专利名称：车辆保险杠的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于车辆，如小客车、公共汽车、卡车和类似车辆的保险杠。更具体地说，本发明涉及一种能吸收一个车辆与其他物体碰撞能量的弹性体保险杠。
在这个领域里已知有各种能量吸收保险杠。其中一个类型是人所共知的充气或半充气式保险杠，它是利用封闭在保险杠中的空气来吸收部分碰撞能量。然而，如果保险杠形成了一个完全封闭的腔，则被封闭的空气实际上是作为一种能量贮存介质，而不是一种能量消耗介质来发挥作用，因此，保险杠就会象一个弹簧一样在碰撞之后传递一个可能有害的回弹作用力。
在充气式保险杠系统的另一类型中，在保险杠中的空气在碰撞时会流向一个贮存箱，然后可以再流回到保险杠。这种保险杠代表了对全封闭系统的一种改进，但由于空气流向贮存箱而使该处压力增加，阻碍了保险杠自身的进一步压缩，而使这种保险杠吸收能量的能力受到限制。
非充气能量吸收保险杠通常包括一个弹性体外壳，外壳固定于车辆上并有一组垂直的加强肋，它们用于吸收碰撞的能量。正如后面将要详细描述的，这种保险杠只对某些应用场合有效，它的能量吸收性能很有限，只有将它做得非常庞大，它才能适用于车辆的更高速度的碰撞。
本发明的主要目的是提供一种更有效的能量吸收车辆保险杠。
本发明的另一目的是提供一种上述的车辆保险杠，它能在较高的车辆速度时提供碰撞保护，并具有高效率的尺寸和重量。
本发明进一步的目的是提供一种上述的车辆保险杠，它能在较低的车速时经济地提供碰撞保护。
本发明的这些和其他的目的(这在后面的描述中将更清楚)将通过后面描述和要求的装置来完成。
通常，能量吸收保险杠包括一个弹性体模件，它有一纵向延伸的前碰撞面，和从该处大致横向延伸的上壁和下壁。一个与车辆相连的后支撑板与模件的上壁和下壁相接合，模件还包括一组纵向间隔的肋，它们从碰撞面沿着上壁向后支撑板横向延伸;一组类似的纵向间隔的肋。它们从碰撞面沿下壁向后支撑板横向延伸;和一个纵向横梁，它从碰撞面的一组肋之间向所述的后支撑板横向延伸。模件通过壁和肋的变形和横梁的挠曲而引起的变位而吸收作用在碰撞面上的碰撞能量。
图1是一个典型的先有技术的能量吸收保险杠的剖面图。
图2是图1的先有技术保险杠作试验得出的碰撞力(磅)与保险杠变位(英吋)的关系曲线图。
图3是显示了本发明保险杠模件后部的大致沿图4中3-3线的部分剖面图。
图4是大致沿图3中4-4线的剖面图。
图5是图3和4所示本发明的保险杠所作试验得出的碰撞力(磅)与保险杠变位(英吋)的关系曲线图。
图6-8，是类似于图4的本发明的保险杠的示意剖面图，依次地显示了碰撞时保险杠的变形。
为了充分地理解本发明保险杠的设计的意义，讨论一下图1所示的先有技术的保险杠将是有帮助的。先有技术的保险杠一般用数字10表示，它包括一金属基板11，该板11可装在车辆前或后部。基板11带有一保险杠模件，它通常用数字12表示，模件包括一个前碰撞面13，上壁14和下壁15。壁14和15的后端被接纳在板11的槽16中并固定在该处。在模件12中有一组大致C形的纵向间隔的垂直肋17，它们从碰撞面13沿上壁14和下壁15向后延伸。图中也示出了保险杠具有上、下翼板18，它们带有从该处延伸到上、下壁14、15的加强肋19。这些翼板主要是为了美观，而通常对该系统的能量吸收性能不起什么作用。
