專利名稱:具有非一致橫截面的車輛緩沖梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于機(jī)動(dòng)車輛的緩沖梁，且尤其涉及用于機(jī)動(dòng)車輛的中空管狀緩沖梁。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車輛通常包括緩沖器和板件，即一種放在緩沖器上以改善車輛外觀和/或空氣動(dòng)力特性的覆蓋物。設(shè)計(jì)車輛緩沖器是為了吸收低速碰撞的能量從而避免損壞車輛的其余部分。這樣，在出現(xiàn)這種碰撞時(shí)，只需要更換緩沖器和板件，從而降低了維修成本。在板件和緩沖器之間的空間通常用泡沫材料填充。
在低速碰撞中，比如在每小時(shí)5英里時(shí)，希望用緩沖器吸收一定數(shù)量的能量。根據(jù)公式e＝(0.5)(m)(v2)，所要吸收的能量數(shù)量(e)由車輛的質(zhì)量(m)和速度(v)限定。從而，在特定速度下特定車輛的測試中，所要吸收的能量(讓車輛停止)是不變的。根據(jù)公式e＝(F)(s)，被緩沖器吸收的能量是“沖程”(s)和停止車輛時(shí)所施加的作用力(F)的函數(shù)，沖程(s)是車輛與測試障礙物碰撞后到停下來之前繼續(xù)移動(dòng)的距離。因此，較大的作用力和較小的沖程對應(yīng)的能量吸收可與較小的作用力和較大的沖程的一樣。但是，如果作用力太大，超出的能量將轉(zhuǎn)移到車架，導(dǎo)致那里損壞；而如果沖程太大，除了緩沖器外還可能損壞車輛其它部分。因而，作用力與沖程必須平衡，車輛制造商為特定車輛設(shè)定了沖程和作用力的標(biāo)準(zhǔn)。這些要求在此稱作“性能要求”。
可會(huì)影響緩沖器性能的一個(gè)因素是沿緩沖梁各點(diǎn)的面積慣性矩(IA)。面積慣性矩是結(jié)構(gòu)元件剛度和強(qiáng)度的度量。對于給定量的特定類型材料，在給定位置的面積慣性矩是在該點(diǎn)的結(jié)構(gòu)橫截面形狀的函數(shù)。對于作用力垂直地施加到實(shí)心矩形截面的表面時(shí)，IA＝(a3×b)/12，其中a是作用力施加方向上的矩形深度，而b是垂直于作用力施加方向上的矩形高度。對于實(shí)心圓柱體，IA＝(π×r4)/4，其中r是半徑；而對于空心圓柱體，IA＝(π×(a4-b4))/4，其中a是外表面的半徑而b是內(nèi)表面的半徑。對于更復(fù)雜的形狀，計(jì)算更復(fù)雜。更大的面積慣性矩對應(yīng)更大的抗彎力。
除了滿足性能要求，緩沖器也必須滿足“布置要求”。換言之，緩沖器必須能牢靠地安裝到車輛的側(cè)梁上，而側(cè)梁的位置和構(gòu)造可因車而異。此外，對緩沖器的尺寸會(huì)有限制，因?yàn)樾枰惭b緩沖器到側(cè)梁的末端之間和車輛板件的后方和下方。另外，車輛制造商可能會(huì)為緩沖器設(shè)置重量要求和成本要求。
傳統(tǒng)上，緩沖器通過輥軋成形，即使用成形軋輥的進(jìn)行金屬成形。當(dāng)用輥軋成形法成形緩沖器時(shí)，把金屬板彎成所需的形狀，然后把縱向邊焊接在一起。用輥軋成形法制作的緩沖器由連續(xù)的金屬板制作成形，并經(jīng)制造過程后成為連續(xù)的、大體彎曲的管，該管之后被切成合適尺寸的段。因此，當(dāng)使用輥軋成形來生產(chǎn)緩沖器時(shí)，通常會(huì)導(dǎo)致緩沖器的彎曲半徑整體上不變。換言之，貫穿該管的理論形心線的曲率半徑是不變的，此處理論形心線被定義為一條緩沖器元件上任意位置處截取的任何垂直橫截面的中心點(diǎn)都會(huì)在其上的線。此外，不用進(jìn)一步的加工步驟，通常僅用輥軋成形制造具有不變橫截面的緩沖器。具有這種不變的曲率半徑和不變的橫截面限制了緩沖器的設(shè)計(jì)。因此，輥軋成形的緩沖器并不總具有調(diào)整現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車輛性能要求和/或布置要求所需的設(shè)計(jì)靈活性。
