用于车辆的能量吸收结构

技术领域

本公开涉及一种用于车辆的能量吸收结构，以及包括能量吸收结构的车辆。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

典型地，车辆包括安装在车辆的前侧的前保险杠和安装在车辆的后侧的后保险杠，以减少在碰撞事件(主要是前面或后面碰撞事件)期间传递到车辆的车身以及其他部件(例如，发动机)的载荷。所述车辆还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述车辆的所述前保险杠与主车架之间，并且设置在所述后保险杠与所述主车架之间。所述缓冲罐被配置为在此类碰撞期间在轴向方向上变形，从而吸收碰撞事件的能量。

虽然典型的车辆能量吸收结构(诸如缓冲罐)对于一些应用来说效果很好，但是其他应用可受益于使用重量较轻或由不同制造工艺形成的能量吸收结构。本公开的教导内容解决了典型的车辆能量吸收结构的这些和其他问题。

发明内容

本部分提供了对本公开的总体概述并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

在一种形式中，本公开公开了一种将车辆的第一结构连接到所述车辆的相邻的第二结构的能量吸收结构。所述能量吸收结构包括支撑梁和晶格(lattice)阵列。每个支撑梁位于所述能量吸收结构的相应拐角处并且在所述车辆的纵向方向上延伸。所述支撑梁将所述第一结构连接到所述第二结构。所述晶格阵列位于所述能量吸收结构的相应侧处并且形成所述能量吸收结构的周边。每个晶格阵列将相邻的支撑梁彼此连接。

在上述段落的能量吸收结构的可单独地或组合地实施的变型中：所述多个支撑梁中的每个支撑梁具有可变横截面；所述多个支撑梁中的每个支撑梁是中空的；所述多个支撑梁中的每个支撑梁具有可变厚度；所述多个支撑梁中的每个支撑梁具有恒定的横截面；所述多个支撑梁中的每个支撑梁具有正方形横截面形状；所述能量吸收结构不包括跨越所述多个支撑梁中的不相邻支撑梁之间的任何晶格阵列；所述多个晶格阵列中的至少一个晶格阵列包括多个实心晶格梁，所述多个实心晶格梁中的每个实心晶格梁具有可变横截面；每个实心晶格梁具有矩形横截面形状；并且所述多个支撑梁和所述多个晶格阵列由铝制成。

在另一种形式中，本公开公开了一种能量吸收总成，所述能量吸收总成包括第一结构、第二结构和多个能量吸收结构。所述第二结构与所述第一结构间隔开并且在所述车辆的横向方向上延伸。所述能量吸收结构将所述第一结构连接到所述第二结构。每个能量吸收结构包括支撑梁和晶格阵列。每个支撑梁位于所述能量吸收结构的相应拐角处并且在所述车辆的纵向方向上延伸。所述晶格阵列位于所述能量吸收结构的相应侧处并且形成所述能量吸收结构的周边。每个晶格阵列将相邻的支撑梁彼此连接。

在上述段落的能量吸收结构的可单独地或组合地实施的变型中：每个能量吸收结构包括与所述第二结构相邻的第一端和与所述第一结构相邻的第二端，每个能量吸收结构从所述第一端朝向所述第二端渐缩；每个能量吸收结构相对于平行于所述车辆的所述纵向方向延伸的水平轴线以一定角度延伸；并且所述角度在1度与20度之间。

在又另一种形式中，本公开公开了一种能量吸收总成，所述能量吸收总成包括第一结构、第二结构和多个能量吸收结构。所述第二结构与所述第一结构间隔开并且在所述车辆的横向方向上延伸。所述能量吸收结构将所述第一结构连接到所述第二结构。每个能量吸收结构包括中空支撑梁和晶格阵列。每个支撑梁位于所述能量吸收结构的相应拐角处并且在所述车辆的纵向方向上延伸。所述晶格阵列位于所述能量吸收结构的相应侧处并且形成所述能量吸收结构的周边。每个晶格阵列将相邻的支撑梁彼此连接。所述多个晶格阵列中的至少一个晶格阵列包括多个实心晶格梁。所述多个实心晶格梁中的每个实心晶格梁具有可变横截面。

