(57)【要約】  クラッシュボックスは、衝突エネルギを吸収するように構成された１つまたは複数の層を含むことができる。一部の実施形態では、クラッシュボックスは、第１の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する第１の層と、第１の層に隣接した第２の層とを含み、第２の層は、第２の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する。
2019514779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両用のクラッシュボックスであって、クラッシュパッドの周縁を画定する外装と、前記外装内に配置され、衝突エネルギを吸収するように構成されたリブおよびウェブ構造とを有するクラッシュパッドを含むクラッシュボックス。
【請求項２】
前記リブおよびウェブ構造は、１つまたは複数のリブと１つまたは複数のウェブとを含む、請求項１に記載のクラッシュボックス。
【請求項３】
前記１つまたは複数のリブは、第１および第２のリブを含む、請求項２に記載のクラッシュボックス。
【請求項４】
前記クラッシュパッドは、第１の側と、前記第１の側とは反対側の第２の側とを有し、前記第１のリブは、前記第１の側から前記第２の側に向かって少なくとも部分的に延びる、請求項３に記載のクラッシュボックス。
【請求項５】
前記クラッシュパッドは、第３の側と、前記第３の側とは反対側の第４の側とを含み、前記第２のリブは、前記第３の側から前記第４の側に向かって少なくとも部分的に延びる、請求項４に記載のクラッシュボックス。
【請求項６】
前記第１および第２のリブは互いに交差する、請求項５に記載のクラッシュボックス。
【請求項７】
前記第１および第２のリブは、互いに対してほぼ垂直である、請求項６に記載のクラッシュボックス。
【請求項８】
前記第１のリブと、前記第２のリブと、前記第１および第２のリブ間に延びるウェブと、前記外装の少なくとも一部分とによって画定されるポケットをさらに含む、請求項６に記載のクラッシュボックス。
【請求項９】
前記第２のリブは、前記第１の側から前記第２の側に向かって少なくとも部分的に延び、前記第２のリブは、前記第１のリブから離間する、請求項４に記載のクラッシュボックス。
【請求項１０】
前記第１および第２のリブは、互いに対してほぼ平行である、請求項９に記載のクラッシュボックス。
【請求項１１】
前記第１および第２のリブ間に延びる第３のリブをさらに含む、請求項９に記載のクラッシュボックス。
【請求項１２】
前記第１、第２、および第３のリブと、前記第１、第２、および第３のリブと前記外装の少なくとも一部分との間に延びるウェブとによって画定されるポケットをさらに含む、請求項１１に記載のクラッシュボックス。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のウェブは、前記第１および第２のリブ間に延びる第１のウェブを含む、請求項３に記載のクラッシュボックス。
【請求項１４】
前記第１のウェブは、前記クラッシュパッドの底部に沿って延びる、請求項１３に記載のクラッシュボックス。
【請求項１５】
前記第１のウェブは、前記クラッシュパッドの上部と底部との間に配置される、請求項１３に記載のクラッシュボックス。
【請求項１６】
前記第１のウェブは、前記第１および第２のリブの少なくとも１つにほぼ垂直である、請求項１３に記載のクラッシュボックス。
【請求項１７】
前記１つまたは複数のリブと、前記１つまたは複数のウェブと、前記外装の少なくとも一部分との間に画定される１つまたは複数のポケットをさらに含む、請求項２に記載のクラッシュボックス。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のポケットは、第１および第２のポケットを含む、請求項１７に記載のクラッシュボックス。
【請求項１９】
前記第１および第２のポケットの少なくとも１つに配置された多孔性材料をさらに含む、請求項１８に記載のクラッシュボックス。
【請求項２０】
前記多孔性材料は、多孔性発泡体およびハニカム構造の少なくとも１つを含む、請求項１９に記載のクラッシュボックス。
【請求項２１】
前記第１および第２のポケットの少なくとも１つに配置されたチューブアレイをさらに含む、請求項１８に記載のクラッシュボックス。
【請求項２２】
自動車両用のクラッシュボックスであって、
第１の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために前記外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する第１の層と、
前記第１の層に隣接し、第２の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために前記外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する第２の層と、
を含むクラッシュボックス。
【請求項２３】
前記第２の層は、前記第１の層の上に積み重ねられる、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項２４】
前記第１の層の前記リブおよびウェブ構造の構成は、前記第２の層の前記リブおよびウェブ構造の構成と異なる、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項２５】
