汽車的保險槓橫杆的製作方法
2023-05-20 11:32:26
專利名稱：汽車的保險槓橫杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於增強汽車保險槓的保險槓橫杆。
背景技術：
通常來說，汽車保險槓由連接在車身上並維持保險槓強度的保險槓橫杆和連接在保險槓橫杆上以改善外觀的樹脂表面蒙皮構成。已經進行了努力來減輕保險槓橫杆的重量以降低燃料消耗，並且近年來在許多情況下保險槓橫杆均由輕合金製成。例如，如圖12的剖視圖所示的保險槓橫杆60是一個由鋁合金擠壓而成的保險槓橫杆的例子，其具有「兩個相鄰方形」截面的中空結構。換句話說，保險槓橫杆60包括相互平行的頂壁61和底壁62、正交於頂壁61和底壁62的平行側壁63和64，以及設置在中間以將側壁63和64分成二個部分的連接肋65。
在實際使用中，保險槓橫杆60通過側梁66安裝在車身67的前部或後部，側壁63在碰撞時構成了碰撞側側壁，其承受如圖中箭頭所示的來自左側方向的衝擊力F。因此，在構成「兩個相鄰方形」截面的結構的部件中，側壁63製成最厚。在圖12的例子中，頂壁61、底壁62和連接肋65形成為同一厚度，以提供一種能夠均等地承受並減輕來自圖中左側方向的衝擊力的結構。
為了減輕重量，這種保險槓橫杆由高強度的鋁合金或類似材料製成。保險槓橫杆通常與由發泡材料等製成的緩衝件相連，其表面被保險槓外罩所覆蓋。
當在汽車碰撞等時外部衝擊力作用在汽車上時，保險槓橫杆可通過其材料的塑性變形來吸收衝擊能量，從而避免損壞其它部件並同時保護汽車乘客的安全，因此，保險槓橫杆是一個重要的部件。
對於汽車的碰撞方式來說，應當注意到一種方式是牆式障礙物以較高的速度與保險槓橫杆的整個壁面相撞，還有一種方式是柱狀障礙物以較低的速度與保險槓橫杆的一部分壁面相撞。在許多前一方式的碰撞中，所涉及的碰撞能量很大，使得汽車乘客會受傷，並且使保險槓橫杆的固定件發生彎曲而受損。為了對付這一情況，希望保險槓橫杆能夠產生逐漸的變形和坍陷，以吸收較大的碰撞能量。另一方面，在許多後一方式的碰撞中，所涉及的碰撞能量很少會較大而使汽車乘客受傷並使保險槓橫杆的固定件受損。在這種情況下，希望這種保險槓橫杆具有較高的剛性以抵抗因碰撞載荷所引起的變形，而不是通過變形和坍陷來吸收碰撞能量。
要求保險槓橫杆的截面具有較高的彎曲剛性和在彎曲時具有吸收能量的能力，同時具有較輕的重量。例如在日本未審查的專利申請出版物No.8-80789(見第1頁；圖2)中提出了一種方案，其可通過改善保險槓橫杆的橫截面形狀來提高這些特徵。
這裡，所公開的保險槓橫杆由在其長度方向上均勻的矩形橫截面形狀的鋁合金型材製成，並在其朝向車身的壁面的兩端處安裝在車身上，從而具有相對於碰撞方向為垂直的壁面。在此保險槓橫杆中，處於車身側的鋁合金型材的兩個角部彎曲成具有曲率半徑R，R為壁厚的2.5倍或更大。
更具體地說，如圖13所示，所示保險槓橫杆70由包覆在保險槓外罩中的鋁合金型材製成，並具有通過側梁74支撐在車身72上的車身側壁面71a。上述鋁合金型材具有矩形的「兩個相鄰方形」的橫截面形狀，其在長度方向上是均勻的，並且包括一對水平肋71b和71b、與水平肋71b和71b的兩端相連的垂直肋71a和71a，以及與垂直肋71a和71a相連的加強肋71c。
在保險槓橫杆70中，垂直肋71a和71a設置成垂直於碰撞方向，而水平肋71b和71b設置成平行於碰撞方向。車身72一側的角部71d和71d彎曲成具有曲率半徑R，其為壁厚的2.5倍或更大，並處於垂直肋71a和71a長度的1/6或更小的範圍內。保險槓橫杆70的碰撞側角部71e和71e彎曲成具有曲率半徑r，其大致等於壁厚。在這樣構造的保險槓橫杆70中，當與障礙物發生碰撞時，彎曲的角部71d和71d處於壓彎的起始點，這樣就加速了壓彎並有效地吸收了碰撞能量，同時抑制了載荷的產生。此外，在與柱體發生碰撞時，彎曲角部71d和71d處於與壓彎的起始點相對的一側，從而允許產生較大的載荷。將曲率半徑R限制在垂直肋71a和71a長度的1/6或更小之內的原因是，如果曲率半徑R超過1/6，就很難將其安裝在側梁74上，並且所吸收的能量下降。
希望這種結構能實現應付上述兩種方式的碰撞所需的特徵，即產生逐漸的變形和坍陷以吸收較大的碰撞能量的特徵以及具有較大的剛性以抵抗因碰撞載荷所引起的變形的特徵。
