TWI679136B - 碰撞緩衝裝置 - Google Patents

Abstract

一種碰撞緩衝裝置包括：一外管總成，包括一外管頂板、一頂外錐管、一外管中板、一底外管及一外管底板依序共軸接合；以及一內管總成，設置於該外管總成內，並包括一內管頂板、不同外徑之一頂內管及一底內管依序共軸接合，其中：該內管頂板，其與該外管頂板固定；該頂內管之一端與該內管頂板接合；以及該底內管之一端與該外管底板接觸，其中該底外管之該封閉管用以作為碰撞時在該底內管之另一端位置的支持部。當受碰撞衝擊時，該內管總成之底內管產生翻捲縮管效應以提供吸能效果；該外管總成之頂外錐管表面的波紋狀結構摺合以提供吸能效果。

Description

碰撞緩衝裝置

本發明是有關於一種碰撞緩衝裝置，且特別是有關於一種碰撞緩衝裝置，其產生翻捲縮管效應以提供穩定的緩衝與吸能效果。

目前應用於車輛碰撞衝擊時的能量吸收結構有許多種類型，例如美國US 6231095 B1專利文獻，其係用於車輛碰撞衝擊系統的通道式能量吸收單元90。請參考圖1A及1B，該通道式能量吸收單元90可吸收衝擊能量，並防止或最小化在衝擊下車輛框架軌道94的損壞。其基本實施例是一個管91，其一端在一個端板92的孔921處張開並銲接。當通道式能量吸收單元90承受軸向負載時，管91分裂、剝離並反轉以吸收大部分的能量衝擊。管91中的優選通道93在該過程期間穩定內縮以確保預定的能量吸收特性。惟該先前技術所應用的通道式能量吸收單元90為簡單圓管結構，雖容易取得，但其變形過程為穩定受力模式，該通道式能量吸收單元90需縱向設置(加工)溝槽以利產生穩定撕裂剝離模式，這會增加成本，且通道式能量吸收單元90於通道93內需要擴管、外翻並與於剛性板接合，衝擊時有接合點破裂與失效的風險。

另外，美國US 8,511,745 B2之綜合能量吸收的車輛碰撞結構之專利案。其構件主要係分為軌道殼體內部與外部以及連接突出部所組成，突出部有一斜率止擋在軌道殼體端口。當管件受到衝擊時，利用突出部與斜率止擋將軌道殼體圓形內壁往腔室徑向擠壓變形。當管構件為鐵質、軌道殼體為鋁質：靜摩擦係數為0.61，動摩擦係數為0.47，該專利所述軌道殼體為鋁或鋁合金，並以六邊形或八邊形雙層共用牆結構。本專利的軌道殼體為六邊形或是八邊形，擁有抗 彎曲的高剛性幾何外型，且其軌道殼體內腔室、徑向肋的多寡與肋寬度為結構變形、吸能之關鍵。惟，其滑動管構件突出部與斜率止擋的幾何成形不易，加工成本提高，且滑動管構件突出部若太高，衝擊過程會造成無法擠入軌道殼體而使管構件外露部軸向疊合變形，無法達到預期的軌道殼體的外廓變形。

再者，美國US 4,272,114衝擊吸收裝置之總成結構為兩結構組成專利案，其外部為盒狀梯形板金成型件與內部管件，子件的斜面有數個孔，孔周圍為沖壓褶邊的百葉幾何形狀，總成受到衝擊時，防撞桿會將衝擊力藉由桿件與底座將力量傳遞至子件梯形盒體並壓縮變形，因子件斜面有沖孔外型與百葉幾何形狀進行疊合變形，而管透過子件底部中央孔往大樑結構移動。沖孔外型可為C型、H型、骨頭型。本專利的子件斜面沖孔摺邊幾何之間會有一個間隙形成結構截面積較少的區域，結構受衝擊時會於該處先變形；其軌道殼體內腔室、徑向肋的多寡與肋寬度為結構變形、吸能之關鍵。惟，前述子件沖孔摺邊加工後容易在孔周圍產生撕裂的裂縫缺陷，使結構受衝擊過程中可能會有結構破裂造成衝擊吸收能不連續的缺點。沖孔摺邊工程可能於梯形成形前完成，於梯形鈑折工程時不易，容易傷到已完成之沖孔摺邊幾何外型；若梯形成形先完成後進行沖孔摺邊，需要由外往內與由內往外沖壓各一次，需增加模具、工時與成本。

