CN112672926B - 能量吸收装置、机动车辆车身及能量吸收装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量吸收装置的设计，该设计使所吸收的能量的量增大并且在碰撞的情况下控制该装置的变形。该能量吸收装置包括沿着第一纵向轴线延伸的中空的纵向构件和沿着第二纵向轴线延伸的纵向引导件，该纵向引导件布置在纵向构件内并且能够适合于在碰撞的情况下引导纵向构件的变形。纵向引导件与构件之间的长度比包括在1/5与3/5之间。

Description

能量吸收装置、机动车辆车身及能量吸收装置的制造方法

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的能量吸收装置，该能量吸收装置包括沿着第一纵向轴线延伸的中空的纵向构件和沿着第二纵向轴线延伸的纵向引导件，该纵向引导件布置在纵向构件内并且能够适合于在碰撞的情况下引导纵向构件的变形。

背景技术

在机动车辆中，能量吸收装置、比如冲撞盒或摇架是旨在在碰撞机动车辆的情况下使能量耗散以防止对乘客的造成伤害以及/或者对车辆的各部件造成损坏的部件。为此，这些能量吸收装置布置成当施加在装置上的力大于预定值时根据特定的运动而变形，使得已变形的材料耗散碰撞能量的一部分，因此碰撞能量不会被传递至车辆舱室和车辆的乘员。

该问题的解决方案也通过使能量吸收装置沿着能量吸收装置的主轴线变形使得能量吸收装置的材料在吸收能量的同时形成折叠部来获得。利用这种解决方案，该变形考虑了分配给每个部件的容量，并且这种变形运动增加了所耗散能量的量。

此外，这些能量吸收装置变形的可能性受到它们周围的其他设备、比如马达、齿轮箱、散热器或轮罩的限制。在变形期间，能量吸收装置不能撞击到周围的设备中。例如，在这些能量吸收装置与车轮之间发生撞击的情况下，存在失去车辆控制的风险。

在许多情况下，能量吸收装置由于有限的可用空间并且由于该能量吸收装置被设计成将位于彼此相距给定距离处的两个机械部件连结的事实而具有长且窄的形状。能量吸收装置的形状可以通过该能量吸收装置的长细比λ来表征，该长细比由λ＝L/√(Imin/A)限定，其中：

L是能量吸收装置的长度，

Imin是能量吸收装置的第二惯性矩，

A是能量吸收装置的总横截面面积。

当长细比λ大于25时，能量吸收装置由于在压缩载荷下屈曲而易于发生零件的普遍故障，这导致吸收的能量较低并且对车辆的周围零件造成灾难性的损坏。

防止零件的普遍屈曲的第一种解决方案是将局部改变引入到该零件的前端部上、最靠近施加压缩载荷的点，比如在FR2855805中所描述的。由几何改变引起的零件的局部减弱迫使零件在这些区域中发生局部屈曲，从而使碰撞能量的一部分耗散并且防止零件的整体屈曲，只要载荷保持在最大水平以下即可。

为了更好地控制轴向变形并且防止零件在碰撞期间移位远离该零件的原始轴线，另一解决方案包括在能量吸收装置内部布置引导件，以便于引导该装置的变形。

DE 19637244公开了这种解决方案。然而，如果引导件没有适当地布置在装置中，那么能量吸收不会被优化。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于机动车辆的能量吸收装置，该能量吸收装置具有最优的设计，以允许该装置在变形期间沿着该装置的主轴线的良好的引导，并且在碰撞的情况下使该装置的能量吸收最大化。

根据本发明，该目标通过一种先前类型的能量吸收装置来实现，在该能量吸收装置中，沿着第二纵向轴线测量的纵向引导件的长度与沿着第一纵向轴线测量的纵向构件的长度的比包括在1/5与3/5之间。

