CN111619487A - 一种流固耦合四级碰撞吸能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流固耦合四级碰撞吸能装置，该装置由立体吸能区、折叠吸能区和流体吸能区采用至上而下交叉排列的方式组成；立体吸能区为具有多边形截面的薄壁管件；折叠吸能区通过折痕纹路并结合旋转折叠方式形成圆周排列的回转式折叠凹角；流体吸能区由盖板、支撑板、筒体、进口阀、泄压阀和压板组成；筒体与压板之间形成腔室，腔室内填充气体或液压油，筒体上设置有进口阀和泄压阀，支撑板连接压板和盖板；本发明通过碰撞吸能装置的多级缓冲不但能有效降低碰撞过程中产生的初始峰值力，而且还能保证碰撞吸能装置有较高的能量吸收率。

Description

一种流固耦合四级碰撞吸能装置
技术领域
本发明涉及汽车碰撞安全技术领域，具体涉及一种流固耦合四级碰撞吸能装置。
背景技术
在发生碰撞事故时，碰撞吸能装置对保障汽车内物品及乘员的安全性至关重要。目前，人们通常将不同结构形式的碰撞吸能装置安装在汽车等易发生碰撞的部位，以此来有效吸收碰撞过程中所产生的巨大冲击能量。薄壁结构是一种具有高能量吸收率和低成本的碰撞吸能装置，广泛应用于汽车上来吸收汽车发生碰撞事故时产生的动能。
在实际的碰撞过程中，现有的碰撞吸能装置的吸能效果有限，并存在以下问题：
1、现有的碰撞吸能装置往往采用普通薄壁结构或多胞薄壁结构，但这种结构的碰撞吸能盒会产生很大的初始峰值力。为降低碰撞吸能盒的初始峰值力，少部分现有技术使用了引入折痕纹路的技术方案，如公开号为CN101638076A，名称为“一种折痕式碰撞吸能盒”的专利，其技术方案为：在一个薄壁管沿轴向分为若干模块，在每一个模块的每个角部区域，分别沿轴向每间隔一定距离有一个钻石型凹角。但这种折痕纹路在几何缺陷的影响下，钻石凹角中尖角对缺陷较为敏感，存在结构稳定性问题。
2、为了克服机械式碰撞吸能装置刚度大、峰值力高的缺点，少部分现有技术采用了柔性碰撞吸能装置，如公开号为CN102501875A，名称为“一种阶跃式多级气体压缩吸能机车车辆抗撞装置”的专利，通过串联设置至少两个以上缸体压缩气缸-活塞对与附加气瓶以及在各活塞上设置爆破膜来实现对碰撞冲击能量的逐级转换与释放。该专利仅通过压缩气体贮能与压缩气体爆破释能的方法存在能量吸收率低的缺点，而且为达到较高的能量吸收需要保证装置具有良好的密封性，从而增加了装置制作的难度与成本。
3、为了克服碰撞吸能装置变形模式不稳定这一缺点，少部分现有技术通过增加约束条件来实现这一目的，如公开号为CN102700618A，名称为“一种横隔板加强的薄壁能量吸收管”的专利，该专利中起加强作用的横隔板在薄壁管内部按一定间距排列。通过增加约束条件，抑制薄壁管的非紧凑变形模式，使得薄壁结构在轴向冲击压缩下产生渐进稳定变形模式。由于薄壁能量吸收管增加了附加内置结构并与薄壁管精密连接，因此给加工工艺带来了难度。
4、在实际的碰撞过程中会出现比较复杂的载荷工况，而现有的碰撞吸能盒结构存在抗缺陷能力较弱的缺点，无法应对复杂的碰撞载荷。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出同时解决上述多种问题的一种流固耦合四级碰撞吸能装置。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种流固耦合四级碰撞吸能装置，所述碰撞吸能装置由立体吸能区、折叠吸能区和流体吸能区所构成；所述立体吸能区、折叠吸能区和流体吸能区采用至上而下交叉排列的方式进行布置；所述立体吸能区为具有多边形截面的薄壁管件；所述折叠吸能区通过折痕纹路并结合旋转折叠方式形成圆周排列的回转式折叠凹角；所述流体吸能区包括盖板、支撑板、筒体、进口阀、泄压阀和压板。所述筒体与压板之间形成腔室；所述腔室内填充气体或液压油；所述筒体上设置有进口阀和泄压阀；所述支撑板连接压板和盖板；所述泄压阀泄压压力的设置阈值小于折叠吸能区折叠凹角变形所需压力的值。
优选的，所述立体吸能区的多边形截面为四边形、五边形、六边形或八边形。
优选的，所述折叠吸能区上形成折叠凹角的折痕纹路为对称结构，由两个直角梯形和一个等腰三角形的形状组成；所述直角梯形的短边与斜边为谷折痕；所述直角梯形的直角边、长边和等腰三角形的中线、底边为峰折痕。
优选的，所述折叠吸能区回转式折叠凹角的旋向为顺时针方向或逆时针方向。
