一种组合式汽车碰撞吸能盒

1.本发明涉及汽车被动安全防护领域，具体是指一种组合式汽车碰撞吸能盒。


背景技术：

2.随着汽车行业的高速高质量发展，市面上的汽车保有量不断上升，给人们的生活带来便利的同时，汽车潜在的安全隐患也不断威胁着人们的生命和财产安全，因此，提高汽车行驶过程的安全性一直是国内外相关学者的研究热点。
3.汽车吸能盒位于防撞钢梁与车身纵梁之间，当汽车发生碰撞事故时，汽车吸能盒通过塌陷而产生塑性形变来吸收能量，从而达到保护车内乘客安全和降低事故严重程度的作用。然而，目前市面上的汽车吸能盒结构单一，大多沿用简单的方形和圆形等薄壁结构，在碰撞吸能方面的作用有限，无法满足大众对提高汽车被动安全性能、应对复杂路况的需求。因此，设计一种具有优异碰撞吸能的汽车吸能盒有十分可观的工程意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种组合式汽车碰撞吸能盒，克服传统吸能盒吸能不稳定、吸能效率低等缺点，实现稳定高效吸能、降低峰值应力的目标。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种组合式汽车碰撞吸能盒，包括由上至下依次设置的上法兰、组合式吸能器及下法兰；
6.所述组合式吸能器包括六棱柱型支撑外壳、置于六棱柱型支撑外壳内的双层梯度式三明治内芯及圆台型支撑底座；双层梯度式三明治内芯由上部的拱壳结构、中部的波纹管及下部的拱壳结构组成；拱壳结构端部布置有回旋式螺纹；其中上部的拱壳结构和下部的拱壳结构平面相向放置，并通过波纹管连接在一起；所述圆台型支撑底座的上端面与下部的拱壳结构的凸面固定连接。
7.在一较佳实施例中：所述六棱柱型支撑外壳是由碳纤维、铝合金构成。
8.在一较佳实施例中：所述六棱柱型支撑外壳的各个表面沿着高度方向间隔开设有多个诱导孔。
9.在一较佳实施例中：所述诱导孔为六边形。
10.相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
11.1.实现渐进吸能、逐级吸能，有效降低峰值碰撞力；
12.吸能盒内部具有梯度变化，能够保证能量吸收的渐进，避免了能量的突增。本发明中采用的拱壳结构、拱壳端部的回旋式螺纹以及中部的填充负泊松比星形蜂窝结构的波纹管能够有效诱导碰撞力的发散和吸能盒的变形，从而降低峰值碰撞力。
13.2.具有良好的吸能水平；
14.吸能盒内芯的拱壳结构为空心，壳壁铺设一层手性蜂窝结构，截面具体表现为反四手性柱与四韧带手性结构的结合，中部的填充负泊松比星形蜂窝结构的波纹管，截面具体表现为嵌套负泊松比星形蜂窝结构的八边形与四边形的交叉规则排列。当汽车受到碰撞
时，具有负泊松比、手性和波纹特性的结构，结合拱壳结构端部的回旋式螺纹可以吸收较高的能量，并将其转化为较轻的形变，且蜂窝结构能提供足够的能量耗散和缓冲效果，实现较高的吸能水平。
15.3.具有良好的减振、承载作用
16.本组合式汽车碰撞吸能盒的手性蜂窝结构、负泊松比星形蜂窝结构能提供足够的减振效果，且拱壳端部的回旋式螺纹与中部波纹管的波纹特性在缓冲能量冲击、抵抗结构失稳能起一定作用。当汽车受到的碰撞力过大，中部的蜂窝结构塌陷，上下拱壳也可继续贴合，这对提高承载作用有良好表现。
17.4.具有良好的力学性能
18.本结构中的六棱柱外壳管壁是双层碳纤维中夹铝合金，其中碳纤维是一种高强度高模量的纤维材料，有着良好的抗拉性能，同时铝合金有着良好的抗压性能，两者结合，相辅相成，铝合金截面为瓦楞状，具有良好的结构性能。另外，在上下法兰及六棱柱外壳表面均开设多个减重孔、诱导孔，使得吸能盒强度、抗压性得到进一步提高。
19.5.可替换性高
20.吸能主体部分为双层三明治内芯，可根据实际需要变换三明治内芯的层数，以便其适用于实际的工程需要。
附图说明
21.图1绘示了本发明组合式汽车碰撞盒的整体结构示意图；
22.图2绘示了本发明组合式汽车碰撞吸能盒的立体分解示意图；
23.图3绘示了本发明主体双层梯度式三明治内芯的俯视图；
24.图4绘示了本发明主体双层梯度式三明治内芯的结构示意图(忽略其中一层)；
25.图5绘示了本发明主体内芯上下拱壳壳壁铺设的手性蜂窝结构示意图；
26.图6绘示了本发明主体内芯中部填充的负泊松比星形蜂窝结构示意图；
27.图7绘示了本发明内部圆台型支撑底座的结构示意图；
28.图8绘示了本发明六棱柱型支撑外壳的结构示意图；
29.图9绘示了本发明上下法兰盘的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设
置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.如图1至图9所示，一种组合式汽车碰撞吸能盒，包括上下依次设置的上法兰1、组合式吸能器2及下法兰3；组合式吸能器2包括双层梯度式三明治内芯21、圆台型支撑底座22及六棱柱型支撑外壳23；六棱柱型支撑外壳为三层材料结构，分别为上碳纤维231、铝合金232、下碳纤维233；双层梯度式三明治内芯21包括两层相同的三明治型结构，具体设置为上拱壳211、填充负泊松比星形蜂窝结构的波纹管212及下拱壳213；拱壳211/213的壳壁为铺设有手性蜂窝结构，截面表现为反四手性柱与四韧带手性结构的结合；填充负泊松比星形蜂窝结构的波纹管212，其截面表现为正八边形和正四边形的交叉规则排列，正八边形和正四边形内填充有负泊松比特性的星形蜂窝。
34.如图3所示，所述拱壳结构211/213端部布置有回旋式螺纹，通过双层梯度式三明治内芯21，回旋式螺纹实现完全贴合，具有减振吸能的作用。
35.如图4所示，双层梯度式三明治内芯21在宽度方向呈现梯度分布，能够诱导碰撞力的发散和吸能盒的变形，并在蜂窝结构212出现塌陷时，上拱壳211能够接触下拱壳213，呈现完整的蛋壳形状，依然具有梯度变化，这对降低峰值碰撞力，实现渐进吸能、逐级吸能，以及提高吸能水平方面有出色的表现。
36.如图4所示，拱壳211/213的材料、结构均相同，为源于蛋壳、龟壳及贝壳等的自然形态仿生设计，空心结构，能够减轻吸能盒重量，壳壁铺设手性蜂窝结构，能够充分利用材料强度，增大吸能总量，并具备良好的缓冲效应。填充负泊松比星形蜂窝结构的波纹管212带有波纹特性，波纹与负泊松比星形蜂窝结合能够将较高的碰撞能量转化为较低的塑性形变量，从而增强吸能盒刚度，提高吸能盒承载效果，加强其抵抗失稳的能力。如图5、图6，为手性蜂窝结构与负泊松比星形蜂窝结构的局部示意图。
37.如图8所示，六棱柱型支撑外壳23为三层材料结构，上碳纤维层231与下碳纤维层233中夹铝合金层232，铝合金层截面形状为瓦楞状。瓦楞状在抗冲减振、提高结构刚度向来有着不错的效果。具有高强度的碳纤维和铝合金结合瓦楞式结构，使吸能盒在减振、吸能、轻量化方面更具优势，此外，在六棱柱型支撑外壳23表面规则开设有若干个六边形诱导孔，能够适应冲击能量耗散的需要，并进一步减轻吸能盒整体重量。如图9所示，上法兰1、下法兰3为相同结构，其表面均开设有减重孔，也可为实现吸能盒轻量化，减轻汽车负担作出贡献。
38.组合式吸能器中的六棱柱型支撑外壳是由碳纤维、铝合金构成，碳纤维和铝合金材料在减重、减振、吸能等方面均有着出色的表现，且碳纤维材料的良好抗拉特性可与铝合金材料的良好抗压特性相结合，提高结构的承载能力。此外，六棱柱型支撑外壳表面规则开设有若干个六边形诱导孔，可以减轻吸能盒重量，还可吸收部分能量，诱导能量耗散。
39.组合式吸能器的主体部分为一双层梯度式三明治内芯结构，其由两层相同的三明治内芯结构构成，三明治内芯结构包括上拱壳结构、中部波纹管及下拱壳结构，两层三明治内芯通过拱壳端部的回旋式螺纹完全贴合。拱壳结构为源于蛋壳、龟壳及贝壳等的仿生空心结构，壳壁有一薄层手性蜂窝结构，在汽车发生碰撞时，能够降低峰值碰撞力、提高汽车
抗振缓冲能力。中部为填充负泊松比星形蜂窝结构的波纹管，有着轻量、大吸能、高承载力的优点。
40.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

