一種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件的制作方法
【專利摘要】一種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件，由一級(jí)套筒(1)、二級(jí)套筒(2)、三級(jí)套筒(3)、四級(jí)套筒(4)、軟脂密封膠(5)、前連接板(6)、后連接板(7)、溢流閥(8)、液壓液體(9)組成；套筒(1)、(2)、(3)、(4)為等長度薄壁管，之間相互嵌套，底部相連互通，并通過軟脂密封膠(5)進(jìn)行密封與連接；套筒(1)與前連接板(6)及套筒(4)與后連接板(7)之間固定連接成密封結(jié)構(gòu)；前連接板(6)與防撞橫梁連接，后連接板(7)與車架連接；上述溢流閥(8)安裝在四級(jí)套筒(4)底部，保持碰撞過程中套筒內(nèi)壓力恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓卸荷與碰撞加速度恒定。該結(jié)構(gòu)通過多級(jí)吸能結(jié)構(gòu)作用，實(shí)現(xiàn)多級(jí)吸能、過程恒壓控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、低成本。
【專利說明】一種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種汽車前碰撞安全吸能元件及其設(shè)計(jì)方法，可以有效緩沖車輛 前碰撞的沖擊力，起到緩沖吸能與減小乘員傷害的作用。 技術(shù)背景
[0002] 目前、國內(nèi)汽車的銷售量與保有量逐年攀升，汽車的安全問題越來越為人所關(guān)注。 傳統(tǒng)的車輛前防撞吸能系統(tǒng)，主要由前保險(xiǎn)杠、防撞橫梁、吸能盒及前縱梁結(jié)構(gòu)組成，采用 鋼板沖壓或滾壓等結(jié)構(gòu)焊接，通過結(jié)構(gòu)的壓潰變形緩沖吸能。在碰撞過程中，傳統(tǒng)前防撞吸 能系統(tǒng)較難實(shí)現(xiàn)碰撞加速度的恒定控制，且屬于一次性破壞，無法重復(fù)使用，同時(shí)具有開發(fā) 模具投入大、制造成本較高的缺點(diǎn)。因此，其他吸能與防撞結(jié)構(gòu)的研宄也在大量進(jìn)行，包括 液壓及氣壓吸能元件的開發(fā)與研宄。但采用液壓或氣壓緩沖裝置，需有整套的液壓管路元 件與控制系統(tǒng)，會(huì)對(duì)車輛的總體布置造成一定影響，顯著增加成本的同時(shí)增加了整車重量， 不利于提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于，在不影響車輛原有結(jié)構(gòu)與布置的前提下，通過數(shù)個(gè)順序 連接的簡(jiǎn)易套筒元件及一個(gè)溢流閥，實(shí)現(xiàn)車輛碰撞過程中碰撞緩沖力的恒定控制，以獲得 較理想的碰撞加速度（緩沖力）波形。
[0004]附圖1、2、3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖與剖視圖，說明如下：
[0005]-種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件，其特征在于：由一級(jí)套筒1、二級(jí)套筒2、 三級(jí)套筒3、四級(jí)套筒4、軟脂密封膠5、前連接板6、后連接板7、溢流閥8、液壓液體9組成； 一級(jí)套筒1、二級(jí)套筒2、三級(jí)套筒3、四級(jí)套筒4為等長度薄壁管，之間相互嵌套，底部相連 互通，并通過軟脂密封膠5進(jìn)行密封與連接；一級(jí)套筒1與前連接板6及四級(jí)套筒4與后連 接板7之間固定連接成密封結(jié)構(gòu)；前連接板6與防撞橫梁連接，后連接板7與車架連接；上 述溢流閥8安裝在四級(jí)套筒4底部，保持碰撞過程中套筒內(nèi)壓力恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓卸荷與碰撞 加速度恒定。
[0006]所述的液壓液體9可以是任何防銹、無腐蝕性、不易燃易爆的液體。
[0007]所述的套筒間的重疊區(qū)域根據(jù)設(shè)計(jì)碰撞載荷的大小，控制在5-30mm之間。
[0008]-種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：可以按照如下 方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：
[0009] (1)單側(cè)套筒最大壓縮力設(shè)計(jì)：
[0010] 參考相關(guān)法規(guī)及人體碰撞生物力學(xué)研宄成果，設(shè)定車內(nèi)乘員所能承受的最大加速 度值為a，則整車質(zhì)心平均加速度最大值不應(yīng)超過a，整車平均碰撞力可表示為F=ma，單側(cè) 套筒最大壓縮力為F1=F/2 ;
