CN105438109A - 用于车顶系统和其他车辆结构的能量吸收器 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆中的顶置系统的能量吸收器，其中该能量吸收器包含声音吸收装置。为了改善声音吸收，提供的是声音吸收装置包含至少一个形成于突起内的声膜，该突起形成于能量吸收面板元件中。

Description

用于车顶系统和其他车辆结构的能量吸收器

背景技术

本发明总体涉及在道路车辆的车身结构中包含声音吸收装置的集成机械和声音能量缓解，且更具体地涉及用于具有能量吸收特性的乘客舱的车顶系统。

为了吸收在事故期间撞向车顶的乘客舱中的人的动能(即机械能)，经常在车辆中的乘客舱的内表面中，例如车顶区域中使用能量吸收主体结构。为了减弱进入乘客舱的噪音(即声音能量)，声音吸收装置还与能量吸收器合并。

在国际专利WO02/102450中公开了一种具有声音吸收装置的能量吸收器，其中该能量吸收器包含具有声音减弱区段的复合材料的结构。在美国专利US5,731,062中将一种具有声音屏障的热塑性纤维网孔描述为声音吸收装置。同时，美国专利US8,186,748涉及在顶置系统中设置声音吸收装置的可能性。在美国专利US7,404,593中公开了具有多个孔的能量吸收结构的模块。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于车辆中的顶置系统的具有简化的声音吸收装置的碰撞能量吸收器。

通过包含至少一个声膜的声音吸收装置实现了所述目的。有利地，可将该膜实施为闭合薄膜的形式，作为片或薄膜谐振器。在一备选的实施方式中，该膜可与能量吸收器的其他部件组合形成一个或多个亥姆霍兹谐振器。为了此目的，膜必须封闭能量吸收器内的一定体积的空气。有利地将膜实施为微穿孔薄膜。

借助于根据本发明所提供的至少一个声膜，可通过设定声膜振动和在存在能量损失的情况下再次发射该声波来将入射到能量吸收器上的声波吸收。在本文中能量损失将其自身表示为较低水平的声压及因此较低音高的声波。由于所述效应，由此可将被感觉为不令人喜欢的高频转换为被感觉为令人喜欢的较低频。在声膜上的声波的能量损失还可导致声音水平的降低。越能够有力地激发该膜且因此越有力地吸收能量，能量损失也越大。

有利地，针对限定的谐振频率，就膜的几何形状——例如其尺寸、轮廓形状、厚度、和/或厚度轮廓而言可以对膜进行调整。结果，可通过这样限定的频率的声波特别有力地激发该膜，且可由此优选地对声音衰减有贡献。具体地，可将限定水平的音压，例如被感觉为特别不令人喜欢的声压或激发限定的车辆结构，例如顶置系统振动的声压“滤除(filterout)”，即将其转换为难以听到或不可听到或无害的较低水平的声压。进一步，可借助于材料的选择和/或将该膜容纳于声音吸收装置中的机械张力来调整该膜的谐振频率。

在本发明的碰撞能量吸收面板元件的开发中，该能量吸收或减缓装置可包含分散在装置中的就谐振频率而言不同的至少两个膜和/或至少两组膜。这使至少两个限定的谐振频率能够从入射到能量吸收器上的声音中“滤除”。进一步，可将不同设计的膜设置于能量吸收器的不同点处，以便由此可在每一所述位置处发生限定频率的声波的限定的吸收。

可将每一个膜定向在车辆中的碰撞能量吸收面板元件的使用位置中的限定方向上，其中，在操作期间可能的声波入射。如果面板元件是车辆的顶置系统的一部分，则如果将膜定向为朝向(即面对)乘客舱是有益的。这意味着由此可将可能的膜平面定向为平行于车辆的XY方向(即水平面)。要理解，如果声音在对角方向上通过乘客舱传播至面板元件，则至XY方向的限定的入射角度是特别有益的。

在一个方案中，能量吸收器可包含在该车辆车身的平面上延伸的一个或多个面板元件。该(一个或多个)面板元件包括膜，该膜被设置为与该车身的平面成一角度或平行于该平面。该角度可小于或等于60°，优选地小于或等于30°或小于或等于10°。但是，最优选地是该膜被设置为平行于车身的平面(例如在车顶面板中实质上为水平或在车门面板中实际上竖直)。在使用位置中，可将碰撞能量吸收面板元件设置在汽车中，且其车身的平面平行于该汽车的XY平面。备选地，可将膜设置为与该汽车的XY平面成一角度或平行于该XY平面。

