CN205819337U - 加强构件和车辆 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种用于机动车辆的加强构件，该加强构件包括十六角横截面，该十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角；其中，每个内角介于90°和145°之间的范围；并且其中，每个外角介于95°和175°之间的范围。本实用新型还提供了另一种加强构件和一种车辆。本实用新型的目的在于提供一种加强构件，以至少地实现在最小化加强构件的单位长度质量的同时最大化冲击能量吸收和抗弯强度。

Description

加强构件和车辆
技术领域
本公开通常涉及用于车身或其它结构的加强构件。本公开更具体地涉及具有十六角横截面的加强构件以及包括具有十六角横截面的加强构件的机动车辆。
背景技术
人们希望车辆加强构件在最小化加强构件的单位长度质量的同时，可以最大化冲击能量吸收和抗弯强度。例如，通过确保加强构件在遭受沿纵向轴线的冲击时能沿加强构件的此纵向轴线充分压缩，可最大化冲击能量吸收。此纵向压缩可称为加强构件的稳定轴向压碎。
当诸如车辆的前纵梁或发动机室内的其它加强构件受到正面冲击荷载而产生的力向加强构件施加压缩力时，加强构件可在纵向方向压碎以吸收碰撞能量。另外，当诸如车辆的前侧梁、B柱或其它加强构件受到侧面冲击荷载而产生的力向加强构件施加弯曲力时，加强构件可弯曲以吸收碰撞能量。
传统的加强构件依靠增加边和/或拐角部分的厚度和硬度来提高压碎强度。然而，这种增加的厚度和硬度会增加加强构件的重量，并降低制造可行性。人们可能希望提供一种加强组件，该加强组件经构造以在最小化构件的单位长度质量的同时获得与加厚边和/或拐角所提供的相同或类似的强度增加，并且保持高制造可行性。
人们可能还希望提供一种加强构件，当诸如正面和侧面冲击力等力施加到该加强构件上时，该加强构件可获得增加的能量吸收和更稳定的轴向塌陷，同时还保存质量以降低车重并满足排放要求。此外，人们可能希望提供一种加强构件，该加强构件可在弯曲力施加到其上时获得提高的能量吸收和弯曲。此外，人们可能希望提供一种加强构件，该加强构件由于其 拐角上的加工硬化而拥有提高的噪声振动不平顺性性能。此外，人们可能希望提供一种可调加强构件横截面，其经构造以在同样允许满足各种车辆应用的设计灵活性的同时获得超过基本多边形设计的强度增加(即，承载和吸能)。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种加强构件，以至少地实现在最小化加强构件的单位长度质量的同时最大化冲击能量吸收和抗弯强度。
根据本公开的各种示例性实施例，提供一种用于机动车辆的加强构件。该加强构件具有十六角横截面，其中，该十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角。每个内角在约90°和约145°之间的范围内。每个外角在约95°和约175°之间的范围内。
根据本实用新型的一个方面，提供一种用于机动车辆的加强构件，该加强构件包括十六角横截面，十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角；其中，每个内角介于90°和145°之间的范围；并且其中，每个外角介于95°和175°之间的范围。
根据本实用新型的一个实施例，八个内角中的每个内角相等。
根据本实用新型的一个实施例，八个外角中的每个外角相等。
根据本实用新型的一个实施例，至少一个内角为直角。
根据本实用新型的一个实施例，每个内角都为直角。
根据本实用新型的一个实施例，该加强构件进一步包括至少一个凹陷部分。
根据本实用新型的一个实施例，至少一个凹陷部分由加强构件的两个内角和两个外角限定。
根据本实用新型的一个实施例，限定凹陷部分的两个外角彼此邻近。
根据本实用新型的一个实施例，限定凹陷部分的两个外角相等。
根据本实用新型的一个实施例，两个内角均大于90度。
根据本实用新型的一个实施例，至少一个凹陷部分由加强构件的三条 边限定。
根据本实用新型的一个实施例，限定至少一个凹陷部分的加强构件的三条边具有相同的长度。
根据本实用新型的一个实施例，限定至少一个凹陷部分的加强构件的三条边中的两条边具有相同的长度，并且三条边中的另一条边具有不同的长度。
根据本实用新型的一个实施例，十六角横截面的拐角具有与十六角横截面的边相同的厚度。
根据本实用新型的一个实施例，该加强构件进一步包括四个凹陷区域，其中，每个凹陷区域沿加强构件的长度从加强构件的第一端部延伸至加强构件的第二端部。
根据本公开的另一方面，一种用于机动车辆的加强构件包括横截面，该横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角。此加强构件具有纵向轴线，并且此加强构件沿该纵向轴线锥化。
