車身上部的衝擊能量吸收結構和衝擊能量吸收體的製作方法
2023-12-01 00:39:11
專利名稱：車身上部的衝擊能量吸收結構和衝擊能量吸收體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在汽車車身上部形成的衝擊能量吸收結構以及衝擊能量吸收體，更具體地說，本發明涉及在包括諸如支柱、邊框頂條、頂蓋等之類的車身構造部件以及諸如支柱裝飾、車頂襯裡等之類的、從該構造部件向車身室內延伸的以一定間隔配置的內裝飾材和在上述間隔之內配置的衝擊能量吸收體的車身上部的一種吸收衝擊能量結構和採用該結構的衝擊能量吸收體。
在汽車、特別是客車上，能量吸收體被配置在車身構造部件和內裝飾材之間的間隔內。因此，如果在從內裝飾材到構造部件的方向施加了衝擊負荷，將使得上述能量吸收體變形以便吸收衝擊負荷的衝擊能量。通常，上述能量吸收體是採用例如網狀肋條、尿烷襯墊、或者是將薄鋼板彎折成帽子狀截面形狀的鋼件，也有採用一種所謂的複合管(如在美國專利No.5,680,886號所描述的那樣)作為能量吸收體，它是由金屬泊的芯材和層疊在該芯材表裡兩面上的非金屬的材料的薄片所構成、並將上述芯材和上述表裡兩面的薄片作成波浪形，因此複合管在軸線方向呈現交替的脊(突出部分)和槽(凹下部分)。
該複合管為中空，具有各種優異的特性。即，中空的複合管重量輕，易於加工成形為任意的截面形狀，而且，通過改變鄰近的凸部(凹部)之間的間距可以調節複合管的負荷對位移的能量吸收特性。
因此，本發明的目的是提供一種更進一步改善複合管的能量吸收特性的衝擊能量吸收結構和衝擊能量吸收體。
本發明的結構在車身上部吸收能量，包括車身構造部件、從構造部件向內隔開一定間隔配置的內裝飾材和配置在間隔內的能量吸收體。
依據本發明的第一方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面的、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管。將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，在複合管的外周面和內周面中的至少一個由粘接性被覆材料至少部分所覆蓋以形成部分被覆表面。
當在與複合管軸線相交的方向對複合管施壓時，複合管具有在其軸線方向上伸長和減少其表觀板厚的特性。然而，在複合管的外周面和/或者內周面覆蓋上粘接性被覆材料，將增加對由壓力所引起複合管的軸線伸長的阻力，因此在對複合管施壓後，覆蓋部分的表觀板厚仍然和原來的表觀板厚基本上相同。此外，在衝擊負荷沿與複合管軸線相交的方向施加在複合管上，複合管表觀板厚保持的期間相對要長，因此，可以獲得負荷急速上升的能量吸收特性。
由於在複合管軸線相交的方向施壓時複合管的表觀板厚基本上為一定值，複合管具有負荷急速上升的能量吸收特性。因此，在不需要改變複合管的材料或截面形狀的情況下衝擊能量吸收結構就可以局部最優化。此外，複合管容易彎曲，因而容易與構造部件和內裝飾材基本上吻合地配置。
依據本發明的第二方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面的、非金屬材料的薄片所構成的複合管。將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，根據預定的能量吸收特性至少在複合管的外周面和內周面中的一個由粘接性被覆材料部分所覆蓋。
根據被覆材料的有無可以局部或者整個調節複合管的能量吸收特性。當複合管配置在支柱和支柱裝飾之間，或者邊框頂條和頂襯之間時，複合管可能會因為結露而潮溼。如果複合管是由金屬箔芯材和紙片構成，複合管的紙片由於沉積的結露水而膨脹。已經表明複合管的紙片反覆膨脹和乾燥，複合管的屈服應力將降低大約5-10％。而被覆材料可以防止屈服應力的減少。在寒冷天氣如果進入複合管凹部的水分結冰，由於水結冰引起的體積膨脹使得複合管在軸線方向伸長，因此，複合管的表觀板厚減少。結果能量吸收特性具有緩和的負荷上升。而被覆材料可以防止具有緩和負荷上升的能量吸收特性的發生。為此目的所使用的被覆材料，不同於為獲得急速負荷上升的能量吸收特性的被覆材料層，可以是薄的。
在本發明的第一和第二方面，根據預定的能量吸收特性，被覆材料的層厚可以部分改變。
通過增加被覆材料的層厚，可以獲得急速負荷上升的能量吸收特性。因此，通過為獲得預定的能量吸收特性而按部位選擇被覆材料的層厚，可以按應吸收能量的各個部位獲得最佳的能量吸收特性。
芯材可以由鋁箔、不鏽鋼箔和鎂合金箔中的一種構成，而薄片可以由紙構成。被覆材料可以是從至少包含丙稀酸樹脂和環氧樹脂的一組中選擇的樹脂，並且被覆材料可以覆蓋在複合管的外周面上。
通過採用金屬箔芯材和紙片，可以低成本生產柔性的複合管。因此，複合管可以容易與需要能量吸收的部分基本上吻合地配置。此外，通過由樹脂被覆材料覆蓋複合管的外周面，可以簡單地獲得所希望的能量吸收特性。因此，可以基本上防止如上所述的由於水分沉積引起的屈服應力減少和由於結冰引起的緩和能量吸收特性的發生。
在本發明的第一和第二方面中，構造部件可以由支柱和邊框頂條構成，複合管上的被覆材料處在支柱和邊框頂條之間相交的部位上。
在支柱(例如前支柱、中間支柱或者側支柱)與邊框頂條的交接部，與前支柱和邊框頂條相比，在構造部件和內裝飾材之間形成的間隔要小，因此為吸收能量的有效長度也小。如果將複合管上的被覆材料處在交接部，可以獲得急速負荷上升的能量吸收特性。因此，即使是在小有效距離的交接部也能有效吸收衝擊能量。
依據本發明的第三方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，彎曲複合管使其與構造部件的形狀吻合，並且對複合管的彎曲部分的小曲率部分實施強化處理，而對複合管的彎曲部分的大曲率部分實施弱化處理。
如果複合管彎曲，在複合管小曲率部分，即複合管彎曲部分的外側的凸部(凹部)間距增加，因此，小曲率部分的表觀板厚減少並且變軟。另一方面，在彎曲部的大曲率一側，即內側的凸部間距減少，因此大曲率部分的表觀板厚增加並且變硬。通過對小曲率部分強化，而對大曲率部分弱化，小曲率部分和大曲率部分之間硬度的差異將縮小，因此，可以在整個彎曲部分基本上可以形成均一的能量吸收。
在本發明的第三方面中，小曲率部分可以由粘接性被覆材料覆蓋。
如果衝擊負荷施加到彎曲部分，小曲率部分將限制在複合管的軸線方向的伸長。其結果，可以獲得與增加表觀板厚的相同的效果。以此方式，通過用被覆材料被覆小曲率部分，可簡便輕易地調整能量吸收特性。
如果小曲率部分由粘接性被覆材料覆蓋，在大曲率部分可有至少一個槽。
如果衝擊負荷施加到複合管的彎曲部分，由粘接性被覆材料覆蓋的小曲率部分被限制在複合管的軸線方向的伸長，這樣可以獲得和增加表觀板厚的相同的效果。在具有一槽的大曲率部分將減少其強度，這樣可以獲得減少表觀板厚的相同的效果。因此，通過簡單地覆蓋小曲率部分和在大曲率部分形成槽，使得複合管的整個彎曲部分基本上具有均一的能量吸收。因此可以獲得適當的能量吸收特性。
依據本發明的第四方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的所述薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，複合管的外周面和內周面中的至少一個具有多個由粘接性被覆材料所覆蓋並且在複合管的軸線方向具有預定的間隔的部分。
在上述的複合管中，覆蓋被覆材料的硬部和未覆蓋被覆材料的軟部交替出現在複合管的軸線方向。如果衝擊負荷在與複合管的軸線相交的方向施加到複合管上，複合管在軸線方向上的伸長受到硬部的限制，為此複合管在限制的範圍內被壓縮變形。因此，在壓縮變形範圍內的相鄰的複合管的另一部分基本上不產生壓縮變形。結果，當在複合管的任意部位施加了衝擊負荷後，而又在不同於第一部位的部位上施加了另一衝擊負荷時，複合管的第二部位具有和原來或者設計性能相同的能量吸收。
