CN1473122A - 汽车保险杠系统 - Google Patents

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B·科赫
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Abstract

描述了一种能量吸收件和基于此能量吸收件的汽车保险杠系统。能量吸收件包括至少两个对置的金属薄板(7，8)，金属薄板(7，8)有许多个能够在纵向(x方向)上使金属薄板(7，8)折叠的理论弯曲点(11)和使相对金属薄板(7，8)相互连接的连接肋(9)。

Description

汽车保险杠系统
技术领域
本发明涉及能量吸收件以及基于此能量吸收件的汽车保险杠系统，它用来传输和吸收例如在机动车辆发生意外事故时释放出的动能。该能量吸收件尤其适用在汽车保险杠系统中，但是，它也可以用作具有相似的所需特点的其它汽车结构和其它安全部件的一部分。
背景技术
已经知道并且成功使用了尤其是用于汽车保险杠领域的能量传输及转换装置。这样的保险杠系统得到广泛流传，即它因有能量吸收件而无损伤地幸免于小意外(碰撞速度约达8km/h)。为了获得对汽车保险商有利的风险等级，许多汽车制造厂商都在寻求可承受在明显大于10km/h碰撞速度下的撞击的碰撞吸收装置(在美国，通常使用无损伤碰撞速度达8km/h的保险杠系统)。如果输入该装置的能量更大，如在15km/h速度下发生ATZ碰撞，则能量被特殊能量吸收件吸收。
通常，上述装置的安装空间非常小。在损伤事件中待转换的高动能需要系统的高效率，即需要具有尽可能理想的力变形特性曲线的能量吸收件。这种理想特性曲线的特点是，当在时间上连续的吸收能量中力开始陡升后，出现了力一样的水平平台。在这里被吸收的能量被定义为力位移曲线下的区域并且此区域要尽可能大。
能量吸收被分为所谓的可逆系统与不可逆系统。作为可逆系统，例如包括具有液压减震器的装置(气压弹簧)。这些系统的效率很高并且有效地转换能量。液压保险杠系统的缺点是生产复杂并且成本非常高，这阻碍了这些装置的广泛流传。
不可逆系统例如是由钢或铝制成的并具有用于能量吸收的可塑性变形的钢件或铝件梁系。在转换能量低的情况下，可以使用近似可逆的系统(由能量吸收(EA)泡沫材料或铝泡沫材料构成的泡沫材料体)。如果要吸收能量较高，则大多使用可变形的板型材
除纯粹的能量转换外，对这些吸收装置提出了其它要求。同气候和天气影响、能量转换重复性高、更换系统时的易维护性或安装时的公差消除的无关性也是重要的所需特性。
发明内容
本发明的目的是研制出一种能量传输及吸收装置，它通过使材料塑性变形在尽可能小的空间内转换运动汽车质量的动能(大部分转换成热)。此装置要易于操纵并且尤其是在被安装到汽车上时要能够在整个三空间方向上定位(消除公差)。另外，它在整个使用期间内都应显示出绝对可重复的性能并且可以成本低廉地生产并且重量较轻。
除纯粹的能量转换外，该装置还要能够把因破坏事件由外面产生的力分布到相邻构件上并能够稳定车体或车架结构。
已经发现了一种满足上述关于制造性、轻型及能量吸收性能的要求的能量吸收件。尤其是已发现了这样一种保险杠系统，通过特殊布置横梁和能量吸收件以及能量吸收件的特殊造形，它能够在一段预定变形位移上非常高效地吸收所提供的能量。通过将能量吸收件横装在横梁上，此系统与能量吸收件安装在横梁后的传统系统相比提供了更大能量转换位移。
本发明的主题是一种能量吸收件，它包括至少两个对置金属薄板，所述金属薄板有许多在纵向(x方向)上折叠金属薄板的理论弯曲点和尤其是由热塑塑料或热固塑料构成的并使对置金属薄板相互连接的连接肋。
这些连接肋最好由热塑塑料并尤其是由聚酰胺、聚丙烯、聚酯组成，所述热塑塑料通过注塑法形成并且使预制金属薄板相互连接。
优选这样一个能量吸收件的特殊实施形式，其中连接肋在不连续固定点上并尤其是在榫舌、孔上或在金属薄板边缘上通过围塑部与金属薄板相连。
由此一来，提高了能量吸收件在能量吸收方向的横向上的机械稳定性。
尤其最好是通过这些金属薄板的波浪状、梯形或锯齿形成形部形成这些金属薄板的弯曲点。
在一个优选形式中，如此提高能量吸收件的横向稳定性，即这些连接肋可以连接金属薄板的对置弯曲点。
尤其优选这样的能量吸收件，其中连接肋分别使在金属薄板内的相对凹槽或凸起相互连接。在这种情况下，这些金属薄板彼此这样相对安放，即一个板上的凹槽位于另一个板上的凹槽的对面。
能量吸收件的另一个优选变型方案的特征是，这些连接肋在连接这些金属薄板之处有附加的连接底条。
为简化安装，在另一个优选实施例中，能量吸收件的一端与一底板相连。该底板例如沿x方向的横向不止并具有用于安装在汽车部件上的孔。
本发明的另一个主题是汽车保险杠系统，它有至少一个如本发明所述的能量吸收件。
优选这样的汽车保险杠系统，即保险杠系统包括至少一个横梁和至少各一个与横梁两端之一相连的能量吸收件。
在保险杠系统的一个优选实施方式中，该横梁可卸下地被横向固定到能量吸收件上。
尤其是借助凸缘连接来实现能量吸收件的固定，所述凸缘在横梁上具有长孔，这些长孔的主方向位于x方向上即能量吸收件吸收力的方向上。
能量吸收件包括两个对置的金属薄板，所述金属薄板有许多理论弯曲点，这些弯曲点能够在纵向(x方向)上折叠这些金属薄板。这些金属薄板可以如上所述地被构造成波浪状、梯形或锯齿形。
