CN108778845A - 变形结构和具有变形结构的行人保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变形结构(1)，其包括至少一个第一层(3)和第二层(5)，它们在变形方向或负荷方向上彼此间隔开并且可相对移动地设置。第一层(3)和第二层(5)具有互补的凸起(31、51)和凹陷(32、52)，这样构造所述凸起和凹陷，使得第一层(3)的凸起(31)可沉入第二层(5)的凹陷(52)中以及第二层的凸起(51)可沉入第一层(3)的凹陷(32)中。第一层和第二层通过可变形的接片元件(7)这样彼此连接，使得在沿变形方向的高脉冲下第一层(3)的凸起(31)沉入第二层(5)的凹陷(52)中并且第二层(5)的凸起(51)沉入第一层(3)的凹陷(32)中，从而变形结构沿变形方向的变形以较低力水平进行，并且在沿变形方向的低脉冲下第一层(3)的凸起(31)碰撞到第二层(5)的凸起(51)上，从而变形结构(1)沿变形方向的变形以较高力水平进行。

Description

变形结构和具有变形结构的行人保护装置
技术领域
本发明涉及一种变形结构和一种具有变形结构的行人保护装置，该变形结构设置在车身外壳元件和车身支架元件之间。
背景技术
一种已知的机动车前车例如具有固定在纵向支架前端上的保险杠横梁和保险杠面板，在保险杠面板和保险杠横梁之间设有可在较低负荷水平上变形的软泡沫用于保护行人。基于行人保护设置软泡沫，以便在必要时保护行人免于与机动车的坚硬刚性结构、如保险杠横梁直接碰撞。
此外，在例如最高4km/h的极低速度范围内——其基于低速而对于行人保护不重要，要求车辆保持在碰撞中不发生损坏。
此外，在略高的、同样仍对于行人保护不重要的速度下，要求碰撞时的损坏尽可能小并且例如位于前端区域中的冷却器结构不被损坏。对此有利的是，位于保险杠横梁前方的结构已经具有足够的碰撞能量吸收能力。
不同的要求部分地相互对立并且要求在汽车车头上具有相对长的车辆悬伸和因此较高的重量和对行驶动力学的不利影响。
为了解决由此产生的目标冲突，例如在DE 102010054641 A1中提出一种具有横梁的保险杠装置，该横梁通过碰撞盒固定在车辆车身上。沿行驶方向在横梁前方设有行人保护元件用于柔和地碰撞行人。此外，设置可转动的能量吸收元件，其可转动到行人保护元件前方并且由此可在需要机动车碰撞结构具有较高碰撞能量吸收能力的碰撞中增加能量吸收。
在DE 102012112636 A1中也示出一种保险杠装置，其包括保险杠横梁和行人保护元件，该行人保护元件可借助致动器从刚性状态切换到用于行人保护的相对柔和的状态。
在DE 102010054641 A1和DE 102012112636 A1中描述的保险杠装置的共同点在于，为此需要碰撞或预碰撞传感装置，基于传感装置的输出信号可在具有高碰撞能量吸收能力的碰撞结构的坚硬刚性状态和具有有利于行人保护的低碰撞能量吸收能力的碰撞结构的柔和状态之间进行切换。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种变形结构和用于机动车的、具有变形结构的行人保护装置，该变形结构可根据负荷情况以不同的能级变形，在此是结构简单并且可独立于传感装置或致动器工作。
所述任务通过具有权利要求1特征的变形结构来解决。本发明的有利方案在从属权利要求中提到。
根据本发明的变形结构(也可称为能量吸收结构)至少包括一个第一层和一个第二层，它们在变形方向或负荷方向上彼此间隔开并且可相对移动地设置。第一层和第二层具有互补的凸起和凹陷，这样构造所述凸起和凹陷，使得第一层的凸起和第二层的凹陷以及第二层的凸起和第一层的凹陷可沉入彼此之中。第一层和第二层通过可变形的接片元件这样彼此连接，使得在沿变形方向的高脉冲的情况下第一层的凸起沉入第二层的凹陷中并且第二层的凸起沉入第一层的凹陷中，从而变形结构沿变形方向的变形以较低的力水平进行，并且在沿变形方向的低脉冲的情况下第一层的凸起碰撞到第二层的凸起上，从而变形结构沿变形方向的变形以较高的力水平进行。
