CN111619488A - 一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法，所述碰撞吸能盒由多个立体吸能区和折叠吸能区采用至上而下交叉排列的方式所组成；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；在碰撞过程中，折叠吸能区的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，实现一级缓冲；立体吸能区后被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲；本发明通过碰撞吸能盒的两级缓冲不但能有效降低碰撞过程中的初始峰值力，还能保证碰撞吸能盒有较高的能量吸收率，同时，也因回转式折叠凹角的存在使碰撞吸能盒具有稳定的变形模式和良好的抗缺陷能力。

Description

一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法

技术领域

本发明涉及汽车碰撞安全技术领域，具体涉及一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法。

背景技术

汽车的耐撞性能是汽车安全性能的重要指标之一。目前，人们通常将不同结构形式的碰撞吸能盒安装在汽车易发生碰撞的部位，以此来有效吸收碰撞过程中所产生的巨大冲击能量。常见的碰撞吸能盒为金属制作的薄壁结构管件，通过薄壁结构管件的变形来吸收和耗散掉冲击能量，从而保证汽车主体结构和汽车乘员的安全性。

碰撞吸能盒的耐撞性通常由以下几个指标进行评判：⑴具有较低的峰值载荷，以保障碰撞开始阶段传递的力不对人体或货物造成过多伤害；⑵具有较高的比吸能(比吸能定义为吸收能量与自身质量的比值)；⑶具有较为稳定的预设变形模式；⑷较高的可压缩行程；⑸制造成本较低。然而，考虑到汽车碰撞过程中如冲击速度快，冲击载荷不确定(可能是正面碰撞，也能是偏置碰撞)等复杂的工况条件，吸能盒还需要具备很好的抗缺陷能力。

在实际的碰撞过程中，现有碰撞吸能盒的吸能效果有限，并存在以下问题：

1.现有的碰撞吸能盒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.为了克服碰撞吸能盒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，给加工工艺带来难度。

3.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具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法，所述碰撞吸能盒由多个立体吸能区和折叠吸能区所构成；所述立体吸能区和折叠吸能区采用至上而下交叉排列的方式组成；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；

工作步骤如下：步骤一、在碰撞过程中，所述碰撞吸能盒中折叠吸能区的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按碰撞吸能盒上布置的多个折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；步骤二、在碰撞过程中，在折叠吸能区压缩变形后，折叠吸能区上这些圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区构成的吸能盒；步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述碰撞吸能盒的立体吸能区再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

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，本发明采用了如下方法：碰撞吸能盒由多个立体吸能区与折叠吸能区组成，其中，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。在碰撞过程中，折叠吸能区的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，实现一级缓冲；立体吸能区后被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。通过碰撞吸能盒的两级缓冲方法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盒具有较高的能量吸收率。

2、针对背景技术提出的第2点，本发明采用了如下方法：碰撞吸能盒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由于先行被压缩变形，并形成类似于横隔板的约束作用，从而使碰撞吸能盒产生渐进稳定的变形模式。同时，在加工工艺上，由于本发明的设计采用可展面，即其表面完全展开后为一个平面，所以可以采用金属(铝合金或钢等)板材压制成型，再焊接而成。采用板材压制成型时，加工方便，生产成本较低。

3、针对背景技术提出的第3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是具体实施例中方形截面碰撞吸能盒的成型示意图；

图2是具体实施例中方形截面碰撞吸能盒的平面展开图；

图3是具体实施例中混合Ⅰ型碰撞吸能盒的成型示意图；

图4是具体实施例中混合Ⅰ型碰撞吸能盒的平面展开图；

图5是具体实施例中混合Ⅱ型碰撞吸能盒的成型示意图；

图6是具体实施例中混合Ⅱ型碰撞吸能盒的平面展开图；

图7是具体实施例中混合Ⅲ型碰撞吸能盒的成型示意图；

图8是具体实施例中混合Ⅲ型碰撞吸能盒的平面展开图；

图9是具体实施例中混合Ⅳ型碰撞吸能盒的成型示意图；

图10是具体实施例中混合Ⅳ型碰撞吸能盒的平面展开图。

图中，附图标记如下：

1、方形截面碰撞吸能盒2、方形截面3、立体吸能区4、Ⅰ型折叠凹角5、Ⅰ型折叠吸能区6、谷折痕7、峰折痕8、混合Ⅰ型碰撞吸能盒9、混合Ⅱ型碰撞吸能盒10、Ⅱ型折叠凹角11、Ⅱ型折叠吸能区12、混合Ⅲ型碰撞吸能盒13、混合Ⅳ型碰撞吸能盒14、Ⅲ型折叠凹角15、Ⅳ型折叠凹角16、Ⅲ型折叠吸能区17、Ⅳ型折叠吸能区

