CN100478221C - 带有溃压箱的吸能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机动车的保险杠组件(20)。在一种示例性的实施方式中，保险杠组件包括一保险梁(24)、以及一注塑成型的吸能器(22)，吸能器被固定到保险梁上。吸能器包括至少一个溃压箱(62)。保险杠组件还包括一外饰板(26)，其用于遮盖住保险梁和吸能器。

Description

带有溃压箱的吸能器

技术领域

本发明总体上涉及缓冲器，更具体地说，本发明涉及可吸收能量的车辆缓冲系统。

背景技术

通常，缓冲器沿车辆的宽度方向设置在其前部和后部，并被安装到沿纵向延伸的车梁上。缓冲器吸能系统在不超过车辆纵梁载荷限度的前提下对冲击能量和冲击侵入度进行控制，以此来减轻车辆由于受撞击作用而产生的损坏。吸能器的效率被定义为其在吸能距离范围内所吸收的能量。高效的吸能器与低效率的吸能器相比，能用较短的距离吸收更多的能量。通过将负载迅速提高到低于纵梁的载荷限度，并一直保持该负载水平直到冲击能量被完全耗散为止，就可达到高的效率。

增大吸能器的刚度一般能提高吸能器的吸能效率，原因在于刚性大的吸能器比刚度小的吸能器加载快。此外，刚性大的吸能器受冲击而产生的向内突侵量一般要小于低刚度吸能器的突侵量。但是，增大吸能器的刚度会使缓冲系统的重量有不利的增大。具体来说，刚度更大的吸能器一般要重于低刚度的吸能器。

某些现有的缓冲吸能系统采用了泡沫树脂，例如在第4762353号和第4941701号美国专利文件中就公开了这样的缓冲吸能系统。基于泡沫材料的缓冲系统在发生碰撞时的加载速度很慢，这将导致缓冲位移量很大。另外，泡沫体所具有的有效压缩量为百分之六十到七十，超过该临界点后，泡沫就变成不可压缩的了，因而不能完全地吸收冲击能量。剩余的冲击能则就需要通过支撑梁和/或车体结构的变形来吸收。另外，泡沫体对温度也是敏感的，因而，缓冲系统的位移特性和冲击吸收性能会随温度改变而出现显著的变化。通常随着温度的降低，泡沫体的刚性变大，从而使负载增大。与此相反，随着温度的升高，泡沫体变得更易变形，由此使位移增大，并可能造成车辆的损坏。

还有一些已有的缓冲系统带有一些溃压箱(crash can)。溃压箱是被单独制出的，且被对准车辆纵梁直接连接到保险杠上。在撞击过程一例如偏斜碰撞的过程中，溃压箱能吸收能量，并有助于防止对保险杠的损坏。但是，单独制造溃压箱、并将其连接到保险杠上的生产过程会增大保险杠组件的成本和复杂性。

发明内容

一个方面，本申请提供了一种用于机动车的保险杠组件。该保险杠组件包括一保险梁和一注塑成型的吸能器，吸能器被固定到保险梁(beam)上。吸能器包括至少一个溃压箱。保险杠组件还包括一外饰板，其用于遮盖住保险梁和吸能器。

另一方面，本申请提供了一种用于保险杠组件的吸能器。该吸能器包括一构架、以及从该构架延伸出的一个梁体。所述梁体包括一第一横向壁；一与第一横向壁分离开的第二横向壁；以及至少一个溃压箱，该溃压箱位于第一横向壁与第二横向壁之间。

附图说明

图1是一种现有吸能器的剖视图，其处于碰撞前的状态；

图2表示处于碰撞后状态的现有吸能器的剖视图；

图3是分解透视图，表示保险杠组件的一实施例，该保险杠组件包括一保险梁和一注塑成型的吸能器；

图4是图3所示保险杠组件的部分透视图；

图5是图3所示保险杠组件的剖视图；

图6是一吸能器的透视图，图中带有几个放大的局部透视图，表示了窗孔几种可选的构造形式；

图7表示保险杠组件的一个部分的透视图，该部分包括一卡扣安装的溃压箱；以及

图8是图7所示保险杠组件的剖视图。

具体实施方式

下文将对一带有溃压箱的非泡沫型吸能器的缓冲系统作详细的描述。溃压箱有时也被描述为与吸能器是一体的。本文中所用的“一体的”一词是指溃压箱被制成吸能器的一个组成部件，而非一个与吸能器独立的部件，这就使得吸能器的结构为单体件的形式。尽管溃压箱也可被制为独立于吸能器的部件，但如下文将详细描述的那样，单体件形式的整体化吸能器将有助于对其的制造、以及有助于将该吸能器组装到保险杠纵梁上。

