CN100347008C - 用于汽车的行人能量吸收器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能量吸收器(4)，其对行人的保护和对汽车的保护结合到汽车上的前保险杠系统中，该能量吸收器包括一个整体的结构，该结构包括一由强化的纤维树脂材料模制成的垫，该结构具有一适于在碰撞时变形的可变形的向前的凸起部分(10)，其中所述向前的凸起部分包括多个向前凸起的可变形凸起，每个所述可变形凸起包括一前凸起部分(18)、一变形启动部分(8)和一后凸起部分(20)，所述变形启动部分位于所述前、后凸起部分之间，所述变形启动部分包括大致锥形部分，所述多个可变形凸起在所述能量吸收器的纵向上相互间隔开。该能量吸收器与汽车板(2)和加强梁(6)结合以形成汽车的保险杠系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量吸收器，其将对行人的保护结合到汽车的前保险杠系统中。
背景技术
本申请要求2002年8月23日提出的临时申请系列号为No.60/405793的美国申请的优先权，上述申请的全部内容在此结合作为参考。
将来在日本和欧洲国家的法规中可能对车辆保险杠系统需要一能量吸收设计，以帮助保护行人的腿部免受碰撞。
目前的保险杠碰撞系统采用组装的几个单独的部件。通常，这些部件包括一软的能量吸收器，该吸收器由一刚性的加强梁支持，以满足美国的联邦汽车安全标准FMVSS和欧洲的ECE42碰撞法规。能量吸收器的部件可以是靠近钢或铝制的刚性支撑加强横梁的热塑树脂件或聚丙烯泡沫件。保险杠组件典型地包括一加强梁，其构成为连接到车梁、一能量吸收器，以及一可连接到能量吸收器上的装饰汽车板。汽车板典型地大致包络加强梁和能量吸收器。传统的车辆保险杠和保险杠能量吸收器系统被设计成用来在低速时，大约每小时8.05公里(5mph)的速度下，在车辆与车辆的碰撞或者是车辆与固体构件的碰撞中，保护车辆结构以及可能的车辆乘客。新的法规需要汽车的前端在碰撞过程中有一定程度的行人保护。在这样的事故发生时碰撞能量级别将大大低于传统的8.05km/h(5mph)时的车辆保险杠碰撞。设计的用于8.05km/h(5mph)的车辆保险杠碰撞系统可能会太硬而不能为减轻行人所受伤害提供充足的保护。
美国专利US5,967,592公开了一种复合纤维增强塑料(FPR)保险杠，该保险杠包括与刚性内梁间隔开的能量吸收外壳。能量吸收外壳在低冲击载荷的作用下变形，用作能量吸收器。当承受高冲击载荷时，该外壳抵靠内梁，从而将载荷传递给车辆支架。该外壳不包括多个向前的可变形凸起。
美国专利US6,406,081B1公开了一种用于车辆的能量吸收器，其包括用于也加强梁连接的凸缘和具有多个相互分隔的可变形盒的主体，所述多个可变形盒在遭受冲击时可变形并可进一步塌陷，从而吸收冲击能量。可变形盒不包括前凸起部分、变形启动部分和后凸起部分。
发明内容
根据一个实施例，一细长的碰撞能量吸收器包括一纤维加强材料的模制垫(mat)，该垫具有一向前凸起部分，该部分适合在碰撞时变形，以吸收碰撞过程中产生的力。在一个实施例中，能量吸收器纵向延伸横过车辆的前部。在一个实施例中，向前凸起部分包括用来使所述向前凸起部分至少局部启动压扁的一部分，以吸收碰撞产生的力。能量吸收器由强化树脂材料制成。根据一个实施例，能量吸收系统具有促进加强能量吸收效率的结构。该系统适于并要求只有少量的能量需要被吸收的情况，例如与汽车前端碰撞时在行人保护区域内的情况。
根据一个实施例，一保险杠系统适于减少或者缓和在低速情况下行人受到的伤害，特别是下腿和上腿受到的伤害。该系统包括一加强的保险杠梁、由模制的强化树脂材料制成的能量吸收器以及一包络能量吸收器和梁的汽车板(fascia)。根据该实施例，能量吸收器由压缩的模制纤维复合材料组成，其中采用了热塑树脂。
本发明提供一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，所述能量吸收器包括一个整体的结构，该结构包括一由强化的纤维树脂材料模制成的垫，该结构具有一适于在碰撞时变形的可变形的向前的凸起部分，其中所述向前的凸起部分包括多个向前凸起的可变形凸起，每个所述可变形凸起包括一前凸起部分、一变形启动部分和一后凸起部分，所述变形启动部分位于所述前、后凸起部分之间，所述变形启动部分包括大致锥形部分，所述多个可变形凸起在所述能量吸收器的纵向上相互间隔开。
