CN111660973B - 汽车防撞梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了汽车防撞梁，储能缓冲盒采用活塞与弹性件配合的结构，弹性件能将冲击能量有效储存起来，减少对车内乘员的损害，保护车外行人的安全。低速情况下，弹性件作为储能元件储存一定的碰撞能量可以有效的保护乘车员的安全，使得碰撞过程相比于传统汽车防撞梁直接使吸能盒受力变形、该吸能过程变得更加平缓。同时，在车与车高速碰撞时，活塞的中空结构使弹性件受载荷冲击而使压缩量达到最大值之后还能产生后续的金属塑性变形吸收冲击能量，提高了乘员舱的安全性。吸能盒增加了防撞梁吸能效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽车防撞梁。
背景技术
随着汽车保有量的日益增加，在社会设施建设发展速度落后于汽车的发展速度以及人们驾车行为不规范等情况下，交通事故的数量也随之增加，这种情况在城市拥堵路段表现得更为明显。在城市中人流量大的十字路口或者集会区，由于行人过多很容易发生行人与汽车碰撞的交通事故，传统的汽车针对的往往是车与车的交通事故，忽略了行人和车碰撞这种情况。现有的汽车防撞梁主体部分都是刚性结构，这种结构几乎没有对于行人的保护能力，所以即使在很低速的情况下与行人发生交通事故也很可能产生伤害。同时防撞梁是用来减轻车辆受到碰撞时吸收碰撞能量的一种重要装置，是汽车的一个重要部件，其必须具有一定的强度、刚度以及具有一定的变形吸能能力，使汽车在受撞击时具有缓冲能力，使人和车少受损失，起到保护作用。因此防撞梁的强度、刚度以及吸能性能的好坏，直接影响汽车的安全性。然而现有的防撞梁忽视了对行人的保护并且吸能效率不佳，碰撞之后无法有效地吸收碰撞带来的冲击能量，导致汽车在低速的情况下不能起到保护行人的作用，同时在较高速的情况下也无法对乘车员起到良好的保护作用。
发明内容
本发明提供了汽车防撞梁，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
汽车防撞梁，其适用于汽车车身的安装，它包括支撑架、至少一储能缓冲盒和至少一吸能盒，其中：
所述储能缓冲盒包括中空的活塞和弹性件，所述汽车车身设置有缓冲腔，所述活塞一端与支撑架相连接、另一端伸入缓冲腔内并与弹性件一端相连，弹性件位于缓冲腔内且其另一端与缓冲腔腔壁相连；
所述吸能盒两端分别与汽车车身和支撑架相连接，且其包括形状相同且轴向延伸的第一壳层、第二壳层和第三壳层，且第二壳层固定套接在第一壳层内，第三壳层固定套接在第二壳层内。
一较佳实施例之中：所述第一壳层、第二壳层和第三壳层三者之横截面均采用正六边形，所述第二壳层设有六个且分别固定在第一壳层的六个角边处且相邻的两个第二壳层之间呈线接触；每一第二壳层内设有六个第三壳层，该六个第三壳层分别固定在第二壳层的六个角边处且相邻的两个第三壳层之间呈线接触。
一较佳实施例之中：所述第一壳层采用铝合金材质，第二壳层采用聚氨酯泡沫材质，第三壳层采用碳纤维材质。
一较佳实施例之中：所述支撑架包括外侧的弧形面、内侧的梯形面、中间的拱形梁和夹心层，弧形面与梯形面相连接围成支撑架的外壳，拱形梁两端与梯形面内侧相连，所述夹心层填充在梯形面与拱形梁之间以及拱形梁与弧形面之间；所述活塞与吸能盒均与梯形面相连接。
一较佳实施例之中：所述夹心层包括低密度泡沫铝层和高密度泡沫铝层，所述低密度泡沫铝层填充在弧形面与拱形梁之间，所述高密度泡沫铝层填充在拱形梁与梯形面之间。
一较佳实施例之中：所述弧形面、梯形面和拱形梁均采用内外由铝合金板和碳纤维板复合构成的双层材料制成。