优选的，所述折叠吸能区折叠凹角具有不同类型，包括不同的形状、不同的大小或不同的倾斜角度。
优选的，所述流体吸能区的支撑板的横截面为十字形截面、工字形截面、四边形截面、五边形截面、六边形截面或八边形截面。
优选的，所述筒体前后各设置一个进口阀，筒体左右各设置多个泄压阀。
优选的，所述流体吸能区的压板至筒体底部的距离等于盖板至筒体上端面的距离。
优选的，所述流体吸能区通过支撑板推动压板压缩腔室内的气体或液压油并经由泄压阀向外泄压，直至盖板盖在筒体上，并最终形成由筒体、支撑板和盖板组成的新的薄壁吸能区。
优选的，所述单个立体吸能区的高度和单个折叠吸能区的高度相等或不相等。
本发明的有益效果是：
1、针对背景技术提出的第1点，本发明采用由立体吸能区、折叠吸能区和流体吸能区组成的碰撞吸能装置来解决该问题。其中，流体吸能区中泄压阀的泄压压力的设置阀值小于折叠吸能区折叠凹角变形所需压力的值。因此，在碰撞过程中，流体吸能区在载荷作用下先行进行压缩与泄压，实现一级缓冲；折叠吸能区的回转式折叠凹角后被压缩变形，实现二级缓冲；立体吸能区后于折叠吸能区被压缩变形，实现三级缓冲；流体吸能区压缩后形成的由筒体、支撑板和盖板组成的新的薄壁吸能区最后被压缩变形，实现四级缓冲。通过碰撞吸能装置的多级缓冲不但能有效降低碰撞过程中产生的初始峰值力，而且还能保证碰撞吸能装置具有较高的能量吸收率。
2、针对背景技术提出的第2点，本发明采用一种流固耦合四级碰撞吸能装置来解决该问题。通过耦合刚性结构与柔性的流体压缩结构来实现碰撞冲击能量的逐级吸收与释放，并实现较高的能量吸收率，从而确保汽车内物品及乘员的安全性。
3、针对背景技术提出的第3点，本发明采用了如下设计：碰撞吸能装置的折叠吸能区由引入折痕纹路形成的圆周排列的回转式折叠凹角所构成。折叠吸能区的这些回转式折叠凹角在载荷作用下先于立体吸能区被压缩变形，并形成类似于横隔板的约束作用，从而使碰撞吸能装置产生渐进稳定的变形模式。
4、针对背景技术提出的第4点，本发明采用折叠吸能区的回转式折叠凹角来解决该问题。回转式折叠凹角的圆周排列使得碰撞吸能盒能应对碰撞过程中的复杂载荷，从而提高碰撞吸能盒的抗缺陷能力
注：上述设计不分先后，每一条都使得本发明相对现有技术具有区别和显著的进步。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例1中一种流固耦合四级碰撞吸能装置的三维结构示意图；
图2是图1的整体剖视图；
图3是立体吸能区与折叠吸能区的平面展开图；
图4是实施例2中一种流固耦合四级碰撞吸能装置的三维结构示意图；
图5是图4的整体剖视图；
图中，附图标记如下：
1、立体吸能区2、折叠吸能区3、流体吸能区4、折叠凹角5、盖板6、十字型支撑板7、筒体8、泄压阀9、压板10、进口阀11、谷折痕12、峰折痕13、工字型支撑板
具体实施方式
实施例1
本发明一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其结构如图1所示，该碰撞吸能装置由立体吸能区1、折叠吸能区2和流体吸能区3组成。立体吸能区1、折叠吸能区2和流体吸能区3采用从上而下交叉排列的方式进行布置。不同高度的碰撞吸能装置可通过沿轴向叠加若干个立体吸能区1、折叠吸能区2和流体吸能区3得到。在该实施例中，立体吸能区1为具有四边形截面的薄壁管件。折叠吸能区2通过折痕纹路并结合旋转折叠方式形成圆周排列的回转式折叠凹角4。在该实施例中，碰撞吸能装置布置有两个折叠吸能区2，且两个折叠吸能区2的折叠凹角4的旋向都为顺时针方向。
在该实施例中，流体吸能区3包括盖板5、十字型支撑板6、筒体7、泄压阀8、进口阀10和压板9。流体吸能区3的支撑板为十字型支撑板6。图2是该实施例碰撞吸能装置的整体剖视图。如图1和图2所示，筒体7与压板9之间形成腔室，腔室内通过进口阀10填充气体或液压油；筒体7上设置有泄压阀8和进口阀10，筒体前后各设置一个进口阀10，筒体左右各设置三个泄压阀；小于十字型支撑板6连接压板9和盖板5。泄压阀8泄压压力的设置阈值小于折叠吸能区2中折叠凹角4变形所需压力的值。所述流体吸能区3通过十字型支撑板6推动压板9压缩腔室内的气体或液压油，并经由泄压阀8向外泄压，直至盖板5盖在筒体7上，并最终形成由筒体7、十字型支撑板6和盖板5组成的新的薄壁吸能区。
图3描述了该实施例碰撞吸能装置的立体吸能区与折叠吸能区展开后的形状。图3上的折痕由平面上的虚线和实线表示，其中虚线表示谷折痕11，实线表示峰折痕12。若按照平面上的折痕进行折叠，最终可以得到如图1所示的碰撞吸能装置上的折叠吸能区2。
