CN108778846A - 冲击能量吸收结构 - Google Patents

Abstract

用于车辆的沿轴向可压缩的能量吸收部件包括薄壁管，薄壁管具有至少两个相邻的基本平行的沿轴向延伸通路，通路由管壁限定且在它们相邻的地方被壁区段分开，其中，壁区段包括预定形状(一个或多个)和/或大小(一个或多个)的一个或多个孔口，以及其中，管壁和壁区段的厚度是基本恒定和相同的。

Description

冲击能量吸收结构

技术领域

本发明涉及用于车辆的冲击能量吸收或撞击结构，特别是但不排它地是机动车辆，诸如汽车。

背景技术

已知为汽车提供吸收由冲击或撞击引起的能量的结构，以便保护车辆的乘员；许多这样的结构通过在冲击力下变形来吸收能量。一个这种结构是车辆保险杠或挡泥板。这些安装在车辆的前部和后部，并且附连到车辆底盘上；它们吸收前部(或后部)冲击的能量，并且通过变形来吸收一些能量，以及将能量的其余部分传递到车辆底盘。在严重冲击的情况下，传递到底盘的能量可足以使底盘变形；可是这有助于保护车辆乘员，具有变形底盘的车辆驾驶起来不安全且修理起来费钱。因此，已经变得普遍的是为车辆提供纵向或轴向对齐(即，沿着车辆的一般运动方向对齐)的元件，称为“防撞箱”、“防撞包壳”或“防撞轨”，它们在车辆底盘和保险杠之间延伸；这些元件是车辆结构的组成部分，并且适于在撞击的情况下沿轴向压缩，使得它们的压缩(它们的变形致使该压缩)吸收能量，否则如果该能量传递到底盘，则足以使底盘变形，并且/或者可使车辆乘员受伤。这些防撞箱是可“牺牲的”，即，它们设计成优先于底盘变形，使得在撞击情况下，仅仅需要更换防撞箱(一个或多个)，底盘的其余部分不受损。例如在GB2299551、GB2503095、JP2002249078、JP2005162049和US6003930中显示了传统防撞箱。这样的沿轴向可压缩的能量吸收部件或防撞轨必须足够结实，以便在车辆在正常使用中能够支承由保险杠和任何其它附连件施加的重量和动态载荷，而且它们通常设计成以便按预定且受控制的方式变形。它们通常呈薄壁管的形式，薄壁管设计成以便优先于车辆结构的其它部件变形–例如，从而吸收大部分(如果不是低等-中等能量冲击的所有能量)；在这种冲击之后，更换压缩/变形的防撞轨将是必要的。可这是相当冗长的任务，优选的是必须修理或更换底盘。在更高能量冲击的情况下，设计可依赖于保险杠的变形来吸收一些冲击能量，而且在大多数严重情形中，底盘也会变形，以便吸收能量和保持乘客。需要这样的防撞轨：它能够可靠地吸收冲击能量，并且在其将变形时以精确控制的方式变形，同时使得能够容易更换。

发明内容

因此本发明在第一方面提供一种用于车辆的纵向可压缩的能量吸收部件，它包括伸长薄壁管，伸长薄壁管具有至少两个相邻的基本平行的纵向延伸通路，通路由管壁限定且在它们相邻的地方被网状物或壁区段分开，其中，壁区段包括预定形状(一个或多个)和/或大小(一个或多个)的一个或多个孔口，以及其中，管壁和壁区段的厚度始终是基本相同和基本恒定的。

可相对容易地制造(如将在下面描述的那样)这种布置，这种布置提供防撞箱，防撞箱将在冲击下以精确地预定和受控制的方式变形，防撞箱可容易地连结或安装到车辆结构或底盘上，例如通过焊接不动地连结或安装，或者通过螺栓或其它可松脱固定件可松脱地连结或安装。当部件在冲击之后已经变形时，可轻易地更换部件，尤其是在可松脱地安装的情况下。此外，为了适应不同的应用，通过改变通路或孔口的数量、大小、形状和/或构造，以及/或者通过改变壁和壁区段厚度和/或通路的长度，相对容易地“调节”部件的变形/能量吸收特性。限定通路的结构的厚度优选是基本恒定的，围绕部件的整个周边的厚度与分开通路的公共壁区段的厚度相同。这是重要的，因为它使得能够最小化制造部件时使用的材料量，所以部件可尽可能轻，同时仍然具有必要的强度和变形特性。优选地，通过制造纵向箱形区段和纵向的大体C形区段，以及将C形区段的边缘连结到箱形区段上来形成部件，使得部件始终具有恒定壁厚度，其中两个通路被壁区段分开，壁区段是箱形区段的壁的一部分。这种布置提供没有交迭边缘的结构，这是有利的，因为它避免了结构的部件交迭，使得表面无法接收保护涂层的情形(参见例如EP1829753，图3和6)。

