[发明专利]能量管理系统

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求以下美国临时申请的权利：美国临时申请No.60/751,522，提交于2005年12月19日，名为“能量管理系统”；和美国临时申请No.60/793,069，提交于2006年4月19日，名为“能量管理系统”，上述两个美国临时申请的全部内容通过参考包含于此。

技术领域

本发明涉及成形为在冲击行程期间以一致的和可预测的方式吸收相当大的冲击能的能量管理系统，该能量管理系统包括由聚合物材料制成的能量吸收器。

背景技术

考虑车辆安全的联邦政府、保险公司和代理商、协会和公司已建立了车辆保险杠系统必须通过的标准冲击试验。保险杠安装支架和挤压塔(crush towers)通常用来把保险杠梁(bumper beam)安装到车架上，并常用来在车辆撞击时吸收能量。一些特点对“成功的”保险杠安装支架和挤压塔是有益的。要求制造提供在已知的窄范围的一致和可预测的冲击强度的保险杠安装支架和挤压塔，使得可确定在单个车辆上的保险杠系统能全部通过试验。这使制造商可制造更安全的车辆，也使他们把车辆的保险杠系统更精确地最佳化以减小过分的重量及可使用低成本的材料。更具体地，要求制造提供一致的力随挠曲变化的曲线及提供一致的及可预测的压扁式样的保险杠安装支架及挤压塔。这使车辆制造商确切知道在任意给定的冲击力下产生多大挠曲，以及在冲击或车辆碰撞时，在任意点吸收了多少能量。这继而允许车辆制造商设计绕着保险杠系统的足够空间，以允许在不浪费空间的情况下的非损坏性冲击，以补偿产品变化及提供保险杠系统在车架上的足够的支承。力随挠曲变化的曲线有一些重要的范围，在这些范围中，挤压塔从弹性变形转变为永久变形而完全压扁并且压扁到底(bottoming out)。重要的是这许多压扁点可预测，以确保在压扁前及压扁时基本能量已吸收，也确保在过分的载荷通过保险杠系统传递到车辆及乘客前发生压扁。

除了上面说明，保险杠开发项目要求长的研制周期，并且重要的是任何挤压塔应是柔性的、适应性强的和“可调整的”，使得它可预测地修改及调整，以便在保险杠开发项目的后期在给定车辆型号上使其最佳化。另外，希望尽管在较宽变化的车辆要求的情况下，也能提供可用在不同的保险杠梁上和与不同的保险杠系统和车辆型号一起使用的挤压塔的设计，以便使各新的保险杠系统，虽然新，但不是完全未测试的和“未知”的系统。

已知一些管状的挤压塔用来把保险杠梁支承在保险杠系统中。在一种类型中，两个冲压成形的外壳焊接在一起。但是，这个方法产生原材料废料。另外，焊接方法是增加制造成本的次级操作。另外，焊接的挤压塔经受明显的产品变化和在产品冲击强度、力与挠度曲线、能量吸收曲线和压碎点的显著变化。

一些挤压塔使用比其它挤压塔较坚固的材料。但是，随着挤压塔的强度增加，就有把越来越高的载荷从保险杠梁直接传到车架的倾向。这通常是不希望的。而是要求塔本身可预测地压扁及压碎并在分配的时间中吸收最大的能量。特别是，很高强度的挤压塔把不希望的高载荷峰值从保险杠梁传到车架。这通常接着是挤压塔的灾难性的断裂，其中只吸收很少的能量并且车与车之间的能量吸收不是一致的及可预测的。另外，它导致车架过早的损坏。特别重要的是挤压塔设计成在车辆碰撞时，在挤压塔可见的整个压扁行程中，连续地及可预测地挠曲及弯曲材料。同时，要求允许使用超高强度材料，如高强度低合金(HSLA)钢或有很高强度-重量比的超高强度钢的设计。如保险杠制造领域的技术人员知道，简单地由较强材料制造挤压塔的想法通常是较差的想法，事实上，它常导致由于把高的冲击载荷和载荷峰值传到车架而使保险杠系统失效以及与不充分吸收能量相关的问题。

车架，像保险杠安装支架和挤压塔那样，优选地设计成在能量吸收和能量散发两方面管理冲击能量。必须减小对车辆部件的损坏，也必须减小对车辆乘客的伤害。像保险杠安装支架和挤压塔那样，车架有长的开发时间，另外在开发的稍后时间，常要求调整和调节。车架(以及车架安装部件)有与保险杠安装支架和挤压塔同样的许多考虑，因为当然，保险杠安装支架和挤压塔(以及其它的车辆部件)连接到车架。

更宽一点说，要求能量吸收系统是柔性的并可用于广泛变化的情况及应用中。优选地，这种能量吸收系统在保险杠系统、车架(纵向和横跨汽车)和其它应用以及非车辆应用中是有用的。值得注意，重要的是甚至在聚合物材料制成的部件中也能控制能量吸收。例如，注射成型或热成形的能量吸收器常用在车辆的保险杠系统中，如把聚合物能量吸收器放在管状的金属增强梁的面上。也重要的是控制开始的能量吸收，特别当制造保险杠以改进在被车辆冲击时行人的安全时。