然而，如果保險槓橫杆太堅固，那麼就會損壞側梁和保險槓橫杆的安裝配件，並且使保險槓橫杆產生壓彎。側梁會因碰撞時產生的最大載荷而受損。
例如，在所有角部彎曲成直角的圖12所示橫截面的保險槓橫杆中，在保險槓橫杆的碰撞引發的塑性變形為3.5-4.5毫米(mm)的期間的平均載荷約為50千牛(kN)，如圖14所示，而在碰撞之後保險槓橫杆的偏移量達到1mm之前，在保險槓橫杆的塑性變形約為0.5mm時所產生的最大載荷為250kN。在變形達到約2mm之後變形在基本上恆定的壓碎載荷下進行。在這種情況下，最大載荷為平均載荷的5.88倍。
如果可以降低這一最大載荷而不損壞保險槓橫杆的能量吸收能力，就可以只通過保險槓橫杆的變形和坍陷來吸收碰撞能量而不損壞側梁。
傳統上說，所關心的問題是在保險槓橫杆的塑性變形為3.5-4.5mm的期間內最大載荷和所吸收能量之間的關係，即在所產生的載荷無明顯波動時的這一關係，尚未進行過任何嘗試以降低碰撞時所產生的最大載荷。
發明內容
在這種情況下進行了本發明，因此，本發明的一個目的是提供一種保險槓橫杆，其能夠最大限度地減少在碰撞時所產生的最大載荷的峰值，同時不會損壞保險槓橫杆的能量吸收能力，並且能夠防止側梁和保險槓橫杆的安裝配件受損。
為了解決上述問題，使用100mm長的保險槓橫杆樣件對汽車保險槓橫杆的橫截面形狀進行了詳盡的研究。當施加到樣件上的瞬時產生的高載荷超過車身的壓碎載荷時，側梁就會損壞。已經發現，通過使在碰撞時產生的最大載荷基本上等於此車身的壓碎載荷，就可以通過保險槓橫杆的塑性變形來吸收碰撞能量而不會損壞側梁。還已發現，如果最大載荷降低且保險槓橫杆結構保持為與以前相同，那麼就會得到一種在碰撞的後面部分中產生的衝擊載荷過小的結構，這樣就降低了其作為保險槓橫杆的能量吸收性能。
因此，參考如圖14所示的壓碎位移量-壓碎載荷曲線，如果最大峰值降低且波形更接近於矩形波形，那麼就可以通過保險槓橫杆的塑性變形來吸收碰撞能量而不損壞側梁，從而提供了具有穩定的能量吸收性能的保險槓橫杆。在這些條件下，作為對保險槓橫杆的橫截面形狀的詳盡研究的結果，本發明基於下述發現來進行，即通過加厚帶有衝擊承受表面的部件並在此帶有衝擊承受表面的部件的兩端賦予特定的曲率半徑，或者通過加厚帶有衝擊承受表面的部件、改變正交於衝擊承受表面而延伸的部件的厚度，並且在此帶有衝擊承受表面的部件的兩端賦予特定的曲率半徑，就可以實現上述目的。
更具體地說，根據本發明的一個方面，提供了一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與頂壁相對的底壁；在相對端處連接頂壁和底壁的一對側壁，這對側壁中的一個為碰撞表面側的側壁，而另一個為車輛安裝表面側的側壁；以及設置在頂壁和底壁之間並連接這對側壁的連接肋，其中碰撞表面側的側壁的厚度大於車輛安裝表面側的側壁的厚度，並且碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為碰撞表面側的側壁的長度的0.1-0.3，而車輛安裝表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑r，其為車輛安裝表面側的側壁的厚度的0.6-2.0。
此橫截面形狀最好在碰撞表面側的側壁的長度L1小於頂壁和底壁的長度L2的兩倍時採用。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與頂壁相對的底壁；在相對端處連接頂壁和底壁的一對側壁，這對側壁中的一個為碰撞表面側的側壁，而另一個為車輛安裝表面側的側壁；以及設置在頂壁和底壁之間並連接這對側壁的連接肋，其中碰撞表面側的側壁的厚度大於車輛安裝表面側的側壁的厚度，並且碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為底壁長度的0.2-0.6，而車輛安裝表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑r，其為車輛安裝表面側的側壁的厚度的0.6-2.0。
通過這樣構造保險槓橫杆，可以有效地降低在碰撞時產生的最大載荷的峰值，碰撞能量可被保險槓橫杆吸收而不會損壞側梁，從而顯著地減少對汽車乘客可能造成的損傷。
