CN104228727A - 可重复使用的充液式车用吸能盒和具有它的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可重复使用的充液式车用吸能盒和具有所述可重复使用的充液式车用吸能盒的车辆。所述可重复使用的充液式车用吸能盒包括盒体，所述盒体内具有吸能腔，所述吸能腔内填充有吸能物质，所述吸能物质包括无机盐溶液和经过憎水处理的纳米多孔件,所述盒体包括前壳和后壳，所述前壳与所述后壳相配合以形成所述吸能腔。根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒具有结构简单、制造和维护成本低、吸能响应速度快等优点。
Description
技术领域
本发明属于车辆被动安全技术领域，具体地涉及一种改善车辆前部耐撞性的吸能盒和具有它的车辆。
背景技术
吸能盒是车辆前部重要的吸能部件，对车辆在低速碰撞下的安全性非常重要。相关技术中的吸能盒为薄壁金属盒体，安装于车辆前部横梁与前纵梁之间，在受到碰撞后通过金属盒体的塑性变形吸收冲击能量，从而减小车辆主体结构所受的冲击，减少乘员所受的威胁。
例如，专利文献CN102745158 A、CN103386941 A、CN100355605 C、CN103419808 A、CN1031387 C分别公开了吸能盒。然而，相关技术中的吸能盒主要通过优化吸能盒的结构以及改变塑性变形的方式来提高其能量吸收效果，而且存在结构复杂，材料成本高，制造工艺难度较高的缺陷。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种可重复使用的充液式车用吸能盒，该吸能盒可重复使用、结构简单、制造与维护成本低、吸能响应速度快。
本发明还旨在提出一种具有上述可重复使用的充液式车用吸能盒的车辆。
根据本发明第一方面实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒包括盒体，所述盒体内具有吸能腔，所述吸能腔内填充有吸能物质，所述吸能物质包括无机盐溶液和经过憎水处理的纳米多孔件,所述盒体包括前壳和后壳，所述前壳与所述后壳相配合以形成所述吸能腔。
根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒具有结构简单、制造和维护成本低、吸能响应速度快、可重复使用等优点。
另外，根据本发明上述实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述前壳相对于所述后壳可移动。
根据本发明的一个实施例，所述前壳和所述后壳为筒状，所述前壳的后端敞开，所述后壳的前端敞开，所述前壳的后端配合在所述后壳的前端内或者所述后壳的前端配合在所述前壳的后端内，且所述前壳的后端与所述后壳的前端之间设有密封圈。
根据本发明的一个实施例，所述盒体上设有与所述吸能腔连通的吸能液体注入口，所述吸能液体注入口由密封件密封。
根据本发明的一个实施例，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在0.5纳米-500纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在100平方米/克-1000平方米/克的范围内；
优选地，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在2纳米-25纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在150平方米/克-500平方米/克的范围内；
进一步优选地，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在4纳米-15纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在200平方米/克-350平方米/克的范围内；
更加优选地，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在6纳米-10纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在250平方米/克-300平方米/克的范围内。
根据本发明的一个实施例，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径为7.8纳米，所述纳米多孔件的孔容为550立方毫米/克，所述纳米多孔件的比表面积为287平方米/克的范围内。
根据本发明的一个实施例，所述无机盐溶液为饱和溶液。
根据本发明的一个实施例，所述无机盐溶液为氯化锂溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液、氯化镁溶液、氯化锰溶液、氯化铯溶液、溴化钠溶液和氯化钾溶液中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，所述纳米多孔件为人造沸石和/或硅胶。
