CN102762414B - 具有对行人提供均匀的撞击的凸起部的能量吸收器 - Google Patents

Abstract

一种保险杠系统，其包括注塑成型的聚合材料的能量吸收器，所述能量吸收器具有：中空的纵向间隔开的凸起部，所述凸起部构造成在行人撞击过程中垮塌并吸收能量；和使相邻凸起部相互连接的条带。凸起部可能包括外部肋和/或拐角上的孔洞，并且在大小和尺寸上被特别设置成在凸起部的剪切壁垮塌过程中在撞击行程期间沿着能量吸收器的选定中心部分提供相对均匀的撞击能量吸收，诸如在期望的量的±30%内或更优选地在±20%以内，而不管具体的撞击位置。均匀性的原因是为了提高行人安全性而不管行人的腿部撞击能量吸收器的具体位置。

Description

具有对行人提供均匀的撞击的凸起部的能量吸收器

本申请基于美国法第35卷第119(e)节要求2009年11月6日提交的、名为“具有减少行人受伤的凸起部的能量吸收器”的第61/258,653号临时申请的权益，该文献的全部内容均并入本文中。

技术领域

本发明涉及具有能量吸收器的车辆保险杠系统，其中能量吸收器具有中空的垮塌式凸起部，该凸起部被构造成在遭遇撞击时，以预定的阻力和能量吸收比率发生崩塌。

背景技术

现代车辆保险杠通常包括聚合的能量吸收器，其设在金属加强梁的正面上且适于吸收撞击能量。这些能量吸收器常常具有向前突出的中空凸起部(也叫“垮塌式盒体”)，这些凸起部在水平方向上细长，并且相邻的凸起部通过条带相互连接。凸起部常常为中空的“盒状”结构，其在车载状态下包括顶部和底部的水平剪切壁、右侧和左侧的竖直剪切壁、以及前壁。然而，这种彼此隔开且呈细长盒状的凸起部概念导致保险杠系统长度上的能量吸收不一致，因此其性能根据行人腿部与能量吸收器的撞击位置变化。

例如，如果在撞击过程中，行人腿部在凸起部之间接触能量吸收器，则很可能遇到两个竖直剪切壁(即位于某个条带两侧的两个剪切壁，参见图2中的现有技术的左腿撞击器)，这样会对腿部形成相对较高的撞击力。此外，如果腿部在凸起部中心处接触能量吸收器，则腿部基本会错过任何竖直剪切壁(参见图2中的现有技术的右腿撞击器)，因此在撞击过程中，能量吸收率将非常低。要注意，根本不清楚能量吸收器上的剪切壁(即在撞击过程中垮塌并且吸收能量的壁)采用何种间距或位置或形状将会得到最好的结果，尤其是考虑到行人腿部中的不同密度和材料(即骨、肉、皮肤)及腿部圆度。

要注意，对行人腿部的撞击复杂且难以重现，因此各个政府和保险公司开发了一套用于在行人撞击试验时使用的标准行人腿部撞击设备(也叫“标准腿部撞击器”)。具体而言，联合国的UNECE委员会已经推行了一套采用行人腿部模拟撞击器50(参见图2)的标准。该撞击器50具有：中心部分51(代表“骨头”)，其为直径70mm的钢棒；在中心部分上包围有25mm厚的泡沫层52(代表“肌肉”)；接着再包裹6mm厚的氯丁橡胶套筒53(代表“皮肤”)，从而形成132mm的总直径。由于其内部包含了不同密度，因此根本不清楚为形成最均匀的“最佳”阻力曲线(profile)，应当在能量吸收器上使凸起部具有何种尺寸或形状、或者剪切壁或凸起部采取何种间距。

基于上述原因，需要改进具有中空垮塌式凸起部的能量吸收器以在能量吸收器长度上提供可靠且可预知的行人撞击特性，以及为更严重的撞击提供期望的撞击特性。

发明内容

在本发明的另一方面，提供了一种用于具有纵向方向的车辆的保险杠系统，该保险杠系统具有拐角部，所述拐角部由与纵向方向成60°且与保险杠系统的正面接合的竖直平面限定，该保险杠系统还具有“保险杠测试区”，所述“保险杠测试区”限定在每个拐角部内侧约66mm处且排除保险杠系统的250mm的中心区域。该保险杠系统包括构造用于与车架附连的保险杠加强梁以及设在梁的正面上的能量吸收器。该能量吸收器在保险杠测试区上具有多个彼此间隔开的中空垮塌式凸起部，所述凸起部被构造成在行人撞击过程中垮塌和吸收能量。凸起部被构造成，对于沿“保险杠测试区”的长度在纵向位置处的使垮塌式凸起部垮塌至少10mm的撞击侵入，在垮塌过程中提供期望的平均撞击能量吸收的力-偏移轮廓的±30％以内的均匀的撞击能量吸收。通过这种结构，无论行人腿部在何处撞击能量吸收器，该保险杠系统均保证行人安全。

在本发明的另一方面，一种能量吸收器被构造成设置在结构构件的正面上以便在对该结构构件形成撞击期间吸收能量，该能量吸收器包括底部凸缘，其被构造成与加强梁接合且包括从底部凸缘伸出的多个间隔开的中空凸起部。该能量吸收器限定测试区域，该测试区域包括至少三个相邻的中空凸起部，但是不包括能量吸收器的端部和约250mm的中心区域。凸起部均具有剪切壁，所述剪切壁被构造成在发生撞击时垮塌和吸收能量，底部凸缘包括使相邻凸起部相互连接的条带。测试区域中的凸起部和条带的构造、尺寸和间距被设置成对于沿“测试区域”的长度在纵向位置处发生的至少10mm的撞击侵入，在垮塌过程中提供期望的平均撞击能量吸收的力-偏移轮廓的±30％以内的均匀的撞击能量吸收，以便无论撞击器在何处撞击能量吸收器均保证行人安全。测试区域中的凸起部具有沿纵向间隔开90mm至132mm的中心线。