通路可具有相同横截面长度、面积和/或形状，或者它们可不同。例如，它们可为长方形。这些特征的相似性有利于计算它们的变形/能量吸收特性。孔口可为相同形状，这再次有利于变形/能量吸收计算；由于相同的原因，孔口可具有相同大小，或者它们的大小可改变，以便允许部件以预定方式变形，使得部件的一个部分在另一个部分之前变形。

部件可包括两个或更多个纵向部分，它们在使用中可松脱地彼此端对端连接，其中，两个部分至少在它们的长度方面是不同的。这种布置可用来仅仅提供给一个部分，以在某个强度的冲击下变形，以及提供给那个部分和其它部分或多个部分，以在更高强度的冲击下变形。在存在不止两个部分的情况下，将部件的部分设计成使得它们在冲击强度提高时相继变形是较容易的。

两个区段在壁区段的厚度方面可为不同的，并且各个部分中的薄壁管的其余部分是基本相同的，但两个部分的厚度是不同的。这进一步允许针对特定应用“调节”部件的变形特性。

两个区段在壁区段的厚度方面可为不同的，并且任何一个部分中的薄壁管的其余部分是基本相同的，但不同部分中的所述厚度是基本不同的。壁区段在各方面都优选为平的，因为这使得较容易在其中制造孔口，但是在一些情形下，可能有利的是壁区段是不平的(例如在通路是圆形或具有另一个弯曲轮廓的情况下)。

将理解的是，本发明的两个不同方面所特有的特征可轻易地组合起来，从而允许准确且可靠地预先确定部件在各种能量的冲击下的变形行为，以及它将吸收冲击能量的方式，这是为了消除对于修理或更换整个车辆底盘(除了在最严重的冲击下)的需要，以及在发生冲击或撞击时最大化车辆乘员的安全。

可存在多个凹口，各个凹口围绕管的小比例的外周边横向延伸。这些充当“启动器”，因为它们使部件在沿着部件的长度的指定点处开始变形或塌陷；因此凹口优选地设置成周向组，其位于部件上的相同纵向位置处，使得在那个轴向位置处部件的变形沿轴向(沿着部件的经度)。可存在多个沿纵向间隔开的成组凹口，并且各组中的凹口可沿纵向对齐，即，在横向于部件的轴线的相同平面上。这允许部件在冲击下按仔细预定的方式沿轴向压缩。

本发明还提供车辆，诸如汽车或其它机动车辆(货车、卡车、公交车、长途汽车等)包括所描述的沿纵向可压缩的能量吸收部件或防撞箱。当然，当对重量、大小和/或速度有很大不同的车辆应用本发明时，部件的详细设计很可能与图中显示的有相当大的变化，因此应当比图中详细示出的更宽泛地解释本发明。

附图说明

现在将以示例的方式和参照附图来描述本发明，其中；

图1是根据本发明，用于车辆的沿轴向可压缩的能量吸收部件的分解透视图，

图2是准备好使用的图1的部件的透视图，以及

图3a至c显示图1和2的一般布置的三个变型。

具体实施方式

参照图1和2，这些图显示了用于车辆的防撞轨，或者沿纵向可压缩的能量吸收部件，2意于安装到车辆结构或底盘(未显示)上，以便指向一般的车辆向前运动方向，如图2中的箭头F指示的那样，并且应当据此解释本文使用的“向前”和“向后”(我们更喜欢平行于车辆向前运动的方向安装防撞轨，但在一些应用中可能有利的是与这个方向成角度地、竖向和/或水平地定向防撞轨)。附图示出了本发明的原理，但未显示防撞轨的末端，以及这些防撞轨如何在一端处安装到车辆结构或底盘上，以及在另一端处安装到保险杠上，因为这是简单直接的设计。防撞轨包括：向后的高冲击能量吸收部分4，其元件用带有词尾“a”的参考数字显示；以及向前的低冲击能量吸收部分6，用带有词尾“b”的参考数字显示其元件。