根据本实用新型的另一方面，提供一种用于机动车辆的加强构件，该加强构件包括：包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角的横截面；以及纵向轴线，其中加强构件沿纵向轴线锥化。
根据本实用新型的一个实施例，每个内角邻近另一个内角和外角。
根据本实用新型的一个实施例，横截面具有两个以上对称的二等分面。
根据本实用新型的一个实施例，横截面具有四个对称的二等分面。
根据本实用新型的一个实施例，横截面的至少一个内角沿加强构件的长度的至少一部分变化。
根据本实用新型的一个实施例，加强构件的至少一个边的厚度沿加强构件的长度的至少一部分变化。
根据本公开的另一方面，一种车辆包括加强构件。此加强构件包括十六角横截面，其中，该十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角拐角和八个外角拐角的边和拐角。
根据本实用新型的又一方面，提供一种车辆，该车辆包括：包括十六角横截面的加强构件，十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内 角拐角和八个外角拐角的边和拐角。
根据本实用新型的一个实施例，加强构件是从包括下列各项的组中选出的至少一个车辆结构构件或在至少一个车辆结构构件内：
粉碎罐、前喇叭、前纵梁、前边梁、后边梁、后纵梁、车架横梁、枪型结构、铰链柱、A柱、B柱、C柱、门梁、横向车梁、前顶盖、后顶盖、前围上盖板、车顶纵梁、横向顶梁、纵向顶梁、车身横梁、后围板横梁、门槛、车底横梁以及发动机舱横梁。
本实用新型的有益效果在于，本实用新型的加强构件能够实现在最小化加强构件的单位长度质量的同时最大化冲击能量吸收和抗弯强度。
附加的目的和优势将部分列于下面的说明部分，并且部分将从说明书中明显可见，或者可通过实施本教示了解到。本公开的目的和优势可通过附录权利要求书中明确指出的元件和结合来实现或获得。
应了解的是，以上的一般说明和下面的详细说明均仅为示例性和说明性质，其不限制权利要求标的。并入并组成本说明书的部分的附图示出本公开的示例性实施例，并与说明一起用来解释本教示的原理。
附图说明
根据下面与教示一致的示例性实施例的详细描述，本教示的至少一些特征和优势将会显而易见，并且其描述应参考附图考虑，其中：
图1示出加强构件的十六角横截面的示例性实施例，其中，根据本教示，加强构件具有八个内角和八个外角；
图2A至图2B示出加强构件的第一示例性实施例的俯视和透视图，其中，加强构件具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面，如图1所示；
图3A至图3B示出加强构件的第二示例性实施例的俯视和透视图，其中，根据本教示，加强构件具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面；
图4A至图4B示出加强构件的第三示例性实施例的俯视和透视图，其中，根据本教示，加强构件具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面；
图5A至图5B示出加强构件的第四示例性实施例的俯视和透视图，其中，根据本教示，加强构件具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面；
图6A至图6B示出加强构件的第五示例性实施例的俯视和透视图，其中，根据本教示，加强构件具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面；
图7示出具有大体相等的厚度、大体相等的纵向长度、以及沿垂直定向的横向轴具有大体相等长度的横截面尺寸的各种横截面的加强构件；
图8示出图7所示的加强构件的示例性准静态轴向塌陷；
图9示出图7所示的加强构件的示例性动态压碎；
图10为对于图7所示的示例性加强构件的动态压碎力和相关的压碎距离的图表；
图11为对于图7所示的示例性加强构件的动态轴向压碎能量和相关的轴向压碎距离的图表；
图12示出不同截面形状的十六角加强构件，其中，每个横截面具有带有基本上相同厚度、基本上相同厚度的边，以及沿垂直定向的横向轴带有基本上相同长度的横截面尺寸；
图13示出图12所示的加强构件的示例性准静态轴向塌陷；
图14示出图12所示的加强构件的示例性动态压碎；
图15为对于具有图12所示的横截面的示例性加强构件的动态压碎力和相关的轴向压碎距离的图表；
图16为对于具有图12所示的横截面的示例性加强构件的动态轴向压碎能量和相关的轴向压碎距离的图表；
图17示出具有多个部件的车架的示例性实施例，其中，具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面的加强构件可用于该部件；以及
图18示出具有多个部件的车辆上车身的示例性实施例，其中，具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面的加强构件可用于该部件。
