CN110087954A - 用于轿车前部区域的保险杠设备 - Google Patents

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Abstract

轿车的保险杠设备(2)具有上部和下部负载路径(10或20)。在下部负载路径(10)的横梁(22)上根据本发明设有弹簧元件(30)，该弹簧元件在行人与轿车碰撞情况下施加附加的力到行人小腿(T)上，以便辅助行人朝向轿车前盖板方向运动。

Description

用于轿车前部区域的保险杠设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1或10前序部分的用于轿车前部区域的保险杠设备以及具有保险杠设备的轿车。
背景技术
同类型的保险杠设备例如由WO 2014/154630 A1已知。已知的保险杠设备具有上部和下部负载路径。上部负载路径由上部纵梁和上部横梁形成并且在轿车碰撞情况下承担能量卸除的主要部分。下部负载路径由下部纵梁和下部横梁形成。下部横梁通常也称为“下加强件”或“下保险杠加强件”。两个横梁由一个保险杠饰板覆盖。下部横梁用于在保险杠饰板的下部区域中加固保险杠饰板，特别是在与行人由事故决定的力加载时。在行人小腿与保险杠饰板碰撞时，下部横梁发挥作用，使得行人在其小腿区域中以相应的力加速并且因此限定地运动到轿车前罩上。
发明内容
本发明的任务在于，进一步研发已知的保险杠设备。
该任务通过具有权利要求1特征的保险杠设备得以完成。权利要求10涉及具有根据本发明的保险杠设备的轿车。
根据权利要求1的本发明核心构思是，除了吸收能量的元件之外或替代吸收能量的元件，给下部负载路径设置弹簧元件。这种根据本发明设置的弹簧元件的作用是，在轿车与行人碰撞情况下，将行人尽可能推向轿车前盖板方向。在碰撞情况下，行人上身经历朝向前盖板方向的移位。行人腿部、尤其是小腿不以相同的程度跟随上身的这种倾斜位置。通过弹簧元件根据本发明产生“回弹”，通过该“回弹”，行人小腿沿轿车行驶方向经历力加载，并且因此相应于上身的倾斜位置而“再拉”小腿。
在此对于本发明重要的是，如此选择弹簧元件的材料和/或在几何结构方面如此为弹簧元件定尺寸，使得弹簧元件由碰撞决定的变形至少主要位于弹性变形范围内，也就是说塑性变形部分非常小。因此实现弹簧元件在力的作用下首先弹性变形，然后弹簧元件再次朝向碰撞之前所具有的初始位置方向往回移位，同时释放在力导入时引入到弹簧元件中的变形能量。换句话说，弹簧元件是如下构件，该构件理想地仅具有弹性特性并且因此从根本上区别于已知的吸收能量的元件，所述已知的吸收能量的元件对“回弹”没有贡献或没有明显的贡献。
根据本发明一种优选的设计方案，弹簧元件基本上在下部横梁的整个宽度上延伸。因此，弹簧元件的有利功能的获得无关于轿车与行人在保险杠设备的哪个部位上碰撞。弹簧元件可以是一个单个连续的弹簧元件或多个弹簧元件。
在本发明有利的扩展方案中，弹簧元件(或多个弹簧元件)的弹簧刚度沿车辆横向方向是不均匀的。因此可以将“回弹”适配于碰撞部位。通常在车辆中部区域中仅要求弹簧元件相对小的回弹特性，因为横梁在此与其接合到下部纵梁的两个接合部位距离最远并且因此本身具有相对好的回弹特性。理论上在接合到下部纵梁上的接合区域中，弹簧元件更高的回弹特性是有利的。
本发明一种优选的实施方式规定，弹簧元件在横截面中有“波浪”形状。术语“波浪”包括所有走向类似于正弦曲线的横截面。当然在此包括类似的横截面形状，如锯齿状、手风琴状、波纹管状横截面。在此，可以是“一个单个”波浪(对应于360度上的正弦曲线)或者其一部分或者可以是多个沿着车辆纵向方向彼此排列的波浪。在制造技术有利的方式中，弹簧元件可以一体地实施。
