JP5623620B2 - レール走行車両、特にレール車両のフロントエンドに搭載される車両フロントエンドモジュール - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両のフロントエンドに搭載される車両フロントエンドモジュールであって、繊維強化プラスチックからなる構造部材で全体が構成されているフレームを備えた車両フロントエンドモジュールに関する。

鉄道車両の車両室のフレームは、特許文献１の刊行物から公知である。特許文献１のフレームは、車両室のフロント部、ベース、及びルーフ部、並びに側部を特定するフレーム部材から構成されている。この公知の先行技術のフレームは、フレーム部材の中に分散配置された複数の降伏領域を示している。クラッシュが生じると、即ち、上記先行技術から公知の車両フロントエンドモジュールが搭載された鉄道車両が他の鉄道車両又は他のタイプの障害物と衝突すると、前記複数の降伏領域は、破壊され衝突した障害物の形状に適応する。これにより、衝突によって前記フレーム内へ伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部が散逸され得る。

一方、鉄道車両の客室は特許文献２の刊行物から公知である。特許文献２の客室は鉄道車両のフロントエンドには取り付けられておらず、水平プラットフォーム上に取り付けられている。この公知の先行技術の客室は、重量を考慮し、その全体が繊維強化プラスチックで形成されているため、客室自体がクラッシュにより生じるエネルギーを吸収する緩衝器を装備する必要はない。このような緩衝器は、客室が取り付けられるアンダーキャリッジ及びプラットフォームのそれぞれに一体化して設けられている。

特許文献３の刊行物は、鉄道車両のフロントエンドに固定されるように設計された車両フロントエンドモジュールを開示している。特許文献３の車両フロントエンドモジュールのウォール及びルーフは、重量を考慮し、複合材料から形成され、鉄道車両のアンダーキャリッジ及び車体へ取り外し可能に接続されている。この従来技術のフロントエンドモジュールは、特許文献２に開示されている客室と同様に緩衝器を備えない設計となっている。

緩衝器は、いわゆるクラッシュ構造体、即ち、車両が障害物と衝突したとき所定の方法で少なくとも部分的に変形する構成部品である。これにより、衝撃エネルギーは、好ましくは変形エネルギーに選択的に変換され、加速度及び乗客に及ぼす力が低減される。

ＧＢ２４１１６３０Ａ ＥＰ０５３３５８２Ａ１ ＤＥ１９６４９５２６Ａ１

クランプルゾーン形式の緩衝器を提供することは、自動車技術、特に乗用車のフロントの分野で公知である。自動車産業では、何十年間もの間そのようなクラッシュ構造体の最適化を求めてきたが、鉄道車両技術における車体（機関車及び軌道車）に関しては、今日まで、通常、衝突中の車体の変形挙動について十分に考慮されることなく構築されてきた。

鉄道車両のフロントエンド上に側面バッファ部材又はクラッシュボックスを配置して緩衝器として機能させ、クラッシュが生じたときこれらの部材が衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収又は散逸するようにする構成が通常用いられている。しかしながら、このような緩衝器によるエネルギー吸収は、多くの場合、衝撃速度が速い場合には十分ではないことが多く、車体を損傷から効果的に保護することができない。特に、側面バッファ部材又はクラッシュボックスのエネルギー吸収能力の限界まで使われた後は、運転室及び／又は乗客コンパートメント領域における車体構造体は大きく変形し、これにより列車乗務員及び乗客の生存を確保するための十分な空間が、もはや保証され得ない危険性がある。

本発明は、上記の課題に鑑み、鉄道車両のフロントエンドに搭載されるように設計された車両フロントエンドモジュールを最適化し、クラッシュが生じたとき、当該車両フロントエンドに作用する衝撃エネルギーを、前記車両フロントエンドモジュール構造体によって可能な限界まで散逸することによって、クラッシュが生じたときの運転士の生存空間を確保するため最大加速度及び車両構造体に及ぼす最大の力を制限し、よって当該車両構造体の制御されない変形を効果的に防止することを目的とする。

上記の目的は、独立請求項１の構成によって達成される。さらに、各従属請求項に記載の構成によって、本発明に係る車両フロントエンドモジュールのさらに有利な効果が実現される。

故に、鉄道車両のクラッシュ挙動を改善するため、本発明は、主として繊維強化プラスチックからなる構造部材から全体が構成された車両フロントエンドモジュールを提供する。具体的には、車両フロントエンドモジュール構造体を形成する構造部材は、具体的には、エネルギーを吸収しない構造部材（以下「第１の構造部材」と称す）と、エネルギーを吸収する構造部材（以下、「第２の構造部材」称す）とを含んでいる。実質的に変形抵抗力がある自己支持型の車両の構築に寄与する全ての構造部材は、非エネルギー吸収部材、即ち、第１の構造部材を構成する。この実質的に剛体の自己支持型構造体は、鉄道車両の運転室を格納する。運転室は、変形抵抗力があるフロントエンド構造体、即ち、クラッシュが生じたとき実質的に変形しない構造体によって取り囲まれているため、車両フロントエンドモジュール内における運転士の生存のための空間を維持することができる。

一方、エネルギー吸収構造部材、即ち、第２の構造部材は、クラッシュが生じたときに伝達される衝撃エネルギーによって車両フロントエンドモジュールへ伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収又は散逸する。これにより、第１の構造部材から構成された前記車両フロントエンドモジュールの自己支持型構造体を保護する。前記第２の構造部材は、第１の構造部材から構成された車両フロントエンドモジュールの自己支持型構造体に取り付けられることが好ましい。さらに、前記第２の構造部材は、前記自己支持型構造体の中に収納され、前記自己支持型構造体と共に１つのユニットを形成することが特に好ましい。

本発明は、上記の課題を解決するために、全ての構造部材（第１の構造部材及び第２の構造部材）が、繊維強化プラスチックから形成されている。このため、材料嵌合によって、例えば、接着剤を用いて、前記第２の構造部材を前記第１の構造部材に接続することが特に好ましい。したがって、前記第１の構造部材からなる自己支持型の車両フロントエンドモジュール構造体内に、前記第２の構造部材を一体化して設けてもよい。ここで前記第２の構造部材は、第１の構造部材の中に着脱可能に収納されていてもよいし、着脱不可能に収納されていてもよい。これにより、単一のユニットで２つの機能、即ち、第１の構造部材による支持機能及び第２の構造部材によるエネルギー吸収機能を実現することができる。

前述したように、車両フロントエンドモジュール構造体を構成する構造部材は、全て繊維強化プラスチックから形成されている。車両フロントエンドモジュール構造体の各々について、異なる繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料を使用することによって、クラッシュが生じたときに生成され、車両フロントエンドモジュール構造体内に伝搬される衝撃エネルギーを選択的に散逸、即ち、吸収させることが可能となる。

前記車両フロントエンドモジュール構造体を構成する構造部材は、略完全に繊維強化プラスチックから形成されている。このため、金属からなる車両フロントエンド構造体と比較して、単なる車両フロントエンドモジュール構造体以上の両フロントエンドモジュール構造体は、その重量をかなり低減することができる。実際、繊維強化プラスチックからなる構造部材は、更にそれらの比剛性を特徴とし、前記第１の構造部材から構成された実質的に変形抵抗力がある自己支持型のフロントエンド車両構造体は、それ自体が、衝突時に崩壊、即ち、制御不能に変形することはない。このため、運転室内における運転士の生存のための空間を保証することができる。

クラッシュによって生じた衝撃エネルギーであって前記車両フロントエンドモジュール構造体内へ伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収する前記第２の構造部材も第１の構造部材と同様に繊維強化プラスチックから形成されている。このため、金属からなる従来の変形可能な配管と比較して、かなり高い重量比エネルギーの吸収を実現することができる。本発明の第２の構造部材が作用すると、その繊維強化プラスチックの非延性破壊によって、当該第２の構造部材内へ伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収するように構成されている。

また、第１の構造部材によって構成される車両フロントエンドモジュールの自己支持型構造体は、実質的に変形性抵抗力を有するように構成されている。このため、車両フロントエンドモジュールが衝突（クラッシュ）したときにも、自己支持型のフロントエンド構造体内に収納された運転室内における運転士の生存のための空間を保証することができる。これに伴い、クラッシュが生じたときに、車両フロントエンドモジュール内に伝搬された衝撃エネルギーであって、前記第２の構造部材によって未だ吸収されていない衝撃エネルギーが、前記車両フロントエンドモジュールに接続された鉄道車両の車体構造体へ伝達されるように、各第１の構造部材を構成し及び互いに接続することが好ましい。これにより、衝撃エネルギーを、最終的に鉄道車両の車体構造体の緩衝器部材によって吸収することができる。

