专利名称：用于机动车辆的惯性锁定反应式保险杠的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车辆的保险杠，更具体地讲，涉及一种在碰撞过程中根据车辆经历的减速度的大小以两种能量吸收模式之一运行的保险杠。
背景技术：
很多机动车辆前保险杠系统利用保险杠横梁和车架之间的粉碎罐。这些粉碎罐被设计为在速度相对高的正面碰撞的过程中受到挤压力时以可预计的方式变形，以吸收动能。通过设计，粉碎罐仅仅在碰撞/冲击是在仅依赖其他乘员安全系统的单独作用不足以保护乘员的这种严重情况(用车辆的减速度的大小来表示)下才变形。在机动车辆与行人之间发生碰撞的情况下，施加到车辆保险杠的力通常远低于能使粉碎罐变形的程度，结果粉碎罐不能为行人提供保护。可以提供其他特征或装置来减少行人受到伤害的可能性和/或严重性。已经提出车载系统利用多种类型的传感器(接触器、雷达、激光雷达、光学传感器等)来检测和/或预测与行人之间的碰撞。当检测或预测到与行人的碰撞时，会激活或调动一些应对措施来减轻行人受到的冲撞。这种系统需要复杂的传感器和机电系统来适当地和可靠地发挥作用。
发明内容
为了解决现有技术中的至少一个问题，公开的保险杠系统利用减速度致动的触发器，以在高能量碰撞过程中可选择地锁定保险杠系统，由此允许保险杠和撑杆(粉碎罐)吸收碰撞能量，或者在低能量碰撞过程中允许保险杠横梁克服弹簧的弹力向后移动。在本发明的公开 的实施例中，公开了一种用于车辆的前端结构，该前端结构包括:车架；撑杆，所述撑杆由车架支撑，所述撑杆可沿着车辆的纵轴相对于车架移动；第一结合构件，可沿着纵轴相对于撑杆移动；第二结合构件，固定到车架并位于第一结合构件的后部。至少一个阻挡构件可与撑杆一起纵向地移动，还可在第一位置和第二位置之间相对于撑杆移动，在第一位置，阻挡构件不妨碍撑杆相对于第一结合构件向后移动，在第二位置，阻挡构件防止撑杆相对于第一结合构件向后移动。当阻挡构件位于第二位置时，撑杆的向后移动驱动第一结合构件进入与第二结合构件锁定接触的状态。通过惯性致动的触发器机构使锁定构件移动到第二位置，所述惯性致动的触发器机构包括质量块，所述质量块被安装为当撑杆经历高于阈值大小的减速度时致使质量块相对于撑杆向前惯性移动。质量块的惯性移动使触发器机构处于锁定状态，在锁定状态下，触发器机构被锁定，相对于车架向后移动。撑杆的继续向后移动使得锁定的触发器机构将阻挡构件推压到第二位置。在一个公开的实施例中，所述阈值被设置为能够区分下述两种碰撞的大小:a)车辆碰撞行人；b)车辆与基本上比行人重的物体碰撞。在另一公开的实施例中，一种用于将保险杠横梁安装到机动车辆的车架上的装置包括撑杆，撑杆具有适于附着到保险杠横梁上的前端以及适于与车架结合以沿着碰撞轴相对于车架向后移动的后端。第一结合构件与撑杆相邻地安装，可沿着纵轴相对于撑杆向后移动。第二结合构件固定到车架上并位于第一结合构件的后部。阻挡构件安装到撑杆上，可与撑杆一起纵向移动，还可相对于撑杆在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，阻挡构件不妨碍撑杆相对于第一结合构件向后移动，在第二位置，阻挡构件防止撑杆相对于第一结合构件向后移动。当阻挡构件处于第二位置时，撑杆的向后移动驱动第一结合构件进入与第二结合构件锁定接触的状态。质量块安装在撑杆和车架之间，使得撑杆大于阈值大小的减速度导致质量块相对于撑杆向前惯性移动。致动器通过质量块的惯性移动而被锁定，防止相对于车架向后移动，撑杆的继续向后移动使得锁定的致动器将阻挡构件挤压到第二位置。