專利名稱：緩沖梁和包括緩沖梁的緩沖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及緩沖裝置(bumper)，更具體地說，本發(fā)明主要涉及吸收能量的車輛緩沖系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
緩沖裝置通常橫向延伸于車輛前后部，而且被固定到縱向延伸的護(hù)欄(rail)上。如果車輛發(fā)生碰撞，就會(huì)使車輛受損，而這種吸收能量的緩沖系統(tǒng)便可以通過控制沖擊能量和侵入(intrusion)程度的方法來減少車輛所受的損壞，同時(shí)不會(huì)超出車輛護(hù)欄負(fù)載極限。
通常將鋼梁用作緩沖裝置。鋼梁非常硬，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和硬度。然而鋼梁很重。此外，鋼梁會(huì)變形或彎曲，從而不能在整個(gè)沖擊過程中保持一個(gè)截面模數(shù)。
一些緩沖裝置具有減震器。這些減震器定位在，比方說是鋼制緩沖梁和車輛護(hù)欄之間。減震器要能吸收至少一部分沖擊所產(chǎn)生的能量。和鋼梁相比，如果將減震器加到緩沖裝置中，便會(huì)增加成本并增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。減震器也增加了緩沖裝置的重量，這同樣不令人滿意，因?yàn)檫@種增重會(huì)減小車輛總的燃料效率。
其它已知的吸收能量的緩沖系統(tǒng)包括一橫梁和一能量吸收件。橫梁一般是鋼梁。通常和鋼梁一起使用的能量吸收件是泡沫材料的。在發(fā)生沖擊時(shí)，以泡沫材料為基礎(chǔ)的能量吸收件加載很慢，由此導(dǎo)致能量吸收件的位移很大。此外，泡沫材料有60％或70％的有效壓縮量，超過該點(diǎn)時(shí)，泡沫材料就變?yōu)椴豢蓧嚎s，因此沖擊能量就不能被完全吸收。而剩下的沖擊能量就通過橫梁和/或車輛結(jié)構(gòu)的變形被吸收。
緩沖系統(tǒng)或裝置的效率定義為單位距離上所吸收的能量數(shù)量，或單位負(fù)載所吸收的能量數(shù)量。比起低效率的能量吸收件來講，高效率的緩沖系統(tǒng)可在較短距離內(nèi)吸收更多能量。通過迅速產(chǎn)生恰好低于護(hù)欄負(fù)載極限的負(fù)載并將該負(fù)載維持至沖擊能量被分散，便可以達(dá)到很高的效率。已知的微震(shockless)緩沖系統(tǒng)包括帶有泡沫能量吸收件的鋼梁，其效率通常小于50％。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種適用于機(jī)動(dòng)車的微震(shockless)緩沖系統(tǒng)。該緩沖系統(tǒng)包括一熱塑性橫梁和一能量吸收件。該緩沖裝置的效率大于百分之五十(50％)。
另一方面，本發(fā)明提供了一種適用于緩沖裝置的橫梁。橫梁由玻璃墊熱塑材料構(gòu)成，而且構(gòu)造成可以將熱塑性能量吸收件連接到其上的結(jié)構(gòu)。
另一方面，本發(fā)明提供了一個(gè)緩沖裝置，該緩沖裝置包括一橫梁，該橫梁構(gòu)造成可以在整個(gè)沖擊過程中保持一個(gè)截面模數(shù)的結(jié)構(gòu)。該裝置還包括一個(gè)能量吸收件和一個(gè)蓋板，該能量吸收件連接到橫梁，而該蓋板連接到能量吸收件上并且基本上包圍了橫梁和能量吸收件。


圖1是已知的能量吸收件在沖擊前的狀態(tài)下的橫截面圖；圖2是已知的能量吸收件在沖擊后的狀態(tài)下的橫截面圖；圖3是緩沖裝置的一個(gè)實(shí)施例的分解透視圖，該緩沖裝置包括壓模I型橫梁和注模能量吸收件；圖4是圖3所示的緩沖裝置的橫截面圖；圖5是圖3和圖4所示的能量吸收件的部分后透視圖；圖6是圖3和圖4所示的能量吸收件的部分前透視圖；圖7是圖3和圖4所示的能量吸收件的部分前透視圖；圖8是圖3和圖4所示的能量吸收件在沖擊后的狀態(tài)下的橫截面圖；圖9是能量吸收件的透視圖，該圖中具有放大的局部透視圖，以說明可選擇的窗孔結(jié)構(gòu)；和圖10是能量吸收件的部分透視圖，該圖可以說明扣配合和緊密配合特性。