CN103201141A - 具有挤压瓣的增强塑料吸能器系统及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中,一种吸能器(40)包括:多个挤压瓣,其包括基部和从所述基部延伸到外壁的侧部;以及复合插入件(44),其位于所述吸能器内。所述插入件包括第二塑料材料和增强物。所述第二塑料材料与所述挤压瓣材料不同。所述插入件位于所述挤压瓣的区域处,并且其中,所述区域为侧部和/或外壁。在另一个实施例中,吸能器(50)包括:塑料框架(54);热塑性挤压瓣(56),其从所述框架延伸,其中所述挤压瓣包括外壁、延伸壁、以及基部;以及塑料插入件,其位于具有所述挤压瓣的容积的区域处,其中所述插入件占据区域的容积的90%或更小。所述插入件包括增强物以及与所述热塑性挤压瓣不同的塑料材料。

Description

具有挤压瓣的增强塑料吸能器系统及其制造方法
技术领域
本公开大致涉及用于车辆内的吸能器(energy absorber,能量吸收器),例如,以便减少损伤(比如,对于车主、行人等等)和/或减少车辆损坏。
背景技术
用于将受到行驶的车辆冲击期间人们所遭受的损伤程度以及车辆损坏程度最小化的方法越来越重要。不同的监管委员会全面地评估汽车-行人和车主冲击性能。根据整体性能,为车辆分配累积的安全等级。车辆的每个部件均需要满足规定的冲击标准,以便确保车辆具有良好的总评级。
由于监管要求以及希望具有较高的整体安全等级以及由此具有的商业优势,车辆制造商连续地将吸能器之类的部件添加到车辆内。虽然吸能器通常提供安全效益和/或较小的保险成本,但是吸能器给车辆增加了某些重量,并且由于额外的封装空间要求而限制了造型的自由。因此,车辆制造商不断地追求高性能的吸能器系统,这种系统减少了重量和/或封装空间。另一种方法在于,改变了现有吸能器设计的几何配置。然而,这种方法并未明显改变重量。这些现有的低性能系统通常需要大量封装空间,以便满足冲击法规。然而,较大的封装空间减小了车辆造型的自由。例如,很多普通的吸能器系统包括泡沫来作为吸能元件。泡沫系统具有较小的吸能效率(比如,与注射成型的塑料吸能器相比),从而需要更多的封装空间,以便吸收相同的冲击能量。
结果,持续地需要设计一种吸能器,其发生变形并且吸收冲击能量,以便获得良好的车辆安全等级,同时减少重量并且减小封装空间量,从而增大设计自由。而且,不同的车辆平台具有不同的部件,由于其固有的几何形状以及组装要求,因此,这些平台需要不同的吸能器设计,以便满足各种冲击标准。寻找到一种解决这种问题的灵活方法。
发明内容
在多个实施例中,公开了一种吸能器,其可结合各种车辆部件一起使用。
在一个实施例中,一种吸能器包括:多个挤压瓣(crush lobe),其在冲击期间塑性变形以吸收能量,其中,所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸到外壁的侧部,其中,所述基部、侧部以及外壁包括第一材料;以及位于所述吸能器内的复合插入件,其中,所述插入件包括第二塑料材料和增强物,其中,所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中,所述插入件位于所述挤压瓣的区域处,并且其中,所述区域为所述侧部和/或所述外壁。
在另一个实施例中,一种吸能器包括:塑料框架;热塑性挤压瓣,其从所述框架中延伸,其中,所述挤压瓣包括外壁、延伸壁、以及基部;以及塑料插入件,其位于具有所述挤压瓣的容积的区域处,其中,所述插入件占据区域容积的90%或以下。所述插入件包括与所述热塑性挤压瓣不同的增强物以及塑料材料。
在一个实施例中,一种车辆包括:吸能器组件和覆盖所述吸能器组件的饰带(fascia)。
在另一个实施例中,一种车辆包括:吸能器组件和覆盖所述吸能器组件的饰带。所述吸能器组件包括多个塑料挤压瓣,其在冲击期间塑性变形以便吸收能量,其中,所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸到外壁的侧部,所述外壁位于与所述基部相对的侧部的一端上,其中,所述基部、侧部以及外壁包括第一材料;复合插入件,其包括第二塑料材料和增强物,其中,所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中,所述插入件位于所述侧部和/或所述外壁处;碰撞罐,其位于所述吸能器的每个端部处;以及复合插入件,其位于所述碰撞罐处和/或挤压瓣处。所述吸能器与车辆横杆连接。
一种制造吸能器的方法,包括:夹物模制(insert molding)的热塑吸能器,其包括具有基部和外壁的挤压瓣,其中侧部从基部延伸到外壁,其中,增强型塑料插入件位于至少一个侧部内。
下面更具体地描述这些和其他非限制性特征。
附图说明
下面简单描述视图,其中,相似的元件具有相似的标号,并且显示这些元件是为了说明本文中所公开的示范性实施例而非出于限制性的目的。
图1为模制到吸能器的壁部中的插入件的一个实施例的透视图;
图2为吸能器的一个实施例的透视图,其中插入件沿着吸能器在两个壁部之间的一部分定位;
图3为吸能器的透视图,其中插入件位于吸能器的底部杆内;