在另一公开的实施例中，一种用于选择性地防止保险杠横梁和撑杆相对于车架沿着车辆的纵轴向后移动的装置包括:第一结合构件，与撑杆相邻地安装，并且可沿着纵轴相对于撑杆移动；第二结合构件，固定到车架并位于第一结合构件的后部；阻挡构件，可相对于撑杆在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置，阻挡构件不阻碍撑杆相对于第一结合构件向后移动，在第二位置，阻挡构件防止撑杆相对于第一结合构件向后移动。当防止撑杆相对于第一结合构件的向后移动时，撑杆的继续向后移动驱动第一结合构件进入与第二结合构件锁定接触的状态。质量块被安装为可相对于撑杆移动，使得施加到撑杆的大于阈值大小的碰撞 减速度致使质量块相对于撑杆向前惯性移动。质量块的惯性移动使得致动器移动到锁定状态，其中，在锁定状态下，致动器被锁定，以免相对于车架向后移动。在致动器位于锁定状态之后，由于撑杆的向后移动使得锁定的致动器推压凸轮，致动器的推压使得凸轮围绕与纵轴垂直的轴旋转，凸轮的旋转将阻挡构件推压到第二位置。在另一公开的实施例中，设置在撑杆和车架之间的弹簧被定位为施加防止撑杆沿着碰撞轴向后移动的力。所述弹簧用于减小在碰撞过程中施加给行人的冲击，还用于在车辆没有受到损坏的情况下使撑杆和保险杠回复到原始位置。在另一公开的实施例中，第一结合构件和第二结合构件中的至少一个是楔形的。
现在，将仅参照附图以示例的方式描述本发明的实施例，其中:图1是根据本发明的实施例的保险杠系统的示意性截面图，该保险杠系统处于原始的碰撞前的状态；图2是图1的保险杠系统在高能量碰撞之后的示图，该高能量碰撞已经导致撑杆被锁定以防止向后移动；图3是图1和图2的保险杠系统在低能量碰撞之后的示意性示图,所述低能量碰撞没有锁定撑杆来阻止撑杆向后移动；图4是所述系统的特定组件的示意性透视图；图5是未锁定状态下该系统的示意性侧视图；图6是锁定状态下该系统的示意性侧视图；图7是示出支撑挡块、结合挡块以及触发器组件的立体后视图；图8是示出支撑挡块、结合挡块以及触发器组件的立体主视图。
具体实施例方式根据要求，这里公开本发明的具体实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和可选方式来实现。附图没有必要按照比例绘制 ’为了示出特定组件的细节，可夸大或最小化一些特征。因此，这里公开的特定结构细节和功能性细节不应该被理解为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。如这里所使用的，术语“汽车”和“机动车辆”是指在路上行驶或不在路上行驶的任何轮式车辆，并且包括(但是不限于)小汽车、卡车(轻型以及重型)、多用途运载车、跨界车辆以及施工设备。图1和图2示意性地示出了车架梁10的前部和前保险杠横梁12。保险杠横梁12附着到撑杆14的前端，横梁/撑杆的结合结构可沿着车辆的纵轴相对于车架梁10移动。在典型的机动车辆中，前保险杠横梁将被安装到两个撑杆上，这两个撑杆附着到位于车体外部或靠近车体外部的两个车架纵梁中的每一个上。可通过例如安装在撑杆和车架梁之间的导轨(未示出)以及利用滚珠轴承、滚柱轴承或类似装置来实现撑杆14的纵向移动。这种导轨可包括限制撑杆14相对于车架梁10前/后行进的范围的特征。