在本發明的第四方面中，槽被設置在複合管覆蓋了被覆材料的部分和未覆蓋被覆材料的部分之間的交界處，或者設置在複合管以一厚度覆蓋了被覆材料的部分和以不同於所述厚度的另一厚度覆蓋了被覆材料的部分之間的交界處，並且至少設置在其中的一個交界處。
形成在複合管的軟部和硬部之間的交界處的槽將減少複合管的強度，因此壓縮變形引起的使得複合管伸長的力的傳遞將減少。其結果，更容易保持不同於最初被壓縮部分的部分的本來特性。
複合管可以是通常具有多角截面形狀的角筒管，在偏離複合管角部的平面部至少形成有一個槽。
由於是具有多角截面形狀的角筒管，利用複合管的平面部可以輕易地將複合管安裝在構造部件或者內裝飾材上。此外，槽處在偏離複合管角部的平面部，可以限制壓縮變形引起的複合管在軸線方向的伸長，並且在不極度減少複合管強度的基礎上可以限制壓縮變形的傳遞。
依據本發明的第五方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的所述薄片一起成形為使得複合管在其外圍方向和軸線方向連續具有凸部和凹部，在複合管的中間部分的外周面和複合管的中間部分的內周面中的至少一個由粘接性覆蓋材料所覆蓋，以便在軸線方向的中間部分的硬度相對不同。
在本方面，複合管的中間部分具有由被覆材料覆蓋的硬部和未覆蓋被覆材料的軟部，以便對於軸線相交方向的壓縮負荷可以具有所需要的能量吸收特性。此外，由於複合管的軟部在受到軸線方向上的小負荷就容易彎曲，通過使用相同材質、相同截面的複合管，可以獲得在與軸線相交方向的壓縮方向和軸線方向具有強度差的衝擊能量吸收特性。這是因為衝擊能量吸收結構具有方向性。因此，上述結構對於只在限定方向吸收衝擊能量是有效的。
如果在軸線方向的硬度相對不同，可以在硬度相對不同部分的交界處至少設置一個槽。
因此，即使是軸線方向上的小負荷，複合管都變得更容易彎曲，可以更進一步減少軸線方向上的負荷。
依據本發明的第六方面，衝擊能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面的非金屬的表面材所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的表面材一起成形為使得能量吸收體在其軸線方向連續具有凸部和凹部，非金屬材料的表面材是一種表面材的動摩擦係數接近其靜摩擦係數的材料。
在本發明的第六方面中，至少一個表面材在遠離芯材的一側是鏈扣表面。
在本發明的第六方面中，至少一個表面材由以聚脂為支撐體的矽橡膠片構成。
在本發明的第六方面中，至少一個表面材由聚氨脂薄片構成。
在本發明的第六方面中，至少一個表面材由丙稀(醛基)薄片構成。
依據本發明的車身上部的衝擊能量吸收結構是通過將上述能量吸收體配置在車身構造部件和內裝飾材之間的間隔內形成的。
如果負荷施加到與能量吸收體軸線相交的方向，能量吸收體被壓縮，其截面形狀稍微改變。因此，處於相鄰位置的、相對面的表面材的彎曲部分相互密接，產生滑動阻力。該滑動阻力，即摩擦力限制能量吸收體的壓縮變形，並且限制能量吸收體在軸線方向上的伸長，以便基本上保持目前的截面形狀。當壓縮力逐漸增大，達到基於滑動阻力的形狀保持臨界點時，產生軸線方向上的伸長，表觀板厚減少並且反作用負荷降低。
由於表面材是由其動摩擦係數接近靜摩擦係數的材料構成，即表面材是由其動摩擦係數和靜摩擦係數大致相等的材料構成，因而在相對面的表面材彎曲的部分之間產生大的滑動摩擦阻力，抑制能量吸收體的壓縮變形並且抑制軸線方向的伸長的時間變長。此外，當由滑動摩擦阻力有效地保持形狀時，負荷基本上保持一常值。因而由負荷對位移的能量吸收特性曲線所定義的面積，即能量吸收的量增加。
由於複合管是中空的並且重量輕，容易加工成任意的截面形狀。因此，通過改變相鄰凸部(凹部)之間的間距，或者表觀板厚，就可以調節負荷對位移的能量吸收特性。
如果複合管的每個表面材在遠離芯材的一側是鏈扣表面，鏈扣表面的彎曲部分緊密相接並且相互幹涉，使得基於滑動阻力的形狀保持作用更進一步提高。因此吸收能量的量增加。此外，與表面材為牛皮紙的情況相比較，具有鏈扣面的複合管可以獲得急速負荷上升的能量吸收特性。由於鏈扣面開始滑動並且負荷開始減少需要一定的時間，上述複合管是一種具有高能量吸收效率的能量吸收體。而且，通過改變鏈扣面的每單位面積的密度或改變鏈扣面的長度，可以容易地調節能量吸收特性。進一步，覆蓋在複合管表面的鏈扣面由塑料片構成，改善了複合管的耐氣候性，可以獲得不宜老化的能量吸收體。
如果複合管的每個表面材由以聚脂為支撐體的矽橡膠片構成，因此基於滑動阻力的形狀保持作用增加，使得吸收能量的量增加。由於矽橡膠片開始滑動並且負荷開始減少需要一定的時間，組合有矽橡膠的上述複合管是一種具有高能量吸收效率的能量吸收體。聚脂支撐體防止矽橡膠的伸長和縮短，並與矽橡膠有良好的粘接特性。因此，在生產能量吸收體或者當能量吸收體受到衝擊負荷時，不用擔心矽橡膠會剝離開來。
如果複合管的每個表面材由聚氨脂薄片構成，當基於滑動阻力的形狀保持作用增加時，吸收能量的量增加。由於聚氨脂薄片開始滑動並且負荷開始減少需要一定的時間，組合有聚氨脂薄片的上述複合管是一種具有高能量吸收效率的能量吸收體。此外，由於聚氨脂薄片具有良好的耐氣候性，可以獲得不宜老化的能量吸收體。
如果複合管的每個表面材由丙稀(醛基)薄片構成，當基於滑動阻力的形狀保持作用增加時，吸收能量的量增加。由於丙稀(醛基)薄片開始滑動並且負荷開始減少需要一定的時間，組合有丙稀(醛基)薄片的上述複合管是一種具有高能量吸收效率的能量吸收體。此外，由於丙稀(醛基)薄片非常容易伸展並且具有良好的跟隨性，在伸展之後能快速減少應力，使用丙稀(醛基)薄片容易進行複合管的生產，並且不會產生由殘留應力引起的能量吸收體的能量吸收的改變。
在構造部件和內裝飾材之間配置了上述能量吸收體的車身上部的衝擊能量吸收結構，在包括如支柱和邊框頂條的構造部件的車身上部，即使從乘客和司機的開闊和清楚的視野、消除對進出車廂的妨礙和確保最大的車廂空間的要求出發，不可能留出大的能量吸收的間隔或空間，也可以有效地吸收衝擊能量。
依據本發明的第七方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，並且複合管沿其軸線扭曲。
複合管在預定的長度處切斷後，將切下的複合管兩端固定，通過在其一端部施加旋轉力，或者在其兩端施加相反的旋轉力，沿複合管的軸線將其扭曲。
通過沿其軸線扭曲複合管，對軸線方向的伸長的內部阻力或者粘性阻力變化，這意味著控制複合管，即能量吸收體的表觀位移和調節能量吸收特性。因此可以獲得初期負荷上升急速的、近似於矩形的能量吸收特性曲線。即扭曲的複合管可以吸收大量的能量而只有小量的有效位移。此外，由於複合管是由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面的薄片構成，只需小量的旋轉力即可將其扭曲，因而可以提高生產性。並且，由於複合管容易彎曲，因而可以容易與構造部件或者內裝飾材基本上吻合地配置。
在本發明的第七方面中，其軸線扭曲的複合管的兩端部連接在構造部件上，並且不讓複合管的兩端部與構造部件有相對移動。
因此，限制了複合管在其軸線方向上的伸長，當複合管的一部分受到衝擊負荷並且被壓縮時，複合管不能在其軸線方向上逃離或者伸長，因而能量吸收特性曲線具有急速的負荷上升並近似於矩形。即它可以吸收大量的能量而只有小量的有效位移。
在本發明的第七方面中，通過至少改變複合管或者金屬管的扭曲角度和扭曲間距長度中的一個，就可以改變能量吸收特性。
由於通過改變複合管的扭曲角度和扭曲間距長度就可以簡單地改變能量吸收特性，因而可以按應吸收能量的部位或者車種來選擇具有合適能量吸收特性的複合管。
在本發明的第七方面中，複合管通常具有多角截面形狀，並且複合管可以粘結到內裝飾材上。
在受到衝擊負荷的內裝飾材上粘接複合管的結果是增加了複合管的表觀板厚。因此，可以獲得負荷上升急速的、近似於矩形的能量吸收特性曲線。此外，由於複合管具有多角截面形狀，複合管可以容易地粘接到內裝飾材上。
如果複合管粘接到內裝飾材上，通過至少改變複合管的粘接面積和粘接部位中的一個就可以改變能量吸收特性。