McKeon等人的美國專利6,349,521公開了具有非恒定橫截面的液壓成形緩沖梁，其中橫截面的前壁和后壁包括具有不同半徑的弓形中間部分。該類結(jié)構(gòu)據(jù)說能制造具有高能量吸收但有可彎曲中間部分的緩沖梁。
然而，仍然需要有具有做成優(yōu)化緩沖器在低速碰撞中能量吸收能力而不會(huì)導(dǎo)致車輛結(jié)構(gòu)損壞的沖擊區(qū)的緩沖梁。

發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明涉及一種包括縱向彎曲的中空管狀梁的車輛緩沖器。該梁具有兩個(gè)側(cè)梁安裝部和置于側(cè)梁安裝部之間并與側(cè)梁安裝部連續(xù)成形的前碰撞部。所述前碰撞部包括初始碰撞區(qū)和兩個(gè)附加變形區(qū)，其中初始碰撞區(qū)置于兩個(gè)附加變形區(qū)之間。所述初始碰撞區(qū)具有大致平的頂面、底面，而每個(gè)附加變形區(qū)都有大致凸起的頂面、底面。
所述初始碰撞區(qū)的頂面和附加變形區(qū)的頂面每個(gè)都優(yōu)選包括前碰撞部的整個(gè)連續(xù)頂面的一塊區(qū)域，而初始碰撞區(qū)的底面和附加變形區(qū)的底面每個(gè)都優(yōu)選包括前碰撞部的整個(gè)連續(xù)底面的一塊區(qū)域。前碰撞部的頂面、底面優(yōu)選從初始碰撞區(qū)的大致平逐漸錐化為附加變形區(qū)的大致凸。所述緩沖器可具有前表面，其包括至少沿該前表面的前碰撞部延伸的加強(qiáng)槽。
所述緩沖器的初始碰撞區(qū)相對于碰撞方向具有最小面積慣性矩，而每個(gè)附加變形區(qū)相對于碰撞方向具有最大面積慣性矩，其中初始碰撞區(qū)的最小面積慣性矩大于每個(gè)附加變形區(qū)的最大面積慣性矩。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述緩沖器的梁具有穿過其中的理論形心線，其有中心點(diǎn)，且相對于碰撞方向，前碰撞部的面積慣性矩在對應(yīng)于中心點(diǎn)的位置處值最大，而在與側(cè)梁安裝部相鄰的附加變形區(qū)的端部處值最小，并且前碰撞部的面積慣性矩從對應(yīng)于中心點(diǎn)的位置到附加變形區(qū)的兩端通常持續(xù)遞減。
所述緩沖器的梁優(yōu)選由超高強(qiáng)度鋼構(gòu)成，且優(yōu)選具有周長不變的外表面。貫穿管狀梁的理論形心線可在碰撞方向上具有非恒定的曲率半徑。
另一方面，本發(fā)明涉及一種包括具有第一、第二端部和頂面及底面且縱向?qū)ΨQ、縱向彎曲的中空管狀梁的車輛緩沖器。相對于第一、第二端部而言，該頂面和底面每個(gè)都有位于緩沖器中部、大致平的區(qū)域。該頂面和底面每個(gè)都有位于第一端部和中部之間大致凸起的第一區(qū)域和位于第二端部和中部之間大致凸起的第二區(qū)域。所述頂面上大致凸起的第一、第二區(qū)域可逐漸減錐化成頂面上大致平的區(qū)域，而所述底面上大致凸起的第一、第二區(qū)域可逐漸錐化成底面上大致平的區(qū)域。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案的主視立體圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案的后視立體圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案的主視圖。
