CN113119898A - 一种碰撞吸能盒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碰撞吸能盒，包括上下依次设置的上法兰、复合吸能器及下法兰；所述复合吸能器包括混合截面波纹管以及设置于所述混合截面波纹管内部的三级蜂窝内芯；所述三级蜂窝内芯从上至下依次设置有第一级蜂窝内芯、第二级蜂窝内芯及第三级蜂窝内芯；所述第一级蜂窝内芯、第二级蜂窝内芯及第三级蜂窝内芯均同轴设置；所述第一级蜂窝内芯及第二级蜂窝内芯均由蜂窝单元相互拼接形成；所述蜂窝单元从上至下包括多个折纸单位，所述折纸单元从上至下依次叠加形成所述蜂窝单元；所述蜂窝单元具有六个侧部，所述蜂窝单元之间通过侧部的重叠拼接。应用本技术方案可实现结构简单，能够适应多角度冲击的碰撞吸能盒。

Description

一种碰撞吸能盒

技术领域

本发明涉及汽车吸能装置领域，具体是指一种碰撞吸能盒。

背景技术

近年来，随着汽车保有量的不断上升，交通事故频频发生，已经严重威胁到国民的生命安全，也带来不可估量的财产损失。汽车吸能盒在防撞钢梁与车身纵梁之间，在发生碰撞事故时，吸能盒可以溃缩吸能，这样可以吸收一部分撞击力，从而达到保护车内乘客的生命安全的效果。在发生轻微的碰撞事故时，防撞钢梁可以保护车身上的部件，这样就可以降低车主在事故发生后的维修成本。吸能盒作为安装在机动车前纵梁防护装置，能在机动车发生碰撞时，够耗散大量的冲击能，从而为行人和乘客提供强有效的保护，对行人与乘客的生命安全是一种强有力的保障。汽车吸能盒是汽车保险杠系统中重要的吸能装置，它安装在横梁与车架纵梁之间，作为一种低速安全保护系统而存在。各大厂家出于设计及制造理念的不同，市面出现了多种样式的吸能盒装置，这也直接导致了吸能盒吸收撞击能量的能力有高有低；汽车吸能盒的截面形状与碰撞吸能特性有着直接的关系。不同截面形状下其吸能效果、碰撞力大小以及压缩变形效果都有着很大的区别。现有的吸能盒结构多为单一的薄壁结构，不能提供有效可靠的保护；现有技术中的吸能盒还一般是泡沫做的，一般采用PS发泡料，因为是发泡料，碰撞后受力容易变碎；因此设计一种具有优异耐撞性的吸能盒具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种碰撞吸能盒，可克服传统吸能盒吸能不稳定、吸能效率低，多角度冲击适应差等问题；实现结构简单，能够适应多角度冲击的碰撞吸能盒，以提高碰撞时对行人和车内乘员的保护，从而有效保障人们生命及财产安全。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碰撞吸能盒，包括上下依次设置的上法兰、复合吸能器及下法兰；所述复合吸能器包括混合截面波纹管以及设置于所述混合截面波纹管内部的三级蜂窝内芯；所述三级蜂窝内芯从上至下依次设置有第一级蜂窝内芯、第二级蜂窝内芯及第三级蜂窝内芯；所述第一级蜂窝内芯、第二级蜂窝内芯及第三级蜂窝内芯均同轴设置；所述第一级蜂窝内芯及第二级蜂窝内芯均由蜂窝单元相互拼接形成；所述蜂窝单元从上至下包括多个折纸单位，所述折纸单元从上至下依次叠加形成所述蜂窝单元；所述蜂窝单元具有六个侧部，所述蜂窝单元之间通过侧部的重叠拼接。

在一较佳的实施例中，所述折纸单位由六个平面两两之间头尾拼接形成一具有六个侧面的环状体；所述侧面之间均间隔一定角度。

在一较佳的实施例中，所述折纸单位的侧面分别连接上下的折纸单位的侧面；相邻的上下两个折纸单位之间相互连接的侧面也间隔一定角度；中间间隔有一个折纸单位的两个折纸单位之间的侧面设置方向均相同；使所述侧部形成规律的弯折侧部。

