CN111186403A - 一种基于端部折痕的碰撞吸能盒 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车、火车等交通运输工具的制造技术领域，提供了一种基于端部折痕的碰撞吸能盒，并通过该端部折痕诱导薄壁管件在碰撞过程中形成特定的变形模式。相比于普通的方形碰撞吸能盒，本发明的明显特征在于，薄壁管件端部折角处以三角形折痕向内折叠，同时每个面板端部中间区域形成梯形折叠叶片，并与垂直面板形成一定的角度，进而形成能够诱导高吸能效率变形模式的端部折痕碰撞吸能盒。本发明的效果和益处是通过简单地端部折痕，在保证其低峰值载荷的同时，可实现吸能盒非常高的能量吸收效率。此外，本发明结构简单，可通过一块薄板模压成型获得，具有加工制造成本低的优点。

Description

一种基于端部折痕的碰撞吸能盒

技术领域

本发明属于汽车、火车等交通运输工具的制造技术领域，涉及到各类交通工具在碰撞或者失事情况的安全性结构设计，特别涉及到一种在汽车撞击情况下能够吸收动能的碰撞吸能盒装置。

背景技术

目前，随着地面交通运输工具运行速度的不断加快，各类碰撞事件发生的概率也不断增加。交通运输工具在高速行驶中的碰撞会造成严重的经济损失及人员伤害，为降低这一类碰撞所造成的损失，最为有效的方法是在运输工具关键部位安装用于能量吸收的碰撞吸能盒装置。目前，常见的吸能盒装置是以金属薄壁管结构及其衍生出的夹心结构等最为常见，这些结构通过较大的塑性变形吸收、耗散碰撞能量。这一类的吸能装置应用非常广泛，尤其最为常见的汽车加工制造业。此外，在航空航天、火车、船舶等领域均涉及其应用。

以汽车为例，作为主要的能量吸收装置，碰撞吸能盒主要安装在汽车前端保险杠与车身框架之间。为保证车内乘客安全及车身框架不受到较大的破坏，需尽可能的提高碰撞吸能盒吸收碰撞动能，增加吸能盒的数量固然有效，但考虑到狭小的安装空间、加工工艺等因素，单个优质的结构构型更为可靠。性能优异的碰撞吸能盒会以较低的初始碰撞载荷，较小的位移行程吸能大部分冲击动能。同时，工程师还要尽可能满足吸能盒加工制作简单，加工成本低及轻量化等其他设计要求。

目前，在汽车产业中，应用比较多的碰撞吸能盒为圆管或方管。但这一类薄壁结构在受到冲击时，初始碰撞载荷极大，并且这些方管和圆管发生能量吸收效率较低的对称模式等。显然，这些固定的变形模式限制了薄壁结构的能量吸收性能。为此，有许多新颖的薄壁结构被提出，并应用于碰撞吸能盒的设计中。例如，“一种折痕式碰撞吸能盒”，公开号为CN101638076B，该专利通过折纸方法将钻石型折痕引入方形吸能盒中，引导结构发生能量吸收性能较高的钻石模式，同时该结构的初始碰撞载荷相较于传统方形吸能盒结构也有较大的降低。在理论上，这种结构的能量吸收效率随着结构两个折叠叶片间的二面角的增大而增大，然而二面角度越大，结构易发生非完全钻石模式。而发生这种变形模式时，结构的能量吸收效率会降低。因而，其能量吸收效率仍可进一步提升。

发明内容

为进一步提升碰撞吸能盒的能量吸收效率，本发明主要解决的技术问题是为交通运输工具，特别是汽车在碰撞交通事故中提供一种加工简单、安装简易、高比吸能率、且基于端部折痕的吸能盒装置。为实际需求提供更好的选择。

本发明的技术方案：

一种基于端部折痕的碰撞吸能盒，由沿轴向分布的一个或两个以上的碰撞吸能盒模块构成；碰撞吸能盒模块的结构如下：薄壁管件端部折角处以三角形折痕向内折叠，每个面板端部除三角形折痕区域外的中间区域形成梯形折叠叶片，梯形折叠叶片与垂直面板形成一定的角度，结构其他区域保持原有构型。该端部折痕的碰撞吸能盒在碰撞过程中可发生能量吸收性能好的钻模形变形模式。

