CN104417469A - 冲击吸收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冲击吸收装置。提供一种获得初始上升很平滑的负荷—位移特性的冲击吸收装置。冲击吸收装置(1)由利用纤维将树脂增强后的复合材料构成，具备向前后方向压坏以吸收冲击能量的碰撞吸能盒(2)，和配置在碰撞吸能盒(2)的前侧且向前后方向按压该碰撞吸能盒(2)以将其压坏的按压部件(3)。碰撞吸能盒(2)是将对于沿着前后方向的负荷的弹性模量互不相同的多个纤维层(21、…)沿着与前后方向正交的径向层叠而构成，前端部相对于按压部件(3)的按压面倾斜，以使随着被按压部件(3)按压，多个纤维层(21、…)从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与按压部件(3)抵接。

Description

冲击吸收装置
技术领域
本发明涉及一种吸收碰撞时等的冲击的冲击吸收装置，例如涉及适合应用于汽车的冲击吸收装置。
背景技术
目前，例如搭载于汽车上吸收来自外部的冲击的冲击吸收装置是公知的。在该冲击吸收装置中，形成为例如筒状的能量吸收部件通过承受冲击负荷以沿轴向压坏而吸收该冲击负荷(冲击能量)。作为能量吸收部件，一直以来使用金属(例如铝合金)制的能量吸收部件，但近年来，开发了具有更加优异的能量吸收性能且轻量的复合材料(例如纤维强化塑料)制的能量吸收部件，且正在被实际应用。
然而，就这种冲击吸收装置而言，能量吸收部件的弹性模量在很大程度上影响着能量吸收性能。
例如，专利文献1中已提出一种能量吸收部件，其由内层使用高强度的强化纤维，外层使用高弹性模量的强化纤维而形成的层状结构的复合材料构成。根据该专利文献1记载的能量吸收部件，能够获得直至破坏的抵抗力较大，破坏后可稳定地吸收能量，且对于纵向弯曲的强度很高的优异的能量吸收性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平6－300068号公报
但是，对于内层使用高强度(或高弹性模量)的强化纤维的能量吸收部件，在该内层最初接受负荷的情况下，几乎不会伴随有向压坏方向的位移地承受着大的负荷。更详细地说，在这种情况下，如图5所示，成为初始就具有直至内层破坏的负荷的峰值的、不平滑上升的负荷—位移特性。而且像这样负荷—位移特性的上升不平滑的情况，有可能招致二次碰撞造成的乘客受伤的恶化等。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而开发的，目的在于提供一种能够获得初始上升平滑的负荷—位移特性的冲击吸收装置。
为了实现上述目的，第一方面的发明提供一种冲击吸收装置，包括：
能量吸收部件，其由利用纤维将树脂增强后的复合材料构成，且向规定的压坏方向压坏而吸收冲击能量；和
按压部件，其配置在所述能量吸收部件的所述压坏方向的一端侧，且向所述压坏方向按压该能量吸收部件以将其压坏，其中，
所述能量吸收部件是将对于沿着所述压坏方向的负荷的弹性模量互不相同的多个纤维层沿着与所述压坏方向正交的方向层叠而构成，
所述能量吸收部件的在所述压坏方向的一端部相对于所述按压部件的按压面倾斜，以使随着被所述按压部件按压，所述多个纤维层从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与所述按压部件抵接。
第二方面的发明是在第一方面所述的冲击吸收装置的基础上，其中，
所述按压部件形成为所述按压面与所述压坏方向正交的平面状，
所述能量吸收部件形成为具有沿着所述压坏方向的中心轴的圆筒状，
所述多个纤维层分别形成为圆筒状以沿着该能量吸收部件的径向层叠，并且构成为使得越是内径侧的纤维层，弹性模量越低，
所述能量吸收部件的所述压坏方向的一端部形成为随着接近内径侧而向所述压坏方向的一端侧定位的锥形。
第三方面的发明是在第一方面所述的冲击吸收装置的基础上，其中，
所述按压部件形成为所述按压面与所述压坏方向正交的平面状，
所述能量吸收部件形成为具有沿着所述压坏方向的中心轴的圆筒状，
