CN208069806U - 车辆和横向能量吸收系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及车辆和横向能量吸收系统。该车辆包括该横向能量吸收系统,该横向能量吸收系统包括限定第一腔室的第一侧梁,该第一侧梁在该车辆的前部和后部之间延伸;限定第二腔室的第二侧梁,该第二侧梁在该车辆的前部和后部之间延伸;该第一腔室内的第一碳结构;和该第二腔室内的第二碳结构,该第一和第二碳结构从该车辆的侧向上的碰撞中吸收能量。本公开的横向能量吸收系统能够在碰撞期间进行逐渐能量吸收,吸收大量能量以保护电池以及车辆乘员。

Description

车辆和横向能量吸收系统
[0001] 本申请要求2016年9月7日提交的名为电动车辆部件(ELECTRIC VEHICLE COMPONENTS)的第62/384,298号美国临时申请的优先权,该临时申请特此出于全部目的以 引用方式并入本文。
技术领域
[0002] 本实用新型总体上涉及一种用于车辆的能量吸收系统。
背景技术
[0003] 本部分旨在向读者介绍可能与下文描述和/或要求保护的本实用新型的各个方面 有关的技术的各个方面。相信这样的讨论将有助于给读者提供背景信息来促进更好地理解 本实用新型的各个方面。因此,应当理解的是,应以上述目的阅读这些陈述,而不是作为对 于现有技术的承认。
[0004] 典型的乘用车辆(例如,汽车、卡车)的重量为约3,000磅至4,500镑,而商用车(例 如,公共汽车、半卡车)的重量可达80,000镑。取决于驾驶这些车辆所处的位置,它们可达到 超过75mph的速度。因此,所产生的车辆动量是显著的,并且可能在事故中造成重大损失。为 了保护车辆乘员,这些车辆引入包括安全带、安全气囊、防抱死制动器等各种安全功能件。 许多(如果不是所有)这样的安全功能件也均在电动车上,但是电动车以与传统车辆不相同 的方式被驱动。电动车使用存储在电动车上的一个或多个电池中的电力(而非使用内燃机) 进行操作。在操作期间,存储的电能被可控地释放以驱动电动机。电动机将电能转换成机械 能,从而推动车辆。因此,电动车在撞击时保护电池以及车辆乘员。 实用新型内容
[0005] 下面讨论的实施例包括一种具有横向能量吸收系统的车辆。该横向能量吸收系统 可包括侧梁和轻型能量吸收碳结构。在某些实施例中,该碳结构可放置在侧梁内。在操作 中,该侧梁和/或碳结构可布置有和/或包括使得能够在碰撞期间进行逐渐能量吸收的各种 特征(例如,防撞压皱区)。在某些实施例中,碳结构可包括用凸缘联接在一起的碳管。这些 碳管和凸缘可由树脂中放置在彼此上的碳薄片制成,该树脂将碳薄片一起粘合成复合材 料,该复合材料为轻型的并且能够吸收大量能量。
[0006] 根据本公开的一个方面,公开了一种车辆,其特征在于,所述车辆包括:横向能量 吸收系统,所述横向能量吸收系统包括:限定第一腔室的第一侧梁,其中所述第一侧梁在所 述车辆的前部和后部之间延伸;限定第二腔室的第二侧梁,其中所述第二侧梁在所述车辆 的所述前部和所述后部之间延伸;在所述第一腔室内的第一碳结构;以及在所述第二腔室 内的第二碳结构,其中所述第一碳结构和所述第二碳结构从所述车辆的侧向上的碰撞中吸 收能量。
[0007] 在实施例中,所述第一碳结构包括与第一凸缘联接在一起的多个第一管。
[0008] 在实施例中,所述多个第一管包括相应的第一端部和第二端部,且其中所述多个 第一管从所述多个第一管的所述第一端部渐缩至所述多个第一管的所述第二端部。
[0009] 在实施例中,所述多个第一管限定六边形形状。
[0010] 在实施例中,所述第二碳结构包括与第二凸缘联接在一起的多个第二管。
[0011] 在实施例中,所述多个第二管包括相应的第一端部和第二端部,且其中所述多个 第二管从所述多个第二管的所述第一端部渐缩至所述多个第二管的所述第二端部。