圖4是沿根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案中心點(diǎn)剖切的且與車輛板件橫截面相對準(zhǔn)的橫截面。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案的俯視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線6-6剖切的橫截面。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線7-7剖切的橫截面。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線8-8剖切的橫截面。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線9-9剖切的橫截面。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線10-10剖切的橫截面。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線11-11切的橫截面。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案沿圖5中線12-12剖切的橫截面。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的緩沖器實(shí)施方案的端部的視圖。
圖14a是其內(nèi)置有充壓環(huán)形UHSS管、處于開啟位置的液壓成形模具的橫截面視圖。
圖14b是其內(nèi)置有充壓且未充分變形的UHSS管、處于不完全閉合位置的液壓成形模具的橫截面視圖。
圖14c是其內(nèi)置有充壓且充分變形的UHSS管、處于完全閉合位置的液壓成形模具的橫截面視圖。
具體實(shí)施方式參見圖1至圖4，其中所示的是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的緩沖器10。緩沖器10包括具有兩個(gè)總體在14處標(biāo)出的側(cè)梁安裝部、總體在16處標(biāo)出的前碰撞部的中空縱向彎曲管狀梁12。前碰撞部16置于側(cè)梁安裝部14之間并與之連續(xù)成形。當(dāng)將其裝到車輛時(shí)，緩沖器10置于板件50之后并被其覆蓋(如圖4所示)。優(yōu)選地，側(cè)梁安裝部14設(shè)置在管狀梁12的端部17。
前碰撞部16包括初始碰撞區(qū)18和兩個(gè)附加變形區(qū)20。初始碰撞區(qū)18置于兩個(gè)附加變形區(qū)20中間，并且是在發(fā)生前部碰撞情況下緩沖器最先接觸障礙物的部分，但是該接觸是間接的，因?yàn)樗挥诎寮?0之后。附加變形區(qū)20設(shè)置在側(cè)梁安裝部14與初始碰撞區(qū)18之間，且在碰撞過程中隨著車輛繼續(xù)向前移動(dòng)而變形并吸收能量，直到所有的能量都被吸收而停下車輛。
緩沖器10優(yōu)選用液壓成形法成形、優(yōu)選用環(huán)形焊接鋼管制成。而更優(yōu)選地，該焊接鋼管用電阻焊(ERW)方法制成。該管優(yōu)選由超高強(qiáng)度鋼(UHSS)構(gòu)成，且在特定實(shí)施方案中，該管具有100mm的外徑和1.0至2.0mm的厚度。該管被置入用于液壓成形的模具中，如需要?jiǎng)t彎曲至適合程度，然后液壓成形為上述的形狀。下面會(huì)更詳細(xì)說明該液壓成形法。
現(xiàn)在參見圖5，緩沖器10有理論形心線22，其中該理論形心線22被定義為一條在緩沖器上任意位置處截取的任何垂直橫截面的中心點(diǎn)24都會(huì)在其上的線。這些垂直橫截面的中心點(diǎn)通過相隔0.1米的示例性中心點(diǎn)24a至241和整體中心點(diǎn)26示出。前碰撞部16以理論形心線22的整體中心點(diǎn)26為中心分布。
