充液式吸能車輛前縱梁和具有它的車輛的製作方法
2023-06-19 19:46:36 1
充液式吸能車輛前縱梁和具有它的車輛的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種充液式吸能車輛前縱梁和具有所述充液式吸能車輛前縱梁的車輛。所述充液式吸能車輛前縱梁包括：前縱梁本體，所述前縱梁本體內具有吸能腔，所述吸能腔內填充有吸能物質，所述吸能物質包括經過憎水處理的納米多孔件以及無機鹽溶液或水。根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁具有結構簡單、製造和維護成本低等優點。
【專利說明】充液式吸能車輛前縱梁和具有它的車輛
【技術領域】
[0001]本發明屬於車輛被動安全【技術領域】，具體地涉及一種改善車輛耐撞性的充液式吸能車輛前縱梁和具有它的車輛。
【背景技術】
[0002]車輛的前縱梁作為車輛受正面碰撞後的主要承力部件，其吸能特性對車輛的碰撞安全性具有顯著的影響。相關技術中的前縱梁結構為薄壁金屬管件，在受到碰撞後通過塑性屈曲來吸收衝擊能量，從而減小乘員艙所受的衝擊，避免產生大變形威脅乘員的安全。為了提高車輛前縱梁結構的吸能水平，相關技術提出了在車輛前縱梁中填充吸能材料，例如文獻CN103625553 A和CN103303329 A公開的吸能結構。然而，相關技術中的吸能結構增加了前縱梁的屈服強度，從而增大了碰撞過程中的加速度峰值。過高的車體加速度將導致人體在乘員艙內部發生碰撞，形成損傷。
【發明內容】
[0003]本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出一種新型的充液式吸能車輛前縱梁，在不提高碰撞加速度峰值的前提下，提升了能量吸收水平。
[0004]本發明還旨在提出一種具有上述充液式吸能車輛前縱梁的車輛。
[0005]根據本發明第一方面實施例的充液式吸能車輛前縱梁包括:前縱梁本體，所述前縱梁本體內具有吸能腔，所述吸能腔內填充有吸能物質，所述吸能物質包括經過憎水處理的納米多孔件以及無機鹽溶液或水。
[0006]根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁具有結構簡單、製造和維護成本低等優點。
[0007]另外，根據本發明上述實施例的充液式吸能車輛前縱梁還可以具有如下附加的技術特徵:
[0008]根據本發明的一個實施例，所述前縱梁本體包括管體和密封所述管體兩端的端至JHL ο
[0009]根據本發明的一個實施例，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在0.5納米-500納米的範圍內，所述納米多孔件的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的範圍內，所述納米多孔件的比表面積在100平方米/克-1000平方米/克的範圍內；
[0010]優選地，所述多孔件上的孔的平均孔徑在2納米-25納米的範圍內，所述多孔件的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的範圍內，所述多孔件的比表面積在150平方米/克-500平方米/克的範圍內；
[0011 ] 進一步優選地，所述多孔件上的孔的平均孔徑在4納米-15納米的範圍內，所述多孔件的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的範圍內，所述多孔件的比表面積在200平方米/克-350平方米/克的範圍內；
[0012]更加優選地，所述多孔件上的孔的平均孔徑在6納米-10納米的範圍內，所述多孔件的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的範圍內，所述多孔件的比表面積在250平方米/克-300平方米/克的範圍內。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑為7.8納米，所述納米多孔件的孔容為550立方毫米/克，所述納米多孔件的比表面積為287平方米/克。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述無機鹽溶液為飽和溶液。
[0015]根據本發明的一個實施例，所述無機鹽溶液為氯化鋰溶液、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、氯化鎂溶液、氯化錳溶液、氯化銫溶液、溴化鈉溶液和氯化鉀溶液中的一種或多種。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述納米多孔材料為人造沸石和/或矽膠。
[0017]根據本發明的第二方面提出一種車輛，所述車輛包括根據本發明第一方面所述的充液式吸能車輛前縱梁。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的充液式吸能車輛前縱梁的示意圖；
