CN103350673A - 一种汽车吸能盒 - Google Patents

Abstract

一种汽车吸能盒属汽车被动安全技术领域，本发明中仿生非牛顿流体吸能块呈前端开口、后端封闭的圆筒状，结构吸能块呈两端开口的圆筒状，两者经连接件固接，由非牛顿流体和发泡聚丙烯混合而成的填充物填充于仿生非牛顿流体吸能块圆筒中，挡板固接于仿生非牛顿流体吸能块前端；仿生吸能槽设于结构吸能块壳体外表面，且沿结构吸能块轴线方向呈螺旋状分布，螺旋线升角为25°-35°，吸能槽深0.5-1.5㎜，吸能槽宽为3-10㎜，吸能槽截面曲线方程为：y=-52.8x⁴+15.83x³+182x²-95.83x+70，式中：59.5≤|y|≤78.5,59.5≤|x|≤78.5；当汽车发生碰撞时，由于本发明中非牛顿流体吸能块和结构吸能块共同作用，可逐级吸能，故能很好地降低汽车的受损程度。

Description

一种汽车吸能盒

技术领域

本发明属汽车被动安全技术领域，具体涉及一种汽车低速碰撞吸能盒。

背景技术

随着现代化步伐的推进，汽车已成为人们生活中必不可少的交通工具。汽车保有量的逐年增加，给人们带来方便快捷的同时交通事故隐患也急剧上升，对人类的生命和财产造成了巨大的伤害和损失。目前汽车朝着安全、舒适、节能和轻量化等方向发展，而提高汽车的安全性是一切工作的前提，研究被动安全具有重要的现实意义。

吸能盒是汽车保险杠系统中重要的吸能部件，安装在横梁与车架纵梁之间，通过螺栓联接，可以随时拆卸。它一方面将横梁传来的能量最大限度地吸收，进而降低碰撞对车身前部部件的损坏和保护乘客安全，另一方面是将碰撞力传递给纵梁并将其分散。目前，国内外针对汽车被动安全的研究越来越多，关于吸能盒的专利也大量出现，其主要采用结构优化和材料优化等研究手段来提高吸能盒的吸能缓冲特性。

大量吸能盒研究成果见诸于专利报道，其中从结构优化角度提高吸能盒性能的如：（1）中国实用新型专利申请（201220249146.6）公开的吸能盒为前端截面小后端截面大的圆台形或锥台形，盒体的两侧设有多个平行布置的吸能槽。（2）发明专利申请（200910260930.X）公开的吸能盒具有两端开口的吸能盒本体，本体沿车身纵向呈阶梯状，来提高吸能盒的特性。从材料优化提高吸能盒性能的如：（1）实用新型专利申请（201220435663.2）公布的吸能盒包括一两端均开口的正八边形筒状铝合金壳体，并在壳体内填设有泡沫铝合金块。（2）实用新型专利申请（201120260539.2）公开的一种用铝合金蜂窝夹芯板填充在吸能盒壳体内，并在外表面交替设置有多层诱导槽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸能缓冲性能好汽车吸能盒。

本发明由挡板1、填充物2、仿生非牛顿流体吸能块3、连接件4、结构吸能块5和仿生吸能槽6组成，其中仿生非牛顿流体吸能块3呈前端开口、后端封闭的圆筒状，结构吸能块5呈两端开口的圆筒状，仿生非牛顿流体吸能块3后端和结构吸能块5前端经连接件4固接，填充物2填充于仿生非牛顿流体吸能块3的圆筒中，挡板1固接于仿生非牛顿流体吸能块3前端；仿生吸能槽6设于结构吸能块5壳体外表面，且沿结构吸能块5轴线方向呈螺旋状分布，螺旋线升角α为25°-35°，吸能槽深度H为0.5-1.5㎜，吸能槽宽度C为3-10㎜，吸能槽截面的曲线方程为：

y=-52.8x⁴+15.83x³+182x²-95.83x+70

式中：59.5≤|y|≤78.5,59.5≤|x|≤78.5。

所述的仿生非牛顿流体吸能块3的圆筒壁厚d₁为0.5-1.5㎜，圆筒直径D₁为60-80㎜，圆筒长度L₁为60-120㎜。

所述的结构吸能块5的圆筒壁厚d₂为1-3㎜，圆筒直径D₂为60-80㎜，圆筒长度L₂为60-120mm。

所述的填充物2由非牛顿流体和发泡聚丙烯按不同体积百分比混合而成，其中非牛顿流体的体积百分比为30%-100%，发泡聚丙烯的体积百分比为0%-70%；填充物2在仿生非牛顿流体吸能块3的圆筒中的填充度为85%-99.5%。

