CN107848476A - 具有扭转变形和多几何横截面的梁件 - Google Patents

具有扭转变形和多几何横截面的梁件 Download PDF

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Abstract

一种配置成耦接到车辆的梁件，包括端部区域和中央区域，所述端部区域包括端部中点，当该梁件定位在车辆上时，所述端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距，所述中央区域定位在端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当梁件定位在车辆上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与所述顶面和所述底面等距，并且沿着纵向轴线定位在梁件的中心。梁件的纵向轴线穿过端部区域，其中，当梁件受到施加的力冲击时，中央区域能够围绕纵向轴线旋转。

Description

具有扭转变形和多几何横截面的梁件
背景技术
用于机动车辆的保险杠系统可包括梁件，该梁件横跨车辆的前部或后部的宽度而延伸，并且可安装到在纵向方向上延伸的轨道，并且可选地包括能量吸收器。
保险杠系统可包括用于覆盖梁件和/或能量吸收器的筋膜状件(fascia)。保险杠系统可承受多种规范和规定，包括区域安全规范和标准以及内部发展规范，诸如空间限制和重量限制。需要轻型的保险杠系统用于当前的车辆造型趋势。
为了满足当今的车辆造型趋势，存在对轻型且能够在期望的规范、标准和规定内执行的保险杠系统的需要。传统的保险杠系统并不解决这些需要。
发明内容
通过以下附图和详细描述举例说明上述和其他特征部。
在各种实施例中公开了可用于保险杠组件和相关方法的轻型梁件。
配置为耦接到车辆的梁件包括：第一端部区域，包括第一端部中点，当梁件定位在车辆上时所述第一端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；第二端部区域，包括第二端部中点，当梁件定位在车辆上时所述第二端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；中央区域，定位在第一端部区域和第二端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当梁件定位在车辆38上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与顶面和底面等距，并且所述中央区域中点沿着纵向轴线定位在梁件的中心；内表面；以及外表面；其中，梁件的纵向轴线穿过第一端部区域和第二端部区域；其中，当梁件受到施加的力影响时，中央区域能够围绕纵向轴线旋转。
配置为耦接到车辆的梁件包括：第一端部区域，包括第一端部中点，当梁件定位在车辆上时所述第一端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；第二端部区域，包括第二端部中点，当梁件定位在车辆上时所述第二端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；中央区域，定位在第一端部区域和第二端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当梁件定位在车辆上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；其中，梁件的纵向轴线穿过第一端部区域和第二端部区域；以及可选的筋膜状件，定位成基本上包封梁件；其中，沿着从内表面到外表面的线截取的梁件的横截面沿着梁件的长度而变化。
附图说明
以下是对附图的简要描述，其中，相同的元件编号相同，并且出于示出本文公开的示例性实施例的目的而呈现，而不是为了限制其的目的。
图1是保险杠梁件的实施例的等距视图。
图2是图1中描绘的梁件的前视图。
图3是梁件的实施例的前视图。
图4是保险杠系统的实施例的剖视图。
图5是保险杠梁件的实施例的等距视图。
图6是保险杠系统的实施例的剖视图。
图7是保险杠梁件的实施例的等距视图。
图8是组装到车辆上的保险杠系统的透视图。
图9是图1的保险杠系统的分解图。
图10是防钻撞(underrun)保护装置的等距前视图。
图11A是描绘ECE R 42中央摆锤式冲击试验中摆锤的位置的顶部透视图。
图11B是描绘ECE R42外侧摆锤式冲击试验中摆锤的相对位置的顶部透视图。
图11C是描绘ECE R42拐角摆锤式冲击试验中摆锤的位置的顶部透视图。
图12A是中央摆锤式冲击试验中力对时间的图解说明。
图12B是中央摆锤式冲击试验中的筋膜状件侵入对时间的图解说明。
图13A是外侧摆锤式冲击试验中力对时间的图解说明。
图13B是外侧摆锤式冲击试验中筋膜状件侵入对时间的图解说明。
图14A是拐角摆锤式冲击试验中力对时间的图解说明。
图14B是拐角摆锤式冲击试验中筋膜状件侵入对比时间的图解说明。
图15是RCAR 40％重叠冲击试验结果的图解说明。
具体实施方式
在各种实施例中，本文公开了可用于机动车辆的保险杠系统的梁件，例如作为多部分车辆保险杠系统的部件。本发明的梁件可以是轻型的并且可具有增加的刚度，并且可利用在梁件和筋膜状件之间的比包括金属保险杠梁件的保险杠系统(梁件前面具有能量吸收器)更少的包装空间。包括本文所公开的梁件的梁件和保险杠系统还可减少在车辆-车辆或车辆-冲击器的冲击中由车辆引起的损坏，使得保险杠系统可使车辆能够满足低速车辆损坏标准。
