多級能量吸收器及制造和使用其的方法
【專利摘要】一種多級能量吸收系統(tǒng)包括：底座(12)以及包括元件的能量吸收器(14)，其中能量吸收器元件包括具有成窄段角度的窄段(30)和成寬段角度的寬段(32)的成對的外側(cè)壁(24)，其中窄段(30)和寬段(32)通過成分支段角度的分支段(26)連接，其中分支段角度小于90°；外側(cè)壁(24)之間的連接壁(18)；成對的內(nèi)側(cè)壁(20)；以及內(nèi)連接壁(22)，其中能量吸收元件是嵌套結(jié)構(gòu)的以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造開放區(qū)。
【專利說明】多級能量吸收器及制造和使用其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及用于車輛的多級(多段，mult1-stage)能量吸收器，例如，為了減少傷害(例如，對乘坐者、行人等)和/或?yàn)榱藴p少車輛損壞和/或?yàn)榱烁纳贫嗉壞芰课掌鞯目傂省?br> 【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前的競爭性的汽車市場中，對于設(shè)計(jì)工程師來說出于行人安全考慮的最大挑戰(zhàn)之一是降低系統(tǒng)成本同時將在具有鮮明的車輛前部風(fēng)格的最小包裝空間中控制膝蓋彎曲。目前，原始設(shè)備制造商(OEM)非常積極地關(guān)注下部保險杠系統(tǒng)質(zhì)量，因?yàn)樵撓到y(tǒng)包括至少兩個部件，上部能量吸收器和小腿支撐件。
[0003]塑料或金屬的單級能量吸收器可以用用于能量吸收的泡沫(例如，泡沫塊)填充，但是這通常不是高效的方法，因?yàn)樵谀芰课帐录^程中能量吸收不是恒定的。此外，由于泡沫的相對軟的特性，在初始位移階段中其難以實(shí)現(xiàn)期望的力量級(force level)。用泡沫填充能量吸收器是很難制造的，因?yàn)閮煞N不同的材料被用于同一設(shè)計(jì)中。此外，與注射模制的能量吸收器相比，與在周圍壁內(nèi)部發(fā)泡或者切割泡沫塊以匹配能量吸收器壁的形狀相關(guān)的制造成本更高。插入物(例如，金屬或復(fù)合材料)可以用于能量吸收器中容易屈曲的壁部分中以提高效率，此后塑料被包覆模制在壁上。然而，由于雙材料組合在制造過程中會出現(xiàn)問題并且這種設(shè)計(jì)的另一個缺點(diǎn)是與塑料或金屬相比復(fù)合材料相對較高的成本。
[0004]這導(dǎo)致了對設(shè)計(jì)以下能量吸收器的需求，該能量吸收器會變形并吸收沖擊能量以在滿足小腿沖擊等級的同時保證良好的車輛安全等級，并且理想地在沖擊后具有減輕的重量和較低的包裝空間的量，導(dǎo)致較低的成本、增加的設(shè)計(jì)自由度、以及改善的效率。因此，汽車工業(yè)不斷探索滿足行人安全性和/或車輛損壞承受力(damageability)和/或效率的整體技術(shù)規(guī)范的經(jīng)濟(jì)的解決辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在各種實(shí)施方式中公開了多級能量吸收器，以及用于制造和使用其的方法。
[0006]在一個實(shí)施方式中，多級能量吸收系統(tǒng)包括:底座；以及多個能量吸收器，其中每個能量吸收器分別包括嵌套結(jié)構(gòu)(in a nested arrangement)的能量吸收元件,其中能量吸收元件包括成對的側(cè)壁和連接壁，其中隨后相鄰的能量吸收元件的側(cè)壁和連接壁較短以在相鄰的側(cè)壁和相鄰的連接壁之間創(chuàng)造空間。
[0007]在另一個實(shí)施方式中，多級能量吸收系統(tǒng)包括:底座；以及包括元件的能量吸收器，其中能量吸收器元件包括具有成窄段角度的窄段和成寬段角度的寬段的成對的外側(cè)壁，其中窄段和寬段通過成分支段角度的分支段連接，其中分支段角度小于90° ;外側(cè)壁之間的連接壁；成對的內(nèi)側(cè)壁；以及內(nèi)連接壁，其中能量吸收元件是嵌套結(jié)構(gòu)的以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造開放區(qū)。
[0008]在 Iv實(shí)施方式中，一種制造多級能量吸收系統(tǒng)的方法包括:擠出底座和能量吸收器，其中能量吸收器包括嵌套結(jié)構(gòu)的多個能量吸收元件，其中能量吸收元件包括成對的側(cè)壁和連接壁，其中隨后相鄰的能量吸收元件的側(cè)壁和連接壁較短以在相鄰的側(cè)壁和相鄰的連接壁之間創(chuàng)造空間。
[0009]以下將更具體地描述這些和其他特征和特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]以下是附圖的簡要說明，其中，相似元件相似地編號，并且附圖是出于闡明本文中所公開的示例性實(shí)施方式的目的而不是為了限制示例性實(shí)施方式的目的而給出。
[0011]圖1是多級能量吸收器的一個實(shí)施方式的等角透視圖(isometric, perspective)。
[0012]圖2是多級能量吸收器的另一個實(shí)施方式的等角透視圖。
[0013]圖3是多級能量吸收系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的等角透視圖。
