本公開(kāi)總的來(lái)說(shuō)涉及用于車(chē)輛車(chē)身或其它結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)構(gòu)件。更具體地，本公開(kāi)涉及具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件、以及涉及包括具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的機(jī)動(dòng)車(chē)輛。

背景技術(shù)：

對(duì)于車(chē)輛加強(qiáng)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，期望最大化撞擊能量吸收和抗彎強(qiáng)度，同時(shí)最小化加強(qiáng)構(gòu)件的每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量。例如，可通過(guò)在加強(qiáng)構(gòu)件沿縱向軸線經(jīng)受撞擊時(shí)，確保加強(qiáng)構(gòu)件基本上沿其縱向軸線壓緊來(lái)最大化撞擊能量吸收。這樣的縱向壓緊可稱(chēng)為加強(qiáng)構(gòu)件的穩(wěn)定軸向壓碎。

例如，當(dāng)在加強(qiáng)構(gòu)件上施加壓縮力時(shí)，例如，施加由車(chē)輛的前縱梁或發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的其它加強(qiáng)構(gòu)件上的正面撞擊載荷產(chǎn)生的力時(shí)，加強(qiáng)構(gòu)件可沿縱向壓碎以吸收碰撞的能量。此外，當(dāng)在加強(qiáng)構(gòu)件上施加彎曲力時(shí)，例如，施加由車(chē)輛的前側(cè)梁、B-柱或其它加強(qiáng)構(gòu)件上的側(cè)面撞擊載荷產(chǎn)生的力時(shí)，加強(qiáng)構(gòu)件可彎曲以吸收撞擊的能量。

常規(guī)的加強(qiáng)構(gòu)件依靠增加邊和/或角部的厚度和硬度來(lái)提高壓碎強(qiáng)度。然而，這種增加的厚度和硬度增大了加強(qiáng)構(gòu)件的重量而且減小了制造可行性?？梢云谕峁┮环N加強(qiáng)組件，其被構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)與由加厚的邊和/或角部所提供的相同或相似的強(qiáng)度增加，同時(shí)最小化構(gòu)件的每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，并且保持高制造可行性。

可以進(jìn)一步期望提供一種加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件在諸如正面和側(cè)面撞擊力的力施加到加強(qiáng)構(gòu)件上時(shí)可實(shí)現(xiàn)增加的能量吸收和更穩(wěn)定的軸向塌陷，同時(shí)還保存質(zhì)量以減小車(chē)輛重量并且滿足排放需求。此外，可期望提供一種加強(qiáng)構(gòu)件，當(dāng)在該加強(qiáng)構(gòu)件上施加彎曲力時(shí)，其能夠?qū)崿F(xiàn)提高的能量吸收和彎曲。附加地，還可期望提供一種加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件由于在其角上加工硬化而擁有改善的噪聲-振動(dòng)-粗糙度性能。此外，可期望提供一種具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角加強(qiáng)構(gòu)件橫截面，其被構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)超過(guò)其它十二角加強(qiáng)構(gòu)件橫截面設(shè)計(jì)的強(qiáng)度增大(即，載荷承載和能量吸收)，同時(shí)還允許設(shè)計(jì)靈活度以滿足車(chē)輛應(yīng)用的范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于車(chē)輛的加強(qiáng)構(gòu)件，該用于車(chē)輛的加強(qiáng)構(gòu)件能夠最大化撞擊能量吸收和抗彎強(qiáng)度，同時(shí)最小化加強(qiáng)構(gòu)件的每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種用于車(chē)輛的加強(qiáng)構(gòu)件，該加強(qiáng)構(gòu)件包括十二角橫截面，十二角橫截面包括邊和角，邊包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊，其中，每個(gè)直邊的長(zhǎng)度相同，每個(gè)彎曲邊的曲率半徑相同，并且直邊的長(zhǎng)度與曲率半徑的比率在0.9至1.6的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，直邊的長(zhǎng)度與曲率半徑的比率在1.30至1.35的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，直邊的長(zhǎng)度與曲率半徑的比率是1.33。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，彎曲邊是半圓形。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，彎曲邊是半橢圓形。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，邊和角產(chǎn)生十二個(gè)內(nèi)角，其中，每個(gè)內(nèi)角是90度。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，十二角橫截面的外部尺寸是方形。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，十二角橫截面的縱橫比是1.0。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，曲率半徑在3mm至400mm的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)邊沿加強(qiáng)構(gòu)件的縱向長(zhǎng)度錐化。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種用于制造用于汽車(chē)的加強(qiáng)構(gòu)件的方法，加強(qiáng)構(gòu)件包括十二角橫截面，十二角橫截面包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊，其中，每個(gè)直邊的長(zhǎng)度相同，每個(gè)彎曲邊的曲率半徑相同，方法包括：制造加強(qiáng)構(gòu)件的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段；以及將直邊長(zhǎng)度與曲率半徑的比率調(diào)節(jié)為約0.9至約1.6。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括將直邊長(zhǎng)度與曲率半徑的比率調(diào)節(jié)為約1.3至約1.6。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，將直邊長(zhǎng)度與曲率半徑的比率調(diào)節(jié)為約1.30至約1.35。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，制造一個(gè)或多個(gè)區(qū)段包括沖壓、壓制、液壓成型、模制、鑄造、鍛造、輥軋成型和/或擠壓一個(gè)或多個(gè)區(qū)段中的每一個(gè)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括由鋼合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金、尼龍、塑料、聚合物、復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、形狀記憶材料或者其組合制造一個(gè)或多個(gè)區(qū)段。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括通過(guò)焊接、釬焊、錫焊、壓配合、粘合以及緊固中的一種或多種接合一個(gè)或多個(gè)區(qū)段。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種車(chē)輛，包括：加強(qiáng)構(gòu)件，加強(qiáng)構(gòu)件包括十二角橫截面，十二角橫截面包括邊和角，邊包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊，其中，每個(gè)直邊的長(zhǎng)度相同并且每個(gè)彎曲邊的曲率半徑相同；其中，每個(gè)直邊的長(zhǎng)度在10mm至200mm的范圍內(nèi)并且每個(gè)彎曲邊的曲率半徑在3mm至400m的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，直邊的長(zhǎng)度與曲率半徑的比率在約0.9至約1.6的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，直邊的長(zhǎng)度與彎曲邊半徑的比率在約1.30至約1.35的范圍內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，邊和角產(chǎn)生十二個(gè)內(nèi)角，其中，每個(gè)內(nèi)角為約90度。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，橫截面的外部尺寸基本是方形。

