CN108382337B - 一种具有两级结构的汽车吸能盒及其吸能调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有具有两级结构的汽车吸能盒，包括：前安装板；一级结构，其一端连接所述前安装板，二级结构，其一端固定安装在所述中间稳定板上，包括：二级外筒；二级内筒，其套设在所述一级外筒内部；二级弹簧，其设置在所述一级外筒内，并套射在所述一级内筒外侧；后安装板，其连接所述二级结构的另一端，还提供了一种两级结构汽车吸能盒的吸能分配方法，通过调节刚度比例，实现两级结构的吸能分配。

Description

一种具有两级结构的汽车吸能盒及其吸能调节方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞安全技术领域的一种装置，更确切地说，本发明涉及一种具有两级结构的汽车吸能盒和一种具有两级结构的汽车吸能盒吸能调节方法。

背景技术

随着各国汽车技术的发展和道路条件的改善，汽车的速度逐步提升。同时，由于汽车碰撞造成的危害程度也越来越大。汽车吸能盒对汽车碰撞安全性有极大影响，改善汽车吸能盒，可以提升汽车的整车被动安全性。

现有技术中，中国专利授权公告号为CN204527085U，公告日为2015年8月5日，发明名称为“一种新的汽车防撞吸能装置”的专利公开了一种汽车防撞吸能装置，采用弹簧代替吸能盒。其不足之处是没有将弹簧吸收的能量进行控制，存在潜在危险。

目前，常用的汽车吸能盒主要是单级结构，且主要依靠吸能盒壳体的溃缩变形进行吸能，吸能原件单一，且不易调节，不方便与成员约束系统进行匹配。

发明内容

本发明设计开发了一种两级结构汽车吸能盒，依靠吸能盒内筒、外筒和弹簧的变形共同吸收能量，吸能效率高。

本发明还有一个目的是提供一种两级结构汽车吸能调节方法，通过调节刚度比例，实现两级结构的吸能分配。

本发明提供的技术方案为：

一种具有两级结构的汽车吸能盒，包括：

前安装板；

一级结构，其一端连接所述前安装板，包括：

一级外筒；

一级内筒，其套设在所述一级外筒内部；

一级弹簧，其设置在所述一级外筒内，并套射在所述一级内筒外侧；

中间稳定板，其一端连接所述一级结构另一端；

二级结构，其一端固定安装在所述中间稳定板上，包括：

二级外筒；

二级内筒，其套设在所述一级外筒内部；

二级弹簧，其设置在所述一级外筒内，并套射在所述一级内筒外侧；

后安装板，其连接所述二级结构的另一端。

优选的是，所述一级外筒和所述二级外筒的筒壁为波浪形。

优选的是，所述一级内筒和所述二级内筒为柱状空心圆筒。

优选的是，所述前安装板具有一级外筒前安装槽，所述一级外筒前安装槽为圆形，所述一级外筒通过所述一级外筒前安装槽与所述前安装板连接。

优选的是，所述一级外筒前安装槽深度为1mm-1.2mm。

优选的是，所述中间稳定板为圆形，所述中间稳定板一侧均具有一级外筒后安装槽，另一侧具有二级外筒前安装槽。

优选的是，所述前安装板和所述后安装板的截面为正方形。

优选的是，所述前安装板和所述后安装板的厚度为3mm-6mm。

一种具有两级结构的汽车吸能盒的吸能调节方法，包括：

估算一级结构的刚度：

其中，

为一级结构的刚度，

L₁为一级结构长度，C₄为一级外筒的阻尼系数，S₁为一级外筒的截面周长，ω为震动圆频率；C₂为一级内筒的阻尼系数，E₁为一级外筒的弹性模量；E₂为一级内筒的弹性模量；μ₁为一级外筒单位长度的质量；μ₂为一级内筒单位长度的质量；μ₃为第一弹簧单位长度的质量，A₁为一级外筒的截面积；

为一级外筒本身的抗压强度，

为一级内筒本身的抗压强度，

为一级弹簧的刚度；

估算二级结构的刚度：

其中，

为二级结构的刚度，

L₂为二级结构长度，C₃为二级外筒的阻尼系数，S₂为二级外筒的截面周长，ω为震动圆频率；C₄为二级内筒的阻尼系数，E₄为二级外筒的弹性模量；E₅为二级内筒的弹性模量；μ₄为二级外筒单位长度的质量；μ₅为二级内筒单位长度的质量；μ₆为第二弹簧单位长度的质量，A₂为二级外筒的截面积；

