CN1918019A - 车辆的冲击吸收装置 - Google Patents

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Abstract

一种车辆用的冲击吸收装置，它包括一筒形本体，该本体具有诸台阶形部分且这些部分的直径沿轴向逐渐地变化。诸台阶形部分(3)围绕筒形本体的轴线(4)呈螺旋形地形成，以使车辆撞击中的冲击能量可充分地被吸收。

Description

车辆的冲击吸收装置
技术领域
本发明涉及一种车辆碰撞时用来吸收冲击能的装置。
背景技术
为了在车辆发生碰撞时缓冲对车上乘客的冲击，已知有一种技术，据此技术，一冲击吸收装置(碰撞盒)放置在一缓冲器加强件和车身骨架(一侧部构件)之间，并使冲击能转换为变形能，根据其塑性变形以便吸收能量。作为冲击吸收装置的一实例，第一冲击吸收装置包括一圆柱体，在其外圆周面内一体地形成一些槽，而第二冲击吸收装置包括一具有矩形截面的中空管，在其中形成多个轮缘，第一冲击装置和第二冲击装置被揭示在专利文献1中。
作为冲击吸收装置的另一实例，第三冲击吸收装置揭示在专利文献2中，其中，多个直径不同的筒形能量吸收器与其间的环形台阶部分相连接，以形成一沿轴向呈锥形的台阶形状，而沿轴向延伸的轮缘形成在最小直径的能量吸收器中。
专利文献1：JP-A-2-175452
专利文献2：JP-A-8-198039
发明内容
本发明要解决的问题
一超越冲击吸收特性的冲击吸收装置所需要的特征是，在一如图6所示的、载荷相对于位移的特性曲线中的一曲线，即，载荷响应于初始位移而不超过车身骨架的弹性极限应力F0(在车身骨架变形之前能使冲击吸收装置变形)的载荷陡升的一曲线，以及相对于其后任何位移增加而保持一重载的曲线，即将图6中阴影部分的面积增加到可能的最大值，由此增加所吸收的冲击能量。
然而，在上述专利文献1中揭示的第一冲击吸收装置中，当施加一冲击载荷时，即使该装置能吸收一由如图6(I)所代表的初始位移(开始位移)引起的一重载，也涉及到一问题，即，当曲线急陡地下降而压缩阴影部分的面积时，此后它变得不能足够地吸收冲击能。或者，在上述专利文献1中揭示的第二冲击吸收装置和在上述专利文献2中揭示的第三冲击吸收装置中，当它们包括不连续的轮缘或多个环形的台阶部分时，塑性变形间断地进而给出急陡地上和下的一波浪形曲线以及如图6(II)所代表的一向右不断增大地上升的曲线，该曲线可超过F0，因此，车身骨架可在冲击吸收装置发生变形之前先变形。
因此，本发明旨在提供一解决上述问题的车辆冲击吸收装置。
解决问题的措施
为了解决上述问题，根据本发明的一车辆的冲击吸收装置包括一筒形本体，它具有呈台阶形的诸部分，且这些部分的直径沿轴向逐渐地变化，其特点在于呈台阶形的诸部分围绕筒形本体的轴线螺旋形地形成。
采用该结构，冲击吸收装置包括一筒形本体，本体的直径沿轴向逐渐地变化，由于形成在该冲击吸收装置上的诸台阶形部分是围绕筒形本体的轴线螺旋形地形成的，所以，局部塑性变形(弯曲)是从筒形本体的小直径侧到大直径侧逐渐而连续地以一螺旋形形式变形的，由此，致使相对于位移的载荷曲线成为稳定、容成波浪形，因此，可提供一超过冲击能吸收特性的车辆冲击吸收装置。
还根据本发明，台阶形的诸部分也可构造成一具有相对于轴线的一倾角的连续面。
采用该结构，由于台阶形诸部分被构造为一具有相对于筒形本体的轴线一倾角的连续面，即，形成为一锥形，所以，可提供一冲击吸收装置，其中，全部的螺旋形台阶形部分不立即经受塑性变形，且其超过冲击能吸收特性并使台阶形诸部分迅速地成形。
此外，根据本发明，包含轴线的诸台阶形部分的截面形状可形成为一折叠的U形。
采用上述的结构，能提供一性能等于或甚至超过上述冲击能吸收特性的车辆用的冲击吸收装置。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的冲击吸收装置的立体图。
图2是沿图1中线A-A截取的截面图。
图3是属于本发明另一实施例的匹配一沿图1中线A-A截取的截面的一截面。
图4是属于本发明另一实施例的、匹配于一沿图1中线A-A截取的截面的一截面。
图5是根据本发明另一实施例的冲击吸收装置的立体图。
图6是示出包括图1中实施例的冲击吸收装置的试验结果的特征曲线图。
图7是示出图1的冲击吸收装置中一初始变形图像的示意图。
图8是示出图7变形的进一步过程的一图像的示意图。
图9是示出图8变形的进一步过程的一图像的示意图。