根據(jù)本公開(kāi)的各種示例性實(shí)施例，提供一種用于車(chē)輛的加強(qiáng)構(gòu)件。該加強(qiáng)構(gòu)件具有包括邊和角的十二角橫截面。邊包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊。橫截面的每個(gè)直邊的長(zhǎng)度基本上相同，橫截面的每個(gè)彎曲邊的曲率半徑基本上相同，并且直邊長(zhǎng)度與曲率半徑的比率在約0.9至約1.6的范圍內(nèi)。

根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供一種制造用于汽車(chē)的加強(qiáng)構(gòu)件的方法。加強(qiáng)構(gòu)件具有十二角橫截面，十二角橫截面包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊，并且橫截面的每個(gè)直邊的長(zhǎng)度相同，橫截面的每個(gè)彎曲邊的曲率半徑相同。方法步驟包括制造一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件的截面以及將直邊長(zhǎng)度與曲率半徑的比率調(diào)整為約0.9至約1.6。

根據(jù)本公開(kāi)的另一個(gè)方面，提供一種包括加強(qiáng)構(gòu)件的車(chē)輛。加強(qiáng)構(gòu)件具有包括邊和角的十二角橫截面。邊包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊。橫截面的每個(gè)直邊的長(zhǎng)度基本上相同并且橫截面的每個(gè)彎曲邊的曲率半徑基本上相同。每個(gè)直邊的長(zhǎng)度在約10mm至約200mm的范圍內(nèi)并且每個(gè)彎曲邊的曲率半徑在約3mm至約400m的范圍內(nèi)。

本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型的用于車(chē)輛的加強(qiáng)構(gòu)件能夠最大化撞擊能量吸收和抗彎強(qiáng)度，同時(shí)最小化加強(qiáng)構(gòu)件的每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量。

附加的目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說(shuō)明書(shū)部分中闡述，并且說(shuō)明書(shū)部分將描述顯而易見(jiàn)或者可以通過(guò)本教導(dǎo)的實(shí)踐而習(xí)得。本公開(kāi)的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)在所附權(quán)利要求中特別指出的元件和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

應(yīng)當(dāng)理解，總的來(lái)說(shuō)前面的描述和下面的詳細(xì)描述僅是示例性和說(shuō)明性的，并且不限制所要求保護(hù)的主題。結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成其一部分的附圖例示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本教導(dǎo)的原理。

附圖說(shuō)明

本教導(dǎo)的至少一些特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下與其一致的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述中而顯而易見(jiàn)，該描述參考附圖進(jìn)一步考慮，在附圖中：

圖1例示了根據(jù)本教導(dǎo)的用于加強(qiáng)構(gòu)件的具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的示例性實(shí)施例；

