CN101171156B - 增强的空心的机动车辆车身元件和相应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别提出了一种用于增强具有封闭正截面的空心机动车辆车身元件(1)的设备，所述设备特征在于所述元件(1)具有在探测到撞击时适宜于在其内部空间(E)产生冲击波或压力波的装置(2；3；5)，以便所述波产生的能量足以使元件变形而增大其截面。

Description

增强的空心的机动车辆车身元件和相应方法
技术领域
本发明特别涉及增强的空心的机动车辆元件，由此提高该元件在发生撞击时吸收能量的能力。 
背景技术
机动车辆制造商目前表达的主要的愿望是最大化车内容量。 
因而，出于经济上和风格上的原因，在座舱内，制造商正在寻求增大两个对面的门之间的距离。 
自然地，增大车内容量的一种方法是降低车门外壳的厚度。然而，这必须在不降低车辆安全性性能的前提下进行。 
在这里使用的“车门外壳”的概念是指沿着与车辆的纵轴平行的方向延展并被集成进车门厚度内的纵向延展构件。这些构件是空心元件，通常通过将两个部件装配在一起而构成，而且在因碰撞而导致的撞击期间，它们对于吸收一部分车门接收的能量具有不可忽略的作用。 
在这种侧面撞击中，车门外壳在吸收能量过程中的作用是不确定的。 
由于会承受各种类型的撞击，调整结构的硬度有利于最优化吸收撞击能量的能力。 
因而，在承受相对较轻的侧面撞击时，车门外壳保持它的初始形状是有宜的，而在承受更激烈撞击时，提高车门外壳的能量吸收能力是非常重要的。 
文献US-A-5 382 051、DE-A-10 022 094、GB-A-2 362 138、US-A-5845 937和US-A-5 615 914描述了一些系统，这些系统能够使全体的或装好的机动车辆车身元件变形而提高它们在探测到撞击发生时吸收能量的能力。 
为了达到此目的，这些元件通过增大截面而增大其转动惯量。此实施系统也通过增大元件内压力获得这种截面的增大。压力的增高是通过烟火材料的燃烧所产生的气体而获得的。。 
实际上，此实施技术与向安全气囊中充气的情况是相似的。 
此实例所产生的首要的缺点是元件内的压力必须增高到足够大以便使结构变形。结果，必须产生大量气体，相应的需要大量的烟火材料。 
而且，当元件壁由于压力的升高而变形时，为了补偿体积的增大必须持续产生气体。 
在这种状况下，在探测到碰撞和车身元件被有效变形之间的时间段在大约十毫秒到几十毫秒的范围内。 
不幸地，这一时间对于产生具有完全效力的所述变形来说太长了。 
发明内容
依靠简单的和不完全偏离至今还在使用的方法的技术，本发明寻求克服这些缺点的方法。 
本发明的第一个方面是关于增强的具有封闭正截面的空心的机动车辆车身元件，所述元件具有适宜于使其内部空间在探测到撞击时产生压力波的装置，以便所述波产生的能量足以使元件变形而增大其截面，其中，所述装置包括位于所述内部空间(E)中的烟火材料。 
此设备其他的具有优势的特征如下，但不局限于此： 
-所述烟火材料是以至少一个起爆线或引爆索的形式使用； 
-所述烟火材料是以涂覆于其内部表面上的爆炸涂层的形式使用；和 
-所述装置包括用于使元件在变形后增加硬度的装置。 
本发明的第二个方面是关于一种使空心的机动车辆车身元件产生变形的方法，所述元件是封闭正截面的，通过此方法可以提高所述元件在冲撞期间吸收能量的能力。 
检测到所述撞击时，此方法易于在元件的内部空间产生压力波， 以便所述波产生的能量足以使元件变形而增大其截面，其中，所述波通过使用位于所述内部空间(E)中的烟火材料而产生。 
这种产生压力差的波在很短的时间段内传播，此时间段在一微秒到几微秒的范围内，典型的，少于五微秒。 
这一持续时间可使元件充分有效的变形而具有吸收大量来自于冲撞的能量的能力。 
此方法的其他具有优势的特征如下，但不局限于此： 
-所述波通过使用烟火材料而产生； 
-所述波通过至少一个位于所述元件内部的起爆线或引爆索而产生； 
-所述内部空间由其中置有所述引线的固体填充材料填装； 
-所述填充材料是聚合物、粒状介质或泡沫体； 
-所述波通过涂覆于所述元件内部表面的爆炸涂层而产生； 
-所述涂层被单独的应用于这个或每个将要被变形的所述元件的内部表面区域。 
附图说明
本发明的其他特征和优势出现在下述具体实施例的详细描述中。通过非限制实施例的方式给出的详细描述参考了如下相对应的附图，其中： 
图1为一片机动车辆车门外壳实施例在变形之前的剖视图，其内部集成有起爆线； 
图2和图3同为车门外壳的剖视图，分别为变形前和变形后，其内部表面覆盖有爆炸涂层； 