此橫截面形狀最好在碰撞表面側的側壁的長度L1大於頂壁和底壁的長度L2的兩倍時採用。
在本發明中，頂壁、連接肋和底壁可具有基本上相等的厚度。
在連接肋比底壁更薄的情況下，連接肋的厚度最好為底壁厚度的0.6-1.0。
通過這樣構造連接肋，保險槓橫杆可具有較高的剛性，並且同時顯著地降低了在碰撞時產生的最大峰值載荷。
最好，碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部的曲率半徑R均為10-30mm，從顯著降低最大峰值載荷和擠壓成型保險槓橫杆的方便性的觀點來看，這是最實用的值。
根據本發明的另外一個方面，提供了一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與頂壁相對的底壁；在相對端處連接頂壁和底壁的一對側壁，這對側壁中的一個為碰撞表面側的側壁，而另一個為車輛安裝表面側的側壁；以及設置在頂壁和底壁之間並連接這對側壁的連接肋，其中碰撞表面側的側壁的厚度大於車輛安裝表面側的側壁的厚度，頂壁、連接肋和底壁的厚度按此順序逐漸地增大或減小，並且碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為碰撞表面側的側壁的長度的0.05-0.3。
最好，頂壁厚度為底壁厚度的0.8或更多但小於底壁厚度的0.9，而連接肋的厚度為底壁厚度的0.9或更多但小於底壁厚度的1.0。
或者，底壁厚度最好為頂壁厚度的0.8或更多但小於頂壁厚度的0.9，而連接肋的厚度最好為頂壁厚度的0.9或更多但小於頂壁厚度的1.0。
通過這樣構造連接肋，保險槓橫杆可具有較高的剛性，並且同時顯著地降低了在碰撞時產生的最大峰值載荷，碰撞能量可被保險槓橫杆吸收而不會損壞側梁，從而顯著地減少對汽車乘客可能造成的損傷。
在本發明中，連接肋可朝向底壁或朝向頂壁偏心地設置，而不是設置在一對側壁的中間高度處。
通過這樣偏心地設置連接肋，即使從設計汽車的觀點來看保險槓橫杆的中心線與側梁的中心線不重合併處於更高或更低的位置，保險槓橫杆上的可承受較強衝擊能量的底部也得到了加強。
最好，在連接肋朝向底壁偏心地設置的情況下，頂壁、連接肋和底壁按此順序逐漸地變厚。
相反，在連接肋朝向頂壁偏心地設置的情況下，頂壁、連接肋和底壁按此順序逐漸地變薄。
保險槓橫杆最好由鋁合金的擠壓件構成。
從下述介紹中並結合附圖，可以更加清楚本發明的上述和其它目的及特徵，在附圖中相似的部件基本上具有相似的標號。
圖1是顯示了根據本發明第一實施例的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的視圖；圖2是顯示了本發明的汽車保險槓橫杆的各部分的尺寸的視圖；圖3是顯示了根據本發明第二實施例的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的視圖；圖4是顯示了根據本發明第一實施例的保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係的一個例子的視圖；圖5是顯示了根據本發明第一實施例的保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係的另一例子的視圖；圖6是顯示了根據本發明第二實施例的保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係的視圖；圖7是顯示了比較示例的保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係的視圖；圖8是顯示了根據本發明第三實施例的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的視圖；圖9是典型地顯示了根據本發明第三實施例的保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係的視圖；圖10是顯示了根據本發明第四實施例的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的視圖；圖11是顯示了根據本發明第五實施例的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