[0012] 在实施例中,所述多个第二管限定六边形形状。
[0013] 在实施例中,所述第一碳结构和所述第二碳结构垂直地和水平地偏移。
[0014] 在实施例中,所述第一侧梁和所述第二侧梁联接在一起。
[0015] 在实施例中,所述第一碳结构限定第一长度,且所述第二碳结构限定第二长度,且 其中所述第一长度大于所述第二长度。
[0016] 在实施例中,所述第一'碳结构限定采一宽度,且所述弟一碳结构限走弟—宽度,且 其中所述第一宽度小于所述第二宽度。
[0017] 在实施例中,所述第一碳结构结合至所述第一侧梁。
[0018] 在实施例中,所述第二碳结构结合至所述第二侧梁。
[0019] 在实施例中,所述第一碳结构包括多个第一管,且所述第二碳结构包括多个第二 管,其中所述多个第一管与所述多个第二管平行并对准。
[0020] 根据本公开的另外的方面,公开了一种横向能量吸收系统,其特征在于,所述横向 能量吸收系统包括:限定第一腔室的第一侧梁,其中所述第一侧梁配置成在车辆的前部和 后部之间延伸;限定第二腔室的第二侧梁,其中所述第二侧梁配置成在所述车辆的所述前 部和所述后部之间延伸;在所述第一腔室内的第一碳结构;以及在所述第二腔室内的第二 碳结构,其中所述第一碳结构和所述第二碳结构配置成从所述车辆的侧向上的碰撞中吸收 能量。
[0021] 在实施例中,所述第一碳结构包括多个第一管,且所述第二碳结构包括多个第二 管,其中所述多个第一管与所述多个第二管平行并对准。
[0022] 在实施例中,所述多个第一管和所述多个第二管限定六边形形状。
[0023] 在实施例中,所述第一碳结构限定第一长度,且所述第二碳结构限定第二长度,且 其中所述第一长度大于所述第二长度。
[0024] 在实施例中,所述第一碳结构限定第一宽度,且所述第二碳结构限定第二宽度,且 其中所述第一宽度小于所述第二宽度。
[0025] 在实施例中,所述第一碳结构和所述第二碳结构垂直地和水平地偏移。
附图说明
[0026] 当参考附图阅读以下具体实施方式时,将更好地理解本实用新型的各种特征、方 面和优点,其中相同的标记在所有附图中均表示相同的部分,其中:
[0027]图1是具有横向能量吸收系统的车辆的实施例的透视图;
[0028]图2是具有横向能量吸收系统的车辆的实施例的部分透视图;
[0029]图3是横向能量吸收系统的实施例的部分横截面视图;
[0030]图4是具有横向能量吸收系统的车辆的部分俯视图;以及 [0031] 图5是具有横向能量吸收系统的车辆的部分透视图。
具体实施方式
[0032]下文将描述本实用新型的一个或多个具体实施例。这些实施例仅仅是本实用新型 的示例。另外,为了提供对这些示例性实施例的简明描述,本说明书中可能没有描述实际实 施方案的全部特征。应当明白的是,在任何这样的实际实施方案的开发中,如同在任何工程 或设计项目中,必须做出许多实施方案所特有的决定以实现开发者的具体目的,诸如符合 系统相关和业务相关约束,其在不同的实施方案之间可能是不同的。另外,应当明白的是, 此开发工作可能是复杂且耗时的,但是对于受益于本实用新型公开的一般技术人员而言, 它们将是设计、制作和制造的常规工作。
[0033]图1是具有横向能量吸收系统12的车辆10的实施例的透视图。在操作中,横向能量 吸收系统12设计成吸收车辆10上的侧向碰撞。在开发期间,车辆经受了小型重叠碰撞测试, 该测试测量当汽车的一小部分结构碰撞诸如柱子14或树木的物体时车辆吸收侧向碰撞的 能力。这些类型的测试和它们的现实生活中的对应冲撞对于例如车辆10可能是苛刻的,因 为车辆10的侧向16与车辆10的其它部分(例如,前部)相比是较薄的,且因此大量能量需要 在小空间中被吸收以阻止或减少对车辆乘员的伤害,且在电动车的情况下保护电池。虽然 下面的讨论重复地涉及电动车,但是术语电动车并不限制横向能量吸收系统12的适用性。 实际上,横向能量吸收系统12也可适用于非电动车或混合动力车辆。另外,术语电动车或车 辆被理解为包括各种电动或非电动车(例如,卡车、汽车、公共汽车)。
