(57)【要約】  衝突事象における自動車の安全性と性能とを向上させるための装置および方法が開示される。安全デバイスは、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域、ならびに第１の衝突パッドと第２の衝突パッド領域との間に配設されている接続部材領域と、を含む。接続部材領域の少なくとも一部は、衝突の最初の瞬間に上方向および下方向のうちの一方に移動して衝突エネルギーを吸収するように構成されている。安全デバイスは、衝突の継続時にそれ自体上に潰れるように構成されている。いくつかの実施形態では、安全デバイスは、衝突の継続時に水平方向に潰れる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域と、
前記第１の衝突パッド領域と前記第２の衝突パッド領域との間に配設された接続部材領域であって、前記接続部材領域の少なくとも一部が、衝突の最初の瞬間に、上方向および下方向のうちの一方に移動し、衝突エネルギーを吸収するように構成されている、接続部材領域と、を備える、安全デバイス。
【請求項２】
前記安全デバイスが、前記衝突の継続時に、それ自体上に潰れるように構成されている、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項３】
前記安全デバイスが、前記衝突の継続時に水平方向に潰れるように構成されている、請求項２に記載の安全デバイス。
【請求項４】
前記第１の衝突パッド領域が、前記第１の衝突パッド領域の遠位端に、またはその近くに配設されている脚を含む、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項５】
前記脚が、前記接続部材領域に対してある角度で構成されている、請求項４に記載の安全デバイス。
【請求項６】
前記脚が、前記接続部材領域の少なくとも一部に対して実質的に垂直である、請求項４に記載の安全デバイス。
【請求項７】
前記脚が、前記接続部材領域の中央部分に対して実質的に垂直である、請求項６に記載の安全デバイス。
【請求項８】
前記中央部分が、前記安全デバイスの第１の側を通って延在する平面と、前記安全デバイスの第２の反対側を通って延在する平面との中間に位置している、請求項７に記載の安全デバイス。
【請求項９】
前記安全デバイスの内面が、逆「Ｕ」形状を含む、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項１０】
前記安全デバイスの形状が、逆「Ｕ」形状ではない、請求項９に記載の安全デバイス。
【請求項１１】
前記第１の衝突パッド領域の少なくとも一部が、外皮と、前記外皮内に配設されたリブおよびウェブ構造と、を含む、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項１２】
前記第１の衝突パッド領域が、前記外皮から外向きに延在するウェブを含む、請求項１１に記載の安全デバイス。
【請求項１３】
前記接続部材領域の少なくとも一部が、外側ウェブと、前記外皮内に配設された、リブおよびウェブ構造と、を含む、請求項１１に記載の安全デバイス。
【請求項１４】
前記第１の衝突パッド領域の前記リブおよびウェブ構造が、前記接続部材領域の前記リブおよびウェブ構造とは異なっている、請求項１３に記載の安全デバイス。
【請求項１５】
前記接続部材領域の少なくとも一部が、前記外側ウェブと、前記外側ウェブ内に配設されたリブおよび構造とを含む、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項１６】
前記リブおよびウェブ構造の断面形状が、円形、長方形、楕円形、およびひし形の形状のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の安全デバイス。
【請求項１７】
前記リブおよびウェブ構造が、接続部材の中点の周りで対称である、請求項１５に記載の安全デバイス。
【請求項１８】
プレートをさらに含み、前記プレートが、前記安全デバイスの前側または後側のいずれか一方に配設されている、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項１９】
前記第１の衝突パッド領域が、接触面を含み、前記接触面が、前記接続部材領域の上に延在する、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項２０】
前記第２の衝突パッド領域が、接触面を含み、前記第２の衝突パッド領域の前記接触面が、前記接続部材領域の上に延在し、前記第１の衝突パッド領域の前記接触面と整列している、請求項１９に記載の安全デバイス。
【請求項２１】
前記接続部材領域が、前記接続部材領域の上面に形成されたノッチを含む、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項２２】
前記ノッチが、前記接続部材領域の幅に沿って延在している、請求項２１に記載の安全デバイス。
【請求項２３】
前記第１の衝突パッド領域および前記第２の衝突パッド領域、ならびに前記接続部材領域が、一体的に形成されている、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項２４】
前記第１の衝突パッド領域および前記第２の衝突パッド領域、ならびに前記接続部材領域が、別個の構成要素である、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項２５】
前記第１の衝突パッド領域が、前記第２の衝突パッド領域よりも長い、請求項１に記載の安全デバイス。
【請求項２６】
前記第１の衝突パッド領域が、前記第１の衝突パッド領域の遠位端に、またはその近くに配設された脚を含む、請求項２５に記載の安全デバイス。
【請求項２７】
前記第２の衝突パッド領域が、前記第２の衝突パッド領域の遠位端に、またはその近くに配設された脚を含まない、請求項２６に記載の安全デバイス。
【請求項２８】
第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域と、
前記第１の衝突パッド領域と前記第２の衝突パッド領域との間に配設された接続部材領域であって、前記接続部材領域の少なくとも一部が、衝突の最初の瞬間に上方向および下方向のうちの一方に移動して衝突エネルギーを吸収するように構成されている、接続部材領域と、
ホイールウェルを有する自動車と、を含み、
前記第１の衝突パッド領域および前記第２の衝突パッド領域、ならびに前記接続部材領域が、前記ホイールウェル内に配設されている、システム。
【請求項２９】
少なくとも前記接続部材領域が、前記衝突の継続時にそれ自体上に潰れるように構成されている、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
少なくとも前記接続部材領域が、前記衝突の継続時に、水平方向に潰れるように構成されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域と、前記第１の衝突パッド領域と前記第２の衝突パッド領域との間に配設された接続部材領域と、を有する安全デバイスを介して衝突時の自動車の安全性を改善する方法であって、前記方法が、
衝突の最初の瞬間に、前記安全デバイスの前記接続部材領域の少なくとも一部を、上方向および下方向のうちの一方に移動させて、衝突エネルギーを吸収することを含む、方法。
【請求項３２】
前記衝突の継続時に、少なくとも前記接続部材領域をそれ自体上に潰れさせることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記衝突の継続時に、前記第１の衝突パッド領域および前記第２の衝突パッド領域のそれぞれを、それ自体上に潰れさせることをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記接続部材領域ならびに、前記第１の衝突パッド領域および前記第２の衝突パッド領域のそれぞれを潰れさせることが、前記接続部材領域ならびに、前記第１の衝突パッド領域および前記第２の衝突パッド領域のそれぞれを、前記衝突の継続時に水平方向に潰れさせることを含む、請求項３３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
本出願は、２０１８年４月１６日出願の「均一減速ユニット」と題された「米国仮出願第ＵＳ６２／６５８，５６５号に対する３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
