CN101360634B - 能量吸收体、冲击保护装置、机动车内装部件以及车架横梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能量吸收体，其具有基本上沿轴向方向定向的侧部元件(102，104)和至少一个能量吸收元件(112)；该侧部元件是向外凸起的，该能量吸收元件位于侧部元件之间，并且能量吸收元件能够吸收通过侧部元件作用到能量吸收元件上的拉伸力(F′)，同时，该能量吸收元件能够基于沿径向方向作用于侧部元件上的压力(F″)而变形。

Description

能量吸收体、冲击保护装置、机动车内装部件以及车架横梁

技术领域

本发明涉及一种能量吸收体(Energieabsorptionskoerper)、一种冲击保护装置、一种机动车内装部件(Innenkleidungsteil)特别是仪表板以及一种车架横梁(Quertraeger)。 

背景技术

从现有技术中可以获得不同的能量吸收件，其均通过因冲击变形而吸收冲击能量。 

例如，DE 20 61 595公开了一种冲击吸收前面板。DE 199 52 570公开了一种用于吸收冲击能量的能量吸收件。而从DE 197 36 839和DE30 38 252中可获知其它用于能量吸收的变形结构。 

从现有技术中还可以进一步获知，可将冲击保护元件连接到机动车的车架横梁上，即所谓的驾驶间横梁，如DE 23 12 202、DE 39 05 950A1、DE 12 39 583、US 5,273,314、US 4,978,136、US 5,037,130、US5,482,319、DE 195 02 226、DE 20 61 595、DE 22 48 003、DE 23 35 958、DE 40 16 670和DE 197 12 902。用于加强车架横梁的冲击挡板可进一步从DE 196 25 457和DE 196 15 875中获知。其它的用于机动车的能量吸收件可从DE 199 52 570 A1、DE 197 36 839 A1、DE 40 16 670 A1、DE 196 25 457 A1和DE 196 15 875 A1中获知。 

发明内容

为此，本发明的任务在于提供一种改进的能量吸收体、以及相应的冲击保护装置、机动车内装部件以及车架横梁。 

本发明的任务可通过独立权利要求中记载的技术特征得以实现。而本发明优选的实施方式则记载在从属权利要求中。 

本发明提供了一种具有基本上沿轴向方向定位的侧部元件的能量吸收体。侧部元件是向外弯曲的，例如向外凸起的。至少一个能量吸收元件设置在侧部元件之间。能量吸收元件能够承受拉伸力(Zugkraft)。这样，当侧部元件受到沿轴向方向的力时，能量吸收元件就能够吸收由侧部元件所产生的拉伸力，因为该力作用在轴向方向。因此，作用在轴向方向的力仅会造成侧部元件的轻微变形，如同发生侧向冲击一样，这样，就有利于提高机动车的强度。 

能量吸收元件可以进一步设计为可基于沿径向方向作用于侧部元件的压力而变形。例如，在前侧冲击时，例如当机动车乘员之一用膝盖位置或者头部撞击仪表板时，该压力可能产生。由于该压力，能量吸收元件可能塌陷从而吸收冲击能量，并进而减小机动车乘员的受伤风险。 

因而，本发明提供了一种能量吸收体，其在不同的压力状态具有不同的机械特性。特别地，能量吸收体具有正交各向异性(orthotrope)的硬度(Steifigkeit)。 

对于沿轴向方向的压力，能量吸收体有利于提高机动车之乘客室的强度，所以，例如在侧向冲击时，其避免底盘零配件穿透进入机动车乘客室中。然而，如果能量吸收体未在轴向方向上、而是在径向方向上被加压，能量吸收体会变形。取决于冲击的大小，能量吸收体在此情况下可能塌陷。例如，如果在前侧冲击时机动车乘员击中仪表板，通过能量吸收体的变形，可实现对冲击能量的吸收。 

根据本发明的一实施方式，侧部元件和/或至少一个能量吸收元件是由轻金属、轻金属合金构成的，特别是由铝或铝合金构成的。 

根据本发明的一实施方式，侧部元件是向外凸起(konvex)的，例如弧形(bogenfoermig)。侧部元件可在其端部彼此连接，以便形成可以收容至少一个能量吸收元件的框架结构。 

