TWI224658B - Variable force energy dissipater and decelerator - Google Patents

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玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 交又參考 本申請案係根據35 U.S.C.l 19(e)請求於2002年6月1曰 提出申請的美國臨時專利申請案序號為USSN 60/384,903 之權益，於此併入本文以為參考資料。 發明領域 本發明大體上係有關於將移動物體減速的能量衰減器 、及方法。更特疋a之，本發明係提供有關於可調、可變 之力的拉穿式(pull-through)能量衰減器及減速器，用於控 制減速俾便防止對移動物體、車輛或是人員造成損害或^ 傷。 、 【先前技術3 發明背景 複數種動能吸收器之應用，於業界係為所熟知的。該 等實例包括，但未限定，耐碰撞飛機座椅、太空船著陸分 離艙、耐碰撞飛機起落架、飛機及車輛乘客防 二刀 貨_定裝置、汽車保險桿、摺疊式汽車方向耻=公 路汽車防碰欄及防碰墊用負載衰減器。在該每—應用中所 存在的共同問題，在於該等物體快速減速期間，2一安全 及控制方式處理及消耗由高速移動物體所產生之過= 能，俾便將對使用者造成損傷或是對設備及車輛造=产 損害的機會降至最低。 ^ 能 量衰減器裝置在衝擊負載時，典型地係有賴於藉由 1224658 實心物體之塑性變形將動能消耗。例如，該等有賴於諸如 彎曲線或桿的能量吸收機構涵蓋承受面之裝置[見頒給 Jackson等人的美國專利第3,087,584號；頒給Blackstone的美 國專利第3，195,685號；頒給Reilly的美國專利第3,968,863 5 號]、金屬管之軸向壓縮及皺曲[見頒給Stevinson的美國專利 第2,870,871號；頒給Kroell的美國專利第3，146,014號]、管 之軸向壓縮及斷裂[見頒給McGehee等人的美國專利第 3，143,321號；頒給Mitchell的美國專利第3,236,333號；頒給 Rosenzweig的美國專利第5,074,391號；頒給Reid等人的美 10 國專利第6,308,809號]、管之橫向壓縮[見頒給Daniels等人 的美國專利第3,719,255號；頒給Carney的美國專利第 4,200,310號；頒給Young等人的美國專利第4,289,419號；頒 給Zimmer的美國專利第6,082,926號]、管之直徑皺縮[見頒 給Poe的美國專利第3,820,634號；頒給Duclos等人的美國專 15 利第4,223,763號]、以及涵蓋滾輪或成形表面的彎曲金屬條 或帶[見頒給Smith的美國專利第2,578,903號；頒給Van Zelm 等人的美國專利第2,979，163號；頒給Van Zelm等人的美國 專利第2,980,213號；頒給Van Zelm等人的美國專利第 3,017，163號；頒給Jackson的美國專利第3,211，260號；頒給 2〇 Hoffman等人的美國專利第3,337,004號；頒給Giuffrida的美 國專利第3,547,468號；頒給Muskat的美國專利第3,561，690 號；頒給Eggert的美國專利第3,730,586號；頒給Shimogawa 等人的美國專利第4,027,905號；頒給Tsuge等人的美國專利 第4,358，136號；頒給Faust的美國專利第4,630,716號]等於業 6 1224658 界係為所熟知的。 不管所使用的變形方法，該等先前技術之耗能裝置大 體上係設計用以在一定力下作動，並用以消耗-固定量的 能量。就其本身而論，由於在能量吸收能力及減速力方面 5的設計限制，該等先前技術裝置典型地並不適於操縱廣泛 範圍之撞擊質量、速度或是動能。再者，儘管該等先前技 術裝置可經設計而有效地消耗動能，但由於其之典型的定 力限制’大體上其無法有效地處理及控制藉由變化力-時間 里I曲線所產生的有害減速力。此外，由於該等先前技術 ίο裝置典型地有賴於在完全高於其之比例限制以及降伏點的 應力下’經由變形構件之不可逆塑性變形而消耗動能，該 等裝置固有地無法有效地自材料取回變形能，構件初使變 形之後，由於初使變形典型地係為不可逆，所以接續的變 形及耗能係為最小的。再者，該等裝置之相關維修成本高， 15由於不可逆變形，所以變形構件在使用後必需更換。 耗能器裝置之一特別有利的實例應用，係為公路防碰 欄，其係设5十用以保護車輛及乘客不致因與固定的路旁物 體高速碰撞而造成碰撞損害或損傷。頒給Travis的美國專利 第4,844,213號中揭露一種前進式可摺疊護欄，一牢固構件 20沿著一軌道摩擦滑動，容許可摺疊元件一起移動。頒給 Jackson專人的美國專利第5,634,738號中揭露一種鐵路平交 道用束缚式車輛護攔，其係使用一種能量吸收金屬纜線或 是金屬條捲軸放出機構，其中能量係藉由將金屬條以複數 之步驟加以彎曲並變形。金屬條捲軸係於使用後加以更 7 1224658 換。所揭露的裝置容許車輛在約3(M|(yard)内停止。頒給 IVey等人的美國專利第5,391，〇16號中揭露一種可摺疊伸縮 式公路護柵終端，用於減弱正面車輛撞擊。頒給Ivey等人 的美國專利第5,791，812號中揭露一種可摺疊式護柵端部處 5理，用於在正面或侧面衝撞時，藉由護柵端部防止車輛貫 穿。頒給Ivey等人的美國專利第6，179,516號中揭露一種可 摺S式公路分隔島端部處理，其包含一滑動框架以及可壓 碎式桶，用於吸收車輛撞擊能量，並將撞擊車輛重定向。 所揭露的裝置提供一相對固定的碎裂阻力。 10 除了上述實例之外，複數種其他的能量吸收式公路防 碰攔於業界係為所熟知的，包括但不限定在可斷裂式纜索 終端（BCTs)[見聯邦公路管理局（fhWA)技術諮詢T 5040.25]、偏心裝填斷裂式纜索護柵終端(ELTs)[見聯邦公路 管理局（FHWA)技術諮詢T 5040.25]、修正的偏心裝填斷裂 15 式纜索終端(MELTs)[見聯邦機動車輛安全標準，技術報告 208，國家公路交通安全管理局，華盛頓，DC，1971年]、 針對側面撞擊的加強式MELTs (MELT-SIs)[見聯邦公路管 理局（FHWA)報告第 FHWA-RD-92-052 號，1992年3 月由 M.H. Ray等人提出的“側撞擊碰撞測試（Side Impact Crash 2〇 Testing)”]、護柵擠製終端，諸如ET-2000[見頒給Buth等人 的美國專利第4,928,928號以及頒給Sicking等人的美國專利 第5,078,366號]、槽軌式終端（SRTs)以及車輛衰減終端 (VATs) 〇 一種針對一可變之力耗能器的極具前景的應用，係為 8 一公路防碰塾’用以在與一固定之路旁物體侧面撞擊時， 保護車輛乘客。在復審1983年死亡事故報告系統(FARS)以 及由國家公路交通安全管理局(NHTSA)所維護，由Ray等人 所提的19 8 5年國家事故抽樣系統(N a s s)資料庫三報告系列 5中，調查與路旁固定物體，諸如樹、電線桿以及護柵，發 生側面撞擊的原因及嚴重性，報告顯示25%的主要事故係 歸因於一單一車輛與一固定路旁物體的侧面撞擊。觀察的 撞擊速度典型地係為50公里/小時，以及撞擊角度典型地係 約為90度[見Μ·Η· Ray等人提出之聯邦公路管理局報告第 10 FHWA_RD_91-122，FHWA-RD-92-062 以及 FHWA-RD-92-079號]。根據Ray等人之資料分析，針對報告的侧面撞擊， 確認典型的車輛速度、撞擊位置以及車輛方向等特性[見 M.H.Ray等人提出之“有關固定式路旁物體的側面撞擊事故 的特性（Characteristics of Side Impact Accidents involving 15 Fixed Roadside Objects)” ASCE交通運輸期刊，卷117，第 3 期，1991年5月/6月；L.A. Tmxel等人提出之“與路旁物體的 側面撞擊(Side Impact Collisions with Roadside Objects)”， 路旁安全特別報導，交通運輸研究記錄第1302號，交通運 輸研究委員會，1991年]。 20 由FARS及NASS事故資料之分析，Ray等人藉由評估 820公斤的小型車輛，在90度的撞擊角度以及50公里/小時 的撞擊速度下的側面撞擊，而針對執行及評估路旁結構與 相關乘客風險的側面撞擊測試性能提出建議[見M.H.Ray等 人提出之聯邦公路管理局報告苐FHWA-RD-92-062號]。於 9 1224658 接縯的測試中，Ray等人評估在側面揸擊中傳統式公路碰撞 護柵終端的性能，並發現現存裝置無法保護車輛乘客不致 讓護柵終端嚴重地侵入於乘客隔間中，該情況在側面碰撞 狀況中係造成致命傷害的主要原因[見M.H.Ray等人提出之 5聯邦公路管理局報告第FHWA-RD_92_〇47、 FHWA-RD-92-048、FHWA-RD-92-〇51 以及 FHWA_RD_92_ 052號，華盛頓，D.C·，1992年3月]。 於一隨後的報告中，Ray等人執行傳統路旁結構之側面 撞擊’並發展基本的統計模型’用以評估乘客所受到的風 10 險[見M.H. Ray等人提出之聯邦公路管理局報告第 FHWA_RD_92-079;Ray等人提出之“與窄的路旁結構側面撞 擊的嚴重性對策（Severity Measure in Side_Impacts with Narrow Roadside Structures)”，J. Trans· Eng. 120(2):322-338 (1994年3月/4月）]。根據與固定的路旁物體相關之所報告側 15面撞擊的一分析，Ray等人提出道路測試標準以及碰撞評估 法，用於評估公路護柵以及防碰墊性能[見Ray等人提出之 “針對路旁設備側面撞擊的測試與評估標準（Test and

Evaluation Criteria for Side-Impact Roadside Appurtenance Collisions)’’，J. Trans. Eng. 120(4) : 633-651 (1994年7月/8 20月）；Ray等人提出之“針對路旁安全設備的側面撞擊測試與 評估標準（Side_Impact Crash Test and Evaluation Criteria for Roadside Safety Hardware)”，於一般設計及路旁安全特性， 交通運輸研究記錄第1647號，交通運輸研究委員會（華盛 頓，DC，1999年）；Ray等人提出之“與固定之路旁物體側面 10 石並撞的撞擊狀況（Impact Conditions in Side-Impact Collisions with Fixed Roadside Objects)”，事故分析及預 防，卷31，第1集(Pergamon出版社，1999年)]。 為了評估護柵及防碰墊性能，並預測在侧面碰撞中針 對路旁護欄的乘客傷害風險，Ray等人提出對於乘客傷害風 險以及一側面撞擊之乘客撞擊速度(SI-OIV)評估標準的一 精確分析，其係根據車輛與乘客一經與固定之路旁物體初 使撞擊，在撞擊速度上之差異，而對側面撞擊的一精碟分 析。於系列之足尺的（full-scale)侧面撞擊測試中，Ray等人 檢查以擬人測試裝置(ATD)或是“撞擊虛擬”所完成之傳統 實驗測量，並將用於預測乘客頭、胸以及骨盆傷害之嚴重 性的SI-OIV方法加以精確化[見Ray等人提出之“評估人在 與路旁物體侧面撞擊的風險(Evaluating Human Risk in Side Impact Collisions with Roadside Objects)’’，交通運輸研究記 錄第1720號，交通運輸研究委員會(華盛頓，DC，2〇〇〇年）； Μ·Η· Ray等人提出之“側面撞擊測試與評估程序⑻心

Impact Test and Evaluation Procedures)”’ 聯邦公路管理局報 告第FHWA-RD-00-XXX，合約編號第沉册卜如士 〇〇〇68， 2001年秋季最終報告]。 根據對侧面撞擊及所造成的乘客傷害之最近研究的審 視，Ray等人提出結論，傳統式防碰墊及護栅主要係設計用 於，在正面碰撞中消耗車輛動能，且並未經充分設計用以 將在具其之相關加速度量變曲線的側面碰撞時，將乘客傷 害降至最低[見Μ·Η· Ray等人提出之“侧面撞擊測試與評估 1224658 程序（Side Impact Test and Evaluation Procedures)”，聯邦公 路管理局報告第FHWA-RD-OO-XXX，合約編號第 DFH6卜96-R-00068，2001年秋季最終報告]。儘管傳統式路 旁防碰墊及護栅，典型地係設計用以產生一固定減速力， 5 用於吸收車輛動能；Ray等人論證可變之力防碰墊，對於將 在側面撞擊期間因與車輛内部撞擊而導致對乘客的傷害降 至最低。此外，Ray等人論證藉由目前所生產的防碰墊所產 生之減速，係適於820公斤的小型客車或是較大之2〇〇〇公斤 小型貨車，但對大部分的1450公斤之中型車輛而言並不適 10 合。 針對上述所有原因，一可變之力耗能器，於正面及側 面撞擊時，係特別適於用在公路防碰墊，俾便將車輛乘客 所接觸之減速力降至最低，該耗能器係提供多種車重及速 度所用，並提供用於調整力量用以符合預期的撞擊狀況， 15俾使避免對因過度減速力而對車輛乘客造成的嚴重傷害。 此外，根據現存耗能器裝置的限制，其特別有利的是 提供能量衰減作用，在撞擊時提供用於變化阻力，並在包 έ貝畺、速度或疋動旎之寬廣範圍下的不同負載撞擊預期 情即下，消耗寬廣範圍的動能。該一裝置容許有效地處理 2〇並控制涵蓋由不同的力-時間撞擊量變曲線所產生之有害 的減速力，例如，不同尺寸的車輛。再者，根據經由變形 構件低於其之失效點之可逆變形而消耗動能，該一裝置固 有有效地將最大變形能自黏彈性材料中取回最大變形能， 其中由於可逆的本質以及初始黏彈性變形之後的恢復，可 12 1224658 連續重複地將構件連續變形。 【發明内容】 發明概要 本毛月之成1衰減器及減速器所根據之原理在於，經 5 性或是黏彈性之可變形構件，在加壓力直至並超越 二之彈1±限制’但典型地低於其之失效點下重複、連續、 =間變形’藉由施以可變化之減速力，能夠安全地吸收目-才里擊所產生的寬廣範圍的動能。 ，本^明之能量衰減11及減速器包含-撞擊表面，用於 . 10接^與=動物體的接觸，並用於將來自該物體的撞擊轉移 至耗月b裔权組，該模組包含一剛性的不動插銷陣列，一 可艾形的非彈性、或是較佳地為黏彈性，條或管變形構件 係提供通過該陣列，當其通過陣列中的連續插銷時藉由構 件之重複、彎曲及壓縮而變形。變形構件可推動或牵拉穿過 u d ’但較佳地係為牽拉穿過’用以避免構件在通過插銷 之前過早變形。 —於一典型的具體實施财，本發明之拉穿式耗能㈣ { 含-剛性框架構件，-固定或是轉動插銷陣列係安裝在構 件上，撓曲並·彎曲一伸長的變形構件，在與―移動物體撞 20擊時’當強制變形構件通過插鎖陣列時，其係螺合地通= .介於插銷之間的間隙。剛性框架構件可包含一分開、獨立 的框架，或可併入於其他結構中，例如公路防碰墊、飛機 座椅或是起落架、太空船著陸分離艙，乘客防護安全帶、 貨物托板以及固定裝置、車輛方向盤柱及車輛保險二' 13 較佳的具體實施财，聽雜额型m減器框架 構件之-縱轴•置’並與框架的縱轴橫向地對準。儘管 變形構件ϋ辣佳地使⑽如__正方形、矩形、圓形 或是管狀雜的—簡單·雜，但是其之斷面實際上可 /、有任何^/狀於較佳的具體實施例中，使用—管狀或 矩形形狀的變形構件元件。 本七明之能量衰減器及減速器’可使用複數種可 形狀作為可變形構件。於一較佳的具體實施例中，其中係 使用矩形形狀的變形構件，耗能器插銷係為共平面的’並 沿著縱向框架軸互相平行地對準。於此具體實施例中，矩 形構件環繞著連續插鎖的上方及下方’以-螺旋形式佈以 f並在”牽拉通過耗能器框架時，多次地環繞每—連 只插銷4肖於可父替的較佳具體實施例中，係使用管 狀艾开/構件於垂直對準、相對的頂部與底部插銷對中， 沿著框架軸縱向地配置耗能器插銷，每一連續插銷對之頂 =底部插銷係與相對應之相鄰插鎖對的頂部與底部插銷 共平面。於此具體眘始/ 實知例中，管狀構件係於構在相對的頂 Γ與底雜騎之___合，並在其㈣拉通過耗 能器框架時藉由連續相對插鎖對而多次摺疊。…耗 可使=管狀·!?構件狀況，可交替的較佳具體實施例 向的/、驗讀構件之整個的可交替插銷定 二、寸加插銷對。於—較佳具體實施例中，對準之相鄰連 =底部插鎖對可具有一正交形式，致使管斷= 的水平與垂直方向上多次並連續地摺疊。於另-較佳 1224658 具體實施例中，二插銷對在相同的垂直平面上係可互相垂 直地對準，用以沿著縱向框架軸構成一連串之正交對準的 四插銷組。於一可交替的較佳具體實施例中，四插銷對在 相同的垂直平面中彼此可在45度的角度下對準，用以沿著 5縱向框架軸構成一連串之八插銷組。於可交替的較佳具體 實施例中，可使用較大數目之插銷對，例如，五、六、七、 八、九或十插銷對，用於產生範圍大小自1〇至2〇插銷的 插銷組。隨著環繞管狀構件分佈的插銷對數目增加，變形 管狀構件斷面的形狀接近為一圓形，並且應力係更均勻地 1〇環繞管件分佈，產生最佳的耗能效率。於此方法中的一限 制因素在於，環繞著管狀變形構件周圍彼此間極接近地配 置越來越大數目之插銷的實際困難度。 本發明之能量衰減器及減速器，可使用複數種非彈性 或是黏彈性材料作為可變形構件。實際上，可使用任何金 〜屬、合金或是塑膠材料作為一可變形構件，只要其之彈性 柄數及抗拉強度符合或是超過用於消耗因一已知撞擊情節 而預期之減速力的需求。於較佳的具體實施例中，由於黏 彈性材料的特性係能夠塑性地變形超越其之降伏點，所以 ^有鬲降伏強度的黏彈性材料係為較佳的。由於該等材料 Μ在變形之後能夠恢復其之形狀，所以其能夠在於-插銷陣 歹J中通過一連串的插銷時多次變形，俾便提供每單位長度 元件具有最大的能量吸收性。再者，由於變形係為 可逆的，所以該等材料係可多次再循環並重複利用，且其 之月b量衰減特性並無顯著的損失。 15 1224658 Λ於此的4授内容，本發明之能量衰減器及減速器 糸特地構形，藉由變化-撞擊物體之力·時間量變曲線 用於安全地將具有寬廣範圍之缝、f量及速㈣複數之 移動物體減速’用以將損害或傷害降至最低。與業界所熟 知之傳統式定力歸成料，針對可變化的力_時間量變曲 線提供本發明之耗U，_地將該-㈣物體減速，同 時使其停止。 本發明之裝置的可變化之力-時間量變曲線，係獨特地 藉由包3連串之分離的耗能賴組的拉穿式耗能器所提 10 :，_組係設計具有變化之㈣力，在移動質量與耗能