所述的非牛顿流体由糊化玉米淀粉、糊化太白粉、绿豆淀粉、水、大豆油、明胶和碳酸钙组成，按体积百分比分别为：糊化玉米淀粉0-75%、糊化太白粉0-70%、绿豆淀粉0-65%、水0-25%、大豆油0-20%、明胶和碳酸钙均为0-10%。

本发明在运用汽车现代新技术的基础上，结合结构优化和材料优化的同时，融入仿生学设计思想和理论方法而提供的一种新型汽车吸能盒，增加了仿关节液的非牛顿流体块，在壳体外表面设有仿贝壳表面的螺旋形吸能槽，不仅可以达到轻量化的目的，更重要的是可进一步提高汽车吸能盒的吸能特性。

发明依据如下：生物类动关节部位的关节液在关节运动时能够减小软骨之间的摩擦，并在瞬间剪切力下粘性会变大，起到关节节点的缓冲保护作用，来保证其在剧烈运动时身体部位免受伤害，且当剪切力撤去，其粘度又迅速恢复正常。研究得出关节液是一种非牛顿流体，并发现高浓度的糊化淀粉溶液也具有该特征。以此为依据，运用仿生学思想，利用非牛顿流体在受剪切冲击时的缓冲特性以及自动恢复能力，将非牛顿流体应用在汽车低速吸能盒中，来改善和提高汽车吸能盒的缓冲特性。

发泡聚丙烯是一种轻质且有十分优异的抗震缓冲性能的材料，具有优良的形变性、隔热性、耐腐蚀性、无毒，可100%回收再利用。与非牛顿流体按不同体积混合填充在壳体内，能够充分吸收低速碰撞时的冲击能量。

贝壳表面呈天然的螺旋状，以此为结构仿生原型，采用人工预变性技术，在壳体外表面设置仿生吸能槽，特点是当受到碰撞冲击时螺旋形吸能槽能诱导结构吸能块发生褶皱变形，更高效地吸能缓冲。

本发明的有益效果

与现代技术下的吸能盒相比，本汽车吸能盒具有以下优点：

1.利用非牛顿流体和发泡聚丙烯受冲击时的吸能缓冲行为特性来改善汽车吸能盒的吸能效果，可提高汽车吸能盒的吸能缓冲性能。

2.以天然贝壳为仿生原型，采用人工预变性技术，在壳体外表面设置螺旋形仿生吸能槽，可提高汽车吸能盒的吸能特性。

3.以非牛顿流体作为缓冲载体可以有效提高在偏置碰撞下汽车吸能盒的吸能缓冲效果。

4.当汽车发生碰撞时，由于本发明中非牛顿流体吸能块和结构吸能块的共同作用，会产生逐级吸能的效果，故可很好地降低汽车的受损程度。

附图说明

图1为汽车吸能盒结构示意图

图2为仿生吸能槽的截面示意图

图3为仿生非牛顿流体吸能块尺寸示意图

图4为结构吸能块尺寸示意图

其中：1.挡板2.填充物3.仿生非牛顿流体吸能块4.连接件5.结构吸能块6.仿生吸能槽H_-吸能槽深度C_-吸能槽宽度L_1-仿生非牛顿流体吸能块圆筒长度L_2-结构吸能块圆筒长度D_1-仿生非牛顿流体吸能块圆筒直径D_2-结构吸能块圆筒直径d_1-仿生非牛顿流体吸能块圆筒壁厚d_2-结构吸能块圆筒壁厚

具体实施方式

当汽车发生碰撞时，防撞横梁将冲击力传递给汽车吸能盒，汽车吸能盒通过塑性变形来吸收能量，位于汽车吸能盒前部的仿生非牛顿流体吸能块3利用非牛顿流体剪切增稠或稀化特性和发泡聚丙烯的缓冲性能来吸收碰撞能量；结构吸能块5表面的仿生吸能槽6能诱导汽车吸能盒更平稳地朝着褶皱方向变形，逐级吸能，最大限度地吸收碰撞能量，并使剩余的冲击能量更均匀地传递给车架纵梁。