尤其是由热塑塑料或热固塑料制成的连接肋形成了在相对金属薄板之间的连接。塑料连接肋与金属薄板的连接是按照形状配合连接方式实现的。在这种情况下，连接肋在不连续固定点上且尤其是在榫舌、孔上或在金属薄板边缘上通过围塑部与这些金属薄板相连。
这些连接肋的结构特征尤其在于，每条连接肋分别连接金属薄板内的相应凹槽或凸起。为了附加支撑及使能量吸收件更稳定，塑料连接肋可以有附加的连接底条。这些连接底条，在金属薄板与塑料连接肋之间形成刚性传力连接。
能量吸收件的这些对置薄板可以被固定(焊接)在一个底板上。该底板用来把能量吸收件连接到位于其后(在汽车中，它例如是纵梁)的一个构件上。
最好是刚性传力和/或形状配合地如此使保险杠系统的两个主要部件即能量吸收件和横梁相互连接，即这种连接可多次松开并又形成。这种特殊连接方式借助螺钉及在横梁的一个凸缘内的长孔来实现，从而允在x方向上对横梁进行尺寸调整。例如，通过在能量吸收件底板内的过大孔来实现在y、z方向上的调整。
由于横梁及能量吸收件的新颖布置，不需要附加部件就可以在所有三个空间方向上把该装置定位在汽车上，因而，它是一个成本很有利的系统。
通过已研制出的能量传输及吸收装置，与现有技术相比，获得了的显著优势。
能量吸收效率因折叠凹弯过程能够目的明确地施加影响而非常高。与其中例如只能很弱地控制所形成的折印的数量和尺寸的现有的金属防装箱相比，本发明的能量吸收件结构允许精确限定折印数量。因此，能量吸收或力变形特性有非常好的重复性。也可以通过分配波浪结构来渐进和/或递减地调整力变形特性，这对是无法通过传统部件实现的。由于它与金属薄板的连接，塑料规定了金属变形方式。通过塑料注塑过程，节省成本并简单地实现了能量吸收件的制造和进而薄板与塑料的连接。省掉了单个部件的附加安装。在注塑作业的范围内，其它部件也可以被组合到保险杠系统中。因此，这些部件也几乎间接地被尺寸准确地定位或固定。
例如如此实现塑料-金属连接(也称混合技术)，即金属构件被放在一个塑料注塑模中，塑料熔体被注入闭合模中。通过喷漆、磷化、电镀等，可以使板件防腐。作为塑料，特别适合的是热塑塑料如PA6、PA66、PBT或PA6GF、PA66GF、PBTGF等或其它塑料如热固塑料。由于通过塑料注塑法来制造装置，所以在生产时可获得很高的重复性。
能量吸收件与横梁的连接允许在x方向上调节装置，并且通过能量吸收件的底板，也能进行y、z方向的调整。在传统系统中，只能借助附加件实现在所有三个空间方向上的可变调节。
因为在当今轿车内的结构空间非常有限，所以在传统系统中，只有在纵梁凸缘与横梁之间的空间被用于能量吸收装置。本发明能量吸收件的特殊的横向布置提供了附加的能量转换位移，因为横梁深度(x向尺寸)也可被用于能量转换。
附图说明
下面通过例子并结合附图来详细地说明本发明，但这些例子不是对本发明的限制。
图1是一个保险杠系统的透视图。
图2是本发明的能量吸收件的横截面图。
图3a、3b示出了肋与金属薄板的连接结构的不同形式。
图4a、4b示出了一个简单的能量吸收件的变形特性。
图5示出了一个简单的能量吸收件(2)的力变形特性曲线(有限元计算结果)。
具体实施方式例1
图1示出了保险杠系统的透视图。保险杠系统包括一个横梁1、两个与横梁1两端相连的能量吸收件2、2’。每个能量吸收件2、2’包括两个相对设置的并有许多理论弯曲点11的金属薄板7、8。金属薄板7、8成锯齿形状。上述弯曲点11使得能量吸收件2、2’的结构在超过某个临界负荷后能在纵向(x方向)上完全按规定地折叠。位于横梁1两端上有具有长孔4的成形凸缘3。在那里，如此拧上两个能量吸收件2、2’，即横梁1可以理想地位于x方向上。因此，可以不用附加定垫板就弥补了汽车纵向上的尺寸差。例2
图2示出了一个能量吸收件2的纵截面。连接肋9由热塑塑料(玻璃纤维加强聚酰胺6)组成并形成与对置金属薄板7与8的连接。塑料肋9与金属薄板7或8的连接以形状配合连接方式实现。在这种情况下，肋9尤其在金属薄板7、8中的不连续固定点10处与金属薄板7、8相连。这些金属薄板在所需的固定点10上具有孔16。因为在注塑过程中一次形成所有能量吸收件2和2’，所以塑料熔体可以穿过金属薄板7和8的孔16并在塑料肋9与金属薄板7、8之间产生钮扣或铆钉状连接。能量吸收件2的对置金属薄板7、8通过焊接被固定到一个底板6上。底板6有固定孔4具有固定孔4并用来把能量吸收件2连接到一个位于其后(在汽车中，它例如是纵梁)的构件上。
在图3a中，可以看到把塑料肋9连接到金属薄板7或8上的不同方法。在所示金属型材7的上边缘上有薄板7的一个横截面成圆形的围塑部14，而在金属薄板底部上有一个被塑料熔体填满的压铸穿透部。压铸穿透部10可以与铆接头相似。图3b的下图示出了在金属薄板7、8上通过所谓的连接底条15支撑塑料肋9的可行方式。
图4a、4b原则上示出了一个经受高纵向力的能量吸收件2的特征。能量吸收件2被按照由波浪结构预定的方式折叠，并且即便在形状非常简单的情况下，它也几乎理想地吸收输入能量。图5示出了所属的力位移曲线。力在非常短的时间内上升到最高水平。在能量吸收件进一步变形时，力变化曲线几乎平均保持不变。该力变形特征曲线非常接近理想的能量吸收件的力变形特征曲线。

