(57)【要約】  エネルギー吸収システムは、熱処理可能鋼等の連続した材料から成る筒を有する。筒は、中間部によって接続される第１リング部及び第２リング部を有する。一態様では、中間部はフレア状に拡がっており、且つ／又は挟持されて、衝撃を受けたときに１つの筒部を予測可能に且つ入れ子状にめり込ませる。別の態様では、１つの筒部が、延伸特性及び降伏特性を最適にして衝撃を受けたときにめり込みやすくするようにアニールされる。この構造により、バンパシステムが長手方向に衝撃を受けたときに、第１リング部及び第２リング部が、予測可能な一定のロール潰れにより入れ子式に圧壊する。上述のシステムに関連した方法も開示される。
2007503561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
第１筒部と、
該第１筒部と整合する第２筒部と、
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部であって、前記第１筒部及び前記第２筒部はサイズが寸法的に異なり、該中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有する、中間筒部と
を備え、
前記第１筒部は、前記第２筒部よりもサイズが大きく、且つ筒境目を画定する外面を有し、
前記第１端部は、前記外面を越えて半径方向外向きにフレア状に拡がっている変形材料のひと続きのバンドを有し、長手方向に衝撃を受けたときに前記第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用し、
前記第２端部は、衝撃を受けている最中に前記第１筒部がそのコラム強度を維持するのとは対照的に、前記第２筒部の入れ子状のめり込みを開始するように構成される、
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒。
【請求項２】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、単一の材料シートから形成され、
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部の少なくとも１つは、異なる材料特性を有するように熱処理される、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３】
前記中間筒部と、前記第１筒部及び前記第２筒部の一方とは熱処理される、請求項２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４】
前記中間筒部及び前記一方の筒部はアニールされる、請求項３に記載のエネルギー管理筒。
【請求項５】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、鋼から成る、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項６】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、アメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）により規定された、構造用鋼の降伏強度を有する材料から成る、請求項５に記載のエネルギー管理筒。
【請求項７】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、少なくとも約３５ＫＳＩの降伏強度を有する材料から成る、請求項５に記載のエネルギー管理筒。
【請求項８】
前記材料は、少なくとも８０ＫＳＩの降伏強度を有する、請求項７に記載のエネルギー管理筒。
【請求項９】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、熱処理可能なグレードの材料から成る、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１０】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部のうち少なくとも１つの前記材料は、熱処理される、請求項９に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１１】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、アニール可能なグレードの材料から成る、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１２】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部のうち少なくとも１つの前記材料は、アニールされる、請求項１１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１３】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部のうち少なくとも１つの前記材料は、前記中間筒部をアニールすることを含めてアニールされて、異なる材料特性を有するようになる、請求項１２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１４】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、構造用鋼の降伏特性、引張り特性、及び延伸特性と少なくとも同等の特性を有する材料から成る、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１５】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼から成る、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１６】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、超高強度鋼から成る、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１７】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、連続的なロール成形の過程で、長手方向にロール成形される、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１８】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部の少なくとも１つは、圧縮されてサイズを縮小することによって、ある程度形成される、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項１９】
前記第１筒部及び前記第２筒部は、長手方向に圧縮されて、
前記中間筒部に予め設定された形状を強制的にとらせ、
前記第１端部及び前記第２端部は少なくとも部分的に重なる、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２０】
前記第１筒部は、前記第２筒部よりも少なくとも約１０％高い降伏強度を有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２１】
前記第１端部は、前記第１筒部の壁厚の約０．５倍以上の半径を有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２２】
前記第２端部は、前記第２筒部の壁厚の約１．０倍を上回る第２半径を有する、請求項２１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２３】
前記第１筒部の内側に位置するインサートを有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２４】
