模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器，包括前部弧形卡口加強(qiáng)梁(1)、后部弧形卡口加強(qiáng)梁(2)、若干鑲嵌在兩根加強(qiáng)梁之間的X形吸能單元(3)、連接兩根加強(qiáng)梁的加強(qiáng)梁左端連接部件(4)和加強(qiáng)梁右端連接部件(5),其中，弧形卡口加強(qiáng)梁為由塑料合金注塑加工而成的薄壁結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有若干弧形卡口，該弧形卡口為向內(nèi)凸起的弧形結(jié)構(gòu)。該保險(xiǎn)杠吸能器的吸能單元在碰撞沖擊下具備分階段變形特征，呈現(xiàn)由初始向內(nèi)凹陷變形至兩側(cè)邊弧接觸而扭結(jié)變形的模式。
【專利說明】模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種汽車零部件，尤其涉及一種減少汽車低速碰撞時(shí)車輛損失和在車輛-行人碰撞時(shí)保護(hù)行人下肢的模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器。

【背景技術(shù)】
[0002]針對汽車碰撞安全性，汽車保險(xiǎn)杠系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常需同時(shí)滿足行人碰撞法規(guī)和低速碰撞法規(guī)。典型保險(xiǎn)杠系統(tǒng)包含車輛前后沿汽車寬度方向，安裝于汽車縱梁上的兩根橫梁。此橫梁常為鋼結(jié)構(gòu)，以提供保險(xiǎn)杠系統(tǒng)足夠的剛度和強(qiáng)度。
[0003]一些保險(xiǎn)杠系統(tǒng)也會包含安裝于橫梁上的吸能器，以控制能量吸收與保險(xiǎn)杠的侵入量；其效率主要是通過在一定變形距離內(nèi)能量吸收的大小來衡量。由于低速碰撞與行人保護(hù)對保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求存在一定的矛盾性，傳統(tǒng)保險(xiǎn)杠吸能器或主要考慮減少低速時(shí)的車輛損失，或主要用于減少行人下肢損傷，且吸能效率亦有待進(jìn)一步提高。
[0004]此外，現(xiàn)有常規(guī)模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器是由發(fā)泡聚丙烯(EPP)泡沫或熱塑性聚合物組合物制成的一體化吸能結(jié)構(gòu)。EPP泡沫小珠的制造工藝復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間過長。而且由于EPP泡沫組成的吸能器在不同應(yīng)用溫度下會產(chǎn)生不同的吸能效果，性能不穩(wěn)定，即，此類吸能器在低溫的天氣中過硬，而在高溫的天氣中又過軟。并且一體化的設(shè)計(jì)使得發(fā)生一次碰撞損壞后即要全部更換，造成了較大的浪費(fèi)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)和材料并未區(qū)分行人保護(hù)與低速碰撞的不同，即滿足低速或較高速碰撞要求的吸能器泡沫材料剛度較大，與行人腿部碰撞時(shí)易造成行人腿部的嚴(yán)重受傷，而滿足行人腿部保護(hù)要求的泡沫由于剛度較小，則不能滿足低速碰撞的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種能隨著碰撞能量的變化，自適應(yīng)地利用不同吸能模式吸收碰撞能量，并在碰撞后能便捷更換吸能單元模塊的汽車保險(xiǎn)杠吸能器；以使車輛設(shè)計(jì)能兼顧低速碰撞和行人保護(hù)安全法規(guī)的要求。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器，包括前部弧形卡口加強(qiáng)梁、后部弧形卡口加強(qiáng)梁、若干鑲嵌在兩根弧形卡扣加強(qiáng)梁之間的X形吸能單元；其特征在于:
[0008]前部弧形卡口加強(qiáng)梁和后部弧形卡口加強(qiáng)梁均設(shè)置有若干向內(nèi)凸起弧形卡口 ；X形吸能單元同樣設(shè)置有對應(yīng)的弧形卡槽，兩者通過此弧形卡接結(jié)構(gòu)相互耦合；
[0009]X形吸能單元其前后設(shè)置有尺寸相同的弧形卡槽，用于與前部弧形卡口加強(qiáng)梁和后部弧形卡口加強(qiáng)梁連接；左右設(shè)置有兩個(gè)形狀相同的向內(nèi)凹陷側(cè)邊弧(7)，四角為尺寸相等的過渡連接圓弧；
