能量吸收元件及其制造过程
阅读：254发布：2021-03-05
专利汇可以提供能量吸收元件及其制造过程专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于吸收在车 门 上碰撞 能量 的能量吸收元件，该元件由中空棱柱单元被平行于它们纵轴线的两个底部限定的结构组成，通过导致连续的部件 挤压 制造，接着进行切割能够获得具有适于要被保护面积的形式设计的能量吸收元件。中空棱柱单元的排列是横向于碰撞 力 的方向，这导致非常接近最理想的能量吸收特性。也考虑 泡沫 的使用，其允许吸收元件的特性曲线更合适而不要求使用不同的挤压模。，下面是能量吸收元件及其制造过程专利的具体信息内容。
1.一种能量吸收元件，其在能安装在车门凹处用于通过变形吸 收碰撞的能量，其特征在于，它由端部不封闭的恒定截面的圆柱体规 则堆置形成的蜂窝形芯构成，堆置被利用圆柱体的平面和切面限定的 两个底部限制，所述平面和切面在芯的每一侧设置一个，根据在堆置 中使用的模式限制或正割所有或一些圆柱体，其中底部之一用于安装 在门的饰边的不可见的那一面上，另外一个对着门接收碰撞的不可见 表面安装，芯的圆柱体的轴向的定向与支撑底部平行，并且两个底部 支撑和芯的圆柱体的轴线本质上垂直于碰撞力的方向。
2.如权利要求1所述的能量吸收元件，其中，所述底部之一由集 成于芯中的壁组成。
3.如权利要求1所述的能量吸收元件，其中，所述底部由集成于 芯的壁组成。
4.如权利要求1所述的能量吸收元件，其中，所述芯由规则堆置 的多边形横截面的中空圆柱体构成。
5.如权利要求4所述的能量吸收元件，其中，所述芯由六边形横 截面的中空圆柱体呈蜂窝形堆置构成。
6.如权利要求1所述的能量吸收元件，其中，芯由规则堆置圆形 或者椭圆横截面的中空圆柱体构成。
7.如权利要求1所述的能量吸收元件，其中，吸收元件的芯的一 些空腔用泡沫填充。
8.如权利要求7所述的能量吸收元件，其中，它具有隔行填充 泡沫的空腔。
9.如权利要求7所述的能量吸收元件，其中，所述芯接近于一 个和另一个底部的排对应于它们体积的1/4，且所述空腔中填充泡沫。
10.如权利要求7所述的能量吸收元件，其中，接近所述底部之 一的那些排有一半在空腔中填充泡沫。
11.如权利要求7所述的能量吸收元件，其中，中间排有一半在 空腔填充泡沫。
12.制造前述权利要求所述能量吸收元件的过程，其特征在于， 通过弹性地挤压单个连续件获得，从连续挤压件开始通过根据垂直或 者倾斜切割壁的切割获得每个元件的最后结构。
13.如权利要求10所述的制造能量吸收元件的过程，其中，当 从挤压连续件切割出吸收元件时，它的部分空腔根据预定模式填充泡 沫。
14.如权利要求10所述的制造能量吸收元件的过程，其中，利 用模具进行吸收元件的切割。
15.如权利要求10所述的制造能量吸收元件的过程，其中，利 用激光进行吸收元件的切割。
16.如权利要求10所述的制造能量吸收元件的过程，其中，利 用非常高压喷射水进行吸收元件的切割。
技术领域
本发明涉及一种用于吸收车门上碰撞能量的能量吸收元件及其制 造过程。
本发明的特征在于，使用由平行于它们纵轴线的两个底部限定的 棱柱单元结构，该结构可由集成在吸收元件中的壁构成，通过能产生 连续部件的挤压加工来制造，从连续部件中利用切割获得的能量吸收 元件具有适于要保护区域的形式的投影形状。
根据本发明的能量吸收系统被容纳于车门的凹处中，考虑了在这 种类型应用中所需的限制。
柱状单元的排列是横向于碰撞力的方向，这导致非常接近最理想 的能量吸收特性。
本发明考虑了泡沫的使用，其允许吸收元件抵抗碰撞力的力值是 可调节的而不完全改变改变特性的模式并且也不要求使用几种挤压 模。
背景技术
在车辆设计中最重要的问题之一是安全，特别是如果发生碰撞对 车里面的人的保护。
从纯物理的观点碰撞能够被解释为非常大的外力主要作用在车身 的局部面积上。通过这些力的作用的变形甚至车身的断裂可能通过侵 入到车内的空间和通过原始外力的传递而导致车里的人受伤，必须尽 可能地减小受伤的可能。
考虑在车身尤其在车门发生物质碰撞的情况。在碰撞期间，物质 将它所有的运动能量主要转换为变形功和热功。在碰撞物质和接受碰 撞的物质中都将发生变形。为了使碰撞物质不对车的内部产生损坏， 必须将超过一定最大值的力不传递到最里面的结构，这用作元件吸收 碰撞能量的基础。
如果能量吸收元件能够吸收和释放尽可能多的能量，以更高的措 施考虑这种情况；并且以可控的方式进行吸收。
具有这个目的已知多个能量吸收装置，用于承受构成它们结构的 变形和损坏。如已经提到的，传递的力必须不超过特定预设值，因为 如果超过，在底部固定于能量吸收元件的地方就将传递力，其比车里 面的人能承受的最大力更大。
一种常用的解决方案包括使用由底部构成的弹性片，在底部上存 在多个锥形，并且它们的主轴平行于碰撞力的方向。这种方案的例子 在法国专利公开号FR 2784151中描述。在它们底部上的锥形的数量、 高度和分布不必是规则的，而是被确定以取得靠近在设计标准中所建 立的特性。
公开号US4352484的专利公开了另一类型的能量吸收元件，其 基于由蜂窝单元结构形成的层堆置的结构。叠加这些层，一层的壁不 必与下一层的壁一致。然而，注意这些层的每一层，形成蜂窝结构的 棱柱体具有与碰撞力作用的方向一致的轴线。在这个专利中，说明了 聚亚安酯泡沫填充单元以增加能量吸收能力。