的視圖；圖12是顯示了傳統的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的一個例子的視圖；圖13是顯示了傳統的汽車保險槓橫杆的橫截面形狀的另一例子的視圖；和圖14是顯示了如圖12所示的傳統汽車保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係的視圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖來介紹本發明的優選實施例，為清楚起見，在附圖中各部件未精確地按比例繪製。
第一實施例圖1是根據本發明第一實施例的保險槓橫杆的截面視圖。如圖所示，此實施例的保險槓橫杆10具有「兩個相鄰方形」的橫截面形狀，其在截面上包括頂壁1、與頂壁1相對的底壁2、在相對端處連接頂壁1和底壁2的一對側壁3和4，以及設置在頂壁1和底壁2之間以連接這對側壁3和4來增強剛性的連接肋5。在保險槓橫杆10中，圖中左側的側壁3為碰撞表面側的側壁，在碰撞中衝擊力F如箭頭所示地施加在側壁3上。圖中右側的側壁4為車身安裝表面側的側壁，其通過側梁6安裝在車身7上。圖1顯示了側壁3和4的長度小於頂壁1和底壁2的長度的兩倍且頂壁1、底壁2和連接肋5均具有相同厚度的情況。
圖2是顯示了本發明保險槓橫杆的各部分的尺寸的視圖，其中L1表示側壁的長度，L2表示頂壁的長度，t3表示碰撞表面側的側壁的厚度，t4表示車身安裝表面側的側壁的厚度，t1和t2分別表示頂壁和底壁的厚度，而t5表示連接肋的厚度。
在圖2中，上述關係可以表達為L1＜2L2和t1＝t2＝t5。
在此實施例中，碰撞表面側的側壁3的厚度大於車身安裝表面側的側壁4的厚度以便承受碰撞能量，頂壁1和底壁2以及中間連接肋5共同地吸收碰撞能量。
各部分的實用厚度例如為，頂壁1、底壁2和連接肋5約為2.0-3.0mm，碰撞表面側的側壁3約為2.0-4.5mm，而車輛安裝表面側的側壁4約為2.0-3.5mm。
在此第一實施例中，採用圖2所示的尺寸可表示為t3＞t4和t1＝t2＝t5，它們的適當值可以是t3＝2.0-4.5mm，t4＝2.0-3.5mm，以及t1＝t2＝t5＝2.0-3.0mm。
在此實施例中，碰撞表面側的側壁3的上、下端處的兩個角部以及側壁4的上、下端處的兩個角部分別被彎曲成具有曲率半徑R和r。通過在「兩個相鄰方形」的橫截面的各角部上施加曲率，就可以顯著地降低在碰撞時產生的最大載荷的峰值。
雖然即便較小的曲率半徑也可以降低最大載荷的峰值，然而從材料加工的觀點來看，在實踐中應施加約等於或大於頂壁或底壁的壁厚的曲率半徑R。曲率半徑越大，降低最大載荷的峰值的效果也越大，然而在採用過大的曲率半徑時這一效果會飽和。曲率半徑的適當大小與構成「兩個相鄰方形」的橫截面的壁長有關，如圖1所示，在碰撞表面側和車輛安裝側的側壁3和4的長度小於頂壁1和底壁2的長度的兩倍的情況下，曲率半徑R可以是碰撞表面側的側壁3的長度的0.1到0.3。換句話說，在圖2中L1＜2L2且t1＝t2＝t5時，曲率半徑R最好設定為R＝(0.1-0.3)×L1(1)圖1顯示了碰撞表面側和車輛安裝表面側的側壁3和4的長度小於頂壁1和底壁2的長度的兩倍的情況。或者，作為調節保險槓橫杆的抗碎強度的一種方式，碰撞表面側和車輛安裝表面側的側壁3和4的長度L1可大於頂壁1和底壁2的長度L2的兩倍，如圖3所示。上述各部分的厚度也適用於這一情況，但曲率半徑需要如下所述地進行變化。
在如圖3所示的碰撞表面側和車輛安裝表面側的側壁3和4的長度大於頂壁1和底壁2的長度的兩倍的情況下，曲率半徑R可以是頂壁1和底壁2的長度的0.6-1.0。換句話說，在圖2中L1＞2L2且t1＝t2＝t5時，曲率半徑R可以是R＝(0.6-1.0)×L2(2)對於車輛安裝表面側的側壁4的上、下端處的兩個角部的曲率半徑r來說，由於此側面不受到直接的衝擊並考慮到加工精度，處於側壁4的壁厚左右的較小曲率半徑就可滿足要求。採用圖2來進行說明，則曲率半徑可以是r＝(0.6-2.0)×t4(3)
在這樣構造的保險槓橫杆中，可以有效地降低在碰撞時產生的最大載荷的峰值。
