CN110194114B - 复合能量吸收组件 - Google Patents

Abstract

一种能量吸收组件包括外壳和多个独立的能量吸收元件。所述外壳包括第一壁和第二壁。所述第一壁和所述第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室。所述多个能量吸收元件中的各个元件包括聚合物和多个增强纤维。所述多个能量吸收元件至少部分地设置在所述内部隔室内并且固定到所述外壳。所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件包括在第一端与第二端之间延伸的细长中空结构。各个细长中空结构限定纵向轴线，所述纵向轴线不平行于所述第一壁和所述第二壁中的至少一个延伸。在各个替代方面上，各个能量吸收元件可以包括横向壁。

Description

复合能量吸收组件

引言

本公开涉及一种用于车辆的复合能量吸收组件、以及制造和组装该复合能量吸收组件的方法。

这个部分提供了与本公开相关的背景信息，这些背景信息并不一定是现有技术。

这有利于提高车辆部件的压碎性能。但是，这还有利于轻量化汽车或其它车辆的部件以提高燃料效率。因此，在最小化部件重量的同时，在正常使用期间表现出足够强度并在诸如碰撞等非常条件下表现出能量吸收特性的车辆部件是有利的。

发明内容

这个部分提供了对本公开的总体概述，并不是对其全部范围或所有特征的全面公开。

在各个方面上，本公开提供了一种用于车辆的能量吸收组件。该能量吸收组件包括外壳和多个独立的第一能量吸收元件。外壳包括第一壁和第二壁。第一壁和第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室。多个独立的第一能量吸收元件中的各个元件包括聚合物和多个增强纤维。多个第一能量吸收元件至少部分地设置在内部隔室内并且固定到外壳。多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件包括在第一端与第二端之间延伸的细长中空结构。各个细长中空结构限定纵向轴线，该纵向轴线不平行于第一壁和第二壁中的至少一个延伸。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件的相应纵向轴线大体上正交于第一壁和第二壁中的至少一个延伸。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构在垂直于相应纵向轴线的方向上限定大体上呈圆形的横截面。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构限定了圆柱形。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构限定了圆锥台。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构在第一端处限定第一直径并且在第二端处限定第二直径。第二直径小于第一直径。第二端设置在第一端的相对于车辆的外部。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构的外周壁限定沿纵向轴线变化的厚度。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构的外周壁在第一端处限定第一厚度。多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的细长中空结构的外周壁在第二端处限定第二厚度。第二厚度小于第一厚度。第二端设置在第一端的相对于车辆的外部。

在一个方面上，厚度大于或等于约1mm至小于或等于约5mm。

在一个方面上，各个能量吸收元件的第二端设置在相应第一端的相对于车辆的外部。第二端包括锯齿状表面。

在一个方面上，各个能量吸收元件的第一端和第二端中的至少一个包括径向延伸的凸缘。

在一个方面上，多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件的径向延伸的凸缘设置在该能量吸收元件的第一端处。各个能量吸收元件的径向延伸的凸缘固定到外壳的第一壁。第一端设置在第二端的相对于车辆的内部。第一壁设置在第二壁的相对于车辆的内部。

在一个方面上，能量吸收组件还包括多个第二能量吸收元件。多个第二能量吸收元件至少部分地设置在内部隔室内并且固定到外壳。多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件在平行于纵向轴线的方向上限定第一长度。多个第二能量吸收元件中的各个能量吸收元件在该方向上限定第二长度，第二长度不同于第一长度。

在一个方面上，能量吸收组件还包括多个独立的第二能量吸收元件。多个第二能量吸收元件至少部分地设置在内部隔室内并且固定到外壳。多个第一能量吸收元件中的各个能量吸收元件在垂直于纵向轴线的方向上限定第一直径。多个第二能量吸收元件中的各个能量吸收元件在该方向上限定第二直径。第二直径小于第一直径。多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件排列成具有行和列的网格。多个第二能量吸收元件中的能量吸收元件设置在该网格的行与列之间。

在各个方面上，本公开提供了另一种用于车辆的能量吸收组件。该能量吸收组件包括外壳和多个独立的能量吸收元件。外壳包括第一壁和第二壁。第一壁和第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室。多个独立的能量吸收元件中的各个能量吸收元件包括聚合物和多个增强纤维。多个能量吸收元件至少部分地设置在内部隔室内并且固定到外壳。多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件包括在第一端与第二端之间延伸的横向壁。

在一个方面上，多个能量吸收元件的相应横向壁大体上正交于第一壁和第二壁中的至少一个延伸。

在一个方面上，各个能量吸收元件的相应横向壁包括形成在其中的多个细长脊。多个细长脊中的各个细长脊以预定间隔与多个细长脊中的其它细长脊间隔开。

在一个方面上，多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的各个横向壁的多个细长脊限定了周期性轮廓。

在一个方面上，多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的横向壁限定了大于或等于约1mm至小于或等于约5mm的厚度。

在各个方面上，本公开提供了又一种用于车辆的能量吸收组件。该能量吸收组件包括外壳和多个独立的能量吸收元件。外壳包括第一壁和第二壁。第一壁和第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室。多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件包括聚合物和多个增强纤维。多个能量吸收元件至少部分地设置在内部隔室内并且固定到外壳。多个增强纤维中的纤维具有大于约1mm的平均长度。

其它应用领域将从本文提供的描述中变得显而易见。发明内容中的描述和具体示例仅用于说明目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于说明选定的实施例而非所有可能的实施方式，并不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的某些方面的包括多个独立能量吸收元件的能量吸收组件的透视图；