緩沖器10優(yōu)選沿理論形心線22縱向?qū)ΨQ，因?yàn)檠乩碚撔涡木€22從中心點(diǎn)26縱向延伸的緩沖器10的兩半互為鏡像?？梢岳斫?，緩沖器的單個(gè)垂直橫截面是不對稱的。
在圖示的特定實(shí)施方案中以及在圖5中能清楚看出的，前碰撞部16的長度大約為0.8米，該長度沿理論形心線22測得。在所示的特定實(shí)施方案中，初始碰撞區(qū)18的長度大約為0.1米，而每個(gè)附加變形區(qū)20的長度大約為0.35米，其中長度沿理論形心線22測得。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能明白上述尺寸僅僅代表單個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，因而具有不同尺寸的眾多其它實(shí)施方案仍將落入本發(fā)明的范圍。這種尺寸調(diào)整可能是必要的，例如為了使緩沖器10適合于各種尺寸和類型的車輛。
如圖5所能看出的和如上所述的，緩沖器10優(yōu)選縱向?qū)ΨQ。圖5顯示了緩沖器10以0.1米間隔剖切的橫截面的位置。由于緩沖器10縱向?qū)ΨQ，所以代表性的橫截面是沿緩沖器10的縱向一半剖切的。這些橫截面是穿過中心點(diǎn)24a至24f和整體中心點(diǎn)26的垂直橫截面，且在交叉點(diǎn)垂直于理論形心線。圖6至12中所示的橫截面顯示了緩沖器10的形狀。圖13顯示了緩沖器10開口端的形狀。圖6至10是一半對稱前碰撞部16的橫截面，其中圖6是穿過整體中心點(diǎn)26的橫截面、顯示了初始碰撞區(qū)的優(yōu)選實(shí)施方案的形狀的橫截面，圖7至10顯示了附加變形區(qū)20優(yōu)選實(shí)施方案的形狀。
圖11至13顯示了側(cè)梁安裝部14優(yōu)選實(shí)施方案的形狀。側(cè)梁安裝部14的形狀和設(shè)置很大程度上取決于緩沖器10所要安裝的車輛的布局，比如側(cè)梁的位置和板件的形狀。另外，側(cè)梁安裝部14會(huì)有它們自身的性能要求，例如在30度角的碰撞中，且它們的形狀也會(huì)因需要滿足這些要求而受影響。
在初始碰撞區(qū)18(圖6)中，頂面30以30a標(biāo)注，而底面32以32a標(biāo)注。在附加變形區(qū)20(圖7至10)中，頂面30以30b標(biāo)注，而底面32以32b標(biāo)注。緩沖器10的側(cè)梁安裝部14(圖11至13)分別具有頂面30c和底面32c。
在緩沖器10的優(yōu)選實(shí)施方案中，前表面41具有沿其長度延伸的上突部42和下突部44，從而在其間限定加強(qiáng)槽45。加強(qiáng)槽45優(yōu)選至少沿前表面41的前碰撞部16延伸。加強(qiáng)槽45被認(rèn)為增強(qiáng)了前表面41的剛度，從而防止碰撞下不希望的彎曲。
后表面43也優(yōu)選具有把后表面43連到頂面30的上曲邊46和把后表面43連到底面32的下曲邊47。優(yōu)選地，后表面的上、下曲邊46、47沿緩沖器10的整個(gè)長度延伸。在初始碰撞區(qū)18(圖6)中，上曲邊46以46a標(biāo)注，而下曲邊47以47a標(biāo)注。在附加變形區(qū)20(圖7至10)中上曲邊46以46b標(biāo)注，而下曲邊47以47b標(biāo)注。緩沖器10的側(cè)梁安裝部14(圖11至13)具有上曲邊46c和47c。側(cè)梁安裝部14也有限定在后表面43上的凹陷49。凹陷49可用來“吸納”材料以減小側(cè)梁安裝部14的橫截面積，從而有利于符合布置要求。
