专利名称：车辆保险杠结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固定到车辆，如一个汽车，的前部的保险杠。
背景技术：
汽车的前保险杠一般用来在汽车以10公里/小时或更小的速度行进时，防止汽车车身与另一个汽车或墙壁发生碰撞而损坏。
图14所示的是这样的一个保险杠的实例，其包括一个管状保险杠梁22，一个覆盖在保险杠22的前壁的能量吸收泡沫材料23，和一个覆盖在泡沫材料23上的保险杠带21。泡沫材料23被设计来吸收碰撞能量并且即使在遇到反复的碰撞冲击时也能恢复到原始形状。因此，泡沫材料的最大应变被设计成即使在遇到大的碰撞冲击时，也能维持泡沫材料的恢复力。为此，需要泡沫材料23在前后方向具有大的厚度，和较高的硬度。
但是，采用这样的结构，行人可能会因为与具有这样的保险杠的汽车碰撞而严重受伤。最近，日益要求车辆的保险杠的结构能在行人与汽车发生碰撞时保护行人。因此，需要这种能量吸收泡沫材料由具有低的抗压模量的较软的材料制成，这样能减少对腿的冲击，并且能避免对膝盖的严重损伤。
但是，由于近来小汽车的设计追求节能，增大的内部乘客空间和良好的外观。因此要求保险杠紧凑且重量轻。
当今，在市场上没有能同时满足要求，即(1)防止车辆的损坏、(2)保护行人和(3)紧凑且重量轻的保险杠结构。
为了符合上述要求(1)和(2)，可以利用一种双层结构，其中用于保护行人的较软的泡沫材料被设置在用于防止车辆损坏的较硬的泡沫材料的前部。但是，在这种情况下，不能符合要求(3)。当沿前后方向的软泡沫材料的长度减少时，与行人的碰撞造成泡沫材料“撞到底(bottoming out)”，并产生大的负荷，使行人受伤。此外，采用上述双层结构，由于车辆与墙壁或另一车辆发生的碰撞将使软泡沫材料应变，该应变超出了软泡沫材料能回复到原始形状的最大应变，因此，软泡沫材料难于恢复到原来的形状。因此，当保险杠遇到高冲击力的碰撞时，需要更新软泡沫。
JP-A-H11-208389公开了一种用于汽车的保险杠，其包括一个碰撞能量吸收件，该件布置在保险杠梁前部和保险杠表皮之间。该能量吸收件具有一个下层和一个设置在下层上的上层，且该能量吸收件由一列若干个沿汽车的宽度方向适当间隔布置的间隔块组成。JP-A-H11-208389描述在与一个行人的腿部碰撞时，腿部通过沿汽车宽度方向的偏移变形，前进进入相邻两块间的空间，这样抑制了反作用力的增大，并且只有下层吸收该碰撞能量，在与墙壁或另一车辆发生的碰撞时，上和下层被挤压沿前后方向变形。但是，实际上，上面的保险杠结构难于同时满足上面的要求(1)、(2)和(3)。即，(a)行人的腿不会总是被接收到相邻两块间的空间内，(b)因此，为了横向变形并在其间适当地接收行人的腿，块必需是薄的和/或软的。(c)上层易于断裂，并且(d)能量吸收件沿前后方向的长度必须增大，以阻止车辆的损坏，这样不能得到一个紧凑的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种保险杠结构，其能解决上面常规保险杠的问题。
本发明的另一个目的是提供一种紧凑、重量轻的保险杠结构，其使用一个能量吸收材料，能保护行人，特别是行人的腿，并且能有效地阻止车辆因碰撞而损坏。
本发明的再一个目的是提供一种上述类型的保险杠结构，其中泡沫材料能经受住与墙壁或另一车辆发生的一次或多次碰撞。
根据本发明，提供一种用于固定到车辆前部的保险杠结构，包括一个细长的保险杠梁，其前面设置有至少一个向后压下部分，其沿所述保险杠梁的纵向延伸压下部分一个能量吸收泡沫材料，其沿所述保险杠梁的纵向可压缩的延伸，和一个保险杠表皮，其遮盖在所述泡沫材料上，所述泡沫材料具有一个第一部分和一个第二部分，该第一部分接收在所述压下部分内，该第二部分从所述保险杠梁的前面向前凸起，这样所述第二部分在接收到碰撞冲击时压缩在所述压下部分内。