图2是根据本公开的某些方面的一种能量吸收元件的透视图；

图3是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收元件的透视图；

图4是根据本公开的某些方面的又一种能量吸收元件的侧视图；

图5是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收元件的透视图；

图6是图5的能量吸收元件沿图5的线6-6的截面图；

图7是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收元件的截面图；

图8是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收组件的局部透视图；

图9是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收组件的局部前视图；

图10是根据本公开的某些方面的又一种能量吸收组件的局部透视图；以及

图11是根据本公开的某些方面的另一种能量吸收组件的局部前视图。

在整个附图的若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

提供示例性实施例以使本公开更全面并且将范围全面传达给本领域技术人员。对众多具体细节进行阐述，诸如具体组合物、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的全面理解。对于本领域技术人员而言显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施例可以以许多不同的形式体现，并且两者都不应该解释为限制本公开的范围。在某些示例性实施例中，没有对众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术进行详细描述。

本文中使用的术语仅用于描述特定示例性实施例而非限制性的。除非上下文明确指出，否则本文使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可以包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的并由此明确了存在所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。虽然开放式术语“包括”应当理解为用于描述和要求本文中陈述的各个实施例的非限制性术语，但是在某些方面上，该术语可以替代地理解为更具有限制性且约束性的术语，诸如“由……组成”或“基本上由……组成”。因此，对于叙述组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何特定实施例，本公开还特别包括由所述的这些组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成，或者基本上由所述的这些组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成。在“由……组成”的情况下，替代实施例排除了任何附加组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤；而在“基本上由……组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特征的任何附加组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤被排除在这个实施例之外，但是实质上不影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤可以包括在该实施例中。

除非明确指定执行顺序，否则本文中描述的任何方法步骤、过程和操作不应该理解为必须要求它们以所论述或图示的特定顺序执行。还应当理解，除非另有说明，否则可以采用附加的或替代的步骤。

当一个部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”或“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，该元件可以直接在另一个部件、元件或层上或接合、连接或耦合到另一个部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件或层上”或“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件间关系的其它措词应当以类似的方式解释(例如“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。本文使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的列出项的任何和所有组合。

虽然第一、第二、第三等术语在本文中可以用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应当受限于这些术语，除非另有说明。这些术语仅可以用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部分区分开。当在本文中使用诸如“第一”、“第二”等数字术语时，这些术语并不暗示次序或顺序，除非上下文明确指出。因此，在不脱离示例性实施例的启示的情况下，下面论述的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可能称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部分。

为了便于描述，在本文中可以使用诸如“在……之前”、“在……之后”、“内部”、“外部”、“在……之下”、“在……下方”、“下面”、“在……之上”、“上面”等空间或时间相关术语来描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间或时间相关术语可以用于包括除了附图中描绘的方位之外的装置或系统在使用或操作时的不同方位。

在整个本公开中，数值表示范围的近似测量或限制，以包括与给定值的微小偏差和大概具有提到的值的实施例以及恰好具有提到的值的实施例。除了在具体实施方式的末尾提供的工作示例之外，本说明书(包括所附权利要求书)中的参数(例如数量或条件)的所有数值都应当理解为在所有情况下用术语“大约”修改，无论实际上在该数值之前是否出现“大约”。“大约”表示所述数值允许一点微小的不精确(非常接近该值的精确；近似或合理接近该值；差不多)。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中没有理解为具有这种普通含义，那么本文使用的“大约”至少表示由测量和使用这些参数的普通方法引起的变化。例如，“大约”可以包括小于或等于5％的变化，可选地小于或等于4％，可选地小于或等于3％，可选地小于或等于2％，可选地小于或等于1％，可选地小于或等于0.5％，并且在某些方面，可选地小于或等于0.1％。

此外，范围的公开包括公开整个范围内的所有值和进一步划分的范围，包括为范围指定的端点和子范围。

现在将参照附图对示例性实施例进行更充分描述。

能量吸收组件(或压碎组件)用于车辆中以通过受控变形吸收碰撞能量。能量吸收组件可以由诸如铝或钢等金属、诸如注塑聚合物或纤维增强型高分子复合材料等高分子复合材料构成。金属压碎构件通常在分子彼此滑过时吸收能量，以使部件变形而不破裂。与复合能量吸收组件相比，金属能量吸收组件可能很重并且它们的制造复杂。由于具有大量部件，金属能量吸收组件的组装可能非常耗时。例如，单个金属能量吸收组件可以包括独立制造(例如通过冲压)并彼此固定的若干隔板。

高分子能量吸收组件可以通过注塑成型来形成。因此，现有高分子能量吸收组件可以没有增强纤维，或者可以包括非常短的增强纤维。例如，现有高分子能量吸收组件的增强纤维可以小于1mm并且可选地大于或等于约0.1mm至小于或等于约0.4mm。一些高分子能量吸收组件可以包括内部蜂窝结构。蜂窝结构可以包括多个大小、间隔和形状一致的单元，相邻单元共用壁。这些壁可以具有一致的厚度。由于需要复杂的模具，注塑成型的高分子能量吸收组件通常不适合特定的车辆或负载条件。

纤维增强型复合材料包括其中分布有增强材料的高分子基体。通常，作为非限制性示例，纤维增强型复合压碎构件通过碎裂、粉碎、叶化、撕裂、层间剥离、层内剥离、纤维基体剥离和纤维拔出失效模式来吸收能量。作为非限制性示例，合适的增强材料包括碳纤维、玻璃纤维(例如纤维玻璃、石英)、玄武岩纤维、芳纶纤维(例如