为二级外筒本身的抗压强度，

为二级内筒本身的抗压强度，

为二级弹簧的刚度；

通过改变一级弹簧和二级弹簧的刚度，筒的截面积，即筒壁厚度和筒的周长，即筒直径大小，使所述一级结构的刚度始终小于二级结构的刚度；

通过调节所述一级结构的刚度和所述二级结构的刚度比来实现两级结构的吸能分配调节。

优选的是，吸能分配调节计算公式为：

其中，

为一级结构的刚度，

为二级结构的刚度，

为影响系数。

本发明的有益效果

1、所述的一种具有两级结构的汽车吸能盒在汽车碰撞时，依靠吸能盒内筒、外筒和弹簧的变形共同吸收能量，吸能效率高；

2、所述的一种具有两级结构的汽车吸能盒，一级结构的刚度小于二级结构的刚度，通过调节刚度比例，实现两级结构的吸能分配。

3、所述的一种具有两级结构的汽车吸能盒，内筒壁厚、外筒形状和壁厚、弹簧刚度均可调，通过调节这些参数，方便与成员约束系统匹配，从而提高整车的被动安全性。

4、所述的一种具有两级结构的汽车吸能盒在汽车发生碰撞时，一级结构先变形，二级结构后变形，可实现逐级吸能的效果。

5、所述的一种具有两级结构的汽车吸能盒在汽车发生碰撞时，波浪状的外筒能够实现预期变形，保证吸能盒从先往后稳定变形。

6、所述的一种具有两级结构的汽车吸能盒在汽车发生碰撞后，由于内筒和外筒的变形，限制了弹簧的回弹，保证了弹簧吸收的能力不释放，提高了安全性。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供的具有两级结构的汽车吸能盒包括前安装板、一级结构、中间稳定板、二级结构和后安装板。

前安装板的形状为四边形，厚度为3mm，前安装板的一个端面上设有4个前安装板螺栓，4个前安装板螺栓焊接在前安装板的端面上，4个前安装板螺栓的位置根据保险杠的结构确定；另一个端面上设有形状均为圆形，深度均为1mm的一级外筒前安装槽、一级弹簧前卡槽、一级内筒前安装槽。

中间稳定板的形状为圆形，厚度为3mm,中间稳定板的一个端面上设有形状均为圆形，深度均为1mm的一级外筒后安装槽、一级弹簧后卡槽和一级内筒后安装槽；另一个端面上设有形状均为圆形，深度均为1mm的二级外筒前安装槽、二级弹簧前卡槽和二级内筒前安装槽。

一级结构由一级外筒、一级弹簧和一级内筒组成。一级外筒的前端通过一级外筒前安装槽与前安装板焊接连接，一级外筒的后端通过一级外筒后安装槽与中间稳定板焊接连接，一级弹簧的前端安装在前安装板上设有的一级弹簧前卡槽上，一级弹簧的后端安装在中间稳定板上设有的一级弹簧后卡槽上，一级内筒的前端通过一级内筒前安装槽与前安装板焊接连接，一级内筒的后端通过一级内筒后安装槽与中间稳定板焊接连接。

后安装板的形状为四边形，厚度为3mm。后安装板的一个端面上设有4个后安装板螺栓，另一个端面上设有形状均为圆形，深度均为1mm的一级外筒前安装槽、一级弹簧前卡槽、一级内筒前安装槽。4个后安装板螺栓焊接在后安装板的端面上，4个后安装板螺栓的位置根据汽车纵梁的结构确定。

二级结构由二级外筒、二级弹簧和二级内筒组成。二级外筒的前端通过二级外筒前安装槽与中间稳定板焊接连接，二级外筒的后端通过二级外筒后安装槽与后安装板焊接连接，二级弹簧的前端安装在中间稳定板上设有的二级弹簧前卡槽上，二级弹簧的后端安装在后安装板上设有的二级弹簧后卡槽上，二级内筒的前端通过二级内筒前安装槽与中间稳定板焊接连接，二级内筒的后端通过二级内筒后安装槽与后安装板焊接连接。

一级外筒和二级外筒的形状波形为正弦波。

一种具有两级结构的汽车吸能盒通过前安装板螺栓和后安装板螺栓固结在汽车上。

实施以具有两级结构的汽车吸能盒的工作过程为例，作进一步说明

具有两级结构的汽车吸能盒在汽车发生碰撞时依靠一级结构和二级结构的变形吸收汽车的碰撞能量，吸能稳定，并且效率高。

具有两级结构的汽车吸能盒，一级外筒和二级外筒由于是波浪状，降低了刚度，在汽车发生碰撞时，确保吸能盒能够实现从前往后的稳定变形，具有两级结构的汽车吸能盒，可以调节一级内筒和一级外筒的厚度，一级弹簧的刚度来改变吸能盒的性能，同时，一级外筒的形状波形也可进行调节，一种具有两级结构的汽车吸能盒的二级结构同样具有一级结构的调节参数。

