CN103189237B

CN103189237B - 单式能量吸收总成及其制造的方法

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Publication number: CN103189237B
Application number: CN201180052687.8A
Authority: CN
Inventors: 迪尼什·曼纳; 德汉恩德拉·库马尔·纳格万什; 马尼什·查图维迪
Original assignee: SABIC Innovative Plastics IP BV
Current assignee: SABIC Global Technologies BV
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: EP2632769B1; US20120104778A1; KR20140067958A; BR112013010081A2; EP2632769A1; BR112013010081A8; CN103189237A; WO2012056349A1; US9302638B2; KR101717511B1

Abstract

一种能量吸收总成（10）可以包括：支承结构（12），具有在x方向上从第一端部向第二端部延伸的第一壁（18）和外壁（20）；能量吸收器（14），其延伸跨越支承结构的第一壁，该能量吸收器包括配置成以在碰撞时压碎并吸收能量的多个可压碎构件，第一崩溃罐体（16）；以及第二崩溃罐体（16），其中第一和第二崩溃罐体从支承结构的第一和第二端部伸出。所述能量吸收总成是原位形成的单一元件。一种制造能量吸收总成的方法，可以包括：将熔融热塑性材料引入模具中以原位形成能量吸收总成，以及通过在y方向上移动模具以从该模具上移除能量吸收总成。

Description

单式能量吸收总成及其制造的方法

背景技术

本公开总体涉及在车辆中使用的能量吸收器，例如，用以减少伤害(例如对乘客、行人等)和/或减少车辆损伤。

保险杠系统(减震系统，Bumpersystem)一般沿宽度方向或横向延伸跨越车辆的前部和后部，并被安装至在纵向方向上延伸的导轨(rail)上。用于机动车的许多保险杠总成包括金属保险杠梁(减震梁，bumperbeam)和固定于保险杠梁上的注射模制(注塑，injectionmolded)的能量吸收器。保险杠系统一般还包括沿着保险杠表面的能量吸收器和用于覆盖能量吸收器的腰线(fascia)。

有益的能量吸收保险杠系统通过迅速将负荷累积(building)至导轨的负荷极限以下并维持负荷恒定直到冲击能已经消散来实现高效率。能量吸收系统通过控制冲击能量吸收来试图减少由碰撞带来的车辆损伤和/或伤害。美国联邦机动车辆安全标准(UnitedStatesFederalMotorVehicleSafetyStandards)(USFMVSS)、加拿大机动车辆安全标准(CanadianMotorVehicleSafetyStandards)(CMVSS)、欧洲ECE42消费者立法(EuropeanECE42consumerlegislation)、欧NCAP行人保护要求(EuroNCAPpedestrianprotectionrequirements)、安联碰撞要求(Allianzimpactrequirements)、和用于小腿和大腿的亚洲行人保护(AsianPedestrianProtectionforlowerandupperlegs)规定了保险杠系统的冲击要求。此外，美国高速公路安全保险协会(InsuranceInstituteforHigherSafety)(IIHS)已经对前部和后部保险杠系统两者制定了不同的壁障测试协议(barriertestprotocol)。对于为每一种不同汽车平台和车型规定的不同的设计标准都必须满足这些要求。如果对车辆的车架的任何部件存在甚至非常有限的损伤，那么维修车辆的费用可能急剧地升高。

这产生了对开发低成本、轻质、和高性能的能量吸收系统的需求，该能量吸收系统将变形并吸收冲击能量以确保良好的车辆安全等级，在与行人碰撞时吸收能量以减少行人受到的伤害、并且减少车辆在低速碰撞中的损伤，例如防止车架损伤。不同部件由于本身固有的几何形状和装配要求而需要不同的能量吸收器设计以满足冲击标准。因此，汽车工业正不断寻求提高车辆的整体安全等级的经济方案。所以，对于提供可以减少伤害和/或减少车辆损伤和/或增强车辆安全等级的方案存在持续的需求。

发明内容

在不同实施方式中公开的是能量吸收装置以及制造可以与各种车辆部件结合使用的能量吸收装置的方法。

在一个实施方式中，能量吸收总成(energyabsorbingassembly)可以包括：支承结构，具有在x方向上从第一端部延伸至第二端部的第一壁和外壁；能量吸收器，延伸跨越支承结构的第一壁，该能量吸收器包括多个可压碎构件(crushablemember)，配置该能量吸收器以在碰撞时压碎并吸收能量，第一崩溃罐体(crashcan)；以及第二崩溃罐体，其中该第一和第二崩溃罐体从支承结构的第一和第二端部伸出。能量吸收总成是原位形成的单一元件。

在一个实施方式中，车辆包括车身和导轨以及能量吸收总成。能量吸收总成包括：支承结构，具有在x方向上从第一端部延伸至第二端部的第一壁和外壁；能量吸收器，延伸跨越支承结构的第一壁，该能量吸收器包括多个可压碎构件，配置该能量吸收器以在碰撞时压碎并吸收能量，第一崩溃罐体；以及第二崩溃罐体，其中该第一和第二崩溃罐体从支承结构的第一和第二端部伸出，并且其中所述第一和第二崩溃罐体连接至没有保险杠梁的导轨上。该能量吸收总成是一种原位形成的单一元件。

在一个实施方式中，一种制备能量吸收总成的方法可以包括：将熔融的热塑性材料导入到模具中以原位形成能量吸收总成，该能量吸收总成包括支承结构、能量吸收器、第一崩溃罐体、和第二崩溃罐体，其中支承结构具有含有端部的第一壁和外壁，其中该第一和第二崩溃罐体从支承结构的端部伸出，并且能量吸收器延伸跨越支承结构的第一壁；以及通过在y方向上移动模具从模具上移除能量吸收总成。

