专利名称：用于车辆保险杠的弹性能量吸收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆保险杠的安装机构，特别是一种改进的汽车保险杠系统的弹性能量吸收装置。
为了吸收作用于保险杠上的碰撞能量，以免使其传到车辆上，已经提出了许多不同形式的用于将保险杠安装到汽车上的能量吸收装置。一种能量吸收装置为一普通的弹簧，另一种为缓冲器式的安装机构。由于缓冲器具有较弹簧可吸收更多的碰撞能量的能力，因而它优越于弹簧。
虽然缓冲器式的安装机构提供了良好的能量吸收特性，但它们均有运动部件，且价格昂贵。另外，它们还会腐蚀并丧失其作用。
作为一种较便宜的缓冲器替代物，已经开发出了具有弹性能量吸收器的保险杠总成，其中用可压缩的弹性材料取代弹簧或缓冲器。弹性材料一般是较便宜的，且无运动部件，并可提供良好的能量吸收特性。典型地，这种能量吸收器被置入保险杠的空腔中，并以由车辆的车架或纵梁来承受该保险杠重量的方式来安装，同时，弹性材料承受由作用在保险杠上的碰撞产生的压缩力。这种设计的弹性组件适用于特定车辆及特定的保险杠总成，而对于每种车辆须开发出一种全新的弹性组件。这就需附加的时间和费用，用于每种新弹性组件的新的注塑模具以及类似的必需品增加这些组件的成本。
本发明的目的是提供一种用于车辆保险杠装置的改进的弹性能量吸收组件，在此，以较低的成本提供改进的能量吸收特性。
本发明的另一目的是提出一种有效的能量吸收组件，它可适用于各种不同汽车的各种不同的保险杠总成。因而，可基本上将模具的成本均摊到尽可能多的车辆上，以此降低成本。
根据本发明的用于车辆保险杠系统的弹性安装机构，它包括一可恢复原状地缩折用铸塑、挤压或其他方式成型的弹性材料的吸能垫块，最好是合成树脂，并具有在垫块的前后端间延伸的许多平行的管状通道的改进的盛蛋用栅格状的结构。刚性端板安装在垫块相对的两端上。最好在垫块上的热塑性突舌从端板的开口中伸出并被热叠合，以便化学地或机械地将端板联接到热塑性垫块上。一对能量吸收组件(吸能组件)用于悬挂从一对车架纵梁伸出的保险杠，每个组件的后端板以螺接或其他方式固定在纵梁上，而保险杠以螺接或其他方式固定在吸能组件的前端板上。为此本发明的吸能组件可支承保险杠的垂直重量并吸收作用于保险杠上的向后的碰撞力。并在牵引和升高时支承保险杠，当碰撞载荷消失后吸能器弹性地恢复其原状。
在此所述本发明弹性垫块以一种特殊的形式构成，以便在对保险杠予以充分支承的同时，提供一接近最佳矩形波的载荷-变位性能，还提供一平稳的首尾间的缩折方式以承受作用在垫块上的扭转和弯曲应力。
根据本发明，可以将单一的弹性垫块用于许多不同的车辆及不同结构的保险杠，仅需在弹性垫块上简单地选用不同的端板，或为使保险杠和车辆纵梁与弹性垫块装配到一起提供不同形式的螺栓安装孔。不同的端板可有不同的结构和安装孔，仅需共同有一相同的用于将端板安装到弹性垫块上的热叠合突舌开口部分。同样，以弹性垫块相对较少的尺寸规格及形状，即可使吸能组件适用于各种不同尺寸和形状的汽车，这样就大大地减少了该组件的制造成本并简化了吸能组件在车辆上的装配和更换。
除了使吸能组件拆装简单外，热叠合在垫块两端的两性端板可使碰撞载荷均匀地分布到垫块上，并保证在碰撞过程中垫块均匀平稳地缩折。这样提高了吸能组件的使用寿命，改善了其性能。联接端板与垫块的可替换方式包括整体镶嵌式铸塑及螺栓的应用。
以下陈述的内容具体地指出了本发明的实质内容和要求保护的范围一种改进的用于车辆系统的弹性能量吸收组件，其中弹性吸能组件安装在保险杠和一具有固定位置的车辆纵梁之间并可恢复其原状;在予定的载荷以及变位极限范围内设定用于吸收所述保险杠相对于车辆纵梁变位的能量，以使对车辆的损坏减至最小;该弹性吸能组件包括一由弹性体材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该具有盛蛋用栅格结构的垫块包括许多基本平行细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的管形通道，由弹性体壁分隔开相邻的通道，每个通道与其周边的壁构成一栅格;所述垫块沿水平偏移开车辆中心，并具有设定的向内朝向车辆中心的内侧和向外朝向车辆侧边的外侧，所述垫块的内侧和外侧各自包含用于承受其轴向缩折的部件，所述内侧部件可对轴向缩折产生较外侧部件大的阻力，这样垫块内侧较其外侧更能抵抗住轴向缩折，作为对保险杠中部受到冲击载荷的响应，所述垫块承受向内的弯矩并被迫沿前后方向轴向缩折。所述垫块内侧的栅格数量较外侧的多。所述垫块内侧具有两整列栅格，每列至少有六个栅格，所述外侧具有至少由六个栅格组成的单整列栅格以及至少由三个栅格组成的较短的部分列栅格。所述部分列位于垫块周边的外侧并与所述整列相邻，它具有包括从所述整列之一的一外侧壁垂直外伸的楔形壁的栅格，当该楔形壁在垫块上由后向前伸延时，所述楔形壁向内呈楔形。所述垫块在所述内外侧之间具有一中间部位，该中间部位具有许多凹入较短的栅格，该栅格从垫块的中部仅向垫块端部延伸一部分，并增加垫块的稳定性和缩折的弹性。所述垫块的中间部位具有贯穿该垫块的扩大的开口;所述垫块具有加接到其端部的刚性端板，该端板依次联接到保险杠或车辆纵梁上，所述扩大的开口便于将端板联接到保险杠或车辆纵梁上。
所述垫块包括在所述内侧的六个完整栅格组成的两列栅格;
在所述外侧由三个三角形栅格组成的一列栅格位于由六个栅格组成的完整列栅格之外;
