专利名称：具有缺口和预弯部件的能量吸收装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及能量吸收碰撞装置的领域，尤其涉及具有缺口和预弯部件的能量吸收装置。
背景技术：
能量吸收碰撞装置在对于不同应用的一碰撞作用期间，吸收和/或削弱能量，例如一错误行驶的车辆碰撞一道路危险物(路边安全)、一车辆碰撞另一车辆(车辆防撞性)、一乘客碰撞一伸缩式转向柱(乘客安全)和一直升机以不受控制的速度碰撞地面(用于乘客安全的伸缩式起落架)，仅举几个例子。
一碰撞缓冲器是放置在一固定的危险物前面来缓冲危险物的一能量吸收装置。它的作用是当正面碰撞时，通过以一控制方式吸收运动车辆的动能，减小一错误行驶车辆碰撞危险物的碰撞严重程度。一碰撞缓冲器也应该能够改变一错误行驶车辆在缓冲器侧面的碰撞的方向，因为发生这样的碰撞是可能的。
有几种可利用的碰撞缓冲装置。例如，一些是基于桶的碰撞缓冲系统，诸如可再使用能量吸收终端(“REACT”)350或康涅狄格碰撞衰减系统(“CIAS”)。两种系统都利用圆筒(不锈钢或聚乙烯)的横向压扁，来消散一碰撞物体的能量。然而，这些设计使用绕一垂直而不是纵向轴线定位的圆形圆筒。因此以一横向而不是正对方式充填和压扁圆筒。大部分的其余碰撞缓冲系统利用一能量吸收部件，类似一聚合物筒(QuadGuard)、一金属裂开(TRACC)或一充气的(气囊)碰撞缓冲器，这些需要用于侧面碰撞保护的另一部件，通常是以一重叠构造(鱼鳞模式)排列的不锈钢栏杆或不锈钢板。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一能量吸收装置包括一材料部件，该材料部件沿其纵向长度具有多个压扁区域，多个压扁区域的一第一压扁区域包括形成于部件的一第一侧面和一第二侧面的一对相对的第一弯曲部、形成于部件的一第三侧面和一第四侧面的一对相对的第二弯曲部、以及在对应于第一弯曲部和第二弯曲部的一纵向位置间隔围绕部件的周边的一第一组缺口。第一弯曲部沿向内或向外中的一方向突出，第二弯曲部沿相反于第一弯曲部的一方向突出。至少一个其它压扁区域包括间隔围绕部件的周边的一第二组缺口。
本发明的实施例提供许多技术优点。本发明的实施例可以包括这些优点的全部、一些或没有一个。
一种根据本发明的一实施例的能量吸收装置，设计简单，并使其特定设计的终端头或装置的使用最小化。在一实施例中，一盒状缓冲器在对于不同应用的一碰撞作用期间吸收和/或削弱能量，例如错误行驶的车辆在道路危险物上、车辆防撞性、伸缩式转向柱和伸缩式直升机起落架。它可放置于一不可再使用的碰撞缓冲器准许处，例如乡间道路和低事故率位置。该装置的一能量吸收部件可以担当一改变方向功能，从而减小对于两个功能系统的、与两个部件关联的复杂性。该系统可以由任何不同材料片制成，来形成一通常封闭的截面(矩形、圆形或任何其它形式)。可以优化该部件，来获得对于一给予的能量吸收应用的、一所需的弯折或碰撞力。
其它技术优点对于了解了下面的附图、描述和权利要求书的本领域普通技术人员，是非常显而易见的。
为了更完整地理解本发明以及进一步的特征和优点，下面的描述结合附图作为参照，其中图1A、1B和1C分别是根据本发明的一实施例的一能量吸收装置的立体、俯视和前视图；图1D是根据本发明的另一实施例的一能量吸收装置的一部分俯视图；图2是根据本发明的另一实施例的一能量吸收装置的一立体图；图3A是根据本发明的一实施例的一碰撞缓冲器的例子；以及图3B显示了根据本发明的一实施例、在前碰撞下完全压扁的图3A的碰撞缓冲器。
具体实施例方式
图1A、1B和1C分别是根据本发明的一实施例的一能量吸收装置100的立体、俯视和前视图。一般地，能量吸收装置100来对于不同应用的一碰撞作用期间吸收和/或削弱能量，例如碰撞缓冲器、安装在卡车上的衰减器、用于汽车的缓冲隔离器、起落架和能量吸收联接器。然而，本发明预期到能量吸收装置100可用于任何适当的应用。
在所示的实施例中，能量吸收装置100包括一材料部件101，该材料部件101沿其纵向长度具有多个压扁区域102。对于能量吸收装置100的纵向方向通过箭头103指示。每个压扁区域102包括形成于部件101的一第一侧面106和一第二侧面107的一对第一弯曲部104，形成于部件101的一第三侧面109和一第四侧面110的一对第二弯曲部108，以及除了压扁区域102的交叉处之外，对应于第一弯曲部104和第二弯曲部108，以一纵向定位，绕部件101的周边间隔的多个缺口112。