前記第１の層の前記リブおよびウェブ構造の構成は、前記第２の層の前記リブおよびウェブ構造の構成と同じである、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項２６】
前記第１および第２の層はサイズが同じである、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項２７】
第１および第２の層はサイズが異なる、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項２８】
前記第２の層に隣接し、第３の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために前記外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する第３の層をさらに含む、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項２９】
前記第３の層は、前記第２の層の上に積み重ねられる、請求項２８に記載のクラッシュボックス。
【請求項３０】
前記第３の層は、前記第１および第２の層とサイズが同じである、請求項２８に記載のクラッシュボックス。
【請求項３１】
前記第３の層は、前記第１および第２の層よりも大きい、請求項２８に記載のクラッシュボックス。
【請求項３２】
前記第２の層は、前記第１の層よりも大きい、請求項３１に記載のクラッシュボックス。
【請求項３３】
前記第３の層は、バンパビームに取り付けられるように構成される、請求項２８に記載のクラッシュボックス。
【請求項３４】
前記第１の層の底部に取り付けられた取付ブラケットをさらに含む、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項３５】
前記取付ブラケットは、前記第１の層と一体に形成される、請求項３４に記載のクラッシュボックス。
【請求項３６】
前記取付ブラケットは、前記クラッシュボックスをフレームレールの取付ブラケットに取り付けるように構成された１つまたは複数の取付穴を含む、請求項３４に記載のクラッシュボックス。
【請求項３７】
前記第１の層の前記チューブアレイは、１つまたは複数の薄肉チューブを含み、
前記第２の層の前記チューブアレイは、１つまたは複数の薄肉チューブを含む、請求項２２に記載のクラッシュボックス。
【請求項３８】
クラッシュボックスを組み立てる方法であって、
複数のクラッシュパッドを用意することと、
前記複数のクラッシュパッドから第１のクラッシュパッドを選択し、前記第１のクラッシュパッドは、前記第１のクラッシュパッドの周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために前記外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有することと、
前記複数のクラッシュパッドから第２のクラッシュパッドを選択し、前記第２のクラッシュパッドは、前記第２のクラッシュパッドの周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために前記外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有することと、
前記第１および第２のクラッシュパッドを積み重ねてクラッシュボックスを形成することと、
を含む方法。
【請求項３９】
前記第１のクラッシュパッドの前記リブおよびウェブ構造の構成は、前記第２のクラッシュパッドの前記リブおよびウェブ構造の構成と同じである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１のクラッシュパッドの前記リブおよびウェブ構造の構成は、前記第２のクラッシュパッドの前記リブおよびウェブ構造の構成と異なる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１のクラッシュパッドおよび前記第２のクラッシュパッドはサイズが同じである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１のクラッシュパッドおよび前記第２のクラッシュパッドはサイズが異なる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１のクラッシュパッドを前記第２のクラッシュパッドに取り付けることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のクラッシュパッドは、前記１つまたは複数のリブと、前記１つまたは複数のウェブと、前記第１のクラッシュパッドの前記外装の少なくとも一部分との間に画定される１つまたは複数のポケットを含み、
前記第２のクラッシュパッドは、前記１つまたは複数のリブと、前記１つまたは複数のウェブと、前記第２のクラッシュパッドの前記外装の少なくとも一部分との間に画定される１つまたは複数のポケットを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
多孔性材料が、前記第１のクラッシュパッドの前記１つまたは複数のポケット内に配置される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