泡沫填充能够占用单元内部的全部或者不是，如在欧洲专利公开 号EP0744281中所公开的。在这个专利文件公开的发明中，使用具有 蜂窝结构的底部，其中蜂窝结构的主轴与碰撞方向一致。在形成蜂窝 结构的棱柱体端部中，加入泡沫填充它们的内部体积部分。在这种情 况下，泡沫另外被用作噪声吸收介质。
公开号US6245408和US6472043的专利是通过包括开口改变改变 每个单元的特性的发明的实例。同样地作用力的方向与形成单元的棱 柱体主轴的方向平行。壁的破碎通过存在能建立应力集中限定点的开 口，以可控的方式发生。
与为吸收能量而设计这些类型结构一样，存在特别的泡沫和传统 的泡沫。
传统泡沫具有特性，使得传递到支撑元件的力总是增加，因此它 们不适合用于高能量级的碰撞。优点是，在制造和安置方面它们能提 供简单性。
另一方面，特别泡沫具有可收缩的结构特性并且象传统泡沫一样 被制造。这些材料是在实验室中准备的特别的合成物。它们用在太空 技术中，因此它们的成本很高并且很难在市场上得到。
在提到的所有可收缩结构中，力的方向与形成单元的棱柱体轴线 平行，并且它们具有与使能量吸收程度最优化的理想曲线在大部分情 况下都偏离的特性曲线；并且如果获得的曲线是好的，当它是具有锥 形类型元件的吸收体的情况时，它们具有其他严重的缺点，诸如不连 续的介质，和它们的特性依据碰撞接收的面积，并且它们利用喷射制 造并且任何改变都意味着制造工具的改变，制造工具上的改变相对于 转化塑料的其他技术是非常昂贵的。
本发明建立了用于构成可变形芯或结构的堆置中的恒定截面的圆 柱体的工作模式，并且特别地当使用与现有技术的该状态下已知不同 的多边形截面时，棱柱体也通过挤压元件形成，挤压元件能够根据经 验切割成最合适形状。
本发明通过结合泡沫也允许改变，主要是缩放响应特性，其中避 免使用例如多个挤压模。
从纯物理的观点碰撞能够被解释为非常大的外力主要作用在车身 的局部面积上。通过这些力的作用的变形甚至车身的断裂可能通过侵 入到车内的空间和通过原始外力的传递而导致车里的人受伤，必须尽 可能地减小受伤的可能。
考虑在车身尤其在车门发生物质碰撞的情况。在碰撞期间，物质 将它所有的运动能量主要转换为变形功和热功。在碰撞物质和接受碰 撞的物质中都将发生变形。为了使碰撞物质不对车的内部产生损坏， 必须将超过一定最大值的力不传递到最里面的结构，这用作元件吸收 碰撞能量的基础。
如果能量吸收元件能够吸收和释放尽可能多的能量，以更高的措 施考虑这种情况；并且以可控的方式进行吸收。
具有这个目的已知多个能量吸收装置，用于承受构成它们结构的 变形和损坏。如已经提到的，传递的力必须不超过特定预设值，因为 如果超过，在底部固定于能量吸收元件的地方就将传递力，其比车里 面的人能承受的最大力更大。
一种常用的解决方案包括使用由底部构成的弹性片，在底部上存 在多个锥形，并且它们的主轴平行于碰撞力的方向。这种方案的例子 在法国专利公开号FR 2784151中描述。在它们底部上的锥形的数量、 高度和分布不必是规则的，而是被确定以取得靠近在设计标准中所建 立的特性。
公开号US4352484的专利公开了另一类型的能量吸收元件，其 基于由蜂窝单元结构形成的层堆置的结构。叠加这些层，一层的壁不 必与下一层的壁一致。然而，注意这些层的每一层，形成蜂窝结构的 棱柱体具有与碰撞力作用的方向一致的轴线。在这个专利中，说明了 聚亚安酯泡沫填充单元以增加能量吸收能力。
泡沫填充能够占用单元内部的全部或者不是，如在欧洲专利公开 号EP0744281中所公开的。在这个专利文件公开的发明中，使用具有 蜂窝结构的底部，其中蜂窝结构的主轴与碰撞方向一致。在形成蜂窝 结构的棱柱体端部中，加入泡沫填充它们的内部体积部分。在这种情 况下，泡沫另外被用作噪声吸收介质。
公开号US6245408和US6472043的专利是通过包括开口改变改变 每个单元的特性的发明的实例。同样地作用力的方向与形成单元的棱 柱体主轴的方向平行。壁的破碎通过存在能建立应力集中限定点的开 口，以可控的方式发生。
与为吸收能量而设计这些类型结构一样，存在特别的泡沫和传统 的泡沫。
传统泡沫具有特性，使得传递到支撑元件的力总是增加，因此它 们不适合用于高能量级的碰撞。优点是，在制造和安置方面它们能提 供简单性。
另一方面，特别泡沫具有可收缩的结构特性并且象传统泡沫一样 被制造。这些材料是在实验室中准备的特别的合成物。它们用在太空 技术中，因此它们的成本很高并且很难在市场上得到。
在提到的所有可收缩结构中，力的方向与形成单元的棱柱体轴线 平行，并且它们具有与使能量吸收程度最优化的理想曲线在大部分情 况下都偏离的特性曲线；并且如果获得的曲线是好的，当它是具有锥 形类型元件的吸收体的情况时，它们具有其他严重的缺点，诸如不连 续的介质，和它们的特性依据碰撞接收的面积，并且它们利用喷射制 造并且任何改变都意味着制造工具的改变，制造工具上的改变相对于 转化塑料的其他技术是非常昂贵的。
本发明建立了用于构成可变形芯或结构的堆置中的恒定截面的圆 柱体的工作模式，并且特别地当使用与现有技术的该状态下已知不同 的多边形截面时，棱柱体也通过挤压元件形成，挤压元件能够根据经 验切割成最合适形状。
本发明通过结合泡沫也允许改变，主要是缩放响应特性，其中避 免使用例如多个挤压模。
发明内容
本发明涉及一种用于安装在门的凹处中吸收横向碰撞能量的能量 吸收元件及其制造过程。
吸收碰撞能量的元件以这样的方式安装在门的凹处中，它们通过 一个底部固定到门贴脸看不见的表面并且另一底部靠在或者在门看不 见的表面。
吸收元件是用于对抗由门结构传递的力的部件。通过作用力与反 作用力的原理它所抵抗的力是它传到它底部的力。这个力不应该超过 车里面人的承受极限。
