CN1265988C - 汽车的保险杠横杆 - Google Patents

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Abstract

一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：顶壁；与顶壁相对的底壁；在相对端处连接顶壁和底壁的一对侧壁，这对侧壁中的一个为碰撞侧的侧壁，而另一个为车辆安装侧的侧壁；以及设置在顶壁和底壁之间并连接此对侧壁的连接肋。碰撞侧侧壁的厚度大于车辆安装侧侧壁的厚度，并且碰撞侧侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为碰撞侧侧壁的长度的0.1-0.3，而车辆安装侧侧壁的相对端处的两个角部弯曲成具有一定的曲率半径，其为车辆安装侧侧壁的厚度的0.6-2.0。或者，曲率半径R可为底壁长度的0.2-0.6。顶壁、连接肋和底壁的厚度可按此顺序而逐渐地增大或减小。这样就能够尽可能地降低在碰撞时产生的最大载荷。

Description

汽车的保险杠横杆
技术领域
本发明涉及一种用于增强汽车保险杠的保险杠横杆。
背景技术
通常来说，汽车保险杠由连接在车身上并维持保险杠强度的保险杠横杆和连接在保险杠横杆上以改善外观的树脂表面蒙皮构成。已经进行了努力来减轻保险杠横杆的重量以降低燃料消耗，并且近年来在许多情况下保险杠横杆均由轻合金制成。例如，如图12的剖视图所示的保险杠横杆60是一个由铝合金挤压而成的保险杠横杆的例子，其具有“两个相邻方形”截面的中空结构。换句话说，保险杠横杆60包括相互平行的顶壁61和底壁62、正交于顶壁61和底壁62的平行侧壁63和64，以及设置在中间以将侧壁63和64分成二个部分的连接肋65。
在实际使用中，保险杠横杆60通过侧梁66安装在车身67的前部或后部，侧壁63在碰撞时构成了碰撞侧侧壁，其承受如图中箭头所示的来自左侧方向的冲击力F。因此，在构成“两个相邻方形”截面的结构的部件中，侧壁63制成最厚。在图12的例子中，顶壁61、底壁62和连接肋65形成为同一厚度，以提供一种能够均等地承受并减轻来自图中左侧方向的冲击力的结构。
为了减轻重量，这种保险杠横杆由高强度的铝合金或类似材料制成。保险杠横杆通常与由发泡材料等制成的缓冲件相连，其表面被保险杠外罩所覆盖。
当在汽车碰撞等时外部冲击力作用在汽车上时，保险杠横杆可通过其材料的塑性变形来吸收冲击能量，从而避免损坏其它部件并同时保护汽车乘客的安全，因此，保险杠横杆是一个重要的部件。
对于汽车的碰撞方式来说，应当注意到一种方式是墙式障碍物以较高的速度与保险杠横杆的整个壁面相撞，还有一种方式是柱状障碍物以较低的速度与保险杠横杆的一部分壁面相撞。在许多前一方式的碰撞中，所涉及的碰撞能量很大，使得汽车乘客会受伤，并且使保险杠横杆的固定件发生弯曲而受损。为了对付这一情况，希望保险杠横杆能够产生逐渐的变形和坍陷，以吸收较大的碰撞能量。另一方面，在许多后一方式的碰撞中，所涉及的碰撞能量很少会较大而使汽车乘客受伤并使保险杠横杆的固定件受损。在这种情况下，希望这种保险杠横杆具有较高的刚性以抵抗因碰撞载荷所引起的变形，而不是通过变形和坍陷来吸收碰撞能量。
要求保险杠横杆的截面具有较高的弯曲刚性和在弯曲时具有吸收能量的能力，同时具有较轻的重量。例如在日本未审查的专利申请出版物No.8-80789(见第1页；图2)中提出了一种方案，其可通过改善保险杠横杆的横截面形状来提高这些特征。
这里，所公开的保险杠横杆由在其长度方向上均匀的矩形横截面形状的铝合金型材制成，并在其朝向车身的壁面的两端处安装在车身上，从而具有相对于碰撞方向为垂直的壁面。在此保险杠横杆中，处于车身侧的铝合金型材的两个角部弯曲成具有曲率半径R，R为壁厚的2.5倍或更大。
更具体地说，如图13所示，所示保险杠横杆70由包覆在保险杠外罩中的铝合金型材制成，并具有通过侧梁74支撑在车身72上的车身侧壁面71a。上述铝合金型材具有矩形的“两个相邻方形”的横截面形状，其在长度方向上是均匀的，并且包括一对水平肋71b和71b、与水平肋71b和71b的两端相连的垂直肋71a和71a，以及与垂直肋71a和71a相连的加强肋71c。