下面更具体地描述这些和其它非限制性的特征。

附图说明

以下是附图的简要说明，其中相同的元件编号相同并且所给出的附图是用于描述本文所公开的示例性实施方式的目的而不是用于限制本发明的目的。

图1是包括保险杠梁、能量吸收器、和崩溃罐体的能量吸收总成的等距视图。

图2是保险杠梁的等距视图。

图3是保险杠梁的等距视图。

图4是能量吸收器的一部分的等距视图。

图5是能量吸收器的一部分的等距视图。

图6是压碎盒(crushcan)的后等距视图。

图7是压碎盒的前等距视图。

图8是包括保险杠梁、能量吸收器、和崩溃罐体的能量吸收总成的等距视图。

图9是图8的所述能量吸收总成沿线A-A的剖面侧视图。

图10是图示对于行人小腿冲击测试的加速随时间变化的曲线图。

图11是图示对于行人小腿冲击测试的旋度(rotation)随时间变化的曲线图。

图12是图示对于行人小腿冲击测试的剪切(shear)随时间变化的曲线图。

图13是图示在中心摆测试(centerpendulumtesting)中观察到的力的曲线图。

图14是图示在中心摆测试中观察到的梁后部的位移随时间变化的曲线图。

图15是图示对于车辆损伤结果的能量吸收的量随时间变化的曲线图。

图16是图示对于车辆损伤结果的力随时间变化的曲线图。

具体实施方式

本文在不同实施方式中公开了能量吸收总成，其能够与车辆部件配合使用，例如，将碰撞期间受到的损伤和/或伤害最小化。能量吸收总成可以包括支承结构、能量吸收器(例如，压碎凸耳(crushlobe))、和崩溃罐体，它们中的每一个都包含塑料材料，并且其中所有都形成为单一的、独立的部件。能量吸收总成排除了金属保险杠梁，并且包括热塑性支承结构和塑料能量吸收器的集成总成，该热塑性支承结构在配置成用于保护车辆导轨(例如，用于大于或等于15km/hr的碰撞)的塑料崩溃罐体之间延伸。塑料能量吸收器包括压碎凸耳，配置该压碎凸耳用于协助行人保护(例如，用于小于或等于40千米每小时(km/hr)的小腿碰撞(例如30-40km/hr的碰撞))。支承结构、崩溃罐体、和压碎凸耳是例如使用垂直移动模具(即在y方向上)原位形成的。在一些实施方式中，总成没有在x和z方向上延伸覆盖能量吸收器、覆盖支承结构、和/或覆盖崩溃罐体的最外层壁(例如，在总成两侧的y方向上的最外层表面)。该总成可以具有在支承结构(例如，图1的第一壁18和第三壁22)上部、在能量吸收器(例如，图1的前壁26)上部、和/或在崩溃罐体(例如，图6和图7的前端面50和后端面52)上部在该总成的一侧或两则的x和y方向上延伸的最外层壁。

在不同实施方式中，崩溃罐体形成总成的端部，伴随热塑性塑料支承结构在该崩溃罐体之间延伸。在支承结构和崩溃罐体的前部是延伸跨越该总成、跨越该崩溃罐体和支承结构的能量吸收器(例如，压碎凸耳)。崩溃罐体可以连接至白车身(bodyinwhite)(BIW)，例如，连接至凸出支架(projectingsupport)(例如，车辆导轨)上。为了获得这种设计，即替代金属保险杠梁、能量吸收器和崩溃罐的各单独元件的单一吸收总成，需要再设计。形成了在y方向上具有开口的多个实施方式(参见图1)。

因为每个部件都包含热塑性材料，所以集成总成显著减少了整体总成的重量(例如，相比于满足相同能量吸收能力的包括金属保险杠梁和/或金属崩溃罐体的总成，减少了可达三分之一的重量)，而且同时在行人碰撞期间以及在低速碰撞期间提供了高性能(例如，可控的压碎，从而与金属能量吸收器相比提高了功效)。由于集成总成，本文所描述的能量吸收总成可以替代金属保险杠梁和/或崩溃罐体。结果是减少了装配部件所需的时间，从而降低了总成的总成本。能量吸收总成可以利用各种模制方法(例如，注射模制、热成型、挤压等)来制造以提供单件总成(例如，整体形成的支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体)。

尽管本文所公开的能量吸收总成可以用于车辆的任何部位，但是能量吸收总成计划安装在车辆的前部(例如，在车辆的发动机、散热器等通常安装的部分中)以在发生碰撞时保护白车身(BIW)和位于BIW后部的部件，防止损伤。通常，能量吸收总成可以安装于BIW的前面且连接至BIW，以用作在碰撞期间对结构的保护。例如，能量吸收总成可以连接到位于BIW上的车辆导轨和/或横梁(crossmember)上。总成的能量吸收部件可以位于支承结构的前面以减少在碰撞时对行人的伤害。崩溃罐体在相对的端部协助支持所述支承结构(例如，在支承结构的左端部和右端部(支承结构可以具有比车辆导轨的间距更小的长度))。崩溃罐提供刚度以在碰撞之后保护车辆导轨，防止损伤。崩溃罐体通常也提供在碰撞期间减少车辆损伤和驾驶员/乘员伤害的功能。观察到该方案比现有设计要轻20％或更多，同时实现相同的性能，例如相比于美国专利号7,044,515中公开的设计。

