本公開涉及一種沖擊吸能裝置，還涉及一種具有該沖擊吸能裝置的車輛。

背景技術(shù)：

目前，已知例如搭載于汽車等上、用來吸收外部沖擊的沖擊吸收裝置。在這些沖擊吸收裝置中，例如形成方形截面或不規(guī)則的多邊形截面的能量吸收部件通過承受沖擊負(fù)荷并向軸向壓潰而吸收該沖擊負(fù)荷(沖擊能量)。作為能量吸收部件，在發(fā)生軸向壓潰時(shí)，為保證沖擊吸收裝置發(fā)生“手風(fēng)琴”式的褶皺變形模式而避免產(chǎn)生歐拉彎曲變形模式，常采用的方式是在沖擊部件的各個(gè)側(cè)壁上設(shè)置多個(gè)規(guī)則分布的凸、凹引導(dǎo)筋。

申請?zhí)枮?01010511670.1的中國公開專利申請公開了一種可控制碰撞吸能及殘余變形的小型汽車防撞梁吸能盒，該吸能盒各側(cè)壁上交替設(shè)置有凸、凹引導(dǎo)筋，且相對兩側(cè)壁上凸、凹引導(dǎo)筋位置對應(yīng)、相鄰兩側(cè)壁上凹、凸引導(dǎo)筋位置對應(yīng)。該公開通過對吸能盒上引導(dǎo)筋設(shè)置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使吸能盒在碰撞吸能時(shí)發(fā)生“手風(fēng)琴”褶皺變形，達(dá)到良好的吸能目的。雖然如此，但上述方案仍然存在以下缺點(diǎn)：

一、針對中低速的碰撞，吸能盒壓潰后無法自動(dòng)恢復(fù)到原來長度，必須進(jìn)行更換，消耗人力和物力成本；

二、吸能盒的截面為方形或多邊形結(jié)構(gòu)，壓潰吸能過程中極易產(chǎn)生不對稱的彎折變形，無法達(dá)到理想的吸能效果；

三、吸能方式單一，吸能盒在其壓潰空間內(nèi)可吸收的能量有限，單位空間的吸能率低；

四、吸能盒的壓潰變形模式對引導(dǎo)筋的布置極為敏感，為達(dá)到理想的“手風(fēng)琴”式壓潰褶皺變形，在設(shè)計(jì)階段對于引導(dǎo)的布置需要大量的仿真計(jì)算和實(shí)物實(shí)驗(yàn)，工作量大、耗時(shí)長、開發(fā)成本高；

五、由于在吸能盒各個(gè)側(cè)壁上開設(shè)有多條凸、凹引導(dǎo)筋，使得吸能盒表面幾何特征極為復(fù)雜，制造工序復(fù)雜，加工成本相對較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的目的是提供一種吸能效果更好的沖擊吸能裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開提供一種沖擊吸能裝置，包括前封板、后封板、前吸能筒、后吸能筒和吸能彈簧，所述前吸能筒的后端與所述后吸能筒的前端相互套接，所述前封板固定連接在所述前吸能筒的前端，所述后封板固定連接在所述后吸能筒的后端，所述吸能彈簧的一端與所述前封板相連，另一端與所述后封板相連。

可選地，所述前吸能筒和后吸能筒長度相等。

可選地，所述吸能彈簧的自由長度與所述前封板和后封板之間的距離相等。

可選地，所述前吸能筒和后吸能筒由同種材料制成。

可選地，所述前吸能筒和后吸能筒由不同材料制成。

可選地，所述吸能彈簧設(shè)置在所述前吸能筒和后吸能筒的內(nèi)部。

可選地，所述前吸能筒和后吸能筒均為圓形截面吸能筒。

可選地，所述前吸能筒的內(nèi)徑小于所述后吸能筒的外徑，所述前吸能筒的后端與所述后吸能筒的前端過盈配合。

可選地，所述前吸能筒的內(nèi)徑小于所述后吸能筒的外徑，所述前吸能筒的后端具有擴(kuò)口，所述后吸能筒的前端具有縮口，所述擴(kuò)口的內(nèi)壁與所述縮口的外壁緊密貼合。

