一种分级溃缩的高效吸能装置的制作方法

本发明涉及一种分级溃缩的高效吸能装置，涉及汽车安全技术领域。

背景技术：

随着汽车工业的发展以及人们生活水平的逐步提高，汽车保有量在不断增加，汽车安全性已经成为了人们日益关注的重要性能。汽车在发生碰撞时，与防撞梁连接的吸能装置起到至关重要的能量吸能作用，它可以最大限度降低乘员遭受的碰撞伤害，减轻交通事故的危害，对驾驶人员的生命与财产安全具有有效的保护。然而传统吸能盒吸能形式单一，吸能效果较差，吸能效率较低，不能最大限度对汽车碰撞进行良好的缓冲吸能。当事故发生时，尤其车辆在高速的状态下，现有吸能盒的能量吸收能力很难有效地缓冲或吸收碰撞带来的冲击，造成纵梁和乘员舱承受了大量冲击能量以及产生较大的冲击加速度，对乘员生命安全造成严重威胁。

技术实现要素：

本发明提供了一种分级溃缩的高效吸能装置，吸能效率高，可降低冲击加速度，并且结构简单。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种分级溃缩的高效吸能装置，包括前壳体、后壳体、垫片、填充物及弹性件；该前壳体包括内壁、外壁及连接壁，该内壁是前端面开口的筒状结构，该连接壁由该内壁的前端呈喇叭结构向前扩张延伸，该外壁呈轴套结构并罩住该连接壁及该内壁的前端部，该外壁的前端与该连接壁的前端相连接，该外壁、连接壁及内壁围成一个环状的凹槽；该后壳体是前端面开口的筒状结构，该垫片设置在该后壳体内并将该后壳体的内部空间分为前后两部分，该填充物设置在该后壳体后部分的空间当中，该填充物是中空的结构，该弹性件位于该填充物的中部；该内壁插入到该后壳体前部分的空间当中，该内壁和该弹性件分别从两侧压住该垫片，该后壳体的直径介于该连接壁的最大直径和最小直径之间。

一较佳实施例之中：该弹性件是弹簧；该前壳体、后壳体、弹性件及填充物的轴芯位于同一直线上。

一较佳实施例之中：还包括十字加强板，该十字加强板设置在该连接壁内。

一较佳实施例之中：该前壳体、后壳体及十字加强板均采用铝合金材料。

一较佳实施例之中：该十字加强板与该连接壁通过焊接连接。

一较佳实施例之中：该填充物是纳米纤维材料填充物；该填充物为多孔结构。

一较佳实施例之中：该填充物由轻质碳纤维丝与具有热固性的环氧树脂复合材料制成，纤维丝在环氧树脂中是随机排布的，并且纤维丝之间相互交叉。

一较佳实施例之中：该垫片的直径与该后壳体的内径相对应；该填充物外表面与该后壳体的内表面贴合。

一较佳实施例之中：该弹性件是由一根空心圆管通过卷簧机卷制形成的空心弹簧。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1、分级溃缩特性

吸能溃缩分为五个阶段：(1)发生碰撞时先由弹性件压缩以及填充物来缓冲一定的冲击能量来减小瞬时冲击加速度，减小乘员舱承受的瞬时载荷，这一过程的弹性件蓄力阶段助于降低冲量，有助于降低事故发生时产生的巨大碰撞初始峰值力，有助于提高吸能元件在能量吸收时的缓冲能力；(2)当冲击力较大时，弹性件达到弹性变形极限后，外界冲击力可继续将弹性件压溃，继续使得空心弹簧产生塑性挤压变形，进入吸能阶段。填充物压溃吸收大量能量，接着后壳体与连接壁接触，将沿纵梁方向的冲击力导向四周来达到缓冲的作用，继续减小冲击加速度，减缓乘员舱承受的冲击，防止由于加速度过大导致成员受到二次伤害，与此同时，后壳体开始被压溃，吸收冲击能，此为第一级吸能；(3)由于喇叭形结构口径沿碰撞方向是逐渐扩大的，因此前壳体能将被压缩的后壳体口径不断向外扩大从而将其撕裂，该结构再次利用了这部分材料的吸能能力，增大了吸能装置的比吸能；(4)继续压缩，空心弹簧、填充物已经被完全压溃，此时前壳体的顶部开始吸能与后壳体组合成为一个双层封闭的吸能结构，此为二级吸能结构，此过程相比于传统单一薄壁结构能吸收更多的能量；(5)后壳体在前壳体的连接壁处撕裂后将填充前壳体的凹槽，当二级吸能结构被压溃后，前壳体具有诱导凹槽的圆台将与填充在凹槽内的已经完全变形的后壳体开始发挥吸能作用，此为第三级吸能结构，同时使后壳体已经形变吸能的这部分材料的吸能能力能够被再次利用。通过此分级溃缩吸能结构，能够将碰撞产生的强大的冲击加速度逐级降低，达到理想的缓冲效果，减缓乘员舱承受的冲击。

