CN101253077A - 用于机动车辆的被动保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在机动车辆事故中减小对车辆乘客的伤害的装置。

Description

用于机动车辆的被动保护装置

技术领域

本发明涉及在机动车辆事故中用于减小伤害的装置。

背景技术

当行人或过路人被机动车辆撞击时，人与机动车辆车体之间的冲撞会引起伤害。在欧洲，每年大约有7000个行人由于这种与客车的碰撞而丧生。主要的死亡原因是对头部的伤害。根据事故统计，对于行人，所有致命伤中80％的死因是由于头部撞击到发动机罩或A柱(A-pillar)上。在95％的这种撞击中，车辆的速度在60km/h以下；统计平均值为大约40km/h。

为了降低这种死亡，机动车辆应以如下方式设计，即当行人和以40km/h运动的车辆之间发生碰撞时，所谓的头部伤害标准(HIC值)在确切限定的发动机罩的表面积的三分之二内小于1000，并且在剩余的三分之一内小于2000。HIC值是通过计算头部相对于暴露时间的加速度和负加速度获得的。本领域的技术人员已知的是，HIC值的计算如下：

${\mathrm{HIC}}_{36}=\underset{(t2-t1)\≤36\mathrm{ms}}{\mathrm{MAX}}\{(t_2-t_1)\[\frac{1}{(t_2-t_1)}\underset{t_1}{\overset{t_2}{\∫}}\mathrm{adt}{\]}^{5/2}\}$

36ms＝时间窗口

国际上将HIC值作为头部伤害的严重程度的参数。例如，HIC值为1000时，产生致命伤的风险是15％；HIC值为2000时，这种风险增大到90％。

已经开发了用于减轻这种问题的技术上较复杂的保护装置。在几毫秒内略微抬起的前罩以及位于挡风玻璃前的两个可充气气囊被认为是可以挽救生命的。如果行人的腿和与保险杠集成的传感器接触，在70毫秒内由气体发生器供能的两个钢制折叠式波纹管(bellows)将发动机罩的后部抬起大约10厘米。这增加了罩的变形距离，从而减轻了与头部冲撞的强度。同时，避免了行人与前挡风玻璃的下部区域碰撞。在第二步骤中，通过对分别位于挡风玻璃框架前方(也就是说，所谓的A柱前方)右侧和左侧的气囊进行充气来进一步增加系统的功效。这些特殊气囊通过与充气床垫类似的方式构造，并且相应地将冲击能量分布在相对较大的面积上。通过这种方式，即使在相对较快的撞击速度下，尽管体积仅为7升的气囊相当小，还是可以防止头部撞穿挡风玻璃。例如，瑞典公司Autoliv提供了这种保护系统。

上述解决方案的思想涉及气囊或者发动机罩的抬起意外启动的风险，这可能会引起事故。此外，该解决方案在技术上是复杂和昂贵的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机动车辆的装置，其实质上减小了潜在的风险。

该目的通过具有权利要求1的特征的装置实现。在从属权利要求中限定了有利的实施例。

为了达到该目的，在车体和布置在车体内以及车体附近的内部车辆组件之间插入适配器(adapter)，其减小了内部车辆组件和车体之间的自由间隔距离。特别地，由于以下原因，适配器是一种结构，当与头部发生碰撞时该结构破碎或破裂和/或扭结(kink)或折叠。例如，该结构是前罩的一部分。

当由钢板、铝板或者合成材料板制成的车体与行人发生碰撞时，车体的弹性通常足以避免该碰撞导致致命的后果。然而，限制了车体的变形距离的车辆组件，例如发动机机体或子框架结构(例如托架)通常设置在内部，邻近车体的外表面。只有当由于碰撞产生变形的车体与这种车辆组件接触时，才会达到通常致命的HIC值.

出人意料地，已经发现通过提供减小车体和这种车辆组件之间的自由间隔距离的适配器可以减小HIC值。本发明中的自由间隔距离是指车辆组件与邻近的车体之间的最短的直接距离，该自由间隔距离与其它部件无关。

通过这样的适配器，碰撞产生的能量在较早的时间被传递到行人或他人身上。因此，该人或者该人的头部在较早的时间经受了强烈的制动效果。由于在撞击后最大加速度较快地起作用并且随后特别迅速地衰减或经过行人的头部，HIC值得到改善。已经可以看出，由于较早的制动效果，即使短时间内产生更强的冲击或更大的最大加速度，由于以这种方式获得了较早的能量传递，HIC值被减小。

本发明基于如下构思，即在内部车辆组件布置在车体附近的情况下，保证加速度以及相关的能量传递不会在相对较长的时间段内以相对平缓的梯度起作用，而是尽快地达到加速度或者相应能量传递的最大值。

为了减小潜在的风险，一个有利实施例中的适配器提供了一种结构，其在碰撞时会破碎、破裂和/或扭结或折叠。这保证冲击中释放的能量启动破碎和/或扭结，并因此在达到短暂的最大值之后立即减小。这使得能量传递的持续时间很短，但是很早就达到了最大能量传递的时间。因此，HIC值被减小。