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)介紹具有一壓模(compression molded)玻璃墊熱塑材料(GMT)橫梁的緩沖系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，在橫梁上連接一非泡沫型的能量吸收件。將高硬度的熱塑橫梁連接到非泡沫型能量吸收件可以獲得這樣一個(gè)緩沖系統(tǒng)，即在發(fā)生沖撞時(shí)，該緩沖系統(tǒng)可以快速加載，并且有效吸收能量。特別的是，在低速度沖擊過程中，在沖擊活動(dòng)的動(dòng)能被全部吸收之前，通過使能量吸收件和橫梁變形，可以將沖擊力恰好維持在一個(gè)預(yù)定值以下。當(dāng)?shù)退贈(zèng)_擊結(jié)束時(shí)，能量吸收件大致恢復(fù)到原狀，保持充分完整以承受接下來的沖擊。
GMT壓模橫梁的高硬度特性與熱塑能量吸收件的有效能量吸收特性相結(jié)合，可以提供比傳統(tǒng)的具有泡沫能量吸收件的金屬橫梁更好的沖擊吸收性能。此外，熱塑能量吸收件和GMT壓模橫梁結(jié)合，可以提供比具有熱塑能量吸收件的鋼梁或具有泡沫能量吸收件的GMT橫梁更有效的沖擊吸收性能。
雖然下面要描述緩沖系統(tǒng)的具體材料(例如，適用于制造能量吸收件的Azdel材料(如美國專利US5,643,989所述，該材料可由北卡羅萊納州，Shelby，Azdel公司購買，并適用于制造橫梁)和Xenoy材料(可由馬薩諸塞州匹茲區(qū)的通用電器公司購買))，但該系統(tǒng)不限于使用這些材料，也可以使用其它材料。此外，橫梁也不必一定是GMT壓模橫梁，也可以使用其它材料和加工技術(shù)。通常，能量吸收件從能有效吸收能量的材料中選擇，而所選擇的橫梁材料和加工技術(shù)要可以形成剛硬橫梁。
現(xiàn)在具體參考附圖，圖1和圖2是已知能量吸收件10的橫截面圖，該能量吸收件在使用時(shí)與加強(qiáng)橫梁12結(jié)合使用。能量吸收件10包括上下凸緣14和16，在安裝時(shí)，它們分別與橫梁12的一部分交迭。如圖2所示，吸收件10可以對(duì)著橫梁彎曲，以吸收和分散撞擊所帶來的沖擊能。
圖3是緩沖系統(tǒng)20的一個(gè)實(shí)施例的分解透視圖。該緩沖系統(tǒng)20包括一能量吸收件22和一橫梁24。能量吸收件22位于橫梁24和一蓋板(未示出)之間，而且在組裝后這些部件可以構(gòu)成車輛緩沖裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，橫梁24連接到縱向延伸的框形護(hù)欄(未示出)上。
蓋板一般由一種熱塑性材料制成，優(yōu)選的是，該材料適合用傳統(tǒng)的車輛油漆和/或涂覆技術(shù)進(jìn)行涂層。通常，蓋板包圍能量吸收件22和加強(qiáng)橫梁24，因此，各個(gè)部件一旦連接到車輛上后就不會(huì)被人看到。
在該實(shí)施例中，橫梁24為壓模玻璃墊熱塑材料(GMT)，而且構(gòu)造成I型梁。它也可以采用I型梁以外的幾何形狀。例如，根據(jù)橫梁的特殊用途，可以采用C或W型的橫截面形狀，以提供合適的截面模數(shù)。
橫梁24包括連續(xù)的上凸緣26和下凸緣28。橫梁24還包括具有孔32的護(hù)欄連接部分30，由此，螺栓(未示出)可以穿過孔而將緩沖系統(tǒng)20固定到框形護(hù)欄上。橫梁24還包括起加強(qiáng)作用的十字交叉肋34。在圖3中可以看到橫梁上表面36上的肋34。在橫梁24下表面38上也有同樣的肋(未示出)。如下所述，上凸緣26的定位切口40便于將能量吸收件22固定到橫梁24上。
能量吸收件22包括具有第一和第二縱向延伸的凸緣52和54的框架50，該凸緣52和54分別和橫梁24相搭接。凸緣52是U型的，凸緣54具有一個(gè)爪56，該爪可以與橫梁24的凸緣28一起形成扣配合，即，爪56扣住凸緣28的一端。