这种设计是特别期望的以在碰撞的情况下具有纵向构件的最大变形并且因此具有最大的能量吸收。

根据特定的实施方式，该能量吸收装置以所有在技术上可能的组合的方式包括以下特征中的一者、多者或全部特征：

-纵向引导件沿着该纵向引导件的整个长度具有恒定横截面，并且纵向构件具有结构弱点，纵向构件沿着该纵向构件的除了结构弱点之外的整个长度具有恒定横截面；

-纵向构件的恒定横截面与纵向引导件的恒定横截面的比包括在2与9之间；

-纵向构件的恒定横截面由外部轮廓界定，该外部轮廓限定了几何重心点，该几何重心点被包括在纵向引导件的恒定横截面中；

-结构弱点是纵向构件的被减弱的预定部分，至少一个结构弱点是例如焊接线或通孔或成排的通孔或者纵向构件的横截面的局部减小、或厚度中的变化或材料中的变化；

-每个结构弱点在与纵向构件的第一纵向轴线垂直的平面中延伸；

-纵向引导件包括引导件壁，该引导件壁具有包括在1mm与4.0mm之间的厚度；

-纵向构件在一个端部处通过封闭板被封闭，纵向引导件在该纵向构件的内部附接至所述封闭板；

-纵向引导件与纵向构件成一体；

-纵向引导件和纵向构件具有矩形的横截面或多边形的横截面或圆形的横截面；

-纵向构件包括构件壁，该构件壁具有大于25的长细比(λ)，该长细比由λ＝L/√(Imin/A)限定，其中：

L是构件壁的长度，

Imin是构件壁的第二惯性矩，

A是构件壁的总横截面面积；以及，

-纵向构件是车辆的冲撞盒或摇架的延伸部。

本发明还涉及一种包括如上所述的能量吸收装置的机动车辆。

本发明还涉及一种用于制造如上所述的能量吸收装置的方法，该方法包括以下步骤：

-制造中空的纵向构件，

-制造纵向引导件，纵向引导件的长度与纵向构件的长度的比包括在1/5与3/5之间，

-将所述纵向引导件组装在所述纵向构件中。

根据该方法的特定实施方式，组装步骤包括以下步骤：

-将纵向引导件焊接至封闭板，

-将纵向构件焊接至所述封闭板，纵向引导件被布置在纵向构件的内部。

附图说明

本发明的其他方面和优点将在阅读借助于示例给出并且参照附图的以下描述时变得明显，在附图中：

-图1是根据本发明的实施方式的能量吸收装置的立体图，

-图2是沿着图1中的II-II平面截取的截面图，

-图3是已变形的能量吸收装置的局部截面图，以及，

-图4是图3中的区域IV的放大图。

具体实施方式

在图1和图2中描绘了根据本发明的能量吸收装置2的实施方式。

能量吸收装置2是例如机动车辆(未示出)的冲撞盒或摇架的延伸部。在碰撞的情况下，能量吸收装置2发生变形，以便于耗散碰撞的能量，使得该能量不能被传递至车辆的其余部分。

例如，两个能量吸收装置2结合在机动车辆中，作为车辆的前部处的前部能量吸收装置。然后，能量吸收装置2例如连接至在各能量吸收装置之间横向地延伸的保险杠横梁(未示出)。应当注意的是，能量吸收装置也可以结合在车辆的后部处。

能量吸收装置2包括中空的纵向构件4、纵向引导件6和封闭板8。

纵向构件4布置成在碰撞期间变形，并且因此通过使纵向构件4自身折叠来吸收碰撞的能量，如将随后描述的那样。

纵向构件4沿着第一纵向轴线10从第一端部12延伸至第二端部14，并且包括构件壁16。

例如，纵向构件4是直线形的，即第一纵向轴线10是直线形的。替代性地，纵向构件4能够弯曲以适应于该纵向构件4在机动车辆中的位置并且适应于在所述位置处在该纵向构件4周围的各零件。