開示された実施形態は、概して、自動車に関連し、特に、正面衝突、後方衝突、および側面衝突における自動車の性能を改善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】
今日の世界においては、自動車事故は不幸な現実である。毎年、米国だけでも数万件の事故が発生している。これらの事故は、少なくとも、自動車の所有者や保険会社に経済的負担をかける可能性があり、最悪の場合、車両内の運転者および／または他の乗員の死亡につながる可能性がある。ここ数十年で、自動車業界では、いくつか例を挙げると、フロントエアバッグ、サイドカーテンエアバッグ、電子衝突回避システム、および構造的クランプルゾーンなどの革新によって、安全性に大幅な進歩が見られた。今日の安全革新をもってしても、自動車の安全性をさらに向上させることが求められている。
【０００４】
正面衝突事故など、衝撃が車両の外側２５％に向けられる衝突状況に関して、自動車メーカーは、車両性能を改善するために２つの主要な戦略（たとえば、ＩＩＨＳスモールオーバーラップ正面衝撃試験において、また実際の事故の両方において）に頼ってきた。これらの戦略には、（１）フロントバンパーとホイールウェルの後側のパネルとの間の車両のフロントコーナーに構造を追加することと、（２）ホイールや下部コントロールアームなどの構造部材がより少ないエネルギーの負荷で屈曲しながら、所与の負荷で破砕するように設計することと、が含まれる。しかし、そのような既知の戦略は、すべての面で満足のいく解決策を提供するわけではない。
【発明の概要】
【０００５】
一態様によれば、実際のおよび／またはシミュレーションされた衝突（たとえば、ＩＩＨＳスモールオーバーラップ正面衝撃試験用）における自動車の性能を改善するための安全システムが開示されている。ある実施形態では、均一減速ユニット（「ＵＤＵ」）とも呼ばれるシステムは、ＵＤＵ構造、ならびに対応するホイールおよびタイヤ組立体を介して正面衝撃から生じるエネルギーを、下部ダッシュパネルおよび車両の乗員から離れるように消散させる。ＵＤＵは乗用車、トラック、バン、またはスポーツユーティリティ車両の新車と既存の両方で、ほぼすべてのメーカーとモデルに合わせて調整できる。
【０００６】
一実施形態によれば、安全デバイスには、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域、ならびに第１の衝突パッド領域と第２の衝突パッド領域との間に配設された接続部材領域が含まれる。接続部材領域の少なくとも一部は、衝突の最初の瞬間に上方向および下方向のうちの一方に移動して衝突エネルギーを吸収するように構成されている。
【０００７】
別の実施形態によれば、システムには、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域、ならびに第１の衝突パッド領域と第２の衝突パッド領域との間に配設された接続部材領域が含まれ、衝突の最初の瞬間に、接続部材領域の少なくとも一部が、上方向および下方向のうちの一方に移動して、衝突エネルギーを吸収するように構成されており、自動車がホイールウェルを有する。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域、ならびに第１の衝突パッド領域と第２の衝突パッド領域との間に配設された接続部材領域を有する安全デバイスを介して、衝突時の自動車の安全性を改善する方法が開示されている。本方法は、衝突の最初の瞬間に、安全デバイスの接続部材領域の少なくとも一部を、上方向および下方向のうちの一方に移動させて衝突エネルギーを吸収することを含む。
【０００９】
本開示はこの点に限定されないので、前述の概念、および以下で論じられるさらなる概念は、任意の適切な組み合わせで構成され得ることが理解されるべきである。
【００１０】
本教示の前述および他の態様、実施形態、および特徴は、添付の図面と併せて以下の説明からより完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付の図面は、原寸に比例して描くことを意図していない。図面においては、様々な図に示されている同一またはほぼ同一な各構成要素は、同様の数字で表されている。わかりやすくするために、すべての構成要素がすべての図面でラベル付けされているわけではない。図面は以下のとおりである。
【００１２】
【図１】自動車のホイールウェルに取り付けられた本発明者の前述の均一減速ユニットを示す。
【図２】図１の均一減速ユニットの斜視図である。
【図３】本開示の実施形態による均一減速ユニット（「ＵＤＵ」）の正面図である。
【図４】別の実施形態によるＵＤＵの斜視図である。
【図５Ａ】別の実施形態によるＵＤＵの正面図である。
【図５Ｂ】別の実施形態によるＵＤＵの正面図である。
【図６Ａ】発明者の前述のＵＤＵの一部の拡大図である。
【図６Ｂ】本開示の一実施形態によるＵＤＵの一部の拡大図である。
【図６Ｃ】図６Ｂに示すＵＤＵの斜視図である。
【図７Ａ−７Ｉ】様々な実施形態によるＵＤＵの接続部材領域の例示的な幾何学的構成を示す。
【図８】別の実施形態によるＵＤＵの斜視図である。
【図９】別の実施形態によるＵＤＵの一部の拡大図である。
【図１０】さらに別の実施形態によるＵＤＵの一部の拡大図である。
【図１１−１２】他の実施形態によるＵＤＵの一部の拡大図である。
【図１２Ａ】別の実施形態によるＵＤＵの上面斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＵＤＵの一部の拡大斜視図である。
【図１３Ａ】別の実施形態に係るＵＤＵの一部の斜視図であり、図１３Ｂは、図１３ＡのＵＤＵの一部のアイソメ側面図である。
【図１４】別の実施形態によるＵＤＵの斜視図である。
【図１５Ａ−１５Ｂ】他の実施形態によるＵＤＵの斜視図である。
【図１６Ａ−１６Ｂ】他の実施形態によるＵＤＵの斜視図である。
【図１７Ａ−１７Ｂ】他の実施形態によるＵＤＵの斜視図である。
【図８】本設計の実施形態によるＵＤＵを用いた衝突の非線形有限要素解析を示す。
【図１９】様々な実施形態による衝突パッドの圧潰試験データを示す。
【図２０】本設計の実施形態による自動車のドアに取り付けられたＵＤＵの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
今日、世界では、自動車事故は不幸な現実である。自動車業界では、フロントエアバッグ、サイドカーテンエアバッグ、電子衝突回避システム、および構造的クランプルゾーンなどの革新により、ここ数十年で安全性の大幅な進歩が見られるが、依然として自動車の安全性をさらに向上させる必要がある。認識されている必要性の１つは、車両の設計を改善し、正面衝突による乗員の負傷をさらに最小限に抑えることである。
【００１４】
通常、自動車は、スモールオーバーラップ正面衝突によって衝撃を受ける領域に重要な構造的構成要素を持たない。残念ながら、衝撃から生じるエネルギーを吸収および／または伝達するための構造的構成要素がない場合には、エネルギーはホイールおよびサスペンション構成要素に向けられ、ホイールウェルを通って運転者室に追いやられる可能性がある。理解されるように、高速道路安全保険協会（「ＩＩＨＳ」）によるスモールまたはナローオーバーラップ正面衝撃試験などの現在の試験は、衝突衝撃の結果として、車両の目的物（たとえば、サスペンション構成要素、ホイール、および構造部材など）が車室内（たとえば、運転者の足下にある下部ダッシュパネルおよび防火壁）へ入り込むことを対象としている。
【００１５】
従来、自動車メーカーは２つの戦略を使用して、シミュレーションされた事故と実際の事故の両方で車両の性能を向上させてきた。これらの戦略には、（１）フロントバンパーとホイールウェルの後側のパネルの間の車両のフロントコーナーに構造を追加することと、（２）ホイールや下部コントロールアームなどの構造部材を、より少ないエネルギーの負荷で屈曲しながら、与えられた負荷で破砕するように設計することと、が含まれる。しかし、そのような既知の戦略は、すべての面で満足のいく解決策を提供するわけではない。
【００１６】
発明者は、正面、側面、または後面衝突などの衝突時に、車両に追加されて、エネルギーを吸収することができるシステム、構造、またはデバイスの必要性を認識した。発明者はまた、そのようなシステム、構造、またはデバイスが、車両に変更を加える必要性を最小限に抑えるだけでなく、車両重量増による燃費の低下を最小限に抑える場合に利点が実現され得ることを認識した。ある実施形態では、そのようなシステム、構造、またはデバイスは、質量が小さく、車両のパッケージ空間を最小限に抑え、および／または全長が短い場合がある。発明者はさらに、安全性を改善するための車両へのそのような追加のコストが比較的低い場合に有利であり得ることを認識した。最後に、発明者は、特定の車両用にカスタマイズできる安全システム、構造、またはデバイスの必要性を認識した。
