CN1115271C - 车身上部的冲击能量吸收结构和冲击能量吸收体 - Google Patents
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Abstract
提供一种可以在车身上部吸收冲击能量的冲击能量吸收体(14)。该吸收体配置在车身构造部件(10)和隔开该构造部件一定间隔的内装饰材(12)之间。该能量吸收体是一种具有金属箔芯材和层叠在芯材的表里两面、金属以外的材料的薄片所构成的复合管。芯材和层叠在芯材的表里两面的薄片成形使得所构成的复合管在其轴线方向连续有许多凸部和凹部。为调节和控制能量吸收体的能量吸收特性，提供各种各样的构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种在汽车车身上部形成的冲击能量吸收结构以及冲击能量吸收体，更具体地说，本发明涉及在包括诸如支柱、边框顶条、顶盖等之类的车身构造部件以及诸如支柱装饰、车顶衬里等之类的、从该构造部件向车身室内延伸的以一定间隔配置的内装饰材和在上述间隔之内配置的冲击能量吸收体的车身上部的一种吸收冲击能量结构和采用该结构的冲击能量吸收体。
背景技术
在汽车、特别是客车上，能量吸收体被配置在车身构造部件和内装饰材之间的间隔内。因此，如果在从内装饰材到构造部件的方向施加了冲击负荷，将使得上述能量吸收体变形以便吸收冲击负荷的冲击能量。通常，上述能量吸收体是采用例如网状肋条、尿烷衬垫、或者是将薄钢板弯折成帽子状截面形状的钢件，也有采用一种所谓的复合管(如在美国专利No.5,680,886号所描述的那样)作为能量吸收体，它是由金属泊的芯材和层叠在该芯材表里两面上的非金属的材料的薄片所构成、并将上述芯材和上述表里两面的薄片作成波纹形，因此复合管在轴线方向呈现交替的脊(突出部分)和槽(凹下部分)。
该复合管为中空，具有各种优异的特性。即，中空的复合管重量轻，易于加工成形为任意的截面形状，而且，通过改变邻近的凸部(凹部)之间的间距可以调节复合管的负荷对位移的能量吸收特性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种更进一步改善复合管的能量吸收特性的冲击能量吸收结构和冲击能量吸收体。
本发明的结构在车身上部吸收能量，包括车身构造部件、从构造部件向内隔开一定间隔配置的内装饰材和配置在间隔内的能量吸收体。
依据本发明的第一方面，能量吸收体是一种由金属箔芯材和层叠在同一芯材的表里两面的金属以外的薄片所构成的柔性管状部件，所述芯材和薄片制成使所述管状部件沿轴线方向并在其周围具有连续相邻接的凹部和凸部，在所述管状部件的外周面和/或内周面由具有粘接性的被覆材料至少进行部分覆盖从而形成一部分覆盖表面，所述管状部件的凸部由所述粘接性被覆材料互相粘接，并将所述能量吸收体进行配置以便其吸收与其轴线方向相交而施加的冲击负荷。
当在与管状部件轴线相交的方向对管状部件施压时，管状部件具有在其轴线方向上伸长和减少其表观板厚的特性。然而，在管状部件的外周面和/或者内周面覆盖上粘接性被覆材料，将增加对由压力所引起管状部件的轴线伸长的阻力，因此在对管状部件施压后，覆盖部分的表观板厚仍然和原来的表观板厚基本上相同。此外，在冲击负荷沿与管状部件轴线相交的方向施加在管状部件上，管状部件表观板厚保持的期间相对要长，因此，可以获得负荷急速上升的能量吸收特性。
由于在管状部件轴线相交的方向施压时管状部件的表观板厚基本上为一定值，管状部件具有负荷急速上升的能量吸收特性。因此，在不需要改变管状部件的材料或截面形状的情况下冲击能量吸收结构就可以局部最优化。此外，管状部件容易弯曲，因而容易与构造部件和内装饰材基本上吻合地配置。
依据本发明的第二方面，能量吸收体是一种由金属箔芯材和层叠在该芯材的表里两面的、非金属材料的薄片所构成的管状部件。将芯材和在芯材表里两面的薄片一起成形为使得管状部件在其轴线方向连续具有凸部和凹部，根据预定的能量吸收特性，所述管状部件的外周面和/或内周面由粘接性被覆材料部分覆盖，并在被覆盖部分上粘接着相邻接的所述凸部。
根据被覆材料的有无可以局部或者整个调节管状部件的能量吸收特性。当管状部件配置在支柱和支柱装饰之间，或者边框顶条和顶衬之间时，管状部件可能会因为结露而潮湿。如果管状部件是由金属箔芯材和纸片构成，管状部件的纸片由于沉积的结露水而膨胀。已经表明管状部件的纸片反复膨胀和干燥，管状部件的屈服应力将降低大约5-10％。而被覆材料可以防止屈服应力的减少。在寒冷天气如果进入管状部件凹部的水分结冰，由于水结冰引起的体积膨胀使得管状部件在轴线方向伸长，因此，管状部件的表观板厚减少。结果能量吸收特性具有缓和的负荷上升。而被覆材料可以防止具有缓和负荷上升的能量吸收特性的发生。为此目的所使用的被覆材料，不同于为获得急速负荷上升的能量吸收特性的被覆材料层，可以是薄的。
在本发明的第一和第二方面，根据预定的能量吸收特性，被覆材料的层厚可以部分改变。
通过增加被覆材料的层厚，可以获得急速负荷上升的能量吸收特性。因此，通过为获得预定的能量吸收特性而按部位选择被覆材料的层厚，可以按应吸收能量的各个部位获得最佳的能量吸收特性。
芯材可以由铝箔、不锈钢箔和镁合金箔中的一种构成，而薄片可以由纸构成。被覆材料可以是从至少包含丙稀酸树脂和环氧树脂的一组中选择的树脂，并且被覆材料可以覆盖在管状部件的外周面上。
通过采用金属箔芯材和纸片，可以低成本生产柔性的管状部件。因此，管状部件可以容易与需要能量吸收的部分基本上吻合地配置。此外，通过由树脂被覆材料覆盖管状部件的外周面，可以简单地获得所希望的能量吸收特性。因此，可以基本上防止如上所述的由于水分沉积引起的屈服应力减少和由于结冰引起的缓和能量吸收特性的发生。
在本发明的第一方面中，构造部件可以由支柱和边框顶条构成，管状部件上的被覆材料处在支柱和边框顶条之间相交的部位上。
在支柱(例如前支柱、中间支柱或者侧支柱)与边框顶条的交接部，与前支柱和边框顶条相比，在构造部件和内装饰材之间形成的间隔要小，因此为吸收能量的有效长度也小。如果将管状部件上的被覆材料处在交接部，可以获得急速负荷上升的能量吸收特性。因此，即使是在小有效距离的交接部也能有效吸收冲击能量。
依据本发明的第三方面，能量吸收体是一种由金属箔芯材和层叠在该芯材的表里两面、金属以外的材料的薄片所构成的管状部件，将芯材和在芯材表里两面的薄片一起成形为使得管状部件在其轴线方向连续具有凸部和凹部，弯曲管状部件使其与构造部件的形状吻合，并且对管状部件的弯曲部分的小曲率部分实施强化处理，而对管状部件的弯曲部分的大曲率部分实施弱化处理。
如果管状部件弯曲，在管状部件小曲率部分，即管状部件弯曲部分的外侧的凸部(凹部)间距增加，因此，小曲率部分的表观板厚减少并且变软。另一方面，在弯曲部的大曲率一侧，即内侧的凸部间距减少，因此大曲率部分的表观板厚增加并且变硬。通过对小曲率部分强化，而对大曲率部分弱化，小曲率部分和大曲率部分之间硬度的差异将缩小，因此，可以在整个弯曲部分基本上可以形成均一的能量吸收。
在本发明的第三方面中，小曲率部分可以由粘接性被覆材料覆盖，并且同一部位上的相邻凸部互相粘结。
如果冲击负荷施加到弯曲部分，小曲率部分将限制在管状部件的轴线方向的伸长。其结果，可以获得与增加表观板厚的相同的效果。以此方式，通过用被覆材料被覆小曲率部分，可简便轻易地调整能量吸收特性。
如果小曲率部分由粘接性被覆材料覆盖，在大曲率部分可有至少一个槽。
如果冲击负荷施加到管状部件的弯曲部分，由粘接性被覆材料覆盖的小曲率部分被限制在管状部件的轴线方向的伸长，这样可以获得和增加表观板厚的相同的效果。在具有一槽的大曲率部分将减少其强度，这样可以获得减少表观板厚的相同的效果。因此，通过简单地覆盖小曲率部分和在大曲率部分形成槽，使得管状部件的整个弯曲部分基本上具有均一的能量吸收。因此可以获得适当的能量吸收特性。