参照附图，本发明的其它目的、特性和优点将从下面的本发明的最佳实施方式的详细说明变得明白。
图1是示意地图解出本发明的一个保险杠结构的透视图；图2是从图1的II-II线所取的横截面图；图3是表示图2的保险杠在与一个墙壁碰撞时的状态，类似于图2的横截面图；图4(a)至4(c)是类似于图2的横截面图，表示本发明的一个保险杠结构的另一个实施方式；图5(a)至5(d)是类似于图2的横截面图，表示本发明的一个保险杠结构的不同的实施方式；图6是类似于图2的横截面图，表示本发明的一个保险杠结构的另一个实施方式；图7是表示图6的保险杠在与一个墙壁碰撞时的状态的横截面图；图8是类似于图6的横截面图，表示本发明的一个保险杠结构的另一个实施方式；图9表示在不同的应变下聚丙烯基树脂泡沫的形状复原和它的压缩反复数量之间的关系；图10(a)是本发明的一个保险杠结构在遇到下降冲击试验时的示意正视图；图10(b)是图10(a)的保险杠结构的侧视图；图11是表示一个平的冲击器的位移和产生在图10(a)和12(a)的保险杠结构的载荷间关系图；图12(a)是一种公知的保险杠结构在遇到下降冲击试验时的示意正视图；图12(b)是图12(a)的保险杠结构的侧视图；图13是表示一个圆筒冲击器的位移和产生在图10(a)和12(a)的保险杠结构的载荷间关系图；图14是类似于图2的横截面图，表示一个常规的保险杠结构。
具体实施例方式
本发明的保险杠结构被构造成固定到一个车辆，如一个汽车的前部，用于减少碰撞时对行人腿部的冲击，同时防止车辆因与墙壁等碰撞而损坏。
本发明的保险杠结构的一个最佳实施方式在图1和2中示出，其中附图标记2指一个细长的保险杠梁。当梁2被安装到车辆的前部时，其横向延伸，即沿与车辆的前后方向(运行方向)垂直的方向延伸。保险杠结构一般从车辆的左侧到右侧是弯曲的，并且保险杠梁2也是弯曲的。但是，这样的弯曲结构不是必需的，为了实现本发明的目的也可以采用其它轮廓。
图示的保险杠梁2是一个管状梁。但是，应理解本发明已考虑大量的形状、轮廓、材料和制造保险杠梁2的工序。例如，梁2可以是实心体，而不是一个中空体。中空梁的横截面可以是任何想要的形状，如正方形、长方体或C形。只要保险杠能通过下文中所描述的能量吸收泡沫材料吸收碰撞能量，并且其本身能为防止车辆损坏而承受碰撞能量，那么任何常规的已知的保险杠梁，如日本Kokai公开的No.JP-A-H11-78730和No.JP-A-2001-322517中的保险杠梁都可以适用于本发明的目的。任何常规的使用的材料，如金属，塑料或人造木料可以用来构造该保险杠梁2。
保险杠梁2具有一个前面21，该前面配置有至少一个沿保险杠梁2的纵向延伸的向后压下部分22。在图1和2所示的实施方式中，只在前面21的上端23和下端24间的中间位置设置一个压下部分22，以形成一个U形凹槽4。
附图标记1所指的是一个保险杠表皮，其构成保险杠结构的前表面。一个可压缩的能量吸收泡沫材料3被布置在带1和梁2间。泡沫材料3在保险杠梁2的纵向延伸，并具有一个接收在压下部分22内的第一部分3a和一个从保险杠梁2的前面21向前突出的第二部分5。
在上述构造的保险杠结构中，泡沫材料3的第二部分5一接收到碰撞冲击，将受压进入U形凹槽4。因此，即使泡沫材料3具有较长的前后长度足以在碰撞发生时保护行人的腿，本发明的保险杠结构的前后方向的尺寸仍较小。因此，保险杠结构能有助于车辆的尺寸和重量的减少，并且仍能避免对膝盖的严重损伤。另外，能有效地阻止车辆损坏，而不会相反地影响车辆设计的自由度。
