CN112660050A - 一种车用冲撞器及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明属于车用防撞吸能技术领域，并具体公开了一种车用冲撞器及车辆。包括车体支撑连接模块、支撑机构以及吸能模块，车体支撑连接模块为框架结构，支撑机构设于车体前部，吸能模块包括多个吸能盒、连接横梁以及可脱开连接件，吸能盒一端与支撑机构固定连接，多个吸能盒呈阵列排布，相邻吸能盒之间设有容纳吸能盒吸能溃缩变形的间隙，连接横梁设置于吸能盒远离支撑机构的一端，连接横梁沿车身的横向布置，其用于连接高度相同且沿车身横向布置的一排吸能盒，沿竖直方向布置的相邻两个所述连接横梁通过所述可脱开连接件连接。本发明较好地解决了冲撞过程中高烈度主动冲击能量吸收率问题和溃缩方向控制难题，从而实现了主动冲撞过程中的车辆吸能。

Description

一种车用冲撞器及车辆

技术领域

本发明属于车用防撞吸能技术领域，更具体地，涉及一种车用冲撞器及车辆。

背景技术

武警部队急需装备一种特种车辆布防在核心敏感区域，以应对和处置类似将普通车辆作为攻击性武器冲撞重要设施、人群的恐袭案件。这种车辆必须具有优异的机动能力，能通过主动截击冲撞方法迅速迫使目标车辆丧失破坏能力，在低烈度冲撞中保证己方车辆不至于受损，在中高烈度冲撞过程中保证己方车辆不受损或受损轻微，人员不发生伤亡，且具备二次机动能力，可投入连续处置，或能快速撤离处置现场。这种车辆还要能应对绝大多数可能的目标车辆。针对这种特定用途的警用车辆，目前相关的技术研究和储备还不足，特别是对主动冲撞相关技术国内鲜有研究，如主动冲撞过程中的车辆吸能、车辆保护、人员防护等技术问题。目前在役的警用车辆一般为军用或民用车辆改装，可处置的目标车辆种类有限，在类似案件处置过程中，己方车辆受损严重，甚至造成己方人员伤亡，不能满足装备需求。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需开发一种新型车用冲撞器装置和车辆，以解决主动冲撞过程中的车辆吸能、车辆保护、人员防护等技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种车用冲撞器，其中结合车辆自身结构特点及特殊的冲撞受力工况，开发一种可自动进行冲撞载荷分配、大容量高效率吸能冲撞器装置，并对其关键组件如车体支撑连接模块、支撑机构以及吸能模块的方案及其具体结构设置方式进行研究和设计，相应的通过采用吸能盒组矩阵式分布结构、吸能盒刚强度差异性分布式配置、大迎撞面及分层设计、局部可脱开连接结构等措施，较好地解决了冲撞过程中高烈度主动冲击能量吸收率问题和溃缩方向控制难题，从而实现了主动冲撞过程中的车辆吸能、保护车辆、防护人员，该装置具有安全性能高、成型工艺简单、制造成本低、可拆卸替换等特点。

为实现上述目的，本发明提出了一种车用冲撞器，包括车体支撑连接模块、支撑机构以及吸能模块，其中，

所述车体支撑连接模块与所述支撑机构、车架纵梁、车体悬架横梁构成框架结构；

所述支撑机构设于车体前部，该支撑机构一侧与所述车体支撑连接模块固定连接，另一侧和所述吸能模块固定连接；

所述吸能模块包括多个吸能盒、连接横梁以及可脱开连接件，所述吸能盒一端与所述支撑机构固定连接，另一端沿车身的轴向延伸，并与所述连接横梁固定连接，多个所述吸能盒呈阵列排布，相同竖直高度的吸能盒沿车长方向的长度相同，多个所述吸能盒在远离所述支撑机构的一端形成一个指定坡度的迎撞面，相邻所述吸能盒之间还设有容纳所述吸能盒吸能溃缩变形的间隙，所述连接横梁设置于所述吸能盒远离所述支撑机构的一端，且该连接横梁沿车身的横向布置，其用于连接高度相同且沿车身横向布置的一排所述吸能盒，沿竖直方向布置的相邻两个所述连接横梁通过所述可脱开连接件连接。