多孔性材料が、前記第２のクラッシュパッドの前記１つまたは複数のポケット内に配置される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記多孔性材料は、多孔性発泡体およびハニカム構造の少なくとも１つを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記多孔性材料は、多孔性発泡体およびハニカム構造の少なくとも１つを含む、請求項４６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「定減速ユニットクラッシュボックス」と題して、２０１６年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／３２５，６４２号の、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものであり、この特許の内容は、参照によりその全体を本明細書に援用される。
【０００２】
開示する実施形態は、概略的には自動車に関し、より詳細には、衝突時の衝突エネルギを吸収するように構成された安全システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車事故は、今日世界中にある不幸な現実である。米国だけでも毎年数万件の事故が発生している。これらの事故は、最低でも、自動車の所有者および保険会社に経済的負担をもたらし、最悪の場合に、車両の運転手および／または他の乗車人を死に至らせる。全米安全評議会（National Safety Council）は、２０１５年に米国の道路で３８，３００人が命を奪われ、４４０万人が負傷したと概算している。２０１４年において、正面衝突が、乗用車の乗車人の死亡の５３％を占めた。
【０００４】
過去４０年にわたって車両の安全性の重視を強化してきたが、事故件数は増加し続けている。車両の安全性は、シートベルト、衝撃吸収帯、フロントエアバッグ、およびサイドエアバッグなどの機構の追加により改善し続けているが、これらの機構のすべては、車両の乗車人が衝突から生き延びるのに寄与するように設計された。今日、道路上で新車をよりいっそう安全にする可能性がある車線逸脱システムおよび電子衝突回避システムなどの様々な他の安全機能がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、自動車両用のクラッシュボックスは、クラッシュパッドの周縁を画定する外装と、外装内に配置され、衝突エネルギを吸収するように構成されたリブおよびウェブ構造とを有するクラッシュパッドを含む。
【０００６】
別の実施形態によれば、自動車両用のクラッシュボックスは、第１の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する第１の層と、第１の層に隣接した第２の層とを含み、第２の層は、第２の層の周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有する。
【０００７】
さらに別の実施形態によれば、クラッシュボックスを組み立てる方法が開示される。方法は、複数のクラッシュパッドを用意することと、複数のクラッシュパッドから第１のクラッシュパッドを選択し、第１のクラッシュパッドは、第１のクラッシュパッドの周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つとを有することと、複数のクラッシュパッドから第２のクラッシュパッドを選択し、第２のクラッシュパッドは、第２のクラッシュパッドの周縁を画定する外装と、衝突エネルギを吸収するために外装内に配置された、１）リブおよびウェブ構造、ならびに２）チューブアレイの少なくとも１つを有することと、第１および第２のクラッシュパッドを積み重ねてクラッシュボックスを形成することとを含む。
【０００８】
当然のことながら、前述の概念、および下記に説明するさらなる概念は、本開示がこれに関して限定されないことから、任意の適切な組み合わせで構成することができる。
【０００９】
本教示の前述の、および他の態様、実施形態、および特徴は、以下の説明を添付図面と併用することで、より完全に理解することができる。
【００１０】
図面の簡単な説明
添付図面は、一定の縮尺で作図されることを意図されていない。図面において、様々な図に示された各同一の、またはほぼ同一の構成要素は同じ数字で表されている。明瞭にするために、すべての構成要素がすべての図面で符号を付けられているとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態によるバンパ衝突管理システムを示している。
【図２】一実施形態によるクラッシュボックスを示している。
【図３】一実施形態によるクラッシュボックスのベースクラッシュパッド層を示している。
【図４】一実施形態によるクラッシュボックスの中間クラッシュパッド層を示している。
【図５】別の実施形態によるクラッシュボックスを示している。
【図６】図５のクラッシュボックスの上面斜視図である。
【図７】図５のクラッシュボックスの上部層の内部を示している。
【図８】図５のクラッシュボックスの中間層の内部を示している。
【図９】図５のクラッシュボックスのベース層の内部を示している。
【図１０】様々な実施形態によるクラッシュパッドの試験データを示している。
