CN109109794A - 直线导轨式汽车碰撞吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车被动安全技术领域，公开了直线导轨式汽车碰撞吸能装置，包括导套和多个套设在导套内的导杆，导套沿着轴向方向分为滑动段和加强段，加强段内壁周向设置有多组后阻力元件，每组后阻力元件包括多个等间距排列的后阻力片，后阻力片的顶端超过导杆的外壁；导杆包括第一段和第二段，第一段的外侧周向设置有多组前阻力元件，每组前阻力元件包括多个等间距排列的前阻力片，前阻力片的顶端超过导套的内壁，前阻力片的高度小于或等于相邻两个前阻力片之间的距离，第二段的外侧固定连接有第一导轨，第一导轨与导套的滑动段滑动连接。本发明提供比吸能大，且塑性变形规则的结构，整个结构的稳定性也比较好，使得汽车的整体安全性能提高。

Description

直线导轨式汽车碰撞吸能装置

技术领域

本发明涉及汽车被动安全技术领域，具体涉及直线导轨式汽车碰撞吸能装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车已成为人们日常生活中的重要交通工具，然而，随着汽车的普及，汽车的安全性问题越来越突出。如何确保汽车的行驶安全，是汽车设计和制造中的重要课题。当汽车发生碰撞时，为了保证车内人员有足够的生存空间，要求汽车前部安全部件能够吸收足够的碰撞能量。汽车的防撞性能是汽车整体安全性设计中十分重要的一个方面。在目前的汽车设计中，通常是采用安装在汽车前部和尾部的保险杠系统来保证车厢结构框架在低速撞击下不受严重破坏，从而保证车内乘员以及汽车主体结构本身的安全。为了尽可能的吸收低速撞击时的动能，在现在的保险杠系统设计中，往往会加入一个变形元件，即所谓的碰撞吸能盒。

碰撞吸能盒一般安装在保险杠横梁与汽车框架纵梁之间，是保险杠系统的主要吸能元件。在汽车相撞的过程中，碰撞吸能盒能够吸收撞击产生的动能，并将其不可逆的转化为材料的塑性变形能。此外，有效的碰撞吸能盒设计能够使传递到汽车纵梁的荷载始终保持在某一临界荷载以下，从而避免纵梁受到永久性的破坏而失效。传统的碰撞吸能盒利用结构溃缩产生塑性变形，从而对碰撞能量进行吸收。但是，这种传统的碰撞吸能盒存在以下问题：采用溃缩方式吸能的碰撞吸能盒，其在受到碰撞后，无法对碰撞能进行层层分解，导致碰撞吸能盒整体直接塑性变形，比吸能(是指吸能盒所能吸收的最大能量)比较低，使得车头变形比较厉害，且碰撞吸能盒塑性变形不规则，吸能盒的稳定性比较差。

发明内容

本发明意在提供塑性变形规则、比吸能大的直线导轨式汽车碰撞吸能装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：直线导轨式汽车碰撞吸能装置，包括导套和多个套设在导套内的导杆，导套沿着轴向方向分为滑动段和加强段，加强段内壁周向设置有多组后阻力元件，每组后阻力元件包括多个等间距排列的后阻力片，后阻力片的顶端超过导杆的外壁；导杆包括第一段和第二段，第一段的外侧周向设置有多组前阻力元件，每组前阻力元件包括多个等间距排列的前阻力片，前阻力片的顶端超过导套的内壁，前阻力片的高度小于或等于相邻两个前阻力片之间的距离，第二段的外侧固定连接有第一导轨，第一导轨与导套的滑动段滑动连接。

有益效果：

1、本发明中采用导套与导杆之间的滑动方式，并且在导杆外侧设置前阻力元件，使得汽车受到碰撞时，导杆在撞击力的作用下沿着导套内侧滑动，此时前阻力片的一侧撞击在导套滑动段的端部，并与导套滑动段的端部摩擦并挤压，从而使得多个前阻力片依次以塑性变形的方式来吸收汽车的碰撞能量。通过滑动方式和阻力片的双重结合，前阻力片对碰撞能量进行层层分解，逐步降低撞击力，并逐渐消耗全部撞击能量，使得该吸能装置的比吸能比较大，这样车身变形量会比较小，碰撞发生的变形或位移都在汽车的前端完成，不会伤及汽车的其他部件，提高了汽车的安全性能。