因此，便有需要提供一種碰撞緩衝裝置，解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種碰撞緩衝裝置，其產生翻捲縮管效應以提供穩定的緩衝與吸能效果。

依據上述之目的，本發明提供一種碰撞緩衝裝置，適用於一載具，該碰撞緩衝裝置包括：一外管總成，包括一外管頂板、一頂外錐管、一外管中板、一底外管及一外管底板依序共軸接合，其中：該外管頂板，用以固定於該載具之一第一元件；該頂外錐管，其一端具有一第一外徑的底管部，相對的另一 端具有一第二外徑的頂管部，該第二外徑小於該第一外徑，該管底部係連接於該外管中板之一正面，該頂管部連接於該外管頂板，該頂外錐管之管身與一中心軸共軸並沿軸向間隔地設有多個摺合導引部；該外管中板，用以固定於該載具之一第二元件；該底外管，其之一端為開口端，該開口端與該外管中板之一背面接合；以及該外管底板，接合於該底外管之另一端，使其形成一封閉管的幾何結構；以及一內管總成，設置於該外管總成內，並包括一內管頂板、不同外徑之一頂內管及一底內管依序共軸接合，其中：該內管頂板，其與該外管頂板固定；該頂內管之一端與該內管頂板接合；以及該底內管之一端與該外管底板接觸，其中該底外管之該封閉管用以作為碰撞時在該底內管之另一端位置的一支持部。

藉由上述碰撞緩衝裝置之結構，該內管總成受碰撞衝擊時該頂內管軸向擠壓該底內管，使該底內管產生翻捲縮管效應以提供穩定的緩衝與吸能效果。再者，該外管總成受碰撞衝擊時，該外管頂板、頂外錐管及外管中板受衝擊力壓縮時，該頂外錐管之鋼材之會依該頂外錐管表面之波紋狀結構波紋外型摺合，再因縱切截面呈現梯形幾何形式使摺合過程所需能量(吸能)會提升。因而使整體之碰撞緩衝裝置受衝擊時，會因該內管總成受縮管變形後位置仍保持在中心位置，可使該碰撞緩衝裝置之結構不會歪斜變形。

90‧‧‧通道式能量吸收單元

91‧‧‧管

92‧‧‧端板

921‧‧‧孔

93‧‧‧通道

94‧‧‧車輛框架軌道

100‧‧‧碰撞緩衝裝置

100’‧‧‧碰撞緩衝裝置

101‧‧‧外管總成

1011‧‧‧頂外錐管

10111‧‧‧頂管部

10112‧‧‧底管部

10113‧‧‧摺合導引部

1012‧‧‧底外管

10121‧‧‧開口端

10122‧‧‧封閉端

10123‧‧‧支持部

102‧‧‧內管總成

102’‧‧‧內管總成

1021‧‧‧頂內管

1021’‧‧‧頂內管

10213‧‧‧法蘭面

10214‧‧‧法蘭面

1022‧‧‧底內管

1022’‧‧‧底內管

10223‧‧‧法蘭面

10224‧‧‧法蘭面

1031‧‧‧外管頂板

1032‧‧‧內管頂板

104‧‧‧外管底板

105‧‧‧外管中板

1051‧‧‧正面

1052‧‧‧背面

200‧‧‧前大樑

201‧‧‧框體

400‧‧‧前保險桿

401‧‧‧板體

C1‧‧‧中心軸

D1‧‧‧外徑

D1’‧‧‧外徑

D2‧‧‧外徑

D2’‧‧‧外徑

F‧‧‧力量

L1‧‧‧長度

L1’‧‧‧長度

L2‧‧‧長度

L2’‧‧‧長度

T1’‧‧‧厚度

T2‧‧‧厚度

θ‧‧‧夾角

圖1A~圖1B為先前技術之衝擊能量吸收系統的衝擊力吸收前及吸收後的示意圖。

圖2為本發明之一實施例之碰撞緩衝裝置設置於車體底盤之部分立體示意圖。

圖3為本發明之第一實施例之碰撞緩衝裝置設置於車體底盤之前 大樑與前保險桿之間的縱切截面示意圖。

圖4為本發明之第一實施例之碰撞緩衝裝置的縱切截面示意圖。

圖5為本發明之第一實施例之碰撞緩衝裝置受到碰撞衝擊時的縱切截面示意圖。

圖6為本發明之第一實施例之內管總成之頂內管及底內管的縱切截面示意圖。

圖7為本發明之另一實施例之內管總成之頂內管及底內管的縱切截面示意圖。

圖8為本發明之又一實施例之內管總成之頂內管及底內管的縱切截面示意圖。

圖9為本發明之第二實施例之碰撞緩衝裝置的縱切截面示意圖。

圖10為本發明之第二實施例之內管總成之頂內管及底內管的縱切截面示意圖。

圖11為本發明之另一實施例之內管總成之頂內管及底內管的縱切截面示意圖。

圖12為本發明之又一實施例之內管總成之頂內管及底內管的縱切截面示意圖。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