前記第１筒部及び前記第２筒部の一方の自由端に取り付けられるバンパビームを有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２５】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方に取り付けられる車両フレームを有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２６】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方に取り付けられるクロスカーフレーム部材を有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２７】
前記第１筒部及び前記第２筒部は、同様の幾何学的形状の断面形状を有するが、断面積サイズは異なる、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２８】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、矩形断面を有する、請求項２７に記載のエネルギー管理筒。
【請求項２９】
前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方は、円形断面を有する、請求項２８に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３０】
前記第１筒部及び前記第２筒部の一方は、或る位置にて円形断面を有し、且つ、前記或る位置から長手方向に離間した別の位置にて矩形断面を有する、請求項１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３１】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
第１筒部と、
該第１筒部と整合する第２筒部と、
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部であって、前記第１筒部及び前記第２筒部はサイズが寸法的に異なり、該中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有する、中間筒部と
を備え、
前記第２筒部は、前記第１筒部よりもサイズが小さく、且つ筒境目を画定する内面を有し、
前記第２端部は、前記境目の内側に半径方向内向きにフレア状に拡がっている変形材料のひと続きのバンドを有し、長手方向に衝撃を受けたときに前記第２筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用し、
前記第１端部は、衝撃を受けている最中に前記第２筒部がそのコラム強度を維持する間に前記第１筒部の入れ子状のめり込みを開始するように構成される、
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒。
【請求項３２】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、単一の材料シートから形成され、
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部の少なくとも１つは、異なる材料特性を有するように熱処理される、請求項３１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３３】
前記中間筒部と、前記第１筒部及び前記第２筒部の少なくとも一方とは、熱処理される、請求項３２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３４】
前記中間筒部及び前記一方の筒部はアニールされる、請求項３３に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３５】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、鋼から成る、請求項３１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３６】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
第１筒部と、
該第１筒部と整合する第２筒部と、
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部であって、前記第１筒部は、前記第２筒部よりもサイズが寸法的に大きく、該中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有する、中間筒部と
を備え、
前記中間筒部は、連続的なリングを形成し、且つ、
長手方向の断面から見ると、前記第１端部が壁区域に第１半径を画定し、且つ前記第２端部が壁区域に第２半径を画定する非線形壁区域であり、
前記第１半径及び前記第２半径の一方は他方の半径よりも小さい非線形壁区域であり、
前記一方の小径を有する端部は、前記他方の大径を有する端部よりもコラム強度に対し比較的大きな支持を与え、
前記他方の大径を有する端部は、前記大径を有する前記筒部の入れ子状のめり込みを開始するように構成されており、
それにより、長手方向の衝撃を受けると、前記中間筒部及び前記第２筒部は、予測可能に、且つ、前記中間部が前記長手方向の衝撃から力を受けたときの前記第１端部よりも迅速に、また、前記第１筒部よりも迅速に、めり込む、
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒。
【請求項３７】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、単一の材料シートから形成され、
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部の少なくとも１つは、異なる材料特性を有するように熱処理される、請求項３６に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３８】
前記中間筒部と、前記第１筒部及び前記第２筒部の一方とは、熱処理される、請求項３７に記載のエネルギー管理筒。
【請求項３９】
前記中間筒部及び前記一方の筒部はアニールされる、請求項３８に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４０】
前記第１筒部、前記第２筒部、及び前記中間筒部は、鋼から成る、請求項３６に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４１】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
第１筒部と、
該第１筒部と整合する第２筒部と、
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部であって、前記第１筒部は、前記第２筒部よりもサイズが寸法的に大きく、該中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有する、中間筒部と、
前記第１端部の内側に位置するとともに前記第２端部を支持する支持部材であって、めり込みに対し付加的な耐性を与える、支持部材と、
前記第１筒部の内側に位置するとともに、長手方向の衝撃を受けると圧壊すると同時に材料のめり込みを制御するのを助けるように構成されている、圧壊可能な支持部材と
を備える、
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒。
【請求項４２】
前記支持部材は、前記中間筒部に係合する、請求項４１に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４３】
前記支持部材は、前記第１筒部内に嵌合する細長い一定形状を有する、請求項４２に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４４】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒であって、
