Ｆの方向に沿って力を受けたとき、壁セクション１２を弱め、部材２が衝撃下でどのようにして変形するかを決定するために使用される。分離したチューブ８、１０が分離して形成され、続いて、接合されて部材２を形成するため、分離したチューブを接合する前に、開口部１４が壁セクッション１２に容易に形成され、または切り込まれることができる（ＧＢ２２９９５５１のような、押出成形によって形成される幾つかの従来のクラッシュレールは、特に部材が長い場合には、窓１４の提供並びに正確な位置決めおよび成形をはるかに困難にするであろう）。使用時には、２つのチューブは、特に、軸方向および長手方向ではなく、任意の方向の相対移動が不可能となるように、互いに接合される。

各Ｃ字形セクションチューブ１０ａ、１０ｂの端部は、孔１８が設けられたフランジ１６を有しており、２つのフランジは、従来のナットおよびボルト２０によって端部と端部とが互いに接合され得る。チューブ８、１０の外側の頂点に沿って、レーザカットされたノッチ２２が存在する。

使用時に、部材２が取り付けられている車両が激突し、衝突し、または衝撃を受けると、部材２は長手方向への力を受ける。部材は、長手方向に変形して崩壊することによって、これらの力を変形して吸収するように設計されている。これは、チューブが各部分において一定の壁厚であり、ノッチ２２が変形「イニシエータ」としての役割を果たすため、可能になる。ノッチ２２は、部材２の長手方向軸を横断する平面内において、部材２の周囲の周りに位置され、そのため、部材は、ノッチ間の部材の周囲の周りに横方向に延びる「折り目」を形成することによって変形し、部材は、蛇腹の態様で長手方向に崩壊する。開口部１４は、予測可能な態様で変形を容易にするように、ノッチ２２に対して並べられ、形成され、または位置される。

この部材は、前方部分６のみが特定のエネルギー以下の衝撃で変形する一方、両方の部分４、６が、より大きなエネルギーの衝撃で変形するように設計および製造される。これは、低エネルギーの衝撃の場合には、前方部分６のみが変形するため、そのような衝撃の後では、部分６のみを取り除くとともに交換する必要があることを意味する。これは、ボルト２０を緩めるという比較的単純な問題であることを意味する。より重大な衝撃においては、部分６および部分４の両方が変形し、部分６のみを交換するよりも時間がかかるが、シャーシの車両構造を修復しなければならないことよりは、はるかに好ましい。これらの目的は、チューブの厚みを変化させることによって満たすことができるとともに、ノッチ２２および／または窓１４のサイズ、形状、数および／または位置を変化させることによって満たすことができる。したがって、前方部分６の壁の厚みは、後方部分４の壁の厚みよりも小さくてもよい。孔の壁部分に対する比率は、前方部分の方が後方部分よりも大きく、および／または前方部分に後方部分よりも多くのノッチが存在してもよい。通路は、部材の長手方向の変形を促進し、部材の望ましくない屈曲を阻止するように、同一の断面形状および面積を正確に有することが好ましい。

クラッシュレール２は、必要に応じて鋼鉄、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの、鉄材料または非鉄材料で形成され、適切なクラッシュレールの変形特性が設けられる車両構造またはシャーシの材料とは異なる材料であってもよい。本出願人は、最大の横方向の寸法が約６〜８ｃｍ、壁厚が約３〜５ｍｍの小型車用の本発明によるクラッシュレールを作製した。

Ｃ字形セクションを箱型セクションに接合することによって、クラッシュレール２の部分を形成することは、内部ウェブを比較的容易に導入することができ、このウェブは、構造の残りの部分に容易に取り付けられることができる。ウェブが図２のクラッシュレール２の長い部分４に導入されたとすると、図２の左端から見て、構造は、正方形の境界線で囲まれた「＋」のように見える。この場合、追加の内部ウェブは、「＋」の水平部分によって形成される。この内部ウェブはプレートとして形成されている。箱型セクションの一方の面から突出したプレートを残して、箱型セクションのいずれかの面において所定の位置に溶接されたプレートを受け入れるために、箱型セクション内に平行な長手方向ノッチが形成されてもよい。この突出部は、適切には、形成された一致する長手方向ノッチを有するＣ字形セクションと同一のサイズであり、Ｃ字形セクションの縁部が箱型セクションに取り付けられたときに、突起がノッチ内に固定され、接合される。

