CN105121230A - 用于车辆的能量吸收组件 - Google Patents

Abstract

一种能量吸收组件，有时称为碰撞吸能端部组件，安装到位于前保险杠或后保险杠后面的、车辆的车身框架，以便在碰撞期间能量吸收组件吸收能量。能量吸收构件是多件式组件，其中相邻的段通过焊接接头固定在一起，焊接接头可以包括具有一个或多个接合特征的非线性部分。非线性部分的具体布置，连同如加固肋、孔、槽等的其他可选的第二特征，可以用于在碰撞事件期间获得更期望的能量分布曲线。

Description

用于车辆的能量吸收组件

相关申请的引用

本申请要求于2013年3月20日提交的第61/803,746号美国临时申请的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及用于车辆的能量吸收部件，更具体地涉及耦接在车辆的保险杠和车辆的车架之间的能量吸收部件。

背景技术

各种类型的能量吸收部件，例如碰撞吸能梁、端部、盒等，已经用于并且设计成在车辆碰撞期间吸收能量。更具体地，能量吸收部件附接至车辆的前保险杠和后保险杠，以便在碰撞期间，一些相关能量或力可由部件吸收而不传输到车辆的车舱。

在碰撞期间所吸收的能量的总量对于这样的部件的设计是一个考虑因素，同时最小化能量分布曲线的峰值和谷值，从而使与可以是另一碰撞的碰撞相关的能量分布曲线平滑。

发明内容

根据第一方面，提供了一种供车辆使用的能量吸收组件。能量吸收组件包括：第一轴端，用于耦接至车辆的保险杠；第二轴端，用于耦接至车辆的车架；以及多个段，在能量吸收组件的第一轴端和第二轴端之间延伸并焊接在一起，所述多个段包括从第一轴端延伸的第一段、从第一段延伸的第二段、以及位于第一段和第二段的交界处并包括非线性部分的焊接接头。非线性部分配置为在碰撞事件期间影响从第一段经过焊接接头至第二段的能量传递。

根据另一方面，提供了一种供车辆使用的能量吸收组件。能量吸收组件包括：第一轴端，用于耦接至车辆的保险杠；第二轴端，用于耦接至车辆的车架；多个段，在能量吸收组件的第一轴端和第二轴端之间延伸并焊接在一起，所述多个段包括第一段、第二段、以及位于第一段和第二段的交界处并包括至少一个接合特征的焊接接头；以及至少一个第二特征，形成在第一段或第二段中的一个中并与至少一个接合特征轴向地隔开。其中至少一个接合特征和至少一个第二特征沿着能量吸收组件对齐，以便彼此协作并在碰撞事件期间影响经过能量吸收组件的能量传递。

根据另一方面，提供了一种在车辆的前保险杠或后保险杠处吸收能量的方法。该方法可以包括以下步骤：通过前保险杠或后保险杠在能量吸收组件的第一轴端接收外部碰撞力，能量吸收组件具有通过焊接接头彼此接合的第一段和第二段，焊接接头包括具有一个或多个接合特征的非线性部分；在距保险杠最近的第一段中吸收外部碰撞力的能量的一部分；当外部碰撞的能量从第一段经过焊接接头传播至第二段时，减小能量分布曲线的峰值和能量分布曲线的谷值，其中能量分布曲线的峰值和谷值的减小至少部分地由非线性部分引起；以及在第二段中吸收外部碰撞力的能量的一部分。

附图说明

下文将结合附图对优选的示例性实施方式进行描述，其中相同的名称表示相同的元件，并且其中：

图1是车辆前端的一部分的立体图，其中一对示例性能量吸收组件耦接或安装于车辆的前保险杠和车辆的车架之间；

图2至图6是能量吸收组件的不同示例性实施方式的立体图；

图7是传统的或基准的能量吸收组件的立体图；以及

图8和图9是说明若干不同能量吸收组件的、与碰撞相关的性能分布曲线的、试验数据的图形，所述若干不同能量吸收组件包括来自图2至图6的能量吸收组件。

具体实施方式

公开了能量吸收组件或构件10(也称为碰撞吸能端部组件)，能量吸收组件或构件10可以附接或安装到位于前保险杠或后保险杠后面的、车辆的车身框架，以便在碰撞期间能量吸收组件吸收能量。参照图1，示出了载有安装在前保险杠14和车辆车架的一部分之间的一对能量吸收组件10的车辆前端12。然而，应当认识到的是，能量吸收组件10可以用于包括车辆前保险杠和/或后保险杠的、任意数量的不同设置或应用，并且不限于本文所描述的示例。