【００１７】
ある実施形態では、そのような設計は、軽量材料の構築を含み得、また衝撃から生じるエネルギーを効果的に吸収し、車両の下部ダッシュパネルおよび乗員から離れてエネルギーを消散させることができる場合がある。
【００１８】
ある実施形態では、安全デバイスは、衝撃から生じるエネルギーを吸収し、最小の変形で衝突エネルギーを消散させる。たとえば、安全デバイスは、車両のホイールウェルに取り付けられ得る。このような例では、正面衝突または後面衝突が発生した場合、安全デバイスがタイヤとホイール組立体と相互作用して、エネルギーの吸収と消散を最大化する。開示された安全デバイスは、フロントおよびリアホイールウェルのいずれかまたは両方に適用できることが理解されよう。
【００１９】
ある実施形態では、安全デバイスは、衝突の最初の瞬間に、特定の車両によって必要とされるように、デバイスの少なくとも一部が上方向または下方向に移動できるようにカスタマイズ可能である。理論に縛られることは望まないが、安全デバイスのそのような上方向または下方向の移動により、衝突の最初の瞬間に安全デバイスが車両内に入るのを妨ぐことができる。ある実施形態では、デバイスは、衝突が衝突エネルギーを吸収し続けるときに、それ自体上に圧潰する、および／または押し潰されるようにさらに構成され得る。ある実施形態では、デバイスは、水平にアコーディオンのような方式でそれ自体上に押し潰され得る。ある実施形態では、デバイスは、デバイスが押し潰されたた後、上方向または下方向に膨らむことができる。
【００２０】
ある実施形態では、デバイスは、短い変位にわたって衝突力を最大許容レベルにするように構成されている。理解されるように、そのようなデバイスは、短い変位で特定のピーク力を達成するように設計され得る。ある実施形態では、デバイスは、デバイスが圧潰されている間など、特定の変位に対してピーク力に、またはその近くに衝突力レベルを維持するように構成され得る。ある実施形態では、説明されているように、デバイスは、リブおよびウェブ構造を含む。ある実施形態では、フォーム材料は、リブおよびウェブ構造のポケットの１つ以上に配置することができる。そのような実施形態では、フォームは、材料が圧潰されて密度が高くなるにつれて自然に硬くなる場合があるため、フォームを使用して、特定の変位のピーク構造力で、またはその近くで負荷、したがってエネルギー吸収を維持することができる。ある実施形態では、デバイスは、エネルギーを吸収し、車両のホイールウェルのサイズまで、またはある実施形態では、それを超えるサイズまで変形し得る。
【００２１】
本開示の一態様によれば、安全デバイスは、新車および既存の車両に組み込むことができる均一減速ユニット（「ＵＤＵ」）を含む。ある実施形態では、ＵＤＵは、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域、ならびに第１の衝突パッド領域を第２の衝突パッド領域に接続する、接続ビームなどの接続部材領域と、を含む。ある実施形態では、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域は、接続部材領域を介して一緒に結合される個々の構成要素である。他の実施形態では、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域、ならびに接続部材領域は、モノリシックＵＤＵの異なるセクションである。理解されるように、ある実施形態では、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域は、第１の衝突パッドおよび第２の衝突パッドを含み得る。
【００２２】
理解されるように、ＵＤＵは、様々な異なる自動車のホイールウェルに嵌着され得、その自動車の総衝突エネルギーのかなりの部分を吸収し得る。ある実施形態では、ＵＤＵの構築の詳細な形状および材料は、ＵＤＵが一次的に取り付けられている他の構造部材の圧潰強度に応じて、吸収される衝突エネルギーの量を増加または減少させるように調整することができる。ＵＤＵの設計に応じて、エネルギー吸収は、車両の総衝突エネルギーの最小１０％から、総衝突エネルギーの１００％近くまでの範囲になり得る。本明細書の目的のために、構造部材は、とりわけ、ヘッドライトフレーム、フロントバンパー、フェンダー、下部ダッシュパネル、Ａピラー、ロッカー、ステアリングホイールなどの項目を含み得る。
【００２３】
ある実施形態では、ＵＤＵは、衝突の最初の瞬間における接続部材領域の少なくとも一部の移動が制御可能であるように構成されている。たとえば、接続部材領域の少なくとも一部は、衝突の最初の瞬間に上方向または下方向に移動することができる。理解されるように、接続部材領域の移動方向は、安全デバイスが取り付けられた自動車に基づいて選択することができる。ＵＤＵはまた、衝突が継続し、衝突負荷が増加する際に、接続部材領域および衝突パッド領域の移動を制御するように構成され得る。たとえば、わずかに上方向または下方向に移動した後、ＵＤＵの接続部材領域は、アコーディオンのように水平方向になど、水平方向に圧潰されたり、押し潰されたりすることがある。理解されるように、ある実施形態では、ＵＤＵは、衝突負荷が増加するにつれてＵＤＵが均一に変形するように構成され得る。ＵＤＵは、衝突パッド領域の反力を制御するようにさらに構成することができる。たとえば、ＵＤＵは、接続部材領域の少なくとも一部の下方向の移きが達成されるまで、第１の衝突パッド領域または第２の衝突パッド領域が上向きの反力を生成しないように構成され得る。
【００２４】
ある実施形態では、ＵＤＵは、正面衝突の場合に、車両の下部ダッシュおよび内側の運転者室の変形を最小限に抑えることができる。ＵＤＵはまた、側面衝突の場合に、サイドドアの変形を最小限に抑え、後面衝突の場合には、後部乗員室の変形を最小限に抑えることができる。ＵＤＵは、発生する全体的な衝突力を最小限に抑えるのを助けるような方法で衝撃エネルギーを吸収することにより、車両の乗員の安全性をさらに向上させることができる。
【００２５】
他の実施形態では、ＵＤＵは、衝突パッド領域が部分的にのみ圧潰される衝突状態で衝突エネルギーを吸収するように構成され得る。たとえば、ホイールウェルの変形が減少している場合でも、エネルギーは依然としてＵＤＵによって吸収され得る。
【００２６】
ある実施形態では、デバイスは、車両の特定の形状に対応するように設計され得る。たとえば、ＵＤＵの衝突パッド領域の１つは、車両の前部の地上高に適応するように縮小され得る。
【００２７】
ここで図に目を向けると、図１は、自動車８のホイールウェル３に取り付けられた本発明者の前述のＵＤＵ１を示している。このＵＤＵの様々な構成の例は、２０１５年１１月２４日に出願され、「均一減速ユニット」と題された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０６２３６６号に記載されており、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。理解されるように、ＵＤＵは、フロントホイールウェル、リアホイールウェル、またはフロントホイールウェルとリアホイールウェルの両方に取り付けることができる。ある実施形態では、取り付け穴を使用して、ＵＤＵを自動車に取り付けることができる。図１に示されるように、ＵＤＵ１は、乗用車に使用することができる。理解されるように、ＵＤＵは、乗用車、トラック、スポーツユーティリティ車両、バン、バス、オートバイ、およびクロスオーバー車両を含むが、これらに限定されないすべてのタイプの自動車で使用することができる。
【００２８】
図２は、図１のＵＤＵ１の斜視図を示しており、これは、自動車の１つ以上のホイールウェルに嵌着する軽量構造を含み得る。この図に示されるように、ＵＤＵ１は逆「Ｕ」形状であり、第１のまたは前方衝突パッド２、接続ビーム６、および第２のまたは後方衝突パッドを含む。理解されるように、ある実施形態では、ＵＤＵ１は、接続ビーム６に結合された、複数の前方衝突パッド２および／または複数の後方衝突パッド４を含み得る。
【００２９】
図３は、本開示の態様によるＵＤＵ１００の例を示している。この図に示されるように、ＵＤＵは、第１のまたは前方衝突パッド領域１０２と、第２のまたは後方衝突パッド領域１０４と、接続部材領域１０６と、を含む。ある実施形態では、接続部材領域１０６は、第１の衝突パッド領域と第２の衝突パッド領域との間に延在する。ある実施形態では、接続部材領域はまた、１つ以上の衝突パッド領域の少なくとも一部の上に延在することができる。
【００３０】
ある実施形態では、図３に示されるように、接続部材領域は、実質的に水平方向に延在し、衝突パッド領域は実質的に垂直方向に延在する。ある実施形態では、各衝突パッド領域は、接続部材領域に対してある角度で構成され得る脚１１５を有する。他の実施形態では、衝突パッド領域の脚は、接続部材領域に対して実質的に垂直であり得る。