一较佳实施例之中：所述储能缓冲盒设有两个且间隔布置并与梯形面的平直面相连接；所述吸能盒设有两个且分别位于两个储能缓冲盒的两侧并分别与梯形面的两个倾斜面相连接。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.储能缓冲盒采用活塞与弹性件配合的结构，弹性件能将冲击能量有效储存起来，减少对车内乘员的损害，保护车外行人的安全。低速情况下，行人与汽车发生事故时，碰撞产生的冲击能量由防撞梁传递到活塞，活塞再传递给弹性件，弹性件作为储能元件储存一定的碰撞能量可以有效的保护乘车员的安全，假如此时碰撞结束，则该储能缓冲盒会缓慢释放吸收的能量，使得碰撞过程相比于传统汽车防撞梁直接使吸能盒受力变形、该吸能过程变得更加平缓。同时，在车与车高速碰撞时，活塞的中空结构使弹性件受载荷冲击而使压缩量达到最大值之后还能产生后续的金属塑性变形吸收冲击能量，提高了乘员舱的安全性。吸能盒增加了防撞梁吸能效果，当弹性件压缩量达到最大值后，能量由防撞梁传递至吸能盒和储能缓冲盒中，此时的储能缓冲盒由于弹性件位移达到最大值，所以不再是储能单元，而是作为一种双金属吸能盒，能够有效减少碰撞能量，既可以在低速情况下发生行人与汽车碰撞时保护车外行人的安全，又可在高速情况下车与车发生碰撞时，保护车内乘员的安全，具有良好的普适性。
2.第一壳层、第二壳层和第三壳层三者之横截面均采用正六边形，也即，采用蜂窝形结构，增加了防撞梁的吸能效果。
3.第一壳层采用铝合金材质，第二壳层采用聚氨酯泡沫材质，第三壳层采用碳纤维材质，采用混合材料制成吸能盒，有利于轻量化以及不同材料对于变形、能量吸收的取优去劣特性；碳纤维材质在碰撞时能较好的吸收碰撞能量，但是结构在碰撞过程中不稳定，铝合金材质碰撞吸能效率不如碳纤维，但是变形过程中具有良好的稳定性。
4.支撑架包括外侧的弧形面、内侧的梯形面、中间的拱形梁和夹心层，该支撑架在长度方向延伸具有一定的弧度，有利于提高刚度，提升防撞梁整体耐撞性。
5.泡沫铝材质具有质量轻、吸能性好等有点，能使支撑架发挥出较高的耐撞性；低密度泡沫铝层填充在弧形面与拱形梁之间，所述高密度泡沫铝层填充在拱形梁与梯形面之间，这样做可使得在防撞梁外侧整体相对密度较低，在汽车碰撞过程中首先与低密度一侧产生冲击，低密度的泡沫铝受力挤压导致密度升高再将碰撞能量传递至内侧的高密度泡沫铝层，使得碰撞过程产生一种变形梯度，有利于缓冲撞力。
6.弧形面、梯形面和拱形梁均采用内外由铝合金板和碳纤维板复合构成的双层材料制成，铝合金强度比较大，塑性好，具有良好的耐压性能但抗拉性不足，而碳纤维强度高且具有良好的抗拉能力，两者结合刚好可以优势互补，使支撑架具有足够的结构强度。且，该支撑架形成了三明治结构，很好地继承了泡沫铝的优异性能，并具有很高的抗弯强度，有利于提高防撞梁刚度。
7.两个吸能盒分别位于两个储能缓冲盒的两侧并分别与梯形面的两个倾斜面相连接，可进一步提高该防撞梁的缓冲及吸能性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了一较佳实施例的汽车防撞梁的整体示意图。
图2绘示了支撑架的剖视示意图。
图3绘示了储能缓冲盒的剖视示意图。
图4绘示了吸能盒的横截面示意图。
具体实施方式
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
请查阅图1至图4，汽车防撞梁的一较佳实施例，所述的汽车防撞梁，其适用于汽车车身的安装，它包括支撑架1、至少一储能缓冲盒2和至少一吸能盒3。
