具有兩種吸能模式的汽車保險槓的製作方法

2023-09-21 13:11:40

專利名稱：具有兩種吸能模式的汽車保險槓的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車保險槓的吸能裝置，屬於汽車碰撞安全技術領域，能同時滿 足不同碰撞工況下對汽車保險槓剛度的不同要求，如行人保護和低速碰撞保護的要求。

背景技術：
汽車前端保險槓是影響汽車安全性指標的重要部件。現行的汽車安全法規要求， 當被測試汽車和與自身質量相等的障礙物以較低速度碰撞時，汽車保險槓的吸能結構能吸 收大部分碰撞能量，從而降低汽車受損程度。同時，行人碰撞保護設計在我國汽車產品的開 發中也日益受到重視，法規要求汽車保險槓系統與行人腿部發生碰撞時，碰撞加速度不能 過高，這就要求汽車保險槓的吸能結構能對行人腿部衝擊提供合適的緩衝。一般的保險槓結構(見發明EP1300293A9)如圖2所示，包括保險槓橫梁4，吸能結 構23，保險槓外罩1。現有的汽車保險槓中應用最廣泛的吸能結構是泡沫。汽車保險槓結 構布置要求緊湊，所以吸能結構的布置空間是有限的。研究表明，在有限的泡沫布置空間內，滿足低速碰撞要求的汽車保險槓泡沫剛度 較大，這種保險槓結構與行人腿部碰撞，容易造成行人腿部嚴重受傷；同樣的，滿足行人腿 部保護要求的泡沫，由於剛度較小，往往不能滿足低速碰撞的要求。為了滿足兩種碰撞安全法規的要求，一種折中的方法是通過對泡沫的幾何和材料 參數優化，設計一種泡沫結構，使得行人碰撞損傷結果和低速碰撞結果都可接受。但是用這 種方法設計的保險槓在行人保護試驗中的響應和低速碰撞試驗中的響應都不會太好。此外，也有新型設計通過兩段剛度的方法(發明CN101306671)同時滿足行人保護 要求和低速碰撞保護要求。兩段彈簧在汽車前端前後串聯布置，剛度較小的彈簧布置在前， 剛度較大的彈簧布置在後。當汽車與行人發生碰撞時，保險槓中剛度較小的彈簧變形；當汽 車與障礙物以較低速度碰撞時，兩段彈簧共同變形，吸收較多的能量。這種設計由於佔用了 汽車前端的幾何空間，在實際應用中影響了汽車的布置緊湊性。因此，一種具有兩種吸能模式的汽車保險槓吸能結構能夠解決不同碰撞工況對保 險槓剛度的不同要求。

發明內容
由於汽車低速碰撞保護設計要求和行人保護設計要求相悖，現有車型保險槓吸能 結構不能同時滿足兩種碰撞法規檢測的要求。此外，由於汽車前端結構設計空間有限，所以 通過設計組合剛度的吸能結構同時滿足兩種碰撞法規的方法有局限性。本發明的特徵在於，是一種能同時滿足行人保護和低速碰撞保護要求的汽車保險 槓，含有保險槓蒙皮1、上吸能塊21和下吸能塊22、上層硬結構31和下層硬結構32以及 保險槓防撞梁4，其中上吸能塊21和下吸能塊22，都是泡沫塑料塊，截面形狀是包含矩形、梯形在內的 多邊形，
上層硬結構31和下層硬結構32，都呈半圓弧杆狀，是一種包含鋼或鋁在內的金屬 杆，截面形狀是包含矩形、梯形在內的多邊形，所述上層硬結構31和下層硬結構32上、下交 叉地布置在所述上吸能塊21和下吸能塊22之間，保險槓防撞梁4，在所述保險槓防撞梁4和所述保險槓蒙皮1之間是被夾的所述上 下依次配置的上吸能塊21、上層硬結構31和下層硬結構32和下吸能塊22。本發明提出了一種具有兩種吸能模式的新保險槓吸能結構，在行人保護工況下保 險槓吸能結構剛度較小，而在低速碰撞工況下吸能結構剛度可以很大，從而能夠同時滿足 低速碰撞法規和行人保護法規的設計要求。該吸能結構將保險槓的多目標剛度設計問題進行了解耦，為企業針對不同碰撞安全法規要求進行保險槓設計提供了更優的設計對策。