【００３１】
ある実施形態では、接続部材領域は、ＵＤＵの中間部分に位置している。ある実施形態では、接続部材領域は、ＵＤＵの中央部分に位置している。本明細書の目的のために、ＵＤＵの中央部分に位置しているということは、接続部材領域が、ＵＤＵの第１の側を通る平面Ｐ１と、ＵＤＵの第２の側を通る平面Ｐ２との間で等距離に位置していることを意味する。理解されるように、ＵＤＵの中間部分に位置しているということは、接続部材領域が、２つの平面Ｐ１とＰ２との間に位置しているが、必ずしも２つの平面に対して中心にあるとは限らないことを意味する。
【００３２】
ある実施形態では、理解されるように、ＵＤＵは、衝突パッド領域および接続部材領域のそれぞれが、同じ、単一構造の構成要素であるモノリシック構造を含み得る。他の実施形態では、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域は、接続部材領域を介して一緒に結合され得る別個の構成要素（たとえば、第１の衝突パッドおよび第２の衝突パッド）であり得る。たとえば、ＵＤＵは、３つ以上のセクションの複合体として構築され得る。そのような例では、各セクションは、１つ以上の構成要素で製造することができ、これにより、各セクションを特定の形状で設計すること、および／または特定の所望の圧潰挙動を生み出す材料から作ることを可能にし得る。
【００３３】
図３および図４に示されるように、本発明者の前述のＵＤＵと同様に、本出願のＵＤＵ１００の内面１１４の形状は弧状であり得る。すなわち、ＵＤＵ１００の内面は、「Ｕ」形状に類似し、それを反転したものであり得る。ある実施形態では、図３および図４にも示されているように、ＵＤＵの外面１１６は、内面の形状とは異なる形状を有し得る。たとえば、これらの図に示されているように、ＵＤＵ１００の全体的な形状は逆「Ｕ」形状ではない。理解されるように、ＵＤＵの全体的な形状が逆「Ｕ」形状でない場合でも、ＵＤＵの内面１１４のものと形状（たとえば、弧状である）が類似しているＵＤＵの外面１１６の１つ以上の部分があり得る。たとえば、衝突パッド領域１０２、１０４のそれぞれの脚１１５の底部は、湾曲した内面および外面を有し得る。
【００３４】
図３および図４のＵＤＵは、実質的に弧状の内面を有するが、ＵＤＵの内面は、他の適切な凹面形状を有し得ることが理解されるであろう。たとえば、内面の１つ以上のセグメントは直線であり、開口部は実質的に長方形の断面形状を有し得る。ある実施形態では、ＵＤＵの内面の形状は、自動車のホイールウェルの形状に対応し得る。同様の方法で、外面は任意の適切な形状を有し得、ホイールウェルの形状に対応し得る。たとえば、外面は実質的に長方形であり得る。その点で、ＵＤＵの形状は、ＵＤＵが取り付けられる自動車に応じて、ＵＤＵごとに異なる場合がある。
【００３５】
ある実施形態によれば、ＵＤＵは、車両のボディ構造に対応するようにカスタマイズすることができる。たとえば、ある実施形態では、車両は、ＵＤＵが取り付けられ得るヒンジピラーと比較して、より低い前端（たとえば、クリアランス高さ）を有し得る。そのような実施形態では、ＵＤＵは、対応するホイールウェル、またはＵＤＵが挿入され得る車両の他の部分の形状に適応するように形成され得る。理解されるように、そのようなカスタマイズされたＵＤＵは、長手方向軸周りに非対称であり得る。
【００３６】
ある実施形態では、図５Ａに示されるように、第２の衝突パッド領域１０４の脚１１５は、第１の衝突パッド領域の脚１１５よりも短くてもよい（Δ１とラベル付けされた高低差を参照）。第１の衝突パッド領域は、図５Ａでは第２の衝突パッド領域よりも長いものとして示されているが、他の実施形態では、図５Ｂに示されるように、第１の衝突パッド領域は、第２の衝突パッド領域よりも短くてもよい（Δ１とラベル付けされた高低差を参照）。ある実施形態では、図５Ｂに示されるように、第１の衝突パッド領域は、下脚１１５を含まなくてもよい。
【００３７】
理解されるように、より短い衝突パッド領域が、前方衝突パッドまたは後方衝突パッドとして使用され得る。ある実施形態では、短縮された衝突パッド（たとえば、脚を備えた衝突パッド領域）が、前方衝突パッドとして使用され得、車両の前方の地上高に対応し得る。
【００３８】
理論に縛られることを望まないが、ある実施形態では、より短い衝突パッド領域は、全長の衝突パッド領域と比較して、エネルギー吸収が減少し得る。本開示を考慮して理解されるように、ＵＤＵは、ＵＤＵに組み込まれた機能の組み合わせのために、同じ第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域を備えるＵＤＵと比較して、依然として同じ量のエネルギーを吸収し得るか、またはより多くのエネルギーを吸収し得る。たとえば、より短い第１の衝突パッド領域が使用されている場合でも、ＵＤＵは、依然として衝突の最初の移動時に上方向／下方向に移動する場合がある。
【００３９】
本開示の一態様によれば、ＵＤＵは、ＵＤＵが移動し、かつ潰れて衝突エネルギーを吸収する方法を制御するようにカスタマイズすることができる。ある実施形態では、図６Ｂおよび図６Ｃに示されるように、衝突パッド領域１０２、１０４の１つ以上は、衝突エネルギーを吸収するための延長部１１７を有し得る。本明細書の目的のために、衝突パッド延長部は、発明者の前述のＵＤＵの逆「Ｕ」形状を超えて外側に延在する衝突パッド領域の１つ以上のセクションを含む。たとえば、図６Ａは、逆「Ｕ」形状を備える本発明者の前述のＵＤＵを示し、また図６Ｂおよび図６Ｃは、逆「Ｕ」形状を超えて外向きに延在する延長部１１７を備えるＵＤＵを示す（図６Ｂの破線を参照）。理解されるように、前方または前部の衝突パッド領域については、延長部は、ＵＤＵが取り付けられたときに自動車の前方に向かって延在するように構成されている。同様の方法で、後方または後部の衝突パッド領域については、取り付けられると、延長部が自動車の後方に向かって延在するように構成されている。
【００４０】
理解されるように、延長セクションは、任意の適切な形状を有し得る。たとえば、延長セクションは、実質的に正方形、円形、半円形、三角形、他の多角形、または他の適切な形状であり得る。
【００４１】
ある実施形態では、衝突パッド延長部は、衝突パッド領域がホイールウェル内に留まっている場合など、衝突パッド領域が部分的にしか圧潰されていない衝突状態でも、ＵＤＵがエネルギーを吸収することを可能にし得る。理論に縛られることを望まないが、衝突パッド領域を前方向および／または後方向に拡張することにより、衝突変形からより多くのエネルギーを吸収することができる。衝突パッドの延長セクションによってホイールウェルの変形を減らすことによってもより多くのエネルギーを吸収することができる。たとえば、ある実施形態では、エネルギーの８０％は、延長セクションを含めることによって吸収することができる。
【００４２】
ある実施形態では、図６Ｃにも示されるように、ＵＤＵ、またはＵＤＵの領域は、ＵＤＵのエネルギー吸収構成要素として機能し得る外皮１１８、ならびに内側リブおよびウェブ構造１２０から形成され得る。ある実施形態では、外皮は、ＵＤＵの周辺に沿って延在する。ある実施形態では、外皮は、ＵＤＵの前面と後面との間に延在する。ある実施形態では、内側リブおよびウェブ構造１２０は、ＵＤＵの前面と後面との間に延在する１つ以上のリブ１２２を含む。
【００４３】
ある実施形態では、リブは、ＵＤＵの前面と後面との間で部分的にのみ延在するが、他の実施形態では、リブは、ＵＤＵの前面と後面との間で完全に延在することができる。ある実施形態では、各リブの高さは、ＵＤＵの様々な領域間で異なり得るが、各リブの高さ、各リブの上部と底部との間の距離は、ＵＤＵ内のすべてのリブについて同じであり得る。たとえば、衝突パッド領域のリブの高さは、接続部材領域のリブの高さとは異なる場合がある。リブの高さもＵＤＵごとに異なる場合がある。
【００４４】
リブおよびウェブ構造１２０は、任意の適切な構成を含み得る。たとえば、図６Ｃに示されるように、衝突パッド領域は、正方形および長方形の断面形状を有するリブおよびウェブ構造を有し得る。リブおよびウェブ構造はまた、円形、楕円形、三角形、ひし形、他の多角形、または他の適切な断面形状を含み得る。理解されるように、衝突パッド領域などの、ＵＤＵの一部におけるリブおよびウェブ構造の形状および構成は、接続部材領域のリブおよびウェブ構造の形状および構成とは異なる場合がある。
【００４５】
