CN109835420A - 在负荷冲击下在车辆舱室的a柱的区域中吸收能量的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在负荷冲击下在车辆舱室的A柱的区域中吸收能量的设备。本发明的任务在于发现用于在负荷冲击下在车辆舱室的A柱的区域中吸收能量的新的可行方案，其针对限定的负荷冲击确保车辆舱室内的规定的生存空间，而无需附加的前置保险杠。该任务根据本发明通过如下方式解决：在A柱内部分别布置有具有高的断裂伸长量或抗拉强度和很小的密度的绳元件，绳元件的端部一端紧固在底部组件上而另一端紧固在结构增强的顶梁上，并且绳元件具有在负荷冲击下通过最初弹性的且随后塑性的纵向伸长来吸收冲击能量的绳材料。

Description

在负荷冲击下在车辆舱室的A柱的区域中吸收能量的设备

技术领域

本发明涉及用于吸收机动车上的冲击能量的设备，其中，车辆舱室的A柱具有尤其是针对货车或车辆起重机的驾驶员舱室的A柱的用于通过能量吸收来拦截负荷冲击的能变形的元件。

背景技术

为了得到车辆驾驶员的生存空间，尤其是在驾驶员舱室的前区域中，需要通过所谓的A柱进行可靠的和有效的能量消耗，在该前区域中，在前方和侧面存在可视玻璃，可视玻璃在发生负荷冲击时不能接收弹性的或塑性的变形能量。

因此，针对驾驶舱室根据ECE R29-03对前柱冲击保护做出规定，其要求通过A柱进行29.4kJ的限定的能量消耗。

在机动车的现有技术中，冲击能量常规地通过A柱前方的沿行驶方向取向的车身梁的变形功来吸收。由于在发动机空间中越来越多地填充机组和取消车架以及总是进一步变薄的外置的纵梁和几乎不提供阻力的散热器格栅，才使在纵梁之间横向地布置的横梁变得很重要，横梁在发生前方冲击的情况下遭受弯曲变形并且将由此产生的长度缩短通过位于纵梁外的绷紧设备转换为绷紧设备的压缩。

因此，由EP 1 355 078 A1公开了一种冲击能量吸收装置，其具有高强度的材料，该材料具有横向于冲击方向的纵向方向，其中，结构上的系统在沿行驶方向取向的彼此间具有限定的间距的纵梁上包含用于紧固高强度的材料的端部的前方板，该结构上的系统在发生冲击的情况下被压缩或偏移，并且在此吸收冲击能量。

在US 2015/02103125 A1中公开了一种解决方案，其针对车辆的其中每个前轮具有带至少一个转向元件的牵引线缆，牵引线缆的一个端部紧固在车身部分上，而其另一端部紧固在前轮上。在此，线缆系统在去激活的状态下实施变向运动，而在激活状态下，在发生碰撞时，前轮朝障碍物的方向被击中。在紧固点之间，每个线缆系统具有线缆套和设置用于卡固线缆的锁入单元。

此外为了实现私家车上的侧面冲击保护，在DE 10 20012 019 073 A1中描述了在侧柱(B柱)上的侧面结构，其一端紧固在顶部结构上，而另一端紧固在底部组件中，并且基本上横向于行驶方向地具有能量吸收器。

发明内容

本发明的任务是发现在负荷冲击下在车辆舱室的A柱的区域中吸收能量的新的可行方案，其中，针对限定的负荷冲击确保了车辆舱室的内部的规定的生存空间，而无需安装附加的前置保险杠。

在用于吸收机动车上的冲击能量的设备中，其中，车辆舱室的A柱具有用于通过能量吸收来拦截负荷冲击的能变形的元件，该任务通过如下方式解决：在A柱内分别布置有具有>5％的高的断裂伸长量或大于6MPa/mm²的抗拉强度和很小的密度的绳元件，绳元件的端部一端紧固在底部组件上，而另一端紧固在结构增强的顶梁上，并且绳元件具有在负荷冲击下通过最初弹性的且随后塑性的纵向伸长吸收冲击能量的绳材料。

