CN101549675B - 可扩展的对开加固件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供可扩展的对开加固件组件及其制造方法。对开加固件单元包括由相应的单个材料块预制的第一和第二半边元件。组装的对开加固件单元具有被翻转和结合在一起的半边元件。每个对开加固件单元包括由结合的半边元件限定的至少一个腔室。加固件单元还包括由在倾斜部分的相对端部上的相交部分连接的基部部分和偏移部分。半边元件在其相应的基部部分处被结合。每一半边元件还包括可与基部部分大体垂直的端部部分。另一实施例可包括在倾斜部分的相交中的一个相交处的凹口，以及沿倾斜部分从基部部分向偏移部分成楔形。

Description

可扩展的对开加固件及其制造方法

技术领域

本公开涉及在碰撞事件期间用于吸收和耗散能量并且加固机动车结构并将能量传递给机动车结构的设备或结构。

背景技术

面向使在机动车上的碰撞的影响最小化的技术试图通过能够转移碰撞的动能力并且将该动能力转变为功或热能的加固结构或组件吸收并耗散碰撞的能量。一些方法包括添加重型加固材料到机动车结构，其被设计成吸收碰撞能量。

碰撞事件将不同量的能量传递到机动车结构的不同部分。此外，碰撞事件通常沿多个轴线引导力并且可将扭转力引导到加固结构。加固结构可被调节成阻挡最可能的碰撞矢量，但是还可能沿其他矢量耗散来自力的一些能量。

发明内容

提供配置成吸收并且耗散能量以及将碰撞能量传递给机动车结构的对开加固件组件。对开加固件单元从预制的第一和第二半边元件组装。每一半边元件由单个材料块预制并且包括大体相同的部分。基部部分和偏移部分通过在倾斜部分的相对端部上的相交部分被连接。在某些实施例中，基部部分和偏移部分可大体上平行。每一半边元件还包括可与基部部分大体垂直的端部部分。对于对开加固件单元的依应用而定的附接，凸耳部分被提供，其与基部部分和端部部分大体上垂直，并由与其相应的半边元件相同的材料块形成。组装的对开加固件单元具有被翻转以及被结合在一起从而形成一个或多个腔室的半边元件。

对开加固件单元的另一实施例可包括在倾斜部分或多个倾斜部分的相交部分中的至少一个相交部分处的凹口。为了增加单元的深度，某些对开加固件单元可使倾斜部分成楔形，例如从基部部分向偏移部分成楔形。对开加固件单元的一个实施例包括具有两个基部部分、三个偏移部分、两个端部部分和两个凸耳部分的半边元件；当半边元件结合在一起时形成六边形或类似蜂窝的腔室。

对于比单个的加固件单元更大的面积或者需求比单个的加固件单元更大的加固件强度的加固件来说，充分可扩展性可以通过将多个加固件单元结合到一起成为加固件组件而实现。两个或多个大体相同的对开加固件单元可以以各种构造被结合在一起从而覆盖和加固机动车结构的更大的区域。

还提供了制造可扩展加固件的方法。所述方法包括提供大体相同的第一和第二预制的半边元件。半边元件中的其中一个然后被翻转并且所述两个被结合在一起形成第一可扩展加固件单元。预制的半边元件可通过如下方式制造：由相应的材料块或坯料形成大体相同的第一和第二模型，然后成形或形成模型为大体相同的半边元件。遵循大体相同的过程，可制造第二可扩展的加固件单元，然后该第二可扩展的加固件单元被结合到第一可扩展的加固件单元形成更大的加固件组件。

每一单个的加固件单元在外壳尺寸和材料厚度方面是高度地可扩展的，并且加固件单元可组合形成能够加固更大截面面积的高度地可扩展的组件。对开加固件结构包括六边形或者局部六边形的一个或多个腔室。可扩展对开加固件单元提供充分的能量吸收并且能够相对容易地制造。

本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面的用于实施本发明的最佳方式和其他实施例的详细描述并结合附图是显而易见的。

