本申请要求2016年9月7日提交的名为电动车辆部件(electricvehiclecomponents)的第62/384,298号美国临时申请的优先权，该临时申请特此出于全部目的以引用方式并入本文。
本发明总体上涉及一种用于车辆的能量吸收系统。
背景技术：
本部分旨在向读者介绍可能与下文描述和/或要求保护的本发明的各个方面有关的技术的各个方面。相信这样的讨论将有助于给读者提供背景信息来促进更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解的是，应以上述目的阅读这些陈述，而不是作为对于现有技术的承认。
典型的乘用车辆(例如，汽车、卡车)的重量为约3,000磅至4,500磅，而商用车(例如，公共汽车、半卡车)的重量可达80,000磅。取决于驾驶这些车辆所处的位置，它们可达到超过75mph的速度。因此，所产生的车辆动量是显著的，并且可能在事故中造成重大损失。为了保护车辆乘员，这些车辆引入包括安全带、安全气囊、防抱死制动器等各种安全功能件。许多(如果不是所有)这样的安全功能件也均在电动车上，但是电动车以与传统车辆不相同的方式被驱动。电动车使用存储在电动车上的一个或多个电池中的电力(而非使用内燃机)进行操作。在操作期间，存储的电能被可控地释放以驱动电动机。电动机将电能转换成机械能，从而推动车辆。因此，电动车在撞击时保护电池以及车辆乘员。
技术实现要素：
下面讨论的实施例包括一种具有横向能量吸收系统的车辆。该横向能量吸收系统可包括侧梁和轻型能量吸收碳结构。在某些实施例中，该碳结构可放置在侧梁内。在操作中，该侧梁和/或碳结构可布置有和/或包括使得能够在碰撞期间进行逐渐能量吸收的各种特征(例如，防撞压皱区)。在某些实施例中，碳结构可包括用凸缘联接在一起的碳管。这些碳管和凸缘可由树脂中放置在彼此上的碳薄片制成，该树脂将碳薄片一起粘合成复合材料，该复合材料为轻型的并且能够吸收大量能量。
附图说明
当参考附图阅读以下具体实施方式时，将更好地理解本发明的各种特征、方面和优点，其中相同的标记在所有附图中均表示相同的部分，其中：
图1是具有横向能量吸收系统的车辆的实施例的透视图；
图2是具有横向能量吸收系统的车辆的实施例的部分透视图；
图3是横向能量吸收系统的实施例的部分横截面视图；
图4是具有横向能量吸收系统的车辆的部分俯视图；以及
图5是具有横向能量吸收系统的车辆的部分透视图。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。这些实施例仅仅是本发明的示例。另外，为了提供对这些示例性实施例的简明描述，本说明书中可能没有描述实际实施方案的全部特征。应当明白的是，在任何这样的实际实施方案的开发中，如同在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方案所特有的决定以实现开发者的具体目的，诸如符合系统相关和业务相关约束，其在不同的实施方案之间可能是不同的。另外，应当明白的是，此开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的一般技术人员而言，它们将是设计、制作和制造的常规工作。
图1是具有横向能量吸收系统12的车辆10的实施例的透视图。在操作中，横向能量吸收系统12设计成吸收车辆10上的侧向碰撞。在开发期间，车辆经受了小型重叠碰撞测试，该测试测量当汽车的一小部分结构碰撞诸如柱子14或树木的物体时车辆吸收侧向碰撞的能力。这些类型的测试和它们的现实生活中的对应冲撞对于例如车辆10可能是苛刻的，因为车辆10的侧向16与车辆10的其它部分(例如，前部)相比是较薄的，且因此大量能量需要在小空间中被吸收以阻止或减少对车辆乘员的伤害，且在电动车的情况下保护电池。虽然下面的讨论重复地涉及电动车，但是术语电动车并不限制横向能量吸收系统12的适用性。实际上，横向能量吸收系统12也可适用于非电动车或混合动力车辆。另外，术语电动车或车辆被理解为包括各种电动或非电动车(例如，卡车、汽车、公共汽车)。