2、本发明中间隔设置多个前阻力片，并且前阻力片的高度小于或等于相邻两个前阻力片之间的距离，这样前阻力片在塑性变形后，前阻力片的内侧发生收缩变形，前阻力片可以有独立的变形空间，不会影响下一个前阻力片，使得多个前阻力片之间相互独立，多个阻力片之间不会出现变形混乱的情况，其塑性变形是按照次序来的，可以按照预设的变形模式进行，塑性变形较规则。

3、同时，每个前阻力片的尺寸大小、材料强度以及间隔距离等都是提前设置的，每个前阻力片的吸能量是一定的，整个吸能装置的吸能结构是较稳定，可以量化预设吸能的最大峰值，使得撞击力峰值不超过汽车的最大峰值范围，且撞击力峰值是以一种平稳的模式进行，可控性比较强，增加汽车的安全性能。

4、本发明中采用前阻力元件和后阻力元件配合的方式，使得该装置的变形行程比较长，且吸收更多的碰撞能量，占用空间比较小，便于汽车内安装。

进一步，导杆内沿轴向开设有空腔，空腔内套设有推杆，推杆包括阻力段和运动段，阻力段的外侧周向设置有多组阻力件，每组阻力件包括多个等间距排列的阻力片，阻力片的顶端超过导杆的内壁，阻力片的长度小于前阻力片的长度，运动段与空腔滑动连接。

通过上述结构设置，推杆上的阻力件用于进行低速碰撞吸能，导杆上的前阻力元件与导套内的后阻力片元件配合用于进行高速碰撞吸能，当汽车仅受到低速碰撞时，推杆部分的阻力件发生塑性变形，仅更换推杆即可，降低了维修成本。同时，整个结构中，导杆、导套均为中空结构，吸能装置质量比较轻，吸收单位碰撞能时的位移比较小，吸收碰撞能更多，整个结构的设置长度比较短，占用空间比较小。

进一步，导套的滑动段的端部、导杆第一段的端部、导杆第二段的端部均固定连接有端盖。通过设置端盖，加强导套或导杆端部的强度和硬度，降低对材料的要求，容易达到导套端口的强度大于前阻力片或第一导轨的端部强度大于后阻力片的强度的技术参数要求，便于前阻力片或后阻力片的塑性变形。同时，设置端盖，避免导套端口变形，降低加工难度和造价维修成本。

进一步，多组前阻力元件分为第一组前阻力元件和第二组前阻力元件，第一组前阻力元件与第二组前组力元件的位置相互垂直且交错设置，第二组前阻力元件位于第一组前阻力元件的对应间隔距离之间。

第一组前阻力元件和第二组前阻力元件处于相互垂直的平面，并且相互交错设置，充分利用空间，进行交替式碰撞，碰撞效果更好，并且在允许的最大峰值范围内，在现有的空间增加吸能量。

进一步，导杆的第一导轨高度大于或等于前阻力片的宽度。前阻力片弯曲塑性变形后，导套与第一段之间的空间内可容纳前阻力片，使导杆较顺畅的向导套内滑动，便于下一个前阻力片与导套的端口发生碰撞。

进一步，导杆的第一导轨高度小于或等于前阻力片高度的一半。通过这样设置，能够最大限度的使前阻力片弯曲，前阻力片的塑性变形达到最佳吸能效果。

附图说明

图1为本发明实施例1的主视图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3为图2实施例1塑性变形的状态图；

图4为本发明实施例2的主视图；

图5为本发明实施例3的主视图；

图6为实施例3的安装立体图；

图7为图6的右视图；

图8为汽车车头的结构以及变形区域划分图；

图9为汽车车头受到的碰撞作用力与变形区域的曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：导套1、滑动段101、加强段102、导杆2、第一段201、第二段202、后阻力片3、前阻力片4、碰撞板5、端盖6、第一组前阻力元件7、第二组前阻力元件8、横梁9、纵梁10、驾驶员仓前围板11、A立柱12、行人保护及低速保护区13、共存区14、自保护区15、推杆16、阻力片17。