如下所述地進行壓碎實驗。用鋁合金擠壓出如圖1所示的保險槓橫杆，使其具有「兩個相鄰方形」的橫截面和下述尺寸t3＝4.5mm，t4＝3.5mm，t1＝t2＝t5＝2.6mm，L1＝100mm，以及L2＝75mm。將保險槓橫杆切成100mm長的樣件，將其沿圖1中箭頭所示的碰撞方向進行擠壓。測量保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係。曲率半徑R為0mm、5mm和10mm。測量結果如圖4所示。
從圖4中可以清楚，在位移量於碰撞後達到1mm之前產生了最大載荷，之後變形在基本上恆定的壓碎載荷下進行。圖4中的曲線j是曲率半徑R為0(無曲率半徑)的具有「兩個相鄰方形」的橫截面的保險槓橫杆的位移量曲線，其表明在位移量約為0.5mm時產生了250kN的最大載荷。相反，在曲率半徑R為5mm的曲線a和曲率半徑R為10mm的曲線b中，在位移量約為1mm時產生了顯著降低的約為150kN的最大載荷。因此，曲線a和b更接近矩形波形。
因此，通過在具有「兩個相鄰方形」的橫截面的保險槓橫杆的碰撞表面側的側壁的相對端部施加曲率半徑R，就可以顯著地降低在碰撞時產生的最大載荷，保險槓橫杆能夠有效地吸收碰撞能量而不會損壞側梁，這對保證車輛乘客的安全來說是非常有效的。
圖5顯示了具有與上述相同的尺寸(t3＝4.5mm，t4＝3.5mm，t1＝t2＝t5＝2.6mm，L1＝100mm和L2＝75mm)但曲率半徑R變化成20，30和40mm的保險槓橫杆的最大載荷的測量結果。在圖中，曲線c是曲率半徑為20mm的情況，曲線d是曲率半徑R為30mm的情況，而曲線e是曲率半徑R為40mm的情況。
從圖中可以清楚，隨著曲率半徑R的增大，最大載荷進一步降低到約100kN，使得曲線更接近矩形波形。然而如果曲率半徑R超過30mm，最大載荷的降低接近最大值。因此，R的上限可適當設定為30mm，而R的下限約為10mm，此時最大載荷約為100kN或更小。R的更優選的範圍可從由上述公式(1)R＝(0.1-0.3)×L1所表示的範圍內選擇，從實用的觀點來看它可為10-30mm。
第二實施例下面，在圖6中顯示了根據本發明第二實施例的保險槓橫杆的最大載荷和位移之間的關係，第二實施例是第一實施例的一個變型，其中「兩個相鄰方形」的橫截面的頂壁1和底壁2具有相同的厚度，連接肋5具有較小的厚度。換句話說，「兩個相鄰方形」的橫截面的尺寸與第一實施例相同，例外之處是t5＜t1＝t2。碰撞表面側的側壁的相對端處的曲率半徑R為20mm。
在圖6中，曲線c描述的是如同第一實施例的連接肋和頂壁及底壁具有相同厚度(t5＝t1＝t2＝2.6mm)的情況。曲線f描述的是連接肋的厚度減少了15％以使t1＝t2＝2.6mm和t5＝2.2mm的情況。曲線g描述的是連接肋的厚度減少了30％以使t1＝t2＝2.6mm和t5＝1.8mm的情況。
從圖6中可以清楚，在連接肋的厚度小於頂壁和底壁的厚度的情況下，最大載荷隨連接肋的變薄而減小。這大概是因為是沿連接肋的方向來承受衝擊力的，具有較低強度的連接肋用於使衝擊力減小。
作為對具有各種厚度的連接肋的保險槓橫杆進行的重複性碰撞實驗的結果，已經發現，連接肋的最優厚度對「兩個相鄰方形」的橫截面的頂壁和底壁的尺寸最敏感。從實驗中已經發現，就圖2中的尺寸而言，與頂壁的厚度t1(＝t2)相關的連接肋的厚度(t5)的適當值為t5＝(0.6-1)×t1(4)比較示例下面，在圖7中顯示了比較示例中的最大載荷和位移之間的關係，其中「兩個相鄰方形」的橫截面中的連接肋的厚度大於頂壁和底壁的厚度。換句話說，「兩個相鄰方形」的橫截面的尺寸與第一實施例相同，例外之處是t5＞t1＝t2。碰撞表面側的側壁的相對端處的曲率半徑R為20mm。
在圖7中，曲線c描述的是如同第一實施例的連接肋和頂壁及底壁具有相同厚度(t5＝t1＝t2＝2.6mm)的情況。曲線h描述的是頂壁的厚度與連接肋的厚度相比減少了15％以使t1＝t2＝2.2mm和t5＝2.6mm的情況。曲線i描述的是頂壁的厚度與連接肋的厚度相比減少了30％以使t1＝t2＝1.8mm和t5＝2.6mm的情況。
從圖7中可以清楚，在頂壁和底壁製成比連接肋更薄的情況下，在碰撞時產生的最大載荷因曲率半徑R的效果而降低，但在最大載荷中未觀察到變化，這取決於頂壁和底壁的變薄程度。這大概是因為，雖然較低強度的頂壁和底壁減輕了衝擊力，然而還是有一部分連接肋承受了衝擊力，因此最大載荷受到連接肋強度的支配。