横向能量吸收系统12包括位于车辆侧向16的底部22处或附近的一个或多个侧梁20。这些侧梁20可通俗地称为“底梁”或“浮筒”。一个或多个侧梁20可联接至横梁24，该横梁延伸穿过车辆10并且联接至车辆10的相对侧16上的一个或多个相对侧梁20。侧梁20可由铝和/或钢制成。例如，一个侧梁20可由钢制成，且另一个侧梁可由铝制成。在另一个实施例中，两个侧梁20均可由钢或铝制成。
这些侧梁20形成接纳一种或多种能量吸收碳结构26的壳体。例如，每个侧梁20可接纳一种或多种碳结构26。碳结构26可从第一端部28(靠近车辆10的前端)沿着侧梁20的整个长度延伸至第二端部30(靠近车辆10的后端)。在另一个实施例中，碳结构26可延伸越过侧梁20的一部分(例如，侧梁长度的10％、25％、25％、50％)。例如，碳结构26可位于侧梁20中在碰撞期间应力集中度可能最大的诸点处(例如，侧梁20的中心)。碳结构26也可放置在碰撞可能对乘员和/或电池造成最大程度损坏的地方(例如，沿着汽车座椅的侧向)。如下面将详细解释，碳结构26类似于设计在某些车辆前部中的防撞压皱区通过吸收能量来缓冲碰撞。换言之，碳结构26在碰撞期间通过受控的变形来吸收能量。因此，这些碳结构26可通过减小车辆乘员的加速度和/或减速度以及阻止或减少撞击期间车辆10的穿透来更好地保护车辆乘员。
图2是具有横向能量吸收系统12的车辆10的实施例的透视图。如上文所解释，横向能量吸收系统12包括容置一种或多种能量吸收碳结构26(例如，上部碳结构36、下部碳结构38)的侧梁20(例如，上侧梁32、下侧梁34)。碳结构26可包括用一个或多个碳凸缘42联接在一起的一个或多个管40。如所说明，管40可形成六边形形状，其在撞击期间吸收能量时可能比其它形状更有效。然而，其它管形状也是可能的。这些形状可包括圆形、正方形、矩形、五边形、七边形、八边形等。
为了提高横向能量吸收系统12在碰撞期间吸收能量的能力，上梁32和下梁34可包括单独的碳结构26，其在方向44上彼此垂直地偏移，但是在方向46上彼此对准。在某些实施例中，横向能量吸收系统12的能量吸收能力可通过将上部碳结构36的中心轴线48和下部碳结构38的中心轴线50基本上对准而进一步提高。
如上文所解释，碳结构26包括用凸缘42联接在一起的管40。这种形状可通过形成两个半部(例如，上半部和下半部)来制造，这两个半部随后组合在一起。每个半部可含有一半的管40和凸缘42的一半厚度。这些半部可通过在树脂中将碳薄片层叠在彼此上而形成(例如，复合材料)。
在某些实施例中，上部碳结构36的管40可与下部碳结构38的管40不同，且上部碳结构36的凸缘42可与下部碳结构38的凸缘42不同。例如，上部碳结构36的直径52可大于下部碳结构38的直径54。在另一个实施例中，下部碳结构38可具有的直径54大于上部碳结构36的直径52。在另一个实施例中，上部碳结构36和下部碳结构38二者的管40可具有相等的直径52、54。上部碳结构36和下部碳结构38的凸缘也可彼此不同。例如，上部碳结构36上的凸缘42的长度56可小于下部碳结构38上的凸缘42的长度58。碳材料(例如，管40和/或凸缘42)的厚度在上部碳结构36与下部碳结构38之间也可以是不同的。下部碳结构38比上部碳结构36吸收更多的能量。