由於通過改變複合管的粘接面積和粘接部位就可以簡單地改變能量吸收特性，因而可以按應吸收能量的部位或者車種來選擇具有合適能量吸收特性的複合管粘接到內裝飾材上。
在本發明的第七方面中，構造部件是由支柱和邊框頂條構成，沿其軸線扭曲的複合管可以配置在支柱和邊框頂條之間相交的部位上。
在支柱諸如前支柱、中間支柱或者側支柱之類的支柱與邊框頂條的交接部，與前支柱和邊框頂條相比，在構造部件和內裝飾材之間形成的間隔要小，因此為吸收能量的有效長度也小。但是，由於沿其軸線扭曲的複合管可以獲得急速負荷上升的能量吸收特性，因此，即使是在小有效距離的交接部衝擊能量吸收機構也能有效地吸收衝擊能量。
依據本發明的第八方面，能量吸收體是一種由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，並且固定複合管使其在受到衝擊負荷時，可以沿其軸線方向伸長。
複合管由金屬箔芯材和層疊在該芯材的表裡兩面的薄片所構成，容易變形。當受到衝擊負荷的複合管的部分產生壓縮變形時，整個複合管沿其軸線伸長。由於固定複合管允許其沿軸線方向伸長，當複合管產生壓縮變形時複合管沿軸線方向伸長，並且其表觀厚度減少。因此，可以調節能量吸收特性使得在位移增加時負荷緩慢減少。
在本發明的第八方面中，固定複合管使其在軸線方向的伸長達到預定量後，軸線方向的伸長受到限制。
因此，在一衝擊負荷下，複合管在軸線方向的伸長達到預定量。在複合管伸長時，負荷下降，然後複合管的伸長受到限制。因此，可以獲得具有兩個峰值的能量吸收特性曲線，使得平均負荷減少。
在本發明的第八方面中，複合管具有多角截面形狀，並且粘接到內裝飾材上。
在受到衝擊負荷的內裝飾材上粘接複合管的結果是增加了複合管的表觀板厚。因此，可以獲得負荷上升急速的、近似於矩形的能量吸收特性曲線。此外，由於複合管具有多角截面形狀，複合管可以容易地粘接到內裝飾材上。
在本發明的第八方面中，通過至少改變複合管的粘接面積和粘接部位中的一個就可以改變能量吸收特性。
由於通過改變複合管的粘接面積和粘接部位就可以簡單地改變能量吸收特性，因而可以接應吸收能量的部位或者車種來選擇具有合適能量吸收特性的複合管粘接到內裝飾材上。
通過根據附圖對最佳實施例的說明，可以進一步呈現出本發明的目的、特徵和優點。以下是附圖的簡要說明，在此，相同的符號表示相同的元件。
圖1為表示可以適用本發明的衝擊能量吸收結構的車身上部(前支柱)的垂直截面圖；圖2為表示可以適用本發明的衝擊能量吸收結構的車身上部(邊框頂條)的水平截面圖；圖3為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的實施例的、沿軸線方向截取的平面的放大截面圖；圖4為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的實施例的透視圖；圖5為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的、沿軸線方向截取的平面的放大截面圖；圖6為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的、沿軸線方向截取的平面的放大截面圖；圖7為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖8為表示複合管安裝在車身上部上的狀態的側視圖；圖9為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖10為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的、沿軸線方向截取的平面的放大截面圖；圖11為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的側視圖；圖12為表示圖11所示的複合管上改變了凸部間距的側視圖；圖13為表示複合管安裝在車身上部上的狀態的側視圖；圖14為表示圖13所示的複合管的放大側視圖；圖15為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖16為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；
圖17為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的側視圖；圖18為表示圖17所示的複合管的作用的模式圖；圖19為表示通常的複合管的作用的模式圖；圖20為表示複合管安裝在車身上部上的狀態的側視圖；圖21為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖22為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖23為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的側視圖；圖24為表示複合管安裝在車身上部上的狀態的側視圖；圖25為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的側視圖；圖26為表示使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的複合管的另一實施例的側視圖；圖27A和27B為表示圖25所示的複合管的作用的模式圖；圖28為表示圖29所示的本發明的能量吸收體的主要部分、沿軸線方向截取的能量吸收體的一部的平面的放大截面圖。
圖29為表示能量吸收體的透視圖；圖30為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖31為表示作為能量吸收體的複合管的芯材和表面材在其成形為複合管之前的截面圖；圖32為表示圖31所示的芯材和表面材成形為複合管、沿軸線方向截取其一部的平面的放大截面圖；圖33為表示圖32所示複合管的表面材的放大截面圖；圖34為表示能量吸收的特性曲線的圖表；圖35為表示能量吸收的特性曲線的圖表；圖36為表示能量吸收的特性曲線的圖表；圖37為表示複合管的表面材的一實施例的截面圖；圖38為表示複合管的表面材的另一實施例的截面圖；圖39為表示複合管的表面材的另一實施例的截面圖40為表示為適用本發明車身上部的衝擊能量吸收結構的最佳的車身構造部件的透視圖；圖41表示為使用在本發明車身上部的衝擊能量吸收結構中的能量吸收體的另一實施例的透視圖；圖42為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖43為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖44為表示衝擊能量吸收結構的、說明粘接部位的截面圖；圖45為表示衝擊能量吸收結構的、說明粘接條件不同於圖44的粘接部位的截面圖；圖46為表示衝擊能量吸收結構的、說明粘接條件不同於圖44和圖45的粘接部位的截面圖；圖47為表示說明粘接部位的截面圖；圖48為表示說明粘接條件不同於圖47的粘接部位的截面圖；圖49為表示可以適用本發明車身上部的衝擊能量吸收結構的部位、車身前部的截面圖；圖50為表示可以適用本發明車身上部的衝擊能量吸收結構的部位、車身上部整體的截面圖；圖51為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖52為表示固定圖4、29或41所示的能量吸收體的裝置的透視圖；圖53為表示圖52所示的固定能量吸收體的裝置的截面圖；圖54為表示固定圖4、29或41所示的能量吸收體的另一裝置的透視圖；圖55為表示圖53所示的固定能量吸收體的裝置的截面圖；圖56表示圖4、29或41所示的能量吸收體的一部分、在能量吸收體變形和伸長之前的狀態的截面圖；圖57表示圖4、29或41所示的能量吸收體的一部分、在能量吸收體變形和伸長之後的狀態的截面圖；圖58為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖59為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖60A、60B和60C為分別表示圖4、29或41所示能量吸收體變形後的狀態的不同狀態的截面圖；圖61為表示負荷-位移的能量吸收的特性曲線的圖表；圖62A和62B為表示圖45和46所示能量吸收體的作用的模式圖。