一中间部位具有至少两个凹入较短的栅格和在所述栅格的上下方以便于能量吸收组件装配的扩大的开口;和在所述垫块的顶边和底边上的三角形栅格行，所述三角形栅格在邻接车辆纵梁的垫块端处较宽并相对邻接保险杠的端向内呈楔形。
一种改进的用于车辆系统的弹性能量吸收组件，其中弹性吸能组件安装在保险杠和一具有固定位置的车辆纵梁之间并可恢复其原状;在予定的载荷以及变位极限范围内设定用于吸收所述保险杠相对于所述车辆纵梁变位的能量，以便对车辆的损坏减至最小，该弹性吸能组件包括由弹性体材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该具有盛蛋用栅格结构的垫块包括许多基本平行细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的管形通道，由弹性体壁分隔开相邻的通道，每个通道与其周边的壁构成一栅格;所述垫块至少在其一端的壁的至少之一个的端较与该相邻壁部分厚，该较厚端为承受作用于垫块端部的碰撞载荷提供更宽和更稳定的支承，所述组件包括安装在垫块端部的刚性端板，所述垫块具有热塑性热叠合突舌，所述突舌至少从垫块端部的加厚部分向外延伸并穿过所述刚性端板与其相配合的开口，所述突舌穿过刚性端板的伸出部分被熔化构成铆钉型头，从而将所述端板固定在所述垫块端部，所述加厚部分为所述突舌提供了牢固的根部并为所述端板提供更大的承载面。所述垫块端部的整个周边壁上具有较厚的端部。置于加厚端的热叠合突舌具有较与该端邻近的壁部分厚的根部，从而提供更牢固、可承受更大剪切力的突舌。
一种用于车辆保险杠系统的弹性保险杠安装机构，其中一横向保险杠安装在间隔开的车辆纵梁上，弹性安装机构安装在保险杠与车辆纵梁之间并可恢复其原状，在予定载荷以及变位极限范围内设定用于吸收所述保险杠相对所述车辆纵梁变位的能量，以便对车辆的损坏减至最小，该弹性安装机构包括一用于每个车辆纵梁的能量吸收组件，每个能量吸收组件包括由可塑弹性材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该垫块具有一盛蛋用栅格结构，其中有许多基本平行细长的管形通道在垫块的前后端之间延伸，由弹性体壁分隔相邻通道，每个通道及在此形成的周边壁构成一栅格，每一垫块在其端部壁的某些部位伸出到所述垫块端部之外并构成垫块上的热叠合突舌;
所述垫块的前后端上安装有基本为刚性的端板，该端板上有供热量合突舌穿过并固定的开口，所述突舌的外端被熔化在突舌上构成扩大的头部以便将所述端板固定在垫块上，所述板紧靠垫块的端部并将作用在垫块上的压缩载荷连续地分布到所有垫块栅格上，以便在这样的载荷作用下垫块可均匀地压缩变位，并在每次碰撞之后垫块可恢复到原来的形状;及将垫块的一端板连接到保险杠上以及将其他端板连接到车辆纵梁上的固定件，由此，保险杠由所述弹性能量吸收组件吊挂在车辆纵梁上。
上述弹性保险杠安装机构的特征还在于，车辆纵梁具有与该安装机构相连的车辆纵梁板，所述后端板螺接到该板上，而所述前端板螺接到保险杠上。所述端板上的开口是细长的，以使该端板相对保险杠和车辆纵梁的位置可调节。所述前后端板分别固定到保险杠上和车辆纵梁板上，所述端板上开有许多组连接开口，以便与不限于一种车辆的保险杠或纵梁板相配，为此，单一的能量吸收系统可用于不止一种的车辆。
单一的弹性垫块的结构可用于具有不同端板的不同车辆，所述车辆端板具有相同的热叠合突舌的开口部分，这种用于弹性垫块的单套模具可用于生产用于不同车辆的弹性垫块。所述垫块至少包含一个或多个变形的周边栅格，在此，栅格的外侧边沿其长度从该栅格的后端向前端向内逐渐呈楔形，使所述通道呈三角形结构，所述楔形栅格当保险杠受冲击作用时用来提高垫块的稳定性并使垫块沿首尾方向线性地缩折或变位。所述盛蛋用栅格结构垫块的相邻壁相交呈网格状，并且至少一些相交部位被加厚，从而在垫块上形成纵向支柱，所述支柱使端板的承载面增加，它们还使由其端部延伸形成的热叠合突舌的厚度增加，以及在高应力区提供额外的加强。
所述垫块包括一具有垂直与水平壁邻接栅格的网格，这样构成垫块，以便栅格的垂直壁可将保险杠支承在一恒定的高度处，而保险杠不会因垫块的塑性变形或蠕变在全部使用过程中下弯。所述热叠合突舌包括从栅格壁的垂直部分延伸的垂直细长的部件，该突舌的尺寸及数量应使其在无蠕变的情况下支承保险杠，以及在车辆牵引或举升或保险杠受到冲击时不会被剪断。
所述刚性端板由选自包括金属、复合材料、聚脂和纤维增强聚脂材料之一或几种材料的组合来制造。
一种用于保险杠系统的能量吸收的保险杠安装机构，其中保险杠被安装在相互分隔开的车辆纵梁上，所述安装机构包括安装在每一车辆纵梁上并将保险杠悬挂在其上的能量吸收组件，每个能量吸收组件具有由弹性材料制成的可弹性缩折的垫块，该垫块呈盛蛋用栅格结构，并具有细长的在该垫块前后端之间沿纵向布置的基本平行的通道，所述垫块端部具有由其向外延伸的突舌，所述垫块后端部突舌穿过一基本为刚性的后端板上的相应开口并在与该垫块相对的那侧将所述突舌扩大以使垫块固定在所述端板上，所述后端板可拆地固定在车辆纵梁上，所述垫块前端部突舌穿过一基本垂直的保险杠安装面上的相应开口并在与该垫块相对的那侧将所述突舌扩大以使垫块固定在所述垂直面上，因而所述保险杠可由所述垫块悬挂在车辆纵梁上，而在所述保险杠的水平面与垫块的水平面之间无垂直方向的支承约束，由此，可避免在保险杠受到碰撞作用的情况下由于该保险杠的后移以及垫块的缩折在保险杠与垫块之间产生的干涉。
