CN109835289A - 冲击吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冲击吸能装置，包括底座、轴向溃缩件、顶板及能量传递件；底座固定于受保护物体，其顶面设置锥孔；轴向溃缩件的金属空心柱的底部端面接合于底座的顶面；能量传递件具有受力板及向外突伸的导引柱，受力板叠设于金属空心柱顶面，导引柱插设于金属空心柱内的对应于锥孔的位置，导引柱外径小于锥孔最大直径，其内径大于锥孔最小直径；轴向溃缩件抗变形刚性小于底座、顶板与导引柱，导引柱的抗变形刚性小于锥孔。

Description

冲击吸能装置

技术领域

本发明是有关于一种冲击吸能装置，尤其是指一种结合能量传递件总成及能量吸收件总成以减少组成结构歪斜变形的冲击吸能装置。

背景技术

目前应用于车辆碰撞冲击时的能量吸收结构有许多种类型，例如美国US 6231095B1 专利文献，其是用于车辆碰撞冲击***的通道式能量吸收单元1，请参照图1A及1B所示。该通道式能量吸收单元1可吸收冲击能量，并防止或最小化在冲击下车辆框架轨道14的损坏。其基本实施例是一个管11，其一端在一个端板12的孔121处张开并焊接。当通道式能量吸收单元1轴向负载时，管11***、剥离并反转以吸收大部分的能量冲击。管11中的优选通道13在该过程期间稳定内缩以确保预定的能量吸收特性。只是，该先前技术所应用的通道式能量吸收单元1为简单圆管结构，虽容易取得，但其变形过程为稳定受力模式，该通道式能量吸收单元1需纵向设置(加工)沟槽以利产生稳定撕裂剥离模式，这会增加成本，且通道式能量吸收单元于通道13内需要扩管、外翻并与于刚性板接合，冲击时有接合点破裂与失效的风险。

另外，美国专利US 8,511,745 B2 的综合能量吸收的车辆碰撞结构的专利案。其构件主要是分为轨道壳体内部与外部以及连接突出部所组成，突出部有一斜率止挡在轨道壳体端口。当管件受到冲击时，利用突出部与斜率将轨道壳体圆形内壁往腔室径向挤压变形。当管构件与轨道壳体都为铝质，静摩擦系数为1.05~1.35之间，动摩擦系数为1.4；当管构件为铁质、轨道壳体为铝质：静摩擦系数为0.61，动摩擦系数为0.47，该专利所述轨道壳体为铝或铝合金，并以六边形或八边形双层共用墙结构。本专利的轨道壳体为六边形或是八边形，拥有抗弯曲的高刚性几何外型，且其轨道壳体内腔室、径向肋的多寡与肋宽度为结构变形、吸能的关键。只是，其滑动管构件突出部与斜率两几何成形不易，加工成本提高，且滑动管构件突出部若太高，冲击过程会造成无法挤入轨道壳体而使管构件外露部轴向叠合变形，无法达到预期的轨道壳体的外廓变形。

再者，美国专利US 4,272,114 冲击吸收装置的总成结构为两结构组成专利案，其外部为盒状梯形钣金成型件与内部管件，子件的斜面有数个孔，孔周围为冲压褶边的百叶几何形状，总成受到冲击时，防撞杆会将冲击力通过杆件与底座将力量传递至子件梯形盒体并压缩变形，因子件斜面有冲孔外型与百叶几何形状)进行叠合变形，而管通过子件底部中央孔往大梁结构移动。冲孔外型可为C型、H型、骨头型。本专利的子件斜面冲孔折边几何之间会有一个间隙形成结构截面积较少的区域，结构受冲击时会于该处先变形；其轨道壳体内腔室、径向肋的多寡与肋宽度为结构变形、吸能的关键。只是，前述子件冲孔折边加工后容易在孔周围产生撕裂的裂缝缺陷，使结构受冲击过程中可能会有结构破裂造成冲击吸能不连续的缺点。冲孔折边工程可能于折梯形成形前完成，于梯形钣折工程时不易，容易伤到已完成的冲孔折边几何外型；若梯形成形先完成后进行冲孔折边，需要由外往内与由内往外冲压各一次，需增加模具、工时与成本。