以下參照附圖詳細說明本發明的最佳實施例。
圖1和2示出了本發明的衝擊能量吸收結構。
圖1中截面圖所示的衝擊能量吸收結構吸收在由車身構造部件10、在構造部件10的內方並相隔一定間隔配置的內裝飾材(支柱裝飾)12和配置在構造部件10和內裝飾材12之間的間隔內的能量吸收體14所構成的車身上部上的衝擊能量。在圖1所示的衝擊能量吸收結構中，構造部件10為前支柱，由內面板16、外面板18和增強面板20所構成。各面板的邊緣相互重疊連接在一起以形成一封閉截面形狀。
圖2中截面圖所示的衝擊能量吸收結構吸收在由車身構造部件22、在構造部件22內並相隔一定間隔配置的內裝飾材(車頂襯裡)24和配置在構造部件22和內裝飾材24之間的間隔內的能量吸收體26所構成的車身上部上的衝擊能量。在圖2所示的衝擊能量吸收結構中，構造部件22為邊框頂條，由內面板28和外面板30所構成。各面板的邊緣相互重疊連接在一起以形成一封閉結構。
即使構造部件是不同於上述部件的部件，例如為中支柱、側支柱、前頂蓋、後頂蓋等，通過在構造部件和在構造部件向內隔開的內裝飾材之間的間隔內配置能量吸收體，也可以實現本發明的衝擊能量吸收結構。在該結構中，如圖1所示的能量吸收體14或如圖2所示的能量吸收體26那樣，可以根據所配置的位置確定能量吸收體的適當的形狀。以下並不一定限於能量吸收體14的形狀或者能量吸收體26的形狀，而是以一典型的能量吸收體來說明本發明。
以下參照圖3和4說明作為本發明的能量吸收體的複合管的基本結構。
如圖3的截面圖和圖4的透視圖所示，複合管40由金屬箔的芯材42和在該芯材42的表裡兩面層疊的金屬以外材料的薄片44所構成。金屬箔芯材42和薄片44由粘接劑相互固定在一起。通過變形芯材42和薄片44使得複合管40在其軸線方向連續具有凸部48和凹部46來形成複合管40。
芯材42由硬質的鋁箔構成，薄片44由牛皮紙構成。鋁箔的厚度至少有0.05mm並且其寬度至少30mm。牛皮紙薄片的厚度至少有0.2mm並且其寬度至少30mm。芯材42也可以由不鏽鋼箔或者鎂合金箔等所構成。薄片44也可以由樹脂等所構成。在圖4所示的複合管中，凸凹部以螺旋狀延伸。不採用這種螺旋結構，也可以採用一凹部46圍繞管的外周延伸並形成完整的環，而相鄰該凹部46，分別獨立的兩凸部48圍繞管的外周延伸並形成完整的環的環結構。
以下將說明本發明的各種實施例。在這些實施例中，構造部件與圖1或2所示的相似，而作為能量吸收體使用的複合管也和圖3和4所示的基本結構相同。
參照圖5-9說明本發明的第一實施例。
如圖5所示，複合管50的外周表面的一部分由粘接性的被覆材料52所覆蓋。複合管50的外周表面也可以由被覆材料52在整個長度的管上覆蓋。也可以部分由被覆材料52覆蓋複合管50，例如在中心部位或者端部。進一步，被覆材料52可以在複合管50周面的整個長度上延伸，或者僅僅在複合管50周面的一部分長度上延伸。因此，如果複合管50具有圖4所示的四邊形的外形截面，可以只覆蓋四個邊的一個邊，即，僅複合管50周面長度的一部分由被覆材料52覆蓋。
被覆材料52可以採用丙稀酸樹脂、環氧樹脂或者其他種類的樹脂。被覆材料52可以用刷子塗覆或者用噴嘴噴灑等方法進行被覆。在由被覆材料52所覆蓋的部分複合管50中，凸部48由被覆材料52相互粘接在一起，因此所被覆的部分變硬並且抑制複合管50在軸線方向的變位。進一步，在複合管50被覆蓋的部分中，與複合管50軸線相交方向的壓縮阻力增加。相反，在沒有被覆蓋的部分，即原來的複合管50的部分，仍保持了複合管50本來的特點，為此複合管50的未被覆部分為軟質。因此，如果複合管50的未被覆部分在與複合管50軸線相交的方向受到壓縮負荷，在未被覆部分的相鄰的凸部48將在軸線方向產生變位。這樣，由被覆材料52所覆蓋的複合管50部分和未被覆部分在表觀厚度d和與複合管50軸線相交的方向抵抗壓縮的阻力上相互之間呈現不同，從而可以這樣調節複合管50的能量吸收特性。
例如，如果複合管50將其兩端用自攻螺釘等固定到車身上部的構造部件上，衝擊負荷從斜下方指向斜上方作用到複合管50上，這時，複合管50則向上方突出彎曲，使得負荷的上升變得相對緩和。然而，如果如本實施例那樣由被覆材料52覆蓋複合管50，則可以抑制複合管的彎曲，達到負荷的急速上升。
為了通過改變被覆材料52的覆蓋位置和覆蓋厚度調節能量吸收特性，被覆材料52可以僅在圖5所示的複合管50的外周面、或者僅在內周面，或者在圖6所示的複合管50的外周面和內周面的兩面上沿整個長度或者複合管50的部分長度上進行覆蓋。在複合管50的外周面和內周面的兩面上覆蓋被覆材料52時，複合管50的表觀板厚進一步增加，同時抵抗由壓縮產生的軸線方向的伸長的阻力也進一步增加。其結果，能量吸收特性可以達成負荷的急速上升。通過將複合管50浸泡在含有被覆材料52的浴槽中，就可以簡單地在複合管50的外周面和內周面的兩面上沿整個長度覆蓋被覆材料52，因此有利於表面處理。這樣的處理也可以應用到以下說明的其它實施例上。
圖7為表示不同複合管的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線的圖表。和沒有覆蓋被覆材料的複合管的能量吸收特性曲線41(虛線)相比較，分別具有被覆材料52的複合管的能量吸收特性曲線43(單點線)和45(雙點線)在小量位移S呈現負荷F的急速上升。雙點線45所示的複合管的被覆材料52的厚度比單點線43所示的複合管的被覆材料52的厚度要厚。如圖所示，較厚的被覆材料52(雙點線45)和較薄的被覆材料52(單點線43)相比，負荷F更急速上升而位移S則更小。
在圖8所示的結構中，複合管50在由交叉陰影所示的前端部54具有被覆材料52，而在複合管50的其它部位58上沒有被覆材料52。複合管50安裝在車身上使得其前端部54處於前支柱56和邊框頂條60之間相交的部位。正如圖9所示的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線表明，處於鄰近相交部位的複合管50的端部54的能量吸收特性曲線53比複合管50的其它部位58的能量吸收特性曲線51呈現負荷F更急速的上升和更小量的位移S。在前支柱56和邊框頂條60之間相交的部位，構造部件和內裝飾材之間的間隔太小，難於提供足夠大的位置空間配置能量吸收體。然而，通過讓由被覆材料52覆蓋的端部54處於相交部位來配置複合管52，即使在窄小間隔的相交部位也能提供足夠的能量吸收。
如上所述，根據所希望或所要求的能量吸收特性曲線，在複合管50上覆蓋粘接性被覆材料。在此，「所希望或所要求的能量吸收特性曲線」是指如圖7和9的能量吸收特性曲線43、45、53所表示的，與沒有進行被覆材料覆蓋的相比，改善了的能量吸收特性曲線。「所希望或所要求的能量吸收特性曲線」也是指使得因受到其它原因的影響而失去了本來的能量吸收特性的複合管恢復到本來的特性。
在寒冷時在車廂內和車廂外之間存在著大的溫差，複合管50會由於結露而粘附水分。如果在複合管50的上面，即外周面的薄片44由紙製成時，在圖10所示的凹部46中將粘附水滴62使得薄片44膨脹。其後水滴蒸發，則薄片44變幹。可以發現由於複合管的薄片44的反覆膨脹和乾燥過程將使得複合管的屈服應力降低5-10％。通過在複合管50的外周面上覆蓋被覆材料52可以防止這樣的屈服應力降低。又，如果水62在凹部46內結冰，由結冰引起的體積膨脹將產生複合管50軸線方向的力並施加在複合管50上。其結果，複合管50的凸部48將受到沿軸線方向的擴張的力，從而減少複合管50的表觀板厚d，引起能量吸收特性具有負荷的緩和上升。通過在複合管50的外周面上覆蓋被覆材料52可以防止該問題。