衝突速度（衝突エネルギー）が高くなって、第２の構造部材の構造上結合した最大エネルギー吸収量を超える場合、第１の構造部材は構造上制御可能に変形するように設計されている。これにより、車両フロントエンドモジュール構造体の（制御されない）崩壊を生じることなくさらなるエネルギーの吸収が可能となる。

実質的に変形抵抗力がある自己支持型車両フロントエンドモジュールを実現するために、本発明は、第１の構造部材が、車両フロントエンドモジュール構造体の側面にそれぞれ設けられた２つのＡピラーと、前記２つのＡピラーの上部領域のそれぞれに接続されたルーフ構造体とを備えることが好ましい。この構成により、２つのＡピラー及びこれらにしっかりと接続されたルーフ構造体は、クラッシュが生じた際に、前記車両フロントエンドモジュール内に伝搬された衝撃エネルギーであって第２の構造部材によって吸収されなかった衝撃エネルギーの一部を、車両フロントエンドモジュールに接続された鉄道車両の車体構造体へ伝達するように設計される。上記の構成において、さらに、前記第１の構造部材は複数の横材を備え、これらの横材がそれぞれ前記２つのＡピラーの下部領域へ固定接続されて、鉄道車両の車体構造体へ衝撃力を伝達するように構成されていることが好ましい。

前記２つのＡピラーから鉄道車両の車体構造体へ衝撃力を転送するように構成された複数の横材を備えた上記の構成に代えて又は追加して、前記の各ピラーは、例えば屈曲して形成されており、さらに前記２つのＡピラーの上端部にそれぞれ固定された下方構造部材を備え、クラッシュが生じた際に前記Ａピラー内へ伝搬されて第２の構造部材によって吸収されなかった衝撃エネルギーの一部を、車両フロントエンドモジュールに接続された鉄道車両の車体構造体へ伝達するように構成されることが好ましい。このようにＡピラーを屈曲して形成することにより、前記複数の横材を省くことができる。

前記複数の横材及びＡピラーは、それぞれクラッシュが生じた際は極端に大きな力が加えられるため、これらの構造部材の制御されない変形、即ち崩壊を特に防止する必要がある。このため、これらの構造部材は、中空状のプロファイルを有する繊維強化プラスチックであることが好ましい。前記中空状のプロファイルを有する繊維強化プラスチックは、剛性をさらに増強させるために、芯材、特に発泡芯を収納する構成とすることが好ましい。

一方、ルーフ構造体は、繊維強化プラスチックのサンドイッチ構造体として形成することが好ましいが、これに限定されるものではないことは言うまでもない。

前記２つのＡピラーを構造的に相互に接続することによって、前記第１の構造部材から構成される前記フレーム構造体の剛性を増強するため、前記第１の構造部材は、前記２つのＡピラーの各下部領域に、前記２つのＡピラーを互いに構造的に接続する少なくも１つのレール部材を備えることが好ましい。また、前記第１の構造部材は、同様に繊維強化プラスチックから形成され、変形抵抗力があるエンドウォールを備え、当該エンドウォールが前記レール部材と共に前記車両フロントエンドモジュール構造体の端面を形成し、前記自己支持フレーム構造体内に収納された車両運転室を貫入から保護することがさらに好ましい。これにより、前記車両フロントエンドモジュール構造体の連結側面を構成する少なくとも１つのセクションを形成する衝突前方壁を提供することができるため、前記レール部材及び／又はエンドウォールは物が貫通することを防止する重要な構造部材を構成することができる。上記の構成により、クラッシュが生じた際に、構成部材が、前記車両運転室が収納される自己支持フーム構造体によって形成された空間を貫通することを効果的に防止することができる。この構成に限らず、他のわん曲した横材構造体も前記衝突前方壁の形成に適していることは言うまでもない。

衝突前方壁を形成するエンドウォールは、ガラス繊維、アラミド繊維、ダイニーマ繊維及び／又は炭素繊維の強化材を用いた異なる繊維強化プラスチック／繊維強化プラスチックのサンドイッチ構造からなることが好ましい。中でも繊維強化プラスチックのサンドイッチ構造が特に信頼性が高い。前記「エンドウォール」の構造上の配置や設計のため、前記エンドウォールはレール部材と共に、車両フロントエンドモジュールの自己支持型構造体全体を安定化させる上で重要な構造的接続部材を構成する。

上記の課題を解決するために、本発明は、第２の構造部材、即ちエネルギー吸収構造部材に特徴を有し、特に当該第２の構造部材が、第１の構造部材によって構成された鉄道車両フロントエンドモジュールの（剛性の）フレーム構造体内に一体化されていることを特徴としている。本発明の車両フロントエンドモジュールは、前記第２の構造部材が繊維強化プラスチックからなる少なくとも１つの第１のエネルギー吸収部材を備え、当該第１のエネルギー吸収部材は、臨界衝撃力の超過に反応し、衝撃力が前記第１の構造部品内へ伝搬される間に生じる衝撃エネルギーを、前記第１の構造部品の繊維構造体の少なくとも１つの部品の非延性破壊によって少なくとも部分的に吸収するように設計される。繊維強化プラスチックがエネルギーを吸収するときのエネルギー吸収部材の非延性破壊によって、伝搬された衝撃エネルギーが脆弱物破砕エネルギーへ変換され、エネルギーの吸収が可能となる。この場合、エネルギー吸収部材の繊維強化プラスチックの少なくとも一部が擦り減るか粉砕され、こうしてエネルギー吸収部材が破壊される。

上記の繊維強化プラスチックが擦り減る又は粉砕するメカニズムは、エネルギー吸収時におけるその高い荷重要因に特徴があり、例えば、金属からなる圧縮又は変形可能な配管（膨張又は縮小可能な配管）と比較して、明らかに高い重量比及び構造空間比のエネルギー量を吸収することができる。

繊維強化プラスチックからなる第１のエネルギー吸収部材は、種々の構成により実現することができる。例えば、蜂の巣構造体の中の芯材として形成された繊維複合材サンドイッチ材料をエネルギー吸収部材として使用することが考えられる。均一な幾何学的断面を有するこの種の理想的に均一な蜂の巣構造体は、エネルギーを吸収する際に、高い荷重及び圧縮率で低い変形力振幅での材料の均一な変形を奏することができる。特に、この種のエネルギー吸収部材が作用すると、予め定められた順序に従って、吸収されるべきエネルギーの散逸を確実にし得る。この構成に限定されず、第１のエネルギー吸収部材の他の実施の形態も考えられることは言うまでもない。

少なくとも１つのエネルギー吸収部材は、前記レール部材のフロントエンド上に設けられることが好ましい。これにより、エネルギー吸収中に生じる変形力は、前記レール部材内へ導くことができる。この過程で前記第１のエネルギー吸収部材は、車両輪郭及び利用可能な構造空間へそれぞれ適合される。

前述したように、前記第１のエネルギー吸収部材は、蜂の巣構造体を有する繊維複合材サンドイッチ構造を備えていてもよい。また、この構成に代えて、第１のエネルギー吸収部材の芯を、繊維複合配管の束から形成してもよいことは言うまでもない。この場合、管束の中心軸は前記車両の長手方向に延びるように形成されている。

前記少なくとも１つの第１のエネルギー吸収部材に加えて、第２の構造部材は、前記少なくとも１つの第１のエネルギー吸収部材と同様に繊維強化プラスチックからなり、同様の構成を有する１つの第２のエネルギー吸収部材を備えていることが好ましい。しかしながら、前記少なくとも１つの第２のエネルギー吸収部材は、車両フロントエンドモジュールに対向するＡピラーの表面上に設けられる。

前記第１及び第２のエネルギー吸収部材の上記の特徴的配置により、異なる衝突シナリオを許容することができる。これにより、前記１つのＡピラーの一部として設けられる少なくとも１つの第２のエネルギー吸収部材が、比較的強い衝突の間に生じて鉄道車両フロントエンドモジュール内へ伝搬される衝撃力を許容する。

一方、前記鉄道車両フロントエンドモジュールの下部領域を保護するため、本発明の課題の好ましい解決手段の１つとして、前記鉄道車両フロントエンドモジュールの自己支持型構造体を形成する第１の構造部材に接続され、車両フロントエンドモジュールのベースを形成する特徴的構成のアンダーキャリッジ構造体を提供する。