根据本发明的一实施方式，吸收元件成型为蜂巢状。 

根据本发明的一实施方式，能量吸收元件沿第一方向具有第一曲率和第二曲率，并且沿与第一方向反向的第二方向具有位于它们之间的第三曲率。曲率半径优选为至少1mm，特别是至少2.5mm，以便能量吸收元件减少产生峰值压力，而且能量吸收元件可以大约1mm的厚度。如果可能的话，能量吸收元件要进行倒角(或称磨圆，Abrundung)，特别是对蜂巢结构，这样可以尽可能减少破裂的发生。较大的弹性范围不是所期望的，这将导致较高的压力水平；在该水平下能量被吸收，对应于作用到乘客的相应高压力。另一方面，能量可以随着塑性变形而有效释放。这意味着，小的弹性范围和大的塑性变形范围是必需的，这样可以在通常的低压力水平下，卸掉大量的能量。 

根据本发明的一实施方式，能量吸收体可成型为机动车车架横梁的附件和/或仪表板的附件。 

根据本发明的一实施方式，能量吸收体可以成型为附接到转向柱(Lenksaeule)上。例如，转向柱附接到车架横梁上，并另外附接到能量吸收体上。这实现了转向柱与机动车底盘之间的改善的以及牢固的连接，并且会导致车架横梁的重量减小。通过实现所谓的直接转向，该牢固的连接有益于获得轻便驾驶感觉。 

根据本发明的一实施方式，能量吸收体可形成为杂物箱(Handschuhkasten)的附件。例如，能量吸收体设置为离开机动车车架横梁一定距离。车架横梁和能量吸收体之间的空间可用来容纳杂物箱。 

另一方面，本发明涉及一种冲击保护装置，该装置具有至少一个本发明的能量吸收体。 

根据本发明的一实施方式，该装置具有平行和/或连续布置的能量吸收体。例如，能量吸收体成型为吸收侧向冲击力、以及例如在驾驶员和/或乘客侧的头部和/或膝部受冲击时吸收能量。 

根据本发明的一实施方式，能量吸收体可设置在驱动方向上，位于 机动车的A-立柱的后面，尽可能地接近机动车乘客室。这有利于在侧向冲击时避免机动车的侧门穿透进入机动车的乘客室中，并且针对由前侧冲击所引起的膝部和/或头部冲击，为机动车乘员提供特别有效的保护。 