依据本发明的第四方面，能量吸收体是一种由金属箔芯材和层叠在该芯材的表里两面、金属以外的材料的薄片所构成的管状部件，所述管状部件的外周面和/或内周面沿轴线方向以预定间隔设有用具有粘接性的被覆材料覆盖的多个部分，在这些多个覆盖部分中所述管状部件的凸部互相粘接，并且所述管状部件以吸收与其轴线方向相交而施加的负荷的方式配置。
在上述的管状部件中，覆盖被覆材料的硬部和未覆盖被覆材料的软部交替出现在管状部件的轴线方向。如果冲击负荷在与管状部件的轴线相交的方向施加到管状部件上，管状部件在轴线方向上的伸长受到硬部的限制，为此管状部件在限制的范围内被压缩变形。因此，在压缩变形范围内的相邻的管状部件的另一部分基本上不产生压缩变形。结果，当在管状部件的任意部位施加了冲击负荷后，而又在不同于第一部位的部位上施加了另一冲击负荷时，管状部件的第二部位具有和原来或者设计性能相同的能量吸收。
在本发明的第四方面中，槽被设置在管状部件覆盖了被覆材料的部分和未覆盖被覆材料的部分之间的交界处，或者设置在管状部件以一厚度覆盖了被覆材料的部分和以不同于所述厚度的另一厚度覆盖了被覆材料的部分之间的交界处，并且设置在其中的一个或两个交界处。
形成在管状部件的软部和硬部之间的交界处的槽将减少管状部件的强度，因此压缩变形引起的使得管状部件伸长的力的传递将减少。其结果，更容易保持不同于最初被压缩部分的部分的本来特性。
管状部件可以是通常具有多角截面形状的角筒管，在偏离管状部件角部的平面部至少形成有一个槽。
由于是具有多角截面形状的角筒管，利用管状部件的平面部可以轻易地将管状部件安装在构造部件或者内装饰材上。此外，槽处在偏离管状部件角部的平面部，可以限制压缩变形引起的管状部件在轴线方向的伸长，并且在不极度减少管状部件强度的基础上可以限制压缩变形的传递。
依据本发明的第五方面，能量吸收体是一种由金属箔芯材和层叠在该芯材的表里两面、金属以外的材料的薄片所构成的管状部件，用于具有粘结性的被覆材料覆盖所述管状部件的外周面和/或内周面，以便使管状部件沿轴线方向上的中间部分的硬度与所述中间部分以外的所述管状部件部分的硬度不同。
在本方面，管状部件的中间部分具有由被覆材料覆盖的硬部和未覆盖被覆材料的软部，以便对于轴线相交方向的压缩负荷可以具有所需要的能量吸收特性。此外，由于管状部件的软部在受到轴线方向上的小负荷就容易弯曲，通过使用相同材质、相同截面的管状部件，可以获得在与轴线相交方向的压缩方向和轴线方向具有强度差的冲击能量吸收特性。这是因为冲击能量吸收结构具有方向性。因此，上述结构对于只在限定方向吸收冲击能量是有效的。
如果在轴线方向的硬度相对不同，可以在硬度相对不同部分的交界处至少设置一个槽。
因此，即使是轴线方向上的小负荷，管状部件都变得更容易弯曲，可以更进一步减少轴线方向上的负荷。
依据本发明的第六方面，提供一种冲击能量吸收体，其是一种由金属箔芯材和层叠在该芯材的表里两面的非金属的表面材所构成的管状部件，所述芯材和薄片制成使所述管状部件沿轴线方向并在其周围具有连续相邻接的凹部和凸部，在所述管状部件的外周面和/或内周面由具有粘接性的被覆材料至少进行部分覆盖从而形成一部分覆盖表面，所述管状部件的凸部由所述粘接性被覆材料互相粘接。
在第六方面中，被覆材料是一种表面材的动摩擦系数接近其静摩擦系数的材料，并根据所述部分的覆盖面与所述管状部件的外周面和/或内周面之间的摩擦力来控制所述管状部件的压缩变形。。
在本发明的第六方面中，所述管状部件为多边形并绕轴线扭转形成，并以吸收与其轴线方向相交而施加的负荷进行配置。
在本发明的第六方面中，所述管状部件为多边形并绕轴线扭转形成，并以吸收与其轴线方向相交而施加的负荷设置在车身上部的支柱和边框顶条的相交部分上。
如果负荷施加到与能量吸收体轴线相交的方向，能量吸收体被压缩，其截面形状稍微改变。因此，处于相邻位置的、相对面的表面材的弯曲部分相互密接，产生滑动阻力。该滑动阻力，即摩擦力限制能量吸收体的压缩变形，并且限制能量吸收体在轴线方向上的伸长，以便基本上保持目前的截面形状。当压缩力逐渐增大，达到基于滑动阻力的形状保持临界点时，产生轴线方向上的伸长，表观板厚减少并且反作用负荷降低。
由于表面材是由其动摩擦系数接近静摩擦系数的材料构成，即表面材是由其动摩擦系数和静摩擦系数大致相等的材料构成，因而在相对面的表面材弯曲的部分之间产生大的滑动摩擦阻力，抑制能量吸收体的压缩变形并且抑制轴线方向的伸长的时间变长。此外，当由滑动摩擦阻力有效地保持形状时，负荷基本上保持一常值。因而由负荷对位移的能量吸收特性曲线所定义的面积，即能量吸收的量增加。
由于管状部件是中空的并且重量轻，容易加工成任意的截面形状。因此，通过改变相邻凸部(凹部)之间的间距，或者表观板厚，就可以调节负荷对位移的能量吸收特性。
如果管状部件的每个表面材在远离芯材的一侧是链扣表面，链扣表面的弯曲部分紧密相接并且相互干涉，使得基于滑动阻力的形状保持作用更进一步提高。因此吸收能量的量增加。此外，与表面材为牛皮纸的情况相比较，具有链扣面的管状部件可以获得急速负荷上升的能量吸收特性.由于链扣面开始滑动并且负荷开始减少需要一定的时间，上述管状部件是一种具有高能量吸收效率的能量吸收体。而且，通过改变链扣面的每单位面积的密度或改变链扣面的长度，可以容易地调节能量吸收特性。进一步，覆盖在管状部件表面的链扣面由塑料片构成，改善了管状部件的耐气候性，可以获得不宜老化的能量吸收体。
如果管状部件的每个表面材由以聚脂为支撑体的硅橡胶片构成，因此基于滑动阻力的形状保持作用增加，使得吸收能量的量增加。由于硅橡胶片开始滑动并且负荷开始减少需要一定的时间，组合有硅橡胶的上述管状部件是一种具有高能量吸收效率的能量吸收体。聚脂支撑体防止硅橡胶的伸长和缩短，并与硅橡胶有良好的粘接特性。因此，在生产能量吸收体或者当能量吸收体受到冲击负荷时，不用担心硅橡胶会剥离开来。
如果管状部件的每个表面材由聚氨脂薄片构成，当基于滑动阻力的形状保持作用增加时，吸收能量的量增加。由于聚氨脂薄片开始滑动并且负荷开始减少需要一定的时间，组合有聚氨脂薄片的上述管状部件是一种具有高能量吸收效率的能量吸收体。此外，由于聚氨脂薄片具有良好的耐气候性，可以获得不宜老化的能量吸收体。
如果管状部件的每个表面材由丙稀(醛基)薄片构成，当基于滑动阻力的形状保持作用增加时，吸收能量的量增加。由于丙稀(醛基)薄片开始滑动并且负荷开始减少需要一定的时间，组合有丙稀(醛基)薄片的上述管状部件是一种具有高能量吸收效率的能量吸收体。此外，由于丙稀(醛基)薄片非常容易伸展并且具有良好的跟随性，在伸展之后能快速减少应力，使用丙稀(醛基)薄片容易进行管状部件的生产，并且不会产生由残留应力引起的能量吸收体的能量吸收的改变。
在构造部件和内装饰材之间配置了上述能量吸收体的车身上部的冲击能量吸收结构，在包括如支柱和边框顶条的构造部件的车身上部，即使从乘客和司机的开阔和清楚的视野、消除对进出车厢的妨碍和确保最大的车厢空间的要求出发，不可能留出大的能量吸收的间隔或空间，也可以有效地吸收冲击能量。
管状部件在预定的长度处切断后，将切下的管状部件两端固定，通过在其一端部施加旋转力，或者在其两端施加相反的旋转力，沿管状部件的轴线将其扭曲。
通过沿其轴线扭曲管状部件，对轴线方向的伸长的内部阻力或者粘性阻力变化，这意味着控制管状部件，即能量吸收体的表观位移和调节能量吸收特性。因此可以获得初期负荷上升急速的、近似于矩形的能量吸收特性曲线。即扭曲的管状部件可以吸收大量的能量而只有小量的有效位移。此外，由于管状部件是由金属箔芯材和层叠在该芯材的表里两面的薄片构成，只需小量的旋转力即可将其扭曲，因而可以提高生产性。并且，由于管状部件容易弯曲，因而可以容易与构造部件或者内装饰材基本上吻合地配置。
其轴线扭曲的管状部件的两端部连接在构造部件上，并且不让管状部件的两端部与构造部件有相对移动。