參照圖11和12的透視圖、圖13和14的側視圖、圖15和16的能量吸收特性曲線說明第二實施例。複合管70和複合管50採用同樣的材料形成相同的結構。將複合管70彎曲使得與構造部件72、74的形狀一致。構造部件72為邊框頂條，構造部件74為中支柱。
複合管70如上述彎曲後形成兩個直條部76和一個在直條部76相交處的彎部77。彎部77具有一個曲率小的外周面78和一個曲率大的內周面79。直條部76的間距，即相鄰兩凸部或者凹部之間的距離，仍然相同。然而，減少了曲率的外周面78的間距P1大於直條部76的間距P。增加了曲率的內周面79的間距P2小於直條部76的間距P。因此，減少了曲率的外周面78上的表觀板厚變得小於直條部的表觀板厚，外周面78容易變形，並且軟。增加了曲率的內周面79的表觀板厚變得大於直條部的表觀板厚，內周面79難於變形並且硬。為了減輕該問題，複合管70在減少了曲率的外周面78處通過由被覆材料覆蓋外周面78得到加強，而在增加了曲率的內周面79處通過在內周面79上形成槽80使得複合管70減弱。
如圖15的負荷(F)-位移(S)能量吸收特性曲線所示，直條部76的能量吸收特性73和具有在外周面處增強而在內周面處減弱的彎曲部77的能量吸收特性71具有基本相同的能量吸收特性。相比之下，如果彎曲部77的周面沒有一面進行減弱或者增強，如圖16的能量吸收特性曲線所示，彎曲部77的能量吸收特性73與直條部76的能量吸收特性71相比變得更不穩定。
以下參照圖17-27說明第三實施例。
參照圖17的側視圖，複合管90在其外周面上覆蓋了粘接性被覆材料92。特別是，在複合管90的軸線方向預定間隔的多個部位在其外周面上具有粘接性被覆材料92。即，複合管90具有沿圖17的箭頭A所指的軸線方向上交替配置的硬部C和軟部D。每個硬部C在軸線方向的長度可以設定為大約1cm到5cm。每個軟部D在軸線方向的長度可以設定為大約5cm到15cm。交替的硬部C和軟部D的形成也可以通過在整個長度的複合管90上先形成一薄的粘接性被覆材料層，然後在軸線方向預定間隔複合管90的覆蓋部位上形成厚的粘接性被覆材料層來完成。
如果一壓縮負荷F沿與軸線方向A垂直的方向B作用在複合管90上，由軟部D的壓縮引起的在軸線方向上伸長將受到硬部C的限制。因此，在複合管90的一處產生的壓縮變形難以傳播到遠隔變形部位的其它部位上。即，如圖18的模式圖所示，如果壓縮負荷F發生，複合管90將在壓縮負荷F作用的部位94處變形，但是遠離壓縮負荷的複合管90的其它部位95仍然保持壓縮負荷發生前的狀態。因此遠離壓縮負荷的部位95在之後受到壓縮負荷F時仍可以變形並吸收能量。相比之下，如圖19所示，在沒有在軸線方向交替配置硬部和軟部的通常的複合管96的情況下，一旦複合管96受到壓縮負荷，整個複合管96將變形(在一個廣範圍)。因此，如果複合管96的遠離壓縮負荷的部位在之後又受到壓縮負荷時，則難以吸收足夠量的能量。
在圖20的側視圖所示結構中，複合管90安裝在前支柱104和邊框頂條102之間相交處。如果負荷F作用在複合管90的前部98，將呈現圖21的曲線103(實線)所示的負荷(F)-位移(S)能量吸收特性。這之後，如果負荷F又作用在複合管90的後部100，將呈現圖21的曲線101(單點線)所示的負荷(F)-位移(S)能量吸收特性。圖21中陰影線所示部分106表示如果後部100仍未變形時可以附加吸收的能量的量，即當負荷施加到複合管90的前部98所產生後部的變形所引起的能量吸收的損失。即複合管90的能量損失相當小。相比之下，在通常的複合管96的情況下，如圖22所示，當負荷作用在通常的複合管96的前部所呈現的能量吸收特性曲線107(實線)和之後負荷又作用在通常的複合管96的後部所呈現的能量吸收特性曲線105(虛線)之間所形成的陰影區域108表明這種損失將大幅度增加。
雖然在上述的說明中，複合管為通常的四角形截面的角筒狀，複合管的截面形狀也可以是其它的多角形，例如五角形、六角形等。複合管的截面形狀也可以是圓形或者橢圓形。
圖23的側視圖所示的複合管110和複合管90相同，在複合管110的軸線方向交替配置有硬部C和軟部D。此外，複合管110在硬部C和軟部D之間的交界處設置有槽112。如圖18所述的那樣，硬部C可以減少由於複合管110的壓縮變形在軸線方向上的伸長，而通過設置槽112可以進一步增強其效果。
如圖24的側視圖所示，複合管110安裝在前支柱104和邊框頂條102之間相交處。如果壓縮負荷F作用在複合管110的前部上之後，又有壓縮負荷F作用在其後部上，複合管110將呈現和圖21相同的負荷-位移的能量吸收特性。然而，由於在複合管110上設置了槽112，將進一步抑制在軸線方向上的伸長。其結果，能量吸收的損失將小於圖21所示的損失106。
參照圖25和26所示的側視圖，複合管120、130分別在其中央部位的硬度不同於其它部位的硬度。在每個管的軸線方向上不同的硬度可以通過改變用粘接性被覆材料覆蓋在各個部位的外周面上的方法來實現。在圖25所示的複合管120中，軸線方向的中央部位為軟部D，而其它部分為硬部C。相反，在圖26所示的複合管130中，軸線方向的中央部位和兩端部為硬部C，而由3個硬部C所夾的兩部分為軟部D。槽122將設置在複合管120、130的硬部C和軟部D的交界處。
參照圖27A和27B的模式圖，複合管120受到與軸線垂直方向的負荷F時將壓縮變形並吸收所需的能量。然而，當負荷f沿圖27A所示的軸線方向上作用時，即使是小負荷f，如圖27B所示，複合管120也容易在位於中央部位的軟部D處彎曲。因此，複合管120成為在與軸線相交的壓縮方向的強度和軸線方向(順向性)具有不同強度的衝擊能量吸收結構。複合管130受到與軸線垂直方向的負荷F時將壓縮變形並吸收所需的能量。當負荷沿軸線方向上作用時，複合管130容易在硬部C和軟部D的交界處軟部一側彎曲。複合管130的負荷對位移的能量吸收特性和複合管120基本上相同。
參照圖28-36說明本發明的第四實施例。在本實施例中作為能量吸收體使用的複合管與圖3和4的基本結構實質上相同。在第四實施例中，複合管140的表面材144由其動摩擦係數接近靜摩擦係數、即開始滑動時的最大靜摩擦係數的材料構成。
在本實施例中，表面材144雖然可以由下述的一種材料構成，通常情況下，通過形成一種微細不均勻結構，即在表面上形成有微小的凹凸，或者由特殊的被覆材料覆蓋表面等，使得表面材144的動摩擦係數儘可能地接近靜摩擦係數。
如圖28所示，複合管140具有相鄰凸部148(凹部146)之間的間距P、實際厚度d和表觀厚度D。可以發現，通過改變間距、實際厚度和表觀厚度的任一個就可以改變複合管的負荷對位移的能量吸收特性。而且，依據本發明，表面材144的大的動摩擦係數可以調節負荷的上升和負荷的峰值。
複合管140通常按如下方法生產，即芯材142和層疊在芯材表裡兩面的表面材144卷繞在錠子上形成圓筒體，然後將該圓筒體通過輥模之間的間隙形成預定間距的凸部和凹部。之後，如果由必要，可以將管子成形為圖29所示的稜形。複合管140的實際厚度d由所選的芯材142和其表裡兩面的表面材144所確定。間距P和表觀厚度D由所選的通過圓筒體的輥模所確定。靜摩擦係數由所選的表面材144所確定。在本方法中，可以獲得具有預定能量吸收特性的複合管。
圖30的曲線表示具有相同實際厚度d、相同表觀厚度D相同間距P但具有不同動摩擦係數的表面材的三種複合管150、152、154的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。在圖30中，表示複合管被完全壓縮之前的由各複合管所吸收的能量的量。表面材的動摩擦係數按複合管154、複合管152和複合管150的順序減少。當負荷F出現時，在到達形狀保持臨界點156之前，各個複合管的反作用負荷隨位移的增加以相同的斜率增加。該斜率由150a表示。向上到形狀保持臨界點156前，各個複合管將產生以下的變化。即，各個複合管由負荷F壓縮而改變其截面形狀。由於截面形狀的變形，迫使各個表面材144在與表面材144相鄰並在內周側對面的交界143和與表面材144相鄰並在外周側對面的交界145處沿軸線方向輕微脹出並且密接，而產生滑動阻力。由於該滑動阻力，基本上保持了表觀厚度，因此不會在軸線方向上產生進一步的位移，從而保持截面形狀的狀態。