在缓冲系统上结合一带有溃压箱的非泡沫型吸能器，将使得缓冲系统在发生碰撞时能实现快速加载、并能有效地吸收能量。具体来讲，借助于吸能器和保险梁的变形，在低速碰撞和高速碰撞过程中所产生的撞击力都能保持在恰好低于一预定数值的水平上，直到将撞击事件的动能全部吸收为止。当低速碰撞结束时，吸能器基本上能复原到其原始形状，并保持足够的完整性，以承受随后的撞击。

另外，认为将热塑料吸能器的有效吸能特性与一体化溃压箱相结合，能使冲击缓冲性能优于带泡沫吸能器的普通的金属保险杠。此外，认为集成有溃压箱的热塑料保险杠的冲击吸收效能，高于带有热塑料吸能器、但该吸能器不带有溃压箱的钢制保险杠。

在发生与人体下肢的碰撞时，该吸能器也能实现高效的能量吸收。具体来说，在碰撞过程中(例如40Km/hr速度的撞击)，通过使吸能器以可控的方式变形，可以将冲击力和撞击物几何形状的变化保持在预定的水平内。一旦碰撞结束后，吸能器基本上复原到其初始形状，并保持足够的完整性，以承受随后的碰撞。这样的结构设计对行人的下肢具有撞击保护的作用。

另外，相比于普通的泡沫型缓冲系统，该吸能器可被包封在很小的空间内。因而，汽车设计人员对保险杠的造型具有更大的设计自由度，同时还能达到行人碰撞的要求。另外，由于可使用热塑性工程塑料一体和单体注塑成型地制出该吸能系统，所以易于循环利用该吸能系统。相比于泡沫型吸能系统，该缓冲系统还具有这样的优点：其对温度的变化具有更大的稳定性。另外，不论碰撞是在什么方向上发生的，该吸能器的加载响应都是平缓而可预测的。

尽管下文将参照特定的材料(例如

材料[可从麻萨诸塞州匹兹菲尔德市的通用电气公司购得的])对该缓冲系统进行描述，但该系统的实施材料并不仅限于这些具体的材料，还可以使用其它的材料。另外，其中的保险梁也并不一定必须是钢制的，也可以通过其它的材料和制造工艺来生产该保险梁。通常，对吸能器材料的选择是要保证吸能效能，而对保险梁材料和制造工艺的选择则是为了使其具有一定的刚度。

下面具体参见附图，图1和图2中的剖视图表示了现有技术中一种与加强梁12配套使用的吸能器10。吸能器10包括一上凸缘14和一下凸缘16，在安装完毕之后，它们叠压在加强梁12的一部分上。如图2所示，由于吸能器10面对着来自于碰撞过程的吸收和耗散冲击能，所以趋于发生弯折。

图3是对一保险杠系统20的实施方式所作的分解透视图。系统20包括一吸能器22和一保险梁24。吸能器22被布置在保险梁24和一外饰板26之间，这些部件在组装完成之后就构成了一车辆保险杠。如本领域技术人员所能理解的那样：保险梁24被连接到一纵向延伸的车架大梁(图中未示出)。

外饰板26是用热塑性材料制成的，该材料能兼容那些采用常规车辆喷漆和/或涂覆工艺的后期精处理。外饰板26包罩着吸能器22和保险梁24，使得这两个部件在被安装到车辆上之后就无法看到了。

在图示的实施方式中，保险梁24是钢制的，且其横截面为矩形形状。如下文将要详细描述的那样，保险24是中空的-即保险梁24中延伸有一通道28，并具有用于将保险梁24固定到车架纵梁上的开孔30。对于特定用途的保险杠，保险梁24也可以是非钢制的，例如也可以用玻璃纤维毡热塑性塑料(GMT)或其它塑性材料来制造。