图4为可从缓冲梁的端部延伸的边角吸能器的一个实施例的示意图,其中吸能器包括插入件;
图5为图4的边角吸能器的后视图,其具有包含在其中的插入件的单独视图;
图6为吸能器的一个实施例的示意图,其中该吸能其具有位于其上的各个挤压瓣上的插入件;
图7为图6的吸能器中的一组挤压瓣的放大图;
图8为用于形成具有插入件的吸能器的模具的一个实施例的示意图;
图9为没有复合插入件的吸能器的一个实施例的透视图;
图10为除了在侧壁上具有复合插入件以外与图9的吸能器具有相同的材料和设计的吸能器的一个实施例的透视图;
图11为图10的吸能器的顶视图;
图12为用于图9和图10中所示的吸能器的膝盖加速度对时间的曲线图。
具体实施方式
当特定的车辆部件受到冲击时,吸能器通过吸收能量来保护个人和/或车辆部件。因此,在特定车辆部件的位置处受到冲击的过程中,冲击能量可由吸能器吸收,从而保护车辆部件、行人和/或车主。当能够从车辆部件单独地拆卸吸能器时,在受到冲击之后,如果吸能器能够吸收足够的冲击能量,那么可更换吸能器,而无需更换车辆部件。由于吸能器被设计成经历塑性变形(以及可选地弹性变形),所以在冲击期间,吸能器吸收能量,从而因此减少对行人、车主、和/或车辆的损害。因此,吸能器可降低在受到冲击之后车辆的维修成本。
显然要理解的是,吸能器的重量更小以及设计灵活性更大这些问题远远大于仅仅制造更薄的部件或者更换材料。这种解决方法不利地影响了性能,从而部件不再按照预期的方式发生作用,不能满足必要的标准。仅仅更换材料不足以满足能量吸收、结构完整性、耐用性、设计灵活性以及重量的工业要求。金属较重,并且例如对于第二个或多个冲击的情况而言,没有所需要的能量吸收能力。塑料比金属轻,但是本质上较软,因此需要更高的厚度,以便获得相同的强度,其中,厚度受到加工和空间的限制。而且,如果需要非常厚的部件,那么使用塑料所获得的重量优势可能丧失。
在各种实施例中,本文中公开了吸能器,其可与车辆部件相结合使用,例如以便将冲击期间所经受的车辆损害和/或损伤最小化。吸能器包括增强型复合插入件(比如,插入件位于吸能器的侧部和/或外壁处(即,之内或之上)。插入件增强了吸能器的结构完整性,从而在特定的位置处调谐其能力吸收能力。因此,插入件可用在挤压瓣、支撑结构(比如,如果金属缓冲梁已经由塑料支撑结构代替)、和/或挤压罐处。在某些实施例中,插入件位于吸能器的在z方向(见图7)上延伸的一部分中,比如,其远离车辆延伸。
插入件可包括单层或多层,其中,单独层可具有相同或不同的厚度和/或性能。也可使用不同的层压角度。例如,插入件可具有夹层结构,其具有材料相似和/或不同的表面和芯部,并且还具有功能上分级的性能。在某些实施例中,插入件可包括更多地沿着一个轴(而非另一个轴)(比如,对准轴)对准的材料。然后,可层叠不同的层,以使得一个层的对准轴与另一层(比如,相邻层)的对准轴成不同的角度。例如,这些层可在0度、90度、0度等等之间交替(比如,使得一个层的对准轴与相邻层的对准轴垂直)。也能够具有其他角度,比如,45度等等。具体的层数以及每层的对准轴的定向取决于该特定插入件所需要的刚度。吸能器的不同部分中所使用的插入件可具有不同的刚度,对于所述特定位置而言这种刚度是期望的。在某些实施例中,插入件包括3层或以上,具体而言,3层到10层,更具体而言,4层到7层。可选地,这些层可具有交替的对准轴,比如,在0度和90度之间交替。
由于这些插入件为单独的元件(比如,与吸能器的其他部件独立,这些其他部件与同吸能器的剩余部分原地形成的元件相对),所以这些插入件在策略上可位于吸能器所需要的区域内。换言之,插入件不需要位于整个吸能器上,与混合至形成吸能器的塑料中的增强物不同。插入件在策略上可位于某些或所有侧壁(比如,从基部延伸到挤压瓣的外壁的壁部)中,和/或位于端壁中,和/或位于外壁中,和/或位于不同的肋中,和/或位于延伸部中(例如,见图5中的肋48,以及图10中的侧壁86、端壁88以及外壁82)。
使用插入件能够在策略上增强吸能器。策略上增强使得能够(i)减小吸能器的总重量,(ii)减小吸能器的总尺寸,和/或(iii)增大吸能器在冲击期间吸收能量的能力。增大能量吸收减少了在冲击过程中车辆损坏和/或对车主和/或行人的损伤。减少重量和/或增大性能允许提高汽车制造商的设计自由,这是因为重量减小和/或性能增强的吸能器需要更少的封装空间。换言之,通过使用当前的插入件,在减小的空间内可获得相同的性能水平。本文中所描述的吸能器可将系统性能提高到高达40%(比如,针对低速车辆损坏承受力要求(比如,公路安全保险协会(IIHS)碰撞法规)和/或针对行人碰撞的小腿安全要求)和/或减小系统重量,并且因此将系统成本减少高达30%(与普通塑料吸能器相比时,满足相同封装空间内的相同标准)。实质上,与没有插入件的相同设计以及复合吸能器相比,在吸能器内的增强复合插入件增加了能量吸收的效率,并且可有助于将吸能器深度(沿着车轴;比如,吸收器从车辆(z方向)延伸出的距离)减小20%到30%。在对于相同封装空间的其他情况中,与没有插入件的相同设计以及复合吸能器相比,具有复合插入件增强物的吸能器将冲击性能提高了15%到30%或更多。吸能器也可减小吸能器在车辆部件内的封装空间。