聚苯撑苯并二噁唑(PBO))、聚乙烯纤维(例如高强度超高分子量(UHMW)聚乙烯)、聚丙烯纤维(例如高强度聚丙烯)、天然纤维(例如棉花、亚麻、纤维素、蜘蛛丝)及其组合。增强材料可以制成机织物、连续无规织物、非连续无规织物、短切无规织物、连续原丝单向层、定向短切原丝层、编织物及其任意组合。高分子基体可以是热塑性聚合物或热固性聚合物。

在各个方面上，本公开提供了一种复合能量吸收组件。该复合能量吸收组件可以包括限定内部隔室的外壳和多个独立的能量吸收元件，该多个独立的能量吸收元件设置在内部隔室内并且固定到外壳。在某些变型中，能量吸收元件的大小、间隔和形状是一致的。然而，在其它变型中，单个能量吸收组件可以包括具有多种形状和大小的能量吸收元件。能量吸收元件可以包括细长中空结构(例如圆柱形、圆锥台)或连续板(例如平板、波纹板或波形板)。能量吸收元件可以均匀地分布在整个内部隔室中，或者可替代地，不均匀地分布在整个内部隔室中。在某些方面上，能量吸收元件的大小和形状可以设计为在能量吸收元件的特定端部处开始压碎。更具体地，可以在能量吸收元件相对于车辆的最外端处开始压碎

参照图1，提供了根据本公开的某些方面的能量吸收组件10。能量吸收组件10可以包括外壳12。外壳12可以包括第一壁14和第二壁16(以骨架示出)。第一壁14可以与第二壁16间隔开以至少部分地限定内部隔室18。能量吸收组件10可以固定到车辆。例如，能量吸收组件10的外壳12可以固定到车辆的外部。

外壳12可以包括第一部件20和第二部件22，第一部件包括第一壁14，第二部件包括第二壁16，第一部件和第二部件在接缝或接头24处接合。第一部件20和第二部件22可以配合以至少部分地限定内部隔室18。第一和第二部件20、22仅是示例性的，并且在各种替代实施例中，外壳12可以包括其它数量的部件。

第二壁16可以设置在第一壁14相对于车辆的外部(即外侧)。在一个非限制性示例中，能量吸收组件10可以是摇杆面板或组件或者摇杆组件的一部分。摇杆面板可以固定到车辆的外部并且可以沿着车辆的侧面在前轮井开口与后轮井开口之间延伸。能量吸收组件的第一壁14可以设置成比第二壁16更靠近车辆的客舱或中心(即，在车辆的前部与后部之间延伸的中心平面)。在另一个非限制性示例中，能量吸收组件10可以是保险杠梁或组件或者保险杠组件的一部分。保险杠组件可以沿着车辆的前部在跨车方向上延伸。第一壁14可以比第二壁16更靠近车辆的后部。第二壁16可以比第一壁14更靠近车辆的前部。

第一壁14可以是大体上呈平面的，如图所示；或者，替代地，第一壁14可以是有轮廓的，诸如以与车辆的外部互补。第二壁16可以是大体上呈平面的，如图所示；或者，替代地，第二壁16可以基于能量吸收组件10的期望性能或外观特征而具有轮廓。第一壁14可以大体上平行于第二壁16延伸。在各个替代方面上，第一壁14和第二壁16可以不平行于彼此延伸。作为非限制性示例，第一和第二部件20、22可以包括不同的或附加的特征，诸如凸缘、肋和附加壁。如本文所述，措词“大体上”在应用于所描述的元件的特征时表示该特征可能存在超出精确规定的微小变化(例如，由于制造公差引起的变化)，而不会对元件的机械或物理属性产生实质性影响。

能量吸收组件10还可以包括多个独立的能量吸收元件30。能量吸收元件30可以是不连续的，这样它们彼此不会共用壁。因为能量吸收元件30是不同的部件，所以可以针对预期压碎或负载条件对能量吸收元件30的配置和放置进行优化。可以通过改变能量吸收元件30的大小、形状和/或分布来优化能量吸收元件30。

各个能量吸收元件30可以包括限定纵向轴线34的细长中空结构32。细长中空结构32可以在能量吸收元件30的第一端35和能量吸收元件30的与第一端35相对的第二端36之间延伸。第一端35和第二端36可以是开口的。在各个方面上，能量吸收元件30可以关于纵向轴线34对称。

能量吸收元件30可以固定到外壳12。能量吸收元件30可以固定到第一壁14和第二壁16中的至少一个。在一个示例中，能量吸收元件30的相应第一端35可以固定到第一壁14。能量吸收元件30的相应纵向轴线34可以大体上垂直于第一壁14延伸。在第一壁14是有轮廓的或弯曲的情况下，纵向轴线34可以大体上正交于曲线的相切平面延伸。在某些变型中，能量吸收元件30的相应纵向轴线34大体上平行于彼此延伸。

细长中空结构32可以在垂直于纵向轴线34的方向上限定大体上呈圆形的横截面。细长中空结构32可以限定管状或圆柱形。在其它示例中，细长中空结构32可以限定可替代的形状，诸如圆锥台(例如，参见图2的能量吸收元件50)。

