本公开涉及车辆，并且更具体地涉及能量吸收设备。
背景技术
车辆保险杠的刚度可以由保险杠的材料和结构确定。然而，保险杠所需的刚度可能根据车辆速度而不同。例如在车辆速度较低时可能需要较高的刚度以防止损坏保险杠，而在车辆速度较高时可能需要较低的刚度来在行人或车辆撞击期间吸收能量。
数个车辆研究组织针对特定结果而发布车辆的测试协议和标准。例如，车辆修理研究委员会(rcar)发布影响车辆的测试协议和标准。rcar撞击测试协议的一个示例针对低速损伤性(lsd)，即在15公里/小时(kph)的速度下对车辆部件的损伤。在另一个示例中，国家高速公路交通安全管理局(nhtsa)发布了联邦机动车辆安全标准(fmvss)第581章节，该章节描述了车辆保险杠系统lsd的撞击测试协议。然而如上所述，lsd的保险杠系统的刚度可能不同于保护行人所需的刚度。例如，对于40公里/小时的大腿撞击和40公里/小时的小腿撞击而言，相比于lsd的fmvss协议所需的刚度，欧洲新车评估计划(euroncap)协议可能会使较低刚度的保险杠受益。换句话说，对lsd和保护行人的要求可能会产生相互竞争的设计原则。但仍然有机会设计一款解决低速损伤性、行人撞击、和高速车辆撞击问题的车辆保险杠。
技术实现要素：
根据本发明，提供一种能量吸收设备，包括：
管；
设置在管中的多个第一颗粒；
设置在管中的多个第二颗粒；
其中第一颗粒可相对于第二颗粒变形。
根据本发明的一个实施例，多个第一颗粒分布在多个第二颗粒中。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒和第二颗粒为球形。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒排列成层，并且第二颗粒排列成层，并且第一颗粒的层和第二颗粒的层以交替设置排列。
根据本发明的一个实施例，管包括彼此分隔开的一对相对的横向侧面，以及彼此分隔开并且在横向侧面之间延伸的一对中间侧面，并且能量吸收设备还包括连接一对相对的横向侧面的多个拉带。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒沿管的长度分布。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒设置为沿中心轴线沿管的长度延伸。
根据本发明的一个实施例，管限定体积，并且管设计成当管变形时使第一颗粒变形以减小管的体积。
根据本发明的一个实施例，能量吸收设备还包括多个第三颗粒，其中第三颗粒可相对于第一颗粒和第二颗粒变形。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒中的每一个的直径与第二颗粒中的每一个的直径大体相等。
根据本发明的一个实施例，管大体为矩形。
根据本发明的一个实施例，管包括一对相对的轴向端部，并且管设计成当管变形时使第一颗粒变形并且将第二颗粒移向轴向端部。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒设计成变形并允许第二颗粒移向轴向端部。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒和第二颗粒设置为滑过彼此。
根据本发明，提供一种保险杠总成，包括：
保险杠梁；
由保险杠梁支撑的管；
设置在管中的多个第一颗粒；
设置在管中的多个第二颗粒；
其中第一颗粒可相对于第二颗粒变形。
根据本发明的一个实施例，多个第一颗粒分布在多个第二颗粒中。
根据本发明的一个实施例，第一颗粒设置为沿中心轴线沿管的长度延伸。
根据本发明的一个实施例，管限定体积，管设计成当管变形时使第一颗粒变形以减小管的体积。
根据本发明的一个实施例，管包括一对相对的轴向端部，并且管设计成当管变形时使第一颗粒变形并且将第二颗粒移向轴向端部。