防撞轨2的部分4、6包括长方形或箱形区段管8(或称为“箱形截面管”，即boxsection tube)，沿着其顶点对长方形C形区段“管”10(或称为“C形截面“管”10”，即C-section 'tube')的边缘进行缝焊(stitch weld)，因而形成具有两个长方形截面通路的“双管”，通路沿纵向延伸部件2的整个长度，而且，通路被平的沿纵向延伸的壁区段或网状物12分开。壁区段12中显示了若干孔口或窗口14；当遭受沿着箭头F的方向的力时，这些会削弱壁区段12，并且这些用来规定部件2在冲击下如何变形。因为单独的管8、10独立形成且随后连结而形成部件2，所以在连结单独的管之前，孔口14在壁区段12中可被轻易形成或切割成(诸如GB2299551中的一些传统防撞轨通过挤压形成，这会使得提供窗口14和使窗口14精确定位和成形更加困难，尤其是在部件较长的情况下)。在使用中，两个管彼此连结，以便使它们无法在任何方向上相对移动，尤其是不能在轴向或纵向方向上相对移动。

各个C形区段管10a、10b的端部设有凸缘16，凸缘16设有孔18，由此两个凸缘可通过传统螺母和螺栓20端对端地连结在一起。沿着管8、10的外部顶点的是激光切割凹口22。

在使用中，当其上安装有部件2的车辆遭受碰撞、冲击或撞击时，部件2遭受纵向力。部件设计成变形，以及通过变形和沿纵向塌陷来吸收这些力。这能够实现是因为管在各个部分中具有恒定壁厚度，以及因为凹口22充当变形“启动器”；凹口22在横向于部件2的纵向轴线的平面上位于部件2的周边周围，使得部件通过形成在凹口之间围绕部件的周边沿横向伸延的“褶皱”而变形，并且部件然后以波纹管的方式沿纵向塌陷。孔口14在大小、形状和位置上相对于凹口22设置，以便以可预测的方式促进该变形。

部件设计和制造成使得前部部分6在低于一定能量的冲击下单独变形，而部分4、6两者则在较大能量的冲击下变形。这意味着在低能量冲击下，仅仅前部部分6变形，使得在这种冲击之后，仅仅需要移除和更换部分6，这是相对简单的松开螺栓20的事。在更严重的冲击中，部分6和部分4两者都将变形，而且同时这将比单独更换部分6更加耗时，这远比不得不修理底盘的车辆结构更可取。可通过改变管的厚度，以及/或者凹口22和/或窗口14的大小、形状、数量和/或位置来实现这些目标。因而，壁在前部部分6中的厚度可能小于在后部部分4中的厚度；孔与壁区段的比在前部部分中可能大于在后部部分中，并且/或者在前部部分中可能比在后部部分中存在更多凹口。通路具有完全相同的横截面形状和面积是优选的，因为这促使部件沿纵向变形，并且阻止部件不合需要地弯曲。

防撞轨2如合适的那样由任何含铁或不含铁的材料形成，诸如钢、铝或铝合金，而且可由与车辆结构或底盘不同的材料形成，只要防撞轨的变形特性适当即可。我们已经制作了根据本发明的用于紧凑型城市汽车的防撞轨，它具有大约6-8 cm的最大横向尺寸和大约3-5 mm的壁厚度。

通过将C形区段连结到箱形区段上来形成防撞轨2的一部分还允许相对容易地引入内部网状物，而且这个网状物可轻易地附连到结构的其余部分上。想象网状物已经引入到图2中的防撞轨2的长部分4中，使得，从图2的左手端看端部，结构看上去像被正方形边界包围的“+”；在这种情况下，额外的内部网状物由“+”的水平部分形成。这个内部网状物形成为板；在箱形区段可形成平行纵向凹口，以允许板在箱形区段的各面上焊接就位，从而使板从箱形区段的一侧突出。这个突出适宜地与C形区段的大小相同，这个突出还具有形成于其中的匹配纵向凹口，使得当C形区段的边缘附连到箱形区段上时，突出承坐在凹口内且可连结到其上。

图3a和3b显示了类似于图1的部件的两个防撞轨32a和32b，但纵向相反地显示：各个防撞轨包括通过将纵向箱形区段34连结到c形区段36形成的两个纵向的长方形通路(为了清楚，图3a至3c中未显示图1和2的部件的其它元件，诸如孔口和凹口)。在各个防撞轨32a、32b的后端处是多个喇叭形或渐缩区段38，它们已经附连到防撞轨的平面表面上；在图3a中有三个区段，而在图3b有两个。可按任何组合设置在任何或所有平面表面上的这些区段各个形成为渐缩C形区段，它以任何适当的方式连结到防撞轨上–例如与C形区段36连结到箱形区段上的方式相同。这些喇叭形区段38的功能是加强与固定到底盘上的地方相邻的防撞轨32a、32b的端部，并且在冲击能量传送到底盘中的点处扩散冲击能量，因而降低底盘在冲击中受任何损伤的可能性或程度。