ここで、アンダーキャリッジ構造体は、繊維強化プラスチックからなる上方表面部材と、同様に繊維強化プラスチックからなり、上方表面部材から所定距離離間して設けられた下方表面部材とを備えていてもよい。上記の構成において、繊維強化プラスチックの支柱又はリブをさらに備え、前記上方表面部材と前記下方表面部材とは、前記支柱又はリブによりしっかりと接続される。前記アンダーキャリッジ構造体内にさらにエネルギー吸収構造部材（即ち、第２の構造部材）を設けることが好ましい。ここで、第２の構造部材は、車両フロントエンドモジュールのアンダーキャリッジ構造体内に設けられた繊維強化プラスチックからなる少なくとも１つの第３のエネルギー吸収部材を備え、当該第３のエネルギー吸収部材は、臨界衝撃力の超過に反応して、衝撃力の伝達中に生じ、前記第３の構造部材内に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、前記第３のエネルギー吸収部材の繊維構造体の少なくとも一部の非延性破壊によって吸収する構成とすることが好ましい。

車両フロントエンドモジュールのために中央バッファ連結器が提供され、軸受ブロックを介して車両フロントエンドモジュールのアンダーキャリッジ構造体へ連接されるとき、第２の構造部材は、少なくとも１つの第３のエネルギー吸収部材に加え、さらに繊維強化プラスチックからなる少なくとも１つの第４のエネルギー吸収部材を備えていることが好ましい。この第４のエネルギー吸収部材は、衝撃力の伝達中に生じた衝撃エネルギーであってその内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、その繊維構造の少なくとも一部の非延性破壊によって吸収するように設計される。

前記第３及び第４のエネルギー吸収部材は、同一又は少なくとも類似の構造及び機能を有するように設計してもよい。

前記第３又は第４のエネルギー吸収部材は、繊維強化プラスチックからなる案内管と、例えばシリンダー状エネルギー吸収構成部品、及びプランジャーからなる圧力管を備え、前記案内管と前記圧力管とは相互に作用するように構成されており、前記第３又は第４のエネルギー吸収部材の内部に伝搬された衝衝撃力が臨界値を超えると、前記案内管と前記圧力管とは互いの方向に移動すると同時に、前記第３又は第４のエネルギー吸収部材の内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収し、前記案内管は、少なくとも１つの繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収部材を含み、前記圧力管が、前記案内管に対し相対移動すると、前記エネルギー吸収部材は少なくとも部分的に非延性的に擦り減ることによって、実際にエネルギー吸収が実現されることが好ましい。

第２の構造部材に関連づけられた他のエネルギー吸収部材（第１及び第２のエネルギー吸収部材）と同様に、伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部は、例えば金属構造変形管のように可塑的に変形する案内管ではなく、むしろ個々の構成部品へ少なくとも部分的に分散されることによって案内管のエネルギー吸収セクションにより吸収される。言い換えれば、前記第３又は第４のエネルギー吸収部材が反応する際に、前記エネルギー吸収部材内へ伝搬された衝撃エネルギーは、前記エネルギー吸収セクションを擦り減らして粉砕するように使用され、これにより衝撃エネルギーは少なくとも部分的に散逸される。構成部品の擦り減り及び粉砕には、通常の（金属）可塑変形と比較して、かなり多くのエネルギーを必要とするので、前記第３又は第４のエネルギー吸収部材は大きい衝撃エネルギーを散逸させるのに特に適している。

一方、高い重量比エネルギー吸収力の繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収部材は、金属（例えば、変形管）からなる従来のエネルギー吸収部材と比較して軽量構造であることを特徴とし、これにより、車両フロントエンドモジュールの全体の重量は、かなり低減することができる。

本明細書中「繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収セクションの擦り減り」とは、前記エネルギー吸収セクションを形成する繊維強化プラスチックの繊維構造体の（意図的に誘導された）破壊を意味するものとして理解されたい。前記繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収セクションの擦り減りは、特に、エネルギー吸収セクションで起こる単なる（脆弱物）破砕として理解されるべきではない。むしろ、擦り減りは、エネルギー吸収セクションの繊維強化プラスチックを可能な最小の個々の破片（断片）へ分解し、これにより、前記繊維複合材料の全エネルギー吸収力を消尽させるように、エネルギー吸収部材を形成する繊維強化プラスチックの全量が理想的に粉砕されると理解されたい。

第３又は第４のエネルギー吸収部材の好ましい実施の形態において、上述したように、前記圧力管はプランジャーとして構成され、前記案内管における少なくとも前記圧力管に対向するセクションはシリンダーとして構成される。ここで、プランジャーとして構成された圧力管は案内管に接続され、前記エネルギー吸収部材が反応するとき、プランジャー（圧力管）はシリンダー（案内管）の内へ入り、これにより前記繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収セクションは、少なくとも部分的に非延性的に擦り減るように構成されている。

前記圧力管における前記案内管に対向するセクションは、前記案内管における前記圧力管に対向するセクションの中へ伸縮自在に受け取られ、前記圧力管における前記案内管に対向するセクションのフロントエンドは、繊維強化プラスチックエネルギー吸収セクションのストッパに当接する。この伸縮自在な構造は、エネルギー吸収部材が作用すると、前記圧力管と案内管との間の相対的移動の案内を保証し、また横方向の力が生じるときでも、前記圧力管及び案内管の機能及び変形挙動を保証する。

前記第３又は第４のエネルギー吸収部材が作用するとき、衝撃エネルギーが繊維強化プラスチックエネルギー吸収セクションのみによって吸収されるように、前記圧力管における案内管に対向するセクションのフロントエンドは、前記繊維強化プラスチックエネルギー吸収セクションよりも高い剛性を有することが好ましい。これは、（第３又は第４の）エネルギー吸収部材が作用する際の案内管に対する圧力管の移動が、前記エネルギー吸収セクションのみの破壊を生じ、前記エネルギー吸収部材の他の構成部品は破壊しないことを保証する。これにより、所定の順序でエネルギーの吸収を行うことができる。

第３又は第４のエネルギー吸収部材の好ましい一実施の形態において、前記圧力管は中空体として設計され、前記圧力管における前記案内管に対向するフロントエンドは開口されている。この構成により、前記圧力管の案内管に対する移動に伴って生成される破片であって、前記繊維強化プラスチックから形成されたエネルギー吸収セクションの破片の少なくとも一部を、前記中空体の内部に収納することができる。

前記実施の形態に係る第３又は第４のエネルギー吸収部材は、十分にカプセル化された外形を提供する。この外形を備えることにより、エネルギー吸収部材が作用した際に、エネルギー吸収セクションの破片又は繊維部材のような破片が周囲に飛散すること及びこれらの破片が車両運転室内を貫通することを防止し、また、これらの破片によって人体を損傷させる可能性、又は車両フロントエンドモジュールの他の構成部品を損傷又は破壊する可能性を防ぐことを、特に保証することができる。

上述したように、第３又は第４のエネルギー吸収部材の好ましい実施の形態は、前記エネルギー吸収部材が作用すると、所定の順序に従って前記繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収セクションが非延性的に擦り減ることにより、エネルギーの吸収を実現する。また、前記圧力管が、前記案内管に対し相対移動する際に非延性的に擦り減る前記エネルギー吸収部材の長さは、前記圧力管と前記案内管との相対移動を確保できる距離に設定されていることが好ましい。

本発明の鉄道車両フロントエンドモジュールは、繊維強化プラスチックからなり、アンダーライドガード又はレールガイドをさらに備え、前記アンダーライドガードは、前記鉄道車両フロントエンドモジュールのアンダーキャリッジ構造体の下側に固定され、制御された変形によってアンダーライドガードの内部に伝搬された衝撃力が臨界値を超えると、衝撃力の伝搬中に生じた衝撃エネルギーの少なくとも一部を散逸させるように設計してもよい。

また、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるアンダーライドガードが、ガイドレールを介して前記アンダーキャリッジ構造体の下側に搭載されており、前記アンダーライドガードに伝搬された衝撃力が臨界値を超えると、前記アンダーライドガードは、前記アンダーキャリッジ構造体に対し車両の長手方向に相対変位し、さらに繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるエネルギー吸収部材を備え、当該エネルギー吸収部材は、前記アンダーライドガードが前記アンダーキャリッジ構造体に対し相対変位すると、前記エネルギー吸収部材の繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料の少なくとも一部の非延性破壊によって衝撃力の伝達中に生じ、前記アンダーライドガードに伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収するように構成してもよい。