根据本发明的第二方面提出一种车辆，所述车辆包括：前横梁、前纵梁和充液式车用吸能盒，所述充液式车用吸能盒为根据本发明第一方面所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，所述充液式车用吸能盒的前壳与所述前横梁相连，所述充液式车用吸能盒的后壳与所述前纵梁相连。
附图说明
图1是根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒的剖视图。
图2是根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒的侧视图；
图3是根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒的吸能物质在准静态下的压强-体积变量曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种车辆。根据本发明实施例的车辆包括前横梁、前纵梁和充液式车用吸能盒10。
下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒10。如图1和图2所示，根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒10包括盒体101，盒体101内具有吸能腔1014，吸能腔1014内填充有吸能物质。该吸能物质包括无机盐溶液1031和经过憎水处理的纳米多孔件1032。盒体101包括前壳1011和后壳1012，前壳1011与后壳1012相配合以形成吸能腔1014。
其中，充液式车用吸能盒10的前壳1011与该前横梁相连，充液式车用吸能盒10的后壳1012与该前纵梁相连。
当车辆发生碰撞(尤其是低速碰撞)后，盒体101的前壳1011向后移动，盒体101的后壳1012固定不动，即盒体101的后壳1012的位置保持不变。有利地，充液式车用吸能盒10的工作压强低于该前纵梁的压溃应力。此时，吸能腔1014内的吸能物质受到挤压，导致吸能物质的压强迅速升高。
当吸能物质受到的压强达到吸能物质的吸能阈值后，无机盐溶液1031开始进入到纳米多孔件1032的孔道内。由此吸能物质开始产生大变形，以便使前壳1011向后方产生较大的位移。与此同时，吸能物质的压缩可以将外界的机械能大量地转化为固液界面能及热能，从而有效地吸收碰撞能量，缓解了碰撞对车体结构的冲击。
在碰撞结束后，吸能物质可以自行恢复形变，即无机盐溶液1031流出纳米多孔件1032的孔道，从而可以使前壳1011复位，充液式车用吸能盒10可以再次承受冲击。
图3示出了根据本发明实施例的充液式车用吸能盒10的吸能物质在准静态下的压强-体积变量曲线。其中，该吸能物质包括氯化锂溶液和平均孔径为7.8nm的纳米多孔硅胶，比例体积变化为吸能物质的体积变化与纳米多孔件1032的质量之比。采用其他无机盐溶液和具有其他参数的纳米多孔件1032也可以获得类似的结果，在此不再一一列出。
如图3所示，当吸能物质受到的压强达到吸能物质的吸能阈值后，无机盐溶液1031将克服毛细阻力进入到纳米多孔件1032的孔道内，从而将外界机械能转化为固液界面能和热能。也就是说，只要吸能物质受到的压强达到吸能物质的吸能阈值后，吸能物质立刻产生大变形，即吸能物质的体积被大幅度压缩，因此充液式车用吸能盒10具有响应速度快的优点。而在卸载过程中，无机盐溶液1031在较低的压强下从纳米多孔件1032的孔道内流出。因此，图3中的加卸载曲线具有显著的迟滞效应，其加卸载循环将吸收大量的机械能。具体而言，纳米多孔件1032的能量吸收密度可以达到10J/g以上。吸能物质受到的压强阈值Pin可以是27MPa。
而且，根据本发明实施例的充液式车用吸能盒10的再次加卸载的曲线与首次加卸载的曲线基本重合(为了清楚地显示两次加卸载循环的曲线，第二次加卸载循环的曲线沿横轴进行了平移)。由此说明了吸能物质可以重复使用，且每次加卸载均有较好的吸能效果。也就是说，根据本发明实施例的充液式车用吸能盒10可以重复使用，具有较佳的重复性。
根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒10通过在吸能腔1014内填充吸能物质，从而在车辆发生碰撞时，可以通过吸能腔1014内的吸能物质被压缩来使吸能物质产生大变形。由此可以将外界的冲击能量转化为固液界面能和热能，从而有效地吸收碰撞能量，缓解了碰撞对车体结构的冲击。
也就是说，只需在盒体101内设置吸能腔1014且在吸能腔1014内填充吸能物质，就可以在车辆发生碰撞时对乘员实施安全保护。因此，根据本发明实施例的可重复使用的充液式车用吸能盒10具有结构简单、制造和维护成本低、吸能响应速度快等优点。
