JP5097396B2 - 塑性変形により特定の衝撃を吸収する働きをする車両構造要素 - Google Patents

Description

本発明は、車両の安全性、特に歩行者、自転車に乗っている人、オートバイに乗っている人、別の自動車、壁、家または木のような構造物などの固定された対象物のいずれか（ただし、これらの例は車両が衝突する可能性がある固定された対象物または可動な対象物の限定的なリストを形成するものではない。）との衝撃のケースにおける車両の安全性に関する。

歩行者、自転車に乗っている人またはオートバイに乗っている人との衝突の場合、衝撃の規模はあまり大きくないが、歩行者または自転車に乗っている人（オートバイに乗っている人）の身体的な完全性及び生命を可能な限り多く保護する絶対的な必要性がある。

したがって、規模の順では、事件の既知の例は、都市環境における衝撃から、専門家によって「クラッシュ」として知られているきわめて激しい衝撃に及ぶものであり、車両の乗客の生命を保護しなければならず、可能な場合乗客がこの衝撃の結果としてケガを負うことを防がなければならない、あるいは少なくともその重大度を最小限に抑えなければならない場合にも及ぶものである。

過去数年間に渡って、車の製造メーカーはこれらの安全性の制約に対応するための多様な解決策を開発するように導かれてきたが、完全に満足の行く解決策を見つけることはできていない。事実上、安全性のために開発された技術的な解決策は、何よりもまず正面の衝撃を伴う、つまり車両の主軸である軸に沿って力と応力がかけられるように生じるシナリオに対応するものである。

衝撃の運動エネルギーを吸収することを目的とした多様な解決策はサイドバー、クレードルなどの車両の構造の部分に対してなされて来たのであり、また、例えば、アブソーバ、クレードルサイドバー、伸長部または延長部分などの補足手段を車両の構造に付け加えることによっても実現されてきた。

しかしこれまで、衝撃のケースに、力とトルクを同時に結合する力に特定の構造要素または前述した補足手段を結果的にさらす、車両の構造要素にかけられる力と応力が車両の主軸に沿って方向付けられていない衝撃のケースで満足の行く解決策を見つけ出すことはできなかった。

さらに、これまで実現された解決策は、運動エネルギーの吸収の点（複数の場合がある）を完全に満足の行くように制御、及び局所化することも、衝撃のシナリオに従って幅広い様々なレベルのエネルギーを吸収することも、これらの構造要素またはこれらの補足手段が受ける変形の局所化の点（複数の場合がある）を制御、選択することも可能にして来なかった。

したがって、本出願人はこれらの要件をさらに満足に行くように満たす部品を得ることを求めてきた。本発明は、この方向でのかなりの進展を表すものである。

本発明の態様の１つによれば、本発明の目的は、変形により少なくとも部分的に特定の衝撃を封じ込めることを意図する細長い構造要素よりなる機械的な装置を提供することにある。この構造要素は選択された真直ぐな部分の管よりなる。この管は部分的に軸に沿った圧縮と、この軸を通る面に垂直なその軸とのトルクの協力の下で変形の特定の法則に実質的に対応するためにそれぞれ選択された形状と位置の局所化された改変箇所を備える。該法則はエネルギーの吸収の段階を含んでおり、その後に部品の排除が続く。

本発明の特定の特徴によれば、車両のクレードルまたは前部構造には「延長部分」として知られる１つまたは２つの前部要素、特に２つより多くの延長部分が備えられる。

このような延長部分は、クレードルの前部をバンパーの下部のバー、したがってバンパーの基部に１つまたは複数のショックアブソーバを通して接続するブレースと見なすことができる。したがって、本出願人は、延長部分が次のようなものでなければならないことに着目した。

−それ以下では、バンパー及びアブソーバは押しつぶされてしまうが、延長部分は変形されないまま留まるような最小の力に耐えなければならない。

−この最小の力を超えると、延長部分は変形し、このようにしてクレードルに対する損傷を伴わずに最大のエネルギーを吸収しなければならない。

−押し潰される最後にクレードルと衝撃の障害物の間にブレースを提供しないように、この変形の最後には除去されなければならない。

本発明の追加の特徴及び利点は以下の説明及び添付図面から明らかになるであろう。

図面及び説明に対する付録は明確な文字の要素を含む。したがって、それらは説明の理解を助けるのに役立つだけではなく、必要な場合発明の定義にも寄与する。

弾性変形の分野において機械的な構造の動作モデルを作ることは周知である。しかしながら、それは塑性変形にとっては別の問題であり、深刻なクラッシュ（破壊ないし破損）のケースでは尚更にそうである。この段階では、メカログ（ＭＥＣＡＬＯＧ）社、ＥＳＩグループ（ＥＳＩＧｒｏｕｐ）、及びＬＳＴＣ（Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社によってそれぞれ販売されているＲＡＤＩＯＳＳ、ＰＡＭ ＧＲＡＳＨ及びＬＳ ＤＹＮＡなどの「クラッシュ・カリキュレータ」として知られているソフトウェアが既知である。これらのソフトウェアプログラムでは、弾性的動作の法則とは非常に異なる、構造の動作の法則が使用されている。これらの動作の法則を決定するために、材料の動的特徴付けが、構造のモデリングとともにそれが使用される形式で実施されなければならない。材料の特徴付けはジョンソンークック（Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｃｏｏｋ）の法則またはカウパー−シモンズ（Ｃｏｗｐｅｒ―Ｓｙｍｏｎｄｓ）の法則などの法則を使用する実験手段により達成される。構造のデジタルモデリングは、大規模かつ高速の変形のケースにおける動作の数学的な法則を使用することによって達成される。

