專利名稱：能量吸收設備及其形成方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及能量吸收設備，諸如用于車輛的能量吸收設備，以及用于形成該設備的方法。
背景技術(shù)：
汽車車輛通常被設計為吸收沖擊能量以便在沖擊事件中保護乘員艙。例如，車輛框架軌被設計為吸收大量的能量。有時其它的能量吸收設備被用于提供局部區(qū)域的能量吸收，以便防止或限制周圍構(gòu)件的變形。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種能量吸收設備，其包括限定了軸線且具有外表面的大致圓柱形部件。 一個或多個軸向隔開的大致環(huán)形部件在外表面上操作地連接到大致圓柱形部件。大致環(huán)形部件的連接在大致圓柱形部件中形成應力集中區(qū)域，使得由于對大致圓柱形部件施加足夠的力而使大致圓柱形部件在應力集中區(qū)域產(chǎn)生變形。如本文所用，應力集中區(qū)域是圓柱形部件的一個區(qū)域，由于該區(qū)域的構(gòu)造，在該區(qū)域中，由于施加的力產(chǎn)生的應力大于其它區(qū)域。應力集中區(qū)域被圍繞的環(huán)形部件加強。應力集中區(qū)域作為擠壓引發(fā)特征，并通過將大致環(huán)形部件連接到大致圓柱形部件而形成。因此，不需要昂貴的工具(諸如預成形的模具) 來形成圓柱形部件中的引發(fā)特征。在一個實施例中，一個或多個大致環(huán)形部件通過諸如壓接(crimping)而壓到圓柱形部件上。壓行為形成了圓柱形部件的變形，其作為擠壓引發(fā)特征。因此，變形開始于擠壓引發(fā)特征，但由圍繞的大致環(huán)形部件的加強吸收一些能量，限制了圓柱形部件的變形。在另一個實施例中，一個或多個大致環(huán)形部件焊接到圓柱形部件上。圓柱形部件的鄰接焊點的區(qū)域是應力集中區(qū)域，作為擠壓引發(fā)特征。能量吸收設備可以用于車輛中。例如，能量吸收設備可以連接在車輛緩沖裝置和框架軌之間或儀表板和膝墊構(gòu)件之間。形成能量吸收設備的方法包括形成限定軸線的大致圓柱形部件。形成圓柱形部件可以通過無縫焊接、擠壓、帶有有縫焊接的軋制成形而實現(xiàn)，但不限于這些工藝。方法還包括將一個或多個軸向隔開的大致環(huán)形部件圍繞大致圓柱形部件設置，將大致環(huán)形部件操作地連接到大致圓柱形部件，從而在圓柱形部件中形成應力集中區(qū)域。例如，大致環(huán)形部件可以通過諸如壓接而壓到圓柱形部件上，形成局部變形作為應力集中區(qū)域。然后設備可以安裝在連接到圓柱形部件的任一端的兩個構(gòu)件之間?？梢愿淖兇笾颅h(huán)形部件的數(shù)量和間距以及圓柱形部件的厚度和長度以獲得期望的能量吸收能力。因為擠壓引發(fā)特征是在組裝過程中形成的并且不需要沖壓到圓柱形部件中，因此避免了沖壓圓柱形部件的特定模具的成本。另外，設備易于對不同的應用進行修改，諸如改變大致環(huán)形部件的數(shù)量或軸向位置。此外，本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。
1. 一種能量吸收設備，包括
限定軸線并具有外表面的大致圓柱形部件；以及
至少一個大致環(huán)形部件，所述至少一個大致環(huán)形部件在所述外表面操作地連接到所述大致圓柱形部件，以在所述大致圓柱形部件中形成應力集中區(qū)域，使得由于對所述大致圓柱形部件施加足夠的力而使所述大致圓柱形部件在所述應力集中區(qū)域產(chǎn)生變形，其中，所述應力集中區(qū)域被所述圍繞的至少一個環(huán)形部件加強。2.如技術(shù)方案1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件被壓到所述大致圓柱形部件上。3.