吸能器22包括一构架50，其具有沿纵向延伸的第一凸缘52和第二凸缘54，它们叠压保险梁24。吸能器22还包括一个从构架50延伸出的梁体56，梁体56包括一第一横向壁58和一第二横向壁60，在第一、第二横向壁之间延伸着多个可调的溃压箱62。横向壁58，60是波纹状的，这两块波纹壁具有交替布置的隆起区域64和凹陷区域66，这将使得横向壁58、60的刚度增大，从而在碰撞时能抵抗挠曲。可根据需要改变波纹板的宽度尺寸和高度尺寸，以此来实现不同的刚度特性。溃压箱62包括侧壁68、外壁70、以及一个延伸到内侧构架50的开孔72。

除了溃压箱之外，在横向壁58和60之间还设置了溃压箱74，它们被布置成与车辆的纵梁对正(轴向对正)。在图示的实施方式中，溃压箱74包括蜂窝状的构件76和延伸向构架50的开孔区域78。

参见图4(该附图是保险杠组件20一个部分的透视图)，溃压箱74与车辆的纵梁80对正，且位于溃压箱62之间。溃压箱62可根据车辆的冲击能要求而采用不同的几何形状。图示的溃压箱62总体上为三维的I字型，其具有一靠近第一横向壁58的上翼部82和一靠近第二横向壁60的下翼部84。

溃压箱74也可根据车辆的冲击能要求而采用不同的几何形状。图中例示的溃压箱74总体上为方形结构，且其中带有蜂窝状的构件76。在偏斜碰撞的过程中-即碰撞只涉及保险杠组件20一个部分的情况下，溃压箱74能促进对能量的吸收。溃压箱74的刚性是可调的，以便于满足所需的冲击载荷/挠曲指标。也就是说，可根据任何给定的应用条件而对溃压箱62进行改型，以便于使其满足预定的指标要求。例如，可根据具体的应用而选择壁板之间的间距和蜂窝构件76的尺寸。

还可通过改变壁板厚度来使溃压箱74对具体的应用条件具有可调性。例如，壁板的标定厚度可以在约1.75mm到约3.0mm的宽泛区间内变动。更具体来说，对于某些小冲击的应用环境，壁板的额定厚度通常是在约1.75mm到约2.0mm的区间内，而对于其它的应用环境，壁厚更为可能的区间是约2.5mm到3.0mm。

在发生碰撞事件时，吸能器22的溃压箱62能促进吸能器的稳定。在这一点上，溃压箱62是按照美国联邦机动车安全标准(FMVSS)和加拿大机动车安全标准(CMVSS)的挡墙撞击和摆锤撞击试验中的轴向挤压模式而设置的。溃压箱74的刚性具有可调性，以便于满足所需的冲击载荷/挠曲规范。也就是说，可根据任何给定的应用条件而对溃压箱62进行改型，以便于使其满足预定的指标要求。例如，溃压箱62可具有多个窗孔86。可根据具体的应用而将窗孔86设计为多种不同形状。

可通过改变侧壁和后壁的厚度来使溃压箱62对具体的应用条件具有可调性。例如，侧壁和外壁的标定厚度可以在约1.75mm到约3.0mm的宽泛区间内变动。更具体而言，对于某些小冲击的应用环境，壁板的额定厚度通常是在约1.75mm到约2.0mm的区间内，而对于其它的应用场合-尤其是对于FMVSS或CMVSS标准中的5mph(英里/小时)撞击系统，侧壁厚度和后壁厚度更可能的区间是约2.5mm到3.0mm。

对吸能器22作适当调整的另一方面是选择所能采用的热塑性树脂。所采用的树脂可根据需要而选择低弹性模量、中等弹性模量或高模量材料。通过认真地考虑上述的各个变量，就可以制出符合所需冲击能目标的吸能器。

更具体来说，用于制造吸能器22的材料的特性包括：高韧性/展延性、热稳定性、高吸能容量、良好的模量/延伸率比、以及可回收性。尽管吸能器可分段模制，但吸能器也可由坚韧的塑料材料制成整体结构。如上文提到的那样，用于制造吸能器的一种示例性材料是Xenoy材料。当然，也可采用其它的热塑性工程树脂材料。典型的热塑性工程树脂材料包括(但并不仅限于此)：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、聚碳酸酯/ABS混料、聚碳酸酯-聚酯的共聚物、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、丙烯腈-(二胺改性的乙烯-聚丙烯)-苯乙烯(AES)、苯乙醚树脂、苯乙醚/聚酰胺混料(通用电气公司出品的NORYL

)、聚碳酸酯/PET/PBT混料、聚对苯二甲酸丁二酯及其耐冲击改性物(通用电气公司出品的树脂)、聚酰胺、硫化苯树脂、聚氯乙烯PVC、耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)、低/高密度聚乙烯(l/hdpe)、聚丙烯(pp)、以及热塑性烯烃(tpo)。