図１は、車両の前部（左側）の実施形態を左側から見た図式で示す。これは、軸線１０によって実質的に定められる高い経路と低い経路を示す（この高い経路は中線経路としても知られ、高い経路は車両の中でより高く位置することに注意する）。車両の前部は図の左側である。右側に、車体の部分で軸線１０と同じ高さで、サイドバーとして知られる部品１１が示され、高い経路を定めるために上昇し、ショックアブソーバ１４及び符号１５で示される上部バンパーバーで終了する。

底部では、クレードル１２が、可撓性または剛性の態様でサイドバー１１に取り付けられる。このクレードル１２は延長部分として知られている部品２０に続き、（歩行者用の）下部アブソーバ２４、次に符号２５で示される下部バンパーバーが後に続く。バー１５と２５の間には、前部バンパー１８が画定される。好ましくはぶら下がった部品１３は延長部分２０と、この延長部分の上に突き出るサイドバー１１の部品を垂直に接続する。延長部分２０が懸垂式にぶら下がった部品１３によってサイドバー１１の上に吊るされることに留意する必要がある。ここでは、この懸垂は剛性の連結ではない。

図１と同様な構造は、例えばフランス特許ＦＲ−Ａ−２ ８００ ６９５またはＦＲ−Ａ−２ ８２４ ５２３号に記載されている。

前述したソフトウェアプログラムは、車両の前部については、一般的には以下のように衝撃の規模を大きくすることによって特に所望される特性を車の車体構造に与えようとするために使用されてもよい。

−非常にマイナーな衝撃に対する変形がないこと。

−次に、残りの部分に損傷を与えずにバンパー及びアブソーバなどの交換可能な部品が変形すること。

−次に、クレードルとフロントアクセルだけではなくエンジン室も保存しながら、前部の全体の変形を開始すること。

−最終的に、前部の全体の破壊による主要な変形を起こすと共に、懸念は車両にとっての結果が何であれ、乗客室を保護すること。

現在のところでは、努力は、以下の理由により、あまり曲がる可能性がない部品に取り組むことに制限されてきた。

−それらの部品が（オイラーの意味で）あまり細長くないため、あるいは
−それらの部品が（ホイールハウジング、ギヤボックスサポートなどのそれに接続される構成部品の多様なブレーシングの機能によって支えられる）フロントサイドバーあるいは（例えばホイールハウジング、後部シャシ、クロスバーによって支えられる）リアサイドバーなどのその長さに沿った多様な箇所で十分に支えられているため。

本出願人は、最も頻繁に使用される長いクレードルの代わりに、短いクレードルの端部に取り付けられる延長部分などの構造要素に集中することにより異なる手法を取った。

この場合、このような構造要素は、無視できないその長さの全体では支えられない。したがって、それらの構造要素は座屈ないし曲げを起こす可能性がある。付録１の公式［Ｉ］は、オイラーの意味での細長比λの定義を示し、ここでは、
−Ｌは要素の長さであり、
−Ｓはその真直ぐな部分の面積であり、
−Ｉminは考慮されている部分での最小の断面二次モーメントである。

従来の技術に戻ると、類似した機能を有する既存の機械的な部品は例えばショックアブソーバである。これらの部品は、「バンチング波形」を有するシートメタルから構成される、閉じられた中空の本体の形式で製造される。これらは真直ぐな部分（「起伏」）における周辺の変形、あるいは角度のある割れ目、または部品をそれ自体の上でプラスチックボトルのように折り畳む（バンチング）ことができるようにする類似した手段である。

これらの既知の部品はその真直ぐな部分と比べて（移動、したがって衝撃の主要な方向において）やや短い。これらの部品はあまり細長くないため、座屈は回避される。

したがって、本出願人は最初に、特に前記に定義したような延長部分としての機能を果たすために、やや長い部品を用いるが、類似した機能を実現する方法の問題を検討した。通常、提案されている要素は２５より高い、特に２５より相当高い細長比を有する。該細長比が、ほぼ最小の長さを定めることを可能にする。必要となった場合、公式［II］から最大の長さを定めることができ、ここではＥはヤング係数（ヤング率）であり、Ｆは臨界オイラー力であり、ｋは部品がその端部のそれぞれで自由に回転自在であるときに値ｋ＝１を取る係数である。当業者は他のケースでｋがとる他の値を知っている。

最初に、軸方向のスラスト（Ｆmin）のやや高い力を曲げずに保つことが可能であると考えられる。丸みを帯びた角のある厚さが小さい中空の輪郭が有利に使用された。「厚さが小さい」は、座屈前にひだ状に折り畳まれる適性だけではなく、座屈に対する所望される抵抗と互換性のある厚さの範囲を意味すると解釈される。依然として座屈なしで、真直ぐな部分の輪郭を適切に定めることによってバンチングを制御することが可能であることも判明した。

輪郭は真直ぐな円筒面という一般的な形を有する場合がある。その真直ぐな部分は多数の異なる多角形の形状を含んでいてもよいが、これらは最も頻繁には正方形または矩形となるであろう。しかしながら、本発明はその長さにわたって１つまたは複数のキャンバを有する部品にも適用できる。