在本发明的另一方面，一种能量吸收器被构造成设置在梁的正面上。该能量吸收器包括底部凸缘和至少一个中空的凸起部，所述凸起部从底部凸缘处伸出且具有顶部和底部剪切壁及结合限定四个拐角的竖直剪切壁。基于策略在每个拐角的基部设有至少一个孔洞，该至少一个孔洞部分围绕每个相应的拐角延伸且伸入相关的相邻的壁以降低相关的相邻的柱状强度。该剪切壁和孔洞的形状和尺寸被设置成形成可预测且均匀的撞击阻力，而与行人腿部撞击能量吸收器的具体位置无关，在使该至少一个中空凸起部垮塌10mm以上以吸收能量的撞击过程中，撞击阻力在期望的力-偏移轮廓的±30％的范围内均匀。

在本发明的另一方面，一种用于车辆的能量吸收系统包括构造用于附连在车辆上的结构构件，以及设在结构构件的正面上的能量吸收器。该能量吸收器具有至少四个中空的垮塌式凸起部，所述凸起部限定测试区域且在发生撞击时定义力-偏移曲线的有效部分，在该有效部分上垮塌式凸起部发生崩塌以吸收能量。该垮塌式凸起部沿纵向间隔分布，并且被构造成在力-偏移曲线的有效部分期间，在测试区域长度上的位置处提供在期望的平均撞击能量吸收的力-偏移轮廓的±30％以内的均匀的撞击能量吸收。

在本发明的另一方面，一种方法包括以下步骤：提供具有底部凸缘的能量吸收器，该底部凸缘被构造成与支撑结构接合并且包括间隔分布的中空凸起部，该中空凸起部从底部凸缘伸出且定义测试区域；每个所述凸起部包括剪切壁，所述剪切壁被构造成对于引起中空凸起部崩塌至少10mm的侵入行程，当受到行人腿部模拟撞击器撞击时，发生垮塌且沿着力-偏移轮廓吸收能量，该方法还包括通过在垮塌式凸起部上形成至少一个孔洞和外部肋调整能量吸收器的垮塌式凸起部，以将能量吸收的均匀性改进成处于期望的平均能量吸收轮廓的±30％以内而与撞击器撞击的具体位置无关，其中如果存在所述肋，所述肋位于垮塌式凸起部的剪切壁上，且如果存在孔洞，所述孔洞位于由相邻的剪切壁形成的拐角上，由此与行人腿部撞击能量吸收器的具体位置无关地提供均匀的性能和对行人的安全保护。

本领域技术人员在学习下列具体说明、权利要求及附图后将能够理解和认识到本发明的这些和其它方面、目标和特征。

附图说明

图1-3示出了现有技术的保险杠系统，图1是顶视图，图2是去掉面板的片段顶视图且还示出了行人腿部模拟撞击器50，图3是截面图。

图4-9是体现本发明的保险杠系统的透视图、放大片段透视图、顶视图、前视图、后透视图及底视图，图4和6示出了加强梁和能量吸收器，并且图4-9示出了能量吸收器，该能量吸收器构造成横跨行人撞击区域对行人提供均匀的撞击阻力。

图10-12是截面图，图10是图9中的画圈的区域X的放大的截面图，图11-12是沿图10中的线XI-XI和XII-XII截取的截面图。

图13是与图11类似的放大的截面图，但是示出了与图4中示出的I形梁附连的能量吸收器。

图14是与图6类似的顶视图，但是示出了与梁附连且在三个不同位置上受到行人腿部模拟测试撞击器撞击的能量吸收器。

图15是曲线图，其示出了体现本发明的保险杠系统在彼此纵向间隔开11mm的6个不同位置上的力-位移曲线，其中所述保险杠系统是图4-14中示出的系统。

图16-17是曲线图，其示出了两个现有技术的保险杠系统的力-位移曲线，这两个系统分别在现有技术的加强梁上具有现有技术的能量吸收器，图16是注塑成型的能量吸收器，图17包括金属的能量吸收器。

图18-20是曲线图，其示出了本发明的保险杠系统的力-位移曲线，本发明的保险杠系统具有相同的加强梁和类似的能量吸收器(具有相同形状、间距的凸起部)，但是其中图18-20中的凸起部的壁具有不同的厚度和/或在拐角具有不同的孔洞以改进横跨其前部的撞击强度的一致性，并且在30mm-70mm的撞击行程上形成不同的最大撞击阻力，图18-20中的每一个图中的凸起部为60mm深，且每个曲线图均示出了预期在阻力上出现最大差异的两个撞击。

图21-23和24-26是与图18-20类似的曲线图，但是图21-23中的凸起部的深度为70mm，图24-26中的凸起部的深度为80mm。

图27是一种具有孔的改进的能量吸收器的一部分的透视图，图28是包括图27的能量吸收器的保险杠系统的力-位移曲线。

图29是一种改进的能量吸收器的一部分的透视图，该吸收器与图27中的类似，但是在拐角处具有孔洞。

图30是一种改进的能量吸收器的一部分的透视图，该吸收器与图29中的类似(即无拐角孔洞)且包括外部肋，以稳定垮塌式凸起部的顶部和底部侧壁，图31是包括图27的能量吸收器的保险杠系统的力－位移曲线。