由先有技术的保险杠10，或用于此目的的任何能量吸收保险杠所吸收的能量规定为等于车辆的动能，即，所吸收的总能量等于使车辆停止所作的功。功等于保险杠和物体之间的力乘以因碰撞而使车速减至零时保险杠变位的距离。
先有技术保险杠10所作试验的结果示于表Ⅰ。
表Ⅰ速度(英里/小时)模件变位(英吋)碰撞力(磅)0.50.724001.01.108501.51.3814002.01.6222002.51.843400
速度(英里/小时)模件变位(英吋)碰撞力(磅)3.02.0649003.52.3076004.02.47108004.52.70150005.02.9618500表Ⅰ显示了装有先有技术的保险杠10的车辆在0.5至5英里/小时的速度范围内以0.5英里/小时的速度增量碰撞一个物体时，测出的模件的变位及其碰撞力。因为已经发现，接近2000磅的力将损坏车辆，所以表Ⅰ显示了先有技术的保险杠10最大可承受速度大致为5英里/小时的碰撞。
图2显示了表Ⅰ中数据的曲线图，既示出了力(磅)与变位(英吋)的关系曲线。在所得到的曲线下面的区域等于先有技术的保险杠所作的功或所吸收的能量。为了作更多的功，既吸收更多的能量，理想的曲线包括在小的变位下有一个更高的力，而不是有较大的变位时有同样的力，以便使曲线下的区域(也就是功)达到最大。正如后面将要说明的，按本发明原理的保险杠可吸收接近理想状态的能量。
图3和4恰当地显示了本发明的保险杠组件的形状，它通常用数字20表示。保险杠组件20包括一个纵向延伸的后支撑板21，该板有朝向内的突缘22，用于通过任何适当的方式，如螺栓或类似装置将板21安装到车辆前或后部。板21也具有上和下槽23，正如后面将要描述的，它们与通常用数字24表示的保险杠模件相接合。板21最好是铝制的，但也可用大多数的任何金属材料。
保险杠模件24包括一大致垂直的与支撑板21相对的碰撞面25，它具有从该处向支撑板21大致横向延伸的上壁26和下壁27。壁26和27的端部具有减小了厚度的边缘区域28，它与板21的槽23相配合，并通过一组任何适当的紧固装置，例如自攻螺丝或类似装置，将其固定在那里。图中也示出了模件24具有上、下翼板29，它们带有从该处向壁26和27延伸的加强肋30。翼板29的作用主要是为了美观，而对保险杠的能量吸收性能不起明显的作用。
一组上肋31沿模件24纵向间隔，它们从碰撞面25向内横向地，并沿上壁26向支撑板21延伸，恰好在离该板的一个短距离处终止。图示的肋是垂直取向的，但如果它们的取向不同，例如成一个角度，则保险杠也能有效地工作。一组下肋32也相似地沿模件24纵向间隔，既，它们与肋31纵向对齐。下肋32从碰撞面25横向向内地，并沿下壁27向支撑板21延伸，恰好在离板的短距离处终止。图中肋32象肋31一样，也是垂直取向的，但它们同样也可成一角度，而不会明显地损害保险杠20的效能。
图中示出了上肋31和下肋32终止于恰好离碰撞面25的中心不远的地方，在碰撞面25的中心于上、下肋之间留下一个小的间隙33。一个大致水平的横梁34沿碰撞面25纵向定位，并从间隙33向支撑板21横向向后延伸，并终止于离该板的一个短距离处。
图6-8显示了保险杠20吸收碰撞表面25上的碰撞能量的方式，它们描述了保险杠碰撞时连续的变形。图6显示模件24刚刚碰撞后水平横梁34恰好开始与后板21接合的情况。在该位置，基本上仅仅是沿着壁26和27的上、下肋31和32已经作用来吸收所述的力，如图6所示，它们开始变形或通常向外隆起。水平横梁34的端部和后板21之间的间隙最好最初在0.5～1.5英吋的范围之间，于是图6中就表示在这个范围内的保险杠的变位。
