CN112810558A - 一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，包括吸能盒盒体、填充在吸能盒盒体内的多个吸能单元和设置在相邻两个吸能单元之间的平板；所述吸能单元包括第一吸能单元和第二吸能单元；第一吸能单元为具有多孔隙的螺旋结构，所述第二吸能单元包括多个横向设置的横圆柱和多个纵向设置的纵圆柱，所述横圆柱和纵圆柱以正交形式分层形式对应填充在第一吸能单元的孔隙中构成吸能单元；第一吸能单元在受到压力时产生较大变形扩散冲击能量，第二吸能单元可以同时承受轴向和径向压力，防止吸能盒受到不同角度撞击时发生破坏。

Description

一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒。

背景技术

汽车在行驶过程中可能与其它车辆发生不同角度不同冲击力的碰撞，为了保护驾驶员及车身人员的安全，需要安装合适的吸能盒，在车辆在受到较大冲击力时有足够的吸收冲击能量和相对稳定的变形。

ZL201922120071.6公开了一种汽车吸能盒，其芯体结构具有双层仿蜂窝六边形，具有较高的韧性，并能够抵抗很大的冲击力，但是这种结构在溃缩时发生瞬时褶皱大变形，不能均匀传递应力，稳定性较低，因此在溃缩后仍有较大能量传递给汽车纵梁。此外，这种蜂窝结构在轴向方向有很高的强度，而在径向受力较差。

ZL202010542722.5公开了一种吸能盒，由若干个单元层堆叠而成，每一单元层包括交错布置两类空心件，能够吸收更大的冲击能量，并在一定程度上保障了吸能稳定性，但该结构组成单元较多，使其设计工作较为复杂。且该结构中的矩形内芯壳体阻碍了汽车在不同角度受到冲击时稳定变形能力。

发明内容

为解决现有吸能盒存在的结构组成单元多、吸能稳定性差、在不同角度受到冲击时变形能力不稳定等问题，本发明提供了一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒。

技术方案：一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，包括吸能盒盒体、填充在吸能盒盒体内的多个吸能单元和设置在相邻两个吸能单元之间的平板；所述吸能单元包括第一吸能单元和第二吸能单元；第一吸能单元为具有多孔隙的螺旋结构，所述第二吸能单元包括多个横向设置的横圆柱和多个纵向设置的纵圆柱，所述横圆柱和纵圆柱以正交形式分层形式对应填充在第一吸能单元的孔隙中构成吸能单元。

进一步的，所述横圆柱和纵圆柱均为空心圆柱结构。

进一步的，所述吸能盒盒体为空心圆筒结构，所述吸能单元的外壁表面与吸能盒盒体的内壁相连。

进一步的，所述第一吸能单元和第二吸能单元均为铝合金件。

进一步的，所述第一吸能单元(31)为根据式(1)得到的具有多孔隙的螺旋结构：

y＝cos x sin x+cos y sin z+cos z sin x (1)

式中，x，y，z分别代表螺旋曲面在空间三个方向的角度取值。

有益效果：本发明通过采用仿蝴蝶翅膀螺旋结构作为第一吸能单元和采用仿昆虫鞘翅正交铺排圆柱结构作为第二吸能单元，并以正交形式分层贯穿螺旋结构，在受到压力时，第一吸能单元能产生较大变形扩散冲击能量，第二吸能单元的正交结构可以同时承受轴向和径向压力，防止吸能盒受到不同角度撞击时发生破坏；因此本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明采用两种仿生结构，具有稳定吸能、轻质等优点；

(2)采用本发明的吸能盒，能够抵抗危险配置的冲击力，保护车体；

(3)本发明采用两种仿生结构交叉连接，具备较好的强韧性；

(4)本发明制备简单，通过工业3D打印一次成型即可完成芯体结构。

附图说明

图1为本发明的立体结构局部剖切图；

图2为本发明的吸能单元结构图；

图3为本发明的第一吸能单元的螺旋曲面结构示意图；

图4为本发明的螺旋曲面由中间竖直面剖切图；；

图5为本发明的第二吸能单元的圆柱正交排布结构示意图；

图6为本发明的第二吸能单元的圆柱正交排布结构剖切图；

图7为螺旋曲面与圆柱结构贯穿设置的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步阐述本发明。

如图1和图2所示的一种汽车吸能盒，其包括吸能盒盒体1、设置固定在吸能盒盒体1两端且用于将吸能盒盒体1与外部部件连接的连接部2、填充在吸能盒盒体1内的多个吸能单元3和用于分隔相邻吸能单元3的平板4，该吸能单元3由两种仿生空心轻质结构交叉构成，该吸能单元3具体包括第一吸能单元31和第二吸能单元32。