[0034]横向能量吸收系统12包括位于车辆侧向16的底部22处或附近的一个或多个侧梁 2〇。这些侧梁20可通俗地称为“底梁”或“浮筒”。一个或多个侧梁20可联接至横梁24,该横梁 延伸穿过车辆10并且联接至车辆10的相对侧16上的一个或多个相对侧梁20。侧梁20可由 铝和/或钢制成。例如,一个侧梁20可由钢制成,且另一个侧梁可由铝制成。在另一个实施例 中,两个侧梁20均可由钢或铝制成。
[0035] 这些侧梁20形成接纳一种或多种能量吸收碳结构26的壳体。例如,每个侧梁20可 接纳一种或多种碳结构26。碳结构26可从第一端部28 (靠近车辆10的前端)沿着侧梁20的整 个长度延伸至第二端部30 (靠近车辆10的后端)。在另一个实施例中,碳结构26可延伸越过 侧梁2〇的一部分(例如,侧梁长度的10 %、25 %、25 %、50 %)。例如,碳结构26可位于侧梁20 中在碰撞期间应力集中度可能最大的诸点处(例如,侧梁20的中心)。碳结构26也可放置在 碰撞可能对乘员和/或电池造成最大程度损坏的地方(例如,沿着汽车座椅的侧向)。如下面 将详细解释,碳结构26类似于设计在某些车辆前部中的防撞压皱区通过吸收能量来缓冲碰 撞。换言之,碳结构26在碰撞期间通过受控的变形来吸收能量。因此,这些碳结构26可通过 减小车辆乘员的加速度和/或减速度以及阻止或减少撞击期间车辆10的穿透来更好地保护 车辆乘员。
[0036]图2是具有横向能量吸收系统12的车辆10的实施例的透视图。如上文所解释,横向 能量吸收系统I2包括容置一种或多种能量吸收碳结构26 (例如,上部碳结构36、下部碳结 构38)的侧梁2〇(例如,上侧梁32、下侧梁34)。碳结构26可包括用一个或多个碳凸缘42联接 在一起的一个或多个管40。如所说明,管40可形成六边形形状,其在撞击期间吸收能量时可 能比其它形状更有效。然而,其它管形状也是可能的。这些形状可包括圆形、正方形、矩形、 五边形、七边形、八边形等。
[0037]为了提高横向能量吸收系统12在碰撞期间吸收能量的能力,上梁32和下梁34可 包括单独的碳结构26,其在方向44上彼此垂直地偏移,但是在方向46上彼此对准。在某些实 施例中,横向能量吸收系统12的能量吸收能力可通过将上部碳结构36的中心轴线48和下部 碳结构38的中心轴线50基本上对准而进一步提高。
[0038]如上文所解释,碳结构26包括用凸缘42联接在一起的管40。这种形状可通过形成 两个半部(例如,上半部和下半部)来制造,这两个半部随后组合在一起。每个半部可含有一 半的管40和凸缘42的一半厚度。这些半部可通过在树脂中将碳薄片层叠在彼此上而形成 (例如,复合材料)。
[0039] 在某些实施例中,上部碳结构36的管40可与下部碳结构38的管40不同,且上部碳 结构36的凸缘42可与下部碳结构38的凸缘42不同。例如,上部碳结构36的直径52可大于下 部碳结构38的直径54。在另一个实施例中,下部碳结构38可具有的直径54大于上部碳结构 36的直径52。在另一个实施例中,上部碳结构36和下部碳结构38二者的管40可具有相等的 直径52、54。上部碳结构36和下部碳结构38的凸缘也可彼此不同。例如,上部碳结构36上的 凸缘42的长度56可小于下部碳结构38上的凸缘42的长度58。碳材料(例如,管40和/或凸缘 42)的厚度在上部碳结构36与下部碳结构38之间也可以是不同的。下部碳结构38比上部碳 结构36吸收更多的能量。