第１筒部と、
該第１筒部と整合する第２筒部と、
前記第１筒部と前記第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部であって、前記第１筒部は、前記第２筒部よりもサイズが寸法的に大きく、該中間筒部は、前記第１筒部から前記第２筒部に移行する形状を有する、中間筒部と
を備え、
前記中間筒部と、前記第１筒部及び前記第２筒部のうち一方とは、前記第１筒部及び前記第２筒部のうち他方とは異なる材料特性を有するようにアニールされ、
前記異なる材料特性は、降伏特性及び延伸特性の変化を含み、且つ、前記中間筒部が該中間筒部を変形するのに十分な応力を受けると前記中間筒部を変形及び整形しやすくするようになっている、
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒。
【請求項４５】
前記異なる材料特性は、長手方向に衝撃を受けている間、前記アニールされた一方の筒部の予測可能な且つ所望の入れ子状のめり込みを支持するようになっている、増大した延伸特性及び低減した降伏特性を含む、請求項４４に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４６】
前記異なる材料特性は、前記一方の筒部の断面をサイズが異なるように変更することを含めた、前記一方の筒部の機械的に形成するのを助けるようになっている、増大した延伸特性及び低減した降伏特性を含む、請求項４５に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４７】
前記異なる材料特性は、長手方向に衝撃を受けている間、前記中間筒部を材料のめり込みを促進する形状に変化させるのを助けるようになっている、増大した延伸特性及び低減した降伏特性を含む、請求項４５に記載のエネルギー管理筒。
【請求項４８】
ショックアブソーバであって、
塑性変形可能なストレート筒を部分的に縮小又は部分的に拡大することによって一体形成される、小径筒部分及び大径筒部分と、
前記小径筒部分と前記大径筒部分の縁間に、該縁を各筒部分に折り返すことによって連続的に形成される段部分と
を備え、
加えられた衝撃エネルギーを吸収する量を制御するように、摩擦部材が前記大径筒部分の内側に取り付けられる、ショックアブソーバ。
【請求項４９】
前記段部分は、
前記小径筒部分の、断面が円弧形である環状折り返し部分は、断面において曲率半径が小さく、且つ、前記大径筒部分の、断面が円弧形である環状折り返し部分は、断面の曲率半径が大きい
断面構造を有し、
環状側面は、前記環状折り返し部分の縁をその縁により接合し、
それにより、前記段部分をＳ字形状断面に一体形成する、請求項４８に記載のショックアブソーバ。
【請求項５０】
前記摩擦部材は、外径が前記大径筒部の内径よりも小さく、且つ内径が前記小径部分の外径よりも大きい環状弾性部材であり、
前記環状部材は、前記大径筒部分の内側に挿入される、請求項４８に記載のショックアブソーバ。
【請求項５１】
前記摩擦部材は、外径が前記大径筒部分の内径にほぼ等しく、且つ内径が前記小径筒部分の前記環状の折り返し部分の外径よりも大きい、環状弾性部材であり、
前記環状弾性部材は、前記大径筒部分の内側に圧挿入される、請求項４８に記載のショックアブソーバ。
【請求項５２】
ショックアブソーバであって、
塑性変形可能なストレート筒を部分的に縮小又は部分的に拡大することによって一体形成される小径筒部分及び大径筒部分と、
前記小径筒部分及び前記大径筒部分を接合する段部分と
を備え、
前記小径筒部分の折り返し部分と前記大径筒部分の折り返し部分との双方は、前記段部分により互いに接合される際、９０度を超える円弧角を有する円弧形部を有し、
前記段部分は、前記小径筒部分の前記折り返し部分と前記大径筒部分の前記折り返し部分とを接合することによりＳ字形部を有するように形成される、ショックアブソーバ。
【請求項５３】
前記段部分は、Ｓ字形部を有するように形成され、
前記小径筒部分の前記折り返し部分の前記円弧形部の半径は、前記大径筒部分の前記折り返し部分の前記円弧形部の半径よりも小さくなるようにされる、請求項５２に記載のショックアブソーバ。
【請求項５４】
前記段部分は、前記小径筒部分の前記折り返し部分と前記大径筒部分の前記折り返し部分とを環状側面により接合することによりＳ字形部を有するように形成される、請求項５２に記載のショックアブソーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［背景］
本発明は、衝撃ストローク中、一定の且つ予測可能な方法で著しい衝撃エネルギーを吸収するように構成されているエネルギー管理システムに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、「CRUSH TOWER WITH RINGS OF VARIED STRENGTH」と題する、２００１年９月２７日付けで出願された出願番号０９／９６４，９１４（現在、米国特許第６，６４８，３８４号）の一部継続出願であり、その全内容は参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００３】
連邦政府、保険会社、車両安全に関わる代理店、協会及び会社は、車両バンパシステムが合格しなければならない標準化された衝撃試験を規定している。バンパマウント及びクラッシュタワーは通常、バンパバーを車両フレーム上に支持するために使用されており、車両が衝撃を受けている間にエネルギーを吸収するのに使用されることが多い。いくつかの特徴が、バンパマウント及びクラッシュタワーを「効果的な」ものにするために役立っている。既知の狭い範囲内の一定且つ予測可能な衝撃強度を与え、それにより、個々の車両のバンパシステムがすべて、試験に確実に合格するようにする、バンパマウント及びクラッシュタワーを製造することが望ましい。これにより、製造者はより安全な車両を製造することができ、また、余分な重量を削減するとともに低コストの材料を使用するために、バンパシステムをより正確に最適化することができる。さらに詳しくは、一定の力対撓み曲線を提供する、バンパマウント及びクラッシュタワーを製造し、一定のエネルギー吸収対時間曲線を提供し、一定且つ予測可能な圧壊パターンを提供することが望ましい。これにより、車両製造者は、或る特定の衝撃力でどれだけの撓みが発生するか、また、衝撃、すなわち、車両が衝突を受けている間の任意の時点でどれだけのエネルギーが吸収されるかを確実に知ることができる。次に、これにより、車両製造者は、製品のばらつきを補償するとともに車両フレーム上にバンパシステムを十分に支持するための空間を無駄に使うことなく、衝撃の被害がないことを可能にするのに十分な空間をバンパシステムの周囲に設計することができる。力対撓み曲線には、クラッシュタワーが弾性変形から永久変形に変化して、完全に圧壊して安定する(bottoming out)ときのいくつかの重要な範囲がある。これらの様々な圧壊点が予測可能であり、それにより、圧壊の前及びその最中に相当量のエネルギーを確実に吸収するようにするだけでなく、過度の負荷がバンパシステムを介して車両及びその乗員に伝達される前に、圧壊が確実に起きるようにすることが、重要である。
【０００４】
以上に加えて、バンパ開発プログラムには長いリードタイムが必要であり、また、いずれのクラッシュタワーも、バンパ開発プログラムの遅い段階で特定車両モデル用に最適化するために予測して変更及び調整することができるように、融通性、適応性及び「可調整性」を有することが重要である。また、様々なバンパビームに、且つ様々なバンパシステムで、また、車両要件が広範にわたって変化するにもかかわらず様々な車両モデルで使用することができ、それにより、各新しいバンパシステムが、新しいにもかかわらず、全てが未試験で且つ「未知」のシステムではないようにすることができるクラッシュタワー構造を提供することが望ましい。
【０００５】