圖2為本發明之一實施例之碰撞緩衝裝置100設置於一載具(例如車體底盤)之部分立體示意圖。該碰撞緩衝裝置100可配置於該車體底盤之前大樑200與該車體底盤之前保險桿400之間。理所當然，該碰撞緩衝裝置100也可配置於該車體底盤之後大樑與該車體底盤之後保險桿之間。圖3為本發明之第一實施例之碰撞緩衝裝置100設置於該車體底盤之前大樑200與前保險桿400之間的縱切截面示意圖。理所當然，該碰撞緩衝裝置 100也可設置於該車體底盤之後大樑與後保險桿之間。圖4為本發明之第一實施例之碰撞緩衝裝置100的縱切截面示意圖。本發明之碰撞緩衝裝置適用於該載具(例如車體底盤)。該碰撞緩衝裝置100包括一外管總成101與一內管總成102。

請參考圖3及圖4，該外管總成101包括一外管頂板1031、一頂外錐管1011、一外管中板105、一底外管1012及一外管底板104依序共軸接合。該外管頂板104用以固定於該載具(例如車體底盤)之一第一元件(例如前保險桿400之板體401)。該頂外錐管1011之一端具有一第一外徑的底管部10112，相對的另一端具有一第二外徑的頂管部10111，該第二外徑小於該第一外徑，該底管部10112係連接於該外管中板105之一正面1051，該頂外錐管1011之管身與一中心軸C1共軸，並沿軸向間隔地設有剛性較弱的多個摺合導引部10113。該外管中板105用以固定於該載具(例如車體底盤)之一第二元件(例如前大樑200之框體201)。該底外管1012之一端為開口端10121，該開口端10121與該外管中板105之一背面1052接合。該外管底板104接合於該底外管1012之另一端，使該底外管1012之另一端形成一封閉端10122的幾何結構。

該內管總成102設置於該外管總成101內，並包括一內管頂板1032、不同外徑之一頂內管1021及一底內管1022依序共軸接合。該內管頂板1032與該外管頂板1031固定。該頂內管1021之一端與該內管頂板1032接合。該底內管1022之一端與該外管底板104接觸，其中該底外管1012之封閉端10122用以作為碰撞時在該底內管1022之另一端位置的支持部10123。該底外管1012及該底內管1022與前大樑200之框體201形成套管重疊。

該頂外錐管1011與該底外管1012之間設有該外管中板105之結構，提供該碰撞緩衝裝置100安裝於該車體底盤之前大樑200(或後大樑)末端，以進行鎖固接合。該頂外錐管1011 前方有該外管頂板1031之結構，提供該碰撞緩衝裝置100安裝於該前保險桿400(或後保險桿)之板體401背面，以進行鎖固接合。

圖5為本發明之第一實施例之碰撞緩衝裝置100受到碰撞衝擊時的縱切截面示意圖。請參考圖5及圖4，本發明之碰撞緩衝裝置100具有變形吸能的組件主要有兩個：一為該外管總成101，當該碰撞緩衝裝置100受到力量F碰撞衝擊時，藉由該外管頂板1031將該前保險桿400(或後保險桿)傳遞之能量藉由該頂外錐管1011軸向疊合變形吸收；另一為該內管總成102，當該碰撞緩衝裝置100受到力量F碰撞衝擊時，該前保險桿400(或後保險桿)傳遞之能量藉由該外管頂板1031與該內管頂板1032傳遞至該頂內管1021，使該頂內管1021向該底內管1022軸向擠壓造成內翻捲之縮管變形而吸收能量。

請參考圖6，根據本發明之內管總成102，上述頂內管1021之外徑D1與底內管之外徑D2、厚度T2之幾何關係為：該底內管1022之外徑D2大於或等於該頂內管1021之外徑D1與2倍該底內管1022厚度T2之總和尺寸。