由于变形包括一系列导致能量吸收元件逐渐变碎的结构，传递的 力即时依据每一个结构。
在能量吸收元件变形的研究中，把独立的力作为变量是方便的， 位移d的值代替时间变量t。如果我们希望力F作用到吸收元件为F(d)， 那么从积分的值中
可以得到吸收能量值，其中dmax是最大位移值。表达式F(d)作 为d的函数，允许在它的曲线下方的区域用于说明在F(d)作用下变 形期间的吸收的能量。
实际上，在碰撞中，一旦已经达到最大位移，一定程度的弹性复 原是可能的。
弹性变形能够利用曲线向后连续表示(总是具有非常小的力)导 致曲线中滞后。在实际的关系中能够将复原曲线作为第二条曲线，其 中与在它下面面积相关的能量被解释为没有消耗但是转化为弹性能 量。
希望与最后一段相关的区域尽可能地小。
力F(d)必须被最大值Fmax所限制的事实意味着在图表中建立水 平线，在任何时候F(d)都应该保持在该水平线的下面。结果，理想 的吸收元件将会是那些特性曲线适于尽可能接近优化被覆盖的区域的 Fmax值的元件。
面积最大或者被吸收的能量最大而同时传递的力不超过力的最大 值发生在：
对碰撞力响应产生尽可能地快，导致明显的初始斜率，
当到达接近最大值的时候，它保持恒定并且适合最大值曲线 (通常称之为“稳定”值)
当已经到达最大的变形时，没有弹性复原。
吸收元件成功地满足了这些要求，通过使用两个平的底部，在它 们之间通过规则地堆置连续的横截面、多面体或不是多面体的中空圆 柱体构成的结构。即使中空圆柱体是多边形结构，它们在说明书中可 被称为棱柱体。
在整个说明书中，吸收元件的底部必须被解释为由平面组成的几 何位置，该平面用作由堆置中空圆柱体形成的芯的基础或者主要支 撑。作为几何整体的该平面能够相切于组成支撑的所有圆柱体，或者 根据在堆置中使用的图形切割于它们中的所有或者一些。
这两个底部中的一个或两个能够由平面的实体壁形成，实体壁是 吸收元件的部分并且因此与构成芯的每个圆柱体的内壁的剩下部分挤 压。通过例子，一个具有蜂窝结构，其具有六角形多面体横截面的棱 柱体，或者圆形或椭圆形横截面的圆柱体的堆置，其中当然可以是既 不是圆的又不是椭圆的横截面的其它凹处或者空间。
这两个底部在元件的一侧和另一侧并且它们平行于组成芯的圆柱 体的主轴。一个底部是靠在支撑上并且另外一个是接收碰撞力以压缩 位于两个底部之间的芯。
利用这种结构碰撞力垂直作用到底部并且因此垂直于圆柱体的 轴。
通过挤压得到连续的部件并获得这种结构，从连续挤压部件中利 用切割获得能量吸收元件。切割可以是垂直或者倾斜的，例如排除一 些表面，其定义在里面安装它的凹处。
适合于这些情况的切割过程是利用模具切割，通过激光切割，和 利用加压水喷射切割。
在这种结构上获得的响应曲线靠近于理想曲线：吸收力等级的快 速上升，直到元件倒塌保持恒定并且在这个恒定段中没有顶点，该恒 定段如果不存在明显的波动允许紧贴于最大值。
由于它连续的结构，传递到支撑底部的最后力与力作用的区域无 关。这一点不发生在锥形结构中，由于它们不连续的结构，锥形结构 具有如下缺点，依据力作用点的变化而使特性变化。
这一方面是重要的，由于通过改变车辆的悬架，根据型式给定的 车辆模型可能具有不同的高度。具有锥形的这种类型吸收元件将具有 对这辆车辆模型和另外一辆不同的特性。由于前述的连续性，利用本 发明的吸收元件不会发生这种情况。
对于在支撑上压力分布上的两侧的结构影响，这个结果也是重要 的。由于点力趋向于导致非常独立于支撑点的均匀压力分布，具有倾 斜平面的侧面的压力不产生应力集中，从而非垂直侧面结构在能量吸 收元件的一般特性上具有小并且有限的影响。
为了获得一种能量吸收元件，其具有较高的响应曲线，并因此具 有较大的下部区域，意味着较大能量吸收，使用导致较厚的挤压模是 足够。虽然可以选择要求不同强度所要求的模，但是这也意味着非常 高的成本。
本发明克服了这个缺点，通过在一些单元中填充泡沫可以在相同 结构上调节响应曲线的高度。
在单元中泡沫的存在稳定了单元壁局部抵抗弯曲，所以象泡沫提 供的轻微横向支撑完全增加了蜂窝结构的整个响应。
与蜂窝结构的壁相比，泡沫的抵抗能力可以忽略不计；然而，当 它们用作稳定壁的时候，不同密度泡沫的使用允许吸收元件的整个响 应被完全改变。
泡沫密度的变化不是唯一能允许吸收元件的响应曲线图缩放的变 化，通过部分填充改变填充单元结构方式也允许这样的改变。
当曲线图缩放的时候，应该理解存在对简单的比率变化没有反应 的其他很小的变化，但是这些变化相对于整个特性在数量上是可以忽 略的。
利用吸收元件这种结构获得优化的特性，以及以可控和可预知的 方式改变曲线特性的可能性是由于在多种可能情况中进行严格选择， 在这些情况中结合实验进行了数字模拟。这些实验情况将在具体实施 方式的部分通过例子详细地描述。
附图说明
本发明描述的说明书包括用来说明但不以任何方式限制本发明优 选的实施例的一套附图。
图1示出一套根据在不同表面具有或者不具有壁的不同结构的碰 撞能量吸收元件的芯结构。在这些结构上通过标记表示一组力。作用 到芯的每个外部力的相关箭头用来表示力的方向并且应用情况，其在 图3示出的图表中。
图2示出通过数值模拟获得的本发明实施例的典型特性。在这个 图表上将理想的特性和进行试验结果得到的特性进行比较。
图3示出吸收元件芯的特性图，在向圆柱形车身主轴的轴向碰撞 和横向碰撞，以示出第一个相对于第二个的振幅更大。从这幅图起， 所有示出的结果符合横向作用于圆柱形车身轴的上力，其构成能量吸 收元件的芯并且在两个轴上具有相同的比例。
图4示出在没有上壁和下壁时能量吸收元件的特性图。