图5中的剖视图表示了固定到纵梁80上的保险杠组件20。如图5所示，螺栓100穿过一安装板102上的开孔、保险梁24上的开孔30、以及吸能器22上的开孔，其中的安装板102被焊接到纵梁80上。因而，带有整体式溃压箱74的保险杠组件20能容易而方便地固定到纵梁80上，无需另外再对准和连接溃压箱74。

图6是吸能器22部分透视图，图中几个放大的局部透视图表示窗孔几种可选的构造形式。如图6所示，整体模制的连接构件110在第一、第二横向壁58和60之间垂直延伸。连接构件110可以为垂直延伸的立柱形式，或者可以是一个既具有垂直延伸立柱、又具有水平延伸立柱的十字形构件。不论连接构件110的构造是怎样，沿垂直延伸立柱的内侧壁，该构件平均宽度对高度的最小比值应为1∶5，其中的高度是第一横向壁58与第二横向壁60之间测得的距离。如果连接构件110带有窗孔86，则宽度/高度比为1∶3。

如图6所示，对于溃压箱62的可调性，可将窗孔86设计为如图中120、122、124、126所示的不同尺寸的方形和矩形孔、以及图中128所示的泪滴形(tear drop)，以便于使溃压箱具有理想的刚度，但窗孔86的设计形式并不仅限于上述的形状。为了形成窗孔，普通的塑模应具有约5°的开孔起模斜角，以便于获得合适的生产条件。

如上文已介绍的那样，在连接到刚硬保险梁上的、且由热塑性材料注塑成型制出的吸能器上，设置整体化的溃压箱可提高对能量的吸收效率。冲击性能的提高就意味着低速情况下“翼子板折弯”类事故的修理费用降低，并能减小车辆在发生高速碰撞时的损坏。另外，由于未采用泡沫材料，所以可以相信在温度发生变化时，冲击性能可更好地保持稳定。

还可考虑不将溃压箱与热塑性的吸能器制为一体，而是独立于吸能器单独地制出溃压箱，并例如采用压装或卡扣安装、焊接的方法将其连接到吸能器上，或者将其连接到缓冲器纵梁上。分开制造吸能器和溃压箱的优点在于：便于采用与吸能器材质不同的材料来制造溃压箱。当然，也可采用不同于压装或扣卡的各种连接工艺(例如螺栓)来将溃压箱固定到吸能器或纵梁上。

例如，参见图7和图8，这两个附图分别为带有卡扣式溃压箱152的保险杠组件150的部分透视图、以及保险杠组件150的剖视图，图7、8中那些与图4中部件完全相同的部件将由与图4相同的标号指示。如图7和图8所示，一蜂窝状构件154(即溃压箱154)包括一凸缘156和一个与凸缘156分离开的卡扣158。吸能器22还包括一壁板160，其带有一通穿的开孔162，开孔162的尺寸被设计成能允许构件152部分地插穿过去。溃压箱152被插入到开孔162中，直到使凸缘156抵接着壁板160为止。卡扣158卡到壁板160上，从而将壁板160卡在了卡扣158和凸缘156之间。

当然也可以采用其它的连接工艺来将溃压箱连接到吸能器上。例如，可利用压装或振动焊的方法将溃压箱安装到吸能器上。图7和图8只是示例性地表示了如何将分开制造的溃压箱固定到吸能器上的一种方案。

将可调的溃压箱结合到吸能器上能使加载过程快速高效、且能使碰撞事件可控。认为吸能效率的提高将有助于减小车辆保险杠的移位，且不会加大传递给车体结构的载荷。

尽管上文针对各种特定的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员可以认识到，在权利要求书所限定的设计思想和保护范围内，可对本发明作多种形式的改动。

Claims (27)

1、一种保险杠组件(20)，其包括：

一保险梁(24)；

一注塑成型的吸能器(22)，其被固定到所述保险梁上，所述吸能器包括：

至少一个溃压箱(74)，每个所述溃压箱包括蜂窝状构件和开孔区域；

一带有凸缘的构架，其用于连接到所述保险梁上；以及

一从所述构架延伸出的梁体，所述梁体包括一第一横向壁、以及与所述第一横向壁分开的一第二横向壁；以及

一外饰板(26)，其用于遮盖住所述保险梁和所述吸能器的至少一个部分。

2、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，其中所述保险梁(24)至少是由钢材和热塑性塑料二者之一制出的。