圖2A例示了根據(jù)本教導(dǎo)的具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的第一示例性實(shí)施例的頂視圖；

圖2B例示了根據(jù)本教導(dǎo)的具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的第二示例性實(shí)施例的頂視圖；

圖2C例示了根據(jù)本教導(dǎo)的具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的第三示例性實(shí)施例的頂視圖；

圖2D例示了根據(jù)本教導(dǎo)的具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的第四示例性實(shí)施例的頂視圖；

圖2E例示了根據(jù)本教導(dǎo)的具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的第五示例性實(shí)施例的頂視圖；

圖2F例示了根據(jù)本教導(dǎo)的具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的第六示例性實(shí)施例的頂視圖；

圖3A例示了圖2A的加強(qiáng)構(gòu)件的立體圖；

圖3B例示了圖2B的加強(qiáng)構(gòu)件的立體圖；

圖3C例示了圖2C的加強(qiáng)構(gòu)件的立體圖；

圖3D例示了圖2D的加強(qiáng)構(gòu)件的立體圖；

圖3E例示了圖2E的加強(qiáng)構(gòu)件的立體圖；

圖3F例示了圖2F的加強(qiáng)構(gòu)件的立體圖；

圖4A至圖4F分別例示了圖3A至圖3F中示出的加強(qiáng)構(gòu)件的示例性準(zhǔn)靜態(tài)軸向塌陷；

圖5A至圖5F分別例示了圖3A至圖3F中示出的加強(qiáng)構(gòu)件的示例性動(dòng)態(tài)壓碎；

圖6是圖3A至圖3F中示出的用于示例性加強(qiáng)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)壓碎力和相關(guān)的壓碎距離的曲線圖；

圖7是圖3A至圖3F中示出的用于示例性加強(qiáng)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)軸向壓碎能量和相關(guān)軸向壓碎距離的曲線圖；

圖8例示了具有若干個(gè)可使用根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件的部件的車(chē)輛框架的示例性實(shí)施例；以及

圖9例示了具有若干個(gè)可使用根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件的部件的車(chē)輛上車(chē)身的示例性實(shí)施例。

盡管以下參考示例性說(shuō)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但是許多替代、修改以及變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。因此，其旨在廣泛地認(rèn)為所聲明主題。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)詳細(xì)參考各種示例性實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。各種示例性實(shí)施例不旨在限制本公開(kāi)。相反，本公開(kāi)旨在覆蓋示例性實(shí)施例的改變、改進(jìn)以及等價(jià)物。在附圖和描述中，類(lèi)似的元件具有類(lèi)似的附圖標(biāo)記。需要注意的是，在說(shuō)明書(shū)中單獨(dú)解釋的特征可以以任何技術(shù)上方便的方式相互組合，并且揭示本公開(kāi)的附加實(shí)施例。

本教導(dǎo)預(yù)期具有十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件，其在不增加如常規(guī)加強(qiáng)構(gòu)件中的角內(nèi)的厚度的情況下，在整個(gè)邊和角上具有顯著增加的剛度。本公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件部分地基于例如多種可調(diào)參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，其被構(gòu)造成實(shí)現(xiàn)超過(guò)基本多邊形設(shè)計(jì)(例如，具有較少或相同數(shù)量的邊的多邊形加強(qiáng)構(gòu)件橫截面)的強(qiáng)度增加(即，載荷承載和能量吸收)，同時(shí)還允許設(shè)計(jì)靈活性以滿足車(chē)輛應(yīng)用的范圍。

根據(jù)本教導(dǎo)，本文公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件的形狀為加強(qiáng)構(gòu)件提供響應(yīng)于軸向施加的碰撞力的穩(wěn)定折疊、減小的壓碎距離以及增加的能量吸收。該形狀允許與其它車(chē)輛部件更自定義地配合。

根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件在其上施加諸如正面和側(cè)面撞擊力時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)增加的能量吸收和更穩(wěn)定的軸向塌陷。此外，根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件的邊長(zhǎng)和構(gòu)造、和/或內(nèi)部和外角度的度數(shù)可實(shí)現(xiàn)相似于或大于加厚角的強(qiáng)度增加，同時(shí)最小化構(gòu)件的每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量并保持高制造可行性，這是因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)沖壓、彎曲、壓制成型、液壓成型、模制、鑄造、擠出、均勻或不均勻的輥軋成型、機(jī)械加工、鍛造和/或其它已知的制造工藝形成該構(gòu)件。因此成型的截面可經(jīng)由鍛接、釬焊、焊接、粘合劑粘結(jié)、緊固、壓緊配合或者其它已知的連接技術(shù)連接。