图3c显示防撞轨32c，它表示关于图1和2的一般布置的另一个变型，其中有三个沿纵向延伸的长方形通路，其通过将两个C形状区段36’连结到箱形区段34的任一侧上来形成。在这种情况下，外部C形区段36’比箱形区段34更短；这对防撞轨36’的变形特性提供进一步的调节作用，使得在冲击中，箱形区段34的突出端先塌陷，直到这个部分的变形意味着接触了C形状区段36’的端部，此时所有三个都变形，以便吸收冲击能量。

当然将理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可对上面描述的实施例作出许多改变。例如，管显示成横截面为长方形，但它们可具有正方形或其它多边形横截面，或者圆形或者具有其它弯曲轮廓–但对于轮廓来说优选的是具有顶点(纵向角部)，如果部件要具有凹口、凹陷或褶皱作为变形启动特征的话。本文中孔口显示为具有相同形状，即，长方形，因为这个形状使得容易预测孔口的变形作用；但是，孔口可为任何形状(正方形、三角形或其它多边形形状，或者圆形、卵形或其它弯曲轮廓)，并且/或者在相同部件中具有不同的形状。类似地，本文中孔口显示为具有相同大小，但它们可具有不同的大小(将理解成，孔口越大，孔口使得部件在那个点处更脆弱，所以如果孔口的大小沿着部件的长度增加，则部件很可能在孔口的大小最大的地方最先变形，以及在孔口的大小最小的地方最后变形；这使得能够准确地预先确定部件的变形)。孔口优选地平行于部件的轴线沿纵向对齐，因为这促使壁区段(以及因而部件)沿纵向变形而非弯曲，部件沿着其轴线弯曲将比纵向压垮吸收更少能量。图显示了两个纵向管部分，但可存在三个或更多个管部分，它们全部可松脱地端对端连接；实际上，两个或三个部分或许将表示冲击能量吸收和制造简便之间的最佳折衷。已经关于两个纵向延伸通路描述了本发明，但可存在三个、四个或更多个这样的通路(但额外的通路会使制造过程更加复杂；偶数个通路是优选的，因为这允许纵向对称(诸如四个通路，如果是长方形或正方形，四个通路将产生交叉形状的内部纵向壁，或网状物，从而使通路分开)，而且更容易计算冲击下的变形)。我们使用缝焊，使得焊缝的纵向频率和/或长度可布置成适合特定应用，但是在一些应用中可使用滚焊焊接(seam weld)。可通过改变焊缝和/或成凹口的启动器的长度、间距和/或频率，而且还通过在纵向方向上改变形成部件的材料的厚度(同时沿周向保持恒定厚度)，来“调节”变形特性。图显示了这样的设计：其中仅仅长方形和C形区段管的外部顶点具有凹口(即，除了管焊接在一起处的那些顶点)；可有利的是在这些其它“内部”顶点上提供凹口，以帮助进一步控制变形特性，而且在这种情况下，缝焊可定位成以便促进它或者与其共同合作。我们已经描述了凹口在横向于部件的纵向轴线的平面上，但是在一些应用中(诸如在部件不完全与例如车辆的向前运动方向对齐的情况下)，凹口可能有利地位于与部件的轴线成角度的平面上，而且这些平面的角度可根据它们沿着部件的轴线的位置而改变。我们已经描述了其中凹口充当启动器的设计；我们更喜欢使用这样的启动器，因为切割到管材料中允许有合理的准确性和可预测的变形特性，但是在管材料中可形成凹陷和/或褶皱，以取代成凹口的启动器，或者以任何方式与成凹口的启动器组合起来起作用(在我们看来，形成启动器是不较少地合乎需要，因为没有切割启动器那么准确和可靠)。连结两个部分的凸缘显示为在C形区段管的端部上提供，但同样可在其它管的端部容易地提供，或者可在它们两者上都有凸缘。虽然主要关于机动车辆来进行描述，但应当理解的是，本发明可应用于除了汽车之外的类型的车辆(或交通工具)，诸如火车、有轨电车、缆车或船。最后，已经将本发明描述成前置冲击结构；将理解，布置同样适合后置冲击结构(需要做的是把图中显示的布置反过来)。虽然上面描述了不同的变型或备选布置，但应当理解的是，本发明的实施例可包括以任何适当的组合的这样的变型和/或备选方案。例如，能量吸收部件中可有两个或三个(或更多个)通路，并且部件可形成有单个纵向区段，并且/或者形成为两个纵向部分；这些布置中的任一个中都可有一到四个喇叭形端部区段，并且/或者在一个或多个通路中可提供内部纵向延伸网状物。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于车辆的沿纵向可压缩的能量吸收部件，包括伸长薄壁管，所述伸长薄壁管具有至少两个相邻的基本平行的纵向延伸通路，所述通路由管壁限定且在它们相邻的地方被壁区段分开，其中，所述壁区段包括预定形状(一个或多个)和/或大小(一个或多个)的一个或多个孔口，以及其中，所述管壁和所述壁区段的厚度是基本恒定和相同的。