金属保险杠梁和崩溃罐体通常重量重且制造昂贵。另外，金属保险杠梁不能与塑料能量吸收器或塑料崩溃罐体整体(例如，原位)形成，从而提高了包括金属保险杠梁和/或金属崩溃罐体的能量吸收总成的加工时间。此外，由于金属保险杠梁不是与能量吸收器和崩溃罐体整体形成的，与金属保险杠梁装配时需要另外的时间，这也增加了利用金属保险杠梁的能量吸收总成的总成本。金属崩溃罐体也真实地存在相同的问题，即金属崩溃罐体不能与金属保险杠和/或塑料能量吸收器整体形成，增加了用于能量吸收总成的加工和装配时间。汽车制造商持续需要对此类汽车部件的重量更轻、效率更高、成本效率的解决方案。通过提供单件总成，其中总成的各部件都包含热塑性材料，可以实现对重量、加工时间和装配时间的显著节省。例如，在总成的各部件都包含热塑性材料时，可以观察到重量的减少可达三分之一。使用单件总成时也可以实现减少的装配时间。例如，装配时间可以减少至少35％。

总成的能量吸收部件(例如，压碎凸耳)可以设计用来在碰撞行人期间吸收能量并发生变形，支承结构可以设计用来为能量吸收器提供支撑并且用作在摆锤和壁障碰撞(pendulumandbarrierimpact)期间弹性变形并吸收能量的刚度构件，而崩溃罐可以设计用来在安联碰撞(Allianzimpact)和/或RCAR期间弹性变形并吸收能量并且还可以为塑料梁提供支撑。换言之，支承结构具有处于崩溃罐体与能量吸收器(例如，压碎凸耳)的刚度之间的刚度。安联碰撞是指其中将车辆的前部以相对于车辆移动方向为10度的角度并在驾驶员侧具有40％重叠向刚性壁障驾驶的测试，而RCAR是指在15千米每小时(km/hr)下的碰撞。摆锤和壁障碰撞测试是指在可变速度下的FMVSS581.1-581.7。对于相对于车辆移动方向为30度的对车辆的拐角碰撞，摆碰撞速度为1.5英里每小时(mph)，对于其它所有的以相对于车辆移动方向的相同方向的摆锤和壁障碰撞都为2.5mph。

本文所描述的能量吸收总成能够满足和/或超过针对低速碰撞所规定的要求，例如ECE-42和RCAR/安联/丹纳/撒卡曼碰撞(RCAR/Allianz/Danner/ThatchamImpacts)，以及满足和/或超过行人碰撞条例的要求，例如EEVC、ACEA(阶段II)和GTR。EEVC工作组17和ACEA(阶段II)相应于行人碰撞要求，后者更严格。他们还已经开发了测试程序，并且当行人腿假模被汽车碰撞时，对行人腿假模的最大允许伤害进行了量化，从而在碰撞期间行人是安全的。

能量吸收总成的示例性特征包括高韧性/延展性、热稳定性、高能量吸收能力、良好的模量与延伸的比率、以及再循环能力等等，其中“高”和“良好”用来指特性至少满足对于给定部件/元件的车辆安全条例和要求。支承结构、能量吸收器和崩溃罐体单独地包含相同或不同的塑料材料(例如，热塑性材料)。支承结构、能量吸收器和/或崩溃罐体可以包含可以形成所需形状并提供所需特性的任何热塑性材料或热塑性材料的组合。对于材料的所需模量值可以大于或等于0.6千兆帕斯卡(GPa)，尤其是0.6GPa至20GPa，更具体是3GPa至20GPa。为了有效地能量吸收，期望的是材料具有较高的断裂应变值，典型地20％至130％，尤其是30％至120％，更具体是80％至110％。

示例性的材料包括热塑性材料以及热塑性材料与弹性材料、热固性材料、金属、和/或复合材料如塑料-金属混合结构和/或塑料-复合材料混合结构的组合。可能的热塑性材料包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚碳酸醋；聚碳酸醋/PBT共混物；聚碳酸酯/ABS共混物；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；丙烯腈-(乙烯-聚丙烯二胺改性的)-苯乙烯(AES)；亚苯基醚树脂；聚苯醚/聚酰胺共混物；聚酰胺；亚苯基硫醚树脂；聚氯乙烯PVC；高抗冲聚苯乙烯(HIPS)；低/高密度聚乙烯(L/HDPE)；聚丙烯(PP)；膨胀聚丙烯(EPP)；以及热塑性烯烃(TPO)。例如，支承结构、能量吸收器、和/或崩溃罐可以包含塑料树脂，其可以从SABICInnovativePlasticsIPB.V商购得到。支承结构、能量吸收器、和/或崩溃罐还可以由包含上述任何材料中至少一种的组合来形成。

总尺寸，例如，能量吸收总成的具体尺寸，将取决于其在车辆中的位置及其功能，以及其预定用于的特定车辆。例如，能量吸收总成的长度(l)、高度(h)、和宽度(w)将取决于在所需使用位置的可用空间量以及所需要的能量吸收。支承结构、能量吸收器、和/或崩溃罐体的深度和壁厚还取决于可用空间、所需刚度、以及采用的材料(或材料的组合)。例如，能量吸收器的宽度w可以小于或等于200毫米mm，具体为50mm至200mm，更具体为80mm至90mm。支承结构的高度h可以小于或等于250mm，具体为50mm至150mm，且具体为70mm至80mm。能量吸收器(例如，压碎凸耳)可以延伸支承结构的长度，具体地，压碎凸耳可以延伸跨越组合的支承结构和崩溃罐体的长度，例如，以提供跨越该总成的能量吸收。

支承结构、能量吸收器、和/或崩溃罐体的壁厚度可以都相同或者可以不同以在所需的方向上增强刚度。例如，崩溃罐体在前部可以比在后部具有更厚的壁，例如相对于BIW的表面，能量吸收器在中间或在朝向能量吸收器的一端或两端具有更厚的壁，支承结构在朝向安装崩溃罐体的端部具有更厚的壁。