图5示出与除了下底和上底还集成有侧壁的那些不同的能量吸收 元件的特性图。
图6示出在下底部具有单独壁的吸收元件的特性图。
图7示出表示利用设计标准的本发明实施例的图表。
图8示出本发明实施例的吸收元件与具有部分填充其单元部分的 相同吸收元件获得的曲线进行比较的特性图。
图9示出具有空单元的能量吸收元件和三个其他具有三种用泡沫 填充单元不同方式的例子。
吸收碰撞能量的元件以这样的方式安装在门的凹处中，它们通过 一个底部固定到门贴脸看不见的表面并且另一底部靠在或者在门看不 见的表面。
吸收元件是用于对抗由门结构传递的力的部件。通过作用力与反 作用力的原理它所抵抗的力是它传到它底部的力。这个力不应该超过 车里面人的承受极限。
由于变形包括一系列导致能量吸收元件逐渐变碎的结构，传递的 力即时依据每一个结构。
在能量吸收元件变形的研究中，把独立的力作为变量是方便的， 位移d的值代替时间变量t。如果我们希望力F作用到吸收元件为F(d)， 那么从积分的值中
可以得到吸收能量值，其中dmax是最大位移值。表达式F(d)作 为d的函数，允许在它的曲线下方的区域用于说明在F(d)作用下变 形期间的吸收的能量。
实际上，在碰撞中，一旦已经达到最大位移，一定程度的弹性复 原是可能的。
弹性变形能够利用曲线向后连续表示(总是具有非常小的力)导 致曲线中滞后。在实际的关系中能够将复原曲线作为第二条曲线，其 中与在它下面面积相关的能量被解释为没有消耗但是转化为弹性能 量。
希望与最后一段相关的区域尽可能地小。
力F(d)必须被最大值Fmax所限制的事实意味着在图表中建立水 平线，在任何时候F(d)都应该保持在该水平线的下面。结果，理想 的吸收元件将会是那些特性曲线适于尽可能接近优化被覆盖的区域的 Fmax值的元件。
面积最大或者被吸收的能量最大而同时传递的力不超过力的最大 值发生在：
对碰撞力响应产生尽可能地快，导致明显的初始斜率，
当到达接近最大值的时候，它保持恒定并且适合最大值曲线 (通常称之为“稳定”值)
当已经到达最大的变形时，没有弹性复原。
吸收元件成功地满足了这些要求，通过使用两个平的底部，在它 们之间通过规则地堆置连续的横截面、多面体或不是多面体的中空圆 柱体构成的结构。即使中空圆柱体是多边形结构，它们在说明书中可 被称为棱柱体。
在整个说明书中，吸收元件的底部必须被解释为由平面组成的几 何位置，该平面用作由堆置中空圆柱体形成的芯的基础或者主要支 撑。作为几何整体的该平面能够相切于组成支撑的所有圆柱体，或者 根据在堆置中使用的图形切割于它们中的所有或者一些。
这两个底部中的一个或两个能够由平面的实体壁形成，实体壁是 吸收元件的部分并且因此与构成芯的每个圆柱体的内壁的剩下部分挤 压。通过例子，一个具有蜂窝结构，其具有六角形多面体横截面的棱 柱体，或者圆形或椭圆形横截面的圆柱体的堆置，其中当然可以是既 不是圆的又不是椭圆的横截面的其它凹处或者空间。
这两个底部在元件的一侧和另一侧并且它们平行于组成芯的圆柱 体的主轴。一个底部是靠在支撑上并且另外一个是接收碰撞力以压缩 位于两个底部之间的芯。
利用这种结构碰撞力垂直作用到底部并且因此垂直于圆柱体的 轴。
通过挤压得到连续的部件并获得这种结构，从连续挤压部件中利 用切割获得能量吸收元件。切割可以是垂直或者倾斜的，例如排除一 些表面，其定义在里面安装它的凹处。
适合于这些情况的切割过程是利用模具切割，通过激光切割，和 利用加压水喷射切割。
在这种结构上获得的响应曲线靠近于理想曲线：吸收力等级的快 速上升，直到元件倒塌保持恒定并且在这个恒定段中没有顶点，该恒 定段如果不存在明显的波动允许紧贴于最大值。
由于它连续的结构，传递到支撑底部的最后力与力作用的区域无 关。这一点不发生在锥形结构中，由于它们不连续的结构，锥形结构 具有如下缺点，依据力作用点的变化而使特性变化。
这一方面是重要的，由于通过改变车辆的悬架，根据型式给定的 车辆模型可能具有不同的高度。具有锥形的这种类型吸收元件将具有 对这辆车辆模型和另外一辆不同的特性。由于前述的连续性，利用本 发明的吸收元件不会发生这种情况。
对于在支撑上压力分布上的两侧的结构影响，这个结果也是重要 的。由于点力趋向于导致非常独立于支撑点的均匀压力分布，具有倾 斜平面的侧面的压力不产生应力集中，从而非垂直侧面结构在能量吸 收元件的一般特性上具有小并且有限的影响。
为了获得一种能量吸收元件，其具有较高的响应曲线，并因此具 有较大的下部区域，意味着较大能量吸收，使用导致较厚的挤压模是 足够。虽然可以选择要求不同强度所要求的模，但是这也意味着非常 高的成本。
本发明克服了这个缺点，通过在一些单元中填充泡沫可以在相同 结构上调节响应曲线的高度。
在单元中泡沫的存在稳定了单元壁局部抵抗弯曲，所以象泡沫提 供的轻微横向支撑完全增加了蜂窝结构的整个响应。
与蜂窝结构的壁相比，泡沫的抵抗能力可以忽略不计；然而，当 它们用作稳定壁的时候，不同密度泡沫的使用允许吸收元件的整个响 应被完全改变。
泡沫密度的变化不是唯一能允许吸收元件的响应曲线图缩放的变 化，通过部分填充改变填充单元结构方式也允许这样的改变。
当曲线图缩放的时候，应该理解存在对简单的比率变化没有反应 的其他很小的变化，但是这些变化相对于整个特性在数量上是可以忽 略的。
利用吸收元件这种结构获得优化的特性，以及以可控和可预知的 方式改变曲线特性的可能性是由于在多种可能情况中进行严格选择， 在这些情况中结合实验进行了数字模拟。这些实验情况将在具体实施 方式的部分通过例子详细地描述。
附图说明
本发明描述的说明书包括用来说明但不以任何方式限制本发明优 选的实施例的一套附图。