有利的是，绳材料是具有<2.6g/cm³的密度的塑料或纤维复合塑料。绳材料优选是聚酰胺或弹性体。

被证实有利的是，绳元件的断裂伸长量以至少2倍的系数高于A柱的材料的断裂伸长量。

此外，适宜的是，在绳元件的端部之间布置有至少一个转向辊子，以便使A柱的弯折或弯曲部位不与绳元件接触。

优选的是，在绳元件的端部之间存在至少一个转向辊子，以便因此提高绳元件所能伸长的长度。

适宜的是，在绳元件的端部之间布置有至少两个转向辊子，以便使绳元件的至少一个紧固点向后迁移到车辆舱室的底部组件或者顶梁中，并且因此实现更大的绳长度。

此外，有利的是，至少一个布置在绳元件的端部之间的转向辊子设有张紧装置，以便由此使绳元件保持拉紧。

绳元件优选由至少一根塑料纤维或塑料复合物的绳构成。但其也可以由多根塑料纤维的圆的柱形的集束构成，或由多层相互贴靠的塑料纤维的扁平的集束组成。在此，适宜地也可以使用如下可能性，即，绳元件由塑料纤维的编织的集束构成。

绳元件有利地由保护套包裹，以便防止缺口裂纹以及进而过早的断裂。

在优选的实施方案中，绳元件是预紧的。在此，对绳元件的预紧适宜地借助张紧装置实现，张紧装置要么在紧固扣眼上具有移动装置，要么在转向辊子上具有移动装置。

本发明基于如下基本思想，即，由于车辆驾驶舱室内部的规定的生存空间，使得起重机舱室的大面积的可视车窗不应该由于附加的保险杠或其他前置的皱褶区而变窄，并且因此使得舱室在A柱的区域中的规定的能量吸收仅可以通过如下方式提升，即，将另外的能量接收器整合到A柱中。所必需的能量接收出于重量原因不能够通过A柱的实心的金属附加支柱来实现的问题根据本发明通过如下方式得到解决，即，将由塑料纤维或纤维复合塑料(柔性嵌入的塑料纤维，其基体具有与吸收器绳的伸长量类似的伸长量)构成的绳元件引入到A柱的存在的空心型廓中，绳元件的基于弹性的和/或塑性的纵向伸长实现的能量吸收用于更好地接收作用到一个或两个A柱上的负荷冲击。除了高的断裂伸长量(>5)和高的能量吸收以外，绳元件的材料此外还具有尽可能低的密度(<2.6g/cm³)。优选地，该预定值通过热塑性的塑料纤维，如聚酰胺纤维或弹性体实现。

此外对于高的能量吸收来说，绳长度也是关键的，这是因为绷紧的绳元件越长，那么在断裂前的可能的纵向伸长就越大。同时，在冲击负荷相同且绳长度更大的情况下，绳元件的要么是必要的直径要么是依赖于材料的断裂伸长量和必要的负荷接收可以通过绳元件的接合点减小。绳材料的必要的断裂伸长量应该以至少2倍至3倍的系数大于A柱的材料的必要的断裂伸长量。

为了将绳元件预紧地安装在A柱中，在每个A柱中需要各一个上方的和下方的接合点，但它们在最后提到的观点的情况下对于选择绳长度来说不必与A柱的开始部和结束部一致。为了提高绳长度，可以设置用于绳元件的附加的转向元件，转向元件在A柱的开始部和结束部上能够实现在车辆舱室的更靠后的部分中的绳走向的方向改变，并且因此能够实现绳延长。另外的转向辊子可能是需要的，用以匹配于A柱的可能的弯折点。

至少其中一个所提到的转向点(其优选实施为转向辊子，以便确保在发生负荷冲击的情况下的均匀的绳伸长)可以同时用于调节限定的绳预紧。因此，有利确保的是，绳伸长在发生负荷冲击和A柱折起后尽可能立马开始，几乎恒定地被冲击负荷伸长，并且弹性的伸长范围得到不太大的份额。绳元件的预紧也可以通过另外的附加的张紧元件，例如张紧锁扣等实现。

通过本发明给出了一种新式的可行方案，即，在车辆舱室的A柱的区域中可以提供在发生前方负荷冲击的情况下进行的能量吸收的必要的提高，其中，针对限定的负荷冲击确保车辆舱室内部的规定的生存空间，而无需安装附加的前置保险杠或者更实心地设计A柱。除了提升可吸收的冲击能量以外，本发明还实现几乎不值得注意的重量提高。