根据本文中提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了能够很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：

图1是根据本公开的原理的包括能量吸收结构的车辆的示意图；

图2是图1的一种能量吸收结构的透视图；

图3是图1的能量吸收结构的顶视图；

图4是图1的能量吸收结构的侧视图；

图5是沿图2的线5-5的能量吸收结构的剖视图；

图6是沿图2的线6-6的能量吸收结构的剖视图；

图7A至图7C是图1的能量吸收结构在示例性碰撞事件的不同阶段期间的侧视图；

图8是根据本公开的原理的倾斜的能量吸收结构的侧视图；

图9是根据本公开原理的又另一能量吸收结构的透视图；

图10是图9的能量吸收结构的侧视图；

图11是根据本公开原理的又另一能量吸收结构的透视图；并且

图12是图11的能量吸收结构的前视图。

本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征。

参考图1，提供了包括传动系统12和动力传动系统14的车辆10。在图1所示的特定配置中，传动系统12尤其包括传动轴16、主车桥18、辅助车桥20和后差速器24。由动力传动系统14生成的旋转动力(车辆转矩)被传递到传动系统12。也就是说，由动力传动系统14生成的旋转动力经由传动轴16被传递到主车桥18以驱动一组后车轮26。主车桥18包括第一轴18a和第二轴18b。第一轴18a驱动一组后车轮26中的第一车轮26a并且第二轴18b驱动一组后车轮26中的第二车轮26b。辅助车桥20包括第一轴20a和第二轴20b。第一轴20a连接到一组前车轮32中的第一轮32a，并且第二轴20b连接到一组前车轮32中的第二车轮32b。动力传动系统14包括发动机34和变速器36。发动机34生成旋转动力并且可以是例如内燃发动机。变速器36将旋转动力从发动机34传递到传动系统12。在未具体示出的可替代配置中，车辆10可以是不同类型的车辆，包括但不限于前轮驱动、全轮驱动或四轮驱动车辆。在未具体示出的可替代配置中，车辆10可具有不同类型的传动系统12和动力传动系统14，包括但不限于例如电力、混合动力电力或燃料电池。

车辆10还包括车辆车架40，所述车辆车架充当车辆10的主要支撑结构，各种部件直接或间接地附接到所述车辆车架。车辆车架40包括相对的纵向纵梁42a、42b和前端总成44。纵梁42a、42b彼此间隔开。横向构件相对于车辆10的纵向方向在横向方向上延伸，并且将纵向纵梁42a、42b彼此连接。虽然车辆10在本文中被示出和描述为车身车架分离式车辆，但是在未具体示出的替代形式中，本文描述的前端总成44可与不同类型的车辆架构(例如一体式车架、单体车架或空间车架)一起使用。

前端总成44尤其包括保险杠结构46和一对能量吸收结构或缓冲罐48。保险杠结构46相对于车辆10的纵向方向在横向方向上延伸，并且经由一对能量吸收结构48固定到车辆车架40。

参考图2至图6，能量吸收结构48具有有助于在预定载荷下在车辆10的纵向方向上进行受控的挤压变形或变形以耗散碰撞能量的形状，诸如正方形或矩形形状。在所示的示例中，能量吸收结构48在车辆10的纵向方向上延伸。在一些形式中，如图8所示，能量吸收结构48a相对于平行于车辆10的纵向方向延伸的水平轴线X以角度θ延伸。所述角度θ在1度与20度之间。

返回参考图2至图6，每个能量吸收结构48包括固定到保险杠结构46(图1)的第一端50a和固定到相应纵梁42a、42b(图1)的前端的第二端50b，从而形成车身结构或能量吸收总成。在一些形式中，第一端50a通过板或支架构件(未示出)固定到保险杠结构46(图1)，并且第二端50b通过板或支架构件(未示出)固定到相应纵梁42a、42b(图1)的前端。每个能量吸收结构48从第一端50a到第二端50b还具有均匀的或恒定的横截面。