在碰撞情况下，波浪式弹簧元件向一起互挤压。换句话说，借助于弹簧元件波峰和/或波谷上的切线：在碰撞情况下，该切线斜率的绝对值增加。在极端情况下，在此相邻的波浪法兰可以彼此贴靠。在力作用结束后，在释放先前引入的变形能量情况下，波浪状弹簧元件再次膨胀。
本发明的设计方案规定，弹簧元件构造成一个(近乎)完全的波浪形状(在具有约360度的正弦曲线的意义上)。因此，在保证弹簧元件刚度相同的同时提供足够的变形途径。
弹簧元件的刚度在本发明的进一步扩展方案中可受一个或多个加固元件的引入影响。所述至少一个加固元件优选构成为面状并且设置为大致在轿车的X-Z平面中。术语“X-Z平面”因此也包括略微偏离的定向，这是由于下部横梁在其侧向部段中的弯曲走向。
为了提高弹簧元件的回弹，本发明的设计方案规定，弹簧元件在预紧的情况下设置在横梁上，其中，设有在碰撞情况下释放储存能量的装置。因此弹簧元件有利的作用得以加强。
该装置例如可以传感器控制地在相应大的作用力和/或加速度时释放弹簧能量，例如通过可电磁移位到释放位置的锁紧销。
在本发明有利的设计方案中，弹簧元件可以在其背向行驶方向的一侧上具有用于与下部横梁形锁合连接的装置。该形锁合可以在装配弹簧元件期间(优选地在预紧施加到弹簧元件期间或之后)产生。在碰撞情况下，解除形锁合并释放最初引入的能量。所描述的实施方式成本非常合适并且特点在于特别高的功能安全性。
权利要求10涉及一种具有根据本发明的保险杠设备的轿车。
与本专利申请关联使用的所有位置说明(例如前、后)参考轿车在向前行驶时的行驶方向。
附图说明
本发明可行的实施例在附图中示出并且接下来得以进一步阐述。其中：
图1示出根据现有技术的保险杠设备的示意性剖视图，
图2示出本发明的相应于图1的示意图，
图3示出根据本发明的保险杠设备的透视图，
图4示出本发明的示意性俯视图，
图5示出本发明的另外的示意性俯视图，
图6示出本发明的一个实施例的示意性透视图，
图7示出图6技术方案的示意性剖视图，
图8至图10示出本发明的另外实施例的示意性透视图，
图11至图15示出弹簧元件的不同实施例的示意图，
图16示出弹簧元件和所属前饰板的示意性剖视图，
图17示出本发明一个另外的实施方式的相应于图16的示意图，
图18a至18d示出弹簧元件在下部横梁上(弹簧元件在不同位置中)的示意性剖视图。
具体实施方式
在附图中，行驶方向称为FR，并且坐标系以空间方向X(车辆纵向方向)、Y(车辆横向方向)和Z(车辆竖轴线)绘出。X方向平行于行驶方向FR延伸。
图1示出具有根据现有技术的保险杠设备102的轿车前部区域。已知的保险杠设备102具有带有上部和下部横梁112或122的上部和下部负载路径110或120。保险杠设备102由前饰板104覆盖。在上部横梁112的前侧上设有由卸除能量的吸收泡沫制成的垫板114。下部横梁122在前侧也具有吸收能量的垫板或衬垫124。在此例如可以是泡沫材料或具有塑性变形的肋结构的垫板。
图1示出轿车与行人的碰撞情况模拟，在此使用腿部冲击器B、例如所谓的FLEX-PLI腿部冲击器(“灵活的行人腿部冲击器”)。腿部冲击器B表征视线方向与行驶方向FR成横向的的行人。在腿部冲击器B上示出内侧副韧带MCL以及在小腿T和大腿F之间的张角W1。箭头R1描述在下部横梁112区域中撞击到前饰板102之后小腿T的移位大小。由于吸收能量的垫板124的塑性变形，小腿T不明显地以与大腿F相同的转动方向移位。因此，在膝盖上产生相对大的张角W1，并且因此产生内侧副韧带MCL相对大的延展。
图2示出具有保险杠设备2的轿车的根据本发明的前部区域，该保险杠设备具有上部和下部负载路径10或20以及具有上部和下部横梁12或22。该保险杠设备2由前饰板4覆盖。在上部横梁12的前侧上设有由卸除能量的吸收泡沫制成的垫板14。根据本发明，在下部横梁22的前侧上设有弹簧元件30。