吸能器包括插入件,其增加了刚度(与没有插入件的相同厚度区域和吸收器材料相比)。该插入件可位于吸能器的区域处(比如,位于表面上,延伸到壁部内,或者位于表面之间(比如,位于壁部内))。该插入件可提供相对较高的刚度,而不增大或仅仅小幅增大(即,小于或等于1%)系统重量。出于重量的考虑,插入件可位于需要更大刚度的区域内,以便满足安全和/或能量吸收要求,而不位于其他区域内。这就能够减小在刚度较高区域内的材料的厚度,而不增大在刚度较低区域内的重量。在受到冲击的过程中,与和插入件接触的吸能器相比,或者与其壁部材料相同并且其厚度等于壁部和插入件的组合厚度的壁部相比,包括这些插入件的吸能器吸收的能量明显更多。
吸能器和其内的插入件的具体尺寸取决于其在车辆内的位置及其功能。例如,插入件的长度和宽度将取决于所需要的使用位置内的可用空间量。深度和壁厚(比如,支撑壁之间的距离)将取决于可用空间、所需要的刚度、以及所使用的材料(或这些材料的组合)。根据吸能器内的期望位置,插入件可具有不同的尺寸、层数、材料、以及形状。一种示范性形状包括平面带。虽然插入件的厚度将取决于用于特定位置的特定能量吸收要求,但是,通常,该插入件可具有小于或等于10毫米(mm)的厚度,具体而言,在0.2mm到5mm之间,更具体而言,在0.5mm到3mm之间。例如,用作用于行人吸能器的挤压瓣的一部分时(比如,每小时40千米(km/hr)的小腿冲击的冲击速度以及大约450焦耳的期望能量吸收),插入件的厚度可在0.2mm到5mm之间,具体而言,在0.5mm到3mm之间。用作车辆冲击的碰撞罐的一部分时(比如,高达大约4,000焦耳的能量吸收),插入件的厚度可在0.2mm到5mm之间,具体而言,在0.5mm到3mm之间。
插入件为复合材料,比如,增强物和塑料,并且可包括具有针对吸能器在车辆内的特定应用(比如,定位)所需要的特性的任何塑料材料。增强物可包括塑料、金属、陶瓷、玻璃、木材、和/或天然和合成复合材料等等,以及包括上述中的至少一个的组合。例如,增强物可以为玻璃、碳、钛、铝、不锈钢、滑石、云母、以及包括上述中的至少一个的组合。增强物的形式可以为纤维(包括纺织的、非纺织的(比如,毡制品)、切碎的、连续的、和/或随机的纤维)、碎片、小珠、颗粒、以及包括上述增强物形式中的至少一个的组合。例如,复合插入件可包括连续纤维。另选地或附加地,可使用不连续的长和/或短纤维。
塑料材料的示范性特性可包括高韧性/延展性、热稳定性、高能量吸收能力、较好的模量与伸长比、以及另外还包括可回收性,其中,“高”和“好”旨在表示该特性至少满足针对给定元件/部件的车辆安全法规和要求。用于插入件的塑料材料包括与插入件的包括吸能器的部分不同的塑料材料,并且为与其兼容的材料。插入件的塑料可为热塑性塑料、热固性塑料、或者包括上述塑料材料中的至少一个的组合。示范性塑料材料包括热塑性塑料,比如,聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚碳酸酯;聚碳酸酯/PBT混合物;聚碳酸酯/ABS混合物;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)-苯乙烯(AES);亚苯基醚树脂;聚苯醚/聚酰胺混合物;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);发泡聚丙烯(EPP);以及热塑性烯烃(TPO)。可用于吸能器的一种市场上可购买的材料为
Figure BDA00003119007100081
其可在市场上从SABIC Innovative Plastics IP B.V中购买到。可用于形成插入件的一个示范性热固性材料为环氧。某些示范性插入件包括PBT和纤维(比如,金属、玻璃或碳)、或聚碳酸酯和陶瓷填充剂、或塑料材料以及编织垫、或者环氧基体内的连续纤维(比如,环氧基体内的连续碳纤维)。
吸能器可由热塑性材料制成并且可包括包含任何上述塑料材料中的至少一个的组合。该材料可选地进一步包括穿过其中分布的增强物,比如,纤维、小球、碎片、颗粒等等以及包括任何上述物体的组合。
插入件可包括这样的杨氏模量值,其沿着三个主轴为0.05E+05MPa到2E+05兆帕(MPa),具体而言,沿着这个主轴为0.5E+05MPa到1.5E+05MPa,并且沿着另外两个主轴为0.05E+05MPa到0.10E+05MPa。沿着三个主轴的剪切模量值可为4.0E+03MPa到7.0E+03MPa,具体而言,为5.0E+03MPa到6.0E+03MPa。泊松比(“υ”)可为0.2到0.4,具体而言,为0.25到0.35。密度可为1,200千克每立方米(kg/m3)到1,700kg/m3,具体而言,为1,450kg/m3到1,650kg/m3。在一个示范性实施例中,插入件沿着三个主轴可包括1.2E+05MPa、0.079E+05MPa、以及0.079E+05MPa的杨氏模量值,并且沿着三个主轴的剪切模量值可为5.5E+03MPa,泊松比为0.3,并且密度为1,580kg/m3