バンパビームをバンパシステム内に支持するためのいくつかの筒状クラッシュタワーが既知である。１つのタイプでは、２つの打ち抜き半割シェルを合わせて溶接する。しかし、この工程によって、原材料のスクラップが発生する。また、溶接工程は、製造間接費に追加される二次作業である。さらに、溶接されたクラッシュタワーは、製品における大きなばらつきや、製品衝撃強度、力対撓み曲線、エネルギー吸収曲線及びクラッシュ破壊点(crush failure point)における大きなばらつきを受けやすい。
【０００６】
クラッシュタワーによっては、他のクラッシュタワーよりも強度な材料を用いるものもある。しかしながら、クラッシュタワーの強度が増すにつれ、より高い負荷がバンパビームから車両フレームに直接伝達される傾向がある。このことは望ましくない場合が多い。代わりに、タワー自体が予測可能に圧壊（crush and collapse）するとともに、分布時間にわたって最大エネルギーを吸収することが望ましい。特に、強度が非常に高いクラッシュタワーは、望ましくない程高い負荷スパイクをバンパビームから車両フレームに伝達する傾向が強い。この後に、エネルギーがごくわずかしか吸収されず、且つエネルギー吸収が車両ごとに一定ではないか又は予測可能でないクラッシュタワーの破滅的な圧壊が続いて起こる場合が多い。また、その結果、車両フレームに尚早の被害がもたらされる。車両の衝突の間にクラッシュタワーが示す圧壊ストローク全体にわたって連続的且つ予測可能に材料を撓ませて曲げるようにクラッシュタワーが設計されることが特に重要である。同時に、高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼、又は強度対重量比が非常に高い超高強度鋼等の超高強度材料の使用を可能にする設計が望まれる。バンパ製造分野の熟練者（当業者）には既知のように、単に、より強度の材料からクラッシュタワーを製造するという着想は不十分な着想である場合が多く、実際、車両フレームに対して高い衝撃負荷及び負荷スパイクが伝達されることに起因してバンパシステムの故障につながるとともに、不十分なエネルギー吸収に付随する問題につながる場合が多い。
【０００７】
車両フレームは、バンパマウント及びクラッシュタワーと同様に、エネルギー吸収及びエネルギー消散の双方に関して衝撃エネルギーを管理するように設計されることが好ましい。これには、車両部品に対する被害を最小限に抑える必要があり、また、車両乗員に対する傷害を最小限に抑える必要がある。バンパマウント及びクラッシュタワーと同様に、車両フレームは、長期の開発時間を有し、さらに、開発の終わりに近い段階で調整及び調節を必要とする場合が多い。車両フレーム（及びフレームマウント部品）は、当然のことながら、バンパマウント及びクラッシュタワー（及びその他の車両部品）が取り付けられる車両フレームであるため、バンパマウント及びクラッシュタワーと多くの同じ懸念を有する。
【０００８】
さらに広範には、融通性があるとともに広範の状況及び用途で使用することができるエネルギー吸収システムが望まれる。かかるエネルギー吸収システムは、バンパシステムにおいてだけでなく、車両フレーム（縦方向／クロスカー）、及び他の用途、並びに非車両用途のいずれにおいても有用であることが好ましい。
【０００９】
したがって、上記問題を解決するとともに上記利点を有するエネルギー管理システムが望ましい。特に、一定の衝撃強度、一定の力対撓み曲線、一定のエネルギー吸収（弾性及び永久変形について）、及び、一定の圧壊点及びパターンを与え、これらのすべてが製品及び特性ばらつきにおいて厳格な／狭い範囲に入る、エネルギー管理システムが望ましい。また、二次作業の必要性を減じるとともに、手作業の必要性を減少させて製造することができるが、それでもなお融通性があり調整可能なコスト競争力があるエネルギー管理システムが望ましい。
【００１０】
［発明の概要］
本発明の一態様では、長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒は、第１筒部と、当該第１筒部と整合する第２筒部と、中間筒部とを備える。当該中間筒部は、第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する。第１筒部及び第２筒部はサイズが寸法的に異なり、中間筒部は、第１筒部から第２筒部に移行する形状を有する。第１筒部は、第２筒部よりもサイズが大きく、且つ筒境目を画定する外面を有する。第１端部は、外面を越えて半径方向外向きにフレア状に拡がっているとともに長手方向に衝撃を受けたときに第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する変形材料のひと続きのバンドを有する。第２端部は、衝撃を受けている最中に第１筒部がそのコラム強度を維持するのとは対照的に、第２筒部の入れ子状のめり込み（telescoping rolling）を開始するように構成される。
【００１１】
本発明の別の態様では、エネルギー管理筒は、第１整合筒部及び第２整合筒部、並びに第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部を備える。第１筒部及び第２筒部はサイズが寸法的に異なり、中間筒部は、第１筒部から第２筒部に移行する形状を有する。第２筒部は、第１筒部よりもサイズが小さく、且つ筒境目を画定する内面を有する。第２端部は、境目の内側に半径方向内向きにフレア状に拡がっているとともに長手方向に衝撃を受けたときに第２筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する変形材料のひと続きのバンドを有する。第１端部は、衝撃を受けている最中に第２筒部がそのコラム強度を維持する間に第１筒部の入れ子状のめり込みを開始するように構成される。
【００１２】
本発明の別の態様では、エネルギー管理筒は、第１整合筒部及び第２整合筒部、並びに第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部を備える。第１筒部は、第２筒部よりもサイズが寸法的に大きく、中間筒部は、第１筒部から第２筒部に移行する形状を有する。中間筒部は、連続的なリングを形成し、且つ長手方向の断面から見ると、第１端部が壁区域に第１半径を画定し、第２端部が壁区域に第２半径を画定し、且つ第１半径及び第２半径の一方は他方の半径よりも小さい非線形壁区域である。一方の小径を有する端部は、他方の大径を有する端部よりもコラム強度について比較的大きな支持部を与える。他方の大径を有する端部は、大径を有する筒部の入れ子状のめり込みを開始するように構成されている。この構成により、長手方向の衝撃を受けると、中間筒部及び第２筒部は、予測可能に、且つ、中間部が長手方向の衝撃から力を受けたときの第１端部よりも迅速に、また、第１筒部よりも迅速にめり込む。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっているエネルギー管理筒が提供される。エネルギー管理筒は、第１整合筒部及び第２整合筒部、並びに第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部を有する。第１筒部は、第２筒部よりもサイズが寸法的に大きく、中間筒部は、第１筒部から第２筒部に移行する形状を有する。圧壊可能な支持部材が、第１筒部の内側に位置するとともに、長手方向の衝撃を受けると圧壊すると同時に材料のめり込み(rolling)を制御するのを助けるように構成される。圧壊可能な支持部材は、第１端部の内側に位置するとともに、第２端部を支持して、入れ子状のめり込みを開始して維持するように付加的な耐性を与える。支持部材の機能は独立しており、その端部が入れ子状にめり込む。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、エネルギー管理筒は、第１整合筒部及び第２整合筒部、並びに第１筒部と第２筒部とをそれぞれ一体接続する第１端部及び第２端部を有する中間筒部を備える。第１筒部は、第２筒部よりもサイズが大きく、中間筒部は、第１筒部か第２筒部に移行する形状を有する。中間筒部、及び第１筒部と第２筒部とのうち一方は、第１筒部と第２筒部とのうち他方とは異なる材料特性を有するようにアニールされる。降伏特性及び延伸特性の変化を含む異なる材料特性は、中間筒部が該中間筒部を変形するのに十分な応力を受けると、中間筒部を変形及び整形しやすくするようになっている。