附图说明

本发明随后借助实施例和附图详细阐述。其中：

图1示出具有被整合的根据本发明的设备(能量吸收器)的车辆驾驶舱室的示意性的原理图；

图2a示出本发明的第一实施方案的示意图，其具有在A柱的弯折部位上的转向辊子和在该转向辊子上的绳张紧装置的实现方案；

图2b示出本发明的第二实施方案的示意图，其具有不带转向辊子和在紧固扣眼上的绳张紧装置的实现方案；

图2c示出本发明的第三实施方案的示意图，其具有越过两个转向辊子的绳延长部和在其中一个紧固扣眼上的绳张紧装置的实现方案；

图2d示出本发明的第四实施方案的示意图，其具有越过四个转向辊子的绳延长部和在其中一个转向辊子上的绳张紧装置的实现方案；

图3a示出绳元件的第一实施方案的截面图，其形式为具有包覆的保护套的圆的塑料股线；

图3b示出绳元件的第二实施方案的截面图，其形式为在经包覆的保护套内的多根塑料纤维的柱形的集束；

图3c示出绳元件的第三实施方案的截面图，其形式为具有经包覆的保护套的扁平的塑料带；以及

图3d：示出绳元件的第四实施方案的截面图，其形式为在经包覆的保护套内的以多层塑料纤维合并的扁平的集束。

具体实施方式

根据本发明的在功能上应简称为能量吸收器的设备的结构根据图1被整合在起重机的车辆驾驶员舱室(下面简称为：舱室4)内，并且具有绳元件1，绳元件布置在舱室4的A柱42内，并且在两个紧固扣眼2上地在下紧固点21与上紧固点22(在图1中未示出)之间被张紧。如果A柱具有弯折部位或弯曲部的话，那么根据本发明的设备至少在形成绳元件1的其中一个所谓的转向点31、32、……的部位上包含有转向辊子3。

下紧固点21嵌接在舱室4的底部组件41上，而上紧固点22优选安装在其中一个顶梁44上，顶梁承载顶部45并且建立通到A柱42的上方的连接部。顶梁44在舱室4的后区域中整合到B柱43中，B柱本身以(以和A柱42类似的方式和方法)与底部组件41抗弯曲地连接。

高的抗拉强度和蠕变强度的优选由聚酰胺6、聚酰胺6.6、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛聚合物构成的能伸长的塑料绳用作绳元件1的能量吸收器，塑料绳紧固在顶梁44的固定的上方的紧固点22上，而转向点31可以通过可轻松运动的转向辊子3实现。紧固扣眼2必须如下这样地定位，即，使该紧固扣眼不会由于负荷冲击的导入的能量受到损坏。为此，在一些情况下也可能需要在顶梁44的后区域中进行增强。

为了使绳元件1在发生负荷冲击时不会在尖锐的棱边处由于在缺口裂纹损坏处的过负荷而提前破裂，绳元件1适宜地以柔性的、与吸收器类似地能伸长的保护套13(其由弹性体、热塑性材料或热固性聚合物，例如芳纶、PVC、硅、聚氨酯等构成)包覆。该护套可以闭合地或以编织包套的形式施加。

绳元件1应该得到很小的预紧，以便在装配好的状态下不会松弛，并且在发生负荷冲击时在最开始就通过(最初弹性的并且随后塑性的)材料伸长接收能量。由此，在发生作用到一个或多个A柱42上的前方的负荷冲击的情况下，由于绳材料的纵向伸长，使得冲击能量如下程度地减小，即，保持住车辆驾驶员的生存空间。在能量接收方面，在该设备中(严格地说)实现了在作为静态结构的弯曲变形部(直到弯折部位破裂)的A柱42的空心型廓与作为柔性的结构(绳元件1)的伸长变形部的绳元件1之间的功能分离。通过A柱42(静态结构)与绳元件1(柔性的绳元件)之间的功能分离导致的提高的能量消除可能需要对支撑起A柱42的结构元件进行附加增强。为了在发生负荷冲击时防止顶部45的过度的折起，顶部(如上面已经提到的那样)至少在顶梁44中得到增强，更实心地设计或者设计有结构型廓(顶部45的纵向型廓)。

对绳元件1的能量接收来说(考虑到舱室4的轻型结构)能量接收/密度的比例是关键的。该比例越大，那么即使在舱室4实施轻型结构的情况下，针对车辆驾驶员的生存空间也可以更大地定尺寸。