[0010]該X形吸能單元縱向長度為1，寬度為W，高度為h，薄壁結(jié)構(gòu)厚度為t，側(cè)邊弧半徑為R，卡槽半徑為r。
[0011 ] 進(jìn)一步地，模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器安裝于保險(xiǎn)杠橫梁與保險(xiǎn)杠蒙皮之間。
[0012]進(jìn)一步地，前部弧形卡口加強(qiáng)梁通過四個(gè)連接螺栓與加強(qiáng)梁左端連接部件相連；后加強(qiáng)梁亦通過四個(gè)螺栓與加強(qiáng)梁左端連接部件相連，同時(shí)螺栓將它們固結(jié)于保險(xiǎn)杠橫梁之上。
[0013]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)本實(shí)用新型僅依靠結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于碰撞能量的自適應(yīng)地改變結(jié)構(gòu)吸能能力與模式的技術(shù)效果；本實(shí)用新型所述X形吸能單元具有雙重吸能模式，吸收能量較少時(shí)，X形吸能單元兩側(cè)邊弧向內(nèi)凹陷，通過彈性變形吸能，保持較小的阻抗力；吸收能量較大時(shí)，兩側(cè)邊弧凹陷并扭結(jié)在一些，形成兩段折疊變形，迅速提高其吸能能力；從而可依據(jù)碰撞能量的變化自適應(yīng)地利用不同吸能模式，有選擇性地保護(hù)行人或是車輛。
[0015](2)本實(shí)用新型所述吸能器采用模塊化的設(shè)計(jì)，包含兩根弧形卡口加強(qiáng)梁與若干X形吸能單元及對應(yīng)的兩個(gè)加強(qiáng)梁連接部件；吸能器在碰撞載荷下發(fā)生變形后，只發(fā)生彈性變形的X形吸能單元可自行恢復(fù)，只需更換被破壞的吸能單元即可，可減少車輛維修成本。
[0016](3)本實(shí)用新型所述X形吸能單元與弧形卡口加強(qiáng)梁之間的連接采用卡槽連接，加強(qiáng)梁、加強(qiáng)梁連接部件及保險(xiǎn)杠橫梁之間采用螺栓連接，裝拆方便，便于維修。
[0017](4)由于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)扭結(jié)效應(yīng)，本實(shí)用新型所述吸能器具有很強(qiáng)的吸能效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0018]圖1是本實(shí)用新型所述模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型所述吸能單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型所述吸能單元吸收較小能量后的變形示意圖；
[0021]圖4是本實(shí)用新型所述吸能單元吸收較大能量后發(fā)生扭結(jié)效應(yīng)的變形示意圖；
[0022]圖5是本實(shí)用新型所述前后加強(qiáng)梁與加強(qiáng)梁連接部件左端連接處局部示意圖；
[0023]圖6是本實(shí)用新型所述汽車保險(xiǎn)杠橫梁與汽車前部蒙皮位置示意圖；
[0024]其中:1-前部弧形卡口加強(qiáng)梁，2-后部弧形卡口加強(qiáng)梁，3-X形吸能單元，4-加強(qiáng)梁左端連接部件，5-加強(qiáng)梁右端連接部件，6-弧形卡槽，7-側(cè)邊弧，8-過渡連接圓弧，9-連接螺栓，10-連接螺栓，11-保險(xiǎn)杠橫梁，12-汽車前部蒙皮。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下將結(jié)合附圖和本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]如圖1，該模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器包括一根前部弧形卡口加強(qiáng)梁1、一根后部弧形卡口加強(qiáng)梁2、若干卡接于兩根弧形卡口加強(qiáng)梁之間的X形吸能單元3、連接兩根加強(qiáng)梁的加強(qiáng)梁左端連接部件4和加強(qiáng)梁右端連接部件5。
[0027]其中，前部弧形卡口加強(qiáng)梁I和后部弧形卡口加強(qiáng)梁2均設(shè)置有若干向內(nèi)凸起弧形卡口 ；X形吸能單元3同樣設(shè)置有對應(yīng)的弧形卡槽6。兩者通過此弧形卡接結(jié)構(gòu)相互耦八口 ο