附图说明

图1A是显示在机动车上的一个可能的加固应用中的可扩展的对开加固件单元的示意性局部侧视图；

图1B是图1A中示出的实施例和应用的示意性特写图；

图2是用于制造可扩展的对开加固件单元的半边元件的一个实施例的示意性立体图；

图3是通过将图2中所示的两个半边元件翻转并结合而制造的可扩展的对开加固件单元的示意性立体图；

图4是具有单个局部蜂窝腔室的可扩展的对开加固件单元的另一实施例的示意性立体图；

图5是具有三个六边形腔室、两个局部蜂窝腔室和四个凸耳部分的可扩展的对开加固件单元的另一实施例的示意性立体图；

图6A可扩展的对开加固件单元的实施例的示意性正视图；

图6B是图6A中所示的实施例的示意性侧视图，示出该实施例具有从基部部分向偏移部分的楔形特征；

图7A是两个可扩展的对开加固件单元的组件的示意性正视图，该两个可扩展的对开加固件单元组合壁厚以增加强度并且覆盖更大的截面面积；和

图7B是可扩展的对开加固件单元的另一组件的示意性正视图，该对开加固件单元被组装以最大化由两个加固件单元覆盖的截面面积，并且组合以产生额外的六边形腔室。

具体实施方式

参考附图，其中，贯穿数个附图相同的参考标记对应于相同或相似的部件，图1示出可扩展的对开加固件单元10的实施例。在本申请的可扩展的对开加固件单元10中，该单元沿机动车车身的侧面板16的内面被放置以将碰撞传递到机动车的下部车架结构。侧面板16具有B柱17和门开口19。图1A示出附接到侧面板16的可扩展的对开加固件单元10的立体图，图1B示出相同的可扩展的对开加固件单元10的特写图。对开加固件单元10由两个W形托架(因其通常的形状而如此命名)或半边元件：第一半边元件12和大体同样的第二半边元件14组成。

图2和3分别以更大的细节示出第一半边元件12和可扩展的对开加固件单元10。在所描述的实施例中，每一个半边元件12和14都由相应的单个材料块或坯料形成。图2示出在第一模型被模压或者从坯料中切割然后模压、弯曲，或者以其他方式机加工成半边元件12的最终的W形形状之后的半边元件12。具有本领域普通技术的人员会认识到由单个材料块制造半边元件的很多方法。从坯料制作的模型包括预制的特征，该预制的特征将被成形为最终的半边元件12的大多数(或全部)的部分。在这个实施例中，第一半边元件12具有两个基部部分18，基部部分18沿基部平面大体上共面并且限定该基部平面。从基部部分18偏移(上部，如图2所示)的是三个大体上共面的偏移部分20。在示出的实施例中，偏移部分20大体上平行于基部平面。

将基部部分18和偏移部分20连接的是四个倾斜部分22。在倾斜部分22中的每一个倾斜部分的相对的端部上是相交部分24。具有本领域普通技术的人员会认识到可选取基部部分18和偏移部分20的大小以及基部部分18和偏移部分20之间的距离并且因此倾斜部分22的长度和角度从而将可扩展的对开加固件单元10适用于特定应用和目的。

在图2中示出的实施例中，在半边元件12的相对端部上是从相应的偏移部分20延伸的两个端部部分26。这些端部部分26可大体垂直于偏移部分20，以允许组装后的可扩展的对开加固件单元10的外壳具有大体矩形的轮廓。在示出的实施例中，端部部分26并不严格垂直以利于两个大体相同的半边元件12和14的组装和结合。大体垂直的端部部分还产生外部表面，该外部表面可利于将可扩展的对开加固件单元10结合到在需要扩展的应用中(下面进一步描述并且在图7A和7B中示出)的其他单元。

为了利于将可扩展的对开加固件单元10连接到机动车结构，示出的半边元件12的实施例包括从相应的基部部分18延伸的凸耳部分28。这些凸耳部分28沿附接平面共面并且限定该附接平面。在其它实施例，凸耳部分28能从偏移部分20或端部部分26延伸。此外，在该实施例中，附接平面垂直于基部部分18(和基部平面)并且垂直于端部部分26。某些实施例可能具有垂直于碰撞的可能方向的附接平面。

现在参见图3，第二半边元件14以大体相似的方式形成，并且具有与第一半边元件12大体相似的结构或部分。为了组装可扩展的对开加固件单元10，第二半边元件14绕基部平面翻转从而与第一半边元件12并置。在这种构造中，第一半边元件12和第二半边元件14结合以产生闭合的多边形腔室。然后第一半边元件12和第二半边元件14的基部部分18结合在一起形成可扩展的对开加固件单元10。具有本领域普通技术的人员会认识到半边元件12和14结合的多种可能的方法，例如，但不限于：焊接法、粘合剂法、紧固件法或其它结合方法。