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示为本发明一种具有回转式折叠凹角的方形截面碰撞吸能盒的工作方法，如图1所示，所述方形截面碰撞吸能盒1由多个立体吸能区3和Ⅰ型折叠吸能区5组成；所述立体吸能区3和Ⅰ型折叠吸能区5采用至上而下相互间隔排列的方式布置；所述立体吸能区3为具有多边形截面的薄壁管件；所述Ⅰ型折叠吸能区5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，Ⅰ型折叠吸能区5中的回转式折叠凹角为Ⅰ型折叠凹角4，所述的Ⅰ型折叠凹角4是指旋向为顺时针方向的折叠凹角；在方形截面碰撞吸能盒1的每个Ⅰ型折叠吸能区5中都有一圈圆周排列的回转式折叠凹角，每个Ⅰ型折叠吸能区5各包含有四个Ⅰ型折叠凹角4；该方形截面碰撞吸能盒1中有两个Ⅰ型折叠吸能区5，所以成型后的方形截面碰撞吸能盒1共有八个Ⅰ型折叠凹角4。图2描述了此吸能盒展开后的形状，单个立体吸能区和折叠吸能区沿轴向的高度可不相等。图2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6，实线表示峰折痕7。若按照平面上的折痕进行折叠，最终可以得到如图1所示的碰撞吸能盒。

如图所示：工作步骤如下：步骤一、在碰撞过程中，所述方形截面碰撞吸能盒1中折叠吸能区5的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按碰撞吸能盒上布置的多个折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；步骤二、在碰撞过程中，待折叠吸能区5压缩变形后，折叠吸能区5上这些圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，使得碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区3构成的吸能盒，这些立体吸能区3在折叠吸能区5所形成的横隔板的约束作用下产生渐进稳定的变形模式；步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述方形截面碰撞吸能盒1的立体吸能区3再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

实施例2

如图3和图4所示为本发明一种具有回转式折叠凹角的混合Ⅰ型碰撞吸能盒的工作方法，如图3所示，所述混合Ⅰ型碰撞吸能盒8由多个立体吸能区3和Ⅰ型折叠吸能区5组成，立体吸能区3和Ⅰ型折叠吸能区5采用至上而下交叉排列的方式布置。其中，两个立体吸能区3之间布置有一个Ⅰ型折叠吸能区5，另外两个立体吸能区3之间连续布置有两个Ⅰ型折叠吸能区5。每个Ⅰ型折叠吸能区5都有一圈圆周排列的回转式折叠凹角，每个Ⅰ型折叠吸能区5各包含有四个Ⅰ型折叠凹角4；如图3所示，该混合Ⅰ型碰撞吸能盒8中有三个Ⅰ型折叠吸能区5，即混合Ⅰ型碰撞吸能盒8中共计有十二个Ⅰ型折叠凹角4。该混合Ⅰ型碰撞吸能盒8的展开平面及其上的折痕纹路分布如图4示。

如图所示：工作步骤如下：步骤一、在碰撞过程中，所述混合Ⅰ型碰撞吸能盒8中折叠吸能区5的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；步骤二、在碰撞过程中，待折叠吸能区5压缩变形后，折叠吸能区5上这些圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，使得碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区3构成的吸能盒，这些立体吸能区3在折叠吸能区5所形成的横隔板的约束作用下产生渐进稳定的变形模式；步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述混合Ⅰ型碰撞吸能盒的立体吸能区3再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

实施例3

如图5和图6所示为本发明一种具有回转式折叠凹角的混合Ⅱ型碰撞吸能盒的工作方法，如图5所示，所述混合Ⅱ型碰撞吸能盒9由立体吸能区3、Ⅰ型折叠吸能区5和Ⅱ型折叠吸能区11组成。其中，Ⅰ型折叠吸能区5与Ⅱ型折叠吸能区11在吸能盒上间隔布置。Ⅰ型折叠吸能区5和Ⅱ型折叠吸能区11的区别在于：Ⅰ型折叠吸能区5中的回转式折叠凹角为Ⅰ型折叠凹角4，Ⅱ型折叠吸能区11中的回转式折叠凹角为Ⅱ型折叠凹角10，Ⅰ型折叠凹角的旋向为顺时针方向，Ⅱ型折叠凹角的旋向为逆时针方向。该混合Ⅱ型碰撞吸能盒9的展开平面及其上的折痕纹路分布如图6所示。