除了上部碳结构36与下部碳结构38之间的差异之外，相应的上部碳结构36和/或下部碳结构38上的管40的直径和凸缘42的长度可彼此不同。例如，上部碳结构36上的一个或多个管40可具有大于或小于上部碳结构36上的一个或多个其它管40的直径。上部碳结构36和/或下部碳结构38上的管40也可在形状上彼此不同。例如，一个或多个管40可为六边形形状，而一个或多个其它管40可具有不同的形状(例如，圆形、正方形、矩形、七边形、八边形等)。同样，上部碳结构36和/或下部碳结构38上的凸缘42的长度和/或宽度可与上部碳结构36和/或下部碳结构38上的一个或多个其它凸缘42不同。在管形状、直径尺寸、凸缘长度、宽度等方面的差异可使得上部碳结构36和下部碳结构38的定制能够对不同类型和位置的碰撞起作用。
图3是横向能量吸收系统12的实施例的部分横截面视图。如所说明，碳结构26搁置在侧梁20内，并且如上文所解释，碳结构26和侧梁20在方向44上彼此偏移。例如，它们可堆叠在彼此上。碳结构26和侧梁20也可在方向70上彼此横向地偏移。在这种配置中，横向能量吸收系统12使得下部碳结构38和下侧梁34能够在上部碳结构36和上侧梁32之前开始吸收侧向碰撞。换言之，上部碳结构36和下部碳结构38以及侧梁32、34可作为防撞压皱区域操作，其中下部碳结构38和下侧梁34在上部碳结构36和上侧梁32之前吸收能量并压皱。上部碳结构36和下部碳结构38以及侧梁32、34可彼此偏移一定距离72。偏移距离72可取决于碰撞类型以及上部碳结构36和下部碳结构38的相对强度和能量吸收能力。
除了上部碳结构36和下部碳结构38偏移之外，上部碳结构36和下部碳结构38还可具有不同的能量吸收性质。例如，下部碳结构38可限定长度74和最大宽度76，而上部碳结构36可限定长度78和最大宽度80。如所说明，下部碳结构38的最大厚度76小于上部碳结构36的最大厚度80。这种差异可能使得下部碳结构38比上部碳结构36更弱。因此，下部碳结构38的长度74可大于上部碳结构36的长度78，以使下部碳结构38首先从碰撞中吸收能量。一旦下部碳结构38和下侧梁34压皱了偏移距离72，上部碳结构36和上侧梁32与下部碳结构38和下侧梁34一起从碰撞中吸收能量。延伸穿过车辆10的横梁24支撑上部碳结构36和上侧梁32。如所说明，横梁24支撑上部碳结构36和上侧梁32，从而适应电池18的当前位置。然而，在某些实施例中，横向能量吸收系统12可包括支撑下部碳结构38的横梁24或支撑上部碳结构36与下部碳结构38的组合的横梁24。
在某些实施例中，上部碳结构36和下部碳结构38的位置可切换(例如，相对于方向44，较强的碳结构可位于较弱碳结构的下方)。在另外其它实施例中，可存在附加碳结构26。例如，横向能量吸收系统12可包括附加碳结构和侧梁20(例如，1个、2个、3个、4个、5个或更多个)，这些碳结构和侧梁堆叠在现有上部碳结构36和下部碳结构38以及侧梁32、34上方、下方或其间。这些碳结构和侧梁20的添加可在侧向碰撞期间形成附加防撞压皱区。这些侧梁20和碳结构26中的每一个可在吸收能量方面彼此不同，使得横向能量吸收系统12能够在碰撞期间递增地增加能量吸收。逐级吸收能量可通过减小撞击期间的加速度来进一步保护车辆乘员。
在某些实施例中，一种或多种碳结构可通过使碳结构呈锥形而独立地形成防撞压皱区。如所说明，上部碳结构36限定具有最大或第一宽度80的第一端部82和具有第二宽度86的第二端部84。在第一端部82与第二端部84之间，上部碳结构36以角度88呈锥形。角度88可变化以促进上部碳结构36压皱。因为上部碳结构36的强度在方向70上降低，所以这种锥体促进上部碳结构36的渐进式吸收能量。换言之，在碰撞期间，上部碳结构36从第二端部84至第一端部82可渐进地吸收更多的能量(例如，作为独立防撞压皱区操作)。角度88越大，上部碳结构体36在碰撞期间就越快压皱，并且相应地可降低车辆乘员的加速度。相反，降低角度88可使得上部碳结构36能够抵抗压皱并且吸收更多能量。