结合本公开的梁件的保险杠系统可符合期望的空间限制，同时满足ECE-42和/或R-CAR标准和规范。汽车修理研究委员会(本文为“R-CAR”)试验程序被欧洲、亚洲和南美洲的几家试验站使用，并且规定在标准试验条件下，车辆前保险杠系统和后保险杠系统符合一定的标准。保险杠性能的R-CAR评估旨在鼓励制造商设计满足多种目标的保险杠系统，包括在低速冲击下保护车辆拐角并具有理想的能量吸收的系统。R-CAR试验用固定的障碍物以指定的速度冲击保险杠构件，并且寻求保险杠梁件的非破坏性弯曲，同时防止损坏下面的车辆。此外，保险杠系统可受制于欧洲经济委员会法规42号(“ECE-R42”)，其规定在汽车已经被摆锤冲击或者以特定的速度并且在保险杠组件上的特定位置处在模拟碰撞下移动障碍物之后，汽车的安全系统应该继续正常操作。已经发现，为了满足RCAR和ECE-R42标准，在拐角处具有高刚度并且在中央处具有高刚度的后梁件可以是期望的。
包括本公开的梁件的保险杠系统可满足R-CAR，包括例如低速损坏性保险试验，诸如R-CAR的0031章节，和/或ECE-R42标准，诸如低速损坏性规定ECE-42的0031章节。在一个实施例中，包括本公开的梁件的保险杠系统在耦接到重量为500千克至2,000千克(kg)(例如900kg至1,600kg)的车辆时可以吸收2.5千米每小时(kph)速度的拐角冲击，具有小于或等于140毫米(mm)的侵入，其中侵入是指梁件侵入车辆的乘客舱内的量。本公开的梁件可具有比常规梁件更高的刚度，并且可具有更低的侵入水平。在一个实施例中，包括本公开的梁件的保险杠系统在耦接到重量为500kg至2000kg(例如900kg至1,600kg)的车辆时可以吸收4kph速度的中心摆锤冲击，具有小于或等于140mm的入侵。在一个实施例中，包括本公开的梁件的保险杠系统在耦接到重量为500kg至2000kg(例如900kg至1,600kg)的车辆时可以吸收4kph的速度的外侧冲击，具有小于或等于140mm的入侵。
现在转向附图，图1是梁件10的等距视图。梁件10可包括顶面11和底面12，每个面沿着梁件10的纵向轴线x(例如，水平轴线)延伸。当保险杠组装到车辆上时，底面12朝向道路取向。梁件还包括朝向车辆取向的内表面13和与内表面13相对(即远离车辆，朝向筋膜状件取向)设置的外表面14。内表面13可具有比外表面14更大的总实体表面积。
梁件10可包括两个端部区域20和设置在两个端部区域20之间的中央区域21。当梁件10定位在车辆上时，端部区域20的尺寸可近似相同，并且距道路近似相同的距离。梁件10可包括多个肋22。如图1所示，多个肋22可在内表面13和外表面14之间延伸，并且可水平地、竖直地或对角地取向。肋22可定位成使得它们与外表面14平行、垂直或对角。任选地，肋22可与其他肋22相交。根据几个变量(诸如肋的数量、肋的厚度和材料的类型)，可调整梁件10的刚度以满足各种标准。肋22的边缘可形成梁件10的边缘的一部分，例如内表面13或外表面14的一部分。
内表面13可在沿着梁件10的水平轴线x的相对位置中变化。内表面13可在沿着梁件10的竖直轴线y的相对位置中变化。梁件10的端部区域20可定位成使得它们设置成比中央区域21更靠近车辆。换句话说，中央区域21可定位成比端部区域20中的任一个或两个距车辆更远。梁件10可任选地包括在端部区域20和中央区域21之间的过渡区域30。过渡区域30可相对于纵向轴线x弯曲或成角度，使得中央区域21可被取向成比端部区域20更靠近地面。过渡区域30可相对于纵向轴线x弯曲或成角度，使得中央区域21可被取向成距车辆的距离大于端部区域20。如图1所示，相比于端部区域20，中央区域21被定位成距车辆更远。然而，应该理解的是，只有中央区域21的一部分可定位成在水平轴线x或竖直轴线y上比端部区域20距车辆更远。例如，中央区域21的大于或等于20％可定位成在水平轴线x或竖直轴线y上比端部区域25距车辆更远，例如大于或等于50％，例如大于或等于75％，例如大于或等于85％，例如大于或等于90％，例如大于或等于95％，例如远大于或等于99％。在中央区域21处，顶面11可以是平面的或弯曲的。在中央区域21处，底面12可以是平面的或弯曲的。在一些实施例中，顶面11在中央区域21的至少一部分中是平面的。在一些实施例中，底面11在中央区域21的至少一部分中是平面的。边缘区域31上的腿部19可以远离端部区域20的中心部分18的角度进行取向。例如，角度α相对于梁件10的纵向轴线x可为0到180度。例如，角度α可以是0到90度。
在碰撞期间，冲击力F可被施加到梁件10。在施加冲击力F时，梁件10可通过在朝向车辆D的方向上的挤压活动来吸收能量。当冲击力F施加到梁件10时，梁件10可通过借助旋转方向R上移动的扭转活动而吸收能量。当冲击力F施加到梁件10时，梁件10可通过在朝向车辆的方向D上的挤压活动并且通过借助于旋转方向R上移动的扭转活动而吸收能量。
在碰撞期间，冲击力可直接或间接施加到梁件10的外表面14。当梁件10至少部分地朝向车辆移动时，梁件10可通过挤压动作吸收能量。冲击力可通过筋膜状件34间接施加到梁件10。冲击力载荷可在沿着梁件的水平轴线x的不同位置处施加。例如，冲击力可施加到例如如图1所示的中央区域21、端部区域20、过渡区域30或包括前述中的至少一个的组合。当施加冲击力时，梁件10可通过一个或多个机构吸收冲击的能量。例如，当中央区域21受到冲击时，梁件10可通过挤压动作来吸收能量，其中，梁件10的一个或多个区域在方向D上朝向车辆移动。在这种冲击中，梁件10可能或可能不经历变形。在实施例中，当梁件受冲击力冲击时，随着梁件10的中央区域21在方向R上围绕梁件10的纵向轴线x旋转，梁件10可有利地通过扭转吸收能量。例如，当外力施加到梁件10时，诸如当力通过筋膜状件施加到梁件的中心时，中央区域21可显示挤压运动和扭转运动。在实施例中，在施加的力被移除之后，梁件10可返回到其原始配置。在一个实施例中，梁件10的中央区域21竖直地偏移，并且梁件10可通过扭转来吸收能量。在实施例中，梁件10的中央区域21竖直地偏移，并且梁件10可通过扭转和挤压来吸收能量。