クラッシュに耐え得る鉄道車両フロントエンドモジュールを実現するために、鉄道車両フロントエンドモジュールは、エネルギー吸収機能を有する風除け部材を備えることがさらに好ましい。ここで、前記風除け部材は、内側透明表面部材と外側透明表面部材とを備え、これらの表面部材は隙間を形成するように離間して設けられている構成とすることができる。さらに、この隙間には、前記内側表面部材と前記外側表面部材との間に、例えば透明なエネルギー吸収発泡部材の形態で、透明エネルギー吸収部材からなる接続部材を充填してもよい。同様に、前記隙間における前記表面部材のエッジ部に、接続部材を設けてもよい。この場合、このエッジ部には、前記透明エネルギー吸収部材よりも透明度の低い透明なエネルギー吸収部材、特にエネルギー吸収発泡部材を設けてもよい。

この種の風除けエネルギー吸収に、多層構造を用いてもよいことは言うまでもない。即ち、複数の重畳した表面部材を、接続部材への距離が所定の距離となる位置に固定してもよい。

本発明の車両フロントエンドモジュールの第１実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体を示す斜視図である。 図１に示す車両フロントエンドモジュール構造体の側面図である。 第１実施の形態に係る車両フロントエンドモジュールであって、図１に示す車両フロントエンドモジュール構造体に外部被覆部材を装着した状態を示す側面図である。 Ａピラーの下部領域にサイドストラットが固定接続され、Ａピラーの上部領域にルーフ構造体が固定接続されたＡピラーの側面図である。 図４のサイドストラットを示す斜視図である。 図１に示す車両フロントエンドモジュールに用いられるルーフ構造体を示す斜視図である。 図１に示す車両フロントエンドモジュールに用いられるレール部材と、当該レール部材に固定される第１のエネルギー吸収部材を示す斜視図である。 図１に示す車両フロントエンドモジュールに用いられるアンダーキャリッジ構造体の部分断面図である。 図８に示すアンダーキャリッジ構造体の構成部品を示す斜視図である。 図８に示すアンダーキャリッジ構造体に用いられる第３のエネルギー吸収部材の側面断面図である。 図１０に示す第３のエネルギー吸収部材の分解立体図である。 図１０に示す第３のエネルギー吸収部材の詳細を示す図である。 図８に示すアンダーキャリッジ構造体に用いられる第４のエネルギー吸収部材の部分断面図である。 図１３に示す第４のエネルギー吸収部材の分解立体図である。 第４のエネルギー吸収部材の他の実施の形態を示す図である。 図８に示す車両フロントエンドモジュールに用いられるアンダーライドガードの一実施の形態を示す斜視図である。 前記アンダーライドガードの他の実施の形態を示す図である。 前記アンダーライドガードの他の実施の形態を示す図である。 本発明の車両フロントエンドモジュール構造体の他の実施の形態を示す図である。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両フロントエンドモジュールについて添付の図面を参照し以下に説明する。

本発明の第１実施の形態に係る車両フロントエンドモジュールに用いられる車両フロントエンドモジュール構造体１００について、図面を参照し以下に説明する。

図１は、第１実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体を示す斜視図である。図２は、図１に示す車両フロントエンドモジュール構造体１００の側面図である。図３は、第１実施の形態に係る車両フロントエンドモジュールであって、図１又は図２に示す車両フロントエンドモジュール構造体１００に外部被覆部材１０２を装着した状態を示す側面図である。

本実施の形態に係る図示された車両フロントエンドモジュール構造体１００は、鉄道車両（図面には明示せず）のフロントエンドに取り付けられるように設計されている。車両フロントエンドモジュール構造体１００は、特に図４〜図１８を参照しつつ以下に説明する構造部材から完全に構成されている。車両フロントエンドモジュール構造体１００を構成するこれらの構造部材は、その全体が繊維強化プラスチックからなり、分離、一体化、又は複合された構造体として実現され得る。構造の単純化を課題とした繊維複合／繊維複合サンドイッチ構造体の強度及び製造における利点を考慮すると、鉄道車両フロントエンドモジュールは、可能な限り一体化された構成とすることが好ましい。

繊維強化プラスチックは、高分子基材の中に埋め込まれた強化繊維からなる。前記高分子基材は繊維を所定の位置で保持し、繊維間で負荷を転送することによって、外部の影響から繊維を保護する一方、強化繊維は負荷耐性の機械特性をもつ。ガラス、アラミド、及び炭素の繊維は、強化繊維として特に適している。

アラミド繊維は、その延性ゆえに比較的低い剛性しか有していない。このため、車両フロントエンドモジュール構造体１００の各エネルギー吸収部材の材料としては、ガラス繊維及び炭素繊維が好ましい。一方、アラミド繊維は、例えば変形抵抗力があるエンドウォール１５を構築するのに適している。エンドウォール１５は、車両フロントエンドモジュールの自己支持型構造体内に収納された車両運転室１０１を、クラッシュが生じたときの貫入から保護する機能を有している。

車両フロントエンドモジュール構造体１００の各構造部材は、所望の負荷条件に合わせた各構造部材の特性を維持するために特定の繊維構造又は層構造で形成されることが好ましい。車両フロントエンドモジュール１００の変形抵抗力がある自己支持型構造体を形成する構造部材の材料として、炭素繊維強化プラスチックを用いることが特に好ましい。これは、炭素繊維強化プラスチックが非常に高い比剛性を有しているからである。基材システムを含む材料及び製造方法について層／サンドイッチ構造を特定することによって、車両の長手方向に略対応する吸収された衝撃力の方向の負荷だけでなく、運転中及びクラッシュが生じたときに空間に影響する全てのさらなる負荷、即ち、横方向の力及びトルクが吸収される。

上述の通り、本発明に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００は、その全体が繊維強化プラスチックからなる構造部材から構成されており、車両フロントエンドモジュール構造体１００を構成する構造部材は、エネルギーを吸収しない構造部材（「第１の構造部材」）及びエネルギーを吸収する構造部材（「第２の構造部材」）の双方を含むことを特徴としている。第１の構造部材は、それぞれ互いに直接接続されて実質的に変形抵抗力がある自己支持型フロントエンド構造体を形成し、車両運転室１０１を収納する。

図示された実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００では、車両フロントエンドモジュール構造体１００の両側面に、第１の構造部材の部品としての２つのＡピラー１０，１０’が設けられている。これらの２つのＡピラー１０，１０’それぞれの上部領域にルーフ構造体１１が固定接続されることによって、車両フロントエンドモジュール構造体１００の変形抵抗力がある自己支持型構造体が実質的に形成される。さらに、図１に示す実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００では、例えば、第１の構造部材を構成する部材として、さらに２つのＡピラー１０，１０’のそれぞれの下部領域に固定接続され、鉄道車両（図面には明示せず）の車体構造体へ衝撃力を伝搬する機能を有するサイドストラット１２，１２’が設けられている。

図４は、サイドストラット１２及びルーフ構造体１１に接続されたＡピラー１０を示す側面図である。同図に示すＡピラー１０、サイドストラット１２、及びルーフ構造体１１が組み合わされた構造は、図１に示す実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体に用いられている。

図５は、サイドストラット１２を示す斜視図である。耐変形抵抗力がある自己支持型の車両フロントエンドモジュール構造体１００を構成する第１の構造部材に加えて、図示された実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００は、レール部材１４及び前述した変形抵抗力があるエンドウォール１５をさらに備えている。図１に示す実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００で使用される仕切り部材（レール部材）１４は、図７では当該モジュール構造体１００から分離された状態で示している。

図６は、図１に示す本実施の形態に係るルーフ構造体１１を示している。前述したように、本発明に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００は、第１の構造部材に加えて、第２の構造部材、即ち、エネルギー吸収構造部材をさらに備えている。これらの第２の構造部材は、繊維強化プラスチックからなる第１のエネルギー吸収部材２０，２０’を含んでいる。ここで、図１では少なくとも１つのエネルギー吸収部材がレール部材１４のフロントエンドに設けられている。一方、図７では特に２つの第１のエネルギー吸収部材２０，２０’が設けられている。

レール部材１４のフロントエンドに配置されたこれらの第１のエネルギー吸収部材２０，２０’は、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなり、衝撃力が臨界値を超えると衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収するように設計されている。この衝撃エネルギーは、衝撃力の伝搬中に生じ、前記第１のエネルギー吸収部材２０，２０’の繊維構造体の少なくとも一部の非延性破壊によって前記第１のエネルギー吸収部材２０，２０’の内部に伝搬される。

