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CN1310781C - 用于连接到车辆上的能量吸收系统 - Google Patents

用于连接到车辆上的能量吸收系统 Download PDF

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Abstract

一种用于车辆的能量吸收系统(20)包括细长的能量吸收器(22)，该能量吸收器(22)包括用于连接到加强梁(24)上的带凸缘的框架(32、34)以及本体(44)，该本体(44)包括多个间隔开的可调节防撞压损部分(54)，这些部分(54)在受到冲击时能够发生变形和渐进的压溃以便吸收冲击能量。

Description

用于连接到车辆上的能量吸收系统
技术领域
本发明涉及能量吸收系统，并且更具体地说，涉及吸收能量的车辆保险杠系统。
背景技术
保险杠一般横过车辆的前部和后部沿宽度方向延伸，并且安装在沿纵向延伸的杆上。所需的吸收能量的保险杠系统将车辆损坏减到最小，其方式是，用最小量的突入来控制碰撞的冲击能量，同时不超过车辆的杆的载荷限制。理想的能量吸收器实现了高的效率，其方式是，迅速地使载荷正好处于杆的载荷限制之下并且保持该载荷恒定，直到冲击能量被消耗掉为止。
授予Kaisha的美国专利No.4,762,352描述了一种吸收能量的保险杠系统。根据这项专利，聚丙烯、聚氨酯等的泡沫型树脂定位在支承梁和外壁板之间以形成组件。
授予Loren的美国专利No.4,941,701中描述了另一种泡沫型的吸收能量的保险杠系统。根据这项专利，一个半刚性的弹性的外壁板在保险杠结构的前方间隔开，并且其间限定的体积内填充有整体的壳层聚氨酯泡沫，该泡沫可以弹性变形并且整体结合到两个部件上。
泡沫型系统的缺点包括在冲击时缓慢加载，这导致了高的位移。一般地，泡沫可产生百分之六十或七十的压缩。超过这点之后，泡沫变得不可压缩，使得冲击能量不能被完全吸收。剩余的冲击能量通过支承梁和/或车辆结构的变形吸收。泡沫还对温度敏感，使得位移和冲击吸收特性可能随着温度显著地变化。一般地，当温度降低时，泡沫变得更刚硬，导致较高的载荷。相反，当温度升高时，泡沫变得更柔顺，导致了较高的位移和可能的车辆损坏。
授予Stokes的美国专利No.4,533,166描述了非泡沫的能量吸收系统，其使用槽道截面形状的内部梁，该内部梁定位在具有槽道形截面的成型外部梁的内侧。外部梁具有加强垂直部分的横向肋以及在各肋之间延伸的纵向加强件。内部梁具有模制在该梁的外侧的横向中间梁支承部段。中间梁支承件定位成纵向离开保险杠支承件，以便将外部梁部件以相间隔的关系固定在内部梁部件上。双梁的保险杠设计成对冲击点的位置相对不敏感，只要能量吸收和冲击力涉及到消除保险杠减震器的目的即可。该系统需要具有特定形状的单独模制的外部梁和内部梁部件。
发明内容
本发明涉及一种非泡沫型的能量吸收系统，其被设计成在冲击时实现快速加载和有效的能量吸收。低速冲击期间的冲击力被保持正好低于预定水平，其方式是使能量吸收器变形，直到冲击作用的动能被吸收为止。一旦冲击结束，吸收器基本上回复至其初始形状并且保持足够的整体性，以便承受随后的冲击。
根据本发明，提供了一种适于连接在车辆上的细长的整体式能量吸收器，所述能量吸收器包括：用于连接到所述车辆上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件。
根据本发明，还提供了一种用于机动车的能量吸收系统，其包括：加强梁；能量吸收器，其包括用于连接到所述加强梁上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件；以及外壁板，其可连接到能量吸收器上以便基本上包住加强梁和能量吸收器。
本发明的能量吸收系统具有一种结构，该结构促进优越的能量吸收效率和快速加载。与常规的泡沫系统相比，该结构使得本系统能被包封在相对较小的空间内。这为机动车设计者提供了自由度来将保险杠系统设计成具有减少的悬伸部分，同时增强系统的防冲击性能。增强的保险杠防冲击性能导致了：修理低速的“翼子板矫正装置”的成本降低，并且在高速碰撞期间乘客的安全性增高。由于主要的吸收系统可以利用整体和一体模制的热塑性工程树脂实现，所以主要的能量吸收系统可以容易地回收。由于没有使用泡沫，在变化的温度下可以实现更加一致的防冲击性能。本发明另一个期望的特性是平滑的、可预计的加载响应，基本上与载荷方向无关。这对前部能量吸收应用场合是特别重要的，其中一致的保险杠系统响应对于碰撞严重程度传感器来说是重要的。