[0014]圖4是采用圖2的能量吸收器的多級能量吸收系統(tǒng)的一個實(shí)施方式的等角透視圖。
[0015]圖5是壓碎圖3的多級能量吸收系統(tǒng)的俯視圖。
[0016]圖6是單級能量吸收器的立體圖。
[0017]圖7是圖6的單級能量吸收器和圖3的多級能量吸收系統(tǒng)的力對位移的圖解說明。
[0018]圖8是圖6的單級能量吸收器和圖3的多級能量吸收系統(tǒng)的吸收的能量對位移的圖解說明。
[0019]圖9是行人小腿沖擊試驗(yàn)過程中圖6的單級能量吸收器的橫截面?zhèn)纫晥D。
[0020]圖10是行人小腿沖擊試驗(yàn)過程中圖3的多級能量吸收系統(tǒng)的俯視圖。
[0021]圖11是圖6的單級能量吸收器和圖3的多級能量吸收系統(tǒng)的膝蓋加速度對位移的圖解說明。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在各種實(shí)施方式中，本文中公開的是為了行人安全性和/或車輛損壞承受力和/或效能而設(shè)計(jì)的能力吸收器。能量吸收系統(tǒng)包括本文公開的在沖擊過程中提供多級(multiple-stage)(多級(mult1-stage))能量吸收的具有改善的效能的多個能量吸收器。能量吸收系統(tǒng)的效能通常是指在沖擊過程中能量吸收器維持相對恒定水平的能量吸收的能力。通常，單級能量吸收器具有的能量吸收的初始速率在最初沖擊之后顯著減小。這會導(dǎo)致行人損傷的增加和/或增加車輛損壞。本文公開的多級能量吸收器可包括以下單塊模制品，該模制品以多級吸收能量，改善能量吸收器的效率，并且不增加能量吸收器的包裝空間。例如，與相同的包裝空間(例如，50毫米(mm))設(shè)計(jì)的單級能量吸收器相比，本文公開的多級能量吸收器提供可提供大于或等于50%的能量吸收的改善，具體地，大于或等于60%，甚至更具體地，大于或等于70%。如本文中描述的，單級能量吸收器通常是指具有如圖6中示出的“C”橫截面的單級能量吸收器。
[0023]用于在交通事故中最小化人員受到傷害的程度以及車輛損壞程度的方法變得越來越重要。不同的規(guī)章委員會對汽車行人和汽車乘坐者的沖擊性能整體上進(jìn)行評估。根據(jù)總體性能，對車輛分配累積的安全等級。為了確保車輛的良好總安全等級，車輛的每個部件都需要滿足具體的沖擊標(biāo)準(zhǔn)。能量吸收器的效率的增加可幫助改善車輛的總體安全等級。
[0024]塑料或者金屬單級能量吸收器可使用用于能量吸收的與沖擊方向垂直排列的彎曲的或直的壁形成。然而，將力水平(force level)維持在期望值是困難的因?yàn)樵谧畛鯖_擊之后壁開始彎折并且下一次徹底壓碎能量吸收器。
[0025]雙級能量吸收器通常包括第一級和第二級，其中第一級包括針對低速沖擊粉碎并吸收能量的軟壁。第二級是相對硬的并且將吸收高速沖擊過程中的能量。因此，雙級能量吸收器涉及雙級能量吸收的問題而不是試圖改善能量吸收效率。
[0026]多級能量吸收系統(tǒng)可包括具有多個能量吸收元件(例如，壁)的多個能量吸收器(例如，壓碎突出件(crush lobe)),所述能量吸收元件允許多區(qū)域能量吸收并且可(例如，通過改變材料、壁厚、設(shè)計(jì)等)調(diào)節(jié)以吸收取決于涉及的能量水平的期望量的能量。通常，能量吸收器被連接至底座，其中能量吸收器和底座組成被配置為連接至保險杠的能量吸收系統(tǒng)。在能量吸收器的相對側(cè)上一般是橫帶(fascia，飾帶，面板)或者覆蓋能量吸收器和保險杠的裝飾性部分。保險杠被配置為連接至車輛框架(即，白車身)。
[0027]在一個實(shí)施方式中，多個能量吸收元件可以以以下方法布置，即第一對(例如，最外面的一對)側(cè)壁是首先被沖擊的。隨著第一對側(cè)壁吸收能量(例如，彎折、壓碎、彎曲等)并折疊，嵌套在第一對側(cè)壁內(nèi)的第二對(例如，內(nèi)部的一對)側(cè)壁暴露于來自沖擊的力并且開始吸收能量。隨著第二對側(cè)壁折疊(fold)，位于第二對側(cè)壁內(nèi)的第三對側(cè)壁暴露于力并且開始吸收能量，等等。換言之，均分別包括成對的側(cè)壁和連接壁的多個能量吸收元件在彼此內(nèi)被嵌套，使得隨后相鄰(即，空間或位置最接近的)元件的側(cè)壁較短，并且連接壁較短，以便在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造空間。本文公開的多級能量吸收器在與單級能量吸收器相同的位移下可顯著吸收更高量的能量和/或與單級能量吸收器相比以相同量的能量沖擊的過程中還可以顯著減少沖擊物移動的距離。如果沖擊物是行人，這會使十分顯著的，因?yàn)橐苿痈俚木嚯x意味著沖擊中行人會遭受更少的傷害。
[0028]本文公開的多級能量吸收器在低速沖擊和高速沖擊兩者中均可有效吸收能量。多級能量吸收器可以用于許多能量吸收應(yīng)用包括，而不限于，諸如行人安全能量吸收器和用于車輛損壞承受力需求的能量吸收器的外部能量吸收應(yīng)用，諸如車門能量吸收器、車頂能量吸收器和膝墊的內(nèi)部能量吸收應(yīng)用。多級能量吸收器還可以用于期望力水平對于更大的位移盡可能恒定的應(yīng)用，諸如航空和航天、國防、工業(yè)機(jī)器、船舶、核、軌道等。