【図１１】別の実施形態によるクラッシュボックスのベースクラッシュパッド層を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現在利用可能な安全に関する技術革新のすべてに対して、本発明者は、例えば、正面衝突および後面衝突による乗車人の負傷をさらに最小にするための車両構造の改良を含む、自動車の安全性のさらなる改善に対する要求があると認識した。本発明者は、衝突時に、穏やかな方法でエネルギを吸収するために車両に追加できるシステム、構造物、または装置の必要性を認識した。本発明者はまた、そのようなシステム、構造物、または装置が、燃料の節約の抑制を最小限にするだけでなく、車両に変更を加える必要性を最小限にするならば、有益であり得ると認識した。一部の実施形態では、そのようなシステム、構造物、または装置は、小さい質量を有し、車両実装空間を最小にし、かつ／または短い全長を有することができる。本発明者は、安全性を改善するための、車両へのそのような追加物のコストが比較的低ければ、それは有益であり得るとさらに認識した。最後に、本発明者は、質量、長さ、およびコストを最小限にしながら、かつ特定の車両に対してクラッシュボックスを個別調整できる構造の適応性を最大限にしながら、エネルギを吸収するために車両に追加することができる改良型のクラッシュボックスの必要性を認識した。
【００１３】
ほとんどの自動車にとって、正面衝突における防御の第一線はフロントバンパである。公知のように、通常、車両の外から見える車両のスタイル面の一部であるバンパは、通常ポリマー部品であり、非構造性である。バンパの下には、エネルギを吸収し、正面衝突の力の管理に寄与するように設計された衝突管理システムがある。この衝突管理システムは、通常、クラッシュボックスと呼ばれる２つのブラケットと、クラッシュボックスを連結するバンパビームとで構成される。衝突管理システムは、自動車のフロントバンパおよびリアバンパの両方に配置することができ、各システムは、２つ以上のクラッシュボックスを有する。明らかなことであるが、クラッシュボックスは、正面衝突または後面衝突時に、自動車のフロントバンパおよびリアバンパを通る衝突エネルギを吸収するように構成することができる。
【００１４】
一態様によれば、定減速ユニット（ＵＤＵ）クラッシュボックスが開示される。一部の実施形態では、クラッシュボックスは、１つまたは複数のクラッシュパッド層を含み、各層は、内部リブおよびウェブ構造を備えた外装を有する。そのような実施形態では、クラッシュボックスは、１つまたは複数のクラッシュパッド層が、所望のピーク負荷時に、（例えば、アコーディオン式に）圧壊し始め、衝突エネルギを吸収するように構成することができる。そのような所望のピーク負荷は、車両の重大な損傷（例えば、フレームレールまたは他の構造要素の座屈）が生じる前に、所与の車両が許容する最大負荷に相当することができる。明らかなことであるが、所与の車両が許容する最大負荷は、車両間で異なり得る。
【００１５】
一部の実施形態では、クラッシュボックスは、１つまたは複数のクラッシュパッド層が最小限に潰れた（例えば、変位した）後、このピーク負荷に達して衝突エネルギを吸収するように設計することができる。クラッシュボックスはまた、１つまたは複数のクラッシュパッド層が、一連の圧壊動作中に、引き続き圧壊されているときに、エネルギを吸収し続けるように設計することができる。明らかなことであるが、クラッシュボックスが、もはや変位することができない（例えば、圧縮することができない）場合に、一連の圧壊動作は終わる。一部の実施形態では、１つまたは複数の層は、自動車の衝突に呼応して、同時に圧壊する（例えば、各層が同時に圧壊する）ように構成することができる。他の実施形態では、１つまたは複数の層は、順次圧壊するように構成することができて、衝突に呼応して、第１の層が完全に圧壊し、その時点で、第２の層が圧壊し始めることができる。
【００１６】
一部の実施形態では、クラッシュボックスは、リブおよびウェブ構造によって画定されるポケット内に多孔性材料（例えば、発泡体またはハニカム構造などのセルマトリクス）を含む。そのような多孔質材料は、比較的高い強度と、変形によってエネルギを吸収する能力とをもたらすことができ、その一方で、質量およびコストを最小化する。そのような実施形態では、多孔性材料は、クラッシュボックスが、所望のピーク負荷で圧壊し始めたときに、エネルギを吸収するのに寄与することができる。多孔性材料はまた、一連の圧壊動作の残りの部分中に、さらなるエネルギが吸収されるのを可能にする。すなわち、１つまたは複数のクラッシュパッド層が圧壊するときに、多孔性材料は、圧縮されてエネルギを吸収する。一部の実施形態では、クラッシュボックスは、エネルギの吸収に寄与するチューブアレイを含む。例えば、クラッシュボックスは、リブおよびウェブ構造によって画定される１つまたは複数のポケット内にチューブアレイを含むことができる。他の実施形態では、クラッシュボックスは、リブおよびウェブ構造の代わりにチューブアレイを含むことができる。一部の実施形態では、多孔性材料は、各チューブ内に配置することができる。
【００１７】