因此，限制了管状部件在其轴线方向上的伸长，当管状部件的一部分受到冲击负荷并且被压缩时，管状部件不能在其轴线方向上逃离或者伸长，因而能量吸收特性曲线具有急速的负荷上升并近似于矩形。即它可以吸收大量的能量而只有小量的有效位移。
通过至少改变管状部件或者金属管的扭曲角度和扭曲间距长度中的一个，就可以改变能量吸收特性。
由于通过改变管状部件的扭曲角度和扭曲间距长度就可以简单地改变能量吸收特性，因而可以按车型应吸收能量的部位来选择具有合适能量吸收特性的管状部件。
管状部件通常具有多角截面形状，并且管状部件可以粘结到内装饰材上。
在受到冲击负荷的内装饰材上粘接管状部件的结果是增加了管状部件的表观板厚。因此，可以获得负荷上升急速的、近似于矩形的能量吸收特性曲线。此外，由于管状部件具有多角截面形状，管状部件可以容易地粘接到内装饰材上。
如果管状部件粘接到内装饰材上，通过至少改变管状部件的粘接面积和粘接部位中的一个就可以改变能量吸收特性。
由于通过改变管状部件的粘接面积和粘接部位就可以简单地改变能量吸收特性，因而可以按车型应吸收能量的部位来选择具有合适能量吸收特性的管状部件粘接到内装饰材上。
在支柱诸如前支柱、中间支柱或者侧支柱之类的支柱与边框顶条的交接部，与前支柱和边框顶条相比，在构造部件和内装饰材之间形成的间隔要小，因此为吸收能量的有效长度也小。但是，由于沿其轴线扭曲的管状部件可以获得急速负荷上升的能量吸收特性，因此，即使是在小有效距离的交接部冲击能量吸收机构也能有效地吸收冲击能量。
附图说明
通过根据附图对最佳实施例的说明，可以进一步呈现出本发明的目的、特征和优点。以下是附图的简要说明，在此，相同的符号表示相同的元件。
图1为表示可以适用本发明的冲击能量吸收结构的车身上部(前支柱)的垂直截面图；
图2为表示可以适用本发明的冲击能量吸收结构的车身上部(边框顶条)的水平截面图；
图3为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的实施例的、沿轴线方向截取的平面的放大截面图；
图4为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的实施例的透视图；
图5为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的、沿轴线方向截取的平面的放大截面图；
图6为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的、沿轴线方向截取的平面的放大截面图；
图7为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图8为表示管状部件安装在车身上部上的状态的侧视图；
图9为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图10为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的、沿轴线方向截取的平面的放大截面图；
图11为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的侧视图；
图12为表示图11所示的管状部件上改变了凸部间距的侧视图；
图13为表示管状部件安装在车身上部上的状态的侧视图；
图14为表示图13所示的管状部件的放大侧视图；
图15为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图16为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图17为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的侧视图；
图18为表示图17所示的管状部件的作用的模式图；
图19为表示通常的管状部件的作用的模式图；
图20为表示管状部件安装在车身上部上的状态的侧视图；
图21为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图22为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图23为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的侧视图；
图24为表示管状部件安装在车身上部上的状态的侧视图；
图25为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的侧视图；
图26为表示使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的管状部件的另一实施例的侧视图；
图27A和27B为表示图25所示的管状部件的作用的模式图；
图28为表示图29所示的本发明的能量吸收体的主要部分、沿轴线方向截取的能量吸收体的一部的平面的放大截面图。
图29为表示能量吸收体的透视图；
图30为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图31为表示作为能量吸收体的管状部件的芯材和表面材在其成形为管状部件之前的截面图；
图32为表示图31所示的芯材和表面材成形为管状部件、沿轴线方向截取其一部的平面的放大截面图；
图33为表示图32所示管状部件的表面材的放大截面图；
图34为表示能量吸收的特性曲线的图表；
图35为表示能量吸收的特性曲线的图表；
图36为表示能量吸收的特性曲线的图表；
图37为表示管状部件的表面材的一实施例的截面图；
图38为表示管状部件的表面材的另一实施例的截面图；
图39为表示管状部件的表面材的另一实施例的截面图；
图40为表示为适用本发明车身上部的冲击能量吸收结构的最佳的车身构造部件的透视图；
图41表示为使用在本发明车身上部的冲击能量吸收结构中的能量吸收体的另一实施例的透视图；
图42为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图43为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图44为表示冲击能量吸收结构的、说明粘接部位的截面图；
图45为表示冲击能量吸收结构的、说明粘接条件不同于图44的粘接部位的截面图；
图46为表示冲击能量吸收结构的、说明粘接条件不同于图44和图45的粘接部位的截面图；
图47为表示说明粘接部位的截面图；
图48为表示说明粘接条件不同于图47的粘接部位的截面图；
图49为表示可以适用本发明车身上部的冲击能量吸收结构的部位、车身前部的截面图；
图50为表示可以适用本发明车身上部的冲击能量吸收结构的部位、车身上部整体的截面图；
图51为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图52为表示固定图4、29或41所示的能量吸收体的装置的透视图；
图53为表示图52所示的固定能量吸收体的装置的沿线53-53的截面图；
图54为表示固定图4、29或41所示的能量吸收体的另一装置的透视图；
图55为表示图53所示的固定能量吸收体的装置的沿线55-55的截面图；
图56表示图4、29或41所示的能量吸收体的一部分、在能量吸收体变形和伸长之前的状态的截面图；
图57表示图4、29或41所示的能量吸收体的一部分、在能量吸收体变形和伸长之后的状态的截面图；
图58为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图59为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图60A、60B和60C为分别表示图4、29或41所示能量吸收体变形后的状态的不同状态的截面图；