根据本发明，还提供了一种制作能量吸收器的方法，其包括以下步骤：a)限定一组冲击载荷特性；b)参照所述冲击载荷特性来选择热塑性材料；以及c)由所述热塑性材料形成能量吸收器，所述能量吸收器具有用于连接到所述车辆上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件，所述壁中的至少一个具有预选定的几何形状的窗口以满足所述冲击载荷特性。
根据本发明，还提供了一种制作能量吸收器的方法，其包括：
利用多个具有外壁和侧壁的向外延伸的防撞压损部分形成第一能量吸收器，所述第一能量吸收器具有用于连接到所述车辆上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件，所述壁中的至少一个在其中具有预选定的几何形状的窗口以限定第一组冲击载荷特性；以及形成第二能量吸收器，除了不同的窗口几何形状之外，该第二能量吸收器基本上具有与第一能量吸收器相同的结构，以便为第二能量吸收器提供不同的冲击载荷特性。
附图说明
图1是表示于冲击之前的状态的现有技术的能量吸收器的截面图；
图2是表示于冲击之后的状态的现有技术的能量吸收器的截面图；
图3是根据本发明的教导的能量吸收系统的分解透视图；
图4是图3的能量吸收系统的组装的截面图；
图5是根据本发明的教导的能量吸收器的一部分的后部透视图；
图6是根据本发明的教导的能量吸收器的一部分的前部透视图；
图7是表示于冲击之后的状态的本发明的能量吸收器的一部分的前部透视图；
图8是表示于冲击之后的状态的本发明的能量吸收器的截面图；以及
图9是能量吸收器的透视图，图9A-9E表示了另外的窗口结构的放大的局部透视图。
具体实施方式
参考图1和2，在截面图中示出了与加强梁12相关联使用的现有技术的能量吸收器10。如图所示，该能量吸收器分别包括上、下凸缘14和16，这些凸缘在安装时与梁的一部分重叠。如参考图2更清楚地示出的，现有技术的能量吸收器倾向于发生扭曲，这与吸收并且消耗由碰撞产生的冲击能量相反。当然，这是不希望的并且与本发明的能量吸收器相反。
如图3中所示，本发明涉及一种包括能量吸收器22的能量吸收系统20，该能量吸收器22定位在加强梁24和外壁板26之间，该外壁板26在组装时形成车辆的保险杠。本领域的普通技术人员应该理解，加强梁连接在纵向延伸的车架杆(未示出)上，并且由高强度的材料例如钢、铝、合成树脂或者热塑性树脂制成。
外壁板26通常由热塑性材料形成，该热塑性材料优选适合于利用常规的车辆喷漆和/或涂覆技术进行精整。总的来说，外壁板将包住能量吸收器22和加强梁24，使得在连接到车辆上时这两个部件都不能被看到。
如参考图4-6最清楚地示出的，能量吸收器22包括分别具有第一和第二纵向延伸的凸缘32和34的框架30，这些凸缘与加强梁24重叠。在模制工艺期间，凸缘32和34可以被构制为具有特定的形状以便于连接外壁板。例如，在所示的实施例中，第一凸缘32包括大致U形的边缘36，该边缘至少部分地与外壁板26的一个边缘40重叠。类似地，第二凸缘34包括大致L形的边缘38，该边缘部分地与外壁板26的第二边缘42重叠。
包括第一横向壁46和第二横向壁48的本体44从能量吸收器框架30向外延伸，这些横向壁具有在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分54。横向壁46、48优选地成波纹状，包括交替的升高区域50和凹陷区域52，这些区域为横向壁提供了增加的刚度以便在冲击时阻止偏转。还应该注意到，波纹的宽度和深度尺寸可以被修改以实现所需的不同的刚度特性。