为了在碰撞事件期间吸收能量并使对车辆乘员的伤害最小化，能量吸收组件10可以设计成沿着其纵轴溃缩或变形。能量吸收组件10是多件式组件，该多件式组件可以设计成在碰撞期间影响或控制在组件中能量的吸收和/或传递，并且能量吸收组件10大体上包括具有第一段20、第二段22和第三段24的主体18。根据本具体实施方式，能量吸收组件10沿着它的从第一轴端30到第二轴端32的纵轴具有大体上一致的截面形状和尺寸(例如矩形形状)。能量吸收组件10的不同段可以具有不同的轴向长度，它们可以由不同规格金属制成，和/或它们可通过不同类型的具有不同强度和其他性质的金属制成，举例说明几个可能性。该多件式布置允许自定义的或定制的组件，其中每个段的特性可以单独选择。在以下描述中对“轴向的”或“轴向地”的任何引用意在指示能量吸收组件10的纵轴或中心轴。

根据图2中所示的示例性布置，第一段20布置成最靠近车辆的保险杠，并因此第一段20是多件式组件10的若干段中第一个经受碰撞的相关力或能量的段。在一个示例中，第一段20从近端20a延伸至远端20b，由相对薄的金属制成(例如大约1.75mm-2.0mm厚的、一些类型的高强度钢或超高强度钢)，并且设计成首先弯曲，并因此吸收碰撞事件的一些初始力或冲击。第一段20可包括或可连接至固定法兰40，固定法兰40位于组件10的第一轴端30并且设计成紧紧附接至车辆的保险杠14。

第二段22连接至第一段20且从第一段20延伸，并包括近端22a和远端22b。近端22a在第一焊接接头42连接至远端20b，其中第一焊接接头42横向地或径向地延伸了组件的整个宽度，并且可以是激光焊缝或其他类型的焊缝，从而将两个段20、22接合在一起。在本具体实施方式中，第二段22可以由比第一段20的金属稍微厚些的金属制成(例如大约2.0mm-2.25mm厚的高强度钢或超高强度钢)，并且第二段在轴向长度上比第一段稍微长些。在碰撞事件期间，通常期望能量被吸收到组件10的每个段中并且能量平稳地传递或传播经过位于各个段之间的焊接接头。例如，当来自碰撞事件的能量被吸收且沿着第一段20的轴向长度传递时，优选的是，能量尽可能平稳地过渡经过第一接头42并进入第二段22。如以下将更详细地描述的，这可以帮助减小可以在能量分布曲线中看见的、与力或冲击相关的尖峰和瞬变现象。短语“碰撞事件”可包括将足够的力施加到车辆致使组件10的一个或多个段至少部分地溃缩的任何事件。图1示出了以下示例，其中第二段可以设计成容纳支架44，支架44随后可附接于一些其他构件或装置，如所示出的。这是可选特征。

第三段24连接至第二段22且从第二段22延伸，并包括近端24a。类似地，近端24a在第二焊接接头46连接至第二段22的远端22b并且也可以是激光焊缝或其他类型的焊缝。根据一个示例，第三段24由比第一段和第二段20、22的金属材料稍微厚些的金属材料组成(例如大约2.25mm-2.75mm厚的高强度钢或超高强度钢)，并且其长度也可以比前面的段20、22稍微长些。另外，第一段、第二段和第三段20、22、24的金属或其他材料可以单独选择并且可以彼此不同，以便呈现某种能量吸收性能。根据一种可能性，第一段20由较薄或较弱的金属制成和/或其轴向长度比第二段22短，以及第二段22由较薄或较弱的金属制成和/或其轴向长度比第三段24短。这种布置不是必须的，但是在碰撞期间其可以有益于能量吸收组件10像手风琴一样弯曲或变形，其中第一段20首先弯曲，随后是第二段和第三段22、24弯曲。

应当认识到的是，能量吸收组件10不限于图中所示的示例性三件式实施方式，例如作为替代可使用具有更多或更少段的组件。此外，不同段具有不同的轴向长度、材料成分、厚度、强度等也是不必要的，如这些段在这些方面中的一个或多个方面可以是一致的或等同的。钢(例如，常规钢、高强度钢、超高强度钢等)以及如基于铝材的其他材料的任意组合可以用于制造不同段中的一个或多个段。

图2至图5示出了具有各种不同的第一焊接接头和第二焊接接头42、46的能量吸收组件10的示例性实施方式。焊接接头42、46中的每个位于相邻的段的交界处，并包括至少一个非线性部分，所述至少一个非线性部分配置为影响力或能量从一个段经过接头传递至另一段。在这些实施方式中的每个中，相邻的段在交界处具有相同的截面形状和尺寸，以便焊接接头42、46包括如与重叠的搭接接头相反的、不重叠的对接接头。然而，这不是强制性的，因为本文所描述的非线性部分可以供其他类型的接头使用且不限于对接接头。