一种用于保险杠系统的能量吸收安装机构，其中保险杠被安装在相应分隔开的车辆纵梁上，所述安装机构包括安装在每一车辆纵梁上并将保险杠悬挂在其上的能量吸收组件，每个所述组件具有由弹性材料制成的可弹性缩折的垫块，并且一对基本为刚性的端板分别安装在所述垫块的前后端部上，其中的一端板螺接到保险杠上，而另一端板螺接到车辆纵梁的外端上，为此，所述能量吸收组件与车辆纵梁以及保险杠的联接可由装卸螺栓来实现，以便很容易的装配和更换，所述端板还可使碰撞载荷均匀地分布在垫块的全部端部上为在碰撞作用下垫块平稳地缩折提供导向，所述垫块由具有盛蛋用栅格结构的弹性体材料制成，在所述结构中，具有一些细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的基本平行的管形通道，用弹性体壁分隔相邻的通道，由从所述弹性体壁的端部伸出并穿过所述端板上的相应开口的整体构成的突舌将该端板装配到所述盛蛋用栅格状垫块上，所述突舌的外端被扩大到其尺寸大于所述开口的尺寸，以便将端板固定到所述垫块上。所述垫块是由弹性泡沫材料制成的。一个或多个柔性带或索被连接到保险杠与车辆纵梁之间，以辅助承受保险杠的重量和牵引及举升载荷，所述柔性带或索是柔性的，以便在所述垫块压缩时偏折出去，但在拉伸过程中是刚性的，有助于承受静态塑性变形载荷、举升载荷以及牵引载荷。
一种用于车辆系统的改进的弹性能量吸收组件，其中该弹性能量吸收组件安装在保险杠和一具有固定位置的车辆纵梁之间，并可恢复其原状，在予定的载荷以及变位极限范围内设定用于吸收保险杠相对于车辆纵梁变位的能量，以便对车辆的损坏减至最小，所述弹性能量吸收组件包括一由弹性体材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该具有盛蛋用栅格结构的垫块包括许多基本平行细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的管形通道，用弹性体壁分隔相邻的通道，每个通道与其周边的壁构成一栅格;所述垫块至少包括一改形的周边栅格，在此，栅格的外侧边沿其长度从该栅格的后端向前端向内逐渐呈楔形，使所述通道呈三角形结构，所述楔形栅格当保险杠受冲击作用时用来提高垫块的稳定性，并使垫块沿首尾方向线性地缩折或变位。
本发明上述的和其他的特征及优点将结合较好实施例来加以描述并图示出。
图1为装有本发明弹性保险杠安装机构的保险杠系统的分解透视图;
图1A为沿图1中1A-1A线的剖视图;
图2为本发明保险杠安装机构的分解透视图;
图3为用本发明的弹性安装机构将保险杠联接到车辆纵梁上的侧剖视图;
图4为一可替换实施例的侧剖视图，其中弹性垫块与保险杠本体热叠合在一起;
图5为另一可替换实施例的侧剖视图，其中弹性垫块与安装到保险杠上的隔板热叠合在一起;
图6为图2的弹性垫块的平面图;
图7为图6所示弹性垫块面向车辆纵梁一端的正视图;
图8表示本发明吸能特性的载荷-变位曲线;
图9为又一可替换实施例的侧剖视图，其中弹性垫块与内螺栓孔一起铸塑成型，并由螺栓将垫块、端板、保险杠及安装梁联接起来。本实施例还示出增强带;
图10为本发明弹性垫块的一典型栅格的透视图;
图11为吸能垫块的另一实施例的平面图;
图12为图11所示垫块的侧正视图，其局部剖开以示其内部结构;
图13为图11所示垫块的前正视图;
图14为图11所示垫块的透视图;
图15表示本发明的保险杠系统受到一中央碰撞载荷的示意图。
参照附图，一保险杠10由本发明的吸能弹性安装机构16联接到车辆14的纵梁12上。安装机构16具有一对由螺栓18联接到保险杠上并由螺栓22联接到一对装配在车架纵梁12外端上的垂直板20上的吸能组件24。典型的应用中，一保险杠由一对沿车辆向前或向后延伸的间隔开的车辆纵梁安装在车辆上。
每个吸能组件24包括一安装在如图2所示的后端板28与前端板30之间的中央弹性垫块26。图1中示出诸部件结构的细微差别，并分别由标号26′、28′和30′表示。
每个弹性垫块26最好具有盛蛋用网格或栅格结构，在垫块中分别邻接于前后端板的该垫块前端板34与后端板36之间具有一系列平行伸展的通道32。在图示实施例中通道被相交的垂直和水平壁组成的矩形栅格分割，这样每个通道及其围壁构成一弹性垫块栅格，栅格的形状可以是不同于矩形或方形的其他形状。
弹性垫块由弹性材料制成，如热塑性树脂，它们可按照所需的结构由注塑或其他已知的成型方法来加工，也可用其他的如挤压或装配的方法。由于该垫块不仅要减缓冲击力，而且还要支承保险杠并一直处于垂直剪力的作用下，因此制造垫块的材料是很重要的，应在超过了整个“蠕变”阶段无弯曲(塑料的永久变形)的情况下支承保险杠，希望该树脂是一种结晶塑料，如聚脂共聚物，并具有在室温下至少100磅/英寸2和在180°F下至少25磅/英寸2的零蠕变点。最好该材料应有在室温下至少500磅/英寸2的零蠕变点。论及弹性，该材料应具有至少200%弹性伸长能力，最好有300-400%弹性伸长能力。最后，该材料的最大拉伸强度至少应为1000磅/英寸2，最好至少为3000磅/英寸2。一种适用的树脂是以“Hytrel”商标出售的聚脂共聚物，它由杜邦(Dupont)公司制造，该产品对于减缓保险杠的碰撞具有较好的弹性特性(约300-500%伸长率)，并具有足够的强度以便在无弯曲的情况下支承保险杠。这种材料的零蠕变点大大高于予定的温度范围(最高为180°F)，在该温度范围始终支承保险杠不会因蠕变而使保险杠下沉。为了实现上述目的，也可用其他合成树脂。