図６Ｃにも示されるように、リブおよびウェブ構造は、１つ以上のリブと交差する１つ以上のウェブ１２４を含み得る。ある実施形態では、ウェブは、各リブの上部と底部との間の任意の点でリブに位置し、リブと交差するが、ウェブは、ＵＤＵの基台（たとえば、後面）によって画定される。たとえば、ウェブは、リブの上部と底部との中間に位置し得る。理解されるように、ウェブは図６Ｃではリブに対して垂直であるように示されているが、他の実施形態では、ウェブはリブに対してある角度で配置され得る。
【００４６】
ある実施形態では、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、１つ以上の衝突パッド領域が、ＵＤＵの皮１１８から外向きまたは軸方向に延在するウェブを有し得る。たとえば、第１のまたは前方の衝突パッド領域は、衝突パッド領域と接続部材領域との間の動きを最小限にするために、外向きに（たとえば、前方に）延在するウェブを含み得る。ある実施形態では、そのようなウェブは、軸方向の圧潰運動を促進するのに役立ち得る。
【００４７】
ある実施形態では、図１４に示されるように、ＵＤＵは、軸方向剛性およびねじれ剛性を増加させるのを助けることができる１つ以上のドロップ側ウェブ１２４を含み得る。これらのウェブはまた、好ましい軸方向の圧潰運動（たとえば、水平アコーディオンスタイルの圧潰）を促進するのに役立ち得る。
【００４８】
ある実施形態では、リブおよびウェブ構造の形状および構成は、ＵＤＵが取り付けられる自動車およびエネルギー吸収の所望のレベルに基づいて選択され得る。たとえば、図７Ａ〜図７Ｉに示されるように、接続部材領域におけるリブおよびウェブ構造の形状は、円形、長方形、楕円形、ひし形、他の多角形、または他の適切な断面形状を含み得る。形状は、接続部材の中点の周りで対称であり得る。形状はまた、非対称であってもよい。形状には、繰り返しパターンが含まれる場合もあれば、ランダム化された配列の形状が含まれる場合もある。
【００４９】
ある実施形態では、そのような幾何学的構成が、圧潰の最初の部分がいかに振る舞うかを決定し得る。一例では、所望の圧潰の順序は、接続部材領域がわずかに下向きに移動し、次にアコーディオンのように水平に圧潰し続けることであり得る。図７Ａ〜図７Ｉに示される接続部材領域におけるリブおよびウェブ構造の幾何学的構成は、そのような圧潰負荷事象を促進する場合がある。
【００５０】
ある実施形態では、図６Ｃに示されるように、１つ以上のポケット１２６が、リブと、外皮１１８と、ＵＤＵのまたはＵＤＵの領域のウェブ１２４との間に形成される。理解されるように、ポケットの形状およびサイズはポケットごとに異なり得るが、各ポケットのサイズおよび形状は、ある実施形態では同じであり得る。ポケットのサイズと形状も、ＵＤＵの領域間で異なる場合がある。
【００５１】
ある実施形態では、リブおよびウェブは、延性で、高強度で、比較的低弾性率の材料から形成されている。この構成は、鋳造、鍛造、または他の金属成形技術によって製造することができる。それはまた、付加的な技術工程によって形成され得る。リブおよびウェブのマトリックスは、所望の強度と剛性特性を与えるように設計された複合工学材料から製造することもできる。たとえば、ある実施形態では、ウェブ構造は、衝突パッドのより広い領域にわたる衝突力の拡散を促進するのを助けるような高引張強度材料層で覆われ得る。
【００５２】
ある実施形態では、多孔質材料１２７が、１つ以上のポケットに挿入され得る。多孔質材料は、ＵＤＵのエネルギー吸収構成要素としても機能し得る。ある実施形態では、多孔質材料は、金属フォームまたはハニカム材料などの非常に低密度のセル状材料で構築されている。たとえば、ポケットはアルミニウムフォームで充填され得る。ある実施形態では、アルミニウムフォームにナノ粒子を注入することができる。理解されるように、ポケットは多孔質材料で完全に充填される必要はない。たとえば、フォームは各ポケットの体積の１５％だけしか占めない場合がある。また理解されるように、同じ量の多孔質材料を各ポケットに挿入する必要はない。すなわち、より大きなポケットは、より小さなポケットよりも多くの多孔質材料を含み得る。さらに理解されるように、多孔質材料を各ポケットに挿入する必要はない。たとえば、多孔質材料は、所与の層のポケットのうちの半分にのみ挿入され得る。さらに理解されるように、ＵＤＵの第１の領域（たとえば、第１の衝突パッド領域）に含まれる多孔質材料は、ＵＤＵの別の領域（たとえば、接続部材領域）の多孔質材料と同じである必要はない。
【００５３】
ある実施形態では、図８に示されるように、ＵＤＵは、プレート１３０によって覆われ得る。理解されるように、ＵＤＵは、ＵＤＵの前面または後面のいずれかにプレートを含み得る。ある実施形態では、カバープレートは、圧潰方向にさらなる軸方向剛性を提供し得る。カバープレートはまた、ＵＤＵ内のフォーム材料を覆う場合があり、環境への暴露や機械的損傷からフォームを保護し得る。
【００５４】
図９は、衝突事象中のＵＤＵのエネルギー吸収および挙動を制御するために使用され得る他のＵＤＵ構成を示している。たとえば、ある実施形態では、第１の衝突パッド領域の最初の接触面１３４は、接続部材領域の上部の上方に位置付けられ得る。理解されるように、最初の接触面は、衝突事象中にＵＤＵと最初に接触するＵＤＵの部分（たとえば、第１の衝突パッド領域１０２上）を含む。そのような一例では、最初の接触面は、ＵＤＵの接続部材領域の最も中央の部分より上に持ち上げられ得る。位置的なオフセットは、最初の接触面を通る平面Ｐ３と接続部材領域を通る平面Ｐ４との差（Δ２のラベル付け）によって示される。ある実施形態では、位置的なオフセットは、１／８インチまたは１／１６インチと同じくらい小さくてもよい。位置的な変化はまた、より大きくてもよく、他の実施形態では異なり得る。理論に縛られることを望まないが、オフセットは、ＵＤＵが衝突の最初の瞬間に、接続部材領域の所望の動きを助長することができるように不均衡な力を作り出すのに十分な大きさであればよい。
【００５５】
ある実施形態では、最初の接触面をＵＤＵ接続部材領域より上に上げると、衝突負荷が増加するにつれて、ＵＤＵ接続部材領域の下向きの動きを助長し得る。衝突パッド領域が圧潰されると、衝突パッド領域とのさらなる接触が確立される。ある実施形態では、図９および図１０に示されるように、最初の接触面の面積を最小化することができる。たとえば、最初の接触面は、アンダーカット１３６（図９を参照）、面取り、または第１の衝突パッド領域（たとえば、前方衝突パッド領域）の前向きの面の均一な段差１３８（図１０を参照）によって最小化され得る。
【００５６】
ある実施形態では、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、第１の衝突パッド領域１０２などの、衝突パッド領域の最初の接触面１３４もまた、衝突パッド領域の下脚１１５からオフセットしていてもよい（Δ３とラベル付けされた距離を参照）。ある実施形態では、このオフセット距離により、衝突パッド領域の下脚１１５により、ＵＤＵ接続部材領域の下向きの動きが確立されるまで、上向きの反力（たとえば、衝突の際の下脚との接触により発生するそれら）が生じるのを防ぐことができる。図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、最初の接触面と下脚との間の様々な程度のオフセットが、ＵＤＵ内に実装され得る。ある実施形態では、オフセットの程度（および最初の接触面の位置）は、前述のように、アンダーカット、面取り、または段差（図１１Ｂを参照）を含めることによって減らすことができる。
【００５７】
ある実施形態では、衝突パッド領域の下脚１１５がその衝突パッド領域の最初の接触面と同じ平面にある場合、衝突パッド領域は、衝突の最初の瞬間に接続部材領域を下方向に移動させるために、１つ以上の特徴（たとえば、説明されるようなリブおよびウェブ構造またはノッチ）を必要とし得る。
【００５８】
さらに別の実施形態では、ＵＤＵは、衝突中のＵＤＵの移動およびエネルギー吸収も制御するためのノッチまたはキー溝１４０を含み得る。図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、ある実施形態では、ノッチまたはキー溝は、接続部材領域１０６の一部に位置し得る。たとえば、一実施形態では、ノッチまたはキー溝は、接続部材領域の上面の皮１１８内に形成され得る。ノッチは、図１２Ａおよび図１２ＢのＵＤＵの上面に形成されているが、ノッチが、他の適切な場所に形成され得ることが理解されよう。たとえば、ノッチは、ＵＤＵの接続部材領域の上部のみ、底部のみ、または上部と底部の両方に形成され得る。理解されるように、ノッチが接続部材領域の上部および底部上に形成されているＵＤＵでは、ある実施形態では、ノッチは垂直に整列され得るが、ノッチが垂直に整列される必要はない。
【００５９】