图61为表示负荷-位移的能量吸收的特性曲线的图表；
图62A和62B为表示图45和46所示能量吸收体的作用的模式图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的最佳实施例。
图1和2示出了本发明的冲击能量吸收结构。
图1中截面图所示的冲击能量吸收结构吸收在由车身构造部件10、在构造部件10的内方并相隔一定间隔配置的内装饰材(支柱装饰)12和配置在构造部件10和内装饰材12之间的间隔内的能量吸收体14所构成的车身上部上的冲击能量。在图1所示的冲击能量吸收结构中，构造部件10为前支柱，由内面板16、外面板18和增强面板20所构成。各面板的边缘相互重叠连接在一起以形成一封闭截面形状。
图2中截面图所示的冲击能量吸收结构吸收在由车身构造部件22、在构造部件22内并相隔一定间隔配置的内装饰材(车顶衬里)24和配置在构造部件22和内装饰材24之间的间隔内的能量吸收体26所构成的车身上部上的冲击能量。在图2所示的冲击能量吸收结构中，构造部件22为边框顶条，由内面板28和外面板30所构成。各面板的边缘相互重叠连接在一起以形成一封闭结构。
即使构造部件是不同于上述部件的部件，例如为中支柱、侧支柱、前顶盖、后顶盖等，通过在构造部件和在构造部件向内隔开的内装饰材之间的间隔内配置能量吸收体，也可以实现本发明的冲击能量吸收结构。在该结构中，如图1所示的能量吸收体14或如图2所示的能量吸收体26那样，可以根据所配置的位置确定能量吸收体的适当的形状。以下并不一定限于能量吸收体14的形状或者能量吸收体26的形状，而是以一典型的能量吸收体来说明本发明。
以下参照图3和4说明作为本发明的能量吸收体的管状部件的基本结构。
如图3的截面图和图4的透视图所示，管状部件40由金属箔的芯材42和在该芯材42的表里两面层叠的金属以外材料的薄片44所构成。金属箔芯材42和薄片44由粘接剂相互固定在一起。通过变形芯材42和薄片44使得管状部件40在其轴线方向连续具有凸部48和凹部46来形成管状部件40。
芯材42由硬质的铝箔构成，薄片44由牛皮纸构成。铝箔的厚度至少有0.05mm并且其宽度至少30mm。牛皮纸薄片的厚度至少有0.2mm并且其宽度至少30mm。芯材42也可以由不锈钢箔或者镁合金箔等所构成。薄片44也可以由树脂等所构成。在图4所示的管状部件中，凸凹部以螺旋状延伸。不采用这种螺旋结构，也可以采用一凹部46围绕管的外周延伸并形成完整的环，而相邻该凹部46，分别独立的两凸部48围绕管的外周延伸并形成完整的环的环结构。
以下将说明本发明的各种实施例。在这些实施例中，构造部件与图1或2所示的相似，而作为能量吸收体使用的管状部件也和图3和4所示的基本结构相同。
参照图5-9说明本发明的第一实施例。
如图5所示，管状部件50的外周表面的一部分由粘接性的被覆材料52所覆盖。管状部件50的外周表面也可以由被覆材料52在整个长度的管上覆盖。也可以部分由被覆材料52覆盖管状部件50，例如在中心部位或者端部。进一步，被覆材料52可以在管状部件50周面的整个长度上延伸，或者仅仅在管状部件50周面的一部分长度上延伸。因此，如果管状部件50具有图4所示的四边形的外形截面，可以只覆盖四个边的一个边，即，仅管状部件50周面长度的一部分由被覆材料52覆盖。
被覆材料52可以采用丙稀酸树脂、环氧树脂或者其他种类的树脂。被覆材料52可以用刷子涂覆或者用喷嘴喷洒等方法进行被覆。在由被覆材料52所覆盖的部分管状部件50中，凸部48由被覆材料52相互粘接在一起，因此所被覆的部分变硬并且抑制管状部件50在轴线方向的变位。进一步，在管状部件50被覆盖的部分中，与管状部件50轴线相交方向的压缩阻力增加。相反，在没有被覆盖的部分，即原来的管状部件50的部分，仍保持了管状部件50本来的特点，为此管状部件50的未被覆部分为软质。因此，如果管状部件50的未被覆部分在与管状部件50轴线相交的方向受到压缩负荷，在未被覆部分的相邻的凸部48将在轴线方向产生变位。这样，由被覆材料52所覆盖的管状部件50部分和未被覆部分在表观厚度d和与管状部件50轴线相交的方向抵抗压缩的阻力上相互之间呈现不同，从而可以这样调节管状部件50的能量吸收特性。
例如，如果管状部件50将其两端用自攻螺钉等固定到车身上部的构造部件上，冲击负荷从斜下方指向斜上方作用到管状部件50上，这时，管状部件50则向上方突出弯曲，使得负荷的上升变得相对缓和。然而，如果如本实施例那样由被覆材料52覆盖管状部件50，则可以抑制管状部件的弯曲，达到负荷的急速上升。
为了通过改变被覆材料52的覆盖位置和覆盖厚度调节能量吸收特性，被覆材料52可以仅在图5所示的管状部件50的外周面、或者仅在内周面，或者在图6所示的管状部件50的外周面和内周面的两面上沿整个长度或者管状部件50的部分长度上进行覆盖。在管状部件50的外周面和内周面的两面上覆盖被覆材料52时，管状部件50的表观板厚进一步增加，同时抵抗由压缩产生的轴线方向的伸长的阻力也进一步增加。其结果，能量吸收特性可以达成负荷的急速上升。通过将管状部件50浸泡在含有被覆材料52的浴槽中，就可以简单地在管状部件50的外周面和内周面的两面上沿整个长度覆盖被覆材料52，因此有利于表面处理。这样的处理也可以应用到以下说明的其它实施例上。
图7为表示不同管状部件的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线的图表。和没有覆盖被覆材料的管状部件的能量吸收特性曲线41(虚线)相比较，分别具有被覆材料52的管状部件的能量吸收特性曲线43(单点线)和45(双点线)在小量位移S呈现负荷F的急速上升。双点线45所示的管状部件的被覆材料52的厚度比单点线43所示的管状部件的被覆材料52的厚度要厚。如图所示，较厚的被覆材料52(双点线45)和较薄的被覆材料52(单点线43)相比，负荷F更急速上升而位移S则更小。
在图8所示的结构中，管状部件50在由交叉阴影所示的前端部54具有被覆材料52，而在管状部件50的其它部位58上没有被覆材料52。管状部件50安装在车身上使得其前端部54处于前支柱56和边框顶条60之间相交的部位。正如图9所示的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线表明，处于邻近相交部位的管状部件50的端部54的能量吸收特性曲线53比管状部件50的其它部位58的能量吸收特性曲线51呈现负荷F更急速的上升和更小量的位移S。在前支柱56和边框顶条60之间相交的部位，构造部件和内装饰材之间的间隔太小，难于提供足够大的位置空间配置能量吸收体。然而，通过让由被覆材料52覆盖的端部54处于相交部位来配置管状部件52，即使在窄小间隔的相交部位也能提供足够的能量吸收。
如上所述，根据所希望或所要求的能量吸收特性曲线，在管状部件50上覆盖粘接性被覆材料。在此，“所希望或所要求的能量吸收特性曲线”是指如图7和9的能量吸收特性曲线43、45、53所表示的，与没有进行被覆材料覆盖的相比，改善了的能量吸收特性曲线。“所希望或所要求的能量吸收特性曲线”也是指使得因受到其它原因的影响而失去了本来的能量吸收特性的管状部件恢复到本来的特性。
在寒冷时在车厢内和车厢外之间存在着大的温差，管状部件50会由于结露而粘附水分。如果在管状部件50的上面，即外周面的薄片44由纸制成时，在图10所示的凹部46中将粘附水滴62使得薄片44膨胀。其后水滴蒸发，则薄片44变干。可以发现由于管状部件的薄片44的反复膨胀和干燥过程将使得管状部件的屈服应力降低5-10％。通过在管状部件50的外周面上覆盖被覆材料52可以防止这样的屈服应力降低。又，如果水62在凹部46内结冰，由结冰引起的体积膨胀将产生管状部件50轴线方向的力并施加在管状部件50上。其结果，管状部件50的凸部48将受到沿轴线方向的扩张的力，从而减少管状部件50的表观板厚d，引起能量吸收特性具有负荷的缓和上升。通过在管状部件50的外周面上覆盖被覆材料52可以防止该问题。