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撑杆14可以是车辆安全行业中所公知的粉碎罐:被设计为在纵向负载(诸如将在与物体的正面碰撞过程中被施加的纵向负载)的作用下变形(或压碎)的总体上呈管状的中空构件。粉碎罐的变形可吸收碰撞的动能，从而保护车辆的乘员免受伤害。为了简明，撑杆14与车架梁10的对应部分的截面被描述为长方形。然而，可选地，根据本公开的系统在实践中可采用具有任何其他多边形、圆形或不规则的截面或具有任何合适形状的敞开的横截面的撑杆和车架梁。支撑挡块18被固定在撑杆14的内侧，并以允许锁定构件20相对于支撑挡块和撑杆向外移动的方式支撑锁定构件20。锁定构件20朝着撑杆14的纵向中心线机械地向内偏置到锁定构件20不延伸通过撑杆的外表面的位置，如图3所示。两个锁定构件20被示出为关于撑杆14的纵长轴在该纵长轴的上侧和下侧对称地布置。然而，可使用任何合适数量的锁定构件和/或任何合适的锁定构件的布置方式。结合挡块24与撑杆14的外表面相邻地布置，并位于锁定构件20的后部。结合挡块24被安装为允许结合挡块24在撑杆14的外表面上纵向向后移动，只要锁定构件20没有突出到撑杆的外表面之外。结合挡块24的面向后部的外表面为锥形或具有角度，如图所
/Jn ο一个或多个车架梁挡块32在与结合挡块24对应的位置被固定在车架梁10上，并从车架梁10向内侧突出。单个中空车架梁挡块可围绕撑杆14的内侧表面延伸。车架梁挡块32具有锥形或成角度的内表面，车架梁挡块32的内表面的角度与结合挡块24的外表面形成的角度对应，如图所示。导轨34固定到车架梁10上，并沿着车辆的纵轴延伸，所述导轨34也是设计的碰撞轴。中心槽36(图4中可见)至少形成在导轨34的前部。一个或多个锯齿状突起38从导轨34的上表面延伸出来。现在参照图4和图5，触发器机构的组件被示出为包括摆动体壳体40，摆动体壳体40由导轨34支撑，以沿着导轨前/后移动。摆动体42悬挂在摆动体壳体40内，以围绕枢转轴44枢转地运动，枢转轴44与车辆的横轴平行。锁定爪46固定到摆动体42上，并从摆动体42向上和向后延伸，从而锁定爪的最末端位于突起38的上前方。凸轮引导件48被支撑在导轨34上，紧靠摆动体壳体40的前部，可相对于导轨和摆动体壳体纵向移动。凸轮50由凸轮引导件48支撑，以围绕横轴52枢转地运动。凸轮引导件48包括竖直止动构件48a，止动构件48a位于凸轮50的后部并靠近凸轮50的后表面，用于限制凸轮的顺时针(从图5中看)旋转。凸轮50具有上接触表面50a和下接触表面50b,当锁定机构处于原始的碰撞前的状态时，所述上接触表面50a和下接触表面50b接触相应锁定构件20或紧靠锁定构件20，如图1和图5中最清楚地示出的。图7和图8示出了支撑挡块18、结合挡块24以及触发器组件的后视图和主视图。为了清楚起见，在这些图中未示出撑杆14和车架梁10。应该理解的是，撑杆14围绕支撑挡块18，结合挡块24围绕撑杆的外表面并在撑杆的外表面上滑动。在车辆正常运行的过程中，撑杆14处于如图1所示的原始的碰撞前的状态，在该状态下，撑杆的后部位于车架梁10内侧。通过撑杆14和车架梁10上的止动构件(为了附图的简洁起见而未示出)之间的机械结合来限制撑杆14进一步向前移动。复位弹簧28位于车架梁10和撑杆14(或支撑挡块18)之间并处于未压缩(或轻微压缩)状态。锁定构件20的内端与凸轮接触表面50a、50b轻微接触(或刚好不接触)，并且通过弹簧相对于撑杆14和支撑挡块18向内偏置。在乘员安全确定撑杆应该用于吸收碰撞能量的正面碰撞事件中，保险杠12上的冲击使得保险杠12、撑杆14、支撑挡块18以及相关触发器机构组件开始相对于车架梁10向后移动，对抗复位弹簧28的弹力。随着这些组件在碰撞的开始阶段就减速，摆动体42由于惯性而围绕轴44向前(在图中看是顺时针)摆动。