技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于车辆碰撞管理系统的联接模块，该联接模块适于将碰撞盒(吸能盒)附接到缓冲梁(
缓冲器梁)上。本发明还涉及一种碰撞管理系统和一种用于组装这种系统的方法。
背景技术
[0002] 白
车身(BIW)被称为由均质材料制成的
框架和板状件的组件，作为车辆的主要结构。从安全和环境
角度来看，BIW非常重要。所有结构部件都有
刚度和强度要求，但只有部分的结构部件也有
能量吸收要求——碰撞管理系统(CMS)就是其中之一。CMS是在碰撞时吸收冲击能量的碰撞区域的一部分。CMS通常包括至少三种主要类型的部件：缓冲梁、两个碰撞盒和抵靠本体结构的连接板。
[0003]
汽车行业不断寻找减轻重量的手段和材料。关于CMS，还要考虑安全性方面。车辆缓冲梁应通过能量吸收结构(即碰撞盒)而附接到车身上，该能量吸收结构应尽可能轻，但仍然足够稳定，以便可在缓冲器和车身之间提供可靠的连接。此外，必须将碰撞盒牢固地附接到缓冲梁上，使得缓冲梁在常规车辆使用期间或在低速下的轻微撞击之后不会从碰撞盒释放。
[0004] 由于更高的安全性和舒适性标准，总的车辆重量每十年增加约100千克。因此，BIW和连续承载负荷的元件呈现用于减轻重量的有吸引
力的目标。与传统金属相比，
复合材料具有一些巨大的优势，复合材料的强度重量比(比强度)非常高并且它们的能量吸收能力更好。然而，在
现有技术的解决方案中，缓冲梁和碰撞盒利用金属材料通过机械紧固方法(诸如
焊接、
螺栓连接等)而集成在一起，例如从US2002/0047281A1中已知的。对于复合材料缓冲器系统，由于复合材料的脆性失效模式，机械紧固方案的应用将在缓冲梁和碰撞盒之间触发过早的脱离。
机械接头具有产生
应力集中的缺点。通常用于金属部件的焊接在复合材料中的应用是有限的。
发明内容
[0005] 在此背景下，本发明的目的是提供一种重量轻、稳定且成本效益高的联接模块。通过提供一种用于车辆碰撞管理系统的联接模块来实现该目的和其他目的，其中该联接模块包括
支撑结构和
覆盖层，并且联接模块适于将碰撞盒附接到缓冲梁，支撑结构的第一部分适于设置为与缓冲梁直接
接触，支撑结构的第二部分包括适于容纳碰撞盒的一个端部的凹部，并且第二部分还适于被覆盖层覆盖，该覆盖层适于布置在第二部分上，使得支撑结构被完全包围在缓冲梁和覆盖层之间。本发明提供了一种简单、廉价的模块，该模块与现有解决方案相比具有减轻的重量，同时仍具有足够的强度和刚度。
[0006] 根据本发明的一些方面，支撑结构是
泡沫芯。固体泡沫材料是众所周知的，重量轻且稳定。
[0007] 根据本发明的其他方面，覆盖层是
碳纤维片。
碳纤维不仅是一种轻质材料，而且还具有良好的能量吸收能力。
[0008] 根据本发明的又一些方面，覆盖层适于至少部分地从第二部分延伸到缓冲梁上。这种解决方案将泡沫芯牢固地包围在缓冲梁和覆盖层之间，使得泡沫芯在不使用机械
紧固件的情况下可以为碰撞盒提供稳定的支撑。
[0009] 根据本发明的一些方面，凹部具有与碰撞盒的端部的截面相对应的截面。这种形状配合的解决方案允许每个碰撞盒牢固地插入到联接模块中。
[0010] 根据本发明的一些方面，凹部和碰撞盒是圆柱形的。圆柱形是常见的形状，允许联接模块与通用的碰撞盒一起使用。
[0011] 根据本发明的其他方面，在凹部内布置有盘，盘具有与碰撞盒的端部的至少一个表面区域相对应的表面区域。这种盘用于加强该联接模块的底表面，例如，在碰撞过程中，使得碰撞盒不会切透该联接模块而不仅仅是
破碎。
[0012] 在另一方面，本发明涉及一种碰撞管理系统，该碰撞管理系统包括缓冲梁、至少两个碰撞盒以及至少两个联接模块，该联接模块是根据上述方面的包括有支撑结构和覆盖层的联接模块。
[0013] 根据本发明的一些方面，碰撞盒和/或缓冲梁由碳纤维制成。碳纤维不仅重量轻，而且具有良好的能量吸收能力，并且碳纤维是进一步提高安全性的一种途径。