图32是与图13类似但包括改进的能量吸收器的截面图。

对现有技术的描述

图1-3示出了一种现有技术的保险杠系统，该系统包括保险杠加强梁100(参见图2-3)及位于其正面上的聚合能量吸收器101，且出于美观方面的原因用彩色面板102(例如RRIM、注塑成型的TPO或其它材料)来覆盖。能量吸收器101邻接正面且包括吸收能量的垮塌式凸起部103，垮塌式凸起部103具有被构造成在受到撞击时垮塌并吸收能量的壁。这些壁包括竖直剪切壁104。所示凸起部103与梁的长度方向平行地延伸，且其长度明显长于行人腿部(用标准腿部撞击器50示出)，因此其撞击阻力将随撞击位置发生很大变化。当行人腿部(用撞击器50示出)在位置M处(图2)受到撞击时(即撞击发生在相邻凸起部之间的中心位置)，腿部将从两个竖直剪切壁104处受到相对较高的撞击阻力。然而，当撞击发生在位置N处时(即撞击发生在单个凸起部上的中心位置)，腿部将受到相对较低的撞击阻力(即实际上没有来自任何竖直剪切壁的撞击阻力)。这是因为凸起部是细长的，因此在位置N附近不存在竖直剪切壁。这种情况导致在行人受到撞击时对撞击能量的吸收不一致且不可预测。

UNECE(联合国(UN)的委员会)是一个评估行人撞击的组织，其已经发布了第9号全球技术规范(GTR)。现在正处于被成员国接受的阶段，且一旦在各个国家获得通过，它将成为一种规范。行人撞击标准主要适用于位于车辆拐角之间的保险杠系统的正面段，因为这是经常与行人发生撞击和造成伤害最大的地方。

在UNECE的第9号全球技术规范中，“保险杠的拐角”由车辆与一竖直平面(该竖直平面与车辆的纵向竖直面成60°且与保险杠外表面相切)的接触点形成(参见图1和6)。在“拐角”内侧的66mm的位置之间的区域则构成“保险杠测试区”BTA(文中也叫作“行人撞击保险杠测试区”，其被用于评估行人撞击)。具体而言，“保险杠测试区”指由与保险杠拐角相交且沿保险杠拐角内侧平移66mm的两个纵向竖直面VP限定的保险杠正面。

在依据第9号规范进行的保险杠撞击测试中使用标准测试固定装置(撞击器50)(参见图2和14)(也叫“行人腿部撞击器”)来模拟对“典型的”行人腿部的撞击。它包括：直径70mm的内部钢棒51(即“骨头”)；泡沫圆柱体52(即“肉”)，其围绕钢棒51形成25mm厚的管筒，从而形成120mm的外径；以及套筒53(即“皮肤”)，其围绕泡沫52形成6mm厚的管筒，从而形成约132mm的外径。

图16-17示出了经测试的具有现有技术的能量吸收器(一个采用聚合材料，另一个采用金属材料)的两个现有技术的保险杠系统的力－偏移曲线，所述测试目的是在如上限定的“保险杠测试区”中限定沿其长度的阻力的均匀性的基准。如图所示，在约30mm的垮塌/侵入量下，随着保险杠系统上发生撞击的位置不同，阻力变化多达约150％至400％。例如，在图16中测试的具有能量吸收器的现有技术的保险杠系统中，在30mm的侵入量下，阻力(取决于撞击位置)小至约1000N或者高达约5000N。此外在图16中，在侵入量低至10mm时就容易注意到在阻力上存在明显差异，且注意到当侵入量在30mm以上至60mm时出现巨大差异。在图17中测试的具有能量吸收器的现有技术的保险杠系统中，在侵入30mm时，阻力小至约1700N或高达约4300N。同样，阻力在侵入量为10mm或更低时开始出现差异，且当侵入量在30mm以上至60mm时，差异明显。

具体实施方式

在本说明书中，为方便描述，使用了各种术语，诸如高度、宽度、长度、上、下、左、右等。这些术语起到方便描述的作用，但是不期望产生不必要的限制作用。另外要注意的是，有时这些术语涉及处于车载方位(其中凸起部水平地/朝前地面对)的部件，而其它时候这些术语被用来涉及位于搁置面(诸如桌台)上的能量吸收器(凸起部朝上)。

车辆保险杠系统20(图4-6)包括通过装配件22装配在车架上的加强梁21，以及位于其正面上且覆有面板(参见图2中的面板23A)的能量吸收器23。所示能量吸收器23(图6-10)由聚合材料注塑成型，且包括沿纵向间隔分布的中空的能量吸收凸起部24(也叫“垮塌式盒体”)和共面条带25(其与底部凸缘27共面且成为凸缘一部分)，其中条带25将邻接正面的凸起部24互连。已发现，如果能量吸收器23包括其凸起部纵向间距(尺寸DLS)被设定成中心线间距为约90mm至约132mm(更优选地100mm至120mm，最优选地约110mm)且条带宽度(沿保险杠梁的纵向方向测得)在约15mm至50mm之间(更优选地约20-45mm，或者最优选地30-40mm)的能量吸收垮塌式凸起部24，则其性能的一致性明显更好，且与撞击位置无关。

例如，本发明的能量吸收器(诸如具有凸起部24的能量吸收器23)可被构造成在大于10mm直至40mm或更多的撞击行程下，在其保险杠撞击区域上提供均匀的撞击阻力，所述阻力在期望的平均撞击能量吸收轮廓的±30％(或更优选地25％，最优选地20％－10％)范围内。一个优化的能量吸收器范围是：凸起部中心之间的间距为尺寸A，给定凸起部的深度为尺寸B，比值A:B约为110:65且在±20％的范围内。

要注意，在本发明中，整个保险杠测试区域都可以有均匀的撞击能量吸收轮廓。然而，还可以设想能量吸收器常常在保险杠测试区的中心区域上不具有均匀性，因此设想本发明的范围也包括这种可能性。具体而言，保险杠系统中的能量吸收器中心区域上的均匀性的缺失可源于各种不同的原因。例如，由于行人在撞击发生之前会努力离开车道，因此通常不会与保险杠测试区域中心发生撞击。另外，保险杠系统中心区域上附连着的汽车牌照可能会改变撞击结果，使得对均匀性的要求毫无意义。同样，保险杠系统的中心可能设有其它结构特征，这可能使得对中心区域上的均匀性的要求变得毫无意义。因此，对于本发明的保险杠系统中的能量吸收器，对撞击能量吸收轮廓的均匀性的要求可以不包括距离约为250mm、更优选地约为200mm的中心区域在内。