可扩展的对开加固件单元10的总大小和质量以及材料厚度可根据特定需求和来自各个单元的给定截面面积中所需的希望能量耗散量而变化。具有本领域普通技术的人员会认识到此处公开的可扩展的对开加固件单元的大小和形状并不局限于图中所示的确切的构造和实施例。在一实施例中，两个W形托架形成至少一个六边形腔室或房室--该房室形状有时被称作蜂窝。

图3中所示的实施例具有单个类似蜂窝的六边形腔室34和两个局部蜂窝腔室36。偏移部分20、倾斜部分22和端部部分26共同大体限定局部蜂窝腔室36；同时偏移部分20和倾斜部分22大体上共同限定六边形腔室34。具有本领域普通技术的人员会认识到额外的六边形腔室(或者具有其它几何或非几何形状的腔室)可以在所要求保护的发明的范围中形成。如在图4和5中所示范的，当半边元件结合在一起时形成的六边形腔室34的数量可被修改用于某些应用。图4示出仅具有单个局部蜂窝腔室36的可扩展的对开加固件单元40的实施例。图5示出具有三个六边形腔室34和两个局部蜂窝腔室36的可扩展的对开加固件单元42的另一实施例。图4和5中的实施例40和42由与图1和3中的可扩展的对开加固件单元10相同的多个基本的元件和部分构建并且保持了这些基本的元件和部分。

六边形(蜂窝)结构呈现比矩形或管状结构更好的承载特性。但是，在需求其它强度重量比的应用中(例如呈现较软的压碎带)也可使用其它形状。六边形结构还可改善可扩展的对开加固件单元10、40和42的刚度和耗散旋转力(扭力)的能力。

其它可能的腔室或房室形状包括、但不限于：矩形、圆柱形、其它多边形或者设计成适合需求复杂轮廓的场合的甚至无定形形状。一个可能的实施例(未示出)可能具有大体圆柱形腔室。如具有本领域普通技术的人员将认识到的，圆柱形实施例保留基部部分18并且具有平稳地过渡到倾斜部分22的偏移部分20。凹口部分32可被放置在倾斜部分22和基部部分18之间的相交部分24上，凸耳部分28可与示出的实施例非常相似。

图6A和6B分别从正视图和侧视图示出可扩展的对开加固件单元10的实施例。取决于应用，可扩展的对开加固件单元10可定向为从任一方向吸收碰撞。一个应用使单元定向为从与基部平面平行并且与附接平面垂直的方向(图6A中所示的方位进去或者出来)吸收碰撞。

在一实施例中，可扩展的对开加固件单元10具有大约176毫米宽度、40毫米高度和38.5毫米深度。关于图6A和6B所描述的实施例的外壳尺寸是相似的。本领域技术人员将认识到取决于应用可扩展的对开加固件单元10可制造得更小或更大。

使可扩展的对开加固件单元10定向为垂直可能的碰撞方向与附接平面垂直最大化结构的总强度，并且与其它定向相比，对使得结构压碎或者以其他方式变形所需的每单位能量以减小的质量来实现上述最大化。此外，这允许凸耳部分28被用作附接接触面并且与机动车结构结合同时不使结合部遭受碰撞期间的剪切载荷。注意虽然该与碰撞垂直的定向最大化可扩展的对开加固件单元10的强度，但是在某些应用中，这可能不合需要。特定应用可能从加固件结构需求较小的强度，这能够通过改变加固件定向实现。对于任何给定的能量耗散和碰撞吸收目标，可分别定制该定向(除了大小、材料厚度和几何结构以外)。

如图6B中所示，可扩展的对开加固件单元10的某些实施例包括楔形侧轮廓30。楔形允许可扩展的对开加固件单元10填充碰撞点和车身下部结构之间的较大的间隙，增大了单元压碎时耗散的能量，以及使用相对较少增加的质量实现该目的。

图6B中所示的实施例从基部部分18向偏移部分20成楔形；基部部分18比偏移部分20宽，并且因此倾斜部分22成楔形。然而，其它实施例可包括在偏移部分20处较大而减小在基部部分18处的中间(图6B中所示)深度的楔形。