Is撞擊時連續地與一變形構件元件喃合。例如，於一初使 車輛撞擊時，提供本發明之耗m於逐漸地運用減速 力，因此當一車輛在一控制速率下減速時，任何乘客或是 車内物亦在相同的速度下行進，用以將因乘客或是車内物 I5與車輛内部撞擊所造成的傷害或損害降至最低。此方法亦 應用在保護設備，藉由控制減速度用以降低設備撞擊包裝 條板箱的撞擊·力而將損害降至最低。接續該初使撞擊期 間，將對乘客造成的撞擊傷害或是對車内物造成的撞擊損 害降至最低，本發明之耗能器進一步地提供用於增加減速 20力，用以消耗車輛動能並使車輛減速。於此階段，由於在 車輛減速度時所遭受過度的減速力，所以再次限制消耗力 用於控制撞倒加速度，俾便將乘客的内部傷害或是設備的 内部損害降至最低。例如，於一接續部分中應注意的是， 乘客撞倒加速度(ORA)較佳地係維持低於15 g，s，用以將乘 16 1傷害降至最低。視車輛質量及速度而定，接續第二減速 階段，可需一第三階段用於消耗在較高速度下行進之較大 車輛的動能。因此，本發明之耗能器進而提供一第三消耗 階段，甩於增加減速力俾便消耗任何殘餘的車輛動能，並 使車輛停止。 本發明之一目的在於提供一種可調拉穿式耗能器，其 可調整至特定的撞擊狀況，俾便產生—所需的減速反應/，、 並將對財產及人員的傷害減至最小。 本發明之另一目的在於提供一種拉穿式耗能器，其係 10 使用一可多次使用的黏彈性變形構件。 本發明之另一目的在於提供一種多階段耗能器，藉由 沿著其之長度提供可變化之變形阻力及消耗力，而能夠控 制移動物體之減速度。 本發明之另一目的在於提供一種拉穿式耗能器，其係 15藉由一具彈性的黏彈性材料的反覆及接續的變形，而將自 變形構件取回的變形能最大化，該材料在反覆的變形循 環之間恢復其之大部分的原始形狀。 本發明之另一目的在於提供一種可變之力、拉穿式耗 能器，其包含一連串的耗能器模組，接續地與一變形構件 20唾合’俾便產生-可變化力.時間反應，在將具有寬廣範圍 的動能、質量及速度的移動物體停止時，用以將減速力降 至最低。 本發明之能量哀減器及減速器，以一安全及受控制的 方式提供效率高的且有成本效益的處理方法，並消耗由該 17 等物體在迅速減速時因高速移動物體所產生的過度動能， 俾便將對乘客造成的傷害或是對設備及車輛造成的過度損 害降至最低。本發明之能量衰減器及減速器裝置係容易地 適用於，複數種需以一安全及受控制的方式對移動物體的 動月b及快速減速提供處理及消耗的應用。本發明之該等實 例應用具有特別的設備包括，但不限^，财碰撞飛機座椅、 太二船著陸分離艙、耐碰撞飛機起落架、飛機及車輛乘客 防護安全帶、貨物固定裝置、汽車保險桿m气車方 向盤柱以及公路汽車防碰攔及防碰墊用負載衰減器。 圖式簡單說明 本t月係於附加的申請專利範圍中詳述之。本發明之 其他特性與優‘__說㈣及其他伴隨的圖式，將能更 為清楚地瞭解，其中： 第1圖所不係為二插銷組拉穿管式耗能器； 第2圖所示係為八插銷拉穿帶式耗能器； 第3圖所不係為介於拉穿力與夹緊力之間關係、的概略 f 0所不係為_單插銷對拉穿管式耗能器 素杈型的概略圖； 插銷對拉穿管式耗能器的一 第5圖所示係為 LS_DYNA有限元素模型； 第6圖 有限元素 模：係為八插鎖拉穿帶式耗能器

的-LS_DYNA "斤τ係為針對包含-單插鎖對的_直徑為89公 1224658 25B圖）以及頂部與底部框架欄杆（第25C圖）的細節； 第26圖係為針對本發明之拉穿鋼帶式耗能器的每一插 銷之耗能密度對插銷數目圖； 第27A-27B圖係為本發明之一可變之力、多階段耗能 器模組的概略俯視圖（第27A圖）以及概略側視圖（第27B 圖）；以及 第28A-28B圖係為一拉穿管式耗能器的可交替插銷組框架 具體實施例（第28A圖）以及插銷組框架總成(第28B圖）的概 略圖。 10 【實施方式】 以下提供針對公路防碰墊應用的耗能器能量消耗物理 學及力學、分析及有限元素建模、設計形式、需求的審視， 以及針對本發明之拉穿帶式及拉穿管式耗能器的實驗測試 及性能確認。 15 20 A·拉穿式耗能器設計考量 本4月之拉穿式耗能器係為一種藉由漸進地將一可替 換的材料橫截面，拉動穿過—連串不動的歧滾動的剛性 插銷變形而處理能量之裝置。第1圖係為本發明之每組二插 銷的二插銷組拉穿管式耗能器，其係使用—管狀變形構件 以及直角定向的插銷對。第2圖係為本發明之—八插销、拉 穿:式耗能器’其係使用—矩形形狀、具有平行定向插銷 的▼變形構件。該二耗能器裝置的耗能特性在於，當其 進地牽拉穿賴成在個職銷或是包含 插=的插 連串開口時’經由-變形構件元件之橫戴面 21 1224658 的連續變形而將撞擊物體的動能衰減。 儘管於第⑴圖中所示的騎實施例係使用 矩形橫截面變形構件，伸熹太於 ^ 一疋本發明並未限制在該等形狀， 而可依循於此提出的講授内容適當地修改本發明裝置 可使用複數之實心或是中空的" 實_所共有的共同特性在於，拉穿式耗能器其消耗1= 動貝量的動能的方式係藉由牵拉變形構件通過-連串= 而經由非彈性或是黏彈性變飛m 甲插鈉 蔓形材料的漸進、反覆的非龍 ίο 變形，該連串的插鎖其之水平及垂直間隔、配對方向轉 體形式係經設計，用以藉由針對—特定範圍的動能、速 及減速度量變曲線提供—經修改的力·時間量 而= 速及撞擊質量，俾便在質哥倍 、、’良而减 害或傷害降至最低。 貝的才貝 由本發明之拉穿式耗能器所獲得的一特定力 15應，包含運用複數之設計參數，其之特徵在於—級與二反 動質量撞擊，耗能器的相互影響與性能。該等參二、二移 a)變形材料的機械特性；b)變形材料形狀、長度、橫=: 橫截面積、直徑或是寬度及厚度；c)插銷機^特=面、 20 包括，但不限定，旋轉或是靜止的插銷、插鎖直押了》式 間隔及定向、插銷間隙或是失緊距離；d)插鎖配^包插鱗 但不限定，個別的、分組或成對的插銷、每一插銷=括j 插銷數目以及插銷組的數目。以一有系統、人理的、、、的 化上述參數導致一特定的力-時間反應，其係設計用變 對撞擊質量的-特定的動能、減速度量變曲 二與針 久靖害容 22 1224658 限配合。 應瞭解上述耗能器參數以及變數修正裝置的性能與反 應特性，如何使所設計的一特定耗能器能夠達成一特有的 設計目的。由於支配耗能器設計與影響性能的參數極多以 5及變數的範圍廣泛，所以試誤〇ial-and-error)設計法係既無 效率且耗成本。為對設計成果有幫助並確保所設計的智慧 型耗能器能夠符合特定的性能目標，本發明之拉穿式耗能 器的一半分析模型或是有限元素模型的發展以及實驗證^ 與確認，較佳地用於預測-特定的耗能器形式的反應特 H)性。於以下的章節中，審視個別的設計參數以及對特定耗 能器設計的整體力·時間反應的作用建模，使能夠針對特定 的撞擊情節，例如-輕卡車或客車與一公路防撞搁撞擊， 鐘定較佳的具體實施例。實例⑴提供特定之耗能器 實施例之實例，依循本發明之講授内容用以完成特定的 15 時間及減速度性能目標。 ^ B·分析模型 … 穿管式耗能器，係用以將一移勤 20 質量的動能轉換成變形能，並提供—可接受的減速量變曲 線用於在使質量停止時將财或傷害降至最低。分析 藉由考量與-親質餘轉㈣基本物理學，可提供 裝置設計及性能有深刻的理解。 ” τ 假設-移動質量Μ當其與—拉穿式耗能器接觸時 在一初使速度V下行進。根據牛頓第二定律，移動質量^ 能所需之力必㈣她㈣之變形構件加时收，致使晰 23 量停止。因此，將撞擊質量減速並消耗其之動能所需的力， 能夠描述為作用在變形構件上的-耗能器拉穿力FTP以及 夾緊力Pc。拉穿力包含一摩擦分力與一變形分力。假定為 庫命摩擦，摩擦分力係為一夹緊力Pc乘上一摩擦係數：f。 5由於變形構件之漸進變形，所以變形分力可定義為-夾緊 力Pc乘上無摩擦拉穿係數：ρτ。拉穿力bp因而可描述為具 有夾緊力的比例，並可如下地加以表示 ατ 10 15 20 於弟3圖中，提供此介於拉穿力與夾緊力間關係的一概略代 表圖式。儘管摩擦分力係可立即地由夾緊力Pe以及摩擦係 F而確定但疋變形分力之數值需要瞭解無摩擦拉穿係 數：PT。此數值係更為困難地經分析而確定，由於其係視 編肖之材料型式、形狀、_橫❹的尺相及直徑與間 應注意的是，於此僅考量圓形，並且大體上能夠假 =等插I、於可Μ形部分中的變形相較係為剛性的）。無 穿係數· Ρτ係可表示為一單插銷組無 拉穿係數 的函數，其係為針s+_ w ^ t 早一的滾動插銷配置拉穿力對夾緊 力的比例，間隔係鉍δ ^ ^ ，其係為針對複數插銷組之拉穿力與 中 、且之杈穿力的比例，以及插銷組之數目η，其 給予上述的方程式 ^pt =C(1 + λ(η-\)) 及定義’撞擊質量Μ的減速度係可書寫 24 1224658 d χ __ (Mf + + λ(η —

dt2 M 一次積分產生在時間ti及t2間的速度變化，以及一 a 分產生在時間^及丨2間的行進距離。為了說明的目的， 涵蓋於時間間隔㈣至柯，假設·· F、n以及8係為固定不^右 5大體上並不需為該狀況，速度與位移上的變化係為·

以上的表示式提供-拉穿式耗能器性能的基本模型。 夾緊力Pc以及無摩擦拉穿係數：打的分力的 v々Μ衣不式，係視 材料的橫截面之幾何形狀與組成特性而定。對於形狀及組 10成律(constitutive law)任一項或二者皆為複雜的狀=下，= 無法針對Pc以及：PT發展一閉合式分析解法，但該等數值 經常能夠經由實驗測試測量法戋是右眼；|八t 次A疋有限70素分析模擬而獲

C.有限元素模型 15 >以上所提及，發展對於預測拉穿力之問題的一閉合 式分析解法往往是困難的。在複數的例子中，可使用有限 元素模擬作為分析模型的一可替代方法。有限元素法只要 可得足夠的組成材料模型，則能夠獲得具有良好結果特 雜、三維幾何形狀。就模型確認而言，模擬輸出可立即地 20 與實驗測量結果比較。 為了於目前作業進-步地發展拉穿式耗能器裝置及材 25 1224658 10 15 20

料，使用具有一TrueGrid (XYZ Scientific Applications Inc·， Livermore，CA)預處理器/網格產生器以及eta/p0StGL (Engineering Technology Associates，Troy，MI)的一三維、非 線性、有限元素程式 LS-DYNA (Livermore Software 5 Technology Corp·，Livermore，CA)，在模型裝置中，用於分 析非彈性固體及結構之大變形動態反應。 1·拉穿帶式耗能器模型 評估包含一鋼條、固定及轉動插銷以及側托架的一右 穿帶式耗能器的一有限元素模型，用以確定不同設計參募 對耗能器性能之影響。於此模型中，使用耗能器插銷用〇 連續將鋼條彎曲以及伸直，並藉由鋼材之非彈性變形吸收 能量。為限制插銷，將側托架模塑用以固持插銷及鋼條， 防止鋼條離開其之介於插銷之間的路徑。鋼條係以使用一 密集的平板網格及具有五積分點的實心磚元素，以應變硬 化經建模為一彈塑性材料(LS-DYNA材料類型以），用以在 牽拉覆蓋插銷時容許平板與插銷之半徑相符合。牵拉力係 施加在鋼條之-端部處的—部分上，該部分係藉由一剛 性、非可變形之具較低密度網格的材料所建模而成。在剛 性端部材料與非彈性條材料之間配置接觸介面，用以容許 測量力量。模财所錢的帶條材料雜f係與細鋼材二 致’密度為7.86克/立方公分、彈性模數為2 χ 1()5紙、降 ==為415_以及於失效點時的應變為插鎖及側 性:=之變形係視為可忽略不計的，所以係建模為剛 可k形材料。第6圖係為一八插銷牽拉帶式耗能器有