下部碳结构38可类似地在第三端部90与第四端部92之间具有锥体。如所说明，第三端部90具有宽度76，且第四端部92具有宽度94。在第三端部90与第四端部92之间，下部碳结构38以角度96呈锥形。角度96可变化以促进下部碳结构38压皱。角度96越大，下部碳结构38在碰撞期间就越快压皱。相反，降低角度96可使得下部碳结构38能够抵抗压皱。这种锥体促进下部碳结构38从第四端部92至第三端部90的渐进式吸收能量。换言之，改变角度88和96使得上部碳结构36和下部碳结构38的定制能够对不同类型的碰撞起作用。
图4是具有横向能量吸收系统12的车辆10的部分俯视图。如上文所解释，横向能量吸收系统在一个或多个侧梁20内包括一种或多种碳结构26。为了在车辆10的侧向16之间提供附加横向支撑，横向能量吸收系统12可包括一个或多个横梁24，其联接至车辆10的相对侧上的侧梁20并且在其间延伸。例如，横向能量吸收系统12可在侧梁20之间包括1个、2个、3个、4个、5个或更多个横梁24。横梁24可由钢、铝、碳或其组合制成。换言之，一个或多个横梁24可由钢制成，且一个或多个横梁24可由铝制成。在某些实施例中，横梁24可完全由碳(即，树脂中的多层碳薄片)制成，或钢或铝横梁24可在内部包括碳结构(例如，类似于上面关于侧梁20所讨论的)。在一个或多个横梁24由碳制成或在内部包括碳结构的实施例中，横梁24可包括促进逐级吸收能量的锥体。该锥体可起始/开始于横梁24的中心处，并且逐渐地渐缩直至横梁24的两侧，直至它们接触侧梁20为止。在其它实施例中，锥体可起始/开始于横梁24的端部处并且朝横梁的中心渐缩。如上文所解释，横向能量吸收系统12的逐级吸收能量可减少碰撞的震动和车辆乘员的相关加速度。
图5是具有横向能量吸收系统12的车辆10的部分透视图。如所说明，横梁24联接至一个或两个侧梁20。在图5中，侧梁20联接至上侧梁32以容纳电池18。然而，在某些实施例中，横梁24可联接至下侧梁34。在某些实施例中，横梁24可包括联接至横梁24和侧梁20的扩大端部120。如所说明，端部120具有比横梁24的其余部分更大的横截面，从而增加与侧梁20的接触面积。端部也可形成锥体122。横梁24上的锥体122可形成另一个防撞压皱区，使得横梁24能够逐级从侧梁20中吸收能量。
虽然本文描述了各种部件的若干实施例和布置，但是应当理解的是，各种实施例中描述的各种部件和/或部件的组合可进行修改、重新布置、改变、调整等。例如，可对所描述的任何实施例中的部件的布置进行调整或重新布置，和/或各种所描述的部件可在目前未描述或采用这些部件的任何实施例中被采用。因而，应当认识到，各种实施例不限于本文所述的具体布置和/或部件结构。
另外，应当理解的是，本文公开的特征和元件的任何可行组合也被认为是要公开的。另外，在任何时间在本公开的实施例中均未被讨论的特征，本领域技术人员特此注意到，本发明的某些实施例可隐含地和明确地排除这种特征，由此为“放弃”式权利要求限制提供支持。
在描述了若干实施例之后，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可使用各种修改、替代构造和等同物。另外，为了避免不必要地混淆本发明，未描述许多众所周知的程序和元件。因此，以上描述不应被认为是限制本发明的范围。