所述多个纤维层分别形成为圆筒状以沿着该能量吸收部件的径向层叠，并且构成为使得越靠近该能量吸收部件的壁厚的中央侧的纤维层，弹性模量越低，
所述能量吸收部件的在所述压坏方向的一端部形成为随着接近该能量吸收部件的壁厚的中央侧而向所述压坏方向的一端侧定位的形状。
第四方面的发明是在第一～三方面中任—方面所述的冲击吸收装置的基础上，其中，所述复合材料是碳纤维强化塑料。
发明效果
根据本发明，向规定的压坏方向压坏的能量吸收部件，是将互不相同的弹性模量的多个纤维层在与压坏方向正交的方向上层叠而构成，并且按照随着被按压部件按压，多个纤维层从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与按压部件抵接的方式，首先被按压部件按压的压坏方向的一端部相对于按压部件的按压面倾斜。由此，能量吸收部件在按压初始时的按压部分(抵接部分)中的实际的弹性模量，随着被按压部件按压而逐渐地增加。从而，与弹性模量成比例的负荷在能量吸收部件向压坏方向的位移增加的同时也逐渐地增加，进而，能够获得初始上升平滑的负荷—位移特性。
附图说明
图1是搭载了实施方式的冲击吸收装置的车辆的立体图；
图2(a)是实施方式的冲击吸收装置的剖视图，(b)是将(a)的C部放大后的图；
图3是实施方式的冲击吸收装置的负荷—位移线图；
图4(a)是实施方式的变形例的冲击吸收装置的剖视图，(b)是(a)的D部的放大图；
图5是现有冲击吸收装置的负荷—位移线图。
符号说明
1、1A：冲击吸收装置
2、2A：碰撞吸能盒(能量吸收部件)
21、21A：纤维层
Ax：中心轴
3：按压部件
4：支承部件
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是搭载了本实施方式的冲击吸收装置1的车辆100的立体图，图2(a)是冲击吸收装置1的剖视图，图2(b)是将图2(a)的C部放大后的图。
如图1所示，冲击吸收装置1在车辆(汽车)100的保险杠101和车身骨架102之间并设有两个，吸收来自车辆前方的冲击。
予以说明，在以下的说明中，“前”、“后”的记载只要事先没有特别规定，意思是从搭载有冲击吸收装置1的车辆100看去的方向。
具体地说，如图2(a)所示，冲击吸收装置1具备碰撞吸能盒2、按压碰撞吸能盒2的按压部件3、支承碰撞吸能盒2的支承部件4。
其中，碰撞吸能盒2是本发明的能量吸收部件，由利用纤维将树脂增强后的复合材料即纤维强化塑料(Fiber Reinforced Plastics：FRP)构成。作为纤维的种类有碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维等，优选使用能量吸收量和强度优异的碳纤维。该碰撞吸能盒2被受到冲击负荷的按压部件3从前方按压以向前后方向压坏，由此，吸收其冲击能量。
具体地说，碰撞吸能盒2形成为具有沿着前后方向的中心轴Ax的圆筒状。更详细地说，如图2(b)所示，碰撞吸能盒2成为分别形成为圆筒状的多个纤维层21、…沿着该碰撞吸能盒2的径向层叠的层状结构。多个纤维层21、…对于沿着前后方向的负荷(压缩负荷)的弹性模量(以下、简称为“弹性模量”。)互不相同，在本实施方式中，越是靠碰撞吸能盒2的内径侧的纤维层，弹性模量越变低。这些多个纤维层21、…由于沿圆周方向卷回的纤维的定向方向互不相同，所以相互的弹性模量也不同。即，在多个纤维层21、…中、对于内径侧(低弹性模量)的纤维层，纤维按照与前后方向正交的方式更加倾斜，对于外径侧(高弹性模量)纤维层，纤维按照沿着前后方向的方式更加竖立。
另外，碰撞吸能盒2的按压部件3侧的前端部形成为随着接近内径侧而向前侧定位的锥形。因此，如后述，碰撞吸能盒2随着被按压部件3按压，使多个纤维层21、…按顺序从内径侧的纤维层(即弹性模量低的纤维层)向外径侧的纤维层(即弹性模量高的纤维层)与该按压部件3抵接。