虽然下面的详细描述参考示例性示例实施例，但是对于本领域的技术人员来说，其显然可拥有很多替代、修改和变形。因此，权利要求的标的意欲被广泛视之。
具体实施方式
现在将详细地参照各种示例性实施例，其实例在附图中示出。此各种 实施例并不意欲限制本公开。与此相反，本公开意欲涵盖示例性实施例的所有替代、修改和等价物。在附图和说明中，相似的元件拥有相似的附图标号。应注意的是，说明中单独解释的特征可以任何技术变通方式相互结合，并披露本公开的附加实施例。
本教示设想带有十六角横截面的加强构件，其中，该十六角横截面的所有边和拐角在没有像传统加强构件那样增加角内厚度的情况下，具有实质增强的刚度。所公开的加强构件的设计部分基于，诸如，各种可调参数，其可经配置以在允许满足各种车辆应用的设计灵活性的同时，获得超过基本多边形设计(诸如，具有较少或相等数量的边的多边形加强构件横截面)的强度增加(即，承载和吸能)。
根据本教示，本文所公开的加强构件的形状响应轴向施加的压碎力为加强构件提供稳定的折叠、缩短的压碎距离和增加的能量吸收。此形状也提高了加强构件的排水能力，并且允许其与其它车辆组件更加定制化配合。
当加强构件受到诸如正面和侧面冲击力等力时，根据本教示的加强构件可实现增加的能量吸收和更稳定的轴向塌陷。此外，根据本教示的加强构件的边长和构造、和/或内角和外角的角度能够在最小化构件的单位长度质量的同时实现与加厚拐角相似(如果不是更大的话)的强度增加并且保持高制造可行性，因为该构件可以采用冲压、弯曲、压制、液压成型、模塑、铸造、挤压、均匀或非均匀辊轧成型、机械加工、锻造和/或其它已知的制造工艺成型。因此成型的区段可通过锻接、钎焊、焊接、粘接、紧固、压装或其它已知的连接技术连接。
根据本教示的加强构件可包括，诸如，传统钢、先进高强度钢(AHSS)、超高强度钢(UHSS)、新/下一代高强度钢(NGHSS)、钛合金、铝合金、镁合金、尼龙、塑料、复合材料、杂化材料或其它任何合适的材料。本领域的普通技术人员将了解，例如，加强构件使用的材料可至少部分基于预期用途、强度/重量考虑、成本、包装空间和/或其它设计因素来选择。
根据本教示的加强构件100的十六角横截面的示例性实施例在图1中例示。加强构件100具有十六条边。加强构件100的例示的横截面包括具有长度S1-S16和厚度T1-T16的十六条边、具有角度Vi1-Vi8的八个内角、和 具有角度Ve1-Ve8的八个外角。
此十六边横截面的周长大体上形成包含多个内角和外角的多边形。如本文所述以及图1所示，该多边形可由交替的内角和外角形成，并且具体地，可由交替的两个连续内拐角/角和两个连续外拐角/角组成。这种在两个连续内拐角/角和两个连续外拐角/角之间交替(即，交替的两—内—两—外构造)的重复构型导致具有多达四个对称的二等分面的横截面。在轴向和对称荷载条件下，包括本教示的各种实施例在内的带有对称、多边形横截面的加强构件可具有比那些具有相等拐角数和边数的非对称、多边形横截面的加强构件更好的承载能力和吸能能力。此外，包括本教示的各种实施例在内的带有超过两个对称的二等分面(诸如，三个对称的二等分面、或四个或更多对称的二等分面)的对称、多边形横截面的加强构件可具有比那些具有两个或更少对称的二等分面以及相等数量的拐角和边的非对称、多边形横截面的加强构件更好的承载能力和吸能能力。然而，本领域的技术人员将了解，使用非对称横截面可提供其它益处，其所带来的优势无法使用对称横截面实现。本公开设想，根据本教示，十六边、十六角的横截面可为对称的或非对称的。
根据加强构件的具体应用和/或所需特征，十六边、十六角加强构件的边长和边厚以及加强构件的内外拐角角度可以改变(即，可调)，以获得与传统加强构件横截面相比增加的强度和其它性能特征(诸如，折叠构型的稳定性)。通过改变十六边、十六角加强构件的这些特征可避免对增加的边和/或拐角厚度的需要。根据本教示的各种示例性实施例，边长S1-S16和边厚T1-T16以及拐角角度的内角度Vi1-Vi8和外角度Ve1-Ve8可以在一定程度上改变，如本领域的技术人员将了解，例如根据车辆内的可用封装空间。
此外，在根据本教示的加强构件中，加强构件的每个内拐角角度Vi1-Vi8可在从约90°到约145°的范围内，并且加强构件的每个外拐角角度Ve1-Ve8可在从约95°到约175°的范围内。根据本教示，加强构件的内角Vi1-Vi8可全部大体相等，并且类似地，加强构件的外角度Ve1-Ve8也可全部大体相等。此外，本教示设想实施例中的一个、若干个或所有内角Vi1-Vi8为直角。此外或替代地，本教示设想的实施例中，加强构件的至少一些内角Vi1-Vi8彼 此不同，并且类似地，加强构件的至少一些外角度Ve1-Ve8彼此不同。图1示出的示例性实施例中，所有内角Vi1-Vi8都为大约90°，所有外拐角角度Ve1-Ve8都为大约135°，并且纵横比为1:1。