摆动体42的这种向前/顺时针枢转使得锁定爪46向下旋转与齿38结合，锁定摆动体壳体40，防止摆动体壳体40沿着导轨34进一步向后移动。当摆动体壳体40被锁定而以免相对于导轨34进一步向后移动时，凸轮引导件48与支撑挡块18和撑杆14 一起继续向后(相对于摆动体壳体40和导轨34)移动，从而摆动体壳体40的前表面在图5中的接触位置C处推挤凸轮50。接触位置C从枢转轴52偏移，从而凸轮引导件48和凸轮50的少量的继续向后移动使得摆动体壳体40起到了致动器的作用，所述致动器作用以使凸轮旋转(从图1、2、5、6中看为顺时针)到图2和图6中示出的位置。凸轮50的旋转向外(在图中分别示出为向上和向下)挤压锁定构件20，从而锁定构件20的端部突出穿过撑杆14的外表面。在保险杠/撑杆额外地少量地向后移动之后，伸出的锁定构件20接触结合挡块24的前表面，并向后推压结合挡块(以及推压撑杆14)，从而结合挡块的成角度的表面被推动与车架梁挡块32楔形接触，从而锁定撑杆14，以防止撑杆14相对于车架梁10进一步向后移动。在锁定状态下，撑杆14会受到较大的挤压负荷，并且会在高速碰撞中弯折以对抗负荷(如果是这么设计的话)。可选择锁定构件20和结合挡块24之间的碰撞前的纵向间隙，以允许保险杠系统在车辆与正被保 险杠横梁12撞上的物体之间相对撞击速度(AV)的范围内起到合适的作用。在撑杆14是粉碎罐的情况下，例如，锁定构件20/挡块24之间的间隙应该足够大，以允许粉碎罐在需要变形的最高AV时适当地变形。可将摆动体42的惯性移动按照这种方式触动触发器机构所需的减速度的大小定义为阈值大小。可通过选择所述阈值减速度大小来区分相对高能量的碰撞和相对低能量的碰撞，在所述相对高能量的碰撞情况下，期望撑杆锁定以吸收碰撞能量，在相对低能量的碰撞(诸如与行人碰撞)情况下，期望撑杆保持未锁定状态并克服弹簧28的弹力而向后移动，如图3所示。现在参照图3，如果车辆与行人之间发生了正面碰撞(或与不使车辆在碰撞过程中进行阈值大小的减速的其他物体之间的碰撞)，摆动体42不会从其静止状态向前运动得很远，而以至于使爪46与突起38结合。触发器机构保持未锁定状态，从而保险杠横梁12和撑杆14能够克服复位弹簧28的弹力而向后移动，因此吸收否则将会施加给行人的动能中的一部分能量，从而减少了对行人的伤害。出于减少伤害的目的，复位弹簧28的弹力被调整为适当地控制施加给行人的减速度的大小。摆动体42可相对于弹簧或其他偏置元件(未示出)偏置，以在特定类型的碰撞的情况下阻止向前运动。选择摆动体42的质量和长度以及对运动的机械阻力的大小(由于摩擦、弹簧等导致该机械阻力)，使得摆动体42只有在碰撞足够严重以至于撑杆14应该被用来吸收碰撞能量以保护乘员的情况下才旋转到其锁定位置(从而致动锁定构件20)。基于特定车辆前端设计的前组件包和期望的能量管理来确定撑杆14的纵向行程距离，以应对范围内的碰撞事件。
复位弹簧28可被用于行人碰撞过程中的能量管理以及在对车辆前端结构没有造成损坏的情况下使保险杠/撑杆系统复位到其原始的碰撞前的位置。因此，可对被车辆碰撞的行人提供保护，同时还可在更为严重的碰撞中为车辆的乘员提供保护。该系统还可被调整为在保险杠对保险杠的碰撞中减小低速损害。如果保险杠-粉碎罐系统可在低速情况下被激活且不对系统造成损害的话，复位弹簧28使保险杠-粉碎罐系统返回其初始位置。在该过程中，摆动体壳体40也必须返回其初始位置。