插入件可包括沿相同或不同方向定向的一层或多层。例如,每层可相对于相邻层以不同方向定向。例如,根据所需要的层数,每层可垂直于相邻层定向,比如,第一层可以0度定向,第二层以90度定向,第三层以0度定向,等等。层数不限于并且可包括将提供所需要的冲击和性能特性的任何层数。插入件(复合)层压物(lay-up)可为多层交叉叠层(cross-ply)、角度叠层复合材料、和/或夹层配置(比如,具有较坚硬的表面和较弱的芯部)。此外,这些层的定向度不限于并且可以为0度和90度之间的任何范围的不同定向度。
插入件可位于沿着吸能器的任何位置并且可位于吸能器的一区域处(即,在表面上、进入表面内、或者位于一区域内(比如,封装在壁部内部))。为了避免插入件与所述区域分离,或避免移动插入件(比如,在冲击期间),在某些实施例中,插入件位于壁部内(比如,在模制部件的过程中夹物模制到壁部中)。
包括插入件的吸能器可具有打开的配置(比如,在背面打开(比如,沿z方向在与冲击侧相反的侧部上打开;见图5和图7),或者在顶部和/或底部中打开(y方向;见图2中的元件28)),或者所述吸能器可具有关闭的配置,并且可具有定向成经受冲击的侧部(比如,外壁)。吸能器的另一侧(比如,基部)可与较坚硬的支架相邻以便可被挤压,比如,与基部相邻或附接(比如,白车身(BIW)之类的坚硬基部、缓冲梁、或另外的汽车部件)。在某些实施例中,吸能器仅仅在特定的点处与车辆附接(比如,仅仅与两个侧轨附接,然而延伸穿过车辆的前面)。
参考附图,可更完整地理解本文中所公开的部件、工艺以及设备。为了方便和容易地显示本公开,这些视图(在本文中也称为“FIG.”)仅仅为示意图,并且因此,其目的并不在于表示装置或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示范性实施例的范围。虽然为了清晰起见,在以下描述中使用了专有术语,但是这些术语的目的在于,仅仅表示为了在图中进行说明而选择的实施例的特定结构,并且不旨在限定或限制本公开的范围。在下文中的视图和以下描述中,要理解的是,相似的数字标示表示具有相似功能的部件。
图1显示了吸能器的一部分10的一个实施例,比如,显示了吸能器的外壁,比如,挤压瓣的外壁(见图6)或挤压瓣的侧壁(见图10)。本图6显示了模制到吸能器壁部12中的插入件14,而图10显示了模制到挤压瓣的侧壁中的插入件。部分10可形成吸能器的需要增强冲击强度的任何部分,比如,壁部(比如,外壁、侧部、肋、端部、和/或连接器)、基部(比如,/或挤压瓣的基部)等等。
而且,插入件可增强部分10的任何所需区域,比如,包括插入件的所述区域的容积的90%以下可以是插入件,具体而言,小于或等于65%,并且更具体而言,小于或等于50%。在某些实施例中,插入件具有的高度可小于或等于所述部件的包括插入件的区域部分的高度的90%(比如,见图11中的侧壁86的高度“h”),具体而言,20%到70%,更具体而言,30%到50%。
在各种实施例中,插入件具有的深度可大于或等于所述区域(比如,所述部件的包括插入件的部分)的深度(厚度)的20%,具体而言,大于或等于50%,更具体而言,大于或等于65%,更具体而言,25%到98%,甚至更具体而言,为该区域的深度的45%到80%。
在各种实施例中,插入件具有的宽度(比如,如图1中的线“w”所示)可大于或等于所述部件的包括插入件的区域(部分10)的宽度的30%,具体而言,大于或等于50%,更具体而言,大于或等于75%。具体而言,插入件宽度可为该区域宽度的30%到100%,更具体而言,为该区域宽度的35%到90%,更具体而言,为该区域宽度的40%到65%。
现在看图2,显示了下部扰流器部件20,其可提供小腿支撑,以便更大程度上平衡能量吸收并且提高旋转性能。扰流器(比如,吸能器20)包括第一部分22,其设计为在第二部分24(在受到冲击力时,可与小腿接触的外部元件)和白车身(“BIW”)之间。如图所示,插入件26可位于吸能器的第二部分处,作为在第二部分处延伸的条带,或者作为策略上位于第二部分处的多个单独件。图2中所示的吸能器20被配置成在受到冲击时保护行人,从而在受到冲击时观察到对行人减少的力(比如,减少对行人的膝盖区域和/或小腿区域的力)。
图3显示了另一个实施例,其中,吸能器30包括底部杆32,插入件34位于底部杆上。与下部扰流器相似,图3中所示的底部杆在受到冲击时支撑行人的小腿,并且减少腿部旋转。底部杆包括延伸部36,该延伸部被配置成将底部杆32连接至缓冲梁和/或连接至与其附接的吸能器。底部杆可为自背面为中空的塑料部件,插入件沿着前部边缘或者沿着从打开端部延伸到前壁的壁部进入。
现在,参看图4和图5,显示了从缓冲梁38的一端延伸的边角吸能器40。吸能器40具有延伸部42,该延伸部延伸到缓冲梁的端部内(即,延伸到缓冲梁的中空部分内),如图4中所示。吸能器40可包括多层结构,插入件44散置在吸能器40的层和/或肋处(见图5,该图为图4的吸能器40的后部透视图)。多层结构可包括通过多个竖直延伸的肋48连接的多个水平层46,插入件设置在层和/或肋处。如图所示,当延伸部42插入缓冲梁38的端部内时,肋62将与缓冲梁38邻接(比如,其将与缓冲梁38的边缘邻接)。此外,层46或其部分也可包括插入件44。例如,邻近肋62的层46的位于横梁38的外侧的侧部上的部分(比如,该部分并非延伸部42的一部分;比如,位于肋62与下一个随后的肋之间)可包括插入件。