在本公开的某些示例性实施例中，诸如在汽车应用中，例如，加强构件的每条边长S1-S16可在从约10mm到约250mm的范围内。在其他的示例性实施例中，诸如在飞机、宇宙飞船、船只或建筑应用中，例如，加强构件的每条边长S1-S16可以更大。
在本公开的某些示例性实施例中，诸如在汽车应用中，例如，加强构件的边的厚度T1-T16可在从约0.6mm到约6.0mm的范围内。在其它的示例性实施例中，诸如在飞机、宇宙飞船、船只或建筑应用中，例如，加强构件的边的厚度T1-T16可以更大。在一个示例性实施例中，加强构件的每个边的厚度T1-T16可为大约3.3mm。在另一个示例性实施例中，每个边的厚度T1-T16可为大约2.3mm。在另一个示例性实施例中，每个边的厚度T1-T16可为大约2.2mm。在一些示例性实施例中，边的厚度T1-T16可与每边的拐角的厚度大体相等。在一些示例性实施例中，每个侧壁(诸如，侧壁202A-202P(参见图2A))的厚度T1-T16可关于其他侧壁变化。替代地或同时地，厚度T1-T16可在每个边的长度S1-S16内变化。
图2A至图2B示出加强构件200的第一示例性实施例的俯视和透视图，其中，加强构件200具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面。加强构件200具有十六个拐角204A-H和206A-H以及十六个侧壁202A-202P。其中，拐角中有八个为内角拐角204A-204H，八个为外角拐角206A-206H。加强构件200还具有第一横向轴线208、第二横向轴线210和纵向轴线212。虽然其示出的纵向轴线212大体竖直定位，但是当加强构件200(以及根据本教示的所有其它各种实施例)安装在车内时，加强构件的纵向轴线212可基本上水平地定向。当以这种位置安装时，加强构件200的形状有利于减少或防止水分积聚或沿加强构件的壁部分汇集。例如，某些传统加强构件的壁形成毗邻的90度外角或形成矩形、正方形或U形凹陷或凹入，可能会积聚水分，或允许水分在凹陷处汇集，从而增加了加强构件因生锈、剥落和开裂等(即，加强构件的制造材料因为存在水分可能更易遭受的各种 形式的氧化或其它化学或物理变形)遭弱化的可能性。
与此相反，根据本教示形成的加强构件不包括流体或水分在其中长时间保持的凹陷部分。具体而言，加强构件的壁相对于彼此成角度，以促进落入加强构件的任何凹陷部分的任何水分或流体的排出。例如，如图2A和2B所示，加强构件200包括位于侧壁202A和202C之间的第一凹陷部分214。然而，侧壁202A和202C由倾斜的/成角度的侧壁202B连接，这样撞击或积聚在侧壁202B上的流体将从侧壁202B上流动离开，并朝向侧壁202A或202C的端部流动。相似地，例如，如图2A和2B所示，加强构件200包括位于侧壁202E和202G之间的第二凹陷部分215、位于侧壁202I和202K之间的第三凹陷部分216、以及位于侧壁202M和202O之间的第四凹陷部分217。
图2A至2B的加强构件200还具有沿加强构件200的长度，从加强构件200的第一端部218至第二端部220的等截面。此外，每条边的长度S1-S16与在图2A至2B中所例示的大致相等。还如图所示，每个内角大体相等，并且每个外角大体相等。具体而言，每个内角为大约90°，并且每个外角为大约135°。每个侧壁202A-202P的厚度也大体相等。
图3A至图3B示出加强构件300的替代性的示例性实施例的俯视和透视图，其中，加强构件300具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面。加强构件300与加强构件200在多个方面不同。例如，如图3A和3B所示，加强构件的一个或多个侧壁可关于加强构件的纵向轴线312成角度，以为加强构件300的至少部分形状提供锥度。如图3A至3B所示，加强构件300沿其长度，从加强构件300的第一端部318至加强构件的第二端部320逐渐锥化。加强构件300沿其长度以角度α锥化，其中，角度α可在从约1°到约65°的范围内。每个侧壁的锥化程度可大体相同，或不同的侧壁可表现出不同的锥化程度。由于部件封装限制和/或为了将其它部件有效地连接、安装或以其它方式接合到加强构件上，可能需要锥化。
在图3A至3B所示的示例性实施例中，所有内角Vi为大约90°并且所有外角Ve为大约135°。此外如图3A至3B所示，加强构件300包括凹陷区域314、315、316和317。每个凹陷区域314、315、316和317沿加强 构件300的长度从第一端部318延伸至第二端部320。如图3A至3B所示，所公开的示例性实施例中，每条边的长度S1-S16与沿加强构件300的纵向长度截取的任何截面的其它边近似相等。然而，每条边的长度沿加强构件300的纵向轴线312从第一端部318到第二端部320逐渐地/递增地增加，以提供锥形形状。如上所述，图3A至3B所示实施例为示例性的，因此根据本教示的加强构件的含有八个内角和八个外角的十六角横截面的边长和边厚以及内、外拐角的角度的变化的所有设想实施例未在图中示出，但是基于本文的教示，对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