能量吸收结构48是可通过增材制造工艺制造的单个组合式整体式主体的形式。制造工艺可包括例如激光烧结，所述激光烧结通常可包括激光器(未示出)、用于施加后续粉末烧结材料(例如，金属粉末)层的装置以及控制激光器的操作和金属粉末沉积的量和时间的控制器(未示出)。应当理解，可采用其他3D打印或增材制造方法连同多种不同的材料来实现组合式整体式主体，同时保持在本公开的范围内。

每个能量吸收结构48包括多个中空支撑梁52和多个晶格阵列(包括晶格阵列54a和晶格阵列54b)。支撑梁52彼此间隔开并且位于能量吸收结构48的相应拐角处。支撑梁52还在车辆10的纵向方向上延伸并且具有正方形形状。在一些形式中，支撑梁52的形状可以是矩形、圆柱形或任何其他合适的形状。在一些形式中，一个或多个支撑梁52可以是实心的而不是中空的。

支撑梁52将保险杠结构46(图1)连接到相应纵梁42a、42b(图1)的前端。换句话说，支撑梁52具有连接到保险杠结构46(图1)的第一端56a和连接到相应的纵梁42a、42b(图1)的第二端56b。

在所示的示例中，支撑梁52从第一端56a到第二端56b具有可变的横截面。在一些形式中，支撑梁52从第一端56a到第二端56b具有均匀的横截面。

在所示的示例中，支撑梁52从第一端56a到第二端56b具有可变的厚度。也就是说，支撑梁52的最靠近第二端56b(或相应的纵梁42a、42b)的部分的厚度大于支撑梁52的最靠近第一端56a(或保险杠结构46)的部分的厚度。以这种方式，有利于能量吸收结构48在预定载荷下在从第一端56a到第二端56b的纵向方向上的挤压变形。在一些形式中，支撑梁52从第一端56a到第二端56b具有均匀的厚度。

在一种形式中，支撑梁52的材料沿着支撑梁52的整个长度是恒定的。在一些可替代形式中，支撑梁52的材料沿着支撑梁52的长度可以是可变的。也就是说，支撑梁52的位于纵梁42a、42b附近的一部分可由例如钢制成，而支撑梁52的位于保险杠结构46附近的一部分例如由铝制成。在另一种形式中，支撑梁52中的一些可以是一种材料，而支撑梁52中的其他支撑梁可以是不同的材料。

晶格阵列54a、54b形成能量吸收结构48的周边并且将相邻的支撑梁52彼此连接。晶格阵列54a、54b还与支撑梁52协作以环绕能量吸收结构48的中心区域或中间区域。在所示的示例中，中心区域未被占用。在一些形式中，中心区域被一个或多个晶格阵列占用。

每个晶格阵列54a包括以预定配置定向的多个梁或支柱(即，梁62a、62b，本文中统称为或一般称为梁62)，并且每个晶格阵列54b包括以预定配置定向的多个梁或支柱(即，梁70a、70b、70c，本文中统称为或一般称为梁70)。在所示的示例中，梁62、70是实心的并且具有矩形形状。在一些形式中，梁62、70是中空的和/或具有不同的形状(例如，圆柱形或正方形形状)。

在所示的示例中，梁62、70具有可变横截面。也就是说，梁62、70的位于纵梁42a、42b附近的一部分的横截面积可比梁62、70的位于保险杠结构46附近的部分的横截面积大。以这种方式，有利于能量吸收结构48在预定载荷下在从能量吸收结构48的第一端50a到能量吸收结构48的第二端50b的纵向方向上的挤压变形。也就是说，如图7A至图7C所示，能量吸收结构48在预定载荷下在从第一端50a朝向第二端50b的纵向方向上变形。在一些形式中，梁62、70具有均匀的横截面。

在一种形式中，梁62、70的材料沿着梁62、70的整个长度是均匀的。在另一种形式中，梁62、70的材料沿着梁62、70的长度可以是可变的。也就是说，梁62、70的位于纵梁42a、42b附近的一部分可由例如钢制成，而梁62、70的位于保险杠结构46附近的一部分例如由铝制成。在另一种形式中，梁62、70中的一些可以是一种材料，而梁62、70中的其他梁可以是不同的材料。