根据一个实施方式，能量吸收组件10包括由具有非线性部分50的第一焊接接头和第二焊接接头42、46连接的第一、第二段和第三段20、22、24，其中非线性部分50具有一个或多个接合特征，即，非线性部分50具有一个或多个接合特征52，例如峰、谷、成角度的笔直段、弯曲段等。所说明的实施方式具有笔直特征、弯曲特征或这两者的组合。例如，图2中的接合特征52类似于大的单个峰。在图3中，接合特征类似于大的单个谷或颠倒的单个峰(相对于图2的方向颠倒)。图4的接合特征52类似于双峰(例如具有交替的峰和谷)并且比之前实施方式中稍微小些或没有那么明显。以及在图5中一些接合特征类似于双谷或颠倒的双峰。当然，这些仅仅是示例，并且其他非线性部分50和接合特征52是可行的。接合特征的尺寸、形状、位置、方向等可以选择以用于某些性质并且可以不同于图中所示的那些示例。多个接合特征的群组或布置可以实施以形成主要或完全沿着能量吸收组件10的宽度延伸的、大体上正弦的波形。应当认识到的是，非线性部分50和/或接合特征52在组件10的不同侧面或表面60上可以相同或可以不相同。在至少一个实施方式中，在一个侧面60上的非线性部分50和/或接合特征52与在相对侧面上的非线性部分50和/或接合特征52镜面对称。

段之间的接头42、46中的每个设计成控制或影响碰撞能量从一个段经过分界处传递至另一段。通过具体地布置接合特征52，例如，通过在组件10的较宽的侧面或表面60上布置两个或更多个峰和谷，可以以缓和上述尖峰的方式控制碰撞能量传递经过焊接接头42、46。

在一些情况下(例如图2至图5)，非线性部分50和接合特征52也可以位于较窄的顶部和/或底部侧面或表面62、64上。应当认识到的是，可以使用包括峰、谷、笔直段、径向部分、弯曲部分等的、接合特征52的任意组合，并且沿着单个接头可以包括不同尺寸的接合特征，以便改变该接头的能量传递性能。还存在这样的实施方式，即该实施方式具有位于顶部侧面62、底部侧面64、较宽侧面60中的一个或两个、或者它们的任意组合上的、完全笔直的接头(例如没有非线性部分50)。此外，即使图2至图5所示的接合特征52在第一接头42和第二接头46处是相同的，但是这不是所要求的；第一接头42与第二接头46相比可以具有不同的非线性部分50和特征52。

现在转到图6，其示出了另一实施方式的能量吸收组件10'，虽然能量吸收组件10'也是一个多件式组件，但是该组件从第一轴端30'到第二轴端32'大体上逐渐变细。所说明的实施方式包括由具有至少一个非线性部分50'或接合特征52'的焊接接头42'、46'隔开的第一、第二段和第三段20'、22'、24'。这里，能量吸收组件10'的每个段根据段长度、金属材料厚度、材料级别或类型和/或截面尺寸的一些组合变化，以致力于获得最期望的碰撞能量分布曲线。

图2至图6所说明的实施方式具有第二特征，该第二特征包括策略上布置的孔或开口66和/或加固肋或特征68；这些特征共同地称为“第二特征”。例如，一系列孔66沿着能量吸收组件10、10'的纵向长度布置，并且如果包括52、52'这样的特征，那么这些孔66可以以与各种接合特征52、52'等互相作用或协作的特定方式确定尺寸、形状和/或布置，以进一步控制碰撞能量分布曲线。例如，孔可以与位于顶部、底部或较宽侧面62、64、60中的至少一个侧面上的峰或谷或者其他接合特征52、52'(例如，笔直段)轴向地对齐，以便控制在那个区域的能量吸收和/或传递。其他实施方式和布置，例如包括孔和槽的组合的实施方式，也是可行的。

肋68可以设置为加固或者另外影响组件10、10'的结构整体性(例如，见图5)。肋68可以包括径向向内或径向向外突出或延伸的任何纵向延伸特征(例如，脊特征或槽特征)。可能的布置包括：单个肋、多个肋、顺序排列的肋、平行排列的肋、短肋或长肋、不同长度、宽度或厚度、径向深度或高度的肋以及其他肋。在一些实施方式中，肋延伸穿过焊接接头中的一个或多个；而在其他实施方式中其不是如此。如上述的孔，肋可以与上面讨论的非线性部分50和接合特征52(例如，峰或谷)中的一个或多个轴向地对齐或不对齐(或与之偏离)。另外，一些第二特征可以彼此对齐或有目的地不对齐。例如，孔可以与其他孔和/或肋对齐(或不对齐)。