頂壁和底壁以及連接肋具有相同厚度的第一實施例的保險槓橫杆的實驗結果概括於表1中。
表1
從表1中可以清楚，在頂壁和底壁具有與連接肋相同的厚度時，最大載荷與平均載荷之比在曲率半徑R為20mm時最低，其大約為無曲率半徑R時的一半。如果所施加的曲率半徑R處於5-40mm的範圍，最大載荷與平均載荷之比較低，可以預計，最大載荷與平均載荷之比越低，傷害汽車乘客的危險就越小。
如同第二實施例和比較示例一樣，通過改變頂壁和底壁以及連接肋的厚度而得到的實驗結果概括於表2中。
表2
從表2中可以清楚，對於將連接肋製成比頂壁和底壁更薄的情況來說，可以有效地降低在碰撞時產生的最大載荷。
第三實施例圖8顯示了根據本發明第三實施例的保險槓橫杆。如圖所示，此實施例的保險槓橫杆30具有「兩個相鄰方形」的橫截面形狀，其在截面上包括頂壁1、與頂壁1相對的底壁2、在相對端處連接頂壁1和底壁2的一對側壁3和4，以及設置在頂壁1和底壁2之間以連接這對側壁3和4來增強剛性的連接肋5。在保險槓橫杆30中，圖中左側的側壁3為碰撞表面側的側壁，在碰撞中衝擊力如箭頭所示地施加在側壁3上。圖中右側的側壁4為車輛安裝表面側的側壁，其通過側梁6安裝在車身7上。
在此實施例的保險槓橫杆中，碰撞表面側的側壁3的厚度t3大於車輛安裝表面側的側壁4的厚度t4，頂壁1、連接肋5和底壁2的厚度t1、t5和t2按此順序逐漸地增大。換句話說，在圖8中，t4＜t3且t1＜t5＜t2。
在這種情況下，採用底壁2的厚度t2作為基準，優選頂壁1的厚度t1為底壁2的厚度t2的0.80或更多但小於t2的0.9，並且連接肋5的厚度t5為底壁2的厚度t2的0.90或更多但小於t2的1.0。換句話說，它們最好設定為下述關係0.8×t2≤t1＜0.9×t2(5)0.9×t2≤t5＜1.0×t2(6)上述的原因是，在汽車設計中，保險槓橫杆和側梁的中心線並不一定會相互對齊，保險槓橫杆的中心線常常處於比側梁中心線更高的位置。在這種情況下，由於保險槓橫杆的橫截面的下部承受到較強的衝擊能量，因此它可有利地增強此下部。
此外，碰撞表面側的側壁3的上、下端處的兩個角部彎曲成具有曲率半徑R，其為側壁3的長度L1的0.05-0.3。換句話說，它可設定為
R＝(0.05-0.3)×L1(7)對於車輛安裝表面側的側壁4的上、下端處的兩個角部的曲率半徑r來說，由於此側面不受到直接的衝擊並考慮到材料的加工精度，處於側壁4的壁厚左右的較小曲率半徑就足以避免因開槽效果而引起的脆弱性。換句話說，它可設定為r＝(0.6-2.0)×t4(8)通過這樣構造保險槓橫杆，就可以顯著地降低在碰撞時產生的最大載荷的峰值，保險槓橫杆能夠有效地吸收碰撞能量而不會損壞側梁，從而顯著地減少對汽車乘客造成的損傷。
圖9顯示了具有如圖8所示的橫截面形狀的保險槓橫杆的碰撞實驗，並顯示了保險槓橫杆的位移量和壓碎載荷之間的關係。如圖所示，最大載荷在碰撞後位移量達到1mm之前產生，之後保險槓橫杆在基本上恆定的壓碎載荷下逐漸地變形。如同圖14一樣，圖9中的粗曲線j是碰撞表面側的側壁的相對端處的曲率半徑R為0(無曲率半徑)的具有「兩個相鄰方形」的橫截面的保險槓橫杆的位移量曲線，其表明在位移量約為0.5mm時產生了250kN的最大載荷。相反，細曲線a描述的是具有10mm的曲率半徑R的保險槓橫杆，其表明在位移量約為1mm時產生了顯著降低的約為150kN的最大載荷。此曲線更接近矩形波形。
因此，通過在具有「兩個相鄰方形」的橫截面的保險槓橫杆的碰撞表面側的側壁的兩端處施加曲率半徑R，就可以顯著地降低在碰撞時產生的最大載荷，保險槓橫杆能夠有效地吸收碰撞能量而不會損壞側梁，這對保證汽車乘客的安全來說是非常有效的。
第四實施例在圖10中顯示了第四實施例，其中保險槓橫杆的中心線與側梁的中心線不重合且位於其下方的位置。
在這種情況下，結構可設置成使碰撞表面側的側壁3的厚度t3大於車輛安裝表面側的側壁4的厚度t4，頂壁1、連接肋5和底壁2各自的厚度t1、t5和t2按此順序逐漸減小。換句話說，在圖10中，t4＜t3且t2＜t5＜t1。更具體地說，採用頂壁1的厚度t1作為基準，優選連接肋5的厚度t5為頂壁1的厚度t1的0.9或更多但小於t1的1.0，並且底壁2的厚度t2為頂壁1的厚度t1的0.8或更多但小於t1的0.9。換句話說，它們最好具有下述關係0.9×t1≤t5＜1.0×t1(9)0.8×t1≤t2＜0.9×t1(10)此外，如第三實施例一樣，碰撞表面側的側壁3的相對端處的兩個角部彎曲成具有曲率半徑R，其為側壁3的長度L1的0.05-0.3。另外，車輛安裝表面側的側壁4的相對端處的兩個角部最好彎曲成具有曲率半徑r，其為側壁4厚度t4的0.2-0.4。
