CN105073505B - 汽车用保险杠装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车用保险杠装置,由纤维增强树脂制的保险杠横梁和纤维增强树脂制的保险杠伸出部构成,其特征在于,保险杠横梁具有Θ形的截面,并且,保险杠横梁与保险杠伸出部成型为一体。本发明能够提供一种具有所期望的强度和刚性、并且当保险杠横梁被输入很大负荷时能呈现出优异的能量吸收性能的汽车用保险杠装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车用保险杠装置,尤其涉及一种能量吸收性能优异、并且也能够实现轻量化的汽车用保险杠装置。
背景技术
至今为止,汽车用保险杠装置所要求的性能就是发生轻微碰撞时的车身保护(例如,美国PART581的4km/h摆锤冲击试验),因此,保险杠装置的强度提高成为了主要课题。
但是,为了应对以美国公路安全保险协会标准(IIHS)为代表的8km/h圆柱碰撞、壁障碰撞试验时的车身损伤情况或以日本JNCAP标准为代表的55km/h Full-wrap碰撞试验时的乘员保护等法规,要求不仅强度优异、而且通过具有优异的压坏(压缩破坏)特性使得能量吸收性能也优异的材料、结构。
为此,采用了以下应对方法。例如,已知如下结构:在保险杠装置内填充发泡材料(例如专利文献1);使上部壁、下部壁倾斜形成,并使其能够压曲成蛇腹状(例如专利文献2);使中间肋部的板厚与上下肋部的板厚相比增大、使压曲、变形的方式成为特定方式(例如专利文献3);在保险杠加强材料的中空部内配置防压坏体,防止截面变形和压曲从而能赋予刚性(例如专利文献4)。
为了在受到碰撞负荷等时适当地进行乘员保护,对于汽车用保险杠装置来说,除了要求具有尽可能地抵抗欲向乘员侧施加的负荷的适当强度和刚性之外,还要求能够由保险杠装置本身尽可能有效地吸收欲施加的负荷的能量。但是,在上述的以往结构中,适当的强度和刚性的赋予与优异的能量吸收性能的赋予这两者并不一定能同时实现。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-334500号公报
专利文献2:日本特开2006-218904号公报
专利文献3:日本特开2004-148915号公报
专利文献4:日本特开2000-52897号公报
发明内容
于是,本发明的课题尤其在于提供一种虽是轻量的结构但具有所期望的强度和刚性、并且在保险杠横梁被输入很大负荷时能够呈现出优异的能量吸收性能的汽车用保险杠装置。
为了解决上述课题,本发明的汽车用保险杠装置由纤维增强树脂制的保险杠横梁和纤维增强树脂制的保险杠伸出部构成,其特征在于,所述保险杠横梁具有Θ形的截面,并且,所述保险杠横梁与所述保险杠伸出部成型为一体。在此,所谓作为保险杠横梁的截面形状的Θ形是指:保险杠横梁的横截面的外形形状为矩形或大致矩形、且在该矩形或大致矩形的内部设置有以横跨在两侧面之间的方式延伸的一个壁(本申请中也称为中间面形成部)的形状。作为该Θ形的外形形状即矩形或大致矩形,其定义中包括其各角部弯曲形成的形状和各角部具有圆度的形状这两者。
在这种本发明的汽车用保险杠装置中,首先,由于保险杠装置由纤维增强树脂制的保险杠横梁和纤维增强树脂制的保险杠伸出部构成,所以与金属制的情况等相比,能够实现轻量化。通过将这些保险杠横梁与保险杠伸出部成型为一体,能够作为整体高效地呈现出高的强度和刚性,被施加到保险杠横梁上的负荷能够经由与其一体构成的保险杠伸出部而高效地传递到车身侧,从而适当地进行乘员的保护。