本公开涉及吸能结构，特别是可用于需要满足不同速度下的具有不同质量的不同尺寸目标的碰撞测试需求的车辆。
背景技术：
被动吸能器用在车辆上的多种应用中以吸收来自碰撞的碰撞能量并管理碰撞能量和所产生的车辆变形。吸能器可被包含成保险杠组件、车门防侧撞梁(doorbeam)、内部支撑、扶手等的一部分。保险杠组件是吸能器的承受许多测试的一个示例。
保险杠组件的测试的一个示例是低速保险杠碰撞测试，在低速保险杠碰撞测试中碰撞器的宽度在0.4米至0.6米之间，并且碰撞器具有等于车辆整备重量的质量以及4kph(千米/小时)的碰撞速度。这种测试的目的在于使轴向变形最小化，从而使对保险杠和保险杠后面的其它结构的损坏最小化。
保险杠组件的测试的另一示例是测量对车辆的损坏的rcar(researchcouncilforautomobilerepairs，汽车维修研究委员会)关联测试(associationtest)，在rcar关联测试中，碰撞器具有等于保险杠的宽度的大约40％的宽度并具有等于车辆整备重量的质量以及15kph的碰撞速度。这个测试的目的在于限制轴向变形，以使轴向变形被包含在吸能器内从而使车辆前端损坏最小化。
保险杠组件的测试的另一示例是行人腿部碰撞测试，行人腿部碰撞测试测量为与行人的腿部碰撞所提供的缓冲的程度。在与行人腿部碰撞器的碰撞中测量缓冲的程度，该行人腿部碰撞器在最宽的点处具有75mm至90mm的宽度并具有大约13.8kg的质量以及40kph的碰撞速度。这个测试的目的在于测试吸能器通过较大程度的变形而减小碰撞力从而使腿部损伤最小化的能力。
传统的吸能器可能在不会通过以上测试的一些测试但通过其它测试，这是由于通过一些测试所需的刚度不可避免地在需要柔量的其它测试中失效。
本公开旨在解决以上问题和如下总结的其它问题。
技术实现要素：
根据本公开的一个方面，公开了一种吸能器，所述吸能器包括容纳多个管段和间隔件的容器。所述容器包括适于接收来自第一方向的碰撞的一侧。管段是相对刚性的并以平行的阵列的方式组装到所述容器内，其中，管段的圆柱轴线c被定向为垂直于所述第一方向。间隔件被放置在所述容器内，其中，管段被布置为当在所述一侧上接收到碰撞力时在所述容器内移位使得它们压挤所述间隔件。
根据本公开的其它方面，所述间隔件可以是组装到所述容器内并将所述管段在所述容器内保持就位的低密度的软的泡沫间隔件。泡沫间隔件可限定多个间隔开的开口，每个开口接纳管段中的一个管段。所述泡沫间隔件可以是设置在所述平行的阵列中的一排管段的至少一侧上的一层泡沫。所述泡沫间隔件可以是设置在相邻排的管段之间的多层泡沫。所述泡沫间隔件还可包括设置在所述容器的壁和一排管段之间的多层泡沫。
可替代地，所述间隔件可包括连接所述平行的阵列中的相邻的管段的多个壁。当碰撞力施加到所述一侧时所述壁可适于在管段的实质性变形之前断裂，以便于管段移位。在本文中限定的实质性变形是导致管段压裂的变形。
所述容器可包括在所述一侧上的碰撞接收表面、在上侧上的顶壁、在下侧上的底壁和与所述碰撞接收表面相对的附连表面。管段的圆柱轴线c可以在所述顶壁和所述底壁之间延伸，所述附连表面被附连到保险杠梁。
根据本公开的另一方面，公开了一种制造吸能器的方法。所述方法包括以下步骤：提供容器；将间隔件插入在所述容器中；将多个管段插入到所述容器中。所述管段具有圆柱轴线c，所述间隔件保持管段成阵列，使得每个圆柱轴线c被定位成平行于其它管段的圆柱轴线c并垂直于施加到所述容器的接收表面的碰撞的方向。
所述方法还可包括挤出成形连接阵列中的相邻的管段的多个连接部，其中，在碰撞力施加到碰撞接收表面时，所述连接部在管段的实质性变形之前断裂以便于管段在容器内主要沿着两个方向移位。
所述间隔件可以是低密度的软的泡沫间隔件，将间隔件插入到所述容器中的步骤通过将泡沫间隔件放置于所述容器中以将泡沫间隔件设置在阵列中的一排管段的至少一侧上来执行。或者，所述间隔件可以是泡沫间隔件，将间隔件插入到所述容器中的步骤可以通过在所述容器中将泡沫间隔件放置于阵列中的成排的管段的相邻排之间来执行。
