CN110573386A - 用于机动车辆的保险杠梁的能量吸收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆保险杠梁的能量吸收装置(1)，所述能量吸收装置(1)被设计成在保险杠梁(2)和面对所述保险杠梁(2)的车辆侧梁(3)的端部之间进行连接，所述能量吸收装置(1)包括第一区域(4)和至少一个第二区域(6)，所述至少一个第一区域由非增强聚合物材料制成，所述至少一个第二区域包括由纤维增强聚合物材料制成的第一标称层(16)。根据本发明，所述第二区域(6)具有至少一个附加层(14)，所述至少一个附加层至少部分地叠置在所述第一标称层(16)上，以改变所述第二区域(6)的厚度(ef)。

Description

用于机动车辆的保险杠梁的能量吸收装置

技术领域

本发明涉及一种能量吸收装置，该能量吸收装置适合于在机动车辆上的碰撞、尤其是正面碰撞时提供保护。更具体地，本发明涉及一种用于机动车辆的保险杠梁的能量吸收装置，该能量吸收装置布置在保险杠梁与面对保险杠梁的车辆侧梁的端部之间，本发明还涉及用于制造这种能量吸收装置的方法。

背景技术

为了吸收碰撞的能量，特别是在机动车辆的保险杠梁上的正面碰撞，已知使用由于由碰撞施加的力而变形的能量吸收装置。这些能量吸收装置由于其强度通常由金属材料制成。然而，这些金属的能量吸收装置很重并且与机动车辆的变化不符，机动车辆的变化试图逐渐减轻其重量。

为了减轻能量吸收装置的重量，已知由塑料材料或特别是塑料和金属结合的复合材料来制成它们。对于塑料能量吸收装置，由于它们具有低的比能量吸收，即它们相对于其质量可吸收的能量很小，因此并不完全令人满意。因此，这些塑料能量吸收装置较弱。关于由塑料和金属结合的复合材料制成的能量吸收装置，它们比塑料能量吸收装置具有更好的比能量吸收，但是仍然很重。

本发明的目的之一是克服现有技术的至少一些缺点，并提出一种具有改善的比能量吸收的轻的能量吸收装置。

发明内容

为此，本发明提出了一种用于机动车辆保险杠梁的能量吸收装置，所述能量吸收装置被设计成在保险杠梁和面对保险杠梁的车辆侧梁的端部之间进行连接，该能量吸收装置包括由非增强聚合物材料制成的至少一个第一区域和包括由纤维增强聚合物材料制成的第一标称层的至少一个第二区域，其特征在于，第二区域具有至少一个附加层，该至少一个附加层至少部分地叠置在第一标称层上，以改变第二区域的厚度。

因此，通过经由添加或不添加附加层来改变第二区域的厚度，可以限定适合于车辆需求的特定强度分布，并因此根据车辆的布置、特别是根据其保险杠梁和侧梁的布置来配置能量吸收装置，以获得最佳的碰撞吸收。

