专利名称：带有可变强度环的保险杠压扁支架的制作方法
技术领域：
本发明的背景本发明涉及车辆保险杠系统，具有压扁支架，用于支承车辆上的保险杠，以及更具体地说，涉及一个管形的压扁支架，构造为以一种顺序的一致的方式吸收大量的冲击能量。
联邦政府，保险公司，经理处，协会，以及与车辆安全有关的公司已建立标准的冲击试验，车辆的保险杠系统必须通过它。压扁支架普通用于支承车辆框架上的保险杠，以及经常使用来吸收当车辆冲撞时的能量。某些特征对于“成功的”压扁支架是有益的。希望的是制造出压扁支架，它提供一个一致的和可预见的冲击强度在一个已知的狭窄的范围内，从而确定使在单独的车辆上的保险杠系统将全部通过试验。有利的是，一个一致的和可预见的冲击强度可让制造商制出安全的车辆还可让他们更精确地优化保险杠系统以减轻多余的重量和使用廉价的材料。尤其是，希望的是制造压扁支架，它提供一个可预见的和一致的力与变形比曲线，以及提供一个一致的能量吸收与时间比曲线，以及提供一个一致的和可预见的压扁图案。这样让车辆制造商确切地知道以任何给定的冲击力产生多么大的变形，以及在一个冲击或车辆压扁时在任何点吸收多么大的能量。依次地，这样让车辆制造商能够围绕保险杠系统设计足够的余量，以允许无损坏的冲击，并且不浪费空间以补偿产品的变动，以及提供足够的支承至车辆框架上的保险杠系统。
力与变形比曲线具有几个重要的范围，在其中压扁支架由弹性变形改变至永久变形，以引起总的压扁并到达极点。重要的是压扁的这些不同点是可预见的，从而使在压扁前和压扁时大部分的能量被吸收，但是也可以使此过度的载荷的通过保险杠系统转移到车辆和它的乘客之前产生压扁。
除了上述之外，保险杠发展大纲要求长的超前时间，以及它的重要性是任何压扁支架是柔性的，可适应的和“可调谐的”从而使它能够以可预见性改进和调谐，以便在一个给定的车辆型号后期保险杠发展大纲中对它优化。同样，希望的是提供一种压扁支架设计，它能够使用在不同的保险杠梁上以及与不同的保险杠系统和不同的车辆型号相结合，尽管车辆的要求广泛地变化，从而使每个新的保险杠系统虽然是新的，但并不是完全未经试验的“陌生的”系统。
某些管形压扁支架是已知的，用于在一个保险杠系统中支承保险杠。在一种型号中，两个冲压的半壳是焊接到一起的。然而，这个过程产生原材料边料。再者，焊接过程是一个二次工序，它增加了间接的制造费用。此外，焊接的压扁支架经受显著的产品改变以及在产品冲击强度，力与变形比曲线，能量吸收曲线，以及压扁失效点等方面的显著的改变。
因此，一种保险杠系统，包括一个压扁支架希望用于解决以上所述的问题以及具有以上所述的优点。尤其是，一个压扁支架希望能提供一致的冲击强度，一致的力与变形比曲线，一致的能量吸收(弹性的和永久的变形)，一致的压扁点和图案，它们全部处于产品和性能改变的紧密的/狭窄的范围内。同样，一个压扁支架希望它能够以降低的二次加工需要和降低的人工需要的方式制造。
本发明的概述按照本发明的一个方面，一个能量吸收压扁支架使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子，管子具有第一和第二环段，被一个互联段连接。至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度，从而使在吸收一个平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁。按照这种排列，压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
按照本发明的另一方面，一个能量吸收的压扁支架包括由一个连续的相邻的材料制成的一个管子，带有第一和第二环段，被一个互联的环段连接。互联的环段限定一个形状，与第一和第二环段的直径不相同，以及限定一个截锥形的斜面，从而使在接收一个平行于管子长度的末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁。按照这种排列，压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
按照本发明的另一方面，一个能量吸收的压扁支架包括一个管子，具有第一和第二环段，被一个互联的环段连接，这样在平行于管子长度的方向上接收冲击时，它构造为能引起第一和第二环段套叠地压扁彼此进入，并且使管子的材料折叠返回自身，以便当一个冲击冲程比互联环段的长度长时在第一和第二环段之间形成一个第三环段。按照这种排列，压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