在所示的实施例中，部件101具有沿其长度一变化的横截面。此外，尽管部件101在图1A-1C中表现成具有沿其长度的一通常矩形的横截面，本发明预期到部件101可具有沿其长度的任何适当的横截面，诸如具有一圆形、三角形、六角形或其它的横截面。由于图1显示部件101成为一通常矩形的截面，第三侧面109在此可被称为部件101的“顶部”，第四侧面110在此可被称为部件101的“底部”。此外，第一弯曲部104在此可被称为“垂直”弯曲部，第二弯曲部108在此可被称为“水平”弯曲部。
能量吸收装置100可以具有任何适当的尺寸，并可以由任何适当的材料形成。例如，在一实施例中，部件101的尺寸通常可以是2英尺宽、2英尺高和3.5英尺长，材料可以是一适当的结构钢，例如ASTMA36或ASTMA992，厚度可以是约规格12(twelve gage)至约规格8(eight gage)。此外，对于能量吸收装置100的尺寸、厚度和材料类型是取决于能量吸收装置100预期的应用类型而变化的。此外，部件101可由一单片材料形成，或可以任何适当的方式由多片材料构成。例如，能量吸收装置100的部件可以彼此分别形成，然后焊接或以其它方式结合在一起，来形成能量吸收装置100。
本发明预期到任何适当数量的压扁区域102。例如，图1A-1C将部件101显示成具有三个压扁区域102，然而图1D将部件401显示成具有五个压扁区域402。图1D将在下面更详细描述。压扁区域102可以由弯曲部104、缺口112或弯曲部104和缺口112的一组合来限定。压扁区域102也可以具有任何适当的长度。
垂直弯曲部通过向部件101的中心内或向部件101的中心外突出，使得侧面106和107不平坦。弯曲部104的顶点可以从一垂直平面向内或向外突出任何适当的距离。如图1B最佳所示，垂直弯曲部104是成角的弯曲部；然而，弯曲部104可以具有任何适当的轮廓，例如是曲线的。垂直弯曲部的另一实施例在图1D中显示和说明，图1D是根据本发明的另一实施例的一能量吸收装置400的一部分俯视图。在此实施例中，每个垂直弯曲部404分别与一相应的压扁区域402关联，并通常位于其压扁区域402的中心。尽管垂直弯曲部404可以具有任何适当的轮廓，在所示的实施例中，垂直弯曲部404是成角的弯曲部，并设置于一侧面407的两个平坦部件之间。注意垂直弯曲部404的交替突出。因此，垂直弯曲部404a向内突出，垂直弯曲部404b向外突出，等等。然而，本发明预期到对于垂直弯曲部404的任何适当的突出方向。
返回参见图1A-1C，本发明预期到对于垂直弯曲部104的多种排列。例如，在本发明的一实施例中，这将在下面结合图2更详细描述，垂直弯曲部104并不存在。在另一实施例中，仅仅第一压扁区域102a包括垂直弯曲部104a，而其它压扁区域(102b、102c)可能没有垂直弯曲部。本发明预期到对于垂直弯曲部104的其它排列。
如图1C最佳所示，水平弯曲部108通过向部件101的中心内或向部件101的中心外突出，使得顶面109和底面110不平坦。水平弯曲部108可以具有任何适当的轮廓，并可以从一水平面偏离任何的距离。例如，水平弯曲部108可以具有如图1C最佳所示的一轮廓，或可以具有类似于图1D所示的垂直弯曲部404的一轮廓。此外，本发明预期到水平弯曲部108可具有任何适当的排列。例如，在将在下面结合图2更详细描述的一实施例中，水平弯曲部108并不存在。在另一实施例中，水平弯曲部108可以在任何适当的压扁区域102中存在。例如，在本发明的一特定实施例中，仅仅水平弯曲部108a在压扁区域102a存在。其余的压扁区域(102b、102c)可以没有水平弯曲部。
在一实施例中，为了促进以一有效方式控制能量吸收装置100的压扁，水平弯曲部108沿一相反于其对应的垂直弯曲部104的方向而突出。例如，参见图1A，假如垂直弯曲部104a向内突出，则水平弯曲部108a向外突出，反之亦然。此外，在一实施例中，水平弯曲部108和垂直弯曲部104在纵向对准。然而，本发明预期到水平弯曲部108和垂直弯曲部104可略微纵向不对准，但仍满足本发明的目的。
缺口112可以具有任何适当的尺寸和任何适当的形状。例如，尽管缺口112在图1B中所示成梯形的，缺口112也可以是矩形的、圆形的或其它适当的形状。如上所述，缺口112绕部件101的周边间隔。在所示的实施例中，缺口112接近部件101的四个角部而形成。缺口112仅仅在部件101的顶面109和底面110中形成，如图所示，或可以在顶面109和侧面106、107和/或底面110和侧面106、107中形成，这将在下面结合图2显示和描述。具有仅仅在顶面109和底面110形成的缺口的一个潜在优点是防止碰撞侧面106或侧面107的错误行驶车辆的任何缠结。