26 1224658 限元素模型的概略圖。 於初使的拉穿帶式耗能器建模中，係評估具有剛性、 非轉動插鎖-模型系統。於典型的運用中，_3·2公厘厚、 50.8公厘寬的Α36鋼板，係以—中心至中心間隔為如公厘 5或是50.8公厘的直徑為19J公厘的插銷加以建模。利用一四 插鎖模型’其使用直徑為19」公厘的插銷，該鋼條中所觀 測的、同時係拉動穿過四插銷的最大有效應力，在一 115 kN 的穩悲拉穿力下係為485 MPa’大約為帶條抗拉強度的η %。在變化插銷直徑的四插銷模型中，所觀察之直徑為25.4 10 公厘的插銷的一穩態拉力為19.5 kN，以及直徑為31 ·8公厘 的插銷的"^穩悲拉力為24 · 0 kN。而在該鋼條中所觀測的、 同時係拉動穿過六插銷的最大有效應力，在一20.5 kN的穩 態拉穿力下係為501 MPa’大約為帶條抗拉強度的27%。在 變化插鎖直徑的六插銷模型中’所觀察之直徑為25.4公厘 15 的插銷的一穩態拉力為46.0 kN，以及直徑為31.8公厘的插 鎖的一穩態拉力為51.5 kN。運用一八插銷模型，而在該鋼 條中所觀測的、同時係拉動穿過六插銷的最大有效應力， 在一40.0 kN的穩態拉穿力下係為503 MPa，大約為帶條抗 拉強度的43%。 在接續的運用拉穿帶式耗能器中，評估一包含剛性、 轉動的模型系統。在典型的運用中，一厚度為3.2公厘、寬 度為50.8公厘的A36鋼板係以中心至中心的間隔為50.8公厘 的直徑為19· 1公厘的插銷加以建模。運用一四插銷模型， 所觀察的一拉穿力為11 kN。運用一五插銷模型，所觀察的 27 1224658 拉牙力為16 kN。運用—六插銷模型，所觀察的一拉穿力 為22 ^。運用—八插銷模型，所觀察的-拉穿力為36 kN。 2·拉穿管式耗能器模型 在致力拉牙▼式耗能器所作的初使建模之後，評估針 5對使用黏彈性官材料之拉穿管式耗能器的有限元素模型。 第4圖係顯示—單插銷對拉穿管式耗能器模型，以及第5圖 係顯示-二插銷對拉穿管式耗能器模型，其之插銷對係互 相正交地對準。 初使地’拉穿官式耗能器建模的重點係放在高密度聚 10乙烯(HDPE)官在動恶負載下，變形特性的模擬，並評估將 -高密度聚乙_卿)㈣拉穿過連續的具有不同插鎖對 至插銷對間隔、變化的插銷至插銷間隙以及平行或是正交 插㈣定向的相對插銷對。初使的拉穿管式耗能器建模^ 含-官、-或更多的插銷對、一剛性環係附裝至管的—端 15部以及-撞擊質量用於將撞擊力導引至耗能器系統。使用 耗能器插銷對，連續地壓碎或使管之直徑變形，並藉由^ 密，乙烯(刪)管之非彈性及黏彈性變形而吸收能量: 就單插銷對建模而言，由於插銷對之橫移係受限在撞擊力 之方向中沿著管構件之軸的特定容許方向，所以並未使用 2〇插銷支揮構件。該高密度聚乙烯(HDpE)管使用厚殼元素建 模為一黏彈性材料(LS-DYNA材料類型24)，並提供用於表 示高密度聚乙烯(HDPE)黏彈性特性的應變率敏感性。所假 設與高密度聚乙烯(HDPE)相符合的管材料特性具有〇 公克/立方公分的密度、請Mpa的彈性模數、降伏應力為 28 21.4 MPa以及應力相依塑性應變值。沿著管軸所使用的元 素數目係取決於管長度，其係視撞擊質量速度及插銷間隙 或是夹緊距離而定。針對所有模擬，使用介於管長度及數 目為68的厚殼元素之間的固定比例。 10 15 針對變形力的模擬並確定由管變形而達到的耗能，一 撞擊質量提供-撞擊力施加在一插銷對上，並設定插銷沿 著管軸運動。當插銷對沿著管行進時，管係藉由剛性、非 可變形的環部分而固持在-端部處，該環部分係使用如一 剛性材料的LS-DYNA材料類型2〇而建模為線性碑元素。該 環典型地包含192磚元素以及總共528節點。使用剛性環用 以藉由限制管而複製真實耗能器系統，並提供一介面用於 施以撞擊力至耗能器系統。撞擊質量亦建模具有咖線性 磚元素及2,240網格節點。可變化撞擊f量的速产盘質旦 用以模擬㈣職擊狀況。由於可以忽略不計二能:運 作期間插銷的撓曲，所以每一插銷對包含二使用線性磚元 素而建模為LS-DYNA類型2〇剛性材料的剛性插銷，以及一 高密度用以表示用於夾緊管子之插鎖對的高慣性特性 20 :插銷係以3,灣性衫素以及4，卿點建模。所提 杈型用於限制插銷環繞其之主軸轉動。 、、 =擬時，初使地將插銷以使用— ^狀插制_隔夾緊在管上，該間_隔在運^ 維持固定。利用LS-DYNA程式重新開始 、 著修改插銷限制，於。、擇，接 向上容許插鎮沿著二間，方 、吕軸千仃的-方向自由運動。當撞擊 29 質I碰撞剛性插銷時，撞擊力係施加在插銷對並使插銷沿 著官軸運動，其係以剛性環構件固定在一端部處。當撞擊 貝置撞擊動能藉由插銷對之管變形而消耗，並且撞擊質量 亭止時’確疋結束模擬作業。利用eta/PostGL，確定總插鎖 5位移、撞擊質量速度及減速歷程。 就二插銷對建模而言，需修改單插銷對模型用以固定 二組相對之插銷對的相互對間隔及定向。於二插銷對管式 耗能器形式中，增加-由二插鎖對所共用的中間表面。如 第5圖中所不，所提供的一有溝槽的中間表面具有八小型剛 10性平板，用於支撐八樑元件，其係與包含二插銷對的四插 銷的每一插銷的端部連接。所提供的該等附加元件用於固 疋介於插銷對間的間隔，以及插銷對之垂直定向。針對一 蜀特的剛性主體而結合插銷、樑、小板以及中間表面，其 中應用在插銷的相同模型位移狀況，亦應用在樑、小板以 15及中間板。撞擊質量的形狀亦經修改用以符合共用之中間 板的形狀。此方法於撞擊期間保證二主體理想地接觸，從 而避免力集中在用於與幾何形狀配合的元素内部。撞擊質 里將揎擊力傳遞至共用的中間板，開始插銷對沿著管轴的 移動。由於總成的剛性，相對應的插銷對在管變形及消耗 20動能時維持其之相對間隔與定向。 D·耗能器設計參數 本發明之拉穿式耗能器包含一所裝配的剛性插銷陣 列、一配置穿過插銷並漸進變形的變形構件以及一剛性框 架係支撐著插銷及變形構件，並配置用於將變形構件在高 30 1224658 機械負載的狀況下，進給穿過插銷陣列。藉由變化耗能器 元件參數並如以下所設定，本發明之拉穿管式及帶式耗能 器的力-時間量變曲線係可經調整並修改，用以針對不同的 撞擊情郎及應用配合所需的減速量變曲線。 1.插銷特性 a.插銷材料 10 15 由於變形構件的變形期間係承受高應力，所以所使用 的耗能器插銷在耗能器變形元件變形期間遭受高應力狀況 下，必需抗彎曲及失效。較佳的插銷材料包括，但不限定， 針對預期的應用具有適當的降伏強度與硬度的不錄鋼或是 碳鋼。典型地，拉穿帶式耗能器插銷f要較用於拉穿管式 耗能器為高的降伏強度。於較佳的具體實施例中，插銷係 由A36或1018鋼料加以機械加工。就外部配置而言，會發生 環境性降解，所以諸如鑛鋅的咖鋼料的鑛辞結構^為 較佳的。儘管不義可用在具腐純的錢，但是不錢鋼 合金的成本大體上對於大多數的應用而言係為過高的。孰 知此技藝之人士_業界所熟知的結構分躲，能夠輕易 地針對特定的減器應料#闕擇軸機械性質。 b_滾動對靜止插銷 ' 20 +發明之拉穿式耗能器可使用靜 ，，111或是滾動的插鋼。 一^述所提及，由於拉穿力FpT具有—摩擦分力p咖以及 ^摩擦變形分力Ρεθ:ρτ，在變形構件拉穿時靜止插銷係 ^增加摩擦，㈣增棘穿力Fpt料於添加至變形力 口摩擦力而增_耗動能。“，難以控制摩擦力並 31 丄224658 又到諸如濕度、雨、雪以及冰、灰塵、鐵銹及周圍溫度等 之環境因素的影響。因此，就使用靜止插銷的耗能器而言， 由於環境因素所造成的摩擦力變化將導致拉穿力與能量衰 減特性的變化，產生確定設計需求的問題。 5 就使用滾動插銷的耗能器而言，其中使用經潤滑的插 銷則摩擦分力係忽略不計（:F〜0)，並且拉穿力係由非摩擦 變形分力pce:PT所控制。例如，假設滾動插銷係與無摩擦 拉穿係數:PT為0.5的一單插銷對所使用高密度聚乙烯(hdpe) 耗能器一同使用，實質上在插銷與管之間並無滑動，而該 10等插銷在經潤滑的插銷座中轉動，摩擦係可忽略不計（亦 即’ .F-0)並且拉穿力FPT係大約為夾緊力的50〇/〇 FPT = Pc(mfMpt) = ^(0 + 0.5) = ,5Pc 當使用靜止插銷時，所提供的摩擦力實質上可有助於拉穿 力。例如，假設靜止插銷，介於鋼與高密度聚乙稀(hdpe) 15之間的動摩擦係數約為0·10以及無摩擦拉穿係數:„為〇.5的 一單插銷對高密度聚乙烯(HDP·能器，拉穿力FpT係大約 為夾緊力的60% ri C N/ t 20 儘管使用靜止插銷會消耗更多能量並產生較大的拉穿力 但是靜止插銷減㈣㈣力與耗能雜，由於環境因 ^成摩擦力_化’所轉滾動_耗能肋較可預料 較低。再者，靜止插銷亦可產生非所需之摩捧加孰，參 =器性能。#使用薄橫戴面帶條、薄壁管或是諸㈣ 時’此因素必需與拉穿式耗 32 1224658 器 同考慮。因此，雖然靜止插銷乾能器可消耗更多的動 育匕’、但是於較佳的耗能器具體實施例中，大體上轉動插銷 的於在拉穿力與耗能性能上純大的—致性故係為較佳 5 c•插銷直徑 在本發明之不同的拉穿帶式及管式耗能器具體實施例 的有限元素建模及實驗評估中，所考量的插銷直徑範圍由 12.Γ1厘、m公厘、、25·4公厘至31·8公厘。就拉穿帶式 10耗㈣建模而言，評估該等每一直徑。就帶式耗能器實驗 10測咸而言，儘管係執行一些直徑為12.7公厘的插銷測試， 但典型地係使用直徑為19·1公厘的插銷。就拉穿管式耗能 态建拉及實驗測試而言，僅評估25·4公厘插銷直徑。重要 而應注意的是，依循於此的講授内容可使用其他的插銷直 ^視針對一特定變形材料特性、形狀及橫截面尺寸、力_ 時間量變曲線及拉穿合力所預期之機械需求而定。例如， 备預期高負載應力時，可使用較大的插銷直徑用以防止插 銷彎曲。在需和緩的減速度量變曲線並且預期低拉穿力 處，使用小插銷直徑。 視插鎖定向、配對及間隔而疋，在本發明的耗能器系 、先中，插銷直徑對拉穿力及耗能上有顯著的影響。由於插 銷陣列的形式，在運作期間，變形構件係多次推進靠著連 ，插銷，當其牵拉穿過耗能器插銷陣列時並強制彎曲且與 母指銷之曲率一致。就具有於母一插銷組之相對插銷的 拉穿管式耗能器而言，大的插銷直徑導致相對和緩的曲 33 1224658 率，需要最為適度的拉穿力。於管式耗能器中，使用複數 插銷對或是插銷組，較小的直徑，特別是在結合小間隔比 時，強制材料呈現一高曲率度，將導致增加變形以及一較 大的拉穿力。於單插銷對或是插銷組系統中，直徑的作用 5 稍有降低，因為材料並未沿著其之長度受到限制，以及應 變係縱向地不受約束地分佈。 d.插銷夾緊比 夾緊比係為介於一插銷對或是插銷組中相對插銷間的 距離或是間隙，為原始直徑的百分比。夾緊距離或是插銷 10 間隙係直接與因變形構件牽拉穿過之介於相對插銷間的距 離減小，而在變形構件橫截面中所產生的變形量有關。當 插銷至插銷距離減小，夾緊力施加在斷面上因而增加拉穿 力。經由實例，假若一未變形管直徑係為89公厘，並將耗 能器插銷拉緊直至插銷至插銷距離為35公厘為止，該針對 15 插銷的夾緊比係由以下所得： CR =込 9二!5) = 0.607或 60.7% 89 為評估夾緊比在拉穿管式耗能器性能上的效果，對夾緊在 二直徑12公厘的靜止插銷之間的一直徑為89公厘、厚度為6 公厘的高密度聚乙烯(HDPE)管斷面執行實驗。由於於此測 20 試中插銷係為靜止的，摩擦力係有助於拉穿力，並係假設 一0.10的高密度聚乙烯(HDPE)-鋼動摩擦係數:F計算而得。 該等結果係概括於表1中，其中所示係為以插銷間隙及夾緊 比為函數的拉穿力FPT、夾緊力Pc及無摩擦拉穿係數ζ。於第 34 面對面能的影響 10 列。如上述所提及，無摩擦拉穿係數係可表示為 ^ρτ^ς{\^λ{η-\)) 隔係數，ζ係為無摩擦拉穿係數以及η係為插銷 的數目。實驗室評估及嶋果已根據實驗 及刀析力叫顯不，假料對—二插銷對拉 15 7圖中，圖示夾緊力與失緊 示，當夹緊比增加時，夹緊 數隨著增加。 比的變化。如表1與第7圖中所 力、拉穿力及無摩擦拉穿力係

e·插銷間隔 沿著-變形元件部分之長度介 為组，+心〜離，係視為插二對= 的:::插銷對間隔距離與變形部分橫載面尺寸或直严之門 (HDPE)管式耗能器，插銷對間隔比係大於^二= 穿力以勝U)。例如，假若使用—直徑為89公厘的高密度 聚乙稀(職胸她彡辦及曝_對係隔開超過 ::兩厘：因而二插銷對(η=2)所導致的力量係為-單插銷 35 1224658 l+8(n-l)= 1.0+1.0(2-1)= 2.0 同樣地，插銷對間隔大於445公厘的—三如 耗能器，所導致的力量係為一單插銷對的三倍· l+8(n-l)= 1.0+1.0(3-1)= 3.0 5 10 針對此之原因在於，插銷間的距離係如此大以致言六 度聚乙烯(HDPE)部分具有足夠時間恢復其之介於二插銷= 之間的初始形狀。就該大插銷對間隔而言，插銷對係^ 地作動，因而對拉穿力的影響係為漸增的。表2係針對使用 -直徑為89公厘、壁厚為6公厘的一二_對形式高密度聚 乙烯(HDPE)管耗能器，顯示介於間隔係數8、間隔比以:夾 緊比之間的關係。 如表2中所#，間隔比低於5時，失緊比對間隔係數8 具有較大的影響，並且當間隔比趨近於1〇時，間隔係數8、 無摩擦拉穿合成係數ζ以及相對應的拉穿力在一增加率下 15增加。針對此經觀察的特性之原因在於，黏彈性高密度聚 乙烯(HDPE)材料並未具有足夠的時間及空間，恢復其之藉 由第二插銷對扭曲之前通過第一插銷對的初始形狀。如第i 圖中所示以一正交定向配置相鄰的插銷對，由於管橫截面 在一極短的時段與距離内穿過第一插銷對以及接續之正交 20對準的第二對時必需完全地改變，所以能夠大大地增加所 需的拉穿力。針對此理由，展現可恢復之彈性-塑性變形特 性，諸如高密度聚乙烯(HDPE)的黏彈性材料係為較佳的變 形材料，用於由多次的變形恢復最大的變形能。 表2顯示針對四間隔比及四夾緊比的結果。當間隔比減 36 5 、寺插銷組係更為接近在一起，並且間隔係數增加。由 的在變形管中的應變影響區域在較大夹緊比時係為較大 ’所以間隔比與夾緊比之二函數皆為增加。就112的夹 二比而言，其中插銷對間隔係為管之直徑的ι ΐ2倍，以及 的夾緊^’ 隔佩料於㈣並且拉穿力係為 (吟W㈣=5.91大於一單插銷組。假若三插鎖 插= 吏用相_夾以與間贼，則所需之拉穿力係為單 、、且織拉穿力的 1+8㈤)=1.0+4 91(3-1)=1〇 82倍。 10