由此提供一种变形结构，其可根据负荷情况、即碰撞脉冲以不同能级变形并且因此具有不同刚性。两种刚性之间的“切换”在此独立于传感装置或致动器自动进行。刚性的调整在此通过第一层和第二层的特定互补几何形状来实现并且所述层的连接通过连接元件来实现。
根据一种扩展方案，通过接片元件的变形，第一层和第二层还可在彼此平行的方向上移动。
尤其是可在变形结构中这样构造接片元件，使得它们在高碰撞脉冲的情况下脆性和/或塑性失效并且在低碰撞脉冲的情况下相应于薄膜铰链起作用。
构造为薄膜铰链的接片元件在此可引起第一层和第二层相对于彼此的转动运动，在此，第一层和第二层彼此平行并且沿变形方向、即朝向彼此移动。
由此能实现第一层和第二层朝向彼此的定义的转动运动并且第一层和第二层可相对于彼此可靠地占据刚性提高的位置。
在高碰撞脉冲的情况下接片元件的失效防止第一层和第二层相对于彼此的转动运动。第一层和第二层基于接片元件的失效基本上无侧向偏移地仅在变形方向上朝向彼此移动。
根据一种优选扩展方案，接片元件构造为壁元件或表面元件，其在第一层和第二层的宽度方向上延伸。接片元件在此尤其是可在变形结构的整个宽度上延伸。
在根据本发明的变形结构中优选第一层和第二层构造或成形成大致相同的。
这简化了变形结构的制造。另外，由此能以简单的方式实现互补的凸起和凹陷。
根据变形结构的一种优选扩展方案，第一层的凸起和第二层的凹陷以及第一层的凹陷和第二层的凸起在变形结构的初始位置中彼此相对置地设置。
由此，变形结构可在低碰撞脉冲的情况下以较低的力水平沿变形方向变形。
变形结构优选可由塑料材料制成。
由此，变形结构可设计得轻的且耐腐蚀。
变形结构在此优选可一体式构造。
由此简化了制造并且因而构件数量特别少。
塑料变形结构、特别是一体式变形结构的制造例如可通过挤出或通过增材制造方法实现。
由此，可特别有效率地以低成本制造变形结构。
根据一种特别优选的扩展方案，第一层和第二层分别构造成波纹板的形式。波峰和波谷在此构成凸起和凹陷。
所述凸起和凹陷(波峰和波谷)优选可具有梯形形状。
通过这种几何设计，相对置的层的凸起和凹陷可简单地移动到彼此之中。
根据本发明的变形结构可包括多个层，两个相邻的层分别构成第一层和第二层。例如变形结构可具有三个、四个、五个、六个或更多个层。
根据变形结构的一种优选扩展方案，连接片设置在两个相邻层的层间隙中并且两个相邻的层间隙的接片元件在其移动效果方面朝向相反方向定向。移动效果例如指沿相反方向的转动运动。
由此应在低碰撞脉冲的情况下实现具有多个层的变形结构的均匀变形。
本发明也涉及一种用于机动车的行人保护装置，其包括根据本发明的变形结构。在此该变形结构优选设置在车辆外壳元件和车身支架元件之间。
变形结构在此在碰撞脉冲的情况下支撑在车身支架元件上。
车辆外壳元件可以是保险杠面板。车身支架元件可以是保险杠横梁。
基于根据本发明的、具有变形结构的行人保护装置无需碰撞传感装置和致动器以在必要时主动锁止或解锁机械机构并因此根据需要在具有“柔和(weich)”变形特性和“刚性(steif)”变形特性的结构之间进行切换。根据本发明的、具有变形结构的行人保护装置根据碰撞脉冲自动起作用，该碰撞脉冲又取决于机动车的碰撞速度。变形方向尤其是碰撞方向并且在用于机动车车头中以行人保护时主要是车辆纵向方向。
但原则上根据本发明的变形结构的保护范围也可延伸到机动车领域中的所有其它应用领域或延伸到其它技术领域，在这些技术领域中要求变形结构可根据负荷情况以不同负荷水平变形。
因此，在低碰撞脉冲和因此机动车的低碰撞速度的情况下，相对置的层这样转动，使得相对置的层的凸起相对置并且彼此支撑。因而变形结构刚性地作用。在高碰撞脉冲和因此高碰撞速度的情况下，相对置的层不转动，从而相对置层的相对置的凸起和凹陷可移动到彼此之中。由此变形结构在较长的变形距离上较柔和地响应。