发明内容

本发明的目的在于应用受冲击时同时以能量传递件管材产生缩管变形而吸收能量一部分，兼以能量吸收件产生折合变形吸收能的一部分，并使能量传递件与能量吸收件的变形保持在中心轴向位置。

为达成上述目的，本发明提供一种冲击吸能装置，包括：一底座，是固定于该受保护物体，该底座的顶面设置一顶宽底窄的锥孔；一轴向溃缩件，其包含一金属空心柱，该金属空心柱的底部端面是接合于该锥孔***的该底座的顶面；以及一能量传递件，是具有一受力板及一由该受力板垂直地向外突伸的空心的导引柱，该受力板叠设于该金属空心柱的顶部端面上，该导引柱插设于该轴向溃缩件的该金属空心柱内对应于该锥孔的位置，该导引柱外径小于该锥孔最大直径，该导引柱内径大于该锥孔最小直径，该导引柱末端是抵接于该锥孔的最大直径处或穿入该锥孔内。

在一实施例中，该金属空心柱的顶部端面至该底部端面之间的管壁，间隔环设成形有多个波纹状的折合导引部。

在一实施方式中，该轴向溃缩件的该折合导引部的抗变形刚性小于该底座与该导引柱，该导引柱的抗变形刚性小于该底座的该锥孔。

在一实施方式中，该轴向溃缩件的该折合导引部的刚性强弱是由该金属空心柱的该底部端面直径往该顶部端面的方向递减。

在一实施方式中，该轴向溃缩件的该金属空心柱为该底部端面直径大于该顶部端面的锥形管。

在一实施例中，该轴向溃缩件的该金属空心柱的该底部端面或金属空心柱的该顶部端面包含一向内或向外延伸的端板部。

在一实施例中，该折合导引部是由该金属空心柱的朝外侧凸起或朝内侧凹入的管壁所形成。

在一实施例中，该底座的该锥孔是由该底座钣金冲压成形或者是由该底座的板厚切削成形。

本发明的特点在于：本发明的能量传递件结构受冲击力压缩时，受力板的空心导引柱呈***该底座的锥孔走势，并在导引柱直径被锥孔的最大直径引导并被锥孔最小直径限制而使空心的导引柱产生缩管效应，可提供固定的变形方向及稳定的缩管吸能效果；另一方面，本发明的底板及轴向溃缩件所共同组成能量吸收件也在受到冲击力时，分担能量吸收的作用，更进一步地，当该金属空心柱的顶部端面至该底部端面之间的管壁，间隔环设成形有多个波纹状的折合导引部时，该轴向溃缩件会依其折合导引部的波纹外型折合，进一步地，当其纵切截面呈现梯形几何形状时，可使折合过程所需能量（亦即所吸收的能量）提升；整体结构（包含能量传递件及成能量吸收件）受冲击时因管体受缩管变形后位置仍保持在中心位置，可使组成结构不会歪斜变形。

附图说明

图1A~图1B为现有技术的冲击能量吸收***的冲击力吸收前及吸收后的示意图；

图2为本发明一实施例的冲击吸能装置的分解侧视图；

图3为图2的冲击吸能装置的组合侧视图；

图4为本发明另一实施例的冲击吸能装置的组合侧视图；

图5为图4的受外力冲击后的冲击吸能装置的结构变形示意侧视图。

图中：

1 通道式能量吸收单元；11 管；12 端板；121 孔；13 通道；14 车辆框架轨道；2 冲击吸能装置；21 底座；211 顶面；2111 锥孔；21111 最大直径；21112 最小直径；212 底面；22轴向溃缩件；221 金属空心柱；2211 顶部端面；22111 端板部；2212 管壁；22121 折合导引部；2213 底部端面；22131 端板部；23 能量传递件；231 受力板；232 导引柱；2321 外径；2322 内径；2’ 冲击吸能装置；21’ 底座；211’ 顶面；2111’ 锥孔；21112’ 最小直径；22’轴向溃缩件；22121’ 折合导引部；23’ 能量传递件；231’ 受力板；232’ 导引柱；B 受保护物体；F 外部冲击力；W1 波谷；W2 波峰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