参见图3和图4，第一吸能单元31为由具有多个孔隙的连续螺旋曲面构成的多层多孔螺旋结构，连续螺旋曲面表示为：

y＝cos x sin x+cos y sin z+cos z sin x (1)

式中，x，y，z分别代表螺旋曲面在三个方向的角度取值。

参见图5，第二吸能单元32为由多个横向设置的空心横圆柱和多个纵向设置的空心纵圆柱以正交铺排的形式构成的多层结构，具体的，横圆柱和纵圆柱以正交形式分层形式对应填充在第一吸能单元31的孔隙中构成吸能单元3；第一吸能单元31在受到压力时会产生较大变形扩散冲击能量，第二吸能单元32可以同时承受轴向和径向压力，防止吸能盒在不同角度受到撞击时发生破坏。

本实施例的吸能盒盒体1为空心圆筒结构，因此，吸能单元为螺旋结构及圆柱结构，平板4为圆片结构，且第一吸能单元31的外壁表面、第二吸能单元32的外壁表面均与吸能盒盒体1的内壁相连；本实施例的第一吸能单元31和第二吸能单元32均采用铝合金件。

第二吸能单元32的空心圆柱直径大于或者等于第一吸能单元31的螺旋结构厚度。

实施例：

本实施例采用铝合金材料分别制得多孔的仿蝴蝶翅膀结构件(作为第一吸能单元)和多孔的仿花金龟鞘翅结构件(作为第二吸能单元)和空心圆柱体(作为吸能盒本体)，其中，多孔的仿蝴蝶翅膀结构件(作为第一吸能单元)和多孔的仿花金龟鞘翅结构件(作为第二吸能单元)可由工业3D打印机将仿花金龟鞘翅结构件和仿蝴蝶翅膀结构一体打印完成。该仿蝴蝶翅膀结构件和仿花金龟鞘翅结构件互相贯穿并采用铝合金圆面板连接构成吸能单元体，多个吸能单元体填充在空心圆柱体内部构成芯体吸能单元体。

本实施例的仿蝴蝶翅膀结构件为根据式(1)得到的连续螺旋曲面：

y＝cos x sin x+cos y sin z+cos z sin x (1)

式中，x＝y＝z＝(-2π,-2π)，且在三维空间上的跨度均为180mm。

本实施例的仿花金龟鞘翅结构件由多层正交排布的圆柱构成。

在本实施例中，仿蝴蝶翅膀结构件的单体曲面厚度为2mm，仿花金龟鞘翅结构件空芯圆柱直径为15mm，空芯圆柱厚度为2mm，其连接圆板截面内圆形直径形边长为175mm；铝合金圆面板厚度为3mm，仿蝴蝶翅膀结构件的孔隙率为54.2％。

本实施例的汽车吸能盒前端连接车身的前保横梁，后端连接车体前纵梁。

Claims (5)

1.一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，其特征在于：包括吸能盒盒体(1)、填充在吸能盒盒体(1)内的多个吸能单元(3)和设置在相邻两个吸能单元(3)之间的平板(4)；所述吸能单元(3)包括第一吸能单元(31)和第二吸能单元(32)；所述第一吸能单元(31)为具有多孔隙的螺旋结构；所述第二吸能单元(32)包括多个横向设置的横圆柱和多个纵向设置的纵圆柱，所述横圆柱和纵圆柱以正交形式分层形式对应填充在第一吸能单元(31)的孔隙中构成吸能单元(3)。

2.根据权利要求1所述的一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，其特征在于：所述横圆柱和纵圆柱均为空心圆柱结构。

3.根据权利要求1所述的一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，其特征在于：所述吸能盒盒体(1)为空心圆筒结构，所述吸能单元(3)的外壁表面与吸能盒盒体(1)的内壁相连。

4.根据权利要求1所述的一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，其特征在于：所述第一吸能单元(31)和第二吸能单元(32)均为铝合金件。

5.根据权利要求1所述的一种高效稳定耐碰撞的汽车吸能盒，其特征在于：所述第一吸能单元(31)为根据式(1)得到的具有多孔隙的螺旋结构：

y＝cos x sin x+cos y sin z+cos z sin x (1)

式中，x，y，z分别代表螺旋曲面在空间三个方向的角度取值。

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