参照图11和12的透视图、图13和14的侧视图、图15和16的能量吸收特性曲线说明第二实施例。管状部件70和管状部件50采用同样的材料形成相同的结构。将管状部件70弯曲使得与构造部件72、74的形状一致。构造部件72为边框顶条，构造部件74为中支柱。
管状部件70如上述弯曲后形成两个直条部76和一个在直条部76相交处的弯部77。弯部77具有一个曲率小的外周面78和一个曲率大的内周面79。直条部76的间距，即相邻两凸部或者凹部之间的距离，仍然相同。然而，减少了曲率的外周面78的间距P1大于直条部76的间距P。增加了曲率的内周面79的间距P2小于直条部76的间距P。因此，减少了曲率的外周面78上的表观板厚变得小于直条部的表观板厚，外周面78容易变形，并且软。增加了曲率的内周面79的表观板厚变得大于直条部的表观板厚，内周面79难于变形并且硬。为了减轻该问题，管状部件70在减少了曲率的外周面78处通过由被覆材料覆盖外周面78得到加强，而在增加了曲率的内周面79处通过在内周面79上形成槽80使得管状部件70减弱。
如图15的负荷(F)-位移(S)能量吸收特性曲线所示，直条部76的能量吸收特性73和具有在外周面处增强而在内周面处减弱的弯曲部77的能量吸收特性71具有基本相同的能量吸收特性。相比之下，如果弯曲部77的周面没有一面进行减弱或者增强，如图16的能量吸收特性曲线所示，弯曲部77的能量吸收特性73与直条部76的能量吸收特性71相比变得更不稳定。
以下参照图17-27说明第三实施例。
参照图17的侧视图，管状部件90在其外周面上覆盖了粘接性被覆材料92。特别是，在管状部件90的轴线方向预定间隔的多个部位在其外周面上具有粘接性被覆材料92。即，管状部件90具有沿图17的箭头A所指的轴线方向上交替配置的硬部C和软部D。每个硬部C在轴线方向的长度可以设定为大约1cm到5cm。每个软部D在轴线方向的长度可以设定为大约5cm到15cm。交替的硬部C和软部D的形成也可以通过在整个长度的管状部件90上先形成一薄的粘接性被覆材料层，然后在轴线方向预定间隔管状部件90的覆盖部位上形成厚的粘接性被覆材料层来完成。
如果一压缩负荷F沿与轴线方向A垂直的方向B作用在管状部件90上，由软部D的压缩引起的在轴线方向上伸长将受到硬部C的限制。因此，在管状部件90的一处产生的压缩变形难以传播到远隔变形部位的其它部位上。即，如图18的模式图所示，如果压缩负荷F发生，管状部件90将在压缩负荷F作用的部位94处变形，但是远离压缩负荷的管状部件90的其它部位95仍然保持压缩负荷发生前的状态。因此远离压缩负荷的部位95在之后受到压缩负荷F时仍可以变形并吸收能量。相比之下，如图19所示，在没有在轴线方向交替配置硬部和软部的通常的管状部件96的情况下，一旦管状部件96受到压缩负荷，整个管状部件96将变形(在一个广范围)。因此，如果管状部件96的远离压缩负荷的部位在之后又受到压缩负荷时，则难以吸收足够量的能量。
在图20的侧视图所示结构中，管状部件90安装在前支柱104和边框顶条102之间相交处。如果负荷F作用在管状部件90的前部98，将呈现图21的曲线103(实线)所示的负荷(F)-位移(S)能量吸收特性。这之后，如果负荷F又作用在管状部件90的后部100，将呈现图21的曲线101(单点线)所示的负荷(F)-位移(S)能量吸收特性。图21中阴影线所示部分106表示如果后部100仍未变形时可以附加吸收的能量的量，即当负荷施加到管状部件90的前部98所产生后部的变形所引起的能量吸收的损失。即管状部件90的能量损失相当小。相比之下，在通常的管状部件96的情况下，如图22所示，当负荷作用在通常的管状部件96的前部所呈现的能量吸收特性曲线107(实线)和之后负荷又作用在通常的管状部件96的后部所呈现的能量吸收特性曲线105(虚线)之间所形成的阴影区域108表明这种损失将大幅度增加。
虽然在上述的说明中，管状部件为通常的四角形截面的角筒状，管状部件的截面形状也可以是其它的多角形，例如五角形、六角形等。管状部件的截面形状也可以是圆形或者椭圆形。
图23的侧视图所示的管状部件110和管状部件90相同，在管状部件110的轴线方向交替配置有硬部C和软部D。此外，管状部件110在硬部C和软部D之间的交界处设置有槽112。如图18所述的那样，硬部C可以减少由于管状部件110的压缩变形在轴线方向上的伸长，而通过设置槽112可以进一步增强其效果。
如图24的侧视图所示，管状部件110安装在前支柱104和边框顶条102之间相交处。如果压缩负荷F作用在管状部件110的前部上之后，又有压缩负荷F作用在其后部上，管状部件110将呈现和图21相同的负荷-位移的能量吸收特性。然而，由于在管状部件110上设置了槽112，将进一步抑制在轴线方向上的伸长。其结果，能量吸收的损失将小于图21所示的损失106。
参照图25和26所示的侧视图，管状部件120、130分别在其中央部位的硬度不同于其它部位的硬度。在每个管的轴线方向上不同的硬度可以通过改变用粘接性被覆材料覆盖在各个部位的外周面上的方法来实现。在图25所示的管状部件120中，轴线方向的中央部位为软部D，而其它部分为硬部C。相反，在图26所示的管状部件130中，轴线方向的中央部位和两端部为硬部C，而由3个硬部C所夹的两部分为软部D。槽122将设置在管状部件120、130的硬部C和软部D的交界处。
参照图27A和27B的模式图，管状部件120受到与轴线垂直方向的负荷F时将压缩变形并吸收所需的能量。然而，当负荷f沿图27A所示的轴线方向上作用时，即使是小负荷f，如图27B所示，管状部件120也容易在位于中央部位的软部D处弯曲。因此，管状部件120成为在与轴线相交的压缩方向的强度和轴线方向(顺向性)具有不同强度的冲击能量吸收结构。管状部件130受到与轴线垂直方向的负荷F时将压缩变形并吸收所需的能量。当负荷沿轴线方向上作用时，管状部件130容易在硬部C和软部D的交界处软部一侧弯曲。管状部件130的负荷对位移的能量吸收特性和管状部件120基本上相同。
参照图28-36说明本发明的第四实施例。在本实施例中作为能量吸收体使用的管状部件与图3和4的基本结构实质上相同。在第四实施例中，管状部件140的表面材144由其动摩擦系数接近静摩擦系数、即开始滑动时的最大静摩擦系数的材料构成。
在本实施例中，表面材144虽然可以由下述的一种材料构成，通常情况下，通过形成一种微细不均匀结构，即在表面上形成有微小的凹凸，或者由特殊的被覆材料覆盖表面等，使得表面材144的动摩擦系数尽可能地接近静摩擦系数。
如图28所示，管状部件140具有相邻凸部148(凹部146)之间的间距P、实际厚度d和表观厚度D。可以发现，通过改变间距、实际厚度和表观厚度的任一个就可以改变管状部件的负荷对位移的能量吸收特性。而且，依据本发明，表面材144的大的动摩擦系数可以调节负荷的上升和负荷的峰值。
管状部件140通常按如下方法生产，即芯材142和层叠在芯材表里两面的表面材144卷绕在锭子上形成圆筒体，然后将该圆筒体通过辊模之间的间隙形成预定间距的凸部和凹部。之后，如果由必要，可以将管子成形为图29所示的棱形。管状部件140的实际厚度d由所选的芯材142和其表里两面的表面材144所确定。间距P和表观厚度D由所选的通过圆筒体的辊模所确定。静摩擦系数由所选的表面材144所确定。在本方法中，可以获得具有预定能量吸收特性的管状部件。