同时，在很大程度上根据车辆的冲击能量要求，延伸离开加强梁24的防撞压损部分54可以具有若干不同几何形状中的任何一种。如图5中所示的目前优选的设计总体上将包括多个间隔开的防撞压损部分54(a-d)，其具有总体的三维I形形状。这样，I形防撞压损部分包括接近第一横向壁46的翼部或顶部56，以及接近第二横向壁48并且平行于第一顶部56的底翼部58，纵向交叉件部分60邻接顶部和底部56-58。从三维来看，如图5中所示的防撞压损部分54包括侧壁62和后壁64。开口区域66设置在防撞压损部分54之间，该开口区域通常延伸到内框架30并且终止于下面将详细描述的连接部件74处。
能量吸收器22的防撞压损部分54设计成用于至少两种重要的功能。第一种功能涉及在冲击作用期间的能量吸收器的稳定性。在这个方面，根据联邦机动车安全标准(FMVSS)和加拿大机动车安全标准(CMVSS)，防撞压损部分提供了障壁碰撞和摆锤冲击时的轴向压损模式。第二种功能涉及刚度可调性，以便满足所需的冲击载荷偏转标准。也就是说，在致力于满足目标标准时，对于任何给定的应用场合，对防撞压损部分54可以作出特定的修改。例如，防撞压损部分优选地分别在侧壁和后壁62和64中包括多个窗口70和71，如图9A-9E中所示。窗口70和71可以是方形(未示出)、不同尺寸的矩形70(a、c-e)和71(a、c-e)，以及泪滴形70b、71b，但并不限于此，以便实现防撞压损部分的所需刚度。为了形成窗口，一般的模具将包括大约5°的开口拔模斜度角，以便获得最佳的加工状态，热塑模制工业中的普通技术人员将会理解这些。
通过改变侧壁和后壁的厚度，还可以使防撞压损部分54的可调性适合于具体的应用场合。例如，侧壁62和后壁64的标称壁厚度可以广泛地从大约1.75mm变动到大约3.0mm。更具体的说，对于特定的低冲击应用场合，标称壁厚度通常可以为大约1.75mm到大约2.0mm，而对于其他的应用场合，特别是那些5mph的FMVSS或者CMVSS系统，侧壁和后壁的标称壁厚度更可能是大约2.5mm到3.0mm。
适当地调节能量吸收器22的另一个方面是选择将被应用的热塑性树脂。所应用的树脂可以是所需的低模量、中模量或者高模量的材料。通过仔细地考虑这些变量中的每一个，可以制成满足所需的能量冲击目标的能量吸收器。
如图6中最佳地示出的，本发明的另一个重要的设计特征是整体模制的连接部件74，该连接部件74分别在第一和第二横向壁46和48之间垂直地延伸。连接部件74可以是垂直延伸的柱76a的形式，或者可以具有交叉形的结构，该结构包括垂直延伸的柱76a和水平延伸的柱76b。不管连接部件的设计如何，沿着垂直延伸的柱76a的前壁80，该连接部件优选具有的最小平均宽高比为1∶5，高度分别被测量为第一和第二横向壁46和48之间的距离。如果连接部件74包括窗口73，则宽高比更优选为1∶3。如参考图4最清楚地示出的，当能量吸收器22和外壁板26连接在一起时，连接部件74的前壁80定位在加强梁24的外面的附近。
参考图7和8，能量吸收器22被表示为处于理论上的冲击后的状态。如可以看到的那样，能量吸收器被压皱，但是应该保持与加强梁24相接触，特别是分别沿着第一和第二纵向凸缘32和34相接触。
用于形成能量吸收器的材料的优选特性包括高的韧性/延展性、热稳定性、高的能量吸收能力、良好的模量与伸长的比率和可回收性、以及其他。
虽然能量吸收器可以分段模制，但优选的是，它是由坚韧的塑料材料制成的整体式结构。用于模制能量吸收器的优选材料是工程热塑性树脂。一般的工程热塑性数值包括但不限于：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、聚碳酸酯/ABS共混物、聚碳酸酯聚酯共聚物、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)、丙烯腈-(乙烯-二胺改性聚丙烯)-苯乙烯(AES)、聚苯醚树脂、聚苯醚/聚酰胺的共混物(来自GeneralElectric Company的NORYL GTX)、聚碳酸酯/PET/PBT的共混物、聚对苯二甲酸丁二酯和抗冲击改性剂(来自General Electric Company的XENOY树脂)、聚酰胺、聚苯硫树脂、聚氯乙烯PVC、抗高冲击的聚苯乙烯(HIPS)、低/高密度聚乙烯(L/HDPE)、聚丙烯(PP)和热塑性聚烯烃(TPO)、以及其他。
虽然明显的是很好地考虑了所公开的本发明的优选实施例以满足所述的目的，但是应该理解，本发明易于作出修改、变型和改变而不会背离其精神实质。