[0019]圖2是根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁的吸能物質在準靜態下的壓強-體積變量曲線；
[0020]圖3是本發明的充液式吸能車輛前縱梁在lOm/s的動態加載下的力學響應(壓潰力-形變量曲線)，其中虛線為對應的沒有填充吸能物質的前縱梁在該加載條件下的力學響應；
[0021]圖4a是沒有填充吸能物質的前縱梁在10m/s的動態加載下的變形示意圖(形變量為80mm處);
[0022]圖4b是本發明的充液式吸能車輛前縱梁在10m/S的動態加載下的變形示意圖(形變量為8Omm處)。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0024]本發明提供了一種車輛。根據本發明實施例的車輛包括充液式吸能車輛前縱梁10。
[0025]下面參考圖1描述根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10。如圖1所示，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10包括前縱梁本體101，前縱梁本體101內具有吸能腔，該吸能腔內填充有吸能物質，該吸能物質包括經過憎水處理的納米多孔件103以及無機鹽溶液102或水。換言之，該吸能物質包括經過憎水處理的納米多孔件103和無機鹽溶液102或者該吸能物質包括經過憎水處理的納米多孔件103和水(例如去離子水)。
[0026]下面參考圖1描述根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10的工作過程。當車輛發生碰撞時，前縱梁本體101首先產生初始壓潰，並出現峰值加速度。由於該吸能物質具有較好的流動性，因此該吸能物質在初始壓潰下不會發生顯著的體積變化，因此其對前縱梁本體101的碰撞峰值加速度沒有影響。
[0027]也就是說，由於在前縱梁本體101的壓潰初期，該吸能物質的流動性避免了其給前縱梁本體101的管壁提供縱向的強度支撐，因此壓潰過程的峰值力沒有增加。因此，充液式吸能車輛前縱梁10可以在車輛碰撞過程中有效提升車輛的前部的吸能水平，同時不增加碰撞加速度峰值。
[0028]在後續的壓潰過程中，充液式吸能車輛前縱梁10的內部容積不斷收縮，即該吸能腔的容積不斷收縮。此時，充液式吸能車輛前縱梁10在衝擊載荷下開始壓縮該吸能腔內的吸能物質。當施加在吸能物質上的壓強達到吸能物質的吸能閾值後，無機鹽溶液102或水開始進入到納米多孔件103的孔道內。由於納米多孔件103具有巨大的比表面積，因此外界的碰撞能將在這一過程中大量地轉化為固液界面能和熱能，從而有效地提升充液式吸能車輛前縱梁10的吸能水平。
[0029]圖2示出了根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10的吸能物質在準靜態下的壓強-體積變量曲線。其中，該吸能物質包括氯化鋰溶液和平均孔徑為7.Snm的納米多孔矽膠，比例體積變化為吸能物質的體積變化與納米多孔件103的質量之比。採用其他無機鹽溶液或水以及具有其他參數的納米多孔件103也可以獲得類似的結果，在此不再一一列出。
[0030]如圖2所示，當施加在吸能物質上的壓強達到吸能物質的吸能閾值後，無機鹽溶液102 (氯化鋰溶液)將克服毛細阻力進入到納米多孔件103的孔道內，從而將外界機械能轉化為固液界面能和熱能。具體地，施加在吸能物質上的壓強閾值Pin可以是27MPa，該納米多孔矽膠的能量吸收密度可以達到10J/g以上。
[0031]圖3示出了根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10和沒有填充吸能物質的前縱梁在lOm/s的動態加載下的力學響應(壓潰力-形變量曲線)。其中，圖3中的實線為根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10的壓潰力-形變量曲線，圖3中的虛線為沒有填充吸能物質的前縱梁(現有的前縱梁)的壓潰力-形變量曲線。
[0032]通過對比壓潰力-形變量曲線可以發現，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10在動態載荷下的能量吸收效果遠高於沒有填充吸能物質的前縱梁在動態載荷下的能量吸收效果(在本實施例中，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10可以將吸能總量提升80%以上)，而且根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10沒有增加峰值力。
[0033]該吸能物質可以從以下兩個方面提高充液式吸能車輛前縱梁10的能量吸收水平:1、如上所述的納米多孔件103與無機鹽溶液102或水的固液作用伴隨的能量轉換機制；