【００１５】
本発明によるエネルギー吸収技法の一目的は、バンパシステム、車両フレーム（縦方向／クロスカー）、主要な車両部品を車両フレームに固定するシステム、車両ルーフ構造、及びステアリングコラムシステム、インストルメントパネル支持システム等の非フレーム用途等、種々の状況及び用途において用いることができる融通性のあるエネルギー管理システムを提供することである。
【００１６】
本発明の上記及び他の態様、目的及び特徴は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面を精査すれば、当業者には理解され認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［好適な実施形態の詳細な説明］
車両バンパシステム１０（図１）は、取り付けブラケットを有する車両前バンパビーム１１と、レール取り付けプレート１２を含む車両フレームと、ブラケット及びプレート１２間に取り付けられたクラッシュタワー１３とを備える。クラッシュタワー１３は、高強度熱処理可能鋼等のひと続きの連続した（continuous contiguous）材料でできた筒を有する。筒は、中間接続部１６によって接続された第１リング部１４及び第２リング部１５を有する。中間接続部１６は、漏斗形ランプを形成する円錐台形部分１７を有する。一つの態様では、第１リング部１４は、熱処理されて高い材料強度、例えば、約１４０ＫＳＩの引張り強度になっており、これは、約６０ＫＳＩの引張り強度に保持される第２リング部１５より相当に高い。第１リング部１４の引張り強度は、第２リング部１５の引張り強度より相当に高く、例えば、約１０％高くするべきであるが、好ましくは第２リング部１５の引張り強度の約２倍の引張り強度、すなわち、約６０ＫＳＩだけ高くするべきであると考えられる。この構造によって、リング部１４がリング部１５の上に入れ子状にめり込んで、中間接続部１６の円錐台形部分１７において塊状になるために必要な剛性が与えられる。
【００１８】
この構造により、バンパシステム１０がクラッシュタワー１３の長さに対して平行な端部衝撃を受けたとき、第１リング部１４及び第２リング部１５は、予測可能且つ一定の多段階変形順序で互いに入れ子式に圧壊し、第３リングすなわち小径挟持部１８（図２）が第１リング部１４及び第２リング部１５間に形成され始め、やがて実際に形成される（図３）。中間接続部１６の長さによって制限されながら第３リング１８が完全に形成されると、部分２２によって形成された「フック」の下側の位置２０で材料が座屈して塊状になり始める。車両モデルに十分な空間があるとともに、クラッシュタワーが最終的に安定する前に追加のエネルギー吸収が望まれる場合、追加リング部及び中間接続部を設けることができると考えられる。
【００１９】
図示のバンパビーム１１は、筒状ビームであって、当該技術分野では既知である。例えば、Sturrusの特許第５，０９２，５１２号及び第５，８１３，５９４号を参照されたい。しかしながら、ビームはまた、開端した非筒状ビームとすることができると考えられる。また、バンパビームは、直線的又は曲線的にすることができる。それらの形状に応じて、取り付けブラケット又はプレートを使用して、クラッシュタワーに取り付けるために適合された比較的平坦な取り付け面をバンパに設けることができる。（特許第５，０９２，５１２号の図１４及び特許第５，８１３，５９４号の図４を参照されたい。）同様に、クラッシュタワーの車両接続端部に様々な異なる手段を使用して、クラッシュタワーを車両フレームに固定するための取り付け点を設けることができる。
【００２０】
本発明のクラッシュタワー１３は、単一の筒状形材（tubular shape）から形成することができる。最初に、筒状形材をロール成形及び溶接して、一定の円形断面を有し、一定の厚さの均一壁を有する永久筒(permanent tube)にすることが考えられる。しかしながら、本発明では、非円形筒を使用することもできると考えられる。
【００２１】
筒を形成して所望の長さに切断した後、中間接続部１６をロール成形又は打ち抜き加工して、筒の中心線２１に対して小さい角度をなす内向き変形した円錐台形部分１７（漏斗状の形状）と、中心線２１に対してより大きい角度をなす内向き変形した丸み付き「急開き」(quick-out)部分２２とを形成する。図示の円錐台形部分１７は、比較的直線状の漏斗形状区域であり、それにより、衝撃を受けている間にリング部１５をリング部１４内へ誘導する剛性のあるランプを形成する。また、急開き部分２２は、丸みが付けられて傾斜しており、それにより、曲げ力を受けて、丸められて内向きに変形したフック形状になる（図２を参照のこと）。内向きに変形した材料は、筒部１５のコラム強度を維持する部分１５の均一なコラム支持体を形成する。これは、後述するように、衝撃を受けている間の部分１４及び１５の入れ子作用に役立つ。
【００２２】
クラッシュタワー１３内の内部キャビティ２５は、開放状態にあり、衝撃を受けている間も開放したままである。その結果、クラッシュタワー１３の性能に悪影響を与えることなく、部品をキャビティ２５内に配置することができる。所望ならば、例えば、牽引フックブッシュをキャビティ２５内に配置することができる。
【００２３】
作用を説明すると、クラッシュタワー１３は、ロール成形等によって筒を形成し、次にその筒に縮径の中間接続部をロール成形又は変形し、次にリング部１４（及び／又は部分１５、１７及び２２）を熱処理することによって製造される。次に、一対のクラッシュタワー１３を、互いに水平方向及び横方向に間隔を置いた状態で、バンパビーム１１に取り付けることによって、バンパシステム１０に組み付ける。次に、バンパシステム１０を車両フレームに取り付ける。
【００２４】
衝撃を受けている間に、中間接続部１６は、中心線２１に沿ったリング部１４及び１５の直線状強度(linear strength)に起因して、座屈し始める。特に、急開き部分２２が折り返されて二重になるとき、円錐台形部分１７が急開き部分２２の下側に押し進められ、その急開き部分２２は、部分１７を把持する内向きに変形したフック状リングを形成する。部分１７の材料の残部に比して、部分２２の半径は、このような成果を生じさせるのに役立つ。これは、第１（低）エネルギー吸収レベルの第１圧壊段階である。クラッシュタワー１３が車両衝撃による長いストローク中にさらなる入れ子作用を受けると、中間接続部１６の端部が曲がって、リング部１４の残りの材料の下側に引き寄せられる。リング部１５の端部が曲がって筒部１５の外面にめり込む際、リング部１４及び１５間に第３リング部１８が形成される。様々な部分１４〜１６のこの順次の圧壊及び変形、特に、筒部１４の材料のめり込みは、非常に予測可能な方法で、且つ比較的狭い変動範囲で相当なエネルギーを吸収する。
【００２５】
本発明のクラッシュタワーは、ロール成形機で高強度低合金（ＨＳＬＡ）鋼から成るロールから製造されることができることが考えられる。さらに、鋼のロールは、高強度鋼（例えば７０ＫＳＩ引張り強度）又は超高強度鋼（例えば８０ＫＳＩ以上の引張り強度）とすることができることが考えられる。必要に応じて、これらの材料を選択領域でアニールして、延伸特性を高めるか、又は降伏強度（例えば６０ＫＳＩ以下の引張り強度）を下げるか、且つ／又は選択領域を熱処理して強度を高めることができる。例えば、一端に６０ＫＳＩ引張り強度の領域を有するとともに、対向端に１２０ＫＳＩ強度の領域を有するクラッシュタワーを、いずれかの方法で製造することができる。中間リング部は、良好な圧壊順序をより確実にするために、約６０ＫＳＩであり、強度がより低い強度のリング部と同様であることが好ましい。本開示では、「熱処理」という用語は、用語「アニール」よりも広範であると考えられること、また、熱及び熱手段を用いることにより材料特性を増進または低下させることを含むことに留意されたい。熱処理及び／又はアニールは、ロール成形装置でインラインで行われるとともに連続工程としてロール成形と同時に行うことができることも考えられる。アニールのステップが、装置でインラインで行われるとともにロール成形工程と同時に行われる場合、隣接したクラッシュタワーが対向方向を向くように、ロール成形された筒状を有することが有用である。例えば、リング１５（すなわちバンパビームに取り付けられるべき端）が高強度から低強度にアニールされる場合、単一のアニール熱がより広い領域にわたって加えられることができるように互いに隣り合った（すなわち分離した筒部になる前）隣接したクラッシュタワーの２つのリング部１５を有することが有用である。これにより、ロール成形工程及びアニール工程に対する効率、制御、及びライン速度が加味される。