对于这种可压缩的能量吸收泡沫材料3，可以使用任何人造的具有适当缓冲特性的树脂泡沫。该泡沫材料最好压缩永久变形是20％或更少(根据JISK6767-1976)，更好的是18％或更小，更好的是15％或更小，最好的是至少为10％或更小。为了优良的弹性和合适的刚度，最好用聚烯烃基泡沫树脂作为合成树脂泡沫。聚烯烃基泡沫树脂的例子包括聚乙烯基树脂如线性低密度聚乙烯，交联低密度聚乙烯和乙烯-苯乙烯共聚物；和聚丙烯基树脂如丙烯均聚物，丙烯和其它烯烃的共聚物，以及丙烯和苯乙烯共聚物。由于聚丙烯基树脂泡沫具有优良的刚度、耐热性和耐化学腐蚀性而特别推荐。泡沫材料3可以通过在一个模具中利用模制扩展的树脂珠来获得。扩展的非交联聚丙烯基树脂珠，其表面通过日本Kokai公开的No.JP-A-2000-167460的方法用一种有机的过氧化物改变，被用来获得合适的泡沫材料3。如果需要，泡沫材料3可以与任何其它适合的辅助缓冲材料一起使用，如橡胶或弹簧。这样的辅助缓冲材料可以埋入泡沫材料3中。
尽管图中没有图示出，但如果需要保险杠梁2可以设置有两个或多个竖直的间隔的U形凹槽4。在这种情况下，泡沫材料3可以布置在至少一个U形凹槽4中，其一个部分(第二部分5)从梁2的前面21向前突出。当然，泡沫材料3可以设置在每个U形凹槽4内。当形成两个或多个U形凹槽4时，其尺寸和轮廓可以相同或不同。类似地，当采用两个或多个泡沫材料3时，其尺寸和轮廓可以相同或不同。
在图1和2所示的实施方式中，压下部分22形成在前面21的上和下端23和24间。备选地，压下部分22可以形成在前面21的上端和下端23和24的至少一个中，如图5(a)和5(b)所示，以便在前面21形成上台阶部分11a和/或下台阶部分11b。类似于图1和2的实施方式，泡沫材料3沿保险杠梁2的纵向延伸，并且具有一个接收在该台阶部分11a(图5(b)的情形中)中或每个台阶部分11a和11b(在图5(a)的情形中)中的第一部分3a，和一个从保险梁2的前面21向前突出的第二部分5。当形成两个台阶部分11a和11b时，其尺寸和轮廓可以相同或不同。
尽管无图示，保险杠梁2的前面21可以设置一个或多个台阶部分11a和/或11b。在这种情况下，泡沫材料3可以布置在台阶部分11a和11b的至少一个中，其带有一个从梁2的前面21向前突出的部分(第二部分5)。当使用两个或多个泡沫材料3时其尺寸和轮廓可以相同或不同。
在上述构造的保险杠结构中，泡沫材料3的第二部分5在接收到碰撞冲击时被压入U形凹槽4或上述一个或多个台阶部分11a和/或11b中。因此，即使泡沫材料3具有较长的前后长度足以在碰撞时保护行人的腿，本发明的保险杠结构前后方向的尺寸仍然较小。换言之，容易根据本发明设计该保险杠结构，这样由一个给定的碰撞冲击能量产生的压缩载荷处于所要求的上限载荷之下，并且其重量和尺寸仍然很小。在此使用的术语“要求的上限载荷”指一压缩载荷，其小于在受到不大于指定冲击能量碰撞时，不会引起行人的腿严重损伤的载荷。
不用说，向后压下部分22必需承受在车辆碰撞时由泡沫材料3的压缩产生的能量。
另外，本发明的保险杠结构能防止车辆与墙壁或另一车辆发生的碰撞时车辆的损坏。图3示意地描述了一种状态，即图2中的保险杠结构与墙壁24的碰撞。泡沫材料3的第二部分5(图2)完全压入U形凹槽4中。因此，碰撞能量然后由梁2吸收，以保护车辆。在这种情况下，由于泡沫材料3具有足够的长度并且不会引起撞到底，因此保险杠结构不会失去其防止行人被严重的损伤的功能。也就是说，由于没有引起撞到底，泡沫材料3能恢复到原始形状，而无需真正失去其能量吸收功能。因此，本发明的保险杠结构能同时获得如下效果，(1)防止车辆损坏，(2)保护行人和(3)紧凑和轻量的结构。而且，阻止泡沫材料3在图3所示的状态进一步压缩，并且因此，当冲击除去时，能恢复到原始形状并能再使用这个泡沫材料，以保护行人。即，即使在保险杠遇到反复的碰撞时，泡沫材料3也能起作用，保护行人。
因此，最好保险杠的结构具有一种能防止泡沫材料3撞到底的设计。例如，由于从发泡的聚丙烯珠模制而成的泡沫材料的压缩载荷在应变超过大约60-70％时突然增大，所以可以在泡沫材料3的总长(L)的至少30-40％被接收到向后压下部分22中时阻止泡沫材料的撞到底。