根据所述方法的另一方面，所述方法还可包括形成低密度的软的泡沫材料的间隔件，所述间隔件限定适于保持管段成阵列的多个开口。
根据本公开的另一方面，本公开涉及另一种制造吸能器的方法，所述可包括：将具有圆柱轴线c的多个管段组装在容器中；将至少一个间隔件组装在所述容器内部，以将管段保持就位。所述容器内的多个管段包括外壁，其中，管段的圆柱轴线c均彼此平行地定向并在竖直方向上延伸。间隔件将管段在所述容器中保持就位直到碰撞力施加到所述外壁为止。
所述方法还可包括形成泡沫材料的间隔件，所述泡沫材料的间隔件具有限定在所述泡沫材料中的用于接纳管段的多个开口。当碰撞力施加到所述容器时，管段在所述容器内运动以吸收碰撞力。
形成间隔件的步骤可通过在将管段组装到所述容器中之后使泡沫材料围绕管段在原位膨胀来执行。或者，组装至少一个间隔件的步骤可通过将间隔件插入所述容器中以与一排管段的至少一侧接触来执行。
所述间隔件可包括连接相邻的管段的多个连接部。可通过挤出成形管段和所述多个连接部来形成连接部和管段。所述连接部被设计为当碰撞力施加到所述容器的外壁时易于断裂以便于管段在所述容器内的移位。
将多个管段组装在所述容器中的步骤还可包括：将第一模块插入到所述容器中，所述第一模块包括由多个壁中的第一部分连接的多个管段中的第一部分。在插入所述第一模块之后，可将第二模块插入到所述容器中，所述第二模块包括由多个壁中的第二部分连接的多个管段中的第二部分。
根据本公开的一个实施例，将多个管段组装在所述容器中的步骤还可包括：将第一模块插入到所述容器中，所述第一模块包括由多个连接部中的第一部分连接的多个管段中的第一部分；在将所述第一模块插入到所述容器中之后，将第二模块插入到所述容器中，所述第二模块包括由多个连接部中的第二部分连接的多个管段中的第二部分。
以下将参照附图描述本公开的以上方面和其它方面。
附图说明
图1是具有根据本公开的一个方面制造的吸能器的虚线形式的车辆的前/左透视图。
图2是附连到保险杠的图1的吸能器的示意性透视图。
图3是图1的吸能器的示意性透视图，示出了设置在附连到保险杠的容器中的虚线形式的多个管段。
图4是吸能器的示意性透视图，示出了移除容器并附连到保险杠的多个管段和泡沫间隔件层。
图5是吸能器的俯视平面图，示出了移除容器并附连到保险杠的多个管段和泡沫间隔件层。
图6是吸能器的示意性透视图，示出了限定有多个开口的泡沫块和设置在开口中的多个管段。
图7是通过可断裂的连接部连接的多个管段的示意性透视图，可断裂的连接部适于在受到碰撞时断裂以允许管段移位从而吸收能量。
图8是通过如图7中所示的可断裂的连接部连接的多个管段的局部俯视平面图。
图9是示出根据本公开的一个实施例制造的吸能器与宽的高质量碰撞器进行低速碰撞的模拟测试的图表。
图10是示出根据与图9中的测试对象相同的实施例制造的吸能器与窄的低质量碰撞器进行高速碰撞测试的模拟行人测试的图表。
图11是示出根据与图9中的测试对象相同的实施例制造的吸能器与宽的高质量的碰撞器进行高速碰撞测试的模拟测试的图表。
具体实施方式
参照附图公开示出的实施例。然而，应理解，公开的实施例旨在仅为可采取各种替代的形式实现的示例。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员如何实践所公开的构思的代表性基础。
参考图1，以虚线示出的车辆总体上由标号10指示。吸能器12被示出为在前饰板14的后面组装到车辆10的前端。
参照图2和图3，吸能器12被示出为组装到保险杠梁16。吸能器12被附连到保险杠梁16的前表面并且可以成形为符合保险杠梁16的轮廓。吸能器12被设置在保险杠梁16与(图1中所示的)前饰板14之间。