在保险杠横杆70中，垂直肋71a和71a设置成垂直于碰撞方向，而水平肋71b和71b设置成平行于碰撞方向。车身72一侧的角部71d和71d弯曲成具有曲率半径R，其为壁厚的2.5倍或更大，并处于垂直肋71a和71a长度的1/6或更小的范围内。保险杠横杆70的碰撞侧角部71e和71e弯曲成具有曲率半径r，其大致等于壁厚。在这样构造的保险杠横杆70中，当与障碍物发生碰撞时，弯曲的角部71d和71d处于压弯的起始点，这样就加速了压弯并有效地吸收了碰撞能量，同时抑制了载荷的产生。此外，在与柱体发生碰撞时，弯曲角部71d和71d处于与压弯的起始点相对的一侧，从而允许产生较大的载荷。将曲率半径R限制在垂直肋71a和71a长度的1/6或更小之内的原因是，如果曲率半径R超过1/6，就很难将其安装在侧梁74上，并且所吸收的能量下降。
希望这种结构能实现应付上述两种方式的碰撞所需的特征，即产生逐渐的变形和坍陷以吸收较大的碰撞能量的特征以及具有较大的刚性以抵抗因碰撞载荷所引起的变形的特征。
然而，如果保险杠横杆太坚固，那么就会损坏侧梁和保险杠横杆的安装配件，并且使保险杠横杆产生压弯。侧梁会因碰撞时产生的最大载荷而受损。
例如，在所有角部弯曲成直角的图12所示横截面的保险杠横杆中，在保险杠横杆的碰撞引发的塑性变形为3.5-4.5毫米(mm)的期间的平均载荷约为50千牛(kN)，如图14所示，而在碰撞之后保险杠横杆的偏移量达到1mm之前，在保险杠横杆的塑性变形约为0.5mm时所产生的最大载荷为250kN。在变形达到约2mm之后变形在基本上恒定的压碎载荷下进行。在这种情况下，最大载荷为平均载荷的5.88倍。
如果可以降低这一最大载荷而不损坏保险杠横杆的能量吸收能力，就可以只通过保险杠横杆的变形和坍陷来吸收碰撞能量而不损坏侧梁。
传统上说，所关心的问题是在保险杠横杆的塑性变形为3.5-4.5mm的期间内最大载荷和所吸收能量之间的关系，即在所产生的载荷无明显波动时的这一关系，尚未进行过任何尝试以降低碰撞时所产生的最大载荷。
发明内容
在这种情况下进行了本发明，因此，本发明的一个目的是提供一种保险杠横杆，其能够最大限度地减少在碰撞时所产生的最大载荷的峰值，同时不会损坏保险杠横杆的能量吸收能力，并且能够防止侧梁和保险杠横杆的安装配件受损。
为了解决上述问题，使用100mm长的保险杠横杆样件对汽车保险杠横杆的横截面形状进行了详尽的研究。当施加到样件上的瞬时产生的高载荷超过车身的压碎载荷时，侧梁就会损坏。已经发现，通过使在碰撞时产生的最大载荷基本上等于此车身的压碎载荷，就可以通过保险杠横杆的塑性变形来吸收碰撞能量而不会损坏侧梁。还已发现，如果最大载荷降低且保险杠横杆结构保持为与以前相同，那么就会得到一种在碰撞的后面部分中产生的冲击载荷过小的结构，这样就降低了其作为保险杠横杆的能量吸收性能。
因此，参考如图14所示的压碎位移量-压碎载荷曲线，如果最大峰值降低且波形更接近于矩形波形，那么就可以通过保险杠横杆的塑性变形来吸收碰撞能量而不损坏侧梁，从而提供了具有稳定的能量吸收性能的保险杠横杆。在这些条件下，作为对保险杠横杆的横截面形状的详尽研究的结果，本发明基于下述发现来进行，即通过加厚带有冲击承受表面的部件并在此带有冲击承受表面的部件的两端赋予特定的曲率半径，或者通过加厚带有冲击承受表面的部件、改变正交于冲击承受表面而延伸的部件的厚度，并且在此带有冲击承受表面的部件的两端赋予特定的曲率半径，就可以实现上述目的。
更具体地说，根据本发明的一个方面，提供了一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：顶壁；与顶壁相对的底壁；在相对端处连接顶壁和底壁的一对侧壁，这对侧壁中的一个为碰撞表面侧的侧壁，而另一个为车辆安装表面侧的侧壁；以及设置在顶壁和底壁之间并连接这对侧壁的连接肋，其中碰撞表面侧的侧壁的厚度大于车辆安装表面侧的侧壁的厚度，并且碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为碰撞表面侧的侧壁的长度的0.1-0.3，而车辆安装表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径r，其为车辆安装表面侧的侧壁的厚度的0.6-2.0。