在图1及图5(a)和5(b)中，所示的泡沫材料3为长方体。但是，应理解本发明考虑到大量的泡沫材料3的形状和轮廓。例如，泡沫材料3的前端可以被弄圆，与保险杠表皮1的内壁一致。一个或多个减重部分，如凹槽、洞和沟槽可以形成在材料3的任何需要的表面上(如前表面和上或下表面)或其内部。另外，泡沫材料3可以不紧密地安装在U形凹槽4或台阶部分11a或11b中，但是，从设计有效的观点，泡沫材料3适合于紧密地安装在那。
泡沫材料3的刚度和尺寸适于这样确定，(a)保险杠结构能在发生碰撞时保护行人，不会严重地损伤行人的腿，和(b)即使车辆与另一个汽车或墙壁发生碰撞时，泡沫材料3能回复到原始形状。泡沫材料3的刚度取决于基树脂的表观密度和种类。泡沫材料3的竖直长度一般不大于压下部分22的竖直长度，并且泡沫材料3的横向长度一般不大于带1的横向长度。
在此使用的术语泡沫材料3和压下部分22的“竖直长度”指沿安装有保险杠结构的车辆的竖直方向的长度。术语泡沫材料3和带1的“横向长度”指沿安装有保险杠结构的车辆的横向(左到右的方向)的长度。类似地，术语泡沫材料3的“前后长度”是沿安装了保险杠结构的车辆的前后方向(运行方向)的长度。
梁2的压下部分22的竖直长度(当梁2具有两个或多个压下部分22时，压下部分22的竖直长度的总长)一般是梁2的竖直长度的30至80％，最好是40-70％。
需要一种保险杠芯，该保险杠芯能吸收行人和较高速，如40km/h行驶的汽车间碰撞的能量，这样能避免对膝盖的严重损伤。在这个方面，泡沫材料3的设计起一个重要的作用，尽管由泡沫材料3吸收的能量根据保险杠安装的车辆的类型而变化，但是由于碰撞能量也能由保险杠结构的其它部件，如带1、梁2和行人的踝可以碰撞的前裙吸收。但是，一般地，保险杠结构最好具有一种能防止泡沫材料3撞到底的设计。因此，在泡沫材料3由发泡的聚丙烯珠模制而的情形中，例如，压缩载荷在应变超出大约60-70％时突然增大，当至少大约泡沫材料3的总长(L)的30-40％被接收到向后压下部分22中时，泡沫材料的撞到底可以被阻止。在这种情况下，突出的第二部分5的整个长度(长度L2)能用来吸收碰撞能量，不会撞到底，即不会产生高的载荷。
最好保险杠结构不只能保护行人，还能允许甚至在与墙壁或另一车辆发生一次或反复碰撞后再使用。这能通过选择一个比率L2/L1来实现，以便在选择泡沫材料3的第二部分5的长度L2的同时允许泡沫材料3的弹性回复，这样由指定的冲击能量碰撞产生的载荷低于要求的上限载荷。为了在抑制泡沫材料3的长度的同时，满足阻止其撞到底、满足保护行人和满足其可再使用性，最好第二部分5的长度L2和泡沫材料3的长度L1的比(L2/L1)处于0.4-0.9的范围内，更好的是0.5-0.8，最好是0.5-0.7。另外，最好L1处于40-150mm的范围内，更好在50-130mm，最好在60-120mm。泡沫材料3最好被定位成其后端紧靠压下部分22的底部。
对这种保险杠梁2和泡沫材料3可以作出各种改变。一些改变的实例如图4(a)-4(c)所示，其中与图1和2相同的附图标记指代类似的组成部件。在图4(a)-4(c)所示的实施方式中，保险杠梁2的前面21的上和下部分不是共平面的。在这种情况下，泡沫材料3的长度L1是沿前后方向从泡沫材料3的最前端到最后端的长度，并且该突出的第二部分5的长度L2是沿前后方向前面21的最前部和泡沫材料3的最前端间的长度(图4(a)-4(c)中用双线的阴影表示的部分的长度)。L3表示压下部分22(凹槽4或台阶部分11a或11b)的深度，是沿前后方向压下部分的最底部和前面21的最前部间的长度。
本发明的另一个最佳实施方式在图6和7中示出，其中与图1和2相同的附图标记指代类似的组成部件。在这个实施方式中，一个能量吸收体6设置在泡沫材料3的第二部分5的一个前端。能量吸收体6的竖直长度大于压下部分22的竖直长度，如图7所示，当保险杠结构与墙壁24或另一个车辆碰撞时，能量吸收体6与前面21接触，吸收部分碰撞能量。因此，能减少保险杠梁2的刚度和其它机械强度。因此，上述实施方式能有助于减少保险杠结构的重量。