如图2(a)所示，按压部件3是用于按压碰撞吸能盒2并将其压坏的部件，形成为与前后方向正交的大致平板状，且配置为遍及全周与碰撞吸能盒2(最靠内径侧的纤维层21)的前端面抵接。即，在按压部件3中、与前后方向正交的平面状的后面成为按压碰撞吸能盒2的按压面。另外，按压部件3也是冲击吸收装置1向车辆100的安装部分，且按照前面与车辆100的保险杠101的后面抵接的方式，安装在该保险杠101上(参照图1)。因此，如后述，按压部件3经由保险杠101接受从前方施加的冲击负荷，沿着前后方向从前方按压碰撞吸能盒2将其压坏。予以说明，作为将碰撞吸能盒2固定在保险杠101上的方法，例如具有通过用螺栓将按压部件3和支承部件4限制住，从而使碰撞吸能盒2和按压部件3产生面压而将碰撞吸能盒2固定的方法等。
支承部件4是用于支承碰撞吸能盒2的部件，形成为与前后方向正交的大致平板状，配置为遍及全周与碰撞吸能盒2的后端面抵接。另外，支承部件4也是冲击吸收装置1向车辆100的安装部分，且按照后面与车辆100的车身骨架102的前面抵接的方式，安装在该车身骨架102上(参照图1)。
对于具备以上结构的冲击吸收装置1，例如，若搭载了该冲击吸收装置1的车辆100与前方的物体发生碰撞等，来自前方的冲击负荷则经由保险杠101施加在按压部件3上。然后，受到该冲击负荷的按压部件3沿着前后方向从前方按压碰撞吸能盒2。
于是，按压部件3首先从前方按压碰撞吸能盒2的前端部。这时，碰撞吸能盒2的前端部形成为随着接近内径侧而向前侧定位的锥形，即，相对于形成为与前后方向正交的平面状的按压部件3的按压面倾斜。因此，该碰撞吸能盒2的前端部随着被按压部件3按压，从内径侧朝向外径侧逐渐地扩展而与该按压部件3抵接。即，在碰撞吸能盒2的前端部，多个纤维层21、…从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与按压部件3抵接并被按压，因此碰撞吸能盒2在该按压部分(抵接部分)中实际的弹性模量，随着被按压部件3按压而逐渐地增加。其结果是，与弹性模量成比例的负荷在碰撞吸能盒2向前后方向的位移(变形量)增加的同时也逐渐地增加，这时的负荷—位移特性如图3所示，初始的上升是平滑的。
其后，对于碰撞吸能盒2，在前端部被按压达到极限后，完整的圆筒状部分被按压部件3按压而压坏，此时，在大致一定的负荷下位移继续。在该过程中，碰撞吸能盒2从被按压部件3直接按压的部分开始，纤维断裂，其断裂片内外分开，一边向后方卷曲一边依次压坏。其结果是，通过该碰撞吸能盒2的压坏，冲击能量被吸收，冲击负荷得以缓冲。
如以上所述，根据本实施方式的冲击吸收装置1，向前后方向压坏的碰撞吸能盒2是将互不相同的弹性模量的多个纤维层21、…沿着与前后方向正交的径向层叠而构成，被按压部件3首先按压的前端部相对于按压部件3的按压面倾斜，以使随着被按压部件3按压，多个纤维层21、…从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层依次与按压部件3抵接。由此，碰撞吸能盒2在按压初始时的按压部分(抵接部分)中的实际的弹性模量，随着被按压部件3按压而逐渐地增加。从而，与弹性模量成比例的负荷在碰撞吸能盒2向前后方向的位移增加的同时也逐渐地增加，进而，能够获得初始的上升很平滑的负荷—位移特性。
[变形例]
接着，对上述实施方式的变形例进行说明。予以说明，对和上述实施方式同样的结构要素附带同一符号，并省略其说明。
图4(a)是本变形例的冲击吸收装置1A的剖视图，图4(b)是将图4(a)的D部放大后的图。
如图4(a)所示，代替上述实施方式的碰撞吸能盒2，冲击吸收装置1A具备前端部的形状及纤维层的层叠构造与该碰撞吸能盒2不同的碰撞吸能盒2A。
碰撞吸能盒2A形成为具有沿着前后方向的中心轴Ax的圆筒状。更详细地说，如图4(b)所示，碰撞吸能盒2A成为将分别形成为圆筒状的多个纤维层21A，…沿着该碰撞吸能盒2A的径向层叠而成的层状结构。多个纤维层21A、…其弹性模量互不相同，在本变形例中，越靠碰撞吸能盒2的壁厚的中央侧的纤维层，弹性模量越低，越是比该中央侧的纤维层更靠内径侧或外径侧的纤维层，弹性模量越高。另外，碰撞吸能盒2A形成为按压部件3侧的前端部随着接近该碰撞吸能盒2A的壁厚的中央侧而向前侧定位的截面针状。