图1示出一套根据在不同表面具有或者不具有壁的不同结构的碰 撞能量吸收元件的芯结构。在这些结构上通过标记表示一组力。作用 到芯的每个外部力的相关箭头用来表示力的方向并且应用情况，其在 图3示出的图表中。
图2示出通过数值模拟获得的本发明实施例的典型特性。在这个 图表上将理想的特性和进行试验结果得到的特性进行比较。
图3示出吸收元件芯的特性图，在向圆柱形车身主轴的轴向碰撞 和横向碰撞，以示出第一个相对于第二个的振幅更大。从这幅图起， 所有示出的结果符合横向作用于圆柱形车身轴的上力，其构成能量吸 收元件的芯并且在两个轴上具有相同的比例。
图4示出在没有上壁和下壁时能量吸收元件的特性图。
图5示出与除了下底和上底还集成有侧壁的那些不同的能量吸收 元件的特性图。
图6示出在下底部具有单独壁的吸收元件的特性图。
图7示出表示利用设计标准的本发明实施例的图表。
图8示出本发明实施例的吸收元件与具有部分填充其单元部分的 相同吸收元件获得的曲线进行比较的特性图。
图9示出具有空单元的能量吸收元件和三个其他具有三种用泡沫 填充单元不同方式的例子。
具体实施方式
本发明包括用于安装在车辆的门凹处的碰撞能量吸收元件和允许 其获得的制造过程。
这种类型装置存在重要设计约束，因为它的功能是阻止由于在门 外表面上碰撞产生的力以高于特定值传到内表面上并且阻止使车内的 人产生伤害或受伤。
由于容纳它的空间在宽度上受到限制，因此能量吸收能力也受到 限制。对这种情况论证如下：
在本发明的说明中，吸收能量的值已经被确定为由作用于能量吸 收元件的力进行作功并且通过从0值到最大位移值(dmax)的积分计算。 因此吸收的能量受到最大的位移限制，该最大位移不能大于被压缩的 能量吸收元件的宽度。而且，一直符合变形力的函数F(d)的值是由 Fmax限定的值，被传递的最大值必须不超过能导致车里面的人受伤所 应忍受的力。
由于在函数和在积分间距上这两个限制，确定出利用理想能量吸 收元件能吸收的最大能量等于Fmax*dmax的乘积。
在图2中该线被确定并且在相应坐标(Fmax，dmax)的点(A)结 束。
在能量吸收元件的设计中还存在其他限制。
当碰撞的变形开始时，能量吸收元件必须相应能迅速达到最大值 的相对力，最大值尽可能接近垂直线。该特性物化为具有高斜率并且 大于特定值(α)的特性曲线的开始段。
当已经到达力的高值时，吸收元件必须能够保持它直到结束都恒 定并且几乎没有波动。在相同的图中已经标出最大的波动范围是15％。
当达到最大的变形、点(B)时，存在一定的弹性复原，其导致 向后延伸的曲线最后一段。
位于曲线从(B)开始的最后一段下面的区域表示能量，其没有 用于变形功也没有使之以热的形式消耗而是被弹性地存储。该区域必 须最小。
为了能够获得能最好适合前述要求的能量吸收元件的目的，利用 图1中示出的并且以小字母确定的结构进行不同的实验。在这些相同 的结构中Fi表示力，其中i＝1，…，15，其对应于十五种不同的实验， 一个具有单独作用的每个力。
简而言之，相应于图1中的每个参考字母能够排列结构：
a.通过堆置六边形截面的圆柱体形成没有壁的芯。
b.与上述(a)相同结构但是包括在下底部上的壁。
c.具有六边形截面的圆柱体并且在上底和下底上具有壁的蜂窝 芯。
d.与上述(c)相似的结构，在右手侧增加一个另外的壁，同样 构成吸收元件的部分。
e.与(c)相似的结构，增加两个另外的壁，构成吸收元件的部 分。
图3、4、5、6和7的图表示出获得的结果。仅包括最有代表性的， 结果与示出的情况相似的情况没有示出而在后面进行解释。在每个图 中，以ci形式出现的图例表示由相应于图1中试验的号码，其中i是变 量，并且试验的号码由相应于图1中示出的元件上作用力Fi。
在除了图3中的图表外的所有图表中，对横坐标和纵坐标使用相 同的比例。
图3的特别之处在于，在第一个实验测试中，施加与轴向方向一 致的力，也就是说，平行于芯所具有的圆柱体的轴。相同的图包括利 用横向力进行测试以在特性中进行比较不同的响应曲线。
关于沿轴向(c1、c7)的碰撞的曲线，虽然它们具有很高的初始 斜率，但是当达到最大值时不能够保持被传递力并且在到达比由关于 横向于圆柱体主轴的碰撞(c2、c3)的曲线所允许的位移值更小的位 移值时塌陷。仅通过能够到达非常高的力值使得面积的值较大；然而， 由于由Fmax规定的标准较小，通过截去图表，可以说明这种类型的装 置不合适并且它的特性远离理想情况。
在该图中没有示出曲线c4、c10和c13，因为它们是相似的并且它 们在如c1和c7相同的范围变化，因此相同的结论用于后面这几种情况。
从图4开始，示出的图表相应于任何一种试验，其中对构成吸收 元件芯的棱柱形体的主轴的具有横向力。在图4中，根据本发明考虑 能量吸收元件如此构成，通过在两个底部—一个上和一个下—之间堆 置棱柱体构成具有蜂窝结构芯。壁不包括在上底部和下底部上，也不 包括在两侧上。
在图4中分别示出已经在图3中表示过的曲线c2和c3，为了进行与 沿着棱柱体的主轴方向施加力的响应曲线进行比较。感觉上曲线c2是 可以接受，它满足要求的标准：它包含在Fmax和Fmin之间，同时在稳定 值上的波动小于15％，它具有高的初始斜率并且减小了相关滞后的特 性。
由于堆置方向和在底部的支撑的不同，曲线c3在特性方面与曲线 c2非常相似，因为这些发生在六角形的最高点而不是表面。
在图5的图表中，曲线包括在作用力Fii＝9、12、15施加在一侧的实验 中获得的曲线。