附图说明
图1是能量吸收系统的分解视图；
图2是能量吸收器的前透视图；
图3是能量吸收器沿着图2中的截面A-A’的横剖视图；
图4是图2中的能量吸收器的部分顶视图。
具体实施方式
图1示出了能量吸收器4的一视图，该能量吸收器与一强化保险杠梁6和一汽车板2结合时，构成用于汽车的能量吸收保险杠系统。该保险杠系统设计成用于与汽车前保险杠碰撞时保护行人，或者用于低速低能量汽车与固体结构碰撞。能量吸收器4带有多个可以变形的凸起10，每个凸起10具有能提供所需功能的几何形状，该功能适用于加强变形性。在碰撞过程中可变形凸起10或凸起10主要提供对行人下腿和/或上腿的保护。在碰撞过程中可变形凸起10变形并吸收能量。可变形凸起10的能量吸收作用适于用来减少碰撞过程中传递到行人腿部的力以及在汽车低速碰撞过程中传递给汽车构件的力。对于具体的汽车，可以通过使用不同密度的材料、不同厚度的材料，和/或部分不同几何形状的能量吸收器来调节能量吸收器对于碰撞的反应，如下所述。根据不同的实施例，能量吸收器结合下述的一个或多个特征：变形启动器，变形凸起，凸起间隔，密度，变形锥体深度(draft)和/或吸收器的高度、宽度和长度。为了调节能量吸收器对于特定碰撞能量级的反应，可以改变上述一个或多个特征。例如，可变形凸起10的高度、宽度、深度和/或长度根据是否设计用于使能量吸收器产生变形的较低的力或是较高的力的几何形状而变化。该几何形状也可以根据空间的限制或客户的风格或提供更高或者更低的包装空间而变化，该几何形状包括可变形锥体深度、变形锥体的启动装置的深度，变形锥体的高度、宽度和/或长度。
按照一个实施例，能量吸收器4由低密度玻璃垫热塑性复合物(GMT)压缩模制而成。一个这样的垫由AZDEL有限公司预制并且以商标为SUPERLITE的垫进行销售。在此使用和定义的密度是每平方米GMT的重量。优选的是，GMT的密度约为每平方米600克(g/m2)至3000克(g/m2)。根据能量吸收器所需的碰撞程度，密度可以小于600g/m2或大于3000g/m2。最好是，最大密度应小于3000g/m2。密度的上限不应太硬，太硬则不能吸收碰撞行人时产生的能量，例如不能减少碰撞时传递到行人的腿或双腿上的力。
制备SUPERLITE垫采用短玻璃纤维、热塑树脂粘合剂和热塑聚合物单层膜或多层膜，例如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚碳酸酯(PC)，PC/PBT混合物，或PC/PET混合物。通常PP、PBT、PET、PC/PET或PC/PBT混合物是首选的热塑树脂材料。为了制造低密度的GMT，将包括其它添加剂的材料计量(可连续计量)放入分散的发泡剂中，该发泡剂容纳在一顶部开口的混合容器中，该容器利用叶轮进行过滤。发泡剂有助于分散玻璃纤维和热塑树脂粘合剂。分散的玻璃和热塑性粘合剂的混合物通过分配歧管泵入一料箱。该料箱位于造纸机的配线部分上方。该发泡剂，而不是玻璃纤维或热塑性粘合剂，随着分散的混合物利用真空度经过一移动的金属丝网筛移出，连续产生均匀的、纤维状湿网(web)。该湿网通过一干燥设备受压以减少其水分含量并且软化热塑树脂粘合剂。当热的湿网从干燥设备中出来时，通过玻璃纤维网、热塑粘合剂和聚合物热塑单层膜或多层膜，经过一系列加热辊筒的辊隙，一种特殊的多层热塑膜被层压入网中。也可以将一PET纤维织品层连接到网的一侧或两侧，以便于处理玻璃纤维加强垫。在该垫的一侧还可以具有粘合层或粘合膜，以助于将其连接到加强梁或任何其他件上。随后将SUPERLITE复合物经过张紧辊，并且被连续地切割(剪)成需要的尺寸。
制成的垫要求是低密度复合物。虽然测量的密度不是真实的密度值，但是它是确定该复合物是否适用于能量吸收器的测量值(如上所述)。如前所述，该“密度”最好从600g/m2到3000g/m2。通常，由传统方法制成的玻璃垫热塑复合物是密度约为5000g/m2或更高的高密度复合物。这样的高密度复合物不适于作为能量吸收器来抑制或者减小行人受到的伤害，因为这样的复合物太硬。