能量吸收总成可以通过若干种方法来生产，例如模制(例如，注射模制、注射压缩模制)、成型、挤压、和/或任何其它适合的制造技术。例如，支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体可以通过以下方法来形成，如注射模制、热成型、挤压以及包括前述至少一种的组合。在多个实施方式中，为了获得期望的能量吸收并使得能够原位形成总成，一种方法是利用模具，这些模具在y-方向上移动(参见图1)，从而该总成(例如，在其两侧上)在y方向上包括开口，在x和z方向上能量吸收器和支承结构是封闭的(例如，在x和z方向上具有外壁，以便在这些方向上没有形成开口或空腔，但在y方向上具有开口以便形成空腔和/或通道。(参见图1-图8)压碎凸耳可以在y方向上敞开(例如，在垂直壁56和加强筋(rib)54之间)并且可选地在x方向上具有开口(例如，图6的中空部58)。

设计能量吸收总成，以便在崩溃罐体中比在支承结构中具有更大的刚度从而在RCAR/安联15km/hr的外侧碰撞情况(outboardimpactcase)期间吸收显著更高量的能量，并且在支承结构中比在能量吸收器(例如，压碎凸耳)中具有更大的刚度从而该支承结构在小腿碰撞情况期间足够硬从而为能量吸收器的压碎提供充足的反作用。例如，如果支承结构的刚度为“SS”，那么崩溃罐可具有的刚度为2SS至5SS，特别是2.5SS至4.5SS。压碎凸耳可具有的刚度为0.2SS至0.9SS，特别是0.3SS至0.7SS。

对本文所公开的部件、方法和设备的更完整的理解可以通过参照附图来获得。这些附图(本文也称为“图”)仅仅是基于便利和容易示出本公开的示意图，因此它们并非旨在表明装置或其部件的相对尺寸和大小和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见，在以下描述中使用了特定术语(specificterm)，但这些特定术语仅用来指代附图中选择用于说明实施方式的特定结构，而并非用来限定或限制该公开的范围。在附图和以下的说明中，应当理解相似的数字标识指代相似功能的部件。

图1示出了能量吸收总成10，包括支承结构12、能量吸收器14、和一个或多个崩溃罐体16。如图2所示，支承结构12包括第一壁18和第二壁20，以及可选的第三壁22。加强筋24可以配置在第一壁18和第二壁20之间。如图2和图3所示，加强筋24可以形成延伸跨越支承结构12的长度的三角形结构。加强筋24增加了支承结构的刚度，从而也提高了支承结构的能量吸收能力，从而在碰撞后，对位于支承结构后面的车辆部件产生较小损伤。在存在第三壁22的实施方式中，如图3所示，加强筋24也可配置在第二壁20和第五壁22之间。在如图3所示的一个实施方式中，一个或多个水平层30将支承结构的第一壁18和第二壁20分离为具有上部32和下部34的结构，其中加强筋24配置在上部32和该下部34中处于第一壁18和第二壁20之间。在存在第三壁22的实施方式中，如图3所示，水平层30可以将第二壁20和第三壁22之间的空间分为上部32和下部34。具有在第二壁20和第三壁22之间配置加强筋的第三壁22的存在进一步增加了支承结构12的刚度，从而使得在碰撞时梁可以吸收更多的能量，并且进一步降低了位于支承结构12后面的车辆部件遭受的损伤量。

如图1所示，可以设计支承结构12以便第一壁18、第二壁20、以及可选的第三壁22各自都在y轴的方向上包括开口36(即，第一壁18、第二壁20、以及可选的第三壁22在支承结构的顶部和底部可以是敞开的)。也可以相似地设计加强筋24，以在支承结构的顶部和低部部分具有开口36(即，开口36在y轴方向上延伸)。这种设计在加工能量吸收总成10期间可以允许垂直模具发生移动，这与通常只允许在x轴方向上具有单一开口的水平模具移动相反。

支承结构12通常包括至少一排延伸跨越该支承结构12长度的加强筋24。在其它实施方式中，该支承结构12可以包括多于一排的加强筋24。例如，该支承结构12可以包括大于或等于两排的加强筋，特别是大于或等于三排的加强筋，更特别是大于或等于四排的加强筋，并且甚至更特别是大于或等于五排的加强筋。加强筋24可以包括任何形状，以便可以为支承结构12提供所需刚度以使其能够吸收能量并保护位于该支承结构12的后面的车辆部件，防止损伤。加强筋24可以包括的形状如下，如三角形、桁架形(truss)、锯齿形、正弦曲线形、页片形(层状，lamellar)、绝对值(正弦)形(abs(sin))、摆线形、以及包括前述至少一种的组合。加强筋24可以协助提供和/或维持支承结构12与崩溃罐体16的连接性。在示例性实施方式中，加强筋24可以直接连接至崩溃罐体16。在另一个实施方式中，其中支承结构12在该支承结构的任一端部上包括侧壁(例如，第四壁和第五壁，未示出)，崩溃罐体16可以连接至侧壁上。