ここで図を参照すると、一部の実施形態では、図１に示すように、クラッシュボックス１００は、車両フレームレール１０２およびバンパビーム１０４に連結するように構成されている。クラッシュボックスは、自動車、トラック、バン、ＳＵＶ、および／またはクロスオーバなどの小型車両、あるいは他のタイプの車両のフレームレールに取り付けることができる。クラッシュボックスは、衝突した場合の修理中に、容易に交換できるように、車両のフレームレールにボルト留めすることができるが、クラッシュボックスは、他の適切な方法によってレールに取り付けることもできる。一部の実施形態では、クラッシュボックスは、取付ブラケット（図２を参照のこと）を介してフレームレールに取り付けられる。クラッシュボックスはまた、バンパビームにボルト留めすることができるが、クラッシュボックスは、バンパビームに溶接する、または他の方法で機械的に結合することもできる。
【００１８】
図２に示すように、一部の実施形態によれば、クラッシュボックス１００は、１つまたは複数のクラッシュパッド層のアセンブリを含む。一例では、図２に示すように、クラッシュボックス１００は、３つのクラッシュパッド層１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを含むことができるが、クラッシュボックスは、異なる数量の層を含むこともできる。例えば、クラッシュボックスは、ただ１つの層を含むことができるし、２つの層を含むことができるし、または４つ以上の層を含むこともできる。さらに図２に示すように、第１の層１０６ａは、取付ブラケット１０８に取り付けることができる。明らかなことであるが、第１の（ベース）層１０６ａはまた、取付ブラケット１０８と一体に形成することができる。１つまたは複数のクラッシュパッド層は、様々な溶接技術、留め具、および接着剤を含む様々な方法で互いに取り付けることができる。
【００１９】
図３に示すように、各クラッシュパッド層（層１０６ａが示されている）は、クラッシュボックスのエネルギ吸収要素として機能できる外装１１０ならびに内部リブおよびウェブ構造１１２を含むことができる。一部の実施形態では、外装は、クラッシュパッド層の周縁を形成する。一部の実施形態では、外装は、クラッシュパッド層の上面および底面を形成する。一部の実施形態では、内部リブおよびウェブ構造１１２は、各クラッシュパッド層の上部と底部との間に延びる１つまたは複数のリブ１１４を含む。一部の実施形態では、リブは、各クラッシュパッド層の上部と底部との間に部分的にのみ延び、一方、他の実施形態では、リブは、各クラッシュパッド層の上部と底部との間に完全に延びることができる。一部の実施形態では、各リブの上部と底部との間の距離である各リブの高さＨＲは、クラッシュパッド層のすべてのリブに対して同じとすることができるが、各リブの高さは、リブ間で異なってもよい。リブの高さはまた、クラッシュパッド層間で異なってもよい。図３のクラッシュパッド層は７つのリブ１１４を含むが、当然のことながら、クラッシュパッド内部リブおよびウェブ構造１１２は、任意の適切な数量のリブを含むことができる。例えば、図９に示すように、内部リブおよびウェブ構造１１２は、ただ１つのリブ１１４を含むことができる。
【００２０】
さらに図９に示すように、一部の実施形態では、内部リブおよびウェブ構造は、フレームレールの断面に合致することができる。理論に束縛されることを望むものではないが、そのような実施形態では、内部リブおよびウェブ構造の断面が、フレームレールの断面に合致する場合に、軸方向負荷のすべてではないにしてもほとんどは、フレームレール取付ブラケットを早期に破断することがある剪断力を形成することなく、フレームレールに直接伝達することができる。そのようなサイズの合致は、クラッシュボックスの内部構造にのみ適用可能である。内部リブおよびウェブ構造は、任意の適切なパターンを有することができる。
【００２１】
一部の実施形態では、リブは、延性、高強度で比較的低弾性率の材料から形成される。この形態は、鋳造、鍛造、または他の金属成形技術で製作することができる。リブはまた、付加的技術プロセスで形成することができる。リブおよびウェブのマトリクスは、強度および剛性に関する所望の特性を付与するように設計された複合工学材料から製作することもできる。例えば、一部の実施形態では、ウェブ構造は、クラッシュパッドのより大きい領域にわたる衝突力の分散を容易にする助けとするために、高引張り強度材料層で覆うことができる。
【００２２】
さらに図３に示すように、リブおよびウェブ構造はまた、１つまたは複数のリブと交差する１つまたは複数のウェブを含む。図３では、ウェブは、クラッシュパッド層のベース１１６によって形成されているが、ウェブは、リブの上部と底部との間の任意の地点に配置されて、リブと交差することができる。例えば、ウェブは、リブの上部と底部との間の中間に配置することができる。明らかなことであるが、図３では、ウェブは、リブに垂直であるとして示されているが、他の実施形態では、ウェブは、リブに対して角度をなして配置することができる。
【００２３】
一部の実施形態では、１つまたは複数のポケット１１８が、クラッシュパッド層１０６ａのリブ、外装１１０、およびウェブ１１６（例えば、ベース）間に形成される。一部の実施形態では、ポケット１１８は、第１および第２の隣接するクラッシュパッド層のリブ、外装、およびウェブ間に形成される。明らかなことであるが、各ポケットのサイズおよび形状は、一部の実施形態では同じとすることができるが、ポケットの形状およびサイズは、ポケット間で異なってもよい。ポケットのサイズおよび形状はまた、クラッシュパッド層間で異なってもよい。
【００２４】