現(xiàn)在具體參見圖6，可以看出初始碰撞區(qū)18的頂面30a和底面32a大致是平的。已觀測到在和障礙物的正面碰撞中，頂面30a、底面32a傾向于以凸起方式彎曲，這樣平的頂面30a、底面32a有助于防止初始碰撞區(qū)不希望的彎曲，從而提高緩沖器在低速正面碰撞中的性能。
現(xiàn)參見圖7至10，可以看出附加變形區(qū)20的頂面30b和底面32b大致是凸起的，如凸起區(qū)域46、48所示。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在正面碰撞中附加變形區(qū)20的彎曲方式傾向于凹陷。因此，提供凸起的頂面30b、底面32b有助于防止凹陷彎曲，從而又提高緩沖器10的性能。
現(xiàn)在參見圖3，可以看出初始碰撞區(qū)18的頂面30a和附加變形區(qū)20的頂面30b每個(gè)都包括前碰撞部16的整個(gè)連續(xù)頂面30的一塊區(qū)域。類似地，初始碰撞區(qū)18的底面32a和附加變形區(qū)20的底面32b每個(gè)都包括前碰撞部16的整個(gè)連續(xù)底面32的一塊區(qū)域。優(yōu)選地，前碰撞部16的頂面30、底面32從初始碰撞區(qū)18的大致平逐漸錐化為附加變形區(qū)20的大致凸。
如上所述，緩沖器的面積慣性矩也影響其性能。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，初始碰撞區(qū)18相對于箭頭A所示碰撞方向的最小面積慣性矩將大于同樣相對于箭頭A所示碰撞方向的各附加變形區(qū)20的最大面積慣性矩。優(yōu)選地，相對于碰撞方向前碰撞部16的面積慣性矩在對應(yīng)于理論形心線22的整體中心點(diǎn)26處最大，而在鄰近側(cè)梁安裝部14——大致位于附加變形區(qū)20的點(diǎn)24j和24c處的端部處——最小。在一個(gè)特定的優(yōu)選實(shí)施方案中，前碰撞部16的面積慣性矩基本持續(xù)地從對應(yīng)于中心點(diǎn)26處的最大值減小到位于附加變形區(qū)20的24j和24c的兩端的最小值。可理解的是，面積慣性矩不必從前碰撞部16經(jīng)附加變形區(qū)20到端部24j和24c完全持續(xù)地減小，可以有其面積慣性矩略大于位置更靠內(nèi)區(qū)段的面積慣性矩的緩沖器區(qū)段。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可理解，慣性矩從中心點(diǎn)26到端部24j和24c大致連續(xù)的減小適用于前碰撞部16，而不是緩沖器10整體。因此，側(cè)梁安裝部14可以有面積慣性矩大于前碰撞部16端部24j和24c處面積慣性矩的區(qū)段，甚至可以有面積慣性矩大于前碰撞部16最大面積慣性矩的部分。所述側(cè)梁安裝部14的特定部位的具體面積慣性矩受該側(cè)梁安裝部要被固定到其上的車輛的性能要求(例如在30度角碰撞中)和布置要求的影響。
優(yōu)選增大初始碰撞區(qū)18的剛度以防止它的彎曲，同時(shí)減小附加變形區(qū)20的剛度，從而使得沿緩沖梁的應(yīng)變分布更佳。當(dāng)要求初始碰撞區(qū)18具有特定量的剛度時(shí)，如果附加變形區(qū)20剛度太大且因此彎曲抗力太大，就會(huì)導(dǎo)致更大的應(yīng)力集中，使緩沖器更容易產(chǎn)生不希望的彎曲。因此，如上所述，緩沖器10優(yōu)選相對于碰撞方向A所具有的面積慣性矩在初始碰撞區(qū)18最大，而在附加變形區(qū)20減小。緩沖器10上各個(gè)位置面積慣性矩的具體值將取決于緩沖器10的精確形狀和結(jié)構(gòu)。優(yōu)化的結(jié)構(gòu)受緩沖器所要裝到其上的車輛的重量和制造商設(shè)定的沖程與作用力要求的影響。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能理解，多種結(jié)構(gòu)都可被用來提供具有上述面積慣性矩特性的緩沖器，而不脫離本發(fā)明的范圍。