根据本发明的另一方面提出，第二区域具有不同的部分，其中叠置的层的数量从一个部分到另一部分是可变的。

根据本发明的另一方面，第二区域的厚度在第二区域的整个长度上线性增加。

根据本发明的另一方面，叠置的层具有不同的尺寸和/或形状。

根据本发明的另一方面，增强聚合物材料包括连续和/或不连续的玻璃和/或碳纤维。玻璃和/或碳纤维可以在单个方向或不同方向上取向。

根据本发明的另一方面，标称层和(多个)附加层由单一材料制成。

本发明还涉及根据前述权利要求中任一项所述的能量吸收装置，其特征在于，该能量吸收装置包括：

ο用于固定到车辆侧梁的基座，

ο中空的外壳，以及

ο布置在中空的外壳中的内壁，

外壳和内壁从固定基座延伸到与保险杠连接的能量吸收装置的相对端。

根据本发明的另一方面，中空的外壳对应于第二区域，固定基座和内壁对应于第一区域。

本发明还涉及一种用于制造如上所述的能量吸收装置的方法，该方法包括以下步骤：

-预先切割用于叠置成所期望的格式的附加层，

-将附加层定位在标称层上，

-通过加热然后冲压或锻压制固定组件。

其他实施例提出：

-第一区域的非增强聚合物材料选自聚丙烯和聚酰胺，第二区域的增强聚合物材料包括聚丙烯或聚酰胺；

-固定基座和中空外壳由非增强聚合物材料制成，内壁由增强聚合物材料制成；

-中空外壳和内壁包括由非增强聚合物材料制成的上外围部分和下外围部分以及由增强聚合物材料制成的中心部分；

-固定基座由非增强聚合物材料制成；

-固定基座由增强聚合物材料制成；

-能量吸收装置还包括：

ο中间基座，从其延伸有：

■第一中空外壳，朝向保险杠梁，以形成一个第一腔，

■第二中空外壳，朝向车辆侧梁，以形成第二腔，以及

ο布置在第一腔和第二腔中的内壁；

-能量吸收装置使得：

ο中间基座、第一外壳和第二外壳均由非增强聚合物材料制成，

ο第一腔的和第二腔的内壁由增强聚合物材料制成；

-能量吸收装置使得：

ο中间基座、第一外壳和第一腔的内壁由非增强聚合物材料制成，

ο第二外壳和第二腔的相交内壁由增强聚合物材料制成；

-能量吸收装置使得：

ο用于固定至车辆侧梁的固定基座和成排的蜂窝结构从固定基座延伸至与保险杠梁连接的能量吸收装置的相对端，固定基座和蜂窝结构均由非增强聚合物材料制成，和

ο交错的壁至少部分地围绕着成排的蜂窝结构，并从固定基座延伸到与保险杠梁相连的能量吸收装置的相对端，该交错的壁由增强聚合物材料制成。

附图说明

通过阅读以下作为非限制性说明给出的描述并从附图中，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1示出了根据本发明的保险杠梁、侧梁和能量吸收装置的示意性俯视图；

图2示出了根据第一实施例的沿图1中的能量吸收装置的线AA的纵向截面；

图3示出了根据第一实施例的变型的沿图1中的能量吸收装置的线AA的纵向截面；

图4示出了根据第一实施例的变型的沿图1中的能量吸收装置的线BB的横截面。

具体实施方式

在不同的图中，相同的元件具有相同的附图标记。

以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考都涉及同一实施例，或者这些特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合或互换以提供其它实施例。

在该说明书中，某些元件或参数可被编号，例如，第一元件或第二元件，第一参数和第二参数或者第一标准或第二标准等。在这种情况下，简单的编号用以区分和命名相似但不相同的元件或参数或标准。该编号并不意味着一个元件、参数或标准相对于另一个的优先级，并且这些命名可以容易地互换而不脱离本说明书的范围。同样，例如在考虑一个或另一个标准时，该编号并不意味着任何时间顺序。

机动车辆通常设有布置在前面板上的保险杠梁2。如图1所示，该保险杠梁2可以固定到车辆的侧梁3。为了吸收碰撞并防止碰撞的能量直接传递到侧梁3和车辆的其余部分，保险杠梁2可以包括能量吸收装置1，该能量吸收装置1在保险杠梁2和侧梁3的面向所述保险杠梁2的端部之间建立连接。当碰撞的能量达到一定水平时，这些能量吸收装置1根据计划的变形而变形，以吸收该能量。

能量吸收装置1例如相对于车辆的轴线在纵向(X)、横向(Y)和竖直(Z)方向上延伸，如图1中的轴线所示。

如图2和3所示，能量吸收装置1包括由非增强聚合物材料制成的至少一个第一区域4，在这里由阴影线元素示出，以及由纤维增强聚合物材料制成的至少一个第二区域6，在这里用非阴影元素示出。

增强聚合物材料是指该聚合物材料包括玻璃和/或碳纤维。非增强聚合物材料是指该聚合物材料不包括任何纤维。因此，可以具有能量吸收装置1，其包括由具有第一碰撞吸收特性的材料制成的第一区域4和由具有第二碰撞吸收特性的材料制成的第二区域6。显然，根据本发明的能量吸收装置1使得第一区域4和第二区域6具有不同的碰撞吸收特性，或者换句话说，第一区域4的非增强聚合物材料具有不同于第二区域6的纤维增强聚合物材料的碰撞吸收特性、分布、能力或容量。根据本发明，仅增强聚合物材料包括纤维。

第一部分4的非增强聚合物材料可以选自聚丙烯和聚酰胺。第二部分6的增强聚合物材料还可包括聚丙烯或聚酰胺。

增强聚合物材料的纤维尤其可以是玻璃和/或碳纤维。这些纤维可以是不连续的纤维，因此能够通过注入制造能量吸收装置。纤维可以是连续纤维，并且能够通过热成型来制造能量吸收装置1。这些制造方法不是限制性的，并且可以设想适合于制造双材料部件的任何其他已知的制造方法，该双材料部件的一种材料包括纤维形式的增强材料。纤维可以在单个方向或不同方向上对齐。