各个能量吸收元件30可以在平行于纵向轴线34的轴向方向上限定长度37。在各个方面上，长度37可以大于或等于约10mm至小于或等于约200mm，可选地大于或等于约20mm至小于或等于约150mm，可选地大于或等于约30mm至小于或等于约125mm并且可选地大于或等于约50mm至小于或等于约100mm。各个能量吸收元件30还可以限定直径38。直径38可以是外径。在各个方面上，直径38可以大于或等于约5mm至小于或等于约100mm，可选地大于或等于约10mm至小于或等于约80mm，可选地大于或等于约20mm至小于或等于约60mm并且可选地大于或等于约25mm至小于或等于约45mm。虽然能量吸收元件30图示为具有相似或相同的长度37和直径38，但是也可以考虑其它布置(例如，参见图8的能量吸收组件190和图9的能量吸收组件220)。作为限制性示例，能量吸收元件30可以具有大于或等于约1至小于或等于约40的长径比(即长度37/直径38)，可选地大于或等于约1至小于或等于约10。上述的长度、直径和长径比范围也可以适用于本文中描述的其它能量吸收元件(例如，参见图2-图9)。

各个细长中空结构32包括相应的外周壁40。外周壁40可以限定厚度42。厚度42可以大于或等于约0.5mm至小于或等于约10mm，可选地大于或等于约1mm至小于或等于约10mm，可选地大于或等于约1mm至小于或等于约7mm，可选地大于或等于约1mm至小于或等于约5mm，可选地大于或等于约1mm至小于或等于约4mm并且可选地大于或等于约1mm至小于或等于约3mm。厚度42可以是沿纵向轴线34均匀的或恒定的。在各个替代方面上，如下面更详细论述的，厚度42可以沿着纵向轴线而变化(例如，参见图6-图7)。

各个能量吸收元件30可以由复合材料形成或包括复合材料，该复合材料包括聚合物和多个增强纤维。聚合物可以是任何合适的热塑性树脂或热固性树脂。热塑性树脂可以包括：氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂(PA6、PA11、PA12、PA46、PA66、PA610)、全或部分芳族聚酰胺树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚交酯树脂或这些树脂的任意组合或共聚物。热固性树脂可以包括：苯并噁嗪、双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯、环氧树脂、酚醛树脂(PF)、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚酰亚胺(PI)、不饱和聚酯、聚氨基甲酸酯(PUR)、乙烯酯、硅氧烷或这些树脂的任意组合或共聚物。

作为非限制性示例，增强纤维可以包括：碳纤维、玻璃纤维(例如纤维玻璃、石英)、玄武岩纤维、芳纶纤维(例如

聚苯撑苯并二噁唑(PBO)、聚乙烯纤维(例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE))、聚丙烯纤维(例如高强度聚丙烯)、天然纤维(例如棉花、亚麻、纤维素、蜘蛛丝)及其组合。作为非限制性示例，增强纤维可以制成机织物、连续无规织物、非连续无规织物、短切无规织物、连续原丝单向层、定向短切原丝层、编织物及其组合。增强纤维可以具有大于约1mm的平均长度，可选地大于约2.5mm，可选地大于约5mm，可选地大于或等于10mm并且可选地大于或等于20mm。在某些变型中，增强纤维可以具有大于或等于约0.5mm至小于或等于约30mm的平均长度，可选地大于或等于约1mm至小于或等于约25mm，可选地大于或等于约5mm至小于或等于约20mm并且可选地大于或等于约10mm至小于或等于约15mm。

本领域技术人员应当理解，复合材料还可以包括其它常规成分，包括其它增强材料、功能性填料或添加剂，如有机/无机填料、阻燃剂、抗紫外线辐射剂(UV稳定剂)、抗氧化剂、着色剂、脱模剂、软化剂、增塑剂、表面活性剂等。

外壳12可以由复合材料或金属形成或者包括复合材料或金属。复合材料可以包括聚合物，诸如上述的热塑性或热固性树脂。作为非限制性示例，金属可以是铝或钢。

参照图2，提供了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收元件50。除非另有描述，否则能量吸收元件50可以与图1的能量吸收元件30相似。能量吸收元件50可以固定到与图1的外壳12相似的外壳。能量吸收元件50可以包括细长中空结构52。细长中空结构52可以限定纵向轴线54。能量吸收元件50可以在第一端56与第二端58之间延伸。细长中空结构52可以在垂直于纵向轴线54的方向上限定圆形的横截面。

细长中空结构52可以限定圆锥台。因此，能量吸收元件50的第一端56可以限定第一直径60，并且能量吸收元件50的第二端58可以限定不同于第一直径60的第二直径62。第二端58可以设置在第一端56相对于车辆的外部。第二直径62可以小于第一直径60，以使能量吸收元件的第二端58在遭受超过阈值力的冲击时可以先于第一端56开始压碎。

各个能量吸收元件50的细长中空结构52可以包括外周壁64。外周壁64可以相对于纵向轴线54形成角度66。角度66可以大于0°至小于或等于约45°，可选地大于或等于约3°至小于或等于约30°，可选地大于或等于约5°至小于或等于约20°并且可选地大于或等于约7°至小于或等于约15°。可以针对非垂直冲击(即不平行于能量吸收元件50的纵向轴线54的冲击)来优化角度66。细长中空结构52可以关于相应纵向轴线54对称，如图2所示(即，细长中空结构52可以限定右圆锥台)。然而，在替代实施例中，根据预期的压碎条件，细长中空结构52可以关于相应纵向轴线54对称。在各个方面上，右圆锥台可以比非右圆锥台更容易制造。

参照图3，提供了根据本公开的某些方面的又一种能量吸收元件70。除非另有描述，否则能量吸收元件70可以与图1的能量吸收元件30相似。能量吸收元件70可以固定到与图1的外壳12相似的外壳。各个能量吸收元件30可以包括限定纵向轴线34的细长中空结构32。能量吸收元件70可以包括第一端76和与第一端76相对的第二端78。