2、該吸能物質對充液式吸能車輛前縱梁10的管壁壓潰模式的影響。如圖4b所示，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10的管壁在壓縮載荷下將產生更多更小的褶皺，因此管壁通過塑性變形吸收的能量也有所提升。
[0034]根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10通過在吸能腔內填充吸能物質，從而在車輛發生碰撞時，可以通過壓縮吸能物質來使吸能物質產生大變形。由此可以將外界的衝擊能量轉化為固液界面能和熱能，從而可以減小乘員艙所受的衝擊，緩解乘員所受的威脅。
[0035]也就是說，無需改變前縱梁本體101的結構即可應用，有效地降低了設計成本和生產成本。而且，可以提高前縱梁壓潰變形的穩定性。
[0036]因此，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10具有結構簡單、製造和維護成本低、穩定性好等優點。而且，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10不會增加碰撞加速度峰值。
[0037]可以通過改變吸能物質的組分方便地調節其工作壓強以及充液式吸能車輛前縱梁10的平均壓潰力，以便適用於各類車型及不同的使用工況。因此，根據本發明實施例的充液式吸能車輛前縱梁10還具有應用範圍廣等優點。
[0038]根據本發明實施例的車輛具有安全性高、製造成本低、便於維護等優點。
[0039]如圖1所示，在本發明的一些實施例中，前縱梁本體101包括管體1011和密封管體1011兩端的端蓋1012。由此可以使前縱梁本體101的結構更加合理。
[0040]具體地，前縱梁本體101可以利用不鏽鋼304製成，前縱梁本體101的截面尺寸為40毫米X40毫米，長度為200毫米，壁厚為I毫米。管體1011與端蓋1012採用焊接方式封裝，形成密閉的吸能腔，並與車輛前部相關結構裝配。
[0041]在本發明的一些示例中，納米多孔件103上的孔的平均孔徑在0.5納米-500納米的範圍內，納米多孔件103的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的範圍內，納米多孔件103的比表面積在100平方米/克-1000平方米/克的範圍內。由此可以在控制納米多孔件103的製造成本的情況下，使充液式吸能車輛前縱梁10能夠吸收更多的外界機械倉泛。
[0042]優選地，納米多孔件103上的孔的平均孔徑在2納米-25納米的範圍內，納米多孔件103的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的範圍內，納米多孔件103的比表面積在150平方米/克-500平方米/克的範圍內。由此可以在控制納米多孔件103的製造成本的情況下，使充液式吸能車輛前縱梁10能夠吸收更多的外界機械能。
[0043]進一步優選地，納米多孔件103上的孔的平均孔徑在4納米-15納米的範圍內，納米多孔件103的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的範圍內，納米多孔件103的比表面積在200平方米/克-350平方米/克的範圍內。由此可以在控制納米多孔件103的製造成本的情況下，使充液式吸能車輛前縱梁10能夠吸收更多的外界機械能。
[0044]更加優選地，納米多孔件103上的孔的平均孔徑在6納米-10納米的範圍內，納米多孔件103的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的範圍內，納米多孔件103的比表面積在250平方米/克-300平方米/克的範圍內。由此可以在控制納米多孔件103的製造成本的情況下，使充液式吸能車輛前縱梁10能夠吸收更多的外界機械能。
[0045]最優選地，納米多孔件103上的孔的平均孔徑為7.8納米，納米多孔件103的孔容為550立方毫米/克，納米多孔件103的比表面積為287平方米/克。由此可以在控制納米多孔件103的製造成本的情況下，使充液式吸能車輛前縱梁10能夠吸收更多的外界機械倉泛。
[0046]優選地，無機鹽溶液102可以是氯化鋰溶液、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、氯化鎂溶液、氯化錳溶液、氯化銫溶液、溴化鈉溶液和氯化鉀溶液中的一種或多種。其中，無機鹽溶液102可以利用去離子水和無機鹽配製而成。
[0047]無機鹽溶液102可以飽和溶液。例如，無機鹽溶液102可以是飽和氯化鋰溶液、飽和氯化鈉溶液、飽和氯化韓溶液、飽和氯化鎂溶液、飽和氯化猛溶液、飽和氯化銫溶液、飽和溴化鈉溶液或飽和氯化鉀溶液。
[0048]其中，飽和氯化鈉溶液的壓強閾值約為20MPa，飽和氯化鈉溶液的吸能密度約為15J/g。飽和氯化鋰溶液的壓強閾值約為27MPa，飽和氯化鋰溶液的吸能密度約為16J/g。飽和氯化鉀溶液的壓強閾值約為21MPa，飽和氯化鉀溶液的吸能密度約為15J/g。飽和溴化鈉溶液的壓強閾值約為21MPa，飽和溴化鈉溶液的吸能密度約為19J/g。