【００２６】
［変更例］
以下の説明では、同様の部品、特徴、及び態様は、同一の識別符号で識別されるが、ただし、文字「Ａ」、「Ｂ」等が付記されている。これは、冗長な説明を減らすためになされている。
【００２７】
長手方向に衝撃を受けたときに相当な衝撃エネルギーを確実且つ予測可能に吸収するようになっている、変更形のエネルギー管理筒１３Ａ（図４）が提供される。エネルギー管理筒１３Ａは、第１筒部１４Ａと、第１筒部１４Ａと整合する第２筒部１５Ａと第１端部３０及び第２端部３１をそれぞれ有する中間筒部１６Ａを有する。端部３０及び３１は、第１筒部１４Ａと第２筒部１５Ａとをそれぞれ一体接続する。第１筒部１４Ａは、第２筒部１５Ａよりもサイズが寸法的に大きいが、同様のシリンダ状断面形状を有する。しかしながら、第１筒部１４Ａ及び第２筒部１５Ａは、例えば矩形、四角形、楕円、円形、又は他の幾何学的形状の種々の形状とすることができる（図５を参照のこと）。さらに、筒部１４Ａ及び１５Ａは、各自の長さに沿って、特に、中間筒部１５Ａから離間した、筒部１４Ａ及び１５Ａが例えば車両フレーム部品等の異なる構造に接続されるようになっていなければならない場所で異なる断面形状を有し得ることが考えられる（図１９〜図２２を参照のこと）。中間筒部１６Ａは、第１筒部１４Ａから第２筒部１５Ａに移行する形状を有し、さらに、第１端部３０及び第２端部３１は、以下に示すように形状が異なる（図９〜図１２）。
【００２８】
本発明のエネルギー管理筒１３Ａ（図４）は、ユニットとして合わせて一体形成される筒部１４Ａ、１５Ａ、及び１６Ａのそれぞれとアニール可能な鋼材料のシートから成るものとして開示されている。壁厚は、機能上の設計要件を満たすよう必要に応じて変えることができる。例えば、バンパクラッシュタワー及び／又は車両フレームでは、材料強度及び特定の用途の使用要件に応じて、厚みは約１．５ｍｍ〜４ｍｍとすることができる。シートは最初に、ロール成形機により連続した長い筒になるように製造され、その後、所定の長さの筒状ブランク６０（図６）になるようにカットすることが考えられる。次いで、筒状ブランクは筒部１５Ａ及び１６Ａの領域をアニールされ、次いで形状６１（図７）に形成され、ここでは、第２筒部１５Ａは、縮径を有するよう圧縮され、中間部１６Ａは一時的な円錐台形状を一時的にとる。エネルギー管理筒１３Ａを予め設定された状態（図８）に固定し且つそれに対し長手方向に変形することが有用であることが確定されており、それにより、中間筒部１６Ａは、以下に示すように、初期の衝撃を受けている間、高い負荷スパイクを回避する特定の形状をとる。自動バンパシステム及びフレーム部品の場合、材料シートは、構造用鋼等の良好で信頼性の高いグレードの鋼であることが好ましい。約３５ＫＳＩを上回る降伏強度を有する鋼が非常によく作用する。最適な降伏特性及び延伸特性を選択領域に達成するように熱処理又はアニールすることができる鋼が優れた候補であり、構造用鋼、又は高強度低合金鋼（ＨＳＬＡＳ）又は超高強度鋼（ＵＨＳＳ）等がある。
【００２９】
材料についての具体的な記載は好適なものである。選択材料は、より強度があるほど、より硬くなるほど、降伏強度が高く、引張り強度が高く、且つ延伸値が低くなるため、厳格な半径(tight radius)に対して感度がより高くなり、めり込むのに抵抗がある傾向になる(tend to resist rolling)場合が多い。その代わり、厳格な半径での破損、キンク、せん断、亀裂、及び／又は破損の傾向が強くなる。この破損問題は、半径が材料の厚さ寸法に近づくにつれ悪化することになる。本発明は、外向き及び内向きのフレア状の拡がり、クリアランス、及びこの問題を対処するのに特に選択された半径を用いる。種々のグレートの鋼は、当該技術分野において既知であるとともに当業者により理解される。読み手の注意は、標準化された工業定義についてＡＳＴＭ  Ａ１００８／Ａ及びＡ１００８Ｍ−０１ａ、並びにＡＳＴＭ  Ａ１０１１Ａ及びＡ１０１１Ｍ−０１ａに向けられる。約２５ＫＳＩ以上を有する鋼等の構造用鋼は、上述した品質上の問題が生じ始める強度特性を有する。構造用鋼は一般に、冷間圧延された商用品質の鋼又は熱間圧延された商用品質の鋼よりも若干良好なグレードである。それにもかかわらず、特に、構造用鋼は２５〜３５ＫＳＩ引張り強度に近づくにつて、問題を呈示する傾向が強くなる。本発明は、上記に示したエネルギー管理筒１３（及び筒１３Ａ及び１３Ｂ）では、約２５ＫＳＩ以上の引張り強度を有する鋼等の構造用鋼を用いて十分に作用することが特に考えられる。本発明はまた、８０ＫＳＩ以上のより強度な材料、及び超高強度鋼（ＵＨＳＳ）の場合に十分に適合するとともに十分に作用する。作用性及び材料の高度な圧延が望まれる場合、これらの鋼は、エネルギー管理筒において目的にかなう（strategic）領域にて最適な特性を達成するように熱処理又はアニールを行うことができる。
【００３０】
本明細書中で説明した種々の鋼は、鋼材料分野及びロール成形分野における熟練者（当業者）により十分に理解されることが意図されているとともにそのように考えられていることを理解されたい。読み手の利便性のため、付加的な情報はアメリカ材料試験協会（ＡＳＴＭ）から入手することができるということを特記しておく。本明細書中で用いられている鋼についての用語は、ＡＳＴＭの規格及び定義に準拠していることが意図されている。それにもかかわらず、本発明の技術は、非常に融通性があり、広範の材料とともに作用するように適合可能であるということを強調しておく。したがって、種々の用語は、確かに相応に解釈されるものの、広範に解釈されることが意図される。
【００３１】
本発明の概念は、ＨＳＬＡ鋼、及び二相鋼（dual phase plate：複合組織鋼板）、三相（ＴＲＩＰ）鋼、又はマルテンサイト材料等の超高強度鋼（ＵＨＳＳ）であると考えられている。本発明の概念はまた、アルミニウム及びさらにはより軟質の材料等の他のエンジニアリングクレードの材料にとっても有用である。本発明の概念は、高強度材料により、壁厚が薄くなること（すなわちゲージの低減）によって重量を低減させる場合に特に有用である。熱処理可能であることにより、材料は本質的に作用しやすくなる(workable)とともに流動しやすくなり、且つ／又は選択領域にてより作用しやすくなるとともに流動しやすくすることができる。例えば、これにより、小径を有するものの、微細亀裂及び／又は巨大亀裂及び／又は分裂が生じるおそれが少なく、せん断の問題及びシェルビング（shelving）等の材料分離のおそれが少なく、且つ小径曲げの領域の材料強度を低減させる他の品質上の欠陥のおそれが少ない状態を有する中間筒部１６Ａを形成することができるように、事前に設定できる。また、アニール特性により、せん断、引き割り、又は引裂きを生じることなく材料を圧延することが可能となり、このことは、衝撃及び長手方向に圧壊を受けている間、最大のエネルギー吸収を達成するのに重要である（図１３を参照のこと）。
【００３２】
特に、本発明のエネルギー管理筒の性能は、多数の方法により、特定の基準を満たすように調節及び調整することができる。それは、次のような変数、材料厚、材料タイプ、材料硬度、及び降伏率、アニール温度及びその状態、筒の直径及びその形状、特にロール半径構造（design）、及び事前設定の程度、筒部内（又は筒部外）に位置する圧壊可能なインサートの使用、及び材料をめり込ませるのに影響を与える他の因子、コラム強度、エネルギー吸収、及び長手方向に圧壊する衝撃を受けている間の応力の分配、を調節することを含めることができる。
【００３３】