根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件可包括例如合金鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、尼龍、塑料、聚合物、復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、混合材料(即，多種不同材料)、形狀記憶材料或者任何其它合適的材料。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，例如，可以至少部分地基于預(yù)期應(yīng)用、強(qiáng)度/重量條件、成本、封裝空間和/或其他設(shè)計(jì)因素來(lái)選擇用于加強(qiáng)構(gòu)件的材料。

根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件可包括具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面。用于根據(jù)本教導(dǎo)的加強(qiáng)構(gòu)件的十二角橫截面100的示例性實(shí)施例在圖1中例示。如圖所示，橫截面100包括具有長(zhǎng)度L_s1-L_s8和厚度T_s1-T_s8的八個(gè)直邊S_s1-S_s8；具有長(zhǎng)度L_c1-L_c4、厚度T_c1-T_c4以及曲率半徑R₁-R₄的四個(gè)彎曲邊S_c1-S_c4；以及具有角度θ_i1-θi₁₂的十二個(gè)內(nèi)角。

可改變(即，調(diào)整)邊長(zhǎng)和厚度以及內(nèi)角角度以實(shí)現(xiàn)相比于其它十二邊橫截面提高的強(qiáng)度以及其它性能特征(例如，折疊圖案的穩(wěn)定性)。提高強(qiáng)度的參數(shù)調(diào)整可允許壁和/或角厚度，因此實(shí)現(xiàn)減少的加強(qiáng)構(gòu)件的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)可調(diào)整的一個(gè)方面是直邊的長(zhǎng)度與彎曲邊的長(zhǎng)度之間的比率。

根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，例如，橫截面100的每個(gè)直邊長(zhǎng)度L_s1-L_s8可基本上相同。使所有的直邊長(zhǎng)度L_s1-L_s8基本相同可提供具有期望的可制造性的加強(qiáng)構(gòu)件。其中，直邊長(zhǎng)度L_s1-L_s8以這種方式保持基本上相同，直邊的長(zhǎng)度可統(tǒng)稱(chēng)為L(zhǎng)_s。在本教導(dǎo)的特定實(shí)施例中，例如，每個(gè)直邊(L_s1-L_s8)的長(zhǎng)度可以在約10mm至約200mm的范圍內(nèi)并且每個(gè)圓形邊的長(zhǎng)度(L_c1-L_c4)可以在約9mm至約1200mm的范圍內(nèi)。在特定附加的實(shí)施例中，邊和角的厚度可在約0.7mm至約6.0mm范圍內(nèi)；并且在特定的實(shí)施例中，邊的厚度基本上與角的厚度相同。此外，根據(jù)特定的附加示例性實(shí)施例，加強(qiáng)構(gòu)件的厚度可改變，例如，一個(gè)邊內(nèi)或從一邊到另一邊的厚度可改變，以提供期望的整體軸向壓碎和彎曲性能。

附加地，每個(gè)彎曲邊半徑R₁-R₄可以基本上相同。使所有的彎曲邊半徑R₁-R₄基本上相同可進(jìn)一步提供具有期望可制造性的加強(qiáng)構(gòu)件。其中，彎曲邊半徑R₁-R₄以這種方式保持基本上相同，彎曲邊的半徑可統(tǒng)稱(chēng)為R_c。在本教導(dǎo)的特定實(shí)施例中，例如，每個(gè)彎曲邊的半徑(R₁-R₄)可以在約3mm至約400mm的范圍內(nèi)。如圖1中示例性示出，彎曲邊S_c1-S_c4可為圓形，使得當(dāng)沿任意彎曲邊S_c1-S_c4的任意點(diǎn)測(cè)量時(shí)彎曲邊半徑R_c是相同的。使彎曲邊S_c1-S_c4為圓形也可提高加強(qiáng)構(gòu)件的可制造性。

預(yù)期加強(qiáng)構(gòu)件的橫截面的邊長(zhǎng)、曲率半徑以及邊厚的公開(kāi)的尺寸范圍通常適用于汽車(chē)內(nèi)的加強(qiáng)構(gòu)件。還預(yù)期具有包括上述公開(kāi)范圍之外的邊長(zhǎng)、曲率半徑以及邊厚的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件。特別是，諸如飛機(jī)、航天器和水運(yùn)工具內(nèi)的特定應(yīng)用中使用的加強(qiáng)構(gòu)件可具有大于公開(kāi)范圍的邊長(zhǎng)、曲率半徑和/或邊厚。