在所示的示例中，一个晶格阵列54a位于能量吸收结构48的上部分处并且将两个上支撑梁52彼此连接，并且一个晶格阵列54a位于能量吸收结构48的下部分处并且将两个下支撑梁52彼此连接。换句话说，一个晶格阵列54a充当能量吸收结构48的上部分，并且一个晶格阵列54a充当能量吸收结构48的底部部分。参考图3，梁62a在车辆10的横向方向上延伸，并且梁62b在车辆10的倾斜方向上延伸。每个梁62b从更靠近保险杠结构46的位置处的一个支撑梁52延伸到更靠近纵梁42a、42b的位置处的相邻支撑梁52。两个梁62b在梁62b的中心部分处彼此接合。

在所示的示例中，一个晶格阵列54b位于能量吸收结构48的右侧处并且将两个相邻支撑梁52彼此连接，并且一个晶格阵列54b位于能量吸收结构48的左侧处并且将两个相邻支撑梁52彼此连接。参考图4，梁70a在竖直方向上延伸，梁70b在车辆10的纵向方向上延伸，并且梁70c在车辆10的倾斜方向上延伸。每个梁70c从更靠近保险杠结构46的位置处的一个支撑梁52朝向更靠近纵梁42a、42b的位置处的相邻支撑梁52延伸。能量吸收结构48包括接合梁70a、70b、70c的接合部74。两个梁70c还在梁70c的中心部分附近或中心部分处彼此接合。

本公开的增材制造的能量吸收结构48提供了允许梁在形状、厚度、材料和/或横截面方面可变的益处。与常规的缓冲罐相比，本公开的被增材制造为包括晶格阵列的能量吸收结构48还通过使用更少的材料来减轻能量吸收结构48的重量。以这种方式，能量吸收结构48包括较少的层叠(即，能量吸收结构48的在预定载荷下没有挤压变形的部分)，这允许在相同距离内比典型的缓冲罐吸收更多的能量。尽管本公开提供了设置在前保险杠结构与车辆主车架之间的能量吸收结构，但是能量吸收结构还可定位在车辆的其他位置处(诸如在后保险杠结构与车辆主车架之间)以在载荷期间吸收能量。

参考图9和图10，提供了另一个能量吸收结构148。能量吸收结构148可代替能量吸收结构48结合到上述车辆10中。除了下面示出或指出的任何例外之外，能量吸收结构148的结构和功能可与以上描述的能量吸收结构48的结构和功能类似或相同。

能量吸收结构148包括多个中空支撑梁152和多个晶格阵列154。支撑梁152和晶格阵列154的结构和功能可分别与以上描述的支撑梁52和晶格阵列54的结构和功能类似或相同，并且因此将不再详细描述。支撑梁152可在晶格阵列154连接到支撑梁152的位置中包括增强结构156。增强结构156位于支撑梁152的其中晶格阵列154连接到支撑梁152的区域处，并且包括大于支撑梁152的厚度的厚度。能量吸收结构148包括被配置为固定到保险杠结构46的第一端150a和被配置为固定到相应纵梁42a、42b(图1)的前端的第二端150b。能量吸收结构148从第一端150a朝向第二端150b渐缩。换句话说，第二端150b的横截面积大于第一端150a的横截面积。换句话说，支撑梁152在第一端150a处比在第二端150b处更靠近在一起。

参考图11和图12，提供了另一个能量吸收结构248。能量吸收结构248可代替能量吸收结构48、148结合到上述车辆10中。除了下面示出或指出的任何例外之外，能量吸收结构248的结构和功能可与以上描述的能量吸收结构48、148的结构和功能类似或相同。

能量吸收结构248包括被配置为固定到保险杠结构46的第一端250a和被配置为固定到相应纵梁42a、42b(图1)的前端的第二端250b。能量吸收结构248还包括多个中空支撑梁252、多个第一晶格阵列254和多个第二晶格阵列255。支撑梁252的结构和功能可与以上描述的支撑梁52的结构和功能类似或相同，并且因此将不再详细描述。

