一种FSAE赛车吸能装置的制作方法

本实用新型涉及FSAE赛车领域，特别涉及一种碰撞吸能装置。

背景技术：

Formula SAE(FSAE)由国际汽车工程师学会(SAE International)于1978年开办，其概念源于一家虚拟制作工厂，向所有大学生设计团队征集设计制造一辆小型的类似于标准方程式的赛车，要求赛车在加速、制动、操控性方面都有优异的表现并且足够稳定耐久。FSAE赛车的安全性得到了高度重视，FSAE赛事规定，为了保护赛车手的安全，FSAE赛车必须加装碰撞吸能装置。碰撞吸能装置的作用是保证赛车在碰撞的过程中，有足够的安全减速距离，并尽可能多的吸收碰撞能量。防止破坏赛车的主体结构，也防止伤害赛车手。现有技术中的碰撞吸能装置大多是采用整体式结构，即一个单体的蜂窝吸能器安装在赛车的前端。这种碰撞吸能装置结构比较简单，但是一旦发生撞击，无论撞击程度如何，只要吸能器发生变形破损，就需要对整个吸能装置进行更换。即碰撞吸能装置是一次性的，这将大大提高赛车的维修成本。而且现有碰撞吸能装置前端后端尺寸大部分都一致，导致碰撞过程中吸能速率始终相等且偏大，无法实现碰撞减速度值的递增，则在低速碰撞时的减速度依然较大，对乘员的伤害比较大。

技术实现要素：

本实用新型针对现有FSAE赛车吸能装置一次损坏无法继续使用，只能全部更换的问题，提出一种在碰撞过程中可根据碰撞能量高低分级变形的FSAE赛车吸能装置，碰撞发生后只需更换变形破损的部分蜂窝吸能器。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

包括吸能器固定支架总成以及N个蜂窝吸能器，N≥2；每个蜂窝吸能器的前端设置有防侵入板，前N-1个蜂窝吸能器的后端分别与各自相邻的后一个蜂窝吸能器前端的防侵入板相连，第N个蜂窝吸能器的后端与吸能器固定支架总成的防侵入板(即固定支架防侵入板)相连；所述蜂窝吸能器的横向尺寸依次增大，且横向尺寸较小的蜂窝吸能器距离吸能器固定支架总成较远。

所述吸能器固定支架总成由固定支架防侵入板和固定框架组成，固定支架防侵入板和固定框架通过螺栓相连，固定框架由钢管焊接成的四方形边框以及焊接在该边框内部的X字型加强结构组成。

所述蜂窝吸能器的部分或全部蜂窝单元由位于蜂窝吸能器两端的对应防侵入板封闭。

所述蜂窝吸能器的厚度(即纵向尺寸)相同，蜂窝吸能器和连接在对应蜂窝吸能器前端的防侵入板的横向尺寸相同，吸能器固定支架总成的防侵入板与对应连接的蜂窝吸能器的横向尺寸相同。

所述蜂窝吸能器和防侵入板均为正方形。

所述蜂窝吸能器的蜂窝单元尺寸相同，蜂窝单元的材料厚度相同。

所述蜂窝吸能器为铝制，防侵入板为钢制。

所述蜂窝吸能器为三个，分别为前蜂窝吸能器、中蜂窝吸能器和后蜂窝吸能器。

所述前蜂窝吸能器的前端通过胶粘的形式与前防侵入板相连，前蜂窝吸能器的后端通过胶粘的形式与中防侵入板相连，所述中防侵入板通过胶粘的形式与中蜂窝吸能器的前端相连，中蜂窝吸能器的后端通过胶粘的形式与后防侵入板相连，所述后防侵入板通过胶粘的形式与后蜂窝吸能器的前端相连，后蜂窝吸能器的后端与吸能器固定支架总成的防侵入板相连，吸能器固定支架总成通过螺栓与赛车相连。

所述胶粘采用的粘接材料为环氧树脂胶。

本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型所述吸能装置中多块蜂窝吸能器的横向尺寸依次增大，通过多块蜂窝吸能器的依次变形来依次吸收外界带来的冲撞动能。在碰撞过程发生后，仅需对发生变形的蜂窝吸能器进行更换即可。且相同的吸能效果下本吸能装置的前端尺寸较小，发生低速碰撞时的碰撞减速度较小，对乘员的伤害比较低。本实用新型结构简单，易于维护，成本低廉，适用范围广。

进一步的，蜂窝吸能器和防侵入板通过环氧树脂胶粘连，可通过溶胶剂对损坏的蜂窝吸能器等粘接部件进行快速、方便的更换。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为吸能器固定支架总成结构示意图；

图3为正面碰撞过程中吸能装置的各个部件吸能曲线；

图中：1为前防侵入板，2为前蜂窝吸能器，3为后防侵入板，4为中防侵入板，5为中蜂窝吸能器，6为后蜂窝吸能器，7为吸能器固定支架总成，8为固定支架防侵入板，9为固定框架，10前蜂窝吸能器吸能特性曲线，11中蜂窝吸能器吸能特性曲线，12后蜂窝吸能器吸能特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明，所述实施例是对本发明的解释，而不是限定。