理解されるように、ノッチまたはキー溝は、任意の適切な断面形状を有し得る。たとえば、ノッチまたはキー溝は、円形、正方形、三角形、楕円形、長方形、他の多角形、または他の適切な形状を有し得る。ノッチまたはキー溝は、皮の全長に沿って（たとえば、前面から後面まで）延在する場合もあれば、皮の前面と後面の間の途中までしか含まない場合もある。
【００６０】
ある実施形態では、ノッチまたはキー溝は、ＵＤＵの中央部分に位置している。そのような実施形態では、ノッチは、ＵＤＵの第１の側を通って延在する平面と、ＵＤＵの第２の側を通って延在する平面との間で等距離に位置し得る（図３を参照）。ある実施形態では、ノッチまたはキー溝は、ＵＤＵ接続部材部分の最初の動き方向を制御および促進するのに役立ち得る。説明したように、ノッチは、衝突の最初の瞬間に、特定の車両に必要とされるように、接続部材領域にいずれかを下向きに移動させ得る。
【００６１】
実施形態は、ＵＤＵの移動および挙動と、エネルギー吸収と、を制御するための１つ以上の構成で説明されて示されてきたが、ＵＤＵは、１つのみを有するか、または２つ以上を有することもできる。たとえば、ＵＤＵは、ノッチとリブおよびウェブ構造とを有することができる（たとえば、接続部材領域内に）。ＵＤＵはまた、リブおよびウェブ構造、ならびに最初の接触面と接続部材部分の上部との間のオフセットを有することもできる。理解されるように、他の実施形態では、他の設計の組み合わせが可能である。
【００６２】
図１５Ａ〜図１５Ｂ、図１６Ａ〜図１６Ｂ、および図１７Ａ〜図１７Ｂは、接続部材領域がホイールウェルの形状に対応する形状を有するために採用することができる様々な構成を示している。このような構成は、圧潰挙動をカスタマイズするためにも使用され得る。たとえば、図１５Ａ〜図１５Ｂでは、接続部材領域の上部は、ホイールウェルのクリアランスに適合するように起伏がつけられていてもよい（たとえば、凹状）。この形状は、圧潰挙動をカスタマイズするためにも使用できる。図１６Ａ〜図１６Ｂでは、ＵＤＵは、ホイールウェルの輪郭に追従するようにサドル形状（たとえば、凸状）に形成された接続部材領域を有する。サドル形状は、タイヤホイール組立体に最大クリアランスを提供する場合がある。サドル形状はまた、ＵＤＵ接続部材領域の体積を最大化する場合があり、その特定の空間内のエネルギー吸収を最大化する場合がある。図１７Ａおよび図１７Ｂは、水平の、アコーディオンスタイルの圧潰運動を維持しながら、所与のホイールウェルの体積でのエネルギー吸収をさらに最大化するために使用され得るハイブリッドＵＤＵ構成を示す。図１７Ａでは、接続部材領域は、サドル形状およびドロップ側ウェブ１２４を有する。図１７Ｂでは、接続部材領域は、起伏のある上部形状およびドロップウェブを有する。
【００６３】
ある実施形態では、ＵＤＵは、約０．２〜１．０ｍの高さと、約０．５〜２．０ｍの長さと、約５〜３５０ｍｍの厚さと、を有する。理解されるように、ＵＤＵはまた、他の実施形態において他の適切な寸法を有し得る。ある実施形態では、前方衝突パッド領域は、約５〜２００ｍｍの厚さと、約０．１〜１．０ｍの長さと、を有し得る。さらに理解されるように、後方衝突パッド領域は、前方衝突パッド領域と同じサイズであり得るが、衝突パッド領域もまた異なるサイズであり得る。さらに理解されるように、これらの図では、前方および後方の衝突パッド領域は同じ形状として示されているが、前方および後方の衝突パッド領域はまた、異なる形状を含み得る。取り付け穴５は、ＵＤＵを自動車に取り付けるために使用することができる。
【００６４】
当業者によって理解されるように、ＵＤＵの個々の構成要素は、多種多様な成形方法を使用して多種多様な材料から製造され得、多種多様な一般に利用可能な方法を使用して組立体に接合され得る。例示的な材料は、本開示の範囲を限定するものではないが、高強度、低密度、および比較的低コストの組み合わせを有することが知られているアルミニウム合金を含むだけでなく、炭素繊維複合材料、ポリマー複合材料、金属マトリックス複合材料、鋼を含む層状複合材料、および高強度プラスチックも含む。たとえば、衝突パッド領域は、約３０００ｋｇ／ｍ３よりも小さい単位体積当たりの質量、少なくとも１８０ＭＰａの降伏強度、および少なくとも５００ＭＰａのヤング率を有する材料で構築されてもよい。実質的にゼロより大きい気孔率を有するセル状材料は、特に高強度と低密度の組み合わせの対象となり得る。たとえば、衝突パッド領域は、単位体積あたりの質量が約１，０００ｋｇ／ｍ３未満のセル状材料で構築され得る。例示的な成形方法は、ここでも本開示の範囲を限定するものではないが、打ち抜き、鍛造、鋳造、機械加工、および印刷を含む。接合方法には、圧着、ねじもしくは無頭クギ、通常の溶接、摩擦攪拌溶接、高強度接着剤の添加、または上記の任意の組み合わせを含む、単純な機械的接合が含まれる場合がある。理解されるように、ＵＤＵの各構成要素は、同じ材料で、および／または同じ製造技術で作られ得るが、構成要素はまた、様々な材料で、および／または様々な製造技術で作られ得る。
【００６５】
理論に縛られることは望まないが、ＵＤＵの利点がない典型的な正面衝突では、衝突の衝撃は最初に、フロントバンパー、ヘッドライト、および／またはホイールウェル材料によってなど、車両の既存の構造によって吸収される。次に、衝撃力は、これらの構成要素を、車両のホイールウェルを介して後方に、さらに空気の入ったタイヤ、ホイール組立体、下部コントロールアーム（図示せず）、およびブレーキ組立体（図示せず）などを介して他の構成要素内に推し進ませる。その結果、一部の自動車部品は下部ダッシュパネル、Ａピラー、およびステアリングホイールに押し込まれ、車室を貫通して乗員に怪我をさせる可能性がある。
【００６６】
ＵＤＵを搭載した自動車が衝突した場合、ＵＤＵはタイヤとホイール組立体と相互作用し、エネルギーの吸収と消散を最大化し、車両の衝突性能を向上させる。通常の、衝撃前の状態では、ＵＤＵは、ＵＤＵがホイールの上半分に延在するように、車両のホイール組立体に取り付けられる。理解されるように、ＵＤＵは、車両ホイールウェルの既存の構造構成要素と相互作用的に機能する。
【００６７】
ＵＤＵが自動車に取り付けられている実施形態では、最初の衝突の衝撃は、ＵＤＵが所定の位置にない場合の正面衝撃と同様に、最初に既存の車両構成要素（すなわち、ヘッドライトフレーム、フロントバンパー、およびフェンダー）によって吸収される。ただし、図１８に示されるように、ＵＤＵが配置されている場合、衝撃が前方衝突パッド領域に達すると、前方衝突パッド領域が空気の入ったタイヤとホイール組立体に接触する。このような状況では、前方衝突パッドと、空気の入ったタイヤに作用する力が増加すると、空気の入ったタイヤはビードが外され、空気圧を失う。この最初の衝突の瞬間に、接続部材領域の一部（たとえば、中央部分）が、自動車の構成および必要性に応じて、上方向または下方向のいずれかに移動することがある。
【００６８】
空気圧が空気の入ったタイヤから失われると、前方衝突パッド領域がホイール組立体に負荷をかけることがある。このような状況では、負荷が増加し続けると、前方衝突パッド領域とホイール組立体の両方が変形し続ける。
【００６９】
図１８に示されるように、変形の閾値量に達すると、接続ビームはそれ自体上に押し潰され始める。たとえば、変形は水平方向に移動するアコーディオンに似ている場合がある。ある実施形態では、ＵＤＵの変形の閾値量は、前方衝突パッド領域がホイール組立体と接触する点に存在し得る。この状況では、前方衝突パッド領域がホイール組立体と収縮したタイヤを後方衝突パッド領域に押し込むことがある。ある実施形態では、前方衝突パッド領域および後方衝突パッド領域が塑性変形するにつれて、衝突によって生成されたエネルギーが車両のホイールウェル領域を通過して、吸収および消散される。
【００７０】
理解されるように、多様な設計により、ホイール組立体が、後方衝突パッド領域が著しく変形した点で破砕する場合と破砕しない場合がある。しかし、さらに理解されるように、この破砕点では、衝突によって生成されたエネルギーの多くは、車両の既存の構造とＵＤＵの両方によってすでに吸収されている。そのため、下部ダッシュパネルと乗員の空間への侵入は制限されるか、または防止されることさえあり得る。
【００７１】
ここで図１９に目を向けると、まったく同じ断面積と同じ１インチの初期厚さを有する３つの異なるＵＤＵ組立体で実施された試験のデータが示されている。第１の衝突パッドには、リブとウェブ皮のない２つの平行な薄いアルミニウムプレートの間に挟まれた１５％の密度のアルミニウムフォームが含まれ、第２の衝突パッドには、いかなるフォームもないリブとウェブアルミニウム皮が含まれ、第３の衝突パッドには、皮構造のポケットのすべてに、１５％の密度のアルミニウムフォームを備えるリブおよびウエッブアルミニウム皮が含まれている。この負荷対変位のデータは、組立体が個別に圧潰されたときに試験機械から収集された。曲線の下の領域は、圧潰によって各構造物が吸収するエネルギーに相当する。