所觀==、=:特別型式之拉穿式耗能器，改: 15 組中插銷獨立_的距離。此臨一 而言，該比#a 就母—插銷組具有二插销的耗能 器而言該比係為5，而針對每—插銷組具有二插銷的耗 器而言，錄 u及就每—插雜具有人插銷的耗 銷至—插：且:、;:.5。然而，如以下所示，添加附加的 、、制漸增地較小區域的變形。 f·插銷分多且 37 之拉穿料耗能器巾，當將_管牵拉穿過插 2拉穿力係視插銷與管之_夾緊力而定。影響拉穿 盘-主要=數麵在—插銷_或是插雜中插銷的數 奸^ ± &因為％繞官的插銷位置，當變形元件通過 插銷組時控制變形元件的變形形狀。例如，第4圖及第5圖 雜圖、圓开"’其已藉由具有二相對插銷的-單-二插 、、且j插銷對所產生的壓縮而變形為橢圓形狀。 在-插鎖組之下游側上變形部分的曲率半徑，在決定 域面中的應變分佈以及拉穿力上係為一重要因素。就一 '已：的管徑與厚度而言’隨著-插销組内的插銷更加爽緊 ,(S加了㈣部分之曲率半徑插銷間隙減小。變 形部分之曲率半經亦隨管厚度增加而增加。用於控制於變 士 P刀中曲率半按及應變分佈的一可交替方法，在於採用 附加插銷至一括# Z , 一" 為了限制在一具有相對平行對準插銷的一 ^ 、'中的開始插銷所導致的變形，針對第二插銷對的 最有v疋向係、將其配置與第—插銷對正交。如上述所提 及曰減小介於相鄰插銷組之間的間隔時，拉穿力係非常 &速地增加。如此主要係因位在環繞-組插鎖對之管的下 20 游侧上，該變^、 … 。卩分的曲率半徑增加。如此導致當耗能器 /口著I移動時’增加在該組插銷上的縱向分力。例如，考 里在第1圖中所示的二插銷對管式耗能器中的上插銷對。位 "十之下游或是較低側上管的曲率，由於底部插 銷/對的存在而大許多，同時位在第二插銷對之下游側上的 38 1224658 管曲率係僅適度地變化。於此狀況中， T 下插銷對上的負截 應僅適度地高於-單插銷對或是插鎖組的狀況，上 销對承受較大的負載。如此係建議插销對的最佳間隔 零，其中變形應為對稱並且在二插鎖對上負載應相等'。一、 5力一插鎖組中，對於插銷的數目與配置的影響的有限 兀素分析，係針對一具有三不同的插銷對形式之拉穿高密 度聚乙烯(腑Ε)管式耗能器：a)__組包含二插銷，_ 對之相對插L插銷組包含咖肖，二對之相對插銷， 係正父地配置為-矩形形狀；以及e) _插銷組包含八插 K)銷，四對之相對插銷，彼此間係以45度的角度配置為一八 邊形形狀。所建_為-直徑89公厘、以㈣厚為祕厘的 -高密度紅_腦)管。於所有的狀況下，每—插鎖电 中相對插銷間的間隙係為70公厘。第9圖係比較一變形管橫 15 截面的模型，以及針對-二、四及八插銷組狀況的相關管 應力分佈。第1〇圖係圖示將四插销及八插鎖組與-二插鎖 對組比較，變形橫截面的曲率半徑增加以及相關的應力分 佈。於第9及關中，應力程度係以色彩明暗方式顯示，以 降階方式由紅、橙、黃、幾綠、綠、淺藍、藍至深藍。應 20 力程f明暗表示係配置在第u圖之側條中。對於所有的插 銷而5夾緊負載係為相同的，並且管變形係為對稱的。就 每組-插销的狀況而5，經計算的拉穿力係為，N。就每 組四及八插銷雜況而言，崎算的拉穿力分別為删^ 及 11，56〇Ν。 利用第9圖中所不的每級四插銷形式，變形管中的應力 39 5 系向於母組二插銷形式135%。至於每組二插銷的形式，環 %杈截面所分佈的應力係更為均勻。當變形的橫截面形狀 趨近於圓形時，橫截面中的應力增加並將趨於均勻，於該 兄中羞置的效率將最為理想。例如，於第11圖顯示包含 四對之相對插銷的每組八插銷的建模形式中，計算的等應 力線與分佈的均勻性。每插銷組插銷數目對一管式耗能器 一穿力的影響，係於表3中所顯示的建模結果中清楚地顯 τ並圖不於第12圖中，其中拉穿力係與每插銷組的插 目 l-p ^ 、插銷夾緊比以及管直徑與管壁厚比具強烈的相依性。

+ M於本發明之管式耗能器，於帶 =插銷組中分組在—起，然而插銷組形^ 15 力具有同樣重要的影響。心 器中插銷並未以相對形 …而在，艾形構件與帶條織動穿過一放 列時典型地係安置在相同平面中 ，、+面插銷肖 穿力係隨著耗能器中的插銷數目而增加而言’右 拉穿帶式耗能財，就實驗制財限元糸為名 穿力上插賴目㈣響，其係提供針_鼻之右 見 50.8 { 20 厘、厚3.2公厘、具有250 Mpa強度的鋼帶條的一帶式耗能 器具體實施例。如由資料所示，拉穿力係隨著在所示範圍 内插銷數目而線性地增加。 __表4_對於鋼帶式器在拉穿力方面的變化 —------ 拉穿力，Fpt 插銷數目 實驗 掇縣

2·變形元件特性 本發明之拉穿帶及管式耗能器的能量吸收特性、力-時 間戛變曲線以及減速性能，係顯著地由變形元件及變形橫 截面與尺寸的特徵性質造成影響。儘管可使用廣泛種類的 非彈1*生與黏彈性材料與材料橫截面作為變形元件，但是以 下係審視影響耗能器對具有不同動能的撞擊質量作出反應 的基本性能與特性。 a·材料 15 致供廣泛種類的易延展的金屬及塑膠材料，可使用作 本t明之拉穿式缝μ的變形元件構件，其具有必需 ^非彈性、彈纽或是轉性特性並具有足夠的高強度。 性=—變！元!材料的基本需求在於，材料展現非彈 應用的生或疋黏彈性特性，並且抗拉強度超過對於一特定 應用的預期拉穿應力。事實上，任—符合該等基本需求塑 41 1224658 性可變形材料，可使用作為一變形構件。就高撞擊力應用 而言，不銹鋼或是碳鋼係為較佳的，由於在未硬化狀態下 其之異常局的降伏強度以及延展性。就該等應用而言，特 別是在使用拉穿條式耗能器時，熱軋鋼A36 1030係為一較 5 佳的變形元件材料。 為獲得高耗能效率，黏彈性材料一般而言係為較佳 的，因為黏彈性變形元件可今次並連續地變形，同時恢復 大部分其於變形循環間的原始形狀。由於該等材料在其行 進牙過拉穿式耗能器時多次變形，所以該等材料對於每單 10位長度的最大能量吸收能力而言係為較佳的。儘管可使用 抗拉或是壓縮強度係超過變形負載並在釋放變形負載而恢 復其之原始形狀的任一黏彈性材料，但是高密度聚乙稀已 證明作為變形元件係特別地有用，並可用在拉穿管或帶式 耗能器。亦可使用具有相似的負載變形與形狀恢復特性的 15其他塑彈性或是黏彈性材料。例如，該等材料可包括，但 不限定，熱塑性塑膠，諸如聚丙烯、聚丙烯同元聚合物、 聚丙烯共聚合物、以及乙烯及丙烯的同質異晶聚合物 (polyallomers)。 b·橫截面形狀 2〇 變形兀件的橫截面形狀，原則上，能夠採用任一形狀。 於實例1之拉穿帶式耗能器具體實施例中，使用具有一實心 、矩形橫截面的鋼帶。於實例2-5的拉穿管式耗能器中，使用 具有中空官狀橫戴面的高密度聚乙烯(HDPE)管。於可交替 的具體實施例中，實際上可使用任何形狀的實心或中空橫 42 1224658 截面包括，但不限定，傳統的形狀，諸如三角形、圓形、 橢圓形、正方形、矩形、梯形、平行四邊形、五邊形、六 邊形以及其他規則或是不規則的多邊形狀。就中空管狀橫 截面形狀而言，有用的形狀包括，但不限定，三角形、正 5 方形、矩形、圓形、橢球狀或是任一多邊形狀。就中空橫 截面而言，一或更多的管形狀亦可套疊在一外管的内部， 俾便沿著變形構件長度提供可變化之拉穿力及可變化的耗 能。例如，位在另一較大管部分内部的一較小管部分，在 耗能器抵達一特定位置時可提供一裝置用以增加拉穿力。 10 於可交替的具體實施例中，沿著變形元件長度亦可變化實 心橫截面變形構件、橫截面尺寸或形狀，用以提供可變化 的拉穿力及耗能所用。例如，具有一實心矩形橫截面的變 形構件，沿著其之長度可具有一增加或減小的厚度或寬 度，於變形期間提供一可變化的力-時間量變曲線。 15 大體上藉由確定夾緊力，影響並控制對於一特定變形 構件橫截面形狀與尺寸的選擇。不同型式的橫截面顯示不 同型式的可摺疊及夾緊機構。例如，具有轉角的多邊形狀 係易於因應變集中在轉角處而變形，並在該等處形成塑性 鉸鏈。對比地，圓形形狀，視材料而定，應變可更為均勻 20 地擴展穿過橫截面並更為均勻地變形。亦可視變形構件的 的機械性質而選擇橫截面。例如，一薄壁鋼管大體上在二 平板間受壓縮時，顯現四塑性“鉸鏈”區域，然而一高密度 聚乙烯(HDPE)管大體上在其之整個橫截面顯現一均勻的應 變變化。 43 1224658 於一些應用中，—撞擊物體係對減 性，因而阻力需亜#1仏a， Λ 力量變化。在^ 增加，而非階梯式的 4狀況下，藉由平緩變化的變形構件量變 、'，可1抵穿力與減速度的平順變化。因此，沿著變 的橫截面尺寸變化，因為當拉穿通過耗 =載面係為變得較大或是較小，將造成㈣力與耗能的變 列如，-鋼帶式耗能器其之—端部寬5g公厘而另—端 公厘，產生將變_帶縫置的1部拉動至另一 ίο 端部之拉穿力的兩倍。同樣地，帶厚度的縱長逐漸變化係 具相似的效果。此料對於拉穿管式耗㈣亦具實用性。 例如’其係為伸縮f形式’直徑與長度變化的管係沿著變 形元件的長度置於相互内部亦或置於外部，因此對於拉穿 管式耗，n而言，在拉穿力與耗能上具有相似的分級變 15 化。可父替地’可使用II]錐狀管、漸縮漸擴管形狀以及具 有變化的橫截面直徑或壁厚的管，用以沿著管長度在拉穿 力與耗能上產生相似的梯度。對於拉穿管式及拉穿帶式耗 能器用於產生拉穿力及耗能梯度的可交替方法，包括沿著 其之長度藉由熱處理、硬化作業或是藉由機械加工去除材 料修改變形構件材料的勁度。 C·橫截面尺寸：直徑、寬度及厚度 一拉穿式耗能器的變形部分的一特別有用的具體實施 例係為一圓形管。第13圖係顯示拉穿力FpT及夾緊力pc與針 對一單組每組二插銷高密度聚乙烯(HDPE)管式耗能器的管 直徑對厚度比以及針對一 0.775夾緊比的夾緊與拉穿力之 44 1224658 間的實驗導出關係。此圖係以實例2之資料所產生。於第ι3 圖中，虛線係表示夾緊力以及實線係表示拉穿力。該二線 間的比例係為針對此形式的單組無摩擦拉穿係數。就一已 知的夾緊比而言，由於針對—已知直徑而減小管壁厚度， 所以夾緊力隨著直徑厚度比增加而降低。儘管扣圖係針 對-單夾緊_示結果’但亦能夠針對不同的夾緊比圖示 相似的曲線族。如第13圖中所示，介於夾緊力線與拉穿力 線之間的距離係隨著直徑厚度比增加而增加。 矛口 ^不係為針對具有一夾緊比為ο?%的此耗 ίο 能器形式的單組無雜㈣傭。就―直徑_厚度比為〇5 而言（亦即，管厚係為直徑的—半），因為表面接觸所以係為 士第圖巾所不’拉穿係數係隨直徑厚度比增加而降 低。於此限制下，對於—無限直徑厚度比的拉穿係數係為 零。因此’為增胁管式耗能器中的耗能器拉穿力與耗能， 15 小直徑、厚壁㈣較大餘、薄壁管純。就㈣帶式耗 能器而言’使用矩形狀的橫截面，所顯示的在變形元件橫 截面寬度·厚度比上的變化係為相似的。因此，對於寬、薄 帶的拉穿力與耗能，大體上係低於寬度降低並更為狹窄的 20 車又厚’之具有厚的橫截面的帶n如於此所提及， 衝撞變形的厚帶的相對較高力量，可導致非所需之插鎖彎 曲以及耗能器損害。 3 d·變形特性 已經研究的簡單横截面形狀的變形特性，主要係針 具有圓Η狀及矩形狀横截面的金屬。例如，矩形金屬橫截 45 1224658 面所用的’彎曲機構已由Johnson及Mamalis加以研究[見 W.Johnson以及A.G.Mamalis “車輛的耐撞性 (Crashworthiness of vehicles)”，Engineering Publications Ltd.(倫敦1978年)]。此外，DeRuntz及Hodges已研究中空金 5 屬圓筒或管的彎曲或可摺疊特性[見J.A· DeRuntz以及P.G. Hodges “介於剛性板間的管之壓碎（Crushing of a tube between rigid plates)”，應用力學期刊，美國機械工程師學 會，卷30，1963年]。 忽略摩擦效應，Johnson及Mamalis頃發現牽拉一環繞 10 一圓筒滾輪的金屬板所需之力，係由以下的方程式計算而 得： 2R + t 其中Γ係為牵拉力，7係為材料的降伏應力，从係為板之寬 度，？係為板之厚度，以及7?係為彎曲半徑。就一系列的“固 15插銷而言，針對一拉穿帶式耗能器的總拉穿力，係可藉由 將對於…7個插銷之個別的拉穿力加總而加以估算，因為開 始插銷僅係為導引該板。此簡單的方程式係顯示一般的趨 勢，較小直徑的插銷、高降伏強度的材料以及具有一較大 橫截面的板需要較高的拉穿力。 20 中空圓筒狀金屬橫截面所用的摺疊機構已廣泛地加以 研究’並且通常相對容易地確定夾緊力係為夾緊距離的一 函數。例如，DeRuntz及Hodges針對二平板間金屬管的準靜 態橫向壓縮，發展出以下的簡單分析模型。[見J A. DeRuntz 46 1224658 以及P.G· Hodges “介於剛性板間的管之壓碎(Crushing & tube between rigid plates)”，應用力學期刊，美國機械工程 師學會，卷30，1963年] P JfZi

c D 5其中Pc係為摺疊負載或是夾緊力’（7y係為材料降伏應力， L係為管長，t係為管厚以及D係為管直徑。金屬管材料係視 為理想剛塑性，當承受一橫向負載時，金屬管大體上係藉 由構成四相異塑性较而摺疊，該四相異塑性鉸連接四剛性 區域將耗能局部化在該等四塑性鼓中。 10 諸如高密度聚乙烯(HDPE)的黏彈性材料，對於拉穿式 耗能器具有特別令人關注且有用的特性，儘管其之特性係 與金屬極為不同。然而，黏彈性材料的變形反應與耗能特 性與金屬並不相同。Carney已研究高密度聚乙烯(11〇1>幻管 涵蓋一溫度範圍的準靜態及撞擊負載變形、耗能以及形狀 15復原特性[見J.F_ Carney，Π，“免維護之公路安全設備的發 展（Development of Maintenance-Free Highway Safety Appurtenances)", Strategic Highway Research Program,