(一)结构原理

参见图1以及图2，一种FSAE赛车吸能装置，包括沿纵向依次排列的前防侵入板1、前蜂窝吸能器2、中防侵入板4、中蜂窝吸能器5、后防侵入板3、后蜂窝吸能器6以及吸能器固定支架总成7；吸能器固定支架总成7包括固定支架防侵入板8和固定框架9。其中纵向指赛车的纵向，即赛车的车头与车尾连线所在方向，相应的横向指与上述纵向垂直的方向，即赛车的横向。

所述前防侵入板1通过胶粘的形式与前蜂窝吸能器2前端相连，前防侵入板1在前蜂窝吸能器2的正前方。前蜂窝吸能器2后端通过胶粘的形式与中防侵入板4前端相连，中防侵入板4后端通过胶粘的方式与中蜂窝吸能器5前端相连，中蜂窝吸能器5后端通过胶粘的形式与后防侵入板3前端相连，后防侵入板3后端通过胶粘的形式与后蜂窝吸能器6前端相连，后蜂窝吸能器6后端通过胶粘的形式与吸能器固定支架总成7前端的固定支架防侵入板8相连。固定支架防侵入板8和固定框架9通过螺栓一起固定到赛车样车上。所述前蜂窝吸能器、中蜂窝吸能器以及后蜂窝吸能器的蜂窝单元开口方向与上述纵向保持一致，前、中、后三个防侵入板起到使得相对应的蜂窝吸能器变形均匀的作用，也使得防侵入板后方的蜂窝吸能器受力均匀，同时，当蜂窝吸能器与位于其前后端的防侵入板组成封闭空间时形成空气密封体，在碰撞中通过压缩空气来更有效地吸收碰撞挤压产生的能量。为了在碰撞过程中按照先后顺序进行压溃变形，所述前蜂窝吸能器2、中蜂窝吸能器5、后蜂窝吸能器6安装尺寸(横向尺寸)依次增大，吸能容量依次增强，纵向尺寸则相同，以保证有较合理的总的纵向尺寸，且加工时可选用同样厚度规格的蜂窝铝材，降低制造成本。

(二)工作过程分析

当出现碰撞事故的时候，前防侵入板1与碰撞物体首先接触，前蜂窝吸能器2开始压溃变形吸收碰撞能量。如果前蜂窝吸能器2完全变形之后碰撞没有终止，则前蜂窝吸能器2通过中防侵入板4将碰撞能量传递给中蜂窝吸能器5，中蜂窝吸能器5开始变形，进行碰撞能量的吸收；如果中蜂窝吸能器5完全变形之后碰撞没有终止，则中蜂窝吸能器5通过后防侵入板3将碰撞能量传递给后蜂窝吸能器6，后蜂窝吸能器6开始变形，进行碰撞能量的吸收，当所有的刚性吸能件完全被剪断时，全部吸能结束，吸能装置工作完毕。

(三)应用案例

基于上述FSAE赛车吸能装置，其选型举例如下。

1)三个蜂窝吸能器均为等六边形蜂窝单元的吸能器，蜂窝单元尺寸相同，材料厚度相同，容易批量化制造。

2)蜂窝吸能器和防侵入板的长宽尺寸相等，即均为正方形，防侵入板的材质为厚度1～3mm、面积分别为0.012m²、0.04m²、0.09m²的钢板，蜂窝吸能器的材质为AL6006。

3)固定框架由外径为30mm的钢管焊接而成，主体为四方形，四方形内部焊接有X型结构，以吸收碰撞能量。

4)为了满足FSAE赛车对于碰撞吸能装置的性能要求，三个蜂窝吸能器厚度(纵向尺寸)均为90mm，面积分别为0.012m²、0.04m²、0.09m²。

5)蜂窝吸能器与防侵入板采用环氧树脂胶进行粘合，如需更换，用环氧树脂溶解剂对粘胶进行溶解即可。

(四)正面碰撞实验结果

参见图1，对于上述应用实例，根据其前蜂窝吸能器吸能特性曲线10，中蜂窝吸能器吸能特性曲线11及后蜂窝吸能器吸能特性曲线12，可以看出，在前一个蜂窝吸能器没有完全变形之前，后一个蜂窝吸能器不会压溃变形吸能。

总之，本实用新型具有的优点和积极效果是：

1)所述吸能装置具有稳定的结构，因三块蜂窝吸能器的横向尺寸依次增大，因此碰撞过程中三块蜂窝吸能器的变形是有先后顺序的。通过三块蜂窝吸能器的依次变形来依次吸收外界带来的冲撞动能。

2)所述吸能装置在碰撞中最先变形的第一块蜂窝吸能器尺寸较小，在小速度碰撞时，不会产生较大的碰撞加速度。而在高速碰撞时，其峰值加速度时间也可满足要求。

3)在小碰撞过程中，如果仅有第一块蜂窝吸能器变形，则仅对第一块蜂窝吸能器进行更换即可。蜂窝吸能器和防侵入板通过环氧树脂胶粘连，可通过溶胶剂对损坏的蜂窝吸能器进行更换。

4)本实用新型结构简单，易于维护，成本低廉，适用范围广。

5)本实用新型提高了吸能装置的强度及吸能效率，通过模拟计算，满足FSAE赛车的碰撞要求，吸能效果良好。