在进一步的实施例中，该碰撞能量吸收面板元件可包含与该车身的平面成一角度而延伸的突起，和/或垂直于该面板元件的平面而延伸的突起。可优选地设置所有的突起，以便使其远离该面板元件的一侧延伸和/或在远离该车身的方向上延伸。可设计所述突起以例如在碰撞事件中，通过变形吸收动能。至少一些突起可以以声音吸收膜突起的形式，其中每一个膜突起可包含具有以第一膜的形式的膜的声音作用侧表面。为了此目的，该声音作用侧表面可以以第一膜的形式。备选地或额外地，可将第一膜机械加工为声音作用侧表面。由此该膜突起可具有双重功能，其中将其用于通过变形吸收动能，且将其用于通过激发其膜吸收声音能量。

该膜可优选地具有与该面板元件的牢固结合的连接。可将该面板元件制成为整体的，特别是作为注射成型部件。进一步，该突起且特别该膜突起可为圆锥形、棱锥形的或是逐渐变细的楔形形状的膜突起。

能量吸收器的进一步的实施例其特征可在于可将突起或至少(一个或多个)膜突起均成形为在底部开口，并具有包含端面的自由端的空心突起。有利地，该膜突起的端面可仅为至少部分以膜的形式(例如具有减小的厚度)。由此该膜可具有与膜突起的牢固结合的连接。由此可在成型过程中，特别是在注射成型过程中将膜生产为具有膜突起。因此，可在成型过程中，特别是注射成型过程中制造具有突起的能量吸收器的面板主体。

在能量吸收器的进一步的方面，至少以膜突起形式的空心突起可具有直至具有膜的区域的恒定的壁厚。膜的厚度可小于相关的膜突起的壁厚。该壁厚可为膜厚度的倍数。壁厚可大于膜的厚度的至少10倍，优选地至少50倍或至少100倍。如果如上所述，提供的是该膜形成膜突起的端面，且其被设置为平行于车身的平面，则该膜的区域，如不具有膜的突起，本质上通过各突起的变形对动能的吸收有贡献，而端面实际上仍保持未变形。由此膜突起可对变形的能量的吸收具有等价于不具有膜的突起的贡献。附带地，壁厚的恒定性可在限定的公差的范围内变化。为了形状稳定化，特别是在底部开口区域中，空心突起的壁厚可变化。

在能量吸收面板元件的进一步的实施例中，该空心突起可限定延伸超过自底座区域(footregion)中的开口至端面的高度的内部空间。此处内部空间，特别是其高度可以适应于空气柱的限定的谐振频率或限定范围的谐振频率，该空气柱延伸超过该内部空间中的该高度。在能量吸收面板元件的另一个方面，至少以膜突起的形式的空心突起具有至具有膜的区域的恒定的壁厚。膜的厚度可小于相关的膜突起的壁厚。再一次，壁厚可为膜的厚度的倍数。壁厚可大于膜厚的至少10倍，优选地至少50倍或至少100倍。

如果如上所述，提供的是膜形成膜突起的端面，且其被设置为平行于车身的平面，则膜的区域，如不具有膜的突起，对采用各突起的变形吸收动能具有显著的贡献，而端面保持实际上未变形。由此膜突起与不具有膜的突起相比对变形的能量的吸收具有等价的贡献。附带地，壁厚的恒定性可在特定公差的区域内变化。进一步，空心突起的壁厚可在底座区域中的开口的区域中变化。

在能量吸收器的备选的实施例中，可通过形成第二膜的膜，在底座区域中敞开的空心突起的至少一些处可以跨越在底座区域中的它们的开口。由此当声音垂直于底座区域中的开口入射，且可能进入该开口中时，可首先激发该第二膜，且进而通过内部空间输出以声波的形式的然后衰减的声音能量至第一膜，且由此激发该第一膜振动。由此可使两膜上的声音的声波衰减。如果声波最初入射在端面上，且采用能量损失来激发第一膜，则施加相同的操作，这进而采用进一步的能量损失激发第二膜。可通过例如在底座区域中的开口处采用膜薄膜跨越或胶结该能量吸收器的面板元件来形成第二膜。这使膜针对其一部分能够包含至少一个，且优选地多个通孔，该通孔使底座区域中的突起的相关开口暴露。至此程度，还可将包含第二膜且不具有第一膜的突起称为膜突起，且还可将其配置为用于动能的吸收，且用于声音能量的吸收。