[0029]能量吸收器的示例性特性包括高韌性/延展性、熱穩(wěn)定性(例如，_30°C至60°C )、高能量吸收能力、良好的模量伸長比、以及再循環(huán)性等等，其中，“高”和“良好的”旨在意味著該特性至少滿足當(dāng)前車輛安全規(guī)范以及對于給定部件/元件的要求。能量吸收器可包括可形成為期望的形狀并且提供期望性能的任何熱塑性材料或者熱塑性材料的組合。示例性材料包括熱塑性材料以及熱塑性材料與彈性材料和/或熱固材料的組合。
[0030]合適的熱塑性材料包括聚對苯二甲酸丁二酯(PBT);丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);聚碳酸酯(LEXAN* 和 LEXAN*EXL 樹脂,商購自 SABIC Innovative Plastics);聚碳酸酯/PBT共混物；聚碳酸酯/ABS共混物；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA);丙烯腈_(乙烯-聚丙烯二胺改性的)_苯乙烯(AES);苯醚樹脂；聚苯醚/聚酰胺的共混物(NORYL TX*樹脂,商購自SABIC Innovative Plastics);聚碳酸酯/聚對苯二甲酸乙二酯(PET)/PBT的共混物；聚對苯二甲酸丁二酯和抗沖擊改性劑(XENOY*樹脂，商購自SABIC Innovative Plastics);聚酰胺類；聚苯硫醚樹脂；聚氯乙烯PVC ;高抗沖聚苯乙烯(HIPS);低/高密度聚乙烯(L/HDPE);聚丙烯(PP);發(fā)泡聚丙烯(EPP);聚乙烯和纖維復(fù)合材料；聚丙烯和纖維復(fù)合材料(AZDEL Superlite*薄片，商購自Azdel, Inc.);長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(VERT0N*樹脂，商購自SABIC Innovative Plastics)以及熱塑性烯烴(TPO)。
[0031]一種示例性填充樹脂為STAMAX*樹脂，該樹脂為長玻璃纖維填充的聚丙烯樹脂，也可商購自SABIC Innovative Plastics。一些合適的增強(qiáng)材料包括諸如玻璃、碳等的纖維，以及包括上述至少一個的組合；例如，長玻璃纖維和/或長碳纖維增強(qiáng)的樹脂。能量吸收器也可以由包含上述材料中至少一種的組合形成。例如，在一些實(shí)施方式中，相同的材料可用于制造能量吸收器系統(tǒng)的每個元件(例如，側(cè)壁和連接壁)。在其他實(shí)施方式中，不同的材料可用于制造能量吸收器系統(tǒng)的各個元件(例如，一種材料可用于制造側(cè)壁，而不同的材料可用于制造連接壁)?？梢灶A(yù)期任何材料的組合都可以用于，例如，提高壓碎特性，減少包裝空間等。
[0032]在設(shè)計(jì)能量吸收器時考慮的一個特征是能量吸收組件的可用的包裝空間。通常，壓碎之后能量吸收組件的包裝空間應(yīng)盡可能低，例如，小于或等于5mm，具體地，小于或等于
2.5_，并且更具體地，小于或等于2.0_。對于人機(jī)工程學(xué)和美學(xué)等目的，期望能量吸收器占據(jù)盡可能少的包裝空間。本文公開的多級能量吸收器提供包裝空間的改善，在使用外部的有效的壓碎將內(nèi)部側(cè)壁壓碎之后，側(cè)壁彼此重疊以創(chuàng)建與單級能量吸收器相比具有提供的小包裝空間輪廓的能量吸收器。應(yīng)當(dāng)理解包裝空間要求將根據(jù)使用能量吸收器的車輛的類型改變。例如，小的小型汽車將具有比大的運(yùn)動型多用途車輛更小的包裝空間。然而，應(yīng)當(dāng)理解本文公開的能量吸收器可基于能量吸收器的壁的壓碎特點(diǎn)提供期望的包裝空間。
[0033]總尺寸(例如，能量吸收器的具體尺寸)將取決于其在車輛上的位置和其功能、以及其所要用于的特定車輛。例如，能量吸收組件的長度(I)、高度(h)和寬度(W)將取決于所希望使用的位置中可用的空間的大小以及所需的吸收能量。能量吸收器的深度和壁厚還取決于可用空間、所希望的剛度、以及所采用的材料(或材料的組合)。能量吸收器(以及因此壓碎突出件)的深度“d”通常受橫帶與保險杠梁之間的距離限制。例如，能量吸收器的各個元件(例如，側(cè)壁、連接壁，橫斷壁等)的壁厚(t)可以小于或等于5.0mm,具體地,1.5mm至3.5mm,更具體地，0.5mm至1.5mm,甚至更具體地，0.5mm至1.0mm,更加具體地，0.6mm至
0.9mm,并且更加具體地，0.6mm至0.8mm。
[0034]通過參考附圖可以獲得本文中公開的部件、方法、和裝置更全面的了解。這些附圖(本文中也稱為“圖”)僅是基于方便和易于證明本公開的圖示，因此不旨在表示裝置或其組件的相對尺寸和大小和/或限定或限制示例性實(shí)施方式的范圍。盡管為了清楚的原因，在以下說明中使用了專業(yè)術(shù)語，但是這些術(shù)語旨在僅是指附圖中為了說明而選擇的實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)，而并不旨在限定或限制本公開的范圍。在附圖以及下面的描述中，應(yīng)當(dāng)理解，相同的數(shù)字標(biāo)識指相同功能的部件。