在一较佳的实施例中，所述折纸单位设置有4至7个。

在一较佳的实施例中，所述第三级蜂窝内芯包括多个相互拼接的多棱柱；所述多棱柱的侧面之间相互重合拼接。

在一较佳的实施例中，所述多棱柱具体为六棱柱。

在一较佳的实施例中，所述三级蜂窝内芯内部还设置有芳纶增强管。

在一较佳的实施例中，所述混合截面波纹管的一端具体为圆形端，其截面具体为圆形；所述混合截面波纹管的另一端具体为八边形端，其截面具体为八边形；所述圆形端向靠近所述八边形端的方向延伸发散有波纹曲面；所述八边形端向靠近圆形端的方向延伸发散有螺旋诱导槽。

在一较佳的实施例中，所述混合截面波纹管与三级蜂窝内芯之间以及三极蜂窝内芯与芳纶增强管之间还填充有聚氨酯泡沫。

在一较佳的实施例中，所述下法兰面向所述混合吸能器的一端延伸设置有圆台，所述圆台伸入所述混合吸能器内。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.有效降低峰值碰撞力，保护行人和乘客的安全。本发明中混合截面波纹管采用的发散波纹形曲面，螺旋诱导槽以及三级蜂窝内芯的折纸机制能够有效地诱导吸能盒变形，从而降低峰值碰撞力。

2.实现渐进吸能，逐级吸能。本发明中混合截面波纹管从八边形端到圆形端采用发散的波纹曲面过度，波纹曲面从上至下，波纹的振幅逐渐减少，随着碰撞的进行，吸收的能量逐渐提高，相较于传统均匀的波纹更能适应实际冲击能量耗散的需要。另外，三级蜂窝内芯中第一级蜂窝内芯及第二级蜂窝内心的折纸蜂窝的预设折叠逐渐增加，从而使能量耗散逐级提高。在高速碰撞过程中，渐进吸能，逐级吸能的效果能够大幅降低冲击所带来的伤害。

3.结构稳定性好，多角度冲击适应性强。本发明中混合截面波纹管采用混合截面，相较于单一截面而言具有良好的抗侧向冲击性，发散形曲面波纹相较于均匀波纹结构能实现更强的结构稳定性，三级蜂窝内芯底层的第三极蜂窝内芯，由于具备较高的结构强度，为冲击最后阶段带来大量能量吸收的同时也提高了蜂窝不同角度的冲击适应性。三层蜂窝芯中镶嵌的芳纶增强管进一步的加强了吸能盒抵抗失稳的能力。

4.吸能量高，有效保证吸能效率。混合截面波纹管圆形端口侧采用了螺旋诱导槽，促使纤维外管发生螺旋撕裂延长了变形的路径，从而提高吸能总量。内部的三级蜂窝内芯，通过渐进的折叠变形模式，带来巨大的能量吸收。聚氨酯泡沫本身具备良好的缓冲和吸能效应，以三级蜂窝内芯和混合截面波纹管的组合为模具发泡，能够使混合截面波纹管和芳纶增强管撕裂的纤维丝，层级蜂窝层变形的折叠瓣嵌入聚氨酯泡沫，从而增强复合吸能器的交互作用，从而增强其吸能效果。三级蜂窝内芯内部嵌入的芳纶增强管能够提供有效的吸能传导，使得复合吸能器在更短的时间内完成吸能过程从而提高吸能效率。

附图说明

图1为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的整体结构示意图；

图2为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的爆炸示意图；

图3为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的复合吸能器的结构示意图；

图4为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的混合截面波纹管的结构示意图；

图5为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的三级蜂窝芯的结构示意图；

图6为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的kogame折叠蜂窝单元的折纸单位示意图；

图7为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的复合吸能器的横向截面示意图；

图8为本发明的优选实施例中一种碰撞吸能盒的复合吸能器的纵向截面示意图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种碰撞吸能盒，参考图1至7，包括上下依次设置的上法兰101、复合吸能器102及下法兰100；所述下法兰100面向所述混合吸能器的一端延伸设置有圆台，所述圆台伸入所述混合吸能器内。所述复合吸能器102包括混合截面波纹管201以及设置于所述混合截面波纹管201内部的三级蜂窝内芯202；所述三级蜂窝内芯202从上至下依次设置有第一级蜂窝内芯401、第二级蜂窝内芯402及第三级蜂窝内芯403；所述第一级蜂窝内芯401、第二级蜂窝内芯402及第三级蜂窝内芯403均同轴设置；所述第一级蜂窝内芯401及第二级蜂窝内芯402均由蜂窝单元相互拼接形成；所述蜂窝单元从上至下包括多个折纸单位，所述折纸单元从上至下依次叠加形成所述蜂窝单元；所述蜂窝单元具有六个侧部，所述蜂窝单元之间通过侧部的重叠拼接。