本发明预期到对于缺口112的任何适当的间隔。在图1A-1C所示的实施例中，缺口112a、112b、112c对应于部件101的垂直弯曲部104a、104b、104c和水平弯曲部108a、108b、108c，缺口112d和112e对应于压扁区域102的交叉处。本发明预期到缺口112的其它适当的排列和定位。在一实施例中，缺口112的形状和尺寸以及对于部件101的材料类型和厚度，可以修正来达到取决于应用的、不同的、所需的、对于能量吸收装置100的吸收率。这也可以包括垂直弯曲部104和水平弯曲部108的数量和定位。例如，能量吸收装置100可以用于一碰撞缓冲器应用，并设计成满足NCHRP报告350的确定要求，NCHRP报告350结合于此作为参照。
在本发明的一实施例运作中，利用图1A-1C的能量吸收装置100，一碰撞力(例如来自一汽车)沿箭头103所示的方向撞击部件101的前面。部件101然后开始纵向压扁，以便以一控制方式消散能量，从而保护汽车中的任何乘客。首先，压扁区域102a被压扁(即被压缩或压平)，因为垂直弯曲部104a向部件101的内部向内移动，而水平弯曲部108a从部件101的内部向外移动。其次，压扁区域102b被压扁，因为垂直弯曲部104b向部件101的内部向内移动，而水平弯曲部108b从部件101的内部向外移动。最后，压扁区域102c被压扁，因为垂直弯曲部104c向部件101的内部向内移动，而水平弯曲部108c从部件101的内部向外移动。因此，能量吸收装置100以这样的一方式被压扁，从而有效地在其前端消散来自碰撞力的能量。
图2是根据本发明的另一实施例的一能量吸收装置200的一立体图。在此实施例中，能量吸收装置200显示了沿着一通常矩形截面的一纵向长度间歇间隔的矩形缺口。在一实施例中，缺口212位于接近于矩形截面的四个角部，并在侧面206、207和顶面209和底面210中形成。能量吸收装置200，如图所示，不包括垂直弯曲部104或水平弯曲部108。然而，如上所述，本发明预期到，除了任何适当数量的压扁区域之外，能量吸收装置200可具有任何适当的垂直弯曲部和/或水平弯曲部。
图2也显示了以任何适当的方式联接至矩形截面的一前端的一碰撞头或端帽220。碰撞头220在图2中显示成具有一半圆形形状；然而，本发明预期到其它适当的形状和构造。碰撞头220运行来帮助引导能量从一碰撞进入能量吸收装置200的侧面206和207。例如，碰撞可以沿箭头221所指的一通常方向来自一汽车。对于碰撞头220，预期到任何适当的结构元件。
图2的能量吸收装置200的一实施例的一运作类似于图1A-1C的能量吸收装置100，除了缺口212确定对于部件的弯折方向，因为能量吸收装置200不包含弯曲部。因此，例如，在一力撞击了碰撞头220之后，对应于第一组缺口的顶部209和底部210的一部分向外或向内移动，而对应于第一组缺口的侧面206、207的一部分沿与顶面209和210的相反的一方向移动。然后，对应于下一组缺口的顶部209和底部210的另一部分向外或向内移动，而对应于下一组缺口的侧面206、207的另一部分沿与顶面209和210的相反的一方向移动。对于顶面209、底面210和侧面206、207的后续部分的移动方向相反于在先的方向。换句话说，假如对于顶面209和底面210初始移动是向外的，则下一次方向是向内的。
图3A是根据本发明的一实施例的一碰撞缓冲器300的一例子。在所示的实施例中，碰撞缓冲器300包括以一端对端方式排列的多个能量吸收装置310。能量吸收装置310也可以任何适当的方式彼此联接，例如螺栓、焊接或其它适当的连接方法。在一实施例中，能量吸收装置310通过联接至能量吸收装置310的适当的结构框彼此联接。这些结构框可以由任何适当的材料形成，例如由结构钢形成的角钢。能量吸收装置310可以采取能量吸收装置100、能量吸收装置200或其它在本发明的指示内的适当构造的形式。
能量吸收装置310可以由联接或接合至地面的多个支柱312所支持。支柱312可以具有任何适当的构造，可以由任何适当的材料形成，可以以任何适当的距离间隔。例如，在本发明的一实施例中，支柱312由结构钢形成，间隔约3-4英尺。支柱312可以任何适当的方式联接至能量吸收装置310。例如，支柱312可以直接联接至能量吸收装置310或与其关联的任何结构框，或可以与结构框形成整体。在一实施例中，支柱312接合一对轨道元件314，这对轨道元件314可以是或不是地面安装的轨道元件。轨道元件314可以具有任何适当的构造，以考虑到当能量吸收装置310被一正对的碰撞压扁时，支柱312沿轨道元件314的可滑动移动。