2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述通路具有相同的横截面面积。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的部件，其特征在于，所述通路的横截面形状为长方形。

4.根据权利要求1、2或3中的任一项所述的部件，其特征在于，所述孔口具有所述相同形状和/或大小。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的部件，其特征在于，所述管包括两个纵向部分，其在使用中可松脱地端对端彼此连接，其中，所述两个部分至少在它们的长度方面是不同的。

6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，所述两个区段的不同在于所述壁区段的厚度，并且各个部分中的所述薄壁管的其余部分是基本相同的，但所述两个部分的厚度是不同的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的部件，其特征在于，所述部件由含铁材料或不含铁的材料制成。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的部件，其特征在于，所述部件由钢、铝或铝合金制成。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的部件，其特征在于，所述管包括多个凹口、凹陷和/或褶皱，它们各自围绕所述管的小比例的外周边沿横向延伸，并且沿着所述管的外部顶点定位。

10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于，所述凹口、凹陷和/或褶皱成组设置，位于所述部件上的相同纵向位置处。

11.根据权利要求10所述的部件，其特征在于，所述部件包括多个沿纵向间隔开的成组凹口、凹陷和/或褶皱。

12.根据权利要求11所述的部件，其特征在于，各组中的所述凹口、凹陷和/或褶皱在横向于纵向部件的平面上是对齐的。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的部件，其特征在于，所述壁区段是基本平的。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的部件，其特征在于，所述孔口或各个孔口是长方形的。

15.一种车辆，包括根据权利要求1至14中的任一项所述的沿纵向可压缩的能量吸收部件。

Claims (15)

1.一种用于车辆的沿纵向可压缩的能量吸收部件，包括伸长薄壁管，所述伸长薄壁管具有至少两个相邻的基本平行的纵向延伸通路，所述通路由管壁限定且在它们相邻的地方被壁区段分开，其中，所述壁区段包括预定形状(一个或多个)和/或大小(一个或多个)的一个或多个孔口，以及其中，所述管壁和所述壁区段的厚度是基本恒定和相同的。

2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述通路具有相同的横截面面积。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的部件，其特征在于，所述通路的横截面形状为长方形。

4.根据权利要求1、2或3中的任一项所述的部件，其特征在于，所述孔口具有所述相同形状和/或大小。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的部件，其特征在于，所述管包括两个纵向部分，其在使用中可松脱地端对端彼此连接，其中，所述两个部分至少在它们的长度方面是不同的。

6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，所述两个区段的不同在于所述壁区段的厚度，并且各个部分中的所述薄壁管的其余部分是基本相同的，但所述两个部分的厚度是不同的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的部件，其特征在于，所述部件由含铁材料或不含铁的材料制成。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的部件，其特征在于，所述部件由钢、铝或铝合金制成。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的部件，其特征在于，所述管包括多个凹口、凹陷和/或褶皱，它们各自围绕所述管的小比例的外周边沿横向延伸。

10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于，所述凹口、凹陷和/或褶皱成组设置，位于所述部件上的相同纵向位置处。

11.根据权利要求10所述的部件，其特征在于，所述部件包括多个沿纵向间隔开的成组凹口、凹陷和/或褶皱。

12.根据权利要求11所述的部件，其特征在于，各组中的所述凹口、凹陷和/或褶皱在横向于纵向部件的平面上是对齐的。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的部件，其特征在于，所述壁区段是基本平的。

14.根据权利要求1至13中的任一项所述的部件，其特征在于，所述孔口或各个孔口是长方形的。

15.一种车辆，包括根据权利要求1至14中的任一项所述的沿纵向可压缩的能量吸收部件。