[0014] 根据本发明的另一些方面，缓冲梁至少部分地设有凹形截面，并且支撑结构的第一部分适于设置为与该凹形截面的向内弯曲表面直接接触，使得支撑结构与缓冲梁形状配合。
[0015] 在另一些方面，本发明涉及一种组装根据上述任一方面所述的碰撞管理系统的方法，其中该方法包括以下步骤：a)制造缓冲梁；b)制造覆盖层；c)将支撑结构、覆盖层和缓冲梁组合；和d)将支撑结构、覆盖层和缓冲梁模塑(模制)成一个部件。
[0016] 根据本发明的一些方面，步骤a)还包括：a1)预成型该缓冲梁；和a2)修整该缓冲梁。
[0017] 根据本发明的另一些方面，步骤b)还包括：回收在步骤a2)中产生的修整散落物。
[0018] 根据本发明的其他方面，步骤c)包括：c1)将支撑结构的第一部分设置为与缓冲梁直接接触；c2)将覆盖层布置在支撑结构的第二部分上；c3)将覆盖层附接到第二部分；随后，支撑结构被缓冲梁和覆盖层完全包围。
[0019] 根据本发明的一些方面，步骤c2)还包括将覆盖层布置成使得覆盖层至少部分地延伸到缓冲梁上，并且步骤c3)还包括将覆盖层附接到缓冲梁上。
[0020] 根据本发明的另一些方面，步骤c)和步骤d)包括使用
树脂传递模塑。树脂传递模塑是用于大规模工业生产的已制定的方法。
[0021] 根据本发明的又一些方面，该方法还包括步骤e)：将
粘合剂注入到位于第二部分中的凹部中。粘合剂结合提供了比普通机械紧固件更均匀的
应力分布。
[0022] 根据本发明的一些方面，该方法还包括步骤f)：将碰撞盒的一个端部插入到凹部中。
[0023] 根据本发明的模块、系统和方法的其他目的、特征、优点和性质将根据详细描述而变得显而易见。
附图说明
[0024] 在本
说明书的以下详细部分中，将参考附图中所示的示例性实施方式来更详细地解释本发明，在附图中：
[0025] 图1是根据本发明的一个实施方式的碰撞盒管理系统的分解图。
[0026] 图2是根据图1的实施方式的经安装的碰撞管理系统的透视图。
[0027] 图3a-c是根据本发明实施方式的多个缓冲梁的截面的示意图。
[0028] 图4是制造根据本发明的一个实施方式的碰撞管理系统的方法的示意图。
具体实施方式
[0029] 在下面的详细描述中，将通过优选实施方式来描述根据本发明的联接模块、碰撞管理系统和组装这种系统的方法。
[0030] 碰撞管理系统的结构和操作是众所周知的，并且在本文中不需要进一步解释。下面提供关于根据本发明的实施方式的具体的碰撞管理系统的操作的进一步细节。
[0031] 图1和2示出了根据本发明的一个方面的碰撞管理系统11的实施方式，该碰撞管理系统特别适用于包含复合材料的碰撞盒14。碰撞管理系统11通常可包括缓冲梁15和至少两个碰撞盒14，其中每个碰撞盒14可在缓冲梁15和车辆结构22之间延伸，使得缓冲梁15经受的外力通过碰撞盒14的边缘23而传送到这两个碰撞盒14。
[0032] 当碰撞盒受到外部
压缩力时，诸如当车辆撞到静止物体时产生的外部压缩力，该力将通过复合材料的
挤压(破碎)而被吸收。因此，减小了在使用时布置有碰撞管理系统的车架上的冲击力并且可能免受该冲击力。
[0033] 缓冲梁15具有基本上弯曲的形状，具有敞开的向内弯曲的可形成至多180°的圆的截面。换句话说，缓冲梁15具有至少部分凹形的截面。这种截面的例子示于图3a-f中。截面可以是弧形的，如图3a和3d所示，但是优选地是
花键形的(
键槽形、
齿条形)，如图3b、3c、3e、3f所示，使得缓冲梁的内面设置有至少一个基本上平坦的表面，下面更详细描述的联接模块10可以安置抵靠在该表面上，使得在碰撞期间实现更均匀的力传递。
[0034] 诸如图3d-f中的那些截面中的一截面，其中缓冲梁设有凸缘，该缓冲梁具有被极大提升的能力。如图3c和图3f所示，使用脊也提高了缓冲梁的能力，从而提高了碰撞管理系统的能力。在优选实施方式中，缓冲梁具有设有凸缘和脊的截面，参见图3f，其中脊覆盖梁的大约80％的长度。
[0035] 缓冲梁优选地由标准