[0049]飽和氯化鈣溶液的壓強閾值約為26MPa，飽和氯化鈣溶液的吸能密度約為18J/g。飽和氯化鎂溶液的壓強閾值約為26MPa，飽和氯化鎂溶液的吸能密度約為13J/g。飽和氯化錳溶液的壓強閾值約為23MPa，飽和氯化錳溶液的吸能密度約為18J/g。飽和氯化銫溶液的壓強閾值約為21MPa，飽和氯化銫溶液的吸能密度約為14J/g。
[0050]優選地，納米多孔件103可以是納米多孔人造沸石或納米多孔矽膠。也就是說，納米多孔件103可以由納米多孔人造沸石或納米多孔矽膠製成。
[0051]通過改變納米多孔件103和/或無機鹽溶液102的種類可以改變吸能物質的壓強閾值。具體地，吸能物質的壓強閾值可以在IMPa-1OOMPa的範圍內。
[0052]在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0053]此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0054]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0055]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
[0056]在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
[0057]儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1.一種充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，包括:前縱梁本體，所述前縱梁本體內具有吸能腔，所述吸能腔內填充有吸能物質，所述吸能物質包括經過憎水處理的納米多孔件以及無機鹽溶液或水。
2.根據權利要求1所述的充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，所述前縱梁本體包括管體和密封所述管體兩端的端蓋。
3.根據權利要求1所述的充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在0.5納米-500納米的範圍內，所述納米多孔件的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的範圍內，所述納米多孔件的比表面積在100平方米/克-1000平方米/克的範圍內； 優選地，所述多孔件上的孔的平均孔徑在2納米-25納米的範圍內，所述多孔件的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的範圍內，所述多孔件的比表面積在150平方米/克-500平方米/克的範圍內； 進一步優選地，所述多孔件上的孔的平均孔徑在4納米-15納米的範圍內，所述多孔件的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的範圍內，所述多孔件的比表面積在200平方米/克-350平方米/克的範圍內； 更加優選地，所述多孔件上的孔的平均孔徑在6納米-10納米的範圍內，所述多孔件的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的範圍內，所述多孔件的比表面積在250平方米/克-300平方米/克的範圍內。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑為7.8納米，所述納米多孔件的孔容為550立方毫米/克，所述納米多孔件的比表面積為287平方米/克。
5.根據權利要求1所述的充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，所述無機鹽溶液為飽和溶液。
6.根據權利要求1或5所述的充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，所述無機鹽溶液為氯化鋰溶液、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、氯化鎂溶液、氯化錳溶液、氯化銫溶液、溴化鈉溶液和氯化鉀溶液中的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的充液式吸能車輛前縱梁，其特徵在於，所述納米多孔材料為人造沸石和/或矽膠。
8.—種車輛，其特徵在於，包括根據權利要求1-7中的任一項所述的充液式吸能車輛前縱梁。
【文檔編號】B62D21/15GK104228955SQ201410465705
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】李一兵, 孫嶽霆, 徐曉慶, 李鵬輝 申請人:清華大學