通過這樣構造保險槓橫杆，在碰撞時產生的最大載荷可被設置在保險槓橫杆的碰撞表面側的側壁的相對端部處的兩個角部處的曲率半徑R的效果來顯著地降低。
第五實施例第五實施例如圖11所示，其中保險槓橫杆的中心線與側梁的中心線不重合且位於其上方的位置。如圖11中的截面所示，作為增強保險槓橫杆底部的一種方式，連接肋5設置在朝向底壁2的位置，而不是相對的碰撞表面側與車輛安裝表面側的側壁3和4的中間高度處。考慮到保險槓橫杆50和側梁6的中心線相互錯開的量，從保險槓橫杆50的強度的觀點來看，連接肋5最好設在碰撞表面側和車輛安裝表面側的側壁3和4上的離底部為1/3高度的位置處。
在這種情況下，與上述第三和第四實施例一樣，結構可設置成使碰撞表面側的側壁3的厚度t3大於車輛安裝表面側的側壁4的厚度t4，頂壁1、連接肋5和底壁2各自的厚度t1、t5和t2按此順序逐漸地增大。此外，碰撞表面側的側壁3的相對端處的兩個角部形成為具有曲率半徑R，其為碰撞表面側的側壁3的長度L1的0.05-0.3。另外，車輛安裝表面側的側壁4的相對端處的兩個角部最好彎曲成具有曲率半徑r，其為車輛安裝表面側的側壁4的厚度t4的0.2-0.4。
通過這樣構造保險槓橫杆，在碰撞時產生的最大載荷可被設置在碰撞表面側的側壁3的相對端部處的兩個角部處的曲率半徑R的效果來顯著地降低。
本發明的優點根據本發明，作為對保險槓橫杆的橫截面形狀的研究結果，保險槓橫杆的衝擊承受部分被加厚以提高剛性，並且在衝擊承受部分的相對端處施加有曲率半徑R。鑑於上述原因，在碰撞中保險槓橫杆變形後所產生的最大載荷降低，從而減少了對汽車乘客可能造成的身體損傷。
安裝有本發明的保險槓橫杆的汽車被認為是具有更高安全性的汽車。
在上文中已充分地介紹了本發明，對本領域的普通技術人員來說很明顯，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的前提下，可對本發明進行多種變化和修改。
權利要求
1.一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與所述頂壁相對的底壁；在相對端處連接所述頂壁和所述底壁的一對側壁，所述這對例壁中的一個為碰撞表面側的側壁，而另一個為車輛安裝表面側的側壁；和設置在所述頂壁和所述底壁之間並連接所述這對側壁的連接肋，其特徵在於，所述碰撞表面側的側壁的厚度大於所述車輛安裝表面側的側壁的厚度，和所述碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為所述碰撞表面側的側壁的長度的0.1-0.3，而所述車輛安裝表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑r，其為所述車輛安裝表面側的側壁的厚度的0.6-2.0。
2.根據權利要求1所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述碰撞表面側的側壁的所述長度小於所述頂壁和所述底壁的長度的兩倍。
3.一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與所述頂壁相對的底壁；在相對端處連接所述頂壁和所述底壁的一對側壁，所述這對側壁中的一個為碰撞表面側的側壁，而另一個為車輛安裝表面側的側壁；和設置在所述頂壁和所述底壁之間並連接所述這對側壁的連接肋，其特徵在於，所述碰撞表面側的側壁的厚度大於所述車輛安裝表面側的側壁的厚度，和所述碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為所述底壁長度的0.2-0.6，而所述車輛安裝表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑r，其為所述車輛安裝表面側的側壁的厚度的0.6-2.0。