如在图2和3中很好地示出的，可扩展的对开加固件单元10的一实施例包括在某些或全部的相交部分24上的凹口32。凹口32被痕压弯曲、模压或者以其他方式形成到半边元件12和14中。凹口32具有大体圆柱形或弧形截面和从周围部分或壁的平滑、圆形或倒圆角的过渡。径向过渡减小增加压力集中的风险-与急的转角或锯齿边缘相比的-该压力集中可能造成加载期间在可扩展的对开加固件单元10的材料中的局部破裂。径向过渡还能通过简化成形过程简便制造过程，尤其当使用模冲制造半边元件12和14时。

凹口32首先通过降低单元扭曲和折弯的能力用作加强构件。凹口还用作压碎起始点：局部消弱的区域以及当可扩展的对开加固件单元10遭受预定的应力时其开始变形所在的区域。一旦载荷超过可扩展的对开加固件单元10中的临界水平，对于单元来说，压碎或破裂比保持单元的原始形状更有益。因此凹口32允许可扩展的对开加固件单元10吸收更多的能量同时保持其通常的形状和构造，并然后通过变成压碎带允许单元进一步耗散能量。由于可扩展的对开加固件单元10的壁材料褶皱和弯曲，所以能量以热的形式被耗散，因为材料本身的塑性变形需要能量。

具有本领域普通技术的人员将认识到用于制造可扩展的对开加固件单元10的材料的选择基于数个因素，并且在厚度和宽度方面W形托架半边元件12和14本身高度地可扩展。影响材料选择的设计参数包括、但不限于：通过单个单元或单元的组件希望被加固的空间的尺寸、能量耗散需求、可能的碰撞力矢量和制造半边元件的特定构造的难度。图6A和6B中示出的实施例使用材料厚度大约为1.5毫米的高强度双相钢。

为了在多种汽车类型中扩展作为碰撞能量耗散设备的使用能力，可扩展的对开加固件单元10的某些实施例(例如如图6A和6B中示出的)能够扩展或组合成覆盖更大碰撞面积的加固件组件。多个大体相同的可扩展的对开加固件单元10被制造并且然后组合成特定用途的组件用于各种机动车应用。在制造第三和第四半边元件之后，第二可扩展的对开加固件单元10形成并被结合到第一单元。如图7A和7B所示，两个或更多个可扩展的对开加固件单元10可以嵌套或堆叠并且结合在一起形成不同大小和强度的组件。

在图7A所示的组件中，一单元10的基部部分18被结合到第二单元10的偏移部分20上。该实施例生成具有三倍基部材料厚度的内部结构壁，因此除了覆盖更大截面面积之外改进了强度。在图7B所示的组件中，每一单元的偏移部分20被结合在一起。该实施例充分扩展(相关于仅具有两个可扩展的对开加固件单元10的组件)组件的总大小和横截面以加固更大的面积。在图7A和7B所示的两个组件实施例都保留并重复了六边形蜂窝结构。虽然示出了仅使用两个可扩展的对开加固件单元10的组件，但是，具有本领域普通技术的人员将会认识到不仅这些组件能够通过增加额外的单元进一步得到扩展，而且可使用进一步的构造和结合模式。

还提供了制造可扩展的对开加固件单元10和将单元扩展为加固件组件的方法。如上所述，该方法包括由第一材料块生成第一模型(具有半边元件的尚未成形的特征)，并且将第一模型成形为第一W形托架或第一半边元件12。第一模型的一实施例可能看似如图2中所示的第一半边元件12，但是展开成平面。两个半边元件12和14然后翻转并且结合在一起形成第一可扩展的对开加固件单元10。可使用大体相同的过程制造额外的加固件单元，然后其被结合在一起产生组件。

虽然详细描述了用于实施本发明的最优方式和其它方式，但是与本发明有关的本领域技术人员将认识到实施在所附权利要求范围内的发明的各种替代设计和实施例。

Claims (14)