Claims (14)

1.一种适于连接在车辆上的细长的整体式能量吸收器，所述能量吸收器包括：
用于连接到所述车辆上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件。
2.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于，所述第一和第二横向壁成波纹状。
3.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于，所述侧壁和后壁包括预定形状和尺寸的窗口。
4.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于，其还包括在所述第一和第二横向壁之间延伸的多个连接部件。
5.根据权利要求4所述的能量吸收器，其特征在于，所述连接部件包括一具有前壁的垂直延伸的柱，该前壁的最小平均宽高比为大约1∶5。
6.根据权利要求5所述的能量吸收器，其特征在于，至少一些所述连接部件还包括水平延伸的柱，以便限定具有交叉形状的连接部件。
7.一种用于机动车的能量吸收系统，其包括：
加强梁；
能量吸收器，其包括用于连接到所述加强梁上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件；以及
外壁板，其可连接到能量吸收器上以便基本上包住加强梁和能量吸收器。
8.根据权利要求7所述的能量吸收系统，其特征在于，所述第一和第二横向壁成波纹状。
9.根据权利要求7所述的能量吸收系统，其特征在于，所述侧壁和后壁包括预定形状和尺寸的窗口。
10.根据权利要求7所述的能量吸收系统，其特征在于，其还包括在所述第一和第二横向壁之间延伸的多个连接部件。
11.根据权利要求10所述的能量吸收系统，其特征在于，所述连接部件包括一具有前壁的垂直延伸的柱，该前壁的最小平均宽高比为大约1∶5。
12.根据权利要求11所述的能量吸收系统，其特征在于，至少一些所述连接部件还包括水平延伸的柱，以便限定具有交叉形状的连接部件。
13.一种制作能量吸收器的方法，其包括以下步骤：
a)限定一组冲击载荷特性；
b)参照所述冲击载荷特性来选择热塑性材料；以及
c)由所述热塑性材料形成能量吸收器，所述能量吸收器具有用于连接到所述车辆上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件，所述壁中的至少一个具有预选定的几何形状的窗口以满足所述冲击载荷特性。
14.一种制作能量吸收器的方法，其包括：
利用多个具有外壁和侧壁的向外延伸的防撞压损部分形成第一能量吸收器，所述第一能量吸收器具有用于连接到所述车辆上的带凸缘的框架以及从所述框架延伸的本体，所述本体包括第一横向壁、与所述第一横向壁间隔开的第二横向壁、以及在其间延伸的多个可调节的防撞压损部分，所述防撞压损部分沿着所述本体的纵轴线间隔开并且具有设置在其间的不规则形状的开口区域，所述防撞压损部分具有总体上三维的I形形状，所述防撞压损部分包括侧壁和后壁，所述侧壁和后壁的标称壁厚度为大约1.75mm-3.0mm，所述能量吸收器是整体和一体模制的热塑性部件，所述壁中的至少一个在其中具有预选定的几何形状的窗口以限定第一组冲击载荷特性；以及
形成第二能量吸收器，除了不同的窗口几何形状之外，该第二能量吸收器基本上具有与第一能量吸收器相同的结构，以便为第二能量吸收器提供不同的冲击载荷特性。
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