National Research Council(華盛頓，DC，1993年)]。於此作 業中’ Carney觀察到高密度聚乙烯(HDPE)能夠承受大的變 2〇形及應變，消耗大量的動能而不致破裂。此外，其觀察到 南岔度聚乙稀(HDPE)經多次負載仍保持其之延展性，並且 負載力一經移除，其能自行復原至其之原始尺寸、形狀及 具最小滯後作用（hysteresis)的耗能潛能。 47 1224658 如於此所顯示，針對夾緊比由20至60%的廣泛範圍， 對於高密度聚乙稀(HDPE)介於夾緊力與夾緊比間的關係幾 乎係為線性。儘管諸如高密度聚乙烯(HDPE)的黏彈性材料 係在一靜橫向負載下摺疊，但高密度聚乙烯(HDPE)管材的 5指疊模式係與金屬管顯著不同，並且DeRuntz-Hodges模型 係不適當的，因為高密度聚乙烯(HDPE)管並未構成如同金 屬官材的塑性鉸，但利用於該處材料變形及耗能的二大規 模的彈塑性區域而表現得更具彈性。取代構成相異塑性 鉸’ 一橫向負載的高密度聚乙烯(HDPE)管於其之橫載面， 10顯現連續的應變變化。於高密度聚乙烯(HDPE)的準靜態測 試中，Carney觀察到一經初始變形，則管摺疊時造成負載 刀叉，導致耗能增加。 咼密度聚乙烯(HDPE)顯現極為令人關注的特性，當其 15 20 通過-對插鎖時，其將開始自行復原至其之原始形狀。如 此容許黏彈性應變能可取回多次，在本發明之耗能器中提 t、卓越的動肖耗機會。再者，高密度聚乙烯㈣即)材料 的卸載反應係為-_的特性，使_拉穿耗能裝置能夠有 效率地作H胃材料係％牵拉穿過該裝置時，作用在剛性 插鎖上的縱向刀力，係為耗能量中的決定因素(例如， ㈣。假若材料係為純彈性的（亦即，卸载路徑係與負載路 徑相同）’則位在_之㈣的卸載力將有抵銷位在插銷之 前側的負載力的傾向。於此情節中，淨縱向分力合力將為 零且未#此因此，本發明之耗能器中所使用的耗能器 變形材料’為了消耗動能因而最佳材料係為非彈性的，並 48 1224658 顯現塑性、彈_塑性、 點彈性或是黏塑性的變形特性。 廍了::獨特的應力_應變特性外，變形材料的卸載反 應係為一重要的特柯 ' 使拉穿耗能裝置有效率地作業。告 材料係受牽拉穿過該I 〃田 七.置時，作用在剛性插銷上的縱向分 係為耗此量中的决定因素，其中e=Fx.x)。例如，假 惫材料係為純彈性，龙 ^ "中卸載路徑係與負載路經相同，則 __之背_卸勤將有抵銷位在插鎖之前側的負載 力的傾向。此狀況係概略地顯示在第2iA圖中，其中淨縱向 分力合轉為零並且未由變形而耗能 ίο 15 。對比地，利用顯3^ 皿黏彈性、雜性或是相似的變形特性的非彈性材料， 由於變形70件的非軸變形以及用於恢復形狀所需的有限 弛時間’所以作用在插銷之背側上的卸載力係、為最小。 此狀況係概略地顯示在第21B圖中，其中具有淨縱向分力合 力並且由變形而耗能。因此，於本發明之拉穿式耗能器中， 變形70件係由耗能所需之非彈性材料製成，較佳地係為黏 彈性材料，諸如高密度聚乙烯。 20 就本發明之拉穿管式耗能器中黏彈性材料的應用而 言’ -附加的材料設計考量係為在變形後用於恢復形狀的 =他時間。視變形構件受牽拉穿過_插鎖陣列時所預期的 撞擊速度與合成行進速度而定，最小與最大_弛時間對 於，擇材·及選定插銷組形“言係為重要的。於特定 的才里擊情即中，與用於通過—插鎖陣列的過渡時間相較， 用於恢復變形橫截面形狀的相對時間，係可為用於將技穿 力與耗能最大化的-臨界因素。此外，視相鄰插銷對係為 49 1224658 平行對準抑或是相互正交蚊，相對於_對間的過渡時 間’用於恢錢频截_最大較佳祕㈣，係可視护 狀恢復是否符合所需而加以變化。 10 15 最小的形狀恢復鬆弛時間的原因係為重要的，在於假 若形狀恢復__間魏於材料通過—單插銷纟續 時間’接著在通過-插銷組之後在f形狀恢復中^載 力’係可抵銷用於變_負載力，同時無產切耗能地進 入插銷組。有關於形狀恢復所㈣最大鬆㈣間，具有二 插銷對形式其具有相對的鬆弛時間限制。相鄰插銷對组係 相互平行鮮，相於恢復㈣㈣間係低於供與插銷對 間隔相等之距離所用的過渡時間時，取回最大的能量。如 此將提供足夠時間’在通過—第—插銷對之後用於恢復形 狀，因此當以-經恢復的形狀而非殘餘變形的橫截面通過 第二插鎖對時，能夠出現最大的變形及能量吸收。對比地， 相鄰插銷對組係相互正交對準，接著t第二插銷對將變形 :橫截面加以變形時消耗由第一插銷對所產生的最大的能 里開始回復至其之原始形狀並接著進一步地於一與由第 20 一播鎖對所產生的原始變形垂直的方向上變形。如此極度 的變形祕-較大量的動能。_此型式，形狀恢復所用 的最大鬆弛時間，較佳地係大於供與㈣對間隔相等之距 離所用的過渡時間。在通過第_插銷對之後，此最大的鬆 =時間對於恢復形狀而言係不足夠的，因此第二插銷對將 變形的橫截面變形至其之原始形狀，並接著在與由第一插 蛸對所產生的變形垂直的一方向上，從而產生一極度的變 50 形與最大的能量吸收。 對於咼撞擊能量狀況，諸如公路防碰墊應用並不值得 注意，能醜期的是，變形構件t其行進通過_插鎖陣列 的拉穿速度係足夠地高，因此恢復形狀所用的鬆弛時間係 低於臨界值。在該㈣況下，變形元件形狀的彈回並不可 此發生在插銷m以及㈣的卸載力將為最小的。再 者，由於較高的拉穿速度，所以在插雜之間並無足夠時 間用於恢復形狀，因此由變形構件取回之增加的變形能量 將提供增強的耗能。 每-耗能器模組包含—揸擊表面，用於承受與一移動 物體接觸，並用於將撞擊力由物體傳送至—絲器變形構 件，一插銷陣列包含—系列的個別插銷、相對的播銷對或 是相對的插銷分組，-_構件用於支撐插銷陣列並 能器作動時導引該變形構件通過插銷陣列，以及—安裝平 臺用於支撐模組。由於在作動中所遭受的高拉力及剪應 力，所以耗能賴組«及安裝結構必需稍曲、彎岐 在耗能器插銷之機械負载期間—經暴露在所遭受的高 的失效、以及變形元件的變形。 a.拉穿帶式耗能器模組 第2圖係顯示-拉穿帶式耗能器模組刚的一 例，而第22A及22B圖係為 ^貫知 、 對應的洋細圖式。就拉穿帶 式耗能器而言，其中使用單杯处# , 插銷陣列40，耗能器模組100业 型地包括二側安裝域15，_支《卿並料變形構 1224658 件50穿過插銷陣列4〇、以及一底板1〇用於安裝側托架^。 一側托架端部表面3可使用作為一撞擊表面4，用於接觸一 移動物體並將撞擊力傳送至耗能器模組1〇〇。可交替地，一 刀開的撞擊表面4係可附裝至一侧托架15端部表面3。插銷 5 4〇係由在相對侧托架15中所鑽之孔所支撐，插銷40可由框 架的任一側邊推入適當位置。於裝配期間，由於變形構件 50典型地係配置在耗能器中，並開始彎曲用以符合插銷 形式、曲率及間隔，為了有助於裝配耗能器以及變形構件 50的負載’每—侧托_係藉由—具有凹口的上顎爽观 10及下顆爽部分3〇之總成所構成，該總成係經鑽孔用以容納 安置插銷40並機製加工為一鍵槽嚙合表面，俾便與在相同 平面中對準的每-顎夾20、3〇的插銷孔45裝配，致使插銷 之縱軸係在相同平面中成直線。耗能器模組插銷間隔，係 可藉由在上及下顆夾部分2〇、3〇中的可交替插銷孔45中配 置插鎖40，而加以調整。位在顆夾部分上的凹口之數目、 尺寸以及間隔可輕易地加以修改，用以容納廣泛範圍的精 細與粗略的插銷間隔調準。側托架1$係利用垂直安裝螺检$ 女裝至框架底板10，該螺栓係通過在每一側托架15之上部 分20及下部分30所鑽之貫穿的垂直螺栓孔。 2〇 就將變形構件5〇預彎曲而言，裝配耗能器模組並使用 一液壓機施壓至側托架15的上顆夾部分2G，其係、包含裝配 並彎曲變形構件50用以符合插銷4〇的形狀與形式。耗能器 核組包含側托架15、插銷陣列4〇總成以及預彎曲變形構件 5〇係藉由將螺帽7鎖緊在側托架安裝螺栓上而牢固至底板 52 1224658 1〇。由於在高應力負載下進行耗能器測試期間觀察到一些 插銷彎曲，於一較佳的具體實施例中，插銷端部在裝配之 前係以鋰基潤滑脂加以潤滑，用以在耗能器作動期間容許 插銷轉動並降低變形構件帶50與插銷4〇間的摩擦。 於-具體實施例中，可任擇地使用一導軌用於維持耗 能器200相對於變形元件的定向，同時該模組2〇〇沿著該元 件長度滑動。在作動耗能器之前，變形構件之近側端係固 定至-靜止物體，因此耗能器可藉由—撞擊力而受牵拉或 推向一末端。 耗能器框架元件可由具足夠降伏強度與彈性模數的任 材料所製成’用以抵播耗能器作動應力而不致彎曲或變 形。於-具體實施例中，框架元件係由等級為A%的結構鋼 材所加工而成。於-較佳的具體實施例中，使用総鋼材製 成耗能器插銷，並以1〇3〇及A36鋼板製成變形構件帶。 b·拉穿管式耗能器模組 第1圖中所不係為具有正交地裝配的插銷組的一二 插鎖對、拉穿管式耗能器模組·的一具體實施例。第洲 中所顯示係為—單插賴、《管式耗能ϋ模組20〇的另一 具體實施例。 20 拉穿管式耗能||模組大體上包含—剛性模組框架 115，用於支撐—或更多的剛性插銷組框架12G。插銷組框 木120係可使用作為_撞擊表面4，用於與移動物體接觸並 將撞擊力傳送至耗能器模組。可交替地，-個別的撞擊 表面4可附裝至_側插銷組框架12()。使用多重插销組⑽及 53 1224658 插鎖組框架120處，可進-步提供模組框架115，其係藉使 用通過框架120之轉角的具螺紋側執116用於調整插^組 130與插銷組咖20之間的間隔，於該處止動螺帽沿著側 執116以較佳的位置及間隔將框架12〇牢固。每一插銷組框 5架120支撐一插銷組130,其中每一插銷組13〇包含至少二插 銷，以及多至八或更多的插銷14〇。於每一插銷組13〇中係 使用大數目的插鎖14〇，使用個別的插銷⑽係為麻須的^ 並且插鎖組m可包含一滾輪軸承或是球軸承，該個別轴承 之作用如同插銷140。當使用軸承作為插銷組13〇時，於一 ”體實施例中’使用—件軸承係有助於將軸承配置在 形元件上。 15 20 岐供的插銷組框架120係作為插銷組13〇與個別插銷 140的支撐件，以及用於調整㈣刚之間隙間隔。當變形 構件150於每_㈣組請之間通過時，㈣肖⑽及框架 *15 120係承文相當大的變形力時，於耗能器作動期間， 模_架115與插銷組框架12峨成必需具足夠的剛性，俾 便維持插銷組130與插銷刚的位置及定向，以及對於每_ 插銷組140的插銷14〇間隙間隔。 々拉穿管式耗能器模組200可包含一單插銷組13〇或是— :::組1、30’ ’係視在一已知的應用中需要的拉穿力及耗 =量而定。在使Μ鋪組13_ 一具體實施例中，對於 二-插銷組13G的插銷14G _間隔以及相鄰插銷組13〇之 =的間隔係可經裝配，用以在模組2_產生—可變之力量 變曲線’當將變形構鱗引通過連續的插銷組削時， 54 /σ著模組200長度變化拉穿力與耗能。於另一具體實施例 中，插銷組130的插銷間隙間隔以及插銷組13〇間的間隔， 在模組200中係維持固定。 於第23Α圖中，係顯示用於一二插銷、插銷組13〇的插 銷組框架總成135的一具體實施例。此插銷組框架總成135 包含一插銷組框架120，該框架係包括上及下框架軌132， 藉由支撐桿孔148利用二具螺紋的支撐桿133及止動螺帽 145加以牢固。一對鑽有插銷座孔144用以容許插銷14〇之凹 入螭部141的插銷座塊件134，係螺合在支撐桿133上並以止 1〇動螺帽145加以牢固。插銷座塊件134係經鑽孔並裝上一螺 紋孔146，用於安裝在支撐桿133上並調整插銷間隙間隔。 於第28Α及28Β圖中，係顯示用於一二插銷、插銷組的 插銷組框架總成135的一可交替具體實施例。於此具體實施 例中，所使用的一正方形或是直線連續的插銷組框架12〇， 15在每一側邊上配置有支撐桿孔148，並在每一轉角配置支撐 才干執孔147。利用支撐桿133及止動螺帽145用以配置插銷 140，並配置具螺紋的插銷座塊件134調整插銷間隙。此具 體實施例之一優點在於，此插銷組框架12〇可立即地提供用 於垂直或是水平地配置支撐桿133及插銷14〇，而不需附加 2〇 的固定裝置。 典型地，插銷間隙間隔係小於管狀變形元件的外徑， 並大於一壓細管狀變形元件的結合壁厚。於一使用非轉動 插銷的具體實施例中，一止動插銷孔142係可構成在插銷端 部141中，用以容納一止動插銷149(未顯示），其係插入穿過 55 1224658 插銷端部141以及位在插銷塊件134中的一對應止動插銷孔 143。使用轉動插銷時，在裝配之前，插銷端部141係以經 基潤滑脂加以潤滑。 由二或更多的插銷組所裝配的耗能器模組2〇〇中，供每 5 一插銷組丨3〇所用的插銷組框架總成135，係利用四具螺紋 側支撐桿131與止動螺帽145加以牢固。就耗能器模組2〇〇而 曰，將支撐桿執131插入通過，在每一插鎖組框架總成135 之上及下框架執132之側邊中經機製的支撐桿執孔147。每 一框架總成135的位置與間隔係經調整，並利用螺合在框架 10執132支撐桿孔147之每一側邊上的止動螺帽145而牢固至 支撐桿131。第25A-25C圖中顯示一插銷14〇、插銷座塊件134 以及上與下框架執132的詳細圖式。使用模組之前，變形構 件的一近側端係固定至一靜止物體，因此耗能器可藉由一 撞擊力而受牵拉或推向一末端。於一具體實施例中，可任 I5擇地使$軌用於維持耗能器模組相對於變开》元件 的定向，同時該模組200沿著該元件長度滑動。 模組200tg件可由任一適合的結構鋼材加工而成。於一 具體實施例中，框架元件係由A36等級的結構鋼材加工而製 成。於較佳的具體實施例中，使用高密度聚乙稀管作為變 20 形元件150。 c·模組結合 與使用拉穿帶式耗能器抑或是拉穿管式乾能器無關， 可使用包含二、三或更多模組以及一或更多變形構件的可 凋、早杈組可變之力耗能器或是多階段可變之力耗能器， 56 1224658 針對一特定的應用用以產生一所需的減速度及力量變曲 線。儘管經適當地設計，單耗能器模組100、200可符合一 預期的力-時間量變曲線的目標，於較佳的具體實施例中， 二或更多的模組100、200係經結合用以檢驗一可變化的力一 5時間量變曲線，俾便將傷害及損害降至最低。用於控制減 速度及耗能所需的一可變化之力-時間量變曲線，二或更多 模組100、200可沿著一單變形構件5〇、150之長度以連續結 合方式裝配，或是並列結合的方式其中二或更多的變形構 件50、150係相互平行地對準，每一模組10〇、2〇〇係附裝至 10其之特有的變形構件50、150，或是以一連續-並列結合方 式其中二或更多的模組100、200係沿著二或更多的平行變 形構件50、150的每一構件的長度連續地配置。 第27A-27B圖中係概略地顯示一可變之力、多階段耗能 器300的一實例。於此示範的具體實施例中，顯示一使用單 15變形元件350的三階段耗能器300。於此實例中係使用三不 同的耗能器100、200。一第一階段模組360、一第二階段模 組370以及一第三階段模組380皆係附裝至一單變形構件 350，該構件係利用一固定托架315固定至地面。第一階段 模組360係附裝至一撞擊橇件330，當其沿著變形元件350滑 20 動時’係藉由導軌310加以穩定並受導引。一撞擊表面32〇 係配置在撞擊橇件的前方外部，用以接受撞擊並將撞擊力 傳送通過橇件330結構至第一耗能器360。一旦撞擊，於第 —階段中，撞擊力將橇件330及第一耗能器模組360沿著變 形構件350移動至第二階段模組370，承受一相當於第一階 57 1224658 段模組360之拉穿力的穩態力。當第一階段模組36〇撞擊第 一級板組370時’必需克服二模組360、370之拉穿力，以及 橇件330與二模組360、370係沿著變形構件35〇持續地滑 動，承受一相當於第一及第二模組360、370之結合拉穿力 5的穩態力。當第二階段模組370撞擊第三階段模組38〇時， 二模組360、370及380之拉穿力結合，以及槪件盘二模 組360、370及380係沿著變形構件350持續地滑動，承受一 相當於第一、第二及第三模組360、370及380之結合拉穿力 的穩態力，直至消耗所有的撞擊物體之動能以及撞擊物體 10 停止為止。 應強調的是’第27A及27B圖中所示的具體實施例，僅 係表示本發明之多階段耗能器裝置3〇〇的一實例。耗能器 100、200以及變形構件50、150的數目與形式，可根據本發 明之講授内容加以變化，藉由使用不同的變形元件以及連 15續、平行及混合連續、並列的耗能器模組結合，用以製造 具有廣泛力-時間量變曲線以及減速度特性。藉由使用不同 形式的模組100、200以及變形構件50、150, 一廣泛範圍的 撞擊質量、速度及動能可容易地提供一定製的力-時間量變 曲線，用於控制減速度及能量衰減，俾便將撞擊傷害與損 20 害減至最小。 E.耗能器測試 使用一種傳統式Tinius Olsen 200噸負載測試器，用於 測試不同的原型拉穿帶式耗能器模組。由於負載測試器之 相對低的應變率範圍，係將最大的應變率限制在2〇，，/min， 58 1224658 所以拉穿帶式耗能器模組樣品係在20，，/min的牽拉率下的 準靜態測試狀況下進行測試。 測試之前，在裝配耗能器模組期間，必需將變形構件 鋼帶預先彎曲。典型地，使用一液壓機對帶式耗能器模組 5側托架的上顆爽部分施以壓力，將模組總成壓按在一起， 推進插銷靠著金屬帶並有效地將帶彎曲用以符合插銷直徑 及插銷間隔形式。在將帶構件預先f曲之後，鎖緊模組安 裝螺栓用以將變形構件牢固在模組總成中，並將模組負載 進入負載測試器。暴露之帶變形元件的一端部係以一組負 10載測試器握緊顎夾加以牢固，同時將耗能器模組牢固在一 相對組的負載測試器顎夾中。為開始一測試作業，將負載 測試器應變率設定至最大並施以負載，同時持續地監測並 記錄維持應變率所需的位移及力。一旦拉穿力達到一穩定 狀態數值，則完成測試。帶變形元件的變形長度，係與帶 15元件的尺寸改變-同測量。由穩態拉穿力計算耗能，^及 變形距離及能量密度值係描述為由變形部分之重量及容積 除耗能。為了評價在變形期間鋼帶之作業硬化的效果，於 二測u式中夕重耗此器穿過係以相同帶構件完成，帶之 硬度與伸長係在每次通過之端部處離線加以測量。 ^ 1·拉穿管式耗能器測試 利用一垂直測試形式，用於測試示範的拉穿管式耗能 器模組。為了針對具有不同的動態負載狀況的複數之撞擊 情節評估耗能能力，變形構件變形與恢復特性，以及耗能 器參數，諸如插鎖對間隙、插銷對或插鎖組間隔、每一插 59 1224658 銷組的插銷數目、插銷定向以及變形構件形狀與尺寸，在 拉穿管式耗能器模組執行傳統式下落塔測試。利用此技 術，記錄在耗能器測試模組上以不同的速度下落的撞擊質 量的範圍，以及加速度_時間歷程與沿著變形構件的總耗能 5 琴位移。第18圖中所示係為下落塔裝置的概略圖。高速視 訊攝影機、加速度計以及位移轉變器係用以記錄撞擊事 件，並經由配備一類比/數位轉換器的一實驗室電腦執行資 料記錄。 於該等測試中所用的傳統式下落塔包括四根三米高的 10 鋼管圓柱，其係安裝在一鋼底板上，該底板利用可調整橡 膠振動安裝座而附裝至一地板。一上板係於該四轉角的每 一轉角處附裝至四圓柱，用於穩定整個框架。該四圓柱支 撐及導引滑動重量，該重量係在69.4公斤及185公斤之間變 化，並係提供作為一撞擊質量。為將與滑動重量的摩擦損 15 失降至最低，將支撐圓柱塗佈潤滑油脂。使用一電氣絞車 將撞擊質量升高至塔的頂部。將重量堆疊在塔的頂部並可 自不同的高度下落，造成不同的撞擊速度與能量。典型地， 就此裝置而言，用於下落重量的最大高度係約為三公尺， 與理論的撞擊速度7.5公尺/秒相配合。管變形構件之一端部 20 係附裝至一大的撞擊質量所使用的頂板，抑或是小的撞擊 質量所使用的底板，用以避免發生皺曲。耗能器模組典型 地包括單插銷對，或可交替地，為二插銷對插銷組。在開 始每一測試運作時，針對一撞擊速度與撞擊能量的範圍， 耗能器模組一般係以低於撞擊質量的變化距離，配置在變 60 1224658 形構件上。 第18圖係為下落塔測試裝置在與一耗能器模組撞擊之 前、期間以及之後的概略代表圖式。由變形構件、插銷耗 能器模組以及撞擊質量所構成的系統控制的相關於地面基 5 準的總能量五，在三種不同時機下由以下的方程式加以表 不·