4.根據權利要求3所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述碰撞表面側的側壁的長度大於所述頂壁和所述底壁的長度的兩倍。
5.根據權利要求1或3所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述頂壁、所述底壁和所述連接肋的厚度基本上相等。
6.根據權利要求1或3所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述連接肋的厚度為所述底壁厚度的0.6-1.0。
7.根據權利要求1或3所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述碰撞表面側的側壁的相對端處的所述兩個角部的所述曲率半徑R為10-30毫米。
8.一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與所述頂壁相對的底壁；在相對端處連接所述頂壁和所述底壁的一對側壁，所述這對側壁中的一個為碰撞表面側的側壁，而另一個為車輛安裝表面側的側壁；和設置在所述頂壁和所述底壁之間並連接所述這對側壁的連接肋，其特徵在於，所述碰撞表面側的側壁的厚度大於所述車輛安裝表面側的側壁的厚度，所述頂壁、所述連接肋和所述底壁的厚度按此順序逐漸地增大或減小，和所述碰撞表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為所述碰撞表面側的側壁的長度的0.05-0.3。
9.根據權利要求8所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述頂壁的厚度為所述底壁厚度的0.8或更多但小於所述底壁厚度的0.9，而所述連接肋的厚度為所述底壁厚度的0.9或更多但小於所述底壁厚度的1.0。
10.根據權利要求8所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述底壁的厚度為所述頂壁厚度的0.8或更多但小於所述頂壁厚度的0.9，而所述連接肋的厚度為所述頂壁厚度的0.9或更多但小於所述頂壁厚度的1.0。
11.根據權利要求8所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述車輛安裝表面側的側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑r，其為所述車輛安裝表面側的側壁的厚度的0.2-0.4。
12.根據權利要求8所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述頂壁、所述連接肋和所述底壁的所述厚度按此順序逐漸地增大，並且所述連接肋朝向所述底壁偏心地設置。
13.根據權利要求8所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述頂壁、所述連接肋和所述底壁的所述厚度按此順序逐漸地減小，並且所述連接肋朝向所述頂壁偏心地設置。
14.根據權利要求1，3或8所述的保險槓橫杆，其特徵在於，所述保險槓橫杆由鋁合金的擠壓件構成。
全文摘要
一種用於汽車的保險槓橫杆，其在橫截面上包括頂壁；與頂壁相對的底壁；在相對端處連接頂壁和底壁的一對側壁，這對側壁中的一個為碰撞側的側壁，而另一個為車輛安裝側的側壁；以及設置在頂壁和底壁之間並連接此對側壁的連接肋。碰撞側側壁的厚度大於車輛安裝側側壁的厚度，並且碰撞側側壁的相對端處的兩個角部均彎曲成具有曲率半徑R，其為碰撞側側壁的長度的0.1－0.3，而車輛安裝側側壁的相對端處的兩個角部彎曲成具有一定的曲率半徑，其為車輛安裝側側壁的厚度的0.6－2.0。或者，曲率半徑R可為底壁長度的0.2－0.6。頂壁、連接肋和底壁的厚度可按此順序而逐漸地增大或減小。這樣就能夠儘可能地降低在碰撞時產生的最大載荷。
文檔編號B60R19/18GK1498799SQ200310104689
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月30日 優先權日2002年11月1日
發明者天野敬治, 鈴木義也, 上妻英雄, 也, 雄 申請人:三菱鋁株式會社, 優尼衝壓有限公司