前記した従来の技術に従って、バンチング要素は、閉じられた輪郭を形成するためにともに溶接されたＵ字形の輪郭の形を取る薄板から構成される。

本発明によれば、有利なことに、以下の特性を有する、溶接型または溶接無し型の管が使用される。

−２つの半分の輪郭の間に溶接がない、したがって一般的に薄板の場合でのような溶接の切れ目がないこと。

−少なくとも同じ強度を達成しながら、被覆物がないこと、したがって材料とコストがより少ないこと。

第二に、本出願人は、同じ部品を用いて最初に長手方向の変形（「バンチング」）、次に横断方向軸に沿った曲げの変形（「曲げ」）を達成しようとした。

さらに、出願人は、かけられる力が純粋な圧縮の１つであるときと、それにトルクを伴うときの両方にこれらの特性を有することがある部品を求めた。トルクは、
−部品が車両の移動の主方向を基準にして斜めである（図２Ａ）という事実のため、及び／または
−斜めの衝撃が起こっている、つまり側面方向の成分を有する前面の衝撃自体という事実、あるいはそれが部品の軸と位置合わせされていないという事実（図２Ｂ）のため、
であってよい。

本説明では、「トルク」という用語は、トルクのモーメントベクトル（図６Ａ）及びトルクの代数基準、つまりベクトルの大きさの両方を指す。

図３は、左から右に向けて増大する力の関数として所望の動作を極めて図式的に示している。

図４Ａは、実質的に均一で真直ぐな矩形断面の輪郭を描かれた部品を示す。図４Ｂは断面に局所的な改変部分を有する同じ部品を示し、図４Ｃは図４Ｂの部品の左から見た図である。

この例では、局所的な改変箇所は変形の形を取り、この場合、反対の面（ｆ）が自由に変形するように残す一方で、窪みによって断面の隣接する角度（１）と（２）のそれぞれの形を取る。この動作中、断面の周縁は実質的に保持される。

図４Ｂと図４Ｃの改変箇所は、部品の中央の長手方向の面Ｐ４を基準にしてほぼ対称である。

原則的には、陥凹形状の改変箇所（窪み）が小さい面上にあり、突出する改変箇所（***）が大きな面上にある。

図４と比較すると、図５は同じ法則であるが、部品の中央の長手方向面Ｐ５に関して明らかに非対称の改変箇所を有する。

この例では、局所的な改変箇所は、隣接する面（ｆ２）を自由に変形するように残す一方で、角度（１）の窪みと、このケースでは上面である面（ｆ１）の形で存在する。前記のケースのように、断面の周縁は実質的に保持される。

図６は、図５に従って３つの改変箇所Ａ１〜Ａ３をこのようにして備えた部品を斜視図で示す。

実際には、改変は従来の整形によって（例えば、エンボス加工することによって）またはハイドロフォーミングによって、あるいは他の類似した整形の技法によって実施できる。

図６Ａは、例えば図６に従った部品の位置及び応力のパラメータを示し、車両の前部は図の左側にある。

図７は、ここでは正方形の管である中空の本体に形成される延長部分の変形の様々な段階（つまりシーケンス）を示し、この中空の本体は、その対向する面の内の２つに、長手方向軸に垂直に形成され、関係する面（突き出ている折り曲げ部または突き出ている改変箇所）の全幅に影響を及ぼす対称的な膨らみを有し、また、２つの他の対向面には、やはり長手方向軸に垂直に形成され、関係する面（陥凹折り曲げ部または陥凹改変箇所）の全幅に影響を及ぼす対称的な窪みを有している。部品のこれらの改変箇所は、部品がその軸に沿ってかけられる力にさらされるときに変形のためのトリガー点としての働きを果たす。図７Ａは静止した延長部分を示す。

変形（部品の長手方向に従った押し潰し）は進展する。

−図７Ｂ：その形成がヘッドの改変箇所によって生成された第１の折り曲げ部と、
−図７Ｃ：この後には第２の折り曲げ部、第３の折り曲げ部、ｎ番目の折り曲げ部及び最後の折り曲げ部の形成が続く。

−図７D：最後に、部品の完全な押し潰しがその長手方向軸に沿って見られる（折り曲げ部分は第１の改変から広がる波のように次々に形成される）。
この現象は、当技術分野では、「バンチング（ｂｕｎｃｈｉｎｇ）」として知られている。

図８Ａ及び図８Ｂはそれぞれ、図７にかかる純粋な軸方向力にさらされる部品について時間（ｘ軸）に従って力曲線（ｙ軸）の発展を示すグラフと、衝撃時に部品の軸として押し潰しの度合い（つまり長さの現象）のあるこの同じ現象を示すグラフである。部品内での力は上面と下面で同じである。

図９は図７Ａの部品と同一の部品を示しているが、それらはこの部品が、部品の長手方向軸に沿ってかけられる力と、部品の長手方向軸に垂直な軸に沿って及び（ここでは図の面に垂直な軸を有する）部品の対称の主要な平面においてかけられるトルクを結合する力を受けるケースを示す。位置がずれた力Ｆのケースをとると、この場合は軸Ａに沿った力とトルクＣを生じさせる。

立証できるように、このケースでの部品は即座に角変形（その長手方向軸の破壊―当技術分野では、「曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）」として知られている）現象を受け、その結果、（図７の図とは逆に）運動エネルギーの不十分な吸収と、制御されていない変形（曲げ）が生じる。Ｆが増加する。そしてＡとＣはともに且つ比例的に増加する。最初に部品は抵抗し（図９Ａ）、次にそれは即座に漸次的な曲げに変化する（図９Ｂ〜図９Ｄ）。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ、図９にかかる力とトルクに同時にさらされる部品の時間（ｘ軸）に従って力の曲線（ｙ軸）の展開を示すそれぞれのグラフ、及び衝撃時に部品のクラッシュないし押し潰し（つまり長さの減少）の程度を、ｘ軸に沿って同じ現象として示すグラフである。