在c9这种情况中，能量吸收元件具有一个在上底部和另一个在下 底部的两个壁。是能量吸收元件部分的这两个壁是平的，因此能量吸 收元件不只是用于作用力的平面。观察临近任何一个壁平面的单元足 够检验一些单元是完全的而另外一些中平面穿过中间。事实上这些半 个单元是不规则的更能抵抗压缩的多边单元，因为在对抗压缩时它们 具有更小的自由度。
在表面上这种较大的刚性允许力均匀地分布到整个芯上，发生芯 的变形导致具有较小波动的特性。这是真的，如c8，当力垂直于底部 的平面时候；然而，如c9，当力平行于这些底部中任何一个时，它们 必须沿着在它们自己平面包含的一个方向压缩。由于局部弯曲可能产 生失败，并且它将更加靠近由第一个实验实施的特性，由于壁也平行 于力的方向。
当达到最大值并且变形超过一定度的时候，符合情况c9的曲线又 增加到具有导致更大波动的力。
在根据情况c12和c15结构进行的试验中，除了主要底部上的壁， 也集成了侧壁。
虽然在情况c9中构成与力作用方向平行的平面，但是在情况c12 和c15中，这些平面在力作用的平面和在相对壁上补充有一个(c12) 或者两个(c15)其他壁。
这些壁将在整个芯上处于均匀的拉紧状态，由于具有侧向平面侧 向力的作用能够被具有上和下底部的作用吸收；仅仅在这种情况下， 总是存在至少一个与平行力作用平行的平面。
这种力的均化稳定了到达最大值后常值，根据不能保持的顶点到 达最大值并且因此限制能量吸收的能力。
为了完成所有在图1中计划的所有情况，应该考虑响应曲线c11和 c14。没有包括这些曲线的图表，由于它们相似于具有与力方向平行 的壁最后一个试验；不过，下面评论获得的结果。
曲线c14相应于，力作用在两个底部和两个侧面都有壁的吸收元 件上。这个实验虽然没有完全相同的响应曲线，但是与力作用于一侧 上(c15)的实验相似。由于相应于试验c15力作用的侧壁被六角形横 截面的圆柱体的顶部结合并且上壁具有六角形截面的一致圆柱体的完 全表面，响应曲线15是较高的并且具有较大的顶点。
在两种情况中，原因是导致不完全的单元临近壁的结构。在施加 力F15的侧壁中，不完全单元是非常小的并且因此非常刚性的，为此 壁作用好像是非常厚但分成几部分；然而，在施加力F14的壁中，不 完全的单元是半个单元(比前面单元的尺寸大)，其影响更大的体积 好像壁是更厚的。较大的体积意味着，通过F15的作用的压缩必须克 服在力作用方向上安装的壁，其具有比导致较高阻值(响应曲线c15 较高)的厚度更厚并且具有顶点。响应曲线c14是较光滑的，但是具 有相同的稳定值的额外变化。
曲线c11，通过除去侧壁中的一个而改善它的特性，但是继续不 符合要求标准的这个c11曲线，具有可能的弹性复原的真正的最后长 度，由于不导致足够变形的结构的对称性。
进行新的试验，在底部具有单独壁的元件上的相对壁的自由表面 (c5)上和在侧面(c6)施加作用力。在图6的图表中示出这些结果。
相应于横向力作用的曲线c6具有力下落过大范围的值，并且它不 能保持在最大值附近。
曲线c5是基于由堆置棱柱体组成的芯限制在两个底部之间构成的 本发明的实施例获得的响应，其中下底部由集成于吸收元件的壁组 成。相对面相应于壁所在面的相对上底部上垂直作用的力。曲线c5相 对于曲线c6改正稳定值的波动。这个改进是由于不存在与力作用方向 平行的壁。
图7的图表相应于情况8，并且相应于本发明实施力产生的结构， 其中堆置棱柱体的结果是使用蜂窝芯，在两个底部上具有相对的壁并 且作用力垂直于底部的平面，或者同样效果的，垂直于能堆置组成的 棱柱体轴。
这种结构能，在初始上升之后在压缩部分中在最大和最小值之间 允许最小的波动幅度和一定程度也是最小的弹性复原。这最好的结果 没有排出这些实施例，其使用一个或者没有壁并且总是具有横向于圆 柱体主轴的作用力，由于它们同样证明了如在不同图表中评论示出的 要求标准。
认为以下情况都包括在本发明中，无论多边形横截面或者弯曲的 横截面、圆的或者椭圆横截面的圆柱体组成堆置，提供的堆置规则的 并且限制于两个底部之间，没有壁或者一个或者两个，其是挤压件的 一部分。
通过单件弹性地挤压获得能量吸收元件。该部件通过两个没有 壁、具有一个或两个壁的连续底部形成，在两个底部之间限制有连续 的芯。沿垂直或者倾斜方向的切割作用导致获得能量吸收单独元件。
切割将沿着根据由要被覆盖的凹处主要限定的结构的路径，并且 在一些或所有部分中切割能够倾斜。
具有这些特性的部件挤压要求挤压模。具有不同强度的部件挤压 要求使用具有可能较高成本的新模。
在本发明中使用泡沫改变，本质上是放大特性曲线。
在图8中示出第一曲线(s1)，其相应于在没有泡沫的吸收元件 上进行的实验。
利用虚线曲线表示最小值(Fmin)，其被要求用在该最小值超过 曲线(s1)提供值的特定应用。
第二曲线(s2)表示使用泡沫并且隔行填充的吸收元件的响应。 泡沫的结合使得到力的值变为两倍，由于它的单元壁的部分已经抵着 弯曲稳定。
以隔行填充的方式意味着大约50％的体积被泡沫占据(除了靠近 底部的单元)。
能够使用不同的方式填充相同的体积，获得在响应中以曲线比例 因素的不同值并且在它的中间部分(稳定斜率)力值的斜率的变化的 不同值。
图9示出四种利用泡沫填充吸收元件单元方式的不同情况：
(a)不具有泡沫的本发明实施例的吸收元件，
(b)具有隔行填充泡沫的吸收元件，
(c)具有相应于它们体积中上面两排和下面两排填充泡沫的单 元排的吸收元件，
(d)具有它们体积上半填充泡沫的单元排的吸收元件。
对于图9中考虑的不同填充方式，利用下面表格反映稳定或者中 间部分的比例因素(f)和斜率(p)。 填充方式 f p 没有填充 x 0° 隔行填充 2x +5° 在上四和下四排中填充 4x +10° 在中间填充 4.2x +14°