能量吸收元件70的第一端76可以包括径向向外延伸的凸缘80。凸缘80可以用于将能量吸收元件70固定到外壳(例如，和图1所示的外壳一样的外壳12)。更具体地，凸缘80可以增加能量吸收元件70与外壳(例如，外壳12的第一壁14)之间的表面积接触，以在将能量吸收元件70固定到外壳时提高保持强度。例如，当使用粘合剂将能量吸收元件70固定到外壳时，增加的表面积可以在能量吸收元件70与外壳之间产生更强结合。虽然凸缘80图示为径向向外延伸(即远离纵向轴线74)，但是凸缘80可以替代地径向向内延伸(即朝向纵向轴线74)，从而使凸缘形成端盖或端盖的一部分。在各个方面上，凸缘80和细长中空结构72可以一体成型。因此，具有设置在第一端76处的凸缘80的能量吸收元件70可以包括一体结构。本领域技术人员应当理解，与凸缘80相似的凸缘可以用于本文中论述的任何能量吸收元件(例如，分别为图1、图2、图4、图5、图7、图10、图11的能量吸收元件30、50、90、120、150、260、290)。

参照图4，提供了根据本公开的某些方面的再一种能量吸收元件90。除非另有描述，否则能量吸收元件90可以与图1的能量吸收元件30相似。能量吸收元件90可以包括限定纵向轴线94的细长中空结构92。细长中空结构92可以包括具有均匀厚度98的外周壁96。能量吸收元件90可以包括第一端100和第二端102，当能量吸收元件固定到外壳时，第二端102设置在第一端100相对于车辆的外部。第一端100和第二端102可以是开口的。

第二端102可以包括压碎启动特征，诸如锯齿状表面106。锯齿状表面106可以包括在平行于纵向轴线94的方向上延伸的锯齿108。在某些方面上，锯齿状106可以限定锯齿图案。因此，第二端102可以在第一端100之前压碎或失效。在各个替代方面上，作为非限制性示例，压碎启动特征可以包括开垛口、多个孔口、多个狭槽或穿孔。在另一个替代方面上，压碎启动特征可以包括基本上没有增强纤维的聚合物树脂的区域。本领域技术人员应当理解，压碎启动特征(例如锯齿状表面106)可以包括在本公开的任何其它能量吸收元件(例如，分别为图1、图2、图3、图5、图7、图10、图11的能量吸收元件30、50、70、120、150、260、290)上，因此不限于图4所示的圆柱形的壁厚度均匀的实施例。

参照图5-图6，提供了根据本公开的某些方面的又一种能量吸收元件120。除非另有描述，否则能量吸收元件120可以与图1的能量吸收元件30相似。能量吸收元件120可以包括限定纵向轴线124的细长中空结构122。能量吸收元件120可以在第一端126与第二端128之间延伸。当能量吸收元件120固定到外壳时，第二端128可以设置在第一端126相对于车辆的外部。

细长中空结构122可以包括外周壁130。外周壁130的厚度132可以沿着纵向轴线124而变化。厚度132可以在径向方向(即大体上垂直于纵向轴线124)上进行测量。更具体地，外周壁130可以在第一端126处限定第一厚度134并且在第二端128处限定第二厚度136。第一厚度134和第二厚度136可以是不同的。第二厚度136可以小于第一厚度134。因此，第二端128可以在第一端126压碎或失效之前启动压碎。在某些变型中，第一厚度134可以小于或等于约10mm，可选地小于或等于约7mm，可选地小于或等于约5mm并且可选地小于或等于约3mm。第二厚度136可以小于或等于约2mm，可选地小于或等于约1.5mm，可选地小于或等于约1mm并且可选地小于或等于约0.5mm。厚度132可以是逐渐变小的，使得其从第一端126到第二端128逐渐减小。厚度132可以线性地或以均匀速率减小，使得外周壁130的内表面138相对于外周壁130的外表面140形成斜面。

厚度132可以替代地以非线性方式从第一端126到第二端128减小。参照图7，提供了根据本公开的某些方面的一种替代能量吸收元件150的截面图。除非另有描述，能量吸收元件150可以与图5-图6的能量吸收元件120相似。能量吸收元件150可以包括限定纵向轴线154的细长中空结构152。能量吸收元件150可以在第一端156与第二端158之间延伸。当能量吸收元件150固定到外壳时，第二端158可以设置在第一端156相对于车辆的外部。

细长中空结构152可以包括外周壁160。外周壁160的厚度162可以沿着纵向轴线154而变化。厚度162可以在径向方向(即大体上垂直于纵向轴线154)上进行测量。更具体地，外周壁160可以在第一端156处限定第一厚度164并且在第二端158处限定第二厚度166。第一厚度164可以不同于第二厚度166。第二厚度166可以小于第一厚度164。因此，第二端158可以在第一端156之前启动压碎。

厚度162可以以均匀步长减小。因此，外周壁160的内表面168可以包括具有基本恒定的直径的环170和在相应环170之间的径向台阶172。在一个示例中，内表面168包括四个环170。然而，在某些替代变型中，作为非限制性示例，内表面168可以包括其它数量的环170，诸如两个、三个、五个、六个或十个。另外，虽然各个环170图示为在平行于纵向轴线154的方向上具有与其它环170基本相同的长度174，但是环170可以替代地具有不一致的长度。在一个限制性示例中，能量吸收元件可以包括具有两个环的外周壁，离第一端或最内端最近的第一环基本上比离第二端或最外端最近的第二端长(未示出)。