3、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，且特征还在于：所述吸能器(22)包括一纵长的单体式热塑料构件，其适于被连接到车辆上，所述溃压箱(74)与所述吸能器结合为一体。

4、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，其中所述溃压箱(74)被连接到所述吸能器(22)上。

5、根据权利要求4所述的保险杠组件(20)，其中所述吸能器(22)包括一第一溃压箱(74)，其位于所述第一、第二横向壁(58、60)之间，且与车辆的第一纵梁(80)对正。

6、根据权利要求5所述的保险杠组件(20)，其中所述吸能器(22)包括一第二溃压箱(74)，其位于所述第一、第二横向壁(58、60)之间，且与车辆的第二纵梁(80)对正。

7、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，其中所述第一、第二横向壁(58、60)是波纹壁。

8、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，其中所述吸能器(22)包括至少一个溃压箱(62)，其位于所述第一、第二横向壁(58、60)之间。

9、根据权利要求8所述的保险杠组件(20)，其中多个溃压箱(62)沿着所述梁体(56)分散地排布，且在各溃压箱之间设置有开孔区域(72)。

10、根据权利要求8所述的保险杠组件(20)，其中所述溃压箱(62)总体上为三维的I字形，且所述溃压箱包括至少一个窗孔(86)。

11、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，其中所述溃压箱(74)包括一蜂窝状构件(76)。

12、根据权利要求1所述的保险杠组件(20)，其中所述吸能器(22)被构造成，当以低于预定值的速度与行人下肢相撞时，可将冲击力保持在一预定的水平之下。

13、一种吸能器(22)，其包括：

一构架(50)；

从所述构架延伸出的一个梁体(56)，所述梁体包括一第一横向壁(58)、以及一个与所述第一横向壁分离开的第二横向壁(60)；以及

至少一个溃压箱(74)，该溃压箱位于所述第一横向壁与所述第二横向壁之间，每个所述溃压箱包括蜂窝状构件和开孔区域。

14、根据权利要求13所述的吸能器(22)，其中所述构架、梁体(56)和所述溃压箱(74)都是注塑成型的。

15、根据权利要求13所述的吸能器(22)，其中所述溃压箱(74)与所述构架(50)和所述梁体(56)是一体的。

16、根据权利要求13所述的吸能器，其中吸能器包括一第一溃压箱，其位于所述第一、第二横向壁之间，且被设置成与车辆的第一纵梁对正；所述吸能器还包括一第二溃压箱，其位于所述第一、第二横向壁之间，且被设置成与车辆的第一纵梁对正；所述第一、第二横向壁是波纹壁。

17、根据权利要求13所述的吸能器，其中所述吸能器包括至少一个溃压箱，其位于所述第一、第二横向壁之间。

18、根据权利要求13所述的吸能器，其中多个溃压箱沿着所述梁体相隔排布，且在各溃压箱之间设置有开孔区域。

19、根据权利要求13所述的吸能器，其中所述溃压箱包括一蜂窝状构件。

20、根据权利要求13所述的吸能器，其中所述溃压箱被连接到所述构架与所述梁体二者中的至少之一上。

21、根据权利要求13所述的吸能器，其中所述吸能器被构造成，当以低于预定值的速度与行人下肢相撞时，可将冲击力保持在一预定的水平之下。

22、一种保险杠组件，其包括一吸能器，所述吸能器包括包括一纵长的单体式热塑料构件，其适于被连接到车辆上，以及至少一个溃压箱，每个所述溃压箱包括蜂窝状构件和开孔区域。

23、根据权利要求22所述的保险杠组件，其还包括一保险梁，所述吸能器被固定到所述保险梁上；以及一外饰板，其用于遮盖住所述保险梁和所述吸能器的至少一个部分。

24、根据权利要求22所述的保险杠组件，其中所述溃压箱与所述吸能器是一体的。

25、根据权利要求22所述的保险杠组件，其中所述溃压箱被连接到所述吸能器上。

26、根据权利要求25所述的保险杠组件，其中所述溃压箱通过卡扣安装、压装、以及焊接中的至少一种工艺连接到所述吸能器上。

27、根据权利要求22所述的保险杠组件，其中所述吸能器被构造成，当以低于预定值的速度与行人下肢相撞时，可将冲击力保持在一预定的水平之下。

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