图2也示出轿车与行人的模拟碰撞情况，在此使用腿部冲击器B。然而与根据图1的碰撞情况不同，下部横梁22与根据本发明的弹簧元件30产生沿行驶方向FR的力，该力引起小腿T向前(沿行驶方向FR)移位。该移位由箭头R2表示。随着根据本发明的保险杠设备2的“回弹”增强，小腿T依循未在腿部冲击器B上模拟的行人上身在真实碰撞情况下朝向轿车前盖板方向的移位。因此，张角W2小于在根据现有技术的保险杠设备102时的同类碰撞情况下的张角，内侧副韧带MCL更小地延展。
图3示出根据本发明的保险杠设备2在轿车前部区域中的结合。在此仅示出轿车的右前区域。相同的部件以与图2相同的附图标记标明。
上部负载路径10由上部纵梁16(其中仅示出右上纵梁16)和上部横梁12形成。下部负载路径20由下部纵梁26(其中仅示出右下纵梁26)和下部横梁22形成。在下部横梁22的前侧上根据本发明设有弹簧元件30，该弹簧元件在下部横梁22的整个宽度上延伸(在图3中仅示出右边的、到达车辆中间的一半横梁22)。弹簧元件30沿着横梁22的整个延伸部设置，也就是说既设置在下部横梁22的中间部段22m中，又设置在稍微与行驶方向FR相反向后弯曲的侧向部段22s上。
弹簧元件30在横截面中为波浪形，并且相对于行驶方向FR有近似“水平S”的形状。在弹簧元件前侧上有大致水平突出的接片32。在背侧上，弹簧元件30具有在安装位置中大致在轿车Y-Z平面中延伸的法兰34，该法兰用于与下部横梁22的前侧23连接。
图4示出下部横梁22的示意性俯视图。在下部横梁22的前侧23上设有弹簧元件30，该弹簧元件在下部横梁22的整个宽度上延伸。为了说明弹簧元件30的弹性特性可在下部横梁22的宽度上变化，“弹簧元件30”在图4中示出为多个单个的弹簧元件30a，所述弹簧元件以部分不同的间距彼此设置和/或可以具有不同的弹簧刚度。下部横梁22通过变形元件28、所谓的“变形盒”接合到下部纵梁26上，变形元件在碰撞情况下通过塑性变形来减少动能。
图5再次说明弹簧元件30的弹性特性沿着下部横梁22的宽度延伸部变化的可能性。例如弹簧元件30在其中间部段30m中比在其侧向部段30s中可以具有更小的弹簧刚度。例如可以在下列情况下选择这种设计，即，下部横梁22在其中间部段22m中比在其相邻于与下部纵梁26接合的接合部位的侧向部段22s中具有更高的弹性。
图6和图7示出在未示出的下部横梁22的宽度上伸展的弹簧元件30，其中，图6仅示出弹簧元件30的右半部分。弹簧元件30在横截面中为波浪形，具有走向类似于正弦曲线在360度角度范围上的大致一个完整波浪。如结合图3已提及，也可以将弹簧元件30的横截面直观地说明为“水平S”。弹簧元件30的刚度和/或弹簧刚度可以以有利的方式受肋式加固元件36的设置影响。加固元件36构成为面状，并且在弹簧元件30的中间部段30m中大致平行于轿车的X-Z平面延伸。在侧向部段30s中(当前仅示出右侧向部段30s)，加固元件36的定向大致偏离于X-Z平面，并且在横梁22的弯曲部上在其外侧的部段22s中定向。
如特别是从图7的放大图中得知，加固元件36可以设置在弹簧元件30的不同位置上。在此，图7原则上示出：加固元件36可以加固“波拱”、即“波峰”和/或“波谷”、和/或法兰34。不同于图7的示意图，加固元件36也可以填充弹簧元件30的仅一部分波峰或波谷。
加固元件36可以沿着弹簧元件30的宽度延伸部以相同或不同的间距彼此设置。在图6中示出加固法兰的加固元件36的等距离设置。用于加固法兰34的加固元件36沿着弹簧元件30的整个宽度延伸部设置，然而用于加固“波谷”的加固元件36仅设置在弹簧元件30的侧向部段30s和中间部段30m中。