通过改变行的数目或者填充泡沫的单元，可以调节曲线的比例直 到曲线位于要求的范围。
在斜率(p)中的增量不必是消极因素，由于如果没有填充物的 吸收元件具有负的稳定斜率，在填充泡沫时在斜率上的增量导致朝向 水平的改正并且它因此将较大适应由Fmax限定的理想曲线。
通过改变材料、形式、尺寸和组成元件的布置都不会改变本发明 的本质特征，以非限制性方式描述，这对本领域专家来制造它的复制 品是足够的。
这种类型装置存在重要设计约束，因为它的功能是阻止由于在门 外表面上碰撞产生的力以高于特定值传到内表面上并且阻止使车内的 人产生伤害或受伤。
由于容纳它的空间在宽度上受到限制，因此能量吸收能力也受到 限制。对这种情况论证如下：
在本发明的说明中，吸收能量的值已经被确定为由作用于能量吸 收元件的力进行作功并且通过从0值到最大位移值(dmax)的积分计算。 因此吸收的能量受到最大的位移限制，该最大位移不能大于被压缩的 能量吸收元件的宽度。而且，一直符合变形力的函数F(d)的值是由 Fmax限定的值，被传递的最大值必须不超过能导致车里面的人受伤所 应忍受的力。
由于在函数和在积分间距上这两个限制，确定出利用理想能量吸 收元件能吸收的最大能量等于Fmax*dmax的乘积。
在图2中该线被确定并且在相应坐标(Fmax，dmax)的点(A)结 束。
在能量吸收元件的设计中还存在其他限制。
当碰撞的变形开始时，能量吸收元件必须相应能迅速达到最大值 的相对力，最大值尽可能接近垂直线。该特性物化为具有高斜率并且 大于特定值(α)的特性曲线的开始段。
当已经到达力的高值时，吸收元件必须能够保持它直到结束都恒 定并且几乎没有波动。在相同的图中已经标出最大的波动范围是15％。
当达到最大的变形、点(B)时，存在一定的弹性复原，其导致 向后延伸的曲线最后一段。
位于曲线从(B)开始的最后一段下面的区域表示能量，其没有 用于变形功也没有使之以热的形式消耗而是被弹性地存储。该区域必 须最小。
为了能够获得能最好适合前述要求的能量吸收元件的目的，利用 图1中示出的并且以小字母确定的结构进行不同的实验。在这些相同 的结构中Fi表示力，其中i＝1，…，15，其对应于十五种不同的实验， 一个具有单独作用的每个力。
简而言之，相应于图1中的每个参考字母能够排列结构：
a.通过堆置六边形截面的圆柱体形成没有壁的芯。
b.与上述(a)相同结构但是包括在下底部上的壁。
c.具有六边形截面的圆柱体并且在上底和下底上具有壁的蜂窝 芯。
d.与上述(c)相似的结构，在右手侧增加一个另外的壁，同样 构成吸收元件的部分。
e.与(c)相似的结构，增加两个另外的壁，构成吸收元件的部 分。
图3、4、5、6和7的图表示出获得的结果。仅包括最有代表性的， 结果与示出的情况相似的情况没有示出而在后面进行解释。在每个图 中，以ci形式出现的图例表示由相应于图1中试验的号码，其中i是变 量，并且试验的号码由相应于图1中示出的元件上作用力Fi。
在除了图3中的图表外的所有图表中，对横坐标和纵坐标使用相 同的比例。
图3的特别之处在于，在第一个实验测试中，施加与轴向方向一 致的力，也就是说，平行于芯所具有的圆柱体的轴。相同的图包括利 用横向力进行测试以在特性中进行比较不同的响应曲线。
关于沿轴向(c1、c7)的碰撞的曲线，虽然它们具有很高的初始 斜率，但是当达到最大值时不能够保持被传递力并且在到达比由关于 横向于圆柱体主轴的碰撞(c2、c3)的曲线所允许的位移值更小的位 移值时塌陷。仅通过能够到达非常高的力值使得面积的值较大；然而， 由于由Fmax规定的标准较小，通过截去图表，可以说明这种类型的装 置不合适并且它的特性远离理想情况。
在该图中没有示出曲线c4、c10和c13，因为它们是相似的并且它 们在如c1和c7相同的范围变化，因此相同的结论用于后面这几种情况。
从图4开始，示出的图表相应于任何一种试验，其中对构成吸收 元件芯的棱柱形体的主轴的具有横向力。在图4中，根据本发明考虑 能量吸收元件如此构成，通过在两个底部—一个上和一个下—之间堆 置棱柱体构成具有蜂窝结构芯。壁不包括在上底部和下底部上，也不 包括在两侧上。
在图4中分别示出已经在图3中表示过的曲线c2和c3，为了进行与 沿着棱柱体的主轴方向施加力的响应曲线进行比较。感觉上曲线c2是 可以接受，它满足要求的标准：它包含在Fmax和Fmin之间，同时在稳定 值上的波动小于15％，它具有高的初始斜率并且减小了相关滞后的特 性。
由于堆置方向和在底部的支撑的不同，曲线c3在特性方面与曲线 c2非常相似，因为这些发生在六角形的最高点而不是表面。
在图5的图表中，曲线包括在作用力Fii＝9、12、15施加在一侧的实验 中获得的曲线。
在c9这种情况中，能量吸收元件具有一个在上底部和另一个在下 底部的两个壁。是能量吸收元件部分的这两个壁是平的，因此能量吸 收元件不只是用于作用力的平面。观察临近任何一个壁平面的单元足 够检验一些单元是完全的而另外一些中平面穿过中间。事实上这些半 个单元是不规则的更能抵抗压缩的多边单元，因为在对抗压缩时它们 具有更小的自由度。
在表面上这种较大的刚性允许力均匀地分布到整个芯上，发生芯 的变形导致具有较小波动的特性。这是真的，如c8，当力垂直于底部 的平面时候；然而，如c9，当力平行于这些底部中任何一个时，它们 必须沿着在它们自己平面包含的一个方向压缩。由于局部弯曲可能产 生失败，并且它将更加靠近由第一个实验实施的特性，由于壁也平行 于力的方向。