上述頂內管1021之長度L1與底內管1022之長度L2之幾何關係為：該頂內管1021之長度L1大於或等於1/2倍該底內管1022之長度L2。

上述頂內管1021與底內管1022之截面積的幾何關係為：該底內管1022之截面積小於該頂內管1021之截面積，其中截面積是指管體之外半徑*外半徑*π減去內半徑*內半徑*π的面積。

請再參考圖4，該外管總成101係由高強度鋼板件之外管頂板1031、高延伸率波紋形鋼材之頂外錐管1011、外管中板105、高強度鋼管材之底外管1012與高強度鋼板件之外管底板104相互接合(例如以銲接或膠合等工法)之構件組成。

該內管總成102可被實施之組合，係由鋁或鋁合金板件之板材的內管頂板1032、鋁或鋁合金管材之頂內管1021 與底內管1022相互接合(例如以銲接或膠合等工法)之構件組成，如圖6、圖7所示。

該內管總成102可被實施之另一組合，係由鋁或鋁合金板件之板材的內管頂板1032與鋁或鋁合金管材之一體式不同管徑之內管1023相互接合(例如以銲接或膠合等工法)之構件組成，如圖8所示。

請再參考圖4，此碰撞緩衝裝置100之構件總成的中心線為C1，高強度鋼板件之外管底板104與內管總成102末端接觸處，其底內管1022之外徑D2大於頂內管1021之外徑D1。波紋形鋼材之頂外錐管1011管壁與該中心線C1有一夾角θ，使巨觀縱切截面呈現梯形幾何。

在本實施例中，該頂外錐管1011之該些摺合導引部10113為凸出或凹入於該錐管1011表面之波紋狀結構或梯形狀結構。該些摺合導引部10113之剛性較弱，用以容易形成摺合效應。

在本實施例中，該內管總成之該頂內管1021之外徑D1小於底內管1022之外徑D2，係由該底內管1022之一端內折其法蘭面10223，以提供該頂內管1021軸向對接而成(例如以銲接或膠合等工法)，如圖6所示。

在另一實施例中，該內管總成之該頂內管1021之外徑D1小於底內管1022之外徑D2，係由該底內管1022之一端縮管其法蘭面10224，以提供該頂內管1021軸向搭接而成(例如以銲接或膠合等工法)，如圖7所示。

在又一實施例中，該內管總成之該頂內管1021之外徑D1小於底內管1022之外徑D2，該頂內管1021與該底內管1022可為一體式異外徑截面之內管1023，如圖8所示。

上述之該碰撞緩衝裝置100，係適用於該載具之第一元件(例如車體底盤之前大樑200的框體201)與該載具之第二元件(車體底盤之前保險桿400的板體401)之間，該外管頂板1031 之背向該內管頂板1032之一面係連接該前保險桿400的板體401，如圖3所示。

藉由上述碰撞緩衝裝置之結構，該內管總成受碰撞衝擊時該頂內管軸向擠壓該底內管，使該底內管產生翻捲縮管效應以提供穩定的緩衝與吸能效果。再者，該外管總成受碰撞衝擊時，該外管頂板、頂外錐管及外管中板會受衝擊力壓縮，使該頂外錐管表面之波紋狀結構摺合，再因縱切截面呈現梯形幾何形式使摺合過程所需能量(吸能)會提升。因而使整體之碰撞緩衝裝置受衝擊時，會因該內管總成受縮管變形後位置仍保持在中心位置，可使該碰撞緩衝裝置之結構不會歪斜變形。

圖9為本發明之第二實施例之碰撞緩衝裝置100’的縱切截面圖。該第二實施例之碰撞緩衝裝置100’大體上類似於該第一實施例之碰撞緩衝裝置100，類似的元件標示類似的標號，其主要差異為：該內管總成102’之頂內管1021’之外徑D1’大於底內管1022’之外徑D2’。同樣地，當該碰撞緩衝裝置100’受到力量碰撞衝擊時，該前保險桿傳遞之能量藉由該外管頂板1031與該內管頂板1032傳遞至該頂內管1021’，使該底內管1022’向該頂內管1021’軸向擠壓造成內翻捲之縮管變形而吸收能量。

請參考圖10，根據本發明之內管總成102’，上述頂內管1021’之外徑D1’、厚度T1’與底內管1022’之外徑D2’之幾何關係為：該頂內管1021’之外徑D1’大於或等於該底內管1022’之外徑D2’與2倍該頂內管1021’之厚度T1’的總和尺寸。