层、肋以及插入件的数量不受限制并且可以所需要的能量吸收特性为基础。插入件44的尺寸和形状也不受限制并且可以为在冲击时为车辆结构和部件提供最大保护的任何尺寸和形状。例如,插入件可包括选自由方形、矩形、环形、三角形、椭圆形、六边形、五边形等、以及包括上述形状中的至少一个的组合所构成的组中的形状。图4中所示的吸能器40可被设计成考虑用于对车辆保险杆的外侧冲击的低速车辆损坏承受力要求,比如,IIHS以及联邦机动车辆安全标准(FMVSS)冲击要求。例如,插入件44可被配置成满足15%的重叠保险杆(overlap bumper),比如,IIHS保险杆测试协议的屏障冲击。
图6显示了被设计成满足低速车辆损坏承受力和行人小腿冲击要求的两级吸能器的一个实施例。吸能器50包括框架54,挤压盒52在其任一侧或两侧与该框架附接,挤压瓣56位于吸能器50上(比如,位于挤压盒52之间)。多个挤压瓣56从框架54朝外延伸。这些挤压瓣56有助于在冲击期间缓冲小腿的膝盖,而位于多个挤压瓣56的端部处的更小且更坚硬的挤压盒对于对车辆的低速冲击起着关键作用。挤压瓣56的尺寸和厚度在框架的长度上可变化,以便能够允许吸能器50在冲击时吸收最大所需能量。挤压瓣56可包括外壁60,该外壁与框架54相距的距离等于延伸壁62。插入件58可位于挤压瓣56的某些或所有外壁60上(比如,可通过交替的方式设置在外壁上(比如,每隔两个挤压瓣包括插入件)或者位于特定的位置内(比如,在中心挤压瓣内、在最外面的挤压瓣内、和/或在靠近多个挤压瓣的端部的挤压瓣内))。
在某些实施例中,与在框架54处相比,挤压瓣56在外壁60处可包括更大的厚度,并且与附接至框架54的挤压瓣56的基部64相比,挤压瓣56的外壁60可包括更小的横截面面积。在重量基本相同或仅仅略大时(比如,重量增幅小于或等于1%),插入件58允许吸能器50在行人的小腿或膝盖上提供明显更小的负荷。这就允许减少吸能器所需要的封装空间,这使得能够具有更大的自由度来针对汽车制造商改变造型和设计。
如图6和图7中所示,挤压瓣可具有单个延伸壁62、或其间具有间隙的多个壁,以便挤压瓣能够在特定的位置处具有所需要的挤压特性。而且显示了所选择的挤压瓣所使用的并且其他挤压瓣未使用的插入件,从而能够再次调整挤压特性。例如,插入件可用于基本“U”形的挤压瓣上,其中,在挤压瓣的两个相对侧上没有延伸壁,并且在另外两个延伸壁上没有延伸壁,连接这两个延伸壁的外壁使用该插入件。可选地,其他挤压瓣可散布在插入件挤压瓣之间。这种其他挤压瓣在挤压瓣的3个或更多个侧部上可选地包括延伸壁,其从所述基部中延伸到外壁。
图9显示了没有复合插入件的行人吸能器,而图10显示了与图9相同的吸能器的设计,只是具有复合插入件。复合插入件策略地位于这个吸能器装置的顶部和底部承载壁内,以便有助于维持吸能器的受控挤压以及在较少封装空间内的更好的吸收能量。在此处,吸能器显示为具有的高度为区域高度(比如,区域86)的15%到25%,并且具有的宽度为区域宽度的70%到90%。
可由几种方法制造吸能器,比如,模制(比如,二次成型)、成形、或任何其他合适的制造技术。例如,可通过插入件位于注塑成型型腔内的(比如,有略微的工具修改或重新设计)的夹物注塑成型来模制吸能器。吸能器可制造成整体式结构或组装在一起的几个部件。例如,可单独地制造挤压壁和支撑壁,然后,通过任何合适的连接技术(比如,粘合剂、粘结剂、紧固件(比如,螺栓、螺钉、夹具、开口连接器等等))连接在一起。在某些实施例中,可将吸能器热成形为单个部件。在某些实施例中,可将吸能器注塑成型为单个元件。
图8中显示了形成吸能器的一种方法,其中,模具70包括上部模具部分72和下部模具部分74。在上部模具部分72和下部模具部分74之间的开口内显示了插入件76,比如,借助于图8中所示的固位销(76A)。可将插入件76放置在模腔内,并且模制到吸能器中,其具有略微的设计或工具修改。通过夹物注塑成型、热成形、吹塑、以及包括上述方法中的至少一个的组合,可加工吸能器和插入件。在两侧(比如,正面和背面)上或者仅仅在一侧(比如,正面或背面)上,可在包括吸能器的材料内包围插入件。通过夹物注塑工艺,插入件可成为吸能器的整体构成部分。
通过以下非限制性实例,进一步说明吸能器。
实例
通过CAE研究(模拟),评估所有实例中的各种吸能器,以便将本文中所描述的包括插入件的吸能器与不包括插入件的吸能器的冲击性能进行比较。在所有实例中,从环氧基体内的连续碳纤维的三维织物的层压五层(0°-90°-0°-90°-0°)层压物的2mm厚薄片切割出插入件。
实例1:行人保护
表1显示了在具有与图2对应的下部扰流器设计的通用车辆平台上对于小腿冲击的性能概要。在表1中,将均不包括插入件的由填充玻璃的聚酰亚胺制成的下部扰流器(样品1)和由
Figure BDA00003119007100141
树脂制成的下部扰流器(样品2)与包括插入件的由
Figure BDA00003119007100142
树脂制成的吸能器(样品3)和包括跨过车辆前部的整个宽度的插入件的吸能器(样品4)进行比较。样品1和2没有插入件,并且样品3在下部扰流器的正面的中心处具有插入件(该插入件的高度为大约壁高的80%,并且该插入件延伸了外壁的整个长度),如图2中所示。