下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步的描述。汽车吸能盒固定安装在汽车防撞横梁和车架纵梁之间，左右各一。汽车吸能盒由挡板1、填充物2、仿生非牛顿流体吸能块3、连接件4、结构吸能块5和仿生吸能槽6组成，其中仿生非牛顿流体吸能块3呈前端开口、后端封闭的圆筒状，结构吸能块5呈两端开口的圆筒状，仿生非牛顿流体吸能块3后端和结构吸能块5前端经连接件4固接，填充物2填充于仿生非牛顿流体吸能块3圆筒中，挡板1固接于仿生非牛顿流体吸能块3前端；仿生吸能槽6设于结构吸能块5壳体外表面，且沿结构吸能块5轴线方向呈螺旋状分布，螺旋线升角α为25°-35°，吸能槽深度H为0.5-1.5㎜，吸能槽宽度C为3-10㎜，吸能槽截面的曲线方程为：

y=-52.8x⁴+15.83x³+182x²-95.83x+70

式中：59.5≤|y|≤78.5,59.5≤|x|≤78.5。

仿生非牛顿流体吸能块3在碰撞过程中可以更多地承受偏置方向的碰撞冲击；结构吸能块5壳体外表面的螺旋形仿生吸能槽进一步提高了汽车吸能盒的吸能效率。

实施例一：

一种汽车吸能盒，由挡板1、填充物2、前部的仿生非牛顿流体吸能块3、连接件4、后部的结构吸能块5和仿生吸能槽6组成。

具体实施时，仿生非牛顿流体吸能块圆筒长度L₁为60㎜，仿生非牛顿流体吸能块圆筒壁厚d₁为0.5㎜；填充物2中非牛顿流体和发泡聚丙烯按体积百分比分别为30%和70%，填充度为85%；非牛顿流体中糊化玉米淀粉按体积百分比为75%，水和明胶按体积百分比分别为20%和5%。

结构吸能块圆筒长度L₂为120㎜，结构吸能块圆筒壁厚d₂为3.0㎜；仿生吸能槽6的螺旋线升角α为35°，吸能槽深度H为1.5㎜，吸能槽宽度C为10㎜。仿生非牛顿流体吸能块圆筒直径D₁和结构吸能块圆筒直径D₂均为80㎜。

对实施例一所述汽车吸能盒进行冲击试验，试验中采用质量为10kg，动能为2000J的冲击块对汽车吸能盒进行轴向和45°偏置方向冲击，冲击后能量耗散率分别为68.5%和56%。

实施例二:

具体实施时，仿生非牛顿流体吸能块圆筒长度L₁为90㎜，仿生非牛顿流体吸能块圆筒壁厚d₁为1.0㎜；填充物2中非牛顿流体和发泡聚丙烯按体积百分比分别为65%和35%，填充度为90%；非牛顿流体中糊化太白粉按体积百分比为70%，大豆油和碳酸钙按体积百分比分别为20%和10%。

结构吸能块圆筒长度L₂为90㎜，结构吸能块圆筒壁厚d₂为2.0㎜；仿生吸能槽6的螺旋线升角α为30°，吸能槽深度H为1.0㎜，吸能槽宽度C为6㎜。仿生非牛顿流体吸能块圆筒直径D₁和结构吸能块圆筒直径D₂均为70㎜。

对实施例二所述汽车吸能盒进行冲击试验，试验中采用质量为10kg，动能为2000J的冲击块对汽车吸能盒进行轴向和45°偏置方向冲击，冲击后能量耗散率分别为75.5%和62%。

实施例三：

具体实施时，仿生非牛顿流体吸能块圆筒长度L₁为120㎜，仿生非牛顿流体吸能块圆筒壁厚d₁为1.5㎜；填充物2中非牛顿流体和发泡聚丙烯按体积百分比分别为100%和0，填充度为99.5%；非牛顿流体中糊化绿豆淀粉按体积百分比为65%，水和明胶按体积百分比分别为25%和10%。

结构吸能块圆筒长度L₂为60㎜，结构吸能块圆筒壁厚d₂为1.0㎜；仿生吸能槽6的螺旋线升角α为25°，吸能槽深度H为0.5㎜，吸能槽宽度C为3㎜。仿生非牛顿流体吸能块圆筒直径D₁和结构吸能块圆筒直径D₂均为60㎜。

对实施例三所述汽车吸能盒进行冲击试验，试验中采用质量为10kg，动能为2000J的冲击块对汽车吸能盒进行轴向和45°偏置方向冲击，冲击后能量耗散率分别为82.5%和70%。