一方、第１のエネルギー吸収部材２０，２０’と同様に、第２の構造部材は繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなる第２のエネルギー吸収部材２１，２１’を含む。これらの第２のエネルギー吸収部材２１，２１’は、車両フロントエンドモジュール１００の支持構造体の２つのＡピラー１０，１０’にそれぞれ取り付けられている。図１に示す実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体において、第２のエネルギー吸収部材２１，２１’は、それぞれ車両フロントエンドモジュール構造体１００のフロントエンドに対向するＡピラー１０，１０’の各表面上に配置されている。第１のエネルギー吸収部材２０，２０’と同様に、第２のエネルギー吸収部材２１，２１’は、繊維複合／繊維複合サンドイッチ材料からなり、衝撃力が臨界値を超えると衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収するように設計されている。この衝撃エネルギーは、衝撃力の伝搬中に生じ、前記第２のエネルギー吸収部材２１，２１’の繊維構造体の少なくとも一部の非延性破壊によって前記第２のエネルギー吸収部材２１，２１’の内部に伝搬される。

第１のエネルギー吸収部材２０，２０’及び第２のエネルギー吸収部材２１，２１’は、好ましくは材料嵌合、特に好ましくは接着結合によって、対応する第１の構造部材、即ちレール部材１４及びＡピラー１０，１０’に固定される。

サイドストラット１２，１２’と共に、Ａピラー１０，１０’及びこれらに固定されたルーフ構造体１１は、変形抵抗力がある自己支持型フロントエンド構造体を構成する。このフロントエンド構造体は、操作の安全性を備えると共に、耐衝撃性を備え、クラッシュが生じたときに車両フロントエンドモジュール構造体１００の内部へ伝搬され、変形抵抗力がある車両フロントエンドモジュール構造体１００を介して第２の構造部材によって吸収されなかった衝撃エネルギーの一部を制御可能に消散させることによって、車両フロントエンドモジュールに取り付けられた鉄道車両の運転室及び車体構造体に作用する加速度及び乗客に及ぼす力が制限される。

本発明の課題を解決するために、サイドストラット１２，１２’及びＡピラー１０，１０’は、中空状のプロファイルを有する繊維強化プラスチックであることが好ましい。サイドストラット１２，１２’及びＡピラー１０，１０’の剛性をそれぞれ増強させるため、芯材、特に発泡芯を収納する構成とすることが好ましい。一方、ルーフ構造体１１は、繊維強化プラスチック材料のサンドイッチ構造体として形成することが好ましい。

レール部材１４は、主として２つのＡピラー１０，１０’を構造的に接続する機能を有している。前記レール部材１４は、２つのＡピラー１０，１０’のそれぞれの下部領域を互いに接続する。上述した変形抵抗力があるエンドウォール１５は、レール部材１４に接続され、車両フロントエンドモジュール構造体１００の端面を形成して、クラッシュが生じたとき、自己支持型構造体内に収納された車両運転室１０１を貫入から保護する。

図１に示す車両フロントエンドモジュール構造体１００に設けられるアンダーキャリッジ構造体１６について、図８及び図９を参照し以下に説明する。

詳細には、アンダーキャリッジ構造体１６は、繊維複合／繊維複合サンドイッチ材料からなり、車両フロントエンドモジュール構造体１００の第１の構造部材に接続され、運転室１０１の床、車両フロントエンドモジュール構造体１００のベースをそれぞれ形成する。

特に図８から明らかなように、アンダーキャリッジ構造体１６は、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなる上方表面部材１６ａと、当該上方表面部材１６ａから所定距離離間して設けられ、当該上方表面部材１６ａと同様に繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなる下方表面部材１６ｂとを備える。すなわち、前記上方表面部材１６ａと前記下方表面部材１６ｂとは互いに所定距離離間して設けられている。前記上方表面部材１６ａと前記下方表面部材１６ｂとを互いに固定接続するため、さらに、繊維強化プラスチック支柱１６ｃが設けられている。

本発明の実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００では、アンダーキャリッジ構造体１６の内部に２つの第３のエネルギー吸収部材２２，２２’が収納されている。これらの第３のエネルギー吸収部材２２，２２’は、それぞれクラッシュバッファを構成する。

一方、図１に示す実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００は、クラッシュ連結器を備える。このクラッシュ連結器は、一体化されたエネルギー吸収部材としての第４のエネルギー吸収部材２３と、軸受ブロック３１と、中央バッファ連結器３０と、から構成されている。図９に示すように、第４のエネルギー吸収部材２３は、軸受ブロック３１の後方位置であって、アンダーキャリッジ構造体１６の内部における衝撃方向に設けられており、中央バッファ連結器３０を介してアンダーキャリッジ構造体１６の内部へ伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を不可逆的に吸収する。

図示した実施の形態で用いられる第３のエネルギー吸収部材（クラッシュバッファ）の一実施の形態及び機能について図１０ないし図１２を参照し以下に説明する。図１０及び図１１に示すように、第３のエネルギー吸収部材２２，２２’は、主に案内管６０と圧力管６２とから構成されている。具体的には、圧力管６２はプランジャーからなり、案内管６０における少なくとも圧力管６２に対向する部分はシリンダーに形成されている。プランジャーからなる圧力管６２における案内管６０に対向する部分は、シリンダーからなる案内管６０の中に入れ子式に取り付けられる。

案内管６０は、繊維強化プラスチックからなる単体として形成されている。具体的には、案内管６０は、エネルギー吸収部６１と、当該エネルギー吸収部に隣接した案内部とを含んでいる。

特に図１２から明らかなように、エネルギー吸収部６１と案内部との間の遷移部に傾斜部が形成されている。この傾斜部は、プランジャーからなる圧力管６２が当接するストッパ６３を形成する。詳細には、案内管６０は、ストッパ６３を形成する突起を内部に備える繊維強化プラスチックの管状体として設計される。一方、プランジャーからなる圧力管６２は、内室６６を備える管状体として設計されている（図１２参照）。

本実施の形態では、案内管６０及び圧力管６２として、環状の断面を有するものを用いているが、これに限定されず、例えば楕円形、長方形、正方形、三角形又は五角形の断面形状のものであってもよいことは言うまでもない。

図１２に示すように、圧力管６２における案内管６０に対向するプランジャーからなる部分のフロントエンドが、エネルギー吸収部６１のストッパ６３に直接当接するように構成してもよい。また、プランジャーからなる圧力管６２のフロントエンドに円錐リング（テーパ）６４を設け、当該円錐リング６４が案内管６０のストッパ６３に当接するようにしてもよい（図１０及び図１１参照）。この場合、円錐リング６４が圧力管６２のフロントエンドに固定接続される。

本実施の形態では、図１０及び図１１に示すように、案内管６０の案内部は、管状に形成されており、その内径は、プランジャーからなる圧力管６２の外径よりも大きい。これにより、圧力管６２における案内管６０に対向する部分を、案内管６０の中に入れ子式に取り付けることができる。

特に図１０に示すように、管状の案内管６０の全体が、エネルギー吸収部６１内の内径が圧力管６２の外径よりも小さく形成されている（さらに図１２参照）。案内部とエネルギー吸収部６１との間の遷移部に形成される傾斜部６３は、プランジャーからなる圧力管６２が当接するストッパを構成する。圧力管６２のトリガ領域としてのこの遷移部の構造設計は、繊維複合エネルギー吸収部材（圧力管６２）の初期の力のピーク及び力変形挙動に決定的に影響する。

一方、図１０及び図１１に示す実施の形態では、第３のエネルギー吸収部材２２，２２’は当該エネルギー吸収部材２２，２２’の内部に伝達された衝撃力、特にプランジャーからなる圧力管６２の内部に伝達された衝撃力が、圧力管６２における案内管６０と対向していないフロントエンドへ向けられるように設計される。このため、クライミングガード６５を圧力管６２における案内管６０と対向していないフロントエンドに付けてもよい。

第３のエネルギー吸収部材２２，２２’を作動する臨界衝撃力は、特に遷移領域（トリガ領域、ストッパ６３）の材料特性及び構造設計によって決まる。このエネルギー吸収部材２２，２２’を作動する臨界衝撃力は、具体的には吸収部６１の材料特性及び構造設計によって決まる。第３のエネルギー吸収部材２２，２２’が作動すると、エネルギー吸収部６１の内壁の繊維複合材料は、案内管６０に対してエネルギー吸収部６１の方向へ移動する圧力管６２によって非延性的に擦り減らされる。