[0035]現(xiàn)在參見圖1至圖4，示出了能量吸收器和能量吸收器系統(tǒng)的各個實(shí)施方式。例如，在圖1中示出了能量吸收器10(例如，壓碎凸起件)。能量吸收器10可被配置為附接至底座12，該底座可附接至保險杠38 (參見例如，圖3)。底座12在外側(cè)壁16之間延伸。相鄰能量吸收器10之間，可以是附接至保險杠38的能量吸收器10的側(cè)面上的保險杠凸緣(bumper beam flange) 36 (參見例如，圖4)和/或附接至橫帶的能量吸收器10的側(cè)面上的橫帶凸緣(fascia flange) 40 (參見例如，圖3)。能量吸收器10可包括多對側(cè)壁(外側(cè)壁16和內(nèi)側(cè)壁20)以及在彼此內(nèi)嵌套的連接壁18，22，使得相鄰的隨后的側(cè)壁和連接壁較短(即，內(nèi)側(cè)壁20鄰近于外側(cè)壁16，外連接壁18鄰近于內(nèi)連接壁22等)，以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造開放區(qū)34。例如，如圖1中所示的，能量吸收器10可包括最外面的成對的側(cè)壁，外側(cè)壁16，最外面的連接壁，外連接壁18，成對的內(nèi)側(cè)壁，內(nèi)側(cè)壁20，以及內(nèi)連接壁22。
[0036]內(nèi)側(cè)壁20和內(nèi)連接壁22的對數(shù)不受限制并且可以是提供期望能量吸收水平的任何數(shù)量。例如，可以存在大于或等于一對內(nèi)側(cè)壁和一個內(nèi)連接壁，具體地，大于或等于兩對內(nèi)側(cè)壁和兩個內(nèi)連接壁，更具體地，大于或等于三對內(nèi)側(cè)壁和三個連接壁，甚至更具體地，大于或等于五對內(nèi)側(cè)壁和五個連接壁，更加具體地，大于或等于10對內(nèi)側(cè)壁和10個內(nèi)連接壁。
[0037]在一些實(shí)施方式中，外側(cè)壁16和/或內(nèi)側(cè)壁20可具有不均勻的厚度。例如，外側(cè)壁16和/或內(nèi)側(cè)壁20的厚度在將塌陷的側(cè)壁的部分上可增加。這樣的設(shè)計(jì)通過允許外側(cè)壁16和/或內(nèi)側(cè)壁20在變形之前吸收更多的能量可進(jìn)一步增加能量吸收器10的效率，因此，控制能量吸收器壁的一些彎折。
[0038]圖3示出了采用圖1中所示的能量吸收器10的能量吸收系統(tǒng)的一個實(shí)施方式。在圖3中，能量吸收系統(tǒng)60可包括具有外連接壁64的多個能量吸收器62，該外連接壁的一側(cè)或兩側(cè)連接至保險杠凸緣36，使得外連接壁64和保險杠凸緣36的結(jié)合部在X軸方向上延伸穿過能量吸收系統(tǒng)60的長度。外連接壁64可在外側(cè)壁70之間延伸。能量吸收器62可進(jìn)一步包括外側(cè)壁70和內(nèi)側(cè)壁72，以及底座12，該底座的一側(cè)或兩側(cè)連接至橫帶凸緣40，使得底座12和橫帶凸緣40的結(jié)合部在X軸方向上延伸穿過能量吸收系統(tǒng)60的長度。如同圖1中示出的能量吸收器10—樣，側(cè)壁70，72和連接壁64，66可以以嵌套結(jié)構(gòu)布置，這樣隨后相鄰元件的側(cè)壁較短，并且連接壁較短，以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造開放區(qū)34。開放區(qū)34可延伸通過能量吸收器62以便于當(dāng)形成能量吸收系統(tǒng)60時垂直移模(vertical mold movement)?？蛇x地,橫板(參見例如，圖2)可被布置在外側(cè)壁16, 70和相鄰內(nèi)側(cè)壁20，72之間的開放區(qū)上以進(jìn)一步向能量吸收器10或能量吸收系統(tǒng)60的提供強(qiáng)度和剛度。
[0039]盡管制造限制可有效限制開放區(qū)的尺寸，但能量吸收器的開放區(qū)的尺寸不存在限制。通常，開放區(qū)應(yīng)當(dāng)盡可能小以允許能量吸收器中側(cè)壁的數(shù)量更多，因此，運(yùn)行更大數(shù)目級的能量吸收。然而，同樣應(yīng)當(dāng)考慮包裝空間和得到的側(cè)壁的堆積，因?yàn)闆_擊之后大量的壁將增加包裝空間。換言之，外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁應(yīng)當(dāng)期望定位使得沖擊(即，壓碎)之后它們不累積并且不具有不希望有的高的包裝空間。例如，開放區(qū)可以是5mm至30mm,具體地，1mm至25mm,并且更具體地，15mm至20_。
[0040]同樣如圖3中所示的，相鄰的能量吸收器62之間存在空間48。相鄰的能量吸收器62之間的空間48可根據(jù)能量吸收系統(tǒng)的沖擊要求改變。例如，如果能量吸收器被設(shè)計(jì)用于行人大腿沖擊，相鄰能量吸收器之間的空間應(yīng)當(dāng)期望小于或等于大腿直徑，例如，132mm，然而如果能量吸收器被設(shè)計(jì)用于剛性沖擊(例如，使用剛性平板沖擊物)，那么空間可根據(jù)期望的力和侵入水平改變。例如，多級能量吸收系統(tǒng)中的相鄰能量吸收器之間的空間可以是25mm至150mm,具體地，30mm至100mm,并且更具體地，50mm至75mm。
