CN109591743A - 一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒，包括：法兰盘、方形薄壁外壳、点阵结构以及三明治板；所述法兰盘设置在方形薄壁外壳的上下两端，点阵结构设置在三明治板的上下两端，并且点阵结构以及三明治板整体置于方形薄壁外壳内；所述点阵结构采用铝管按体方对角线分布而成；所述三明治板包括两层碳纤维板以及置于两层碳纤维板之间的蜂窝结构；所述蜂窝结构由正八边形与正四边形交错分布而成；所述点阵结构和三明治板之间、方形薄壁外壳和法兰盘之间通过点焊连在一起；法兰盘通过螺栓连接固定在汽车的横梁和纵梁上。本发明克服了传统吸能盒吸能不稳定、多角度冲击适应差、不持续且效率较低等问题。

Description

一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒

技术领域

本发明涉及汽车被动安全防护领域，尤其涉及一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒。

背景技术

当今社会，汽车产业不断发展，已经成为国民经济发展的重要支柱产业之一，人均占有量也显著提高。作为公民出行的必备工具，汽车成为了必不可少的交通工具。但由于汽车数量的激增，环境与安全问题也随之出现，交通事故频发，给人类带来巨大的损失，威胁人类的生命财产安全。因此，减少安全事故和环境问题带来的损失成为当今世界的一大难题，越来越引起人们的重视。当汽车发生碰撞时，汽车前端薄壁防撞吸能盒结构通过压溃变形尽可能多的转化车辆碰撞时的动能来保护成员安全，是碰撞安全的核心。目前，应用在大多数汽车车身上的吸能盒结构仍然是普通构型管件，包括薄壁方管、薄壁圆管等。因此，设计出优异的汽车的薄壁吸能盒装置来增强汽车的耐撞性，提高汽车的碰撞安全性，能有效降低交通事故中人员死亡率。另外，困扰人们的另一大难题便是排放，汽车排放污染已经成为大气污染的主要来源之一，给人类的生存环境带来了巨大的压力，解决这一问题的主要措施之一就是汽车的轻量化。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。汽车轻量化不仅可以减少成本，还可以显著地减少排放，成为了当今世界研究的热点之一。

因此，传统薄壁的吸能盒结构已经不能满足当前汽车安全性和轻量化的要求，设计一种具有高效率吸能、低质量的薄壁吸能盒结构具有十分重要的现实意义和实用价值。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是克服传统吸能盒吸能不稳定、多角度冲击适应差、不持续且效率较低等问题，设计出结构简单，高效、稳定吸能且满足轻量化要求的汽车吸能盒，来保障人们的生命财产安全。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒，包括：法兰盘、方形薄壁外壳、点阵结构以及三明治板；所述法兰盘设置在方形薄壁外壳的上下两端，点阵结构设置在三明治板的上下两端，并且点阵结构以及三明治板整体置于方形薄壁外壳内；

所述点阵结构采用铝管按体方对角线分布而成；所述三明治板包括两层碳纤维板以及置于两层碳纤维板之间的蜂窝结构；所述蜂窝结构由正八边形与正四边形交错分布而成；

所述点阵结构103和三明治板104之间、方形薄壁外壳102和法兰盘101之间通过点焊连在一起；法兰盘101通过螺栓连接固定在汽车的横梁和纵梁上。

在一较佳实施例中：所述方形薄壁外壳的侧壁上沿着周向间隔设置有三角形缺陷孔

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

1.点阵结构支撑，碰撞时能量传递更加稳定

本发明采用两层点阵结构对称分布，充分发挥点阵结构大的抗弯强度特性，使吸能盒在面对碰撞冲击时，不会产生形状畸变，从而避免了冲击力传递方向的突变。另外，铝管按体方对角线分布，可以将复杂的应力状态转化为杆内简单的拉压应力状态，从而可以将汽车前部受到的分散的力通过点阵结构集中到三明治板，提高吸能效率。

2.吸能效率高，持续吸能效果好

本发明主要通过内部三明治板进行能量吸收，三明治板由碳纤维板和铝合金蜂窝结构粘合形成，利用碳纤维的高吸能特性和铝合金的良好延展性，通过新型蜂窝结构吸收更多的能量，提高吸能效率。由于碰撞时外部方形薄壁先发生形变吸收初始冲击能，然后能量传递到三明治板，进行进一步吸收，从而持续吸能的效果好。