试验表明：垮塌式凸起部24的深度(在车载状态下从保险杠梁正面上的底部凸缘测量到垮塌式凸起部的顶端)可以根据车辆上行李空间的要求及OEM车辆制造商在撞击行程方面的考虑变化。例如，垮塌式凸起部的深度可以约为50-90mm，更优选地约为55-80mm。本发明允许将这种均匀性扩展至不同的垮塌行程，如图16-24中所示及下文所讨论的那样。

试验表明：垮塌式凸起部(24)的竖直高度(即能量吸收器在车载状态下的竖直尺寸)不如凸起部间距和凸起部宽度那般重要。然而，一般而言，优选的凸起部高度(在车载状态下沿前后方向测得和在剪切壁外表面上的中点处测得)约为50-90mm，更优选地约为60-80mm。

试验表明：凸起部24上的剪切壁及前(正面)壁的壁厚对强度及撞击阻力的均匀性有影响。优选地，能量吸收器23由聚丙烯或TPO材料注塑成型，并且形成为包括壁厚约为1.5-2.8mm(或更优选地壁厚约为1.75-2.4mm)的顶部和底部(水平)剪切壁(45，46)、壁厚约为1.5-2.8mm(或更优选地壁厚约为1.75-2.0mm)的竖直剪切壁(47，48)、以及壁厚约为1.5-2.8mm(或更优选地壁厚约为1.75-2.0mm)的前(正面)壁(49)。要注意，剪切壁(47，48)(顶部、底部和侧部)的壁厚可以根据方便模制的倾斜角而变化。值得注意的是，所示剪切壁(45-48)略有隆起或曲度(其在车载状态下处于前后方向上)，诸如200-350mm的半径(radius)(也称“隆起”)。然而，设想剪切壁也可以具有半径无限大的隆起(即平壁)，或者具有其它非线性形状。在本文中，竖直剪切壁上的“隆起”意味着围绕位于壁的凹侧且沿径向与剪切壁间隔一定距离的竖直轴线形成的倒圆(radius)。水平剪切壁上的“隆起”意味着围绕位于壁的凹侧且沿径向与剪切壁间隔一定距离的水平轴线形成的倒圆。

在凸起部垮塌过程中，由凸起部的壁(45-49)形成的拐角会因其柱状强度对局部的能量吸收造成不利影响，从而导致与竖直剪切壁47或48之一对齐的撞击位置处的负载出现峰值。同时，拐角的形状也会影响保险杠撞击区域中的能量吸收器上的能量吸收均匀性。沿所有拐角对所示凸起部24作倒圆处理以便注塑成型，这通过任意两个壁45-49及底部凸缘27和条带25之间的结合部上的弧形拐角加以证实。拐角的优选形状的横向截面通常限定约2-8mm的倒圆，或者更优选地约3-6mm的倒圆，或者最优选地约3-5mm的倒圆。然而要注意的是，本发明可适用于具有更窄或更大半径或弯曲形状的凸起部结构/拐角、或者具有其它形状的拐角。要注意，在涉及条带宽度的数据中(例如“20mm宽”)，该条带宽度包括条带的平坦部(例如约15mm)以及两侧倒圆拐角的大约一半(即两侧还另外包括约3mm在内，这取决于采用的测量方法)。基于当前的讨论，拐角倒圆的剩余部分成为侧壁(45-48)的一部分，然而要注意到，此处的讨论主要涉及凸起部的中心线间距，通常不涉及给定凸起部上的竖直剪切壁的间距或者凸起部24之间的间距。

正面撞击的均匀性可以通过降低其中撞击力不希望地高于期望的平均撞击强度的特定区域上的“柱状”刚度来改进，其中包括提供弱化结构(有时叫做“垮塌启动部”)，诸如位于各凸起部24的拐角底部或壁结合部处的孔洞60(图5)或开口，或者位于竖直剪切壁47-48的顶部处的孔洞61，这些将在下面进行描述。换言之，孔洞60、61起到降低具有不期望高的刚度的位置上的柱状和壁刚度的作用，否则它会导致特定位置上的负载出现峰值。例如，在由四个剪切壁45-48和邻接梁的条带25/底部凸缘27限定的四个拐角中的每一个的底部上均含有孔洞60。也可以有利地在各个竖直剪切壁47、48的中心位置处在正面壁49的外缘上设置孔洞61。设想孔洞60和61可以具有任意的尺寸或形状，但是试验表明，覆盖拐角且伸入构成拐角的2个或3个相邻壁的矩形孔洞效果良好。

正面撞击的均匀性常常可以通过增加其中撞击力不希望地低于期望的平均撞击强度的特定区域上的凸起部24的刚度来改进。例如，这可以通过在顶部和底部剪切壁47、48上提供外部肋62(图30)以加强顶部和底部剪切壁47、48来实现，这点将在下面针对能量吸收器23D展开讨论(图30)。

所示能量吸收器23(图6-10)包括：底部凸缘27，凸起部24从凸缘向前伸出；以及向后延伸的顶部和底部附连凸缘28，其沿着底部凸缘27的顶部和底部边缘间隔分布。在一些能量吸收器23中，测试表明在底部凸缘27附近(和延伸到底部凸缘27/条带25上)的凸起部的四个拐角中的每一个上设置孔洞60是有好处的。凸起部24为盒状，其在拐角之外的区域上具有相对平坦的壁。每个凸起部24包括顶部和底部壁45、46、竖直剪切壁47、48(其在纵向方向上构成“盒体”的末端)、以及将盒体前侧封闭的正面壁49。壁45-48略微隆起或弯曲以提供更柔和的撞击(即减少垮塌和崩塌开始之前的负载峰值)。