图4A至图4B示出加强构件400的替代性的示例性实施例的俯视和透视图，其中，加强构件400具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面。和加强构件300类似，加强构件400沿其纵向轴线412，从加强构件的第一端部418到加强构件的第二端部420逐渐锥化。然而，如图4A至图4B所示，加强构件400与加强构件200和300的不同之处在于：沿横向轴线408和410截取的加强构件的横截面的尺寸比不是1:1，更确切地说，纵横比为大约6.5:10.0。图4A至图4B所示的加强构件具有沿第一(较短)横向轴线408的第一长度422和沿第二(较长)横向轴线410的第二长度424，其中，第二横向轴线与第一横向轴线垂直。加强构件的纵横比可限定为[第一长度422]:[第二长度424]。在图4A至图4B所示的示例性实施例中，所有内拐角角度都大致相等，诸如为大约90°。与此相反，并非所有外角都相等。具体而言，如图4A所示，外角Ve1、Ve4、Ve5和Ve8中每个外角都具有诸如约123.5°的第一量度，而外角Ve2、Ve3、Ve6和Ve7具有诸如约145.5°的第二量度。还如图所示，加强构件400的边具有不同的长度。此外，如图4A至图4B所示的示例性实施例的加强构件400包括围绕加强构件的周界间隔开并且沿加强构件400的长度延伸的凹陷区域414、415、416和417，其中，每个凹陷区域414-417从加强构件400的第一端部418延伸至第二端部420。如上所述，图4A至4B所示实施例为示例性的，因此根据本教示的加强构件的含有八个内角和八个外角的十六角横截面的边长和边厚、内拐角和外拐角的角度以及纵横比的变化的所有设想实施例未在图中示出。
图5A至图5B为加强构件500的替代性的示例性实施例的俯视和透视图，其中，加强构件500具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面。在图5A至5B的示例性实施例中，每个内角为大约90°，每个外角为大约135°。如图5A所示，侧壁502B、502F、502J和502N的长度比侧壁502A、502C-E、502G-I、502K-M、502O和502P的长度大。边长上的这种差异提供凹陷区域514、515、516和517，其中，每个凹陷区域沿加强构件500的长度，从加强构件的第一端部518延伸至第二端部520。这些凹陷区域514-517中的每一个具有深度δ514-δ517，其中，相较于图2A至4B所示的加强构件的凹陷区域，该深度有所减小(并且可视为相对较浅)。这种类型的参数调节，即，改变边长来减小凹陷区域514-517的深度，能够进一步提高加强构件500的排水能力。具体而言，凹陷区域的减小的深度与凹陷区域的倾斜壁(底板)的增大的长度的结合共同作用以引导水分离开凹陷区域514-517。
图6A至图6B为加强构件600的替代性的示例性实施例的俯视和透视图，其中，加强构件600具有带有八个内角和八个外角的十六角横截面。图6A和6B所示的加强构件600具有沿加强构件600的纵向轴线612，从加强构件600的第一端部618延伸至第二端部620的等截面。每个侧壁602A-602P的厚度也与其他的侧壁602A-602P相互间大体相等，并且在每个侧壁602A-602P的整个纵向长度上大体相等。然而，并非每个侧壁602A-602P的每条边长S1-S16都相等。例如，如图6A所示，侧壁602A、602C、602E、602G、602I、602K、602M和602O的横截面长度Sj均大体相等，然而其与侧壁602B、602F、602J和602N的横截面长度Sj却有所不同。此外，602B、602F、602J和602N都具有大体相等的横截面长度Sj，然而此横截面长度Sj与602D、602H、602L和602P的横截面长度不同。加强构件600包括八个内角Vi1-Vi8和八个外角Ve1-Ve8。如图6A至6B所示，每个内角为大约105°，每个外角为大约150°。此外，与图5A至5B所示的加强构件500相反，侧壁602B、602F、602J和602N的长度比侧壁602A、602C-E、602G-I、602K-M、602O和602P的长度短。边长上的这种差异提供凹陷区域614-617，其中，每个凹陷区域沿加强构件600的长度，从加强 构件600的第一端部618延伸至第二端部620。这些凹陷区域614-617分别具有深度δ614–δ617，其中，相较于图5A至5B所示的加强构件的凹陷区域，该深度有所增加(可视为相对较深)。然而，凹陷区域614-617的增加的深度可通过改变加强构件横截面的内、外角度来补偿。例如，如图6A至6B所示，将内角增加至大于90度，从而形成凹陷区域614，其中凹陷部分的所有壁在其中倾斜。此构造提高了加强构件的凹陷区域614-617的排水能力。