图4和图5与前两图相似，不同在于爆炸涂层仅仅涂覆于车门外壳内部表面的一部分；以及 
图6和图7同为车门外壳的剖视图，分别为变形前和变形后，车门外壳被连接到压力波烟火材料气体发生器上。 
具体实施方式
下面的描述是主要参考了汽车车门外壳而给出的。然而，本发明可以应用于任何空心的机动车辆车身元件而具有同样的效果，所述元件具有封闭正截面。 
所用的“具有封闭正截面的空心元件”的概念是指任何元件，无论是一件的或是由例如通过焊接组装在一起的多个分离部件构成的，其结构都为周边是封闭的。例如，不包含通常为C型的开型部件，其截面的相对端部在空间上是彼此分离的。然而，这种元件可能在纵向上的相对端部是开型的。 
“空心元件”可以被理解为由制造成时就包含空的内部空间的部件所构成，但是并不意味着所述内部空间随后不能被其他材料所填充。 
本发明的方法主要在于：一旦检测到所述撞击，就在元件的内部空间产生冲击波或压力波，由此所述波产生的能量足以使元件变形而增大其截面。烟火材料优选用于产生所述波。 
为了这一目的，通过利用特定烟火材料的起爆或引爆而使元件的结构变形，或者同时通过提供气体对元件的内部空间加压。 
当燃烧传递的速度快于周围空气中的声速时，这种燃烧被称作“起爆(deflagrating)”。当燃烧传递的速度快于爆炸材料内的声速时，这种燃烧被称作“引爆(detonating)”。 
起爆为化学类型的爆炸，在其中，反应区域通过热导性传递。 
此过程执行步骤如下：燃烧物质颗粒加热邻近的颗粒从而使它们 的温度升高。高于某一特定温度后，这些颗粒依次被点燃和燃烧，从而加热邻近的颗粒，如此类推。对于给定的化合物，起爆的传递速度依赖于多种因素，比如点燃模式，限制条件，环境状况等。 
引爆为化学类型的爆炸，在其中，反应区域通过冲击波传递(或爆震波)。 
在冲击波到达颗粒处时，其会对材料产生强力的压缩和随之而来的突然的加热。这导致了颗粒被点燃并且燃烧释放维持冲击波所需要的能量，从而这一过程以同样的方式在邻近颗粒上重复进行。传递速度是所用爆炸物自然属性的函数。 
此材料可以通过热点燃、引火(引爆冲量+热点燃)、撞击(例如由于其自身的事故的撞击)或摩擦的方式被发起燃烧过程。 
参考图1，可以看到风箱形式的具有圆形正截面的金属元件或车门外壳片1。 
其壁的附图标记为10，其内表面的标记为11。 
其具有两个平行的面12和13和两个向彼此延伸的锯齿形面14和15。 
面12和13以与车辆的纵轴平行的方向放置，面12构造为例如朝向车辆外面的面。 
在元件的内部空间E处，更精确一些说，在它的纵向中轴处，伸出引爆索2，优选其长度与元件1相似。在各种实施例中(未示出)，可能使用两个平行的引爆索。 
也可能使用起爆线代替引爆索，因而不仅产生压力波，也产生宜于对结构加压的气体。 
所述空间E填充有固体填充材料，例如聚合物、粒状介质或泡沫体。 
这种物质的例子分别为橡胶复合材料，沙或硅石粒和聚氨酯泡沫体。 
当引线引爆时，如果引线位于中心，壁将完全并均匀地即在所有方向上变形。 
固体填充材料的存在方便了把爆震波传递到将要被变形的壁上。 
通过实践，构成引线的烟火材料的重量约为1.5克(g)，获得变形的时间长度短于5毫秒(ms)。 
在图2的实施例中，元件的形状与图1中所描述的相似。 
然而，在此实施例中，内部表面11被由爆炸材料和粘合剂混合制成的涂层4所覆盖。自然地，所沉积的涂层的厚度必须与将要变形的壁10的厚度相适宜。太大的厚度比会导致所述壁被穿孔。 
图3所示为涂层爆炸后的元件1。 
可以看到它的截面被显著的增大了。 
自然地，如果元件的初始形状为风箱形，此变形主要发生在它的厚度方向上，即，相对于面12和13的横向方向。 
自然地，通过起爆或引爆物质而获得的元件的快速变形可以与产生气体相结合以便所述内部空间E被加压，从而进一步增大元件吸收撞击能量的能力。然而，无论如何，气体本身不足以确保壁10在很短的时间即大约几毫秒之内变形。 
为了“硬化”变形后的结构，设想其中集成一个臂板(blade)是可行的，在变形前该臂板与车门外壳平行(即，平行于面12和13)，展开后发生90°的旋转。因而，在撞击期间，臂板阻止车门外壳压扁。 
由起爆或引爆所传递的能量可以使金属结构塑性变形。因而它将不会自然的返回初始形状。 
在图4所示的实施例中，依然使用涂层4。此涂层覆盖元件1的所有面，除了面向轿车座舱内部的面13。 
结果，如图5所示，所获得的变形是不对称的。 
包括并首先在碰撞期间，当希望最小化元件在座舱内所占的空间时，这是特别适宜的。 
这种不对称变形也可以通过加强不变形的侧边而获得。 
然而，在某种情况下，元件的总重量被增大，这与当前的减轻车辆重量的趋势相反。 