还预期了，取决于所需的刚度，存在于具有配置在至少两个垂直壁之间的加强筋的支承结构12上的垂直壁(例如，第一壁18、第二壁20、第三壁22等)和/或水平壁30的数目可以增加或减少。垂直壁和水平壁在碰撞期间能够提供所需的刚度。在一个实施方式中，如图2所示，不存在水平层30，并且在第一壁18和第二壁20之间只配置一层加强筋24，而图3所示的实施方式中，存在两层加强筋24(即，在第一壁18与第二壁20之间以及在第二壁20与第三壁22之间)并存在两个水平层30(即位于第一壁18和第二壁20之间的一个水平壁30和位于第二壁20与第三壁22之间的另一个水平壁30)。在另一个实施方式中，可以存在大于或等于两层加强筋，而不存在水平层。这类似于图2所示的实施方式，但是存在具有配置其间的加强筋的至少一个另外的垂直壁。该实施方式对于期望较小碰撞强度的应用而言可以是有用的(例如，对于小型汽车)。此外，在不存在水平层30时，可以挤出支承结构12，提供了简单且成本有效的支承结构12的制造方法。支承结构12也可以可选地包括两个垂直壁(例如，第一壁18和第二壁20)以及水平壁30，该水平壁30将支承结构分隔为包括加强筋24的上部32以及也包括加强筋24的下部34。

对于小型、紧凑型车，其中填充空间通常小于较大车辆，可以只需要单层加强筋(例如，图2所示的在其间配置有加强筋的第一壁和第二壁)。对于具有增加填充空间的较大型车，可以需要更大量地在其间配置有加强筋的壁以实现支承结构12所需的刚度。水平层30的数目也可以根据支承结构所需的刚度变化，当需要增加刚度时，存在增加数目的水平层30，而当需要较小刚度时，存在较低数目或不存在水平层30。当采用多个水平层时，可以使用水平移动侧芯(sidecore)来形成处于两个水平层之间的梁的部分，而垂直移动芯用于其它部分。

现在转向图4和图5，示出了具有两种可能设计构型的能量吸收器14的一部分。在图4所示的设计中，垂直侧壁40将能量吸收器连接至支承结构12的第一壁18。在图4中，能量吸收器14的侧壁40在吸收器14的整个长度上没有形状和/或厚度的变化，这意味着能量吸收器14可以被挤出，从而为制造商减少了模具成本(toolingcost)。图5示出了类似的实施方式，除了侧壁40含有皱折(波纹，corrugation)44。该皱折44可以最小的厚度为能量吸收器14提供高刚度。例如，如果采用注射压缩模制，可以使用低至1.2mm的厚度值，对于注射模制可以使用低至1.6mm的厚度值。在一个实施方式中，最小厚度可以是2.2mm，例如对于塑料树脂壁。图5中的能量吸收器14也在图1中示出，其连接到支承结构12的第一壁18和崩溃罐体16上。

可以配置能量吸收器14，以便能量吸收器14在位于前壁和侧壁40之间的空间上具有开口36(即，能量吸收器14在相对于y轴的顶部和底部没有封闭)。类似于支承结构12，这种设计允许垂直模具移动。在一个实施方式中，如图1所示，能量吸收器14可以在x轴方向上延伸跨越能量吸收总成的长度。能量吸收器14从第一崩溃罐16延伸横跨支承结构12到第二崩溃罐体16(例如，从一个崩溃罐体的外端部到另一个崩溃罐体的相对端部)。在该实施方式中，能量吸收器14连接至崩溃罐体16的前端面50以及连接至支承结构的第一壁18。在另一个实施方式中，该能量吸收器14可以延伸跨越支承结构12的长度但不跨越崩溃罐体16。

假设存在开口36，用于能量吸收器14的侧壁40的设计中可以使用任何结构，包括任何结构，如垂直的、波浪形的、二次曲线的、梯形的、六角形的、五角形的、八角形的、半圆形的以及包括前述至少一种的组合。允许垂直模具移动的任何结构都可以用作图4和图5所示的侧壁40。

图6和图7示出了能量吸收总成10的崩溃罐体16部件的一个实施方式。图6所示为连接到车辆部件(未示出)的崩溃罐体16的部分。具体地，后端面52连接车辆导轨。可以利用使用类型的附连机构(attachmentmechanism)，包括但不限于螺栓与螺母、螺钉、粘合剂以及包括前述至少一种的组合。图6也示出了位于后端面52的后面且被加强筋54和垂直壁56围绕的中空部58。崩溃罐体16还包括从前端面50延伸至后端面52的侧面60。侧面60的至少一个连接到支承结构12的第四壁、第五壁和/或加强筋24上。加强筋54和垂直壁56为崩溃罐体16提供刚度以协助其在碰撞时吸收能量。崩溃罐体16的中空部58设计用于在低速碰撞(例如，15km/hr)期间当碰撞时吸收能量并压碎。

中空部58可以包扩锥形结构，以便该中空部在邻近前端面50处包括较小的截面面积且在邻近后端面52处包括较大的截面面积。崩溃罐体16的中空部58可以包括在碰撞时可提供所需刚度的任何形状。例如，崩溃罐16的中空部58可包括以下形状，如圆锥形、圆形、方形、矩形、椭圆形、梯形、抛物线形以及包括前述至少一种的组合。崩溃罐体16可以包括在碰撞时可提供所需刚度的任何形状。例如，崩溃罐体可包括以下形状，如圆锥形、圆形、方形、矩形、椭圆形、梯形以及包括前述至少一种的组合。在一个实施方式中，崩溃罐体16的前端面50可以附连至能量吸收器14的侧壁40上。在另一个实施方式中，能量吸收器14的侧壁40没有延伸至崩溃罐体16。在另一个实施方式中，崩溃罐体16不包括中空部58而是在前端面50、后端面52和侧面60之间的区域包含加强筋54和垂直壁56。

在一个实施方式中，崩溃罐体16可以设计成不向外延伸经过支承结构的第一壁18。可以设计崩溃罐体16以便该崩溃罐体16的前端面50与支承结构12的第一壁对齐。这种设计简化了能量吸收总成10，其中能量吸收器14延伸跨越能量吸收总成10的整个长度。