3.结构简单，适用性高

本发明主要由外部方形薄壁结构和内部夹心结构组成，整体上结构简单，生产方便，成本较低，适合大批量生产，内部点阵结构和三明治板之间、外部薄壁结构和法兰盘之间通过点焊连在一起，法兰盘通过螺栓连接固定在汽车的横梁和纵梁上，安装方便，各零部件可以随时更换，适用性高。

4.铝制材料和碳纤维，满足轻量化要求

本发明最外层采用轻质铝合金，并设置有三角形缺陷来减少质量，内部采用铝管、碳纤维板以及铝合金等轻质材料，并采用多孔结构来减少整个装置的重量，有效满足了轻量化的要求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明方形薄壁结构示意图；

图3是本发明点阵结构示意图；

图4是本发明三明治板及蜂窝结构示意图；

图中：101是法兰盘；102是方形薄壁结构；103是点阵结构；104是三明治结构；201是三角形缺陷孔；401是碳纤维板；402是蜂窝结构；

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述说明。

本实施例所提供的一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒，如图1所示，包括法兰盘101、方形薄壁外壳102、点阵结构103以及三明治板104。所述法兰盘101设置在方形薄壁外壳102的上下两端，点阵结构103设置在三明治板104的上下两端，并且点阵结构103以及三明治板104整体置于方形薄壁外壳102内。

其中，方形薄壁外壳102如图2所示，材料为轻质铝合金，壁上沿着周向间隔设置有三角形缺陷孔201，由于方形截面初始峰值力小，可以在碰撞初期有效地吸收碰撞能，同时三角形缺陷孔201在保证吸收碰撞能的同时，可以减轻薄壁的质量。

点阵结构103如图3所示，分为上下两层，采用铝管，按体方对角线分布，点阵结构103是静定结构，具有很大的抗弯强度，挠度小，用料省，自重小，可以将横弯作用下内部复杂的应力状态转化为杆件内简单的拉压应力状态，从而发生碰撞时冲击力可以更稳定地传递到中间的三明治板104上，从而可以保护吸能盒装置不因发生较大形变而影响使用性能。

两层点阵结构103之间的三明治板104如图4所示，包括两层碳纤维板401以及蜂窝结构402。碳纤维板401抗拉强度是普通钢材的数倍以上，具有优异的抗蠕变性能、耐腐蚀性和抗震性。蜂窝结构402采用轻质铝合金，由正八边形与正四边形交错分布，比之传统六边形蜂窝结构具有更优异的吸收冲击能的效果，而且可以减少震动，结构更加稳定。整个蜂窝结构采用铝合金，通过3D打印制备，多孔结构可以节省材料，再加上铝合金自重小的特点，更加有利于促进轻量化。碳纤维板401和铝合金蜂窝结构402通过粘合形成三明治板104，充分发挥二者的优势，不仅具有良好的吸能特性和抗压特性，而且耐腐蚀、质量轻，保证乘员安全。

内部点阵结构103和三明治板104之间、外部方形薄壁外壳102和法兰盘101之间通过点焊连在一起，法兰盘101通过螺栓连接固定在汽车的横梁和纵梁上，安装方便，各零部件可以随时更换，适用性高。

本发明基本采用铝合金、铝管以及碳纤维管等轻质材料，并且通过设置缺陷、点阵结构以及蜂窝结构等来减少整个装置的重量，有效满足了轻量化要求。从而在充分吸收碰撞冲击能的同时，也减少了燃料消耗，降低了排放污染。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。

Claims (2)

1.一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒，其特征在于包括：法兰盘、方形薄壁外壳、点阵结构以及三明治板；所述法兰盘设置在方形薄壁外壳的上下两端，点阵结构设置在三明治板的上下两端，并且点阵结构以及三明治板整体置于方形薄壁外壳内；

所述点阵结构采用铝管按体方对角线分布而成；所述三明治板包括两层碳纤维板以及置于两层碳纤维板之间的蜂窝结构；所述蜂窝结构由正八边形与正四边形交错分布而成；

所述点阵结构和三明治板之间、方形薄壁外壳和法兰盘之间通过点焊连在一起；法兰盘通过螺栓连接固定在汽车的横梁和纵梁上。

2.根据权利要求1所述的一种高效稳定吸能的汽车碰撞吸能盒，其特征在于：所述方形薄壁外壳的侧壁上沿着周向间隔设置有三角形缺陷孔。