其它的自然纤维或合成纤维，例如聚乙烯对苯二酸纤维、聚酰胺纤维、碳纤维等等，可以用来制造低密度的垫。而且，可以采用各种非结晶或结晶的热塑树脂，例如，聚酯(PET，PBT，PPT)，丙烯腈，HDPE，聚乙烯(PET)，聚丙烯(PP)，聚碳酸酯(PC)或PC/PBT混合物，或PC/PET混合物以及类似的无需改变网的形成过程的热塑聚合物。可以很容易地改变纤维与聚合物的比率，以及网的标准重量，以便于满足成本/性能以及能量吸收的各个需求。
玻璃垫，最好是低密度玻璃垫(GMT)复合物，通过成型技术，例如压模或者利用空气或气体压力作为辅助的热成型技术，形成能量吸收器4。在热成型技术中经常会采用真空，但是在成型操作中也可以利用正压力来实现。在压模成型中，强化的树脂材料被加热到软化温度，典型地，约从500到700。将加热的树脂放在靠近压模底表面处。关闭该压模以压缩垫，直到树脂从压缩的垫或沉积的强化树脂中流出。要求强化树脂材料被加热到软化点。模子通常由具有高导热性的金属例如铝制成。该模子具有加热和冷却系统。典型地用油作为冷却剂。模子可以装备有顶出器以便于将成型的垫从型腔中顶出。一般地，热成型包括同时加热和成型，例如一个薄板，成型至需要的形状。一旦已经获得了需要的形状，成型的物件在其热塑温度以下被冷却，并且从模子中取出。在DuBois和Pribble编著的“塑料成型工程手册”1995年第五版的468页至498页详细地描述了热成型的方法和工具。也可以利用授予Mulcahy等人的美国专利U.S.5,601,679中提出的热成型方法。在热成型法中典型地利用真空辅助装置。可以将薄板放置在真空箱或者带有与真空源相连的开口的模腔上。在加热过程中，薄板开始下陷。典型地，真空箱具有多个位于膜腔中的开口，以便在成型操作过程中将薄板拉伸到模子中。典型地，薄板位于凹形模子上的适当位置并且通过例如红外线加热器被加热。运用真空将薄板层拉伸到顶靠膜腔的位置。该过程可以改变成在薄板层的顶部利用正气压，从底部施加真空度的组合方法以增加模制力。
参见图1，其中示出了车辆前保险杠系统的组成部件的分解视图，该系统包括汽车板2，能量吸收器4和加强的保险杠梁6。在装配时，能量吸收器4被放置在汽车板2和加强的保险杠梁6之间。汽车板2以装配方式包络能量吸收器4和加强的保险杠梁6(未示出)。需要提供将能量吸收器4固定连接到保险杠梁6上的装置，例如螺栓和螺母。汽车板2可以由热塑性材料制成，最好是具有完工表面并且可以利用传统的汽车上漆和/或涂装技术进行涂饰。如上所述，通常汽车板将能量吸收器4和加强的保险杠梁6都包络起来，这样在它们连接到汽车上以后，除了汽车板2以外看不到任何部件。汽车板2可以连接到保险杠梁6和汽车的其它部件上。
如图2所示，能量吸收器4具有一个朝向后面的凸缘或支撑14，用于将其安装到保险杠梁6上。在凸缘14上设有孔16，用于插入紧固件，例如螺栓(未示出)，以便将能量吸收器4固定安装到保险杠梁6上。多个可变形凸起10从凸缘14向外伸出并且沿着能量吸收器4纵向相互间隔。图4用附图标记12示出了各可变形凸起10之间的间隔。如图4所示，可变形凸起10以等间距12相互间隔。间距12大于单个凸起10的宽度，这样，在相邻的凸起10之间形成一个间隔。图4示出了在各可变形的凸起10之间具有大致相同的间距12的能量吸收器4的实施例。可以想到可采用其他间隔。更小的间隔和更多数量的凸起10是可改变的，以用来增加碰撞阻力。如图3和5所示，每个可变形凸起10包括一后凸起部分18和一前凸起部分20，一变形启动部分8位于前后凸起部分18，20之间。一变形启动部分8最好具有逐渐变细或锥体的形状，并且与前后凸起部分18，20连接。一个或者另一个后凸起部分18或前凸起部分20具有更大的横截面积。如图2所示，前凸起部分20具有比后凸起部分18更小的横截面积，这样，前凸起部分20趋于可能压入后凸起部分18。前凸起部分20终止于凸起前壁19处，该前壁与凸缘14的表面平行并相互间隔。凸起前壁沿着能量吸收器4的纵向延伸。能量吸收器4的前表面适于同汽车板相接触并且在汽车板朝能量吸收器4移动时发生变形，并且分散保险杠系统与一物体发生碰撞所产生的力。