當負荷增加達到基於滑動阻力的形狀保持臨界點156時，由於複合管150在三個複合管的表面材中具有最小的動摩擦係數，如線段150b所示，複合管150的反作用負荷開始下降，而在複合管152、154中，由於其大的滑動阻力，其反作用負荷基本上仍然保持在一常值152a。更明確地說，在複合管150中，在較早的時刻，表面材144摺疊部分之間就開始產生滑動，因此複合管開始變形。而在複合管152、154中，表面材144的滑動還未開始，因此複合管的變形也沒有開始。在進一步位移預定量後，由於複合管152的表面材具有第二小的動摩擦係數，當達到基於滑動阻力的複合管152的形狀保持臨界點152b時，複合管152的反作用負荷開始象線段152c那樣逐步下降。而複合管154在三個複合管中具有最大的動摩擦係數，由於具有大的滑動阻力，因而仍保持一常反作用負荷值154a。在進一步位移預定量後，當達到基於滑動阻力的複合管154的形狀保持臨界點154b時，複合管154的反作用負荷開始象線段154c那樣逐步下降。在圖30的曲線中，即使三個複合管具有相同的實際厚度d、相同的表觀厚度D和相同的間距P，仍然在三個複合管之間產生位移差S1、S2。這是因為，在圖中，為了表示能量吸收的量，由每個複合管的表觀厚度的減少引起的伸長所導致的位移量被包含在每個複合管的整個位移量中。
在圖30所示的特性曲線中，反作用負荷的峰值151首先出現，然後達到形狀保持臨界點156。即使複合管的形狀保持，當反作用負荷達到該形狀下的表觀厚度所確定的峰值時，整個複合管開始變形。其結果，在反作用負荷逐步下降的期間達到形狀保持臨界點156，使得表面材144對面的部分之間產生滑動。因此，根據表面材的動摩擦係數的大小，也會出現首先達到形狀保持臨界點，然後達到峰值的情況。
圖31為表示成形之前的複合管160的管壁的截面圖。圖32和33為表示複合管160的管壁的截面圖。複合管160由芯材162和層疊並粘接在芯材162的表裡兩面的表面材164所構成，在複合管160的軸線方向連續成形凸部和凹部。在各個表面材164的遠離芯材162的那一表面上，即不與芯材162粘接的那一表面，形成為具有微小凹凸的鏈扣面166。在本實施例中，在表面材164中使用Microfastener(微鏈住友3M的商標)。鏈扣的平坦面粘接在芯材162上，而在遠離芯材162的一邊露出鏈扣面166。但鏈扣面166與另一鏈扣面面接時，相互之間幹涉並形成暫時固定，以便產生大的滑動阻力。此外，通過改變鏈扣面166單位面積上鏈扣的密度，或者改變鏈扣面166的長度，或者鏈扣面166上凸部的高度h，可以調節負荷-位移的能量吸收特性。
圖34為表示負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線。當複合管160的截面形狀由於負荷在與管子軸線相交的方向作用而產生輕微變形時，在特性曲線的點170a處，鏈扣面相互幹涉並相互成暫時固定。隨後，負荷急速增加並達到峰值，之後截面形狀保持，形成線段170b呈現的特性。由於鏈扣面166之間的阻力大，特性線段170b對於一定量的位移變化基本上保持水平。在達到形狀保持臨界點170c後，鏈扣面166從固定狀態下釋放，因此截面形狀開始變形。由於在管軸線方向上的伸長，形成線段170d所示的特性。圖34的陰影區域表示由於鏈扣面166所增加的滑動阻力而附加吸收的能量的量。
圖35的曲線表示鏈扣面166具有相同實際厚度、相同表觀厚度和相同長度但鏈扣面166的單位面積鏈柱密度不同的複合管180、182、184的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。鏈扣面166上單位面積的鏈柱密度按複合管180、複合管182和複合管184的順序減少。隨著單位面積上的密度的增加，峰值越高，負荷上升越急速。由於設置了鏈扣面166所產生的負荷加速點186隨鏈扣面166的密度越大越提早出現。而鏈扣面166從暫時固定狀態釋放，負荷發生降低的點188，隨鏈扣面166的密度越大越延遲出現。
圖36的曲線表示鏈扣面具有相同實際厚度、相同表觀厚度和相同鏈扣面166的單位面積鏈柱密度但具有不同鏈扣面166的長度的複合管190、192、194的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。鏈扣面166的長度按複合管190、複合管192和複合管194的順序減少。隨著鏈扣面166的長度的增加，峰值越高，負荷上升越急速。由於設置了鏈扣面166所產生的負荷加速點196隨鏈扣面166的長度越大越提早出現。而分別在複合管190、192、198的負荷加速點196出現的負荷基本相同。而鏈扣面166從暫時固定狀態釋放，負荷發生降低的點198，隨鏈扣面166的長度越大越延遲出現。鏈扣面166的長度越長，峰值越高，這是因為由此引起的實際厚度和表觀厚度的增加而產生ΔF的負荷增加。鏈扣面166的長度越短，有效變位越長，這是因為鏈扣面166的長度越短，軸線方向的伸長ΔS越大。
參照圖37-40說明本發明的第五實施例。在本實施例中作為能量吸收體使用的複合管的基本結構與圖3和4基本上相同。
在圖37的截面圖所示的表面材200由以聚脂片202為支撐體的矽橡膠片204構成。在聚脂片202上粘貼丙稀酸系的粘接劑層207，並臨時覆蓋上剝離紙208。使用表面材200時，將剝離紙208剝去，而將粘接劑層207粘接在芯材上，從而把表面材200層壓在芯材上。該表面材200是商用Scotch矽橡膠帶(住友3M的商標)的商品。由於膠帶有聚脂的支撐體202，因而不會有伸縮，並且容易層壓。該表面材200的靜摩擦係數相對於氈製品為1.2，而相對於拷貝用紙為2.1。動摩擦係數相對於氈製品為1.2，而相對於拷貝用紙為1.9。
在圖38的截面圖所示的表面材210具有聚氨脂薄片212，在聚氨脂薄片212上粘貼丙稀酸系的粘接劑層214，並臨時覆蓋上剝離紙216。使用表面材210時，將剝離紙216剝去，而將粘接劑層214粘接在芯材上，從而把表面材210層壓在芯材上。該表面材210是商用高保護膠帶SJ8591/SJ8592(住友3M的商標)的商品。該膠帶具有極好的耐氣候性。
在圖39的截面圖所示的表面材220具有丙稀酸薄片222，在丙稀酸薄片222上粘貼丙稀酸系的粘接劑層224，並臨時覆蓋上剝離紙226。使用表面材220時，將剝離紙226剝去，而將粘接劑層224粘接在芯材上，從而把表面材220層壓在芯材上。該表面材220是商用#9638易伸膠帶(住友3M的商標)的商品。該膠帶非常容易伸長。
如圖40所示，由複合管構成的能量吸收體可以配置在象前支柱230和邊框頂條234的結合部232那樣的特殊的位置。前支柱230和邊框頂條234為圖40所示的2維彎曲，而且也向圖紙面垂直的方向彎曲，即前支柱230和邊框頂條234為3維彎曲。另一方面，而作為內裝飾材的頂襯不會忠實地沿著支柱230和邊框頂條234的形狀成3維彎曲。因此，應配置衝擊能量吸收體的空間的大小則為各式各樣。能量吸收體由複合管構成，容易彎曲，並且能量吸收特性可以通過改變表觀厚度調節。因此，可以按照空間的大小合適地配置可以吸收能量的能量吸收體。
參照圖41-51說明本發明的第六實施例。在本實施例中作為能量吸收體使用的複合管的基本結構與圖3和4基本上相同。
在圖41的透視圖所示的能量吸收體240由沿軸線扭曲的複合管構成。
扭曲的複合管240配置成按照圖41的箭頭A所示的方向承受衝擊負荷。
圖41所示的複合管240具有扭曲間距P。通過改變扭曲間距P，可以調節複合管240的能量吸收特性。圖42表示了沒有扭曲的複合管250和扭曲的複合管252、254、256的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線。扭曲的複合管252、254、256的負荷上升比沒有扭曲的複合管250要急速。扭曲間距P的長度按照複合管252、複合管254、複合管256的順序減少。因此，圖中表明，隨著扭曲間距P的減少，負荷上升變得急速，而位移變小。