实施例四：

具体实施时，仿生非牛顿流体吸能块圆筒长度L₁为120㎜，仿生非牛顿流体吸能块圆筒壁厚d₁为1.5㎜；填充物2的非牛顿流体和发泡聚丙烯按体积百分比分别为70%和30%，填充度为99.5%。非牛顿流体成分中糊化玉米粉按体积百分比为75%，水和明胶按体积百分比分别为20%和5%。

结构吸能块圆筒长度L₂为60㎜，结构吸能块圆筒壁厚d₂为1.0㎜；仿生吸能槽6的螺旋线升角α为25°，吸能槽深度H为0.5㎜，吸能槽宽度C为3㎜。仿生非牛顿流体吸能块圆筒直径D₁和结构吸能块圆筒直径D₂均为60㎜。

对实施例四所述汽车吸能盒进行冲击试验，试验中采用质量为10kg，动能为2000J的冲击块对汽车吸能盒进行轴向和45°偏置方向冲击，冲击后能量耗散率分别为85%和74%。

实施例五：

具体实施时，仿生非牛顿流体吸能块圆筒长度L₁为90㎜，仿生非牛顿流体吸能块圆筒壁厚d₁为1.0㎜；填充物2中非牛顿流体和发泡聚丙烯按体积百分比分别为65%和35%，填充度为90%；非牛顿流体中糊化太白粉、糊化玉米粉、糊化绿豆淀粉按体积百分比分别为30%、30%、20%，大豆油和碳酸钙按体积百分比分别为15%和5%。

结构吸能块圆筒长度L₂为90㎜，结构吸能块圆筒壁厚d₂为2.0㎜；仿生吸能槽6的螺旋线升角α为30°，吸能槽深度H为1.0㎜，吸能槽宽度C为6㎜。仿生非牛顿流体吸能块圆筒直径D₁和结构吸能块圆筒直径D₂均为70㎜。

对实施例二所述汽车吸能盒进行冲击试验，试验中采用质量为10kg，动能为2000J的冲击块对汽车吸能盒进行轴向和45°偏置方向冲击，冲击后能量耗散率分别为65.5%和52%。

Claims (5)

1.一种汽车吸能盒，其特征在于由挡板(1)、填充物(2)、仿生非牛顿流体吸能块(3)、连接件(4)、结构吸能块(5)和仿生吸能槽(6)组成，其中仿生非牛顿流体吸能块(3)呈前端开口、后端封闭的圆筒状，结构吸能块(5)呈两端开口的圆筒状，仿生非牛顿流体吸能块(3)后端和结构吸能块(5)前端经连接件(4)固接，填充物(2)填充于仿生非牛顿流体吸能块(3)的圆筒中，挡板(1)固接于仿生非牛顿流体吸能块(3)前端；仿生吸能槽(6)设于结构吸能块(5)壳体外表面，且沿结构吸能块(5)轴线方向呈螺旋状分布，螺旋线升角α为25°-35°，吸能槽深度H为0.5-1.5㎜，吸能槽宽度C为3-10㎜，吸能槽截面的曲线方程为：

y=-52.8x⁴+15.83x³+182x²-95.83x+70

式中：59.5≤|y|≤78.5,59.5≤|x|≤78.5。

2.按权利要求1所述的汽车吸能盒，其特征在于所述的仿生非牛顿流体吸能块(3)的圆筒壁厚d₁为0.5-1.5㎜，圆筒直径D₁为60-80㎜，圆筒长度L₁为60-120㎜。

3.按权利要求1所述的汽车吸能盒，其特征在于所述的结构吸能块(5)的圆筒壁厚d₂为1-3㎜，圆筒直径D₂为60-80㎜，圆筒长度L₂为60-120mm。

4.按权利要求1所述的汽车吸能盒，其特征在于所述的填充物(2)由非牛顿流体和发泡聚丙烯按不同体积百分比混合而成，其中非牛顿流体的体积百分比为30%-100%，发泡聚丙烯的体积百分比为0%-70%；填充物(2)在仿生非牛顿流体吸能块(3)的圆筒中的填充度为85%-99.5%。

5.按权利要求2所述的汽车吸能盒，其特征在于所述的非牛顿流体由糊化玉米淀粉、糊化太白粉、绿豆淀粉、水、大豆油、明胶和碳酸钙组成，按体积百分比分别为：糊化玉米淀粉0-75%、糊化太白粉0-70%、绿豆淀粉0-65%、水0-25%、大豆油0-20%、明胶和碳酸钙均为0-10%。

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