虽然能量吸收元件120(图5-图6)、150(图7)图示为关于相应纵向轴线124、154对称，但是在各个替代实施例中，能量吸收元件120、150可以关于相应纵向轴线124、154不对称。更具体地，替代能量吸收元件可以包括与周围区域相比外周壁的厚度更大或更小的独立区域。这种设计可以有利于针对特定压碎条件优化能量吸收元件。此外，本领域技术人员应当理解，本公开的任何其它能量吸收元件(例如，分别为图1、图2、图3、图4、图10、图11的能量吸收元件30、50、70、90、260、290)可以包括限定可变厚度的外周壁。

在某些变型中，能量吸收组件可以包括均匀分布在外壳内的多个大体相同的能量吸收元件(例如，参见图1的能量吸收组件10)。然而，在其它变型中，能量吸收组件可以包括两种或更多种有区别或不同类型的能量吸收元件。作为非限制性示例，不同的能量吸收元件可以具有不同的形状(例如圆柱形、圆锥台)、大小(例如，长度、直径、厚度、厚度变化、外周壁相对于纵向轴线的角度)、特征(例如，凸缘)和/或构成材料(例如，聚合物和/或增强纤维)。能量吸收组件还可以包括非均匀分布的能量吸收元件。例如，能量吸收组件可以包括能量吸收组件的密度相对较高和密度相对较低的区域。此外，不同类型的能量吸收元件可以组合在一起(例如，由圆柱形能量吸收元件包围的圆锥台能量吸收元件的区域)或者分布在外壳的整个内部隔室中(例如，圆锥台和圆柱形能量吸收元件均匀地或不均匀地分布在整个内部隔室中)。

能量吸收元件可以分布为使一个能量吸收元件的外周壁与相邻能量吸收元件的相应外周壁接触。替代地，能量吸收元件可以分布为使相应能量吸收元件的外周壁彼此间隔开(即不彼此接触)。此外，能量吸收元件相对于彼此的布置不限于本文中示出并描述的布置。作为非限制性示例，能量吸收元件可以分布为：(1)相应纵向轴线在第一方向或水平方向以及第二方向或垂直方向上对齐(例如，参见图1)；(2)嵌套的，使得能量吸收元件尽可能地彼此靠近；或者(3)混合、分散或随机的，取决于预期的压碎或负载条件。

虽然下面描述了两种变型(即图8的可变长度和图9的可变长度)，但是本领域技术人员应当理解根据本公开的某些方面的能量吸收组件可以包括本文中描述的特征和布置的任意组合。因此，能量吸收组件不限于所述特征的特定组合。

参照图8，提供了根据本公开的某些方面的能量吸收组件190的一部分。能量吸收组件190可以包括与图1的外壳12相似的外壳192。外壳192可以包括第一壁194。外壳192还可以包括未示出的其它部件。能量吸收组件190可以包括多个第一能量吸收元件196和多个第二能量吸收元件198。多个第一和第二能量吸收元件196、198中的能量吸收元件可以包括与本公开的任何能量吸收元件(例如，分别为图1、图2、图3、图4、图5、图7、图10、图11的能量吸收元件30、50、70、90、120、150、260、290)相似的特征。

多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件196可以在大体上平行于相应第一纵向轴线202的方向上限定第一长度200。多个第二能量吸收元件中的能量吸收元件198可以在大体上平行于相应第二纵向轴线206的方向上限定第二长度204。第一长度200可以不同于第二长度204。例如，第一长度200可以大于第二长度204。在各个方面上，包括具有不同长度200、204的能量吸收元件196、198可能是有利的，以使能量吸收组件190适合特定负载条件和/或优化重量与压碎性能之间的平衡(例如，包括具有较短的第二长度204的多个第二能量吸收元件198可以降低能量吸收组件190的重量和压碎性能)。

虽然多个第一和第二能量吸收元件196、198中的能量吸收元件图示为成对地分组并且成对地混合，但是它们可以替代地以其它方式布置。在一个非限制性示例中，多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件196可以在相对高的期预期负载区域中组合在一起(未示出)。在另一个非限制性示例中，多个第一和第二能量吸收元件196、198中的能量吸收元件可以更完全地混合，使得多个第二能量吸收元件中的各个能量吸收元件198被多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件196包围，诸如在优化重量与压碎性能之间的平衡的情况下(未示出)。能量吸收组件190可以包括具有不同长度的其它数量的多个能量吸收元件。

参照图9，提供了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收组件220的一部分。能量吸收组件220可以包括与图1的外壳12相似的外壳22。外壳222可以包括第一壁224。外壳222还可以包括未示出的其它部件。能量吸收组件220可以包括多个第一能量吸收元件226和多个第二能量吸收元件228。多个第一和第二能量吸收元件226、228中的能量吸收元件可以包括与本公开的任何能量吸收元件(例如，分别为图1、图2、图3、图4、图5、图7、图10、图11的能量吸收元件30、50、70、90、120、150、260、290)相似的特征。

多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件226可以在大体上平行于相应第一纵向轴线232的方向上具有相应的第一直径230。第一直径230可以是相应第一细长中空结构的相应第一外周壁234的相应第一外径。多个第二能量吸收元件中的能量吸收元件228可以在大体上平行于相应第二纵向轴线238的方向上具有相应的第二直径236。第二直径236可以是相应第二细长中空结构的相应第二外周壁240的第二外径。第一直径230和第二直径236可以是不同的。第二直径236可以小于第一直径230。

