CN101084140B - 用于行人碰撞的具有热成形能量吸收器的保险杠 - Google Patents

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Abstract

车辆保险杠系统，所述系统包括横梁和设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器。所述热成形能量吸收器具有多个伸长的从基部凸缘热成形而成的压溃盒。靠近横梁中心的压溃盒大约为76.2mm(三英寸)深，因此具有当在热成形时拉伸的侧壁，而靠近所述横梁端部的压溃盒较短，因此不那样薄。因此，所述中心区域具有较软的冲击，以便在冲击时减少对行人的伤害。

Description

用于行人碰撞的具有热成形能量吸收器的保险杠
相关专利申请的交叉引用
本申请要求以2004年12月13日递交的、名称为用于行人碰撞的具有热成形能量吸收器的保险杠的临时申请No.60/635,655为基础的优先权，该申请所公开的全部的内容在本文中作为参考引入。
技术领域
本发明涉及车辆保险杠系统，所述保险杠系统设置用来在冲击时减少对行人的伤害。
背景技术
现代的保险杠系统被设计用来在给定的行程上吸收最多的冲击能量。同时，它们被设计用来使载荷峰值最小化，并且分布能量，以便在车辆冲撞时促进均匀的和可以预测的压扁。对于能量吸收而言，每毫米的空间均非常重要，甚至是10毫米或者更小的空间。此外，能量吸收系统中的各单独部件必须与其它的能量吸收部件很好地结合，例如金属的管状横梁和非管状槽、注射成型的″蜂窝″状能量吸收器、泡沫″块″能量吸收器、液力减震器、压溃塔(crush towers)和支架，以及它们的各种组合。同时，必须保持轻的重量。此外，理想的是保持能够在选定的冲击区域(例如在车辆拐角或者中心撞击区，例如行人撞击区)定制能量吸收的能力。同时，保险杠系统的所有组件必须是柔性的，并且能够与车辆前端的空气动力学的流线型曲率相配。
值得注意的是，在现代的客车的外部保险杠系统上，热成形部件尚未太多使用，这是因为能量吸收器通常是注射成型的相对较深的部件(例如大约40毫米或者更深)并且包括相当大的壁厚(例如3毫米或者更厚)，以便于在冲击过程中提供良好的碰撞行程和能量吸收。此外，大多数由固态聚合物注射成型的能量吸收器是相对较复杂的部件，其带有底切面、变化的壁厚以及不同的壁间隔，以便在能量吸收器的不同区域中提供最佳的能量吸收。这一点与热成形部件是完全相反的，热成形部件通常局限于较短的深度、相对较薄的壁厚并且没有底切面/暗面。因此，多年来，客车的原始设备制造商一直避免使用热成形部件，尽管热成形模具通常成本较低、需要较短的前期准备、提供更快的循环时间、具有较低的热能消耗、产生较少的废品以及过程更为环保。在保险杠设计领域的技术人员显然没有完全认识到，当与其他能量吸收系统和部件结合起来时，热成形部件可以提供预料不到的额外的好处。
因此，期望提供一种具有上述的优点并且能解决前述问题的系统。
发明内容
依照本发明的一方面，用于车辆的保险杠系统包括横梁和设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器。所述热成形能量吸收器具有基部凸缘和多个间隔开的从基部凸缘热成形而成的压溃盒。一部分压溃盒靠近所述横梁的中心并设计成用于中心冲击，而其他的压溃盒靠近所述横梁的端部并具有设计用于拐角冲击的不同形状。每个压溃盒包括与所述基部凸缘间隔的前部区段，还包括从所述前部区段延伸到所述基部凸缘的顶壁、底壁和前后延伸的侧壁。所述壁具有减薄的壁厚，因为当热成形时被拉伸了，其中至少一部分所述壁具有的壁厚度小于所述基部凸缘厚度的一半。