[0040] 除了上部碳结构36与下部碳结构38之间的差异之外,相应的上部碳结构36和/或 下部碳结构38上的管40的直径和凸缘42的长度可彼此不同。例如,上部碳结构36上的一个 或多个管40可具有大于或小于上部碳结构36上的一个或多个其它管40的直径。上部碳结构 36和/或下部碳结构38上的管40也可在形状上彼此不同。例如,一个或多个管40可为六边形 形状,而一个或多个其它管40可具有不同的形状(例如,圆形、正方形、矩形、七边形、八边形 等)。同样,上部碳结构36和/或下部碳结构38上的凸缘42的长度和/或宽度可与上部碳结构 36和/或下部碳结构38上的一个或多个其它凸缘42不同。在管形状、直径尺寸、凸缘长度、宽 度等方面的差异可使得上部碳结构36和下部碳结构38的定制能够对不同类型和位置的碰 撞起作用。
[0041] 图3是横向能量吸收系统12的实施例的部分横截面视图。如所说明,碳结构26搁置 在侧梁20内,并且如上文所解释,碳结构26和侧梁20在方向44上彼此偏移。例如,它们可堆 叠在彼此上。碳结构26和侧梁20也可在方向70上彼此横向地偏移。在这种配置中,横向能 量吸收系统12使得下部碳结构38和下侧梁34能够在上部碳结构36和上侧梁32之前开始吸 收侧向碰撞。换言之,上部碳结构36和下部碳结构38以及侧梁32、34可作为防撞压皱区域操 作,其中下部碳结构38和下侧梁34在上部碳结构36和上侧梁32之前吸收能量并压皱。上部 碳结构36和下部碳结构38以及侧梁32、34可彼此偏移一定距离72。偏移距离72可取决于碰 撞类型以及上部碳结构36和下部碳结构38的相对强度和能量吸收能力。
[0042] 除了上部碳结构36和下部碳结构38偏移之外,上部碳结构36和下部碳结构38还可 具有不同的能量吸收性质。例如,下部碳结构38可限定长度74和最大宽度76,而上部碳结构 36可限定长度78和最大宽度80。如所说明,下部碳结构38的最大厚度76小于上部碳结构36 的最大厚度80。这种差异可能使得下部碳结构38比上部碳结构36更弱。因此,下部碳结构38 的长度74可大于上部碳结构36的长度78,以使下部碳结构38首先从碰撞中吸收能量。一旦 下部碳结构38和下侧梁34压皱了偏移距离72,上部碳结构3e和上侧梁32与下部碳结构38和 下侧梁34—起从碰撞中吸收能量。延伸穿过车辆1〇的横梁24支撑上部碳结构36和上侧梁 32。如所说明,横梁24支撑上部碳结构36和上侧梁32,从而适应电池18的当前位置。然而,在 某些实施例中,横向能量吸收系统12可包括支撑下部碳结构38的横梁24或支撑上部碳结 构36与下部碳结构38的组合的横梁24。
[0043] 在某些实施例中,上部碳结构36和下部碳结构38的位置可切换(例如,相对于方向 44,较强的碳结构可位于较弱碳结构的下方)。在另外其它实施例中,可存在附加碳结构26。 例如,横向能量吸收系统12可包括附加碳结构和侧梁2〇 (例如,1个、2个、3个、4个、5个或更 多个),这些碳结构和侧梁堆叠在现有上部碳结构36和下部碳结构38以及侧梁32、34上方、 下方或其间。这些碳结构和侧梁20的添加可在侧向碰撞期间形成附加防撞压皱区。这些侧 梁20和碳结构26中的每一个可在吸收能量方面彼此不同,使得横向能量吸收系统12能够在 碰撞期间递增地增加能量吸收。逐级吸收能量可通过减小撞击期间的加速度来进一步保护 车辆乘员。
[0044] 在某些实施例中,一种或多种碳结构可通过使碳结构呈锥形而独立地形成防撞压 皱区。如所说明,上部碳结构36限定具有最大或第一宽度80的第一端部82和具有第二宽度 86的第二端部84。在第一端部82与第二端部84之间,上部碳结构36以角度88呈锥形。角度88 可变化以促进上部碳结构36压皱。因为上部碳结构36的强度在方向70上降低,所以这种锥 体促进上部碳结构36的渐进式吸收能量。换言之,在碰撞期间,上部碳结构36从第二端部84 至第一端部82可渐进地吸收更多的能量(例如,作为独立防撞压皱区操作)。角度88越大,上 部碳结构体36在碰撞期间就越快压皱,并且相应地可降低车辆乘员的加速度。相反,降低 角度88可使得上部碳结构36能够抵抗压皱并且吸收更多能量。