图30的曲线表示具有相同实际厚度d、相同表观厚度D相同间距P但具有不同动摩擦系数的表面材的三种管状部件150、152、154的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。在图30中，表示管状部件被完全压缩之前的由各管状部件所吸收的能量的量。表面材的动摩擦系数按管状部件154、管状部件152和管状部件150的顺序减少。当负荷F出现时，在到达形状保持临界点156之前，各个管状部件的反作用负荷随位移的增加以相同的斜率增加。该斜率由150a表示。向上到形状保持临界点156前，各个管状部件将产生以下的变化。即，各个管状部件由负荷F压缩而改变其截面形状。由于截面形状的变形，迫使各个表面材144在与表面材144相邻并在内周侧对面的交界143和与表面材144相邻并在外周侧对面的交界145处沿轴线方向轻微胀出并且密接，而产生滑动阻力。由于该滑动阻力，基本上保持了表观厚度，因此不会在轴线方向上产生进一步的位移，从而保持截面形状的状态。
当负荷增加达到基于滑动阻力的形状保持临界点156时，由于管状部件150在三个管状部件的表面材中具有最小的动摩擦系数，如线段150b所示，管状部件150的反作用负荷开始下降，而在管状部件152、154中，由于其大的滑动阻力，其反作用负荷基本上仍然保持在一常值152a。更明确地说，在管状部件150中，在较早的时刻，表面材144折叠部分之间就开始产生滑动，因此管状部件开始变形。而在管状部件152、154中，表面材144的滑动还未开始，因此管状部件的变形也没有开始。在进一步位移预定量后，由于管状部件152的表面材具有第二小的动摩擦系数，当达到基于滑动阻力的管状部件152的形状保持临界点152b时，管状部件152的反作用负荷开始象线段152c那样逐步下降。而管状部件154在三个管状部件中具有最大的动摩擦系数，由于具有大的滑动阻力，因而仍保持一常反作用负荷值154a。在进一步位移预定量后，当达到基于滑动阻力的管状部件154的形状保持临界点154b时，管状部件154的反作用负荷开始象线段154c那样逐步下降。在图30的曲线中，即使三个管状部件具有相同的实际厚度d、相同的表观厚度D和相同的间距P，仍然在三个管状部件之间产生位移差S1、S2。这是因为，在图中，为了表示能量吸收的量，由每个管状部件的表观厚度的减少引起的伸长所导致的位移量被包含在每个管状部件的整个位移量中。
在图30所示的特性曲线中，反作用负荷的峰值151首先出现，然后达到形状保持临界点156。即使管状部件的形状保持，当反作用负荷达到该形状下的表观厚度所确定的峰值时，整个管状部件开始变形。其结果，在反作用负荷逐步下降的期间达到形状保持临界点156，使得表面材144对面的部分之间产生滑动。因此，根据表面材的动摩擦系数的大小，也会出现首先达到形状保持临界点，然后达到峰值的情况。
图31为表示成形之前的管状部件160的管壁的截面图。图32和33为表示管状部件160的管壁的截面图。管状部件160由芯材162和层叠并粘接在芯材162的表里两面的表面材164所构成，在管状部件160的轴线方向连续成形凸部和凹部。在各个表面材164的远离芯材162的那一表面上，即不与芯材162粘接的那一表面，形成为具有微小凹凸的链扣面166。在本实施例中，在表面材164中使用Microfastener(微链：住友3M的商标)。链扣的平坦面粘接在芯材162上，而在远离芯材162的一边露出链扣面166。但链扣面166与另一链扣面面接时，相互之间干涉并形成暂时固定，以便产生大的滑动阻力。此外，通过改变链扣面166单位面积上链扣的密度，或者改变链扣面166的长度，或者链扣面166上凸部的高度h，可以调节负荷-位移的能量吸收特性。
图34为表示负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线。当管状部件160的截面形状由于负荷在与管子轴线相交的方向作用而产生轻微变形时，在特性曲线的点170a处，链扣面相互干涉并相互成暂时固定。随后，负荷急速增加并达到峰值，之后截面形状保持，形成线段170b呈现的特性。由于链扣面166之间的阻力大，特性线段170b对于一定量的位移变化基本上保持水平。在达到形状保持临界点170c后，链扣面166从固定状态下释放，因此截面形状开始变形。由于在管轴线方向上的伸长，形成线段170d所示的特性。图34的阴影区域表示由于链扣面166所增加的滑动阻力而附加吸收的能量的量。
图35的曲线表示链扣面166具有相同实际厚度、相同表观厚度和相同长度但链扣面166的单位面积链柱密度不同的管状部件180、182、184的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。链扣面166上单位面积的链柱密度按管状部件180、管状部件182和管状部件184的顺序减少。随着单位面积上的密度的增加，峰值越高，负荷上升越急速。由于设置了链扣面166所产生的负荷加速点186随链扣面166的密度越大越提早出现。而链扣面166从暂时固定状态释放，负荷发生降低的点188，随链扣面166的密度越大越延迟出现。
图36的曲线表示链扣面具有相同实际厚度、相同表观厚度和相同链扣面166的单位面积链柱密度但具有不同链扣面166的长度的管状部件190、192、194的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。链扣面166的长度按管状部件190、管状部件192和管状部件194的顺序减少。随着链扣面166的长度的增加，峰值越高，负荷上升越急速。由于设置了链扣面166所产生的负荷加速点196随链扣面166的长度越大越提早出现。而分别在管状部件190、192、198的负荷加速点196出现的负荷基本相同。而链扣面166从暂时固定状态释放，负荷发生降低的点198，随链扣面166的长度越大越延迟出现。链扣面166的长度越长，峰值越高，这是因为由此引起的实际厚度和表观厚度的增加而产生ΔF的负荷增加。链扣面166的长度越短，有效变位越长，这是因为链扣面166的长度越短，轴线方向的伸长ΔS越大。
参照图37-40说明本发明的第五实施例。在本实施例中作为能量吸收体使用的管状部件的基本结构与图3和4基本上相同。
在图37的截面图所示的表面材200由以聚脂片202为支撑体的硅橡胶片204构成。在聚脂片202上粘贴丙稀酸系的粘接剂层207，并临时覆盖上剥离纸208。使用表面材200时，将剥离纸208剥去，而将粘接剂层207粘接在芯材上，从而把表面材200层压在芯材上。该表面材200是商用Scotch硅橡胶带(住友3M的商标)的商品。由于胶带有聚脂片202，因而不会有伸缩，并且容易层压。该表面材200的静摩擦系数相对于毡制品为1.2，而相对于拷贝用纸为2.1。动摩擦系数相对于毡制品为1.2，而相对于拷贝用纸为1.9。
在图38的截面图所示的表面材210具有聚氨脂薄片212，在聚氨脂薄片212上粘贴丙稀酸系的粘接剂层214，并临时覆盖上剥离纸216。使用表面材210时，将剥离纸216剥去，而将粘接剂层214粘接在芯材上，从而把表面材210层压在芯材上。该表面材210是商用高保护胶带SJ8591/SJ8592(住友3M的商标)的商品。该胶带具有极好的耐气候性。
在图39的截面图所示的表面材220具有丙稀酸薄片222，在丙稀酸薄片222上粘贴丙稀酸系的粘接剂层224，并临时覆盖上剥离纸226。使用表面材220时，将剥离纸226剥去，而将粘接剂层224粘接在芯材上，从而把表面材220层压在芯材上。该表面材220是商用#9638易伸胶带(住友3M的商标)的商品。该胶带非常容易伸长。
如图40所示，由管状部件构成的能量吸收体可以配置在象前支柱230和边框顶条234的结合部232那样的特殊的位置。前支柱230和边框顶条234为图40所示的2维弯曲，而且也向图纸面垂直的方向弯曲，即前支柱230和边框顶条234为3维弯曲。另一方面，而作为内装饰材的顶衬不会忠实地沿着支柱230和边框顶条234的形状成3维弯曲。因此，应配置冲击能量吸收体的空间的大小则为各式各样。能量吸收体由管状部件构成，容易弯曲，并且能量吸收特性可以通过改变表观厚度调节。因此，可以按照空间的大小合适地配置可以吸收能量的能量吸收体。