在本教導(dǎo)的特定實(shí)施例中，每個(gè)內(nèi)角θ_i1-θ_i12在約60度至約145度的范圍內(nèi)。為了進(jìn)一步提高加強(qiáng)構(gòu)件的可制造性，每個(gè)內(nèi)角θ_i1-θ_i12可基本上相同(參見(jiàn)圖2A至圖2F的加強(qiáng)構(gòu)件201-206)。內(nèi)角以這種方式保持基本上相同，內(nèi)角可統(tǒng)稱(chēng)為內(nèi)角θ_i。使每個(gè)內(nèi)角θ_i基本上為90度可提供更高期望的可制造性。然而，如圖1中示例性示出，至少一個(gè)內(nèi)角可不同于至少一個(gè)其它內(nèi)角。例如，如圖1中示出，內(nèi)角θ_i1、θ_i4、θ_i7、以及θ_i10(約111度)可不同于內(nèi)角θ_i2、θ_i3、θ_i5、θ_i6、θ_i8、θ_i9、θ_i11以及θ_i12(約93度)。

其中，如上面描述，橫截面的直邊長(zhǎng)度L_s1-L_s8基本上相同并且彎曲邊曲率半徑R₁-R₄可以基本上相同，直邊長(zhǎng)度對(duì)彎曲邊半徑比率(“L_s/R_c比率”)可以改變(即，進(jìn)行調(diào)整)以實(shí)現(xiàn)相比于現(xiàn)有的具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二邊橫截面提高的強(qiáng)度和其它性能特征(例如，壓碎穩(wěn)定性、折疊圖案、壓碎力、壓碎距離以及能量吸收)。這種強(qiáng)度提高進(jìn)一步消除了增加的角厚度的需求，這是微調(diào)具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二邊(即，十二角)橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的L_s/R_c比率的附加益處。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖2A至圖2F，(分別)為加強(qiáng)構(gòu)件201-206的示例性實(shí)施例的頂視圖，每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件分別具有包括等長(zhǎng)的八個(gè)直邊、具有相同半徑的四個(gè)彎曲邊、以及在約0.6至約2.78的范圍內(nèi)的L_s/R_c比率的十二角橫截面。

如圖2A至圖2F中示出，例如，根據(jù)本教導(dǎo)的各種實(shí)施例，例如，可根據(jù)車(chē)輛內(nèi)的可用封裝空間改變橫截面的L_s/R_c比率。附加地，在圖3A至圖3F中分別示出了圖2A至圖2F的每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件201-206的立體圖。注意，加強(qiáng)構(gòu)件201-206僅為示例性的，并且其被提供以描述可以如何利用L_s/R_c比率參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)圖1的示例性實(shí)施例的橫截面，以便獲得用于加強(qiáng)構(gòu)件的期望的橫截面。因此，本公開(kāi)預(yù)期具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊以及各種L_s/R_c比率的各種十二角橫截面構(gòu)造，其可基于空間需求和/或?yàn)榱丝刂萍訌?qiáng)構(gòu)件塌陷模式而進(jìn)行調(diào)整。注意，具有均勻縱向錐形的加強(qiáng)構(gòu)件(例如，加強(qiáng)構(gòu)件201-206)可具有沿加強(qiáng)構(gòu)件的縱向長(zhǎng)度改變的橫截面直邊長(zhǎng)度L_s以及彎曲邊半徑R_c，但是，對(duì)于沿加強(qiáng)構(gòu)件的長(zhǎng)度的任意給定點(diǎn)處的橫截面，所有的直邊長(zhǎng)度L_s1-L_s12和彎曲邊的曲率半徑R₁-R₄將是相同的。

加強(qiáng)構(gòu)件201-206是開(kāi)發(fā)以調(diào)查用于具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的期望L_s/R_c比率的有限元件模型。特別地，開(kāi)發(fā)加強(qiáng)構(gòu)件201-206以具有基本上相同的縱向長(zhǎng)度、基本上相同的縱向錐角、基本上相同的邊和角厚度以及相同的材料。附加地，每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件201-206具有相同的方形外部尺寸和質(zhì)量。由于每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件201-206具有基本上相同的質(zhì)量和縱向長(zhǎng)度，因此每個(gè)也具有基本上相同的每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量。表1示出了用于每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件的直邊長(zhǎng)度L_s、彎曲邊半徑R_c、L_s/R_c比率以及周長(zhǎng)大小(P)。給定加強(qiáng)構(gòu)件201-206的每個(gè)彎曲邊是半圓形，對(duì)于每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件201-206的每個(gè)橫截面，彎曲邊半徑R_c＝L_c/π。周長(zhǎng)大小P＝4πR_c+8L_s。

表1.模式化加強(qiáng)構(gòu)件201-206的尺寸。

為了確定用于具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件的L_s/R_c比率的期望范圍，如上所述對(duì)示例性加強(qiáng)構(gòu)件201-206進(jìn)行模型化并且執(zhí)行有限元件實(shí)驗(yàn)測(cè)試運(yùn)算，下面參考圖4至圖7進(jìn)行描述和展示。