图10是示出装配图1和图2所示冲击吸收装置的一实例的外形图。
图11是示出装配图1和图2所示冲击吸收装置的另一实例的外形图。
具体实施方式
现将参照图1至图11所示的本发明的实施例来描述实施本发明的最佳方式。
图1示出一冲击吸收装置的立体图，该装置是根据本发明的一个实施例；图2是沿图1中的线A-A截取的一纵向截面图；图3和图4是显示不同于图1实施例的另一实施例的、沿线A-A的匹配截面；图5是根据本发明的另一实施例的一冲击吸收装置的立体图；图6是示出冲击吸收装置的试验结果的特性曲线；图7至图9是示出图1的冲击吸收装置内变形图像相对于时间的示意曲线图；图10和图11是示出配装图1的冲击吸收装置的实例的视图。
如图1和图2所示的一冲击吸收装置1是一四边棱锥筒形本体，它包括在同一轴线上连贯的一小直径部分2a、一中间直径部分2b以及一大直径部分2c，它们的直径(如果沿相对于轴线4的正交面5切割，则为宽度)沿轴线4的方向逐渐地变化，且在此筒形本体中形成有多个螺旋形台阶部分3，这些部分由围绕筒形本体的轴线4的一单个连续的螺纹面组成。顺便提及的是，诸台阶部分3的螺旋节距(spiralpitch)和螺纹数量可按要求选择。
而且，如图2所示，诸台阶形部分3形成在一具有相对于筒形本体的轴线4的倾角θ的连续倾斜面6上，即形成在一锥形形状内。诸台阶形部分3的倾角θ、高度H以及宽度W可按要求进行选择，且不仅沿图1的线A-A的纵向截面而且沿包含轴线4的任何纵向截面观看，各个倾角θ、高度H和宽度W均为恒等的。或者，倾角θ、高度H和宽度W可以从图1所示的台阶形部分3的一端部分7到另一端部分8连续地增加或减小。
尽管所示实施例中的冲击吸收装置1呈四边棱锥筒形体，但它可以是具有不同数量角度的一棱锥形状，或形成为如图5所示的一圆锥形状(将在下面进行描述)，一卵形锥或一椭圆锥。还可以是这样的筒形本体，其形状从一棱锥形逐渐地变化到一大致的锥形，从筒形本体的一端部部分变化到另一端部部分。
作为冲击吸收装置1的材料，例如，日本工业标准(JIS)的SPH270C或STKM11A，为减轻重量可采用高拉伸钢或铝材。板厚度例如可以是2mm。
冲击吸收装置1的各种制造方法中包括例如一种方法，在该方法中，在用已知的旋转工艺或压力成形工艺将一金属管形成为一锥形的筒形本体之后，用一冲头和一模具沿轴向加压该筒形本体；还有一种方法，其中，在用一冲头和一模具将一金属管的直径延伸为一锥形之后，用另一冲头和一模具沿轴向加压该筒形本体；还有另一种方法，其中，将外部形状切割成冲击吸收装置的展开的平面形材料卷弯，并用焊接或其它方法连接起来。除了这些制造方法之外，也可用液压隆起成形方法进行制造(液压成形)。
如图3所示，台阶形部分3的另一实施例可形成为造成一台阶形部分13的截面形状，该截面包含一轴线14并正交地横向于轴线14。台阶形部分13的高度H可按要求进行选择，不仅沿图1的线A-A的纵向截面而且沿包含轴线14的任何纵向截面观察高度H均是恒等的。或者，高度H可以从台阶形部分13的一端部分(对应于图1的一端部分7)到另一端部分(对应于图1的另一端部分8)连续地增加或减小。该实施例能使台阶形部分13更加可靠地发生塑性变形(弯曲)。
再者，还如台阶形部分3的另一实施例那样，台阶形部分23的、包含一轴线24的截面形状可以形成为如图4所示的一折叠的U形。台阶形部分23的高度和台阶形部分23的宽度W可按要求进行选择，不仅沿图1的线A-A的纵向截面而且沿包含轴线24的任何纵向截面观察台阶形部分23的形状均是恒定的。或者，台阶形部分23的高度H和台阶形部分23的宽度W可以从台阶形部分23的一端部分(对应于图1的一端部分7)到另一端部分(对应于图1的另一端部分8)连续地增加或减小。该实施例能使台阶形部分23更加可靠地发生塑性变形(弯曲)。
顺便提及的是，作为台阶形3的还有另一实施例(但未示出)，冲击吸收装置(筒形本体)的一向内突出的螺旋形凹陷槽，或一向外隆起的螺旋形凸出的螺纹可形成而构成台阶形部分。凹陷槽和凸出螺纹的形状没有特别方式予以限制。