作为进一步优选的，支撑机构包括沿竖直方向布置的上段结构和下段结构，所述上段结构为钣金结构，所述下段结构为钢板拼焊成盒型结构。

作为进一步优选的，所述上段结构安装所述吸能盒的背面设有多个加强筋，所述盒型结构内部与所述吸能盒固定连接的相应位置衬有多个加强板，所述加强筋和加强板的位置根据所述吸能盒的位置设置。

作为进一步优选的，所述吸能盒为薄壁钣金结构，该薄壁钣金结构外周设有通过冲压形成的导向褶皱，所述吸能盒沿车长方向的两端焊接有法兰盘，且所述吸能盒一端通过该法兰盘实现与支撑机构固定连接，另一端通过该法兰盘与连接横梁固定连接。

作为进一步优选的，所述连接横梁包括Z型连接横梁和槽型连接横梁，相邻的Z型连接横梁、相邻的槽型连接横梁以及相邻的Z型连接横梁和槽型连接横梁之间通过可脱开连接件连接；

所述Z型连接横梁和槽型连接横梁连接的折弯翼板上均设有容纳所述可脱开连接件的U形开口槽。

作为进一步优选的，所述可脱开连接件包括连连接螺栓、螺母以及U型垫块，其中，U型垫块设于相邻的Z型连接横梁、槽型连接横梁以及Z型连接横梁和槽型连接横梁之间的U形开口槽处，且通过螺栓和螺母将相邻设置的Z型连接横梁、槽型连接横梁以及Z型连接横梁和槽型连接横梁连接固定。

作为进一步优选的，所述车体支撑连接模块包括多根连接梁、内角撑支架和外角撑支架，每根所述连接梁一端与车体悬架横梁连接，另一端与所述支撑机构固定连接，所述连接梁与所述支撑机构的角接处设有内角撑支架，相应的，在所述支撑机构与车架纵梁腹板内侧也设置有多个内角撑支架，在所述支撑机构与车架纵梁腹板外侧的两侧设置有所述外角撑支架。

作为进一步优选的，所述内角撑支架和外角撑支架均为L型支座，且所述外角撑支架沿竖直方向的高度不小于车架纵梁腹板的高度。

作为进一步优选的，所述冲撞器还包括装饰板，所述装饰板构成一个容纳多个所述吸能盒的空腔盒体，所述装饰板通过连接支架与吸能盒、连接横梁和支撑机构固定连接。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种车辆，该车辆上装有上述的冲撞器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过采用吸能盒组矩阵式分布结构、吸能盒刚强度差异性分布式配置、大迎撞面及分层设计、局部可脱开连接结构等措施，较好地解决了冲撞过程中高烈度主动冲击能量吸收率问题和溃缩方向控制难题。

2.本发明冲撞器根据目标车辆统计特征，设置了主要吸能区，相应区域的吸能盒及支撑结构进行了增强，一方面满足了吸能能力要求，另一方面降低冲撞器的总重。

3本发明车体支撑连接模块、支撑机构、车体悬架横梁、车架纵梁形成一个可供力连续传递的框架结构，最大限度的减少应力集中。

4.本发明冲撞器主要结构均采用高强度钢板，成型工艺简单、制造成本低，且主要结构均为可拆结构，可实现局部和整体更换，后续维修和更换方便，降低了使用成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的车用冲撞器安装示意图侧视图；