[0041]本文描述的任意側(cè)壁可具有以下形狀，即直線、曲線、拋物線、圓形、立方體、火盆形(brazier)、弓形、波紋形、以及包括上述至少一個的組合?？蛇x地，側(cè)壁也可以是具有通過分支段(發(fā)散部，diverging sect1n)連接的窄段和寬段的形狀。外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁可具有相同的，不同的或交替的形狀。例如，外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁可具有弓形形狀；外側(cè)壁可具有波紋形狀并且內(nèi)側(cè)壁可具有弓形形狀；外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁可具有波紋形狀等。在一些實(shí)施方式中，外側(cè)壁16和內(nèi)側(cè)壁20可具有如圖1所示的弓形形狀，其中外側(cè)壁16和內(nèi)側(cè)壁20通常彼此平行。在其他實(shí)施方式中，如圖2中示出的，外側(cè)壁24可具有彼此平行的寬段32和窄段30以及不平行的分支段26不同的形狀。內(nèi)側(cè)壁20可以彼此平行并且還可以平行于外側(cè)壁24的寬段32和窄段30。
[0042]現(xiàn)在參見圖2，圖2示出了附接至底座12的能量吸收器14的另一個實(shí)施方式。底座12可在外側(cè)壁24之間延伸。外連接壁18也可以在外側(cè)壁24之間延伸，其中保險杠凸緣36在相鄰的能量吸收器之間延伸(參見例如，圖4)。如圖2中示出的，可選地，外側(cè)壁24可包括窄段30和寬段32，以及位于窄段30和寬段32之間的分支段26和/或外側(cè)壁24可以平行于內(nèi)側(cè)壁20 (參見圖1中的外側(cè)壁16)。窄段30具有窄段角度，na，寬段32具有與窄段角度相同的或不同的寬段角度，Wa，并且分支段26具有分支段角度，da，即小于窄段角度或?qū)挾谓嵌鹊?，例如，小于或等?5%。角度是相對于如圖2所示的X軸測量的。例如，分支段角度，da，可以小于90°，具體地，小于或等于80°，更具體地，小于或等于75°，甚至更具體地，小于或等于60°，更具體地，小于或等于45°，并且更加具體地，小于或等于40°。換言之，圖2中的外側(cè)壁24可具有通過分支段26連接的第一平行段30和第二平行段32。
[0043]同樣如圖2中示出的，橫板28可位于外側(cè)壁24和內(nèi)側(cè)壁20之間的開放區(qū)34上。橫板28可向能量吸收器14提供額外的剛度和強(qiáng)度并且還可以起到對于側(cè)向和/或軸向沖擊的穩(wěn)定壁的作用。應(yīng)當(dāng)理解橫板的數(shù)量不受限制并且通?？梢源笥诨虻扔趦蓚€，具體地，大于或等于4個，更具體地，大于或等于6個，甚至更具體地，大于或等于10個。與外側(cè)壁16和內(nèi)側(cè)壁20類似，在一些實(shí)施方式中，橫板28可具有不均勻的厚度。例如，橫板28的厚度在將塌陷的側(cè)壁的部分上可以增加。這樣的設(shè)計(jì)通過允許橫板28在變形之前吸收更多的能量可進(jìn)一步增加能量吸收器10的效率，并且因此控制能量吸收器壁的一些彎折。
[0044]通常，圖2中示出的能量吸收器14作為窄段30、寬段32和分支段26的結(jié)果，甚至可提供比圖1中示出的設(shè)計(jì)更大的能量吸收。然而，圖1中的外側(cè)壁16可制成的比圖2中的外側(cè)壁24更厚(例如，大于或等于比外側(cè)壁24厚度的5% )以實(shí)現(xiàn)與外側(cè)壁24相同的能量吸收。圖2中示出的設(shè)計(jì)可在外側(cè)壁24的最小厚度下提供根據(jù)能量吸收器的沖擊要求的期望剛度。例如，外側(cè)壁24的厚度值可以是0.5mm至5mm。具體地，外側(cè)壁24的厚度可以是0.6mm至3.5mm,更具體地，0.75mm至3.0mm,甚至更具體地，1.0mm至2.5mm。例如，在一些實(shí)施方式中，如果注射模制被用于形成能量吸收器，外側(cè)壁24的厚度可以小于或等于2.5mm,具體地,小于或等于2.0mm,更具體地,小于或等于1.5mm,甚至更具體地,小于或等于1.2_。如果注射壓縮模制被用于形成能量吸收器，外側(cè)壁24的厚度值可以小于或等于2.5mm,具體地,小于或等于2.0mm,更具體地,小于或等于1.75mm,甚至更具體地,小于或等于1.6mm。在一個實(shí)施方式中，對于圖1中的不出的設(shè)計(jì)，外側(cè)壁16和內(nèi)側(cè)壁20的最小厚度可以小于或等于2.2_，例如，對于ΧΕΝ0Υ*塑料樹脂壁。[0045]如以上描述的，包括成對的側(cè)壁和連接壁的多個能量吸收器互相嵌套(nestedwithin each other)，使得隨后相鄰元件的側(cè)壁較短，并且連接壁較短，以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造空間(即，開放區(qū)34)。應(yīng)當(dāng)理解，在所有實(shí)施方式中，開放區(qū)34可從上端42至下端44延伸通過能量吸收器(參見例如，圖1)例如，使得能量吸收器是開放的(即，在上端42或下端44上不封閉或覆蓋)。這樣的設(shè)計(jì)允許垂直移模，允許能量吸收器通過注射模制或注射壓縮模制形成。