一部の実施形態では、多孔性材料１２０は、１つまたは複数のポケット１１８に挿入することができる。多孔性材料はまた、クラッシュボックスのエネルギ吸収要素として機能することができる。一部の実施形態では、多孔性材料は、金属発泡体またはハニカム材料などのきわめて低密度のセル材料から構築される。明らかなことであるが、ポケットは、多孔性材料で完全に満たされる必要はない。例えば、発泡体は、各ポケットの容積の１５％のみを占めることができる。やはり明らかなことであるが、同じ量の多孔性材料が、各ポケットに挿入される必要はない。すなわち、より大きいポケットは、より小さいポケットよりも多くの多孔性材料を含むことができる。さらに明らかなことであるが、多孔性材料は、各ポケットに挿入される必要はない。例えば、多孔性材料は、所与の層のポケットの半分だけに挿入することができる。さらに明らかなことであるが、第１の層に含まれる多孔性材料は、クラッシュボックスの別の層の多孔質材料と同じである必要はない。各クラッシュパッドは、セル材料からなる１つの層またはセル材料からなる複数の層を含むことができる。
【００２５】
一部の実施形態では、各クラッシュパッド層１０６ａは、比較的薄肉のチューブ１２１のアレイ（図１１を参照のこと）を含むことができ、一部の実施形態では、チューブ１２１は、車両の前後軸に対して平行に向けることができる。チューブの形状は、円形、長方形、または他の任意の閉じた幾何学形状もしくはオーガニック形状とすることができる。チューブは、軽量、高強度材料の層間に挟み込まれる。一群のチューブは、延性、高強度で比較的低弾性率の１つまたは複数の材料を使用する単一層、二層、または多層のいずれかとすることができる。この形態は、押出し、鋳造、および他の金属成形技術を含む様々な方法で形成することができる。チューブアレイは、１つの連続部品として作製することができるし、または互いに結合された複数の個別チューブから形成することもできる。チューブアレイは、強度および剛性に関する所望の特性を付与するように設計された複合工学材料から製作することもできる。チューブアレイはまた、付加的技術プロセスで形成することができる。
【００２６】
一部の実施形態では、薄肉チューブアレイは、金属発泡体またはハニカム材料などのきわめて低密度のセル材料で満たされる。一群のチューブは、延性、高強度で比較的低弾性率の１つまたは複数の材料を使用する単一層、二層、または多層のいずれかとすることができる。この形態は、押出し、鋳造、および他の金属成形技術を含む様々な方法で形成することができる。チューブアレイは、１つの連続部品として作成することができるし、または互いに結合された複数の個別チューブから形成することもできる。チューブアレイは、強度および剛性に関する所望の特性を付与するように設計された複合工学材料から製作することもできる。チューブアレイはまた、付加的技術プロセスで形成することができる。
【００２７】
図１１のクラッシュパッド層は、外装内にチューブアレイだけを有するが、当然のことながら、クラッシュパッド層は、リブおよびウェブ構造を有することができ、チューブアレイは、リブおよびウェブと外装とによって画定される１つまたは複数のポケット内に配置される。そのような実施形態では、チューブは、多孔性材料で満たすことができる。
【００２８】
明らかなことであるが、クラッシュパッドは、任意の適切な形状を有することができる。例えば、クラッシュパッドは、長方形、正方形、円形、長円形、または図４のクラッシュパッド層１０６ｂに示されるものなどの他の適切な形状とすることができる。さらに明らかなことであるが、各層の形状は、同じである必要はない。例えば、第１および第３の層は、略長方形とすることができ、一方、第２の層は円形である。
【００２９】
一部の実施形態では、クラッシュボックスは、高さを約２〜１０インチとすることができる。明らかなことであるが、クラッシュボックス１００の高さＨＣＢは、クラッシュパッド層の数量を調整することで変えることができる（図２を参照のこと）。例えば、クラッシュボックスの高さは、より多くのクラッシュパッド層を追加することで高くすることができ、かつ／または１つまたは複数のクラッシュパッド層を取り除くことで低くすることができる。一部の実施形態では、各クラッシュパッド層の高さは、約１〜８インチである。明らかなことであるが、クラッシュボックス内の各クラッシュパッド層の高さは、同じである必要はない。例えば、第１および第３の層は、高さを２インチとすることができ、一方、第２の層は、高さを４インチとすることができる。
【００３０】
図２に示すように、一部の実施形態では、クラッシュパッド層の断面領域によって画定される各クラッシュパッド層の設置面積は同じである。他の実施形態では、図５〜９に示すように、クラッシュボックスは、増設クラッシュパッド層の追加と共に設置面積が拡大するように先細りにすることができる。すなわち、設置面積は、ベース層から離れる方向に（層１０６ａから層１０６ｂに向かって層１０６ｃまで）拡大することができる。明らかなことであるが、各クラッシュパッド層の設置面積は、この実施形態において拡大するように示されているが、他の実施形態では、クラッシュパッド層の設置面積は、増設パッド層の追加と共に縮小することができる。他の実施形態では、設置面積は、交互に繰り返す形などで、増設層の追加と共に拡大し、次いで縮小することができる。一部の実施形態では、設置面積がより大きいクラッシュパッドは、設置面積がより小さいクラッシュパッドよりもエネルギ吸収を多くすることができる。例えば、図５に示すクラッシュボックスの場合に、ベース層１０６ａから上部層１０６ｃに向かって設置面積の大きさが拡大することで、圧壊体積が拡張され、したがって、より多くのエネルギを吸収することができる。
【００３１】