参照图41-51说明本发明的第六实施例。在本实施例中作为能量吸收体使用的管状部件的基本结构与图3和4基本上相同。
在图41的透视图所示的能量吸收体240由沿轴线扭曲的管状部件构成。
扭曲的管状部件240配置成按照图41的箭头A所示的方向承受冲击负荷。
图41所示的管状部件240具有扭曲间距P。通过改变扭曲间距P，可以调节管状部件240的能量吸收特性。图42表示了没有扭曲的管状部件250和扭曲的管状部件252、254、256的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线。扭曲的管状部件252、254、256的负荷上升比没有扭曲的管状部件250要急速。扭曲间距P的长度按照管状部件252、管状部件254、管状部件256的顺序减少。因此，图中表明，随着扭曲间距P的减少，负荷上升变得急速，而位移变小。
可以发现，随着管状部件240的扭曲角度的增加，负荷上升变得急速，而位移变小。因此，通过改变管状部件240的扭曲角度和扭曲间距P中的至少一个，就可以改变管状部件240的能量吸收特性曲线。这种变化是连续的，因而可以通过改变扭曲量(扭曲角度、扭曲间距P等)来细微地调节能量吸收特性曲线。
由于管状部件240具有图41所示的四角形截面，管状部件240可以容易地粘接到内装饰材上。特别是，当层叠在管状部件240的芯材42(图3)的表里两面上的片材44由纸作成时，容易将管状部件240粘接在内装饰材上，并且可以达到高粘接强度。进一步，如果预先将管状部件240粘接到内装饰材上，即将管状部件240粘接到内装饰材上作为一预装配工序，这样就容易将管状部件240和内装饰材装配在车身上。
图43分别表示以三种不同的方法安装管状部件240的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线258、262、264。特性曲线258为表示如图44所示的、将管状部件240以完全自由的方式(没有粘接)装配在刚性壁(结构件)274和板材(内装饰材)272之间时的情况。特性曲线262为表示如图45所示的、用粘接剂276将管状部件240的整个面粘接到刚性壁274上时的情况。特性曲线264为表示如图46所示的、用粘接剂276将管状部件240的整个面粘接到板材272上时的情况。在三条特性曲线中，自由状态(未粘接)的管状部件240的特性曲线258具有小的或者迟缓的负荷上升，以及最大的位移。粘接到到刚性壁274上的管状部件240的特性曲线262的负荷上升和自由状态的管状部件240的特性曲线258相同，然后保持在最大负荷，而位移小于自由状态的管状部件240的特性曲线258。粘接到板材272上的管状部件240的特性曲线264具有比其它两个更急速的负荷上升，和与粘接到刚性壁274上的管状部件240的特性曲线262相同的位移。由此表明，通过将管状部件240粘接到结构件或者内装饰材上，可以获得急速的负荷上升和较小的位移的能量吸收特性。
在将管状部件240粘接到内装饰材上时，通过改变管状部件40的粘接面积和粘接位置中的至少一个，就可以改变能量吸收特性。
当粘接面积增加，由内装饰材提供的管状部件40的抑制力也增加，因此负荷上升变得急速。而且管状部件轴线方向上的伸长随粘接部位是在管状部件的端部还是在中间位置而改变，因此根据粘接部位也可以改变负荷上升。进一步，根据粘接剂280是涂在管状部件240的两处，即如图47所示涂在横断管轴线的管截面的两端部，还是涂在管状部件240的三处，即如图48所示涂在横断管轴线的管截面的两端部和中间位置的不同，可以改变粘接面积，从而改变负荷的上升。
如果结构件是由图49所示的前支柱286和边框顶条284构成，管状部件240可以配置在前支柱286和边框顶条284之间相交的部位281。同样，管状部件240也可以配置在图50所示的相交部位，即中支柱288和边框顶条284之间相交的部位，或者侧支柱290和边框顶条284之间相交的部位。
图51表示负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线。如果管状部件沿前支柱286配置，由于在前支柱286允许大的位移，可以设置成如曲线285所示的缓负荷上升和大位移的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。如果管状部件配置在前支柱286和边框顶条284之间相交的部位281，由于在相交部位281的有效位移长度短，需要设置成如曲线287所示的急速负荷上升和小位移的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。从上述说明表明，沿轴线扭曲的管状部件240，可以满足配置在相交部位281的这种需要。此外，如图50所示，同样在中支柱288和边框顶条284之间相交的部位，或者侧支柱290和边框顶条284之间相交的部位的有效位移长度短，配置沿轴线扭曲的铝管或管状部件也是有用的。
参照图52-62说明本发明的第七实施例。
如图52的透视图所示，本实施例的管状部件240有两个框带300分布在管子的两端部伸展。框带300用于将管状部件240安装到结构件或者内装饰材上。例如，如图53所示，可以采用将与框带300一体形成的钩301嵌入到在结构件或者内装饰材上形成的孔中的方式，将每个框带300安装到结构件或者内装饰材上。用框带300将管状部件240固定在预定的位置上，但要不妨碍其在轴线方向上的伸长。这样，在承受冲击负荷时，管状部件240伸长，即从图56的截面所示的原始状态变化到图57的截面所示的伸长状态，使得管状部件240的表观厚度变化(减少)，因而可以调节能量吸收特性。
如图54、55所示，在管状部件240的两端部设置长孔302和与长孔302对面的相对大的插入孔305。从插入孔305用自攻螺钉303穿过长孔302将管状部件240固定到结构件和内装饰材上。每个长孔302的长度设定为在受到冲击负荷管状部件240伸长时孔的端部不会被自攻螺钉303所妨碍。自攻螺钉303固定的力需要调整到，在开始时限制管状部件在轴线方向上的伸长，但一定时刻允许自攻螺钉303和长孔302之间的相对滑动。图58表示负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线。曲线315表示采用框带300固定管状部件时的能量吸收特性。曲线317表示采用自攻螺钉303固定管状部件时的能量吸收特性。采用自攻螺钉303固定管状部件时，在位移范围319内保持负荷不变，防止下落。具体讲，采用自攻螺钉303固定管状部件240时，由管状部件240和相对部件之间的摩擦力抑制轴线方向上的伸长的期间，不会产生由轴线方向的伸长引起的负荷下落。
管状部件240也可以按当管状部件240在轴线上的伸长达到一预定量时，限制轴线上的伸长的方法进行固定。
再参照图54和55，自攻螺钉303在长孔302的轴线方向的外侧端处固定，即右侧的长孔302在右端固定，左侧的长孔302在左端处固定。自攻螺钉303固定的力需要调整到，在开始时限制管状部件在轴线方向上的伸长，但一定时刻允许自攻螺钉303和长孔302之间的相对滑动。图59表示负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线。在长孔302开始相对于自攻螺钉303滑动之前，负荷上升到峰值321。当在自攻螺钉303和长孔302之间相对滑动，管状部件240伸长时，负荷如线段322所示减少。当自攻螺钉303到达长孔302的内侧端时，管状部件的伸长受到限制，因此，负荷再次上升并达到另一峰值323。这样，可以获得具有2个峰值的能量吸收特性。因此，可以减少平均负荷。