图8至图10示出弹簧元件30的不同实施方式。所有实施方式的共同之处在于弹簧元件30的波浪形横截面。然而，单个弹簧元件30具有不同的“高”波浪形横截面(“振幅”A)并且也有不同的壁厚D。根据图9和图10，在弹簧元件30上设有加固元件36，所述加固元件相应地附接在弹簧元件30的法兰34上。
图11至15以示意图示出弹簧元件30不同实施方式的局部。如结合图8至图10已经阐述，单个弹簧元件30具有不同的“高”波浪形横截面(“振幅”A)并且也具有不同的壁厚D。根据图12和图14的弹簧元件30在此设有不同构造的加固元件36。图15示意性示出具有多个相继的“波浪”30w的弹簧元件30，然而根据图11至14的弹簧元件30相应地大约具有仅一个完整波浪。
图16和17示例性地示出不同构造的前饰板4和弹簧元件30之间的相互作用，所述前饰板覆盖下部负载路径20。在根据图16的前饰板4的“钝”锥形设计中，可将弹簧元件30拉入到前饰板4的前部区域中。这在根据图17的前饰板4的“锐”锥形设计中然而是不可能的：在此弹簧元件30不能以其弹簧几何结构拉入到前饰板4的前部边缘。然而，为了尽可能从与行人碰撞开始时以碰撞能量加载弹簧元件30，设有接片32，该接片沿X方向跨接自由空间，从而可以将由碰撞产生的冲击能量在时间上更早地引入到弹簧元件30中。由此显著改善“回弹”。
与腿部冲击器或在实际事故发生中与行人的腿碰撞时，前饰板4相对逐点地由力施加，并且该力进一步施加到设置在其后的弹簧元件30上。根据弹簧元件30前侧上的接片32造型，可以影响沿车辆横向Y的负载分布。在接片32在轿车宽度更大部分上延伸时，该接片近似作为加固肋起作用，通过该加固肋将逐点的能量输入大面积地引入到弹簧元件30中。换言之，沿车辆横向Y观察，以能量加载弹簧元件30的更大部分，这同样意味着弹簧刚度增加。在接片32沿车辆横向Y中断时，弹簧刚度根据接片32各个部段的宽度而小幅度或者说不显著地增加。
图18a至18d示出弹簧元件30，该弹簧元件处于预紧时可以安装在下部横梁22上。该弹簧元件30在碰撞情况下从横梁22部分地解耦，同时释放先前存储的弹簧能量。
弹簧元件30的弹性由其有弹性的部段31产生。有弹性的部段31在横截面中具有大致锯齿形设置的壁33。壁33形成类似于一个完整正弦波的“完整波长”，在松弛状态中具有长度L1。
在弹簧元件30的前壁40上设有腔38，该腔的倒圆外轮廓适配于前饰板4的内轮廓。通过腔38增强弹簧元件30的刚度。这例如当在(一方面)在下部负载路径20中作为接触部位的前饰板4的前边缘和(另一方面)横梁22之间存在高度偏差时有重要性。此类沿轿车高度方向Z的偏差主要产生弹簧元件30向上或向下的扭转。因此“回弹”减弱，因为“回弹”不再理想地几乎平行于轿车的纵向方向X进行。通过弹簧元件30的加固，该弹簧元件相对于横梁22扭转较不强烈。腔38可以根据下部负载路径20的高度位置而省去或较不坚硬地实施。
弹簧元件30以其法兰34支撑在下部横梁22的前侧23上。在弹簧元件30的前壁40上设有具有端侧钩44的自由伸出的臂42。臂42处于内部预紧并且向上突出(图18a)。
将弹簧元件30固定在下部横梁22上，其方式为，将法兰34贴靠在下部横梁22的前侧23上。接下来，相应于箭头K2方向向一起挤压弹簧元件30的弹性部段31，使得钩44利用臂42的伴随的下压而包围横梁22并且在此位置中与横梁22形成固定的形锁合。在该压缩位置中，弹簧元件30的弹性部段31具有长度L2并且处于预紧下(图18b)。如果足够高的力作用到下部负载路径20上(箭头K3)，那么弹性部段31被进一步压缩到长度L3，在该长度中弹性部段31的壁33几乎成块体。通过臂42的伴随于此的向上移位，将钩44从与横梁22的形锁合中解除(图18c)。结果，处于预紧下的弹性部段31使弹簧元件30的前壁40沿行驶方向FR移位(图18d)，并且再次占据图18a示出的初始位置。通过弹簧元件30沿行驶方向FR的运动，附加的力施加在图2所示的腿部冲击器B上，具有的优点是更大的脉冲施加在腿部冲击器B的小腿T上。通过这个改善的“回弹”可以缩小张角W2。