根据本发明的一个实施例，保险杠总成还包括与保险杠梁分隔开的护板，其中管设置在保险杠梁和护板之间。
附图说明
图1是包括具有能量吸收设备的保险杠总成的车辆的分解图；
图2是保险杠总成的透视图；
图3是能量吸收设备的管的透视图；
图4a是多个第一颗粒和多个第二颗粒的透视图；
图4b是图4a的放大图；
图5a是能量吸收设备在撞击前的横截面图；
图5b是在撞击期间图5a的横截面图；
图6a是能量吸收设备在另一类撞击前的横截面图；
图6b是在撞击期间图6a的横截面图；
图7a是能量吸收设备在另一类撞击前的横截面图；
图7b是在撞击期间图7a的横截面图；
图8是以交替层设置的多个第一颗粒和多个第二颗粒的横截面图；
图9a是与多个第一颗粒和多个第二颗粒一同设置的多个第三颗粒的透视图；
图9b是图9a的放大图。
具体实施方式
能量吸收设备包括管。多个第一颗粒(pellet)设置在管中。多个第二颗粒设置在管中。第一颗粒可相对于第二颗粒而变形。
多个第一颗粒可以分布在多个第二颗粒中。
第一颗粒和第二颗粒可以为球形。
第一颗粒可以排列成层并且第二颗粒可以排列成层，并且第一颗粒层和第二颗粒层可以交替设置排列。
管可以包括一对相对的横向侧面。横向侧面可以彼此分隔开。管可以包括一对中间侧面。中间侧面可以彼此分隔开。中间侧面可以在横向侧面之间延伸。管可以包括连接这对横向侧面的多个拉带。
第一颗粒可以沿管的长度分布。第一颗粒可以设置为沿中心轴线沿管的长度延伸。
管可以限定体积。管可以设计成当管变形以减小管的体积时使第一颗粒变形。
能量吸收设备可以包括多个第三颗粒。第三颗粒可以相对于第一颗粒和第二颗粒而变形。
每个第一颗粒的直径可以大体等于每个第二颗粒的直径。
管可以大体为矩形。
管可以包括一对相对的轴向端部。管可以设计成当管变形时使第一颗粒变形并将第二颗粒移向轴向端部。第一颗粒可以设计成变形并且允许第二颗粒移向轴向端部。
第一颗粒和第二颗粒可以设置成滑过彼此。
保险杠总成包括保险杠梁和管。管由保险杠梁支撑。保险杠总成包括设置在管中的多个第一颗粒和设置在管中的多个第二颗粒。第一颗粒可相对于第二颗粒而变形。
在保险杠总成中，多个第一颗粒可分布在多个第二颗粒中。
在保险杠总成中，第一颗粒可以设置为沿中心轴线沿管的长度延伸。
在保险杠总成中，管可以限定体积。管可以设计成当管变形以减小管的体积时使第一颗粒变形。
在保险杠总成中，管可以包括一对相对的轴向端部。管可以设计成当管变形时使第一颗粒变形并将第二颗粒移向轴向端部。
保险杠总成还可以包括与保险杠梁分隔开的护板。管可以设置在保险杠梁和护板之间。
参考附图，其中相同的附图标记在整个若干视图中表示相同的部件，车辆12中的能量吸收设备10包括管14。多个第一颗粒(pellet)16设置在管14中。多个第二颗粒18设置在管14中。第一颗粒16可相对于第二颗粒18而变形。
一经受到撞击，第一颗粒16和第二颗粒18就可以根据撞击物沿着能量吸收设备10的中心轴线a的宽度而为能量吸收设备10提供可变刚度。例如由rcarlsd和fmvss章节581模拟的低速车辆撞击的撞击物的宽度可以高于行人腿部撞击的撞击物的宽度大约5-6倍。能量吸收设备10在rcar和lsd撞击模式中可以比在行人撞击模式中更少地沿撞击轴线b而变形。因此，能量吸收设备10可以减少车辆12的部件(例如护板24)沿撞击轴线b的变形。此外在行人撞击期间，对于例如由euroncap模拟的小腿撞击和大腿撞击，能量吸收设备10沿中心轴线a的变形可以大于lsd撞击期间的变形，因为行人腿部撞击物的宽度可以相比于rcar和lsd更窄。沿中心轴线a的较大变形可能导致较低的平均撞击力。因此能量吸收设备10可以具有根据在撞击点处施加的力的大小以及被撞击物体的大小和形状的可变刚度。
如图1所示，车辆12包括保险杠总成20。保险杠总成20可以在撞击期间吸收能量。保险杠总成20包括保险杠梁22和管14。如图2所示，管14由保险杠梁22支撑。管14可以以任何合适的方式(例如紧固件、支架、焊接、粘合剂等)连接到保险杠梁22。