按照本发明的另一方面，一种方法包括下列的步骤形成一个压扁支架用于一个保险杠系统，适合于连接到一个车辆上，压扁支架还包括一个管子，具有第一和第二环段，被一个互联的环段连接。此方法还包括在管子上形成一个互联的环段，形状与第一和第二环段不同，以及热处理一个第一和第二环段至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。按照此种方法，在平行于压扁支架的长度的方向上冲击至保险杠系统时，第一和第二环段套叠地压扁彼此进入，并且带有一个可预见的能量吸收水平。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，带有沿周边形成的沟槽，在冲击时它们以一种特定的，可重复的，可预见的和希望的方式和顺序压扁和变形。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，是由一种单独的连续的和相邻的材料制造，它将以一个顺序的方式压扁。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，具有各管段，至少其中一个热处理至与其它的管段不同的拉伸强度。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，具有各管段，它们构造为当车辆冲击时进入彼此套叠，而不是像已知的压扁支架那样压扁，其中向后和向前折叠的壁彼此压扁，像一个手风琴。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，具有各管段，被一个互联的管段连接，它是截锥形的，并带有截锥形的管段，在车辆冲击时导致一个管段进入另一个管段。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，具有第一和第二管段，被一个互联的管段连接，其中在一个车辆冲击时，第一管段套叠进入第二管段，以及互联的管段在冲击的冲程中形成一个第三管段，陷落在第一和第二管段之间，第三管段经过显著的、但可预见的变形和能量吸收。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，具有第一和第二管段，被一个互联的管段连接，其中第一和第二以及互联的管段以一种可预见的和高度可重复的顺序的方式套叠到一起。
本发明的一个目的是提供一种压扁支架，它高度地适合于不同的保险杠和保险杠系统，以及它能够改变和“调谐”至特定的保险杠和保险杠系统，以及它具有来自这种改变的可预见的结果和收获，比如使用一个热处理或退火过程来改变它(例如较大的退火区或退火比较大地改变性能)，借助使用较厚的或较薄的壁材料或借助使用不同硬度或性能的材料，来改变它，借助改变管子的长度、直径、半径、壁构造或形状来改变它，以及借助表面的改变来改变它。
在研究下列的说明书、权利要求书和附图之后，本发明的其它方面，目的和特征将被技术熟练人员理解和明确。
附图的简要说明
图1是一个保险杠系统的水平的横剖面图，包括一个安装板连接至一个车辆框架，一个保险杠和一个压扁支架，包括相对的末端，连接至安装板和保险杠；图2是类似于图1的剖面图，但带有压扁支架压扁一个第一(比较短的)距离；以及图3是类似于图2的剖面图，但带有压扁支架压扁一个第二(比较长的)距离。
优选的实施例的详细说明一个车辆保险杠系统10(图1)包括一个车辆前保持杆11，带有一个安装托架，一个车辆框架，包括一个轨道安装板12和一个压扁支架13，安装在托架和安装板12之间。压扁支架13包括一个管子，由一种连续的相邻的材料制成，比如高强度的可热处理的钢。管子具有第一和第二环段14和15，被一个互联段16连接，它具有截锥形部分17，形成一个截锥形斜面。第一环段14热处理至一个高的材料强度，比如约120KSI拉伸强度，它基本上比第二环段15高，后者保持在约60KSI拉伸强度。可以理解，第一环段14的拉伸强度应比第二环段15的拉伸强度高出一个显著的量，比如约10％，但是最好高约一倍拉伸强度，或比它高约60KSI。这种排列提供环段14所需的刚度，以便套叠在环段15上，以及提供在互联段16的截锥形部分17处的聚束。按照这种排列，当保险杠系统10接收一个平行于压扁支架长度的末端冲击时，第一和第二环段14和15以一种可预见的和一致的多相变形的顺序套叠地压扁彼此进入，其中第三环段18(图2)开始形成和随后在第一和第二环段14和15之间变形。一旦第三环段18完全地形成，由于被互联段16的一个长度限制，材料开始弯曲和在由环段22形成的“钩件”下面位置20处聚束向上。可以理解。如果车辆型号具有足够的余量以及在压扁支架最终的极点之前希望补充的能量吸收，可以设置补充的环段和互联段。
说明的保险杠11是一个技术中已知的管形梁。例如参见Sturruspatents 5,092,512和5,813,594。这些保险杠可以是直线的或弯曲的。根据它们的形状，安装托架或平板可以使用于提供在保险杠上一个较平坦的安装表面，适合与一个压扁支架连接(参见patent 5,092,512图14和patent 5,813,594图4)。
类似地，在一个压扁支架的车辆连接末端上各种不同的器件能够使用于提供一个附着点，用于固定压扁支架到一个车辆框架上。
本发明的压扁支架13是由一个单独的管形组成的。可以理解，管形开始是滚子变形和焊接成的一个稳定的管子，具有固定的和环形的横截面，并带有固定厚度的均匀的管壁。尽管如此，可以理解，本发明也可以使用非圆形的管子。