例如可这样构造行人保护装置，使得在直至机动车阈值速度下产生的碰撞脉冲中变形结构较刚性地响应并且在较高的力下变形。因此，在低碰撞速度下、如在极低速度下碰撞负荷可传递到位于其后方的车身元件上，或者如在稍高的、但低于阈值速度的速度中为了保护位于其后方的构件通过变形结构吸收足够的能量。由此，在任何情况下维修成本都会降低，尤其是在极低速度下、如在所谓的驻车碰撞事故中，修理费用可能被限制于例如油漆刮痕的修复。
阈值速度例如可以是20km/h或类似速度。
此外，可这样构造行人保护装置，使得在从包括机动车阈值速度起产生的碰撞脉冲中变形结构更柔和地响应并且以较低的力变形。这在行人与机动车从该阈值速度起的正面碰撞中特别有利，因为较低的碰撞力作用在行人身上。
本发明的上述扩展方案可尽可能且有意义地任意彼此组合。
附图说明
对附图进行简要说明：
图1以透视图示意性示出根据本发明的一种实施例的变形结构；
图2以侧视图示意性示出根据本发明的该实施例的变形结构；
图3a至3c以侧视图示意性示出在具有低碰撞脉冲的碰撞负荷情况下根据本发明的该实施例的变形结构的最小单元；
图4a至4c以侧视图示意性示出在具有高碰撞脉冲的碰撞负荷情况下根据本发明的该实施例的变形结构的最小单元；
图5和6以侧视图示意性示出在具有高碰撞脉冲的碰撞负荷情况下根据图2的实施例的变形结构；
图7至9以侧视图示意性示出在具有低碰撞脉冲的碰撞负荷情况下根据图2的实施例的变形结构；
图10至12示出根据本发明的具有其它连接片的变形结构的其它实施例。
具体实施方式
下面参照图1至12说明本发明的实施例。
图1示出根据本发明的一种实施例的变形结构1的透视图。该变形结构1在未示出的保险杠横梁前方代替已知的行人保护泡沫安装在机动车前车的前端、尤其是机动车车头上。变形结构1尤其是设置在车辆外壳、即保险杠面板和保险杠横梁之间的空间中。
如图1所示，变形结构1具有一系列依次设置的层3、5、3、5。这些层3、5、3、5彼此间隔开并通过连接片7、7'彼此连接，所述连接片构成根据本发明的接片元件。层3、5、3、5构造成梯形波纹板的形式。层3、5、3、5在此以较小的深度示出，必要时也可在整个车辆宽度上延伸。
图2示出变形结构1的侧视图，其中，变形结构1的变形方向在图2中从左向右延伸并由箭头示出。在此情况下变形方向是车辆纵向方向。在图平面中的竖直方向优选可相应于车辆竖直方向或车辆横向方向。在该变形方向上变形结构1具有其变形功能。在此尤其是在左侧设置保险杠面板并且在右侧设置保险杠横梁。层3、5、3、5具有大致相同的结构。右侧的第一层3由彼此交替的凸起31和凹陷32组成，所述凸起和凹陷分别构造成梯形。右侧的第二层5也由彼此交替的凸起(波峰)51和凹陷(波谷)52组成，接着是另外两个层3和5。两个相邻的层3和5彼此间隔开设置并且借助连接片7、7'彼此连接。连接片7、7'构造成当负荷沿变形方向作用时可变形的。
变形结构1优选由塑料材料制成，由此变形结构1可低成本地制造并且可构造得足够轻。变形结构1尤其是可借助增材制造方法或挤出方法一体式制成。作为替代方案，层3、5也可分别制造并且随后借助适合的方法通过接片彼此连接。接片例如可事后挤出。
作为替代方案，这些层也可由金属材料、如铝或铝合金制成并且随后在另一方法步骤中通过挤出方法与接片连接。
在图3a和4a中示出变形结构1就层数而言的最小单元。该最小单元包括第一层3和第二层5，它们通过可变形的接片7彼此连接。在下文中借助最小单元参考图3a至3c和图4a至4c针对不同的碰撞负荷情况说明变形结构1的功能。
在机动车与物体或人正面碰撞时，负荷或至少是碰撞负荷的合力沿车辆纵向方向作用于变形结构1，在此，第一层3通过连接片7的变形朝向第二层5方向移动。如图3a和4a所示，在变形结构1的初始位置中第一层3的凸起31和第二层5的凹陷52以及第一层3的凹陷32和第二层5的凸起51相对置。如果第一层3和第二层5未通过连接片7彼此连接，则第一层3和第二层5可不受阻碍地从该初始位置朝向彼此移动并且移动到彼此之中。