层压制件制成。层的数量及层的方向会影响部件的强度。通常，具有0°、45°和90°方向的层的对称层压制件是优选的，诸如[±45°/90°/08°]s。层压制件优选具有高比例的0°层，0o层最好设置在层压制件的中间
位置。±45°层优选地设置在外部位置，±45o层在部件上分布应力并保持低应变方面显示出优越的性能。90°层有助于减少最大应变。
[0036] 至少一个联接模块10可以在碰撞盒14的每个碰撞盒和缓冲梁15之间延伸。联接模块10有利于碰撞盒14和缓冲梁15之间的过渡和附接。下面将更详细地描述联接模块10。
[0037] 如上所述，联接模块10适于将碰撞盒14附接到缓冲梁15。每个联接模块10包括支撑结构12和覆盖层13。支撑结构12用作覆盖层13覆盖于其上的框架，并且该支撑结构还用作碰撞盒14的一个端部的插口。在使用中，支撑结构12布置成使得该支撑结构从缓冲梁15的凹形轮廓突出，横向于缓冲梁的长度并且在碰撞盒的方向上突出。
[0038] 支撑结构12优选地是泡沫芯，但是可以由任何合适的稳定材料制成，例如金属或木材。固体泡沫是一类重要的轻质蜂窝式工程材料。泡沫芯可以包括一种或几种塑料
聚合物，例如：弹性体诸如聚脲和聚
氨酯，或热塑性塑料诸如PVC和PET。泡沫芯优选地足够稳定，使得泡沫芯能为每个碰撞盒14提供横向支撑，例如在横向于碰撞盒的中
心轴线方向的方向上提供横向支撑。
[0039] 覆盖层13优选地是碳纤维片，但是可以由任何合适的复合材料制成，诸如玻璃纤维或其他类型的塑料。优选地，碳纤维片由来自缓冲梁制造的散落物来制造，这是可能的，因为覆盖层13不需要与缓冲梁15相同的能力要求。
[0040] 支撑结构12的第一部分16适于设置成与缓冲梁15直接接触，即第一部分的形状必须对应于缓冲梁的凹形截面的形状，参见图1和图2。还如图1和图2所示，支撑结构可设置有切口，该切口容纳例如位于缓冲梁的内表面上的脊。换句话说，首先设计缓冲梁15，然后将支撑结构12设计成配适于经优化的缓冲梁15的形状。例如，支撑结构12的第一表面16可以与缓冲梁的长度一样宽。
[0041] 支撑结构12的第二部分17适于被覆盖层13所覆盖。第二部分包括支撑结构12的其余表面，即所有未被缓冲梁的凹形内表面覆盖的表面。第二部分17还包括凹部18，凹部18适于接纳碰撞盒14的一个端部19。第二部分17优选地适于使得第二部分的倾斜度适合于模塑工具、并且当涉及到覆盖层13的覆盖时以便例如避免折痕。
[0042] 例如，支撑结构可以被成形为稍微像截头锥形，其中第一部分/表面16构成截头锥形的最宽的基底表面。截头锥形的相反布置的顶表面将包括凹部18。顶表面不平行于第一部分/表面16，即顶表面的平面被布置成使得其相对于第一部分/表面16的平面以某一角度延伸。截头锥形的表面区域在第一部分/表面16和顶部表面/凹部18之间延伸。第一部分/表面16优选地具有椭圆形或长方形的形状，而顶部表面具有与碰撞盒的端部的形状相对应的周边形状，例如圆形。当涉及到由凹部18所创建的腔时，该形状将被认为是圆柱形的。因此，第二部分17包括顶表面和凹部18以及表面区域，即除了基底表面之外的所有表面。
[0043] 覆盖层13适于齐平地布置在第二部分17上，也可以被覆盖、
内衬、折叠或拉伸到凹部中。此外，覆盖层13不仅适于覆盖支撑结构12的第二部分17，而且还适于至少部分地在
选定的
临界点处延伸到缓冲梁上。这样，覆盖层可以与支撑结构12和缓冲梁15结合，使得支撑结构12能够更牢固地附接到缓冲梁15。因此，支撑结构12附接到缓冲梁并且还被完全包围在缓冲梁15和覆盖层13之间。
[0044] 凹部18具有与碰撞盒14的一个端部19的截面相对应的截面，即阴性的(内凹的)内部形状，其对应于碰撞盒14的阳性的(凸出的)外部形状。凹部的内部尺寸优选地比碰撞盒14的端部19的外部尺寸大0.1-2mm。优选地，凹部18和碰撞盒14都是圆柱形的，因为圆柱形碰撞盒相对容易制造，并且因为它们显示出良好的吸震性能。然而，凹部18和碰撞盒14可以具有例如椭圆形、卵形、方形或一些其他多边形的截面。此外，凹部18的内部底部可以设置有由硬质材料(诸如金属，例如