吸收件26還包括從框架50向外延伸的主體60，主體60包括第一橫向壁62和第二橫向壁64，在它們中間延伸有多個(gè)可調(diào)式擠壓箱(crush box)66。橫向壁62、64是波浪形的，包括交替的凸起區(qū)域68和凹下區(qū)域70，這些區(qū)域可以使橫向壁有更強(qiáng)的硬度來抵抗沖擊時(shí)的撓曲。在需要時(shí)，可以調(diào)節(jié)波浪部分的寬度和深度尺寸，以獲得不同的硬度特性。擠壓箱包括側(cè)壁72，外壁74和延伸到內(nèi)框架50的開口區(qū)域76。
參考圖5，擠壓箱66可以根據(jù)車輛所需要吸收的沖擊能，而具有多種不同幾何結(jié)構(gòu)中的任一種幾何結(jié)構(gòu)。例如，擠壓箱66具有總體上呈三維I型的形狀，其在第一橫向壁62附近有翼或頂部80，而在第二橫向壁64附近有翼狀底部82，該翼狀底部與頂部80平行，而且縱向橫向件部分84連接頂部和底部80和82。在撞擊過程中，能量吸收件22的擠壓箱66可以穩(wěn)定能量吸收件22。在這點(diǎn)上，根據(jù)聯(lián)邦車輛安全標(biāo)準(zhǔn)(FMVSS)和加拿大車輛安全標(biāo)準(zhǔn)(CMVSS)，在遇到障礙和擺動(dòng)式?jīng)_擊時(shí)，擠壓箱66可以以一種軸向擠壓模式工作。擠壓箱66的強(qiáng)度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以符合想要的沖擊負(fù)載變形標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，為了滿足指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，需要在特定用途中對(duì)擠壓箱66進(jìn)行一定修改。例如，擠壓箱66包括位于側(cè)壁和外壁72和74的多個(gè)窗孔86和88。如下所述，窗孔86和88可以根據(jù)具體用途，構(gòu)造成多種不同形狀中的一種形狀。
擠壓箱66的可調(diào)性還可通過改變側(cè)壁和后壁厚度來適用于具體用途。例如，側(cè)壁72和外壁74的標(biāo)稱厚度可以廣泛地落在約1.75mm到約3.0mm的范圍內(nèi)。更加具體的說，在一些低沖擊用途中，標(biāo)稱壁厚一般在約1.75mm到約2.0mm的范圍內(nèi)，而在其它用途中，尤其是5mph FMVSS或CMVSS系統(tǒng)的用途中，側(cè)壁和后壁的標(biāo)準(zhǔn)壁厚最好在約2.5mm到3.0mm的范圍內(nèi)。
適當(dāng)調(diào)整能量吸收件22的另一方面是選擇所使用的熱塑性樹脂。所使用的樹脂根據(jù)需要可以是低模量、中模量或高模量的材料。通過仔細(xì)考慮這些變量，就能制造出如此的能量吸收件，即可以實(shí)現(xiàn)理想的吸收沖擊能的目標(biāo)。
如圖6所示，整體模制的連接件90分別垂直地延伸于第一和第二橫向壁62和64之間。連接件90可以呈垂直延伸柱92的形式，或可以具有交叉形結(jié)構(gòu)，該交叉形結(jié)構(gòu)包括垂直延伸柱92和水平延伸柱94。不管連接件90的結(jié)構(gòu)如何，連接件90沿垂直延伸柱92的內(nèi)壁96的最小平均寬高比為1∶5，高度為在各個(gè)第一和第二橫向壁62和64之間的距離。如果連接件90有窗孔98，那么其寬高比為1∶3。當(dāng)能量吸收件22連接到橫梁時(shí)，內(nèi)壁96鄰近橫梁24的外表面。
參考圖7和圖8，其中所示的能量吸收件22處于撞擊后的理論狀態(tài)。我們可以看出，能量吸收件22變彎，但仍保持和橫梁24接觸，具體說，是分別沿著第一和第二縱向凸緣52和54相接觸。
參考圖9，該圖顯示了擠壓箱66的可調(diào)性，其中，為使擠壓箱達(dá)到需要的強(qiáng)度，窗孔86、88可以是如附圖標(biāo)記100、102、104、106所示的不同尺寸的正方形和長(zhǎng)方形，以及附圖標(biāo)記108所示的淚珠形狀，但不限于這些形狀。為了形成這些窗孔，通常模具要有一個(gè)張開近5°的斜角，以獲得合適的生產(chǎn)條件。