可以通过改变吸能物质的组分方便地调节充液式车用吸能盒10的工作压强，以便适用于各类车型及不同的使用工况。因此，根据本发明实施例的充液式车用吸能盒10还具有应用范围广等优点。
由于在碰撞结束后，吸能物质可以自行恢复形变，即无机盐溶液1031流出纳米多孔件1032的孔道，因此充液式车用吸能盒10可以重复使用，从而无需对充液式车用吸能盒10进行维修，即便在经过多个碰撞后，充液式车用吸能盒10也能正常工作。
根据本发明实施例的车辆具有安全性高、制造成本低、便于维护等优点。
如图1和图2所示，前壳1011和后壳1012为筒状，前壳1011的后端敞开，后壳1012的前端敞开，前壳1011的后端配合在后壳1012的前端内或者后壳1012的前端配合在前壳1011的后端内。前壳1011的后端与后壳1012的前端之间设有密封圈1013。前壳1011相对于后壳1012可移动。
具体而言，密封圈1013可以设在前壳1011的后端的外周面与后壳1012的前端的内周面之间，此时后壳1012的直径大于前壳1011的直径。此外，密封圈1013可以设在前壳1011的后端的内周面与后壳1012的前端的外周面之间，此时后壳1012的直径小于前壳1011的直径。
有利地，前壳1011可以由不锈钢304制成，前壳1011的横截面可以是圆形。前壳1011的外径为32毫米，侧壁厚度为4毫米，底壁厚度为4毫米，高度为25毫米。后壳1012可以由不锈钢304制成，后壳1012的横截面可以是圆形。后壳1012的外径为40毫米，侧壁厚度为4毫米，底壁厚度为6毫米，高度为25毫米。
前壳1011和后壳1012都可以一体加工成型，前壳1011和后壳1012还可以采用开口圆管与圆形底板焊接而成，以节省工艺成本。
在本发明的一个具体示例中，如图1所示，盒体101上设有与吸能腔1014连通的吸能液体注入口，该吸能液体注入口由密封件102密封。由此不仅可以更加方便地、容易地将吸能物质注入到吸能腔1014内，而且可以方便地对吸能腔1014内的吸能物质进行更换。
具体地，密封件102可以是螺栓，该吸能液体注入口可以是螺纹孔。
在本发明的一些示例中，纳米多孔件1032上的孔的平均孔径在0.5纳米-500纳米的范围内，纳米多孔件1032的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的范围内，纳米多孔件1032的比表面积在100平方米/克-1000平方米/克的范围内。由此可以在控制纳米多孔件1032的制备成本的情况下，使可重复使用的充液式车用吸能盒10能够吸收更多的外界机械能。也就是说，纳米多孔件1032可以由纳米多孔材料制成。
优选地，纳米多孔件1032上的孔的平均孔径在2纳米-25纳米的范围内，纳米多孔件1032的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的范围内，纳米多孔件1032的比表面积在150平方米/克-500平方米/克的范围内。由此可以在控制纳米多孔件1032的制备成本的情况下，使可重复使用的充液式车用吸能盒10能够吸收更多的外界机械能。
进一步优选地，纳米多孔件1032上的孔的平均孔径在4纳米-15纳米的范围内，纳米多孔件1032的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的范围内，纳米多孔件1032的比表面积在200平方米/克-350平方米/克的范围内。由此可以在控制纳米多孔件1032的制备成本的情况下，使可重复使用的充液式车用吸能盒10能够吸收更多的外界机械能。
更加优选地，纳米多孔件1032上的孔的平均孔径在6纳米-10纳米的范围内，纳米多孔件1032的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的范围内，纳米多孔件1032的比表面积在250平方米/克-300平方米/克的范围内。由此可以在控制纳米多孔件1032的制备成本的情况下，使可重复使用的充液式车用吸能盒10能够吸收更多的外界机械能。
最优选地，纳米多孔件1032上的孔的平均孔径为7.8纳米，纳米多孔件1032的孔容为550立方毫米/克，纳米多孔件1032的比表面积为287平方米/克。由此可以在控制纳米多孔件1032的制备成本的情况下，使可重复使用的充液式车用吸能盒10能够吸收更多的外界机械能。
优选地，无机盐溶液1031可以是氯化锂溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液、氯化镁溶液、氯化锰溶液、氯化铯溶液、溴化钠溶液和氯化钾溶液中的一种或多种。其中，无机盐溶液1031可以利用去离子水和无机盐配制而成。
无机盐溶液1031可以是饱和溶液。例如，无机盐溶液1031可以是饱和氯化锂溶液、饱和氯化钠溶液、饱和氯化钙溶液、饱和氯化镁溶液、饱和氯化锰溶液、饱和氯化铯溶液、饱和溴化钠溶液或饱和氯化钾溶液。由此可以使可重复使用的充液式车用吸能盒10具有更加优良的可重复性。