如技術(shù)方案2所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件具有多側(cè)外表面。4.如技術(shù)方案1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件被焊接到所述大致圓柱形部件上。5.如技術(shù)方案1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件包括多個環(huán)形部件，其中，所述環(huán)形部件的不同相鄰對彼此之間間隔不同。6.如技術(shù)方案1所述的能量吸收設備，其中，所述大致圓柱形部件是鋼制的。7.如技術(shù)方案1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件是壓縮鋼制的。8.如技術(shù)方案1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件包括多個環(huán)形部件，并且還包括
安裝到所述大致圓柱形部件的一端的第一構(gòu)件；以及
安裝到所述大致圓柱形部件的另一端的第二構(gòu)件，其中，力沿著朝向所述第二構(gòu)件的方向施加到所述第一構(gòu)件，由所述力造成的變形能量按照從最接近所述第一構(gòu)件的環(huán)形部件中的一個到最接近所述第二構(gòu)件的環(huán)形部件中的另一個的軸向順序被所述環(huán)形部件吸收。9.如技術(shù)方案8所述的能量吸收設備，還包括
安裝到所述第一構(gòu)件的車輛緩沖裝置和安裝到所述第二構(gòu)件的框架軌。10.如技術(shù)方案8所述的能量吸收設備，還包括
安裝到所述第一構(gòu)件的車輛儀表板和安裝到所述第二構(gòu)件的膝墊構(gòu)件。11. 一種車輛，包括
限定軸線并具有外表面的大致圓柱形鋼部件；
多個軸向隔開的壓縮鋼制的大致環(huán)形部件，所述大致環(huán)形部件在所述外表面操作地連接到所述大致圓柱形鋼部件以使所述大致圓柱形鋼部件變形，從而在所述大致圓柱形鋼部件中形成應力集中區(qū)域，所述應力集中區(qū)域用作擠壓引發(fā)特征，其中，所述擠壓引發(fā)特征操作地連接到所述大致圓柱形鋼部件；
安裝到所述大致圓柱形鋼部件的一端的第一車輛構(gòu)件；以及安裝到所述大致圓柱形鋼部件的另一端的第二車輛構(gòu)件；
其中，所述大致環(huán)形部件構(gòu)造成圍繞和加強所述應力集中區(qū)域，使得由于沿朝向所述第二構(gòu)件的方向施加到所述第一構(gòu)件的足夠力而在所述應力集中區(qū)域引起所述大致圓柱形鋼部件的變形，并且所述變形的能量被所述大致環(huán)形部件吸收，從而限制所述第一車輛構(gòu)件朝向所述第二車輛構(gòu)件的移動。12.如技術(shù)方案11所述的車輛，其中，所述第一車輛構(gòu)件是緩沖裝置，所述第二車輛構(gòu)件是框架軌。13.如技術(shù)方案11所述的車輛，其中，所述第一車輛構(gòu)件是儀表板，所述第二車輛構(gòu)件是膝墊構(gòu)件。14. 一種方法，包括
形成限定軸線的大致圓柱形部件；
將至少一個大致環(huán)形部件設置在所述大致圓柱形部件周圍；
將所述至少一個大致環(huán)形部件操作地連接到所述大致圓柱形部件，從而產(chǎn)生應力集中區(qū)域，所述應力集中區(qū)域作為所述圓柱形部件中的擠壓引發(fā)特征；以及