实施例2
本发明一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其结构如图4所示，该碰撞吸能装置由立体吸能区1、折叠吸能区2和流体吸能区3组成。立体吸能区1、折叠吸能区2和流体吸能区3采用从上而下交叉排列的方式进行布置。在该实施例中，立体吸能区1为具有四边形截面的薄壁管件。折叠吸能区2通过折痕纹路并结合旋转折叠方式形成圆周排列的回转式折叠凹角4。在该实施例中，碰撞吸能装置布置有两个折叠吸能区2，且两个折叠吸能区2的折叠凹角4的旋向都为顺时针方向。
在该实施例中，流体吸能区3包括盖板5、工字型支撑板13、筒体7、泄压阀8、进口阀10和压板9。流体吸能区3内的支撑板为工字型支撑板13。图5是该实施例碰撞吸能装置的整体剖视图。如图4和图5所示，筒体7与压板9之间形成腔室，腔室内通过进口阀10填充气体或液压油；筒体7上设置有泄压阀8和进口阀10，筒体前后各设置一个进口阀10，筒体左右各设置三个泄压阀；工字型支撑板13连接压板9和盖板5。泄压阀8泄压压力的设置阈值小于折叠吸能区2中折叠凹角4变形所需压力的值。所述流体吸能区3通过工字型支撑板13推动压板9压缩腔室内的气体或液压油，并经由泄压阀8向外泄压，直至盖板5盖在筒体7上，并最终形成由筒体7、工字型支撑板13和盖板5组成的新的薄壁立体吸能区。

Claims (10)

1.一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述碰撞吸能装置由立体吸能区、折叠吸能区和流体吸能区所构成；所述立体吸能区、折叠吸能区和流体吸能区采用至上而下交叉排列的方式进行布置；所述立体吸能区为具有多边形截面的薄壁管件；所述折叠吸能区通过折痕纹路并结合旋转折叠方式形成圆周排列的回转式折叠凹角；所述流体吸能区由盖板、支撑板、筒体、进口阀、泄压阀和压板组成；所述筒体与压板之间形成腔室；所述腔室内填充气体或液压油；所述筒体上设置有进口阀和泄压阀；所述支撑板连接压板和盖板；所述泄压阀泄压压力的设置阈值小于折叠吸能区折叠凹角变形所需压力的值。
2.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述立体吸能区的多边形截面为四边形、五边形、六边形或八边形。
3.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述折叠吸能区上形成折叠凹角的折痕纹路为对称结构，由两个直角梯形和一个等腰三角形的形状组成；所述直角梯形的短边与斜边为谷折痕；所述直角梯形的直角边、长边和等腰三角形的中线、底边为峰折痕。
4.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述折叠吸能区回转式折叠凹角的旋向为顺时针方向或逆时针方向。
5.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述折叠吸能区折叠凹角具有不同类型，包括不同的形状、不同的大小和不同的倾斜角度。
6.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述流体吸能区的支撑板的横截面为十字形截面、工字形截面、四边形截面、五边形截面、六边形截面或八边形截面。
7.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述筒体前后各设置一个进口阀，筒体左右各设置多个泄压阀。
8.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述流体吸能区的压板至筒体底部的距离等于盖板至筒体上端面的距离。
9.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述流体吸能区通过支撑板推动压板压缩腔室内的气体或液压油并经由泄压阀向外泄压，直至盖板盖在筒体上，并最终形成由筒体、支撑板和盖板组成的新的薄壁吸能区。
10.根据权利要求1所述的一种流固耦合四级碰撞吸能装置，其特征在于：所述单个立体吸能区的高度和单个折叠吸能区的高度相等或不相等。
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