依照本发明的另一方面，用于车辆的保险杠系统包括横梁和设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器。所述热成形能量吸收器具有基部凸缘和多个间隔开的从基部凸缘热成形而成的压溃盒。每个所述压溃盒包括与所述基部凸缘间隔的前部区段，还包括从所述前部区段延伸到所述基部凸缘的顶壁、底壁和前后延伸的侧壁。一部分压溃盒纵向地伸长至长度至少是所述压溃盒竖直尺寸的三倍。其中，靠近横梁中心的所述压溃盒具有在前后延伸侧壁上的前部部分，所述前部部分的厚度小于所述基部凸缘厚度的大约一半，以及靠近横梁端部的所述压溃盒具有前部，所述前部的横截面比靠近中心的所述压溃盒的前部部分的横截面更厚，以致于所述中心区域具有较软的冲击，以便在冲击时减少对行人的伤害。
依照本发明的又一个方面，用于车辆的保险杠系统包括横梁和设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器。所述热成形能量吸收器具有基部凸缘和多个间隔开的从基部凸缘热成形而成的压溃盒。所述压溃盒纵向地伸长至至少是宽度的三倍。一部分压溃盒靠近所述横梁的中心并且在高度上以第一距离在所述横梁的前方延伸，而一部分压溃盒靠近所述横梁的端部并在高度上以第二距离在所述横梁的前方延伸，所述第一距离至少是第二距离的两倍。每个所述压溃盒包括与所述基部凸缘间隔的前部区段，还包括从所述前部区段延伸到所述基部凸缘的顶壁、底壁和前后延伸的侧壁。所述侧壁具有不恒定的厚度并且是锥形的形状，因为当热成形时被拉伸了。靠近横梁中心的在高度上为第一距离的所述压溃盒具有前后延伸壁的前部部分，所述前部部分的厚度小于所述基部凸缘厚度的大约一半。靠近横梁端部的在高度上为第二距离的所述压溃盒具有的横截面比靠近中心的所述压溃盒的横截面更厚，以致于所述中心区域具有较软的冲击，以便减少在冲击中对行人的伤害。
对于本领域的技术人员而言，通过研读下面的说明书、权利要求和附图，本发明上述和其他的方面、目的和特征将会变得更加明了。
附图说明
图1显示了车辆前端撞击行人的立体图，所述前端包括有本发明所述的保险杠系统；
图1A是与图1类似的立体图，但是仅仅显示了行人的一条腿，并且从车辆上除去了面板以更好地显示所述保险杠系统；
图2是图1A中的保险杠系统的立体图；
图3是图2中的热成形能量吸收器的立体图；以及图3A是沿图3中的线III-III垂直截取的横截面图；
图4-7是沿图1中的保险杠系统所取的横截面，这些图显示了撞击行人腿时的情形和所述撞击的一系列的过程；
图8是更改的保险杠系统的立体图，包括由更改为具有较深的中心部分和较浅的端部部分的能量吸收器；
图9是图8中的保险杠横梁和能量吸收器的立体图；以及图10是与图9类似的立体图，但是其中所述能量吸收器是分解的；
图11-12显示了热成形能量吸收器的压扁，并且图13-14显示泡沫能量吸收器的压扁；以及
图15显示了示例性的热成形能量吸收器，所述能量吸收器包括各种可被改变以便控制或者影响撞击时能量吸收和能量管理的参数。
图16-19是涉及小腿撞击的曲线图；
图20表示设计实验方法；以及
图21-22显示了在能量吸收器设计中的变量。
具体实施方式
车辆保险杠系统20(图1)是构造用来提供改进措施，以将由于撞击而产生的对行人的伤害减少，例如，对行人的腿21的伤害，尤其是对他或她的膝盖22的伤害。保险杠系统20包括横梁23和设置在横梁23正面上的热成形能量吸收器24。横梁23通过支座25安装在车辆框架上，并且横梁23和能量吸收器24构造用来支撑面板26，所述面板26覆盖所述车辆的前端以美化外观。