图2是图1中描绘的梁件的前视图。梁件10可具有长度L和宽度W。如图2所示，宽度W在梁件10的长度L上可以是均匀的。例如，中央区域21和端部区域20可具有相同的宽度。还可设想，宽度W可在梁件10的长度L上变化。例如，中央区域21和端部区域20可具有不同的宽度。例如，中央区域21可在中央区域21的长度上具有变化的宽度。例如，端部区域20可在端部区域20的长度上具有变化的宽度。长度L和宽度W可基于保险杠系统的期望的性能特征来选择。例如，梁件的宽度可大于或等于50毫米(mm)。宽度W可以是50mm至300mm。宽度W可以是100mm至200mm。宽度W可以是100mm到150mm。对于特定车辆中的保险杠系统中的梁件，长度L可以是任何期望的长度。例如，长度L可大于或等于1000mm(例如1300mm)。
如前所述，梁件10可包括中央区域21，中央区域21可从端部区域20竖直地偏移。如图1所示，过渡区域30可以角度α引导梁件10，使得中央区域21可从端部区域20竖直移位。顶部边缘11在中央区域21处可比在端部区域20处竖直地高于或低于偏移距离Δ。
中央区域21可包括水平地和竖直地位于梁件中间的中央区域中点32。端部区域20可包含被定位成与梁件10的顶面11和底面12等距的一个或多个端部区域中点33。如图2所示，在包括从端部区域20竖直地偏移的中央区域21的梁件10中，中央区域中点32可位于梁件10上的低于端部区域中点33的点处。然而，可设想的是，中央区域中点32可位于梁件10上的高于端部区域中点33的点处。端部区域中点33与中央区域中点32之间的竖直距离可等于偏移距离Δ，或者可以是另一个值。偏移距离Δ可期望地例如大于或等于50mm，例如偏移距离Δ可大于或等于75mm并且小于或等于500mm。例如，在长度为1282mm和宽度为110mm的梁件中，相对于端部区域的纵向平面偏移中央区域75mm的距离可在相同的变形空间中相对于梁件赋予增加的刚度，其中竖直偏移小于本文所述的竖直地偏移或等于零的偏移距离。偏移距离可以是梁件宽度的1倍至4倍，例如梁件宽度的2倍至4倍，例如梁件宽度的3倍至4倍。在一些实施例中，梁件可包括大于一倍的竖直偏移。
跨过A-B平面截取的横截面面积(即，沿着从图1所示的内表面13到外表面14的线截取的横截面)可沿着梁件10的长度变化或不变化。
图3示出了其中中央区域21未竖直地偏移的梁件10。在图3中示出了具有长度L和中央区域中点32的梁件10。梁件10包括中央区域21和两个端部区域20。在图3中，中央区域21不从端部区域20竖直地偏移。如图3中可看出，梁件宽度在梁件10的长度L上可近似均匀。
应当理解的是，中央区域21可具有与车辆间隔开一定距离的内表面13，无论中央区域21是否从端部区域竖直地偏移。
在本文还公开了一种包括梁件10和任选的筋膜状件34的保险杠系统40。图4描绘了在从内表面13到外表面14(跨过图5所示的A-B平面)的线上截取的梁件10的横截面。如图4所示，梁件10可与筋膜状件34相邻，筋膜状件34在组装到车辆上时可包封梁件10作为保险杠系统40的一部分。在碰撞中，冲击力可直接施加到筋膜状件34。
当沿着从内表面13到外表面14的线(跨过图5和图7中所示的A-B平面)截取的横截面中观察时，梁件10可形成一个或多个几何图案。例如，图4示出了保险杠系统40，该保险杠系统40包括具有示例性箱形几何图案或箱形横截面35的梁件10。跨过A-B平面的梁件10的横截面区域具有箱形横截面35，以协助吸收动能冲击能量，并且在冲击能量通过筋膜状件34和梁件10朝向车辆传递时展现刚度。箱形横截面35可包括图案，该图案可由在顶面11和底面12之间以及在内表面13和外表面14之间延伸的肋22形成，并且可包括一系列水平平面和竖直平面。箱形横截面35可由一片材料(例如，单片材料)形成，使得当在A-B平面上观看时，箱形横截面35包含45度至135度的一系列角度β，例如包括大约90度的角度β。如图4所示的角度β在任何给定的箱形横截面34中可以是相同的或者可以是彼此不同的。箱形横截面35可以是矩形或正方形的，例如箱形横截面35可形成如图4所示的一系列矩形。箱形35可以是正方形，或者是大致矩形或正方形的其他形状，诸如梯形或平行四边形。箱形横截面35可包括堆叠在彼此的顶部上的两个或更多个矩形或正方形，其中在横截面中观看时，矩形和/或正方形在一个侧面上是开放的。
设想内表面13或外表面14上的任何数量的开口。例如，如图4所示，当在横截面中观察时，箱形横截面35可在内表面13上具有三个开口，并且在外表面14上具有两个开口。如图6所示，例如，箱形横截面35可在内表面13上具有两个开口，并且在外表面14上具有三个开口。箱形横截面35可具有跨过A-B平面交替的开放端部，使得底部矩形可在内表面13上具有开放端部，并且在底部矩形正上方的矩形可在外表面14上具有开放端部。应该理解的是，箱形横截面35的尺寸和取向可调整以满足所需的特性。有可能用诸如一片热塑性材料的单片材料形成诸如箱形横截面的截面，其被模制成形成期望的几何图案。也有可能用多片材料形成截面(诸如箱形横截面)，从而形成多层片材。包含箱形横截面35的梁件10可通过扭转、变形、挤压或包括前述中的至少一种的组合来吸收能量。箱形横截面35可通过扭转和变形的组合来吸收能量。
梁件可在中央区域21中包括箱形横截面35。梁件10可在端部区域20中包括箱形横截面。梁件10可在过渡区域30中包括箱形横截面。梁件10可包括箱形横截面35和不包括竖直偏移的中央区域21。
图5是包括中央区域21、过渡区域30和端部区域20的梁件10的等距视图。梁件10可包括内表面13和外表面14。如图5所示，梁件10可包括设置在中央区域21、过渡区域30和端部区域20中的肋22。
如图1和图7所示，例如，端部区域20可包括不形成箱形横截面35的肋，箱形横截面35具有跨A-B平面交替的开放端部。如图1所示，例如，梁件10的端部区域20可例如包括一系列水平轴线和竖直轴线的肋22，形成一系列箱，这些箱具有面对外表面14并且不与内表面13上的开口交替的开口。应该理解的是，除了箱形横截面35或三角形横截面36之外，梁件10可包括肋22或其他支撑件。例如，梁件10可包括形成竖直平面的肋22，该竖直平面可向箱形横截面35的水平平面提供结构支撑。