所涉及的一些拐角从凸起部的顶部延伸至其底部，并且由连接凸起部的相邻的壁45-49和条带25/底部凸缘27的材料形成。这些拐角形成关于保险杠梁正面成约“90度”角(沿期望的撞击方向)延伸的倒圆结构，但是包括倾斜角以方便模制。这些拐角可提供显著的局部撞击刚度，使得能量吸收器长度上的对行人腿部的撞击阻力的不一致性增加。通过弱化这些拐角(诸如通过提供孔洞60、61)，由竖直剪切壁中心处的撞击引起的高的负载峰值减小，从而与能量吸收器上的其它位置的一致性更好。由壁45-49与条带25和底部凸缘27的连接处形成的所示拐角通常为约2-8mm的倒圆、更优选地约为3-6mm的倒圆、最优选地约为3-5mm，然而本发明也可以用在更窄或更大的倒圆的凸起部壁结构上。

设想能量吸收器23可以借助不同手段与加强梁21附连。所示能量吸收器23包括沿能量吸收器长度间隔分布的顶部和底部附连凸缘28。所示底部附连凸缘28包括多组底部凸缘，其中以三个相邻的底部凸缘33-35为一组5(图8)，顶部附连凸缘28包括相对的单个很宽的顶部凸缘36。中间的底部凸缘34和顶部凸缘36可分别包括用于与相配的加强梁21的顶壁和底壁上的配合部件(或孔)摩擦接合的齿部37或垫板40。凸缘33-36还可以包括用于提高强度的外部加强肋38、41。凸缘33-36可以包括产生摩擦力的垫板(取代齿部)，用于临时保持在加强梁上(例如，直至装上面板为止)。示出的顶部凸缘36包括增大且隆起的垫板40，并且还包括外侧的加强肋41。齿部37和垫板40被构造成具有倾斜的引入表面，其限定有斜面的喉道以便于将能量吸收器附连到保险杠加强梁21上。设想能量吸收器23还可以(或者作为替换)被构造成与覆盖保险杠系统的RIM面板附连。

要注意，图2和6示出了现有技术的模拟(即“代表”)行人腿部(在此也称“行人腿部”或“行人腿部撞击器”)的标准测试设备50。如上所述，腿部50包括钢棒51(即“骨头”)、泡沫52(即“肉”)和套筒53(即“皮肤”)。

如图14中所示，腿部50可以在不同位置(如图中的位置A、B或C所示，这些位置均位于行人撞击保险杠测试区)撞击能量吸收器23。在撞击位置A上，竖直剪切壁X和Y平坦接合；在位置C上，竖直剪切壁Y和Z平坦接合。当撞击位置的中心从凸起部中央的撞击位置“A”移至凸起部边缘的撞击位置“C”时，在其过渡区域中包括一个与竖直剪切壁47、48之一正好对齐的位置(参见撞击位置B)。要注意，优选的垮塌式凸起部24的中心线间距(尺寸DLS)为110mm。这使得能量吸收器23中的给定凸起部上的竖直剪切壁47、48之间的纵向间距为约65-70mm(记住用于模制的倾斜角和倒圆的拐角必须考虑在内)，同时相邻凸起部的竖直剪切壁47、48之间的纵向间距为约40-45mm。考虑到标准腿部撞击器50的外部尺寸为132mm，出人意料的是这种间距和凸起部宽度会在整个行人撞击保险杠测试区上提供相对恒定的撞击阻力(参见图6)。因此，这是一个出人意料的结果，其带来了意料之外的好处。

图15示出了与图4和6所示系统相似的保险杠系统20的力－偏移曲线(也叫“力－偏移轮廓”)，其中能量吸收器23在行人撞击保险杠测试区“BTA”上具有相同的凸起部24，且凸起部24的中心线纵向间距为110mm，相邻的凸起部之间由约35-40mm宽的条带隔开。在示出的能量吸收器23中，竖直剪切壁47、48及顶部和底部剪切壁45、46具有半径约为150-300mm的弯曲。凸起部24具有65mm的深度和约1.5-2.5mm的壁厚，并且在底部凸缘附近的每个凸起部拐角上具有孔洞60，在延伸到正面壁49上的竖直剪切壁47、48的顶端的中心具有孔洞61。凸起部24在顶部和底部的剪切壁47、48上不具有肋(66)或起伏。

图15是在6个撞击位置上测试得到的数据，其中每个位置均与前一个撞击位置相隔11mm。如图6和10中所示，第一个撞击位置A在凸起部之间位于(条带之上)中心位置上。下一个撞击位置B偏向一侧11mm，再下一个撞击位置C又偏向一侧11mm，类似情形发生在撞击位置D、E和F上。撞击位置F指向凸起部24的中心。由于所有凸起部24均具有对称性且尺寸和形状相同，因此撞击位置A-F代表了保险杠测试区上所有位置处的撞击阻力，因为每个凸起部的底层结构及其与撞击器50的关系在具有保险杠测试区尺寸BTA的能量吸收器23的长度上延续时是重复出现的。如图15中的曲线图所示，在侵入量达到25mm时，所有6个位置A-F上的阻力实际相同；在侵入30mm时，撞击阻力在约±5％的范围内相似；在侵入约60mm时，撞击阻力仍然在约±10％的范围内相似。(将图15与图16-17作比较，其中图15代表本发明的能量吸收器上的测试结果，图16-17代表用作基准的两个已知/现有技术的部件，其中一个为塑料材质，一个为金属材质。)