图2为本发明实施例提供的车用冲撞器安装示意图俯视图；

图3为本发明实施例提供的冲撞器内部布置示意图；

图4为本发明实施例提供的冲撞器内部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的冲撞器U型块安装示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-支撑机构；2-吸能盒；3-连接横梁；4-U型垫块；5-装饰板；6-装饰板安装支架；7-外角撑支架；8-内角撑支架；9-连接梁。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2、图3、图4以及图5所示，本发明提供一种车用冲撞器，包括车体支撑连接模块、支撑机构1以及吸能模块，其中，车体支撑连接模块用于连接支撑机构1、车架纵梁以及车体悬架横梁构，并使得体支撑连接模块、支撑机构、车架纵梁以及车体悬架横梁构成框架结构。一般而言，在本发明的优选实施例中，车体支撑连接模块包括多根连接梁9、内角撑支架8和外角撑支架7，每根所述连接梁9一端与车体悬架横梁连接，另一端与所述支撑机构1固定连接，所述连接梁9与所述支撑机构1的角接处设有多个内角撑支架8，相应的，在所述支撑机构1与车架纵梁腹板内侧也设置有多个内角撑支架8，在所述支撑机构1与车架纵梁腹板外侧的两侧设置有两个所述外角撑支架7。所述内角撑支架为L型支座，通过螺栓将支撑机构与车架纵梁腹板内侧连接。所述外角撑支架为L型支座，所述外角撑支架7沿竖直方向的高度不小于车架纵梁腹板的高度。优选的，所述外角撑支架7沿竖直方向的高度为车架纵梁腹板高度的两倍，以增加冲撞器与车架本体的连接刚强度。因车体结构的硬点，而迎撞面下方为主要撞击区和吸能区，外支撑支架Z向尺寸大于车架腹板高度，对增加冲撞器与车体连接结构的抗弯能力是有益的。

支撑机构1通过螺栓安装于车体前端，在本实施方案中，其支撑机构1包括沿竖直方向布置的上段结构和下段结构，所述上段结构为钣金结构，所述下段结构为钢板拼焊成盒型结构，该盒型结构通过过渡连接板与所述钣金结构固定连接，且该盒型结构与所述车体支撑连接模块固定连接。前述的加强板与加强筋布置位置依据吸能盒2的安装位置，所述支撑机构1上设置与支撑连接模块、吸能模块的接口。支撑机构1的下段结构为主要吸能区，支撑机构1的下段结构采用封闭盒型结构，对于提高其刚强度是有益的。更具体的，在本发明中，支撑机构1沿竖直方向分为从上到下依次布置的上段结构和下段结构，下段为主要吸能区，相应的，该部分设置的吸能盒2沿车长方向的长度也相应的较长。为了更好适应车身受到的冲撞力，所述钣金结构设于所述车体的前端，所述盒型结构设于所述车体前端的下部，以此方式，可提高设置于下段结构处的吸能盒2沿车身轴线方向的长度，从而提高吸能支撑强度。作为本发明的优选方案，所述冲撞器迎撞面依据车体前端结构、吸能盒位置和尺寸及其安装情况进行设定，在本实施例中上方的迎撞面低于下方迎撞面，并且用斜面过渡，即下方主要吸能区的迎撞面突出到最前端。

作为本发明的优选实施例，支撑机构1的上段结构安装吸能盒的背面设有多个加强筋，所述支撑机构1的下段盒型结构与所述吸能盒2固定连接的内部衬有多个加强板，所述加强筋和加强板的位置依据吸能盒的位置设置。