可以發現，隨著複合管240的扭曲角度的增加，負荷上升變得急速，而位移變小。因此，通過改變複合管240的扭曲角度和扭曲間距P中的至少一個，就可以改變複合管240的能量吸收特性曲線。這種變化是連續的，因而可以通過改變扭曲量(扭曲角度、扭曲間距P等)來細微地調節能量吸收特性曲線。
由於複合管240具有圖41所示的四角形截面，複合管240可以容易地粘接到內裝飾材上。特別是，當層疊在複合管240的芯材42(圖3)的表裡兩面上的片材44由紙作成時，容易將複合管240粘接在內裝飾材上，並且可以達到高粘接強度。進一步，如果預先將複合管240粘接到內裝飾材上，即將複合管240粘接到內裝飾材上作為一預裝配工序，這樣就容易將複合管240和內裝飾材裝配在車身上。
圖43分別表示以三種不同的方法安裝複合管240的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線258、262、264。特性曲線258為表示如圖44所示的、將複合管240以完全自由的方式(沒有粘接)裝配在剛性壁(結構件)274和板材(內裝飾材)272之間時的情況。特性曲線262為表示如圖45所示的、用粘接劑276將複合管240的整個面粘接到剛性壁274上時的情況。特性曲線264為表示如圖46所示的、用粘接劑276將複合管240的整個面粘接到板材272上時的情況。在三條特性曲線中；自由狀態(未粘接)的複合管240的特性曲線258具有小的或者遲緩的負荷上升，以及最大的位移。粘接到到剛性壁274上的複合管240的特性曲線262的負荷上升和自由狀態的複合管240的特性曲線258相同，然後保持在最大負荷，而位移小於自由狀態的複合管240的特性曲線258。粘接到板材272上的複合管240的特性曲線264具有比其它兩個更急速的負荷上升，和與粘接到剛性壁274上的複合管240的特性曲線262相同的位移。由此表明，通過將複合管240粘接到結構件或者內裝飾材上，可以獲得急速的負荷上升和較小的位移的能量吸收特性。
在將複合管240粘接到內裝飾材上時，通過改變複合管40的粘接面積和粘接位置中的至少一個，就可以改變能量吸收特性。
當粘接面積增加，由內裝飾材提供的複合管40的抑制力也增加，因此負荷上升變得急速。而且複合管軸線方向上的伸長隨粘接部位是在複合管的端部還是在中間位置而改變，因此根據粘接部位也可以改變負荷上升。進一步，根據粘接劑280是塗在複合管240的兩處，即如圖47所示塗在橫斷管軸線的管截面的兩端部，還是塗在複合管240的三處，即如圖48所示塗在橫斷管軸線的管截面的兩端部和中間位置的不同，可以改變粘接面積，從而改變負荷的上升。
如果結構件是由圖49所示的前支柱286和邊框頂條284構成，複合管240可以配置在前支柱286和邊框頂條284之間相交的部位281。同樣，複合管240也可以配置在圖50所示的相交部位，即中支柱288和邊框頂條284之間相交的部位，或者側支柱290和邊框頂條284之間相交的部位。
圖51表示負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線。如果複合管沿前支柱286配置，由於在前支柱286允許大的位移，可以設置成如曲線285所示的緩負荷上升和大位移的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。如果複合管配置在前支柱286和邊框頂條284之間相交的部位281，由於在相交部位281的有效位移長度短，需要設置成如曲線287所示的急速負荷上升和小位移的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性。從上述說明表明，沿軸線扭曲的複合管240，可以滿足配置在相交部位281的這種需要。此外，如圖50所示，同樣在中支柱288和邊框頂條284之間相交的部位，或者側支柱290和邊框頂條284之間相交的部位的有效位移長度短，配置沿軸線扭曲的鋁管或複合管也是有用的。
參照圖52-62說明本發明的第七實施例。
如圖52的透視圖所示，本實施例的複合管240有兩個框帶300分布在管子的兩端部伸展。框帶300用於將複合管240安裝到結構件或者內裝飾材上。例如，如圖53所示，可以採用將與框帶300一體形成的鉤301嵌入到在結構件或者內裝飾材上形成的孔中的方式，將每個框帶300安裝到結構件或者內裝飾材上。用框帶300將複合管240固定在預定的位置上，但要不妨礙其在軸線方向上的伸長。這樣，在承受衝擊負荷時，複合管240伸長，即從圖56的截面所示的原始狀態變化到圖57的截面所示的伸長狀態，使得複合管240的表觀厚度變化(減少)，因而可以調節能量吸收特性。
如圖54、55所示，在複合管240的兩端部設置長孔302和與長孔302對面的相對大的插入孔305。從插入孔305用自攻螺釘303穿過長孔302將複合管240固定到結構件和內裝飾材上。每個長孔302的長度設定為在受到衝擊負荷複合管240伸長時孔的端部不會被自攻螺釘303所妨礙。自攻螺釘303固定的力需要調整到，在開始時限制複合管在軸線方向上的伸長，但一定時刻允許自攻螺釘303和長孔302之間的相對滑動。圖58表示負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線。曲線315表示採用框帶300固定複合管時的能量吸收特性。曲線317表示採用自攻螺釘303固定複合管時的能量吸收特性。採用自攻螺釘303固定複合管時，在位移範圍319內保持負荷不變，防止下落。具體講，採用自攻螺釘303固定複合管240時，由複合管240和相對部件之間的摩擦力抑制軸線方向上的伸長的期間，不會產生由軸線方向的伸長引起的負荷下落。
複合管240也可以按當複合管240在軸線上的伸長達到一預定量時，限制軸線上的伸長的方法進行固定。
再參照圖54和55，自攻螺釘303在長孔302的軸線方向的外側端處固定，即右側的長孔302在右端固定，左側的長孔302在左端處固定。自攻螺釘303固定的力需要調整到，在開始時限制複合管在軸線方向上的伸長，但一定時刻允許自攻螺釘303和長孔302之間的相對滑動。圖59表示負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線。在長孔302開始相對於自攻螺釘303滑動之前，負荷上升到峰值321。當在自攻螺釘303和長孔302之間相對滑動，複合管240伸長時，負荷如線段322所示減少。當自攻螺釘303到達長孔302的內側端時，複合管的伸長受到限制，因此，負荷再次上升並達到另一峰值323。這樣，可以獲得具有2個峰值的能量吸收特性。因此，可以減少平均負荷。
複合管240可以是多角形的截面形狀並粘接到內裝飾材上。這時，可以通過改變複合管240的粘接面積和粘接位置中的至少一個就可以改變能量吸收特性。
再參照圖43，它表明通過將複合管240粘接到內裝飾材上可以調節能量吸收特性。參照圖60A、60B和60C的截面進一步詳細說明，箭頭F所示的衝擊負荷施加到內裝飾材320之前複合管240的厚度t0是一定的(見圖60A)。當衝擊負荷F施加到內裝飾材320上，使得複合管240的一部分變形時，粘接在內裝飾材320的部分在軸線方向沒有伸長，因而保持了其厚度t0，而其它部分則由於在軸線方向上的伸長厚度從t0變到t1減少(圖60B)。當複合管240進一步變形，粘接在內裝飾材320的部分的厚度保持在t0，而其它部分則由於在軸線方向上的伸長其厚度從t1到t2減少(圖60C)。這樣，隨著位移的增加，複合管240的表觀厚度減少，因此複合管的未壓縮部分減少。因此，如圖61的負荷(F)-位移(S)的能量吸收特性曲線所示，粘接到內裝飾材320上的複合管240的特性曲線336與厚度為t0的金屬管的能量吸收特性曲線相比，其表觀位移要長t0-t2的長度。