本发明的一重要特征是固定在弹性垫块端的端板及其固定它们的方式。如图2所示，弹性垫块的部分壁向外伸出垫块端部之外形成热叠合突舌38(为清楚地表达图中以虚线示出)，所述突舌至少围绕垫块的外周边形成。由于这些突舌将支承保险杠的垂直重量，因而需有足够数量的突舌是由垫块的垂直壁上形成的，以便所述突舌对于作用其上的垂直剪力及变位力具有最大的承受能力。突舌38装入到各端板上的配合缝40中。
如图14所示，突舌插入缝隙或开口后被热熔接或热焊接到相应端板上，一加热器或热风器设置在从缝隙或开口中向外伸出的突舌部分的对面，使突舌熔化并向外流盖住所述开口，在熔化的突舌与端板之间熔化的突舌流形成一T型铆钉头29，从而形成一机械联接和化学联接。这样使所述端板以热叠合的方式牢固地固定在垫块端部，并可保证垫块与端板间的牢固联接而不用其他固定件或粘结剂。此外，允许使用具有不同孔的结构或不同形状的可替换的端板，以适用于不同的保险杠总成。所述这些端板唯一共同需要的是它们均应有与从弹性垫块端部伸出的热叠合突舌相适应的热叠合缝的开口部分。
根据车辆的应用，端板可以有不同的结构，图1和2中表示了两种不同的结构，实质上，端板最好是刚性的，并可用金属、聚合物、纤维增强聚合物及复合材料之一种或它们的组合来制造，它们可由冲压、注塑、压塑或铸造加工出来。当端板由合成树脂制成时，应增强热叠合突舌与刚性端板间的化学联接，并可将热活性的化学粘结剂涂于要联接在一起的表面来进一步增强上述的化学联接。
除了围绕端板的周边加工出突舌缝40之外，所述端板具有开口42和46，它们分别位于前后端板上用于将端板分别螺接到保险杠或车辆纵梁板上。图2所示实施例中，还有一与弹性垫块内部的细长开口相配合的细长中心开口44。在该实施例中，开口45不受作为一开口的任何形状要求的限定。在此应用中，保险杠和车辆纵梁的形状确定某一尺寸外部结构，而垫块的吸能特性确定栅格的一定数量。这些栅格围绕垫块周边设置，而在垫块的中心部分留出一开口，该中心部分不需任何栅格。
应该指出，端板上的开口42可以是细长的或缝隙式的，以允许弹性安装机构沿垂直方向和横向的调节，从而调节车辆保险杠的位置。图2中，前刚性板上的缝42沿垂直方向伸长，而后端板上的开口46沿水平方向伸长，从而使安装机构可沿垂直和水平两个方向调节。同样，由于图1所示保险杠总成在两个部件上均沿垂直方向开有细长开口，在车辆纵梁板上的开口48及保险杠上的开口50可以是缝隙或细长的。
如图1所示，吸能组件由单独的螺栓18和22装配到保险杠和车辆纵梁板上，另外可将螺柱插入到或安装到端板(或保险杠或纵梁板)上，使它们穿过车辆纵梁板或保险杠上的开口，并由螺母加以固定。
如图2所示，后端板28有一小外缘唇或法兰52，它可使垫块与端板对中。同样在前端板30上有向后伸出的侧法兰54，它保证垫块相对该端板完全对中。这些法兰不会将垂直力传到垫块的上表面，上部和下部法兰56由前端板向前伸出。
保险杠10联接到车辆纵梁板20上的方式可从图3的剖视图了解到。端板法兰和车辆纵梁板向外伸出超出弹性垫块的周边，并具有与相对的板上的开口配合的开口。螺栓穿过上述端板及纵梁板，并将它们固定在一起，用相同的机构将保险杠与刚性前端板装配到一起。保险杠具有的图3所示的法兰60和62，并可用螺栓将前端板与这些法兰螺接在一起。虽然图1中保险杠具有不同的结构，但联接原理是相同的。
由于本发明使所述安装机构适用于许多种保险杠而不需利用不同结构的弹性垫块，因而该安装机构是可取的。此外，该机构的装配和更换只是简单的螺栓拆装。然而，利用图4所示的方式也可将弹性垫块直接安装到保险杠64上而无需一单独的前端板，在该图中，热叠合突舌66从保险杠上的开口68中伸出并被热叠合或熔焊，以使弹性垫块与保险杠联接在一起。
同样在图5中，弹性垫块70无单独的前端板，而是被热叠合到在保险杠78的相应上下缘74和76间伸展的隔板72上。用相同的热叠合加工，图4和5的结构中的联接均是牢固的，但为了更换所述吸能组件须切掉或熔掉热叠合突舌。
形如盛蛋用栅格的弹性垫块的结构是本发明的一重要特征。图2中的垫块在图6和7中详细地表示出，如图示，各个栅格的横截面基本为矩形及四边形(也可为圆形和多边形)，并按所需的结构联接在一起，以便获得所述组件要求的外廓形状。如图所示，该组件在垂直方向较水平方向长，这样为一经定数量的栅格提供了沿垂直侧壁的附加长度，所述垂直侧壁支承保险杠并承受变形和变位。
为了改善该组件的工作特性和耐久性，弹性垫块还具有许多其他重要特征，如图6所示，当栅格的壁从垫块的中间向外伸延时该壁构成向内的锥形。而脱模特性也要求一锥度，该锥度与垫块在其两端间缩折时可增加稳定性以及对变形的承受能力。
另外，中间板或腹板80可任意地在垫块两端之间的至少一些栅格中形成，必要时可用于增加组件的垂直方向的、扭转及横向刚度。若无需增加支承的话，空心栅格可在垫块的整个长度上延伸，并具有敞开的内部。
另一种结构的垫块，并非所有的栅格均贯通该垫块的整个长度，其中一些栅格82仅终止于朝向垫块端部的中间部分，当碰撞载荷作用于保险杠上时，主要由上述的整长度栅格来承受，所述部分长度栅格增加总成的扭转和垂直刚度，同时可在行驶中减少保险杠的震荡，而对于一般的冲击载荷则不改变或增加垫块的冲击载荷特性。部分长度栅格还提供用于高温条件下碰撞的适当强度和刚度，在这种情况下，高温会影响材料的弹性特性，同时部分长度栅格还改进了弹性垫块在每次冲击后恢复其原状的性能。