可選地，所述擴(kuò)口的錐角與所述縮口的錐角相等，且小于或等于60°。

當(dāng)發(fā)生中低速碰撞時(shí)，前封板或后封板受到來自軸向的沖擊載荷，前封板和后封板在相向運(yùn)動(dòng)過程中擠壓吸能彈簧，通過吸能彈簧的壓縮吸能來消耗沖擊能量；碰撞結(jié)束后，吸能彈簧釋放出儲(chǔ)存的彈性勢能，整個(gè)裝置在吸能彈簧的作用下自動(dòng)恢復(fù)到原始狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生高速碰撞時(shí)，首先由吸能彈簧進(jìn)行壓縮吸能，當(dāng)兩個(gè)吸能筒完全套接后，兩個(gè)吸能筒開始發(fā)生壓潰褶皺變形，與吸能彈簧一起吸收沖擊能量。通過這種方式，能夠顯著改善吸能效果，降低吸能裝置的維修成本。

本公開還提供一種車輛，包括防撞梁和縱梁，其中，所述車輛還包括如上所述的沖擊吸能裝置，所述前封板連接于所述防撞梁和縱梁中的一者，所述后封板連接于所述防撞梁和縱梁中的另一者。

本公開的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本公開的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開，但并不構(gòu)成對本公開的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本公開的一種實(shí)施方式的沖擊吸能裝置的主視圖；

圖2是根據(jù)本公開的一種實(shí)施方式的沖擊吸能裝置的剖視圖；

圖3是圖2中A部分的放大圖；

圖4是根據(jù)本公開的一種實(shí)施方式的沖擊吸能裝置在中低速碰撞工況下的膨脹和壓縮變形示意圖；

圖5是根據(jù)本公開的一種實(shí)施方式的沖擊吸能裝置在高速碰撞工況下的壓潰變形示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1 前封板 2 后封板 3 前吸能筒

4 后吸能筒 5 吸能彈簧 31 擴(kuò)口

41 縮口

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本公開的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本公開，并不用于限制本公開。

首先需要說明的是，在本公開中，方位詞(例如，“前”、“后”)的使用只是為了描述的簡單和方便，其并不表示產(chǎn)品在實(shí)際安裝狀態(tài)或使用狀態(tài)下各部件的特定方位。例如，雖然使用了術(shù)語“前吸能筒”和“后吸能筒”，但并不表示在實(shí)際安裝狀態(tài)下前吸能筒位于后吸能筒的前方。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，如圖1至圖5所示，提供一種沖擊吸能裝置，包括前封板1、后封板2、前吸能筒3、后吸能筒4和吸能彈簧5，前吸能筒3的后端與后吸能筒4的前端相互套接，前封板1固定連接在前吸能筒3的前端，后封板2固定連接在后吸能筒4的后端，吸能彈簧5的一端與前封板1相連，另一端與后封板2相連。

當(dāng)發(fā)生中低速碰撞時(shí)，前封板1或后封板2受到來自軸向的沖擊載荷，前封板1和后封板2在相向運(yùn)動(dòng)過程中擠壓吸能彈簧5，通過吸能彈簧5的壓縮吸能來消耗沖擊能量；碰撞結(jié)束后，吸能彈簧5釋放出儲(chǔ)存的彈性勢能，整個(gè)裝置在吸能彈簧5的作用下自動(dòng)恢復(fù)到原始狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生高速碰撞時(shí)，首先由吸能彈簧5進(jìn)行壓縮吸能，當(dāng)兩個(gè)吸能筒完全套接后，兩個(gè)吸能筒開始發(fā)生壓潰褶皺變形，與吸能彈簧5一起吸收沖擊能量。通過這種方式，能夠顯著改善吸能效果，降低吸能裝置的維修成本。

在本公開中，兩個(gè)吸能筒的長度可以相等，也可以不等。為了便于控制吸能筒的褶皺變形模式，優(yōu)選地，兩個(gè)吸能筒的長度相等。在兩個(gè)吸能筒長度相等的情況下，在高速碰撞過程中，當(dāng)兩個(gè)吸能筒在長度方向上完全重疊后，兩個(gè)吸能筒一起發(fā)生壓潰褶皺變形。