在与行人腿部发生撞击的过程中得到力-偏移曲线(也叫“力-偏移轮廓”或“撞击力-侵入轮廓”)，其中撞击的阻力从零开始增长，接着达到平稳状态，然后再次突然增大。具体而言，撞击的力-偏移曲线的第一部分在很大程度上受到行人腿部的肉和皮肤的变形、弯曲和压缩的影响(在此称为力-偏移曲线的“初始撞击和压缩部分”)。紧接其后的是第二部分(在此称为撞击垮塌行程期间的力-偏移曲线的“有效部分”)，其中能量吸收器通过垮塌式凸起部的剪切壁垮塌吸收能量来起作用(在这一阶段，剪切壁“变皱”并且形成多个不规则的弯折，从而通过材料变形实现显著的能量吸收)。接着是第三部分(在此称为力-偏移曲线的“叠置平坦部分”或者“加强梁阻挡部分”)，其中能量吸收器基本上已被压平，因此阻力主要是底部支撑结构(在保险杠系统中为加强梁，其通常为金属且非常坚硬)的阻力。例如，在图15中，第一部分(即力－偏移曲线中的“初始撞击和压缩部分”)是从侵入0mm至约30mm；第二部分(即“有效部分”)是从侵入30mm至约63mm(其中阻力在小的变化范围内保持相对恒定)；第三部分(即“梁阻挡部分”)是侵入63mm以上(其中阻力突然增大)。作为对比，在图18中，第一部分(即“初始撞击和压缩部分”)是从侵入0mm至约25mm；第二部分(即“有效部分”)是从侵入25mm至约60mm；第三部分(即“梁阻挡部分”)是侵入60mm以上。作为对比，在图21中，第一部分(即“初始撞击和压缩部分”)是从侵入0mm至约25mm；第二部分(即“有效部分”)是从侵入25mm至约70mm；第三部分(即“梁阻挡部分”)是侵入70mm以上。

我们进行了数项研究来确定能量吸收器凸起部尺寸的敏感性和最佳范围。研究表明，对于特定保险杠系统(“车辆应用”)而言较好的范围如下。要注意，我们认为当前的尺寸有意义且非显而易见，并且提供了出乎意料的结果，因为例如凸起部中心线之间的110mm的间距出乎意料地不同于撞击器50的任何尺寸，也不同于典型人腿的任何尺寸。

凸起部宽度间距90mm-132mm(更优选地100mm-120mm，最佳地110mm)

凸起部高度 60mm±20％或更优选地±10％

深度 50-80mm(在很大程度上受设计样式影响)

壁的隆起 从平面到隆起，或者更优选地150mm和300mm

厚度 1.5-2.25mm±10％

沿壁设置褶皱/加强肋(必要时)

沿拐角和在连接处形成倒圆/孔(根据要求变化)

条带宽度 15-50mm(根据要求结合孔、肋变化)

设想本发明的能量吸收器23可以形成为与线性加强梁匹配，或者与沿纵向蜿蜒的加强梁(21)匹配(参见图6和14)。就蜿蜒的梁而言，能量吸收器的凸起部可以被设置成朝向与期望的撞击方向平行的方向、和/或朝向正前方、和/或根据与车辆拐角的关系及车辆的设计朝向前方但形成微小角度。例如，凸起部24可以与加强梁正面的相邻部分竖直地延伸(此时由于梁的曲线蜿蜒，末端的凸起部的延伸方向可能不与中间的凸起部平行)，或者末端的凸起部以某一角度略微向内倾斜(以便在加强梁的末端向后弯曲的情况下，所有的凸起部仍然是与车辆行进方向平行地从车辆向前平行伸出)。还要注意，梁可以通过不同的材料和不同的工艺形成，诸如梁是由钢材辊轧而成的，或者是由铝挤压而成的，或者是由增强的聚合物模制而成的。

示出的能量吸收器是由公知且市场有售的适于吸收能量的聚合材料注塑成型的。所示能量吸收器在其条带25处具有足够的纵向柔韧性，以便即使是在梁末端具有相当的蜿蜒或者增大的蜿蜒(即末端附近的向后弯曲增大)时，也能够柔软地缠绕并接合加强梁的正面。然而，设想本发明的范围包括由钢或其它金属制成的能量吸收器，能量吸收器可以在纵向方向上无柔韧性，且形成为与特定的梁正面轮廓相嵌套。

图18-20为曲线图，其示出了具有相同加强梁21和与能量吸收器23非常类似的能量吸收器的本发明的保险杠系统20的力-位移曲线。具体而言，对应图18-20的三个能量吸收器具有形状相同的凸起部和凸起部间距(即，凸起部中心线中心上的110mm)，但是图18-20的能量吸收器中的凸起部的壁45-49具有略微不同的厚度，并和/或者在拐角处具有不同的孔洞。具体而言，图18-20中的每一个中的凸起部的深度均为60mm，且凸起部的中心线间距均为110mm(即，凸起部在(侧置的)竖直剪切壁的底部上约为88mm-90mm，条带宽度约为20mm-22mm)。剪切壁45-48的厚度在图18-20的能量吸收器之间有所不同，并且根据需要在剪切壁45-48的拐角处增添孔洞60-61以优化保险杠系统的梁撞击区域上所有纵向位置处的撞击阻力的均匀性。

图18-20的曲线图分别示出了两个撞击，一种撞击发生在凸起部24上与竖直剪切壁47(或48)对齐的位置，因此期望相对较高的撞击阻力，另一种撞击发生在凸起部24上的中心，在这种情况下期望相对较低的撞击阻力。图18-20中测试的能量吸收器均通过调节壁厚和/或孔洞60、61的位置被优化成与具体撞击位置无关地提供一致的撞击阻力。如图所示，图18-20中的各个能量吸收器的力-偏移曲线直到撞击行程(“侵入”)达到30mm时仍实际相同。要注意，图18-20的能量吸收器还包括调节成具有最佳壁厚的壁，以便在30mm-65mm的侵入量范围内形成不同水平的撞击阻力。例如，在图18中，当侵入量在30mm至65mm之间时期望的阻力为3kN。作为对比，在图19中，当侵入量在30mm至65mm之间时期望的阻力为4kN；在图20中，当侵入量在30mm至65mm之间时期望的阻力为5kN。