在上述实施方式中，最好能量吸收体6只在泡沫材料3已完全压入U形凹槽4内，并处于图7所示的位置后才与保险杠梁2接触。当能量吸收体6由比泡沫材料3更硬的材料制成，并且能量吸收体6的轮廓或形状在泡沫材料已完全压入U形凹槽4之前与梁2接触时，一个大于所要求的上限载荷的压缩载荷可以在能量吸收体6内产生，这样将不会保护行人。
图5(c)描述了一种实施方式，其中上述能量吸收体被运用于保险杠结构中，其中压下部分22设置在一个前面21的每个上端和下端23和24内，形成上和下台阶部分11a和11b。能量吸收体指12，是一个整体件，接收在台阶部分11a和11b中的上和下泡沫材料3的每个顶端固定到这个体上。能量吸收体12的功能和特征与图6的能量吸收体6相同，在此不再重复。
能量吸收体6或12可以由任何想要的材料制成，可以是，如一种合成树脂泡沫体、一种未发泡的合成树脂体、金属蜂窝体或橡胶体。由于合成树脂泡沫体的能量吸收特征容易通过表观密度控制，并且其设计能适当地确定，与保险杠结构内有限的可用空间相匹配，因此最好采用这种材料。类似于泡沫材料3的弹性泡沫体因好的形状回复性而可以特别适合用作这种能量吸收体6或12。这样的一种泡沫体可以适当地由一种扩展树脂珠的发泡模制而成。
希望能量吸收体6或12与泡沫材料3为一个整体结构，以便于保险杠结构容易安装。整体性可以通过使用一种粘接剂、通过熔合或任何合适的连接装置来达到。备选地，能量吸收体6或12在由树脂泡沫制成时，可以与泡沫材料3模制成一个单个的发泡模制物。只要能量吸收体6或12保持在带1内的固定位置中，这样的一个整体结构不是必需的。
由树脂泡沫制成的能量吸收体6或12具有比泡沫材料3更大的表观密度(最好是0.64-0.225g/cm3)。在这个情形中，未由泡沫材料3吸收的剩余碰撞能量被能量吸收体6或12吸收，这样梁2接收一个减少的碰撞能量。但是，当要进一步的保护行人时，由树脂泡沫制成的能量吸收体6或12的表观密度可以处于0.026至0.064g/cm3的范围内。
能量吸收体6或12不需要是一个均匀的材料，而可以是复合材料，例如，如图8所示，能量吸收体6由树脂泡沫(可以是制成泡沫材料3的相同泡沫并且具有相同的表观密度)制成的中心区域7与连接的到该中心区域7的上部和下部区域8组成，上部和下部区域8由不同于制成中心区域7的材料、具有较高表观密度的树脂泡沫制成。能量吸收体6包括中心、上和下区域7和8，它们可以通过粘接剂、通过熔合或任何合适的连接方式制备。备选地，能量吸收体6(或12)在由树脂泡沫制成时，可以在一个模具中模制而成。例如，具有不同的密度的扩展珠填入模腔的不同腔室，这些模腔由一个分隔板分隔(形式为一个直板、波浪板或蜂窝板)。在将分隔板拆除后，封闭并加热该模具，制造一个复合模制物。
图5(a)、5(b)和5(d)表示本发明的另一个实施方式，其使用一个类似于能量吸收体6或12的能量吸收体13。能量吸收体13设置在前面21的一部分上，而不是压下部分22上，其作用方式与能量吸收体6或12相同。最好，能量吸收体13利用如粘接剂固定到前面21的表面。当能量吸收体13沿前后方向的厚度由L4表示时，比率(L2-L4)/L1最好处于0.4-0.9范围内，更好是0.5-0.8，最好是0.5-0.7(L1和L2如上所限定)。另外，最好长度L1处于40-150mm的范围内，更好是50-130mm，最好是60-120mm。最好厚度L4处于10-70mm的范围内，更好是15-50mm。泡沫材料3最好被定位成其后端与压下部分22的底部紧靠。
在此使用的术语泡沫材料3和能量吸收体6、12和13的“表观密度”由公式D1＝W1/V1定义，其中D1表示表观密度，W1表示重量，V1表示体积。体积V1通过一种浸渍法测量，其中样品浸没在容纳在一个刻度筒内的水中。从体积的增量，能确定体积V1。