包含所提出的下部扰流器的车辆保险杆系统受到市场上可购买的小腿模型和膝盖加速模型的影响,即,通过CAE模型使用LS-DYNA软件(在市场上可从美国加利福尼亚Livermore Software Technology Corp购买到)来估算用重力(G)单位表示的G负荷、膝盖弯曲(即,旋转度(度数))、以及用毫米(mm)表示的胫骨剪切。期望地,最大旋转应不超过15度,最大G负荷表示受到冲击时行人的膝盖或小腿上的负荷,并且最大可接受值为150。最大剪切应不超过6mm,并且最大旋转应不超过15度。
Figure BDA00003119007100151
表1显示了与样品1和2相比,样品3和4的重量大幅减小。与样品1和2相比,样品3和4显示了可接受的旋转值(小于15度)以及相当的剪切值,样品3和4甚至具有更低的重量值。例如,样品3的重量比样品2小16%,并且其重量比样品1小27%,而跨过车辆前部的整个宽度的样品4的重量比样品2小9%,并且其重量比样品1小21%。此外,样品3和4的最大G负荷明显小于样品1和2,这表示与不包含插入件的吸能器相比,由于在受到冲击时插入件吸收更多的能量,所以使用插入件时,行人在受到冲击时会经受更小的力。
表2显示了在具有与图3对应的底部杆设计的通用车辆平台上对于小腿冲击的性能概要。样品5由
Figure BDA00003119007100162
树脂制成,其没有插入件,样品6也由
Figure BDA00003119007100163
树脂制成,但是也包含插入件。使用相同的步骤和设备来测量在上面相对于样品1到4所讨论的相同性能。
Figure BDA00003119007100161
样品6的重量减小了16%,但是该样品显示了相当的最大旋转值(样品6的12.8相比于样品5的11.9)和相当的剪切值。样品1到6显示了,包含插入件并且设计成具有的重量比相当的吸能器低的吸能器与不包含插入件的吸能器相比可同等或更好地执行功能。然而,由于重量减小,所以生产和/或更换包含插入件的吸能器的成本更少。样品1到6也显示了吸能器的重量可大幅减小,而在施加冲击时不损害结构的性能。
样品2:车辆损坏承受力
表3显示了在通用车辆平台上的屏障之类的具有15%的重叠IIHS保险杆的性能概要,该保险杠具有与图4和图5对应的注塑成型的边角吸能器。样品7和8都注塑成型。边角吸能器从缓冲梁的两端延伸。边角吸能器具有延伸部,该延伸部延伸到缓冲梁的端部内(即,延伸到缓冲梁的中空部分内),如图4中所示。样品7和8中的吸能器包括在该吸能器的端部上的延伸部,其设计成在受到冲击时吸收能量。样品8包括在延伸部上的插入件。插入件以图4和图5中所示的设计设置。包含所提出的边角吸能器的车辆保险杆系统受到市场上可购买到的‘用于IIHS协议的类屏障保险杆’的影响,并且通过CAE模型使用LS-DYNA软件来估算用千牛(kN)单位表示的力和用毫米(mm)表示的侵入。最大侵入表示在存在碰撞时吸能器冲击到车辆内的量。最大力通常应低于60kN。
Figure BDA00003119007100171
样品8的重量比样品7大1%,但是显示了受到冲击时进入车辆内的最大侵入的明显改善,其比样品7小38%,并且显示了可接受的力值。样品8显示了插入件位于延伸部上时,更少地侵入车辆内,这转化成更低的维修成本。此外,由于样品8的重量仅仅比样品7大1%,所以样品8的吸能器的初始成本应与样品7的成本相似。
实例3:双级吸能器
表4和表5显示了通用车辆平台上的对于
Figure BDA00003119007100172
树脂吸能器的性能概要,该吸能器总体上针对小腿冲击性能和低速车辆损坏承受力来设计,在美国专利号7,568,746中进行了描述。如上面相对于样品1到6的描述的,测量最大G负荷、最大旋转、以及最大剪切。样品9到12、13以及15中的每个均占据了85mm的封装空间,而样品14和16仅仅占据了80mm的封装空间。样品10、12、14以及16均包含图6和图7中所示的插入件,而样品9、11、13和15不包含插入件。Y0为沿着宽度在车辆保险杆的中心处的冲击,Y264为距车辆的中心264mm的外侧的冲击。
Figure BDA00003119007100181
*这个值表示封装空间。
Figure BDA00003119007100182
Figure BDA00003119007100191
*这个值表示封装空间。
样品10和12显示了有关最大G负荷或受到冲击期间施加在行人身上的力的明显提高的性能。与样品9相比样品10提高了8%,同时与样品11相比样品12提高了16%,仅仅是由于插入件而增加了0.1%的重量。样品11显示了可接受的最大G负荷158.6。样品14和16显示了相似的结果,甚至是在封装空间减小了5mm或6%的情况下,仅仅是由于插入件而增加了0.1%的重量。在此处,这些数据显示了具有和没有插入件的吸能器的比较性能。
实例4:行人保护:
表6显示了在具有与图10对应的吸能器设计的通用车辆平台上的小腿冲击的性能概要。在表6中,将由
Figure BDA00003119007100192
树脂制成的吸能器与包括插入件的由