図９〜図１２に示すように、第１筒部１４Ａは、第２筒部１５Ａよりも寸法が大きい。第１筒部１４Ａは、筒境目３２を画定する外面を有する。筒境目３２は、第１筒部１４Ａの第１端部３０付近の領域の断面形状に合致する。第１端部３０は、約２５°の最小角度等で、境目３２を越えて半径方向外向きにフレア状に拡がっている厳格に変形した材料３４の周方向に連続したバンドを有する。この厳格に変形した材料３４は、材料のめり込みに抗する「挟持（pinched）」領域を効果的に形成する小半径を画定する。また、小半径にある材料を硬化する作用がいくらかある。（その凹状面に関して）小半径は、第１端部３０の材料厚の約０．５倍以上であることが好ましい。したがって、せん断又は亀裂傾向に対し十分に耐性がある。変形材料３４にめり込み抵抗がある理由は多数あるが、些細なものである。フレア状とともに厳格な「小」半径が、第１筒部１４Ａの均一なリング状の支持体を形成し、この支持体は、長手方向に衝撃を受けたときに第１筒部のコラム強度を支持及び維持するように作用する。長手方向に応力がかかると、きつく変形した材料３４が、第１端部３０と第１筒部１４Ａの材料とのめり込みに抗する。
【００３４】
対照的に、第２端部３１（図１２）は、第２端部３１の材料厚の少なくとも約１．０倍等、（その凹状面に関して）比較的より大きな半径を画定する変形材料３５を有する。第２端部３１の変形部分３５は、その半径がより大きいことに起因して、第２筒部１５Ａの材料のめり込み(rolling)に対する抵抗が低く、且つ第２筒部１５Ａのコラム強度の支持性が低い。実際、第２端部３１は、衝撃を受けている最中に第１筒部１４Ａがそのコラム強度を維持している間、第２筒部１５Ａの入れ子状のめり込みを開始するように構成される。筒部１５Ａ及び１６Ａはアニールされ、第１筒部１４Ａはアニールされないことにより、このような成果を得やすくするとともにこのような成果を生じさせる（ただし、材料がめり込む傾向を有するのにアニールは必要とされない）。クリアランスは、めり込むのに必要なほどの材料流動のために与えられる。潜在的に、筒部１４Ａ及び１５Ａは、衝撃を受けている間の材料のめり込みの際に互いに支持を行うような寸法にすることができる。中間筒部１６Ａの事前に設定された状況もまた、初期の急激な高い負荷ピークを避けることに役立ち、それにより、負荷が所定の初期レベルに達したとき急激にレベルを下げ、次いで、衝撃ストロークの間そのレベルのままとなるため、重要である（図１７を参照のこと）。
【００３５】
第２エネルギー管理筒１３Ｂ（図１４〜図１６）は、第１筒部１４Ｂ、第２筒部１５Ｂ、及び筒部１４Ｂと１５Ｂとを相互接続する中間筒部１６Ｂを有する。しかしながら、筒１３Ｂは筒１３Ａとは異なる。筒１３Ｂでは、大径を有する第１筒部１４Ｂの端部３０Ｂは、より大きな半径を画定する変形材料３４Ｂを有する。さらに、変形材料３４Ｂは外向きにフレア状に拡がっていないが、代わりに、第１筒部１４Ｂの外面によって画定される境界内に概ねとどまる。同時に、第２筒部１５Ｂの端部３１Ｂは、より小さな半径を画定する変形材料３５Ｂを有する。変形材料３５Ｂは、約１２°の最小角度等で、筒境目３２Ｂの内側で内向きにフレア状に拡がっている。
【００３６】
図１３は、筒１３Ｂの第１筒部１４Ｂから材料３６の部分がめり込んでいる部分的なストローク衝撃を示す（筒１３Ａでは、より小さい第２筒部１５Ａは、同様の方法でめり込む際、衝撃を受けている間にめり込む部分である）。
【００３７】
図１７は、筒１３Ａ及び１４Ａの典型的な負荷対撓み曲線を示す。衝撃ストロークを受けている間、負荷に一部ばらつきが見られるが、バンパ及びフレーム等についてのエネルギー管理システムを設計する分野の当業者には、負荷が急激に所定レベルに達し、衝撃ストローク全体を通して選択レベルで比較的一定のままであることは明らかであろう。負荷撓み曲線の下側の領域は、衝撃ストロークを受けている間の実際のエネルギー吸収（「ＡＥＡ」）を示す。完全なエネルギー吸収（「ＰＥＡ」）は、衝撃（Ｄ１）を受けている間に達成される最大負荷を完全な衝撃ストローク（Ｄ２）に乗算することで計算されるであろう。本発明のエネルギー管理システムは、非常に高い効率定格（すなわち「ＰＥＡ」で除算した「ＡＥＡ」）を提供する。具体的には、本発明のエネルギー管理筒技術は、比較的急激な初期の負荷、及び衝撃ストローク全体を通して連続する比較的良好に維持された一定レベルの負荷により、既知のバンパクラッシュタワーよりもはるかに高く、より一定のエネルギー吸収効率定格となる。具体的には、本発明の概念は、驚くべき想定外の、負荷対撓み曲線の一定性及び確実性を提供し、また、一定且つ確実なエネルギー吸収及び潰れストロークを提供する。
【００３８】
図１８は、例えば図１７の結果を得るために用いられ得る典型的なアニールされた筒を示すチャートであり、図１８Ａは、図１８の筒に用いられる材料に対するアニールの影響を示すグラフである。一連のアニール温度線Ａ〜Ｊは、アニール温度の上昇に基づく降伏強度の漸次的な低減、引張り強度の低減、並びに歪み及び成形性の全体的な増加、及び成形性を示す。また、引張り強度と降伏強度との概略的な関係、及びこれらの特定と歪みとの関係も示す。
【００３９】
図１９は、図１１及び図１５の本発明のエネルギー管理筒を筒状側部材へ組み込むという概念を取り込んだ筒状車両フレームの斜視図である。それぞれ本発明のエネルギー管理システム技術を用いることができる場所を示す４つの特定の領域が、４つの領域付近に拡大して示されている。しかしながら、本発明の技術は付加的な領域に用いることもできることに留意されたい。さらに、「実際の」フレームでは、使用位置は、フレーム上ではより対称的な位置にある可能性が高いであろう。
【００４０】
図示の筒４０（図１９）は、車両フレーム３９の前端付近に、前部フレーム側部フレーム部材の長手方向部分の前部クロスカービームのすぐ前方に位置する。筒４０は、断面が矩形であり、入れ子式の衝撃を受けている間、筒の一方（１４Ｃ又は１５Ｃ）の材料のめり込みを開始するように構成されている単一の中間筒部（１６Ｃ）（図１１を参照のこと）を有する。エネルギー管理筒４１は、車両フレームの同様な前方位置に位置する。筒４１は、断面が円形であり、入れ子式の衝撃を受けている間に材料のめり込みを開始するために単一の中間筒部（１６Ｄ）を有する。筒４１はまた、円形断面が車両フレーム部材の前端（又は後端）に係合する正方形部に移行する一端に移行ゾーン４２を有する。筒４１は例えば、車両バンパを支持するのに用いることができる。
【００４１】
２端筒４３は、図示の車両フレームの側部の中間部に位置する。筒４３は、断面が円形であり、筒部４６の中心に位置する小径の対向端の対向方向に向いた２つの中間筒部４４及び４５を有する。筒４３はさらに、中間筒部４４及び４５の各外端に２つの大径筒部４７及び４８を有する。さらに、大径筒部は、外端で正方形断面に移行する。別のエネルギー管理筒４９は、筒４０と同様であり、車両フレームの側部材の一端に位置する。しかしながら、横ビームの最も近くの前面にあるのではなく、溶接等によりエネルギー管理筒４９の大径筒部に横ビーム５０が直接取り付けられている。
【００４２】
図２０は、２つのクロスカービームの斜視図であり、一方が車両フレームと同じ平面内に用いられるクロスカービーム５２である。ビームすなわちエネルギー管理筒５２は、上述するように２端筒４３と同様である。ビームすなわちエネルギー管理筒５２は、中間位置に位置する小径筒部５３を有し、２つの大径筒部５４及び５５が車両フレームの側部材に取り付けられている。特に、フレームレールの幾何学形状により良好に合致するように改良しやすくするために、筒１３Ａ（又は１３Ｂ）の両端をアニールすることができる。
【００４３】
図２０の他のエネルギー管理システムは、車両の横ビームとして配置されるが車両のフロアパンの上方に用いられるか、又はシートが固定されることができるフロアパンに相対した位置に少なくとも位置する一対の筒５５を有する。各筒５５は、筒５２と同様であり、その対向する両端は車両の側部に固定される。各筒５５は、より小さな中間筒部５６及びより大きな２つの外側の筒部５７及び５８を有する。車両は、より大きな筒部５７及び５８に取り付けられる前部及び後部の外側脚部６１、及びより小さな筒部５６に取り付けられる前部及び後部の内側脚部６２を有するシート５９及び６０を有する。