上述頂內管1021’之長度L1’與底內管1022’之長度L2’之幾何關係為：該底內管1022’之長度L2’大於或等於1/2倍該頂內管1021’之長度L1’。

上述頂內管1021’與底內管1022’之截面積的幾何關係為：該頂內管1021’之截面積小於該底內管1022’之截面積，其中截面積是指管體之外半徑*外半徑*π減去內半徑*內半徑*π的面積。

在一實施例中，該內管總成102’之頂內管1021’之外徑D1’大於該底內管1022’之外徑D2’，係由該頂內管1021之一端內折其法蘭面10213，以提供該底內管1022’軸向對接而成(例如以銲接或膠合等工法)，如圖10所示。

在另一實施例中，該內管總成之該頂內管1021’之外徑D1’大於底內管1022’之外徑D2’，係由該頂內管1021’之一端縮管其法蘭面10214，以提供該底內管1022’軸向搭接而成(例如以銲接或膠合等工法)，如圖11所示。

在又一實施例中，該內管總成之該頂內管1021’之外徑D1’大於底內管1022之外徑D2’，該頂內管1021’與該底內管1022’可為一體式異外徑截面之內管1023’，如圖12所示。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (15)

1. 一種碰撞緩衝裝置，適用於一載具，該碰撞緩衝裝置包括：一外管總成，包括一外管頂板、一頂外錐管、一外管中板、一底外管及一外管底板依序共軸接合，其中：該外管頂板，用以固定於該載具之一第一元件；該頂外錐管，其一端具有一第一外徑的底管部，相對的另一端具有一第二外徑的頂管部，該第二外徑小於該第一外徑，該底管部係連接於該外管中板之一正面，該頂管部連接於該外管頂板，該頂外錐管之管身與一中心軸共軸並沿軸向間隔地設有多個摺合導引部；該外管中板，用以固定於該載具之一第二元件；該底外管，其之一端為開口端，該開口端與該外管中板之一背面接合；以及該外管底板，接合於該底外管之另一端，使其形成一封閉管的幾何結構；以及一內管總成，設置於該外管總成內，並包括一內管頂板、不同外徑之一頂內管及一底內管依序共軸接合，其中：該內管頂板，其與該外管頂板固定；該頂內管之一端與該內管頂板接合；以及該底內管之一端與該外管底板接觸，其中該底外管之該封閉管用以作為碰撞時在該底內管之另一端位置的一支持部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞緩衝裝置，其中該底內管之外徑大於或等於該頂內管之外徑與2倍該底內管之厚度的總和尺寸。
3. 如申請專利範圍第2項所述之碰撞緩衝裝置，其中該頂內管之長度大於或等於1/2倍該底內管之長度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之碰撞緩衝裝置，其中該底內管之截面積小於該頂內管之截面積。
5. 如申請專利範圍第2項所述之碰撞緩衝裝置，其中該底內管之一端內折其法蘭面，以提供該頂內管軸向對接而成。
6. 如申請專利範圍第2項所述之碰撞緩衝裝置，其中該底內管之一端縮管其法蘭面，以提供該頂內管軸向搭接而成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞緩衝裝置，其中該頂內管之外徑大於或等於該底內管之外徑與2倍該頂內管之厚度的總合尺寸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之碰撞緩衝裝置，其中該底內管之長度大於或等於1/2倍該頂內管之長度。
9. 如申請專利範圍第7項所述之碰撞緩衝裝置，其中該頂內管之截面積小於該底內管之截面積。
10. 如申請專利範圍第7項所述之碰撞緩衝裝置，其中該頂內管之一端內折法蘭面，以提供該底內管軸向對接而成。
11. 如申請專利範圍第7項所述之碰撞緩衝裝置，其中該頂內管之一端縮管法蘭面，以提供該底內管軸向搭接而成。
12. 如申請專利範圍第2或7項所述之碰撞緩衝裝置，其中該底內管與該頂內管為一體式異外徑截面之內管。
13. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞緩衝裝置，其中該頂外錐管之該摺合導引部為凸出或凹入於該錐管表面之波紋狀結構或梯形狀結構。
14. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞緩衝裝置，其中該外管總成之外管頂板、頂外錐管、中板、底外管及底板係為鋼質材料製成，且該內管總成之內管頂板、頂內管及底內管係為鋁質材料製成。
15. 如申請專利範圍第1項所述之碰撞緩衝裝置，其中該載具之第一元件為一車體底盤之一保險桿，該載具之第二元件為該車體底盤之一大樑，該衝擊吸能結構適用於該大樑與該保險桿之間。