管状部件240可以是多角形的截面形状并粘接到内装饰材上。这时，可以通过改变管状部件240的粘接面积和粘接位置中的至少一个就可以改变能量吸收特性。
再参照图43，它表明通过将管状部件240粘接到内装饰材上可以调节能量吸收特性。参照图60A、60B和60C的截面进一步详细说明，箭头F所示的冲击负荷施加到内装饰材320之前管状部件240的厚度t0是一定的(见图60A)。当冲击负荷F施加到内装饰材320上，使得管状部件240的一部分变形时，粘接在内装饰材320的部分在轴线方向没有伸长，因而保持了其厚度t0，而其它部分则由于在轴线方向上的伸长厚度从t0变到t1减少(图60B)。当管状部件240进一步变形，粘接在内装饰材320的部分的厚度保持在t0，而其它部分则由于在轴线方向上的伸长其厚度从t1到t2减少(图60C)。这样，随着位移的增加，管状部件240的表观厚度减少，因此管状部件的未压缩部分减少。因此，如图61的负荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲线所示，粘接到内装饰材320上的管状部件240的特性曲线336与厚度为t0的金属管的能量吸收特性曲线相比，其表观位移要长t0-t2的长度。
当管状部件240粘接到内装饰材上时，能量吸收特性具有急速的负荷上升。如图62A所示，在板厚为t0的管状部件240配置在内装饰材332和结构件330之间并粘接到结构件330上的情况下，在受到箭头F所示的冲击负荷时，在管状部件240的截面变形之前，内装饰材332的受压面弯曲变形。这样，负荷上升变得缓和。相反，如图62B所示，在管状部件240粘接到内装饰材332上的情况，受压面的表观板厚t3为管状部件240的板厚和内装饰材的板厚之和，在截面变形之前的弯曲变形少。因此图62B所示的结构中负荷上升变得急速。
在所有上述实施例中，电气配线等都可以穿过管状部件240。
以上虽然是参照目前可考虑到的最佳实施例来说明本发明，但本发明并不限定于上述实施例，相反，本发明可以进行各种变形和等效配置。
Claims (18)
1.一种车身上部的冲击能量吸收结构，包括车身构造部件(10、22、104、102)、从构造部件向内隔开一定间隔配置的内装饰材(12、24)和配置在构造部件和内装饰材之间的间隔内的能量吸收体(14、26、50、90、110、120、130)，其特征是
所述能量吸收体是由金属箔芯材(42)和层叠在同一芯材的表里两面的金属以外的薄片(44)所构成的柔性管状部件，所述芯材和薄片制成使所述管状部件沿轴线方向并在其周围具有连续相邻接的凹部和凸部，在所述管状部件的外周面和/或内周面由具有粘接性的被覆材料至少进行部分覆盖从而形成一部分覆盖表面，所述管状部件的凸部由所述粘接性被覆材料互相粘接，并将所述能量吸收体进行配置以便其吸收与其轴线方向相交而施加的冲击负荷。
2.根据权利要求1所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
根据要求的能量吸收特性，所述管状部件的外周面和/或内周面由粘接性被覆材料部分覆盖，并在被覆盖部分上粘接着相邻接的所述凸部。
3.根据权利要求1或2所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
根据要求的能量吸收特性，所述被覆材料部分地改变其厚度而进行覆盖。
4.根据权利要求1或2所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
所述芯材由铝、不锈钢或镁合金的金属箔构成，所述薄片由纸构成，所述被覆材料由合成树脂构成并覆盖在所述管状部件的外周面上。
5.根据权利要求1所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
使用丙烯树脂、环氧树脂等粘接剂作为所述被覆材料。
6.根据权利要求1所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
所述构造部件是车身上部的支柱和边框顶条，并且以使形成所述覆盖面的部分位于支柱和边框顶条的相交部位的形成配置所述构造部件。
7.根据权利要求1所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
所述管状部件被弯曲加工成沿所述构造部件的曲面的形状，对被弯曲加工部分中的曲率小的部位实行强化处理，而对曲率大的部位实行弱化处理，并且以吸收与其轴线方向相交而施加的冲击负荷的方式配置该管状部件。
8.根据权利要求7所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
在所述管状部件的曲率小的部位覆盖具有粘接性的被覆材料，并且同一部位上的相邻接的所述凸部互相粘接。
9.根据权利要求7或8所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
在所述管状部件的曲率大的部位设置有至少一个槽。
10.根据权利要求1所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
所述管状部件的外周面和/或内周面沿轴线方向以预定间隔设有用具有粘接性的被覆材料覆盖的多个部分，在这些多个覆盖部分中所述管状部件的凸部互相粘接，并且所述管状部件以吸收与其轴线方向相交而施加的负荷的方式配置。
11.根据权利要求10所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
在用所述被覆材料覆盖的部分与没有覆盖的部分的交界处、或者在所述被覆材料厚度不同情况下在厚度不同的交界处设置有槽。
12.根据权利要求11所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
所述管状部件是截面为多边形的筒状部件，所述槽设置在不位于同一筒状部件角部的平面部。
13.根据权利要求1所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
用于具有粘结性的被覆材料覆盖所述管状部件的外周面和/或内周面，以便使管状部件沿轴线方向上的中间部分的硬度与所述中间部分以外的所述管状部件部分的硬度不同。
14.根据权利要求13所述的车身上部的冲击能量吸收结构，其特征是，
在所述管状部件硬度不同部分的交界处设置至少一个槽。
15.一种冲击能量吸收体，其是由金属箔芯材(42)和层叠在同一芯材两面的金属以外的薄片(44)形成的柔性管状部件，其特征是，
所述芯材和薄片制成使所述管状部件沿轴线方向并在其周围具有连续相邻接的凹部和凸部，在所述管状部件的外周面和/或内周面由具有粘接性的被覆材料至少进行部分覆盖从而形成一部分覆盖表面，所述管状部件的凸部由所述粘接性被覆材料互相粘接。
16.根据权利要求15所述的冲击能量吸收体，其特征是，
所述被覆材料是动摩擦系数接近静摩擦系数的材料，并根据所述部分的覆盖面与所述管状部件的外周面和/或内周面之间的摩擦力来控制所述管状部件的压缩变形。
17.根据权利要求15所述的冲击能量吸收体，其特征是，
所述管状部件为多边形并绕轴线扭转形成，并以吸收与其轴线方向相交而施加的负荷进行配置。
18.根据权利要求15所述的冲击能量吸收体，其特征是，
所述管状部件为多边形并绕轴线扭转形成，并以吸收与其轴线方向相交而施加的负荷设置在车身上部的支柱和边框顶条的相交部分上。
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