所述的端部折痕的碰撞吸能盒可在结构一端进行折叠，也可在两端进行折叠。碰撞吸能盒的截面可为三角形、四边形、六边形等多边形截面，其中，四边形包括正方形、矩形、梯形和菱形。

所述的端部折痕的碰撞吸能盒的整体形状沿轴向是等截面直的或变截面倾斜的。

所述的端部折痕的碰撞吸能盒每个面板端部的中间区域向内折叠一定角度，可形成梯形折角或三角形折角。

所述的端部折痕的碰撞吸能盒，端部折叠高度相比于整体吸能盒高度较小。

所述的端部折痕的碰撞吸能盒沿轴向每个模块端部采用相同的折痕或不同的折痕图案，在单个模块中两个端部的折痕图案相同或不同。

所述的端部折痕的碰撞吸能盒是可展的，可由一张薄板通过简单地模压成型。

本发明的有益效果：

(1)本发明将三角形折叠图案引入到传统方形吸能盒端部折角处，同时端部中间区域形成梯形折叠叶片，形成与垂直面板具有一定角度的端部折痕吸能盒，这种吸能盒可在低峰值载荷的前提下实现高能量吸收效率，这是本发明的核心内容。同时，依据不同的实际需求，三角形折叠图案及梯形折叠叶片的大小可进行改变。这种碰撞吸能盒在整体上以传统方形吸能盒很相似，最大的不同在于端部的折痕及梯形折叠叶片。在碰撞过程中，这种预设的折痕及梯形折叠叶片可以引导结构发生钻石形变形模式，而这种变形模式可以极大的提高碰撞吸能盒的能量吸收效率。另一方面，预设的折痕及折叠叶片可以作为初始缺陷，在碰撞过程中可以有效降低初始峰值载荷。

(2)另外，碰撞吸能盒的整体形状沿轴向是等截面直的或变截面倾斜的。变截面碰撞吸能盒设计是指碰撞吸能盒从侧面看是部分为矩形、部分为梯形，或全部为梯形，这样的设计要求临近的碰撞吸能盒模块之间具有成比例放大或缩小的关系。

(3)在加工工艺上，本发明的碰撞吸能盒是可展的，可以使用特定的模具，各部分分别模压、焊接而得，在工业生产中这种方法成本低廉，但精度较差，且铸造使用的模具可以多次重复使用，但是针对不同的碰撞吸能盒可能需要多套模具。此外，本发明碰撞吸能盒可以通过挤压成型获得，这种工艺也可实现大批量生产，且精度较高。第三种工艺是可以采用增材技术，利用金属打印机打印碰撞吸能盒，目前来说，这种工艺加工成本较高，制作耗时。

附图说明

图1(a)为本发明一端折痕的四边形碰撞吸能盒的平面展开图。

图1(b)为本发明一端折痕的四边形碰撞吸能盒成型后的示意图。

图2为本发明一端折痕的四边形碰撞吸能盒与传统方形碰撞吸能盒载荷位移曲线对比示意图。

图3为本发明一种两端折痕的四边形碰撞吸能盒成型后的示意图。

图4(a)为本发明两个一端折痕的四边形模块构成的碰撞吸能盒成型后的示意图。

图4(b)为本发明两个两端折痕的四边形模块构成的碰撞吸能盒成型后的示意图。

图5(a)为本发明两个变截面的一端折痕的四边形碰撞吸能盒平面展开图。

图5(b)为本发明两个变截面的一端折痕的四边形碰撞吸能盒成型后的示意图。

图中：1一端折痕的四边形碰撞吸能盒；2四边形截面；3端部折叠边界，峰折痕；4折叠谷折痕；5折叠端自由边界；6两端折痕的四边形碰撞吸能盒；7两个一端折痕的四边形碰撞吸能盒模块构成的碰撞吸能盒；8两个两端折痕的四边形碰撞吸能盒模块构成的碰撞吸能盒；9一个变截面的一端折痕的四边形碰撞吸能盒模块；10两个变截面一端折痕的四边形碰撞吸能盒模块构成的碰撞吸能盒。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