为了提供一种尽可能快地传递能量但随后能量传递由于扭结而迅速衰减的结构，该结构提供布置为实质上与车体成直角的肋。如果行人的头部撞击车体，这些肋被扭结。因此最初有效的动能引起扭结，并且此时相对大量的能量也传递到行人的头部。然而紧接着，由于扭结的肋现在提供减小的阻力，能量传递曲线迅速衰减。

选择性地或者额外地，通过破碎结构可以获得相当的效果。在这种情况下，如果行人的头部撞击车体，该结构破碎。因此碰撞中产生的能量最初导致破碎，从而使得此时相对大量的能量传递到行人。然而紧接着，能量传递曲线迅速衰减。

肋结构一方面布置为实质上与车体成直角，另一方面由在碰撞中破碎的材料制成，由于上述原因，该结构的存在是特别有利的。由于该结构“扭结破碎”，通过这种方式可以特别好地实现想要的能量传递曲线。肋优选地均匀分布在适配器的表面上，以实现按照需要减小HIC值，这种减小与碰撞位置无关。

为了以限定的方式引起想要的扭结和/或破碎效果，还可以提供稍微具有Z字形的肋结构，从而以设计的和可预测的方式引起扭结或折叠。在这种情况下，肋结构的主方向再一次实质上垂直于邻近的车体的表面延伸，特别地，邻近的车体由前罩形成。

本发明中所指的可以破碎或破裂的材料是玻璃、脆性合成材料(例如硬质塑料)、热塑性塑料和增强型热塑性塑料、金属(例如通过压铸制造的延性屈服为百分之几的铝或镁)。例如，这些材料应提供的延性屈服高至10％，有利地高至5％。

脆性材料的特性只能通过相对不易再生的方式调节。在本发明的一个实施例中，因此优选使用较硬的材料，其提供明显较高的延性屈服，优选地超过50％。也可以考虑合适的金属、合成材料以及尤其是钢、聚酰胺6、聚酰胺6.6或者PBT。特别地，通过扭结而实现想要的能量特征的结构由这些材料制成。使用这些材料使得能量特征能够以可再生的方式调节。

在本发明的另一个有利的实施例中，在碰撞中破碎或扭结的结构的肋被空腔彼此分离。在这种情况下，彼此相邻布置的两个肋之间的间隔距离优选地至少和肋的高度一样宽。特别优选地，彼此相邻布置的两个肋之间的间隔距离的宽度至少是该肋的高度的两倍。这保证了肋之间保留有足够的自由空间，从而使得肋的材料可以扭结到侧面，或者相应地有足够的空间容纳破碎或扭结的材料，从而在碰撞之后可以获得想要的较早的能量传递和达到最大值之后的传递曲线的衰减。

在本发明的另一个有利的实施例中，结构的肋被容易压缩的泡沫材料或海绵彼此隔开。由于可压缩性，扭结或破碎情况中的上述自由空间由海绵或者泡沫材料的压缩来提供。同时，适配器也提供了隔离作用。通过这种方式，其有助于隔离噪音，特别是在适配器邻近发动机罩的情况下。

在另一个有利的实施例中，适配器专门用于自由间隔距离最多为七厘米的位置，而在车体和布置在车体附近的内部车辆组件之间不配备适配器。已经可以看出，对于自由间隔距离大于七厘米，车体的柔性通常足以获得较低的HIC值。

在本发明的再一个有利的实施例中，车体和邻近的内部车辆组件之间剩余的自由间隔距离有利地减小到10mm，优选地减小到7mm。已经可以看出，如果遵守这一最大自由间隔距离，可以实现想要的能量吸收曲线，从而显著地减小HIC值。

在本发明的再一个有利的实施例中，自由间隔距离不是减小到零，而是特意优选地提供至少5mm的自由间隔距离。已经可以看出，一方面，如果提供非常小的自由间隔距离，仍然可以实现显著减小的HIC值。另一方面，相对较小的碰撞不会意外地导致适配器结构的扭结或破碎，这种情况可能不被外界察觉。整体的潜在风险将提高，除非特意地提供小的自由间隔距离。

在一个实施例中，特别地，为了根据需要减小自由间隔距离，适配器在上方和/或在下方适应于相应的邻近的车辆组件的形状和特征。在一个实施例中，其相对于邻近的发动机机体的外形对应于该发动机机体的邻近部件的形状。相应地，适配器相对于车体的形状对应于车体的形状或相应的车体的轮廓。