図３ａおよび図３ｂは、図１の部材と同様の２つのクラッシュレール３２ａおよび３２ｂを示しているが、長手方向に反転して示されている。各々が、長手方向箱型セクション３４をＣ字形セクション３６に接合することにより形成された２つの長手方向矩形通路を備えている（開口部およびノッチのような図１および図２の部材の他の要素は、明瞭にするために図３ａ〜図３ｃには示されていない）。各クラッシュレール３２ａ、３２ｂの後方端部には、クラッシュレールの平面に取り付けられた多数の張り出しセクションまたは先細セクション３８が存在する。図３ａでは、３つのセクションが存在し、図３ｂでは、２つのセクションが存在する。これらのセクションは、いずれかの組み合わせにより、平面のいずれかまたは全てに配置されてもよく、各々が先細状のＣ字形セクションとして形成され、例えばＣ字形セクション３６が箱型セクションに接合される場合と同様に、任意の適切な態様でクラッシュレールに接合される。これらの張り出しセクション３８の機能は、シャーシに固定されている箇所に隣接したクラッシュレール３２ａ、３２ｂの端部を強化し、衝撃がシャーシに伝達されるポイントにおいて衝撃エネルギーを発散させることであり、衝撃によりシャーシが損傷する可能性や損傷する程度を低減する。

図３ｃは、図１および図２の一般的な配置の更なる変化を表すクラッシュレール３２ｃを示しており、２つのＣ字形セクション３６’を箱型セクションの両側に接合することによって形成された、長手方向に延びる３つの矩形通路が存在している。この場合、外側のＣ字形セクション３６’は、箱型セクション３４よりも短い。これは、クラッシュレール３６’の変形特性に更なる調整効果を提供する。このため、衝撃時に、この部分の変形が、衝撃エネルギーを吸収するように３つの全てが変形するポイントでＣ字形セクションの端部との接触が作られることを意味するまで、箱型セクション３４の突出端部は最初に崩壊する。

もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に多くの変更を加えることができることが理解されるであろう。例えば、チューブは、断面が矩形であるように示されているが、正方形、他の多角形の断面、円形または他の湾曲した輪郭であってもよいが、部材が変形を開始する特徴部としてノッチ、凹部または折り目を有する場合、輪郭は、頂点（長手方向の角部）を有する輪郭であることが好ましい。ここでは、開口部は、形状が開口部の変形効果を予測することを容易にするため、同一の形状、すなわち矩形であるように示されている。しかしながら、開口部は、同一部材において、任意の形状（正方形、三角形、他の多角形、円形、楕円形または他の湾曲した輪郭）および／または異なる形状であってもよい。同様に、ここでは、開口部は、同一のサイズのものとして示されているが、それらは異なるサイズであってもよい（開口部が大きければ大きいほど、開口部はそのポイントで部材を弱くする。このため、部材の長さに沿って開口部のサイズが大きくなれば、開口部のサイズが最大のところで部材が最初に変形し得て、開口部のサイズが最小のところで部材が最後に変形し得る。これにより、部材の変形が予め正確に決定される）。部材の軸に沿った部材の曲がりは、長手方向の凹部よりも少ないエネルギーを吸収する。このため、開口部は、部材の軸に平行に、長手方向に整列されていることが好ましく、これにより壁セクション（ひいては部材）が曲げよりも長手方向に変形することを促進する。図面は、２つの長手方向チューブ部分を示しているが、３つ以上であってもよく、全ての長手方向チューブ部分の端部と端部とが解放可能に接続されていてもよい。実際には、２つまたは３つの部分が、おそらく衝撃エネルギー吸収と製造の容易さとの間での最良の妥協をもたらすであろう。本発明は、２つの長手方向に延びる通路を用いて説明されたが、このような通路を３つ、４つまたはそれ以上設けてもよい（追加の通路は製造プロセスをより複雑にするが、偶数の通路が好ましい。これは、長手方向の対称性（矩形または正方形であれば、例えば４つの通路は、通路を分離する十字形の内部長手方向壁またはウェブとなる）、および衝撃下での変形のより容易な計算が可能となる）。本出願人は、溶接の長手方向の周波数および／または長さが、特定の用途に適合するように配置され得るように、ステッチ溶接を使用したが、幾つかの用途ではシーム溶接が使用されてもよい。変形特性は、溶接の長さ、間隔および／若しくは周波数、並びに／またはノッチによるイニシエータを変化させることによって、また、部材を長手方向に形成する材料の厚みを（周囲の一定の厚みを維持しながら）変化させることによって調整され得る。図面は、矩形およびＣ字形セクションチューブの外側の頂点（すなわち、チューブが互いに溶接されるところ以外の頂点）のみがノッチを有する設計を示している。変形特性を更に制御すること補助するために、これらの他の「内側」の頂点にノッチを設けることが有利であり、この場合には、ステッチ溶接は、ノッチとの組み合わせを容易にし、または機能するように位置され得る。本出願人は、ノッチが部材の長手方向軸を横断する平面内にあるものとして説明したが、幾つかの用途（例えば、部材が車両の前方への運動の方向に完全に整列していない場合など）において、ノッチは、有利には、部材の軸に対してある角度をなす平面に横たわっていてもよく、これらの平面の角度は、部材の軸に沿ったノッチの位置に応じて変化し得る。本出願人は、ノッチがイニシエータとしての役割を果たす設計について説明した。チューブ材料を切り込んだときに、合理的な正確さとともに予め決定された変形特徴を可能にするため、このようなイニシエータを使用することは好ましい。しかしながら、ノッチによるイニシエータの代わりに作用するように、またはノッチによるイニシエータと組み合わせて、チューブ材料に凹部および／折り目が形成されてもよい（本出願人の見解では、イニシエータを形成することは、イニシエータを切り込むことよりも精度が低く、信頼性が低いため、望ましくない）。２つの部分を接合するフランジは、Ｃ字形セクションチューブの端部に設けられているように示されているが、他のチューブの端部に同様に容易に設けることができ、または両方にフランジを設けることもできる。主に自動車両に関して説明したが、本発明は、列車、路面電車、ケーブルカーまたはボートのような自動車以外の種類の車両にも適用され得ることが理解されるであろう。最後に、本発明は前面に面する衝撃構造として説明されている。この配置は、後方に面する衝突構造（図面に示す配置を反転することのみが必要である）にも等しく適切であることが理解されるであろう。異なる変形例または代替の配置が上述されており、本発明の実施形態は、そのような変形例および／または代替を任意の適切な組み合わせで組み込むことができる、といったことが理解されるであろう。例えば、エネルギー吸収部材内に２つ若しくは３つ（またはそれ以上）の通路が存在していてもよく、部材が、単一の長手方向セクションおよび／または２つの長手方向部分で形成されてもよい。これらの配置のいずれにおいても、１つ〜４つの張り出し端部セクションが存在していてもよく、および／または１つ以上の通路内に設けられた内部の長手方向に延びるウェブが存在していてもよい。