將帶有所述連接的至少一個大致環(huán)形部件的所述大致圓柱形部件安裝在連接到所述圓柱形部件的任一端的兩個構(gòu)件之間。15.如技術(shù)方案14所述的方法，其中，將所述至少一個大致環(huán)形部件操作地連接到所述大致圓柱形部件是通過將所述至少一個大致環(huán)形部件徑向向內(nèi)地壓到所述大致圓柱形部件上以使所述大致圓柱形部件局部變形而實現(xiàn)的。16.如技術(shù)方案14所述的方法，其中，將所述至少一個大致環(huán)形部件操作地連接到所述大致圓柱形部件是通過將所述至少一個大致環(huán)形部件焊接到所述大致圓柱形部件上而實現(xiàn)的。17.如技術(shù)方案14所述的方法，其中，所述形成所述大致圓柱形部件是通過無縫焊接、擠壓或帶有有縫焊接的軋制成形而實現(xiàn)的。結(jié)合附圖，通過下面對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的具體描述，將容易理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點。


圖1是顯示能量吸收設備的一個實施例的示意透視圖2A是示意性橫截面圖，示出由圖1的箭頭2A-2A所取的圖1的設備的部分視圖； 圖2B是示意性橫截面圖，示出了壓接在圖1的設備的圓柱形部件上的環(huán)形部件的部分視圖2C是示意性橫截面圖，示出了類似于圖1的設備的替代性實施例的部分視圖，其具有焊接到圓柱形部件上的環(huán)形部件；
圖3A-3D是示意性側(cè)視圖，示出了圖1和圖2A-2B的設備在沖擊事件期間變形的各個階段；
圖4是示意性橫截面圖，示出了車輛的前部的部分視圖，圖1和圖2A-2B的設備安裝在緩沖裝置和框架軌之間；
圖5是示意性側(cè)視圖，示出了一部分車輛的部分視圖，圖1和圖2A-2B的設備安裝在車輛儀表板和膝墊構(gòu)件之間；
圖6是示意性橫截面圖，示出了能量吸收設備的另一實施例的部分視圖；以及圖7是示出形成圖1-6的任一個能量吸收設備的方法的流程圖。
具體實施例方式參見附圖，其中相同的附圖標記在全部的若干視圖中指示相同的構(gòu)件，圖1示出了能量吸收設備10，其構(gòu)造成控制沖擊能量的吸收。能量吸收設備10包括大致圓柱形的部件12，環(huán)形部件14操作地連接到圓柱形部件12的外表面16，以形成應力集中區(qū)域13 (圖 2B中最佳所示)，也稱為擠壓引發(fā)特征，其功能在下面進行論述。環(huán)形部件14不需要是完整的環(huán)，但應該大致是環(huán)形的。第一和第二安裝板18、20分別連接到圓柱形部件12的第一端 22和第二端24。下面將更詳細地介紹能量吸收設備10的這些構(gòu)件的構(gòu)造和組裝。在圖1所示的實施例中，圓柱形部件12是鋼管。管可以是無縫焊接管、擠壓管或可以是軋制成形的有縫焊接管，但不限于此。這種鋼管的成本將比具有沖壓的擠壓引發(fā)特征的沖壓鋼圓柱形部件更低，因為沖壓的擠壓引發(fā)特征將需要專用模具?；蛘?，圓柱形部件 12可能是具有比鋼管更厚的壁的鋼管。圓柱形部件12可以是擠壓的鋁合金代替鋼，或者可以是塑料材料。材料的選擇和圓柱形部件12的規(guī)格可以基于設備10的期望的撞擊能量吸收性能，并可以使用撞擊能量分析來進行細調(diào)。圖2A顯示了沿著由圓柱形部件12限定的中心軸線A軸向隔開的兩個環(huán)形部件 14。在該實施例中，環(huán)形部件14通過壓接而操作地連接到圓柱形部件12。通過壓接而壓縮的環(huán)形部件14使圓柱形部件12的部分17局部變形，部分17被環(huán)形部件14徑向包圍以形成應力集中區(qū)域13。變形的部分17的徑向橫截面比圓柱形部件12的其余部分小，在變形的部分或接近變形的部分形成應力集中區(qū)域13。環(huán)形部件14構(gòu)造成比圓柱形部件12 更強，從而用于吸收在沖擊力F施加到端部22時在應力集中區(qū)域13引起的變形的能量，如圖3A-3D所示。該吸收變形能量的能力限制了端部22由于沖擊力F而向端部M的軸向運動。如圖3B、3C和3D所示，力F造成變形，使得端部22向端部M移動。隨著時間從圖3A 的初始沖擊進行到圖3D中的能量吸收設備10的最終狀態(tài)，由應力集中區(qū)域13的環(huán)形部件 14從端部22軸向逐漸朝向端部M的過程中吸收變形能量。圖3D所示的由沖擊力F導致的擠壓的結(jié)尾的能量吸收設備10的狀態(tài)顯示了端部22與端部M隔開的距離大于不在應力集中區(qū)域13設置環(huán)形部件14來吸收一些沖擊能量的情況。