ここでは、図１０Ａは、部品における時間に従った力の法則を示しており、
−上部曲線：最大力（上面）及び
−下部曲線：最も少ない力（下面）
曲げは力の第１のピークに隣接するゾーンで開始する。それには、上面上の改変箇所の折り曲げ部分を閉じることが付随する。曲げが部品の２つの対向する面における力のピークが同じ値でもなければ、同時でもないという事実のためであると考えられてよい。

図１０Ｂは、部品におけるクラッシュないし押し潰しの関数としての力の法則を示しており、
−上部曲線：最大力（上面）と、
−下部曲線：最も少ない力（下面）
全体的な動作は第１のピークの前に位置する領域の開始時の弾性的フィールドから生じている。第１のピークを越えると、図１０Ｂは、その変形に従った曲げの間の部品における力の状況を示す。

図１１Ａ〜図１１Ｅは、本発明に従って形成される部品の例に関する。

この部品は、その面の少なくとも１つに、（真直ぐな断面の）関係する面の全体に影響を及ぼさない改変箇所を備えている。部品のこのような配列はここでは「非対称改変箇所」または「非対称改変箇所」と呼ばれている。この概念は別の実施形態に従って、改変箇所が向けられている、つまり部品の長手方向軸に垂直ではない角度を形成するケースも含む。
さらに一般的には、改変箇所（複数の場合がある）の非対称の平面を有することが望ましく、この平面は部品の軸を通過する。何人も、以下のように考える可能性がある。

−改変箇所が、部品の軸を通過し、トルクベクトルの軸に垂直である平面内の部品の軸を基準にして非対称であり（これは図１１Ａの図の平面である）。

−あるいは、改変箇所（複数の場合がある）が、部品の軸を通り、トルクベクトルの軸を通る平面を基準にして非対称である（これは、軸を通過し、図１１Ａの図面の平面に垂直な平面である）。

図９のケースのように力ＡとトルクＣを受けるような部品の場合、変形が第１の改変箇所からの折り曲げ部の形成によって開始され、それに続いて、他の折り曲げ部の形成（バンチング）、さらに曲げが続くことが判明している。したがって、このようなケースでは、変形に対する抵抗の第１の段階があり、次に力とトルクの強度の増大の影響を受けて、（運動エネルギーの吸収を伴う）バンチングの現象が発生し、次に「曲げ」の現象が続く。以下の説明から分かるように、この曲げの開始点は、対応する折り曲げ部の方向と同様に、制御できる。これは、乗客室を保護し（あるいはその損傷を制限し）、このようにして衝撃のケースで車両内の乗客の身体的な完全性を保護する事に貢献するために、変形のシナリオに従って機械的な要素を破壊することを可能にする。

図１１Ａ〜図１１Ｅは、図５に定められる種類の非対称改変箇所を有する部品のケースに関係する。

この部品は、前記に見られるように軸Ａに沿った力と、図面の平面に垂直な軸を有するトルクＣに変換されるスラストＦを受ける。Ｆ、したがってＡとＣは比例的に増加する。したがって、以下の動作を得ることが可能である。

−最初に部品は抵抗する（図１１Ａ）；
−次に、図１０とは異なり、バンチングが開始し（図１１Ｂ）、部品はそれ自体の中に引っ込む（それは周辺部で対象的に折り畳まれる）；
−バンチングが発生し（図１１Ｃ）、次に第２の改変箇所と衝突する（図１１Ｄ）；
−その後、部品は非対称折り畳み状態で曲がり始める（図１１Ｅ）。

前記例では、非対称改変箇所は実質的に部品の軸に垂直な領域内に封じ込められたままである。選択された傾斜で斜めの（「方向付けられた」）改変箇所を達成することが可能である（図１３）。

図１２Ａと図１２Ｂの曲線は図１０Ａと図１０Ｂの曲線に対応するものであるが、図１１における部品についてのものである。

図１２Ａと図１２Ｂは、上面と下面にかかる力のピークを実質的に同時に保つことができる限り、バンチングが残ることを示している。これは、２つの改変箇所に連続して対応する最初の２つのピークのための図１２Ａにおいて当てはまる。非対称に曲がる曲げが、図１１Ｅが示すように、原則的には改変箇所以外の他の箇所で開始するのはその後に過ぎない。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、経時的な力の曲線と、図１１にかかる部品の押し潰し（クラッシュ）の程度での時間を示す２つのチャートよりなる。

図１３は、一方ではバンチングを開始する関数を有する非対称の改変箇所を有する部品、及び他方では前述されたものとは異なった形状を有し、曲げを開始する関数を有することがある１つまたは複数の補足的な改変箇所を示している。さらに、改変箇所の少なくとも幾つかが方向付けられている。

図１３に示す部品の動作は、図１２の曲線と同じ種類の曲線によって説明できる。

バンチングを生成できる改変箇所のゾーン（帯域）の数は１、２または３あるいはそれ以上である場合がある。

曲げの選択された点に関する限り、これを１つの単一の改変箇所ゾーンに制限することができ、あるいは特に曲げの複数の点が所望される場合に、複数のこのようなゾーンを有することができる。

１つのタイプの非対称改変箇所は、図１４Ａと図１４Ｂが示すように凹んでいるのと、突き出ているのと両方であってよく、これらの図は、２つの垂直軸平面に沿った同じ部品の２つの図である。２つの改変箇所の真直ぐな断面がＳ１とＳ２で示されている。図１４Ａでは、改変箇所は凹んだ折り曲げ部を有するのに対し、図１４Ｂでは改変箇所は突き出た曲げ部分を有する。図面の２つの平面が、このケースではトルクの２つのそれぞれの成分を表すことができる。