本发明可概括如下：轿车的保险杠设备2具有上部和下部负载路径10或20。在下部负载路径的横梁22上根据本发明设有弹簧元件30，该弹簧元件在行人与轿车碰撞情况下施加附加的力到行人小腿T上，以便辅助行人朝向轿车的前盖板方向运动。
附图标记列表
2 保险杠设备
4 前饰板
10 上部负载路径
12 上部横梁
14 垫板
16 上部纵梁
20 下部负载路径
22 下部横梁
22m 中间部段
22s 侧向部段
23 前侧
24 垫板
26 下部纵梁
28 变形元件
30 弹簧元件
30a 单个弹簧元件
30m 中间部段
30s 侧向部段
30w 波浪
31 弹性部段
32 接片
33 壁
34 法兰
36 加固元件
38 腔
40 前壁
42 臂
44 钩
102 保险杠设备
104 前饰板
110 上部负载路径
112 上部横梁
114 垫板
120 下部负载路径
122 下部横梁
124 垫板
A 振幅
B 腿部冲击器
D 壁厚
F 大腿
FR 行驶方向
K2 箭头
K3 箭头
L1 长度
L2 长度
L3 长度
MCL 内侧副韧带
R1 箭头
R2 箭头
T 小腿
W1 张角
W2 张角
X、Y、Z 空间方向

Claims (10)

1.用于轿车前部区域的保险杠设备，具有上部负载路径，该上部负载路径具有上部纵梁和上部横梁，以及该保险杠设备具有下部负载路径，该下部负载路径具有下部纵梁和下部横梁，其特征在于，下部横梁(22)在其前侧(23)上至少在其宽度延伸部的一部分上具有至少一个弹簧元件(30)。
2.根据权利要求1所述的保险杠设备，其特征在于，弹簧元件(30)基本上设置在下部横梁(22)整个宽度延伸部上。
3.根据权利要求2所述的保险杠设备，其特征在于，弹簧元件(30)的弹簧刚度在下部横梁(22)的宽度延伸部上至少局部不同。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的保险杠设备，其特征在于，弹簧元件(30)在横截面中、即大致在轿车的X-Z平面中构成为波浪形。
5.根据权利要求4所述的保险杠设备，其特征在于，弹簧元件(30)基本上具有走向类似于正弦曲线的完整波浪。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的保险杠设备，其特征在于，弹簧元件(30)具有至少一个大致沿轿车行驶方向(FR)定向的加固元件(36)。
7.根据权利要求6所述的保险杠设备，其特征在于，所述至少一个加固元件(36)构造为面状，大致在轿车的X-Z平面中延伸并且置入到弹簧元件(30)的波拱中。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的保险杠设备，其特征在于，弹簧元件(30)在预紧的情况下设置在横梁(22)上，其中，设有装置(42、44)，该装置在碰撞情况下释放弹簧元件(30)的预紧，使得该弹簧元件(30)产生沿行驶方向(FR)指向的力。
9.根据权利要求8所述的保险杠设备，其特征在于，所述装置(42)具有部段(44)，该部段在弹簧元件(30)处于预紧时与横梁(22)形锁合，其中，在逆着行驶方向(FR)加载力时能够解除该形锁合并且弹簧元件(30)能够释放其预紧。
10.轿车，具有根据权利要求1至9中任意一项所述的保险杠设备。
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