备选地或额外地，可以提供的是在底座区域中开口的至少一个空心突起包含距底座区域中的开口的内部距离处的第二膜。由此，与第一膜类似，借助于底座区域中的开口距优选地被激发以谐振的第二膜的距离，还可设置限定的空气柱。

在能量吸收器的备选的实施例中，可提供的是将以第三膜的形式的膜设置于突起之间，且侧向固定于低于第一膜的高度处的突起的外表面。在此情况下，可将第三膜以受拉力的形式设置于突起之间。可以以牢固结合的方式将其连接至突起。其可至少部分地周向地密封该突起。特别地，可配置所述第三膜以通过将声音能量转换为第三膜的动能来减少入射在能量吸收器上的声音能量，特别是在垂直或几乎垂直于面板元件的平面，且处于自突起的端面至车身的方向上的声音能量。

可提供具有根据以上或以下所描述的任一实施例的能量吸收器的顶置(即车顶)系统。该顶置系统可包含车顶面板、车顶内衬及根据以上和/或以下所述的任一实施例的设置于车顶内衬和车顶面板之间的能量吸收器，其中该能量吸收器包含至少一个声膜。

如上所述，能量吸收器可包含在车身的平面上延伸的平面主体。该主体可包含突起，该突起在与车身的平面成角度和/或垂直于车身的平面以与车顶面板的方向上的自由端相同的方式延伸。至少一些突起的每一个均可以以具有设置于自由端上的膜的膜突起的形式。可配置该突起用于通过变形(即在撞车期间的碰撞中)吸收动能。可将突起设置于与车顶面板隔开的端面上。这确保了仅在发生碰撞时，或因能量吸收器被朝向车顶面板而加速时出现突起的变形以吸收动能。

该膜突起可以以在底座区域中敞开的空心突起的形式。可设置该膜突起以对车辆中的顶置系统的安装位置中的乘客舱敞开。这使如上所述通过膜的优选的声音能量吸收能够发生。优选地，将能量吸收器的能量吸收面板元件设计为在其整个长度上自支撑。

优选地将将能量吸收器安装于顶置系统中，以便它们被主要设置为高于所设置的乘客舱座椅。因此，将座位附近的声音能量以乘客友好的方式吸收。

在本文中描述了在顶置系统中使用根据本发明的能量吸收器，且并不由此希望将本发明限制于此。要理解，可将根据本发明的能量吸收器用于声波会影响在用于至少部分吸收的能量吸收器中设置的至少一个膜的任何地方。

附图说明

图1显示了具有能量吸收器的顶置系统的第一实施例的透视纵向截面图，该能量吸收器具有声音吸收装置；

图2为根据图1的纵向截面；

图3显示了具有第二实施例的能量吸收器的顶置系统的纵向截面；

图4显示了具有第三实施例的能量吸收器的顶置系统的纵向截面；

图5显示了具有第四实施例的能量吸收器的顶置系统的纵向截面；

图6显示了具有第五实施例的能量吸收器的顶置系统的纵向截面；

图7显示了具有第六实施例的能量吸收器的顶置系统的纵向截面；

图8显示了具有第七实施例的能量吸收器的顶置系统的透视纵向截面图；

图9显示了具有多个能量吸收器的顶置系统的B侧的透视图。

具体实施方式

在图1至8中，在车辆中以截面图显示了在每一情况下，具有一实施例的能量吸收器面板元件1的顶置系统100，其中该车辆并不进一步描述。此处通过示例的方式在顶置系统100中安装能量吸收器1。该顶置系统100包含外部车顶面板P(例如刚性的片材金属面板)和车顶内衬D(例如柔软的纤维面板)，其中能量吸收器1被设置于车顶面板P和车顶内衬D之间。该能量吸收器1包含具有用于声音能量的吸收的至少一个膜3的声音吸收装置2。在车辆中的顶置系统100中的能量吸收器1的使用位置中，该膜3被设置为近似地垂直于z方向(即在水平面上)，且因此处于朝向车辆(未示出)的乘客舱的内部的方向上。