根本的には、改変箇所は変形ゾーンである。変形ゾーンには、開孔または穿孔を追加でき、これらの開孔または穿孔は、選択された方法で、改変の効果を強化することができる。変形例として、改変箇所は、後述されるように開孔または穿孔だけで実現できる。

言い換えると、有利なことに１つまたは複数の改変箇所は開くことであってよい。つまり、その頂点（突き出た改変箇所）または基部（陥凹改変箇所）は開孔（例えば、孔またはボア）よりなり、例えばその形状及び輪郭が、例えばクラッシュ・シナリオがつながる力応力に従って選択される。

陥凹改変箇所を開くことの例は図１５に示されている。２つの開孔の間に備えられる端縁のゾーンにも陥凹形状が与えられることに留意しなければならない。

部品は、このようにして例えば非圧縮性発泡物質のライニングを内部に部分的に備えることがある。選択的な充填がバンチング点及び／または曲げ点を定めるのに役立ってもよい。

図１６、図１７及び図１８は、変形中の部品の多様な状態を、それぞれ斜視図、平面図及び側面図で示す。これらの図の多様な段階は実質的に互いに対応する。部品は改変箇所α１、α２、α３及びα４を有する。図１６Ａは、改変箇所α１が図１５の開孔に類似した２つの開孔を有することを示している。ここでは陥凹非対称型の改変箇所α２、α３、及びα４は、図１８Ａで容易に目に見える。

図１６Ａ、図１７Ａ及び図１８Ａは、静止している部品を示している。例では、部品が左端部（車両の前部）で実質的に自由であり、その右端部では固定されていることが意図される。これは、その寸法が、図４Ａの基準［この例の場合最小表示分岐は角括弧内で示される］を用いている中空金属輪郭である。
Ｉ= ５０ｍｍ [３０から６０]
ｈ= ５０ｍｍ [４０から９０]
ｅ= ５０ｍｍ [１から４]
Ｒ= ５０ｍｍ [２から３０]
図１６Ｂ、図１７Ｂ及び図１８Ｂがバンチングの開始を示している。このバンチングの開始は、部品の左端部の限られた窪みにより達成され、この窪みは、かけられる力がバンチングに変換されるように所望の位置にこれを置き、この位置では、非常にわずかな曲げ（左端ゾーン）と結合される。

図１６Ｃ、図１７Ｃ及び図１８Ｃ、さらにそれに続く図１６Ｄ、図１７Ｄ及び図１８Ｄでは、過去に開始したバンチングが続行されるのに対して、過去に開始されたわずかな曲げは実質的に変化しないままである。したがって、その時まで、明確に優位をしめるのはバンチングである。これにより非常に大きな量のエネルギーを吸収することが可能になる。

図１６Ｅ、図１７Ｅ及び図１８Ｅ、さらにそれに続く図１６Ｆ、図１７Ｆ、及び図１８Ｆでは、部品の二重折り曲げ、あるいは二重曲げが見られる。つまり、第１に曲げの続行が左側に既にスケッチされ、そして、第２の別の曲げ点が右側にあり、ここでは部品がこちら側（クレードル）に固定されているという事実に繋げられる。

この重要な段階が、それが車の安全性においては絶対的に不可欠であることが分かる所望の排除を達成できる。

本発明の重要な態様は、このような排除の前に、見られたようにかなりのエネルギー吸収の段階が先行するという点である。

図１に戻ると、本発明は、既定の長さの延長部分が所望されるエネルギー吸収の法則を得ることを可能にし、その後に排除が続く。これは実質的には車両の前部のより低い経路を目的としているが、提案された部品を、他の前部の要素に、例えば側面方向または後部の衝撃などの他の衝撃に、あるいは車以外の用途にも適用することは不可能ではない。

その研究の現在の状態で、本出願人は、閾値力Ｆminまでの変形なしに抵抗する（真直ぐな断面の近傍に）対称的な改変個所を有する前部が、この力Ｆminを超えて、純粋な軸方向力のケースではバンチングによってエネルギー吸収を行うことができるが、無視できないトルク成分が存在する場合は自動的に曲がることに注目した。他方、このケースでは、少なくとも部分的に非対称である改変箇所の適切な選択によって、バンチングによって、必要な場合、曲げエネルギーのドラフト曲げを制御することによってエネルギーの第１の吸収を達成することが可能であるのに対し、かなりの曲げが後で発生するに過ぎないことが判明した。このような部品は、様々な異なる産業のニーズに従って提供することができ、したがって選択することが可能である非常に有利な特性を有している。選択は試行錯誤で行うことができる。

本出願人は、また、開孔または穿孔（「孔」）だけを使用することによって所望される影響を達成しようとした。これはここで同じように、穿孔の様々な配列を有する５つの部品に対応して形成された図の５つのグループに基づいて説明される。検討される第１の３つの部品は（真直ぐな部分の近傍に）非対称に設置される孔を有し、２つの最後の部品は他方真直ぐな部分の近傍に対称的に設置される孔を有する。

図１９は、管の下部端縁つまり「角」に設置される２組の穿孔による管の改変箇所のケースを斜視図で示す。図２０は理解を助けるために図１９を繰り返す。

試験は、毎時６４ｋｍという初期速度で「ＥＵＲＯ ＮＣＡＰ」（欧州クラッシュ試験）として知られる試験の条件に実質的に一致するように作成され、車両の部品の組み立て状態を、その完全な環境はないが再現するものである。