热成形能量吸收器24由薄板材料构成，例如可热成形的聚烯烃。吸收器24具有多个拉深的纵向伸长的压溃盒30，压溃盒30由基部凸缘32热成形形成。压溃盒30大约为76.2mm(三英寸)深，因此具有当热成形时被拉伸的侧壁。因此，如图4-5所示，中心区域具有相对较软的冲击，从而在意外事故中能减少对行人的伤害。在更进一步的撞击中，压溃盒30向下(或者向上)弯曲和压溃，倾向于使行人的腿在最小阻力的方向甩开。例如：如图7所示的例子，行人的躯干促使腿旋转，从而行人上身倒在车辆的发动机罩上。但是，现有的系统允许行人的腿在任何最小阻力的方向移动，并且能以平行四边形的运动方式弯曲以便将能量从水平方向朝向横向、上方或者下方传递。
能量吸收器24(图3-3A)具有沿着它的长度方向的成排的盒形的压溃盒30，在高度方向为两个，沿着它的长度方向为十个。每个压溃盒30从基部凸缘32形成，并且具有从前部区段或者前壁37延伸到基部凸缘32的顶壁33、底壁34和前后延伸的侧壁35。由于在热成形时的拉伸，所述壁33-35具有相对于所述基部凸缘32厚度减薄的厚度(参见图3A)。至少一部分所述壁(参见在图3A中的壁35)具有前部部分40，所述前部部分的侧面厚度小于所述基部凸缘32的厚度的一半。例如，当所述基部凸缘32大约为4毫米厚时(所述前壁37具有相近的厚度)，所述侧壁35在所述前部部分40前面位置(即靠近所述前壁37)的厚度大约为1毫米，而在靠近所述基部凸缘32的位置大约是2.5毫米厚。这将导致相对较软的初始冲击，因为所述前壁37的前面位置具有相对较低的强度。图示的壁35具有锥形的形状。可以注意到的是，壁的形状可以受热成形方法的影响。例如，如果需要的话，通过所使用的热成形方法的类型，最薄的区域可以设置成靠近所述基部凸缘。这可以通过使用的模具的类型(凸模、凹模、限制或者无限制的所述基部凸缘的材料流动)和通过使用的材料(例如，材料温度，材料类型和材料固有的流动特性等)来控制。此外，顶壁和底壁33-34包括至少两个沟槽状的波形33′，并且所述侧壁35也包括沟槽状的波形35′，所述波形将增加它们的强度和稳定性。
图示的所述保险杠系统20包括″排障器″形状的下部横梁50，所述下部横梁通过一对向下的支臂51固定在所述横梁23之下。在所述横梁50和23之间以及所述的支臂51之间形成了孔52，所述孔用于允许空气流向车辆散热器和发动机冷却系统。
保险杠系统20A(图8)包括与保险杠系统20类似的或者相同的部件，利用附加了字母″A″的类似的数字来标识这样的部件，以便于减少多余的描述。
具体地说，车辆保险杠系统20A(图1)，与保险杠系统20一样，是构成来提供改进措施，以减少由于撞击而产生的对行人的腿的伤害。保险杠系统20A包括横梁23A和设置在所述横梁23A正面上的热成形能量吸收器24A，所述横梁23A通过支座25A安装在车辆框架上，所述横梁23A和能量吸收器24A构造用来支撑面板，所述面板覆盖所述车辆前端以美化外观。
所述热成形能量吸收器24A由薄板材料构成，例如可热成形的聚烯烃，并且所述吸收器24A是热成形的以形成拉深的在纵向伸长的压溃盒30A，所述压溃盒30A在基部凸缘32A的前方延伸(图10)。位于能量吸收器24A中心区域的压溃盒30A大约为76.2mm(三英寸)深，因此具有当热成形时拉伸的侧壁。但是，在能量吸收器24A端部的压溃盒30A仅仅只有大约25.4mm(一英寸)深或者更小。在中心压溃盒和端部压溃盒之间的压溃盒逐渐地从较深的中心压溃盒30A变化到较浅的压溃盒30A。因此，如图4-5所示，中心区域具有相对较软的冲击，从而在意外事故中能减少对行人的伤害。这使得所述保险杠系统可具有符合空气动力学的形状，车辆前部的曲率比横梁23A的曲率大。在撞击中，位于中心区域的压溃盒30A向下(或者向上)弯曲和压溃，从而倾向于将行人的腿向最小阻力的方向甩开。但是，现有的系统允许行人的腿在任何具有最小阻力的方向移动，并且能以平行四边形的运动方式弯曲以便将能量从水平方向朝向横向、上方或者下方传递。在拐角处，压溃盒30A有足够的角度，以便倾向于将行人朝向车辆的侧面偏转，因此保险杠系统20A仍然被视为是对行人友好的，即使能量吸收器24A的端部不象中心部分那么“软”。