如图所示：工作步骤如下：步骤一、在碰撞过程中，所述混合Ⅱ型碰撞吸能盒9中折叠吸能区5与折叠吸能区10的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；步骤二、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，折叠吸能区5与折叠吸能区10上这些圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，使得在碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区3构成的吸能盒，这些立体吸能区3在折叠吸能区所形成的横隔板的约束作用下产生渐进稳定的变形模式；步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述混合Ⅱ型碰撞吸能盒的立体吸能区3再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

实施例4

如图7和图8所示为本发明一种具有回转式折叠凹角的混合Ⅲ型碰撞吸能盒的工作方法，如图7所示，所述混合Ⅲ型碰撞吸能盒12由立体吸能区3、Ⅰ型折叠吸能区5和Ⅱ型折叠吸能区11组成。其中，Ⅰ型折叠吸能区5和Ⅱ型折叠吸能区11在碰撞吸能盒12中连续布置。Ⅰ型折叠吸能区5中的回转式折叠凹角为Ⅰ型折叠凹角4，Ⅱ型折叠吸能区11中的回转式折叠凹角为Ⅱ型折叠凹角10，Ⅰ型折叠凹角的旋向为顺时针方向，Ⅱ型折叠凹角的旋向为逆时针方向。该混合Ⅲ型碰撞吸能盒12的展开平面及其上的折痕纹路分布如图8示。

如图所示：工作步骤如下：步骤一、在碰撞过程中，所述混合Ⅲ型碰撞吸能盒12中折叠吸能区5与折叠吸能区10的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；步骤二、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，Ⅰ型折叠吸能区5和Ⅱ型折叠吸能区11上这些圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，使得碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区3构成的吸能盒，这些立体吸能区3在折叠吸能区所形成的横隔板的约束作用下产生渐进稳定的变形模式；步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述混合Ⅲ型碰撞吸能盒的立体吸能区3再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

实施例5

如图9和图10为本发明一种具有回转式折叠凹角的混合Ⅳ型碰撞吸能盒工作方法，如图9所示，所述混合Ⅳ型碰撞吸能盒13由立体吸能区3、Ⅰ型折叠吸能区5、Ⅲ型折叠吸能区16和Ⅳ型折叠吸能区17组成。其中，Ⅰ型折叠吸能区5中的回转式折叠凹角为Ⅰ型折叠凹角4，Ⅲ型折叠吸能区16中的回转式折叠凹角为Ⅲ型折叠凹角14，Ⅳ型折叠吸能区17中的回转式折叠凹角为Ⅳ型折叠凹角15；Ⅲ型折叠凹角14与Ⅰ型折叠凹角4的大小不同，Ⅳ型折叠凹角15与Ⅰ型折叠凹角4的倾斜角度不同。该混合Ⅳ型碰撞吸能盒13的展开平面及其上的折痕纹路分布如图10示。需要说明的是：构成碰撞吸能盒折叠吸能区的回转式折叠凹角可采用上述Ⅰ型折叠凹角4、Ⅱ型折叠凹角10、Ⅲ型折叠凹角14和Ⅳ型折叠凹角15中的任意一种。

如图所示：工作步骤如下：步骤一、在碰撞过程中，所述混合Ⅳ型碰撞吸能盒13中折叠吸能区5、折叠吸能区16与折叠吸能区17的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；步骤二、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，折叠吸能区上这些圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，使得碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区3构成的吸能盒，这些立体吸能区3在折叠吸能区所形成的横隔板的约束作用下产生渐进稳定的变形模式；步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述混合Ⅳ型碰撞吸能盒13的立体吸能区3再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

Claims (6)

1.一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒的工作方法，所述具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒由多个立体吸能区和折叠吸能区所构成；所述立体吸能区和折叠吸能区采用至上而下交叉排列的方式组成；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；

其特征在于，工作步骤如下：

步骤一、在碰撞过程中，所述碰撞吸能盒中折叠吸能区的回转式折叠凹角在载荷作用下先行被压缩变形，引导碰撞吸能盒的变形方向按碰撞吸能盒上布置的多个折叠吸能区的压缩方向进行，实现一级缓冲；

步骤二、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，折叠吸能区上圆周排列的回转式折叠凹角形成横隔板的约束作用，碰撞吸能盒变成仅由多个立体吸能区构成的吸能盒；

步骤三、在碰撞过程中，待折叠吸能区压缩变形后，所述碰撞吸能盒的立体吸能区再被压缩变形，完成主体碰撞能量的吸收与耗散，实现二级缓冲。

2.根据权利要求1所述的一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒，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所述的一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒，其特征在于：所述折叠吸能区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所述的一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒，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所述的一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒，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、不同的大小或不同的倾斜角度。

6.根据权利要求1所述的一种具有回转式折叠凹角的碰撞吸能盒，其特征在于：所述单个立体吸能区的长度和单个折叠吸能区的高度相等或不相等。

Images