所述吸能模块包括多个吸能盒2、连接横梁3以及可脱开连接件，所述吸能盒2一端与所述支撑机构1固定连接，另一端沿车长方向延伸，多个所述吸能盒2呈矩阵排布。即，在本发明中，沿车高度方向，相同竖直高度的吸能盒2沿车长方向的长度相同，不同竖直高度的吸能盒2沿车长方向的长度可相同，也可不同，其根据车身特点以及车的应用场景进行特定性的设计。不同竖直高度的吸能盒2的厚度根据需要设定，即不同竖直高度的吸能盒2的厚度可以相同，也可不同，相邻的所述吸能盒壁厚可以不同。从而，多个所述吸能盒2在远离所述支撑机构1的一端形成一个指定坡度的迎撞面，相邻所述吸能盒2之间还设有容纳所述吸能盒2吸能溃缩变形的间隙。该间隙根据吸能盒2吸能溃缩变形程度进行设定。在本发明的优选实施例中，所述吸能盒的排列方式为交错排列或者对齐排列的矩阵式布局，当然其他能满足吸能和支撑强度要求的排列方式也适用于本发明。如，在本发明的优选实施例中，所述吸能盒采用4×5矩阵式布局，即沿车高度方向，布置4排吸能盒，每排布置5个间隔布置的吸能盒，最下面两排吸能盒沿车长方向的长度相同，最上面两排吸能盒沿车长方向的长度相同，最下面两排吸能盒沿车长方向的长度大于最上面两排吸能盒沿车长方向的长度。且相邻所述吸能盒之间留有容纳该吸能盒吸能溃缩变形的间隙。以此方式，吸能盒形成的正向迎撞面积大，能覆盖绝大多数目标车辆车身硬点，使得撞击处大概率为正向溃缩，矩阵式布置还能大幅提高碰撞吸能容量，并解决或部分解决吸能盒溃缩导向问题。工程实际应用中这种吸能盒矩阵式布局具有结构简单、成本低，有很高实用价值。

作为本发明的优选实施例，所述吸能盒在不同位置其长度不尽相同，一般情况下每一排的长度相同。具体地，在本实施方案中，即沿竖直方向从上至下吸能盒的长度逐渐增加，具体而言，从上至下起，第一排最短，第二排次之，第三排和第四排为主要吸能区长度相同且最长。具体而言，沿车高度方向，呈矩阵排布的多个吸能盒，下一排的吸能盒沿车长方向的长度不小于上一排的吸能盒沿车长方向的长度。该设计方案也是与车发生碰撞时的受力特征和受力部位进行特定性设计的。在本发明实施例中，最下面两排吸能盒对应迎撞面突出于最上面两排吸能盒，因此，最上面两排吸能盒首先直接撞击的概率较低，而最下面两排吸能盒被撞击的概率高，且为主要的吸能区，这也正是利用了大冲击条件下最上面两排吸能盒的支撑作用。碰撞一般情况下发生在局部，当撞击发生在某一排时，撞击处的吸能盒瞬间发生变形或溃缩，与此同时其它部位未发生变化，可起到瞬时的支撑导向作用，吸能盒能可尽可能沿着轴向变形溃缩，提高单个吸能盒溃缩吸能效率。

作为本发明的优选方案，所述吸能盒在不同位置选择不同的壁厚。一般而言，下排吸能盒的厚度不小于上排吸能盒的厚度。更具体地，在本实施方案中，从上往下数第一排均为0.4mm，第二排均为1.7mm，第三排和第四排的第一列、第三列、第五列为2.2mm，第二列、第四列为1.6mm，在其它实施方式中，根据吸能要求、结构布置要求合理选择壁厚，吸能盒壁厚一般为0.4mm～3mm。吸能盒按具***置匹配选择不同的壁厚，使冲撞器迎撞面不同区域刚强度产生差异，这对控制溃缩变形方向是有益的。但本发明吸能盒的布置不限于上述的方案，其他用于吸能以及控制溃缩变形方的布置方式均在本发明的保护范围内。

作为发明的优选方案，所述吸能盒2为薄壁钣金结构，该薄壁钣金结构外周设有通过冲压形成的导向褶皱，所述吸能盒2沿车长方向的两端焊接有法兰盘，且所述吸能盒2一端通过该法兰盘与支撑机构1固定连接，另一端通过法兰盘与连接横梁3固定连接。在本发明的优选实施例中，法兰盘为矩形，且该法兰盘的横截面积不小于所述吸能盒2的横截面积，法兰盘上设置多个螺栓安装孔。