[0028]如圖2所示，X形吸能單元3為塑料合金注塑加工而成的薄壁結(jié)構(gòu)，其中，其前后設(shè)置有尺寸相同的弧形卡槽6，用于與前部弧形卡口加強(qiáng)梁I和后部弧形卡口加強(qiáng)梁2連接；左右設(shè)置有兩個(gè)形狀相同的向內(nèi)凹陷側(cè)邊弧7，主要依靠其變形吸能；四角為尺寸相等的過渡連接圓弧8。
[0029]該X形吸能單元縱向長度為1，寬度為W，高度為h，薄壁結(jié)構(gòu)厚度為t，側(cè)邊弧半徑為R，卡槽半徑為r。
[0030]如圖2為單個(gè)X形吸能單元3未發(fā)生變形的初始狀態(tài)。碰撞能量較小時(shí)，吸能部件產(chǎn)生較小的縱向壓縮，如圖3所示，兩側(cè)邊弧7不斷向內(nèi)凹陷，主要通過彈性變形吸能，此時(shí)產(chǎn)生較小的變形力，可用于保護(hù)行人下肢，且此后吸能部件還可彈回恢復(fù)原狀；
[0031]當(dāng)碰撞能量較大時(shí)，X形吸能單元產(chǎn)生較大的壓縮變形，如圖4所示兩側(cè)邊弧7向內(nèi)凹陷過程中，互相接觸并扭結(jié)在一起，形成兩段變形區(qū)間。當(dāng)吸能部件形成兩段吸能變形區(qū)間時(shí)，其吸能能力迅速提高，從而可用于保護(hù)車輛，減少低速碰撞時(shí)保險(xiǎn)杠橫梁后部零部件的損失。
[0032]當(dāng)高速碰撞時(shí)，吸能部件產(chǎn)生較大的壓縮，如圖3所示兩邊的側(cè)邊弧2在凹陷過程中，使得X形吸能部件3的弧形卡槽6與側(cè)邊弧7接觸，進(jìn)而使得X形吸能部件3形成具有自鎖功能的自鎖結(jié)構(gòu)。當(dāng)吸能部件發(fā)生自鎖時(shí)，可通過壓潰變形吸收較大的能量保護(hù)其它車輛零部件以減少車輛的損失。
[0033]如圖5為前后加強(qiáng)梁及其連接部件左端連接處局部示意圖，前部弧形卡口加強(qiáng)梁I通過四個(gè)連接螺栓9與加強(qiáng)梁左端連接部件4相連；后加強(qiáng)梁亦通過四個(gè)螺栓10與加強(qiáng)梁左端連接部件4相連，同時(shí)螺栓將它們固結(jié)于保險(xiǎn)杠橫梁之上。加強(qiáng)梁右端亦采用同樣的連接方式。
[0034]本實(shí)用新型所述保險(xiǎn)杠吸能器I具體尺寸和X吸能單元的數(shù)量，可根據(jù)實(shí)際車輛保險(xiǎn)杠橫梁尺寸及其與保險(xiǎn)杠蒙皮之間的間隙要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。
[0035]該實(shí)施例中，還提供過一種模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器的設(shè)計(jì)方法，其具體包括以下步驟:
[0036]步驟1、根據(jù)汽車保險(xiǎn)杠橫梁和汽車前部蒙皮形狀及兩者之間的縱向間距確定保險(xiǎn)杠吸能器前后加強(qiáng)梁的形狀及X形吸能單元的縱向長度；
[0037]該實(shí)施例中，以某量產(chǎn)車型的保險(xiǎn)杠為例，其中汽車保險(xiǎn)杠橫梁和汽車前部蒙皮之間的中心縱向距離a為84_，其中，前加強(qiáng)梁的形狀是與汽車前部蒙皮相一致的弧形，后加強(qiáng)梁的形狀是與保險(xiǎn)杠橫梁前部相一致的弧形，前后加強(qiáng)梁1、2的厚度均取2mm，故中心處X形吸能單元的縱向長度I為80_，類似地，可根據(jù)測得的其它部位汽車保險(xiǎn)杠橫梁和蒙皮之間的縱向長度得到對應(yīng)部位的X形吸能單元的縱向長度；
[0038]步驟2、根據(jù)確定的X形吸能單元縱向長度1，設(shè)計(jì)X形吸能單元縱向?qū)挾萕，其中，l:w = 2:1,卡槽半徑r為寬度w的四分之一。
[0039]根據(jù)步驟I中所確定的X形吸能單元縱向長度，通過對比仿真分析得到長寬比為
2:1時(shí)，且卡槽半徑約為寬度的四分之一時(shí)吸能效果最好，因此可確定X形吸能單元寬度w為縱向長度I的一半，卡槽半徑r為寬度w的四分之一，通過對比不同側(cè)邊弧半徑分析得到側(cè)邊弧半徑R取180_時(shí)吸能效果最好；
[0040]在該實(shí)施例中，當(dāng)X形吸能單元縱向長度I為80mm時(shí)，X形吸能單元寬度W、卡槽半徑r及側(cè)邊弧半徑R分別是40mm、10mm, 180mm ；
