本发明属于汽车安全防护装置，具体的说是一种具有刚度补偿功能的防撞梁缓冲结构。
背景技术：
在交通事故发生时，行人通常处于弱势地位，容易遭受各种伤害。因此，汽车的保险杠系统设计就需要保护行人。但是汽车的前保险杠系统也要满足低速碰撞相关法规的各种要求。这二者存在一定的矛盾性，因此，通过合理的设计来兼顾行人保护与汽车低速碰撞就十分重要。
在目前市场上的车型中，汽车前、后部的的安全防护装置由三部分组成，其为保险杠外壳、缓冲吸能材料、防撞梁。其中的缓冲吸能材料由白色泡沫的填充，虽然造价相对便宜，但是对车内驾驶员和乘员的保护作用却很小，只能是在极低速的环境下具有保护作用，一但在高速运行下发生碰撞，作用就微乎其微了；防撞梁是一种通过吸收碰撞能量的装置，由主梁、吸能盒、安装板组成，在发生较小的撞击时，防撞梁能够减轻对车辆和车内驾驶员与乘员的伤害，但会产生主梁撞伤、主梁凹坑以及吸能盒使用寿命缩短等问题。
因此，可以设计一种新型防撞梁缓冲结构来代替缓冲吸能材料，来保护车辆及行人安全，减少损失。
技术实现要素：
本发明提供了一种结构简单，安装方便，适用性强能够有效减轻碰撞冲击力的具有刚度补偿功能的防撞梁缓冲结构，解决了现有的汽车前部的安全防护结构存在抗冲击能力差、前部刚度不一致、防撞梁易损毁的问题。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种具有刚度补偿功能的防撞梁缓冲结构，该防撞梁缓冲结构包括多个模块，其中每个所述的模块包括与现有防撞梁1通过紧第一固卡扣2、第二紧固卡扣5、第三紧固卡扣22和第四紧固卡扣25连接的缓冲装置；所述的缓冲装置从上至下依次包括上连接层8、具有卡扣连接的连接层和下连接层17；所述的具有卡扣的连接层由多个填充层构成，所述的具有卡扣的连接层从上至下依次包括第一填充层9、第二填充层10……第n填充层；所述的上连接层8的卡扣嵌入在第一填充层9对应位置的卡槽中；所述的第一填充层9的卡扣嵌入在第二填充层10对应位置的卡槽中；所述的第n-1填充层的卡扣嵌入在第n填充层对应位置的卡槽中；所述的第n填充层的卡扣嵌入在下连接层17对应位置的卡槽中。
所述的上连接层8和下连接层17的侧面均开有两个横截面积为14mm×7mm，深度为60mm，壁厚为3mm的连接孔；所述的连接孔的侧面、距离现有防撞梁1近的一端10mm处和20mm处开有高度为3.5mm，直径为2.5mm的通孔。
所述的上连接层8、具有卡扣连接的连接层和下连接层17中间部分长700mm，宽65mm，前部采为筋宽为100mm，高度为5mm的波纹结构的7个波纹，两侧分别为长350mm，宽60mm的平行四边形结构；所述的第一固卡扣2和第二紧固卡扣5之间的中间部分为尺寸为8mm的蜂窝结构；所述的平行四边形结构为尺寸为13mm的蜂窝结构；所述的第一固卡扣2和第二紧固卡扣5之间的中间部分的两端与两个平行四边形结构之间为过渡部分；所述的过渡部分为尺寸为10mm的蜂窝结构；所述的蜂窝结构的壁厚为2mm。
所述的上连接层8和下连接层17的厚度为10mm；所述的上连接层8上设置有12个卡槽；所述的下连接层17上设置有12个卡扣。
所述的第一填充层9、第二填充层10……第n填充层上均设置有12个卡扣和12个卡槽。
所述的卡扣的卡脚部分横截面积14mm×2mm，长4mm，卡扣限位凸起部分的梯形上边长2mm，下边长5mm，高为3mm，厚度为14mm。
所述的第一固卡扣2和第二紧固卡扣5的卡脚部分横截面积14mm×7mm，长90mm，第一固卡扣2和第二紧固卡扣5的限位凸起部分的梯形上边长7mm，下边长17mm，高为5mm，厚度为14mm。