首先请参照图2、图3及图4、图5所示。本实施例的冲击吸能装置2是以变形吸收外部冲击能量方式，来降低一受保护物体B的变形受损的程度，该冲击吸能装置2的结构包含：一底座21、一轴向溃缩件22以及一能量传递件23；该底座21是可应用常用的螺接固定技术固定于该受保护物体B（一般指车辆成员舱以外的延伸结构，如前、后与侧边大梁），该底座21的顶面211设置一锥孔2111，该锥孔2111的最大直径位于该锥孔2111的顶面，其最小直径则可设置该锥孔2111底面或锥孔2111的顶面与底面之间。轴向溃缩件22包含有一金属空心柱221，该金属空心柱221的底部端面2213是接合于该锥孔2111***的该底座21的顶面211；能量传递件23具有一受力板231及一由该受力板231垂直地向外突伸的空心的导引柱232，该受力板231是叠设在该金属空心柱221的顶部端面2211上，该导引柱232插设于该轴向溃缩件22的该金属空心柱221内的对应于该锥孔2111的位置，该导引柱232为一直管，其外径2321小于该锥孔2111的最大直径21111，且该导引柱232的内径2322大于该锥孔2111的最小直径21112，该导引柱232末端是位于（或者说抵接于）于该锥孔2111的最大直径21111处或穿入该锥孔2111；特别是，在上述构件中，该轴向溃缩件22的该折合导引部22121的抗变形刚性小于该底座21与该导引柱232，且该导引柱232的抗变形刚性小于该底座21的该锥孔2111。

上述构件配置，在该能量传递件23的该受力板231接受一压迫的外部冲击力 F时，该受力板231将该能量传递至该轴向溃缩件22，再由该轴向溃缩件22传递至该底座21，且当该轴向溃缩件22受到轴向的外部冲击力 F 撞击时，由于其底部固定于刚性较大的底座21，因此该外部冲击力 F 会促使该轴向溃缩件22的金属空心柱221管壁2212的该折合导引部22121产生变形，以吸收传入该金属空心柱221的外力；同时，当该金属空心柱221轴向溃缩变形时，该能量传递件23的该导引柱232则***该锥孔2111的最大孔径21111内，更因该导引柱232外径2321小于该锥孔2111的最大直径21111、该导引柱232内径2322大于该锥孔2111的最小直径21112的情形下，该导引柱232则会在通过该锥孔2111时产生管径缩管变形，因而提供了一吸收外部冲击力F的机制。

如图3所示。另一个可吸收外部冲击力 F 的设计在于：该金属空心柱221的顶部端面2211至该底部端面2213之间的管壁2212上，可间隔环设地形成多个刚性较弱的折合导引部22121，例如间隔环设成形多个波纹状的折合导引部22121，使其波谷W1的地方刚性较波峰W2弱，可于承受冲击时先变形，因波谷W1的截面积较小容易变形，故刚性弱（如图4及图5所示），使该金属空心柱221在承受其中心轴的轴向外部冲击力F冲击时，可产生轴向弯折溃缩，因此本发明具有在不增加空间的前提下，提供多重吸能结构的设计。

再者，为因应不同车型，本发明所述的轴向溃缩件22的材料、厚度、形状、长度及角度均会有所变化，以符合力F的吸收。

值得一提的是，上述实施例中，该能量传递件23的受力板231与该导引柱232是为焊接接合，但不以此接合方法为限，例如胶合接合等工法。另外，上述实施例的该金属空心柱221为一圆柱体，而实务上也可为一方柱体，如后述的实施例所示。