此横截面形状最好在碰撞表面侧的侧壁的长度L1小于顶壁和底壁的长度L2的两倍时采用。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：顶壁；与顶壁相对的底壁；在相对端处连接顶壁和底壁的一对侧壁，这对侧壁中的一个为碰撞表面侧的侧壁，而另一个为车辆安装表面侧的侧壁；以及设置在顶壁和底壁之间并连接这对侧壁的连接肋，其中碰撞表面侧的侧壁的厚度大于车辆安装表面侧的侧壁的厚度，并且碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为底壁长度的0.2-0.6，而车辆安装表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径r，其为车辆安装表面侧的侧壁的厚度的0.6-2.0。
通过这样构造保险杠横杆，可以有效地降低在碰撞时产生的最大载荷的峰值，碰撞能量可被保险杠横杆吸收而不会损坏侧梁，从而显著地减少对汽车乘客可能造成的损伤。
此横截面形状最好在碰撞表面侧的侧壁的长度L1大于顶壁和底壁的长度L2的两倍时采用。
在本发明中，顶壁、连接肋和底壁可具有基本上相等的厚度。
在连接肋比底壁更薄的情况下，连接肋的厚度最好为底壁厚度的0.6-1.0。
通过这样构造连接肋，保险杠横杆可具有较高的刚性，并且同时显著地降低了在碰撞时产生的最大峰值载荷。
最好，碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部的曲率半径R均为10-30mm，从显著降低最大峰值载荷和挤压成型保险杠横杆的方便性的观点来看，这是最实用的值。
根据本发明的另外一个方面，提供了一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：顶壁；与顶壁相对的底壁；在相对端处连接顶壁和底壁的一对侧壁，这对侧壁中的一个为碰撞表面侧的侧壁，而另一个为车辆安装表面侧的侧壁；以及设置在顶壁和底壁之间并连接这对侧壁的连接肋，其中碰撞表面侧的侧壁的厚度大于车辆安装表面侧的侧壁的厚度，顶壁、连接肋和底壁的厚度按此顺序逐渐地增大或减小，并且碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为碰撞表面侧的侧壁的长度的0.05-0.3。
最好，顶壁厚度为底壁厚度的0.8或更多但小于底壁厚度的0.9，而连接肋的厚度为底壁厚度的0.9或更多但小于底壁厚度的1.0。
或者，底壁厚度最好为顶壁厚度的0.8或更多但小于顶壁厚度的0.9，而连接肋的厚度最好为顶壁厚度的0.9或更多但小于顶壁厚度的1.0。
通过这样构造连接肋，保险杠横杆可具有较高的刚性，并且同时显著地降低了在碰撞时产生的最大峰值载荷，碰撞能量可被保险杠横杆吸收而不会损坏侧梁，从而显著地减少对汽车乘客可能造成的损伤。
在本发明中，连接肋可朝向底壁或朝向顶壁偏心地设置，而不是设置在一对侧壁的中间高度处。
通过这样偏心地设置连接肋，即使从设计汽车的观点来看保险杠横杆的中心线与侧梁的中心线不重合并处于更高或更低的位置，保险杠横杆上的可承受较强冲击能量的底部也得到了加强。
最好，在连接肋朝向底壁偏心地设置的情况下，顶壁、连接肋和底壁按此顺序逐渐地变厚。
相反，在连接肋朝向顶壁偏心地设置的情况下，顶壁、连接肋和底壁按此顺序逐渐地变薄。
保险杠横杆最好由铝合金的挤压件构成。
从下述介绍中并结合附图，可以更加清楚本发明的上述和其它目的及特征，在附图中相似的部件基本上具有相似的标号。
附图说明
图1是显示了根据本发明第一实施例的汽车保险杠横杆的横截面形状的视图；
图2是显示了本发明的汽车保险杠横杆的各部分的尺寸的视图；
图3是显示了根据本发明第二实施例的汽车保险杠横杆的横截面形状的视图；
图4是显示了根据本发明第一实施例的保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系的一个例子的视图；
图5是显示了根据本发明第一实施例的保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系的另一例子的视图；
图6是显示了根据本发明第二实施例的保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系的视图；