所述的缓冲装置采用了聚碳酸脂或聚对苯二甲酸丁二醇酯的塑料材料。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用了模块化设计，将其分为具有卡扣连接的缓冲结构称为连接层，将固定厚度的缓冲结构称为填充层，对于不同高度的保险杠采用两块连接层和对应数量的填充层并通过卡扣连接来组成的缓冲装置。这增强本产品的普适性，使本缓冲结构能够适应大部分车型的保险杠结构，使其具有多用性。
2、本发明的缓冲装置与保险杠的连接采用了永久式连接卡扣，通过连接层与卡扣锁紧快的永久式连接卡扣，固定在保险杠上，增强了产品的安全性。
3、本发明的缓冲装置中连接层和填充层的正面是波纹结构，当其组装在一起时可以将缓冲装置的正面视为波纹板，这种结构增大了缓冲装置的侧向刚度，使其具有较高的承载能力和稳定性。
4、本发明采用了筋宽为100mm的波纹结构增强了缓冲装置的承载能力和抗变形能力，有效降低碰撞带来的危害，减轻碰撞对人员和车辆的损害。而且从加工工艺角度而言，由于波纹数越少，则加工工艺相对比较简单，成品率高，生产成本较低。
5、本发明的连接层和填充层的内部为蜂窝结构，蜂窝结构重量轻、用材少、成本低；抗冲击、缓冲性好；同时还能够隔音吸热。
6、本发明由于蜂窝结构的缓冲作用，能够有效降低碰撞带来的危害，当发生低速碰撞时，可以将动能转换为弹性势能，有效缓解碰撞带来的冲击，同时，由于塑料材料的特性，可以产生回弹并作用于保险杠上，可以保护保险杠不发生大的变形；当发生较高速的碰撞时，缓冲结构可以产生形变甚至粉碎，有效增加车辆的缓冲距离，降低碰撞产生的冲击力，减轻碰撞对人员和车辆的损害。
7、本发明在缓冲结构的填充层和连接层中，中间部位使用了尺寸为8mm的蜂窝结构，两侧采用了尺寸为13mm的蜂窝结构，过度部分采用了尺寸为10mm的蜂窝结构。而蜂窝结构的载荷质量比随着蜂窝尺寸的增加而降低，所以缓冲结构的刚度特征为中间高两侧低。在缓冲结构中在不同位置采用了不同尺寸和密度的蜂窝结构，使其的刚度特征与车辆的保险杠相反，因此使车辆的前部总体的刚度保持一致，在低速碰撞中，其正面的作用效果更为显著，有效保护车辆和行人。
8、本发明采用的聚碳酸脂与聚对苯二甲酸丁二醇酯的塑料合金，该材料具有较高的表面硬度，较高的刚性和韧性，也有较高的抗高温形的能力，也有较高的抗应力开裂能力。
附图说明
图1为本发明中缓冲装置的轴测示意图；
图2为本发明中缓冲装置的俯视示意图；
图3为本发明中缓冲装置的仰视示意图；
图4为本发明中缓冲装置的爆炸示意图；
图5为本发明中下连接层的轴测示意图；
图6为本发明中上连接层的轴测示意图；
图7为本发命中填充层的轴测示意图；
图8为本发明中下连接层的后视示意图；
图9为本发明中缓冲装置的结构示意图；
图10为本发明中卡扣与卡槽的结构示意图；
图11为本发明中紧固卡扣的连接方式示意图；
图12为本发明中紧固卡扣的轴测示意图；
图13为车辆低速碰撞简化模型图
图14为车辆低速纵向对中碰撞曲线图；
图15为车辆低速“车角”碰撞曲线图；
图16为车辆行人碰撞简化模型图
图17为车辆行人碰撞胫骨加速度实验结果图
图18为车辆行人碰撞膝关节弯曲角度实验结果图
图19为车辆行人碰撞膝关节剪切位移实验结果图