根据图2所示的第一实施例，其是沿图1中的能量吸收装置1的线AA的纵向截面，能量吸收装置1包括：

ο基座8，该基座8用于固定于设置在能量吸收装置1的一端的车辆纵梁3，

ο中空外壳10，以及

ο内壁12，布置在中空外壳10的内腔中。

中空外壳10从固定基座8延伸到与保险杠梁2连接的能量吸收装置1的相对端，而内壁12在外壳10内延伸，特别是在外壳10的彼此面对的内表面的两个壁之间延伸。内壁12和/或固定基座8可包括定位焊缝18或可一体形成。

根据未示出的另一个实施例，外壳10和内壁12都可以从固定基座8延伸到与保险杠梁2连接的能量吸收装置1的相对端。

固定基座8可以特别地包括孔口，使得其可以例如通过螺栓固定到侧梁3。

第二区域6，在这里是外壳10，具有至少部分地叠置的至少两个层，以改变第二区域的厚度。换句话说，第二区域6具有在外壳体10的整个长度上延伸的第一标称层16，并且在其长度的至少一部分上具有一个或多个附加层14或贴片，使得第二区域6的厚度在存在两个层而不是仅一个层时更大。

因此，第二区域6，或者在这种情况下外壳10，可以被定义为包括第一标称层16，该第一标称层16在给定的长度上延伸，例如，在将保险杠梁与车辆侧梁分开的距离上延伸，以及包括多个附加层14，该多个附加层14相比于第一标称层16在更短的长度上延伸。

附加层14可以由与第一标称层16相同的材料制成，即由聚合物材料制成，复合的或非复合的，玻璃和/或碳纤维增强的或非增强的，纤维可以在单个方向或不同方向上取向。

附加层14也可以由与第一标称层16不同的材料制成，例如热塑性带，其例如呈编织材料形式，包括玻璃和/或碳纤维以及热塑性基质(也称为有机片)。热塑性塑料还可以通过包括玻璃和/或碳纤维来增强。

根据图2所示的实施例，附加层14均匀地叠置在另一层的顶部上，使得第二区域6的厚度ef逐步地均匀增加。因此，第二区域6的厚度ef根据附加层14的数量而增加。换句话说，第二区域6是阶梯状的。在此，存在第一标称层16和五个附加层14，它们在不同的长度上彼此叠置。第二区域6的厚度ef根据附加层14的数量局部地增加，附加层14的数量在这里在零和五之间变化，因此限定了厚度梯度。

本发明不限于附加层14的数量。附加层14可以具有相等或不同的厚度，以及相同或不同的形状。如图4所示，附加层14可以在整个外壳10上延伸或仅覆盖外壳10的一部分。在图4所示的实施例中，外壳10，特别是标称层16具有正方形截面，并且附加层14分布在该正方形截面的两个相对侧上。附加层14可以分布在标称层16的一个或多个侧面的宽度的一部分或全部上。

显然，本发明不限于这些附加层14的特定位置。根据未示出的实施例，附加层14可以布置在单侧，两个、三个或甚至所有侧上(例如，如果外壳具有六边形横截面，则布置在六个侧上)。外壳10可以具有任何多边形的横截面，或者甚至具有椭圆形的横截面。

根据图3所示的实施例，附加层14不均匀地叠置在彼此的顶部上，使得第二区域6的厚度以厚度ef不均匀地呈阶梯递增，厚度ef包括第一标称层16的厚度和附加层14的厚度，厚度ef根据附加层14的数目而变化，附加层14的数目在这里在零和三之间变化。换句话说，第二区域6具有阶形轮廓。在此，存在第一标称层16和附加层14，一些被叠置，而另一些不被叠置，标称层16不在其整个长度上与附加层14叠置。换句话说，存在某些阶形部，在此处标称层16不与附加层14叠置。第二区域6的厚度根据附加层14的数量局部地增加，附加层14的数量在这里在零和三之间变化，因此限定了厚度梯度。

根据图2和图3所示的实施例，第二区域6还可以具有标称层16，该标称层16的厚度随着附加层14的叠置或不叠置而线性增加。

由非增强聚合物材料制成的第一区域4具有高延展性，这赋予其在发生撞击时能够变形而不破裂的能力；即在发生撞击时它可以吸收可接受的量的能量。换句话说，具有高的塑性变形能力而不破裂，当由塑性变形引起的诸如裂纹或腔的缺陷变得严重并传播时会发生故障，因此第二区域6具有抵抗这种传播的强大能力。