在一个实施例中，适配器的肋结构的高度优选地为20至50mm，并优选地至少为35mm。因此至少20至50mm高的材料可用于破碎或相应的扭结。

在本发明的一个有利的实施例中，适配器直接固定到车辆组件。如果适配器还与发动机罩相连，这就特别有利。发动机罩的处理不会不如愿地被适配器妨碍。

如果涉及车体的部件，该部件并非折叠门的组件，则适配器优选地还固定到车体，因为这通常可以通过技术上很简单的方式实现。

在本发明的一个实施例中，适配器邻近发动机罩主要是由于人和发动机罩之间的碰撞是特别危险的。

因此，适配器的使用以技术上很简单并且安全的方式显著地减小了对于行人的潜在风险。此外，适配器的配备以成本方面有利的方式实现了被动保护，尽管例如由于发动机的不同使得机动车辆内部的几何形状总是各不相同。适配器有利地需要相对较小的结构空间。

在本发明的另一个实施例中，车体额外地特别提供与适配器类似的肋结构，取代了为了稳定性而设置的支柱。这有利于HIC值的减小。该肋结构也是有利地均匀分布在可能伤害行人的表面区域中。

此外，本发明涉及用于机动车辆的前罩的结构，其特征在于前罩提供用于减小HIC值的结构(4)，当头部与前罩(2)碰撞时，该结构破碎或破裂和/或扭结或折叠，其中该结构优选地由肋形成。出于所述的相应的原因，该结构优选地单独提供上述适配器的特征，或者彼此组合来提供上述适配器的特征。

具体实施方式

下面参考示例性实施例和参考例解释本发明。然而，本发明不限于该示例性实施例。

通过计算机模拟了对应于现有技术的第一结构。头部1的重量为4.8kg。头部以35千米/小时的速度撞击固定金属板2，该金属板与设置在车体内的车辆组件3相比是柔性的。金属板2由0.7mm厚的钢制成并且是车体的一部分。非柔性的刚性车辆组件3布置在车体内部金属板之后。车辆组件3和金属板2之间的间隔距离是55mm。

计算机模拟显示HIC值是41000。图2中的虚线显示了头部速度的时间特征。图示的是以[km/h*10]为单位的速度和以[秒]为单位的时间t的曲线。图2中描绘为函数的实线显示了碰撞过程中头部1的加速度。图示的是以[g＝9.81m/s²]为单位的加速度和以[秒]为单位的时间t的曲线。此外，用于确定HIC值的积分限t₁和t₂由图2中的竖直线表示。积分限通过背景技术中提供的公式获得。以这样的方式计算积分限t₁和t₂，从而在作为结果的时间窗口中获得最大的HIC值。所得的HIC值为41000。

图3中所示的第二结构涉及本发明。与图1中所示的情况不同，用于减小HIC值的由肋形成的适配器4安装在刚性的非柔性的车辆组件3和实际上固定到车辆组件3的固定的柔性金属板2之间。图4显示了肋的平面图，其以蜂窝形状延伸。然而，可以有利地填充声音吸收材料的空腔5保持在肋之间。六边形蜂窝的每一个肋的厚度为3.2mm，高度为45mm，长度为145mm。每一个肋均由PA6GF30制成。结构4和车辆组件3之间的保持10mm的自由间隔距离。

图5中的图对应于来自图2的图。此图以虚线显示了碰撞过程中的头部1的速度，图示的是该速度和以秒为单位的时间t的曲线。实线或者函数显示了加速度特征。与图2中所示的情况的区别在于，当头部撞击金属板时，头部的速度被连续地减小。因此，获得了实质上更令人满意的HIC值1519，尽管存在车辆组件，其仍然落入所要求的阈值2000以下。

Claims (14)

1、一种具有车体(2)和布置于该车体内的车辆组件(3)的机动车辆，其特征在于，适配器(4)布置在车辆组件和车体之间，以减小HIC值。

2、如权利要求1所述的机动车辆，其中所述适配器包括一种结构，该结构在碰撞中破碎、破裂、扭结和/或折叠。

3、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器提供肋(4)，该肋与邻近的车体(2)实质上形成直角。

4、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述肋(4)由延性屈服高至10％，有利地高至5％的材料制成。

5、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述肋由延性屈服超过50％的材料制成。

6、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器提供多个肋，所述肋被空腔(5)彼此隔开。

7、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器提供多个肋，所述肋被泡沫材料或海绵彼此隔开。

8、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器专门用于车体和内部布置的车辆组件之间的另外的自由间隔距离小于七厘米的位置。

9、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中由于适配器(4)的原因而在车体(2)和车辆组件(3)之间保持的自由间隔距离在五至十毫米之间。

10、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器(4)包括高度在20至50mm之间的肋结构，优选地高度为至少35mm。

11、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器包括多个均匀分布的肋(4)。

12、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中所述适配器(4)固定到布置在内部的车辆组件(3)上。

13、如前述权利要求中任一项所述的机动车辆，其中布置在适配器附近的车体(2)是发动机罩。

14、一种用于机动车辆的前罩，其特征在于，该前罩提供了一种用于减小HIC值的结构(4)，该结构在头部冲撞到前罩(2)时破碎或破裂和/或扭结或折叠，其中所述结构优选地由肋形成。

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