如前所述，聚烯烃基树脂泡沫最好被用作这种可压缩的能量吸收泡沫材料3。术语“聚烯烃基树脂泡沫”指由基树脂制成的泡沫，该树脂包含聚烯烃基树脂，其重量的比例至少为60％，最好为80-100％。聚烯烃基树脂的实例包括聚乙烯基树脂，如高密度聚乙烯，低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯，和如下所述的聚丙烯基树脂。聚烯烃基树脂可以包含除如苯乙烯的烯烃单体以外的、重量不超过50％、更好不超过40％，最好不超过20％的一个或多个共聚单体。
在聚烯烃基树脂中，从聚丙烯基树脂获得的泡沫，特别是通过在一个模具中模制聚丙烯基树脂珠而获得的泡沫优选用作泡沫材料3，这是由于其优良的刚度、耐热性和耐化学腐蚀性和易于模制成所需形状。一种从聚丙烯基树脂珠获得的泡沫具有一个额外的优点，即其横截面面积在泡沫被压缩时几乎不增加。因此，泡沫材料3在由这样的聚丙烯基树脂泡沫制成时在碰撞时能合适地压缩入U形凹槽4或台阶部分11a或11b中。
聚丙烯基树脂的实例包括丙烯均聚物、丙烯和苯乙烯共聚物、以及丙烯和其它烯的共聚物，如丙烯-丁烯成块共聚物、丙烯-丁烯无规共聚物、乙烯-丙烯成块共聚物、乙烯-丙烯无规共聚物、乙烯-丙烯-丁烯无规共聚物。由于由扩展的丙烯共聚物珠制成的泡沫具有优良的碰撞能量吸收效率，因此最好使用丙烯共聚物。
一种通过将聚丙烯基树脂珠模制在一个模具中而获得的泡沫(此后简称为PP模制物)适合用作泡沫材料3，其表观密度优选是0.11-0.025g/cm3，更好的是0.09-0.04g/cm3，由于优良的压缩特性，即在减少保险杠结构的重量和尺寸的同时可获得满意的对行人的保护。泡沫材料3的整体不需要具有一致的表观密度。相反，泡沫材料3可以由两个或多个具有不同的表观密度的部件组成。在这样的情形中，泡沫材料3的表观密度是用其总重除以总体积得到。
图9表示出在不同的压缩应变下一个PP模制物的形状回复率和压缩操作的反复数之间的关系。PP模制物立方体(80mm×80mm×80mm)的表观密度为0.082g/cm3，其放置在一对挤压板间，并以50mm/分钟的压缩速度受压。一达到指定的应变百分数，就以50mm/分钟的速度移回挤压板。在释放压力30分钟后，测量受压的立方体的厚度(D)。形状回复率根据下列公式计算形状回复率(％)＝D/80×100。
总共进行4次类似的压缩和厚度的测量。结果如图9所示，其中曲线a到d分别是20％应变(压缩16mm)，50％应变(压缩40mm)，70％应变(压缩56mm)和90％应变(压缩72mm)。图9所示的结果表明只要应变等于或小于70％，甚至在遇到4次压缩时可得到大于80％的形状回复率。
在本发明的保险杠结构中，由于压缩应变可以通过控制L2/L1比值(或(L2-L4)/L1比值))来控制，因此容易设计出在防止保险杠结构前后长度增加的同时能保护行人的适合的保险杠结构。
尽管前面的实施方式涉及适合于固定到车辆的前部的保险杠结构，但不用说本发明的保险杠结构不限于这样的运用。保险杠结构可以用作保护行人身体的任何所需的部位(如大腿股和臀部)，同时能防止车身的损坏。
下列实例将进一步阐明本发明。
实例1一种如图10(a)和10(b)所示的合成木质物体被用作一个保险杠梁2。梁2高度T(沿竖直方向)是120mm，长度D(沿横向)是300mm，宽度H1(沿前后方向)是80mm，并且具有一个前面，该前面设置有一个在梁的整个长度上延伸的U形凹槽，该凹槽高度t1是40mm，深度L3是40mm。一种矩形平行六面体发泡模制物作为一种能量吸收泡沫材料3，其由扩展聚丙烯基树脂珠(丙烯-乙烯无规共聚物的扩展珠，其拉伸模量为1120MPa)模制成，表观密度为0.082g/cm3，高度t1(沿竖直方向)是40mm，长度d(沿横向)是150mm，宽度L1(沿前后方向)是80mm。
能量吸收泡沫材料3如图10所示，安装在梁2的U形凹槽内，这样该泡沫材料具有从梁2的前面突出的长度L2为40mm的部分。泡沫材料3的前表面由保险杠表皮30遮盖，该保险杠表皮由合成树脂制成，且其厚度为3mm，以形成一个保险杠。