再一方面，本发明涉及一种机动车内装部件，特别是仪表板，其包括至少一个本发明的能量吸收体。特别地，仪表板可以是所谓的自支撑仪表板。 

又一方面，本发明涉及一种用于机动车的车架横梁，其中整合了本发明的一个或多个能量吸收体。 

在下文中，参考附图，来详细描述本发明的实施方式。 

附图说明

图1是本发明能量吸收体的实施例在不受力状态下的俯视图， 

图2显示了图1的能量吸收体受到沿着轴向方向作用的力， 

图3显示了图1的能量吸收体受到沿着径向方向作用在能量吸收体上的压力， 

图4显示了具有能量吸收体的车架横梁， 

图5显示了位于机动车的两个立柱之间具有整合的能量吸收体的车架横梁， 

图6显示了位于机动车的两个立柱之间具有两个能量吸收体的车架横梁，两个能量吸收体连续地整合在车架横梁中， 

图7显示了两个能量吸收体的平行布置， 

图8显示了具有能量吸收体的仪表板的示意性俯视图，能量吸收体设置在机动车立柱和侧门的区域中， 

图9显示了具有力传递元件的仪表板的实施例的示意性俯视图，力传递元件用于将来自A-立柱的侧向冲击力传递至能量吸收体， 

图10显示了具有多个能量吸收体的仪表板的立体图， 

图11显示了依照本发明的装置的立体图，其采用车架横梁以及设置 在车架横梁中的两个能量吸收体以保护免受冲击， 

图12显示了具有附接于转向柱的能量吸收体的仪表板的局部立体图。 

上述附图中，各附图标记的含义为： 

100    能量吸收体 

100′  能量吸收体 

100″  能量吸收体 

100″′能量吸收体 

102    侧部元件 

102″  侧部元件 

102″′侧部元件 

104    侧部元件 

104″′侧部元件 

106    前侧 

108    前侧 

112    能量吸收元件 

114    连接 

116    连接 

118    连接 

120    曲率半径 

122    曲率半径 

124    曲率半径 

126    蜂巢侧部 

128    刻度尺 

130    刻度尺 

132    车架横梁 

134    金属支架 

136    A立柱 

136′  A立柱 

138    区段 

138′  区段 

140    连接元件 

142    外板 

142′  外板 

144    内板 

144′  内板 

146    开口 

146′  开口 

148    力传递元件 

148′  力传递元件 

150    区域 

150′  区域 

152    力传递元件 

154    仪表板 

156    B立柱 

158    机动车门 

160    箭头方向 

162    回转轴线 

164    侧壁 

166    交迭区域 

168    挡风玻璃根部 

170    支柱 

172    支柱 

174    支柱 

176    支柱 

178    支架 

180    转向柱 

182    支架 

184    杂物箱 

186    加强肋部 

具体实施方式

下面描述中，相应的附图元件采用相同的附图标记。 

图1显示了能量吸收体100。能量吸收体有两个相对的侧部元件102和104，它们都是向外凸起的。在它们的端部，侧部元件102和104彼此连接在一起，形成端侧106和108。因此，通过侧部元件102、104和端侧106、108，共同形成了长形框架，其中侧部元件102、104基本是弧形。 

能量吸收元件112位于框架内部，在本实施例中，能量吸收元件112为蜂巢状。 

通过每三个连续布置的能量吸收元件，在侧部元件102和104之间的框架内连接114、116和118。如图3所示，这些连接的114、116和118可以每个承受如图2所示的张应力、并且可以由作用于侧部元件102或104的压力而变形。 

在本实施例中，每个能量吸收元件112在每个蜂巢侧部沿着从一个侧部元件到另一个的方向具有按顺序的三个曲率半径120、122和124。例如，如果从左蜂巢侧部126看，沿着从侧部元件104到侧部元件102的方向，在蜂巢侧部以曲率半径120向右弯曲的区域之后，接着是蜂巢侧部以曲率半径122向左弯曲的区域，然后又是以曲率半径124向右弯曲的区域。曲率半径120、122和124较大，以便减少峰值拉伸力的产生。例如，曲率半径 120、122、124大于1毫米。 

图2显示了在沿着其轴向方向作用的力F的冲击期间的能量吸收体100，比如它可以在侧向冲击期间施加在能量吸收体100上。在力F的作用下，弧形侧部元件102和104被向外压，意味着彼此分离，引起作用在形成连接114、116和118的能量吸收元件112上的拉伸力F′。这些拉伸力F′被能量吸收元件112吸收，以便侧部元件102和104保持在一起。由此，甚至在非常大的力的作用下，能量吸收体100也只承受较小的变形，如图2的灰度代码所示。能量吸收体100的表现的不同的灰度值与毫米级的变形相应，如图2的刻度尺128所示。最大变形是6.44毫米。 

图3显示了如果压力F″作用于侧部元件104时能量吸收体100的相应表现。例如，如果万一机动车乘员的膝部撞击产生了前侧冲击，压力F″将真实地作用在侧部元件104上。因为压力F″，能量吸收元件112变形而且部分地塌陷。毫米级的变形再一次以灰度值代码表现，而且可以通过刻度尺130的帮助而在图3中看到。在该应力下的最大变形是38.7毫米。 

图4显示了机动车的车架横梁132，例如，车架横梁132位于仪表板下面。能量吸收体100采用金属支架134支撑在车架横梁132。对于侧向冲击，底盘的硬度被增加，以便力F能够被更好地吸收而不需破坏乘客室；另一方面，在前侧冲击期间，机动车乘员的冲击力，也就是压力F″，能被能量吸收体100的变形吸收，以便使机动车乘员的受伤风险最小。 

优选地，用于例如中间管道的附件支架位于能量吸收体100的左侧(参见图11，支柱174、176)。 

图5显示了设置在机动车的所谓A立柱136和136′之间的车架横梁132的实施例。车架横梁132有两个外部区段138和138′，它们可以用作位于它们之间的能量吸收体100的反向力传递元件。例如，如果侧向冲击引起力F从A立柱136施加在区段138上，因此，能量吸收体100的硬度和车架横梁132的总硬度被增加。因为车架横梁132的增加硬度，例如，可以避免A立柱136刺入乘客室。另一方面，例如，如果力F″在前侧冲击期间作用 在能量吸收体100上，后者由于变形而吸收冲击能量。 