技术特征：
1.一种组合式汽车碰撞吸能盒，其特征在于包括由上至下依次设置的上法兰、组合式吸能器及下法兰；所述组合式吸能器包括六棱柱型支撑外壳、置于六棱柱型支撑外壳内的双层梯度式三明治内芯及圆台型支撑底座；双层梯度式三明治内芯由上部的拱壳结构、中部的波纹管及下部的拱壳结构组成；拱壳结构端部布置有回旋式螺纹；其中上部的拱壳结构和下部的拱壳结构平面相向放置，并通过波纹管连接在一起；所述圆台型支撑底座的上端面与下部的拱壳结构的凸面固定连接。2.根据权利要求1所述的一种组合式汽车碰撞吸能盒，其特征在于：所述六棱柱型支撑外壳是由碳纤维、铝合金构成。3.根据权利要求1所述的一种组合式汽车碰撞吸能盒，其特征在于：所述六棱柱型支撑外壳的各个表面沿着高度方向间隔开设有多个诱导孔。4.根据权利要求1所述的一种组合式汽车碰撞吸能盒，其特征在于：所述诱导孔为六边形。

技术总结
本发明提供了一种组合式汽车碰撞吸能盒，包括由上至下依次设置的上法兰、组合式吸能器及下法兰；所述组合式吸能器包括六棱柱型支撑外壳、置于六棱柱型支撑外壳内的双层梯度式三明治内芯及圆台型支撑底座；双层梯度式三明治内芯由上部的拱壳结构、中部的波纹管及下部的拱壳结构组成；拱壳结构端部布置有回旋式螺纹；其中上部的拱壳结构和下部的拱壳结构平面相向放置，并通过波纹管连接在一起；所述圆台型支撑底座的上端面与下部的拱壳结构的凸面固定连接。固定连接。固定连接。


技术研发人员：张小玲 张勇 游乙 徐晓莉 张锋
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/6/26