保险杠利用一个落锤冲击动态检测机来进行落锤冲击试验。因此，保险杠被放置在一个冲击动态检测机的试验台50上，带30的外表面朝向上，并保持水平。一个具有一个平的下表面的钢质冲击器(重16kg，尺寸40cm长×40cm宽×3cm厚)被放置在带30上，距离带103cm，被允许自由下落到带30上，以便冲击器的下表面保持水平，冲击器的下表面与带30的平的外表面碰撞。在这种情形中，冲击能量大约是162J。冲击器的位移和产生在保险杠结构内的载荷间的关系被测量，其结果如图11的曲线“a”所示。由图11可知，最大位移大约是33mm，产生的最大载荷大约是7kN。
比较实例1在图12(a)和12(b)中的合成木质物体被用作一个保险杠梁。梁高度T(沿竖直方向)是120mm，长度D(沿横向)是300mm，宽度H2(沿前后方向)是80mm。一种矩形平行六面体发泡模制物作为一种能量吸收泡沫材料，其由扩展聚丙烯基树脂珠(丙烯-乙烯无规共聚物的扩展珠，其拉伸模量为1120MPa)模制成，表观密度为0.082g/cm3，高度t2(沿竖直方向)是80mm，长度d(沿横向)是150mm，宽度L1(沿前后方向)是40mm。泡沫材料的前表面由保险杠表皮30遮盖，保险杠表皮由合成树脂制成，并且其厚度为3mm，以形成一个保险杠。
保险杠以与实例1相同的方式利用一个落锤冲击动态检测机进行落锤冲击试验。冲击器的位移和产生在保险杠结构内的载荷间的关系被测量，其结果如图11的曲线“b”所示。由图11可知，最大位移大约是17mm，产生的最大载荷大约是16kN，这一结果高于实例1的保险杠结构。
实例2一种合成木体如图10(a)和10(b)被用于一个保险杠梁2。梁2高度T(沿竖直方向)是120mm，长度D(沿横向)是300mm，宽度H1(沿前后方向)是80mm，并且具有一个前面，前面设置有一个在梁的整个长度上延伸的U形凹槽，该凹槽高度t1是35mm，深度L3是50mm。一种矩形平行六面体发泡模制物作为一种能量吸收泡沫材料3，其由扩展聚丙烯基树脂珠(丙烯-乙烯无规共聚物的扩展珠，其拉伸模量为1120MPa)模制成，表观密度为0.082g/cm3，高度t1(沿竖直方向)是35mm，长度d(沿横向)是100mm，宽度L1(沿前后方向)是100mm。
能量吸收泡沫材料3如图10所示安装在梁2的U形凹槽内，这样该泡沫材料具有从梁2的前面突出的长度L2为50mm的部分。泡沫材料3的前表面由保险杠表皮30遮盖，该保险杠表皮由合成树脂制成，并且其厚度为3mm，以形成一个保险杠。
保险杠利用一个落锤冲击动态检测机进行落锤冲击试验。因此，保险杠被放置在一个冲击动态检测机的试验台50上，带30的外表面朝向上，并保持水平。一个圆筒形钢的冲击器(重21.4kg，外径70mm)被放置在带30上，距离带715mm，被允许自由下落到带30上，以便圆筒形冲击器的轴线与保险杠梁2的纵向垂直。在这种情形中，冲击能量大约是150J。冲击器的位移和产生在保险杠结构内的载荷间的关系被测量，其结果如图13的曲线1所示。由图13可知，最大位移是大约45mm，产生的最大载荷大约是3.5kN。
比较实例2在图12(a)和12(b)中的合成木体被用作一个保险杠梁。梁高度T(沿竖直方向)是120mm，长度D(沿横向)是300mm，宽度H2(沿前后方向)是80mm。一种矩形平行六面体发泡模制物作为一种能量吸收泡沫材料，其由扩展聚丙烯基树脂珠(丙烯-乙烯无规共聚物的扩展珠，其拉伸模量为1120MPa)模制成，表观密度为0.082g/cm3，高度t2(沿竖直方向)是35mm，长度d(沿横向)是100mm，宽度L1(沿前后方向)是50mm。泡沫材料的前表面由保险杠表皮30遮盖，该保险杠表皮由合成树脂制成，并且其厚度为3mm，以形成一个保险杠。