图6显示了具有两个连续布置的能量吸收体100和100′的车架横梁132的实施例′。两个能量吸收体100和100′通过连接元件140彼此连接。 

每个A立柱136和136′有外板142和142′和内板144和144′。每个内板144和144′有开口146和146′。开口146、146′能在一次冲击之前被打开或关闭。例如，每个开口146、146′可以由预定的裂断点限定，在侧向冲击时，裂断点被分离从而打开对应的开口146、146′。开口146、146′也可以由封闭帽或者另外的装饰元件覆盖，当冲击时其从开口分离或被力传递元件148和148′穿透。 

力传递元件148和148′位于每个外板142和142′的内侧。每个力传递元件148和148′有区域150和150′，区域150和150′沿着相应区域146和146′的方向凸伸。在本实施例中，每个区域150和150′具有U型。 

在其中一个A立柱136，136′受到冲击期间，与该A立柱对应的外板变形。此时，冲击力F沿着轴向方向作用。由此，假使A立柱136受到冲击，区域150被压过内板144上的开口146，所以冲击力F作用于能量吸收体100和100′的连续布置。 

此时，特别有利的是，外板沿着内板方向的变形距离用来向能量吸收体100、100′传递冲击力F以便机动车乘客室的硬度能够增加。 

图7显示了具有能量吸收体100、100′的平行布置的可替代实施例。对于该实施例，附加力传递元件152用于将力F传递于平行布置的能量吸收体100、100′上。为此，在侧向冲击期间，力传递元件148作用在与能量吸收体100、100′连接的力传递元件152上。 

图8显示了仪表板154的示意性俯视图。在A立柱136的高处，第一能量吸收体100沿驱动方向被设置。在A立柱136和机动车的B立柱156之间，机动车门158被设置，其可以绕着回转轴线162沿着箭头160的方向打开。 

如果机动车门158被关闭，其与仪表板154的侧壁164一起形成交迭区域166。附加的能量吸收体100′位于该交迭区域166中。 

因此，能量吸收体100沿着向A立柱136的轴向方向运动，能量吸收体100′沿着向机动车门的轴向方向运动。 

附加的能量吸收体100′特别有利，一方面，因为它位于仪表板与机动车门158的交迭区域166，从而，当机动车门158受到侧向冲击时，能够避免机动车门158穿透进入乘客室内，另一方面，因为它位于机动车驾驶员的座椅位置附近，由此，在受到前侧冲击时，存在对驾驶员的特别有效的冲击保护。 

能量吸收体的相应布置还能应用在机动车的乘客侧，未在图8显示。 

图9显示了图8的实施例的一种变型，其中，在侧向冲击力的作用下，能量吸收体100′能够通过传递元件148的角向力传递元件152而受到冲击。该实施例特别有利，因为能量吸收体100′相对地位于机动车门158的一侧，特别是位于仪表板154的侧壁164与机动车门158的一侧的交迭区域166。这获得加强，当侧向冲击作用在A立柱136和/或机动车门158上时，能避免或者减少机动车门158穿透进入机动车乘客室。 

除了能量吸收体100′之外，还能在驾驶员和/或乘客侧上设置其它的能量吸收体。 

图10显示了仪表板154的立体图。依照本发明，仪表板154可以具有一个或多个能量吸收体。例如，一个能量吸收体100位于乘客头部冲击区域，两个能量吸收体100′和100″位于乘客膝部冲击区域，并且一个能量吸收体100″′位于驾驶员膝部冲击区域。每个能量吸收体100、100′、100″、100″′沿大约垂直于机动车的驱动方向的轴向地对齐，从而当侧向冲击时，例如当力F作用于机动车的时候，它们成为乘客室的硬度的贡献因素。然而，对于前侧冲击，能量吸收体100、100′、100″、100″′用于吸收机动车乘员的冲击能量，例如头部或膝部冲击区域。 

机动车还可以具有车架横梁(比较图4到6的车架横梁132)；仪表板154还可以成型为所谓的自支撑仪表板。例如，仪表板154具有以ABS或另外的塑料材料制成的载体层。 

如果它是自支撑仪表板，载体层优选地由相对高玻璃纤维含量的聚丙烯制成(大概30％)或由苯乙烯/顺式丁烯二酸酐(SMA)和ABS聚合物的混合物制成。此时，全长的车架横梁不是必需的。 

在头部冲击区域，在挡风玻璃根部168和能量吸收体100之间，可以安装乘客气囊，比如可以安装所谓的挡风玻璃关闭气囊，当气囊触发时，其打开的囊瓣撞击挡风玻璃。 

图11显示了车架横梁132的实施例。支柱170和172位于每个车架横梁132的端部。车架横梁132在它的中央区域具有两个支柱174和176，用于连接所谓的中间管道和/或机动车的底板。 