[0046]現(xiàn)在參見圖4，多級能量吸收系統(tǒng)50可由多個能量吸收器14和保險杠凸緣36形成，多個能量吸收器14和保險杠凸緣36的結(jié)合部在X軸方向上延伸穿過一段保險杠38。在任何實(shí)施方式中，存在于能量吸收系統(tǒng)中的能量吸收器10、14的數(shù)量不受限制并且可以將提供對于特定的最終使用應(yīng)用的期望能量吸收特性的作何數(shù)量。例如，可以存在穿過能量吸收系統(tǒng)的長度分散的I至10個能量吸收器。如先前論述的，相鄰的能量吸收器之間的空間48可根據(jù)能量吸收系統(tǒng)的沖擊要求改變。例如，如果能量吸收器被設(shè)計(jì)用于行人大腿沖擊，相鄰能量吸收器之間的空間48應(yīng)當(dāng)期望小于或等于大腿直徑，例如，132_，然而如果能量吸收器被設(shè)計(jì)用于剛性沖擊(例如，使用剛性平板沖擊物)，那么空間可根據(jù)期望的力水平和侵入水平改變。多個能量吸收器14可面對相同的方位或者可在交替的方位上，如圖4中所示的。例如，能量吸收器可定位為第一能量吸收器14的寬段32鄰近于第二能量吸收器14的窄段30，第二能量吸收器14的窄段30鄰近第三能量吸收器14的寬段32等。
[0047]通常，多級能量吸收器可通過多種模制技術(shù)形成，諸如注射模制、壓縮模制、擠出吹塑、熱成型、熔融模制(例如，共擠出，T-模擠出、充氣擠出、型材擠出、擠壓涂層、多層注射模制等)等，這取決于多級能量吸收器的具體期望特征和模塑法的性能。在一個實(shí)施方式中，能量吸收器可通過擠出形成(例如，在不存在波紋的實(shí)施方式中，諸如圖1中所示的)。在另一個實(shí)施方式中，與水平移模相比，利用注射模制，能量吸收器可通過垂直移模形成，其中開放區(qū)可被創(chuàng)造在能量吸收器中，其中開放區(qū)34從上端42至下端44延伸通過能量吸收器(例如，具有圖2中示出的設(shè)計(jì)，開放區(qū)34從窄段30延伸通過寬段32)。在垂直方向上模制能量吸收器是十分困難的，因?yàn)橥ǔＤＶ剖墙柚诮饘傩疽瞥?metal corepulls)(例如，未支撐的直立的鋼)實(shí)現(xiàn)的以將內(nèi)側(cè)壁形成為內(nèi)側(cè)壁在彼此內(nèi)形成(例如，側(cè)壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的側(cè)壁)。位于能量吸收器的各個壁之間的空間和能量吸收器的各個壁的厚度可取決于用于形成能量吸收器的制造方法，如先前論述的。
[0048]通過以下非限制性實(shí)例，進(jìn)一步說明能量吸收器。應(yīng)注意全部實(shí)施例是模擬的除非具體聲明與之相反。
[0049]實(shí)施例
[0050]實(shí)施例1:
[0051]在以下模擬中，為了量化本文公開的多級能量吸收器的效率并且相對單級能量吸收器比較他們的性能，剛性沖擊物與多級能量吸收系統(tǒng)的能量吸收器和單級能量吸收系統(tǒng)的能量吸收器碰撞。樣本I和樣本2兩者具有2.5mm的均勻厚度并且適應(yīng)具有100mmX 60mmX 50mm的尺寸的矩形盒子。聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(PC/PBT，例如，XENOY*,商購自SABIC Innovative Plastics)被用于能量吸收器的材料并且鋼被用于樣本I和樣本2中的剛性支撐。在樣本I中，圖5中示出了附接于保險杠38的具有圖3的設(shè)計(jì)的多級能量吸收器的壓碎特點(diǎn)。沖擊出現(xiàn)在多級能量吸收器的橫帶側(cè)46上。如從圖5中可以看出的，多級能量吸收器的功能，其中一對外側(cè)壁和連接壁首先塌陷然后成對的內(nèi)側(cè)壁崩塌使得60毫秒(ms)之后，多級能量吸收壁甚至塌陷在彼此之上并且多級能量吸收器的包裝空間甚至被分散穿過壓碎凸起件。
[0052]在樣本2中，測試了如圖3中示出的多級能量吸收器和如圖6中示出的單級能量吸收器的力對位移(例如，侵入)，其中力是以千牛頓(kN)來測量的并且位移是以_來測量的。多級能量吸收器100對單級能量吸收器110的結(jié)果在圖7中示出。通常，期望力水平保持盡可能高或整個測試中盡可能接近期望的力水平112。如圖7中可以看出的，多級能量吸收器100的力水平比單級能量吸收器110的力水平更高并且更接近期望的力水平，這表示使用多級能量吸收器可實(shí)現(xiàn)更高的效率。同樣在樣本2中，圖8中示出了測量的以焦耳記錄的能量吸收與以mm記錄的轉(zhuǎn)移的比較。如圖8中可以看出的，多級能量吸收器100可吸收接近兩倍的單級能量吸收器110的能量，可能是由于多級能量吸收器100的高效的能量吸收能力。
[0053]實(shí)施例2
[0054]為了量化對于行人沖擊性能的多級能量吸收器的效率，具有圖3中示出的設(shè)計(jì)的多級能量吸收器與具有圖6中示出的設(shè)計(jì)的單級能量吸收器相比較。在這個測試中，腿形狀以40千米每小時(km/hr)的速度受到?jīng)_擊,車輛具有50mm的包裝空間。單級能量吸收器和多級能量吸收器兩者包括如以上描述的PCT/PBT。如圖3中示出的七個單獨(dú)多級能量吸收器被布置在一般車輛上并且與如圖6中示出的單級能量吸收器比較小腿沖擊性能。單級能量吸收器和多級能量吸收器分別安裝在保險杠38，48上以確定這些設(shè)計(jì)的沖擊性能。沖擊出現(xiàn)在能量吸收器的橫帶側(cè)46上。單級能量吸收器的結(jié)果在圖9中示出并且多級能量吸收器的結(jié)果在圖10中示出。示出對于使用單級能量吸收器(參見圖9)和多級能量吸收器(參見圖10)的能量吸收器附接在其上的保險杠的中心處的沖擊在不同時間下的壓碎特點(diǎn)。如圖9和圖10中示出的，多級能量吸收器甚至具有比單級能量吸收器更分散的壓碎。