构件壁16例如由钢、特别地HX340LAD型钢制成。

构件壁16具有例如大于1mm、优选地大于1.5mm的厚度。

构件壁16例如具有大于25的长细比λ，该长细比λ由λ＝L/√(Imin/A)限定，其中：

L是构件壁16的长度，

Imin是构件壁16的第二惯性矩，

A是构件壁16的外表面的最大横截面面积。

纵向构件4具有例如矩形的横截面。第一纵向轴线10沿着纵向方向延伸。

在已安装的车辆中，该纵向方向与例如车辆的前后方向对应。

纵向构件4在第一端部12处通过封闭板8被封闭。在碰撞的情况下，碰撞通过封闭板8施加在该纵向构件4的第一端部12上。封闭板8还可以用作用于保险杠横梁的固定板。

纵向构件4优选地具有结构弱点18，该结构弱点18优选地位于第一端部12的附近，以控制纵向构件4的运动以及变形的开始。

特别地，结构弱点18是纵向构件4的被减弱的预定部分，这意味着与纵向构件4的在这些部分之外的部分相比，纵向构件4在这些部分中的机械阻力减小。

因此，结构弱点18是纵向构件4的被设计成比该纵向构件4的其余部分更容易弯曲的各部分。

结构弱点18设计成使得在冲撞情况下，纵向构件4首先在这些结构弱点18的位置处变形。

每个结构弱点18分别沿着纵向构件4的至少一部分延伸。

在纵向构件4的矩形截面的情况下，结构弱点18分布在纵向构件4的矩形截面的至少一个侧部上。在图1图示的示例中，结构弱点18位于纵向构件4的两个相反的侧部上。

每个结构弱点18优选地在纵向构件4的一个侧部的整个宽度上延伸。

另外，每个结构弱点18在与纵向构件4的第一纵向轴线垂直的平面中延伸。

在图1和图2中，结构弱点18呈纵向构件4的横截面的局部减小的形式。

特别地，在图1和图2中，每个结构弱点18是在该示例中具有圆弧形状的折叠部。

例如，纵向构件4的至少一个侧部的结构弱点18沿着该纵向构件4的长度规则地分布。更精确地，每个结构弱点18限定了相对于纵向引导件6而言的最靠近的点，两个连续的结构弱点18的最靠近的点之间的距离沿着纵向构件4的长度是恒定的。

纵向引导件6布置在纵向构件4内并且沿着第二纵向轴线20延伸。

第二纵向轴线20例如平行于第一纵向轴线10。替代性地，第二纵向轴线20和第一纵向轴线10在它们之间限定了大于5°的角度。根据一个特定实施方式，第二纵向轴线20在纵向构件的第一区域中平行于第一纵向轴线，并且在纵向构件的第二区域中相对于第一纵向轴线倾斜。

纵向引导件6布置成用于在碰撞的情况下引导纵向构件4的沿着第二纵向轴线20的变形。

通过引导，这意味着纵向构件4的变形沿着第一纵向轴线10发生，并且纵向构件4由于纵向引导件6的引导而大致不沿着另一轴线弯曲。

纵向引导件6包括引导件壁22。

优选地，引导件壁22具有包括在1.0mm与4.0mm之间的厚度。

在碰撞的情况下并且为了获得最优的能量吸收，纵向构件4沿着该纵向构件4的轴线10被压碎，使得纵向构件4的材料在吸收能量的同时形成折叠部。能量吸收随着折叠部形成而发生。随着折叠部的数目增大和/或折叠部的幅度增大，能量吸收增大，折叠部的幅度被限定为折叠部的顶部与底部之间的在与第一纵向轴线10大致垂直的平面中的距离，该顶部是折叠部距第一纵向轴线10的最远区域，并且该底部是折叠部距第一纵向轴线10的最近区域。在没有纵向引导件6的情况下，将存在纵向构件4对由于碰撞而产生的压缩力的两个竞争反应：第一反应是由于在包括结构弱点18的区域中形成折叠部而局部地吸收部分碰撞能量，第二反应是针对纵向构件4通过纵向构件4绕位于与压缩力大致垂直的平面中的轴线的普遍弯曲而变形。如前所述，第二反应是不希望的，因为纵向构件4通过普遍弯曲比通过形成折叠部将吸收少得多的能量。此外，纵向构件4的普遍弯曲会导致纵向构件4与车辆的其他元件的撞击。纵向引导件6的存通过迫使纵向构件4的变形保持包括在第一纵向轴线10与第二纵向轴线20之间而防止纵向构件4的普遍弯曲，并且因此通过在纵向构件4的包括结构弱点18的区域中形成折叠部来促进能量吸收。

为此，纵向构件4和纵向引导件6布置成使得在碰撞的情况下，纵向构件4的构件壁16变形为波形形状24，每个波形部都是折叠部。

纵向引导件6可以具有多边形、例如矩形或正方形、或圆形的横截面。

纵向引导件6可以是中空的或替代性地完全填充的而内部没有空间的体积部。

纵向引导件6由例如与纵向构件4相同的材料制成。

例如，纵向引导件6由钢、特别地HX340LAD型钢制成。

纵向引导件6在纵向构件4内部附接至封闭板8。在一个实施方式中，纵向构件4和纵向引导件6都被焊接至封闭板8。在图1至图4中描绘了该实施方式。在另一实施方式中，纵向引导件6和封闭板8与纵向构件4成一体。

沿着第二纵向轴线20测量的纵向引导件的长度与沿着第一纵向轴线10测量的纵向构件的长度的比包括在1/5与3/5之间。

这些特定的上限值和下限值就所吸收的能量的量而言限定了能量吸收装置2的最优设计。

实际上，纵向引导件6必须足够长以完全地引导纵向构件4的变形，从而允许能量的最大耗散。纵向引导件6使纵向构件4离开第一纵向轴线10的变形减小。如果纵向引导件6不足够长，则纵向构件4在冲撞开始时就弯曲离开第一纵向轴线10。该弯曲防止纵向构件4变形成波形形状，并且纵向构件4不会以最优的方式耗散能量。