能量吸收体100″′(见图10)位于支柱170和支柱174之间。对于这种实施例形式，四个能量吸收元件112″′位于能量吸收体100″′的侧部元件102″′和104″′之间，它们彼此连接相对的侧部元件102″′和104″′。每个能量吸收元件112″′都具有曲率方向交替的三个连续的曲率半径，比如对于图1的实施例(参见曲率半径120、122、124)。 

对应的能量吸收体100″位于支柱172和176之间的乘客侧，其大致上具有与能量吸收体100″′相同的结构。 

能量吸收体100″′和100″位于支柱170和174之间或支柱172和176之间，每个都离开车架横梁132一定距离。 

用于转向柱180的支架178位于车架横梁132。为了形成转向柱180的另外支架182形成了侧部元件102″。由此，产生了转向柱和机动车的底盘之间的另外的操纵连接。对于支架182，如果两个连接点在转向柱和能量吸收体100″′之间被预见，将是有利的。它们能相对转向柱轴线对称性地设置。 

位于乘客侧的能量吸收体100″和车架横梁132之间形成的空间可以用于安装存储容器，特别是杂物箱184。例如，杂物箱184可以附接到侧部元件102″或者设置在它的顶上。 

图12显示了仪表板154的实施例的驾驶员侧的局部立体图。仪表板 154的该实施例是所谓的自支撑仪表板，其中全长的车架横梁不是必需的。此时，车架横梁132只在驾驶员侧伸展，然而仪表板的自支撑功能由仪表板154的低侧处的加强肋部186确保。 

在图11的实施例中，转向柱180同时连接到车架横梁132和能量吸收体100″′的侧部元件102″′。 

Claims (15)

1.一种用于机动车的能量吸收体，其具有基本上沿着轴向方向定向的侧部元件(102，104)和至少一个能量吸收元件(112)，其中，所述的侧部元件是向外弯曲的，所述的能量吸收元件位于所述的侧部元件之间，而且它们之间是相互连接的；所述的能量吸收元件能够吸收拉伸力(F′)，该拉伸力(F′)是在受到侧向冲击时由所述的侧部元件施加在所述的能量吸收元件上；而且，当由机动车乘员所施加的冲击而产生的压力(F″)沿径向方向施加在其中一个所述侧部元件上时，所述的能量吸收元件能够变形，以便吸收该冲击的能量；所述的能量吸收元件为蜂巢状；所述的能量吸收元件沿第一方向具有第一曲率半径(120)和第二曲率半径(124)，而沿与所述第一方向反向的第二方向具有位于所述第一曲率半径位置和第二曲率半径位置之间的第三曲率半径(122)。

2.如权利要求1所述的能量吸收体，其中，所述的侧部元件是向外凸起的。

3.如权利要求1或2所述的能量吸收体，其中，所述的第三曲率半径的位置大约位于所述的能量吸收元件的中间。

4.如权利要求1或2所述的能量吸收体，其中，一个或多个所述的能量吸收元件(112)连接(114、116、118)到所述的侧部元件上。

5.一种冲击保护装置，其具有至少一个如前述权利要求之一所述的能量吸收体(100、100′、100″、100″′)。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述的能量吸收体附接到装置的车架横梁(132)或整合在车架横梁中。

7.如权利要求5或6所述的装置，其具有附接到车架横梁(132)和能量吸收体的转向柱(180)。

8.如权利要求5或6所述的装置，其中，所述的能量吸收体离开车架横梁(132)一定距离，并且附接在所述车架横梁和能量吸收体之间的空间内的存储容器(184)上。

9.如权利要求5或6所述的装置，其中，所述的能量吸收体位于门与仪表板(154)的侧壁(164)的交迭区域(166)。

10.如权利要求9所述的装置，其进一步具有力传递元件(148，148′)以传递沿着轴向方向从立柱(136，136′)作用于所述能量吸收体的力(F)。

11.如权利要求5或6所述的装置，其中，所述的能量吸收体如此形成，其能够保护对膝部或对头部的冲击。

12.如权利要求5或6所述的装置，其中，该装置为机动车的内装部件。

13.如权利要求12所述的装置，其中，该装置为仪表板。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述的仪表板是自支撑的。

15.一种具有至少一个如前述权利要求1-4之一所述的能量吸收体的车架横梁。

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