实施例1

基本如附图1、图2和图3所示：直线导轨式汽车碰撞吸能装置，包括导套1和一个套设在导套1内的导杆2，导套1沿着轴向从左至右依次包括滑动段101和加强段102，滑动段101内侧开设有第一滑槽，加强段102内壁周向设有多组后阻力元件，后阻力元件与加强段102一体成型，每组后阻力元件包括三对等间距排列的后阻力片3，后阻力片3的顶端超过导杆2的外壁。导杆2从左至右依次包括第一段201和第二段202，第一段201的外侧周向设有两组前阻力元件，前阻力元件与第一段201一体成型，每组前阻力元件包括多个等间距排列的前阻力片4，前阻力片4的顶端高于导套1的内壁，前阻力片4的高度小于相邻两个前阻力片4之间的距离，前阻力元件和后阻力元件的尺寸相同、排列位置相同、数量也相同。第二段202的外侧焊接有第一导轨，第一导轨与导套1内的第一滑道滑动连接。其中，导杆2的第一导轨高度大于前阻力片4的宽度，导杆2的第一导轨高度小于前阻力片4高度的一半。导套1的左端、导杆2的左端和右端均螺栓连接有端盖6。

其中，两组前阻力元件分为第一组前阻力元件7和第二组前阻力元件8，第一组前阻力元件7包括上方前阻力元件和下方前阻力元件，第二组前阻力元件8包括正面前阻力元件和背面前阻力元件，第一组前阻力元件7和第二组前阻力元件8的所处平面相互垂直，第一组前阻力元件7和第二组前阻力元件8所处的位置交错设置，第二组前阻力元件8位于第一组前阻力元件7的对应间隔距离的中间点。

如图8和图9所示，该吸能装置的结构安装在汽车A立柱12的前方，用于对汽车速度大于64km/h，且发生正面25％偏置碰撞时，对A立柱12进行有效保护。汽车车头从左至右依次包括碰撞板5、横梁9、纵梁10、驾驶员仓前围板11和A立柱12。汽车车头被动保护区域从左至右划分为行人保护及低速保护区13、共存区14、自保护区15，汽车受到的碰撞作用力也依次增大。其中，碰撞板5处于行人保护及低速保护区13，横梁9处于共存区14，纵梁10和驾驶员仓前围板11处于自保护区15，A立柱12处于驾驶室内。该吸能装置安装在自保护区15的A立柱12前方，以此确保汽车在发生正面25％偏置高速碰撞情况下的被动安全，达到既不伤及室内乘员的生存空间，又使得作用于室内乘员身体上的加速度峰值控制在不超过人能够承受的范围之内，避免内乘员内脏受到损伤而导致伤亡。

具体实施过程如下：首先汽车受到高速碰撞时，碰撞作用力会依次作用在汽车车头的碰撞板5、横梁9和驾驶员仓前围板11，然后碰撞作用力作用在吸能装置上。吸能装置的导杆2的左端受到碰撞作用力而沿着导套1向右滑动，直至导杆2上的前阻力片4与导套1的左端端盖6相抵，导杆2的右端端盖6与后阻力片3相抵，前阻力片4与导套1的左端端盖6进行撞击，并且分解碰撞能量，前阻力片4摩擦并挤压进行塑性变形，前阻力片4的内侧进行收缩变形，前阻力片4的外侧进行拉伸变形，使得前阻力片4变形弯曲，并处于导套1内侧，前阻力片4处于相邻两个前阻力片4的间隙之间。以此类推，依次撞击多个前阻力片4，逐步降低碰撞作用力，并逐渐消耗全部碰撞能量。后阻力片3的工作原理与前阻力片4的工作原理相同，并且前阻力片4与后阻力片3进行同步的塑性变形。

实施例2

如图4所示，实施例2与实施例1的不同之处在于，导杆2的数量为两个，且导套1内开设有两个与导杆2向对应的通道，两个通道相互平行设置。通过这样设置，整个结构的吸能效果更好。