这可以通过下述两种方式来实现:(I)凸轮引导件48可以以凸轮引导件可沿着导轨34滑动而不横向移动的方式附着到摆动体壳体40上；或者(2)摆动体壳体40可在远离枢转轴52的点处连接到凸轮50，从而摆动体壳体可随着保险杠系统行进，而不使凸轮旋转(除非锁定爪46与导轨34的突起38结合)。虽然在上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语，而不是限制性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。此外，可以组合实施的各种实施例的特征来形成本发明的进一步的实施例。
权利要求
1.一种用于车辆的前端结构，包括: 车架； 撑杆，所述撑杆由车架支撑，所述撑杆可沿着车辆的纵轴相对于车架移动； 第一结合构件，可沿着所述纵轴相对于撑杆移动； 第二结合构件，固定到车架并位于第一结合构件的后部； 阻挡构件，可与撑杆一起纵向地移动，还可在第一位置和第二位置之间相对于撑杆移动，在第一位置，阻挡构件不妨碍撑杆相对于第一结合构件向后移动，在第二位置，阻挡构件防止撑杆相对于第一结合构件向后移动，从而撑杆相对于车架的向后移动驱动第一结合构件进入与第二结合构件锁定接触的状态； 惯性致动的触发器机构，位于撑杆和车架之间，所述触发器机构包括质量块，所述质量块被安装为使得撑杆的高于阈值的减速度致使质量块相对于撑杆向前惯性移动，所述惯性移动使得触发器机构处于锁定状态，在锁定状态下，触发器机构被锁定，以免相对于车架向后移动，撑杆相对于车架的继续向后移动使得锁定的触发器机构将阻挡构件推压到第二位置。
2.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，其中，所述触发器机构还包括: 凸轮，枢转地安装到撑杆； 致动器，当触发器机构位于锁定状态时，致动器被推向凸轮，使凸轮向后运动并使凸轮旋转，凸轮的旋转将阻挡构件推压到第二位置。
3.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，其中，所述质量块是可围绕车辆的横轴枢转的摆动体。·
4.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，还包括导轨，所述导轨被安装到车架上，并沿着纵轴延伸，所述导轨支撑触发器机构进行纵向移动。
5.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，所述阈值被设置为能够区分下述两种碰撞的大小:a)车辆碰撞行人；b)车辆与比行人重的物体碰撞。
6.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，还包括: 弹簧，设置在撑杆和车架之间，用于施加阻止撑杆相对于车架向后移动的力。
7.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，其中，第一结合构件和第二结合构件中的至少一个为楔形。
8.如权利要求1所述的用于车辆的前端结构，其中，所述撑杆包括粉碎罐。
9.一种用于将保险杠横梁安装到机动车辆的车架上的装置，包括: 撑杆，具有适于附着到保险杠横梁上的前端以及适于与车架结合以沿着碰撞轴相对于车架向后移动的后端； 第一结合构件，与撑杆相邻地安装，可沿着碰撞轴相对于撑杆移动； 第二结合构件，固定到车架上并位于第一结合构件的后部； 阻挡构件，安装到撑杆上，与撑杆一起纵向移动，还可相对于撑杆在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，阻挡构件不妨碍撑杆相对于第一结合构件向后移动，在第二位置，阻挡构件防止撑杆相对于第一结合构件向后移动，从而撑杆相对于车架的向后移动驱动第一结合构件进入与第二结合构件锁定接触的状态； 质量块，安装在撑杆和车架之间，使得撑杆大于阈值的减速度导致质量块相对于撑杆向前惯性移动； 致动器，通过质量块的惯性移动而被锁定，以免相对于车架向后移动，撑杆的继续向后移动使得锁定的致动器将阻挡构件推压到第二位置。