一部の実施形態では、クラッシュパッド層の長さＬＣＰは、約１．５〜１２インチである（図３および図４を参照のこと）。クラッシュパッド層の幅ＷＣＰは、約１．５〜１２インチとすることができる。取付ブラケット１０８は、長さＬＭＢを約１．５〜１２インチ、幅ＷＭＢを約１．５〜１２インチとすることができる（図４を参照のこと）。
【００３２】
図６に示すように、クラッシュボックスは、クラッシュボックスをフレームレール１０２上の取付ブラケット１２４およびバンパビーム１０４に取り付けるための（例えば、取付ブラケット１０８および上部層１０６ｃ上の）１つまたは複数の取付穴１２２を含むことができる。図７に示すように、一部の実施形態では、第３の層、または上部層は、クラッシュボックスをバンパビームに取り付けるためのボス１２６を含むことができる。明らかなことであるが、クラッシュボックス１００の上部層１０６ｃは、バンパビームを取り付けて固定するのに使用される連結用ハードウェアのタイプに合わせることができる。
【００３３】
明らかなことであるが、エネルギ吸収能力が高いために、開示したクラッシュボックスは、従来のクラッシュボックスよりも小さくすることができる。クラッシュボックスはまた、従来のクラッシュボックスと同じサイズとすることができ、あるいは従来のクラッシュボックスよりも大きくすることができ、従来のクラッシュボックスよりも高いエネルギ吸収をもたらすことができる。そのような実施形態では、サイズおよびエネルギ吸収能力に関係なく、クラッシュボックスは、車両の重大な損傷（例えば、フレームレールの座屈）が生じる前に、所与の車両が許容する最大負荷未満の負荷に相当するピーク負荷で圧壊するように設計することができる。
【００３４】
一部の実施形態では、開示したクラッシュボックスのモジュール式構造により、クラッシュボックスが、任意のフレームレールおよびバンパ構造に取り付くように構成されることが可能になる。例えば、クラッシュボックス取付ブラケット１０８のサイズおよび形状（例えば、幅および長さ）は、フレームレール取付ブラケット１２４のサイズおよび形状（例えば、幅および長さ）に合致することができる（図１を参照のこと）。一部の実施形態では、層状構造により、クラッシュボックスが任意のバンパ取付け用ハードウェアに対応するのが可能になる。
【００３５】
一部の実施形態では、層状構造により、軽量のバンパに横剛性を持たせることができる。一部の実施形態では、ＵＤＵクラッシュボックスの層状構造により、バンパビーム取付部に横剛性を持たせることができる。例えば、厚さに対する断面領域の比率が高く、アルミニウム発泡体で満たされる各薄肉リブおよびウェブ層は、高い横剛性を有する。
【００３６】
一部の実施形態では、クラッシュボックスは、鋳造、鍛造、または他の金属形成技術によって、一体の単一構造として製作することができる。クラッシュボックスはまた、付加的技術プロセスで形成することができる。一部の実施形態では、クラッシュボックスの１つまたは複数のクラッシュパッド層は、別々の構成要素として形成し、次いで、機械式留め具（すなわち、ねじ、ボルト、リベット）、溶接、接着剤、または摩擦撹拌溶接もしくはレーザ溶接などの他の機械接合方法によって結合することができる。
【００３７】
一部の実施形態では、クラッシュボックスは、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金で形成することができる。例えば、６０６１などの鍛造用合金、またはＡ３５６、Ｂ２０６、もしくはＡＡ３６７などの鋳造用合金を使用することができる。明らかなことであるが、クラッシュボックスはまた、他の適切な材料で形成することもできる。
【００３８】
ここで図１０を参照すると、図１０は、完全に同じ断面領域および同じ１インチ初期厚さを有する３つの異なるクラッシュボックスアセンブリに対して実施した試験からのデータを示している。第１のクラッシュボックスには、２つの平行で薄いアルミニウムプレート間に挟み込まれた密度１５％のアルミニウム発泡体が含まれ、リブおよびウェブ外装はなく、第２のクラッシュボックスには、リブおよびウェブアルミニウム外装が含まれ、発泡体はなく、第３のクラッシュボックスには、リブおよびウェブアルミニウム外装が含まれ、外装構造のポケットのすべてに密度１５％のアルミニウム発泡体があった。この負荷対変位データは、アセンブリが個々に圧壊したときに、試験機械から収集された。曲線の下の面積は、圧壊により各構造体によって吸収されたエネルギに相当する。
【００３９】
図１０の最も下の曲線（正方形）は、密度１５％の鋳造アルミニウム発泡体を圧壊させて収集された。示すように、この曲線は、圧壊の開始時に低い圧壊力を有するが、圧壊距離が長くなると共に圧壊力が増大している。アルミニウム発泡体に対する圧壊力は、発泡体セルが潰れ、発泡体が次第により高い密度になったときに大幅に増大するのが認められた。変位量が０．６インチを超えてすぐに、アルミニウム発泡体に対する圧壊力の急増が観察された。
【００４０】
中間にある曲線（三角形）は、ボックス内に軸方向リブおよびウェブを含む長方形外装ボックス構造を圧壊させて作成された。このボックス構造は、６０６１  Ｔ６アルミニウム合金で構築された。図１０のグラフから分かるように、外装構造の負荷は、約１４０，０００ポンドの最大値（例えば、ピーク負荷）まで急増し、次いで、一連の圧壊動作の残りの部分に対して下降している。明らかなことであるが、一連の圧壊動作の残りの部分中に、まだエネルギを吸収することができる。