その結果、部品は圧縮とトルクの結合力を受ける。トルクの影響とは、管の上部（図の上部）がより強力に応力を加えられるということである。

図１９Ａ及び図２０Ａの側面図は、変形開始近くのモーメントで示される。次に、図２０Ｂ―図２０Ｄだけではなく図１９Ｂ―図１９Ｄもそれぞれ２．５ミリ秒、５ミリ秒及び１０ミリ秒の間隔でその後の瞬間に取られる。

側面図ＸＹのすべての図で、点Ｔで部品が備える固定ボアのマークが見られる。このボアは改変箇所のような役割を果たす可能性もあるが、真正な改変箇所ではない。

この管がこぶないしひだ状になり、次に曲がることが判明している。

その部品の場合、図２１Ａは時間の関数として測定される力を、管の上部について破線で示し、その下部について実線で示しており、この力はこの管の軸に垂直な断面を通過する。横座標として、時間がミリ秒でカウントされる。縦座標として、力Ｆは数千ｄａＮでカウントされる。

「努力／時間」及び「努力／押し潰し（クラッシュ）の程度」の曲線では、曲げの現象は、曲線が０または負の値に向かって「急に下がる」ときに、つまり第３の頂点の後に開始する。グラフでは、垂直破線はＸ軸（時間が約１０ｍｓ、つまり押し潰しの程度で１２０ｍｍ）の軸上のマークであり、曲げの開始点ではない。

図２０Ｂ―図２０Ｄだけではなく図１９Ｂ―図１９Ｄにも連続して示されている、管内の３つの折り畳み部の形成の直前に先行すると考えられてよい３つの頂点が見られる。この段階では、管がひだ状になる。約２ミリ秒から、曲線間の距離は３０００ｄａＮでほぼ一定したままである。これらの曲線の発振が、様々な穿孔の連続した作用を「伴う」と考えられてよい。

１０ｍｓを超えると、下面は強い曲げに相当する緊張状態に移行する。さらに詳細には、下面上に生じる力は、トルクのための張力に対する貢献が圧縮力のための貢献より大きくなると、モーメントからの張力になる。

図２１Ｂの力／押し潰し程度の曲線は、部品が曲げ段階で尚更抵抗性がないことをよく示している。

相応して、図２１Ｃで吸収された累積エネルギーの曲線は、曲げ段階が開始されると約４.５キロジュールで上限に達するのに対し、それ以前は線形にほぼ近いままであることを示している。

部品はあたかも車両において保持されたかのような状態で説明されているが、その部品を取り囲むシャシ全体を使用せずに部品が保持されることに留意しなければならない。（車両を形成する、またその変形に対するエネルギーも吸収する他の構成部品を考慮に入れる）「完全な」クラッシュ現象では、吸収されるエネルギーはここで測定されるエネルギーより大きい。

第２の部品の動作は、図２２〜図２４に示されているが、これらの図は、上記の動作のと同じように作成され、したがってその形式についてはここでは詳細には説明しないこととする。

この第２の部品は、管の２つの側面に設けられる２組の類似した穿孔と、管の下面に位置する位置で第１の部品と類似する１組の穿孔とを有する。

約２ミリ秒から、曲線間のギャップは２５００から３０００ｄａＮの分岐点で大まかに一定したままとなる。

このとき、図２４Ｃで吸収された累積エネルギーの曲線は、曲げが開始すると吸収されたエネルギーが約５キロジュールで上限に達することを示している。その点の前では、それは線形であることに非常に近いままとなる。

第３の部品の動作は、図２５〜図２７に示されているが、これらの図では、前記の図と同じように作成され、したがってその形式についてはここでは詳細には説明しないこととする。

この第３の部品は管の下面に連続的に形成される２つの穿孔を有する。

この第３の管で、２ｍｓより先の高い曲線と低い曲線の間のギャップが第１の管に関してほぼ同じである力の法則を得ることができることが分かる。曲線の一般的なレートはわずかに異なる。

図２７Ｃの吸収された累積エネルギーの曲線は、第２の管の場合と同様に、曲げが開始すると、吸収されたエネルギーが約５キロジュールで上限に達することを示す。その点の前では、それは線形であることに非常に近いままとなる。

第４の部品の動作は、図２８〜図３０に示されているが、これについては、結果だけが説明される。

この第４の部品は、実質的には管の４つの端縁、つまり「角」と同じ長手方向の高さに設置される４つの穿孔を有する。ここでも、側面図は、圧縮及びトルクの力を受けて、この管がひだ状になり、次に曲がることを示している。

この第４の管の場合、高い曲線と低い曲線の間のギャップがほぼ３０００ｄａＮにあるが、このとき約５ｍｓより先である、力の法則を得ることが可能であることが判明している。曲線のピークはそれほど明確ではなく、力は５ｍｓと１０ｍｓの間でほぼ一定している。

図３０Ｃの吸収される累積エネルギーの曲線は、吸収されるエネルギーが、約３.５キロジュールで過去より明確に低い上限に達することを示す。

第５の部品の動作は、図３１〜図３３に示されているが、これについては、結果だけが説明される。

この第５の部品は、実質的には、管の４つの面の同じ長手方向高さに設置される４つの穿孔を有する。前述されたように、この管はひだ状になり、次に曲がる。

しかしながら、バンチング段階がより短く、曲げには「クランチング（ｃｒｕｎｃｈｉｎｇ）」が伴う、つまり改変箇所が形成されなかった領域で部品（図３１Ｄと図３２Ｄを参照すること）の真直ぐな部分での「折り曲げ部」の開始が伴うことが判明している。つまり、衝撃のケースでは、この「クランチング」が出現する点が無作為であり（決定できない）、それが部品の削除のシナリオを予測不可能とし、したがって、このシナリオの結果が管理できないというリスクがある。