实施例3

如图5所示，实施例3与实施例1的不同之处在于，导杆2的数量为两个，且导套1内开设有两个与导杆2向对应的通道，两个通道相互平行设置。导杆2内沿轴向开设有空腔，空腔内套设有推杆16，推杆16的宽度小于导杆2的宽度。推杆16从左至右依次包括阻力段和运动段，阻力段的外侧周向设有多组阻力件，阻力件与阻力段一体成型，每组阻力件包括多个等间距排列的阻力片17，阻力片17的顶端超过导杆2的内壁，阻力片17的长度小于前阻力片4的长度，运动段的外侧设置有第二导轨，导杆2内开设有与第二导轨配合的第二滑槽。该吸能装置的结构吸能更大，并且分为低速碰撞和高速碰撞，当汽车受到低速碰撞时，只需要将塑性变形的推杆16进行更换即可，提高了车辆的耐撞性。

如图6和图7所示，该吸能装置的结构安装在汽车车头的横梁9与纵梁10之间，横梁9与推杆16的左端相贴合，在纵梁10内设置内腔，将导套1伸入内腔内，并将导套1与内腔过盈配合。如图8和图9所示，该吸能装置安装在共存区14，主要用于汽车受到低速或高速碰撞时，对汽车进行被动保护，巨大的碰撞能量被吸能装置吸收，车身变形量小，碰撞发生的变形或位移都在共存区14完成，不会伤及汽车的其他部件结构。

具体实施过程如下：当汽车受到低速碰撞时，碰撞作用力会依次作用在碰撞板5、横梁9上面，然后碰撞作用力作用在吸能装置上。吸能装置的推杆16的左端受到碰撞作用力而沿着导杆2内的空腔向右滑动，推杆16上的阻力片17与导杆2的端盖6进行撞击，推杆16上的阻力片17依次进行塑性变形，逐步对碰撞能量进行吸收。碰撞结束后，将推杆16从导杆2的空腔内拆下来，更换推杆16即可，提高了车辆的耐撞性。

当汽车受到高速碰撞时，碰撞作用力会依次作用在碰撞板5、横梁9上面，然后碰撞作用力作用在吸能装置上。吸能装置的推杆16的左端受到碰撞作用力而沿着导杆2内的空腔向右滑动，推杆16上的阻力片17与导杆2的端盖6进行撞击，推杆16上的阻力片17依次进行塑性变形，逐步对碰撞能量进行吸收。由于碰撞作用力比较大，所以推杆16上的阻力片17只吸收了部分碰撞能量。之后，导杆2上的前阻力片4和后阻力片3同步塑性变形，逐步吸收剩下的碰撞能量。

Claims (6)

1.直线导轨式汽车碰撞吸能装置，其特征在于，包括导套和若干套设在导套内的导杆，导套沿着轴向方向分为滑动段和加强段，加强段内壁周向设置有多组后阻力元件，每组后阻力元件包括多个等间距排列的后阻力片，后阻力片的顶端超过导杆的外壁；导杆包括第一段和第二段，第一段的外侧周向设置有多组前阻力元件，每组前阻力元件包括多个等间距排列的前阻力片，前阻力片的顶端超过导套的内壁，前阻力片的高度小于或等于相邻两个前阻力片之间的距离，第二段的外侧固定连接有第一导轨，第一导轨与导套的滑动段滑动连接。

2.根据权利要求1所述的直线导轨式汽车碰撞吸能装置，其特征在于：所述导杆内沿轴向开设有空腔，空腔内套设有推杆，推杆包括阻力段和运动段，阻力段的外侧周向设置有多组阻力件，每组阻力件包括多个等间距排列的阻力片，阻力片的顶端超过导杆的内壁，阻力片的长度小于前阻力片的长度，运动段与空腔滑动连接。

3.根据权利要求2所述的直线导轨式汽车碰撞吸能装置，其特征在于：所述导套的滑动段的端部、导杆第一段的端部和导杆第二段的端部均固定连接有端盖。

4.根据权利要求1所述的直线导轨式汽车碰撞吸能装置，其特征在于：多组所述前阻力元件分为第一组前阻力元件和第二组前阻力元件，第一组前阻力元件与第二组前组力元件的位置相互垂直且交错设置，第二组前阻力元件位于第一组前阻力元件的对应间隔距离之间。

5.根据权利要求1所述的直线导轨式汽车碰撞吸能装置，其特征在于：所述导杆的第一导轨高度大于或等于前阻力片的宽度。

6.根据权利要求5所述的直线导轨式汽车碰撞吸能装置，其特征在于：所述导杆的第一导轨高度小于或等于前阻力片高度的一半。