图7是显示了比较示例的保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系的视图；
图8是显示了根据本发明第三实施例的汽车保险杠横杆的横截面形状的视图；
图9是典型地显示了根据本发明第三实施例的保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系的视图；
图10是显示了根据本发明第四实施例的汽车保险杠横杆的横截面形状的视图；
图11是显示了根据本发明第五实施例的汽车保险杠横杆的横截面形状的视图；
图12是显示了传统的汽车保险杠横杆的横截面形状的一个例子的视图；
图13是显示了传统的汽车保险杠横杆的横截面形状的另一例子的视图；和
图14是显示了如图12所示的传统汽车保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系的视图。
具体实施方式
下面将参考附图来介绍本发明的优选实施例，为清楚起见，在附图中各部件未精确地按比例绘制。
第一实施例
图1是根据本发明第一实施例的保险杠横杆的截面视图。如图所示，此实施例的保险杠横杆10具有“两个相邻方形”的横截面形状，其在截面上包括顶壁1、与顶壁1相对的底壁2、在相对端处连接顶壁1和底壁2的一对侧壁3和4，以及设置在顶壁1和底壁2之间以连接这对侧壁3和4来增强刚性的连接肋5。在保险杠横杆10中，图中左侧的侧壁3为碰撞表面侧的侧壁，在碰撞中冲击力F如箭头所示地施加在侧壁3上。图中右侧的侧壁4为车身安装表面侧的侧壁，其通过侧梁6安装在车身7上。图1显示了侧壁3和4的长度小于顶壁1和底壁2的长度的两倍且顶壁1、底壁2和连接肋5均具有相同厚度的情况。
图2是显示了本发明保险杠横杆的各部分的尺寸的视图，其中L1表示侧壁的长度，L2表示顶壁的长度，t3表示碰撞表面侧的侧壁的厚度，t4表示车身安装表面侧的侧壁的厚度，t1和t2分别表示顶壁和底壁的厚度，而t5表示连接肋的厚度。
在图2中，上述关系可以表达为L1＜2L2和t1＝t2＝t5。
在此实施例中，碰撞表面侧的侧壁3的厚度大于车身安装表面侧的侧壁4的厚度以便承受碰撞能量，顶壁1和底壁2以及中间连接肋5共同地吸收碰撞能量。
各部分的实用厚度例如为，顶壁1、底壁2和连接肋5约为2.0-3.0mm，碰撞表面侧的侧壁3约为2.0-4.5mm，而车辆安装表面侧的侧壁4约为2.0-3.5mm。
在此第一实施例中，采用图2所示的尺寸可表示为t3＞t4和t1＝t2＝t5，它们的适当值可以是t3＝2.0-4.5mm，t4＝2.0-3.5mm，以及t1＝t2＝t5＝2.0-3.0mm。
在此实施例中，碰撞表面侧的侧壁3的上、下端处的两个角部以及侧壁4的上、下端处的两个角部分别被弯曲成具有曲率半径R和r。通过在“两个相邻方形”的横截面的各角部上施加曲率，就可以显著地降低在碰撞时产生的最大载荷的峰值。
虽然即便较小的曲率半径也可以降低最大载荷的峰值，然而从材料加工的观点来看，在实践中应施加约等于或大于顶壁或底壁的壁厚的曲率半径R。曲率半径越大，降低最大载荷的峰值的效果也越大，然而在采用过大的曲率半径时这一效果会饱和。曲率半径的适当大小与构成“两个相邻方形”的横截面的壁长有关，如图1所示，在碰撞表面侧和车辆安装侧的侧壁3和4的长度小于顶壁1和底壁2的长度的两倍的情况下，曲率半径R可以是碰撞表面侧的侧壁3的长度的0.1到0.3。换句话说，在图2中L1＜2L2且t1＝t2＝t5时，曲率半径R最好设定为：
           R＝(0.1-0.3)×L1         (1)
图1显示了碰撞表面侧和车辆安装表面侧的侧壁3和4的长度小于顶壁1和底壁2的长度的两倍的情况。或者，作为调节保险杠横杆的抗碎强度的一种方式，碰撞表面侧和车辆安装表面侧的侧壁3和4的长度L1可大于顶壁1和底壁2的长度L2的两倍，如图3所示。上述各部分的厚度也适用于这一情况，但曲率半径需要如下所述地进行变化。
在如图3所示的碰撞表面侧和车辆安装表面侧的侧壁3和4的长度大于顶壁1和底壁2的长度的两倍的情况下，曲率半径R可以是顶壁1和底壁2的长度的0.6-1.0。换句话说，在图2中L1＞2L2且t1＝t2＝t5时，曲率半径R可以是：