在管子形成和切割为希望的长度之后，互联段16是滚轧或冲压的，以形成一个向内变形的截锥形部分17(漏斗形)具有至管子中心线21的一个低角度，以及一个向内变形半径“迅速脱出”的部分22具有至管子中心线21的一个高角度。所示的截锥形部分17具有一个较直线的漏斗形段，从而它形成一个刚性斜面用于在冲击时引导环段15进入环段14。还有，迅速脱出部分22具有这样的半径和斜度，使它经受一个弯曲力，使之卷起成一个钩形(见图2)。这点也有助于冲击时环段14和15的套叠作用，如下面所讨论。
在压扁支架13内的内腔25是开启的和在冲击时保持开启。作为其结果，一个部件能够定位在空腔25内，并不损害压扁支架13的性能。例如，如果希望，一个牵引钩衬套可以放置在空腔25内。
在工作时，压扁支架13是借助制造一个管子，比如借助滚子成形，随后滚子成形为管子，减少直径的互联段和随后热处理环段14(和/或环段15，17和22)。一对压扁支架13随后装配成一个保险杠系统10，这时借助连接保险杠11与压扁支架13，它们水平地和彼此横向有间距。保险杠系统10连接至一个车辆框架。当冲击时，互联段16开始弯曲，这是由于沿着它们的中心线21的环段14和15的线性强度。特别是，当迅速脱出部分22自身返回重叠时形成一个钩形环，它握持截锥形部分17时，截锥形部分17被驱动至迅速脱出部分22的下面。这样保证压扁的第一阶段在能量吸收的第一(较低)水平。当压扁支架13在来自车辆压扁的一个长冲程继续经受套叠时，互联段16的一个末端弯曲和拉伸在环段14的剩余的材料下面，从而形成在环段14和15之间的第三环段18。在此之后，当压扁支架13继续压扁时，环段15的末端弯曲，聚束向上至互联段16的迅速脱出部分22形成的“钩子”的下面。不同的环段14-16的顺序的压扁和变形是一致的和可预见的，以及导致一个分级的能量吸收曲线，并带有在每个顺序相时逐渐增高的能量吸收和带有一个较狭窄的变化范围。
可以理解，在不脱离本发明的概念的条件下可以做出各种改变和改进，以及进一步还可以理解，这些概念有意地包括在下列的权利要求书内，除非其语言表达其它的意义。
权利要求
1.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子以及它具有第一和第二环段，被一个互联段连接，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度，从而使在吸收一个平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁，其中，管子限定一个纵向的中心线，以及互联段具有一个第一部分，它以一个较小角度延伸至中心线，以及具有一个第二部分，它以一个较大角度延伸至中心线，从而这时压扁支架构造为在特定的套叠压扁距离处吸收最佳的能量水平。
2.按照权利要求1的压扁支架，其特征在于，每个每一和第二环段是圆柱形的和限定的直径。
3.按照权利要求2的压扁支架，其特征在于，互联段限定一个形状，与第一和第二环段的直径是不相同的。
4.按照权利要求2的压扁支架，其特征在于，互联段具有至少一个横截面，它是圆形的，以及限定一个直径与第一和第二环段是不相同的。
5.按照权利要求1的压扁支架，其特征在于，互联段具有一个截锥形部分，成形为在压扁支架冲击和套叠地压扁时引导第一环段进入第二环段。
6.按照权利要求1的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
7.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子以及它具有第一和第二环段，被一个互联段连接，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度，从而使在吸收平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一个多相的变形顺序套叠地压扁，第一和第二环段每个是圆柱形的和限定直径，以及互联段具有至少一个横截面，它是圆形的和它限定直径与第一和第二环段的直径是不同的，其特征在于，互联段的直径比第一和第二环段的直径小，而且压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
8.按照权利要求7的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
9.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子以及它具有第一和第二环段，被一个互联段连接，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度，从而使在吸收平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁，其特征在于，互联段具有一个截锥形部分，成形为在压扁支架冲击和套叠地压扁时引导第一环段进入第二环段，以及具有至少一个附加的截锥形部分，而且压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