在图2a至图2d中，舱室4内部的根据本发明的能量吸收器的不同的实施方式以穿过A柱和B柱42或43的平面的截面图示出。

图2a为此示出第一变型方案，其中，绳元件1以其下紧固点21牢固地锚固在舱室4的底部组件41中，而上紧固点22选择在顶梁44的前端部上，以便使绳元件1的上端部刚性地与顶梁44的结构增强部46连接。绳元件1的紧固例如可以借助高强度的环首螺栓在下紧固点21中，在旋拧到底部上的角形件(未示出)处实现，或者在上紧固点22中以相同的方式直接在顶梁44或其结构增强部46上实现。下紧固点21的精确的定位根据和顶梁44上的上紧固点22相同的标准选择，从而在舱室4的实心构件(底部组件41、结构增强部46)中的耐抗的锚固在如下定位上实现，该定位确保了将绳元件1非接触地引导穿过A柱42的空心型廓。

在A柱42的象征性地示出的弯折部位上选择转向点31，在转向点上，可轻松运动的转向辊子3使绳元件1转向，因此，绳元件1在弯折部位上由于绳材料的局部的过负荷导致的缺口裂纹损坏不会导致绳元件1的抗拉强度的下降。(如在下面在图3a至图3d中详细示出的那样)避免缺口裂纹的另外的措施通过如下方式实现，即，绳元件1的绳芯11以优选由弹性体构成的保护套13包覆。

此外，绳元件1的预紧是期望的，这是因为绳元件1在装配好的状态下不会松弛，而是在发生负荷冲击时在最开始就应该吸收能量。预紧在该情况下可通过可移动的转向辊子3调节，其中，张紧设备5向左驱使转向辊子3，由此，绳元件1的弯曲进一步向外扩展并且提供预紧。

在根据本发明的能量吸收器的在图2b中示出的最小实施方案中，绳元件1直接直线形地从下紧固点到上紧固点21或22地沿直线引导穿过A柱42，其中，不需要转向辊子3。转向辊子3是非强制性地必需的，然而出于结构上的要求可能必要的是，例如由于A柱的弯折或弯曲形的型廓或提高绳长度的必要性，以便与绳元件1的更小的直径相适应。

绳元件1的最小长度由具体的A柱42的可用的结构空间得到。为了遵守伸长量的相应的最大允许的尺度，绳元件1必须在其厚度方面相应匹配，从而使有效的横截面可以接收负荷冲击的能量。对于最大允许的冲击能量来说在非常粗略的第一近似中适用的是：

E_A＝0.5×断裂力×绳的长度改变(距离)。

绳元件1越长，那么在负荷能量接收保持恒定的情况下，绳元件1的断裂伸长量可以更小地选择。绳假定具有10％的断裂伸长量。于是，1m的股线(以绝对测量方式)在断裂时具有和2m绳元件1相比仅一半的长度改变。图2c提供了如下这种示例。在此，绳元件1利用在紧固点31和32上的两个转向辊子3转向。转向在A柱42的下部分中(在下转向点32上)，在其弯折部位上进行，并且在顶梁44的前端部上的上转向点32中进行。上紧固点22在该示例中后移到舱室4的后部分上，上紧固点在该情况下安装在顶梁44内的上结构增强部46上。由此获得的绳长度以第一近似地相应于最初在图2a和2b中示出的绳元件1的长度的一倍半。

为了调节绳元件1的预紧，在图2c的示例中，在其下紧固部21上存在有张紧装置5，其可如下这样地在底部组件14内调节，即，使绳元件1在直线的走向上张紧。

在窗口区域保持恒定的情况下，具有经延长的绳元件1的另外的变型方案在图2d中示出。在该变型方案中，经延长的绳引导部不仅设置在上顶梁44上，而且也设置在底部组件41内。在此进一步地，利用蜿蜒状的绳引导部，越过底部组件41内部的两个附加的转向辊子3地几乎实现了绳长度相对图2a和图2b的示例的三倍。下紧固点21在此(如在之前的三个示例中那样)位于舱室4的前区域中。绳元件1从那里出发在转向点33中越过位于底部组件41的后区域中的转向辊子3转向了180°，并且越过A柱42中的转向辊子34转向。在此，在该情况下，张紧设备5一起被整合在转向点33上的转向辊子3上。