如图1所示，保险杠总成20可以包括护板24。护板24可以是车辆12的外部的一部分。护板24可以由保险杠梁22支撑。护板24可以与保险杠梁22分隔开。管14可以设置在保险杠梁22和护板24之间。管14可以邻接护板24。可替代地，管14可以与护板24分隔开。护板24可以附接到车身(未标号)和/或保险杠梁22。
护板24相对于能量吸收设备10可以是柔性的和/或脆性的，并且管14相对于保险杠梁22可以是柔性的。在车辆撞击期间，能量吸收设备10增强护板24。具体来说，当护板24因撞击而变形时，能量吸收设备10抵抗撞击的方向。因此如下所述，能量吸收设备10抵抗会导致护板24在低速撞击期间发生塑性变形的护板24的变形。
例如，如图1-3和5a-7b所示，管14可以大体为矩形。如图2-3所示，管14可以包括一对相对的横向侧面，包括第一横向侧面26和第二横向侧面28。横向侧面26、28可以彼此分隔开。如图2-3和5a-7b所示，管14可以包括一对中间侧面，该对中间侧面包括第一中间侧面30和第二中间侧面32。中间侧面30、32可以彼此分隔开并且可以在横向侧面26、28之间延伸。如图2-3所示，管14可以包括一对相对的轴向端部，包括第一轴向端部34和第二轴向端部36。
如图2所示，管14可以在第一轴向端部34和第二轴向端部36之间限定长度l。管14可限定从第一轴向端部34延伸到第二轴向端部36的中心轴线a。管14可限定横向于中心轴线a从第一中间侧面30延伸到第二中间侧面32的撞击轴线b。
管14可限定体积38。体积38可由横向侧面26、28、中间侧面30、32、以及轴向端部34、36包围。管14设计为在车辆撞击期间相对于保险杠梁22而变形。第一颗粒16可以在管14变形时变形以减小管14的体积38。第一颗粒16相对于管14(包括第一颗粒16和第二颗粒18)的总体积38的体积比例可以是管14在撞击期间可以改变的最大体积比例。对于第一颗粒16的体积分数，管14沿中心轴线a的变形可随着撞击物宽度的增加而减小。
如图3所示，管14可以包括多个拉带40。拉带40可以连接管的横向侧面26、28。拉带40可以在第一横向侧面26和第二横向侧面28之间延伸。在车辆撞击期间，拉带40可以减少横向侧面26、28的运动、增加中间侧面30、32的运动、并且将更多的撞击能量引导至第一颗粒16和第二颗粒18。拉带40可以由相对于横向侧面26、28具有柔性的柔性材料(例如聚合物、织物等)构成。
如图1-2和4a-9b所示，能量吸收设备10包括多个第一颗粒16。第一颗粒16设置在管14中。第一颗粒16可以在车辆撞击期间吸收能量。第一颗粒16设计成变形以从车辆撞击吸收能量。尽管在附图中可能仅示出其中一个第一颗粒16，但在附图中与所标识的第一颗粒16具有相同阴影的所有颗粒都被包括在多个第一颗粒16中。
如图1-2和4a-9b所示，能量吸收设备10包括多个第二颗粒18。第二颗粒18设置在管14中。尽管在附图中可能仅示出其中一个第二颗粒18，但在附图中与所标识的第二颗粒18具有相同阴影的所有颗粒都被包括在多个第二颗粒18中。
多个第一颗粒16可分布在多个第二颗粒18中。当其中至少一个第一颗粒16设置在其中至少两个第二颗粒18之间时，如本文称第一颗粒16“分布”在第二颗粒18中。
第一颗粒16可以以多种分布方式分布在第二颗粒18中。第一颗粒16和第二颗粒18可以设置成图案。作为一个示例，如图1-2、4a-7b、和9所示，第一颗粒16可以以沿管14的长度l大体均匀地分布在第二颗粒18中的方式定位在管14中。换句话说，第一颗粒16和第二颗粒18可以从第一轴向端部34到第二轴向端部36以恒定的图案设置。作为另一个示例，如图8所示，第一颗粒16可以分布在与第二颗粒18的层相交替的层中。换句话说，第一颗粒16和第二颗粒18可以以从第一轴向端部34重复到第二轴向端部36的重复图案设置。作为另一个示例，第一颗粒16可以随机分布在第二颗粒18中。