图8和图9示出了能量吸收总成70的不同实施方式。图8示出了集成设计的支承结构72、能量吸收器74、和崩溃罐体76。在图8中可以看出，支承结构包括后部90和侧部80。加强筋82从侧部80突出(例如，从侧部80向外延伸)并将支承结构72连接至崩溃罐体76。如图8中所示，后部90可包括多层结构以为支承结构72提供增加的刚度。例如，后部90可包含大于或等于1层，特别是大于或等于2层，更特别是大于或等于3层，仍然更特别是大于或等于4层，并且甚至更特别是大于或等于5层。多个压碎凸耳78形成能量吸收器74并从支承结构72的后部90向外突出。该压碎凸耳78包括附连至侧壁96的前壁94。压碎凸耳一般包括四个侧壁96。在一个实施方式中，能量吸收器74可以延伸跨越支承结构12的长度。

崩溃罐体76包括具有孔88(例如，适于螺栓、螺母、和/或螺钉)的附连部86，其可以用于将崩溃罐体76附连至车辆导轨上。崩溃罐体76包含有中空部84，其设计用于在碰撞期间为驾驶员和/或乘员的小腿提供保护。在一个实施方式中，该崩溃罐体76包括位于中空部84中的蜂窝结构92。峰窝结构可以利用例如工具(tool)在水平方向上移动的注射模制(一种用于模制整个总成的方法)来形成。崩溃罐体可以与能量吸收器74的前壁94对齐，以便该崩溃罐体76不会延伸经过能量吸收器的前端面。崩溃罐体用来碰撞时发生变形并吸收能量，从而降低到达车辆的驾驶员或乘员的能量的量。对于RCAR碰撞要求，崩溃罐体76在15千米每小时(kph)的偏移角度壁障碰撞期间吸收能量。崩溃罐体能够满足该测试的要求，即，在其上方支撑有崩溃罐体的导轨不会发生永久性损伤，对周围的部件具有极小的或没有损伤，并且在碰撞期间的接触处产生的力小于130千牛顿(kN)。如图8所示的锥形崩溃罐体76有助于简化能量吸收总成70的该部件的加工。具有足够斜度(例如，大于或等于4度)的会聚发散的锥形壁(convergentdivergentconicalwall)有助于芯的前后移动。这是很重要的，因为工具的轴向运动显著较高，从150mm至200mm变化。尽管在图8中示出了锥形崩溃罐体76，预期可以利用任何形状的崩溃罐体76。例如，崩溃罐体76可以包括以下形状，如圆锥形、圆形、方形、矩形、椭圆形、梯形、以及包括前述至少一种的组合。

压碎凸耳78的结构也不限于图8中所示的结构。压碎凸耳可以包括将提供所需能量吸收特性的任何形状。它可以是任何形状，包括圆锥形、圆形、抛物线形、三角形、矩形、梯形、椭圆形或包括前述至少一种的组合。图9为图8的能量吸收总成沿线A-A的剖面侧视图。

还构想了一种制造能量吸收总成的方法。例如，可以同时模制支承结构、能量吸收器和崩溃罐体以形成单件集成能量吸收总成，其中单件集成总成是指以下事实：在没有损坏其中一个部件时，该能量吸收总成部件(即，支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体)不能够彼此分离。可以使用能够将支承结构、能量吸收器和崩溃罐体形成为集成的能量吸收总成的任何方法。例如，可以通过以下方法模制能量吸收总成，如注射模制、挤出、热成型、吹塑模制以及包括前述至少一种的组合。当使用注射模制来形成能量吸收总成10时，可以使用垂直模具移动以在支承结构的顶部和底部以及在能量吸收器的顶部和底部创建开放空间。

通过以下非限制性实施例进一步说明能量吸收总成。

实施例：以下实施例均为模拟

进行对于以下三个主要碰撞的模拟测试以验证能量吸收总成：小腿行人碰撞(lowerlegpedestrianimpact)、按照ECE-42协议的中心摆锤碰撞、以及10度RCAR碰撞。选择具有以下各项的普通车辆用于研究：弯曲的聚丙烯(PP)腰线、格栅、用于前照灯的聚碳酸酯(PC)玻璃外壳(glassskin)、25磅每平方英寸(psi)钢作为外发动机罩(outerbonnet)和2mm厚钢扰流板作为小腿保护器。使用的能量吸收器材料是塑料树脂(PC/PBT共混物)，并且平均厚度保持在2.2mm。总成的整体长度保持在1,200mm，宽度100mm以及高度100mm。使行人腿型和摆锤以上述条例规定的速度碰撞该车辆。所述能量吸收系统重约2.1千克(kg)，这轻于包括金属支承结构和/或金属崩溃罐体的设计，其中，总成重约3.2kg。观察到的重量减少大于35％。单件总成的该增加的优势减少了至少50％的装配成本，因为利用本设计完全消除了与将能量吸收器附连到支承结构上相关的成本以及涉及将支承结构附连到崩溃罐体上的成本。

图10所示为当能量吸收总成经历小腿行人碰撞时，图1设计的性能的侧视图。利用具有3毫米(mm)厚聚丙烯腰线、玻璃填充的下扰流板、和顶部具有刚度构件(该顶部用于模仿发动机罩)的车辆平台连同单件能量吸收总成一起来进行小腿行人碰撞测试。测量无碰撞(0毫秒(ms))、碰撞8ms、和碰撞16ms后的结果。使腿型碰撞具有40km/hr速率的车辆总成，并且测量在膝盖处的加速、旋度和剪切以确认(量化，qualify)损伤。观察到所测量的值完全处于条例(ACEA–阶段II)所规定的数值内。