帶有應力集中區(qū)域13的能量吸收設備10幫助控制圓柱形部件12的變形以及端部22朝向端部M的移動。參考圖2A和2B，可選地，環(huán)形部件14各具有多側(cè)外表面，如側(cè)面B、C和D所示。 多側(cè)外表面允許兩個壓接工具分別位于表面B和D上，以在垂直于側(cè)面B和D的相應方向上并且大致徑向向內(nèi)壓縮環(huán)形部件14。各環(huán)形部件14的多側(cè)外表面幫助控制繞環(huán)形部件 14的整個外周的壓縮力，產(chǎn)生非常對稱的變形部分17，能夠進行高精度的擠壓性能建模。 也可以使用將環(huán)形部件14壓到圓柱形部件12上的其它方式，諸如通過將小間隔的釘徑向向內(nèi)地壓到環(huán)形部件14的外周周圍，以將環(huán)形部件14壓到繞外周的隔開的位置上。參考圖2C，備選的能量吸收設備IOA包括圓柱形部件12A，其可由以上所述的關于圓柱形部件12的任何方法形成，并可以是關于圓柱形部件12所述的任何材料形成。一個或多個環(huán)形部件14A沿著圓柱形部件12A軸向隔開，類似于圖1-2B的環(huán)形部件14。環(huán)形部件14A焊接到圓柱形部件12A，如焊接區(qū)域15所示。選擇焊接材料和焊接工藝，諸如焊接的冷卻速率，使得圓柱形部件12A在焊接區(qū)域15較強，在環(huán)形部件14A和焊接區(qū)域15的任一側(cè)產(chǎn)生應力集中區(qū)域13A。應力集中區(qū)域13A作為擠壓引發(fā)特征，使得圓柱形部件12A 的初始變形位于應力集中區(qū)域13A。圓柱形部件12A由環(huán)形部件14A加強。因此，當力施加到圓柱形部件12A的端部時，與圖3A的力F類似，環(huán)形部件14A吸收一些變形能量，降低圓柱形部件12A的軸向壓縮。因為環(huán)形部件14A焊接到圓柱形部件12A，而不是壓接到圓柱形部件12A，因此環(huán)形部件14A不具有多個外側(cè)表面，盡管其可以具有這種表面并將由于擁有這種表面而性能良好。圖4示出了能量吸收設備10在車輛30中的一個應用。能量吸收設備10用于緩沖組件32，該緩沖組件32可以是前緩沖組件或后緩沖組件。緩沖組件32包括飾板34，其向外與泡沫或塑料隔離件36隔開。隔離件36安裝在緩沖梁38上。能量吸收設備10的第一和第二安裝板18、20在焊點41處焊接到圓柱形部件12的端部。能量吸收設備10的第一安裝板18在焊接區(qū)域40焊接到緩沖梁38?；蛘?，第一安裝板18可螺栓固定或以其它方式固定到緩沖梁38上。第二安裝板20通過螺栓44螺栓固定到車輛框架軌43的凸緣42 上。第二安裝板20可以通過其它方式固定到框架軌43上。通過將能量吸收設備10安裝在緩沖梁38和框架軌43之間，傳遞通過飾板34和泡沫隔離件36到達緩沖梁38的沖擊力的一些能量通過能量吸收設備10的變形來吸收，以控制緩沖梁38朝向框架軌43的移動。圖5示出了能量吸收設備10在車輛130中的另一個應用。能量吸收設備10在安裝在儀表板134的一端具有第一安裝板18。第二安裝板20在能量吸收設備10的第二端安裝到膝墊構(gòu)件136，諸如泡沫上。在能量吸收設備10的方向上施加到儀表板134的沖擊力將造成能量吸收設備10吸收至少一些沖擊能量，其中變形能量被環(huán)形部件14 (見圖1)吸收，以控制第一端22朝向第二端M的前進(見圖3A-3D)。參考圖6，示出了能量吸收設備的另一替代性實施例10C。僅示出了第一安裝板 18C附接到能量吸收設備IOC的一端22C。第二安裝板附接到能量吸收設備IOC的另一端 (未示出)。能量吸收設備IOC具有大致圓柱形部件12C，其可由以上關于圓柱形部件12所述的任何方法形成，并可以是關于圓柱形部件12所述的任何材料形成。