当达到最大值并且变形超过一定度的时候，符合情况c9的曲线又 增加到具有导致更大波动的力。
在根据情况c12和c15结构进行的试验中，除了主要底部上的壁， 也集成了侧壁。
虽然在情况c9中构成与力作用方向平行的平面，但是在情况c12 和c15中，这些平面在力作用的平面和在相对壁上补充有一个(c12) 或者两个(c15)其他壁。
这些壁将在整个芯上处于均匀的拉紧状态，由于具有侧向平面侧 向力的作用能够被具有上和下底部的作用吸收；仅仅在这种情况下， 总是存在至少一个与平行力作用平行的平面。
这种力的均化稳定了到达最大值后常值，根据不能保持的顶点到 达最大值并且因此限制能量吸收的能力。
为了完成所有在图1中计划的所有情况，应该考虑响应曲线c11和 c14。没有包括这些曲线的图表，由于它们相似于具有与力方向平行 的壁最后一个试验；不过，下面评论获得的结果。
曲线c14相应于，力作用在两个底部和两个侧面都有壁的吸收元 件上。这个实验虽然没有完全相同的响应曲线，但是与力作用于一侧 上(c15)的实验相似。由于相应于试验c15力作用的侧壁被六角形横 截面的圆柱体的顶部结合并且上壁具有六角形截面的一致圆柱体的完 全表面，响应曲线15是较高的并且具有较大的顶点。
在两种情况中，原因是导致不完全的单元临近壁的结构。在施加 力F15的侧壁中，不完全单元是非常小的并且因此非常刚性的，为此 壁作用好像是非常厚但分成几部分；然而，在施加力F14的壁中，不 完全的单元是半个单元(比前面单元的尺寸大)，其影响更大的体积 好像壁是更厚的。较大的体积意味着，通过F15的作用的压缩必须克 服在力作用方向上安装的壁，其具有比导致较高阻值(响应曲线c15 较高)的厚度更厚并且具有顶点。响应曲线c14是较光滑的，但是具 有相同的稳定值的额外变化。
曲线c11，通过除去侧壁中的一个而改善它的特性，但是继续不 符合要求标准的这个c11曲线，具有可能的弹性复原的真正的最后长 度，由于不导致足够变形的结构的对称性。
进行新的试验，在底部具有单独壁的元件上的相对壁的自由表面 (c5)上和在侧面(c6)施加作用力。在图6的图表中示出这些结果。
相应于横向力作用的曲线c6具有力下落过大范围的值，并且它不 能保持在最大值附近。
曲线c5是基于由堆置棱柱体组成的芯限制在两个底部之间构成的 本发明的实施例获得的响应，其中下底部由集成于吸收元件的壁组 成。相对面相应于壁所在面的相对上底部上垂直作用的力。曲线c5相 对于曲线c6改正稳定值的波动。这个改进是由于不存在与力作用方向 平行的壁。
图7的图表相应于情况8，并且相应于本发明实施力产生的结构， 其中堆置棱柱体的结果是使用蜂窝芯，在两个底部上具有相对的壁并 且作用力垂直于底部的平面，或者同样效果的，垂直于能堆置组成的 棱柱体轴。
这种结构能，在初始上升之后在压缩部分中在最大和最小值之间 允许最小的波动幅度和一定程度也是最小的弹性复原。这最好的结果 没有排出这些实施例，其使用一个或者没有壁并且总是具有横向于圆 柱体主轴的作用力，由于它们同样证明了如在不同图表中评论示出的 要求标准。
认为以下情况都包括在本发明中，无论多边形横截面或者弯曲的 横截面、圆的或者椭圆横截面的圆柱体组成堆置，提供的堆置规则的 并且限制于两个底部之间，没有壁或者一个或者两个，其是挤压件的 一部分。
通过单件弹性地挤压获得能量吸收元件。该部件通过两个没有 壁、具有一个或两个壁的连续底部形成，在两个底部之间限制有连续 的芯。沿垂直或者倾斜方向的切割作用导致获得能量吸收单独元件。
切割将沿着根据由要被覆盖的凹处主要限定的结构的路径，并且 在一些或所有部分中切割能够倾斜。
具有这些特性的部件挤压要求挤压模。具有不同强度的部件挤压 要求使用具有可能较高成本的新模。
在本发明中使用泡沫改变，本质上是放大特性曲线。
在图8中示出第一曲线(s1)，其相应于在没有泡沫的吸收元件 上进行的实验。
利用虚线曲线表示最小值(Fmin)，其被要求用在该最小值超过 曲线(s1)提供值的特定应用。
第二曲线(s2)表示使用泡沫并且隔行填充的吸收元件的响应。 泡沫的结合使得到力的值变为两倍，由于它的单元壁的部分已经抵着 弯曲稳定。
以隔行填充的方式意味着大约50％的体积被泡沫占据(除了靠近 底部的单元)。
能够使用不同的方式填充相同的体积，获得在响应中以曲线比例 因素的不同值并且在它的中间部分(稳定斜率)力值的斜率的变化的 不同值。
图9示出四种利用泡沫填充吸收元件单元方式的不同情况：
(a)不具有泡沫的本发明实施例的吸收元件，
(b)具有隔行填充泡沫的吸收元件，
(c)具有相应于它们体积中上面两排和下面两排填充泡沫的单 元排的吸收元件，
(d)具有它们体积上半填充泡沫的单元排的吸收元件。
对于图9中考虑的不同填充方式，利用下面表格反映稳定或者中 间部分的比例因素(f)和斜率(p)。 填充方式 f p 没有填充 x 0° 隔行填充 2x +5° 在上四和下四排中填充 4x +10° 在中间填充 4.2x +14°
通过改变行的数目或者填充泡沫的单元，可以调节曲线的比例直 到曲线位于要求的范围。
在斜率(p)中的增量不必是消极因素，由于如果没有填充物的 吸收元件具有负的稳定斜率，在填充泡沫时在斜率上的增量导致朝向 水平的改正并且它因此将较大适应由Fmax限定的理想曲线。
通过改变材料、形式、尺寸和组成元件的布置都不会改变本发明 的本质特征，以非限制性方式描述，这对本领域专家来制造它的复制 品是足够的。
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