在本实施例中，所述折纸单位由六个平面两两之间头尾拼接形成一具有六个侧面的环状体；所述侧面之间均间隔一定角度。具体来说，所述折纸单位的侧面分别连接上下的折纸单位的侧面；相邻的上下两个折纸单位之间相互连接的侧面也间隔一定角度；中间间隔有一个折纸单位的两个折纸单位之间的侧面设置方向均相同；使所述侧部形成规律的弯折侧部。在本实施例中，所述折纸单位设置有4至7个。蜂窝单元为第一蜂窝单元4011时，折纸单位设置有4个；蜂窝单元为第二蜂窝单元4021时，折纸单位设置7个。第一级蜂窝内芯401及第二级蜂窝内芯402为kagome状的折纸蜂窝，第三级蜂窝内芯403为kagome蜂窝。所述折纸蜂窝的壁面主要由图五所示的折叠波数n控制，由折纸单元组成。第一级蜂窝内芯401及第二级蜂窝内芯402的预设的折叠波数n依次递增，由4到7，需要说明的是，折纸蜂窝能够有效降低碰撞的初始峰值力，且预设折叠波数越多的蜂窝吸能越高，不同的组合，可达到定制吸能的目的。所述的第三级蜂窝内芯403的壁面为直面，放在底端(第三层)避开主要的冲击阶段。这样的排列设计不仅可降低碰撞的峰值力，还能增强吸能盒的结构刚度。

这样设置使得吸能盒结构稳定性好，多角度冲击适应性强。本发明中混合截面波纹管201采用混合截面，相较于单一截面而言具有良好的抗侧向冲击性，发散形曲面波纹相较于均匀波纹结构能实现更强的结构稳定性，三级蜂窝内芯202底层的kagome蜂窝，由于具备较高的结构强度，为冲击最后阶段带来大量能量吸收的同时也提高了蜂窝不同角度的冲击适应性。三层蜂窝芯中镶嵌的芳纶增强管601进一步的加强了吸能盒抵抗失稳的能力。

在本实施例中，所述第三级蜂窝内芯403包括多个相互拼接的多棱柱；所述多棱柱的侧面之间相互重合拼接。在本实施例中，所述多棱柱具体为六棱柱。

具体来说，所述三级蜂窝内芯202内部还设置有芳纶增强管601。所述混合截面波纹管201与三级蜂窝内芯202之间以及三极蜂窝内芯与芳纶增强管601之间还填充有聚氨酯泡沫602。内嵌管的方式有利于提高吸能效率，使吸能器在较短时间能完成吸能。另外，所述的混合截面波纹管201与三级蜂窝内芯202之间，三级蜂窝内芯202和芳纶增强管601之间设有聚氨酯泡沫602，需要说明的聚氨酯泡沫602是以混合截面波纹管201和三级蜂窝内芯202的组合为模具，发泡而成。这样的做法能够使得混合截面波纹管201和芳纶增强管601撕裂的纤维丝，三级蜂窝芯变形的折叠瓣嵌入聚氨酯泡沫602，从而增强复合吸能器102的交互作用，从而增强其吸能效果。

具体来说，所述混合截面波纹管201的一端具体为圆形端304，其截面具体为圆形；所述混合截面波纹管201的另一端具体为八边形端303，其截面具体为八边形；所述圆形端304向靠近所述八边形端303的方向延伸发散有波纹曲面301；所述八边形端303向靠近圆形端304的方向延伸发散有螺旋诱导槽302。