而且,由于保险杠横梁具有Θ形的截面,所以当保险杠横梁被施加了冲击负荷等很大的负荷时,通过适当地设定Θ形截面的各部分的强度,在Θ形截面的位于车身侧的保险杠横梁后面形成部不会发生很大的变形,而是在到达该保险杠横梁后面形成部的Θ形截面的上面形成部和下面形成部、甚至Θ形的中间面形成部发生变形,使得保险杠横梁截面压碎、例如压坏。其结果,当从保险杠横梁的前面输入了很大的负荷时,会在保险杠横梁的Θ形截面的上中下面形成部引起逐步破坏,通过该逐步破坏,能够在保险杠横梁的截面内效率极好地进行能量吸收。因此,通过作为保险杠装置整体适度地具有高的强度和刚性,能够将所输入的负荷很好地向车身侧传递并由具有更大刚性的车身侧(例如由前侧构件(front side member))承受该负荷而适当地保护乘员,并且,当被输入了更大的负荷时,能够通过保险杠横梁的Θ形截面的与车身侧相对的部分的逐步破坏而在保险杠横梁的截面内高效地吸收能量,并适当地抑制破坏向车身侧的波及,从而实现具有理想功能的汽车用保险杠装置。
在上述本发明的汽车用保险杠装置中,优选采用上述保险杠横梁由下述部件构成的方案,所述部件具有增强纤维在一个方向上合丝而成的单向材料、和织入有增强纤维的交叉材料。优选该单向材料为以增强纤维的延伸方向为车辆宽度方向的方式至少配置在位于车身侧的保险杠横梁后面上。另外,优选上述交叉材料以相对于上述车辆宽度方向具有角度的方式至少配置在保险杠横梁前面、上面、下面。这种情况下,交叉材料还可以与单向材料一并配置在保险杠横梁后面侧(这种情况下,该交叉材料无需以相对于车辆宽度方向具有角度的方式配置)。在这种方式中,由于增强纤维沿车辆宽度方向延伸的单向材料配置在保险杠横梁后面侧(负荷输入的相反侧),所以该保险杠横梁后面侧变得具有高的强度和刚性,当保险杠横梁的前面侧被施加了负荷时,能够不在保险杠横梁后面侧发生很大的变形。而且,如果保险杠横梁前面、上面、下面侧仅由以相对于车辆宽度方向具有角度的方式配置的交叉材料形成,则成为在保险杠横梁的前面侧被施加了负荷时更易被破坏的结构。也就是说,当对保险杠横梁的前面侧施加负荷时,能够使保险杠横梁以在其截面内压坏的方式变形,并且在保险杠横梁后面侧不发生很大的变形。其结果,能够在保险杠横梁的Θ形截面的上中下面上引起逐步破坏,并使之良好地吸收能量。
另外,在本发明的汽车用保险杠装置中,优选地,增强纤维沿一个方向合丝而成的单向材料从上述保险杠横梁连续地配置至上述保险杠伸出部。通过如此构成,保险杠横梁与保险杠伸出部的一体性提高,能够更确实地防止保险杠横梁与保险杠伸出部破碎,并且从保险杠横梁经由保险杠伸出部向车身侧传递负荷的性能提高。
另外,在本发明的汽车用保险杠装置中,也可以采用如下方案:在上述保险杠横梁中,上述单向材料以增强纤维的延伸方向为车辆宽度方向的方式也配置在保险杠横梁前面。如上所述,通过在保险杠横梁的Θ形截面的上中下面形成部上仅配置交叉材料,能够引起逐步破坏,由此能够实现良好的能量吸收,因此,还可以在保险杠横梁的前面侧通过单向材料的配置而具有高的强度和刚性,由此能够抑制保险杠横梁整体的很大的变形。
此外,在本发明中,作为构成保险杠横梁和保险杠伸出部的纤维增强树脂的增强纤维,可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、以及它们的组合等任意增强纤维,但从设计的容易性、具有高的强度和刚性、且赋予优异的能量吸收性能的方面来考虑,优选所使用的增强纤维的至少一部分是碳纤维。
作为纤维增强树脂的基体树脂,可以使用热塑性树脂、热固性树脂中的任意一种,但考虑到汽车用保险杠装置是批量生产的产品时,则优选使用能够更易进行成形的热塑性树脂。作为可用的热塑性树脂,例如能够列举聚酰胺、聚苯硫醚、聚丙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺。
发明效果