在本发明的实施例中，跨过A-B平面的梁件的横截面区域(参见图5和图7)可包括几何图案的组合。图6是跨过图7中描绘的梁件10的A-B平面截取的剖视图。如图所示，中央区域的横截面区域可具有内表面13、外表面14、箱形横截面35和三角形横截面36。内表面13可在沿着梁件10的纵向轴线x和/或竖直轴线y的相对位置中变化。例如，内表面13可在中央区域21处比在端部区域20处距车辆更远。相比于端部区域20中的外表面14，中央区域21中的外表面14可距车辆大致相同的距离。三角形横截面36可包括具有指向筋膜状件34的开放面37的三角形。三角形横截面36可包括与箱形横截面35相邻的至少一个角度γ。角度γ可小于90度。肋22可分散在三角形横截面36和箱形横截面35之间，使得三角形横截面和箱形横截面可共用至少一个边缘。如图6所示，梁件10可包括一个三角形横截面36和一个箱形横截面35。然而，可设想，梁件10可包括多于一个的三角形横截面36和/或多于一个的箱形横截面35。
返回到图4，箱形横截面16可包括一系列水平平面，当在A-B平面上观察时，该水平平面相对于一个或多个相邻的竖直平面成大约90度的角度。在一些实施例中，平面可以大于90度或小于90度的角度成角度。例如，当在A-B平面上观察时，箱形横截面16可包括以下形状：正方形、长方形、平行四边形、梯形的部分，或者包括前述的至少一种的组合。这些形状可具有一个或多个开放的侧面，或者可通过梁件平面而在所有侧面上封闭。
转向图6，三角形横截面36可包括至少一个小于90度的角度，并且与箱形横截面35相邻和/或附接。三角形横截面36可形成梁件10的顶面11的一部分，而箱形横截面35可形成梁件10的底面12的一部分。当在A-B平面上观察时，三角形横截面36可呈现为开放式三角形的横截面，其中，开口端在梁件10的外表面14上，并且/或者形成梁件10的外表面14的一部分。箱形横截面35和三角形横截面36的组合可存在于中央区域21、过渡区域30、端部区域20或包括前述中的至少一个的组合中。梁件10可包括沿着梁件的长度的变化的横截面几何图案。例如，梁件可包括沿着水平轴线的一个点处的组合箱形横截面35和三角形横截面36，并且可包括沿着水平轴线的另一个点处没有三角形横截面36的箱形横截面35。例如，梁件10可包括具有组合箱形横截面35和三角形横截面36的中央区域21，以及包括箱形横截面的过渡区域30和/或端部区域20。在另一个示例中，中央区域21可包括具有组合三角形横截面36和箱形横截面35的一个或多个横截面区域，以及包括没有三角形横截面36的箱形横截面35的一个或多个横截面区域。如本文所使用的，短语“箱形横截面和三角形横截面的组合”是指在包括箱形横截面35和三角形横截面36的A-B平面上观看的几何图案。箱形横截面35和三角形横截面36的组合可相对于不包括三角形横截面仅有箱形横截面的相同空间比例的梁件减小梁件的总重量。此外，包括箱形横截面35和三角形横截面36的组合的梁件10相比于仅仅包含箱形横截面的梁件可保持与筋膜状件34相同的接触面积，并且/或者在中央区域21处可具有高的刚度。
当端部区域20不包括三角形横截面时。当沿着梁件10的长度观察时，横截面可变化。图7是包括箱形横截面35和三角形横截面36的组合的示例性梁件10的等距视图。如图所示，中央区域21包含外表面14和内表面13。中央区域21的顶面11形成三角形的边缘和所示的三角形横截面36的顶部边缘，如图6所示。箱形横截面35包括在三角形横截面36下方的中央区域21中。箱形横截面35包括梁件10的多个肋22和底面12。图7还示出了具有距内表面13的变化的偏移距离的中央区域21。例如，在图7中，中央区域21在中心点处具有比在过渡区域30处更大的偏移距离。
换句话说，梁件10可具有沿着梁件的长度的可变宽度。例如，如图7所示，相比于中央区域22中的横截面周长，梁件10可在端部区域11处具有更大的横截面周长。
如本文所使用的，“宽度”被理解为表示在沿着纵向轴线x的特定点处从梁件10的顶面11到底面12的距离。端部区域20可具有比中央区域21更大的宽度。提供具有比中央区域21的宽度更大的宽度的端部区域20可在保险杠系统的拐角处提供增加的刚度和/或增加的接触面积。当冲击力施加到保险杠系统的拐角时，这种增加的刚度和/或增加的接触面积可帮助吸收能量。例如，端部区域的高度增加可在R-CAR试验中提供益处。
沿着从内表面13到外表面14的线截取的梁件10的横截面可沿着梁件的长度变化。例如，梁件10的横截面的几何图案可沿着梁件10的长度L变化，或者横截面周长可沿梁件的长度变化。横截面的宽度W可沿梁件10的长度L变化。梁件10在横截面中的相对竖直位置可沿着梁件10的长度L而变化。
图8示出了具有根据本发明实施例的保险杠系统40的车辆38的前部部分的透视图。保险杠系统40包括保险杠梁件10，其中梁件10安装到车辆38的侧轨42。保险杠系统40任选地包括筋膜状件34。
图9是具有保险杠系统40的车辆38的前部部分的透视图，其示出了附接到侧轨42的保险杠梁件10的连接。保险杠梁件10可例如使用紧固件附接到安装板44，该紧固件将保险杠梁件10安装到安装板44的接收器46。筋膜状件34可被设计成将保险杠组件与车身整合，同时还改善了空气动力学以降低车辆38的阻力。
梁件可以是轻型的。例如，保险杠梁件的重量可小于或等于4千克(kg)，例如小于或等于3.5kg，例如小于或等于3kg，例如小于或等于2.5kg。在一个实施例中，梁件的重量可为约2.34kg。
本文公开的梁件可设置在车辆的前部或车辆的后部处，例如，梁件可以是前梁件或后梁件。在所有类型的车辆(例如，客车、卡车、公共汽车、商用卡车等)中都可设想梁件。梁件可附接到客车。梁件可附接到卡车(例如，商用卡车或客运卡车)。梁件可以是车辆的后保险杠系统的部件。梁件可以是车辆的前保险杠系统的部件。梁件可以是前防钻撞保护装置100的部件(参见图10)。