另外，纵向引导件6一定不能太长，否则在碰撞期间，纵向引导件6将接触纵向构件4的第二端部14，并且将不被允许完全地变形，从而将能量传递至车辆的其余部分。

除了结构弱点18之外，纵向构件4和纵向引导件6沿着它们的整个长度具有恒定横截面。然后，纵向构件横截面与纵向引导件横截面的比包括在2与9之间。“横截面”是指纵向构件4的外表面或纵向引导件6的外表面的横截面。

这些特定的上限值和下限值就所吸收的能量的量而言限定了能量吸收装置2的互补性的最优设计。实际上，如果横截面的比小于2，则纵向构件4与纵向引导件6之间的距离可能太小，而不能允许在冲撞情况下完全形成构件壁16的波形形状24。另外，如果横截面的比大于9，则纵向构件4与纵向引导件6之间的距离可能太大，而不能确保在碰撞的情况下已变形的构件壁16的波形形状24具有抵靠纵向引导件6的引导件壁22的波形部的波谷26或底部。在图3和图4中示出了该波形形状24。波谷26与引导件壁22之间的接触迫使侧壁24进一步弯曲，从而增加了所吸收的能量的量。

此外，纵向构件的恒定横截面由外部轮廓界定，该外部轮廓限定几何重心点，该几何重心点优选地包括在纵向引导件的恒定横截面中。

例如，矩形横截面的几何重心点是对角线的交点。另外，圆形横截面的几何重心点是横截面的中心。

该特征进一步最优化了能够由能量吸收装置2吸收的能量的量。实际上，该特征确保了第一纵向轴线10与第二纵向轴线20之间的偏移不是太重要，以使得波谷26在纵向构件4由于冲撞而变形期间接触引导件壁22。

有利地，如在图1和图2的示例中所图示的，纵向引导件6相对于纵向构件4的横截面居中，第一纵向轴线10因此与第二纵向轴线20重合。使纵向引导件6居中在冲撞情况下允许能量吸收方面的最优化。

现在将说明用于制造上述能量吸收装置的方法。这种方法包括以下步骤：

-制造中空的纵向构件4，

-制造纵向引导件6，纵向引导件的长度与纵向构件的长度的比包括在1/5与3/5之间。

-将所述纵向引导件6组装在所述纵向构件4中。

例如，组装步骤包括以下步骤：

-将纵向引导件6焊接至封闭板8，

-将纵向构件4焊接至所述封闭板8，纵向引导件6被布置在纵向构件4的内部。

尽管已仅结合了有限数目的实施方式详细描述了本发明，但是应当容易理解的是，本发明不限于这样的所公开的实施方式。

替代性地，纵向引导件6和/或纵向构件4具有多边形或圆形的恒定横截面。

替代性地，至少一个结构弱点18或者每个结构弱点18是例如焊接线或通孔或成排的通孔、或者是纵向构件4的横截面、厚度或材料中的变化。

替代性地，纵向构件4的至少一个侧部处的结构弱点18不沿着该纵向构件4的长度规则地分布。

替代性地，第二纵向轴线20相对于第一纵向轴线10偏移，纵向构件的恒定横截面的几何重心点被包括在纵向引导件的恒定横截面中。

现在将参照下表1详细说明图示本发明的各种能量吸收装置的第一示例。

在表1的所有示例中，纵向构件4具有相同的特性。纵向构件4的长度为500mm、外部尺寸为47.4mm×39.7mm、壁厚度为1.8mm并且由HX340LAD型钢制成。纵向构件4在该纵向构件4的第一端部12的附近处具有结构弱点。

纵向引导件6具有20mm×20mm的正方形横截面，并且由与纵向构件4相同的材料HX340LAD钢制成。

纵向引导件6具有2mm的厚度。

已选择了不同长度的纵向引导件6来图示本发明的优点。

已经将不同构型的能量吸收装置的碰撞期间的所吸收能量的数值模拟结果与两个参照情况进行了比较，R1与没有任何纵向引导件6的纵向构件4对应，并且R2与具有测量为450mm长的纵向引导件6的纵向构件4对应，即纵向引导件6与纵向构件4的比为4.5/5，该比在如上所限定的最大长度比范围之外。在表1中总结了结果。

如在R2中能够看到的，当使用450mm的纵向引导件6——其中，纵向引导件6与纵向构件4的长度比大于3/5——时，与没有引导管R1的参照情况相比，所吸收的能量显着地降低。这是由于在纵向构件4完全吸收能量之前，引导管6在碰撞期间与后封闭板14接触。