[0011] (2)各級(jí)套筒的實(shí)際長度設(shè)計(jì)：
[0012] 根據(jù)相關(guān)法規(guī)，設(shè)定碰撞初始速度為％，則車輛最大變形量i： = &2 /2a，即為套 筒的有效壓縮量，可確定各級(jí)套筒的有效長度U=L/3;
[0013] 考慮套筒壓縮初期的升壓余量，獲得套筒的名義長度1^= (1+iOU，其中y取值 在0. 1?0. 2之間；
[0014] 考慮重疊區(qū)域搭接量，獲得套筒的實(shí)際長度1^2=1^+八1，其中AL取值在5?30mm 之間；
[0015] (3)最大截面套筒的外徑設(shè)計(jì)：
[0016] 根據(jù)車身結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)、車輛總體布置尺寸及原有的傳統(tǒng)吸能盒尺寸，確定一個(gè) 合適的最大套筒外徑D;
[0017] 通常情況下，套筒壁厚尺寸遠(yuǎn)小于外徑，近似認(rèn)為內(nèi)環(huán)面積與截面積相同，均為 S；
[0018] (4)溢流閥額定壓力設(shè)計(jì)：
[0019] 根據(jù)上述單側(cè)套筒最大壓縮力匕，以最大套筒作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算基準(zhǔn)，可知套筒 結(jié)構(gòu)實(shí)際所受內(nèi)壓為P=h/S，即為溢流閥設(shè)計(jì)的額定壓力值，其中S為最大套筒截面積；
[0020] 溢流閥額定流量設(shè)計(jì)：
[0021] 根據(jù)碰撞初始速度％，最大套筒截面積S，可知碰撞初始時(shí)刻的液體流量為q= V#，作為溢流閥的額定流量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；
[0022] 根據(jù)溢流閥的額定壓力及額定流量參數(shù)，選擇合適的溢流閥結(jié)構(gòu)，對(duì)套筒內(nèi)部液 體進(jìn)行恒壓控制；
[0023] (5)套筒壁厚設(shè)計(jì)：
[0024] 根據(jù)上述套筒結(jié)構(gòu)所受內(nèi)壓p、最大套筒外徑D及制造筒體鋼板在常溫下的許用 應(yīng)力[0 ]，并將套筒視為薄壁圓管模型，應(yīng)用第四強(qiáng)度理論作為強(qiáng)度校核條件，獲取套筒的 備選參數(shù)；
[0025] 套筒在內(nèi)壓p作用下，內(nèi)壁徑向應(yīng)力〇 r= _p，軸向應(yīng)力〇 x= 〇,沿套筒圓周切線 的環(huán)向應(yīng)力〇 0 =pD/2t，其中t為套筒壁厚；
[0026] 則三個(gè)方向主應(yīng)力可規(guī)定為：〇 := 〇 0，〇 2= 〇 x，〇 3= 〇 r;
[0027] 根據(jù)第四強(qiáng)度理論所建立的強(qiáng)度條件為

【權(quán)利要求】
1. 一種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件，其特征在于：由一級(jí)套筒（1)、二級(jí)套筒 (2)、三級(jí)套筒（3)、四級(jí)套筒（4)、軟脂密封膠（5)、前連接板（6)、后連接板（7)、溢流閥 (8)、液壓液體（9)組成；一級(jí)套筒（1)、二級(jí)套筒（2)、三級(jí)套筒（3)、四級(jí)套筒（4)為等長 度薄壁管，之間相互嵌套，底部相連互通，并通過軟脂密封膠（5)進(jìn)行密封與連接；一級(jí)套 筒（1)與前連接板（6)及四級(jí)套筒（4)與后連接板（7)之間固定連接成密封結(jié)構(gòu)；前連接 板（6)與防撞橫梁連接，后連接板（7)與車架連接；上述溢流閥（8)安裝在四級(jí)套筒（4)底 部，保持碰撞過程中套筒內(nèi)壓力恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓卸荷與碰撞加速度恒定。
2. 權(quán)利要求1所述一種簡(jiǎn)易三段套筒式充液緩沖吸能元件，其特征在于：所述的套筒 間的重疊區(qū)域根據(jù)設(shè)計(jì)碰撞載荷的大小，控制在5-30_之間。
【文檔編號(hào)】B60R19/02GK204172825SQ201420597217
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】那景新, 吳長風(fēng), 王童, 徐梓雯, 張?zhí)O蘋, 劉玉, 袁正, 李婷婷, 白霜, 陶士振 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)