         R＝(0.6-1.0)×L2           (2)
对于车辆安装表面侧的侧壁4的上、下端处的两个角部的曲率半径r来说，由于此侧面不受到直接的冲击并考虑到加工精度，处于侧壁4的壁厚左右的较小曲率半径就可满足要求。采用图2来进行说明，则曲率半径可以是：
         r＝(0.6-2.0)×t4           (3)
在这样构造的保险杠横杆中，可以有效地降低在碰撞时产生的最大载荷的峰值。
如下所述地进行压碎实验。用铝合金挤压出如图1所示的保险杠横杆，使其具有“两个相邻方形”的横截面和下述尺寸：t3＝4.5mm，t4＝3.5mm，t1＝t2＝t5＝2.6mm，L1＝100mm，以及L2＝75mm。将保险杠横杆切成100mm长的样件，将其沿图1中箭头所示的碰撞方向进行挤压。测量保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系。曲率半径R为0mm、5mm和10mm。测量结果如图4所示。
从图4中可以清楚，在位移量于碰撞后达到1mm之前产生了最大载荷，之后变形在基本上恒定的压碎载荷下进行。图4中的曲线j是曲率半径R为0(无曲率半径)的具有“两个相邻方形”的横截面的保险杠横杆的位移量曲线，其表明在位移量约为0.5mm时产生了250kN的最大载荷。相反，在曲率半径R为5mm的曲线a和曲率半径R为10mm的曲线b中，在位移量约为1mm时产生了显著降低的约为150kN的最大载荷。因此，曲线a和b更接近矩形波形。
因此，通过在具有“两个相邻方形”的横截面的保险杠横杆的碰撞表面侧的侧壁的相对端部施加曲率半径R，就可以显著地降低在碰撞时产生的最大载荷，保险杠横杆能够有效地吸收碰撞能量而不会损坏侧梁，这对保证车辆乘客的安全来说是非常有效的。
图5显示了具有与上述相同的尺寸(t3＝4.5mm，t4＝3.5mm，t1＝t2＝t5＝2.6mm，L1＝100mm和L2＝75mm)但曲率半径R变化成20，30和40mm的保险杠横杆的最大载荷的测量结果。在图中，曲线c是曲率半径为20mm的情况，曲线d是曲率半径R为30mm的情况，而曲线e是曲率半径R为40mm的情况。
从图中可以清楚，随着曲率半径R的增大，最大载荷进一步降低到约100kN，使得曲线更接近矩形波形。然而如果曲率半径R超过30mm，最大载荷的降低接近最大值。因此，R的上限可适当设定为30mm，而R的下限约为10mm，此时最大载荷约为100kN或更小。R的更优选的范围可从由上述公式(1)：R＝(0.1-0.3)×L1所表示的范围内选择，从实用的观点来看它可为10-30mm。
第二实施例
下面，在图6中显示了根据本发明第二实施例的保险杠横杆的最大载荷和位移之间的关系，第二实施例是第一实施例的一个变型，其中“两个相邻方形”的横截面的顶壁1和底壁2具有相同的厚度，连接肋5具有较小的厚度。换句话说，“两个相邻方形”的横截面的尺寸与第一实施例相同，例外之处是t5＜t1＝t2。碰撞表面侧的侧壁的相对端处的曲率半径R为20mm。
在图6中，曲线c描述的是如同第一实施例的连接肋和顶壁及底壁具有相同厚度(t5＝t1＝t2＝2.6mm)的情况。曲线f描述的是连接肋的厚度减少了15％以使t1＝t2＝2.6mm和t5＝2.2mm的情况。曲线g描述的是连接肋的厚度减少了30％以使t1＝t2＝2.6mm和t5＝1.8mm的情况。
从图6中可以清楚，在连接肋的厚度小于顶壁和底壁的厚度的情况下，最大载荷随连接肋的变薄而减小。这大概是因为是沿连接肋的方向来承受冲击力的，具有较低强度的连接肋用于使冲击力减小。
作为对具有各种厚度的连接肋的保险杠横杆进行的重复性碰撞实验的结果，已经发现，连接肋的最优厚度对“两个相邻方形”的横截面的顶壁和底壁的尺寸最敏感。从实验中已经发现，就图2中的尺寸而言，与顶壁的厚度t1(＝t2)相关的连接肋的厚度(t5)的适当值为：
        t5＝(0.6-1)×t1           (4)
比较示例
下面，在图7中显示了比较示例中的最大载荷和位移之间的关系，其中“两个相邻方形”的横截面中的连接肋的厚度大于顶壁和底壁的厚度。换句话说，“两个相邻方形”的横截面的尺寸与第一实施例相同，例外之处是t5＞t1＝t2。碰撞表面侧的侧壁的相对端处的曲率半径R为20mm。