该能量吸收器面板元件1包含在车身E的平面上延伸的平面主体部分4，其中膜3被设置为平行于车身E的平面。在显示于此处的示例中，车身E的平面可具有对应于如图9中所见的顶置系统的凹形车顶形状的弯曲形式。主体部分4为限定多个突起5的基座或底座，该突起5垂直于车身E的平面而延伸，被配置用于通过在碰撞期间变形来吸收动能。所有的突起5自主体部分4的一侧延伸。至少存在一些突起，该突起均以膜突起6(该膜与突起整体形成)的形式，其中每一膜突起6包含具有以第一膜31的形式的膜3的声音作用侧表面61。

每一突起5以空心突起51的形式，其具有在使用位置中远离车顶内衬D延伸出的自由端。所有的突起5包含具有平截头体形状的侧面的圆锥平截头体形状和在自由端处的端面53，其中膜突起6的端面53以第一膜31的形式。每一个空心突起51包含内部空间54，该内部空间54延伸超过自底座区域55中的开口直至端面53的高度h。如上所述，在安装位置，该突起5远离车顶内衬D延伸，以便来自车辆(未示出)的乘客舱的声音通过开口55进入膜突起6的内部空间53中，并采用声音能量的损失激发附接至端面的第一膜31振动。第一膜31在两侧上输出声音能量，其中由于声音能量的损失而降低了声压的水平。该内部空间54配置为具有用于音高的限定的频率或频率范围的其高度h，以形成处于最好情形下的内部空间中的驻波。

能量吸收器面板元件由塑料注射成型，其中在注射成型过程中将第一膜31与主体部分4一起注射成型，且由此其具有与主体部分4的牢固连接。

如特别可由图1-7可见，直至第一膜31的区域，主体部分4具有恒定的壁厚，其比第一膜31的厚度的大至少倍数。此处显示的厚度关系仅仅是示例的方式。如可由图8所见，突起可具有不同的标示尺寸(在x、y和z方向上)。能量吸收器1包含两组不同的突起5，其中显示于图8中的左侧的突起包含开口，该孔的直径为显示于图8中的右侧的突起5的开口的直径尺寸的约一半。相应地，还可将设置于端面上的每一第一膜31设置为具有不同尺寸，且可由此将其设计为用于可以激发第一膜31成为固有频率振动的不同频率。

作为圆锥平截头体形状的突起5背对车顶内衬D且因此朝向车顶面板P和平行于主体部分4而延伸的每一膜突起6的端面上的第一膜31的结果，如果发生碰撞事件，可采用突起5的圆锥外表面的变形而吸收动能。圆锥平截头体形状的突起5的端面53并不在通过变形在垂直于或几乎垂直于车身E的平面入射到主体部分4的动能的“消失”中发挥作用，由此尽管第一膜31形成膜突起6的端面53，但膜突起6可对动能的消失起到如不具有膜的突起5相同程度的贡献。由此膜突起6具有双重功能，即，将它们用于吸收动能及声音能量两者。

图3-6中所示的能量吸收器1的实施例在每一情形下与根据图2的实施例的不同之处在于除了第一膜31以外还设置其他的膜32、33。未示出不具有第一膜而是具有第二膜32和/或第三膜33的能量吸收器，但其包含于本发明的范围内。为了更清楚的描述，在根据图2-6的实施例中，仅显示了不具有膜(在图中右侧)的一个突起5和具有第一膜31(在图中左侧)一个膜突起6。在具有延伸超过XY平面的突起的阵列的面板元件中，在阵列内具有膜的突起的数量和放置可以根据所需的声音吸收性能来进行选择。

根据图3，膜突起6额外地被设置有覆盖开口55的第二膜32。入射到开口55上的声波由此将首先激发第二膜32振动。第二膜然后还将在朝向第一膜31的方向上发射声波，这进而激发第一膜31振动。由此可利用此手段实现声波的双重损失。

根据图4，第二膜32覆盖不具有第一膜的突起5的开口55。由此所述突起5还可借助于第二膜32来吸收声音能量，且充当膜突起6。

根据图5，可由能量吸收器1的主体部分4的下侧形成第二膜32，且其中通过薄膜7覆盖突起5的开口55。未示出但设想薄膜7并不覆盖突起5的特定开口55之一，因为它包含在例如所述位置处的孔。虽未示出于附图中，但还可能的是膜突起的第一膜还可由薄膜通过该膜突起被制成在端面上开口且当形成第一膜时薄膜覆盖所述端面开口来形成。在两种情形下，将薄膜7牢固地且在张力作用下连接至主体部分4——例如胶结，以便薄膜7可形成振动声膜31、32。