撞擊之前 Ex- =mxghi + m2ghi 撞擊期間 五2 = =migh3 + rmghi + ^miv2 卜t2 撞擊之後 Es: =rrtigh^ + m2gh5 + U +UF 10 其中，就每一時間而言，五i係為系統的總能量，係為撞 擊質量的質量，吻係為插銷耗能器模組的質量，以系為撞擊 質量的撞擊速度，t/係為藉由將變形構件變形所吸收的應變 能以及％係為藉由摩擦所耗能的總量。 於撞擊期間，在高密度聚乙烯(HDPE)的變形中吸收的 15 總能量能夠由以下的積分式加以表示：

其中L係為插銷耗能器模組之總位移，以及係為變形構件 應變的面積。因摩擦而損失的能量％係可表示為於撞擊期 間，一摩擦力F乘上由插銷所涵蓋的總長度的乘積。

20 UF = F * L = fd · P * L 其中A係為動摩擦係數以及P係為施用在管上的橫白負載。 由於塔支樓圓柱係經潤滑，用以將與滑動的撞擊質量的摩 61 1224658 擦減至最小、以及摩擦的能量損失係為最小的，並且針對 該等測試係可忽略的。 就資料的取得而言，該下落塔裝置有二Stone & Webster PCB/Piezotronics加速度計，其中之一為系列 5 302A(500-g)以及另一為系列3〇8B(50-g)，直接安裝在下落 重量上，在撞擊期間用於測量撞擊速度及加速度。使用一 具有線纜長度3.822公尺的熱塑性線纜的ceiesco線纜-延伸 位置轉換器PT5DC，作為位移轉換器。轉換器底座係安裝 在塔的底部，以及線頭係附裝至下落重量，用以測量位移。 ίο加速度計與轉換器信號係以一惠普（Hewlett Packard) 35665八的動悲#號分析器（〇8八）與1^1)\^^¥軟體加以分 析。所使用配備一 Cosmicar/Pentax的6公厘F/1.3透鏡的一 Redlake的電荷耦合元件(CCD)影像攝影機(PC18000S)，用 於咼速攝錄成電影並且檢驗畫面用以在撞擊質量由不同高 15度下落時計算其之速度。典型地，經觀察可得在理論與實 際撞擊速度間有3%的差異，其造成撞擊質量的理論與實際 動能間5.9%的差異。於實例2中，提供針對複數之高密度聚 乙烯拉穿管式耗能器的測試參數以及測試結果。 F·車輛防碰墊設計 20 I正面撞擊防碰墊 防碰墊係為一特別型式的路旁設備，意欲在一失控車 輛撞擊一較為剛性、危險的物體之前使其停止。在足尺的 撞擊測試中用於評定防碰墊以及其他路旁設備性能的標 準，包括於國家合作公路研究計劃(NCHRp)報告35〇中[見 62 1224658 Η·Ε· Ross等人“針對公路特徵的安全性能評估的建議程序 (Recommended Procedure for the Safety Performance Evaluation of Highway Features，)，，NCHRP 報告 350， National Cooperative Highway Research Board，運輸研究委 5員會，華盛頓，D.C·，1993年]。於此報告中，提供二標準測 試用於評估防碰墊之正面撞擊性能。第一測試標準包含一 820公斤的小汽車以100公里/小時的速度正面撞擊一防碰 墊，同時第二測試包含一2〇〇〇公斤與原物一樣大小的小卡 車以100公里/小時的速度正面撞擊一防碰墊。 10 根據報告350，可接受的公路防碰墊裝置必需符合針對 乘客女全的二特疋设計需求。第一，在乘客頭部相關於車 輛内部行進0·6公尺之後，就乘客與車輛内部撞擊的理論乘 客撞擊速度（0IV)應低於9公尺/秒。就一一維正面碰撞而 言，如以下表示式所示，對於第一 133毫秒的正面碰撞係與 15 6.88 g’s的定減速度相同： 1 OIV = jadt->9 = aT ο A = jatdt ^0.60 αΤ2 9Τ 4 Γ = 0.133*y . 2 2 〇IV = aT-^9 = a0A33^a = 67,61m/s =6.88g^ 第二，在乘客已撞擊車輛内部之後，10毫秒平均乘客撞倒 加速度(ORA)，對於碰撞的其餘部分應維持低於15 g,s。所 需的是，乘客撞擊速度(OIV)係低於9公尺/秒以及乘客撞倒 20加速度(〇RA)係低於15 g’s，儘管最大的可容許限制係分別 為12公尺/秒及20 g’s。第三需求在於，防碰塾必需夠長用 63 以讓一行進速度為100公里/小時的2000公斤小卡車停止。 一般而言，設計該防碰墊包含平衡用於更為和緩減速度的 六長防碰塾的需求，以及具有較短長度防碰塾的符合經濟 成本的需求。 5 該等三需求已在二或三階段中所設計大多數防碰墊中 發生。第一階段係由小汽車及乘客撞擊速度(OIV)標準加以 控制，因此在第一階段中的最大定力係為F=m · a=82() · 6·88 · 9·81/1〇〇0=55 kN。此力必需施加涵蓋一段3」公尺容 許乘客接觸車輛内部的距離。第二階段係為藉由在82〇公斤 0乘客車輛測试中檢視乘客撞倒加速度(QRA)標準而設計。在 乘客已接觸内部之後，經乘客撞倒加速度(〇RA)標準控制在 第二階段中最大的定力係為82〇 · 15 · 9.81/1000=121 kN。 叙若第二階段係為公尺長，貝彳820公斤小汽車能夠在3.J 公尺及1·1公尺，或為4.2公尺的一總結合距離中安全地停止。 15 第三設計需求在於，防碰墊必需在大型足尺的小卡車 抵達防碰墊之端部之前，吸收小卡車的所有能量。使用根 據小汽車設計的相同二階段力系統（亦即，針對31公尺的一 55 kN的一初使階段以及針對hl公尺的一121 !^^的第二階 段），當小卡車抵達4.2公尺的第二階段之端部時，仍具有顯 20著的動能。可增加第三階段而具有較高的力量，因為小汽 車不太可能穿過。於第三階段中對於2000公斤卡車而言， 一15-g減速度係相當於294-kN之力。利用一294-kN的第三 階段，該2000公斤小卡車能夠安全地在一段典型的防碰墊 長度5.7公尺的距離内停止。 64 1224658 如第15A及15B圖中所示，一傳統設計的防碰墊導致一 三階段定加速度(減速度）階段功能。如第15B圖中所示 820公斤的客車在4.2公尺距離停止之前，僅與二階Z相 影響。然而，如第15A圖中所示，一較重的2〇〇〇公斤目互 5係在5·7公尺距離停止與所有三階段相互影響而。卡車 符合目前正面撞擊標準的防碰墊的一未解決問題在 於，該一防碰墊如何針對大多數重量介於小汽車與足=在 卡車之二極端間的所有車輛發揮功能。大體上中型尺 客車貝里係位在1450公斤的區域中。假若一 145〇公斤中型 10尺寸轎客車撞擊到係根據以下實例3之裝置所用之样準机 計的-防碰墊，則在事件末期時的減速度將超過2〇Js的^ 大容許限制，並高於15 g，_所需設計目標。儘管目前的八 路防碰墊測試及評估標準並未要求製造商針對⑽公斤二 客車設計路旁設備，但是認真謹慎的設計者希望針對所有 15適當尺寸的客車提供低於可容許限制的乘客撞擊速度⑼V) 及乘客撞倒加速度(0RA)反應，而非侷限在該等車輛人口的 極端。在實例4中所提出的一防碰塾之一示範實例，係使用 本發明之一耗能器並克服該等限制。 2·側撞擊防碰墊 〇 $-令人關心的議題在於，於側撞擊中護柵終端及防 碰墊的性能。側撞擊係為車輛橫向地滑入防碰墊或是護栅 終端的撞擊。Ray等人最近為聯邦公路管理局發展祕評估 路旁設備在側撞擊中的性能之標準[見MHRay,jcweir C.A· mxico及K. Hiranmayec “路旁特徵之側撞擊撞擊測試 65 1224658 的結果評估（Evaluating the Results of Side Impact Crash Test of Roadside Features)”，聯邦公路管理局報告第 FHWA-RD-00-XXX號，合約編號第DFH61-96-R-00068號， 最終報告，2001年秋天，於此併入本案以為參考資料]。Ray 5 等人確定，一820公斤客車在時速50公里/小時的側面撞擊 下，假若車輛的初使撞擊速度與撞擊物體面的速度差異， 對於在初使撞擊之後的2 0毫秒之後總是低於9公尺/秒時， 乘客係有可能生還的。就一如同防碰墊的裝置而言，其中 由裝置所施加之力係隨位移而增加，在20毫秒的初使撞擊 10中，所需求的標準量在於撞擊裝置面的速度必需為13.88公 尺/秒（亦即，撞擊速度為50公厘/小時）減去9公尺/秒或為 4.88公尺/秒’或約為5公尺/秒。於Ray等人的報告中，其說 明所發展的使用二組之四插銷鋼帶耗能器的側撞擊防碰 墊。於第17圖中的支柱測試照片中顯示，此衰減器使一820 15 公斤的小型車在一 13.88公尺/秒的速度下的完全侧撞擊 中，以低於0.75公尺的短距離停止。然而，此裝置僅對側 撞擊提出說明’並不適於使用作為一公路防碰墊，因為其 並不符合在報告350中所規定的針對正面撞擊的需求。 已執行小型車足尺的撞擊測試與模擬，用以評估不同 20 型式車輛，特別是小型客車，的側向結構的強度。例如， Hinch等人發現典型地在撞擊測試中所使用的如82〇公斤車 輛的小型客車，在一侧撞擊中無法產生超過45 kN的阻力， 並且如此所需的是撞擊物體接觸門結構與下門檻[見 J.Hinch，G.Manhard，D.Stout，以及R.Owings，“用於決定在小 66 1224658 尺寸車輛碰撞中照明支撐裝置的分離特性的實驗室步驟 (Laboratory Procedures to Determine the Breakaway

Behavior of Luminaire Supports in Mini-Size Vehicle Collisions)”，卷 Π，報告第FHWA-RD-86-106號，聯邦公路 5 管理局，華盛頓，D.C·，1987年]。不幸地，此力之大小亦 與侵入乘客區劃空間300公厘或更多而有關聯。根據Hinch 等人的論文，假若侵入係限制在不超過15〇公厘時，車輛的 側結構僅能夠抵抗約為25 kN之力的撞擊。因此，針對侧撞 擊所設計的一防碰墊必需將裝置的鼻部分在首先的2〇毫秒 10期間加速上達至少為5公尺/秒，同時不需超過25 kN之力即 可達成。回想在第一實例中防碰墊的第一階段係為55 kN， 傳統的防碰墊的鼻部分於一側撞擊中係太為堅硬。 為了發展滿足正面撞擊需求以及側面撞擊的改良式防 碰墊，吾人必需考量一典型的侧撞擊情節及減速度量變曲 b線。參考&6A-16C圖，改良式防碰塾的第一階段針對首先 的〇·25公尺必需具有25 kN的定力。防碰塾的其餘部分在 A尺内必而線性地將力量由25 增加至(亦 P 〇 A尺_〇·25公尺）。防碰墊之最後6.75公尺必需增加205 kN的力篁’由25 kN至230 kN。能夠提供此力時間量變曲 2〇線的防破塾亦符合於表5中所示的所有報告35〇標準。 67 1224658 H針對拉穿管式耗能器防碰執湔諸的壬鉻从