【００４１】
図１０の上部曲線（ダイヤモンド形）は、軸方向リブおよびウェブと、リブおよびウェブポケットを満たす密度１５％の鋳造アルミニウム発泡体とを含む６０６１  Ｔ６アルミニウム合金外装を圧壊させて収集された。明らかなことであるが、リブおよびウェブ構造だけ（三角形）または発泡体だけ（正方形）を有する実施形態と比較して、より多くのエネルギがこの形態によって吸収される（例えば、負荷対変位曲線の下の面積がより大きい）。
【００４２】
図１０のデータに鑑みて、本発明者は、１つまたは複数のクラッシュパッド層が、リブおよびウェブ構造を含む場合に、クラッシュボックスは、比較的短い変位で特定のピーク力に達するように設計することができると認識した。例えば、より小型（例えば、より短い）で、かつ／または質量が小さいクラッシュボックスを使用して、既存のクラッシュボックスと同じピーク力か、または既存のクラッシュボックスよりも大きいピーク力を吸収することができる。発泡体が、リブおよびウェブ構造のポケットに配置された実施形態では、材料が圧壊し、より高密度になったときに、必然的に剛性がより高くなるアルミニウム発泡体の特性を使用して、特定の変位に対するピーク構造力に、またはピーク構造力付近に負荷を維持することができ、ひいてはエネルギ吸収を維持することができる。そのような発泡体はまた、単位エネルギを吸収するのに必要とされる質量を最小限にすることができる。
【００４３】
変形特性のこの組み合わせは、適切な密度、厚さ、および量の、アルミニウム発泡体などの多孔性材料と対になったリブおよびウェブ構造（またはアレイ、または比較的薄肉のチューブ）を有するクラッシュパッド層を組み合わせて、所与の負荷および所与の変位に対してエネルギ吸収を最大にすることができる複合構造を形成できることを示唆する。明らかなことであるが、開示したクラッシュボックスは、より小さい変位を可能にする、より狭い空間でのより多くのエネルギ吸収を可能にするように設計することができる。
【００４４】
クラッシュボックスのエネルギ吸収を調整するために、１つまたは複数のクラッシュパッド層を使用する実施形態が図示および説明されたが、当然のことながら、開示したクラッシュパッドは、自動車の他のＵＤＵで使用することができる。例えば、クラッシュパッドは、自動車のホイールウェルに置かれたＵＤＵで使用することができ、ホイールウェルのＵＤＵは、２つのクラッシュパッドと連結ビームとを有する。他の実施形態と同様に、ホイールウェルのＵＤＵの各クラッシュパッドは、外装とリブおよびウェブ構造（またはチューブアレイ）とを有することができる。各クラッシュパッドはまた、リブおよびウェブ構造のポケット内に（またはチューブ内に）多孔性材料を含むことができる。他の実施形態と同様に、ホイールウェルのＵＤＵは、下側ダッシュパネル、ファイアウォール、およびＡピラーが、例えば、車両乗車人の空間に侵入し、車両乗車人を負傷させ得る前に、自動車が許容する最大負荷に相当するピーク負荷を吸収するように設計することができる。
【００４５】
本開示の別の態様によれば、クラッシュボックスを組み立てる方法が開示される。一部の実施形態では、方法は、複数のクラッシュパッドを用意することを含む。次に、方法は、複数のクラッシュパッドから第１のクラッシュパッドを選択することを含む。上記の実施形態と同様に、第１のクラッシュパッドは、外装とリブおよびウェブ構造とを有することができる。一部の実施形態では、多孔性材料またはチューブアレイをリブおよびウェブ構造によって画定されるポケット内に配置することができる。他の実施形態では、第１のクラッシュパッドは、リブおよびウェブ構造の代わりとしてチューブアレイを有することができる。次に、方法は、複数のクラッシュパッドから第２のクラッシュパッドを選択することを含む。第１のクラッシュパッドと同様に、第２のクラッシュパッドは、リブおよびウェブ構造ならびに／またはチューブアレイを有することができる。第２のクラッシュパッドはまた、リブおよびウェブ構造のポケット内に配置された多孔性材料を有することができる。一部の実施形態では、第１および第２のクラッシュパッドは、同じ（例えば、同じサイズならびに／またはリブおよびウェブ構造）とすることができ、一方、他の実施形態では、第１および第２のクラッシュパッドは、異なってよい（例えば、異なるサイズならびに／またはリブおよびウェブ構造）。最後に、第１および第２のクラッシュパッドを互いに重ね合わせて、クラッシュボックスを形成することができる。一部の実施形態では、方法は、第１および第２の層を互いに取り付けることを含む。一部の実施形態では、方法は、第３のクラッシュパッドを選択することを含み、第３のクラッシュパッドは、第１および第２のクラッシュパッドの上に積み重ねられて、クラッシュボックスが形成される。当然のことであるが、第３のクラッシュパッドは、第１および第２のクラッシュパッドの１つまたは両方と同じでよいし、または異なってもよい。
【００４６】
本教示が、様々な実施形態および例に関連して説明されたが、本教示が、そのような実施形態または例に限定されることは意図されていない。それどころか、本教示は、当業者には明らかなように、様々な代替案、修正形態、および等価物を包含する。したがって、前述の説明および図面は単なる例に過ぎない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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