图中：1、防撞梁；2、第一固卡扣；3、第一螺栓；4、第二螺栓；5、第二紧固卡扣；6、第三螺栓；7、第四螺栓；8、上连接层；9、第一填充层；10、第二填充层；11、第三填充层；12、第四填充层；13、第五填充层；14、第六填充层；15、第七填充层；16、第八填充层；17、下连接层；18、第一螺母；19、第二螺母；20、第三螺母；21、第四螺母；22、第三紧固卡扣；23、第五螺栓；24、第六螺栓；25、第四紧固卡扣；26、第七螺栓；27、第七螺栓；28、第五螺母；29、第六螺母；30、第七螺母；31、第八螺母。
具体实施方式
本发明以其模块化设计可以适用多种类型、多种高度、多种厚度的防撞梁，填充层数量根据实际车型防撞梁的尺寸决定。本实施例以2011款广汽传祺为例，其防撞梁宽度为100mm左右，厚度为30mm左右。
参阅图1—图4、图6、图9，一种具有刚度补偿功能的防撞梁缓冲结构，该防撞梁缓冲结构包括多个模块，可以根据实际车型选择相应的模块数量。其中每个所述的模块包括与防撞梁1通过紧第一固卡扣2、第二紧固卡扣5、第三紧固卡扣22和第四紧固卡扣25连接的缓冲装置；所述的缓冲装置从上至下依次包括上连接层8、具有卡扣连接的连接层和下连接层17；所述的具有卡扣的连接层从上至下依次包括第一填充层9、第二填充层10、第三填充层11、第四填充层12、第五填充层13、第六填充层14、第七填充层15和第八填充层16；所述的上连接层8的卡扣嵌入在第一填充层9对应位置的卡槽中；所述的第一填充层9的卡扣嵌入在第二填充层10对应位置的卡槽中；所述的第二填充层10的卡扣嵌入在第三填充层11对应位置的卡槽中；所述的第三填充层11的卡扣嵌入在第四填充层12对应位置的卡槽中；所述的第四填充层12的卡扣嵌入在第五填充层13对应位置的卡槽中；所述的第五填充层13的卡扣嵌入在第六填充层14对应位置的卡槽中；所述的第六填充层14的卡扣嵌入在第七填充层15对应位置的卡槽中；所述的第七填充层15的卡扣嵌入在第八填充层16对应位置的卡槽中；所述的第八填充层16的卡扣嵌入在下连接层17对应位置的卡槽中。
参阅图6，所述的上连接层8上存在着2个横截面积14mm×7mm，深度为60mm，壁厚为3mm的连接孔。
参阅图8、图11，所述的下连接层17上也存在着相同大小的孔，在连接孔上，距离防撞梁近的一端10mm处和20mm处，存在这高度为3.5mm，直径为2.5mm的通孔。将缓冲装置背部与防撞梁的前部对紧，然后建立缓冲装置与防撞梁的连接结构，以上连接层8的左侧的连接孔为例，将第一紧固卡扣2插入连接孔中，同时将第一紧固卡扣2的卡扣部分端面紧贴现有防撞梁1的背面，同时使用打孔机对准连接孔的两个通孔，分别在第一紧固卡扣8插入连接孔的部分打出两个2.5m的通孔，然后分别将第一螺栓3与第二螺栓4插入孔中，在螺栓杆的另一侧使用第一螺母18与第二螺母19进行紧固，其结构如图11所示。使用同样方法，分别在上连接,8的另一连接孔上使用第二紧固卡扣5，第三螺栓6、第四螺栓7，第三螺母20、第四螺母21进行紧固。在下连接层17上使用第三紧固卡扣22、第四紧固卡扣25，第五螺栓23、第六螺栓24、第七螺栓26，第八螺栓27、第五螺母28、第六螺母29、第七螺母30、第八螺母31进行紧固。
参阅图6，所述的上连接层8、具有卡扣连接的连接层和下连接层17中间部分长700mm，宽65mm，前部采为筋宽为100mm，高度为5mm的波纹结构的7个波纹，两侧分别为长350mm，宽60mm的平行四边形结构；所述的第一固卡扣2和第二紧固卡扣5之间的中间部分为尺寸为8mm的蜂窝结构；所述的平行四边形结构为尺寸为13mm的蜂窝结构；所述的第一固卡扣2和第二紧固卡扣5之间的中间部分的两端与两个平行四边形结构之间为过渡部分；所述的过渡部分为尺寸为10mm的蜂窝结构；所述的蜂窝结构的壁厚为2mm。