【００４４】
図２１は、バンパ補強ビーム６４、及び車両フレームにバンパビーム６４を支持するエネルギー管理筒６５を組み込んでいるバンパシステムの斜視図である。クラッシュタワー６５は、筒４１と同様のエネルギー管理筒であるため、詳細には説明する必要がない。
【００４５】
図２２は、インストルメントパネル６８を支持するのに用いられるクロスカービーム６７の斜視図である。ビーム６７は、単一の長い小径筒部６９を有し、各端には、２つの大径筒部７０を含む。大径筒部７０は、前部の乗員ドアのすぐ前の車両「Ａ」支柱等における車両構造に取り付けられる。いくつかのカラー７１が、ブラケット７２及び開いた取り付けフランジ７３を支持するために、小径筒部６９に位置付けられる。ブラケット７２は、インストルメントパネル６８等の種々のアイテム、種々の部品、及びインストルメントパネル６８内及びその周りの付属品を固定するのに用いられる。
【００４６】
図２３は、エネルギー管理筒７６の外端に配置されるとともに、内部に軸方向に設置されようとしている、圧壊可能なインサート７５を示す斜視図である。筒７６は、小径筒部７７、大径筒部７８、及びそれらを相互接続する中間筒部７９を有し、この中間筒部は、小径筒部７７が長手方向に衝撃を受けたときに大径筒部７８にめり込み可能に移動する際に、小径筒部７７の材料の所定のめり込みを行うように設計されている。圧壊可能なインサート７５は、周方向に強度を有するとともに大径筒部７８を半径方向に支持するようになっている構造リング８０を有する。構造リング８０は、構造リング８０を長手方向に離間させる薄肉リング８１により相互接続される。しかしながら、薄肉リング８１は、所定の長手方向強度を有し、それにより、長手方向に力を受け取ったときに所定の力で圧壊するようになっている。したがって、圧壊可能なインサート７５は、エネルギー管理筒７６内に配置される際（図２４）、がたつきを防止するように、最初に大径筒部７８に滑り嵌めする。しかしながら、長手方向に衝撃を受けている間、小径筒部７７が大径筒部７８に向かって移動する際、小径筒部７７の材料が、めり込みを開始し、圧壊可能なインサート７５の端と係合するように移動する。小径筒部７７がめり込み、圧壊可能なインサート７５の薄肉リング８１が圧壊することで、材料をより多くめり込ませるための追加的な空間を形成する。圧壊可能なインサート７５が完全に圧壊するまで、このシーケンスが続く。衝撃ストロークを受けている間、圧壊可能なインサート７５は、めり込み中の材料に係合してその制御に役立つ。例えば、一試験では、圧壊可能なインサート７５は、長手方向の負荷が１０，０００ポンド力だけ増えた。また、負荷がより一定となり、そのため、エネルギー管理システムの効率定格（すなわち、上述したように「ＰＥＡ」で除算した「ＡＧＡ」）が増し得ることが、試験により潜在的に示されている。
【００４７】
したがって、圧壊可能なインサートは、筒部７７のめり込みに対して付加的な耐性を与え、エネルギー管理筒の性能を調整するのに用いることができる。図２３及び図２４の図示の圧壊可能なインサート７５は、長手方向に負荷を受けたときに中間筒部７９のロール半径により与えられると圧壊するエラストマー材料から成る。凸状円形リング８１は、より厚肉の境界リング８０間に位置する。圧壊可能なインサートが負荷を受けると、リング８０は負荷を受けたときに圧壊を開始する凸状領域に負荷を伝達する。凸状領域８１の外方への圧壊は、筒部７８の内面によって妨げられる。同様な性能は、筒部７８がめり込み、筒部７７がコラム強度を維持する場合に達成することができる。圧壊可能なインサートは、種々の材料から成ることができ、エネルギー管理筒の性能を調整するのに異なる幾何学形状を使用してもよい。圧壊可能なインサートは、筒径又は材料厚を増大させる代わりに、筒の性能を調整するのに用いることができる。標準方法によっては、材料厚を増大させるか又は筒径を増大させることによって筒の性能を達成することができるものもある。圧壊可能なインサートの使用により、著しいコストの追加がなく、また、ペナルティ重みの追加がなく、パフォーマンスを調整する代替的方法が提供される。
【００４８】
本発明の概念から逸脱することなく、上記構造に変形及び変更を加えることができることは理解されるであろうし、また、そのような概念は、そうでないことが明言されていない限り、添付の特許請求の範囲に包含されるものとすることも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】車両フレームに取り付けられた取り付けプレートと、バンパビームと、対向する両端部が取り付けプレート及びバンパビームに取り付けられているクラッシュタワーとを備えたバンパシステムの横断面図である。
【図２】図１と同様であるが、クラッシュタワーが第１（比較的短い）距離だけ圧壊した状態にある図である。
【図３】図２と同様であるが、クラッシュタワーが第２（より長い）距離だけ圧壊した状態にある図である。
【図４】本発明のエネルギー管理筒の側面図である。
【図５】エネルギー管理筒がとることができるさらなる断面形状の斜視図でる。
【図６】第１直径を有する筒状ブランクの側面図である。
【図７】筒状ブランクの一端が縮径に圧縮されている様子を示す側面図である。
【図８】予め設定されたＳ形状をとるように中間筒部が長手方向に変形されている様子を示す側面図であり、本発明のエネルギー管理筒を示す図である。
【図９】大径筒部に隣接した中間筒部の外向きにフレア状に拡がった端部を有する、図８の筒の側面図である。
【図１０】大径筒部に隣接した中間筒部の外向きにフレア状に拡がった端部を有する、図８の筒の端面図である。
【図１１】大径筒部に隣接した中間筒部の外向きにフレア状に拡がった端部を有する、図８の筒の長手方向断面図である。
【図１２】図１０の丸で囲んだ領域ＸＩＩの拡大図である。
【図１３】一部が入れ子式に圧壊し、大径筒部側にめり込んだ材料を有する、図１４に示す筒の斜視図である。
【図１４】小径筒部に隣接した中間筒部の内向きにフレア状に拡がった端部を有する、変更形エネルギー管理筒の側面図である。
【図１５】小径筒部に隣接した中間筒部の内向きにフレア状に拡がった端部を有する、変更形エネルギー管理筒の長手方向断面図である。
【図１６】図１５の丸で囲んだ領域ＸＶＩの拡大図である。
【図１７】図１０に示した筒の長手方向に衝撃を受けた場合の負荷対撓みを示すグラフである。
【図１８】筒が直立しており、中間部（約７５ｍｍ〜約９５ｍｍの範囲）及び第２筒部がアニールされている状態の、図１０の筒の底面からの距離対硬度及び引張り強度に対するアニール効果を示すチャートである。
【図１８Ａ】図１８の筒に用いられる材料に対するアニール効果を示すグラフであり、一連のアニール温度線Ａ〜Ｊは、アニール温度の上昇に基づく降伏強度の漸次的低減、引張り強度の低減、並びに歪み及び成形性の全体的な増加を示すグラフである。
【図１９】本発明のエネルギー管理システムが用いられている４つの特定の領域の拡大図を含む、図１０の本発明のエネルギー管理筒を組み込んでいる車両フレームの斜視図である。
【図２０】２つのクロスカービームの斜視図であり、一方は車両のフロアパン下に位置する車両フレームに用いられ、他方は車両のフロアパンの上方に用いられるとともに車両シートを支持するのに用いられるクロスカービームである。
【図２１】バンパ補強ビーム、及び車両フレームにバンパビームを支持するクラッシュタワー組み込んでいるバンパシステムの斜視図である。
【図２２】インストルメントパネルを支持するのに用いられるクロスカービームの斜視図である。
【図２３】エネルギー管理筒から分解された圧壊可能な支持部材を示す斜視図である。
【図２４】筒内に位置している圧壊可能な支持部材を示す斜視図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１８Ａ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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