所述吸能垫块的另一特征是栅格的垂直与水平壁间的相交处至少在某些位置被增强，以使其厚度大于栅格的壁厚。这些增强部分位于高应力区形成一系列支柱84，这些支柱增强了高应力区也增加了刚性端板的承载面，也可用增加热叠合突舌的厚度来提高热叠合突舌支承保险杠重量的能力。所希望的支柱横截面积应大于相交栅格的肋或壁的叠合面积约25%。
本发明弹性垫块的另一特征是一个或多个栅格可具有在垫块两端间伸展的楔形侧壁87，如图6所示两栅格的外垂直壁86从所述栅格的后端或车辆纵梁端伸出并终止于朝向前端或保险杠端的中部。当所述侧壁伸向前壁时，它们就像所述腹板相对前端向内呈锥形那样延伸，从而使相应栅格具有一开口外壁的三角形水平剖面。其他的多边形也是可能的。所述楔形壁为相邻的栅格提供一扶壁支承，并提供稳定性，以及在高、低、斜向或其他冲击过程中有助于控制弹性垫块压缩变位的方向。所述楔形壁在垫块缩折并被迫以均匀方式缩折时控制变位方向，而在另一方向上不会产生扭曲或弯曲或鼓胀。所述垫块以手风琴式的缩折方式沿纵轴前后缩折，同时其前后端板基本保持对齐。从而提高垫块的缓冲特性并改善了冲击载荷消失后垫块恢复其原状的能力。由于在碰撞时保险杠向后变位，保险杠的向上抬起或向下变位都是不希望的，因而上述的情形也是很重要的。如果向上的变位太严重，保险杠除了能有效地抵抗住任何对车辆的损坏之外，保险杠将由于其向上的变位而损坏车架或车身。
为了制造具有吸能特性接近于理想矩形波的吸能垫块，各个栅格89依特定的参数构成。本发明各栅格89的结构由下面的公式确定，参见图10的尺寸标注(图10中栅格89的外侧面向上)，t=(4b2S(1-U)212LKD)1/2]]>其中t＝栅格壁平均厚度b＝栅格壁宽度(如果栅格为不等宽的则表示平均宽度)L＝栅格长度D＝所用特定弹性材料的动态系数(有时称其为灵敏度率或值的已知系数)S＝设计行程(从头到尾的变位或缩折)K＝产生皱折后的实验刚度系数(常数)U＝弹性材料的泊松比垫块中所用栅格的数是取决于所需的特定载荷的承受能力。
具有如上所述构造的本发明保险杠的吸能特性是优良的。图8表示的载荷-变位曲线图显示了图2、6和7中的保险杠总成的实际测试结果，它显示出当载荷增加到一予定的最大载荷值时的变位相对来说是很小的，该最大载荷值根据给定的应用来选取，它是一可使保险杠或车辆不发生任何损坏的载荷值。在达到该最大载荷值后，弹性垫块通常沿其前后轴向皱折或缩折，同时不断施加该最大弹性载荷值直至垫块的变位达到一最大距离，该距离可作为弹性垫块的行程。该行程由以所要求的碰撞速度(如每小时5英里)下所能吸收能量的量及保险杠相对车辆纵梁和其他车身构件位置的实际约束来确定。当保险杠达到其向后的最大位移后不应再有任何变位。
由本发明的保险杠安装机构，当获得的载荷-变位吸能特性接近理想矩形波时，弹性体组件的效率即可被达到。
图11-13表示进一步改进的吸能垫块120的另一实施例。在此，垫块由矩形栅格122以不对称的方式设计制成，其中邻近垫块120左侧壁124的栅格数量(按图13排列)比其右侧壁126的栅格数量多。左侧指定为内侧或朝向车辆中线一侧，显然朝向车辆外侧的为外侧126。其中较宽端141由热叠合突舌143安装在车辆纵梁上，较窄端145由热叠合突舌147安装在保险杠上，最好用与前已述及的端板相同的形式。如图示，垫块120在其内侧具有由六个整长度栅格组成的两列完整的栅格128、130，同时其外侧具有由六个整长度栅格组成的单列栅格132和由三个带有三角形壁135的楔形栅格组成的部分栅格列134。垫块的顶边和底边分别有四个和三个楔形栅格组成的栅格行136和138。垫块的中间部分有至少由两个最好为四个栅格140组成的两列栅格，一扩大的开口空间142位于所述顶边处，而一扩大的三角形开口空间144位于所述底边处，短壁146为部分长度壁，其长度见图12。
由图12和13可知，所述壁在或邻近垫块周边部被增强，从而较正常的壁更厚，壁端上形成横向唇。最好这些端部的厚度是栅格壁的两倍或在约1/10英寸端处较普通栅格壁厚约1/5英寸。所需增强端最好在壁124、125、126、127、129、130和131上形成，所述增强增加了垫块的刚度，为作用在垫块端部的冲击载荷提供一较大的承载面，并为热叠合突舌提供一较宽的根部，从而可利用较坚固的热叠合突舌。这样可减少应力集中增加使用寿命。在所述周边壁上加工凸唇无需专用模具，但为了将所述凸唇置于内壁上在模具中需特殊的滑板。
通过在两端部之间、壁127上与壁成一体的横向块133使结构更加完善，从而改善了垂直、水平方向和扭转的稳定性并有助于垫块两端之间的缩折。此外，直角法兰137和139在外栅格壁与三角形壁之间延伸。由于楔形栅格的部分外壁被去除，这些法兰代替这些外壁加强三角形壁。
垫块上扩大的开口142和144是为了将由热叠合或其他方式联接到端板上的垫块螺接到车辆纵梁和保险杠上而提供通道。在与所述垫块上的开口相对的端板上开有螺栓开口，该开口为将端板螺接到纵梁或保险杠上提供通道。
所述垫块的不对称形状是很重要的，如图15所示，当一冲击载荷150作用在保险杠10的中部时，它不仅将一向后的载荷传递到吸能器上，而且还对该吸能器产生一弯矩，使该吸能器以对切的方式向其内侧弯曲。如果允许这种情况发生，就会对由垫块平稳地类似手风琴的轴向缩折得到的所需吸能特性产生不利影响，为避免其发出，应将垫块的内侧较外侧更充分地刚性化，以使垫块能承受上述弯矩，并仍可沿轴向缩折。