与能量吸收器24一样，能量吸收器24A(图10)沿着它的长度方向具有两排盒形的压溃盒30A，在高度方向为两个，沿着它的长度方向(大约)为十个。然而，与能量吸收器24不同的是，压溃盒的尺寸和形状不是完全一样的。相反，它们沿着长度方向变化，越靠近横梁23A的端部变得越短。此外，在中心区域的压溃盒30A具有不规则的形状，以配合散热器进气口周围的面板的空气动力学形状。另外，在下排的压溃盒30A在位置60A的高度与上排压溃盒的高度不同。更进一步地，下排压溃盒30A具有在位置61A的区域，在该区域中基部凸缘32A被扩大，并且是未经过热成形或者仅仅稍微热成形的。这是由于结构的或者美观的原因。
压溃盒30A包括从前部区段或者前壁37A延伸到基部凸缘32A的顶壁33A、底壁34A和侧面的前后延伸的侧壁35A。所述壁33A-35A具有相对于基部凸缘32A厚度减薄的厚度，这是因为在热成形时的拉伸造成的(参见图3A)，其中较深的压溃盒厚度减薄的更多并具有锥度更大的截面。
图示的横梁23A(图10)是管状的，并具有前壁、后壁、顶壁和底壁70A-73A，这些壁限定了″D″形形状，其中前壁70A是相对扁平的并具有两个纵向地延伸的沟槽74A。能量吸收器24A包括在后部形成的凸起75A，所述凸起啮合所述沟槽74A，以便在撞击时将所述能量吸收器保持在横梁23A上。基部凸缘32A的顶部边缘和底部边缘可以包括凸缘77A，它们向后延伸到横梁23A的顶部边缘和底部边缘上，以便例如摩擦地暂时保持在横梁23A上。
图11-12显示在撞击前后的热成形能量吸收器24a。可以注意到的是，能量吸收器24A在压溃之后的总深度尺寸仅仅是就总厚度而言的两个或者三个壁厚。这就有效地产生了比泡沫能量吸收器更大的压溃行程。例如：参见图13-14，显示了泡沫能量吸收器90压溃前后的对比。图11-12的能量吸收器设计成具有非常薄的壁(例如1至2毫米)，并且基本上是中空的，这就使得它可以充分地压下至大约1-2毫米的材料厚度。对于100毫米厚的热成形能量吸收器，它将可以约97毫米的冲击行程压溃。而对于泡沫能量吸收器，它将仅仅以约60毫米的冲击行程压溃至约40毫米的最终尺寸。额外的37毫米行程(即97毫米减去60毫米)可用于减少保险杠系统的包装尺寸，或者能用于增加保险杠行程(这对于行人友好的保险杠而言是很重要的)。
图15显示了在热成形能量吸收器中那些影响热成形能量吸收的各种因素。可以注意到的是，虽然不是全部的这些因素，但是许多因素在保险杠开发程序的后续过程中是可以改变的，并且甚至可以在生产过程中改变(例如，为了适应后续要求的保险杠式样变化，或者为了可以对保险杠系统的冲击能量管理进行微调)。图15所示的吸收器包括以下的变量：A＝能量吸收器深度，以适应特定的包装空间，B＝二次负载路线波形深度，以用于调整加速脉冲曲线形状，C＝面角，用于调整压溃方式，E＝波形深度，以调节初始刚度，并且F＝材料厚度，以调节刚度和能量吸收能力。除了主要的行人冲击能量管理之外，这些变量还允许所述吸收器调节成适于各种各样的能量管理水平，以解决其它的保险杠系统要求，例如车辆损害保护、气囊调整、稳定感觉加载等。
应该理解，在不脱离本发明的基本构思的条件下，可以对上述的结构进行改进和修改，另外，可以理解的是本发明的基本构思是由随后的权利要求涵盖的，除非这些权利要求借助其语言另外指出的以外。

Claims (9)

1.用于车辆的保险杠系统，所述系统包括：