Claims (12)

1、能量吸收件，它包括至少两个对置的金属薄板(7，8)，金属薄板(7，8)具有许多能够在纵向(x方向)上使金属薄板(7，8)折叠的理论弯曲点(11)以及尤其是由热塑塑料或热固塑料构成的并使对置金属薄板(7，8)相互连接的连接肋(9)。
2、如权利要求1所述的能量吸收件，其特征在于，连接肋(9)由热塑材料且尤其是聚酰胺、聚丙烯、聚酯组成。
3、如权利要求1或2所述的能量吸收件，其特征在于，连接肋(9)在不连续固定点(10)且尤其是榫舌、孔(16)处或在金属薄板(7，8)的边缘处通过围塑部(14)与金属薄板(7，8)相连。
4、如权利要求1-3之一所述的能量吸收件，其特征在于，所述理论弯曲点由金属薄板(7，8)的波浪状、梯形或锯齿形成形部构成。
5、如权利要求1-4之一所述的能量吸收件，其特征在于，连接肋(9)使金属薄板的对置弯曲点(11)相互连接。
6、如权利要求5所述的能量吸收件，其特征在于，连接肋(9)分别使金属薄板(7，8)内的对置凹槽(12)或凸起(13)相互连接。
7、如权利要求1-6之一所述的能量吸收件，其特征在于，连接肋(9)在与金属薄板(7，8)相连之处具有附加的连接底条(14)。
8、如权利要求1-7之一所述的能量吸收件，其特征在于，在能量吸收件(2)的一端上设有一个底板(6)。
9、汽车保险杠系统，它有至少一个如权利要求1-7之一所述的能量吸收件。
10、如权利要求9所述的汽车保险杠系统，其特征在于，该保险杠系统包括至少一个横梁(1)和至少各一个与横梁(1)两端之一相连的能量吸收件。
11、如权利要求9或10所述的汽车保险杠系统，其特征在于，横梁(1)可卸下地被横着固定在能量吸收件(2，2’)上。
12、如权利要求11所述的汽车保险杠系统，其特征在于，借助凸缘连接来进行能量吸收件(2，2’)的固定，其中所述凸缘在横梁(1)上具有主方向位于x方向上加长孔(4)。
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