梁件可由具有期望特性的任何可热成型材料制成。例如，梁件可包括热塑性聚合物、玻璃纤维垫热塑性聚合物(GMT)、热固性树脂、复合材料、金属材料或金属热塑性聚合物混合物。用于形成梁件的材料的优选特性包括良好的刚度、高韧性/延展性、热稳定性和高能量吸收能力等等。示例性的材料包括热塑性聚合物以及热塑性聚合物与弹性体聚合物的组合，和/或热固性聚合物。可能的材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；聚碳酸酯；聚碳酸酯/ABS共混物；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；丙烯腈-(乙烯-聚丙烯二胺改性的)-苯乙烯(AES)；亚苯基醚聚合物；聚苯醚/聚酰胺的共混物；聚酰胺；苯硫醚聚合物；聚氯乙烯(PVC)；高抗冲聚苯乙烯(HIPS)；低/高密度聚乙烯(L/HDPE)；聚丙烯(PP)；膨胀聚丙烯(EPP)；以及热塑性烯烃(TPO)。梁件可例如由钢、铝或玻璃纤维毡热塑性聚合物制成。
示例性材料包括可从沙伯基础创新塑料公司(SABIC’s Innovative PlasticsBusiness)商购获得的XENOYTM。XENOYTM聚合物是聚碳酸酯(PC)与聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的热塑性合金共混物，具体是PBT。XENOYTM聚合物的特征为其延展性、耐化学性、高温尺寸稳定性和机械强度。它们还具有非常好的美观性、润滑性、抗紫外线性和保色性。它们被设计成提供对汽油和油、以及在低至-40℃的温度下的高水平的冲击强度的耐受性。具体地，高模量延性(HMD)XENOYTM聚合物由于其高刚度和延展性的平衡是理想的。例如，与TPO和EPP相比，热成型XENOYTM可减少封装空间。可使用填料(玻璃，矿物等)来增加聚合物的模量。然而，填料的添加通常会降低聚合物的延展性(如通过ASTM D638拉伸应变测量的断裂伸度和屈服度所测量)。XENOYTM HMD聚合物具有二次纳米原纤化网络，其能够使用填料增加模量，同时仍然保持有利于吸收能量的未填充聚合物的高断裂伸度。如通过缺口伊佐德冲击试验(ASTM D256)测量的，HMD聚合物的延展性也显著增加。HMD聚合物还提供了更好的蠕变和拉伸疲劳性能。这些HMD聚合物允许梁件的壁由于增加的模量而更薄，同时在典型的汽车碰撞试验场景中仍保持其结构。XENOYTM X4820可由于其高刚度和延展性的平衡为理想的聚合物。保险杠梁件可由包括任何上述材料中的至少一种的组合形成。
包括本公开的梁件的保险杠系统可满足R-CAR标准，包括例如低速损坏性保险试验，诸如R-CAR的0031章节，和/或ECE-R42标准，诸如低速损坏性规定ECE-42的0031章节。包括本发明的梁件的保险杠系统在耦接到重量为500kg至2000kg(例如900kg至1600kg)的车辆时可以吸收2.5千米每小时(kph)速度的拐角冲击，侵入小于或等于到140mm。本公开的梁件可具有比常规梁件更高的刚度，并且可具有更低水平的侵入。包括本公开的梁件的保险杠系统在耦接到重量为500kg至2000kg(例如900kg至1600kg)的车辆时可以吸收4kph速度的中心摆锤冲击，侵入小于或等于140mm。包括本公开的梁件的保险杠系统在耦接到重量为500kg至2000kg(例如900kg至1600kg)的车辆时可以吸收4kph速度的外侧冲击，侵入小于或等于140mm。
在以16kph的速度的RCAR 40％重叠冲击试验中，测量的最大力必须小于或等于110千牛顿(kN)。包括本公开的梁件的保险杠系统在16kph的速度下满足RCAR 40％重叠冲击试验，其中测量的最大力小于或等于100kN，例如小于或等于90kN，例如小于大于或等于80kN，例如小于或等于70kN。
以下实例仅仅是对本文所公开的梁件的说明，并且不旨在限制其范围。除非另有说明，否则所有实例均基于模拟。
实例
实例1
LS-DYNA软件用于所有的模拟，并且可从沙伯基础创新塑料公司(SABIC’sInnovative Plastics business)商购获得的XENOYTM树脂1103用作材料。在该实例中，样品1是在ECE R42模拟中试验的图7中描绘的设计的梁件。ECE R42指定用于ECE R42摆锤冲击的昂贵的零件没有故障。昂贵的零件可包括梁件、筋膜状件、车辆轨道等。梁件如本文先前所述，并且包括箱形横截面和三角形横截面。在样品1中，梁件的壁和肋都具有2.5mm的厚度。梁件由XENOYTM组成，并且重量为2.34kg。模拟中使用的车辆质量约为902kg。梁件根据ECE R42进行中心摆锤冲击试验、外侧摆锤冲击试验和拐角摆锤冲击试验。
图11A描绘了说明ECE R42中心摆冲击试验中的摆锤50的相对位置的顶部透视图。在该中央摆锤式冲击试验中，摆锤50在中央区域中点32的位置处的外表面14处向梁件10施加4.0kph的力F。该试验的结果表明中央区域中点(即，梁件中心)处的高度局部化的最大应变为20％。还观察到材料的破坏应变大于80％，并且没有观察到后面板变形。图12A和图12B是中心摆锤冲击试验结果的图形表示。图12A示出了以千牛顿(kN)为单位的力与以毫秒(ms)为单位的时间的关系图。如在图12A中可看到的，最大力大约为10kN，并且发生在大约100ms，此后力减小。图12B示出了以mm为单位的筋膜状件侵入与以ms为单位的时间的关系图。从图12B中可看出，最大的筋膜状件侵入大约为47mm，并且发生在大约100ms，此后侵入减少。