多個大致環(huán)形部件 14C1、14C2和14C3通過壓接而軸向地分布在圓柱形部件12C的外表面上并可操作地連接到圓柱形部件12C的外表面上，如關于圖1-2B的環(huán)形部件14所述的，以形成被環(huán)形部件14C 徑向圍繞的應力集中區(qū)域13C。環(huán)形部件14C的數(shù)量與環(huán)形部件14的數(shù)量不同，并且環(huán)形部件14與環(huán)形部件14C以不同的方式隔開。相鄰的一對環(huán)形部件14C1和14C2之間的間距大于相鄰對14C2和14C3之間的間距。環(huán)形部件14C的數(shù)量和間距依賴于能量吸收設備 IOC的期望的變形特性?？梢赃M行沖擊分析以確定環(huán)形部件14C的最佳數(shù)量和間距以獲得期望的變形特性。現(xiàn)在參考圖7，示出了制造和安裝諸如圖1-6的能量吸收設備10、IOA和IOC的能量吸收設備的方法200。方法200開始于步驟202，形成大致圓柱形部件12、12A或12C。形成圓柱形部件可以通過無縫焊接、擠壓、帶有無縫焊接的軋制成形或任何其它適當?shù)闹圃旆椒?。在形成圓柱形部件之后，方法200進行到步驟204，將一個或多個環(huán)形部件14、14A或 14C沿軸向隔開的布置設置在圓柱形部件12、12A或12C周圍。環(huán)形部件14、14A和14C的數(shù)量和間距依賴于能量吸收設備10、10A或IOC的特定應用中的期望的能量變形特性。在步驟206中，環(huán)形部件14、14A或14C操作地連接到圓柱形部件12、12A或12C以形成應力集中區(qū)域13、13A或13C。這可以通過將環(huán)形部件壓到大致圓柱形部件12、12A或 12C上而實現(xiàn)，諸如通過如上所述的壓接?；蛘撸@可以通過將環(huán)形部件14、14A或14C焊接到圓柱形部件12、12A或12C而實現(xiàn)。一旦操作地連接，當圓柱形部件12、12A或12C開始在應力集中區(qū)域13、13A或13C變形，環(huán)形部件14、14A或14C用于吸收變形能量。最后，在步驟208中，能量吸收設備10、IOA或IOC安裝在連接到能量吸收設備10、 IOA或IOC的任一端的兩個構(gòu)件之間。在圖4中，步驟208以安裝在緩沖梁38和框架軌43 之間的能量吸收設備10來示出。在圖5中，步驟208以安裝在儀表板134和膝墊構(gòu)件136 之間的能量吸收設備10來示出。能量吸收設備10也用于其它應用，包括要求受控的能量吸收的非車輛應用。因此，本文所述的能量吸收設備10、IOA或IOC以及方法200提供了能量吸收設備的簡單制造及應用以控制由沖擊導致的構(gòu)件的變形。雖然已經(jīng)詳細說明了實施本發(fā)明的最佳方式，但是本領域技術(shù)人員將意識到實現(xiàn)本發(fā)明的不同的設計方案和實施方式也在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種能量吸收設備，包括限定軸線并具有外表面的大致圓柱形部件；以及至少一個大致環(huán)形部件，所述至少一個大致環(huán)形部件在所述外表面操作地連接到所述大致圓柱形部件，以在所述大致圓柱形部件中形成應力集中區(qū)域，使得由于對所述大致圓柱形部件施加足夠的力而使所述大致圓柱形部件在所述應力集中區(qū)域產(chǎn)生變形，其中，所述應力集中區(qū)域被所述圍繞的至少一個環(huán)形部件加強。
2.如權(quán)利要求1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件被壓到所述大致圓柱形部件上。
3.如權(quán)利要求2所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件具有多側(cè)外表面。
4.如權(quán)利要求1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件包括多個環(huán)形部件，其中，所述環(huán)形部件的不同相鄰對彼此之間間隔不同。