钢，或陶瓷)制成的呈盘形的加强件。盘20优选地具有与碰撞盒14的端部19的表面区域相对应的表面区域，即空心环。然而，盘也可以是实心的(厚重的)。
[0045] 本发明的多个方面还包括一种碰撞管理系统，该碰撞管理系统包括缓冲梁15、至少两个碰撞盒14和至少两个联接模块10。
[0046] 每个碰撞盒适于固定到联接模块，例如借助于粘合剂诸如胶
水。优选地，碰撞盒14和/或缓冲梁15由碳纤维制成。可以使用其他合适的轻质材料或材料的组合。
[0047] 如上所述，缓冲梁15至少部分地具有凹形的截面。即，向内弯曲的敞开部分，诸如例如U形，联接模块10和碰撞盒14可以设置在该向内弯曲的敞开部分中。支撑结构12的第一部分16适于设置为与缓冲梁15的向内弯曲的表面21直接接触。因此，支撑结构12形状配合至缓冲梁15。
[0048] 本发明的多个方面还包括制造该碰撞管理系统11的方法，如图4所示。该方法可以包括但不限于包括以下步骤，也不限于规定的顺序：
[0049] 首先，使用传统的制造方法，根据前面讨论的要求对缓冲梁15进行预成型和修整。其后，制造覆盖层/碳纤维片13，优选通过从缓冲梁制造中回收散落物来制造该覆盖层/碳纤维片。
[0050] 随后，将支撑结构12、覆盖层13和缓冲梁15组合并模塑在一起。在一个优选的实施方案中，使用树脂传递模塑，但是其他方法诸如例如用
高压釜固化预浸料或半固化片也是可以想到的。树脂传递模塑适合于制造三维结构，因为可以满足严格的尺寸要求。另一个优点是可以以相对低的成本生产大而复杂的部件。而且，将机械紧固件和夹层芯集成到部件中的可能性也是非常有益的。
[0051] 首先，当组合上述部件时，支撑结构12的第一部分16设置在缓冲梁15的内表面的顶部上并与该内表面直接接触。第一部分16可以松松地设置在缓冲梁15的表面上，或者该第一部分可以例如被胶粘在缓冲梁上。支撑结构12的第一部分16也可以是自粘附的。
[0052] 其次，覆盖层13布置在支撑结构12的第二部分17上，直接布置在整个部分17的顶部上并且横跨整个部分17。此外，覆盖层13可以布置成使得该覆盖层至少部分地延伸到缓冲梁的内表面上。
[0053] 之后，通过将覆盖层13附接到第二部分17而将这些部件模塑成一个。此外，同时，覆盖层13的延伸部分附接到缓冲梁15。因此，支撑结构12将由缓冲梁15和覆盖层13完全包围。
[0054] 最后，将粘合剂(诸如胶)注入位于每个支撑结构12的第二部分17中的凹部18中，并且将碰撞盒14的一个端部19插入每个凹部18中。
[0055] 该方法可以与联接模块10或碰撞管理系统11的任何方面组合，使得例如该方法可以包括另一个步骤，该步骤包括在注入粘合剂之前将金属盘20布置在凹部18内。
[0056] 如上所述，碰撞盒14和相应的凹部18可包括本领域所包括的各种形状，并且在非限制性示例中，碰撞盒14和凹部18可成形为平行六面体或圆形或椭圆形圆柱体。
[0057] 尽管为了说明的目的已经详细描述了本
申请的教导，但是应该理解，这些细节仅用于该目的，并且本领域技术人员可以在其中进行变化而不脱离本申请的教导的范围。
[0058]
权利要求中使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。权利要求中使用的术语“一”或“一种”不排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干装置的功能。
[0059] 术语命名：
[0060] 10 联接模块
[0061] 11 碰撞管理系统
[0062] 12 支撑结构/泡沫芯
[0063] 13 覆盖层/碳纤维片
[0064] 14 碰撞盒
[0065] 15 缓冲梁
[0066] 16 支撑结构的第一部分
[0067] 17 支撑结构的第二部分
[0068] 18 支撑结构中的凹部
[0069] 19 碰撞盒的端部
[0070] 20 盘
[0071] 21 缓冲梁的内表面
[0072] 22 车辆结构
[0073] 23 碰撞盒外表面/边缘。