10.按照权利要求9的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
11.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子以及它具有第一和第二环段，被一个互联段连接，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度，从而使在吸收平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁，其特征在于，第一环段具有一个拉伸强度至少约60KSI，以及第二环段具有一个拉伸强度至少高于第一环段的拉伸强度10％，而且压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
12.按照权利要求11的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
13.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子以及它具有第一和第二环段，被一个互联段连接，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度，从而使在吸收平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁，其特征在于，第一和第二环段在冲击和套叠到一起之前具有相同的直径，而且压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
14.按照权利要求13的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
15.按照权利要求13的压扁支架，包括一个保险杠，一个车辆框架以及其特征在于，第一环段是连接至保险杠以及第二环段是连接至车辆框架。
16.按照权利要求15的压扁支架，其特征在于，第一环段是与互联段的一个第一部分连接的以及第二环段是与互联段的一个第二部分连接的。
17.按照权利要求13的压扁支架，其特征在于，互联段包括一个部分，成形和变形为一个钩形环，当第一和第二环段开始套叠到一起时，钩形环导致至少一个第一和第二环段的材料聚束向上和弯曲，以及当第一和第二环段继续套叠到一起时彼此压扁。
18.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子以及它具有第一和第二环段，被一个互联段连接，互联段限定一个形状，比第一和第二环段的直径小，以及限定一个截锥形斜面，从而使在接收平行于管子长度的一个末端冲击时，第一和第二环段以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁，并且压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
19.按照权利要求18的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
20.一种能量吸收压扁支架，使用于支承一个车辆上的一个保险杠，包括一个管子，具有第一和第二环段，被一个互联环段连接，互联环段具有比第一和第二环段小的直径，从而使在平行于管子长度的方向上冲击时，互联环段构造为引起第一和第二环段彼此套叠地压扁，并且使管子的材料折叠返回到自身，在一个比互联环段的长度长的冲击冲程中在第一和第二环段之间形成一个第三环段，并且压扁支架构造为吸收在特定的套叠压扁距离处的最佳的能量水平。
21.按照权利要求20的压扁支架，其特征在于，至少一个第一和第二环段是热处理至与另一个第一和第二环段不同的材料强度。
全文摘要
一个车辆保险杠系统(10)使用的一种压扁支架(13)，包括由一种连续的相邻的材料制成的一个管子，比如用一种可热处理的钢制成的。管子具有第一和第二环段(14、15)，被一个互联段(16)连接。第一环段是热处理至一个高的材料强度，比如约120KSI拉伸强度，它显著地高于第二环段，后者保持在约60KSI拉伸强度。互联段(16)具有一个截锥形部分(17)，形成一个斜面。按照这种排列，当保险杠系统(10)接收一个平行于管子长度的末端冲击时，第一和第二环段(14、15)以一个可预见的和一致的多相的变形顺序套叠地压扁，其中第三环段(18)形成在第一和第二环段之间。
文档编号B60R19/24GK1578740SQ02821473
公开日2005年2月9日 申请日期2002年9月26日 优先权日2001年9月27日
发明者雷纳·B·尼斯, 戴维·W·希瑟林顿, 斯科特·C·格拉斯哥, 杰克·拉塞尔 申请人:沙普公司