在設(shè)計(jì)和進(jìn)行復(fù)雜測(cè)試(其結(jié)果在下方描述和示出)之前，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可預(yù)期具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊以及相對(duì)低的L_s/R_c比率的十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件可能是最期望的。這是因?yàn)槔缇哂惺菣M截面的加強(qiáng)構(gòu)件具有諸如通過(guò)彎曲邊S_c產(chǎn)生的缺口，已知的缺口用以提供超過(guò)具有方形和矩形橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件提高的性能。因此，普通技術(shù)人員可以預(yù)料到，具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊以及相對(duì)大的缺口(即，相對(duì)低的L_s/R_c比率)的十二角橫截面將比具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊以及相對(duì)小的缺口(即，相對(duì)高的L_s/R_c比率)的十二角橫截面提供更好的軸向塌陷和壓碎能量吸收。換句話說(shuō)，普通技術(shù)人員可以預(yù)料到，具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的相對(duì)小的方形(即，相對(duì)低的L_s/R_c比率)十二角橫截面比具有包括八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的相對(duì)大的(例如，相對(duì)高的L_s/R_c比率)方形十二角橫截面可提供更好的軸向塌陷和壓碎能量吸收。因此，當(dāng)對(duì)比多個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件時(shí)，每個(gè)具有包括八個(gè)直邊、四個(gè)彎曲邊以及基本相同大小周長(zhǎng)的橫截面，同時(shí)材料類(lèi)型和縱向尺寸是恒定的，普通技術(shù)人員可以預(yù)料到，具有包括最低L_s/R_c比率(即，最小方形橫截面)的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件可提供所有加強(qiáng)構(gòu)件的最好的軸向塌陷和壓碎能量吸收。

具有相同邊界條件、剛性質(zhì)量(例如，撞擊器)、撞擊速度以及初始動(dòng)能碰撞模擬每個(gè)構(gòu)件的測(cè)試運(yùn)算。

圖4A至圖4F分別示出了已經(jīng)受模擬準(zhǔn)靜態(tài)壓碎的加強(qiáng)構(gòu)件201-206。在每個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)壓碎期間撞擊速度較低(例如，1in/min)。碰撞器壓縮構(gòu)件一受控位移。因此，所有的構(gòu)件在相同的壓碎時(shí)間到達(dá)相同的壓碎距離。因此，使多個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件經(jīng)受準(zhǔn)靜態(tài)壓碎提供加強(qiáng)構(gòu)件的折疊長(zhǎng)度和壓碎穩(wěn)定性的對(duì)比。雖然普通技術(shù)人員可以預(yù)料到加強(qiáng)構(gòu)件206表現(xiàn)所有加強(qiáng)構(gòu)件201-206的最佳軸向塌陷，出乎意料地，如圖4A至圖4F所示，根據(jù)本教導(dǎo)的具有0.99至1.54的L_s/R_c比率范圍的加強(qiáng)構(gòu)件202-205(分別為圖4B至圖4E)表現(xiàn)最穩(wěn)定的軸向塌陷和最小的折疊長(zhǎng)度。如圖4A和圖4F示出的立體圖所示，加強(qiáng)構(gòu)件201和206的前右象限展示出特別不穩(wěn)定的折疊圖案，其可覺(jué)察地指示出，201和206相比于其它四個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件202-205具有較小的穩(wěn)定性，并且因此更加不期望的軸向塌陷。例如，如圖4B至圖4E中示出，加強(qiáng)構(gòu)件202-205在加強(qiáng)構(gòu)件202-205的壓碎部分和更直的未碰撞部分中表現(xiàn)出更加漸進(jìn)式的折疊，這兩者是可觀察到的更穩(wěn)定的軸向塌陷的指示。

圖5A至圖5F分別示出了已經(jīng)受模擬動(dòng)態(tài)壓碎的加強(qiáng)構(gòu)件201-206。在每個(gè)動(dòng)態(tài)壓碎期間，撞擊器由具有指定質(zhì)量和初始撞擊速度的氣槍推動(dòng)，其產(chǎn)生指定的初始動(dòng)能。初始動(dòng)能壓碎構(gòu)件并且初始動(dòng)能轉(zhuǎn)化成構(gòu)件的內(nèi)能?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件的壓碎距離、壓碎力以及具體能量吸收對(duì)比每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件的性能。出乎意料地，如圖5A至圖5F所示，根據(jù)本教導(dǎo)的具有0.99至1.54的L_s/R_c比率范圍(圖5B至圖5E)的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件202-205表現(xiàn)比具有最小方形橫截面(圖5F)的加強(qiáng)構(gòu)件206具有更短的壓碎距離。特別令人驚訝的結(jié)果是根據(jù)本公開(kāi)的具有1.33的L_s/R_c比率(圖5C)的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件203表現(xiàn)出模擬的所有加強(qiáng)構(gòu)件201-206中的最短壓碎距離。加強(qiáng)構(gòu)件202、204以及205(分別為圖5B、圖5D以及圖5E)比加強(qiáng)構(gòu)件201和206(圖5A和圖5F)也具有明顯更短的壓碎距離。