图3B显示了根据本发明的一实施例、如箭头316所示、在前碰撞下完全压扁的碰撞缓冲器300。如图所示，当第一大约三个能量吸收装置310a、310b、310c已经被压扁时，支柱312已经沿轨道元件314滑动。由于与能量吸收装置310关联的缺口，如图所示，每个能量吸收装置310的顶面和侧面已经弯折，来一般地形成水平或垂直弯曲部。这允许了能量吸收装置310吸收和/或削弱对于来自方向316的碰撞的能量。
使用本发明的能量吸收装置，对于许多不同类型应用和预期碰撞的许多不同类型设计是可能的。例如，参见图3A和3B的碰撞缓冲器300，能量吸收装置310可以顺序地设计成当它们的位置从碰撞缓冲器300的一前面移动至碰撞缓冲器300的一后面时，沿纵向压缩越来越强(即更难被压扁)。换句话说，参见图3A，能量吸收装置310a可以设计成沿纵向压缩比能量吸收装置310b稍弱，等等，沿着碰撞缓冲器300的纵向长度。
尽管详细描述了本发面的示例实施例及其一些优点，本领域普通技术人员可以作出多种变化、添加和省略，而不脱离由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种能量吸收装置，包括一单片材料，形成为沿其纵向长度具有多个压扁区域的一部件；每个压扁区域包括一对垂直弯曲部，形成于所述部件的一第一侧面和一第二侧面中；一对水平弯曲部，形成于所述部件的一顶面和一底面中；以及多个缺口，形成接近于所述垂直弯曲部和水平弯曲部的交叉处；以及所述垂直弯曲部沿向内或向外的一方向突出，所述水平弯曲部沿相反于所述垂直弯曲部的方向的一方向突出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括围绕所述部件的一前端的一周边的一结构框。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括联接至所述部件的一前端的一碰撞头。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述材料包括具有约规格12至约规格8的一厚度的结构钢。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缺口具有选自以下集合的一形状，该集合包括矩形、梯形和圆形。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缺口仅仅在所述部件的所述顶面和底面中形成。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缺口在所述部件的所述顶面和侧面以及所述底面和侧面中都形成。
8.一种能量吸收装置，包括一材料部件，沿其纵向长度具有多个压扁区域；所述多个压扁区域中的一第一压扁区域包括一对相对的第一弯曲部，形成于所述部件的一第一侧面和一第二侧面中；一对相对的第二弯曲部，形成于所述部件的一第三侧面和一第四侧面中；一第一组缺口，在对应于所述第一弯曲部和第二弯曲部的纵向位置，围绕所述部件的一周边而间隔；以及所述第一弯曲部沿向内或向外的一方向突出，所述第二弯曲部沿相反于所述第一弯曲部的方向的一方向突出；以及其中其它压扁区域中的至少一个包括围绕所述部件的所述周边而间隔的一第二组缺口。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述部件通常具有一矩形截面，所述第一弯曲部是基本垂直的，以及所述第二弯曲部是基本水平的。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，其它压扁区域中的至少一个包括附加的一组垂直和水平弯曲部。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述材料包括具有约规格12至约规格8的一厚度的结构钢。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一弯曲部和所述第二弯曲部纵向对准。
13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一弯曲部和所述第二弯曲部选自以下集合，该集合包括成角的弯曲部和曲线的弯曲部。
14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括联接至所述部件的一前端的一碰撞头。