其中，饱和氯化钠溶液的压强阈值约为20MPa，饱和氯化钠溶液的吸能密度约为15J/g。饱和氯化锂溶液的压强阈值约为27MPa，饱和氯化锂溶液的吸能密度约为16J/g。饱和氯化钾溶液的压强阈值约为21MPa，饱和氯化钾溶液的吸能密度约为15J/g。饱和溴化钠溶液的压强阈值约为21MPa，饱和溴化钠溶液的吸能密度约为19J/g。
饱和氯化钙溶液的压强阈值约为26MPa，饱和氯化钙溶液的吸能密度约为18J/g。饱和氯化镁溶液的压强阈值约为26MPa，饱和氯化镁溶液的吸能密度约为13J/g。饱和氯化锰溶液的压强阈值约为23MPa，饱和氯化锰溶液的吸能密度约为18J/g。饱和氯化铯溶液的压强阈值约为21MPa，饱和氯化铯溶液的吸能密度约为14J/g。
优选地，纳米多孔件1032可以是纳米多孔人造沸石或纳米多孔硅胶。也就是说，纳米多孔件1032可以由纳米多孔人造沸石或纳米多孔硅胶制成。
通过改变纳米多孔件1032和/或无机盐溶液1031的种类可以改变吸能物质的压强阈值。具体地，吸能物质的压强阈值可以在1MPa-100MPa的范围内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，包括盒体，所述盒体内具有吸能腔，所述吸能腔内填充有吸能物质，所述吸能物质包括无机盐溶液和经过憎水处理的纳米多孔件,所述盒体包括前壳和后壳，所述前壳与所述后壳相配合以形成所述吸能腔。
2.根据权利要求1所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述前壳相对于所述后壳可移动。
3.根据权利要求2所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述前壳和所述后壳为筒状，所述前壳的后端敞开，所述后壳的前端敞开，所述前壳的后端配合在所述后壳的前端内或者所述后壳的前端配合在所述前壳的后端内，且所述前壳的后端与所述后壳的前端之间设有密封圈。
4.根据权利要求1所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述盒体上设有与所述吸能腔连通的吸能液体注入口，所述吸能液体注入口由密封件密封。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在0.5纳米-500纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在100平方米/克-1000平方米/克的范围内；
优选地，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在2纳米-25纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在150平方米/克-500平方米/克的范围内；
进一步优选地，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在4纳米-15纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在200平方米/克-350平方米/克的范围内；
更加优选地，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径在6纳米-10纳米的范围内，所述纳米多孔件的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的范围内，所述纳米多孔件的比表面积在250平方米/克-300平方米/克的范围内。
6.根据权利要求5所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述纳米多孔件上的孔的平均孔径为7.8纳米，所述纳米多孔件的孔容为550立方毫米/克，所述纳米多孔件的比表面积为287平方米/克的范围内。
7.根据权利要求1所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述无机盐溶液为饱和溶液。
8.根据权利要求1或7所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述无机盐溶液为氯化锂溶液、氯化钠溶液、氯化钙溶液、氯化镁溶液、氯化锰溶液、氯化铯溶液、溴化钠溶液和氯化钾溶液中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，其特征在于，所述纳米多孔件为人造沸石和/或硅胶。
10.一种车辆，其特征在于，包括：前横梁、前纵梁和充液式车用吸能盒，所述充液式车用吸能盒为根据权利要求1-9中的任一项所述的可重复使用的充液式车用吸能盒，所述充液式车用吸能盒的前壳与所述前横梁相连，所述充液式车用吸能盒的后壳与所述前纵梁相连。
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