根据图6，设置第三膜33，该第三膜33被设置为大致平行于突起5之间的车身E的平面，且还以限定的第一高度h1被固定至该平面。由于能量吸收器1中的其设置，配置第三膜33以特别吸收入射到车顶内衬D上的使用位置中的能量吸收器1上的声波。

根据图7，显示了进一步可能的组合，其中以限定的第二高度h2设置第二膜32，且将其与突起5的内部空间54中的开口55分隔。另外，设置另外的第二膜32，其仅用于膜突起6，且跨越底座区域中的开口55，如根据图3、5和6的其他实施例。在此情形下，现在可通过设置于膜突起6上的三膜31、32来降低声音能量，且由此可在三个点处降低声音能量，并可强力降低其频率。

要理解，此处膜31-33和突起5的几何构造的变化的进一步的组合是可能的，以通过此手段具体地吸收限定频率的声波的声音能量。

在图9中，采用所谓B侧——即在安装位置中面向车顶面板P的车顶内衬D的侧——的视图来示出顶置系统100，其中为了更好地解释具有能量吸收器1的顶置系统100，省略了车顶面板。这意味着乘客舱低于根据图8的视图中的车辆中的顶置系统100的安装位置中的车顶内衬D。在顶置系统100中，能量吸收器1包含近似地设置于一平面中并且每一个具有突起5的多个主体部分4，突起5的一些以膜突起6的形式，其在此视图中不可见。

如可由根据图9的顶置系统100中的能量吸收器1的主体部分4的定位单独可见的，这些主体4主要在轮侧上，且由此被设置为高于车辆座椅，以实现在精确地直接在座椅上起作用的所述区域中的最优的声音吸收。

Claims (13)

1.一种用于车辆的车身面板系统，其包含：

刚性外部车身面板；

内部装饰内衬；及

设置于所述车身面板和装饰内衬之间的碰撞能量吸收面板元件，其中所述面板元件包含适合在撞车中变形以吸收碰撞能量的突起，及至少一个被调整为作为亥姆霍兹谐振器以吸收声音能量的声膜。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述膜由薄膜组成。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述膜由片组成，所述片被定向为实质上平行于所述车身面板并具有小于所述突起的厚度的膜厚度。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述膜具有适合吸收限定的谐振频率的声音的几何形状和厚度。

5.根据前述权利要求1所述的系统，其中，所述碰撞能量吸收面板元件包含限定所述突起的底座区域的实质上平面的主体部分，且其中所述突起为平截头体形状以通过在碰撞期间变形而吸收动能。

6.根据权利要求5所述的系统，其中多个所述突起的每一个均具有整体形成各自的膜的声音作用表面。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，具有整体形成的膜的突起具有敞开的底座区域、平截头体形状的侧面、及具有端面的自由端，且其中所述端面因其厚度小于所述侧面厚度约十分之一而形成声音作用表面。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，具有整体形成的膜的每一个突起限定延伸超过自所述底座区域至所述端面的高度(h)的内部空间，其中所述高度(h)决定所述限定的谐振频率。

9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述膜跨越多个所述突起的所述底座区域。

10.根据权利要求5所述的系统，其中，所述突起具有敞开的底座区域、平截头体形状的侧面、及具有端面的自由端，且其中所述膜跨越各自的突起内的所述敞开的底座区域和所述端面之间的平截头体形状的侧面。

11.根据权利要求5所述的系统，其中，所述突起具有敞开的底座区域、平截头体形状的侧面、及具有端面的自由端，且其中所述膜在多个所述突起的所述平截头体形状的侧面之间延伸。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述膜进一步在至少一个所述突起内延伸，所述突起跨越所述敞开的底座区域和所述至少一个突起的所述端面之间的所述平截头体形状的侧面。

13.一种用于车辆的顶置系统，其包含：

刚性的外部车顶面板；

内部车顶内衬；及

被设置于所述车顶面板和所述车顶内衬之间的碰撞能量吸收面板元件，其中所述面板元件包含适合在撞车中变形来吸收碰撞能量的突起和适合作为亥姆霍兹谐振器以吸收声音能量的至少一个声膜。