绳元件1的类似大小的延长部可以通过如下方式实现，即，绳元件1在舱室4的前方区域中蜿蜒状地引导，并且在两个A柱42之间的区域中水平地或成对角线斜穿地张紧。

绳元件1在第一实施方案中如在图3a中示出的那样具有基本上圆的绳芯11，其由所选择的绳材料的单根纤维构成，绳芯被保护套13包围。由塑料，优选聚酰胺构成的平行布置的单根纤维集合为集束，其相应于待吸收的负荷地确定规格。保护套13是由芳纶、PVC、硅和聚氨酯的原料组构成的弹性原料。保护套13将由若干单根纤维构成的集束保持在一起，并且保护绳芯以防受到机械损坏，例如在舱室4的结构上的摩擦或缺口碰撞作用。

绳元件1的另外的实施方案在图3b中示出。由保护套13包围的绳芯11在此由具有更小的直径的塑料纤维12的柱形的集束组成。圆的塑料纤维12一起形成绳芯11的基本上圆的横截面。

在绳元件1的另外的实施方案中，如在图3c中示出的那样，绳芯11具有扁平带形的横截面。这样设计的绳芯11由保护套13包围。

图3d示出了具有扁平带形的绳芯11的绳元件1，其中，绳芯11由一定数量的相互堆叠的塑料纤维12组成。塑料纤维12又形成绳芯11的扁平带，并且如针对之前的图3a至图3c描述的那样由保护套13包围。

不依赖于绳元件1的具体的横截面形状地，与图3b和图3d不同地也可能的是，各个塑料纤维12作为绳芯11的子集束没有相互平行地布置，而是以编织的方式布置。

根据本发明的用于在舱室4的A柱42的区域中的前方的负荷冲击的情况下吸收能量的设备通过整合到A柱42中的绳元件1实现加固，其符合法律规范和规定，并且能够匹配于几乎每个车辆驾驶员舱室。另外的应用涉及私家车、小型运输器和具有大面积的车窗区域的货车的车辆舱室并且不太多地涉及车辆舱室前方的发动机空间。

附图标记列表

1 绳元件

11 绳芯

12 塑料纤维

13 保护套

2 紧固扣眼

21 下紧固点

22 上紧固点

3 转向辊子

31、32 转向点

33、34 转向点

4 舱室

41 底部组件

42 A柱

43 B柱

44 顶梁

45 顶部

46 结构增强部

5 张紧装置

Claims (15)

1.用于吸收机动车上的冲击能量的设备，其中，车辆舱室的A柱具有能变形的元件，用以通过能量吸收来拦截负荷冲击，其特征在于，

-在所述A柱内部分别布置有绳元件，所述绳元件具有>5％的高的断裂伸长量或大于6MPa/mm²的抗拉强度以及很小的密度，

-所述绳元件的端部一端紧固在底部组件上，而另一端紧固在结构增强的顶梁上，并且

-所述绳元件具有在负荷冲击下通过最初弹性的且随后塑性的纵向伸长来吸收冲击能量的绳材料。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳材料是具有<2.6g/cm³的密度的塑料或者纤维复合塑料。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述绳材料是聚酰胺。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件的断裂伸长量以至少2倍的系数高于所述A柱的材料的断裂伸长量。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述绳元件的端部之间布置有至少一个转向辊子，以便使所述A柱的弯折或弯曲部位保持不与所述绳元件接触。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个转向辊子布置在所述绳元件的端部之间，以便提高所述绳元件所能伸长的长度。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，至少两个转向辊子布置在所述绳元件的端部之间，以便使所述绳元件的至少一个紧固点向后迁移到所述车辆舱室的底部组件或者顶梁中。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，至少一个布置在所述绳元件的端部之间的转向辊子设有张紧装置(5)。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件由至少一根塑料纤维或塑料复合物的绳构成。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件由多根塑料纤维的圆的柱形的集束组成。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件由多层相互贴靠的塑料纤维的扁平的集束组成。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述绳元件由多根塑料纤维的编织的集束组成。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件由保护套包裹。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件是预紧的。

15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述绳元件的预紧借助张紧装置来实现，所述张紧装置在紧固扣眼处或者在转向辊子处具有移动装置。