1.一种用于机动车的加固件组件，包括：

由第一材料块预制的第一半边元件；

由第二材料块预制的与所述第一半边元件大体上相同的第二半边元件；

其中，所述第一和第二半边元件中的每个具有：至少一个基部部分；至少一个偏移部分；连接所述至少一个基部部分和至少一个偏移部分的至少一个倾斜部分，在所述至少一个倾斜部分中的每个倾斜部分的相对的端部上是相交部分，所述倾斜部分在其相对的端部上的相交部分处分别连接所述基部部分和所述偏移部分，所述相交部分中的一些或全部上具有凹口，所述第二半边元件被翻转并且所述第一和第二半边元件被结合在一起，使得所述第一和第二半边元件限定至少一个腔室。

2.如权利要求1所述的加固件组件，其中，所述第一半边元件的所述至少一个基部部分结合到所述第二半边元件的所述至少一个基部部分。

3.如权利要求1所述的加固件组件，其中，所述至少一个倾斜部分从所述至少一个基部部分向所述至少一个偏移部分成楔形。

4.如权利要求3所述的加固件组件，其中，所述大体相同的第一和第二半边元件还包括与所述至少一个基部部分和所述至少一个端部部分垂直的至少一个凸耳部分。

5.如权利要求4所述的加固件组件，其中，所述至少一个端部部分与所述至少一个基部部分大体上垂直。

6.一种用于机动车的加固件组件，包括：

第一和第二半边元件，所述第一和第二半边元件由相应的材料块预制并且每个包括：

限定基部平面的两个大体共面的基部部分；

从所述基部平面间隔开并且与所述基部平面大体平行的三个偏移部分；

四个倾斜部分，所述倾斜部分在其相对的端部上的相交部分处分别连接所述基部部分和所述偏移部分；和

与所述基部平面大体垂直的两个端部部分；

其中，所述相交部分中的一些或全部上具有凹口，所述第一和第二半边元件中的一个绕所述基部平面被翻转，并且所述第一半边元件的所述基部部分被结合到所述第二半边元件的所述基部部分形成第一加固件单元；

其中，所述第一加固件单元包括三个腔室。

7.如权利要求6所述的组件，其中，所述第一半边元件和第二半边元件从所述基部平面向所述偏移平面成楔形。

8.如权利要求7所述的组件，其中，所述凹口在所述倾斜部分和所述基部部分的所述相交部分中的一个相交部分处。

9.如权利要求8所述的组件，所述第一和第二半边元件还包括两个大体共面的凸耳部分，其限定与所述基部平面和所述两个端部部分大体垂直的附接平面。

10.如权利要求9所述的组件，还包括：

由相应的材料块预制的第三和第四半边元件，所述第三和第四半边元件与所述第一和第二半边元件大体相同；

其中，所述第三和第四半边元件中的一个绕所述第三和第四半边元件的所述基部平面被翻转，并且所述第三半边元件的所述基部部分被结合到所述第四半边元件的所述基部部分形成第二加固件单元；和

其中，所述第一加固件单元和第二加固件单元被结合在一起以使所述附接平面平行。

11.一种制造用于机动车的可扩展加固件的方法，包括：

提供第一预制的半边元件；

提供与所述第一预制的半边元件大体相同的第二预制的半边元件，所述第一半边元件和所述第二半边元件中每个具有：至少一个基部部分；至少一个偏移部分；连接所述至少一个基部部分和至少一个偏移部分的至少一个倾斜部分，在所述至少一个倾斜部分中的每个倾斜部分的相对的端部上是相交部分，所述倾斜部分在其相对的端部上的相交部分处分别连接所述基部部分和所述偏移部分；

在所述相交部分中的一些或全部中形成凹口；和

通过翻转所述预制的第一和第二半边元件中的一个并将所述第二预制的半边元件结合到所述第一预制的半边元件形成第一可扩展的加固件单元，以使所述第一可扩展的加固件单元限定至少一个腔室。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述提供第一和第二预制的半边元件还包括：

由第一材料块生成第一模型；

将所述第一模型成形为所述第一预制的半边元件；

由第二材料块生成与所述第一模型大体相同的第二模型；

将所述第二模型成形为与所述第一预制的半边元件大体相同的所述第二预制的半边元件。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

制造与所述第一可扩展的加固件单元大体相同的第二可扩展的加固件单元；和

将所述第一可扩展的加固件单元结合到所述第二可扩展的加固件单元以使所述结合的第一和第二可扩展的加固件单元具有比所述第一可扩展的加固件单元更大的横截面。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一可扩展的加固件单元包括六边形结构。

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