横梁；和
设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器，所述热成形能量吸收器具有基部凸缘，并且具有多个间隔开的从所述基部凸缘热成形而成的压溃盒，一部分压溃盒靠近所述横梁的中心并设计成用于中心冲击，而其它的压溃盒靠近所述横梁的端部并具有设计成用于拐角冲击的不同形状，每个所述压溃盒包括与所述基部凸缘间隔的前部区段，还包括从所述前部区段延伸到所述基部凸缘的顶壁、底壁和前后延伸的侧壁，所述壁由于在热成形时的拉伸而具有减薄的厚度，并且至少一部分所述壁具有的壁厚度小于所述基部凸缘厚度的一半。
2.根据权利要求1所述的保险杠系统，其中，靠近横梁中心的所述压溃盒具有在前后延伸侧壁上的前部部分，所述靠近中心的压溃盒在前后延伸侧壁上的前部部分的厚度小于所述基部凸缘厚度的大约一半，以及靠近横梁端部的所述压溃盒具有前部，所述靠近横梁端部的压溃盒的前部比所述靠近中心的所述压溃盒的在前后延伸侧壁上的前部部分更厚，以致于所述中心区域具有较软的冲击，以便在冲击时减少对行人的伤害。
3.根据权利要求1所述的保险杠系统，其中，靠近端部的所述压溃盒具有的前后尺寸小于25.4毫米深。
4.根据权利要求1所述的保险杠系统，其中，所有的侧壁具有在前后方向为锥形的横截面。
5.根据权利要求1所述的保险杠系统，其中，至少一部分压溃盒的长度比宽度长两倍。
6.用于车辆的保险杠系统，所述系统包括：
横梁；和
设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器，所述热成形能量吸收器具有基部凸缘，并且具有多个间隔开的从所述基部凸缘热成形形成的压溃盒，每个所述压溃盒包括与所述基部凸缘间隔的前部区段，还包括从所述前部区段延伸到所述基部凸缘的顶壁、底壁和前后延伸的侧壁，一部分压溃盒纵向地伸长至长度是压溃盒宽度的至少三倍，其中，靠近横梁中心的所述压溃盒具有在前后延伸侧壁上的前部部分，所述靠近横梁中心的压溃盒在前后延伸侧壁上的前部部分的厚度小于所述基部凸缘厚度的大约一半，以及靠近横梁端部的所述压溃盒具有前部，所述靠近横梁端部的压溃盒的前部的比所述靠近中心的压溃盒的在前后延伸侧壁上的前部部分更厚，以致于所述中心区域具有较软的冲击，以便在冲击时减少对行人的伤害。
7.根据权利要求1或6所述的保险杠系统，其中，靠近中心的所述压溃盒具有的前后尺寸至少是76.2毫米深。
8.根据权利要求1或6所述的保险杠系统，其中，所述前部区段限定的第一曲线的曲率大于由所述基部凸缘限定的第二曲线的曲率。
9.用于车辆的保险杠系统，所述系统包括：
横梁；和
设置在所述横梁正面上的热成形能量吸收器，所述热成形能量吸收器具有基部凸缘，并且具有多个间隔开的从所述基部凸缘热成形而成的压溃盒，所述压溃盒纵向地伸长至至少是宽度的三倍，一部分压溃盒靠近所述横梁的中心并且在所述横梁的前方沿压溃盒高度方向延伸第一距离，以及一部分压溃盒靠近所述横梁的端部并且在所述横梁的前方沿压溃盒高度方向延伸第二距离，所述第一距离至少是所述第二距离的两倍，每个所述压溃盒包括与所述基部凸缘间隔的前部区段，还包括从所述前部区段延伸到所述基部凸缘的顶壁、底壁和前后延伸的侧壁，所述侧壁具有不恒定的厚度并且由于在热成形时的拉伸而形成锥形的形状，靠近横梁中心的在高度上具有第一距离的所述压溃盒具有在前后延伸侧壁上的前部部分，所述前部部分的厚度小于所述基部凸缘厚度的大约一半，而靠近横梁端部的在高度上具有第二距离的所述压溃盒的壁厚比靠近中心的所述压溃盒更厚，以致于所述中心区域具有较软的冲击，以便在冲击时减少对行人的伤害。
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