Figure BDA00003119007100201
树脂制成的吸能器相比较。包含所提出的吸能器的车辆保险杆系统受到市场上可购买的小腿模型和膝盖加速模型的影响,即,通过CAE模型使用LS-DYNA软件来估算用重力(g)单位表示的G负荷、膝盖弯曲(即,旋转度(度数))、以及用毫米(mm)表示的胫骨剪切。
Figure BDA00003119007100202
样品18显示了有关最大G负荷或受到冲击期间施加在行人身上的力以及膝盖弯曲(即,旋转)的明显提高的性能。这在图12中用图表表示,其中,线102为样品18,并且线100为样品17。在吸能器内包含插入件有助于控制吸能器的负荷壁的挤压,这就提高了在相同的封装空间内的能量吸收并且减小了G负荷和旋转值。
本文中所公开的包括插入件的吸能器对汽车制造商所面对的挑战提供了一种低成本并且高性能的解决方法。在重量更低或仅仅略高时,包括插入件的吸能器提供了相似或者甚至提高的性能。对于具有插入件的重量减小的吸能器,可观察到基本相似或甚至更大的抗冲击性和/或对行人的保护。对于具有插入件的重量相同或者略增加的吸能器,可减小封装空间,同时提高冲击性能。
在一个实施例中,一种吸能器包括:多个挤压瓣,其在冲击时塑性变形以便吸收能量,其中,所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸到外壁的侧部,其中,所述基部、侧部以及外壁包括第一热塑性材料;以及复合插入件,其位于所述吸能器内,其中所述插入件包括第二塑料材料和增强物,其中所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中,所述插入件位于所述挤压瓣的区域处,并且其中,所述区域为侧部和/或外壁。
在另一个实施例中,一种吸能器包括:塑料框架;热塑性挤压瓣,其从所述框架延伸,其中所述挤压瓣包括外壁、延伸壁、以及基部;以及塑料插入件,其位于具有所述挤压瓣的容积的区域处,其中所述插入件占据区域容积的90%或以下。所述插入件包括增强物以及与所述热塑性挤压瓣不同的塑料材料。
在一个实施例中,一种车辆包括:吸能器组件和覆盖所述吸能器组件的饰带。
在另一个实施例中,一种车辆包括:吸能器组件和覆盖所述吸能器组件的饰带。所述吸能器组件包括多个塑料挤压瓣,其在冲击时塑性变形以便吸收能量,其中所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸到外壁的侧部,所述外壁位于与所述基部相对的侧部的一端上,其中所述基部、侧部以及外壁包括第一材料;复合插入件,其包括第二塑料材料和增强物,其中所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中,所述插入件位于侧部和/或外壁处;碰撞罐,其位于所述吸能器的每个端部处;以及复合插入件,其位于所述碰撞罐处和/或挤压瓣处。所述吸能器与车辆横杆连接。
一种制造吸能器的方法包括:夹物模制热塑吸能器,其包括具有基部和外壁的挤压瓣,其中侧部从所述基部延伸到所述外壁,其中,增强型塑料插入件位于至少一个侧部内。
在各种实施例中:(i)增强物可包括连续纤维;和/或(ii)该区域可具有一容积,并且其中,该插入件占据所述容积的65%或以下;和/或(iii)该区域可具有高度“h”、厚度和宽度“w”,并且其中,该插入件具有小于或等于区域高度的90%的插入件高度,并且具有大于或等于区域宽度的30%的插入件宽度;和/或(iv)所述插入件高度为区域高度的20%到70%,并且插入件宽度为区域高度的40%到75%;和/或(v)该增强物选自由玻璃、碳、钛、铝、不锈钢、滑石、云母、以及包括上述中的至少一个的组合所构成的组;和/或(vi)增强物包括碳纤维;和/或(vii)第二塑料材料包括热固性树脂;和/或(viii)其中所述热固性树脂为环氧树脂。
本文中所公开的所有范围都包括端点,并且所述端点可彼此单独地组合在一起(比如,“高达25wt.%的范围(或者更具体而言,5wt.%到20wt.%”)包括端点和在“5wt.%到25wt.%”的范围中所有中间值,等等)。“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物等等。而且,术语“第一”、“第二”等等在本文中并不表示任何顺序、数量或重要性,而是用于在元件之间进行区分。术语“一”和“一个”以及“该”在本文中并不表示限制数量,而要理解为既包括单数也包括复数,除非在本文中另有说明或者在上下文中明显矛盾。在本文中所使用的后缀“(s)”旨在包括其所修饰的术语的单数和复数,从而包括这个术语中的一个或多个(比如,膜包括一个或多个膜)。在整个说明书中所提及的“一个实施例”、“另一个实施例”、“一实施例”等等,表示结合该实施例描述的一个特定部件(比如,特征、结构和/或特性)包含在本文中所描述的至少一个实施例中,并且可以或可以不位于其他实施例中。此外,要理解的是,在各种实施例中,所描述的部件可通过任何合适的方式相结合。
虽然已经描述了特定的实施例,但是对于申请人或本领域的技术人员而言,可出现目前未预见的或者可能未预见的替换、修改、变更、改进、和实质性等同物。因此,所提交的并且可修改的所附权利要求旨在包括所有这种替换、修改、变更、改进、和实质性等同物。