复合吸能器102主要由混合截面波纹管201，三级蜂窝内芯202组成，承担主要吸能作用。所述的混合截面波纹管201的结构如图3所示，由碳纤维制成，一端为八边形端303，另一端为圆形端304，由发散波纹曲面301过渡。一端为八边形端303，另一端为圆形端304的混合截面设计有利于提升吸能盒抗侧向冲击能力。所述的圆形端304设有螺旋诱导槽302，由下法兰100触发，促使混合截面波纹管201发生螺旋撕裂，增大其能量吸收的有效行程，从而提高吸能盒的吸能总量。所述的八边形端303设有发散波纹曲面301，能够显著降低碰撞的初始峰值力，并且达到渐进吸能的目的。这样的设置能够有效降低峰值碰撞力，保护行人和乘客的安全。本发明中混合截面波纹管201采用的发散形曲面，螺旋诱导槽302以及三级蜂窝内芯202的折纸机制能够有效地诱导吸能盒变形，从而降低峰值碰撞力。实现渐进吸能，逐级吸能。本发明中混合截面波纹管201从八边形端303到圆形端304采用发散的曲面过度，曲面从上至下，波纹的振幅逐渐减少，随着碰撞的进行，吸收的能量逐渐提高，相较于传统均匀的波纹更能适应实际冲击能量耗散的需要。另外，三级蜂窝内芯202中折纸蜂窝的预设折叠逐渐增加，从而使能量耗散逐级提高。在高速碰撞过程中，渐进吸能，逐级吸能的效果能够大幅降低冲击所带来的伤害。

混合截面波纹管201圆形端304口侧采用了螺旋诱导槽302，促使纤维外管发生螺旋撕裂延长了变形的路径，从而提高吸能总量。内部的三级蜂窝内芯202，通过渐进的折叠变形模式，带来巨大的能量吸收。聚氨酯泡沫602本身具备良好的缓冲和吸能效应，以三级蜂窝内芯202和混合截面波纹管201的组合为模具发泡，能够使混合截面波纹管201和芳纶增强管601撕裂的纤维丝，层级蜂窝层变形的折叠瓣嵌入聚氨酯泡沫602，从而增强复合吸能器102的交互作用，从而增强其吸能效果。三级蜂窝内芯202内部嵌入的芳纶增强管601能够提供有效的吸能传导，使得复合吸能器102在更短的时间内完成吸能过程从而提高吸能效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种碰撞吸能盒，其特征在于，包括上下依次设置的上法兰、复合吸能器及下法兰；所述复合吸能器包括混合截面波纹管以及设置于所述混合截面波纹管内部的三级蜂窝内芯；所述三级蜂窝内芯从上至下依次设置有第一级蜂窝内芯、第二级蜂窝内芯及第三级蜂窝内芯；所述第一级蜂窝内芯、第二级蜂窝内芯及第三级蜂窝内芯均同轴设置；所述第一级蜂窝内芯及第二级蜂窝内芯均由蜂窝单元相互拼接形成；所述蜂窝单元从上至下包括多个折纸单位，所述折纸单元从上至下依次叠加形成所述蜂窝单元；所述蜂窝单元具有六个侧部，所述蜂窝单元之间通过侧部的重叠拼接。

2.根据权利要求1所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述折纸单位由六个平面两两之间头尾拼接形成一具有六个侧面的环状体；所述侧面之间均间隔一定角度。

3.根据权利要求2所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述折纸单位的侧面分别连接上下的折纸单位的侧面；相邻的上下两个折纸单位之间相互连接的侧面也间隔一定角度；中间间隔有一个折纸单位的两个折纸单位之间的侧面设置方向均相同；使所述侧部形成规律的弯折侧部。

4.根据权利要求3所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述折纸单位设置有4至7个。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述第三级蜂窝内芯包括多个相互拼接的多棱柱；所述多棱柱的侧面之间相互重合拼接。

6.根据权利要求5所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述多棱柱具体为六棱柱。

7.根据权利要求5所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述三级蜂窝内芯内部还设置有芳纶增强管。

8.根据权利要求7所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述混合截面波纹管的一端具体为圆形端，其截面具体为圆形；所述混合截面波纹管的另一端具体为八边形端，其截面具体为八边形；所述圆形端向靠近所述八边形端的方向延伸发散有波纹曲面；所述八边形端向靠近圆形端的方向延伸发散有螺旋诱导槽。

9.根据权利要求8所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述混合截面波纹管与三级蜂窝内芯之间以及三极蜂窝内芯与芳纶增强管之间还填充有聚氨酯泡沫。

10.根据权利要求9所述的碰撞吸能盒，其特征在于，所述下法兰面向所述混合吸能器的一端延伸设置有圆台，所述圆台伸入所述混合吸能器内。

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