5.如權(quán)利要求1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件是壓縮鋼制的。
6.如權(quán)利要求1所述的能量吸收設備，其中，所述至少一個大致環(huán)形部件包括多個環(huán)形部件，并且還包括安裝到所述大致圓柱形部件的一端的第一構(gòu)件；以及安裝到所述大致圓柱形部件的另一端的第二構(gòu)件，其中，力沿著朝向所述第二構(gòu)件的方向施加到所述第一構(gòu)件，由所述力造成的變形能量按照從最接近所述第一構(gòu)件的環(huán)形部件中的一個到最接近所述第二構(gòu)件的環(huán)形部件中的另一個的軸向順序被所述環(huán)形部件吸收。
7.—種車輛，包括限定軸線并具有外表面的大致圓柱形鋼部件；多個軸向隔開的壓縮鋼制的大致環(huán)形部件，所述大致環(huán)形部件在所述外表面操作地連接到所述大致圓柱形鋼部件以使所述大致圓柱形鋼部件變形，從而在所述大致圓柱形鋼部件中形成應力集中區(qū)域，所述應力集中區(qū)域用作擠壓引發(fā)特征，其中，所述擠壓引發(fā)特征操作地連接到所述大致圓柱形鋼部件；安裝到所述大致圓柱形鋼部件的一端的第一車輛構(gòu)件；以及安裝到所述大致圓柱形鋼部件的另一端的第二車輛構(gòu)件；其中，所述大致環(huán)形部件構(gòu)造成圍繞和加強所述應力集中區(qū)域，使得由于沿朝向所述第二構(gòu)件的方向施加到所述第一構(gòu)件的足夠力而在所述應力集中區(qū)域引起所述大致圓柱形鋼部件的變形，并且所述變形的能量被所述大致環(huán)形部件吸收，從而限制所述第一車輛構(gòu)件朝向所述第二車輛構(gòu)件的移動。
8.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中，所述第一車輛構(gòu)件是緩沖裝置，所述第二車輛構(gòu)件是框架軌。
9.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中，所述第一車輛構(gòu)件是儀表板，所述第二車輛構(gòu)件是膝墊構(gòu)件。
10.一種方法，包括形成限定軸線的大致圓柱形部件；將至少一個大致環(huán)形部件設置在所述大致圓柱形部件周圍；將所述至少一個大致環(huán)形部件操作地連接到所述大致圓柱形部件，從而產(chǎn)生應力集中區(qū)域，所述應力集中區(qū)域作為所述圓柱形部件中的擠壓引發(fā)特征；以及將帶有所述連接的至少一個大致環(huán)形部件的所述大致圓柱形部件安裝在連接到所述圓柱形部件的任一端的兩個構(gòu)件之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能量吸收設備，其包括限定了軸線且具有外表面的大致圓柱形部件。一個或多個軸向隔開的大致環(huán)形部件，所述大致環(huán)形部件在所述外表面操作地連接到所述大致圓柱形部件，以在所述大致圓柱形部件中形成應力集中區(qū)域，使得由于對所述大致圓柱形部件施加足夠的力而使所述大致圓柱形部件在所述應力集中區(qū)域產(chǎn)生變形，其中，所述應力集中區(qū)域被所述大致環(huán)形部件加強。應力集中區(qū)域作為擠壓引發(fā)特征，并通過將大致環(huán)形部件連接到大致圓柱形部件而形成。因此，不需要昂貴的工具(諸如預成形的模具)來形成大致圓柱形部件中的引發(fā)特征。
文檔編號B60R21/045GK102275555SQ20111012237
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者A. 瓦夫德 A., D. 范布倫 B. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司