用于一些上述能量吸收组件的冲击或碰撞性能数据在图8和图9的图形中示出。图8中的图形对比了四种不同的能量吸收组件：能量分布曲线A用于基准或传统组件(例如，图7中不具有接头的组件10")；能量分布曲线B用于具有单个平的或直的环状接头(未示出)的组件；能量分布曲线C用于例如在图2中所示的、具有单个峰的组件；以及能量分布曲线D用于如在图4中所示的、具有双峰的组件。图形在Y轴上绘制瞬时力(kN)且在X轴上绘制时间(mS)，并且图形从冲击开始持续到相应组件被完全挤压或压缩的时刻。

图8的能量分布曲线可用于评价不同组件的平稳性或段到段的能量传递特性；例如，熟练的技术人员可以将具有接头(B、C和D)的能量分布曲线与基准曲线A比较或对比，以确定接头的加入是否在碰撞事件期间使尖峰或瞬变现象最小化。或者具有非线性部分50的能量分布曲线C或D可以与具有平的接头的分布曲线B比较或对比，例如，以确定哪个布置更好地使尖峰和瞬变现象最小化。

图9说明了图8中所绘制的力中的每一个力的积分，因此示出了用于相同组件A、B、C和D的分布曲线。更具体地，图9示出了作为时间(ms)的函数的、累积的或总的吸收能量(kJ)。图9示出了基准组件(A)在点70被完全挤压或压缩，这与持续挤压并吸收能量一直到点72处的其他组件(B、C、D)相比，导致短的能量吸收持续时间。这样影响所吸收的能量的总量。在该具体测试样本中，确定了与分布曲线D相关的组件(具有双峰接头)与基准分布曲线A相比经历大致7％的能量吸收提高。该性能应被认为是基于以下事实，即组件C和D在一些段之间的接头处呈现出较小的尖峰且其重量比基准分布曲线A的组件的重量小了多达38％。

总之，熟练的技术人员将认识到的是，当确定更好的分布曲线时可以考虑许多因素，例如，仅举几个示例，包括由组件吸收的总能量、与组件10中的接头42、46相关的平稳特性、组件10的重量等。

根据示例性过程，上述的任何能量吸收组件可以通过以下顺序的步骤制造：创造平的、激光焊接的坯件，该坯件包括由激光焊接在一起的第一、第二段和第三段20、22、24(例如定制焊接的坯件)；接下来，使来自之前的步骤的、激光焊接的坯件挤压-打断式形成、U-形成、U-O-形成和/或其他形式形成为期望的截面(其可以是八角形、六角形、五边形、矩形、正方形、圆形、椭圆形等)；然后，可以使用纵向激光或其他焊接使组件10的截面闭合并且可设有/不设有如填充材料的附加材料。最终得到的能量吸收组件10可以是质量更轻的、建造价格比较低廉的、具有改进的性能并且长度可以更短，举例说明几个可能性。

应当理解的是，上述描述不是对本发明的限定，而是对本发明的一个或多个优选示例性实施方式的描述。本发明不限于本文所公开的具体实施方式，而是仅由下文的权利要求限定。此外，包含于上述描述中的陈述与具体实施方式有关且不应被解释为是对本发明的范围或权利要求中所使用的术语的定义的限制，除非存在术语或短语在上文中清楚地定义的情况。各种其他实施方式和对所公开的实施方式的各种改变和修改将对本领域技术人员而言变得明显。所有这些其他实施方式、改变和修改意在位于附加的权利要求的范围之内。

如在本说明书和权利要求中所使用的，术语“例如(forexample)”、“例如(e.g.)”、“例如(forinstance)”、“诸如(suchas)”和“如(like)”以及动词“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”和它们的其他动词形式，当与一系列的一个或多个部件或其他项结合使用时，每个术语被解释为开放式的，其意思是不认为该系列排除了其他的、附加的部件或项。除非其他术语用于需要不同解释的语境，否则将使用它们最宽泛合理的意思来解释这些其他术语。

Claims (18)

1.一种供车辆使用的能量吸收组件，包括：

第一轴端，用于耦接至车辆的保险杠；

第二轴端，用于耦接至车辆的车架；以及

多个段，在所述组件的所述第一轴端和所述第二轴端之间延伸并焊接在一起，所述多个段包括从所述第一轴端延伸的第一段、从所述第一段延伸的第二段、以及位于所述第一段和所述第二段的交界处并包括非线性部分的焊接接头；