【００７２】
図１９の最も下の曲線（正方形）は、鋳造された１５％の密度のアルミニウムフォームを圧潰することで収集された。示されているように、この曲線は、圧潰の開始時には低い圧潰力であるが、圧潰力は、圧潰距離が長くなるにつれて増加する。アルミニウムフォームの圧潰力は、フォームセルが潰れ、フォームの密度が高くなるにつれて大幅に増加することがわかった。０．６インチの変位をわずかに超えると、アルミニウムフォームの圧潰力の急上昇が観察された。
【００７３】
中間曲線（三角形）は、ボックス内に軸方向のリブとウェブを備えた長方形の皮ボックス構造を圧潰して生成された。このボックス構造は６０６１Ｔ６アルミニウム合金で構築された。図１９のグラフから分かるように、皮構造の負荷は、約１４０，０００ポンドで最大（たとえば、ピーク負荷）まで急上昇し、その後、圧潰順序の残りの間に減少する。理解されるように、エネルギーは、圧潰順序の残りの間にまだ吸収することができる。
【００７４】
図１９上の曲線（ひし形）は、軸方向のリブとウェブと、リブおよびウェブのポケットを埋める１５％の密度の鋳造アルミニウムフォームとを備えた６０６１Ｔ６アルミニウム合金の圧潰から収集された。理解されるように、リブおよびウェブ構造（三角形）のみまたはフォーム（正方形）のみを有する実施形態と比較して、この構成によってより多くのエネルギーが吸収される（たとえば、負荷対変位曲線の下により大きな面積がある）。
【００７５】
図１９のデータを考慮して、本発明者らは、１つ以上の衝突パッド領域および／または領域接続部材領域が、リブおよびウエッブ構造を含む場合に、衝突パッド領域および／または接続部材領域が、比較的短い変位で特定のピーク力を実現するように設計され得ることに気付いたフォームがリブおよびウェブ構造のポケット内に配置されている実施形態では、材料が圧潰されて密度が高くなるにつれて自然に硬くなることがあるアルミニウムフォームの特性を利用して、負荷を維持し、それによって特定の変位のピーク構造力に、またはその近くに、エネルギー吸収を維持することができる。ある実施形態では、リブおよびウェブとフォーム構成とは、最大３０インチの変位を可能にし得る。このようなフォームはまた、エネルギー吸収の単位を送達するために必要な質量を最小限に抑えることもできる。
【００７６】
理解されるように、ＵＤＵの取り付け方法は、ＵＤＵのエネルギー吸収特性と合致している。たとえば、図１に示されるように、ホイール組立体上にＵＤＵを配置することにより、前方衝突パッド領域が、空気の入ったタイヤが衝突中に圧縮して、収縮する際に、空気の入ったタイヤおよびホイール組立体を長手方向の姿勢に保つのを可能にし得る。ある実施形態では、接続部材領域は、ホイール組立体および収縮したタイヤと接触する前方衝突パッド領域とともに変形する。衝突が進行するにつれて、接続部材部分は、最初に弾性的に変形し、次に塑性変形することがある。このような変形は、前方衝突パッドが収縮したタイヤとホイール組立体に接触したままでいる時に発生することがある。理解されるように、前方衝突パッド領域と収縮したタイヤおよびホイール組立体との間の絶え間ない接触は、衝突中にホイール組立体がホイールウェルから回転して外れるのを防ぐように作用し得る。
【００７７】
ある実施形態では、そのような回転を防止することは、ホイール組立体によって吸収されるエネルギーの量を減少させる効果を有し得る。理解されるように、ホイール組立体のそのような回転は、衝突状況における従来の設計の性能に共通の問題である。実際、ホイール組立体は、通常、エネルギーをさらに消散する手段として破砕可能であるように設計されているが、そのような設計は、ホイール組立体１２が回転する場合は所望の効果を達成しない。または、Ａピラーを係合させるか、またはホイールウェル内の負荷経路を遮断するために、衝突中にホイールを回転させてホイールウェルから外れることを意図して設計されている場合、その方策には、衝突の複雑な運動学に依存する制限がある。
【００７８】
対照的に、ＵＤＵでは、前方衝突パッド領域は、収縮したタイヤおよびホイール組立体との接触を維持し得、接続部材領域が変形すると、ホイール組立体は、後方衝突パッド領域に対してピン留めされ得る。このような状況では、ホイール組立体が破砕するまで、後方衝突パッド領域が塑性変形することがある。理解されるように、後方衝突パッド領域が変形し、ホイール組立体が破砕する可能性がある場合、下部ダッシュパネル、Ａピラー、および乗員に作用するさらなる力は最小限に抑えられる。
【００７９】
ある実施形態では、ＵＤＵの車両への取り付けはまた、前方衝突パッド領域、後方衝突パッド領域、および／または接続部材領域の取り付け穴を通して達成することができる。取り付けブラケットは、任意選択で、これらの各構成要素上に位置し、正面衝撃衝突の場合に備えてホイールウェルに整列され得る。ＵＤＵは、ねじ、ボルト、リベット、粘着剤、高強度接着剤、溶接、または車両の既存の構造要素への組み込みを含むがこれらに限定されない、任意の数の機械的、物理的、または化学的手段によって車両に固定することができ、さらに、ショックタワー、フェンダー、バンパー、またはフードを含むが、これらに限定されない。ある実施形態では、前方衝突パッド領域および後方衝突パッド領域は、金属フォームまたはハニカム材料などの非常に低密度のセル状材料で構築されている。接続部材領域は、任意選択で、衝突パッドと同じ低密度セル状材料で構築することができる。一実施形態では、接続部材領域は、低ヤング率を有する高強度材料で構築され得、それは、破断または破砕することなく、大きな塑性変形を受けて、大きなエネルギーを吸収することを可能にする。接続部材領域は、直線であっても、上、下、左、または右に湾曲していてもよい。
【００８０】
前方衝突パッド領域、後方衝突パッド領域、および接続部材領域は、別々に構築されてから組み立てられるか、または単一のモノリシック構造として構築され得る。ある実施形態では、前方衝突パッド領域、後方衝突パッド領域、および接続部材領域は、押し出し、鋳造、鍛造、または他の金属成形技術によって構築することができる。
【００８１】
理解されるように、実施形態は、リブおよびウェブ構造の１つ以上のポケット内に挿入される金属フォームで示され、説明されているが、他のエネルギー吸収材料が１つ以上のポケット内に統合され得ることが理解される。たとえば、薄壁チューブのアレイを１つ以上のポケット内に挿入することができる。チューブアレイは、延性が高く、強度が高く、弾性率が比較的低い材料（複数可）を使用する、単層、二層、または複数層のいずれかであり得る。チューブアレイは、円形、長方形、または別の閉じた幾何学的もしくは有機的な形状の断面を有する薄壁チューブから構成され得る。薄壁チューブは、金属フォームやハニカム材料などの非常に低密度のセル状材料で満たすことができる。チューブはまた、膨張するポリマーフォームで充填され得る。薄壁チューブは、軽量で高強度の材料の層の間に挟むことができる。薄壁チューブの内部構造は、衝突状況でチューブアレイが圧潰されると座屈することがある。そのような構成は、押し出し、鋳造、鍛造、および他の金属成形技術を含むがこれらに限定されない様々な方法によって成形することができる。チューブアレイは、１つの連続した部分として生成することもでき、複数の別個の薄壁チューブを結合して形成することもできる。チューブアレイは、高い延性、高い強度、および比較的低い弾性率という所望の特性を与えるように設計された複合工学材料から製造することもできる。
【００８２】
理解されるように、ＵＤＵは、後方衝撃から生じるエネルギーを消散するために、リアフェンダーおよびホイールウェルに用いられ得る。理解されるように、リアホイールウェルに取り付けられたＵＤＵは、フロントホイールウェルに取り付けられたＵＤＵとほとんど同じ方法でホイールと相互作用することができる。ある実施形態では、ＵＤＵが所定の位置にある場合、最初の衝撃は、ＵＤＵが所定の位置にない後方衝撃と同様に、既存の車両構成要素（すなわち、テールライト組立体、リアバンパー、およびフェンダー）によって吸収され得る。ただし、ＵＤＵが所定の位置にある場合、衝撃が後方衝突パッド領域に達すると、後方パッド領域は押されて、空気の入ったタイヤとホイール組立体に接触する。後方衝突部分と空気の入ったタイヤに作用する力が増加すると、空気の入ったタイヤはビードが外れ、空気圧を失う。空気圧が空気の入ったタイヤから失われると、後方衝突パッド領域がホイール組立体に負荷をかける。負荷が増加し続けると、後方衝突パッド領域とホイール組立体の両方が変形し続ける。一定量の変形で、接続部材領域は塑性変形し始め、後方衝突パッド領域がホイール組立体および収縮したタイヤを前方衝突パッド領域に押し込むことを可能にする。理解されるように、リアホイールウェル上に取り付けられたＵＤＵによって達成されるエネルギー放散は、フロントホイールウェル上に取り付けられたＵＤＵによって達成されるエネルギー消散と同じであり得る。