圖6例示了用于模擬動(dòng)態(tài)壓碎的動(dòng)態(tài)壓碎力(in kN)和相關(guān)聯(lián)的軸向壓碎距離(in mm)，該模擬動(dòng)態(tài)壓碎軸向地施加在具有圖2A至圖2F示出的橫截面的示例性加強(qiáng)構(gòu)件上。出乎意料地，如圖6中示出，相比于具有最小方形十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件206，具有0.99至1.54的L_s/R_c比率的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件202-205對(duì)于給定的最終壓碎距離能夠維持更高的壓碎力。具體地，相比于具有最小方形十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件206，根據(jù)本公開(kāi)的具有1.33L_s/R_c比率的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件203達(dá)到平均壓碎力和/或碰撞能量吸收的約20％的增加。相比于具有最大方形十二角橫截面，加強(qiáng)構(gòu)件203也達(dá)到平均壓碎力和/或碰撞能量吸收的約42％的增加。

圖7例示了用于施加在具有圖2A至圖2F中示出的橫截面的示例性加強(qiáng)構(gòu)件上的模擬動(dòng)態(tài)壓碎的動(dòng)態(tài)軸向壓碎能量(in kN-mm)和相關(guān)的軸向壓碎距離(in mm)。如圖7中示出，相比于具有最大方形十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件201和具有最小方形十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件206，具有0.99至1.54的L_s/R_c比率的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件202-205可在更短距離內(nèi)吸收相同的總碰撞動(dòng)能。特別地，根據(jù)本公開(kāi)的具有1.33的L_s/R_c比率的橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件203相比具有最小方形十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件206在軸向壓碎距離的約72％處、以及相比于具有最大方形十二角橫截面的加強(qiáng)構(gòu)件201在軸向壓碎距離的61.5％處吸收全部軸向壓碎能量。

因此，根據(jù)本教導(dǎo)的十二角橫截面允許改進(jìn)的撞擊能量管理，例如有關(guān)包括基本四邊、六邊以及八邊的多邊形橫截面的基本多邊形加強(qiáng)構(gòu)件橫截面的撞擊能量管理，同時(shí)最小化每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，提供減少車(chē)輛重量并且滿足新公司平均燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)(CAFE)以及排放標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量節(jié)省解決方案。

除了增加的載荷承載和能量吸收能力之外，根據(jù)本公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件可提供附加優(yōu)勢(shì)和益處，諸如提高的脫水能力、增大的彎曲能量吸收能力、提高的制造可行性以及在整個(gè)裝置(例如，如上面提到的車(chē)輛)的其他部件之間更好的形狀配合。

此外，根據(jù)本公開(kāi)的十二角加強(qiáng)構(gòu)件還可被調(diào)節(jié)以適應(yīng)各種車(chē)輛中使用的獨(dú)特的封裝需求。由于至少一些十二角橫截面構(gòu)件的橫截面的特定形狀，其可易于將其他裝置部件接合、粘合、附接或者其他方式固定至加強(qiáng)構(gòu)件。其它裝置部件可包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)支架或變速器支架。

根據(jù)本公開(kāi)的十二角加強(qiáng)構(gòu)件預(yù)期用作多個(gè)環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如，在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中，本文公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件可用例如，粉碎罐、前縱梁，中護(hù)欄、后縱梁、邊縱梁、槍型結(jié)構(gòu)、橫梁、車(chē)頂結(jié)構(gòu)、腰線管、門(mén)梁、車(chē)柱、內(nèi)部加強(qiáng)件以及其它可得益于增大的碰撞能量吸收或本文描述的其它優(yōu)點(diǎn)的部件中的一個(gè)或多個(gè)。此外，本教導(dǎo)可應(yīng)用于框架式和整體式車(chē)輛或者其它類(lèi)型結(jié)構(gòu)。