15.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述缺口具有选自以下集合的一形状，该集合包括矩形、梯形和圆形。
16.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述缺口仅仅在所述部件的所述第三和第四侧面中形成。
17.一种能量吸收装置，包括一水平定向部件，包括第一和第二侧面，各在其中具有至少一个基本垂直的弯曲部，所述第一和第二侧面构造成在一纵向碰撞期间可压扁地折叠；一顶面和一底面，每个都在其中具有至少一个基本水平的弯曲部，所述顶面和所述底面构造成在一纵向碰撞期间可压扁地折叠；所述垂直弯曲部沿向内或向外的一方向突出，所述水平弯曲部沿相反于所述垂直弯曲部的方向的一方向突出；以及所述垂直弯曲部和水平弯曲部纵向对准。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述部件由具有约规格12至约规格8的一厚度的结构钢形成。
19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述垂直弯曲部和所述水平弯曲部选自以下集合，该集合包括成角的弯曲部和曲线的弯曲部。
20.一种能量吸收装置，包括一水平定向部件，包括第一和第二侧面；一顶面和一底面，联接至所述第一和第二侧面，来通常形成四个角部；以及多个缺口，接近于所述水平定向部件的所述四个角部而形成，所述缺口沿所述水平定向部件一纵向长度间歇地间隔，来允许所述水平定向部件在一纵向碰撞期间可压扁地折叠。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述缺口具有选自以下集合的一形状，该集合包括矩形、梯形和圆形。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述缺口仅仅在所述水平定向部件的所述顶面和底面中形成。
23.一种碰撞缓冲器，包括多个能量吸收装置，每个装置包括一材料部件，沿其纵向长度具有多个压扁区域；所述多个压扁区域中的一第一压扁区域包括一对相对的第一弯曲部，形成于所述部件的一第一侧面和一第二侧面中；一对相对的第二弯曲部，形成于所述部件的一第三侧面和一第四侧面中；一第一组缺口，在对应于所述第一弯曲部和第二弯曲部的纵向位置，围绕所述部件的一周边而间隔；以及所述第一弯曲部沿向内或向外的一方向突出，所述第二弯曲部沿相反于所述第一弯曲部的方向的一方向突出；以及其中其它压扁区域中的至少一个包括围绕所述部件的所述周边而间隔的一第二组缺口。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，还包括多个支柱，沿所述多个装置的所述长度联接，用于支持所述碰撞缓冲器。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，还包括至少两个地面安装的轨道元件，这些轨道元件接合所述多个支柱，以允许当所述装置压扁时，所述支柱沿所述轨道元件的可滑动的移动。
26.一种从一碰撞中吸收能量的方法，包括提供一材料部件，该材料部件沿其纵向长度具有多个压扁区域，每个压扁区域包括一对垂直弯曲部，形成于所述部件的一第一侧面和一第二侧面中；一对水平弯曲部，形成于所述部件的一顶面和一底面中；多个缺口，接近于所述垂直弯曲部和水平弯曲部的交叉处而形成；以及响应在所述部件的一前部的一碰撞，使得所述垂直弯曲部对沿向内或向外的一方向移动，以及所述水平弯曲部对沿相反于所述第一垂直的方向的一方向移动，以压扁至少部分的所述部件。
全文摘要
根据本发明的一实施例，一能量吸收装置包括一材料部件，该材料部件沿其纵向长度具有多个压扁区域，多个压扁区域的一第一压扁区域包括形成于部件的一第一侧面和一第二侧面的一对相对的第一弯曲部、形成于部件的一第三侧面和一第四侧面的一对相对的第二弯曲部、以及在对应于第一弯曲部和第二弯曲部的一纵向位置围绕部件的周边而间隔的一第一组缺口。第一弯曲部沿向内或向外中的一方向突出，第二弯曲部沿相反于第一弯曲部的一方向突出。至少一个其它压扁区域包括围绕部件的周边而间隔的一第二组缺口。
文档编号F16F7/12GK1968839SQ200580013865
公开日2007年5月23日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者A·Y·阿部－奥德赫, R·P·布莱格赫, D·C·艾伯特森, J·R·纳斯 申请人:得克萨斯A&M大学系统