在另一个行人小腿碰撞测试中，支承结构在经受小腿行人碰撞时，经历了可以忽略不计的倾斜(挠曲，deflection)。观察到所述梁的位移小于10mm并且纯粹是以弹性方式(elasticregime)；即，其没有遭受任何永久性损伤。能量吸收器壁在中点附近弯曲并吸收能量。此外，观察到该能量吸收器的前壁也借助它们的弯曲动作吸收一些能量，这有助于具有高效的能量吸收总成。能量吸收器完全压碎并吸收充足量的能量；即，所述能量吸收器吸收约400焦耳(J)的能量，这几乎为总碰撞能量的50％。剩余的能量通常被其它车辆部件所吸收。在能量吸收器的前部完全压碎后，力水平稳定地保持在15千牛顿(kN)。该能量吸收总成的性能约为126G加速(其中G加速是由于地球表面的重力引起的)，小于10度的旋度，和小于2.4mm的剪切，具有小于50mm的包装空间，所有这些都满足阶段II条例要求的小于150G加速、小于15度旋度和小于6mm的剪切约20％。换言之，相对于阶段II条例要求，所述能量吸收总成具有约20％的安全裕度(safetymargin)。

图10、图11和图12显示了上述能量吸收总成的加速、旋度和剪切测试的图形结果。这些曲线图表示碰撞期间在腿型膝关节处的加速、旋度和剪切的量度(magnitude)。根据条例的最大容许值分别为150G、15度和6mm。使用金属支承结构非常难以获得这些结果，因为金属梁对于低速碰撞的情况而言是非常刚性的。所以，本文所述的能量吸收总成的效率非常高，这可以在图13和图14中观察到。效率是指获得的力相对于侵扰曲线(intrusioncurve)的面积与以长度和宽度作为侵扰和最大力水平的矩形的面积的比率。因此，对于有效的能量吸收总成，该面积应该尽可能的高，所以第一个峰之后的力相对于侵扰曲线的下降(dip)应当尽量小，如图13和图14所示。该完整的能量吸收总成在按照ECE-42条例要求和RCAR碰撞的中心摆锤碰撞测试中也表现良好。

图15显示能量吸收总成对于RCAR的碰撞结果。如图15和图16所示，在碰撞期间，崩溃罐体轴向地压碎并吸收可达10千焦耳(kJ)的能量。在该测试期间，力水平保持在约120kN。这是在碰撞期间经受的反作用力。在碰撞期间产生的力不应高到足以给安装了所述崩溃罐体的导轨带来永久性损伤。该导轨在碰撞期间没有观察到塑性变形。然而，如果涉及的能量水平较低，崩溃罐体可以设计为较小刚度。

本文所描述的能量吸收总成包括单件集成总成，这意味着单独的部件，例如支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体，在没有给其它部件之一造成损伤时不能彼此分离。支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体的每一个都包含热塑性材料，从而降低能量吸收总成的总重量。集成的设计还降低了加工和装配时间，因此也减少了该能量吸收总成的成本，而且同时提供了相当的或更高的能量吸收特性。

在一个实施方式中，能量吸收总成可以包括：支承结构，具有在x方向上从第一端部延伸至第二端部的第一壁和外壁；能量吸收器，延伸跨越支承结构的第一壁，该能量吸收器包括配置用于在碰撞时压碎并吸收能量的多个可压碎构件，第一崩溃罐体；以及第二崩溃罐体，其中该第一和第二崩溃罐体从支承结构的第一和第二端部伸出。该能量吸收总成是原位形成的单一元件。

在一个实施方式中，车辆包括车身和导轨和能量吸收总成。能量吸收总成包括：支承结构，具有在x方向上从第一端部延伸至第二端部的第一壁和和外壁；能量吸收器，延伸跨越支承结构的第一壁，该能量吸收器包括配置成用于在碰撞时压碎和吸收能量的多个可压碎构件，第一崩溃罐体；和第二崩溃罐体，其中该第一和第二崩溃罐体从支承结构的第一和第二端部伸出，并且其中第一和第二崩溃罐体附连到没有保险杠梁的导轨。能量吸收总成是原位形成的单一元件。

在一个实施方式中，一种制造能量吸收总成的方法可以包括：将熔融的热塑性材料导入到模具中以原位形成包括支承结构、能量吸收器、第一崩溃罐体、和第二崩溃罐体的能量吸收总成，其中支承结构含有具有端部的第一壁和外壁，其中第一和第二崩溃罐体从支承结构的端部伸出，并且能量吸收器延伸跨越支承结构的第一壁；并通过在y方向上移动模具以从该模具中移除能量吸收总成。

在多个实施方式中，(i)支承结构可以在y方向上包括开口，和/或能量吸收器在y方向上包括开口，和/或崩溃罐体在y方向上包括开口；和/或(ii)能量吸收器可以在x方向上延伸跨越第一崩溃罐体、支承结构和第二崩溃罐体(例如，可以在纵向上延伸横跨能量吸收总成的前部)；和/或(iii)支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体各自包含热塑性材料；和/或(iv)第一和第二崩溃罐体包括后端面，从该后端面开有空腔，其中空腔向前端面会聚；和/或(v)支承结构具有结构刚度“SS”，并且其中第一和第二崩溃罐体的刚度大于该结构刚度，并且其中能量吸收器的刚度小于该结构刚度；和/或(vi)第一和第二崩溃罐体的刚度为2SS至5SS，并且其中能量吸收器的刚度为0.2SS至0.9SS；和/或(vii)支承结构具有足够的刚度以在碰撞时，在没有金属保险杠梁时，使能量吸收器能够压碎并吸收能量；和/或(viii)第一和第二崩溃罐体包括附连零件(attachmentssection)，其配置成用于直接附连至车辆导轨(例如，在崩溃罐体和车辆导轨之间没有保险杠梁或其它主要部件(例如，自支承部件)；只有次要的元件如垫片、密封层等(例如，非自支承元件)位于导轨和崩溃罐体之间)；和/或(ix)支承结构的外壁是实心壁；和/或(x)所述能量吸收器具有位于支承结构外壁对面的实心壁外壁；(xi)第一和第二崩溃罐体的前端面是实心壁；和/或(xii)第一和第二崩溃罐体没有延伸经过能量吸收器的前壁；和/或(xiii)能量吸收总成在该能量吸收总成的两侧在y方向上具有敞开的空腔；和/或(xiv)能量吸收器和支承结构具有在x和y方向上延伸的实心外壁。