作为根据本发明的冲击吸收装置1的另一实施例，也可使用具有设置有一圆锥的筒形本体的结构的冲击吸收装置，该筒形本体具有在同一轴线上连贯的一小直径部分32a、一中间直径的部分32b和一大直径部分32c，它们的直径(当沿相对于轴线34的一正交面切割时则为宽度)沿如图5所示的轴线34的方向逐渐地变化。在此筒形本体中，形成有螺旋形的台阶形部分33，它由围绕筒形本体的轴线34的一单个连续的螺纹面组成。台阶形部分33的螺纹节距和螺纹数量可按要求选择。或者，台阶形部分33的高度H和台阶形部分33的宽度W可以从台阶形部分33的一端部分37到另一端部分38连续地增加或减小。在该实施例中，由于筒形本体具有一圆锥形状，所以，台阶形部分33构成一光滑连续的同心螺旋形，其结果，在图6所示的特性曲线图中，曲线的波形或者被消除或者变缓和。
图1所示的冲击吸收装置1的试验(载荷相对于位移的曲线)结果显示在图6(III)中。在变形的起始点处(初始位移)，一重载被吸收而不允许超过车身骨架的弹性极限应力F0，但有些波形出现其后位移连续地加大，一基本上成水平的曲线本身证明了这样一结果，即，获得了一超过冲击能吸收特性的冲击吸收装置。
为何能达到上述特性的原因在于，形成在冲击吸收装置内的台阶形部分的螺旋形包括一筒形本体，其直径围绕筒形本体的轴线沿轴向逐渐地变化，这造成冲击吸收装置逐渐地产生塑性变形，并从筒形本体的小直径侧到大直径侧连续地形成一螺旋形。
顺便提及的是，由于图1所示的冲击吸收装置1是一四边形棱柱，它具有四个边棱部分9，它们比公共部分(面)更加刚性，当边棱部分9变形时曲线或多或少地产生波浪形。在该方面，一如图5所示的圆锥形冲击吸收装置可消除上述的波浪形或缓和该波浪形。
接下来，显示图1冲击吸收装置对于时间的变形的图像的示意图呈现在图7至图9中。如图7所示，当冲击吸收装置1遭受一冲击时，台阶形部分3的一端部分7首先变形(弯曲)，其后，如图8至图9所示，筒形本体从小直径侧到大直径侧逐渐地和连续地呈螺旋形地变形(弯曲)。
图10示出以上图1和图2所示的冲击吸收装置1装配到一车辆而不使用缓冲器加强件的实例的外形。
参照图10，具有上述台阶形部分3’的冲击吸收装置1’的末端用一金属帽50覆盖，它通过焊接其延伸的部分51进行固定，而一突缘52通过焊接固定到装置1’的另一端部分。装配孔53形成在突缘52内。为了装配到车体上，例如用螺栓56和螺母57通过装配孔53将突缘52牢固地固定到一车身骨架54(前侧构件等)的突缘55上。
该实施例具有这样一设计，其中，缓冲器的内部58与帽50的末端直接接触，而不使用下面所呈的诸如图11所示的任何缓冲器的加强件。
帽50的末端形成在一倾斜平面内，其朝外突出的凸出部分59形成在偏离冲击吸收装置1’的轴线4’的一位置。在该凸出部分59和台阶形部分3’的一端部部分7’定位的一侧上，延伸部分51形成在帽50的凸出部分59侧上，而台阶形部分3’的一端部部分7’直接布置在凸出部分59的后面。
当车辆与一前面的物体相撞时，该结构致使帽50的凸出部分59首先撞击其碰撞面58(缓冲器的内侧)，自然，冲击载荷首先作用在台阶形部分3’的一端部部分7’上，其结果，台阶形部分的变形从一端部部分7’开始，促使形成台阶形部分3’的相继变形的连续过程。
图11示出通过变形其末端和使用一缓冲器加强件来装配图1和图2所示冲击吸收装置的一实例。
在图11所示的实施例中，如以上图10中所显示的，使用螺栓66和螺母67，具有台阶形部分3”的冲击吸收装置1”的后端通过一突缘62牢固地装配到车身骨架64的一突缘65上。图11所示的实施例是这样的情形，即，其中使用一缓冲器加强件60，其中，冲击吸收装置1”的末端通过将其延伸部分61焊接到缓冲器加强件60而进行固定。该设计使得缓冲器的内部接触该缓冲器加强件60的外侧面68。
当根据本发明的冲击吸收装置要定位在例如一缓冲器加强件和一车辆车身骨架(侧构件)之间时，它将有效地缓冲作用在乘客上的冲击，以使首先变形的小直径部分2a或32a侧先连接于此后变形的缓冲器加强件和大直径部分2c或32c侧，然后连接于车身骨架，但相反方向的连接也将不会造成特别的问题。
至此描述的本发明可广泛地应用于车辆的冲击吸收装置，并适用于机动车的推进轴。

Claims (3)

1.一种车辆用的冲击吸收装置，它包括一筒形本体，该本体具有诸台阶形部分，而且这些台阶形部分的直径沿轴向逐渐地变化，其中，诸所述台阶形部分围绕所述筒形本体的轴线呈螺旋形地形成。
2.如权利要求1所述的车辆用的冲击吸收装置，其特征在于，诸所述台阶形部分被构造成一具有相对于所述轴线的一倾角的连续面。
3.如权利要求1所述的车辆用的冲击吸收装置，其特征在于，包含所述轴线的所述台阶形部分的截面形状形成为一折叠的U形。
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