G·示範的耗能器具體實施例 實例1中係提供拉穿帶式耗能器的一實例，以及其之對 5應性能特性。實例2中係提供拉穿管式耗能器具體實施例的 一實例，以及其之性能特性。實例3中係提供一五插銷對、 拉穿官式耗能器防碰墊的一實例。實例4中係提供一多階 段、可變之力拉穿管式耗能器防碰墊的一實例。實例5中係 提供一拉穿帶式耗能器防碰墊的一實例。 10 實例1 拉穿帶式耗能器 不同拉穿帶式耗能器的準靜態測試形式，係為利用一 1800 kN的實驗室負載測試器加以執行。由於設備的限制， 係在低應變率下完成測量，典型地低於2〇，v分鐘。就該等測 15試而言，5〇·8公厘寬A36的熱軋鋼帶，係經評估作為變形元 件。測試3.2公厘及4·8公厘厚的鋼帶。評估12 7公厘與191 公厘的插銷直徑。四、五、六及八插銷耗能器模組性能係 與50.8公厘的固定插銷組間隔比較。為了避免因不受控制 的摩擦力對結果造成無系統的變化，所以對所有的測試使 20用經潤滑的滾動插銷。為了評估作業硬化效應，所以測試 68 未受應變及經應變的鋼帶。$ 、 耗能以及伸長。表6切提供係不=量拉穿力〜、 模組形式陳穿力與耗„料。^拉穿帶式耗能器 銷間隔下，拉穿力與耗能係隨 所不，在固定的插 &。^ ^ 銷數目與帶厚增加而增 力於苐26圖中，其中圖示係針對 對插銷數目，其係使用一5〇 式耗能器的耗能 所具有的插鎖間隔為公厘 ^ ^ 及丨9·1公厘的插銷直徑。如 於第26财所示，耗能密度錢著插魏目線性地增加。 10 15 20 為了評估湘—使用191公厘的插鎖直徑、則公厘的 插鎖間隔以及-3.2公厘厚⑽8麵寬具有— Μ 7之初使 R〇CkWdl B硬度的A36鋼帶的耗能器作業硬化效 應，在暴露至多次通過帶式乾能器運作的未經應變及經應 變的鋼帶上完成測量伸長及拉穿力。如所預期，在相同的 帶上多次通過導致減小帶橫截面積及厚度，增加帶長度、 增加硬度及因截面積減小而減小拉穿力。在開始通過中， 硬度增加至8 3.4、截面積約減至初使截面積的7 〇 %以及所 測量的拉穿力係為36.5 N。在第二次通過中，硬度增加至 8 5 · 1、橫截面積約減至原始截面積的6 〇 %以及拉穿力係減少 至25.5 N。在第三次通過中，硬度增加至85·8、橫截面積約 減至原始截面積的46%以及拉穿力係減少至17.2Ν。 69 1224658

實例2

双牙&式耗能器 5 單插銷對與二插銷 耗能，係以上料_ i缝組的拉穿力 間隔對耗能器性能的法加以測量。插銷間

10 插銷對間_影響係針對二插銷對模組加以評估:研 _銷間_隔為3G公厘、35公厘及4G公厘，以及插銷 為刚公厘、150公厘及2〇〇公厘。就二耗能器類型 。，、所使用的撞擊質量為祀公斤、107公斤及128公斤 斤代表的㈣速度為2 58公尺/秒、3.94公尺/秒及Μ!公大 :::所有的狀況中，使用89公厘的高密度聚乙歸_>f 吕件作為變形構件元件。 15 表7中係提供針對單插鎖對模組的測試結果，並緣製於 70 第 19 圖 ψτ _ :;移動的距離係隨著插鎖對間増:的撞擊能 絲触每私長細耗能係為插 ~r~s¥ ^ JJAn) ^4008 就表7及第19圖中所示的測 10 =，·一察的每單位長:：=: 約為2.64 i〇/m ’ — _對間隙為％公厘 為3·36 KJ/m以及一插銷對門 K J/m。_ q §| 1 為4 G公厘的耗能為4. 〇 9 該L果顯不將插鎖間隙減少125%，由做厘減至 則耗能約增加27%’以及將插銷間隙減少鳩，由 40公厘減至3〇公厘’職能約增加洲。 15 一 /、有*插銷對形式的二插鎖對管式耗能器模組而 ^見第1圖’第5圖）’插銷對至插鎖對間隔距離的附加變 ，係連同插制_隔—起評估。表8中係提供耗能的結 果▲。弟20圖係圖示針對二插相對耗能器模組，每單位長的 b係為插銷對插銷至插鎖間隙距離以及插銷對至插銷 對間隔的函數。如第2〇圖中所比較，多重插鎖對與單插鎖 對相較母早位長度顯著地消耗較多的能量。第糊顯示 71 20 1224658 耗能係隨著播銷對至插銷對間隔減小而增加，以及減小插 銷間隙或插銷至插銷距離。 代式耗能器模組解位長度的耗能係為插

Hi隔 耗能(J/m) 插銷至插銷間隙距離（公厘） 30 35 40 100 36418 23281 13730 150 「18772 13173 11567 200 17032 11300 8827

實例3 拉穿管式耗能器防碰墊 利用上述論及針對車輛防碰墊設計性能的標準，設計 一可變之力、拉穿管式耗能器，用以獲得需要的加速度(減 10速度）量變曲線，從而滿足三設計需求用於將在正面碰撞中 對乘客造成的傷害降至最低：a) —最大的乘客撞擊速度 (OIV) ’ b)針對乘客撞倒加速度（qra)的一最大的g_力 (g-force);以及c)足夠的耗能用以將一以1〇〇公里/小時行進 的2000公斤的小卡車停止。 15 如以上所提及，於第一階段中所需的拉穿力符合小型 車乘客撞擊速度(0IV)需求，所顯示係為55 kN。因此，針 對防碰墊設計的首先作業係選擇一形式，使所產生的力係 位在針對防碰墊之低力端部的範圍中。於第13圖中，針對 一 〇·7753的夾緊比，一直徑_厚度比約為6所獲的拉穿力FpT 20 為10 kN。針對一89公厘直徑管，此直徑-厚度比係與約為 72 13公厘的壁厚相配合。假設一忽略摩擦力（亦即，：F=〇)的滾 動插銷形式，所需之無摩擦拉穿係數:PT係為55/10或5.5。假 潜使用一二組每組二插銷，或二插銷對的高密度聚乙烯 (θίφΕ)管，假設又係與壁厚無關，可利用表2用以設定插銷 5 叙之間的間隔。假若吾人假設η=2並由表1查得Η=1·4以及 Ρ〇4673 Ν，接著解出8而給定一間隔係數2.9。 μρτ = ς(1 + λ(η -1)) ^ 5.5 = 1.4(1 + λ{2 -1)) ^ = 2.9 針對0.775之夾緊比以及一 2·9的間隔係數，於表2中將間隔 比數值藉由内插法求得的間隔比約為1·45。因此，此示範 1〇 的防碰墊的第一階段應使用一二插銷組/每組二插銷形 式，插銷組係以約為130公厘之距離間隔開。 如以上所示，於此示範的防碰塾的第二階段中，對於 — 820公斤客車的乘客撞倒加速度(〇CA)，需將總力增至121 kN，與第一階段的55 kN相較高出66 kN。假若在第二階段 15中使用相同的管與整體配置，如此需要的一拉穿力係數係 為（121_55)/10=6·6。再者，解出間隔係數： "ΡΓ = ί (1 + 又(衫 -1)) 6.6 = 1.4(1 + Α(2 — 1)) —^ X — 3.7 就一夾緊比0.7753而言，由内插法求得間隔比係數又，針 對一二組每組二插銷的耗能器而言，表2建議夾緊比為i 34 20 或是119公厘的間隔。 如以上所提及，此示範的防碰墊的第三階段需长在 於，將一在100公里/小時速度行進的2000公斤卡車，以15G 的最大減速度下將車停止。如此通過第三階段的總力為294 73 由於仍然結合喃合的第一與第二階段提供121 kN的結 u口力，所以必需提供第三階段，而附加力與第二階段的m —N相較需增加173 kN。假若保持相同的—般管配置，則第 :階段需一無摩擦拉穿係數為173/10=17.3。如於表i中所 ::由：此係超出二組形式的能力範圍，所以必須增加組 。假若使用由表2取得的最小可用的間隔比(亦即，4 μ)， 所^插銷組數讀可由以下的驗無麵㈣係數 不式取得： ^ρτ = ς(1 + λ(η -1)) 17·3 = 1·4(1 + 4·91(π-1))4^3.3143 3整數數值作為插鎖組數並用於解出間隔比： ^pt =^(1 + ^-1)) 17.3 = 1.4(1 + Α(3-1))^λ = 5.6 者’針對G·7753之线比藉由内插法取得間隔係數 表2中建議約為1_〇的間隔比。因此，於第三階段 15 L應使用—三播銷組/每組二插銷耗能器的間隔比為卜 3銷組係以89公厘之距離間隔開，將導致所需的力。 因此，當使用一直徑為89公厘、厚度13公厘的高密度 /乙稀(HDPE)管部分時’一所需的撞擊反應可由 達到·· a、一筮 八 階段包含一二插銷對耗能器，插銷對間隔 :、、〇厶厘’ b)一第二階段包含一二插銷對耗能器，其中間 j減至117 A厘；以及c)一第三階段包含一三插銷對耗能 器其其中2隔減至89公厘。此示範耗能器係為本發明之拉 穿s式耗月b咨的—具體實施例，其符合目前針對小型車與 74 足尺小卡車之正面撞擊的公路防碰墊性能需求。 實例4 每組八插鎖高密度聚乙稀(HDPE)管拉穿式耗能器防 碰墊 5 儘管在實例3中所提供耗能器具體實施例符合目前針 對小型車與足尺小卡車之正面撞擊的公路防碰墊性能需 求，但於此實例中，提供一種改良的拉穿管式耗能器設計， 不僅符合現存針對小型車與小卡車之正面撞擊的防碰塾需 求，同時擴大針對側撞擊對乘客的保護，同時對中型車（亦 10即，1450公斤）提供寬廣範圍的防護以及對正面或側撞擊有 較小的車輛特殊反應。 參考第16A-16C圖，改良式防碰墊之第一階段針對最先 的0.25公尺具有一25 kN的定力。在最先的〇·25公尺之後， 該力應線性地增加直至距端部7公尺處達到230 kN為止。此 15係可利用回至參考表3的一系列的备八插銷/組耗能器完 成。利用一直徑為89公厘以及厚度為6公厘的一高密度聚乙 稀(HDPE)管（亦即，D/t比為14.833)，一單八插銷/組耗能器 在夾緊比為0.186(例如，在0.225與0.135之間内插而得的一 夾緊比）下導致一 12.5 kN之力。該二耗能器可配置在裝置的 20 端部上，用以提供側撞擊所需的25 kN力。 防碰墊的其餘部分必需在6.75公尺内（亦即，7.0公尺 -0.25公尺），線性地將力由25 kN增加至230 kN。如之前說 明8插銷/組耗能器的臨界間隔係約為一直徑，因此假若間 隔係至少為89公厘，則力係為附加的。防碰墊的最後6.75 75 1224658 公尺必需增加力205 kN，由25 kN至230 kN。再次參考表3， 夾緊比為0.326的一8插銷/組耗能器將導致力量大體上約為 17 kN。該12耗能器將導致204 kN。假若一 8插銷/組耗能器 係每隔0.5公尺附裝至高密度聚乙烯(HDPE)管，則大體上造 5 成線性增加力。當裝置之鼻部分向下推動高密度聚乙烯 (HDPE)管部分時，在移動的耗能器沿著管子接觸靜止耗能 器時，則持續增加耗能器。其時，一2000公斤的小卡車抵 達防碰墊之端部，將累積14個8插銷/組耗能器（亦即，在前 方的2個12·5 kN/組耗能器加上沿著防碰墊的最後6·75公尺 10 所配置的12個17 kN/組耗能器）。 此改良的防碰墊係符合以上於表5中所示之報告35〇的 所有標準。儘管對於小型車測試的乘客反應係稍高於所需 的限制，但其仍低於最大的可容許限制。除此之外所能夠 顯示的是，任一質量介於820與2000公斤之間的車輛將可安 15全地停止，不致超過乘客反應限制。側撞擊性能係為另一 獨特的性能強化。重要而應注意的是，本發明之此具體實 施例的耗能式防碰墊完成其他現存防碰墊所無法完成的二 事，其對所有介於820公斤與2〇〇〇公斤之間的車輛產生可接 受的車輛乘客反應，並提供可接受的側撞擊性能。 20 實例5 八插銷鋼帶拉穿式耗能器防碰墊 除了實例4之拉穿高密度聚乙稀(HDPE)管式耗能器防 碰勢具體實施例外，於此實例中的拉穿帶式耗能器防碰藝 具體實施例能狗提供-相似較佳的力反應，俾便在撞擊期 76 1224658 間將乘客受傷害風險降至最低。 A36鋼帶的降伏強度係為25〇 Mpa的降伏應力乘上寬 10 度50.8公厘與厚度3.2公厘，或大體上約為41〇 kN。由於在 改良的防碰墊中所需之最大力係為230 kN，所以一單鋼帶 具有足夠的強度。如先前於表4中所顯示，就一鋼帶拉穿式 耗能器而言，拉穿力與插銷數之間的關係係為線性的。表4 顯不此類型之一六插銷耗能器將導致約為25kN的力，需以 第一階段的需要程度獲得良好的側撞擊性能。由表4，一旦 插銷數多於四’增加每一插銷則每一插鎖將增加8 kN之 力在防碰墊之月部處獲得一230 kN的力，係需增加另外 的26插銷。假若六插鐵係間隔5〇·8公厘配置在正面，則一 鋼π拉穿式耗能II因而可設計成用以產生第 16A-16C 圖之 15 減速度1變曲線。在距開端G 5公尺的一點處，具有另一插 銷組的-托架應每_.25公尺配置。其時，—2麵公斤的 小卡車將鼻部分-直地推回至防碰墊，所有位在耗能器上 的32插銷將變成涉人消耗碰撞之撞擊能。 20 〜上述實例已加以說明，本發明之拉穿管式及帶式耗能 T月b夠7〇成特疋的力時間設計目標，用以在正面與側面撞 =期間將車輛乘客傷害風險降至最低。藉由使用於此所揭 的裝置與方擇耗能_元件，能射情 定耗能應用而設計力_時間反應。 的特 本發明之較佳具體實施例已加以說明，熟知此技蓺之 人士現應可顯而易見的是，可以利用結二 他具體實施例。因此，廿丁立_丄々 伐心的其 ，並不意欲將本發明限制在所揭露的 77 第20圖所示係為針對二插銷對耗能器模組，以插銷對 間隙距離與對至對_為函數的每單位長度的耗能圖； 第21A-21B圖所示係為針對一彈性材料（第以圖）以及 非彈性材料(第2_)的貞倾卸練能與合力的概略圖. 第22A-22B圖係為本發明之一拉穿帶式耗能器的概略 圖之侧視圖（第22A圖）及頂視圖（第22B圖）； 第23A-23C圖麵針對本發明之—拉穿料耗能器具 體實施例的-示範插框钱成的—概略軸向視圖（第 23A圖）、-概略俯視圖（第23B圖）以及一概略側視圖（第況 圖）； 第24圖係為本發明之一拉穿管式耗能器，具有複數插 銷組框架總成的一耗能器模組的概略圖； 第25A-25C圖係為概略圖，針對本發明之拉穿式耗能器 的一具體實施例，顯示插銷（第25A圖）、插銷底座塊件（第 25B圖)以及頂部與底部框架攔杆（第25C圖）的細節； 第26圖係為針對本發明之拉穿鋼帶式耗能器的每一插 銷之耗能密度對插銷數目圖； 第27A-27B圖係為本發明之一可變之力、多階段耗能器 模組的概略俯視圖（第27A圖）以及概略側視圖（第27B圖）；以 及 第28A-28B圖係為一拉穿管式耗能器的可交替插銷組 框架具體實施例（第28A圖）以及插銷組框架總成（第28B圖） 的概略圖。 1224658 【圖式之主要元件代表符號表】 3...側托架端部表面 142…止動插銷孔 4…撞擊表面 144…插銷座孔 5...安裝螺栓 145…止動螺帽 7...螺帽 146...螺紋孔 10...底板 147…支撐桿軌孔 15...側安裝托架 148…支撐桿孔 20...上顎夾 149…止動插銷 • 30...下顎夾 150...變形構件 40···單插銷 200…耗能器模組 45...插銷孔 300…多階段耗能器 50...變形構件 310.._導執 100...拉穿帶式耗能器模組 315…固定托架 115...剛性模組框架 330…撞擊橇件 116…側軌 350…單變形元件 120...剛性插銷組框架 360...第一階段模組 • 130...插銷組 370··.第二階段模組 P- 131…側支撐桿 380···第三階段模組 132...框架軌 133…支撐桿 Ψ 134···插銷座塊件 135…框架總成 140…插銷 141···凹入端部 81