参阅图5、图6、图8，所述的上连接层8和下连接层17的厚度为10mm；所述的上连接层8上设置有12个卡槽；所述的下连接层17上设置有12个卡扣。
参阅图4、图7，所述的第一填充层9、第二填充层10、第三填充层11、第四填充层12、第五填充层13、第六填充层14、第七填充层15和第八填充层16上均设置有12个卡扣和12个卡槽。
参阅图10，所述的卡扣的卡脚部分横截面积14mm×2mm，长4mm，卡扣限位凸起部分的梯形上边长2mm，下边长5mm，高为3mm，厚度为14mm。
参阅图11、图12，所述的第一固卡扣2和第二紧固卡扣5的卡脚部分横截面积14mm×7mm，长90mm，第一固卡扣2和第二紧固卡扣5的限位凸起部分的梯形上边长7mm，下边长17mm，高为5mm，厚度为14mm。
所述的缓冲装置采用了聚碳酸脂与聚对苯二甲酸丁二醇酯的塑料合金。
用该防撞梁缓冲结构做仿真实验如下：
受碰撞速度的限制，车辆低速碰撞性能主要由车辆前保险杠系统决定，车辆后端影响极小。建立图13所示的简化模型。在试验条件方面，本试验方案根据国家标准《gb17354-1998汽车前、后端保护装置》制定。前部的是碰撞冲击器选取碰撞8km/h的速度，同时，将泡沫吸能结构和本申请的防撞梁缓冲结构的有限元模型分别固定安装于保险杠外壳与防撞梁之间。建立了车辆低速碰撞有限元模型，并建立相应的连接关系，分别进行正碰和角碰的仿真试验。
将仿真得到的数据进行优化，其仿真实验结果如图14、图15所示。
由图14、图15可知，安装传统泡沫缓冲结构的保险杠侵入量分为62.56mm、53.42mm，而采用新型缓冲结构的保险杠侵入量均有了较大幅度的降低，其值分别变为55.26mm、50.23mm，满足法规限值65mm的要求；由此可以看出，本申请的防撞梁缓冲结构的吸能效力强于传统泡沫缓冲结构，更有利于保险杠后端主要汽车零部件的保护。同时可以看出本申请的防撞梁缓冲结构的保险杠侵入量数值变化趋势相差不大，更好地体现了其刚度补偿的优点。也满足低速碰撞相关法规的各种要求。
发生行人碰撞时，一般行人仅与车辆前端发生接触。且由于车速较小，所产生的能量较小，车辆前端足以吸收冲击带来的能量，车辆后端基本不产生变形。因此，建立了如图16所示的车辆行人碰撞的简化模型。在试验条件方面，本试验方案根据《gb/t24550.2009汽车对行人的碰撞保护》中的要求选用严格按eevc法规要求建立的trl-lfi型腿部冲击器模型，同时，将泡沫吸能结构和本申请的防撞梁缓冲结构的有限元模型分别固定安装于保险杠外壳与防撞梁之间。并根据试验要求赋予小腿冲击器40km/h的初始速度碰撞保险杠部位，建立了车辆行人碰撞有限元模型，并建立相应的连接关系，进行仿真试验。
将仿真得到的数据进行优化，其仿真实验结果如图17、图18、图19所示。
由图17、图18、图19可知，加装泡沫缓冲结构时，小腿冲击器的胫骨加速度峰值很大，为178.25g，而加装本申请的防撞梁缓冲结构时，小腿冲击器的胫骨加速度峰值显著减小为112.3g，满足了150g以内法规要求；加装泡沫缓冲结构时，小腿冲击器的膝关节弯曲角度峰值很大，为8.52°，而加装本申请的防撞梁缓冲结构时，小腿冲击器的膝关节弯曲角度峰值显著减小为7.56°，满足了法规15°以内的要求；加装泡沫缓冲结构时，小腿冲击器的膝关节剪切位移峰值很大，为2.95mm，而加装本申请的防撞梁缓冲结构时，小腿冲击器的膝关节剪切位移峰值显著减小为2.73mm，满足了法规6mm以内的要求。综上所述，本申请的防撞梁缓冲结构在行人保护方面的性能较之泡沫缓冲结构有了较大程度的改善，并较好的满足了法规要求。