【００８３】
実施形態は、前面衝突および後面衝突から保護するためにＵＤＵが自動車のホイールウェル上に取り付けられた状態で示され、説明されているが、ＵＤＵ２００はまた、自動車の他の領域に取り付けることもできる。たとえば、図２０に示されるように、ＵＤＵは、側面衝撃から生じるエネルギーを消散するために、自動車のサイドドア２５０に取り付けられ得る。このようなＵＤＵは、自動車の外皮およびピラーフレームサイドドアと相互作用して、エネルギーを分配し、車室に貫通して、乗員を負傷させる可能性を最小限に抑えることができる。ＵＤＵが自動車のフロントドアまたはリアドアに取り付けられている実施形態では、ＵＤＵは、幅の狭い、逆ＵＤＵの形状で設計され得る。そのような実施形態では、第１の衝突パッド領域および第２の衝突パッド領域は、接続部材領域によって接続された内側および外側の衝突パッド領域を含み得る。そのような実施形態では、接続部材領域は、ホイールウェル用に設計されたＵＤＵの接続部材領域よりも短くてもよい。ある実施形態では、内側衝突パッド領域は、サイドドア衝撃ビーム構造に接続され得る。外側衝突パッド領域は、ドアの外皮に接続することができる。サイドドアＵＤＵは、衝突エネルギーが吸収されると、サイドドアを介して車両構成要素の侵入を防ぐように機能し得る高強度の複合バリアを提供する場合があり、したがって、車両構成要素が車両の運転者の空間に侵入するのを防ぐのに役立つ。
【００８４】
ＵＤＵを詳しく説明するが、これに限定するものではなく、衝突パッド、接続ビーム、および組立体を構築する具体的で例示的な方法について、次に詳しく論じる。
【００８５】
前方衝突パッド領域、後方衝突パッド領域、および接続部材領域を組立体の構成要素として扱うと便利な場合がある。一実施形態では、１つ以上の構成要素の製造は、高引張強度皮層を製造するための高品質のアルミニウム合金ダイ鋳造を伴う。鋳造は、車両の前後方向でＵＤＵの長さにまたがる一次負荷経路リブを備えたリブおよびウェブ設計である。一次負荷経路リブは、構造的負荷によって必要とされる間隔で配置された垂直ストリンガーリブによって接続することができる。ストリンガーリブの機能は、衝突の塑性変形中に前後リブの間隔を維持することである。構成要素は、２つの構成のいずれかで一体的に鋳造された皮を有する場合がある。１つ目は、車両の前後軸に対して垂直な長さを有する鋳造ポケットを必要とする。第２の構成は、車両の前後軸に対して平行な長さを有する鋳造ポケットを必要とする。
【００８６】
内側および外側の両方の一体皮は、単一の鋳造物の一部として形成することができ、または代替的に、内側もしくは外側の皮の一方のみを鋳造物の一部として形成し、第２の皮を、次の組み立て段階で、高強度接着剤を使用して接着することができる。この場合、皮はリブの間の「ウェブ」として機能する。たとえば、気孔率が８０〜９４％の低密度アルミニウムフォームを皮のポケットに取り付け、高強度接着剤で所定の位置に接着することができる。アルミニウムフォームは、皮のすべてのポケットに適用することもでき、皮の１つおきのポケットに適用することもでき、他のなんらかのパターンで皮のポケットに適用することもできる。鋳造皮のアルミニウムフォームの密度およびフォームの充填パターンを最適化し、衝突衝撃エネルギーを消散する能力に対するコストのバランスをとることができる。
【００８７】
次に、皮上の任意選択の側面開口部を、アルミニウムフォームを覆い、かつポケット開口部を密閉するように形作られたアルミニウムプレートで覆うことができる。これらのカバープレートは、高強度接着剤を使用して鋳造皮とアルミニウムフォームに接着されている。完成したＵＤＵ組立体は、湿気、道路の塩、エンジン液、汚れ、砂利、および石から組立体を保護するために、任意選択でコーティングすることができる。選択するコーティングは、ポリ尿素ベースの頑丈なコーティングである。
【００８８】
構成要素のさらに別の構成では、内皮と外皮の両方が別々の部品として製造される。内皮と外皮は、内側構造を挟むが、内部構造は、フォームのない低密度のセル状材料、またはハニカムなどのリブおよびウェブ構造のいずれかであり得る。この場合、車両のエネルギー吸収要件によって決定される密度で、アルミニウムフォームまたは他の低密度セル状構造として形成された部品は、高強度接着剤を使用して内皮と外皮の間に任意に接着される。フォーム部品は、エネルギー吸収計算によって決定されるように間隔を空けることができる。アルミニウムフォーム部品の間の空間は空のままにするか、または膨張性ポリマーフォームで充填することができる。ポリウレタンフォームは、低密度のセル状材料の一例である。このような材料の適用により、構造の剛性を改善し、構造への水分の浸透を減らす効果がある。
【００８９】
当業者によって理解されるように、ＵＤＵの個々の構成要素は、多種多様な成形方法を使用して多種多様な材料から製造され得、多種多様な一般に利用可能な方法を使用して組立体に接合され得る。例示的な材料は、本開示の範囲を限定するものではないが、高強度、低密度、および比較的低コストの組み合わせを有することが知られているアルミニウム合金だけでなく、炭素繊維複合材料、ポリマー複合材料、金属マトリックス複合材料、鋼を含む層状複合材料、および高強度プラスチックも含む。たとえば、衝突パッドは、約３０００ｋｇ／ｍ３よりも小さい単位体積当たりの質量、少なくとも１８０ＭＰａの降伏強度および少なくとも５００ＭＰａのヤング率を有する材料で構築されてもよい。実質的にゼロより大きい気孔率を有するセル状材料は、特に高強度と低密度の組み合わせの対象となり得る。たとえば、衝突パッドは、単位体積当たりの質量が約１，０００ｋｇ／ｍ３未満のセル状材料で構築され得る。例示的な成形方法は、ここでも本開示の範囲を限定するものではないが、打ち抜き、鍛造、鋳造、機械加工、および印刷を含む。接合方法には、圧着、ねじもしくは無頭クギ、通常の溶接、摩擦攪拌溶接、高強度接着剤の添加、または上記の任意の組み合わせを含む単純な機械的接合が含まれる場合がある。理解されるように、ＵＤＵの各構成要素は、同じ材料および／または同じ製造技術で作られ得るが、構成要素はまた、様々な材料および／または様々な製造技術で作られ得る。
【００９０】
本教示は、様々な実施形態および実施例と併せて説明されてきたが、本教示がそのような実施形態または実施例に限定されることを意図するものではない。それどころか、本教示は、当業者によって理解されるように、様々な代替、修正、および同等物を包含する。したがって、前述の説明および図面は、例としてのみのものである。
【００９１】
本発明の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述の実施形態で具体的に説明されていない様々な構成で使用され得、したがって、その出願において、前述の説明で述べられたかまたは図面において図示された構成要素の詳細および構成に限定されない。たとえば、一実施形態において説明される態様は、他の実施形態において説明される態様と任意の方法で組み合わされ得る。
【００９２】
また、本発明は、実施例が提供されている方法として具体化することができる。その方法の一部として行われる動作は、任意の好適な方法で順序付けされ得る。したがって、図示された実施形態で連続した動作として示される場合でも、動作が図示されたものとは異なる順番で実行され、いくつかの動作を同時に実行することを含み得る実施形態が構築され得る。
【００９３】
特許請求項の要素を修飾するための特許請求の範囲での「第１」、「第２」、「第３」などの順序の用語の使用は、それ自体では、いかなる優先性、優先順位、またはある請求項の要素の別のものに対する順序、もしくは方法の動作が行われる時間的順序も意味するものでなく、単に、請求項の要素を区別するために、特定の名前を有するある請求項の要素を（順序の用語の使用がなければ）同じ名前を有する別の要素から区別するためのラベルとして使用される。
【００９４】
また、本明細書で使用される表現および用語は、説明を目的とするものであって、限定とみなされるべきではない。本明細書における「含む」、「備える」、または「有する」、「含有する」、「伴う」、およびそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその同等物、ならびに追加の項目を包含することを意味する。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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