[0055]對于具有如圖3中示出的設(shè)計(jì)的多級能量吸收器和具有如圖6中示出的設(shè)計(jì)的單級能量吸收器兩者的膝蓋位置處測量的加速度同樣是針對相同的包裝空間，即50mm，來比較的。根據(jù)提高歐洲車輛安全委員會(EEVC)工作組17行人安全報(bào)告，最大脛骨外側(cè)加速度應(yīng)當(dāng)小于或等于150Gs，其中G指的是重力加速度。在這個實(shí)施例中，對于相同的包裝空間，單級能量吸收器產(chǎn)生120Gs，而多級能量吸收器僅產(chǎn)生98Gs，這表示多級能量吸收器提供更大的柔韌性和增加的安全限度。如圖11中示出的，在質(zhì)量(例如，能量吸收器兩者的質(zhì)量被觀察為接近0.5千克(kg))沒有顯著增加的情況下，單級能量吸收器120被觀察為產(chǎn)生與多級能量吸收器130相比高20%的加速度。從而，多級能量吸收器130具有更加恒定的，更加高效的加速度。
[0056]實(shí)施例3:
[0057]模制流動模擬同樣旨在確定注射模制完整的具有單個門的能量吸收單元的可行性。填充時間和噴射壓力被觀察為在可可實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)并且門的數(shù)量和門的位置可改變以改善可制造性。填充時間和門的數(shù)量將取決于最終使用應(yīng)用和形成能量吸收器的模制周期的期望成本。通常，填充時間小于或等于10秒并且門的數(shù)量小于或等于5。
[0058]在一個實(shí)施方式中，多級能量吸收系統(tǒng)包括:底座；以及多個能量吸收器，其中每個能量吸收器分別包括嵌套結(jié)構(gòu)的能量吸收元件，其中能量吸收元件包括成對的側(cè)壁和連接壁，其中隨后相鄰的能量吸收元件的側(cè)壁和連接壁較短以在相鄰的側(cè)壁和相鄰的連接壁之間創(chuàng)造空間。
[0059]在另一個實(shí)施方式中，多級能量吸收系統(tǒng)包括:底座；以及包括元件的能量吸收器，其中能量吸收器元件包括具有成窄段角度的窄段和成寬段角度的寬段的成對的外側(cè)壁，其中窄段和寬段通過成分支段角度的分支段連接，其中分支段角度小于90° ;外側(cè)壁之間的連接壁；成對的內(nèi)側(cè)壁；以及內(nèi)連接壁，其中能量吸收元件是嵌套結(jié)構(gòu)的以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間創(chuàng)造開放區(qū)。
[0060]在 Iv實(shí)施方式中，一種制造多級能量吸收系統(tǒng)的方法包括:擠出底座和能量吸收器，其中能量吸收器包括嵌套結(jié)構(gòu)的能量吸收元件，其中能量吸收元件包括成對的側(cè)壁和連接壁，其中隨后相鄰的能量吸收元件的側(cè)壁和連接壁較短以在相鄰的側(cè)壁和相鄰的連接壁之間創(chuàng)造空間。
[0061]在各個實(shí)施方式中，(i)外側(cè)壁具有不均勻的厚度和/或(i)多級能量吸收系統(tǒng)包括選自由以下各項(xiàng)所組成的組中的材料:聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二酯共混物、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物；共聚碳酸酯-聚酯、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈、丙烯腈_(乙烯-聚丙烯二胺改性的)_苯乙烯、苯醚樹脂、聚苯醚/聚酰胺的共混物、聚酰胺、聚苯硫醚樹脂、聚氯乙烯、高抗沖聚苯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、以及包括上述至少一種的組合；和/或(iii)多級能量吸收系統(tǒng)包括聚對苯二甲酸丁二酯和聚碳酸酯的共混物；和/或(iv)側(cè)壁的形狀選自由以下各項(xiàng)所組成的組:直線、曲線、拋物線、圓形、立方體、火盆形、弓形、波紋形、以及包括上述至少一種的組合；和/或(V)壓碎之后包裝空間小于或等于5毫米；和/或(vi)對于相同的包裝空間，與單級能量吸收器相比，該系統(tǒng)吸收大于或等于60%的更多的能量；和/或(vii)對于相同的包裝空間，與單級能量吸收器相比，該系統(tǒng)吸收大于或等于70%的更多的能量；和/或(viii)分支段角度小于或等于45° ;和/或(ix)側(cè)壁和/或連接壁具有小于或等于1.75毫米的厚度；和/或(X)側(cè)壁和/或連接壁具有小于或等于
1.5毫米的厚度。
[0062]本文中公開的所有范圍包括端點(diǎn)，并且端點(diǎn)可以獨(dú)立地彼此組合(例如，“上達(dá)至25wt%、或更具體地,5wt%至20wt% ”的范圍包括端點(diǎn)和“5wt%至25wt% ”范圍內(nèi)的所有中間值”等)?！敖M合”包括共混物、混合物、合金、反應(yīng)產(chǎn)物等。此外，本文中的術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何順序、量、或重要性，而用于表示不同的要素。除非在本文中另有說明或與上下文明顯矛盾，否則本文中的術(shù)語“一”和“一種”以及“該”并不表示數(shù)量的限制，而被解釋為涵蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)。如本文中所用的后綴“(S) ”旨在包括其修飾的術(shù)語的單數(shù)和復(fù)數(shù)兩者，從而包括該術(shù)語的一個或多個(例如，膜包括一個或多個膜)。貫穿說明書的參考“一種實(shí)施方式”、“另一個實(shí)施方式”、“一個實(shí)施方式”等，指與實(shí)施方式有關(guān)所描述的特別要素(例如，特征、結(jié)構(gòu)、和/或特性)包括本文中所描述的至少一個實(shí)施方式，并且可以或不可以存在于其它實(shí)施方式中。另外，也應(yīng)了解，所描述的要素可以在各種實(shí)施方式中以任何合適的方式進(jìn)行組合。