由增强聚合物材料制成的第二区域6具有低的断裂伸长率，或者换句话说，当其被置于拉伸应力下时，断裂之前的伸长能力小。

特别地，能量吸收装置1具有良好的剪切强度。

另外，在第二区域6中出现裂纹的情况下，第一区域4可以防止该裂纹的传播并保持能量吸收装置1的完整性。

此外，在本发明的优选实施例中，也可以使用以下一种或多种布置：

-第一区域4的非增强聚合物材料是热塑性聚合物；

-第一区域4的非增强聚合物材料包括聚酰胺和/或聚丙烯；

-第一区域4具有至少40％或50％、60％或80％的断裂伸长率；因此，保险杠梁能够吸收大量能量；更一般地，第二区域6也可以具有至少100％的断裂伸长率；

-第二区域6的增强聚合物材料包括热塑性聚合物；

-第二区域6的增强聚合物材料，即标称层16和/或附加层14，包括玻璃和/或碳纤维；当其包括玻璃纤维时，第二区域6的成本较低；当其包括碳纤维时，第二区域6具有改善的机械性能。

-第二区域6的增强聚合物材料包括沿单个方向或不同方向取向的连续和/或不连续纤维；

-交替设置在彼此顶部上的附加层的厚度在0.1毫米至10毫米的范围内；

-附加层14可以具有单个厚度或彼此不同的厚度；保险杠梁因此被机械地增强；

-第二区域6可以包括附加层，这些附加层由包括玻璃纤维增强聚酰胺和/或玻璃和/或碳纤维增强聚丙烯的材料制成；因此，能量吸收装置被机械地增强。

本发明还涉及一种用于制造如上所述的能量吸收装置1的方法，该方法包括以下步骤：能量吸收装置1，特别是内壁12、固定基座8和标称层16，可以通过双材料注入或热成型预先形成。

首先，存在将附加层14预切割成所需格式的步骤，例如，将外壳10的一侧的宽度的一半上，在外壳10的两侧的长度的四分之一上，等。

然后存在一个步骤，在该步骤中，附加层14被定位成抵靠标称层16，使得它们被叠置并保持在这种构造中。

最后，通过加热和冲压或压制步骤将不同的元件固定在一起，以便在不同的附加层14和标称层16之间建立连接。

但是必须理解，这些实施例是通过举例说明本发明的目的给出的。本发明不限于如上所述并仅作为示例提供的这些实施例。它包括本领域技术人员可以在本发明的范围内设想的各种修改、替代形式和其他变型，特别是上述各种实施例的任何组合。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆保险杠梁的能量吸收装置(1)，所述能量吸收装置(1)被设计成在保险杠梁(2)和面对所述保险杠梁(2)的车辆侧梁(3)的端部之间进行连接，所述能量吸收装置(1)包括至少一个第一区域(4)和至少一个第二区域(6)，所述至少一个第一区域由非增强聚合物材料制成，所述至少一个第二区域包括由纤维增强聚合物材料制成的第一标称层(16)，其特征在于，所述第二区域(6)具有至少一个附加层(14)，所述至少一个附加层至少部分地叠置在所述第一标称层(16)上，以改变所述第二区域(6)的厚度(ef)。

2.根据权利要求1所述的能量吸收装置(1)，其中，所述第二区域(6)具有不同的部分，在所述不同的部分中，叠置层(14,16)的数量从一个部分到另一部分不同。

3.根据权利要求1所述的能量吸收装置(1)，其中，所述第二区域(6)的厚度(ef)在所述第二区域(6)的整个长度上线性增加。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的能量吸收装置(1)，其中，所述叠置层(14,16)具有不同的尺寸和/或形状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的能量吸收装置(1)，其中，所述增强聚合物材料包括连续和/或不连续的玻璃和/或碳纤维。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的能量吸收装置(1)，其中，所述标称层(16)和所述附加层(14)由单一材料制成。

7.根据前述权利要求中任一项所述能量吸收装置(1)，其特征在于，其包括：

ο用于固定到车辆侧梁(3)的固定基座(8)，

ο中空的外壳(10)，以及

ο布置在中空的外壳(10)中的内壁(12)，

所述外壳(10)和所述内壁(12)从所述固定基座(8)延伸到与所述保险杠梁(2)连接的能量吸收装置(1)的相对端。

8.根据权利要求8所述的能量吸收装置(1)，中空的外壳(10)对应于所述第二区域(6)，所述固定基座(8)和所述内壁(12)对应于所述第一区域(4)。

9.一种用于制造能量吸收装置的方法，包括以下步骤：

-预先切割用于叠置成所期望的格式的附加层(14)，

-将附加层定位在标称层上，

-通过加热然后冲压或压制来固定组件。