圖1——新型保險槓吸能結構的Z向視圖；圖2——某傳統保險槓結構示意圖(源自發明EP1300293A9)；圖3——新型保險槓吸能結構的A-A截面剖視圖；圖4——上層硬結構31和下層硬結構32中的半圓弧杆狀結構示意圖；圖5——保險槓低速碰撞試驗工況的Z向視圖；圖6——保險槓低速碰撞試驗工況的Y向剖面圖；圖7——保險槓低速碰撞試驗前的Z向視圖；圖8——保險槓低速碰撞試驗後的Z向視圖；圖9——保險槓與行人腿部碰撞試驗前的Z向視圖；圖10——保險槓與行人腿部碰撞試驗後的Z向視圖；圖11—R42低速碰撞和GTR行人腿碰撞工況中吸能結構的剛度曲線。附圖中的標誌說明如下，1-保險槓蒙皮，21-上吸能塊，22-下吸能塊，23-傳統保險槓泡沫吸能結構，31-上 層硬結構，32-下層硬結構，4-保險槓防撞梁，5-低速碰撞塊，6-行人腿模塊位置一，7-行 人腿模塊位置二，81-副保險槓縱板，82副保險槓蒙皮，83-水箱下橫梁，84-副保險槓橫板， R-半圓弧結構的圓弧半徑，Wl-半圓弧結構開口寬度，W2-相鄰半圓弧結構的重疊寬度。
具體實施例方式本發明的目的是提出一種新型汽車保險槓吸能結構，能夠同時滿足多種碰撞工況 對吸能結構剛度的不同要求，下面以行人保護法規和低速碰撞法規為例，介紹本發明的實 施方式。如圖1所示，本發明的汽車保險槓結構包括了保險槓蒙皮1，上吸能塊21 (見圖 3)，上層硬結構31，下層硬結構32，下吸能塊22，保險槓防撞梁4。其中保險槓蒙皮1是吸 能結構的覆蓋件，保險槓防撞梁4與後端的兩個前縱梁(未在圖中示意)相連。1和4之間 的吸能結構是本發明的核心結構。上吸能塊21和下吸能塊22之間夾著上層硬結構31和 下層硬結構32，高度方向上形成三明治結構。如圖3所示，上、下吸能塊21和22剛度較小，可以由泡沫、蜂窩鋁等材料製成，它 在行人腿部保護中能有效吸收碰撞能量，在設計中可以通過改變吸能塊的材料、截面尺寸等調整它的剛度，也可以使用其它發明中的吸能結構分別構成上吸能塊21和下吸能塊22。上層硬結構31和下層硬結構32分別由一定數量的半圓弧杆狀結構(如圖4所 示)組成，它們與保險槓橫梁沒有連接，僅僅由上、下吸能塊靠夾緊力固定在整個保險槓結 構中。上層硬結構31和下層硬結構32的重疊寬度W2等於66mm。該結構可以由鋼、鋁等 硬質金屬或非金屬材料製成，圓弧半徑R等於法規中行人腿模塊的半徑66mm，圓弧開口寬 度Wl等於132mm。通過設計杆結構的截面形狀和尺寸、半圓弧半徑R、半圓弧夾角、半圓弧 之間的重疊寬度W2，可以調整其在低速碰撞中的壓縮剛度。若該吸能結構與行人腿部碰撞，由於行人下肢模塊的外徑小於硬結構31和32中 半圓弧杆狀結構的內徑，所以半圓弧杆狀結構不會發生塑形變形，只有上、下吸能塊變形吸 能；即使行人腿部與半圓弧結構的邊緣先接觸，半圓弧杆狀結構也會沿著防撞梁4的前表 面滾動，不會對腿部施加額外的碰撞力。
若該吸能結構保險槓進行低速碰撞法規試驗(如圖5和圖6)，碰撞塊7與保險槓 吸能結構有較大的重疊區域，至少2個半圓弧杆狀結構整體會被壓縮，整個吸能結構的剛 度等於半圓弧杆狀結構和上、下吸能塊結構剛度之和，較高的剛度能夠充分吸收低速碰撞 能量，防止保險槓防撞梁後面的結構損壞。該發明是一種能夠同時滿足行人保護法規和低速碰撞法規的保險槓吸能結構。下 面將分別針對這兩種法規試驗描述該保險槓吸能結構的效果。歐洲ECE R42保險槓低速碰撞法規試驗中，一個和汽車質量相同的碰撞塊5，以 4km/h的速度與汽車保險槓碰撞，要求保險槓防撞梁4後面的散熱器、轉向系統、懸架等結 構不損壞。