為了防止吸能彈簧5過早失效，優(yōu)選地，吸能彈簧5的自由長度與兩個(gè)封板之間的距離相等。這里所說的“兩個(gè)封板之間的距離”是指在沖擊吸能裝置處于原始狀態(tài)時(shí)兩個(gè)封板之間的距離。

在本公開中，吸能筒與對應(yīng)的封板可以通過任意適當(dāng)?shù)姆绞竭B接，例如通過焊接連接，或者通過粘合劑或膠水連接。當(dāng)然，在替代的實(shí)施方式中，吸能筒與對應(yīng)的封板也可以一體成型。

為了使沖擊吸能裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，優(yōu)選地，吸能彈簧5可以設(shè)置在前吸能筒3和后吸能筒4的內(nèi)部。

在本公開中，吸能彈簧5的數(shù)量和勁度系數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇。當(dāng)吸能彈簧5的數(shù)量為一個(gè)時(shí)，為了便于控制彈簧變形方向，優(yōu)選地，如圖2所示，吸能彈簧5的中心軸線與前吸能筒3和后吸能筒4的中心軸線重合。

在本公開中，優(yōu)選地，前吸能筒3和后吸能筒4均為圓形截面吸能筒，即，前吸能筒3的截面和后吸能筒4的截面均為圓形。本申請的發(fā)明人通過大量研究發(fā)現(xiàn)，與方形或多邊形截面的吸能筒相比，圓形截面吸能筒的壓潰褶皺變形均勻且不易發(fā)生彎折，可以達(dá)到較為理想的吸能效果。

在兩個(gè)吸能筒均為圓形截面吸能筒的情況下，作為本公開的一種優(yōu)選實(shí)施方式，前吸能筒3的內(nèi)徑小于后吸能筒4的外徑，前吸能筒3的后端與后吸能筒4的前端過盈配合。由于前吸能筒3的內(nèi)徑小于后吸能筒4的外徑，因此在兩個(gè)吸能筒套合過程中，前吸能筒3會(huì)產(chǎn)生一定的徑向膨脹變形，后吸能筒4會(huì)產(chǎn)生一定的徑向壓縮變形，通過膨脹和壓縮變形吸收部分沖擊能量。

作為一種替代的優(yōu)選實(shí)施方式，前吸能筒3的內(nèi)徑小于后吸能筒4的外徑，前吸能筒3的后端具有擴(kuò)口31，后吸能筒4的前端具有縮口41，擴(kuò)口31的內(nèi)壁與縮口41的外壁緊密貼合，即，擴(kuò)口31套接在縮口41上。通過設(shè)置擴(kuò)口31和縮口41，能夠便于將兩個(gè)吸能筒套接在一起。

擴(kuò)口31的錐角與縮口41的錐角相等，以保證擴(kuò)口31的內(nèi)壁與縮口41的外壁緊密貼合。這里，擴(kuò)口31(或縮口41)的錐角α的大小可以根據(jù)兩個(gè)吸能筒的材料延展性和吸能筒的內(nèi)外徑差異大小來設(shè)定。為了保證兩個(gè)吸能筒能夠順利套合，優(yōu)選地，滿足0°＜α≤60°。

在上述兩種優(yōu)選實(shí)施方式中，前吸能筒3和后吸能筒4可以由延展性較強(qiáng)的金屬材料(例如，鋼、鋁合金、鎂合金等)制成。延展性較強(qiáng)的金屬材料在發(fā)生徑向膨脹和徑向壓縮變形時(shí)不易破裂，且可以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成膨脹和壓縮變形的內(nèi)能。兩個(gè)吸能筒可以由同種材料制成，也可以由不同材料制成。兩個(gè)吸能筒的壁厚可以相等，也可以不相等。

前封板1和后封板2可以由高強(qiáng)度金屬材料制成，以使其能夠抗擊強(qiáng)大的沖擊力而不易變形。

以下將結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)上述兩種優(yōu)選實(shí)施方式的沖擊吸能裝置的工作原理。