图3是沿着图2中的A-A’截面的视图，其示出了能量吸收器4通过能量吸收器4的凸缘14上的孔(未示出)连接到加强的保险杠梁6以及变形启动部分8。图2和3中所示的凸缘14是能量吸收器4的一体部分。如图3所示，该横截面示出了一个实施例，其中一个凸起10的上部与凸起10的底部由分别在横向沿着能量吸收器的纵轴线延伸的上壁和下壁24，26相分离。上壁和下壁24，26分别与相邻的凸起10相连接。如图3所示，上下壁形成一个槽28，其延伸经过凸起10。可变形凸起10相互积成为一体，这样各个凸起在发生碰撞时同时作用并变形。引起一个凸起10变形的力通过上下壁24，26传递到相邻的凸起10。
图4是能量吸收器4的顶视图，其示出了凸缘14，变形启动部分8，以及带有变形启动部分8的变形凸起锥体10和变形凸起锥体10之间的间隔12。
虽然变形凸起锥体具有锥形的结构，但是它们最好具有深度35或如图中所示从凸缘向能量吸收器的碰撞前部向前伸出的距离。该深度还有助于首先将冲击力快速传递到每个可变形凸起10的变形启动部分8，从而有助于减少作用在行人身上的冲击力。换句话说，提供变形启动部分8和可变形凸起10以便有效地吸收碰撞时的能量，进而减小碰撞时传递到行人腿部的力。通过使用不同密度的GMT材料和/或通过改变能量吸收器的形状，变形凸起锥体的角度，变形凸起锥体的间隔和/或如上所述的能量吸收器的高度、宽度和长度，可以调节具体车辆的能量吸收器。为了调节能量吸收器对于特定的碰撞能量级别的反应，这些方面都可以改变。
虽然所公开的本发明的优选实施例是经过精心设计以满足所述目的，但是应当理解，在不脱离依据所附的权利要求所限定的发明的构思和范围，可对本发明进行改型、变化和修改。
Claims (9)
1、一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，所述能量吸收器包括一个整体的结构，该结构包括一由强化的纤维树脂材料模制成的垫，该结构具有一适于在碰撞时变形的可变形的向前的凸起部分，其中所述向前的凸起部分包括多个向前凸起的可变形凸起，每个所述可变形凸起包括一前凸起部分、一变形启动部分和一后凸起部分，所述变形启动部分位于所述前、后凸起部分之间，所述变形启动部分包括大致锥形部分，所述多个可变形凸起在所述能量吸收器的纵向上相互间隔开。
2、如权利要求1所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述能量吸收器具有细长的形状，并且适于安装到汽车的前端，以便于横过汽车的宽度纵向延伸。
3、如权利要求2所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述能量吸收器适于对行人的腿部进行保护并且具有变形方式。
4、如权利要求2所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述能量吸收器适于减少作用在行人腿部的碰撞力。
5、如权利要求2所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述能量吸收器适于以小于或等于8.05km/h的低速度行驶的汽车发生碰撞时吸收能量。
6、如权利要求2所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述能量吸收器主要由热成型或压缩模制的材料制成的一单独的整体单元构成。
7、如权利要求6所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述能量吸收器包括一用于所述可变形凸起的支撑部分，所述支撑部分适于连接到保险杠梁上。
8、如权利要求7所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中所述多个可变形凸起从支撑部分向外延伸，每个所述凸起具有一面朝前的前壁，至少一对相邻的凸起具有相互连接的前壁。
9、如权利要求8所述的一种适于连接到汽车上用以吸收由碰撞所产生的力的能量吸收器，其中每个所述变形启动部分包括所述可变形凸起的一部分，所述可变形凸起的一部分具有与所述可变形凸起的另一部分不同的横截面积。
Applications Claiming Priority (3)
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