在该位置水平横梁34随后参与了，既，充分地协助上和下肋31和32以及壁26和27吸收碰撞。于是，如图7所示，横梁34开始象肋31和32一样弯曲，并且壁26和27进一步扩张。这里间隙33能使横梁34自由弯曲，而且有操作的重要性。如果横梁34受到过高的刚性的限制，则会产生不希望有的力。
图8显示了模件24的最大变形的情况。如图所示，肋31和32以及壁26和27充分地扩张，作用在横梁34上的力已使其偏斜进入所述的扩张区域。因为横梁34能自由地偏斜到图8所示的位置是重要的，所以，模件的高度应能充分地容纳偏斜的横梁，而不使其受到限制。所以，模件的高度，既碰撞面25的高度通常应是横梁34长度的大约两倍，以保证当模件处于图8所示的充分变形位置时有容纳横梁的足够空间。
与先有技术的保险杠10相比，保险杠20的性能大大地提高了，图5是保险杠20所进行的试验的曲线图，试验结果示于下列的表Ⅱ中
表Ⅱ速度(英里/小时)模件变位(英吋)碰撞力(磅)3.51.16135204.01.36132604.51.68135205.01.94132605.52.30130006.02.72130006.53.14137807.03.68148207.54.30169008.04.3820280表Ⅱ示出了装有保险杠20的车辆在3.5至8英里/小时的速度范围内以0.5英里/小时的速度增量碰撞物体时，测出的模件变位和碰撞力的数据。
图5中得出的曲线已经表明，保险杠20比先有技术的保险杠作了更多的功，也就是吸收了更多的能量。事实上，图5的曲线接近于理想的曲线，它在较小的变位时承受了更大的力，而不是在有更大的变位时有同样的力，由此使曲线下的面积(也就是功)达到最大。
另外，表Ⅰ与表Ⅱ，以及图2与图5的其他方面的比较也显示了保险杠20的改进的性能。在先有技术中，容许的力的上限是20，000磅，它接近于5英里/小时速度的碰撞，而保险杠20能承受几乎8英里/小时的碰撞而不超过其极限。另外，比较表Ⅰ的在3.5英里/小时速度时的冲程(英吋)和表Ⅱ的在5.5英里/小时速度时的冲程(英吋)，保险杠的效能差不多最大提高了2英里/小时。换句话说，对于同样的冲程，保险杠20能承受高出先有技术2英里/小时的碰撞。于是，按本发明能设计出更小的更有效的保险杠，而仍然能象先有技术的保险杠一样承受同样的碰撞。
对本发明来说，保险杠20的材料的精确的特性并不是重要的。重要的是带有壁26、27、肋31和32和横梁34的模件24是弹性材料的，最好是聚氨酯的。虽然选定的聚氨酯的特性可以根据其使用场合和保险杠20的使用环境而变化，但是希望有一种允许显著的变形而不损坏的具有优良的伸长和碰撞特性的聚氨酯。这种聚氨酯的典型的特性包括大约3100磅/吋2(Psi)的抗拉强度380%的断裂伸长度，600磅/吋2(Psi)的撕裂强度，40的肖氏(D)硬度，和在72°F时的15，000磅/吋2(Psi)的挠性模量。
保险杠20的不同的部件的精确尺寸对其总尺寸来说并不完全是决定性的。例如，可以根据其特定的应用场合而变化。当然，如上所述，可将保险杠20做的比先有技术的保险杠更小，降低其重量和成本，而可以吸收同样速度的碰撞。