如图3中所示，吸能器12被示出为包括多个相对刚性的管段(tubularsegment)20，每个管段20包括圆柱轴线c。可以将具有选择的直径的硬塑料管切割成一定尺寸以制造管状插入件。圆柱轴线c在竖直方向上延伸，并且各个管段的圆柱轴线c彼此平行。如图2中所示，管段20被容纳在容器内。
参照图2，吸能器12被示出为附连到保险杠梁16。吸能器12包括容纳如图3中所示的管段20的容器22。容器22包括碰撞接收壁24或外壁、顶壁26、底壁28和附连壁30。容器22还可包括封闭容器22的横向端部的端壁32。
参考图4，示出了管段20的阵列，其中出于可见性而移除(图2中所示的)容器22。横向泡沫层36被示出为位于管段20和保险杠梁16之间。应理解，额外的横向泡沫层36可被设置在每排管段20之间并且还可被设置在最前排的管段20和容器22的壁之间。
泡沫层36在容器22内提供空间以允许管段20移位。当在图4中由箭头i指示的碰撞被施加到吸能器时，管段20在容器22内移位以吸收来自碰撞的能量。横向泡沫层36还起到将管段20在容器内保持就位的作用，并且通过防止管段20的移位(除了当碰撞i被施加到吸能器12时之外)而使得管段20在容器22内移动导致的任何可能的噪音最小化。
参考图5，示出了管段20的可替代布置，其中管段20被保持在保险杠梁16上。横向泡沫层36被示出为位于管段20和保险杠梁16之间。多个纵向泡沫层38被示出为位于各列管段20之间。纵向泡沫层38可以被设置在每列管段20之间，或者可以以一定间隔仅设置在一些列的管段20之间。多排管段20可在横向车辆方向或纵向方向上延伸。参考上文图5的实施例，在纵向方向上延伸的多排管段20被称为列，在横向方向上延伸的多排管段被称为行。
参照图6，示出了包括泡沫块40的可替代实施例，泡沫块40限定多个开口42，每个开口42适于接纳管段20中的一个管段。管段20分别具有圆柱轴线c。管段的圆柱轴线c垂直于由箭头i指示的碰撞的方向。当碰撞吸收器被附连到车辆的保险杠时，管段20的圆柱轴线c竖直地定向。开口42保持管段20成阵列44。泡沫块40是高度可压缩的，并且在与物体碰撞的事件中对管段20的移位提供最小的阻力。在图6中，(图2中所示的)容器22的顶壁被移除以示出管段20的阵列44的布置。碰撞接收壁24或外壁被示出为与碰撞吸收构件的前表面对应。如图6中所示，泡沫块40设置有端壁32。
参考图7和图8，示出了另一可替代实施例，其包括由多个薄的连接部46保持成阵列44的多个管段20。薄的连接部46在横向方向和纵向车辆方向上连接管段。薄的连接部46被设计为在碰撞被施加到管段20的阵列的其中一侧的撞击中在发生任何实质性变形20之前断裂。在碰撞时，管段20移位，使薄的连接部46断裂并在容器22(如图2所示)内移动。管段20以使它们的圆柱轴线c彼此平行并沿着竖直方向延伸的方式对齐。
在以上描述的实施例中的每个实施例中，管段20被设计为在容器22内侧向和后向移动。容器22对管段20的阵列44进行密封。
可以改变管的直径和计量值(gauge)以形成基本刚性的管段20。此外，管材料的材料属性可以变化，以改变管段的弹性模量、屈服强度和极限强度。管的直径可以在20mm至25mm之间，管壁的厚度优选地在1.5mm厚至2mm厚之间。可以想象的是，可以使用特定的硬塑料材料来制造管。参照图3至图8所描述的泡沫层、泡沫块和壁的作用是使管段以间隔开的关系保持在容器22内。管之间的空余空间优选地为容器22内的空间的体积的5％至20％。然而，应理解的是，特定部件的空余空间的百分比可以被优化为实现性能目标。
吸能器12由相对较硬的管段20的阵列组成，这些管段被间隔开使得总的体积变化受到限制，而不论碰撞测试中所需的碰撞器尺寸和质量以及碰撞的相对速度如何。当碰撞器的尺寸改变(对质量和速度变化的影响最小)时，吸能器经历不同程度的变形。