保险杠以与实例2相同的方式利用一个落锤冲击动态检测机进行落锤冲击试验。冲击器的位移和产生在保险杠结构内的载荷间的关系被测量，其结果如图13的曲线2所示。由图13可知，最大位移大约是42mm，产生的最大载荷大约是5.3kN。
在实例2和比较实例2的冲击试验中，选择圆筒形冲击器的外径70mm代表一个成人腿的近似直径。为了保护行人的腿，需要保险杠在抑制腿部冲击的同时足够地吸收冲击能量，这样不会引起严重的损伤。在上述试验条件下，产生的载荷要小于或等于3.5kN。实例2的保险杠结构完全吸收碰撞能量，并将产生的能量保持在想要的范围内。在比较实例2的情形中，当位移大于30mm，由于泡沫材料已经受压造成大于或等于70％的应变(撞到底)，尽管保险杠结构能完全吸收碰撞能量，但是产生的载荷超过3.5kN。为了减少在比较实例2情形中的产生的载荷，需要增大泡沫材料的长度L1。
权利要求
1.一种用于固定到车辆前部的保险杠结构，包括一个具有一个前面的细长的保险杠梁，一个可压缩的能量吸收泡沫材料，其沿所述保险杠梁的纵向延伸，和一个遮盖所述泡沫材料的保险杠表皮，所述前面设置有至少一个沿所述保险杠梁的纵向延伸的向后压下部分，所述泡沫材料具有一个接收在所述压下部分内的第一部分，和一个从所述保险杠梁的所述前面向前突出的第二部分，这样在接收到碰撞冲击时所述第二部分受压，进入所述压下部分。
2.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，所述前面具有上端和下端，其中所述至少一个压下部分被设置在所述上和下端间，形成一个U形凹槽。
3.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，所述前面具有上端和下端，其中所述至少一个压下部分被设置在所述上和下端的至少一处，在所述前面内形成上和/或下台阶部分。
4.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，还包括一个能量吸收体，其设置在所述泡沫材料的所述第二部分的一个前端，并且其竖直长度大于所述压下部分的竖直长度。
5.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，所述泡沫材料前后方向具有长度L1，所述泡沫材料的所述第二部分前后方向具有长度L2，其中L2/L1的比值是在0.4-0.9的范围内。
6.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，还包括一个能量吸收体，设置在所述前面的一部分上，而不是设置在所述压下部分上。
7.根据权利要求6所要求的保险杠结构，其特征在于，所述泡沫材料前后方向具有长度L1，所述泡沫材料的所述第二部分前后方向具有长度L2，所述能量吸收体的前后方向具有厚度L4，其中(L2-L4)/L1的比值是在0.4-0.9的范围内。
8.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，所述泡沫材料是一种聚烯烃基树脂泡沫。
9.根据权利要求1所要求的保险杠结构，其特征在于，所述泡沫材料是一种聚丙烯基树脂泡沫，其表观密度为0.11-0.025g/cm3。
全文摘要
一种用于固定到车辆前部的保险杠结构，包括一个具有一个前面的细长的保险杠梁，一个沿所述保险杠梁的纵向延伸的可压缩的能量吸收泡沫材料，和一个遮盖所述泡沫材料的保险杠表皮，所述前面设置有至少一个沿所述保险杠梁的纵向延伸的向后压下部分。所述材料具有一个接收在压下部分内的第一部分，和一个从保险杠梁的前面向前突出的第二部分，这样在接收到碰撞冲击时，第二部分受压，进入压下部分。
文档编号B60R19/18GK1533938SQ20041003305
公开日2004年10月6日 申请日期2004年3月4日 优先权日2003年3月4日
发明者村田诚志郎, 盐谷晓, 福田雅幸, 幸 申请人:株式会社Jsp