作为本发明的附加优点，以分立的吸能组件方式构成的安装系统的结构为用于各种不同车辆的吸能组件的系列化生产提供了一种方式，所述吸能组件具有一弹性中间垫块和热叠合到该垫块端部的刚性端板。一单个吸能器可利用带有适于安装不同保险杠孔型的端板安装到许多种保险杠上，可在单个端板上或可使用的各种端板上开有一些孔型，所述端板均需具有一些相同型式的热叠合突舌开口，以便单个的弹性垫块可安装在各种端板上。
然而可以想像，单个弹性垫块可用于许多同一重量级的车辆，因此可以只生产相对少量的垫块即可用于各种不同重量级的车辆，同时提供包括全部所需特性范围的各种不同载荷-变位特性。这样，要求能量吸收率位于一特定载荷-变位范围的车辆的制造者可以按他的要求选择最合适的吸能组件，并选用可准确地装配该吸能组件的价格便宜的端板。利用系统的这种形式，吸能组件规格的减少可降低用于生产吸能组件的模具的成本以及减少为特殊用途单独设计制造一种吸能保险杠系统所需的较高费用。
虽然在装配过程中需要由熔化所有板上的热叠合突舌的端部将端板熔合并固定在垫块上，但也可在垫块的铸塑工艺中通过在模具中加入成型的板使该板与垫块整体地铸塑到一起。板与垫块的基本相同的形状可用于上述工艺(见图1A)。
同样，虽然上述热叠合或铸塑是将端板装配到垫块上的成功方法，但所述垫块也可螺接到该端板上，如图9所示，该实施例中，垫块90的两端有向外伸出的法兰92，法兰上加工出螺栓孔94，端板96和98上有相应的螺栓孔，用螺栓100和螺母102将端板装配到垫块上。通过与前已述及相同的螺栓联接方式，可将所述组件装配到保险杠10和车辆纵梁12的垂直板20上，或者用联接垫块和端板的那些相同螺栓穿过保险杠和垂直的纵梁板上的相应开口将端板装配到保险杠和垂直的纵梁板上，如图9所示，一个或多个相对柔韧的拉伸件104置于垫块的对角之间，为图9的螺栓固定方式或其他方式增加垂直方向的支承，该支承件可以是金属带或柔性带，它们可在压缩冲击载荷作用下缩折，并承受拉伸载荷。
虽然本发明的较好的弹性垫块是如上所述的盛蛋用栅格结构，但也可用由泡沫弹性材料制成的半固体垫块代替所述栅格结构的垫块。
这样垫块可以是如图1和3-5所示的形状，并具有在这些图中所示的热叠合突舌。泡沫垫块的缩折和弹性特性受所用泡沫垫块和弹性材料的尺寸和密度的影响，用与盛蛋用栅格状垫块相同型号的弹性材料可用于一固体泡沫垫块。
前面所述的实施例是用来说明本发明的较好的实际应用，而不应限制本发明的范围，该范围由附在后的权利要求书限定。
权利要求
1.一种改进的用于车辆系统的弹性能量吸收组件，其中弹性吸能组件安装在保险杠和一具有固定位置的车辆纵梁之间并可恢复其原状；在予定的载荷以及变位极限范围内设定用于吸收所述保险杠相对于车辆纵梁变位的能量，以使对车辆的损坏减至最小；该弹性吸能组件包括一由弹性体材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该具有盛蛋用栅格结构的垫块包括许多基本平行细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的管形通道，由弹性体壁分隔开相邻的通道，每个通道与其周边的壁构成一栅格；所述垫块沿水平偏移开车辆中心，并具有设定的向内朝向车辆中心的内侧和向外朝向车辆侧边的外侧，所述垫块的内侧和外侧各自包含用于承受其轴向缩折的部件，所述内侧部件可对轴向缩折产生较外侧部件大的阻力，这样垫块内侧较其外侧更能抵抗住轴向缩折，作为对保险杠中部受到冲击载荷的响应，所述垫块承受向内的弯矩并被迫沿前后方向轴向缩折。
2.如权利要求1所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述垫块内侧的栅格数量较外侧的多。
3.如权利要求2所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述垫块内侧具有两整列栅格，每列至少有六个栅格，所述外侧具有至少由六个栅格组成的单整列栅格以及至少由三个栅格组成的较短的部分列栅格。
4.根据权利要求3所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述部分列位于垫块周边的外侧并与所述整列相邻，它具有包括从所述整列之一的一外侧壁垂直外伸的楔形壁的栅格，当该楔形壁在垫块上由后向前伸延时，所述楔形壁向内呈楔形。
5.根据权利要求2所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述垫块在所述内外侧之间具有一中间部位，该中间部位具有许多凹入较短的栅格，该栅格从垫块的中部仅向垫块端部延伸一部分，并增加垫块的稳定性和缩折的弹性。
6.根据权利要求5所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述垫块的中间部位具有贯穿该垫块的扩大的开口;所述垫块具有加接到其端部的刚性端板，该端板依次联接到保险杠或车辆纵梁上，所述扩大的开口便于将端板联接到保险杠或车辆纵梁上。