吸収されたエネルギーは、上記のものよりも小さい。その理由は、線形性が欠如し、任意の実際の遷移がバンチングと曲げの間で観察されず、２キロジュールでシーリングに達するためである。

吸収されたエネルギーの間のギャップが、最初の３つの部品と最後の２つの部品との間で著しく、単純な曲げの間で吸収されるエネルギーが約３キロジュールであることが判明している。

したがって、可能な限り多くのエネルギーを吸収することが必須である場合、最初の３つの穿孔管に記載されるように、非対称の穿孔が好ましい。明らかに、説明されている例は純粋に実例となり、もしこれが所望される場合には、端縁上の孔と面の上の孔を結合し、少なくとも部分的に非対称性を保持することが可能である。特に部品の剛性を保持するために十分な材料を残すことが有利であり、このことは、既知の方法で決定することができる。

断面ごとの穿孔の数は、許容される力のピークと対抗するトルクに依存している。管により吸収されるエネルギーは管及び改変箇所の寸法（ディメンション）によって調整される。

前記説明では、開孔（「穿孔」または「孔」）による改変箇所だけではなく、変形（窪み）による改変箇所、その組み合わせが説明されてきた。事実上、既に言及されたように、このケースでは非対称性有りまたは無しで、変形と穿孔を組み合わせることが可能である。

その研究の現在の状態で、本出願人は、穿孔または孔の使用が、部品内の力の向きを再配向することができるのに対し、変形または窪みの使用は部品の改善されたバンチングを可能にするように考えられると推測する。

効果は部分の寸法に明らかに依存する。事実上、それが吸収できるエネルギーだけではなく、部品のサイズが真直ぐな部分で増加すると、部品によって耐えられる力が高まることが判明している。実際には、それは座屈の不存在を確認するのにも関わらず、それが、真直ぐな部分でそのサイズを決定する部品を収容するために使用可能な部屋である。

さらに多様な材料を使用できる。第１の例では、金属材料が検討される。例えば自動車業界で使用されているものなどの異なる等級の鋼とアルミニウム、あるいはガラス繊維または炭素繊維を含む、例えばプラスチックなどの複合材料を使用することは現在考えられる。

また、本出願人は、実質的に一定の周縁を持つ真直ぐな部分の異なる外形、または形状を有する部品の比較も実施した。これは、そのそれぞれの形状が、これらの用語の幾何学的な意味では、実質的には例えば円形、正方形、矩形、六角形、八角形をベースとした円筒形の面である輪郭に相当する（用語「実質的には」は、特に必要な場合、角が丸められていることを意味する）。詳細な動作のこれらの差異にも関わらず、回転対称が比較的密接に保たれるのであれば（比較的平らな矩形はこの条件を検証することと見なされる）これらの形態はほぼ同等ないし均等であると考えられる。

これらの観察は前述された細長比の問題と関連する。

別の平面では、力の所望されるレベルと吸収されるエネルギーを考慮に入れ、部品の性能を最適化することを目的とし、プライミング・ポイントの寸法（ディメンション）を調整できることが判明した。

以下の検討事項に従って妥協点を見つけることができる。

−結果がバンチングのケースにおいて優れているため、特に弾性限界の最後で材料の機械的な抵抗を増すことは有利である。

−他方、材料のこれらの機械特性が高いほど、真直ぐな部分における部品の不安定性のリスクが大きくなる。

−しかしながら、例えば乗客のための生き残り空間を形成する例えば乗客室などのように、衝撃のケースに変形なしに、耐えなければならない車両のゾーン内においては、非常に高い弾性限界の材料（例えば、ＴＨＬＥ鋼として知られているもの）を使用することが重要である。

しかしながら、前記説明は例えば、示されたように車両用の延長部分である部品に本質的に関係している。実際にはこの延長部分の前に、衝撃後のほぼ最初の１０ミリ秒に相当する時間間隔について完全な抵抗を取ってよいショックアブソーバが存在することを念頭に入れておく必要がある。明らかに本発明は、それらに必要とされる衝撃の抵抗の特性に従って、車両の他の部品に適用できる。

最後に、吸収されるエネルギー量を増やすために、衝撃のときに、ひだ状の「折り畳み部」の数、その結果吸収されるエネルギーを実質的に同じ割合で増加する効果があるバンチングの現象を生じさせる改変箇所の数を増やすことが有利である。しかしながら、改変箇所の数は、管の軸に沿って発生しなければならないバンチングの安定性を保つために制限されなければならない。