对于本说明中所有的图，相同或相对应的元件一般采用相同的数字标记表示。需要指出的是，说明中所有的图只是对该发明解释说明性的表示，而本发明不局限于这些表示。此外，图中各部分并非必然按实际比例表示。在某些条件下，那些对了解本发明没有影响或者会对其他细节的理解造成影响的细节部分可能会被忽略。

实施例1：图1和图3所示的端部折痕的四边形碰撞吸能盒的一种实施方式。

所谓的端部折痕四边形碰撞吸能盒是指1的截面2与3为四边形。图1(a)为一端折痕四边形碰撞吸能盒的平面展开示意图。图1(b)为一端折痕四边形碰撞吸能盒成型后的示意图，用来具体描述一端折痕四边形碰撞吸能盒的形状设计。在本发明中，薄壁管件端部折角处以三角形折痕(图1中折痕4)向内折叠，同时每个面板端部中间区域形成梯形折叠叶片。其中，图1(a)中的实线3代表峰折痕，虚线4代表谷折痕。图3为两端折痕的四边形碰撞吸能盒。相比于碰撞吸能盒1，碰撞吸能盒2在结构的两端都进行了折叠处理。

图2为一端折痕的四边形碰撞吸能盒与传统方形碰撞吸能盒载荷位移曲线对比示意图，可以发现，该端部折纸的方法不仅能够使初始碰撞载荷显著降低，还可以使碰撞吸能盒的平均载荷大幅度提高，即能量吸收效率大幅度提升。

实施例2：图4所示的为多模块端部碰撞吸能盒的一种实施方式。

所谓的多模块端部碰撞吸能盒是指由两个或多个图1(b)或者图2所示的端部碰撞吸能盒按照一定的方式堆叠而成的吸能盒结构。对于图4(a)所示的多模块端部吸能盒，可以由两个图1(a)所示的碰撞吸能盒通过在折痕端焊接而成，也可以通过模压、焊接而成。对于，对于图4(b)所示的多模块端部吸能盒，可以由两个图2所示的碰撞吸能盒通过在折痕端焊接而成，也可以通过模压、焊接而成。

实施例3：图5所示的为变截面的多模块碰撞吸能盒的一种实施方式。

变截面意味着沿着轴向在不同的单元相同的位置的截面是变化的，相对于之前实施例2中所述的多模块碰撞吸能盒，这种变截面的吸能盒只需要改变其中折痕即可。调整后的折痕图见图5(a)。除了四边形以外，三边形、六边形、八边形变截面抗缺陷碰撞吸能盒也可以由修改的折痕压制得到，这里不一一举例。

Claims (9)

1.一种基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，该基于端部折痕的碰撞吸能盒由沿轴向分布的一个或两个以上的碰撞吸能盒模块构成；碰撞吸能盒模块的结构如下：薄壁管件端部折角处以三角形折痕向内折叠，每个面板端部除三角形折痕区域外的中间区域形成梯形或三角形折叠叶片，梯形折叠叶片与垂直面板形成一定的角度，结构其他区域保持原有构型。

2.根据权利要求1所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒为一端折叠或两端折叠。

3.根据权利要求1或2所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的碰撞吸能盒的截面为三角形、四边形或六边形。

4.根据权利要求3所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒的整体形状沿轴向是等截面直的或变截面倾斜的。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒，端部折叠高度相比于整体吸能盒高度较小。

6.根据权利要求5所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒沿轴向每个碰撞吸能盒模块端部采用相同的折痕或不同的折痕，在单个碰撞吸能盒模块中两个端部的折痕图案相同或不同。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒是可展的，由一张薄板模压成型。

8.根据权利要求3所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒是可展的，由一张薄板模压成型。

9.根据权利要求5所述的基于端部折痕的碰撞吸能盒，其特征在于，所述的端部折痕的碰撞吸能盒是可展的，由一张薄板模压成型。

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