在图7中，曲线c描述的是如同第一实施例的连接肋和顶壁及底壁具有相同厚度(t5＝t1＝t2＝2.6mm)的情况。曲线h描述的是顶壁的厚度与连接肋的厚度相比减少了15％以使t1＝t2＝2.2mm和t5＝2.6mm的情况。曲线i描述的是顶壁的厚度与连接肋的厚度相比减少了30％以使t1＝t2＝1.8mm和t5＝2.6mm的情况。
从图7中可以清楚，在顶壁和底壁制成比连接肋更薄的情况下，在碰撞时产生的最大载荷因曲率半径R的效果而降低，但在最大载荷中未观察到变化，这取决于顶壁和底壁的变薄程度。这大概是因为，虽然较低强度的顶壁和底壁减轻了冲击力，然而还是有一部分连接肋承受了冲击力，因此最大载荷受到连接肋强度的支配。
顶壁和底壁以及连接肋具有相同厚度的第一实施例的保险杠横杆的实验结果概括于表1中。
                                                表1
  曲率半径R(mm)   0   5   10   20   30   40
  最大载荷(kN)   248   155   134   106   97   95
  平均载荷(kN)   43   43   48   45   36   34
  最大载荷/平均载荷   5.88   3.57   2.78   2.38   2.70   2.78
  曲线号   图4-j   图4-a   图4-b   图5-c   图5-d   图5-e
从表1中可以清楚，在顶壁和底壁具有与连接肋相同的厚度时，最大载荷与平均载荷之比在曲率半径R为20mm时最低，其大约为无曲率半径R时的一半。如果所施加的曲率半径R处于5-40mm的范围，最大载荷与平均载荷之比较低，可以预计，最大载荷与平均载荷之比越低，伤害汽车乘客的危险就越小。
如同第二实施例和比较示例一样，通过改变顶壁和底壁以及连接肋的厚度而得到的实验结果概括于表2中。
                                 表2
  t1＝t2(mm)   2.6   2.6   2.6   2.2   1.8
  t5(mm)   2.6   2.2   1.8   2.6   2.6
  曲率半径R(mm)   20   20   20   20   20
  最大载荷(kN)   106   91   74   104   101
  平均载荷(kN)   45   39   34   39   34
  最大载荷/平均载荷   2.38   2.32   2.17   2.63   2.94
  曲线号   图6-c   图6-f   图6-g   图7-h   图7-i
从表2中可以清楚，对于将连接肋制成比顶壁和底壁更薄的情况来说，可以有效地降低在碰撞时产生的最大载荷。
第三实施例
图8显示了根据本发明第三实施例的保险杠横杆。如图所示，此实施例的保险杠横杆30具有“两个相邻方形”的横截面形状，其在截面上包括顶壁1、与顶壁1相对的底壁2、在相对端处连接顶壁1和底壁2的一对侧壁3和4，以及设置在顶壁1和底壁2之间以连接这对侧壁3和4来增强刚性的连接肋5。在保险杠横杆30中，图中左侧的侧壁3为碰撞表面侧的侧壁，在碰撞中冲击力如箭头所示地施加在侧壁3上。图中右侧的侧壁4为车辆安装表面侧的侧壁，其通过侧梁6安装在车身7上。
在此实施例的保险杠横杆中，碰撞表面侧的侧壁3的厚度t3大于车辆安装表面侧的侧壁4的厚度t4，顶壁1、连接肋5和底壁2的厚度t1、t5和t2按此顺序逐渐地增大。换句话说，在图8中，t4＜t3且t1＜t5＜t2。
在这种情况下，采用底壁2的厚度t2作为基准，优选顶壁1的厚度t1为底壁2的厚度t2的0.80或更多但小于t2的0.9，并且连接肋5的厚度t5为底壁2的厚度t2的0.90或更多但小于t2的1.0。换句话说，它们最好设定为下述关系：
        0.8×t2≤t1＜0.9×t2          (5)
        0.9×t2≤t5＜1.0×t2          (6)
上述的原因是，在汽车设计中，保险杠横杆和侧梁的中心线并不一定会相互对齐，保险杠横杆的中心线常常处于比侧梁中心线更高的位置。在这种情况下，由于保险杠横杆的横截面的下部承受到较强的冲击能量，因此它可有利地增强此下部。