对其能量吸收器具有更深的凸起部(24)的保险杠系统执行与图18-20中所示相似的测试。图21-23中示出了有关其凸起部的深度为70mm的能量吸收器的结果。图24-26示出了类似测试的结果，但是其中采用了凸起部的深度为80mm的能量吸收器。基于上述讨论，相信这些结果是无需加以说明的。在所有情况下，撞击阻力均被维持成相对接近期望的撞击力阻挡水平，诸如在侵入30mm时在约±20％以内。要注意，还可以通过利用不同的“定制”孔洞60、61和外部肋62调整能量吸收器来改进撞击阻力的一致性，这将在下文中提及。

在下列改进的保险杠系统和能量吸收器中，相同和相似的部件、特征及特性使用相同的数字来标识。当存在显著变化时，仍使用相同的标识数字，但是要添加字母，诸如“A”、“B”、“C”等。这样做可以减少不必要的讨论。

图27(及图28中示出的测试结果)、图29、图30(及图31中示出的测试结果)及图32中示出的能量吸收器提供了对本发明范围的进一步理解。图27(及图28的曲线图中示出的测试结果)表明：本发明的概念可以在不采用孔洞和外部肋的能量吸收器23B中体现。图29示出了仅包括底部孔洞60的能量吸收器23C(其在凸起部正面上的外侧拐角处未设有孔洞61)。图30表明：本发明的概念可以通过利用孔洞60、61和外部肋62调整能量吸收器23D得到扩展(图31示出了源于相同结构的数据的曲线图)。在图30中，外部肋62与相关的(顶部或底部)壁的相邻部分形成T形横截面。

图32表明：本发明的概念可以应用在不同的梁和不同的支撑结构上。例如，图31中的保险杠加强梁21E与图13中示出的相同，但是在使用时采取相反的方位，使得梁21E上的中心通道65朝向前方(远离车辆)，这与朝向车辆相反。能量吸收器23E包括定位突舌66，其伸入梁21E上的通道65，因此在撞击过程中，突舌66有助于将能量吸收器23E保持在梁21E的正面上。

具体而言，图27示出了一种改进的能量吸收器23B，其凸起部尺寸与图4中的能量吸收器23的相同，但是其特征在于，能量吸收器23B不具有用于弱化拐角的拐角孔洞60、61，也不具有用于加强顶部和底部剪切壁45、46的外部肋62。凸起部24B具有50mm的深度和100mm的纵向间距。图28是包括图27的能量吸收器23B的保险杠系统的力-位移曲线。要注意到，通过用图表表示的四种撞击(一种撞击发生在相邻凸起部之间、一种撞击发生在凸起部边缘上、一种撞击发生在凸起部一半的中心(mid-center)、另一种撞击发生在凸起部的中心)可以看出，能量的吸收非常一致，与撞击位置无关。具体而言，撞击阻力在侵入量达到30mm时非常近似(在平均数的约±5％以内)，在侵入量达到45mm时仍然近似(在约±10％)。

图29示出了能量吸收器23C，其与图27中的相同，但是具有底部孔洞60。示出的能量吸收器23C在凸起部24C的正面上的外侧拐角处未设有孔洞61。

图30示出了一种改进的能量吸收器23D，其具有如图所示的尺寸，但是特征在于既具有用于弱化拐角的拐角孔洞60，又具有用于加强顶壁和底壁45、46的外部肋62。示出的凸起部24D具有65mm的深度和100mm的纵向间距。图31是具有图30的能量吸收器23D的保险杠系统的力-位移曲线。要注意到，通过用图表表示的四种撞击(一种撞击发生在相邻凸起部之间、一种撞击发生在凸起部边缘上、一种撞击发生在凸起部一半的中心、另一种撞击发生在凸起部的中心)可以看出，能量的吸收非常一致，与撞击位置无关。具体而言，撞击阻力在侵入量达到30mm时非常近似(在平均数的约±5％以内)，在侵入量达到45mm时仍然近似(在约±10％)。

图31示出了一种保险杠系统，其包括与图13中所示类似的梁21E和能量吸收器23E。然而，图31中的梁21E尽管与图13中示出的梁21相同，但是在使用时采取相反的方位，使得梁21E上的中心通道65朝向前方(远离车辆)(在图13中，该通道向内朝向车辆方向)。图31中的能量吸收器23E包括定位突舌66，其伸入梁21E上的通道65，以便在撞击过程中将能量吸收器23E保持在梁21E的正面上。

示出的能量吸收器由聚合物注塑成型，但是特别设想能量吸收器可以由其它材料(诸如可变形的钢、其它金属和非金属材料)形成，并且可以通过其它制造方法(诸如热成形、压模、模压)制成，同时仍然落在本发明的范围内。设想本发明可以应用在车辆上的除了车辆保险杠以外的位置、车辆内侧和/或外侧上，诸如用于门侧撞击、A柱撞击及仪表盘下方的撞击，同时仍然落在本发明的范围内。

应当认识到，可以在上述结构上做出改变和改进，同时不背离本发明的概念，且还应当认识到，这些概念期望通过下列权利要求来覆盖，除非有用文字特别说明的。

Claims (15)

1.一种保险杠系统，所述保险杠系统用于具有纵向方向的车辆，并适于接收来自标准化测试固定撞击器的撞击，所述标准化测试固定撞击器用于模拟对行人的腿部的撞击，其中，所述标准化测试固定撞击器具有132mm的外径并包括模拟骨头的第一部分和模拟肌肉及皮肤的额外部分，所述保险杠系统具有拐角部，所述拐角部由取向为与所述纵向方向成60°且与所述保险杠系统的前部接合的竖直平面限定，所述保险杠系统还具有保险杠测试区和250mm宽的中心区域，所述保险杠测试区限定成从每个所述拐角部的内侧66mm处到所述中心区域的相邻的边缘，但不包括所述中心区域，所述保险杠系统包括：