图11B是描绘ECE R42外侧摆锤式冲击试验中的摆锤50的相对位置的顶部透视图。在该外侧摆锤式冲击试验中，摆锤50在被定位成距中央区域中点32距离Y的摆中点52处将4.0kph的力F施加到梁件10，其中Y等于300mm。该试验结果表明在中央区域中点(即梁件中心)处高度局部化的最大应变为39％。该试验也表明材料的破坏应变大于80％。此外，没有观察到后面板变形。图13A和图13B是外侧摆锤式冲击试验结果的图形表示。图13A示出了力(kN)与时间(ms)的关系图。从图13A中可看出，最大力发生在大约70ms并且大约为19kN。图13B示出了筋膜状件侵入(mm)与时间(ms)的关系图。从图13B中可看出，最大的筋膜状件侵入大约为19mm，并且发生在大约75ms，此后侵入减少。
图11C是描绘ECE R42拐角摆锤式冲击试验中的摆锤50的位置的顶部透视图。在该拐角摆锤式冲击试验中，摆锤50在梁件角54处向梁件10施加2.5kph的力F。图14A和图14B是拐角摆锤式冲击试验结果的图形表示。图14A示出了以kN为单位的力与以ms为单位的时间的关系图。从图14A中可看出，最大力在大约100ms大约为9kN。图14B示出了以mm为单位的筋膜状件侵入对以ms为单位的时间。从图14B中可看出，最大筋膜状件侵入为在大约120ms发生的大约8mm，在该时间之后最大侵入减少。
中心摆锤冲击、外侧摆锤冲击和拐角冲击的结果表明具有图7中公开的设计的梁件在ECE R42试验中表现良好，其中对车辆的部件的损坏最小。从试验中观察到的有利结果表明对于中心摆锤冲击，在梁件的内表面中没有观察到塑性应变。
实例2
在该实例中，样品2是图7中所示的设计的经受模拟RCAR试验的梁件。梁件如本文关于图7所描述的那样，并且包括箱形横截面和三角形横截面。在样品2中，梁件的壁和肋都具有2.5mm的厚度。梁件由XENOYTM组成，并且重量为2.34kg。车辆质量约为902kg。在RCAR模拟中，RCAR法规规定，在16kph下RCAR 40％重叠冲击期间，最大作用力不应该超过110kN。在样品2的模拟期间，观察到(例如碰撞能够产生)端部区域总深度的一半以下被挤压。观察到内表面略微变形，但是端部区域的外表面不显示大的变形。变形在可接受的极限内。图15是在RCAR 40％重叠试验中以kN为单位的横截面力与以ms为单位的时间的关系的图解说明。在样品2的RCAR试验中，梁件显示约63kN的最大力和约120mm的最大侵入。因此，梁件吸收了大量的能量，因此理想地显示小于或等于63kN的低水平的力。
本文公开的梁件可满足由用于车辆的各种规定提出的要求。例如，本文公开的梁件可吸收大量的能量，使得梁件在RCAR试验期间经受的力水平小于或等于63kN，其小于在110kN的调节下允许的接近50％。本文公开的梁件可在梁件的端部区域处提供增加的表面积，以便为梁件提供另外的能量吸收能力。箱形横截面的使用可赋予减小的重量，并且保持梁件的刚度，以达到ECR42冲击提出的要求。三角形横截面的使用可赋予减小的重量，并且保持梁件的刚度，以达到ECR42冲击提出的要求。箱形横截面和三角形横截面的使用可赋予减小的重量，并且保持梁件的刚度以达到ECR 42的冲击试验提出的要求。例如，本文所公开的梁件在中心摆锤冲击试验期间在梁件的外表面中能不具有塑性应变，中心摆锤冲击试验在ECE R42中是重要的冲击试验。
本文公开的梁件和保险杠系统至少包括以下实施例：
实施例1：配置为耦接到车辆的梁件包括：第一端部区域，包括第一端部中点，当梁件定位在车辆上时，所述第一端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；第二端部区域，包括第二端部中点，当梁件定位在车辆上时，所述第二端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；中央区域，定位在第一端部区域和第二端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当梁件定位在车辆38上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与顶面和底面等距，并且所述中央区域中点沿着纵向轴线定位在梁件的中心中；内表面；以及外表面；其中，梁件的纵向轴线穿过第一端部区域和第二端部区域；其中，当梁件受到施加的力的影响时，中央区域能够围绕纵向轴线旋转。
实施例2：根据权利要求1所述的梁件，其中，沿着从所述内表面到所述外表面的线截取的所述梁件的横截面部分沿着所述梁件的所述长度变化。
实施例3：根据权利要求1至2中任一项所述的梁件，其中，所述中央区域包括这样的横截面几何形状，所述横截面几何形状包括箱形横截面、三角形横截面或包括前述中至少一个的组合。
实施例4：根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述中央区域从所述端部区域竖直地偏移。
实施例5：根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中所述梁件具有沿着所述梁件的长度而变化的宽度。
实施例6：根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，当在沿着纵向轴线的点处从所述内表面到所述外表面测量时，相比于所述中央区域的宽度，至少一个端部区域具有较大的宽度。
实施例7：配置为耦接到车辆的梁件包括：第一端部区域，包括第一端部中点，当梁件定位在车辆上时，所述第一端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；第二端部区域，包括第二端部中点，当梁件定位在车辆上时，所述第二端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；中央区域，定位在第一端部区域和第二端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当梁件定位在车辆上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；其中，梁件的纵向轴线穿过第一端部区域和第二端部区域；以及可选的筋膜状件，定位成基本上包封梁件；其中，沿着从内表面到外表面的线截取的梁件的横截面沿着梁件的长度而变化。