例如，如圖8和圖9所示，根據(jù)本公開(kāi)的具有八個(gè)直邊和四個(gè)彎曲邊的十二角加強(qiáng)構(gòu)件可用于形成車(chē)輛框架和/或車(chē)輛上車(chē)身的一部分或形成在車(chē)輛框架和/或車(chē)輛上車(chē)身內(nèi)。圖8例示了具有若干個(gè)可使用加強(qiáng)件的車(chē)輛框架800的示例性實(shí)施例。例如，根據(jù)本公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件可形成或者用作前喇叭802、前縱梁804、前部邊縱梁806、后部邊縱梁808、后梁810、和/或一個(gè)或多個(gè)橫梁812的一部分。同樣地，圖9例示了具有若干個(gè)可使用加強(qiáng)件的部件的車(chē)輛上車(chē)身900的示例性實(shí)施例。例如，根據(jù)本公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件可形成為或用作槍型結(jié)構(gòu)902、鉸接柱904、A-柱906、B-柱908、C-柱910、一個(gè)或者多個(gè)門(mén)梁912、橫車(chē)梁914、前頂蓋916、后頂蓋918、牛頂部920(cow top)、車(chē)頂縱梁922、橫向車(chē)頂梁924、縱向車(chē)頂梁926、一個(gè)或者多個(gè)車(chē)身橫梁928、車(chē)身橫梁930和/或搖臂932(連接鉸接柱904、B-柱908和C-柱910的下水平構(gòu)件的一部分。

此外，根據(jù)本公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件可用作或者形成車(chē)輛車(chē)身底部部件的一部分(例如，作為搖臂和/或一個(gè)或者多個(gè)車(chē)身底部橫梁)。另外，根據(jù)本公開(kāi)的加強(qiáng)構(gòu)件可用作或者形成車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙部件(例如，作為一個(gè)或者多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)艙橫梁)的一部分。

根據(jù)具體地應(yīng)用，本教導(dǎo)的實(shí)施例將具有不同的形狀(即，各種橫截面)以適應(yīng)具體的構(gòu)件空間約束。例如，當(dāng)用作車(chē)輛前縱梁時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的軸向壓碎性能，邊的長(zhǎng)度和厚度和/或角的角度均可被調(diào)節(jié)(調(diào)整)，以提供優(yōu)化的強(qiáng)度、大小和形狀從而滿足發(fā)動(dòng)機(jī)艙約束。

雖然本文描述的各種示例性實(shí)施例已經(jīng)被描述為被構(gòu)造為與機(jī)動(dòng)車(chē)輛一起使用，根據(jù)本教導(dǎo)各種加強(qiáng)構(gòu)件可以構(gòu)造為與其它類(lèi)型車(chē)輛(例如飛機(jī)、航天器和水運(yùn)工具)和/或結(jié)構(gòu)一起使用，加強(qiáng)構(gòu)件可以為其提供期望的增加碰撞能量吸收。因此，受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，本教導(dǎo)為各種應(yīng)用提供加強(qiáng)構(gòu)件。鑒于本說(shuō)明書(shū)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員本教導(dǎo)的各個(gè)方面的實(shí)施例進(jìn)一步修改和替代將是顯而易見(jiàn)的。

應(yīng)當(dāng)理解，這里闡述的特定示例和實(shí)施例是非限制性的，并且在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可以對(duì)結(jié)構(gòu)、尺寸、材料以及方法進(jìn)行修改。

為了本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求的目的，除非另有說(shuō)明，表示數(shù)量、百分比或者比率的所有數(shù)字以及說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中使用的其他數(shù)值應(yīng)理解為在所有情況下由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。因此，除非表示矛盾的地方，否則書(shū)面描述和權(quán)利要求書(shū)中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，其可以根據(jù)本實(shí)用新型尋求獲得的所需的屬性而變化。至少，并且不試圖將等同原則的應(yīng)用限制于權(quán)利要求的范圍，每個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)當(dāng)至少根據(jù)報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)目并通過(guò)應(yīng)用普通的舍入技術(shù)來(lái)解釋。

盡管闡述本教導(dǎo)的寬泛的范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是在具體實(shí)例中闡述的數(shù)值盡可能精確地記錄。然而，任何數(shù)值內(nèi)在地包含必然由在它們各自的測(cè)試測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差導(dǎo)致的某些誤差。還有，本文公開(kāi)的所有范圍應(yīng)理解為包括其中包含的任何以及全部子范圍。

注意，除非明確無(wú)誤地限于一個(gè)對(duì)象，本說(shuō)明書(shū)和復(fù)數(shù)權(quán)利要求中所使用的單數(shù)形式“一”，“一個(gè)”和“所述”包括復(fù)數(shù)對(duì)象。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“包括”及其語(yǔ)法變體旨在是非限制性的，使得列表中的項(xiàng)目的列舉不排除可以被替換或添加到所列項(xiàng)目的其他類(lèi)似項(xiàng)目。