一般而言，本教示的各种示例性实施例设想，例如，具有带有不同弯曲半径的拐角、具有非均匀截面、具有不对称形状，具有厚度不等的边和/或具有不等锥化边的加强构件。各种附加示例性实施例设想弯曲的和/或弧形的加强构件。另外，为进一步调整构件的折叠构型和/或峰值负载能力，各种附加示例性实施例也设想具有触发孔、凸缘和/或褶积的加强构件，而本领域的普通技术人员对此将有所理解。上述变形的一个或多个的结合也可设想。
如本文所讨论和实施，加强构件的边的长度S1-S16和厚度T1-T16为加强构件的可调参数。边的长度S1-S16和厚度T1-T16可经调节以提供加强构件中所需的特性。例如，在图3A至3B的实施例中，这些参数经调节以提供带有侧壁和拐角的加强构件300，其中，侧壁和拐角沿加强构件300的纵向长度锥化。
如本文所讨论和所述，根据本教示，加强构件的横截面的纵横比为可调参数。加强构件的横截面的纵横比可经调节以提供加强构件中所需的特性。例如，在图4A至4B所示的实施例中，这些参数经调节以提供具有沿垂直定向的横向轴线的两个截面尺寸的加强构件400，其中，该垂直定向的横向轴线在加强构件400的纵向长度上的长度大体不等。
如本文所讨论和实施，根据本教示，横截面的边的长度S1-S16为可调参数。加强构件的边的长度S1-S16可经调节以提供加强构件中所需的特性。例如，在图5A至5B所示的实施例中，此参数经调节以提供带有具有特定深度δ514–δ517的凹陷区域514-517的加强构件500，其中，该特定深度δ 514–δ517沿加强构件500的纵向长度延伸。
如本文所讨论和实施，八个内角Vi1-Vi8和八个外角Ve1-Ve8为加强构件的可调参数。内角Vi1-Vi8和外角Ve1-Ve8可经调整以提供加强构件中所需的特性。例如，在图6A至6B所示的实施例中，这些参数经调整以提供带有具有特定深度δ614–δ617的倾斜凹陷区域614-617的加强构件600，其中，该特定深度δ614–δ617沿加强构件600的纵向长度延伸。
如本文所讨论和实施，多个可调参数包括但不限制于加强构件的边的长度S1-S16和厚度T1-T16、加强构件的横截面的纵横比、拐角的内角Vi1-Vi8和外角Ve1-Ve8、以及凹陷区域的深度δj14-j17—均可在同一加强构件中被调节。这些参数可在同一加强构件中被调节，以提供加强构件中所需的特性。
在图2A至6B所示的实施例中，加强构件可具有整体式结构。如上所述，图2A至6B所示的整体式结构仅为示例性，而且本教示设想诸如两件式结构或甚至三件或更多件式结构的其他结构的加强构件。
为证明根据本教示，具有八个内角和八个外角的十六角横截面的提高的强度和性能特征，实用新型人将各种现有和传统的加强构件横截面设计与基于本文所公开的设计的横截面做了比较。示例性的加强构件被模仿并且进行压碎模拟运行，如以下参考图7至11所示和所述。
具有相同的质量、厚度、纵向长度和沿垂直横向轴线的相同横截面长度的不同形状(即，横截面)的加强构件被模仿，如在图7中所例示。接着，对每个构件进行压碎模拟，以用相同的刚性质量(诸如，撞击器)、冲击速度和初始动能来模拟撞击。
图8示出的横截面构件已经经受了模拟的准静态压碎。在每次准静态压碎期间，冲击速度慢(诸如1英寸/分钟)。撞击器将构件压缩受控制的位移。因此，所有构件使用相同的压碎时间达到相同的压碎距离。因此，使多个加强构件经受准静态压碎可提供加强构件的折叠长度和压碎稳定性上的比较。如图8所示，根据本教示的十六角横截面展示出最稳定的轴向塌陷和最小的折叠长度。
图9示出的横截面构件已经经受了模拟动态压碎。在每次动态压碎期间，撞击器由气枪推进，其中，指定气枪的质量和初始冲击速度以产生指定的初始动能。此初始动能压碎构件。通过测量每个加强构件的压碎距离 和具体能量吸收，可以比较每个加强构件的性能。如图9所示，根据本教示的十六角横截面也展示出最短的压碎距离。
图10示出用于模拟动态压碎的动态压碎力(单位为kN)和相关轴向压碎距离(单位为mm)，其中，模拟动态压碎轴向地施加在具有如图7所示的横截面的示例性加强构件上。如图10所示，和正方形、六边形、圆形、八边形和十二角形横截面相比，具有十六角横截面的加强构件对于给定的产生的压碎距离可承受更高的压碎力。具体而言，根据本教示的十六角横截面与八边形相比，在平均压碎力和/或碰撞能量吸收上获得约65％的提高。
图11示出针对施加在具有如图7所示的横截面的示例性加强构件上的模拟动态压碎的动态轴向压碎能量(单位为kN*mm)和相关的轴向压碎距离(单位为mm)。如图11所示，和正方形、六边形、圆形、八边形横截面相比，具有十六角横截面的加强构件能够在更短的距离吸收总量相同的撞击动能。具体而言，根据本教示的十六角横截面在基本八边形横截面的约60％的轴向压碎距离内吸收全部轴向压碎能量。