实施例8：根据权利要求7所述的梁件，其中，当所述梁件受到施加的力冲击时，所述中央区域能够围绕纵向轴线旋转。
实施例9：根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件包括热塑性聚合物、玻璃纤维垫热塑性聚合物、热固性树脂、复合材料、金属材料、金属塑料混合物或包含前述中的至少一种的组合。
实施例10：根据权利要求9所述的梁件，其中，所述梁件包括热塑性聚合物。
实施例11：根据权利要求10所述的梁件，其中，所述热塑性聚合物选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚碳酸酯；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈；丙烯腈-(乙烯-聚丙烯二胺改性的)-苯乙烯；亚苯基醚聚合物；聚酰胺；苯硫醚聚合物；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯；聚丙烯；热塑性烯烃，或包含前述中的至少一种的组合。
实施例12：根据权利要求11所述的梁件，其中，所述热塑性聚合物是聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的共混物。
实施例13：根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件被配置成附接到车辆的后部以在冲击时吸收能量。
实施例14：根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件被配置成附接到车辆的前部以在冲击时吸收能量。
实施例15：一种保险杠系统，包括：根据前述权利要求中任一项所述的梁件；以及任选地，筋膜状件。
实施例16：根据权利要求15所述的保险杠系统，其中，所述梁件包括热塑性聚合物、玻璃纤维垫热塑性聚合物、热固性树脂、复合材料、金属材料、金属塑料混合物或包含前述中的至少一种的组合。
实施例17：根据权利要求15至16中任一项所述的保险杠系统，其中，所述系统是前保险杠系统。
实施例18：根据权利要求15至17中任一项所述的保险杠系统，其中，所述系统是后保险杠系统。
实施例19：根据权利要求15至18中任一项所述的保险杠系统，其中，所述系统是前防钻撞保护系统。
实施例20：根据权利要求15至19中任一项所述的保险杠系统，其中，所述中央区域包括这样的横截面几何形状，所述横截面几何形状包括箱形横截面、三角形横截面或包括前述中的至少一个的组合。
一般而言，本发明可另选地包括本文公开的任何适当的组分，由所述组分组成或基本上由所述组分组成。本发明可另外地或另选地被配制成缺乏或基本上不含任何现有技术组合物中使用的组分、材料、成分、佐剂或物质，或者对于实现本发明的功能和/或目的而言不是必须的。涉及相同组分或性质的所有范围的端点是包含性的且可独立组合(例如，“小于或等于25重量％，或5重量％至20重量％”的范围包括端点和“5重量％至25重量％”的范围的所有中间值等等)。除更广泛的范围之外，公开更窄范围或更具体的组不是更宽范围或更大组的放弃。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于表示一个元件与另一个元件。本文中的术语“一个”，“一种”和“该”不表示数量的限制，并且被解释为覆盖单数和复数两者，除非在本文另外指出或者与上下文明显矛盾。“或”是指“和/或”。这里使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，因此包括该术语中的一个或多个(例如，一个或多个膜包括一个或多个膜)。整个说明书中对“一个实施例”，“另一个实施例”，“实施例”等的引用是指结合该实施例描述的特定元件(例如，特征不、结构和/或特性)包括在本文描述的至少一个实施例中，并且可存在或可不存在于其他实施例中。另外，应该理解，所描述的元件可以各种实施例中的任何合适的方式组合。
与量结合使用的修饰词“约”包括所述值，并且具有由上下文所指示的含义(例如，包括与具体量的测量相关联的误差的程度)。符号“±10％”是指所指示的测量值可以是从减去10％的量到所述值加10％的量。除非另有说明，否则术语“前”，“后”，“底部”和/或“顶部”仅用于描述的方便，并且不限于任何一个位置或空间取向。“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可或不可发生，并且描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。除非另有定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
除非在本文中另外指明，否则任何提及标准、规定、试验方法等(诸如RCAR和ECER42)是指在提交本申请时有效的标准、规定、指导或方法。
所有引用的专利、专利申请和其他参考文献通过引用方式整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与所引用的参考文献中的术语相矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自并入的参考文献的冲突术语。
虽然已经描述了具体实施例，但是申请人或本领域其他技术人员可想到目前无法预料的或者目前可无法预料的替代方案、修改、变型、改进和实质等价物。因此，所提交的附加的权利要求以及可对它们做的修改旨在包括所有这些替代方案、修改变型、改进和实质等价物。