此外，碰撞表面侧的侧壁3的上、下端处的两个角部弯曲成具有曲率半径R，其为侧壁3的长度L1的0.05-0.3。换句话说，它可设定为：
        R＝(0.05-0.3)×L1            (7)
对于车辆安装表面侧的侧壁4的上、下端处的两个角部的曲率半径r来说，由于此侧面不受到直接的冲击并考虑到材料的加工精度，处于侧壁4的壁厚左右的较小曲率半径就足以避免因开槽效果而引起的脆弱性。换句话说，它可设定为：
        r＝(0.6-2.0)×t4            (8)
通过这样构造保险杠横杆，就可以显著地降低在碰撞时产生的最大载荷的峰值，保险杠横杆能够有效地吸收碰撞能量而不会损坏侧梁，从而显著地减少对汽车乘客造成的损伤。
图9显示了具有如图8所示的横截面形状的保险杠横杆的碰撞实验，并显示了保险杠横杆的位移量和压碎载荷之间的关系。如图所示，最大载荷在碰撞后位移量达到1mm之前产生，之后保险杠横杆在基本上恒定的压碎载荷下逐渐地变形。如同图14一样，图9中的粗曲线j是碰撞表面侧的侧壁的相对端处的曲率半径R为0(无曲率半径)的具有“两个相邻方形”的横截面的保险杠横杆的位移量曲线，其表明在位移量约为0.5mm时产生了250kN的最大载荷。相反，细曲线a描述的是具有10mm的曲率半径R的保险杠横杆，其表明在位移量约为1mm时产生了显著降低的约为150kN的最大载荷。此曲线更接近矩形波形。
因此，通过在具有“两个相邻方形”的横截面的保险杠横杆的碰撞表面侧的侧壁的两端处施加曲率半径R，就可以显著地降低在碰撞时产生的最大载荷，保险杠横杆能够有效地吸收碰撞能量而不会损坏侧梁，这对保证汽车乘客的安全来说是非常有效的。
第四实施例
在图10中显示了第四实施例，其中保险杠横杆的中心线与侧梁的中心线不重合且位于其下方的位置。
在这种情况下，结构可设置成使碰撞表面侧的侧壁3的厚度t3大于车辆安装表面侧的侧壁4的厚度t4，顶壁1、连接肋5和底壁2各自的厚度t1、t5和t2按此顺序逐渐减小。换句话说，在图10中，t4＜t3且t2＜t5＜t1。更具体地说，采用顶壁1的厚度t1作为基准，优选连接肋5的厚度t5为顶壁1的厚度t1的0.9或更多但小于t1的1.0，并且底壁2的厚度t2为顶壁1的厚度t1的0.8或更多但小于t1的0.9。换句话说，它们最好具有下述关系：
        0.9×t1≤t5＜1.0×t1            (9)
        0.8×t1≤t2＜0.9×t1            (10)
此外，如第三实施例一样，碰撞表面侧的侧壁3的相对端处的两个角部弯曲成具有曲率半径R，其为侧壁3的长度L1的0.05-0.3。另外，车辆安装表面侧的侧壁4的相对端处的两个角部最好弯曲成具有曲率半径r，其为侧壁4厚度t4的0.2-0.4。
通过这样构造保险杠横杆，在碰撞时产生的最大载荷可被设置在保险杠横杆的碰撞表面侧的侧壁的相对端部处的两个角部处的曲率半径R的效果来显著地降低。
第五实施例
第五实施例如图11所示，其中保险杠横杆的中心线与侧梁的中心线不重合且位于其上方的位置。如图11中的截面所示，作为增强保险杠横杆底部的一种方式，连接肋5设置在朝向底壁2的位置，而不是相对的碰撞表面侧与车辆安装表面侧的侧壁3和4的中间高度处。考虑到保险杠横杆50和侧梁6的中心线相互错开的量，从保险杠横杆50的强度的观点来看，连接肋5最好设在碰撞表面侧和车辆安装表面侧的侧壁3和4上的离底部为1/3高度的位置处。
在这种情况下，与上述第三和第四实施例一样，结构可设置成使碰撞表面侧的侧壁3的厚度t3大于车辆安装表面侧的侧壁4的厚度t4，顶壁1、连接肋5和底壁2各自的厚度t1、t5和t2按此顺序逐渐地增大。此外，碰撞表面侧的侧壁3的相对端处的两个角部形成为具有曲率半径R，其为碰撞表面侧的侧壁3的长度L1的0.05-0.3。另外，车辆安装表面侧的侧壁4的相对端处的两个角部最好弯曲成具有曲率半径r，其为车辆安装表面侧的侧壁4的厚度t4的0.2-0.4。
通过这样构造保险杠横杆，在碰撞时产生的最大载荷可被设置在碰撞表面侧的侧壁3的相对端部处的两个角部处的曲率半径R的效果来显著地降低。

Claims (14)