[0041]該步驟中以側(cè)邊弧半徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)為主，關(guān)注其對整體能量吸收的影響及發(fā)生扭結(jié)的變形距離影響；
[0042]步驟3、計(jì)算單個(gè)X型吸能單元最大縱向許可壓縮量；
[0043]該實(shí)施例中，具體計(jì)算過程如下，
[0044]根據(jù)法規(guī)要求，其中有腿部沖擊器沖擊實(shí)驗(yàn)要求:當(dāng)腿部沖擊器沖擊速度取V =40km/h,腿部沖擊器的質(zhì)量取m = 13.4kg時(shí),應(yīng)有胚骨加速度a〈150g。由此計(jì)算可得沖擊總能量為825J，沖擊載荷為19689N。
[0045]再根據(jù)能量位移的關(guān)系，可以得出X形吸能單元最大縱向許可壓縮量為42mm。
[0046]步驟4、根據(jù)所需吸收的碰撞能量大小確定所述保險(xiǎn)杠吸能器所需X形單元數(shù)量；
[0047]該實(shí)施例中，確定X形單元數(shù)量分析過程如下:
[0048]根據(jù)步驟2所確定的X形單元的參數(shù)并取厚度t為2.5_進(jìn)行仿真所得到了吸能量-縱向壓縮量曲線，當(dāng)曲線中縱向壓縮量為步驟3中算得的X吸能單元最大縱向許可壓縮量42mm時(shí)吸能單元能量吸收量為63.6J，又由沖擊總能量為825J，可計(jì)算得到吸能器個(gè)數(shù)至少為13個(gè)才能滿足加速度限值要求，但由于汽車前部蒙皮與保險(xiǎn)杠橫梁之間的縱向間距兩端稍小，兩邊緣處分別有兩個(gè)較小的吸能單元，通過對比分析發(fā)現(xiàn)兩個(gè)較小的吸能單元的吸能能力相當(dāng)于一個(gè)吸能器中普通吸能單元的吸能能力，因此取吸能器個(gè)數(shù)為15，以保證能量吸收滿足法規(guī)要求。
[0049]盡管參考附圖詳細(xì)地公開了本實(shí)用新型，但應(yīng)理解的是，這些描述僅僅是示例性的，并非用來限制本實(shí)用新型的應(yīng)用。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由附加權(quán)利要求限定，凡在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上針對本實(shí)用新型個(gè)別部件的連接和結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)和等同置換均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器，包括前部弧形卡口加強(qiáng)梁(1)、后部弧形卡口加強(qiáng)梁(2)、若干鑲嵌在兩根弧形卡扣加強(qiáng)梁(1、2)之間的X形吸能單元(3);其特征在于: 前部弧形卡口加強(qiáng)梁(1)和后部弧形卡口加強(qiáng)梁(2)均設(shè)置有若干向內(nèi)凸起弧形卡口 ；X形吸能單元(3)同樣設(shè)置有對應(yīng)的弧形卡槽￠)，兩者通過此弧形卡接結(jié)構(gòu)相互耦合； X形吸能單元(3)其前后設(shè)置有尺寸相同的弧形卡槽￠)，用于與前部弧形卡口加強(qiáng)梁(1)和后部弧形卡口加強(qiáng)梁(2)連接；左右設(shè)置有兩個(gè)形狀相同的向內(nèi)凹陷側(cè)邊弧(7)，四角為尺寸相等的過渡連接圓弧(8)； 該X形吸能單元縱向長度為1，寬度為W,高度為h,薄壁結(jié)構(gòu)厚度為t,側(cè)邊弧半徑為R,卡槽半徑為r。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器，其特征在于:模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器安裝于保險(xiǎn)杠橫梁與保險(xiǎn)杠蒙皮之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化汽車保險(xiǎn)杠吸能器，其特征在于: 前部弧形卡口加強(qiáng)梁⑴通過四個(gè)連接螺栓(9)與加強(qiáng)梁左端連接部件⑷相連；后加強(qiáng)梁亦通過四個(gè)螺栓(10)與加強(qiáng)梁左端連接部件(4)相連，同時(shí)螺栓將它們固結(jié)于保險(xiǎn)杠橫梁之上。
【文檔編號】B60R19/04GK204109950SQ201420538994
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】莫富灝, 余傳輝, 肖志, 孔春玉, 胡寧, 杜敏 申請人:湖南大學(xué)