第一颗粒16可以沿管14的长度l分布。第一颗粒16可以沿管14的中心轴线a设置。如图4a-7b所示，第一颗粒16可沿中心轴线a设置在沿管14的长度l延伸的多条线中。通过沿中心轴线a设置第一颗粒16，第一颗粒16可以吸收沿长度l所发生撞击的撞击能量。第一颗粒16可以沿管14的长度l以任何合适的图案(例如连续的线、周期性分组、分层等)分布。第一颗粒16可以沿管14的长度l均匀分布。可替代地，第一颗粒16可以不均匀分布，例如，可以朝管14的长度l的中心设置更多的第一颗粒16，并可以朝管14的轴向端部34、36设置更少的第一颗粒16。
在撞击前，如图5a、6a、和7a所示，第一颗粒16可以沿着中心轴线a分布。在撞击过程中，如图5b、6b和、7b所示，第一颗粒16可以从它们先前沿中心轴线a的排列移开，沿长度l的多个位置聚集。
如图8所示，第一颗粒16可以在管14中分层排列。如本文所使用的，第一颗粒16的“层”是第一颗粒16从第一中间侧面30沿撞击轴线b延伸到第二中间侧面32的排列。作为一个示例，如图8所示，第二颗粒18可在管14中沿撞击轴线b彼此隔开地分层排列。可替代地，第一颗粒16的层和第二颗粒18的层可以其他方式排列。第一颗粒16的每个层可以沿管的长度l设置在第二颗粒18的两个层之间。
第一颗粒16和第二颗粒18可以为球形。如图4b中所示，第一颗粒16和第二颗粒18中的每一个可以限定直径，第一颗粒16的直径为d1且第二颗粒18的直径为d2。直径可以是第一颗粒16和第二颗粒18中的一个上的两个对映点(antipodalpoint)之间的距离。对于第一颗粒16和第二颗粒18中的每一个上的所有对映点而言，直径可以大体相似。每个第一颗粒16的直径d1可以大体等于每个第二颗粒18的直径d2。
第一颗粒16和第二颗粒18可以由相同类型的材料或不同类型的材料形成，但是无论如何，第一颗粒16可相对于第二颗粒18而变形。第一颗粒16和/或第二颗粒18可以由泡沫、聚合物、金属等形成。
第一颗粒16可以由一经撞击就可变形的第一材料(例如泡沫、弹性聚合物、金属等)构成。第二颗粒18可以由一经撞击就可抵抗变形的第二材料(例如刚性聚合物、金属等)构成。第一材料可以具有第一变形强度(例如弹性模量、拉伸强度等)，而第二材料的第二变形强度可以大于第一变形强度。作为一个示例，第一材料可以是弹性模量为约100兆帕(mpa)的聚苯乙烯泡沫，并且第二材料可以是弹性模量为约3000mpa的聚氯乙烯。因为聚氯乙烯的弹性模量大于聚苯乙烯泡沫的弹性模量，所以聚苯乙烯泡沫制的第一颗粒16可相对于聚氯乙烯制的第二颗粒18而变形。
如图9a-9b所示，能量吸收设备可包括多个第三颗粒42。第三颗粒42可相对于第一颗粒16和第二颗粒18变形。第三颗粒42的构成材料的变形强度可以介于第一颗粒16的变形强度与第二颗粒18的变形强度之间。可替代地，第三颗粒42的构成材料的变形强度可以低于第一颗粒16和第二颗粒18的变形强度(即抗变形能力更小)。能量吸收设备10通过结合第三颗粒42而可以具有允许更多定制的能量吸收特性的可变刚度。
如图9a-9b所示，第三颗粒42可以沿管14的中心轴线a排列。第三颗粒42可以与第一颗粒16一起排列成多行。第三颗粒42可以沿中心轴线a分布，使得第三颗粒42可以吸收在沿管14的长度l的多个位置处撞击的能量。可替代地，虽然未在附图中示出，但是第三颗粒42可以设置在第一颗粒16和第二颗粒18的层之间的层中。在另一种替代中，第三颗粒42可以随机分布在第一颗粒16和第二颗粒18中。如上面关于第一颗粒16所描述的，第三颗粒42可以沿管14的长度l以任何合适的图案(例如连续的线、周期性分组、分层等)分布。