这种被动适应性结构系统包括三个主要组成部分：相对刚性的管段的阵列、聚合物覆盖件或容器以及保持管段20在容器22内的间隔和定位的软的间隔件。与连接相邻的管段20的泡沫间隔件或薄的连接部相比，管段20相对较硬。管段在横向方向和纵向方向上被间隔开以限制在碰撞期间发生的总体积变化。
在图6所示的实施例中，泡沫基体设置有预先钻出的孔或开口42。可以通过在具有多个心轴(泡沫形成在多个心轴周围)的模具中形成泡沫块40来形成开口42。保持管段的泡沫块是柔软的，并且在碰撞期间不会对管段20的移位提供任何显著的阻力。
参考图7和图8的实施例，薄的连接部46是易碎的，这意味着它们在碰撞期间相对较弱并且容易断裂，以允许管段在容器22内向后和横向移位。
可以根据可在将管段20组装到容器22内时将泡沫层36和38放置到容器22中的方法来制造图2至图5的实施例。参照图4，一层泡沫可被放置在容器22的附连壁30上，一排管段20可被装载到容器22中。额外的成排的管段和额外的横向泡沫层36可以同时或按顺序被放置到容器中。参照图5的实施例，可通过首先将纵向泡沫层36抵靠碰撞壁或附连壁30放置来将泡沫层放置在容器22中，并且可将纵向堆叠的管段20插入在容器22中，其中纵向泡沫层38被插入在相邻的列之间。
参照图6中所示的泡沫块40，泡沫块40可以形成具有如图6所示的大的横向延伸部分，或者可以分成较小的阵列或模块并堆叠在容器内。例如，图6中所示的长的泡沫块可被分成例如六个或八个较小的段或模块，这些段或模块被一次一个地装载到容器22中以形成横跨保险杠梁16的横向长度的泡沫块。或者，可以将管段20装载到容器22中，随后使可膨胀的聚合物组合物膨胀以填充管段20之间的间隙空间。
图7和图8中示出的实施例可以用挤出成形(或拉挤成形)工艺形成。管段20的较小的组或模块可以通过挤出模具与薄的壁46一起挤出成形。然后可以将多个模块一起组装在容器22内，以提供管段20的全宽阵列。模块化方法的优点在于可以提供更小的挤出模具以减少工具成本。
如上所述的吸能器12的自适应行为在保险杠吸能器系统的模拟测试中得到证明。对所提出的构思建立模型并在相同的吸能器设计上模拟三个碰撞载荷测试，结果呈现在下面的图9至图11中。
图9提供了模拟的低速保险杠碰撞测试的结果。碰撞器的宽度在16英寸至24英寸之间，碰撞器的质量与车辆的整备重量相对应。碰撞器以4khp的速度运动。车辆以4kph的速度相对于碰撞器运动。这个测试的目的在于使轴向变形最小化，从而使对保险杠梁的损坏最小化。如图9所示，平均变形相对较低并被限制在大约26mm的平均值。
图10提供了模拟的行人腿部碰撞测试的结果。刚性的行人腿部碰撞器的宽度在3英寸至3.5英寸之间，碰撞器的质量为大约13.8kg。碰撞器相对于车辆以40kph的相对速度运动。这个测试的目的在于确定由吸能器提供的腿部缓冲(其允许更多的变形以使腿部损伤最小化)的程度。如图10所示，模拟结果表明，平均变形为大约57mm。
图11提供了模拟的rcar损坏性测试的结果。碰撞器的宽度为保险杠宽度的大约40％，并具有与车辆整备重量相对应的质量。碰撞器以15kph的速度相对于车辆运动。这个测试的目的在于测量吸能器内的轴向变形，并使包括发动机罩在内的车辆前端损坏最小化。参照图11，吸能器的平均变形较低，并被限制在大约30mm。
可以预期的是，在多个能量吸收测试中的任何一个中可通过改变结构、间距、材料成分和其它因素来获得宽范围的结果，从而获得吸能器的期望性能。以上测试的结果可以通过系统地优化管段20的结构和保持在容器内的间隔来改进，以允许管段20的更多或更少的移位。
以上描述的实施例是具体示例，其没有描述本公开的所有可能形式。示出的实施例的特征可被组合以形成所公开构思的进一步的实施例。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语。权利要求书的范围比具体公开的实施例的范围宽并且还包括示出的实施例的变型。