[0063]雖然已描述了特定的實(shí)施方式，但目前無法預(yù)料的或可能無法預(yù)料的替代、修改、變化、改進(jìn)、和實(shí)質(zhì)等價物可被 申請人:或本領(lǐng)域技術(shù)人員想到。因此，提交所附權(quán)利要求由于其可以修改，旨在包括所有這些替代、修改、變化、改進(jìn)、以及實(shí)質(zhì)等同物。
【權(quán)利要求】
1.一種多級能量吸收系統(tǒng),包括: 底座；以及 多個能量吸收器，其中每個能量吸收器分別包括嵌套結(jié)構(gòu)的能量吸收元件，其中所述能量吸收元件包括成對的側(cè)壁和連接壁，其中隨后的相鄰的能量吸收元件的所述側(cè)壁和所述連接壁較短以在相鄰的側(cè)壁和相鄰的連接壁之間產(chǎn)生空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，成對的外側(cè)壁具有不均勻的厚度。
3.—種多級能量吸收系統(tǒng)，包括: 底座；以及 包括元件的能量吸收器，其中所述能量吸收器元件包括 成對的外側(cè)壁，具有成窄段角度的窄段和成寬段角度的寬段，其中所述窄段和所述寬段通過成分支段角度的分支段連接，其中所述分支段角度小于90° ; 所述外側(cè)壁之間的連接壁； 成對的內(nèi)側(cè)壁；以及 內(nèi)連接壁，其中 所述能量吸收元件是嵌套結(jié)構(gòu)的以在相鄰側(cè)壁和相鄰連接壁之間產(chǎn)生開放區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，所述分支段角度小于或等于45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，所述側(cè)壁和/或連接壁具有小于或等于1.75毫米的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，所述側(cè)壁和/或連接壁具有小于或等于1.5毫米的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，包括選自由以下各項(xiàng)所組成的組中的材料:聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二酯共混物、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物、共聚碳酸酯-聚酯、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈、丙烯腈_(乙烯-聚丙烯二胺改性的)_苯乙烯、苯醚樹脂、聚苯醚/聚酰胺的共混物、聚酰胺、聚苯硫醚樹脂、聚氯乙烯、高抗沖聚苯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、以及包括前述至少一個的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，包括聚對苯二甲酸丁二酯和聚碳酸酯的共混物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，所述側(cè)壁的形狀選自由以下各項(xiàng)所組成的組中:直線、曲線、拋物線、圓形、立方體、火盆形、弓形、波紋形、以及包括前述至少一種的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，壓碎之后所述系統(tǒng)的包裝空間小于或等于5毫米。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο所述的多級能量吸收系統(tǒng)，其中，對于相等的包裝空間，與單級能量吸收器相比，所述系統(tǒng)吸收大于或等于60%的更多的能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的多級能量吸收系統(tǒng)，對于相等的包裝空間，與單級能量吸收器相比，所述系統(tǒng)吸收大于或等于70 %的更多的能量。
13.—種制造多級能量吸收系統(tǒng)的方法，包括: 擠出底座和能量吸收器，其中，所述能量吸收器包括嵌套結(jié)構(gòu)的能量吸收元件，其中所述能量吸收元件包括成對的側(cè)壁和連接壁，其中隨后的相鄰的能量吸收元件的所述側(cè)壁和所述連接壁較短以在 相鄰的側(cè)壁和相鄰的連接壁之間產(chǎn)生空間。
【文檔編號】B60R19/18GK104039602SQ201280066304
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月5日
【發(fā)明者】馬修·道格拉斯·馬克斯, 蘇布拉馬尼亞恩·穆圖·庫馬爾, 迪尼什·曼納, 格雷戈里·埃弗里特·特倫布萊 申請人:沙特基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料Ip私人有限責(zé)任公司