如图5b、6b、和7b所示，第一颗粒16和第二颗粒18一经受到撞击就可以在管14中移动以吸收撞击能量。管14可以设计成在第一中间侧面30变形时使第一颗粒16变形并且将第二颗粒18移向轴向端部34、36。第一中间侧面30可以受到撞击并变形，将撞击能量传递至第一颗粒16和第二颗粒18。如图7b中所示，第一中间侧面30可以在第一颗粒16和第二颗粒18上施加力，使第一颗粒16变形并推动第二颗粒18通过第一颗粒16而移向轴向端部34、36。第一颗粒16和第二颗粒18可以设置成一经从第一中间侧面30受力就滑过彼此。
如图5a-5b所示，能量吸收设备10可以从撞击吸收能量。在图5a-5b中，撞击物44可以模拟与另一车辆的保险杠相撞的低速(例如每小时约4公里)撞击。撞击物44的尺寸可以调整为适于模拟撞击，例如撞击物44的宽度可以在16-24英寸之间，并且质量可以是车辆整备质量(例如1400-1700kg)。图5a示出了在撞击物44撞击能量吸收设备前的情况。第一颗粒16可沿中心轴线a设置。图5b示出了撞击物44在撞击能量吸收设备10时的情况。如图5a所示，第一颗粒16分布在第二颗粒18中。
第一中间侧面30可一经接收到撞击物44就变形，移动第一颗粒16和第二颗粒18。撞击物44可使第一中间侧面30朝第二中间侧面32变形，推动第一颗粒16和第二颗粒18。在图5b中，来自撞击物44的力不使第一颗粒16或第二颗粒18变形，而使第一颗粒16和第二颗粒18移向轴向端部34、36。此外，图5b示出了在图5a的视图中被隐藏的第一颗粒16和第二颗粒18，第一颗粒16和第二颗粒18一经接收到撞击物44就从它们各自的排列中散开。来自撞击物44的能量使第一颗粒16和第二颗粒18移动，但不使第一颗粒16和第二颗粒18变形，从而使得能量吸收设备10从撞击物44吸收能量。由于第一颗粒16和第二颗粒18在与撞击物44撞击时不会变形，所以能量吸收设备10的高刚度可以适于低速车辆撞击。在这种情况下，能量吸收设备10增强护板24以抵抗护板24的塑性变形。
图6a-6b示出了撞击能量吸收设备10的第二撞击物46。第二撞击物46可以模拟与行人腿部以高速(例如40kph)撞击时的撞击。第二撞击物46的尺寸可以调整为适于模拟撞击，例如第二撞击物46的宽度可以是3.0-3.5英寸，并且质量可以是约13.8千克。如图6b所示，第二撞击物46可使第一中间侧面30变形并将第一颗粒16和第二颗粒18推向轴向端部34、36。第一颗粒16和第二颗粒18可以在与第二撞击物46撞击期间移动而不会变形。在图5a-6b中，撞击物44和第二撞击物46可模拟使管的中间侧面变形但第一颗粒16或第二颗粒18大体不变形的撞击。
图7a-7b示出了撞击能量吸收设备10的第三撞击物48。第三撞击物48可以模拟rcar损伤性撞击模式，例如与另一车辆的保险杠相撞的高速(例如15kph)撞击。如图7b所示，当第三撞击物48可使第一中间侧面30变形时，撞击能量可以传递到第一颗粒16和第二颗粒18比第一颗粒16和第二颗粒18可以移向轴向端部34、36更快。第一颗粒16可以一经从第三撞击物48接收力就变形，从撞击吸收能量。此外如图7b所示，第一颗粒16可以分散在第二颗粒18中。
图5a-7b的撞击物44、第二撞击物46、和第三撞击物48示出了多个撞击情景，在图5a-6b的撞击情景中第一颗粒16移动但不变形，并且在7a-7b的撞击情景中第一颗粒16变形以吸收撞击能量。能量吸收设备10可吸收导致能量传递较低的撞击情景的能量，例如第一颗粒16实质不变形的图5a-5b的低速车辆撞击和图6a-6b的行人腿部撞击，并且能量吸收设备10可具有第一硬度。能量吸收设备10可吸收导致能量传递较高的撞击情景的能量，例如使第一颗粒16变形的图7a-7b的高速车辆撞击，并且能量吸收设备10可具有第二硬度。因此，能量吸收设备10可以具有用于不同能量传递的撞击的可变刚度。
已经以说明性方式描述了本公开，并且应该理解，所使用的术语旨在描述而非限制词语的性质。鉴于上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且可以以与具体描述不同的方式来实施本公开。