Claims (15)

1. 車両のための、長手方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材であって、
   チューブ壁によって画定されるとともに、壁セクションによって隣接するところで分離された通路であって、実質的に平行に、長手方向に延びる少なくとも２つの隣接した通路を有する細長い薄壁チューブを備え、
   前記壁セクションは、所定の形状および／またはサイズの１つ以上の開口部を含み、
   前記チューブ壁および前記壁セクションの厚みは、実質的に一定かつ同一である、部材。
2. 前記通路は、同一の断面積を有する、請求項１に記載の部材。
3. 前記通路の断面形状は、矩形である、請求項１または２に記載の部材。
4. 前記開口部が、同一の形状および／またはサイズである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の部材。
5. 前記薄壁チューブは、使用時に、端部と端部とが互いに解放可能に連結された２つの長手方向部分を含み、
   前記２つの長手方向部分は、少なくともそれらの長さが異なる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の部材。
6. 前記壁セクションの厚みと、前記２つの長手方向部分における前記薄壁チューブの残りの部分の厚みとが実質的に同一であるが、前記２つの長手方向部分の厚みが異なっている、請求項５に記載の部材。
7. 鉄または非鉄材料で作られている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の部材。
8. 鋼鉄、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の部材。
9. 前記薄壁チューブは、各々が前記薄壁チューブの周囲の小部分の周りに横方向に延びるとともに、前記薄壁チューブの外側の頂点に沿って位置された複数のノッチ、凹部および／または折り目を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の部材。
10. 前記ノッチ、凹部および／または折り目は、前記部材上の同一の長手方向位置に位置されたセット内に配置されている、請求項９に記載の部材。
11. 長手方向に間隔が空けられた複数組のノッチ、凹部および／または折り目を含んでいる、請求項１０に記載の部材。
12. 各組における前記ノッチ、凹部および／または折り目は、前記部材の長手方向軸を横断する平面内に整列している、請求項１１に記載の部材。
13. 前記壁セクションは、実質的に平面である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の部材。
14. 前記開口部または各開口部は、矩形である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の部材。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の長手方向に圧縮可能なエネルギー吸収部材を備える、車両。

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