晶格阵列254形成能量吸收结构248的周边并且将相邻的支撑梁252彼此连接。晶格阵列254还与支撑梁252协作以环绕能量吸收结构248的中心区域或中间区域。晶格阵列254的结构和功能可与以上描述的晶格阵列54a、54b的结构和功能类似或相同，并且因此将不再详细描述。

晶格阵列255设置在能量吸收结构248的中心区域处，并且沿着车辆10的纵向方向彼此间隔开。每个晶格阵列255包括以预定配置定向的多个梁或支柱280。

在所示的示例中，梁280是实心的并且具有矩形形状。在一些形式中，梁280是中空的和/或具有不同的形状(例如，圆柱形或正方形形状)。

在所示的示例中，梁280具有可变横截面。也就是说，梁280的位于能量吸收结构248的一侧附近的部分的横截面积可比梁280的位于能量吸收结构248的相对侧附近的部分的横截面积大。在一些形式中，梁280具有均匀的横截面积。

在一种形式中，梁280的材料沿着梁280的整个长度是恒定的。在另一种形式中，梁280的材料沿着梁280的长度可以是可变的。也就是说，梁280的位于能量吸收结构248的一侧附近的部分可由例如钢制成，而梁280的位于能量吸收结构248的相对侧附近的部分由例如铝制成。在另一种形式中，梁280中的一些可以是一种材料，而梁280中的其他梁可以是不同的材料。

除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其他特性的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于各种原因期望进行这种修饰，所述原因包括：工业实践；材料、制造和组装公差；以及测试能力。

如本文所使用，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一者、B中的至少一者以及C中的至少一者”。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不脱离本公开的实质的变型旨在在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。

根据本发明，提供了一种用于车辆的能量吸收总成，所述能量吸收总成具有：第一结构；第二结构，所述第二结构与所述第一结构间隔开并且在所述车辆的横向方向上延伸；以及多个能量吸收结构，所述多个能量吸收结构将所述第一结构连接到所述第二结构，每个能量吸收结构包括：多个支撑梁，所述多个支撑梁位于所述能量吸收结构的相应拐角处并且在所述车辆的纵向方向上延伸；以及多个晶格阵列，所述多个晶格阵列位于所述能量吸收结构的相应侧处并且形成所述能量吸收结构的周边，所述多个晶格阵列中的每个晶格阵列将相邻的支撑梁彼此连接。

根据一个实施例，每个能量吸收结构包括与所述第二结构相邻的第一端和与所述第一结构相邻的第二端，并且其中每个能量吸收结构从所述第一端朝向所述第二端渐缩。

根据一个实施例，每个能量吸收结构相对于平行于车辆的纵向方向延伸的水平轴线以一定角度延伸。

根据一个实施例，所述角度在1度与20度之间。

根据一个实施例，所述多个支撑梁中的每个支撑梁是中空的。

根据一个实施例，所述多个支撑梁中的每个支撑梁具有可变厚度。

根据一个实施例，所述多个支撑梁中的每个支撑梁具有可变横截面。

根据一个实施例，所述多个晶格阵列中的至少一个晶格阵列包括多个实心晶格梁，并且其中所述多个实心晶格梁中的每个实心晶格梁具有可变横截面。

根据一个实施例，每个实心晶格梁具有矩形形状。

根据本发明，提供了一种用于车辆的能量吸收总成，所述能量吸收总成具有：第一结构；第二结构，所述第二结构与所述第一结构间隔开并且在所述车辆的横向方向上延伸；以及多个能量吸收结构，所述多个能量吸收结构将所述第一结构连接到所述第二结构，每个能量吸收结构包括：多个中空支撑梁，所述多个中空支撑梁位于所述能量吸收结构的相应拐角处并且在所述车辆的纵向方向上延伸；以及多个晶格阵列，所述多个晶格阵列位于所述能量吸收结构的相应侧处并且形成所述能量吸收结构的周边，所述多个晶格阵列中的每个晶格阵列将相邻的支撑梁彼此连接，其中所述多个晶格阵列中的至少一个晶格阵列包括多个实心晶格梁，并且其中所述多个实心晶格梁中的每个实心晶格梁具有可变横截面。