由此,利用本发明的汽车用保险杠装置,能够轻量地构成整个装置、且具有所期望的强度和刚性,并且当保险杠横梁被输入了很大的负荷时,不是整体地而是在截面内局部地引起逐步破坏,由此能够使其高效地呈现出极其优异的能量吸收性能。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的汽车用保险杠装置的立体图。
图2是图1的汽车用保险杠装置的俯视图(A)及主视图(B)。
图3是沿着图2的(A)的A-A线观察到的剖面图。
图4是沿着图2的(B)的B-B线观察到的剖面图。
图5是图3的变形例的保险杠横梁的剖面图。
图6是表示图1的汽车用保险杠装置的保险杠横梁的压坏的一例的变形前的剖面图(A)及变形后的剖面图(B)。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1~图4表示本发明的一个实施方式的汽车用保险杠装置。如图1、图2所示,汽车用保险杠装置1由纤维增强树脂制的(例如碳纤维增强树脂制的)在车辆宽度方向上延伸的保险杠横梁2、和纤维增强树脂制的(例如碳纤维增强树脂制的)设于保险杠横梁2的长度方向两端部的保险杠伸出部3构成。保险杠伸出部3与车身侧(例如与前侧构件)连接。上述保险杠横梁2与保险杠伸出部3成型为一体。图3为沿着图2的(A)的A-A线观察到的剖面图,如图3所示,保险杠横梁2的截面形状形成为Θ形。图4为沿着图2的(B)的B-B线观察到的剖面图,如图4所示,保险杠伸出部3的部位从保险杠横梁2朝向车辆后侧较短地延伸。
如图3所示,在本实施方式中,具有Θ形截面的保险杠横梁2由下述部件形成,所述部件具有增强纤维沿一个方向合丝而成的单向材料4、和织入有增强纤维的交叉材料5。单向材料4以增强纤维的延伸方向为车辆宽度方向(与图3的纸面垂直的方向)的方式至少配置在位于车身侧(图3中的保险杠横梁2的车辆后侧)的保险杠横梁2的后面侧,在本实施方式中,该保险杠横梁2的后面侧部分的大致整体由被单向材料4加强后的纤维增强树脂构成。此外,在本实施方式中,单向材料4仅配置在保险杠横梁2的后面侧,但如前文所述,单向材料4还可以配置在保险杠横梁2的前面侧,除后面侧之外也可以实现前面侧部位的加强。交叉材料5作为纤维增强树脂的增强纤维材料至少设置在保险杠横梁2的前面、上面、下面形成部,交叉材料5的增强纤维以相对于车辆宽度方向(与图3的纸面垂直的方向)具有角度的方式配置。例如,交叉材料5的增强纤维以相对于车辆宽度方向具有±45度的角度而延伸的方式配置。在本实施方式中,交叉材料5实质上仅配置在保险杠横梁2的前面、上面、下面形成部,实质上不配置在保险杠横梁2的后面侧。
保险杠伸出部3的部位如图4所示构成,增强纤维沿一个方向合丝而成的单向材料4从上述保险杠横梁2连续地配置至该保险杠伸出部3。另外,在本实施方式中,如图4所示,相对于保险杠伸出部3的其他部位配置有另外的单向材料6,该单向材料6也在从保险杠横梁2侧弯曲之后、在保险杠伸出部3的延伸方向上从车辆前侧朝向车辆后侧连续配置。
在图3所示的方式中,保险杠横梁2的后面侧部分实质上仅由单向材料4形成,但如图5的变形例所示,还可以为如下方式:除保险杠横梁7的前面、上面、下面形成部之外在后面形成部上也配置交叉材料5,并在该后面形成部中配置与上述相同的单向材料8。这种情况下,对于配置在后面形成部上的交叉材料来说,也可以不特别地进行上述那样的、以相对于车辆宽度方向具有角度的方式配置的考虑。
在如上所述的汽车用保险杠装置1中,保险杠装置1由纤维增强树脂制的保险杠横梁2、7和纤维增强树脂制的保险杠伸出部3构成,由此,与金属制的情况等相比,能够实现轻量化。通过将它们成型为一体,能够作为整体高效地呈现出高的强度和刚性。因此,对保险杠横梁2、7施加的负荷,基本上能够经由与其一体构成的保险杠伸出部3而高效地传递到车身侧,从而适当地进行乘员的保护。