为进一步证明根据本教示的十六角横截面与基本十六边横截面设计相比提高的强度和性能特征，将模拟示例性加强构件并且进行压碎模拟运行，如以下参照图12至图16所示和所述。
具有相同的厚度、纵向长度和沿垂直横向轴的相同的横截面长度的不同形状(即，十六边横截面)的加强构件被模拟，如在图12中所示。如上所述，然后对每个构件进行测试以模拟具有相同的刚度质量(诸如，撞击器)、冲击速度和初始动能的准静态塌陷和动态压碎。如图13所示的准静态塌陷，根据本教示的十六角横截面展示出最稳定的轴向塌陷和最小的折叠长度。此外，如图14所示的动态压碎，根据本教示的十六角横截面也展示出最短的压碎距离。
图15示出用于模拟动态压碎的动态压碎力(单位为kN)和相关的轴向压碎距离(单位为mm)，其中，模拟动态压碎轴向地施加在具有如图12所示的横截面的示例性加强构件上。再次如图15所示，具有根据本教示的十六角横截面的加强构件与其它的十六边横截面(即，基本十六边多 边形(十六边形)和十六边波纹多边形)相比，可在给定产生压碎距离内承受更大的压碎力。事实上，根据本教示的十六角横截面与十六边形相比，在平均压碎力和/或碰撞能量吸收上获得了约75％的提高。
图16示出用于模拟动态压碎的轴向压碎力(单位为kN)和相关的轴向压碎距离(单位为mm)，其中，模拟动态压碎施加在具有如图12所示的横截面的示例性加强构件上。再次如图16所示，和其他的十六边横截面相比，具有根据本教示的十六角横截面的加强构件可在更短的压碎距离内吸收总量相等的撞击动能。事实上，根据本教示的十六角横截面在十六边形的约57％的轴向压碎距离内吸收全部轴向压碎能量。
因此，根据本教示的十六角横截面可允许超过，例如，包括基本十六边多边形横截面的基本多边形加强构件横截面的提高的撞击能量管理，同时最小化单位长度质量，为减少车辆重量提供质量削减方案并满足新的CAFE和排放标准。
除了提高的承载和吸能能力之外，根据本教示的加强构件可提供附加的优势或益处，诸如提高的排水能力(如上所述)、增大的弯曲能量吸收能力、提高的制造可行性、以及在一体式装置(例如，车辆)的其他部件之间的形状的更好的配合。
此外，根据本教示的十六角加强构件也可经调节以适应用于在各种车辆中使用的独特的封装要求。凭借至少若干个十六角横梁的横截面的特定形状，将其它设备部件连接、粘合、安装或以其它方式粘接到加强构件上更加容易。其它设备部件可包括但不局限于发动机架或变速器悬置支架。
根据本教示的十六角加强构件设想用作多种环境下的结构构件。例如，在机动车中，本文所公开的加强构件可用作，诸如，一个或多个粉碎罐、前纵梁、中纵梁、后纵梁、边梁、枪型结构、横梁、车顶结构、腰线管、门梁、车柱、内部加强件以及其它可以从增加的碰撞能量吸收或本文所述的其它优势受益的其它部件。此外，本教示既可应用于车架分离型产品也可应用于组合车辆或其他类型的结构。
例如，如图17和18所示，根据本公开，带有八个内角和八个外角的十六角加强构件可用于形成车架和/或车辆上车身的一部分或形成在车架 和/或车辆上车身内。图17示出车架1700的示例性实施例，其中，车架1700具有多个可使用加强构件的部件。例如，根据本实用新型的加强构件可形成或用作前喇叭1702、前纵梁1704、前边梁1706、后边梁1708、后纵梁1710、和/或一个或多个横梁1712的一部分。同样，图18示出车辆上车身1800的示例性实施例，其中，车辆上车身1800具有多个可使用加强构件的部件。例如，根据本公开的加强构件可形成或用作枪型结构1802、铰链柱1804、A柱1806、B柱1808、C柱1810、一个或多个门梁1812、横车梁1814、前顶盖1816、后顶盖1818、前围上盖板(cow top)1820、车顶纵梁1822、横向顶梁1824、纵向顶梁1826、一个或多个车身横梁1828、和/或车身横梁1830的一部分。
此外，根据本公开的加强构件可用作或形成车底部件的一部分，诸如，作为门槛和/或一个或多个车底横梁。此外，根据本公开的加强构件也可用作或形成车辆发动机室部件的一部分，诸如，作为一个或多个发动机室横梁。
本教示的实施例取决于应用会有不同的形状(即，各种横截面)以适应特定构件空间限制。例如，当用作车辆前纵梁时，为获得优化的轴向压碎性能，边的长度和厚度和/或拐角的角度均可调整(调节)以提供优化的强度、尺寸和形状，从而满足发动机室约束条件。
虽然本文所述的各种示例性实施例均被描述为经构造与自动车辆一起使用，但是要设想的是，根据本教示的各种加强构件可经构造与其它种类的交通工具(诸如飞机、宇宙飞船和船只)和/或结构一起使用，因为其提供所需的增加的碰撞能量吸收。因此，具有本公开效益的本领域的普通技术人员将了解，本教示为各种应用提供加强构件。鉴于本描述，对于本领域的技术人员来说，本教示的各个方面显然可进行进一步的修改，并具有替代实施例。