其中所述非线性部分配置为在碰撞事件期间影响从所述第一段经过所述焊接接头至所述第二段的能量传递。

2.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述第一段在轴向长度上比所述第二段短。

3.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述第一段由比所述第二段薄的规格的金属或与所述第二段不同类型的金属制成，以便所述组件包括定制焊接的坯件。

4.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述第一段和所述第二段在所述第一段和所述第二段的所述交界处具有相同的截面形状和尺寸，以便所述焊接接头包括不重叠的、激光焊接的对接接头。

5.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述焊接接头的所述非线性部分包括轴向延伸到所述第一段或所述第二段中的至少一个中的接合特征。

6.根据权利要求5所述的能量吸收组件，其中所述至少一个接合特征包括沿着所述非线性部分布置的单个峰或单个谷。

7.根据权利要求5所述的能量吸收组件，其中所述至少一个接合特征包括沿着所述非线性部分布置的双峰或双谷。

8.根据权利要求5所述的能量吸收组件，其中所述至少一个接合特征包括多个峰和谷，所述多个峰和谷沿着所述非线性部分布置并且一起形成沿着所述组件的整个侧面延伸的、大体上正弦的波形。

9.根据权利要求5所述的能量吸收组件，其中所述能量吸收组件进一步包括位于所述第一段或所述第二段上的至少一个第二特征，所述至少一个第二特征沿着所述能量吸收组件与所述至少一个接合特征对齐，以便彼此协作并在碰撞事件期间影响所述能量传递。

10.根据权利要求9所述的能量吸收组件，其中所述至少一个第二特征沿着所述能量吸收组件与所述至少一个接合特征轴向对齐。

11.根据权利要求9所述的能量吸收组件，其中所述至少一个第二特征包括形成在所述第一段或所述第二段中的孔、槽或肋。

12.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述组件进一步包括至少一个第二特征，所述至少一个第二特征从所述第一段经过所述焊接接头延伸至所述第二段。

13.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述焊接接头围绕所述第一段和所述第二段的所述交界处延伸，以便其形成在所述能量吸收组件的多个侧面上，所述焊接接头包括在所述能量吸收组件的第一侧面上的第一非线性部分和在所述能量吸收组件的第二侧面上的第二非线性接头。

14.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述多个段包括从所述第一轴端延伸的第一段、从所述第一段延伸的第二段、从所述第二段延伸的第三段、位于所述第一段和所述第二段的交界处并包括第一非线性部分的第一焊接接头、以及位于所述第二段和所述第三段的交界处并包括第二非线性部分的第二焊接接头，所述第一非线性部分和所述第二非线性部分包括沿着所述能量吸收组件对齐的接合特征，以便在碰撞事件期间彼此协作。

15.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述非线性部分配置为在碰撞事件期间通过减小能量分布曲线的峰值和能量分布曲线的谷值而影响所述能量传递，从而使从所述第一段经过所述焊接接头至所述第二段的所述能量传递平稳。

16.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述能量吸收组件沿着其从较小的第一轴端至较大的第二轴端的轴向长度逐渐变细。

17.一种供车辆使用的能量吸收组件，包括：

第一轴端，用于耦接至车辆的保险杠；

第二轴端，用于耦接至车辆的车架；

多个段，在所述能量吸收组件的所述第一轴端和所述第二轴端之间延伸并焊接在一起，所述多个段包括第一段、第二段、以及位于所述第一段和所述第二段的交界处并包括至少一个接合特征的焊接接头；以及

至少一个第二特征，形成在所述第一段或所述第二段中的一个中并与所述至少一个接合特征轴向地隔开；

其中所述至少一个接合特征和所述至少一个第二特征沿着所述能量吸收组件对齐，以便彼此协作并在碰撞事件期间影响经过所述能量吸收组件的能量传递。

18.一种在车辆的前保险杠或后保险杠处吸收能量的方法，包括以下步骤：

通过所述保险杠前或所述后保险杠在能量吸收组件的第一轴端接收外部碰撞力，所述能量吸收组件具有通过焊接接头彼此接合的第一段和第二段，所述焊接接头包括具有一个或多个接合特征的非线性部分；

在距所述保险杠最近的所述第一段中吸收所述外部碰撞力的能量的一部分；

当所述外部碰撞的所述能量从所述第一段经过所述焊接接头传播至所述第二段时，减小能量分布曲线的峰值和能量分布曲线的谷值，其中所述能量分布曲线的峰值和谷值的减小至少部分地由所述非线性部分引起；以及

在所述第二段中吸收所述外部碰撞力的所述能量的一部分。