一种具有两级结构的汽车吸能盒，通过调节一级结构和二级结构的参数，使得一级结构的刚度小于二级结构的刚度，在汽车发生碰撞时，一级结构先发生变形，当碰撞力增大到一定程度，二级结构参与变形，达到逐级吸能的目的。

一种具有两级结构的汽车吸能盒在汽车发生碰撞时，一级弹簧和二级弹簧的变形能够提高吸能盒的吸能量。

一种具有两级结构的汽车吸能盒在汽车发生碰撞后，一级外筒的变形限制了一级弹簧的回弹，使得一级弹簧吸收的能量不能释放。二级结构同样如此。

一种具有两级结构的汽车吸能盒的吸能调节方法，包括：

估算一级结构的刚度：

其中，

为一级结构的刚度，

L₁为一级结构长度，C₄为一级外筒的阻尼系数，S₁为一级外筒的截面周长，ω为震动圆频率；C₂为一级内筒的阻尼系数，E₁为一级外筒的弹性模量；E₂为一级内筒的弹性模量；μ₁为一级外筒单位长度的质量；μ₂为一级内筒单位长度的质量；μ₃为第一弹簧单位长度的质量，A₁为一级外筒的截面积；

为一级外筒本身的抗压强度，

为一级内筒本身的抗压强度，

为一级弹簧的刚度；

估算二级结构的刚度：

其中，

为二级结构的刚度，

L₂为二级结构长度，C₃为二级外筒的阻尼系数，S₂为二级外筒的截面周长，ω为震动圆频率；C₄为二级内筒的阻尼系数，E₄为二级外筒的弹性模量；E₅为二级内筒的弹性模量；μ₄为二级外筒单位长度的质量；μ₅为二级内筒单位长度的质量；μ₆为第二弹簧单位长度的质量，A₂为二级外筒的截面积；

为二级外筒本身的抗压强度，

为二级内筒本身的抗压强度，

为二级弹簧的刚度；

通过改变一级弹簧和二级弹簧的刚度，筒的截面积，即筒壁厚度和筒的周长，即筒直径大小，使所述一级结构的刚度始终小于二级结构的刚度；

通过调节所述一级结构的刚度和所述二级结构的刚度比来实现两级结构的吸能分配调节，吸能分配调节计算公式为：

其中，，

为一级结构的刚度，

为二级结构的刚度，

为影响系数

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (2)

1.一种具有两级结构的汽车吸能盒的吸能调节方法，使用一种具有两级结构的汽车吸能盒，包括：

前安装板；

一级结构，其一端连接所述前安装板，包括：

一级外筒；

一级内筒，其套设在所述一级外筒内部；

一级弹簧，其设置在所述一级外筒内，并套射在所述一级内筒外侧；

中间稳定板，其一端连接所述一级结构另一端；

二级结构，其一端固定安装在所述中间稳定板上，包括：

二级外筒；

二级内筒，其套设在所述一级外筒内部；

二级弹簧，其设置在所述一级外筒内，并套射在所述一级内筒外侧；

后安装板，其连接所述二级结构的另一端；

其特征在于，包括：

估算一级结构的刚度：

其中，

为一级结构的刚度，

L₁为一级结构长度，C₁为一级外筒的阻尼系数，S₁为一级外筒的截面周长，ω为震动圆频率；C₂为一级内筒的阻尼系数，E₁为一级外筒的弹性模量；

E₂为一级内筒的弹性模量；μ₁为一级外筒单位长度的质量；μ₂为一级内筒单位长度的质量；μ₃为第一弹簧单位长度的质量，A₁为一级外筒的截面积；

为一级外筒本身的抗压强度，

为一级内筒本身的抗压强度，

为一级弹簧的刚度；

估算二级结构的刚度：

其中，

为二级结构的刚度，

L₂为二级结构长度，C₃为二级外筒的阻尼系数，S₂为二级外筒的截面周长，ω为震动圆频率；C₄为二级内筒的阻尼系数，E₄为二级外筒的弹性模量；

E₅为二级内筒的弹性模量；μ₄为二级外筒单位长度的质量；μ₅为二级内筒单位长度的质量；μ₆为第二弹簧单位长度的质量，A₂为二级外筒的截面积；

为二级外筒本身的抗压强度，

为二级内筒本身的抗压强度，

为二级弹簧的刚度；

通过改变一级弹簧和二级弹簧的刚度，筒的截面积，即筒壁厚度和筒的周长，即筒直径大小，使所述一级结构的刚度始终小于二级结构的刚度；

通过调节所述一级结构的刚度和所述二级结构的刚度比来实现两级结构的吸能分配调节。

2.根据权利要求1所述的具有两级结构的汽车吸能盒的吸能调节方法，其特征在于，吸能分配调节计算公式为：

其中，

为一级结构的刚度，

为二级结构的刚度，

为影响系数。