所述支撑架1包括外侧的弧形面11、内侧的梯形面、中间的拱形梁12和夹心层，弧形面11与梯形面相连接围成支撑架1的外壳，拱形梁12两端与梯形面内侧相连，所述夹心层填充在梯形面与拱形梁12之间以及拱形梁12与弧形面之间。如图2所示，该梯形面仅包括短边的平直面13和两侧的倾斜面14；且在倾斜面14与弧形面11之间、倾斜面14与平直面13之间均采用倒圆角设计。
本实施例中，所述夹心层包括低密度泡沫铝层15和高密度泡沫铝层16，所述低密度泡沫铝层15填充在弧形面11与拱形梁12之间，所述高密度泡沫铝层16填充在拱形梁12与梯形面之间。泡沫铝材质具有质量轻、吸能性好等有点，能使支撑架发挥出较高的耐撞性；低密度泡沫铝层15填充在弧形面11与拱形梁12之间，所述高密度泡沫铝层16填充在拱形梁12与梯形面之间，这样做可使得在防撞梁外侧整体相对密度较低，在汽车碰撞过程中首先与低密度一侧产生冲击，低密度的泡沫铝受力挤压导致密度升高再将碰撞能量传递至内侧的高密度泡沫铝层，使得碰撞过程产生一种变形梯度，有利于缓冲撞力。
本实施例中，所述弧形面11、梯形面和拱形梁12均采用内外由铝合金板和碳纤维板复合构成的双层材料制成。铝合金强度比较大，塑性好，具有良好的耐压性能但抗拉性不足，而碳纤维强度高且具有良好的抗拉能力，两者结合刚好可以优势互补，使支撑架具有足够的结构强度。且，该支撑架形成了三明治结构，很好地继承了泡沫铝的优异性能，并具有很高的抗弯强度，有利于提高防撞梁刚度。
所述储能缓冲盒2包括中空的活塞21和弹性件22，所述汽车车身设置有缓冲腔，所述活塞21一端与支撑架1相连接、另一端伸入缓冲腔内并与弹性件22一端相连，弹性件22位于缓冲腔内且其另一端与缓冲腔腔壁相连。储能缓冲盒2采用活塞21与弹性件22配合的结构，弹性件22能将冲击能量有效储存起来，减少对车内乘员的损害，保护车外行人的安全。低速情况下，行人与汽车发生事故时，碰撞产生的冲击能量由防撞梁传递到活塞21，活塞21再传递给弹性件22，弹性件22作为储能元件储存一定的碰撞能量可以有效的保护乘车员的安全，假如此时碰撞结束，则该储能缓冲盒2会缓慢释放吸收的能量，使得碰撞过程相比于传统汽车防撞梁直接使吸能盒受力变形、该吸能过程变得更加平缓。同时，在车与车高速碰撞时，活塞21的中空结构使弹性件22受载荷冲击而使压缩量达到最大值之后还能产生后续的金属塑性变形吸收冲击能量，提高了乘员舱的安全性。
如图3所示，在缓冲腔内固设一顶端开口的腔壳23，所述活塞21底端设有凸脚24，该凸脚24伸入腔壳23内且可与腔壳23顶端开口边缘相靠抵，以防止活塞21脱出；所述弹性件22为压簧，压簧位于腔壳23内，压簧两端均采用焊接的方式与腔壳23和活塞21相连接。所述活塞21顶端通过焊接与梯形面的平直面相连接。
本实施例中，所述储能缓冲盒2设有两个且间隔布置并与梯形面的平直面相连接。根据需要，该储能缓冲盒2也可设有三个、四个不等，不以此为限。
所述吸能盒3两端分别与汽车车身和支撑架1相连接，且其包括形状相同且轴向延伸的第一壳层31、第二壳层32和第三壳层33，且第二壳层32固定套接在第一壳层31内，第三壳层33固定套接在第二壳层32内。该吸能盒采用三层壳层层层套置的结构，可以增强其强度。
本实施例中，如图4所示，所述第一壳层31、第二壳层32和第三壳层33三者之横截面均采用正六边形，所述第二壳层32设有六个且分别固定在第一壳层31的六个角边处且相邻的两个第二壳层32之间呈线接触；每一第二壳层32内设有六个第三壳层33，该六个第三壳层33分别固定在第二壳层32的六个角边处且相邻的两个第三壳层33之间呈线接触。也即，所述吸能盒3采用蜂窝形结构，增加了防撞梁的吸能效果。也即，第一壳层31、第二壳层32和第三壳层33的体积依次变小，且三者均呈中空的长条状。或者，第一壳层31、第二壳层32和第三壳层33也可设计为正方形，第二壳层32设有四个且分别固定在第一壳层31的四个角边处，相邻的两个第二壳层32之间呈面接触，每一第二壳层32内设有四个第三壳层33且该四个第三壳层33分别固定在第二壳层32的四个角边处，相邻的两个第三壳层33之间也呈面接触。因此，吸能盒3的结构不以此为限，可以有其他形状的替换，其中属正六边形的蜂窝状结构最佳。