如图3和图5所示，所述连接横梁3设置于所述吸能盒2远离所述支撑机构1的一端，且该连接横梁3沿车身的横向布置，其用于连接高度相同且沿车身横向布置的一排所述吸能盒2，沿竖直方向布置的相邻两个所述连接横梁3通过所述可脱开连接件连接，以此方式，在车身迎撞面受到撞击时，可脱开连接件根据撞击时的冲击力的大小逐步脱开，从而实现冲击力自动分层分配和吸能盒2溃缩方向的控制。所述连接横梁3包括多个Z型连接横梁和多个槽型连接横梁，一般而言，Z型连接横梁设于竖直方向最上一排所述吸能盒2以及最下一排所述吸能盒2上，当然，相邻排的吸能盒的长度发生变化时，上排的吸能盒上也设置Z型连接横梁，以此方式，使迎撞面过渡得更平缓。相同长度且相邻的吸能盒上则设置槽型连接横梁。本发明中，Z型连接横梁和槽型连接横梁均包括连接板本体以及设于连接板本体两侧的折弯翼板。其中，折弯翼板的宽度可根据需要进行设定。相应的，在折弯翼板上设置有容纳所述可脱开连接件的U形开口槽。该开口槽用于在车身迎撞面受到撞击时，可脱开连接件从该开口槽中脱离。进一步的，本发明中的可拓连接件将整个冲撞器核心吸能结构形成一体，解决了悬臂的吸能盒组的安装问题。

进一步的，所述可脱开连接件包括连多个连接螺栓、螺母以及U型垫块4，其中，所述连接螺栓穿过竖直方向相邻设置的两个开口槽，并通过螺母紧固，以使得相邻Z型连接横梁与槽型连接横梁以及相邻槽型连接横梁与槽型连接横梁固定连接，所述U型垫块4设于所述连接螺栓螺杆的外侧，且设于相邻设置的Z型连接横梁和槽型连接横梁以及相邻槽型连接横梁和槽型连接横梁之间。

作为本发明的优选方案，上下排之间的连接横梁通过U型垫块连接为一整体，当撞击能量较大，撞击瞬间未发生变形的吸能盒能起到支撑作用，当撞击处的吸能盒溃缩超过一定程度，排与排之间的连接横梁随之脱开，变形不至于立即传导至其它吸能盒使其倾斜或倒伏，尽可能保证其溃缩方向可控，随着局部溃缩变形加大，排与排之间吸能盒依次起到支撑作用，又依次相继脱开，撞击能量逐渐传导至其他吸能盒，吸能盒能按设定的溃缩方向发生溃缩吸能，达到最大的吸能容量，最终使撞击能量不至于直接传递到车体或使传递到车体的大幅减少，避免对车辆、人员造成大的损害。U型垫块的设置，能减小上下排之间的摩擦力，对脱开动作是有益的。

在本发明中，所述冲撞器还包括装饰板5，所述装饰板5构成一个容纳多个所述吸能盒2的空腔盒体，所述装饰板5通过连接支架与吸能盒2、连接横梁3和支撑机构1固定连接。所述空腔盒体靠近所述支撑机构1的一端通过螺栓与所述支撑机构1固定连接，相应的，最外周的所述吸能盒2面向所述装饰板5的侧面上设有装饰板安装支架6，所述连接横梁3上也设有多个装饰板安装支架6，所述装饰板安装支架6为“几”字形结构，且该“几”字形结构上还设有连接耳。所述装饰板为薄板冲压覆盖件，通过安装支架与整个冲撞器连接，将冲撞器内部结构封闭，使得冲撞器外观为一整体。

作为本发明的优选方案，所述连接梁为槽型件，通过螺栓将所述支撑机构下段与悬架横梁，将支撑结构、车架纵梁、车体悬架横梁形成一个框架，减小下段撞击时对车体的弯矩，提升车体前端刚度。所述支撑机构、所述角撑支架、所述连接横梁与车体之间均采用螺栓连接，冲撞器可整体拆卸，可实现局部和整体更换，后续维修和更换方便，降低了使用成本。

本发明通过对吸能盒、连接横梁以及可脱连接件的结构和布局进行特定性的布局和设计，相应的，在车身迎撞面受到撞击时，可脱开连接件根据撞击时的冲击力的大小逐步脱开，从而实现冲击力自动分层分配和吸能盒溃缩方向的控制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用冲撞器，其特征在于，包括车体支撑连接模块、支撑机构(1)以及吸能模块，其中，