7.根据权利要求1所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述垫块包括在所述内侧的六个完整栅格组成的两列栅格;在所述外侧由三个三角形栅格组成的一列栅格位于由六个栅格组成的完整列栅格之外;一中间部位具有至少两个凹入较短的栅格和在所述栅格的上下方以便于能量吸收组件装配的扩大的开口;和在所述垫块的顶边和底边上的三角形栅格行，所述三角形栅格在邻接车辆纵梁的垫块端处较宽并相对邻接保险杠的端向内呈楔形。
8.一种改进的用于车辆系统的弹性能量吸收组件，其中弹性吸能组件安装在保险杠和一具有固定位置的车辆纵梁之间并可恢复其原状;在予定的载荷以及变位极限范围内设定用于吸收所述保险杠相对于所述车辆纵梁变位的能量，以便对车辆的损坏减至最小，该弹性吸能组件包括由弹性体材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该具有盛蛋用栅格结构的垫块包括许多基本平行细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的管形通道，由弹性体壁分隔开相邻的通道，每个通道与其周边的壁构成一栅格;所述垫块至少在其一端的壁的至少之一个的端较与该相邻壁部分厚，该较厚端为承受作用于垫块端部的碰撞载荷提供更宽和更稳定的支承，所述组件包括安装在垫块端部的刚性端板，所述垫块具有热塑性热叠合突舌，所述突舌至少从垫块端部的加厚部分向外延伸并穿过所述刚性端板与其相配合的开口，所述突舌穿过刚性端板的伸出部分被熔化构成铆钉型头，从而将所述端板固定在所述垫块端部，所述加厚部分为所述突舌提供了牢固的根部并为所述端板提供更大的承载面。
9.根据权利要求8所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，所述垫块端部的整个周边壁上具有较厚的端部。
10.根据权利要求8所述的弹性能量吸收组件，其特征在于，置于加厚端的热叠合突舌具有较与该端邻近的壁部分厚的根部，从而提供更牢固、可承受更大剪切力的突舌。
11.一种用于车辆保险杠系统的弹性保险杠安装机构，其中一横向保险杠安装在间隔开的车辆纵梁上，弹性安装机构安装在保险杠与车辆纵梁之间并可恢复其原状，在予定载荷以及变位极限范围内设定用于吸收所述保险杠相对所述车辆纵梁变位的能量，以便对车辆的损坏减至最小，该弹性安装机构包括一用于每个车辆纵梁的能量吸收组件，每个能量吸收组件包括由可塑弹性材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该垫块具有一盛蛋用栅格结构，其中有许多基本平行细长的管形通道在垫块的前后端之间延伸，由弹性体壁分隔相邻通道，每个通道及在此形成的周边壁构成一栅格，每一垫块在其端部壁的某些部位伸出到所述垫块端部之外并构成垫块上的热叠合突舌;所述垫块的前后端上安装有基本为刚性的端板，该端板上有供所热量合突舌穿过并固定的开口，所述突舌的外端被熔化在突舌上构成扩大的头部以便将所述端板固定在垫块上，所述板紧靠垫块的端部并将作用在垫块上的压缩载荷连续地分布到所有垫块栅格上，以便在这样的载荷作用下垫块可均匀地压缩变位，并在每次碰撞之后垫块可恢复到原来的形状；及将垫块的一端板连接到保险杠上以及将其他端板连接到车辆纵梁上的固定件，由此，保险杠由所述弹性能量吸收组件吊挂在车辆纵梁上。
12.根据权利要求书11所述的弹性保险杠安装机构，其特征在于，垫块由结晶材料组成，并具有在室温下至少100磅／英寸2及在180°F温度下至少25磅／英寸2的零蠕变点，以及室温下至少200％的弹性伸长能力和至少1000磅／英寸2的拉伸强度。
13.根据权利要求书12所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，垫块由热塑性聚脂弹性体制成，它具有在室温下至少500磅／英寸2的零蠕变点和至少3000磅／英寸2的拉伸强度。
14.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，车辆纵梁具有与该安装机构相连的车辆纵梁板，所述后端板螺接到该板上，而所述前端板螺接到保险杠上。
15.根据权利要求14所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述端板上的开口是细长的，以使该端板相对保险杠和车辆纵梁的拉置可调节。
16.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述前后端板分别固定到保险杠上和车辆纵梁板上，所述端板上开有许多组连接开口，以便与不限于一种车辆的保险杠或纵梁板相配，为此，单一的能量吸收系统可用于不止一种的车辆。
17.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，单一的弹性垫块的结构可用于具有不同端板的不同车辆，所述车辆端板具有相同的热叠合突舌的开口部分，这种用于弹性垫块的单套模具有可用于生产用于不同车辆的弹性垫块。
18.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述垫块至少包含一个或多个变形的周边栅格，在此，栅格的外侧边沿其长度从该栅格的后端向前端向内逐渐呈楔形，使所述通道呈三角形结构，所述楔形栅格当保险杠受冲击作用时用来提高垫块的稳定性并使垫块沿首尾方向线性地缩折或变位。