將本發明應用在某汽車保險槓系統上建模分析，吸能結構變形前後如圖7和圖 8，吸能結構的「力-位移曲線」如圖11所示，由於R42低速碰撞工況下，上吸能塊21、下吸 能塊22、上層硬結構31和下層硬結構32共同作用，碰撞力峰值達到19. 8kN。行人腿部保護法規試驗(GTR行人腿碰撞試驗)要求重為13. 4kg的下肢模塊、以 11. lm/s的速度與汽車保險槓碰撞時，要求腿部模塊的脛骨加速度峰值不超過170g，膝關 節彎曲角度不超過19度，膝關節剪切位移不超過6mm。將本發明應用在某汽車保險槓系統 上建模分析，當行人腿部與半圓弧杆狀結構的中央位置相撞時(如圖9中下肢模塊6)，只有 上吸能塊21和下吸能塊22吸能；當行人腿部與半圓弧杆狀結構的邊緣位置相撞時(如圖 9中下肢模塊7)，上層硬結構31和下層硬結構32 —端翹起，對腿部產生的阻力很小，這種 情況下實際仍只有上吸能塊21和下吸能塊22吸能。上層硬結構31和下層硬結構32變形 前後如圖9和圖10，吸能結構「力-位移曲線」如圖11所示，碰撞力峰值約7. 5kN，低於R42 低速碰撞工況的碰撞力峰值。
權利要求
具有兩種吸能模式的汽車保險槓，其特徵在於，是一種能同時滿足不同碰撞工況的汽車保險槓，含有保險槓蒙皮(1)、上吸能塊(21)和下吸能塊(22)、上層硬結構(31)和下層硬結構(32)以及保險槓防撞梁(4)，其中上吸能塊(21)和下吸能塊(22)，都是泡沫塑料塊，截面形狀是包含矩形、或梯形在內的多邊形，上層硬結構(31)和下層硬結構(32)，都呈半圓弧杆狀，是一種包含鋼或鋁在內的金屬杆，截面形狀是包含矩形、或梯形在內的多邊形，所述上層硬結構(31)和下層硬結構(32)上、下交叉地布置在所述上吸能塊(21)和下吸能塊(22)之間，保險槓防撞梁(4)，在所述保險槓防撞梁(4)和所述保險槓蒙皮(1)之間是被夾的所述上、下依次配置的上吸能塊(21)、上層硬結構(31)、下層硬結構(32)和下吸能塊(22)。
2.根據權利要求1所述的具有兩種吸能模式的汽車保險槓，其特徵在於，所述上層硬 結構(31)或下層硬結構(32)的圓弧半徑(R)至少為66mm，開口寬度(Wl)至少為132mm， 該上層硬結構(31)和下層硬結構(32)的重疊寬度(W2)最多為66mm。
3.根據權利要求1所述的具有兩種吸能模式的汽車保險槓，其特徵在於，所述上吸能 塊(21)或下吸能塊(22)的材料用塑料柵格或薄壁管代替。
4.根據權利要求1所述的具有兩種吸能模式的汽車保險槓，其特徵在於，所述上層硬 結構(31)或下層硬結構(32)的材料用包括碳纖維在內的非金屬材料代替。
5.根據權利要求1所述的具有兩種吸能模式的汽車保險槓，其特徵在於，所述上吸能 塊(21)和下吸能塊(22)在上、下方向至少各為一個。
全文摘要
具有兩種吸能模式的汽車保險槓，屬於汽車碰撞安全技術領域，其特徵在於，含有保險槓蒙皮、保險槓防撞梁以及夾於所述保險槓蒙皮和保險槓防撞梁之間的由上到下依次排列的上吸能塊、上層硬結構、下層硬結構以及下吸能塊，其中的兩個硬結構都是弧狀金屬杆，上層硬結構和下層硬結構相互交疊放置。本發明在工況一(如行人保護工況)下剛度小，而在工況二(如低速碰撞工況)下剛度較大，能同時滿足低速碰撞法規和行人保護法規的設計要求。
文檔編號B60R19/18GK101844550SQ20101017343
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者周青, 夏勇, 黃 俊 申請人:清華大學