另外,当对具有Θ形截面的保险杠横梁2、7施加了冲击负荷等很大的负荷时,通过适当地设定Θ形截面的各部分的强度,能够在保险杠横梁2、7的后面形成部不会发生很大的变形,而是在该保险杠横梁2、7的到达后面形成部的Θ形截面的上面形成部、下面形成部、甚至Θ形的中间面形成部,能够高效地吸收能量。尤其是如上述实施方式所述,通过在保险杠横梁2、7的后面形成部设置以增强纤维的延伸方向为车辆宽度方向的方式配置的单向材料4、8,在保险杠横梁2、7的后面形成部不会发生很大的变形,而是在保险杠横梁2、7的Θ形截面的上面形成部、下面形成部、中间面形成部以截面压碎的方式、例如压坏的方式发生变形。尤其是如上所述,通过仅由交叉材料5(增强纤维以相对于车辆宽度方向具有±45度等的角度的方式延伸)构成上述Θ形截面的上面形成部、下面形成部、中间面形成部,能够使压坏仅在上述Θ形截面的上面形成部、下面形成部、中间面形成部发展,使这些部位发生逐步破坏,通过该逐步破坏,能够在保险杠横梁2、7本身的截面内效率极好地进行能量吸收。例如,如图6的例子所示,若从具有图6(A)所示的Θ形截面的保险杠横梁2、8的前面侧(图的左侧)施加很大的负荷的话,则如图6(B)所示,能够使压坏仅在与Θ形截面的后面侧(图的右侧)的后面形成部相比强度和刚性较低的上面形成部、下面形成部、中间面形成部上发展,并在这些部位引起伴随压坏发展的逐步破坏(逐步破坏部11),从而高效地吸收由施加负荷产生的能量。
即,使保险杠装置1整体适度地具有高的强度和刚性,能够将所施加的负荷很好地向车身侧传递并由具有更大刚性的车身侧(例如由前侧构件)承受该负荷从而适当地保护乘员,同时,当施加了冲击负荷等更大的负荷时,如图6(B)所示,通过保险杠横梁2、7本身的Θ形截面内的特定部位的逐步破坏,能够高效地吸收能量。因此,能够全部满足作为汽车用保险杠装置所要求的功能。
此外,本发明并不限定于图1~图6所示的方式,能够采用在权利要求书所规定的范围内的所有方式。
产业上的可利用性
本发明的汽车用保险杠装置能够适用于所有种类的汽车。
附图标记说明
1 汽车用保险杠装置
2、7 保险杠横梁
3 保险杠伸出部
4、6、8 单向材料
5 交叉材料
11 逐步破坏部
Claims (5)
1.一种汽车用保险杠装置,由纤维增强树脂制的保险杠横梁和纤维增强树脂制的保险杠伸出部构成,其特征在于,
所述保险杠横梁具有Θ形的截面,并且,所述保险杠横梁与所述保险杠伸出部成型为一体,
其中,所述保险杠横梁由下述部件构成,所述部件具有增强纤维沿一个方向合丝而成的单向材料、和织入有增强纤维的交叉材料,其中,增强纤维沿一个方向合丝而成的单向材料从所述保险杠横梁连续地配置至所述保险杠伸出部。
2.根据权利要求1所述的汽车用保险杠装置,其中,所述单向材料以增强纤维的延伸方向为车辆宽度方向的方式至少配置在位于车身侧的保险杠横梁后面。
3.根据权利要求1所述的汽车用保险杠装置,其中,所述交叉材料以相对于车辆宽度方向具有角度的方式至少配置在保险杠横梁前面、上面、下面。
4.根据权利要求1所述的汽车用保险杠装置,其中,在所述保险杠横梁中,所述单向材料以增强纤维的延伸方向为车辆宽度方向的方式配置在位于车身侧的保险杠横梁后面以及保险杠横梁前面。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的汽车用保险杠装置,其中,所述纤维增强树脂中使用的增强纤维的至少一部分是碳纤维。
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