应了解的是，本文陈述的具体实例和实施例为非限制性，其可在不脱离本教示的范围的情况下对结构、尺寸、材料和方法作出修改。
为了本说明书和附录权利要求书，除非另有指示，否则所有表达数量、百分比或比例的数字、以及本说明书和权利要求书中使用的其它数值在所 有实例中均应理解为由术语“大约”修饰。因此，除非另有说明，否则书面说明和权利要求书中陈述的数值参数均为近似值，其可根据使用本实用新型想要获得的性质而改变。至少地，每个数值参数并非试图将等价物教义的应用限制于权利要求书范围，其应至少根据报告的有效数字，并通过运用普通的舍入法来理解。
虽然给出本教示广阔范围的数值范围和参数为近似值，但是特定实例中给出的数值报告尽可能准确。然而，任何数值都固有地包含某些由分别测试测量中出现的标准偏差必然导致的某些误差。甚者，本文所公开的所有范围都应理解为包含位于其内的所有子范围。
要注意的是，如本说明书和附录权利要求书中使用的单数形式“一”、“一种”和“所述”包括多个所指对象，除非明确且清楚地限制为一个所指对象。如本文所用的术语“包括”及其语法变形均意欲为非限制性，因此引用列表中的物品并非排除其它可用来替代或添加到列表上的类似物品。
对本领域的技术人员来说，本公开的设备和方法显然可在不脱离本教示的范围的情况下，做出各种修改和变形。鉴于本说明书和本文所公开教示的实践，本公开的其它实施例对本领域的技术人员来说显而易见。本说明书和本文描述的实施例仅意欲被视为示例性。
具体而言，本领域的技术人员将理解，加强构件可包括一个以上的纵向截面或部分，其中，根据本公开的教示，每个区域或部分具有一个和多个变形。所述变形可沿每个纵向截面的长度连续或间歇形成。换言之，具有改变所公开可调参数的一个或多个以上变形结合的加强构件也可设想，其未被示出或明确描述。

Claims (22)

1.一种用于机动车辆的加强构件，其特征在于，所述加强构件包括十六角横截面，所述十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角；
其中，每个所述内角介于90°和145°之间的范围；并且
其中，每个所述外角介于95°和175°之间的范围。
2.根据权利要求1所述的加强构件，其特征在于，所述八个内角中的每个内角相等。
3.根据权利要求1所述的加强构件，其特征在于，所述八个外角中的每个外角相等。
4.根据权利要求1所述的加强构件，其特征在于，至少一个所述内角为直角。
5.根据权利要求4所述的加强构件，其特征在于，每个所述内角都为直角。
6.根据权利要求1所述的加强构件，其特征在于，进一步包括至少一个凹陷部分。
7.根据权利要求6所述的加强构件，其特征在于，所述至少一个凹陷部分由所述加强构件的两个所述内角和两个所述外角限定。
8.根据权利要求7所述的加强构件，其特征在于，限定所述凹陷部分的所述两个外角彼此邻近。
9.根据权利要求8所述的加强构件，其特征在于，限定所述凹陷部分的所述两个外角相等。
10.根据权利要求8所述的加强构件，其特征在于，所述两个内角均大于90度。
11.根据权利要求6所述的加强构件，其特征在于，所述至少一个凹陷部分由所述加强构件的三条边限定。
12.根据权利要求11所述的加强构件，其特征在于，限定所述至少一个凹陷部分的所述加强构件的所述三条边具有相同的长度。
13.根据权利要求11所述的加强构件，其特征在于，限定所述至少一个凹陷部分的所述加强构件的所述三条边中的两条边具有相同的长度，并且所述三条边中的另一条边具有不同的长度。
14.根据权利要求1所述的加强构件，其特征在于，所述十六角横截面的所述拐角具有与所述十六角横截面的所述边相同的厚度。
15.根据权利要求6所述的加强构件，其特征在于，进一步包括四个凹陷区域，其中，每个所述凹陷区域沿所述加强构件的长度从所述加强构件的第一端部延伸至所述加强构件的第二端部。
16.一种用于机动车辆的加强构件，其特征在于，所述加强构件包括：
包括十六个拐角并且包括形成八个内角和八个外角的边和拐角的横截面；以及
纵向轴线，其中所述加强构件沿所述纵向轴线锥化。
17.根据权利要求16所述的加强构件，其特征在于，每个所述内角邻近另一个所述内角和所述外角。
18.根据权利要求17所述的加强构件，其特征在于，所述横截面具有两个以上对称的二等分面。
19.根据权利要求18所述的加强构件，其特征在于，所述横截面具有四个对称的二等分面。
20.根据权利要求16所述的加强构件，其特征在于，所述横截面的至少一个所述内角沿所述加强构件的长度的至少一部分变化。
21.根据权利要求16所述的加强构件其特征在于，所述加强构件的至少一个所述边的厚度沿所述加强构件的长度的至少一部分变化。
22.一种车辆，其特征在于，包括：
包括十六角横截面的加强构件，所述十六角横截面包括十六个拐角并且包括形成八个内角拐角和八个外角拐角的边和拐角。
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