當複合管240粘接到內裝飾材上時，能量吸收特性具有急速的負荷上升。如圖62A所示，在板厚為t0的複合管240配置在內裝飾材332和結構件330之間並粘接到結構件330上的情況下，在受到箭頭F所示的衝擊負荷時，在複合管240的截面變形之前，內裝飾材332的受壓面彎曲變形。這樣，負荷上升變得緩和。相反，如圖62B所示，在複合管240粘接到內裝飾材332上的情況，受壓面的表觀板厚t3為複合管240的板厚和內裝飾材的板厚之和，在截面變形之前的彎曲變形少。因此圖62B所示的結構中負荷上升變得急速。
在所有上述實施例中，電氣配線等都可以穿過複合管240。
以上雖然是參照目前可考慮到的最佳實施例來說明本發明，但本發明並不限定於上述實施例，相反，本發明可以進行各種變形和等效配置。
權利要求
1.一種車身上部的衝擊能量吸收結構，包括車身構造部件(10、22、104、102)、從構造部件向內隔開一定間隔配置的內裝飾材(12、24)和配置在構造部件和內裝飾材之間的間隔內的能量吸收體(14、26、50、90、110、120、130)，其特徵是所述能量吸收體是一種由金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的所述薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，在複合管的外周面和內周面中的至少一個由粘接性被覆材料(52)至少部分所覆蓋以形成部分被覆表面。
2.一種衝擊能量吸收體(14、26、50、110、120、130)，包括金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)，其特徵是將芯材和在芯材表裡兩面的所述薄片一起成形為使得能量吸收體在其軸線方向連續具有凸部和凹部，在能量吸收體的外周面和內周面中的至少一個由粘接性被覆材料(52)至少部分所覆蓋以形成部分被覆表面。
3.根據權利要求1所述的衝擊能量吸收結構或者權利要求2所述的衝擊能量吸收體，其特徵是所述部分被覆表面是按照所預定的能量吸收特性由粘接性被覆材料所覆蓋。
4.根據權利要求1所述的衝擊能量吸收結構，其特徵是所述構造部件由支柱(56、104)和邊框頂條(60、102)構成，能量吸收體上的被覆材料位於支柱和邊框頂條的相交部位上。
5.根據權利要求1所述的衝擊能量吸收結構或者權利要求2所述的衝擊能量吸收體，其特徵是所述能量吸收體具有多個由粘接性被覆材料覆蓋的部分(92)被覆表面，其相鄰的被覆表面在能量吸收體的軸線方向相隔預定的間隔。
6.根據權利要求5所述的衝擊能量吸收結構或者衝擊能量吸收體，其特徵是槽(112、122)被設置在由被覆材料所覆蓋的能量吸收體的部分和沒有被覆材料的能量吸收體的部分之間的交界處以及由被覆材料以一厚度所覆蓋的能量吸收體的部分和由被覆材料以不同於所述厚度的另一厚度所覆蓋的能量吸收體的部分之間的交界處中的至少一交界處。
7.根據權利要求6所述的衝擊能量吸收結構或者衝擊能量吸收體，其特徵是所述能量吸收體具有多角的截面形狀，在偏離能量吸收體角部的平面部上形成有至少一個槽。
8.根據權利要求1所述的衝擊能量吸收結構或者權利要求2所述的衝擊能量吸收體，其特徵是所述能量吸收體的中間部分的外周面和所述能量吸收體的中間部分的內周面中的至少一個由粘接性覆蓋材料所覆蓋，使得在軸線方向的中間部分的硬度不同於其它部分。
9.根據權利要求8所述的衝擊能量吸收結構或者衝擊能量吸收體，其特徵是在相互不同硬度部分之間的交界處設置由至少一個槽(112、122)。
10.一種車身上部的衝擊能量吸收結構，包括車身構造部件(72、74)、從構造部件向內隔開一定間隔配置的內裝飾材和配置在構造部件和內裝飾材之間的間隔內的能量吸收體(70)，其特徵是所述能量吸收體是一種由金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，彎曲複合管使其與構造部件的形狀基本吻合，並且對複合管的彎曲部分的小曲率部分實施強化處理，而對複合管的彎曲部分的大曲率部分實施弱化處理。
11.一種衝擊能量吸收體(70)，包括金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)，其特徵是將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得衝擊能量吸收體在複合管軸線方向連續具有凸部和凹部，彎曲能量吸收體使其與構造部件(72、74)的形狀基本吻合，並且對能量吸收體的彎曲部分的小曲率部分實施強化處理，而對能量吸收體的彎曲部分的大曲率部分實施弱化處理。
12.根據權利要求10所述的衝擊能量吸收結構或者權利要求11所述的衝擊能量吸收體，其特徵是所述小曲率部分由粘接性被覆材料覆蓋。
13.根據權利要求10所述的衝擊能量吸收結構或者權利要求11所述的衝擊能量吸收體，其特徵是所述大曲率部分至少有一個槽(80)。
14.一種衝擊能量吸收體(140、160)，包括金屬箔芯材(142、162)和層疊在該芯材的表裡兩面、由非金屬材料構成的表面材(144、164、200、210、220)，其特徵是將芯材和在芯材表裡兩面的表面材一起成形為使得能量吸收體在複合管軸線方向連續具有凸部和凹部，非金屬材料的表面材是一種表面材的動摩擦係數接近其靜摩擦係數的材料。
15.一種衝擊能量吸收結構，其特徵是權利要求14所述的能量吸收體配置在車身構造部件和內裝飾材之間的間隔內。
16.一種車身上部的衝擊能量吸收結構，包括車身構造部件、從構造部件向內隔開一定間隔配置的內裝飾材和配置在構造部件和內裝飾材之間的間隔內的能量吸收體(240)，其特徵是所述能量吸收體是一種由金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，並且複合管沿其軸線扭曲。
17.一種衝擊能量吸收體(240)，包括金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)，其特徵是將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得能量吸收體在其軸線方向連續具有凸部和凹部，並且能量吸收體沿其軸線扭曲。
18.根據權利要求16所述的衝擊能量吸收結構或者權利要求17所述的衝擊能量吸收體，其特徵是所述能量吸收體的兩端部固定在構造部件上，並且兩端部不能相對於構造部件移動。
19.一種車身上部的衝擊能量吸收結構，包括車身構造部件、從構造部件向內隔開一定間隔配置的內裝飾材和配置在構造部件和內裝飾材之間的間隔內的能量吸收體(240)，其特徵是所述能量吸收體是一種由金屬箔芯材(42)和層疊在該芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片(44)所構成的複合管，將芯材和在芯材表裡兩面的薄片一起成形為使得複合管在其軸線方向連續具有凸部和凹部，並且固定複合管使其在受到衝擊負荷時，可以沿其軸線方向伸長。
20.根據權利要求19所述的衝擊能量吸收結構，其特徵是固定衝擊能量吸收體使其在軸線方向的伸長達到預定量後，軸線方向的伸長受到限制。
21.根據權利要求16或19所述的衝擊能量吸收結構，或者權利要求17所述的衝擊能量吸收體，其特徵是能量吸收體具有多角截面形狀，並且將能量吸收體粘接到內裝飾材上。
22.根據權利要求16所述的衝擊能量吸收結構，其特徵是構造部件是由支柱(286)和邊框頂條(284)構成，能量吸收體和金屬管中的一個配置在支柱和邊框頂條之間相交的部位(281)。
全文摘要
提供一種可以在車身上部吸收衝擊能量的衝擊能量吸收體(14)。該吸收體配置在車身構造部件(10)和隔開該構造部件一定間隔的內裝飾材(12)之間。該能量吸收體是一種具有金屬箔芯材和層疊在芯材的表裡兩面、金屬以外的材料的薄片所構成的複合管。芯材和層疊在芯材的表裡兩面的薄片成形使得所構成的複合管在其軸線方向連續有許多凸部和凹部。為調節和控制能量吸收體的能量吸收特性,提高各種各樣的構成。
文檔編號B60R21/04GK1235106SQ9910627
公開日1999年11月17日 申請日期1999年5月7日 優先權日1998年5月8日
發明者高原勇, 加藤勝己 申請人:豐田自動車株式會社