10.如权利要求9所述的装置，还包括: 凸轮，被安装为相对于撑杆枢转地运动，由于撑杆的继续向后移动而使致动器推压凸轮，使得凸轮旋转，凸轮的旋转将阻挡构件推压到第二位置。
11.如权利要求9所述的装置，其中，所述质量块是围绕车辆的横轴枢转的摆动体。
12.如权利要求9所述的装置，还包括导轨，所述导轨被安装到车架上，沿着碰撞轴延伸，所述致动器由导轨支撑，以与撑杆一起移动。
13.如权利要求9所述的装置，还包括: 弹簧，被设置在撑杆和车架之间，以施加阻止撑杆相对于车架向后移动的力。
14.如权利要求9所述的装置，其中，所述阈值被设置为能够区分下述两种碰撞的大小:a)车辆碰撞行人；b)车辆碰撞基本上比行人重的物体。
15.如权利要求9所述的装置，其中，第一结合构件和第二结合构件中的至少一种是楔形。
16.如权利要求9所述的装置，其中，所述撑杆包括粉碎罐。
17.一种用于选择性地防 止保险杠横梁和撑杆相对于车架沿着纵轴向后移动的装置，包括: 第一结合构件，与撑杆相邻地安装，并且可沿着纵轴相对于撑杆移动； 第二结合构件，固定到车架并位于第一结合构件的后部； 阻挡构件，可相对于撑杆在第一位置和第二位置之间移动，其中，在第一位置，阻挡构件不阻碍撑杆相对于第一结合构件向后移动，在第二位置，阻挡构件防止撑杆相对于第一结合构件向后移动，从而撑杆相对于车架的向后移动驱动第一结合构件进入与第二结合构件锁定接触的状态； 质量块，被可移动地安装到撑杆上，使得施加到撑杆的大于阈值的碰撞减速度致使质量块相对于撑杆向前惯性移动； 致动器，具有锁定状态，在锁定状态，致动器被锁定，以免相对于车架向后移动，质量块的惯性移动使得致动器处于锁定状态； 凸轮，在致动器位于锁定状态之后，由于撑杆向后移动使得致动器推压凸轮，致动器推压凸轮使得凸轮围绕与纵轴垂直的轴旋转，凸轮的旋转将阻挡构件推压到第二位置。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述质量块是围绕车辆的横轴枢转的摆动体。
19.如权利要求17所述的装置，还包括导轨，所述导轨被安装到车架上，沿着纵轴延伸，导轨支撑致动器和凸轮进行纵向移动。
20.如权利要求17所述的装置，其中，所述撑杆包括粉碎罐。
全文摘要
一种用于机动车辆的前端结构，所述前端结构吸收能量，并包括一对车架梁、撑杆、由撑杆支撑的保险杠横梁以及弹簧，其中，撑杆(可粉碎构件)可沿着纵轴相对于车架梁移动，弹簧防止每个撑杆相对于车架梁向后移动。当车辆经历高于阈值大小的纵向减速度时，惯性致动的锁定装置抑制撑杆向后移动，从而撑杆在高速碰撞中吸收碰撞能量。如果车辆经历低能量碰撞，例如，与行人碰撞，则车辆经历的减速度低于阈值大小，撑杆保持未锁定状态，在未锁定状态下，撑杆可克服弹簧的弹力而向后移动，以减少传递给行人的碰撞能量。
文档编号B60R19/38GK103241204SQ20131004410
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月4日 优先权日2012年2月6日
发明者芒格拉·M·杰伊阿苏里亚, 詹姆士·齐·程 申请人:福特全球技术公司