圖10是說明扣配合和緊密配合特性的能量吸收件22的部分透視圖。如圖10所示，能量吸收件的凸緣52是U型的。凸緣52的延長(zhǎng)部分150利于與橫梁24形成緊密結(jié)合。也就是說，延長(zhǎng)部分150是有彈性的，可以適應(yīng)橫梁24的凸緣26的厚度偏差(參見附圖4)，由此，吸收件22和橫梁24形成一個(gè)緊密結(jié)合。此外，如上所述，凸緣54有爪56，該爪可以和橫梁24的凸緣28形成扣配合，即爪56咬緊凸緣28的一端。
用于形成能量吸收件22的材料的特性包括高韌性/延展性、熱穩(wěn)定性、高的能量吸收能力、良好的模量與伸長(zhǎng)量的比、以及可回收性。雖然能量吸收件可以分段成型，但是它也可以是由一種硬塑料材料制成的整體式結(jié)構(gòu)。吸收件材料的一個(gè)例子是上面提到的Xenoy。當(dāng)然，也可以使用其它工程熱塑樹脂。代表性的工程熱塑樹脂包括丙稀腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，聚碳酸酯，聚碳酸酯/ABS混合物，聚碳酸酯-聚酯，丙烯酸-苯乙烯-丙稀腈(ASA)，丙稀腈-(改良的乙烯聚丙烯二胺)-苯乙烯(AES)，亞苯基醚樹脂，亞苯基醚/聚酰胺混合物(通用電器公司的NORYL GTX)，聚碳酸酯/PET/PBT的混合物，聚丁烯對(duì)苯二酸酯和沖擊改良材料(通用電器公司的XENOY樹脂)，聚酰胺，亞苯基硫化物樹脂，氯乙烯聚合物PVC，耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS)，低/高密度聚乙烯(l/hdpe)，聚丙烯(pp)和熱塑石蠟(tpo)，但不限于以上材料。
正如上面所述，將一注模熱塑能量吸收件連接到一剛性橫梁上，可以提高能量吸收效率。如上所述，將Azdel I型橫梁與一Xenoy能量吸收件結(jié)合，可以獲得大于百分之五十(50％)的效率。提高耐沖擊性能，可以減少低速?zèng)_擊時(shí)“防護(hù)板彎曲”的修理費(fèi)用，并且減少高速?zèng)_擊時(shí)對(duì)車輛造成的損壞。此外，能量吸收件和橫梁都可以用整體模制的熱塑性工程樹脂制成，所以能量吸收件和橫梁都很容易獨(dú)立地進(jìn)行重復(fù)利用。此外，因?yàn)闆]有使用泡沫材料，所以，我們相信，在不同溫度下，本發(fā)明都可以獲得更一致的耐沖擊性能。
I型橫梁結(jié)合能量吸收件的可調(diào)節(jié)擠壓箱所形成的強(qiáng)度，可以提供有效的快速加載過程，并且有控制地抵抗沖擊事故。這種高效率有利于減少車輛緩沖裝置的偏移量，而同時(shí)又不增加轉(zhuǎn)移到車輛結(jié)構(gòu)的負(fù)載。I型橫梁/能量吸收件組合可以形成輕型、有效耐沖擊而且有成本效益的緩沖系統(tǒng)，這種系統(tǒng)符合FMVSS和IIHS的要求。
盡管本發(fā)明以不同具體實(shí)施例的方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種微震緩沖系統(tǒng)，包括一熱塑橫梁和一連接到所述橫梁上的能量吸收件，所述緩沖系統(tǒng)的效率大于50％。
2.如權(quán)利要求1所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述能量吸收件是注模而成的。
3.如權(quán)利要求1所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述橫梁是I型橫梁，而且包括從第一個(gè)表面延伸的第一凸緣、從第二個(gè)表面延伸的第二凸緣、以及多個(gè)位于所述第一個(gè)表面和第二個(gè)表面中至少一個(gè)表面上的加強(qiáng)肋。
4.如權(quán)利要求1所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述橫梁為壓模的玻璃墊熱塑體。