付録１

車両の前部、左側の実施形態の図である。 部品にかかる力の考えられる異なる形状を示す図である。 バンチング及びベンディングの概念を図式的に示す図である。 参照として輪郭の例を示す断面図である。 この輪郭の局所的な改変箇所の第１の例（この例では、変形）を示す図である。 輪郭の局所的な改変箇所の別の例を示す図である。 ３つの改変箇所を有する部品を示す格子状斜視図である。 部品に関する多様な参照を示す斜視図である。 実質的に純粋な軸方向力を受けたバンチングによる部品の変形の様々な段階を示す側面図である。 それぞれ、図７にかかる純粋な軸方向力を受ける部品について時間（ｘ軸）に伴う力の曲線（ｙ軸）の展開を示すグラフと、Ｘ軸に沿った、衝撃時の部品の押し潰れる（つまり長さの短縮）の程度の同じ現象を示すグラフである。 ここではトルクを伴う軸方向力を受けたベンディングによる部品の変形の様々な段階を示す側面図である。 それぞれ図８Ａと図８Ｂのものと同じタイプのグラフであるが、図９Ａ―図９での部品について、上面と下面を区別して示すグラフである。 ここではバンチング、次にトルクを伴う軸方向力を受けたベンディングによる部品の変形の様々な段階を示す側面図である。 それぞれ図１０Ａと図１０Ｂのものと同じタイプのグラフであるが、図１１Ａ―図１１Ｄでの部品について示すグラフである。 位置がわずかに異なる改変箇所を備える部品を示す図である。 凹んでいるものと突出しているもの両方の改変箇所を有する部品を示す側面図及び平面図である。 変形及び穿孔よりなる、わずかに異なる種類の改変箇所を有する部品を示す図である。 ここではトルクを伴う軸方向の力を受けてバンチング、次にベンディングにより部品の変形の異なる段階を正しい関係で示す斜視図である。 図１６Ａ―図１６Ｆに対応する平面図である。 図１６Ａ―図１６Ｆに対応する側面図である。 ３つの軸ＸＹＺを示す、穿孔のある第１の部分を同じように示す斜視図である。 図１９Ａ―図１９Ｄは一方で、図２０Ａ―図２０Ｄは他方で、それぞれ方向ＸＺとＸＹにおける第１の部分の異なる対応する段階を示す側面図である。 それぞれ経時的な力のグラフ、押し潰しの程度に対する力のグラフ、及び図１９と図２０に従って第１の部分の変形中に経時的に吸収されるエネルギーを示すグラフである。 ３つの軸ＸＹＺを表す、穿孔のある第２の部分を、同じように示す斜視図である。 図２２Ａ―図２２Ｄは一方で、図２３Ａ―図２３Ｄは他方で、それぞれ方向ＸＺとＸＹにおける第２の部品の変形における様々な対応する段階を示す側面図である。 図２２と図２３に従った第２の部品の変形中のそれぞれ経時的な力を示すグラフ、押し潰しの程度に対する力のグラフ、及び経時的に吸収されるエネルギーのグラフである。 ３つの軸ＸＹＺを示す、穿孔のある第３の部品を同じように示す斜視図である。 図２５Ａ―図２５Ｄは一方で、図２６Ａ―図２６Ｄは他方で、それぞれ方向ＸＺとＸＹにおける第３の部品の変形における様々な対応する段階を示す側面図である。 図２５及び図２６に従って第３の部分の変形中の、それぞれ経時的な力のグラフ、押し潰しの程度に対する力のグラフ、及び経時的に吸収されるエネルギーのグラフである。 ３つの軸ＸＹＺを表す、穿孔のある第４の部品を同じように示す斜視図である。 図２８Ａ―図２８Ｄは一方で、図２９Ａ―図２９Ｄは他方で、それぞれＸＺ及びＸＹ方向における第４の部品の変形の様々な対応する段階を示す側面図である。 図２８から図２９に従った第４の部品の変形の間の、それぞれ経時的な力のグラフ、押し潰しの程度に対する力のグラフ、及び経時的に吸収されるエネルギーのグラフである。 ３つの軸ＸＹＺを示す、穿孔のある第５の部分を同じように示す斜視図である。 図３１Ａ―図３１Ｄは一方で、図３２Ａ―図３２Ｄは他方で、それぞれ方向ＸＺとＸＹにおける第５の部品の変形における様々な対応する段階を示す側面図である。 図３１及び図３２に従った第５の部分の変形の間の、それぞれ経時的な力のグラフ、押し潰しの程度に対する力のグラフ及び経時的に吸収されるエネルギーのグラフである。

Claims (13)

1. 細長い構造要素を備え、少なくとも部分的に変形による特定の衝撃を吸収することを目的とした機械装置であって、この構造要素または部品が選択された真直ぐな部分の輪郭を構成し、前記構造要素または部品の軸における圧縮とこの軸を通過する平面に垂直な軸を有するトルクとの組み合わせの力の下に所定の変形の法則を実質的に満たすためにこの輪郭にそれぞれ選択された形状及び位置の局所化された改変箇所が備えられ、前記変形の法則は、バンチング及び曲げの双方の機能を有するとともにバンチングの開始を許容する少なくとも１つの前記改変箇所のゾーンにおいて、最初にバンチングによりエネルギーを吸収する段階と、その後に曲げにより前記部品を破壊する段階とよりなる２つの段階を備える機械装置。
2. 前記改変箇所の少なくとも幾つかが、前記構造要素または部品の中央の長手方向面に対して非対称であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記改変箇所の少なくとも幾つかが実質的に一定の周縁で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記改変箇所の少なくとも１つが、前記構造要素または部品の中央の長手方向軸に対して斜めに方向付けされることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記改変箇所の少なくとも１つが１つまたは複数の開孔を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記改変箇所の少なくとも幾つかが前記部品の１つまたは複数の端縁に形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記改変箇所の少なくとも幾つかが前記部品の面の１つまたは複数に形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記所定の変形の法則が、曲げの第２の段階が後に続く、バンチングから構成される第１の段階により得られることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記構造要素が管よりなることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記輪郭が真直ぐな円筒面の全体形状を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記構造要素が２５より大きい細長比を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. クレードルと前部構造の間に少なくとも１つの延長部分のある車両の前部の前記車両の軸線よりも低い管路を備え、前記延長部分が前記構造要素よりなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記延長部分が実質的に一端で固定されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。

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