本实施例中，所述第一壳层31采用铝合金材质，第二壳层32采用聚氨酯泡沫材质，第三壳层33采用碳纤维材质。采用混合材料制成吸能盒3，有利于轻量化以及不同材料对于变形、能量吸收的取优去劣特性；碳纤维材质在碰撞时能较好的吸收碰撞能量，但是结构在碰撞过程中不稳定，铝合金材质碰撞吸能效率不如碳纤维，但是变形过程中具有良好的稳定性。
本实施例中，所述吸能盒3设有两个且分别位于两个储能缓冲盒2的两侧并分别与梯形面的两个倾斜面14相连接。根据需要，该吸能盒3也可设为三个、四个、五个、六个不等，不以此为限。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (6)
1.汽车防撞梁，其适用于汽车车身的安装，其特征在于：它包括支撑架、至少一储能缓冲盒和至少一吸能盒，其中：
所述储能缓冲盒包括中空的活塞和弹性件，所述汽车车身设置有缓冲腔，所述活塞一端与支撑架相连接、另一端伸入缓冲腔内并与弹性件一端相连，弹性件位于缓冲腔内且其另一端与缓冲腔腔壁相连；
所述吸能盒两端分别与汽车车身和支撑架相连接，且其包括形状相同且轴向延伸的第一壳层、第二壳层和第三壳层，且第二壳层固定套接在第一壳层内，第三壳层固定套接在第二壳层内；
所述支撑架包括外侧的弧形面、内侧的梯形面、中间的拱形梁和夹心层，弧形面与梯形面相连接围成支撑架的外壳，拱形梁两端与梯形面内侧相连，所述夹心层填充在梯形面与拱形梁之间以及拱形梁与弧形面之间；所述活塞与吸能盒均与梯形面相连接，该支撑架在长度方向延伸具有一定的弧度，有利于提高刚度，提升防撞梁整体耐撞性。
2.根据权利要求1所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述第一壳层、第二壳层和第三壳层三者之横截面均采用正六边形，所述第二壳层设有六个且分别固定在第一壳层的六个角边处且相邻的两个第二壳层之间呈线接触；每一第二壳层内设有六个第三壳层，该六个第三壳层分别固定在第二壳层的六个角边处且相邻的两个第三壳层之间呈线接触。
3.根据权利要求2所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述第一壳层采用铝合金材质，第二壳层采用聚氨酯泡沫材质，第三壳层采用碳纤维材质。
4.根据权利要求1所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述夹心层包括低密度泡沫铝层和高密度泡沫铝层，所述低密度泡沫铝层填充在弧形面与拱形梁之间，所述高密度泡沫铝层填充在拱形梁与梯形面之间。
5.根据权利要求1所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述弧形面、梯形面和拱形梁均采用内外由铝合金板和碳纤维板复合构成的双层材料制成。
6.根据权利要求1所述的汽车防撞梁，其特征在于：所述储能缓冲盒设有两个且间隔布置并与梯形面的平直面相连接；所述吸能盒设有两个且分别位于两个储能缓冲盒的两侧并分别与梯形面的两个倾斜面相连接。
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