この過程において重要なことは、エネルギー吸収部６１の方向へ移動する圧力管６２が、前記エネルギー吸収部６１の内壁を形成する材料の非延性的磨耗のみに影響を与えることである。エネルギーを吸収している間は、圧力管６２は案内管６０の中のさらに奥へ押し込まれ、エネルギー吸収部６１の内側領域を磨耗され、エネルギー吸収部６１の材料が擦り減らされる。これにより、エネルギー吸収部６１の外壁は影響されずそのまま維持される。このように、エネルギー吸収部６１の外壁は、そのまま維持され、圧力管６２の案内管６０に対する相対移動を案内する案内面として機能する。

第３のエネルギー吸収部材２２，２２’が作動したとき、例えば圧力管６２の材料ではなくエネルギー吸収部６１の繊維複合材料のみが擦り減るようにする。このため、圧力管６２のフロントエンドは前記エネルギー吸収部６１の剛性よりも高い剛性を有することが好ましい。

図１２に示すように、プランジャーからなる圧力管６２は、案内管６０に対向するフロントエンドが開口された中空体である。この中空体は内室６６を備えている。これにより、圧力管６２が案内管６０に対して相対移動するときに生じる繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収部６１の破片は、前記中空体の中に収納される。この構成によれば、エネルギー吸収部６１が擦り減るとき、繊維強化プラスチック材料の破片が外部に飛散しないという利点がある。

車両フロントエンドモジュール構造体１００のアンダーキャリッジ構造体１６内に設けられる第４のエネルギー吸収部材２３の実施可能な形態について、図１３ないし図１５を参照し以下に説明する。

具体的には、第４のエネルギー吸収部材２３は、クラッシュが生じたときに、アンダーキャリッジ構造体１６の内部に伝達される衝撃力を、中央バッファ連結器３０を介して吸収する。このため、第４のエネルギー吸収部材２３は、中央バッファ連結器３０を用いた水平及び垂直方向に自在軸受取り付けにより、軸受ブロック３１の後方位置であって衝撃方向へ設けられる。

第４のエネルギー吸収部材２３は、好ましくは繊維強化プラスチックからなる案内管６０、クラッシュ管６１、及び圧力管６２を備える。詳細には、図１３に示す実施の形態では、クラッシュ管６１は、中央バッファ連結器３０に対向する案内管６０の中に入れ子式に取り付けられ、圧力管６２は、反対側に位置する部材の中に入れ子式に取り付けられる。テーパ６４は、例えば円錐リングからなり、クラッシュ管６１と圧力管６２との間に設けられる。クラッシュが生じると、連結器３０の接続部材は破壊され、軸受ブロック３１から外れる。案内管６０内へ案内された連結器は、バッフル板３２を押す。バッフル板３２は衝撃力を圧力管６２の内部に伝達し、圧力管６２は案内管６０に対してクラッシュ管６１の方向へ相対移動する。その間に、圧力管６２はテーパ６４を介してクラッシュ管６１を押す。所定の変形力に達すると、テーパ６４及び圧力管６２はクラッシュ管６１を通るように強制される。故に、クラッシュ管６１は非延性的に擦り減り、それによって衝撃力の伝達中に生じる衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収する。クラッシュ管６１の変形又は擦り減らされた材料は圧力管６２の内部に残る。

図１０及び図１１を参照して説明した第３のエネルギー吸収部材２２,２２’と同様に、第４のエネルギー吸収部材２３は、その全ての構成部品が繊維強化プラスチックからなることが好ましい。しかしながら、必要に応じて、テーパ６４として金属構造体を用いてもよい。

図１５は、第４のエネルギー吸収部材２３の他の実施の形態を示している。図１４に示す実施例に係る第４のエネルギー吸収部材２３は、図１３及び図１４に示すエネルギー吸収部材２３と同様に、図１５に示す実施の形態は、支持管又は圧力管６２、テーパ６４、案内管６０、及びクラッシュ管６１を備えている。しかしながら、本実施の形態では、クラッシュ管６１が中央バッファ連結器３０に対向する案内管６０内に設けられている。クラッシュが生じたときは、連結器３０は破壊され、軸受ブロック３１から外れてバッフル板３２を押し、当該バッフル板３２は衝撃力をクラッシュ管６１の内部に伝達し、クラッシュ管６１はテーパ６４の中へ押される。ここで変形力レベルに達すると、クラッシュ管６１はテーパ６４を介して圧力管６２の中へ押される。ここで圧力管６２が、案内管６０の一部をなす構成としてもよい（図１２参照）。エネルギーの吸収は、クラッシュ管６０のテーパを介して再び起こる。クラッシュ管６１の変形又は擦り減らされた材料は、圧力管６２の内部に残る。

図１６は、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるアンダーライドガード２４の斜視図を示す。アンダーライドガード２４は、図１で示す車両フロントエンドモジュール構造体１００のアンダーキャリッジ構造体１６の下側に取り付けられている。アンダーライドガード２４は、衝撃力の伝達中に生じた衝撃力が臨界値を超えると、当該アンダーライドガード２４内に伝播された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、制御された変形によって吸収するように設計される。

図１７及び図１８は、アンダーライドガード２４の他の実施の形態を示している。

具体的には、これらの実施の形態におけるアンダーライドガード２４は、何れの場合もレールシステム１７によってアンダーキャリッジ構造体１６に接続される。図１７に示す実施の形態では、アンダーライドガード２４は、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなり、複数のエネルギー吸収部材２５，２５’；２６，２６’を備えている（２つは前方領域に設けられており、他の２つは後方領域に設けられている）。エネルギー吸収部材２５，２５’は、最初に前方領域において様々な変形力レベルで衝突エネルギーを吸収し、次いでアンダーライドガード２４がレールシステム１７の中で第２のエネルギー吸収部材２６，２６’へ押される。

図１８に示すアンダーライドガード２４の実施の形態において、アンダーライドガード２４はクラッシュが生じたときにガイドレール１７に沿ってクラッシュ部材２５，２５’へ押される。

図１９は、他の実施の形態に係る車両フロントエンドモジュール構造体１００の要部を示す斜視図である。この実施の形態の主たる特徴は、Ａピラー１０にある。図１９中、説明の便宜上、２つのＡピラーのうち１のＡピラーのみを示している。図１９に示す本実施の形態のＡピラー１０は、全体的にわん曲した構造を有し、Ａピラー１０内へ伝搬された力は、他のサイドストラットを介することなく直接アンダーキャリッジ構造体１６に伝搬され得る。この特徴的構成により、衝撃発生時にＡピラー１０を可逆的に大きく圧縮することができる。クラッシュバッファ２２，２２’はアンダーキャリッジ構造体１６内に一体化され、一体化された支持管２３によって連結接続が実現される。

１０，１０’ Ａピラー
１１ ルーフ構造体（ルーフＢ３）
１２，１２’ サイドストラット（サイドストラットＢ１）
１４ レール部材（仕切りＢ４）
１５ エンドウォール（エンドウォールＢ５）
１６ アンダーキャリッジ構造体（下部構造体Ｂ６）
１６ａ アンダーキャリッジ構造体の上方表面部材
１６ｂ アンダーキャリッジ構造体の下方表面部材
１６ｃ アンダーキャリッジ構造体支持部材
１７ アンダーキャリッジ構造体のガードレール／レールガード
２０，２０’ 第１のエネルギー吸収部材（エネルギー吸収部材Ｂ１０）
２１，２１’ 第２のエネルギー吸収部材（エネルギー吸収部材Ｂ９）
２２，２２’ 第３のエネルギー吸収部材（衝撃バッファＢ７）
２３ 第４のエネルギー吸収部材（衝撃用結合部材Ｂ８）
２４ アンダーライドガード（レールガードＢ１１）
２５，２５’ 第５のエネルギー吸収部材（レールガードの一部）
２６，２６’ 第６のエネルギー吸収部材（レールガードの一部）
３０ 中央バッファ結合部材
３１ 軸受ブロック
３２ バッフル板
６０ 案内管
６１ エネルギー吸収部／衝撃管
６２ 圧力管
６３ バベル／ストッパ
６４ テーパ状の円錐リング
６５ クライミングガード
６６ 面取りされた内側面
１００ 車両フロントエンドモジュール（車両フロントエンドモジュール構造体）
１０１ 車両運転室
１０２ 外部被覆部材