Claims (20)

1.一种配置成耦接到车辆的梁件，所述梁件包括：
第一端部区域，包括第一端部中点，当所述梁件定位在所述车辆上时，所述第一端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；
第二端部区域，包括第二端部中点，当所述梁件定位在所述车辆上时，所述第二端部中点在竖直轴线上与所述顶面和所述底面等距；
中央区域，定位在所述第一端部区域和所述第二端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当所述梁件定位在所述车辆38上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与所述顶面和所述底面等距，并且所述中央区域中点沿着纵向轴线定位在所述梁件的中心；
内表面；以及
外表面；
其中，所述梁件的纵向轴线穿过所述第一端部区域和所述第二端部区域；
其中，当所述梁件受到施加的力冲击时，所述中央区域能够围绕所述纵向轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的梁件，其中，所述梁件的沿着从所述内表面到所述外表面的线截取的横截面部分沿着所述梁件的长度而变化。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的梁件，其中，所述中央区域包括这样的横截面几何形状，该横截面几何形状包括箱形横截面、三角形横截面或包括前述中至少一个的组合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述中央区域从端部区域竖直地偏移。
5.根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件具有的宽度沿着所述梁件的长度而变化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，当在沿着所述纵向轴线的一点处从所述内表面到所述外表面测量时，相比于所述中央区域的宽度，至少一个端部区域具有较大的宽度。
7.一种配置成耦接到车辆的梁件，所述梁件包括：
第一端部区域，包括第一端部中点，当所述梁件定位在所述车辆上时，所述第一端部中点在竖直轴线上与顶面和底面等距；
第二端部区域，包括第二端部中点，当所述梁件定位在所述车辆上时，所述第二端部中点在竖直轴线上与所述顶面和所述底面等距；
中央区域，定位在所述第一端部区域和所述第二端部区域之间，所述中央区域具有中央区域中点，当所述梁件定位在所述车辆上时，所述中央区域中点在竖直轴线上与所述顶面和所述底面等距；
其中，所述梁件的纵向轴线穿过所述第一端部区域和所述第二端部区域；以及
可选地，筋膜状件，定位成基本上包封所述梁件；
其中，所述梁件的沿着从内表面到外表面的线截取的横截面沿着所述梁件的长度而变化。
8.根据权利要求7所述的梁件，其中，当所述梁件受到施加的力冲击时，所述中央区域能够围绕所述纵向轴线旋转。
9.根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件包括：热塑性聚合物、玻璃纤维垫热塑性聚合物、热固性树脂、复合材料、金属材料、金属塑料混合物或包含前述中的至少一种的组合。
10.根据权利要求9所述的梁件，其中，所述梁件包括热塑性聚合物。
11.根据权利要求10所述的梁件，其中，所述热塑性聚合物选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚碳酸酯；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈；丙烯腈-(乙烯-聚丙烯二胺改性的)-苯乙烯；亚苯基醚聚合物；聚酰胺；苯硫醚聚合物；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯；聚丙烯；热塑性烯烃或包含前述中至少一种的组合。
12.根据权利要求11所述的梁件，其中，所述热塑性聚合物是聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的共混物。
13.根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件被配置成附接到车辆的后部，以在冲击时吸收能量。
14.根据前述权利要求中任一项所述的梁件，其中，所述梁件被配置成附接到车辆的前部，以在冲击时吸收能量。
15.一种保险杠系统，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的梁件；以及
可选地，筋膜状件。
16.根据权利要求15所述的保险杠系统，其中，所述梁件包括热塑性聚合物、玻璃纤维垫热塑性聚合物、热固性树脂、复合材料、金属材料、金属塑料混合物或包含前述各项中至少一种的组合。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的保险杠系统，其中，所述系统是前保险杠系统。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的保险杠系统，其中，所述系统是后保险杠系统。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的保险杠系统，其中，所述系统是前防钻撞保护系统。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的保险杠系统，其中，所述中央区域包括这样的横截面几何形状，该横截面几何形状包括箱形横截面、三角形横截面或包括前述中至少一个的组合。
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