多个第二能量吸收元件中的能量吸收元件228可以嵌设在多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件226之间。多个第二能量吸收元件中的各个能量吸收元件228可以被多个第一能量吸收元件中的四个能量吸收元件226包围。更具体地，多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件226可以设置成具有行244和列246的网格242。多个第二能量吸收元件中的能量吸收元件228可以设置在行244与列246之间。

能量吸收元件226、228的这种布置可以最大化给定体积中的能量吸收元件的数量(即增加能量吸收元件的密度)。在能量吸收元件彼此更靠近(即在给定体积内以更大密度存在)的情况下，能量吸收组件220的压碎性能可以增大。在各个方面上，能量吸收组件220的能量吸收元件226、228的布置可以称为“空间填充布置”。在各个替代方面上，能量吸收组件220还可以包括相对于较大直径的能量吸收元件间隔设置的直径减小的额外的多个能量吸收元件。

参照图10，提供了根据本公开的某些方面的另一种能量吸收组件260的一部分。能量吸收组件260可以包括具有第一壁264的外壳262。虽然仅示出了第一壁264，但是外壳262可以与图1的外壳12相似。能量吸收组件260可以包括多个能量吸收元件266。各个能量吸收元件266可以由聚合物和多个增强纤维形成或者包括聚合物和多个增强纤维，类似于图1的能量吸收组件10的能量吸收元件30所描述的。

各个能量吸收元件266可以包括跨至少一部分外壳262延伸的横向壁268。各个能量吸收元件266可以包括跨至少一部分外壳262延伸的横向壁268。各个相应能量吸收元件266的横向壁268可以包括中心平面271。横向壁268的中心平面271可以大体上正交于第一壁264延伸。在各个方面上，能量吸收组件260可以固定到可操作以沿地面行进的车辆。横向壁268的中心平面271可以大体上平行于地面延伸。

各个能量吸收元件266的横向壁268可以限定多个细长脊或峰270。多个细长脊中的各个细长脊270可以以预定间隔与多个细长脊中的其它细长脊270间隔开。各个能量吸收元件266的横向壁268可以限定波纹结构。各个细长脊270可以大体上垂直于第一壁264延伸。可以在多个细长脊270之间设置多个细长底部或谷272，使得细长脊270和细长底部272彼此交替。在各个方面上，细长脊270和细长底部272可以限定波形形状。多个细长脊207可以限定周期性轮廓。然而，在各个替代方面上，细长脊270可以以不规则间隔重复。

相邻能量吸收元件260的定向可以是镜像的，以便在两个能量吸收元件266之间形成细长单元274。更具体地，多个能量吸收元件中的第一能量吸收元件266-1可以包括第一细长脊270-1和第一细长底部272-1。第二能量吸收组件266-2可以包括第二细长脊270-2和第二细长底部272-2。第一能量吸收元件266-1的第一细长脊270-1可以与第二能量吸收元件266-2的第二细长底部272-2对齐以限定细长单元274。同样，第一能量吸收元件266-1的第一细长底部272-1可以与第二能量吸收元件266-2的第二细长脊270-2对齐。第一细长底部272-1可以接合第二细长脊270-2。

各个能量吸收元件266可以在第一端276与第二端278之间延伸。第二端278可以设置在第一端276相对于车辆的外部。各个能量吸收元件266的横向壁268可以限定厚度280。厚度280可以是均匀的，如图10所示。在各个替代方面上，厚度280可以在第一端276与第二端278之间变化。更具体地，第一端276处的第一厚度可以大于第二端278处的第二厚度，以便于在第一端276之前的第二端278处的压碎或失效启动。在各个方面上，各个能量吸收元件266的横向壁268在平行于中心平面271的方向上的长度可以与图1的能量吸收元件30的长度37相似。各个能量吸收元件266的横向壁268的厚度可以与图1的能量吸收元件30的外周壁40的厚度42相似。

各个细长脊270可以包括顶壁282和两个侧壁284以形成部分呈梯形的横截面可以在各个顶壁282与相应侧壁284之间限定角度286。作为非限制性示例，角度286可以大于或等于约90°(即限定部分呈矩形的横截面)且小于约180°，可选地大于或等于约100°至小于或等于约150°并且可选地大于或等于约120°至小于或等于约135°。

细长脊可以替代地限定其它形状。参照图11，提供了根据本公开的各个方面的另一种能量吸收组件290的一部分。除非另有描述，否则能量吸收组件290可以与图10的能量吸收组件260相似。因此，能量吸收组件290可以包括具有第一壁294的外壳292。能量吸收组件290还可以包括多个能量吸收元件296。能量吸收元件296可以包括多个细长脊298和多个细长底部300。细长脊298可以包括相对的侧壁302以限定部分呈三角形的横截面。整体横截面形状可以是四边形形状，诸如菱形或类金刚石形状。

本领域技术人员应当理解，能量吸收元件的横向壁可以限定图10-图11所示的几何形状之外的替代或附加的几何形状。作为非限制性示例，横向壁可以限定平板或平滑波形(例如，正弦波)。替代地，横向壁可以省略细长脊和细长底部，以限定大体上呈平面的几何形状。多个能量吸收元件中的能量吸收元件也可以不同地布置在外壳内。例如，能量吸收元件可以设置为使细长脊与多个能量吸收元件中的其它能量吸收元件的相应细长脊对齐。此外，能量吸收元件可以间隔开或嵌套以构建厚度。能量吸收元件可以包括不同的或附加的特征，诸如用于将能量吸收元件安装到外壳上的凸缘。