5.如權(quán)利要求1所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述能量吸收件包括連接到所述橫梁的帶凸緣的框架、和從所述框架延伸出來的主體，所述主體包括第一橫向壁、與所述第一壁隔開的第二橫向壁、和多個(gè)在它們之間延伸的可調(diào)式擠壓箱。
6.如權(quán)利要求5所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述第一和第二橫向壁是波浪形的，其中，所述擠壓箱沿主體被隔開，而且彼此之間具有開口區(qū)域。
7.如權(quán)利要求5所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述擠壓箱具有總體上呈三維I型的形狀，并且包括側(cè)壁和后壁。
8.如權(quán)利要求7所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述側(cè)壁和后壁包括多個(gè)有預(yù)定形狀和尺寸的窗孔。
9.如權(quán)利要求1所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述能量吸收件與橫梁形成扣配合。
10.如權(quán)利要求1所述的微震緩沖系統(tǒng)，其中，所述能量吸收件包括多個(gè)延伸部，這些延伸部與所述橫梁形成緊密結(jié)合。
11.一種適用于緩沖裝置的橫梁，所述橫梁由玻璃墊熱塑材料構(gòu)成，而且構(gòu)造成可以將熱塑性能量吸收件連接到其上的結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的橫梁，其中，所述橫梁是I型橫梁，而且包括從第一表面延伸的第一凸緣、從第二表面延伸的第二凸緣、以及多個(gè)位于所述第一表面和第二表面中至少一個(gè)表面上的加強(qiáng)肋。
13.如權(quán)利要求11所述的橫梁，其中，所述橫梁是壓模而成的。
14.一種適用于機(jī)動(dòng)車的緩沖裝置，包括熱塑橫梁，構(gòu)造成可以在整個(gè)沖擊過程中保持一個(gè)截面模數(shù)的結(jié)構(gòu)；能量吸收件，連接到所述橫梁；和蓋板，可以連接到所述能量吸收件上，以基本上包圍所述橫梁和所述能量吸收件。
15.如權(quán)利要求14所述的緩沖裝置，其中，所述橫梁是壓模而成的，而且所述能量吸收件是注模而成的。
16.如權(quán)利要求14所述的緩沖裝置，其中，所述橫梁是I型橫梁，而且包括從第一表面延伸的第一凸緣、從第二表面延伸的第二凸緣、以及多個(gè)位于所述第一表面和第二表面中至少一個(gè)表面上的加強(qiáng)肋。
17.如權(quán)利要求14所述的緩沖裝置，其中，所述橫梁為壓模玻璃墊熱塑體。
18.如權(quán)利要求14所述的緩沖裝置，其中，所述能量吸收件是一單獨(dú)的細(xì)長(zhǎng)的能量吸收件，而且包括用來連接到所述橫梁的帶凸緣的框架和從所述框架延伸出來的主體，所述主體包括第一橫向壁、與所述第一橫向壁隔開的第二橫向壁、以及多個(gè)在它們之間延伸的可調(diào)式擠壓箱。
19.如權(quán)利要求18所述的緩沖裝置，其中，所述第一和第二橫向壁是波浪形的，其中，所述擠壓箱沿主體被隔開，而且彼此之間具有開口區(qū)域，所述擠壓箱具有總體上呈三維I型的形狀，并且包括側(cè)壁和后壁。
20.如權(quán)利要求14所述的緩沖裝置，其中，所述能量吸收件與所述橫梁形成扣配合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于機(jī)動(dòng)車的緩沖裝置(20)。該緩沖裝置包括一橫梁(24)和一能量吸收件(22)。該緩沖裝置的緩沖效率大于50％。
文檔編號(hào)B60R19/24GK1558846SQ01823720
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2001年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月12日
發(fā)明者亞當(dāng)·K·特拉普, 亞當(dāng) K 特拉普 申請(qǐng)人:通用電氣公司