19.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述盛蛋用栅格结构垫块的相邻壁相交呈网格状，并且至少一些相交部位被加厚，从而在垫块上形成纵向支柱，所述支柱使端板的承载面增加，它们还使由其端部延伸形成的热叠合突舌的厚度增加，以及在高应力区提供额外的加强。
20.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述垫块包括一具有垂直与水平壁邻接栅格的网格，这样构成垫块，以便栅格的垂直壁可将保险杠支承在一恒定的高度处，而保险杠不会因垫块的塑性变形或蠕变在全部使用过程中下弯。
21.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述热叠合突舌包括从栅格壁的垂直部分延伸的垂直细长的部件，该突舌的尺寸及数量应使其在无蠕变的情况下支承保险杠，以及在车辆牵引或举升或保险杠受到冲击时不会被剪断。
22.根据权利要求11所述弹性保险杠安装机构，其特征在于，所述刚性端板由选自包括金属、复合材料，聚脂和纤维增强聚脂材料之一或几种材料的组合来制造。
23.一种用于保险杠系统的能量吸收的保险杠安装机构，其中保险杠被安装在相互分隔开的车辆纵梁上，所述安装机构包括安装在每一车辆纵梁上并将保险杠悬挂在其上的能量吸收组件，每个能量吸收组件具有由弹性材料制成的可弹性缩折的垫块，该垫块呈盛蛋用栅格结构，并具有细长的在该垫块前后端之间沿纵向布置的基本平行的通道，所述垫块端部具有由其向外延伸的突舌，所述垫块后端部突舌穿过一基本为刚性的后端板上的相应开口并在与该垫块相对的那侧将所述突舌扩大以使垫块固定在所述端板上，所述后端板可拆地固定在车辆纵梁上，所述垫块前端部突舌穿过一基本垂直的保险杠安装面上的相应开口并在与该垫块相对的那侧将所述突舌扩大以使垫块固定在所述垂直面上，因而所述保险杠可由所述垫块悬挂在车辆纵梁上，而在所述保险杠的水平面与垫块的水平面之间无垂直方向的支承约束，由此，可避免在保险杠受到碰撞作用的情况下由于该保险杠的后移以及垫块的缩折在保险杠与垫块之间产生的干涉。
24.一种用于保险杠系统的能量吸收安装机构，其中保险杠被安装在相应分隔开的车辆纵梁上，所述安装机构包括安装在每一车辆纵梁上并将保险杠悬挂在其上的能量吸收组件，每个所述组件具有由弹性材料制成的可弹性缩折的垫块，并且一对基本为刚性的端板分别安装在所述垫块的前后端部上，其中的一端板螺接到保险杠上，而另一端板螺接到车辆纵梁的外端上，为此，所述能量吸收组件与车辆纵梁以及保险杠的联接可由装卸螺栓来实现，以便很容易的装配和更换，所述端板还可使碰撞载荷均匀地分布在垫块的全部端部上为在碰撞作用下垫块平稳地缩折提供导向，所述垫块由具有盛蛋用栅格结构的弹性体材料制成，在所述结构中，具有一些细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的基本平行的管形通道，用弹性体壁分隔相邻的通道，由从所述弹性体壁的端部伸出并穿过所述端板上的相应开口的整体构成的突舌将该端板装配到所述盛蛋用栅格状垫块上，所述突舌的外端被扩大到其尺寸大于所述开口的尺寸，以便将端板固定到所述垫块上。
25.根据权利要求24所述保险杠能量吸收安装机构，其特征在于，所述垫块是由弹性泡沫材料制成的。
26.根据权利要求24所述保险杠能量吸收安装机构，其特征在于，一个或多个柔性带或索被连接到保险杠与车辆纵梁之间，以辅助承受保险杠的重量和牵引及举升载荷，所述柔性带或索是柔性的，以便在所述垫块压缩时偏折出去，但在拉伸过程中是刚性的，有助于承受静态塑性变形载荷、举升载荷以及牵引载荷。
27.根据权利要求24所述保险杠弹性能量吸收安装机构，其特征在于，至少某些栅格是按下述的关系式构成t=(4b2S(1-U)212LKD)1/2]]>其中t＝栅格壁平均厚度b＝栅格壁宽度L＝栅格长度D＝材料的动态系数S＝设计行程K＝产生皱折后的实验刚度系数(常数)U＝弹性体材料的泊松比。
28.一种用于车辆系统的改进的弹性能量吸收组件，其中该弹性能量吸收组件安装在保险杠和一具有固定位置的车辆纵梁之间，并可恢复其原状，在予定的载荷以及变位极限范围内设定用于吸收保险杠相对于车辆纵梁变位的能量，以便对车辆的损坏减至最小，所述弹性能量吸收组件包括一由弹性体材料制成的可弹性缩折的吸能垫块，该具有盛蛋用栅格结构的垫块包括许多基本平行细长的在所述垫块前后端之间轴向延伸的管形通道，用弹性体壁分隔相邻的通道，每个通道与其周边的壁构成一栅格;所述垫块至少包括一改形的周边栅格，在此，栅格的外侧边沿其长度从该栅格的后端向前端向内逐渐呈楔形，使所述通道呈三角形结构，所述楔形栅格当保险杠受冲击作用时用来提高垫块的稳定性，并使垫块沿首尾方向线性地缩折或变位。
全文摘要
一种用于车辆保险杠的弹性吸能安装机构，它包括一由弹性体材料制成的吸能垫块，最好由结晶体的热塑性聚酯材料制成，并具有成型的弹性体壁的相交网格，同时其内侧较外侧的刚度要大，还具有加厚缘的端壁，三角形的增强栅格，楔形栅格壁，在某些壁的相交处有加大的支柱，以及部分长度栅格部分。所述垫块的各端热叠合到刚性端板上，从而构成吸能组件，而端板螺接到保险杠和车辆纵梁板上。由两个吸能组件来支承保险杠，并且可很容易地更换以及适用于其他车辆。
文档编号B60R19/30GK1073402SQ91111450
公开日1993年6月23日 申请日期1991年11月6日 优先权日1991年11月6日
发明者彼特雷克·M·格兰斯, 保尔·格兰斯 申请人:肯塞特分析公司