保险杠加强梁，该保险杠加强梁被构造用于与车架附连；以及

设在所述保险杠加强梁的正面上的能量吸收器，所述能量吸收器包括：在所述保险杠测试区中的多个间隔开的中空的垮塌式凸起部，所述垮塌式凸起部在行人撞击过程中垮塌和吸收能量，所述垮塌式凸起部限定出凸起部中心线，在所述凸起部中心线之间的间距在90mm至132mm之间；以及宽度在15mm和50mm之间的条带，对于沿所述保险杠测试区的长度在纵向位置处的使所述垮塌式凸起部垮塌至少10mm的撞击侵入，所述垮塌式凸起部在垮塌过程中提供处于期望的平均撞击能量吸收的力-偏移曲线的±30％以内的均匀的撞击能量吸收，因此无论行人腿部在何处撞击所述能量吸收器，所述保险杠系统均保证行人安全。

2.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述能量吸收器包括底部凸缘，所述底部凸缘的形状被构造成接合所述保险杠加强梁，并且所述能量吸收器具有的所述条带用于将从所述底部凸缘伸出的所述多个间隔开的中空的垮塌式凸起部中的相邻的垮塌式凸起部相互连接，并且所述凸起部包括剪切壁，所述剪切壁在发生撞击时垮塌和吸收预计量的能量。

3.如权利要求2所述的保险杠系统，其中所述条带与所述底部凸缘共面并形成所述底部凸缘的一部分，并且其中在撞击行程的有效部分期间，由所述剪切壁提供的阻力在±30％的范围内保持相对恒定，所述有效部分是所述垮塌式凸起部的所述剪切壁以吸收能量的方式垮塌和折叠的时候。

4.如权利要求3所述的保险杠系统，其中多个所述垮塌式凸起部沿着所述保险杠加强梁的纵向方向间隔开，并且其中，在撞击行程的所述有效部分期间，由所述剪切壁提供的阻力在±20％的范围内保持相对恒定。

5.如权利要求1所述的保险杠系统，其中行人撞击期间由所述垮塌式凸起部提供的阻力在侵入范围为30mm-60mm的撞击行程期间相对恒定。

6.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述能量吸收器由聚合物材料形成。

7.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述凸起部中心线之间的所述垮塌式凸起部的间距在100mm至120mm之间。

8.如权利要求1所述的保险杠系统，其中每个所述垮塌式凸起部包括50mm至80mm的凸起部深度。

9.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述垮塌式凸起部在车载状态下具有50mm至90mm的凸起部高度。

10.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述垮塌式凸起部包括厚度为1.5mm至2.8mm的壁。

11.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述垮塌式凸起部包括多个壁，所述多个壁具有沿所述多个壁中的至少一个壁延伸的肋。

12.如权利要求1所述的保险杠系统，其中所述垮塌式凸起部沿拐角部和在多个壁的连接处具有2mm-10mm的倒圆。

13.一种能量吸收器，其适于设置在结构构件的正面上，以用于在对所述结构构件形成撞击期间吸收能量，所述能量吸收器适于接收来自标准化测试固定撞击器的撞击，所述标准化测试固定撞击器用于模拟对行人的腿部的撞击，其中，所述标准化测试固定撞击器具有132mm的外径，并包括模拟骨头的第一部分和模拟肌肉及皮肤的额外部分，所述能量吸收器包括：

底部凸缘，该底部凸缘的形状被构造成接合加强梁，并且所述底部凸缘包括从底部凸缘伸出的多个间隔开的中空的凸起部，所述能量吸收器限定测试区域，所述测试区域包括至少三个相邻的中空的凸起部，但是不包括所述能量吸收器的端部区段和250mm的中心区域，每个所述凸起部具有剪切壁，所述剪切壁被构造成在被撞击时垮塌和吸收能量，所述底部凸缘包括使相邻的所述凸起部相互连接的条带，对于沿所述测试区域的长度在纵向位置处发生的至少30mm的撞击侵入，所述测试区域中的所述凸起部和所述条带在垮塌过程中提供处于期望的平均撞击能量吸收的力-偏移曲线的±30％以内的均匀的撞击能量吸收，以便无论所述标准化测试固定撞击器在何处撞击所述能量吸收器均保证行人安全，所述凸起部具有沿纵向间隔开90mm至132mm的中心线，并且在相邻的所述凸起部之间的所述条带的宽度为15mm至50mm。

14.一种方法，包括以下步骤：

提供支撑结构；

提供标准化测试固定撞击器，所述标准化测试固定撞击器用于模拟对行人的腿部的撞击，其中，所述标准化测试固定撞击器具有132mm的外径，并包括模拟骨头的第一部分和模拟肌肉及皮肤的额外部分；

提供具有底部凸缘的能量吸收器，所述底部凸缘接合支撑结构并且包括从所述底部凸缘伸出的、间隔开的中空的凸起部，所述凸起部彼此不接合，并一起定义测试区域；每个所述凸起部包括剪切壁，当受到撞击器撞击时，对于引起中空的所述凸起部崩塌至少10mm的侵入行程，所述剪切壁发生垮塌且沿着力-偏移曲线吸收能量，所述凸起部限定中心线，所述中心线设置成间隔开90mm至132mm的距离，并且所述凸起部被宽度为15mm至50mm的条带间隔开；以及

利用所述标准化测试固定撞击器使所述能量吸收器撞击所述支撑结构，之后提供改进的能量吸收器，所述改进的能量吸收器具有的垮塌式凸起部被改进成使能量吸收的均匀性提高成处于期望的平均能量吸收曲线的±30％以内而与所述标准化测试固定撞击器沿所述能量吸收器的所述测试区域的撞击的具体位置无关，所述垮塌式凸起部通过在所述垮塌式凸起部上形成孔洞和外部肋中的至少一种而被改进，其中，所述外部肋位于所述垮塌式凸起部的所述剪切壁上，所述孔洞位于由相邻的所述剪切壁形成的拐角部上，由此与行人腿部撞击所述能量吸收器的具体位置无关地提供均匀的性能和对行人的安全保护。

15.如权利要求14所述的方法，其中均匀的撞击能量吸收延伸到至少50mm的撞击侵入。