Claims (18)

1.一种吸能器,包括:
多个挤压瓣,所述多个挤压瓣在冲击时塑性变形以吸收能量,其中所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸至外壁的侧部,其中所述基部、侧部以及外壁包括第一热塑性材料;以及
复合插入件,位于所述吸能器内,其中所述插入件包括第二塑料材料和增强物,其中所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中所述插入件位于所述挤压瓣的一区域处,并且其中所述区域为所述侧部和/或所述外壁。
2.一种吸能器,包括:
塑料框架;
热塑性挤压瓣,从所述框架延伸,其中所述挤压瓣包括外壁、延伸壁、以及基部;以及
塑料插入件,位于具有所述挤压瓣的容积的区域处,其中,所述插入件占据所述区域的容积的90%或更少;
其中,所述插入件包括与所述热塑性挤压瓣不同的增强物以及塑料材料。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的吸能器,其中,所述增强物包括连续纤维。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的吸能器,其中,所述区域具有一容积,并且其中,所述插入件占据该容积的65%或更少。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的吸能器,其中,所述区域具有一高度“h”、一厚度、以及一宽度“w”,并且其中,所述插入件具有小于或等于所述区域的高度的90%的插入件高度,并且所述插入件具有大于或等于所述区域的宽度的30%的插入件宽度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的吸能器,其中,所述插入件高度为所述区域的高度的20%至70%,并且所述插入件宽度为所述区域的宽度的40%到75%。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的吸能器,其中,所述增强物选自由玻璃、碳、钛、铝、不锈钢、滑石、云母、以及包括上述项中的至少一个的组合所构成的组。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的吸能器,其中,所述增强物包括碳纤维。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的吸能器,其中,所述第二塑料材料包括热固性树脂。
10.根据权利要求9所述的吸能器,其中,所述热固性树脂为环氧树脂。
11.一种车辆,包括根据权利要求1-10中任一项所述的吸能器和覆盖所述吸能器的饰带。
12.一种车辆,包括:
吸能器,所述吸能器包括:
多个塑料挤压瓣,所述多个塑料挤压瓣在冲击时塑性变形以吸收能量,其中所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸至外壁的侧部,所述外壁位于与所述基部相对的侧部的一端上,其中,所述基部、侧部以及外壁包括第一材料;
复合插入件,包括第二塑料材料和增强物,其中,所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中所述插入件位于所述侧部和/或所述外壁处;以及饰带,覆盖所述吸能器。
13.根据权利要求12所述的车辆,进一步包括缓冲梁,其中,所述吸能器延伸经过所述缓冲梁,以便所述缓冲梁能够使所述挤压瓣在冲击期间塑性变形。
14.一种车辆,包括:
吸能器,所述吸能器包括:
多个塑料挤压瓣,所述多个塑料挤压瓣在冲击时塑性变形以吸收能量,其中所述挤压瓣包括基部和从所述基部延伸至外壁的侧部,所述外壁位于与所述基部相对的侧部的一端上,其中所述基部、侧部以及外壁包括第一材料;
复合插入件,包括第二塑料材料和增强物,其中所述第二塑料材料与所述第一热塑性材料不同,其中所述插入件位于所述侧部和/或所述外壁处;以及
碰撞罐,位于所述吸能器的每个端部处;
复合插入件,位于所述碰撞罐处和/或挤压瓣处;
其中,所述吸能器与车辆横杆连接;以及
饰带,覆盖所述吸能器。
15.根据权利要求14所述的车辆,进一步包括缓冲梁,其中所述吸能器组件延伸越过所述缓冲梁。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的车辆,进一步包括缓冲梁,其中,所述吸能器位于所述缓冲梁的长度上,所述缓冲梁位于车身与吸能器之间。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的车辆,其中,所述吸能器具有位于所述缓冲梁的一端内的延伸部,并且其中,所述插入件位于在所述缓冲梁外部并且与所述缓冲梁相邻的肋处的碰撞罐内。
18.一种制造吸能器的方法,包括:夹物模制根据权利要求1-10中任一项所述的吸能器。
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