[0045]下部碳结构38可类似地在第三端部90与第四端部92之间具有锥体。如所说明,第 三端部90具有宽度76,且第四端部92具有宽度94。在第三端部90与第四端部92之间,下部碳 结构38以角度96呈锥形。角度96可变化以促进下部碳结构38压皱。角度96越大,下部碳结 构38在碰撞期间就越快压皱。相反,降低角度96可使得下部碳结构38能够抵抗压皱。这种锥 体促进下部碳结构38从第四端部92至第三端部90的渐进式吸收能量。换言之,改变角度88 和96使得上部碳结构36和下部碳结构38的定制能够对不同类型的碰撞起作用。
[0046]图4是具有横向能量吸收系统12的车辆10的部分俯视图。如上文所解释,横向能量 吸收系统在一个或多个侧梁20内包括一种或多种碳结构26。为了在车辆10的侧向16之间提 供附加横向支撑,横向能量吸收系统12可包括一个或多个横梁24,其联接至车辆10的相对 侧上的侧梁2〇并且在其间延伸。例如,横向能量吸收系统12可在侧梁20之间包括1个、2 个、3个、4个、5个或更多个横梁24。横梁24可由钢、铝、碳或其组合制成。换言之,一个或多个 横梁24可由钢制成,且一个或多个横梁24可由铝制成。在某些实施例中,横梁24可完全由碳 (即,树脂中的多层碳薄片)制成,或钢或铝横梁24可在内部包括碳结构(例如,类似于上面 关于侧梁20所讨论的)。在一个或多个横梁24由碳制成或在内部包括碳结构的实施例中,横 梁24可包括促进逐级吸收能量的锥体^该锥体可起始/开始于横梁24的中心处,并且逐渐地 渐缩直至横梁24的两侧,直至它们接触侧梁20为止。在其它实施例中,锥体可起始/开始于 横梁24的端部处并且朝横梁的中心渐缩。如上文所解释,横向能量吸收系统12的逐级吸收 能量可减少碰撞的震动和车辆乘员的相关加速度。
[0047]图5是具有横向能量吸收系统12的车辆1〇的部分透视图。如所说明,横梁24联接至 一个或两个侧梁20。在图5中,侧梁20联接至上侧梁32以容纳电池18。然而,在某些实施例 中,横梁24可联接至下侧梁34。在某些实施例中,横梁24可包括联接至横梁24和侧梁20的扩 大端部120。如所说明,端部120具有比横梁24的其余部分更大的横截面,从而增加与侧梁20 的接触面积。端部也可形成锥体122。横梁24上的锥体122可形成另一个防撞压皱区,使得横 梁24能够逐级从侧梁20中吸收能量。
[0048]虽然本文描述了各种部件的若干实施例和布置,但是应当理解的是,各种实施例 中描述的各种部件和/或部件的组合可进行修改、重新布置、改变、调整等。例如,可对所描 述的任何实施例中的部件的布置进行调整或重新布置,和/或各种所描述的部件可在目前 未描述或采用这些部件的任何实施例中被采用。因而,应当认识到,各种实施例不限于本文 所述的具体布置和/或部件结构。
[0049]另外,应当理解的是,本文公开的特征和元件的任何可行组合也被认为是要公开 的。另外,在任何时间在本实用新型公开的实施例中均未被讨论的特征,本领域技术人员特 此注意到,本实用新型的某些实施例可隐含地和明确地排除这种特征,由此为“放弃”式权 利要求限制提供支持。
[0050] 在描述了若干实施例之后,本领域技术人员将认识到,在不脱离本实用新型的精 神的情况下,可使用各种修改、替代构造和等同物。另外,为了避免不必要地混淆本实用新 型,未描述许多众所周知的程序和元件。因此,以上描述不应被认为是限制本实用新型的范 围。

Claims (20)

1. 一种车辆,其特征在于,所述车辆包括: 横向能量吸收系统,所述横向能量吸收系统包括: 限定第一腔室的第一侧梁,其中所述第一侧梁在所述车辆的前部和后部之间延伸/、、 限定第二腔室的第二侧梁,其中所述第二侧梁在所述车辆的所述前部和所述后部之间 延伸; 在所述第一腔室内的第一碳结构;以及 。 在所述第二腔室内的第二碳结构,其中所述第一碳结构和所述第二碳结构从所述车辆 的侧向上的碰撞中吸收能量。 v _
2. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一碳结构包括与第一凸缘联接在一 起的多个第一管。 ^
3. 根据权利要求2所述的车辆,其特征在于,所述多个第一管包括相应的第一端部和第 二端部,且其中所述多个第一管从所述多个第一管的所述第一端部渐缩至所述多个第一管 的所述第二端部。
4. 根据权利要求2所述的车辆,其特征在于,所述多个第一管限定六边形形状。
5. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第二碳结构包括与第二凸缘联接在一 起的多个第二管。
6. 根据权利要求5所述的车辆,其特征在于,所述多个第二管包括相应的第一端部和第 二端部,且其中所述多个第二管从所述多个第二管的所述第一端部渐缩至所述多个第二管 的所述第二端部。
7. 根据权利要求5所述的车辆,其特征在于,所述多个第二管限定六边形形状。
8. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一碳结构和所述第二碳结构垂直地 和水平地偏移。
9. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一侧梁和所述第二侧梁联接在一 起。
10. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一碳结构限定第一长度,且所述第 二碳结构限定第二长度,且其中所述第一长度大于所述第二长度。
11. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一碳结构限定第一宽度,且所述第 二碳结构限定第二宽度,且其中所述第一宽度小于所述第二宽度。
12. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一碳结构结合至所述第一侧梁。
13. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第二碳结构结合至所述第二侧梁。
14. 根据权利要求1所述的车辆,其特征在于,所述第一碳结构包括多个第一管,且所述 第二碳结构包括多个第二管,其中所述多个第一管与所述多个第二管平行并对准。
15. —种横向能量吸收系统,其特征在于,所述横向能量吸收系统包括: 限定第一腔室的第一侧梁,其中所述第一侧梁配置成在车辆的前部和后部之间延伸; 限定第二腔室的第二侧梁,其中所述第二侧梁配置成在所述车辆的所述前部和所述后 部之间延伸; 在所述第一腔室内的第一碳结构•,以及 在所述第二腔室内的第二碳结构,其中所述第一碳结构和所述第二碳结构配置成从所 述车辆的侧向上的碰撞中吸收能量。
16.根据权利要求15所述的横向能量吸收系统,其特征在于,所述弟一娲纟n构包^多丄 第一管,且所述第二碳结构包括多个第二管,其中所述多个第一管与所述多个第二管平行 并对准。
17. 根据权利要求16所述的横向能量吸收系统,其特征在于,所述多个第一管和所述多 个第二管限定六边形形状。
18. 根据权利要求15所述的横向能量吸收系统,其特征在于,所述第一碳结构限定第一 长度,且所述第二碳结构限定第二长度,且其中所述第一长度大于所述第二长度。
19. 根据权利要求15所述的横向能量吸收系统,其特征在于,所述第一碳结构限定第一 宽度,且所述第二碳结构限定第二宽度,且其中所述第一宽度小于所述第二宽度。
20. 根据权利要求15所述的横向能量吸收系统,其特征在于,所述第一碳结构和所述第 二碳结构垂直地和水平地偏移。
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