Claims (1)

1224658 拾、申請專利範圍： 1. 一種可調拉穿式耗能器，其包括： 一非彈性管狀變形元件，其具有一近側端固定至一 靜止物體，該元件橫截面的一部分係經彎曲用以與一插 5 銷陣列形狀相符合，該元件具有一經界定的橫截面形 狀、直徑、壁厚及長度；以及 一耗能器模組，滑動地安裝在該變形元件上，該模 組包括· 一插鎖組框架， 10 至少一插銷組，包含至少二插銷，該插銷之一縱軸 係界定一插銷組平面，其係與該變形元件之一縱軸正 交， 一插銷間隙調整裝置，用於調整介於相對插銷組插 銷的一周圍表面間的一插銷間隙間隔，該插銷間隙間隔 15 係低於該變形元件直徑，並多達元件壁厚的兩倍，以及 一撞擊表面，用於接受與一移動物體接觸，並用於 將一撞擊力由該移動物體傳送至該耗能器模組。 2_如申請專利範圍第1項之可調拉穿式耗能器，其中該耗 能器模組進一步包括至少二插銷組以及一插銷組間隔 20 調整裝置，用於調整介於該每一插銷組之插銷組平面之 間的間隔。 3·如申請專利範圍第1項之可調拉穿式耗能器，其進一步 包括一導執用於雄持該耗能器模組相對於該變形元件 的定向，同時該模組沿著該元件長度滑動。 82 1224658 4. 如申請專利範圍第1項之可調拉穿式耗能器，其中該變 形元件係由高密度聚乙烯所製成。 5. 如申請專利範圍第4項之可調拉穿式耗能器，其中每一 插銷組沿著該變形元件的移動多次地將該元件變形，並 5 且該元件一旦沿著該元件長度通過該模組，大體上恢復 其之原始的橫截面形狀與直徑。 6. —種可調拉穿式耗能器，其包括： 一非彈性變形元件，其具有一近側端固定至一靜止 物體，該元件橫截面的一部分係經彎曲用以與一插銷陣 10 列形狀相符合，該元件具有一經界定的橫截面形狀、寬 度、壁厚及長度；以及 一耗能器模組，滑動地安裝在該變形元件上，該模 組包括： 一插銷組框架，用於支撐一插銷陣列， 15 至少四插銷，該插銷的一縱軸界定一插銷組平面， 其係與該變形元件之一縱軸平行，該每一插銷之縱軸係 彼此平行地對準並與該變形元件之縱軸正交， 一插銷間隔調整裝置，用於調整介於該每一插銷之 一周圍表面間的間隔，以及 20 一撞擊表面，用於接受與一移動物體接觸，並用於 將一撞擊力由該移動物體傳送至該耗能器模組。 7·如申請專利範圍第6項之可調拉穿式耗能器，其進一步 包括一導執用於維持耗能器模組相對於該變形元件的 定向，同時該模組沿著該元件長度滑動。 83 1224658 8. 如申請專利範圍第6項之可調拉穿式耗能器，其中該非 彈性變形元件包含一材料，其係選自由結構鋼、鍍鋅 鋼、不銹鋼以及高密度聚乙烯所組成的群組中。 9. 一種多階段、可變之力拉穿式耗能器，其包括： 5 至少一非彈性變形元件，其具有一近侧端固定至一 靜止物體，該元件橫截面的一部分係經彎曲用以與一插 銷陣列形狀相符合，該元件具有一經界定的橫截面形 狀、寬度、壁厚及長度； 一第一耗能器模組以及至少一第二耗能器模組，滑 10 動地安裝在該變形元件上，該每一第一與至少一第二模 組，包括： 一插銷組框架，用於支撐一插銷陣列， 至少四插銷，該插銷的一縱軸界定一插銷組平面， 其係與該變形元件之一縱軸平行，該每一插銷之縱軸係 15 彼此平行地對準並與該變形元件之縱軸正交， 一插銷間隔調整裝置，用於調整介於該每一插銷之 一周圍表面間的間隔，以及 一撞擊表面，用於接受與一移動物體接觸，並用於 將一撞擊力由該移動物體傳送至該耗能器模組；以及 20 一可變之拉穿力量變曲線，係建立在該第一及至少 一第二耗能器模組之間，其中在該第一與至少一第二模 組之間在該插銷間隔或是該插銷數目中的至少一差 異，在該模組之間造成拉穿力上的差異。 10. 如申請專利範圍第9項之多階段、可變之力拉穿式耗能 84 1224658 器，其進一步包括一導執用於維持耗能器模組相對於該 變形元件的定向，同時該模組沿著該元件長度滑動。 11. 如申請專利範圍第9項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其中該非彈性變形元件包含一材料，其係選自於由 5 結構鋼、鍍鋅鋼、不銹鋼以及高密度聚乙烯所組成的群 組中。 12. 如申請專利範圍第9項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其進一步包括一第三耗能器模組，以及一可變之拉 穿力量變曲線，其係建立在該第一、該第二及該第三耗 10 能器模組之間，其中在該第一、該第二及該第三模組之 間在該插銷間隔或是該插銷數目中的至少一差異，在該 每一模組之間造成拉穿力上的差異。 13. 如申請專利範圍第9項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其進一步包含一第二非彈性變形元件與該至少一非 15 彈性變形元件的一末端結合，該第二變形元件具有一第 二橫截面形狀、寬度、厚度及長度，該第二元件形狀、 寬度、厚度及長度的至少一項係與該至少一變形元件形 狀、寬度、厚度及長度的至少一項不同，在該變形元件 形狀或尺寸上的差異在該耗能器模組在該至少一元件 20 與該第二元件之間滑動時，提供在拉穿力上的變化。 14. 一種多階段、可變之力拉穿式耗能器，其包括： 至少一非彈性管狀變形元件，其具有一近側端固定 至一靜止物體，該元件橫截面的一部分係經彎曲用以與 一插銷陣列形狀相符合，該元件具有一經界定的橫截面 85 1224658 形狀、直徑、壁厚及長度； 一第一耗能器模組以及至少一第二耗能器模組，滑 動地安裝在該變形元件上，該每一第一與至少一第二模 組，包括： 5 一插銷組框架，用於支撐一插銷陣列， 至少二插銷組，該每一插銷組至少包含二插銷，該 每一插銷組插銷的一縱軸界定一插銷組平面，其係與該 變形元件之一縱軸正交，該每一插銷組平面係彼此平行 地對準， 10 一插銷間隔調整裝置，用於調整介於該每一插銷組 之插銷組平面間的間隔， 一插銷間隙調整裝置，用於調整介於相對插銷組插 銷的一周圍表面間的一插銷間隙間隔，該插銷間隙間隔 係低於該變形元件直徑，並多達元件壁厚的兩倍，以及 15 一撞擊表面，用於接受與一移動物體接觸，並用於 將一撞擊力由該移動物體傳送至該耗能器模組；以及 一可變之拉穿力量變曲線，係建立在該第一及至少 一第二耗能器模組之間，其中'在該第一與至少一第二模 組之間在該插銷間隔或是該插銷數目中的至少一差 20 異，在該模組之間造成拉穿力上的差異。 15·如申請專利範圍第14項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其進一步包括一導執用於維持耗能器模組相對於該 變形元件的定向，同時該模組沿著該元件長度滑動。 16 ·如申請專利範圍第14項之多階段、可變之力拉穿式耗能 86 1224658 器，其中該變形元件係由高密度聚乙烯所製成。 17. 如申請專利範圍第14項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其中每一插銷組沿著該變形元件的移動多次地將該 元件變形，並且該元件一旦沿著該元件長度通過該模 5 組，大體上恢復其之原始的橫截面形狀與直徑。 18. 如申請專利範圍第14項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其進一步包括一第三耗能器模組，以及一可變之拉 穿力量變曲線，其係建立在該第一、該第二及該第三耗 能器模組之間，其中在該第一、該第二及該第三模組之 10 間在該插銷組間隔、該插銷間隙、在該插銷組中該插銷 數目或是該插銷組數目中的至少一項上的差異，在該每 一模組之間造成拉穿力上的差異。 19 ·如申請專利範圍第14項之多階段、可變之力拉穿式耗能 器，其進一步包含一第二非彈性管狀變形元件與該至少 15 —非彈性管狀變形元件的一末端結合，該第二變形元件 具有一第二橫截面形狀、直徑、壁厚及長度，該第二元 件形狀、寬度、厚度及長度的至少一項係與該至少一變 形元件形狀、直徑、壁厚及長度的至少一項不同，在該 變形元件形狀或尺寸上的差異在該耗能器模組在該至 20 少一元件與該第二元件之間滑動時，提供在拉穿力上的 變化。 87 1224658 厘、厚度為6公厘的高密度聚乙烯(HDpE)拉穿管式耗能器， 以夾緊比為函數的夾緊力圖； 第8圖所示係為由於沿著一高密度聚乙稀(pjdpe)管的 插銷夾緊力之概略的管變形量變曲線； 5 第9A-C圖所示係為針對二（第9A圖）、四（第9B圖）及八 (第9C圖）插銷組形式之一變形橫切管的概略斷面圖，以及 相關的應力分佈； 10 第10A-C圖所示係為針對二（第1〇A圖）、四（第1〇]3圖） 及八（第10C圖）插銷組形式之一變形縱切管的概略斷面 圖，以及相關的應力分佈； 弟11圖所示係為一八插銷對之南密度聚乙稀（Hdpe) 拉牙官式耗能器的一概略計算之v〇n Mises等應力線·， 第12圖所示係為針對二、四及八插銷對高密度聚乙烯 (HDPE)拉穿管式耗能器，以夾緊比為函數的拉穿力圖·， 15 第13圖所示係為針對具有一〇.775之夾緊比的一單插 銷對的-高密度聚乙烯(HDPE)拉穿管式耗能器，U管直徑_ 厚度比為函數的失緊力及拉穿力圖； 第14圖所示係為針對具有一 〇 775之夹緊比的—單插 銷對的-高密度聚乙稀(HDPE)拉穿管式耗能器，以管直徑- 20 厚度比為函數的無摩擦拉穿係數圖； 第15A-B圖戶斤示係為針對一2〇〇〇公斤小卡車⑻从圖） 以及-820公斤客車（第15B圖）在與_傳統式車她碰塾以 公里/小時的速度正面撞擊之後，以距離為函數的車輛 速度Vv、乘客速度v〇以及車輛加速度…圖； 第16A-C圖所示係為針對_2〇〇〇公斤卡車（第15竭以 19 25 1224658 5 10 15 20 JT 及一 820公斤汽車（第15B圖）與本發明之拉穿管 補充 100公里/小時的速度正面撞擊（第16A及16C圖），以及5〇公 里/小時的速度侧面撞擊(第i 6B圖）之後，以距離為函數的車 專兩與人貝速度以及車幸兩加速度圖； 第17圖所示係為一 820公斤、時速50公里/小時客車與 本發明之一八插銷拉穿帶式耗能器側面撞擊之後，車輛損 害的照片； ' 第18A-C圖所不係為在與一耗能器模組撞擊之前、正 在進行期間以及之後，下落塔試驗裝置的概略代表圖式； 第19圖所不係為以插銷對間隙間隔與耗能器模組位移 為函數之耗能圖， 第20圖所示麵針對二減對耗能器模組，以插銷對 間隙距離與對至對間隔為函數的每單位長度的耗能圖； 第21A-21B圖所示係為針對一彈性材料（第2ia圖）以及 非彈性材料（第21B11)的負載與卸載性能與合力的概略圖； 第22Α·22Β圖係為本發明之—㈣帶式耗能器的概略 圖之側視圖（弟22Α圖）及頂視圖（第22Β圖）； 第23A_23C圖係為針對本發明之一拉穿管式耗能器且 體實施例的-示範插銷組框架總成的—概略軸向視圖（第 23A圖）、—概略俯視圖（第23B圖）以及—概略側視圖（第23C圖）； 第24圖係為本發明之一拉穿管式耗能器，具有複數插 銷組框架總成的一耗能器模組的概略圖；第25A-25CH係為概略圖，針對本發明之拉穿式耗能 器的-具體實施例，顯示插銷（第25A圖）、插銷底麵件（月第匕

20 25 1224658 具體實施例，而僅藉由以下的申請專利範圍的精神與範疇 加以限定。 L圖式簡單說明3 第1圖所示係為二插銷組拉穿管式耗能器； 5 第2圖所示係為八插銷拉穿帶式耗能器； 第3圖所示係為介於拉穿力與夾緊力之間關係的概略 圖， 第4圖所示係為一單插銷對拉穿管式耗能器的有限元 素模型的概略圖； 10 第5圖所示係為二插銷對拉穿管式耗能器的一 LS-DYNA有限元素模型； 第6圖所示係為八插銷拉穿帶式耗能器的一LS-DYNA 有限元素模型； 第7圖所示係為針對包含一單插銷對的一直徑為89公 15 厘、厚度為6公厘的高密度聚乙烯(HDPE)拉穿管式耗能器， 以夹緊比為函數的夹緊力圖， 第8圖所示係為由於沿著一高密度聚乙烯(HDPE)管的 插銷夾緊力之概略的管變形量變曲線； 第9A-C圖所示係為針對二（第9A圖）、四（第9B圖）及八 20 (第9C圖）插銷組形式之一變形橫切管的概略斷面圖，以及 相關的應力分佈； 第10A-C圖所示係為針對二（第10A圖）、四（第10B圖） 及八（第10C圖）插銷組形式之一變形縱切管的概略斷面 圖，以及相關的應力分佈， 25

第11圖所示係為一八插銷對之高密度聚乙烯(HDPE)拉 78 1224658 一卜、 _ /枘凡 牙官式耗能器的一概略計算之VonMises等應力線； --1 第12圖所示係為針對二、四及八插銷對高密度聚乙烯 (HDPE)拉穿管式耗能||，以夾緊比為函數的拉穿力圖； 第13圖所示係為針對具有一 〇·775之夾緊比的一單插 銷對的一高密度聚乙烯(HDPE)拉穿管式耗能器，以管直徑-厚度比為函數的夾緊力及拉穿力圖； 第14圖所示係為針對具有一 〇.775之夾緊比的一單插 銷對的-高密度聚乙稀(HDPE)㈣f式耗能器，以管直徑· 厚度比纟摩擦拉冑係數目； 攀 ίο 第15A-B圖所示係為針對一2〇〇〇公斤小卡車（第i5A圖） 以及-82G公斤客車（第15B圖）在與—傳統式車輛防碰塾以 100公里/小時的速度正面撞擊之後，以距離為函數的車輛 速度Vv、乘客速度VqJ^及車輛加速度^圖； 15 第16从圖所示係為針對一細公斤卡車⑻湖）以 及-820公斤汽車(第15B圖）與本發明諫穿管式耗能器以 刚公里/小時的速度正面撞擊（第16A及16C圖），以及5〇公 里/小日㈣速度側面撞擊⑻_)之後郁離為函數的車 輛與人員速度以及車輛加速度圖·，

20 第17圖所示係為一 820八a ^ _a斤、％速50公里/小時客車盥 本發明之— 拉穿帶式耗能H側面撞擊 ’、 害的照片； 之後，車輛損 25 …第18A-C圖所不係為在與—耗能器模組撞擊之前、正在 進灯期間以及之後，下落塔試驗裝置的概略代表圖式； 第19圖所示係為以插銷對間隙間隔與耗能器模組位移 為函數之耗能圖； 79 1224658 93.04.30 第92114816號專利申請案說明書修正頁 柒、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明 131…側支撐桿 132.. .框架執 133.. .支撐桿 134…插銷座塊件 135.. .框架總成 140…插銷 145…止動螺帽 150.. .變形構件 200…耗能器模組 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：