本文所公开的所有范围都包含端点，并且各端点可以彼此独立地相互组合(例如，范围“可达25wt％，或更具体地，5wt％至20wt％”包括“5wt％至25wt％”范围的端点和所有的中间值等)。“组合(组合物，Combination)”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等在此文中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个要素(元件)与另一个要素(元件)相区分(doneelementfromanother)。术语“一个”、“一种”、“该/所述”在此文中不表示数量限制，而应解释为既包括单数也包括复数，除非本文中另有指明或明显与上下文矛盾。本文中使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数或复数，从而包括该术语的一个或多个(例如，膜(film(s))包括一个或多个膜)。贯穿说明书始终的参照“一个实施方式”、“另一个实施方式”“实施方式”等是指结合该实施方式描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文所述的至少一个实施方式中，而且可能会或者可能不会出现在其它实施方式中。此外，需要理解的是所描述的要素可以任何适合的方式组合于多个实施方式中。

虽然已经描述了具体实施方式，但是申请人或其它本领域技术人员可以想到当前没有或可能没有预见到的替换、改变、变化、改进和实质等同方案。因此，所提交的所附权利要求以及可能经修改的该权利要求旨在包括所有这类替换、改变、变化、改进和实质等同方案。

Claims

1.一种用于车辆的能量吸收总成，包括：

支承结构，具有在x方向上从第一端部向第二端部延伸的第一壁和外壁；

能量吸收器，其延伸跨越所述支承结构的所述第一壁，所述能量吸收器包括配置成以在碰撞时压碎并吸收能量的多个可压碎构件，

第一崩溃罐体；以及

第二崩溃罐体，其中，所述第一和第二崩溃罐体从所述支承结构的所述第一和第二端部伸出；

其中，所述能量吸收总成是原位形成的单一元件。

2.根据权利要求1所述的能量吸收总成，其中，所述支承结构包括在y方向上的开口，和/或所述能量吸收器包括在y方向上的开口，和/或所述崩溃罐体包括在y方向上的开口。

3.根据权利要求1所述的能量吸收总成，其中，所述能量吸收器在x方向上延伸跨越所述第一崩溃罐体、所述支承结构、和所述第二崩溃罐体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体能够各自包含热塑性材料。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述第一和第二崩溃罐体包括后端面，具有从所述后端面开口的空腔，其中，所述空腔朝向前端面会聚。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述支承结构具有结构刚度“SS”，并且其中，所述第一和第二崩溃罐体的刚度大于所述结构刚度，并且其中，所述能量吸收器的刚度小于所述结构刚度。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述第一和第二崩溃罐体的刚度为2SS至5SS，并且其中，所述能量吸收器的刚度为0.2SS至0.9SS。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述支承结构具有足够的刚度以使所述能量吸收器在没有金属保险杠梁时，在碰撞时能够压碎并吸收能量。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述第一和第二崩溃罐体包括配置成以直接附连至车辆导轨的附连零件。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述支承结构的所述外壁是实心壁。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述能量吸收器具有位于所述支承结构外壁对面的实心壁外壁。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述第一和第二崩溃罐体的前端面是实心壁。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的能量吸收总成，其中，所述第一和第二崩溃罐体不延伸经过所述支承结构的所述第一壁。

14.一种车辆，包括：

车身，具有车架和导轨；

能量吸收总成，包括：

能量吸收器，延伸跨越所述支承结构的所述第一壁，所述能量吸收器包括配置成以在碰撞时压碎并吸收能量的多个可压碎构件，

第一崩溃罐体；以及

第二崩溃罐体，其中，所述第一和第二崩溃罐体从所述支承结构的所述第一和第二端部伸出，并且其中，所述第一和第二崩溃罐体附连至没有保险杠梁的所述导轨上；

其中，所述能量吸收总成是原位形成的单一元件。

15.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述支承结构附连至没有保险杠梁的所述导轨上。

16.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述支承结构、能量吸收器、和崩溃罐体能够各自包含热塑性材料。

17.一种制造能量吸收总成的方法，包括：

将熔融的热塑性材料引入模具中，以原位形成包括支承结构、能量吸收器、第一崩溃罐体、以及第二崩溃罐体的所述能量吸收总成，其中，所述支承结构含有具有端部的第一壁和外壁，其中，所述第一和第二崩溃罐体从所述支承结构的所述端部伸出，并且所述能量吸收器延伸跨越所述支承结构的所述第一壁；以及

通过在y方向上移动所述模具从所述模具上移除所述能量吸收总成。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述能量吸收总成在y方向上在所述能量吸收总成的两侧具有开放空腔。

19.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其中，所述能量吸收器和所述支承结构具有在x和y方向上延伸的实心外壁。

20.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其中，所述能量吸收器进一步延伸跨越所述第一和第二崩溃罐体。