图3b和3c示出在低碰撞脉冲的情况下的碰撞负荷情况，低碰撞脉冲例如出现在机动车的碰撞速度低于20km/h的预定碰撞速度时并且与行人保护不太重要。图4b和4c示出在高碰撞脉冲的情况下的碰撞负荷情况，高碰撞脉冲例如出现在机动车的碰撞速度等于或高于20km/h的预定碰撞速度时。预定碰撞速度在此仅示例性被提及并且也可具有不同的值。
首先，参考图3b至3c说明在机动车以低于20km/h的碰撞速度碰撞时变形结构1的功能。
图3a示出变形结构1变形开始之前的状态，而图3b最终示出在具有低碰撞脉冲的碰撞负荷下连接片7的初始变形。这样设置和设计连接片7，使得在低碰撞脉冲的情况下第一层3和第二层5在它们被压向彼此时经历转动运动。连接片7在此可能形成所谓的薄膜铰链，其辅助转动运动或定义转动轨迹。通过该转动运动，第一层3和第二层5除了朝向彼此移动之外也进行相互平行的移动。在此，第一层3的凸起31到达与第二层5的凸起52相对置的位置中，如图3b所示。图3c示出第一层3的凸起31的上侧或者说前侧如何与第二层5的凸起51的上侧或者说前侧接触。之后变形结构1在碰撞方向或变形方向上的进一步变形仅通过凸起31和51的变形实现，该变形在较高的力水平的情况下进行。由此，变形结构1在低于约20km/h的碰撞速度范围内具有相对高的刚性。
因此，在低碰撞速度的情况下，变形结构1根据碰撞负荷水平将碰撞负荷直接传递到位于其后方的机动车结构、即保险杠横梁上，或者在更高的负荷水平下、即在更快的碰撞速度下变形结构1的各个层3、5在凸起31、51相互接触之后通过断裂脆性失效或/和通过塑性变形失效。
尤其是可这样设计变形结构1，使得其可在例如低于4km/h的碰撞速度下将碰撞负荷传递到碰撞结构上而不会使变形元件3失效。也就是说，连接片7仅弹性变形并且层3和5结构本身不失效。这在所谓的驻车碰撞事故或类似情况下不应产生需要修理的机动车损坏并且例如影响机动车的保险分级时是有利的。
接下来参考图4b和4c说明在机动车以等于或大于20km/h的碰撞速度发生碰撞时变形结构1的功能。
图4a示出在变形结构1变形开始之前的状态，而图4b最终示出在具有高碰撞脉冲的碰撞负荷下连接片7的初始变形。这样设置和设计连接片7，使得它们在高碰撞脉冲的情况下失效或者或多或少地折叠，使得它们不能发挥薄膜铰链的作用。在高碰撞脉冲的情况下第一层3的惯性尤其是如此之大，使得连接片7不能引起或辅助第一层3和第二层5的侧向偏移运动。由此，第一层3的凸起31和第二层5的凹陷52直接朝向彼此移动。在图4c中所示的碰撞和变形结构1的变形的进一步历程中，第一层3的凸起31完全移入第二层5的凹陷52中。第二层5的凸起51也完全移入第一层3的凹陷32中。由于第一层3或第二层5的结构为此基本上不需要变形，因而变形结构1以较低的水平进行变形(至少直至图4c中所示的状态)。
这是有利的，因为从大约20km/h的碰撞速度起重要的是机动车前车的前端并且尤其是与变形结构连接的保险杠面板以低的变形力水平足够柔和地响应从而保护行人。因而，当碰撞对象是行人时，在约20km/h及以上的速度时相对小的力作用于行人是有利的。
总之，可通过根据本发明的变形结构1解决目标冲突，其一方面在对于行人保护不重要的极低碰撞速度下实现变形结构1足够高的刚性或变形结构1足够大的变形力水平并且在对于行人保护重要的略高的碰撞速度下通过较低的变形力水平确保充分的行人保护。
图5和图6示出在类似于图3b和3c的、具有高碰撞脉冲的碰撞中相应于图2的变形结构1，该变形结构具有四个通过连接片7、7'连接的层3、5、3、5。
图7和图8示出在类似于图4b和4c的、具有低碰撞脉冲的碰撞中相应于图2的变形结构1。此外，图9示出从图8中的状态开始各个层3、5、3、5的结构的塑性和/或脆性失效状态。
根据图5、6、7、8和9可以看出，变形结构1的功能原理——这已就最小单位参照图3a、3b、3c、4a、4b和4c被详细描述——也以多于两层的数量作用并且根据应用情况变形结构1可具有任意数量的层。同样，变形结构1的层可具有任意数量的凸起和凹陷。