圖4是沖擊吸能裝置在中低速碰撞工況下的膨脹和壓縮變形示意圖。在中低速碰撞工況下，其吸能過程為：當(dāng)前封板1或后封板2受到來自軸向的沖擊載荷時(shí)，前吸能筒3和后吸能筒4相互之間發(fā)生相對套合運(yùn)動(dòng)，由于前吸能筒3的內(nèi)徑小于后吸能筒4的外徑，因此在套合過程中，前吸能筒3會(huì)產(chǎn)生一定的徑向膨脹變形，后吸能筒4會(huì)產(chǎn)生一定的徑向壓縮變形，通過膨脹和壓縮變形吸收部分沖擊能量。同時(shí)，前封板1和后封板2在相向運(yùn)動(dòng)過程中擠壓吸能彈簧5，吸能彈簧5在壓縮過程中將部分沖擊能量轉(zhuǎn)換成自身的彈性勢能。當(dāng)沖擊載荷結(jié)束后，吸能彈簧5將儲(chǔ)存的彈性勢能釋放出去，帶動(dòng)吸能裝置恢復(fù)到原來的軸向長度，即，恢復(fù)到原始狀態(tài)。

圖5是沖擊吸能裝置在高速?zèng)_擊工況下的壓饋?zhàn)冃问疽鈭D。在高速碰撞下，其吸能過程為：從沖擊碰撞開始到兩個(gè)吸能筒完全套接在一起之前，其吸能原理和吸能過程與中低速?zèng)_擊工況下一致；當(dāng)兩個(gè)吸能筒完全套接在一起后，吸能筒的膨脹和壓縮吸能過程結(jié)束，此時(shí)開始吸能彈簧5繼續(xù)被壓縮以將部分沖擊能量轉(zhuǎn)換成彈性勢能，同時(shí)，兩個(gè)吸能筒開始發(fā)生壓潰褶皺變形吸能。

綜上所述，根據(jù)本公開的優(yōu)選實(shí)施方式的沖擊吸能裝置至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

一、吸能筒采用圓形截面的設(shè)計(jì)，使得壓潰褶皺變形均勻且不易發(fā)生彎折；

二、兩個(gè)圓形截面吸能筒在發(fā)生壓潰褶皺變形之前可先發(fā)生膨脹和壓縮吸能，吸收一定的沖擊能量；

三、兩個(gè)封板之間安裝有吸能彈簧，在彈簧壓縮過程中，可以吸收大量的能量，且在中低速碰撞過程中，由于吸能筒沒有被壓饋，因此在碰撞結(jié)束后，整個(gè)裝置可以依靠彈簧自動(dòng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，以此降低吸能部件的更換和維修成本；

四、在相同的軸向可壓潰空間內(nèi)，普通的沖擊吸能裝置在軸向沖擊載荷下只發(fā)生壓潰褶皺變形吸能過程，而本公開的沖擊吸能裝置可以發(fā)生膨脹和壓縮吸能、彈性變形吸能以及壓潰褶皺變形吸能等三重吸能過程，大大提升了單位空間的吸能率。

根據(jù)本公開的另一方面，提供一種車輛，該車輛包括防撞梁和縱梁，其中，該車輛還包括如上所述的沖擊吸能裝置，其中，前封板1可以焊接或螺栓連接于防撞梁和縱梁中的一者，后封板2可以焊接或螺栓連接于防撞梁和縱梁中的另一者。

前封板1和后封板2可以具有任意適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?，例如圓形、正方形、長方形、五邊形、八邊形等，具體形狀可以根據(jù)與其連接的防撞梁和縱梁的結(jié)構(gòu)形態(tài)而確定。

本公開的沖擊吸能裝置可以應(yīng)用于各種類型的車輛上，例如大巴。

此外，本公開的沖擊吸能裝置也可以應(yīng)用于有沖擊吸能需求的其他交通工具(例如，非機(jī)動(dòng)車輛、機(jī)動(dòng)電車、地鐵、火車等)、工程機(jī)械、家用電器、航空航宇、環(huán)境建筑等。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本公開并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本公開的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本公開的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本公開的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本公開對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本公開的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本公開的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本公開所公開的內(nèi)容。