Claims (39)

1. レール走行車両、特に鉄道車両のフロントエンドに搭載される車両フロントエンド構造（１００）を有する車両フロントエンドモジュールであって、
   前記車両フロントエンド構造（１００）は、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなる構造部材により完全に構成されており、
   前記車両フロントエンド構造（１００）を形成する前記構造部材は、車両運転室（１０１）を収容するように設計された実質的に変形抵抗力がある自己支持型フロントエンド構造を形成するように構成され、直接的に互いに接続された複数の第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）を含むとともに、
   前記車両フロントエンド構造（１００）を形成する前記構造部材は、第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）を含み、当該第２の構造部材は、前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）と接続され、且つ、前記レール走行車両がクラッシュしたときに、衝撃力の伝播により生じ、且つ前記車両フロントエンド構造（１００）内に導入される衝撃エネルギーの少なくとも一部が、当該第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）の少なくとも部分的な不可逆変形又は少なくとも部分的破壊によって散逸されるように構成されており、
   前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）は、相互に作用する、案内管（６０）と圧力管（６２）とを含むエネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）を含み、前記エネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）の内部に伝搬された衝撃力が臨界値を超過すると、前記案内管（６０）と前記圧力管（６２）とは互いの方向に移動し、
   前記案内管（６０）は、圧力管６２の外径よりも大きい内径を有する案内部と、圧力管６２の外径よりも小さい内径を有するエネルギー吸収部（６１）とを含み、前記圧力管（６２）が、前記案内管（６０）に対し相対移動すると、前記エネルギー吸収部（６１）の内壁は少なくとも部分的に非延性的に擦り減って破片へ分解される一方、エネルギー吸収部（６１）の外壁はそのまま維持されて前記圧力管（６２）の相対移動を案内する案内面として機能するように構成されており、
   前記圧力管（６２）は、前記案内管（６０）に対向するフロントエンドが開口された中空体に形成されており、前記圧力管（６２）が、案内管（６０）に対して相対移動するときに生じるエネルギー吸収部（６１）の破片の少なくとも一部が前記中空体の中に収納されるように構成されている車両フロントエンドモジュール。
2. 前記複数の第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、クラッシュが生じたときに前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）によって吸収されなかった前記車両フロントエンドモジュール内に導入された前記衝撃エネルギーの少なくとも一部が、前記車両フロントエンドモジュールに接続された鉄道車両の車両本体構造へ伝播され得るように構成され、当該複数の第１の構造部材は互いに接続されている請求項１に記載の車両フロントエンドモジュール。
3. 前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）は、予め定められた臨界衝撃力の超過に反応するように構成されているとともに、衝撃力の伝播により生じ、且つ、前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）内に導入される衝撃エネルギーの少なくとも一部を、脆性破壊エネルギーへと不可逆的且つ破壊的に変換して散逸させる請求項１又は２に記載の車両フロントエンドモジュール。
4. 前記車両フロントエンド構造（１００）は、好ましくは、進行方向に対向する鉄道車両のインターフェースに着脱自在に連結されている請求項１ないし３の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
5. 前記複数の第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、実質的に変形抵抗力がある自己支持型フレーム構造を形成するために、前記車両フロントエンド構造（１００）の両側面にそれぞれ設けられた２つのＡピラー（１０，１０’）と、前記２つのＡピラー（１０，１０’）の上部に固定されたルーフ構造体（１１）とを含み、前記２つのＡピラー（１０，１０’）と、当該２つのＡピラー（１０，１０’）に固定されたルーフ構造体（１１）とは、クラッシュが生じたときに、前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）によって吸収されなかった前記車両フロントエンドモジュール内に導入された前記衝撃エネルギーの一部が、前記車両フロントエンドモジュール（１００）に接続された前記レール走行車両の車両本体構造へ伝播され得るように構成されている請求項１ないし４の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
6. 前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、前記２つのＡピラー（１０，１０’）の下部にそれぞれ固定され、且つ、クラッシュが生じたときに、前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）によって吸収されなかった衝撃エネルギーの一部を、前記レール走行車両の車両本体構造へと伝播させるサイドストラット（１２，１２’）をさらに含む請求項５に記載の車両フロントエンドモジュール。
7. 前記２つのＡピラー（１０，１０’）は、それぞれ湾曲しており、
   前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、前記２つのＡピラー（１０，１０’）の上端部に固定され、且つ、クラッシュが生じたときに、前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）によって吸収されることなく前記２つのＡピラー（１０，１０’）へ伝達された衝撃エネルギーの一部が、前記レール走行車両の車両本体構造へと伝播されるように構成されているアンダーキャリッジ構造体（１６）をさらに含む請求項５又は６に記載の車両フロントエンドモジュール。
8. 前記サイドストラット（１２，１２’）及び／又はＡピラー（１０，１０’）は、中空状の繊維強化プラスチックからなり、当該中空状の繊維強化プラスチック内には、好ましくは芯材、特に発泡芯材が、サイドストラット（１２，１２’）及び／又はＡピラー（１０，１０’）のそれぞれの剛性を増強するために収容される請求項５ないし７の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
9. 前記ルーフ構造体（１１）は、繊維強化プラスチックのサンドイッチ構造からなる請求項５ないし８の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
10. 前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、前記２つのＡピラー（１０，１０’）を構造上連結するように当該２つのＡピラー（１０，１０’）のそれぞれの下部領域に接続されるレール部材（１４）を含む請求項５ないし９の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
11. 前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、クラッシュが生じたときに自己支持型フレーム構造内に収容された車両運転室への貫入が生じないように保護するために、前記車両フロントエンド構造（１００）のフレーム端面を形成するように前記レール部材（１４）に接続される耐変形性エンドウォール（１５）をさらに含んでいる請求項１０に記載の車両フロントエンドモジュール。
12. 前記エンドウォール（１５）は、異なる繊維複合材料からなり、特にガラス繊維強化材料、アラミド材料、ダイニーマ材料及び／又は炭素繊維強化材料からなる請求項１１に記載の車両フロントエンドモジュール。
13. 前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）は、予め定められた臨界衝撃力の超過に反応するように設計された第１のエネルギー吸収部材（２０，２０’）を含み、
    前記第１のエネルギー吸収部材（２０，２０’）の少なくとも１つは、繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなり、
    前記第１のエネルギー吸収部材（２０，２０’）は、衝撃力の伝達中に生じた衝撃エネルギーであってその内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、その繊維構造の少なくとも一部の非延性破壊によって吸収するように設計されており、
    前記第１のエネルギー吸収部材（２０，２０’）の少なくとも１つは、前記レール部材のフロントエンドに設けられている請求項１０ないし１２の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
14. 前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）は、繊維強化プラスチックからなる少なくも１つの第２のエネルギー吸収部材（２１，２１’）を含み、
    前記少なくも１つの第２のエネルギー吸収部材（２１，２１’）は、臨界衝撃力の超過に反応するように設計されており、
    前記少なくも１つの第２のエネルギー吸収部材（２１，２１’）は、衝撃力の伝達中に生じた衝撃エネルギーであってその内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、その繊維構造の少なくとも一部の非延性破壊によって吸収するように設計されており、
    前記少なくも１つの第２のエネルギー吸収部材（２１，２１’）は、前記車両フロントエンドモジュールのフロントエンドに対向する前記２つのＡピラー（１０，１０’）の各表面上に設けられている請求項５ないし１３の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
15. 前記エネルギー吸収部材（２０，２０’，２１，２１’）は、好ましくは材料嵌合によって、特に接着剤を用いて、第１の構造部材（１０，１０’，１４）へ固定接続されている請求項１３又は１４に記載の車両フロントエンドモジュール。
16. 繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるアンダーキャリッジ構造体（１６）をさらに含み、
    前記アンダーキャリッジ構造体（１６）は、前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）の少なくとも一部に接続されて、前記車両運転室（１０１）のベースを形成する請求項１ないし１５の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