最后，在图6和图7的实施例中，使用与充气安全气囊所用相同 的普通类型气体发生器5。 
常规地，在此系统中，气体发生器用于对织物袋或任何其他材料的封装袋充气并加压。所述气体通过推进剂的燃烧和/或来自于增压容器的气体而获得。 
然而，这种气体的积聚方式太慢以至于不能使金属结构在与侧面撞击相匹配的时间段内变形。 
在这里，本发明使用另一个被称之为压力波P的物理现象，压力波P用于使结构在足够短的时间间隔内变形。 
这种气体发生器5的附加的优势在于它能够被完全安全地与适宜用于车辆上的烟火材料一起使用。 
此气体发生器，或更准确地说“压力波发生器”，能够通过压力波P传递最大化的能量，同时通过压力波之后形成的气体传递最小化的能量。 
气体发生器5的燃烧室结构必须使得能够获得最高可能压力，以便当燃烧室打开时，使产生具有最高能量的压力波成为可能。 
此压力波P在极大程度上是由于燃烧室和外部介质之间的压差所产生的，然而，它可能也来自于推力剂的燃烧。 
在本发明的其他各种实施例中，也可能使用非空气的其他介质用于提高波在金属结构内的传输。此介质可以是固体的，例如，聚合物，多孔材料或粒状介质，或者是液体介质。它也能够由比环境气体密度更高的气体所构成。 
当车辆遭受到侧向撞击时，传送到气体发生器上的电子信号驱动它工作。推进剂在燃烧室内燃烧并使得其内部压力增大。然后气体发生器盖在预定压力下打开并把气体释放入车门外壳内。压力差产生穿过介质(如上所述的固体、液体、或气体)的压力波P从而使结构变形。 
本发明的方法和本发明的设备能够被应用于任何其他结构，比如车辆的纵向侧单元，用于臀部抑制缓冲器(PRC)的金属外壳，即防止乘员在安全带下滑移的设备，等等。 
此设备和方法的主要优点如下所述： 
-使用与适宜用于车辆内的烟火物质的标准相符的推力剂是可行的； 
-通过使用初始状态紧凑的车门外壳，增大了车辆内部的容量； 
-车门外壳迅速变形，因而迅速增大其第二时刻的面积，所需的时间段与检测到撞击发生到因此车门外壳被重压之间可获得的时间段相匹配； 
-确定金属结构的变形的目标是可能的；和 
-金属结构的变形是几何最优化的。 

Claims (10)

1.一种增强的具有封闭正截面的空心机动车辆车身元件(1)，所述车身元件(1)具有在探测到撞击时适宜于在其内部空间(E)产生压力波的装置(2；3)，以便所述压力波产生的能量足以使所述车身元件变形而增大其截面，其特征在于，所述装置包括位于所述内部空间(E)中的烟火材料。
2.根据权利要求1所述的车身元件，其特征在于，所述烟火材料是以至少一个起爆线或引爆索(2)的形式使用。
3.根据权利要求1所述的车身元件，其特征在于，所述烟火材料是以涂覆于所述车身元件的内部表面上的爆炸涂层(4)的形式使用。
4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的车身元件，其特征在于，所述装置包括用于使所述车身元件(1)在变形后增加硬度的装置。
5.一种使具有封闭正截面的空心的机动车辆车身元件(1)产生变形的方法，使得提高所述车身元件在撞击期间吸收能量的能力，检测到所述撞击时，所述方法可在所述车身元件的内部空间(E)内产生压力波，以便所述压力波产生的能量足以使所述车身元件变形而增大其截面，其特征在于，所述压力波通过使用位于所述内部空间(E)中的烟火材料而产生。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压力波通过位于所述车身元件(1)内部空间的至少一个起爆线或引爆索(2)形式的烟火材料产生。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述内部空间(E)由其中置有所述起爆线或引爆索(2)的固体填充材料(3)填装。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述填充材料(3)是聚合物、粒状介质或泡沫体。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压力波通过涂覆于所述车身元件(1)内部表面(11)的爆炸涂层(4)形式的烟火材料产生。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述涂层(4)被单独应用于所述车身元件(1)的内部表面(11)的将要被变形的这个或每个区域(12；14；15)。
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