在图10、11和12中示出变形结构1的其它实施例，它们与前述实施例的区别在于连接片7、7'的几何设计。此外，还可想到连接片的许多其它几何设计。这样设计连接片7、7'，使得它们允许相邻层3、5相对于彼此转动。此外有利的是，在第一层3和第二层5之间、即在第一层间隙4中的连接片7、7'以及在第二层5和第三层3之间、即在第二层间隙6中的连接片7、7'设计得如此不同，使得相邻层3、5的转动在彼此相反的方向上进行。换言之，在相邻的层间隙4、6中的连接片7、7'反向定向，从而它们有利于相邻层对3、5和5、3在相反的方向上转动。

Claims (11)

1.变形结构(1)，至少包括一个第一层(3)和一个第二层(5)，所述第一层和第二层沿着变形方向彼此间隔开并且可相对移动地设置，第一层(3)和第二层(5)具有互补的凸起(31、51)和凹陷(32、52)，所述凸起和凹陷构造成，使得第一层(3)的凸起(31)能沉入第二层(5)的凹陷(52)中以及第二层的凸起(51)能沉入第一层(3)的凹陷(32)中，其中，第一层(3)和第二层(5)通过可变形的接片元件(7、7')彼此连接，使得在沿着变形方向的高脉冲的情况下第一层(3)的凸起(31)沉入第二层(5)的凹陷(52)中并且第二层(5)的凸起(51)沉入第一层(3)的凹陷(32)中，从而变形结构(1)沿着变形方向的变形以低的力水平进行，并且在沿着变形方向的低脉冲的情况下第一层(3)的凸起(31)碰撞到第二层(5)的凸起(51)，从而变形结构(1)沿着变形方向的变形以高的力水平进行。
2.根据权利要求1所述的变形结构，其中，通过接片元件(7、7')的变形，所述第一层(3)和第二层(5)还能沿着彼此平行的方向移动。
3.根据权利要求1或2所述的变形结构，其中，所述接片元件(7、7')在高碰撞脉冲的情况下脆性和/或塑性失效并且接片元件(7、7')在低碰撞脉冲的情况下相应于薄膜铰链起作用。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变形结构，其中，所述接片元件(7、7')构造为壁元件/表面元件，它们在第一层(3)和第二层(5)的整个宽度上延伸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的变形结构，其中，所述第一层(3)和第二层(5)构造成大致相同的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变形结构，其中，所述第一层(3)的凸起(31)和第二层(5)的凹陷(52)以及第一层(3)的凹陷(32)和第二层(5)的凸起(51)在变形结构(1)的初始位置中彼此相对置地设置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的变形结构，其中，所述变形结构(1)由塑料材料、尤其是一体式地制成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变形结构，其中，所述第一层(3)和第二层(5)分别构造成波纹板的形式，并且所述凸起(31、51)和凹陷(32、52)尤其是具有梯形形状。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的变形结构，包括多个层(3、5)，其中，两个相邻的层分别构成第一层(3)和第二层(5)。
10.根据权利要求9所述的变形结构，其中，所述连接片(7、7')设置在两个相邻层(3、5)的层间隙(4、6)中，并且两个相邻的层间隙(4、6)的接片元件(7、7')在其移动效果方面朝向相反方向定向。
11.用于机动车的行人保护装置，包括根据权利要求1至10中任一项所述的变形结构(1)，所述变形结构(1)设置在车辆外壳元件、尤其是保险杠面板和车身支架元件、尤其是保险杠横梁之间。
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