2、高效的缓冲吸能特性

本发明提供的一种分级溃缩的高效吸能装置，其本身所兼具的多种能量吸收方式可通过不同形式在同一时间进行：弹性件压缩的蓄力缓冲与压溃吸能、填充物压溃吸能，后壳体撕裂吸能，前壳体、填充物、十字加强板的压溃吸能。其中后壳体的这部分材料经过反复利用，将能量吸收效率发挥到最大化，最快的将碰撞动能消解在材料的各种形式产生的塑性变形中，将伤害降到最低。空心弹簧的优势在于第一阶段的蓄力过程能够有助于降低事故发生时产生的巨大碰撞初始峰值力，起到缓冲的作用；第二阶段达到弹性变形极限后，外界冲击力可继续将空心弹簧压溃，继续使得空心弹簧产生塑性挤压变形，进入吸能阶段，既降低了碰撞初始峰值力，又起到一定的吸能作用，将空心弹簧在吸能装置中缓冲吸能的作用发挥到最大化。本吸能装置采用的填充物是由轻质碳纤维丝与具有热固性的环氧树脂复合材料制成。复合成型后，纤维丝在环氧树脂中是随机排布的，使得各个角度就具有很强的吸能能力，并且纤维丝之间相互交叉，互相交织在压缩过程中能够吸收更多的能量。总体而言相比铝质材料具有质量轻，吸能性更强，容易成型的特点，有效地提高了吸能装置的整体吸能能力，同时实现轻量化的目的。这些新型的结构有效凸显了本发明所提出的吸能装置在耐撞性高效能量吸收方面的优势。

3、碰撞角度适应性高，具有良好的稳定性以及轻量化特点

车辆在发生碰撞的过程中，大都为有角度斜向碰撞，传统结构相对简单的薄壁管吸能结构在发生倾斜碰撞时容易产生失稳的现象。本发明提出了一种喇叭形结构，且有十字加强板支撑，极大的提高了其结构稳定性和鲁棒性。在碰撞发生时，即便是多角度高速冲击条件下仍能稳定产生撕裂吸能效果，确保了多工况多角度适应性。本发明所涉及的纳米纤维材料是由轻质碳纤维丝与具有热固性的环氧树脂复合材料制成的一种新型复合材料，质量轻但吸能量大，具有良好的轻量化效果，在应用到能量吸收领域可发挥出极大的比吸能，纳米纤维填充物为多孔结构，有助于轻量化的实现。空心弹簧的使用既发挥了吸能作用又减少材料的使用，达到轻量化的目的。本发明所涉及前壳体以及十字加强板均采用的是碰撞能力强且质量轻便的铝合金6061o态材料，通过挤压，撕裂，溃缩等相互作用后，其材料利用率得到了提升，故整体比吸能大，同样有助于轻量化的实现。

4、加工制备装配简单方便，可持续使用性高

本发明提供的一种具有分级溃缩特性的高效吸能装置各部件仅需要进行简单的切削加工等即可完成制造，装配方便快捷，整体上避免了复杂的加工工艺，制造成本低。填充物是由轻质碳纤维丝与环氧树脂复合材料制成，前壳体和后壳体以及十字加强板均采用的是铝合金材料，这些材料的抗腐蚀性能、抗氧化性好，耐久度高，能有效提高本吸能装置的可持续使用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了本发明分级溃缩的高效吸能装置的立体示意图。

图2绘示了图1所示分级溃缩的高效吸能装置剖视示意图。

图3绘示了图1所示分级溃缩的高效吸能装置的前壳体、十字加强板、垫片的立体分解示意图。

图4绘示了图1所示分级溃缩的高效吸能装置的后壳体、弹性件、填充物的立体分解示意图。

图5绘示了图1所示分级溃缩的高效吸能装置的弹性件的端面放大示意图。

具体实施方式

请参照图1至图5，本发明的一种分级溃缩的高效吸能装置，包括前壳体10、后壳体20、垫片30、填充物40及弹性件50。

该前壳体10包括内壁12、外壁14及连接壁16，该内壁12是前端面开口的筒状结构，该连接壁16由该内壁12的前端呈喇叭结构向前扩张延伸，该外壁14呈轴套结构并罩住该连接壁16及该内壁12的前端部，该外壁14的前端与该连接壁16的前端相连接，该外壁14、连接壁16及内壁12围成一个环状的凹槽18。

该后壳体20是前端面开口的筒状结构，该垫片30设置在该后壳体20内并将该后壳体的内部空间分为前后两部分，该填充物40设置在该后壳体20后部分的空间当中。该填充物40是中空的结构，该弹性件50位于该填充物40的中部。该内壁12插入到该后壳体20前部分的空间当中，该内壁12的后端面和该弹性件50分别从两侧压住该垫片30。该后壳体20的直径介于该连接壁16的最大直径和最小直径之间，也就是说，该后壳体20沿该凹槽18的中部插入。

该弹性件50是弹簧，由一根空心圆管通过卷簧机卷制形成的空心弹簧。该前壳体10、后壳体20、弹性件50及填充物40的轴芯位于同一直线上，使得吸能装置在多角度高速冲击条件下不易失稳。

还包括十字加强板60，该十字加强板60设置在该连接壁16内。该前壳体10、后壳体20及十字加强板60均采用铝合金材料。该十字加强板60与该连接壁16通过焊接连接。该十字加强板60用于避免碰撞时前壳体先于后壳体发生变形，同时用来增强喇叭形结构(连接壁16)的结构稳定性和强度，以保证其在之后的进一步撕裂吸能中发挥稳定作用。

该填充物40是纳米纤维材料填充物；该填充物40为多孔结构。该填充物40由轻质碳纤维丝与具有热固性的环氧树脂复合材料制成，纤维丝在环氧树脂中是随机排布的，并且纤维丝之间相互交叉。

该垫片30的直径与该后壳体20的内径相对应，围成一个封密的空间，该填充物40外表面与该后壳体20的内表面贴合，这样，弹簧以及纳米纤维材料的压缩更加充分，吸能效率更高。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。