17. 前記アンダーキャリッジ構造体（１６）は、
    繊維強化プラスチックからなる上方表面部材（１６ａ）と、
    繊維強化プラスチックからなり、前記上方表面部材（１６ａ）から所定距離離間して設けられた下方表面部材１６ｂと、
    繊維強化プラスチックからなり、前記上方表面部材（１６ａ）と前記下方表面部材（１６ｂ）とを互いに固定接続する支柱（１６ｃ）とを含む請求項１６に記載の車両フロントエンドモジュール。
18. 前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）は、予め定められた臨界衝撃力の超過に反応するように設計された繊維強化プラスチックからなる少なくも１つの第３のエネルギー吸収部材（２２，２２’）を含み、
    前記なくも１つの第３のエネルギー吸収部材（２２，２２’）は、前記アンダーキャリッジ構造体（１６）内に設けられ、衝撃力の伝達中に生じた衝撃エネルギーであってその内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、その繊維構造の少なくとも一部の非延性破壊によって吸収するように設計されている請求項１６又は１７に記載の車両フロントエンドモジュール。
19. 軸受ブロック（３１）を介してアンダーキャリッジ構造体（１６）に接合される中央バッファ連結器（３０）をさらに備え、
    前記第２の構造部材（２０，２０’，２１，２１’，２２，２２’，２３，２４，２４’）は、少なくとも１つの第４のエネルギー吸収部材（２３）をさらに含み、
    前記第４のエネルギー吸収部材（２３）は、軸受ブロック（３１）の後方であって、前記アンダーキャリッジ構造体（１６）の内部における衝撃方向に設けられ、臨界衝撃力の超過に反応するように設計されており、
    前記第４のエネルギー吸収部材（２３）は、衝撃力の伝達中に生じた衝撃エネルギーであってその内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を、その繊維構造の少なくとも一部の非延性破壊によって吸収するように設計されている請求項１６ないし１８の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
20. 前記第３又は第４のエネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）は、それぞれ繊維強化プラスチックからなる案内管（６０）と、プランジャー又はラムからなる圧力管（６２）とを含み、
    前記案内管（６０）と前記圧力管（６２）とは相互に作用するように構成されており、
    前記第３又は第４のエネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）の内部に伝搬された衝衝撃力が臨界値を超過すると、前記案内管（６０）と前記圧力管（６２）とは互いの方向に移動すると同時に、前記第３又は第４のエネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）の内部に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収し、
    前記案内管（６０）は、少なくとも１つの繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収部（６１）を含み、前記圧力管（６２）が、前記案内管（６０）に対し相対移動すると、前記エネルギー吸収部（６１）は少なくとも部分的に非延性的に擦り減るように構成されている請求項１８又は１９に記載の車両フロントエンドモジュール。
21. 前記圧力管（６２）は、前記案内管（６０）に対向するフロントエンドが開口された中空体に形成されており、前記圧力管（６２）が、案内管（６０）に対して相対移動するときに生じる繊維強化プラスチックからなるエネルギー吸収部（６１）の破片の少なくとも一部が前記中空体の中に収納されるように構成されている請求項２０に記載の車両フロントエンドモジュール。
22. 前記圧力管（６２）が、前記案内管（６０）に対し相対移動する際に非延性的に擦り減る前記エネルギー吸収部（６１）の長さは、前記圧力管（６２）と前記案内管（６０）との相対移動を確保できる距離に設定されている請求項２０又は２１に記載の車両フロントエンドモジュール。
23. 前記圧力管（６２）における前記案内管（６０）に対向するプランジャー又はラムからなる部分は、前記圧力管（６２）における前記案内管（６０）に対向するプランジャー又はラムからなる部分が前記エネルギー吸収部（６１）のストッパ（６３）に当接するように前記案内管（６０）の中に入れ子式に取り付けられる請求項２０ないし２２の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
24. 少なくとも前記圧力管（６２）のフロントエンドの剛性は、前記エネルギー吸収部（６１）の剛性よりも高い請求項２３に記載の車両フロントエンドモジュール。
25. 前記圧力管（６２）のフロントエンドには、円錐リング（６４）が設けられており、当該円錐リング（６４）は、前記エネルギー吸収部（６１）のストッパ（６３）に当接する請求項２３又は２４に記載の車両フロントエンドモジュール。
26. 前記案内管（６０）の内径は、前記圧力管（６２）の外径よりも大きく、前記圧力管（６２）における前記案内管（６０）に対向する部分を、前記案内管（６０）の中に入れ子式に取り付けることができる請求項２３ないし２５の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
27. 前記案内管（６０）と、前記エネルギー吸収部（６１）とは、繊維強化プラスチックにより一体に形成されている請求項２６に記載の車両フロントエンドモジュール。
28. 繊維強化プラスチックからなる前記エネルギー吸収部（６１）は、前記案内管（６０）の内側に設けられており、前記圧力管（６２）のフロントエンドが当該圧力管（６２）とは反対の方向を向いている前記エネルギー吸収部（６１）のフロントエンドに当接する請求項２６に記載の車両フロントエンドモジュール。
29. 少なくとも１つのガイド面が、前記圧力管（６２）の前記案内管（６０）に対する相対移動を案内するように設けられている請求項１８ないし２８の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
30. 前記案内管（６０）は、完全に繊維強化プラスチックから形成されている請求項１８ないし２９の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
31. 前記圧力管（６２）は、好ましくは繊維強化プラスチックから形成されている請求項１８ないし３０の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
32. 前記エネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）の反応挙動及び／又は当該エネルギー吸収部材（２２，２２’；２３）により吸収される全衝撃エネルギー量は、前記エネルギー吸収部材の壁厚及び／又は鋼性並びにストッパ（６３）の構造上の設計の選択により予め定めることができる請求項１８ないし３１の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
33. 繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるアンダーライドガード又はレールガード（２４）が、前記アンダーキャリッジ構造体（１６）の下側に搭載されており、前記アンダーライドガード又はレールガード（２４）に伝搬された衝撃力が臨界値を超えると、衝撃力の伝達中に生じた衝撃エネルギーの少なくとも一部を、制御された変形によって吸収するように設計される請求項１６ないし３２の何れか１項に記載の車両フロントエンド又はモジュール。
34. 繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるアンダーライドガード又はレールガード（２４）が、少なくとも１つのガイドレール（１７）を介して前記アンダーキャリッジ構造体（１６）の下側に搭載されており、前記アンダーライドガード又はレールガード（２４）に伝搬された衝撃力が臨界値を超えると、前記アンダーライドガード又はレールガード（２４）は、前記アンダーキャリッジ構造体（１６）に対し車両の長手方向に相対変位し、
    さらに繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料からなるエネルギー吸収部材（２５,２５’、２６）を備え、当該エネルギー吸収部材（２５，２５’ ，２６）は、前記アンダーライドガード又はレールガード（２４）が前記アンダーキャリッジ構造体（１６）に対し相対変位すると、前記エネルギー吸収部材（２５，２５’，２６）の繊維複合材又は繊維複合材サンドイッチ材料の少なくとも一部の非延性破壊によって、衝撃力の伝達中に生じ、前記アンダーライドガード又はレールガード（２４）に伝搬された衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収するように設計される請求項１６ないし３２の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
35. 前記第１の構造部材（１０，１０’，１１，１２，１２’，１４，１５，１６）は、好ましくは材料嵌合によって、特に接着剤を用いて、相互に接続されている請求項１ないし３４の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
36. 前記車両フロントエンド構造（１００）の自己支持型ンド構造に少なくとも一部が接続される風除け部材をさらに備え、
    前記風除け部材は、少なくとも１つの内側透明表面部材と少なくとも１つの外側透明表面部材とを備え、当該少なくとも１つの内側透明表面部材と少なくとも１つの外側透明表面部材とは、隙間を形成するように離間して設けられており、
    前記隙間には、透明なエネルギー吸収部材、特に透明なエネルギー吸収発泡部材が設けられており、かつ／又は前記隙間における前記少なくとも１つの内側透明表面部材と少なくとも１つの外側透明表面部材のエッジ部分に前記透明なエネルギー吸収部材、特に透明なエネルギー吸収発泡部材よりも透明度が低い透明なエネルギー吸収部材、特に透明なエネルギー吸収発泡部材が設けられている請求項１ないし３５の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュール。
37. 前記少なくとも１つの内側透明表面部材および／又は少なくとも１つの外側透明表面部材は、それぞれ隙間を形成するように離間して設けられた複数の透明表面部材からなり、
    １つの接続部材、特に透明なエネルギー吸収発泡部材が、前記複数の隙間の各隙間における少なくとも１つのエッジ部分に設けられている請求項３６に記載の車両フロントエンドモジュール。
38. レール走行車両、特に鉄道車両における請求項１ないし３７の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュールの使用。
39. 請求項１ないし３７の何れか１項に記載の車両フロントエンドモジュールを備えたレール走行車両。

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