1.一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：
顶壁；
与所述顶壁相对的底壁；
在相对端处连接所述顶壁和所述底壁的一对侧壁，所述这对侧壁中的一个为碰撞表面侧的侧壁，而另一个为车辆安装表面侧的侧壁；和
设置在所述顶壁和所述底壁之间并连接所述这对侧壁的连接肋，
其特征在于，所述碰撞表面侧的侧壁的厚度大于所述车辆安装表面侧的侧壁的厚度，和
所述碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为所述碰撞表面侧的侧壁的长度的0.1-0.3，而所述车辆安装表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径r，其为所述车辆安装表面侧的侧壁的厚度的0.6-2.0。
2.根据权利要求1所述的保险杠横杆，其特征在于，所述碰撞表面侧的侧壁的所述长度小于所述顶壁和所述底壁的长度的两倍。
3.一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：
顶壁；
与所述顶壁相对的底壁；
在相对端处连接所述顶壁和所述底壁的一对侧壁，所述这对侧壁中的一个为碰撞表面侧的侧壁，而另一个为车辆安装表面侧的侧壁；知
设置在所述顶壁和所述底壁之间并连接所述这对侧壁的连接肋，
其特征在于，所述碰撞表面侧的侧壁的厚度大于所述车辆安装表面侧的侧壁的厚度，和
所述碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为所述底壁长度的0.2-0.6，而所述车辆安装表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径r，其为所述车辆安装表面侧的侧壁的厚度的0.6-2.0。
4.根据权利要求3所述的保险杠横杆，其特征在于，所述碰撞表面侧的侧壁的长度大于所述顶壁和所述底壁的长度的两倍。
5.根据权利要求1或3所述的保险杠横杆，其特征在于，所述顶壁、所述底壁和所述连接肋的厚度基本上相等。
6.根据权利要求1或3所述的保险杠横杆，其特征在于，所述连接肋的厚度为所述底壁厚度的0.6-1.0。
7.根据权利要求1或3所述的保险杠横杆，其特征在于，所述碰撞表面侧的侧壁的相对端处的所述两个角部的所述曲率半径R为10-30毫米。
8.一种用于汽车的保险杠横杆，其在横截面上包括：
顶壁；
与所述顶壁相对的底壁；
在相对端处连接所述顶壁和所述底壁的一对侧壁，所述这对侧壁中的一个为碰撞表面侧的侧壁，而另一个为车辆安装表面侧的侧壁；和
设置在所述顶壁和所述底壁之间并连接所述这对侧壁的连接肋，
其特征在于，所述碰撞表面侧的侧壁的厚度大于所述车辆安装表面侧的侧壁的厚度，
所述顶壁、所述连接肋和所述底壁的厚度按此顺序逐渐地增大或减小，和
所述碰撞表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径R，其为所述碰撞表面侧的侧壁的长度的0.05-0.3。
9.根据权利要求8所述的保险杠横杆，其特征在于，所述顶壁的厚度为所述底壁厚度的0.8或更多但小于所述底壁厚度的0.9，而所述连接肋的厚度为所述底壁厚度的0.9或更多但小于所述底壁厚度的1.0。
10.根据权利要求8所述的保险杠横杆，其特征在于，所述底壁的厚度为所述顶壁厚度的0.8或更多但小于所述顶壁厚度的0.9，而所述连接肋的厚度为所述顶壁厚度的0.9或更多但小于所述顶壁厚度的1.0。
11.根据权利要求8所述的保险杠横杆，其特征在于，所述车辆安装表面侧的侧壁的相对端处的两个角部均弯曲成具有曲率半径r，其为所述车辆安装表面侧的侧壁的厚度的0.2-0.4。
12.根据权利要求8所述的保险杠横杆，其特征在于，所述顶壁、所述连接肋和所述底壁的所述厚度按此顺序逐渐地增大，并且所述连接肋朝向所述底壁偏心地设置。
13.根据权利要求8所述的保险杠横杆，其特征在于，所述顶壁、所述连接肋和所述底壁的所述厚度按此顺序逐渐地减小，并且所述连接肋朝向所述顶壁偏心地设置。
14.根据权利要求1，3或8所述的保险杠横杆，其特征在于，所述保险杠横杆由铝合金的挤压件构成。
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