本文中描述的能量吸收组件可以选自以下构成的组：摇杆、保险杠梁、A、B、C或D支柱、顶梁、车顶纵梁、前后梁延伸部、空心跨车梁及其组合。虽然论述了汽车应用，但是能量吸收组件还可以用于其它应用，诸如其它车辆应用(例如，摩托车和娱乐车辆)、航空航天行业(例如，飞机、直升机、无人机)、航海应用(例如，船舶、私人船艇、船坞)、农业设备、工业设备等。

在各个方面上，本公开提供了一种制造组装能量吸收组件(例如，图1的能量吸收组件10、图8的能量吸收组件190、图9的能量吸收组件220、图10的能量吸收组件260、图11的能量吸收组件290)的方法。该方法通常可以包括：(1)形成能量吸收元件；2)暂时地或可逆地将能量吸收元件彼此附接以形成能量吸收子组件；以及(3)将能量吸收子组件固定在外壳内以形成能量吸收组件。

形成能量吸收元件可以包括压缩成型、树脂转移模塑(RTM)、高压树脂转移模塑(HP-RTM)、真空辅助树脂转移模塑(VARTM)、真空辅助树脂注射模塑(VARI)、注射模塑、湿法叠涂模塑、热压釜模塑或者本领域技术人员公知的任何其它合适的复合材料制造方法。当聚合物是热塑性聚合物或热固性聚合物时，能量吸收元件可以通过压缩成型来形成。当聚合物是热固性聚合物时，能量吸收元件可以通过RTM来形成。

作为非限制性示例，暂时地或可逆地将能量吸收元件彼此附接以形成能量吸收子组件可以包括将能量吸收元件彼此收缩封装。能量吸收元件可以以与外壳内能量吸收元件的期望布置相似的间隔来暂时彼此附接。在这个步骤中可以使用临时垫片或固定装置以便于能量吸收元件的适当间隔和对准。

将能量吸收元件固定到外壳以形成能量吸收组件可以包括将能量吸收元件固定到第一壁和第二壁中的至少一个。可选地，能量吸收元件可以固定到第一壁。将能量吸收元件固定到外壳可以包括在各个能量吸收元件的第一端或凸缘的表面与第一壁之间设置一层粘合剂。作为非限制性示例，粘合剂可以包括基于甲基丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂。此外或替代地，可以使用机械紧固件将能量吸收元件固定到第一壁。

第一步骤(即形成能量吸收元件)或第一和第二步骤(即形成能量吸收元件和将能量吸收元件彼此附接)可以有利地在远程设备处执行。例如，能量吸收元件可以被成形、捆绑并运送到不同位置，以便组装到外壳上并最终组装到车辆上。与用于制造和组装能量吸收组件的现有方法相比，上述方法可以以相对高的速度执行。因此，该方法可以特别适合于大批量生产。此外，因为各个能量吸收元件是在固定到外壳之前单独形成的，所以可以容易针对不同车辆需求或预期负载条件对能量吸收组件进行定制或优化。

为了说明和描述的目的，已经提供了上述实施例的描述。这并不旨在穷举或限制本公开。特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用情况下可互换并且可以用于选定的实施例，即使没有具体示出或描述。同样也可以以多种方式变化。这些变化不应当视为脱离本公开，并且所有的这些修改均包括在本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种用于车辆的能量吸收组件，包括：

外壳，其包括第一壁和第二壁，并且所述第一壁设置在所述第二壁的相对于所述车辆的内部；

所述第一壁和所述第二壁彼此间隔开以至少部分地限定内部隔室；以及

多个独立的能量吸收元件，其分别包括聚合物和多个增强纤维，所述多个能量吸收元件至少部分地设置在所述内部隔室内并且固定到所述外壳，所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件包括在第一端与第二端之间延伸的细长中空结构，所述细长中空结构限定纵向轴线，所述纵向轴线不平行于所述第一壁和所述第二壁中的至少一个延伸；

其中各个能量吸收元件的所述第二端设置在相应第一端的相对于所述车辆的外部，并且所述第二端包括锯齿状表面；

其中所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构在垂直于所述相应纵向轴线的方向上限定呈圆形的横截面;

能量吸收组件包括多个第一能量吸收元件和多个第二能量吸收元件；

多个第一能量吸收元件中的能量吸收元件上平行于相应第一纵向轴线的方向上限定第一长度；多个第二能量吸收元件中的能量吸收元件平行于相应第二纵向轴线的方向上限定第二长度；第一长度不同于第二长度。

2.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述多个能量吸收元件的所述相应纵向轴线正交于所述第一壁和所述第二壁中的至少一个延伸。

3.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构限定圆柱形。

4.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构限定圆锥台。

5.根据权利要求4所述的能量吸收组件，其中所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构在所述第一端处限定第一直径并在所述第二端处限定第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，并且所述第二端设置在所述第一端的相对于所述车辆的外部。

6.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构的外周壁限定沿所述纵向轴线变化的厚度。

7.根据权利要求6所述的能量吸收组件，其中：

所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构的所述外周壁在所述第一端处限定第一厚度；以及

所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述细长中空结构的所述外周壁在所述第二端处限定第二厚度，所述第二厚度小于所述第一厚度，并且所述第二端设置在所述第一端的相对于所述车辆的外部。

8.根据权利要求1所述的能量吸收组件，其中：

各个能量吸收元件的所述第一端和所述第二端中的至少一个包括径向延伸的凸缘；以及

所述多个能量吸收元件中的各个能量吸收元件的所述径向延伸的凸缘设置在所述第一端并固定到所述外壳的所述第一壁，所述第一端设置在所述第二端的相对于所述车辆的内部，并且所述第一壁设置在所述第二壁的相对于所述车辆的内部。

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