所述车体支撑连接模块与所述支撑机构(1)、车架纵梁、车体悬架横梁构成框架结构；

所述支撑机构(1)设于车体前部，该支撑机构(1)一侧与所述车体支撑连接模块固定连接，另一侧和所述吸能模块固定连接；

所述吸能模块包括多个吸能盒(2)、连接横梁(3)以及可脱开连接件，所述吸能盒(2)一端与所述支撑机构(1)固定连接，另一端沿车身的轴向延伸，并与所述连接横梁(3)固定连接，多个所述吸能盒(2)呈阵列排布，相同竖直高度的吸能盒(2)沿车长方向的长度相同，多个所述吸能盒(2)在远离所述支撑机构(1)的一端形成一个指定坡度的迎撞面，相邻所述吸能盒(2)之间还设有容纳所述吸能盒(2)吸能溃缩变形的间隙，所述连接横梁(3)设置于所述吸能盒(2)远离所述支撑机构(1)的一端，且该连接横梁(3)沿车身的横向布置，其用于连接高度相同且沿车身横向布置的一排所述吸能盒(2)，沿竖直方向布置的相邻两个所述连接横梁(3)通过所述可脱开连接件连接。

2.根据权利要求1所述的一种车用冲撞器，其特征在于，支撑机构(1)包括沿竖直方向布置的上段结构和下段结构，所述上段结构为钣金结构，所述下段结构为钢板拼焊成盒型结构。

3.根据权利要求2所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述上段结构安装所述吸能盒(2)的背面设有多个加强筋，所述盒型结构内部与所述吸能盒(2)固定连接的相应位置衬有多个加强板，所述加强筋和加强板的位置根据所述吸能盒(2)的位置设置。

4.根据权利要求1所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述吸能盒(2)为薄壁钣金结构，该薄壁钣金结构外周设有通过冲压形成的导向褶皱，所述吸能盒(2)沿车长方向的两端焊接有法兰盘，且所述吸能盒(2)一端通过该法兰盘实现与支撑机构(1)固定连接，另一端通过该法兰盘与连接横梁(3)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述连接横梁(3)包括Z型连接横梁和槽型连接横梁，相邻的Z型连接横梁、相邻的槽型连接横梁以及相邻的Z型连接横梁和槽型连接横梁之间通过可脱开连接件连接；

所述Z型连接横梁和槽型连接横梁连接的折弯翼板上均设有容纳所述可脱开连接件的U形开口槽。

6.根据权利要求5所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述可脱开连接件包括连连接螺栓、螺母以及U型垫块(4)，其中，U型垫块(4)设于相邻的Z型连接横梁、槽型连接横梁以及Z型连接横梁和槽型连接横梁之间的U形开口槽处，且通过螺栓和螺母将相邻设置的Z型连接横梁、槽型连接横梁以及Z型连接横梁和槽型连接横梁连接固定。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述车体支撑连接模块包括多根连接梁(9)、内角撑支架(8)和外角撑支架(7)，每根所述连接梁(9)一端与车体悬架横梁连接，另一端与所述支撑机构(1)固定连接，所述连接梁(9)与所述支撑机构(1)的角接处设有内角撑支架(8)，相应的，在所述支撑机构(1)与车架纵梁腹板内侧也设置有多个内角撑支架(8)，在所述支撑机构(1)与车架纵梁腹板外侧的两侧设置有所述外角撑支架(7)。

8.根据权利要求7所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述内角撑支架(8)和外角撑支架(7)均为L型支座，且所述外角撑支架(7)沿竖直方向的高度不小于车架纵梁腹板的高度。

9.根据权利要求1所述的一种车用冲撞器，其特征在于，所述冲撞器还包括装饰板(5)，所述装饰板(5)构成一个容纳多个所述吸能盒(2)的空腔盒体，所述装饰板(5)通过连接支架与吸能盒(2)、连接横梁(3)和支撑机构(1)固定连接。

10.一种车辆，该车辆上装有如权利要求1-9任一项所述的冲撞器。

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