在一实施例中，该轴向溃缩件22的该折合导引部22121的刚性强弱是由该金属空心柱221的该底部端面2213往该顶部端面2211的方向递减，以便使该该金属空心柱221受到轴向冲击力，可先由该顶部端面2211的折合导引部22121依序产生变形，以维持变形方向保持在该金属空心柱221的中心处。

在一实施例中，该轴向溃缩件22的该金属空心柱221为该底部端面2213的直径大于该顶部端面2211的锥形管，以获得较大的溃缩变形行程。

在一实施例中，该轴向溃缩件22的该金属空心柱221的该底部端面2213或金属空心柱221的该顶部端面2211包含一向该金属空心柱221的内侧或向外侧方向延伸的端板部(22111,22131)，并由该端板部22131与该底板21接合。

在一实施例中，该折合导引部22121是由该金属空心柱221的朝外侧凸起或朝内侧凹入的波浪造形的管壁2212所形成。

在一实施例中，该底座21的该锥孔211是由该底座21钣金冲压成形或由该底座21的板厚切削成形。

在一实施例中，该能量传递件23的该导引柱232在其末端具有一导角，以使其末端直径2321内缩。

再请参照图4及图5所示。本实施例的冲击吸能装置2’与前述实施例的冲击吸能装置差异包括：本实施例的底座21’的该锥孔211’是由该底座21’的板厚切削成形；本实施例的轴向溃缩件22’的金属空心柱221’为方柱，且本实施例的金属空心柱221’的端面无端板部的设计，其结构组合同样是将底座21’固定于受保护物体，再将能量传递件23’以其导引柱232’穿入该轴向溃缩件22’，并使该导引柱232’末端位于该锥孔2111’；当该能量传递件23’传来冲击能量时，该导引柱232’***该锥孔2111’而产生缩管吸能效应；同时，该轴向溃缩件22’受该受力板231’的能量传递，而使该折合导引部22121’产生收折变形吸能效应。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种冲击吸能装置，适用于减少一受保护物体的撞击，其特征在于，该冲击吸能装置的结构至少包括：

一底座，其固定于该受保护物体，该底座设置一锥孔，该锥孔的最大直径处位于该锥孔顶面；

一轴向溃缩件，其包含一金属空心柱，该金属空心柱的底部端面是接合于该锥孔***的该底座的顶面；以及

一能量传递件，其具有一受力板及一由该受力板垂直地向外突伸的空心的导引柱，该受力板叠设于该金属空心柱的顶部端面上，该导引柱插设于该金属空心柱内，并对应于该锥孔的位置，该导引柱外径小于该锥孔最大直径，其内径大于该锥孔最小直径，该导引柱末端是位于该锥孔的最大直径处或穿入该锥孔。

2.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该金属空心柱的顶部端面至该底部端面之间的管壁，间隔环设成形有多个波纹状的折合导引部。

3.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该轴向溃缩件的该折合导引部的抗变形刚性小于该底座与该导引柱，该导引柱的抗变形刚性小于该底座的该锥孔。

4.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该轴向溃缩件的该折合导引部的刚性强弱是由该金属空心柱的该底部端面直径往该顶部端面的方向递减。

5.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该轴向馈缩件的该金属空心柱为该底部端面直径大于该顶部端面的锥形管。

6.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该轴向溃缩件的该金属空心柱的该底部端面或金属空心柱的该顶部端面包含一向内或向外延伸的端板部。

7.如权利要求1或3所述的冲击吸能装置，其特征在于，该折合导引部是由该金属空心柱的朝外侧凸起或朝内侧凹入的管壁所形成。

8.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该底座的该锥孔是由该底座钣金冲压成形。

9.如权利要求1所述的冲击吸能装置，其特征在于，该底座的该锥孔是由该底座的板切削成形。