根据这种结构，碰撞吸能盒2A和上述实施方式的碰撞吸能盒2同样，随着被按压部件3按压，多个纤维层21A，…从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与该按压部件3抵接。予以说明，关于碰撞吸能盒2A的其它方面，和上述实施方式的碰撞吸能盒2同样地构成。
根据以上的本变形例的冲击吸收装置1A，也能够获得和上述实施方式的冲击吸收装置1同样的效果。
[另一变形例]
予以说明，可应用本发明的实施方式不限于上述实施方式及其变形例，而是可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行适当变更。
例如、碰撞吸能盒2(2A)只要按照随着被按压部件3按压，多个纤维层21、…(21A，…)从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与按压部件3抵接的方式构成即可，即，在该碰撞吸能盒2的前端部，弹性模量低的纤维层21比弹性模量高的纤维层21更靠前侧即可。从而，也可以按照越是外径侧的纤维层，弹性模量越低的方式构成多个纤维层21，将碰撞吸能盒2的前端部形成为随着接近外径侧而向前侧定位那样的锥形。但是，在这样构成的情况下，稳定负荷区域的负荷降低，这样的话，能量吸收量也会降低。从而，优选的是，碰撞吸能盒2的最外径侧的纤维层21不是弹性模量最低的纤维层。
另外，碰撞吸能盒2(2A)的前端部相对于前后方向不一定倾斜，只要按照随着被按压部件3按压，多个纤维层21、…(21A，…)从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与按压部件3抵接的方式，相对于按压部件3的按压面倾斜即可。即，也可以将碰撞吸能盒2(2A)的前端部(前端面)设定为与前后方向正交的平面，使按压部件3的按压面倾斜。
另外，碰撞吸能盒2(2A)不限定于圆筒状，例如，也可以是圆柱状或圆锥状、棱柱状、棱锥状等。
另外，本发明的冲击吸收装置不限于搭载于车辆(汽车)上的情况，也可以合适地应用于例如搭载于直升飞机上而吸收着陆时的冲击的情况等。

Claims (4)

1.一种冲击吸收装置，包括：
能量吸收部件，其由利用纤维将树脂增强后的复合材料构成，且向规定的压坏方向压坏而吸收冲击能量；和
按压部件，其配置在所述能量吸收部件的所述压坏方向的一端侧，且向所述压坏方向按压该能量吸收部件以将其压坏，其中，
所述能量吸收部件是将对于沿着所述压坏方向的负荷的弹性模量互不相同的多个纤维层沿着与所述压坏方向正交的方向层叠而构成，
所述能量吸收部件的在所述压坏方向的一端部相对于所述按压部件的按压面倾斜，以使随着被所述按压部件按压，所述多个纤维层从弹性模量低的纤维层向弹性模量高的纤维层按顺序与所述按压部件抵接。
2.如权利要求1所述的冲击吸收装置，其中，
所述按压部件形成为所述按压面与所述压坏方向正交的平面状，
所述能量吸收部件形成为具有沿着所述压坏方向的中心轴的圆筒状，
所述多个纤维层分别形成为圆筒状以沿着该能量吸收部件的径向层叠，并且构成为越是内径侧的纤维层，弹性模量就越低，
所述能量吸收部件的所述压坏方向的一端部形成为随着接近内径侧而向所述压坏方向的一端侧定位的锥形。
3.如权利要求1所述的冲击吸收装置，其中，
所述按压部件形成为所述按压面与所述压坏方向正交的平面状，
所述能量吸收部件形成为具有沿着所述压坏方向的中心轴的圆筒状，
所述多个纤维层分别形成为圆筒状以沿着该能量吸收部件的径向层叠，并且构成为越靠近该能量吸收部件的壁厚的中央侧的纤维层，弹性模量越低，
所述能量吸收部件的在所述压坏方向的一端部形成为随着接近该能量吸收部件的壁厚的中央侧而向所述压坏方向的一端侧定位的形状。
4.如权利要求1～3中任一项所述的冲击吸收装置，其中，
所述复合材料是碳纤维强化塑料。
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