可以有代表性地认为进行了表Ⅰ和图5所示的试验的保险杠20具有典型的保险杠20的尺寸。该保险杠包括一个模件24，模件有一个高度约为10英吋，深度(从碰撞面到后板21的距离)约为6英吋的碰撞面25。上壁和下壁26和27厚度为0.5英吋，中央横梁34厚度也是0.5英吋，其长度大约为5.25英吋。肋31和32厚度为0.25英吋，并沿模件以8.5英吋的中心距纵向间隔。肋31和32之间的间隔33是大约1英吋，它给予0.5英吋厚的横梁35以足够的空间，使其能如前面所述的作自由的挠曲。
上述的尺寸可以被认为是理想的，同时也应该认识到，它们可以多少有些变化而不脱离本发明的精神。然而，已经发现，如果横梁34明显地厚于推荐的0.5英吋的厚度。所产生的碰撞力就过高，如果横梁明显地过薄，就只能吸收不充分的能量，模件的冲程也不充分。然而，横梁34的厚度也能根据保险杠的特定的应用场合多少有些变化，既，根据例如车的重量，其速度性能，等等。
上面描述了本发明的推荐实施例，但它不受此描述的限制。利用了本发明这里提出的原理的别的实施例，也在本发明精神的范围之中。另外，从上面描述的可以清楚地看出，根据本发明的原理制成的保险杠将大大地改进能量吸收保险杠技术，并完成了本发明的目的。
权利要求
1.一种车辆能量吸收保险杠，它有一弹性体模件，该模件具有纵向延伸的碰撞面，和从所述碰撞面大致横向延伸的上、下壁；一个可连接于车辆并与所述上、下壁接合的后支撑板；其特征在于模件还包括一组从碰撞面沿上壁向后支撑板大致横向延伸的纵向间隔的第一肋；一组类似的从碰撞面沿下壁向后支撑板大致横向延伸的纵向间隔的第二肋；和一个从碰撞面在所述一组第一和第二肋之间向后支撑板大致横向延伸的纵向横梁，通过壁和肋的挠曲和变形，以及随后的横梁的挠曲而使模件吸收作用在碰撞面上的碰撞能量。
2.如权利要求1的能量吸收保险杠，其特性在于在第一和第二肋之间沿所述的碰撞表面有一间隙，所述横梁从碰撞表面的所述间隙延伸，使横梁在碰撞时有附加的弯曲自由度。
3.如权利要求1所述的能量吸收保险杠，其特征在于所述横梁横向终止于离所述后支撑板的一个短距离处。
4.如权利要求3所述的能量吸收保险杠，其特征在于所述横梁的横向长度大约是所述碰撞面高度的一半。
5.如权利要求1所述的能量吸收保险杠，其特征在于所述第一肋沿所述上壁横向终止于离后支撑板的短距离处，所述第二肋沿所述下壁横向终止于离后支撑板的短距离处。
6.如权利要求1所述的能量吸收保险杠，其特征在于所述第一和第二肋沿所述碰撞面一般垂直取向。
7.如权利要求6所述的能量吸收保险杠，其特征在于所述第一肋与所述第二肋纵向对齐。
8.如权利要求1所述的能量吸收保险杠，其特征在于所述横梁的横向长度大约为所述碰撞面高度的一半。
9.如权利要求8所述的能量吸收保险杠，其特征在于在所述第一和第二肋之间沿所述碰撞面有大约1英吋的间隙。
全文摘要
车辆的能量吸收保险杠，包括一个弹性体保险杠模件，它有纵向延伸的碰撞面和从该处向后支撑板横向延伸的上、下壁，后支撑板固定在车辆上并与模件的上、下壁相接合，一组纵向间隔的上肋从碰撞面上致横向沿上壁向后支撑板延伸。一组类似的纵向间隔的下壁从碰撞面大致横向沿下壁向后支撑板延伸。一个纵向横梁从碰撞面上、下肋之间向后支撑板延伸，当碰撞该碰撞面时，使模板吸收碰撞能量。
文档编号B60R19/18GK1045371SQ90100869
公开日1990年9月19日 申请日期1990年2月22日 优先权日1989年3月6日
发明者詹姆斯·里·史密斯泽克 申请人:罗密欧-里姆公司