在本发明的指定范围内的所有情况下，纵向引导件6的存在使所吸收的能量增加了13％至14％。

表1：不同长度的纵向引导件的示例

现在将参照下表2详细描述图示本发明的各种能量吸收装置的第二示例。

在表2的所有示例中，纵向构件4与表1的第一示例中的一者、即I1类似。

纵向引导件6具有矩形的横截面，并且由与纵向构件4相同的材料HX340LAD钢制成。

纵向引导件6具有2mm的厚度和200mm的长度，使得引导件长度/构件长度比为2/5。

已选择了不同横截面的纵向引导件6来说明本发明的特定实施方式的优点。

在本发明的指定范围内的横截面的所有情况下，所吸收的能量与参照相比增加了6％至38％。

表2：不同横截面的纵向引导件的示例。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆的能量吸收装置(2)，所述能量吸收装置(2)包括沿着第一纵向轴线(10)延伸的中空的纵向构件(4)和沿着第二纵向轴线(20)延伸的纵向引导件(6)，所述纵向引导件(6)布置在所述纵向构件(4)内并且能够适合于在碰撞的情况下引导所述纵向构件(4)的变形，

其中，沿着所述第二纵向轴线(20)测量的所述纵向引导件的长度与沿着所述第一纵向轴线(10)测量的所述纵向构件的长度的比包括在1/5至3/5之间；

其中，所述纵向引导件(6)沿着所述纵向引导件(6)的整个长度具有恒定横截面，并且所述纵向构件(4)具有结构弱点(18)，所述纵向构件(4)沿着所述纵向构件(4)的除了所述结构弱点(18)之外的整个长度具有恒定横截面；

其中，所述纵向构件(4)的恒定横截面与所述纵向引导件(6)的恒定横截面的比包括在2至9之间。

2.根据权利要求1所述的能量吸收装置，其中，所述纵向构件的恒定横截面由外部轮廓界定，所述外部轮廓限定几何重心点，所述几何重心点被包括在所述纵向引导件的恒定横截面中。

3.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述结构弱点(18)是所述纵向构件(4)的被减弱的预定部分。

4.根据权利要求3所述的能量吸收装置，其中，至少一个所述结构弱点(18)是焊接线或单个通孔或成排的通孔或者所述纵向构件(4)的横截面的局部减小、或厚度中的变化或材料中的变化。

5.根据权利要求3所述的能量吸收装置，其中，每个所述结构弱点(18)在与所述纵向构件(4)的所述第一纵向轴线(10)垂直的平面中延伸。

6.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述纵向引导件(6)包括引导件壁(22)，所述引导件壁(22)具有包括在1mm与4.0mm之间的厚度。

7.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述纵向构件(4)在一个端部处通过封闭板(8)被封闭，所述纵向引导件(6)在所述纵向构件(4)的内部附接至所述封闭板(8)。

8.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述纵向引导件(6)与所述纵向构件(4)成一体。

9.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述纵向引导件(6)和所述纵向构件(4)具有多边形的横截面或者圆形的横截面。

10.根据权利要求9所述的能量吸收装置，其中，所述纵向引导件(6)和所述纵向构件(4)具有矩形的横截面。

11.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述纵向构件(4)包括构件壁(16)，所述构件壁(16)具有大于25的长细比λ，所述长细比由λ＝L/(Imin/A)^1/2限定，其中：

L是所述构件壁(16)的长度，

Imin是所述构件壁(16)的第二惯性矩，

A是所述构件壁(16)的外表面的最大横截面面积。

12.根据权利要求1或2所述的能量吸收装置，其中，所述纵向构件(4)是所述车辆的冲撞盒或摇架的延伸部。

13.一种包括根据权利要求1至12中的任一项所述的能量吸收装置(2)的机动车辆车身。

14.一种用于制造根据权利要求1至12中的任一项所述的能量吸收装置(2)的方法，所述方法包括以下步骤：

-制造中空的纵向构件(4)，所述纵向构件(4)具有结构弱点(18)，所述纵向构件(4)沿着所述纵向构件(4)的除了所述结构弱点(18)之外的整个长度具有恒定横截面，

-制造纵向引导件(6)，所述纵向引导件(6)沿着所述纵向引导件(6)的整个长度具有恒定横截面，所述纵向引导件的长度与所述纵向构件的长度的比包括在1/5至3/5之间，并且所述纵向构件的恒定横截面与所述纵向引导件的恒定横截面的比包括在2至9之间，

-将所述纵向引导件(6)组装在所述纵向构件(4)中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，组装步骤包括以下步骤：

-将所述纵向引导件(6)焊接至封闭板(8)，

-将所述纵向构件(4)焊接至所述封闭板(8)，所述纵向引导件(6)被布置在所述纵向构件(4)的内部。