現(xiàn)在參見圖5，它是緩沖器10的俯視圖，可以看出理論形心線22在碰撞方向A上具有非恒定的縱向曲率半徑。僅以例子說明，在點(diǎn)24b和24k處可以看出曲率半徑的明顯變化，而沿理論形心線22可看出更細(xì)微的變化。該非恒定曲率半徑可能是通過對制作緩沖器10的中空管狀UHSS梁12使用液壓成形法造成的。
再參見圖6至13，可以看出，前表面41的上突部42比下突部44更向外突出。現(xiàn)在參見圖4，這種結(jié)構(gòu)有利于使緩沖器10與車輛板件50對準(zhǔn)，從而在緩沖器10與板件50被裝到車輛上時(shí)，使前碰撞部16的外前表面41與板件50的內(nèi)表面52的間隔最小。具體地，在板件50相對于它所安裝到其上的車輛以向下和向內(nèi)的方向傾斜，使用比對應(yīng)的下突部44突出更多的上突部42使緩沖器10可更緊密地跟從板件50內(nèi)表面52的形狀。這可減少在極低速碰撞中板件50變形時(shí)所發(fā)生的位移，從而減少在這種碰撞中損壞板件50的可能性。例如，在平行停車時(shí)車前的輕微碰撞中，板件50在接觸上剛性更大的緩沖器10之前不會(huì)變形到足以破裂或者產(chǎn)生永久性凹痕，從而不必替換或者修理板件50，或者忍受其上難看的破裂或者凹痕。
在圖6至13的各個(gè)圖中，標(biāo)出了許多尺寸。具體而言，每個(gè)圖都顯示了總體標(biāo)記為DA、DB和DC的三個(gè)水平深度和總體標(biāo)記為HA、HB和HC的三個(gè)垂直高度。每個(gè)深度和高度還用它所對應(yīng)的圖號(hào)來標(biāo)識(shí)，因而D6A是對應(yīng)于圖6的深度DA，D7A是對應(yīng)于圖7的深度DA等等。為便于參考，“水平”指的是與圖4和圖6中所示的碰撞方向A相平行的方向，而“垂直”指的是垂直于碰撞方向A的方向。
H6A至H13A的每個(gè)高度都是整體在加強(qiáng)槽43后的位置處的、大約在上表面30開始彎曲成上突部42處和下表面32開始彎曲成下突部44的位置之間的緩沖器10的垂直高度；高度H13A穿過加強(qiáng)槽45的邊。對于附加變形區(qū)20(圖7至10)，H7B至H10B的每個(gè)高度都是在凸起區(qū)域46和48之間測得的緩沖器10的垂直高度；而對于初始碰撞區(qū)18(圖6)，高度H6B是在大致對應(yīng)于附加變形區(qū)20的頂面30b和底面32b上的凸起區(qū)域46和48的位置上的緩沖器10的垂直高度。H11B至H13B的高度(圖11至13)也是在大致對應(yīng)于附加變形區(qū)20的凸起區(qū)域46和48的位置處的緩沖器10的垂直高度。每個(gè)高度HC都是在后表面43的上曲邊46和下曲邊47緊前面的位置處的緩沖器10的垂直高度。
D6A至D13A的每個(gè)深度都是在上突部42和后表面43之間測得的水平深度。D6B至D10B的每個(gè)深度都是在加強(qiáng)槽45和后表面43之間測得的水平深度，而D11B至D13B的每個(gè)深度都是在加強(qiáng)槽45和作為后表面43一部分的后凹陷49之間測得的水平深度。D6C至D13C的每個(gè)深度都是在下突部44和后表面43之間測得的水平深度。
所有的深度DA、DB、DC和所有的高度HA、HB和HC都是相對于緩沖器10的外表面測得的。下表列出了緩沖器10的具體實(shí)施方案中從中心點(diǎn)26開始并沿理論形心線22以0.1米的增量向外移動(dòng)所對應(yīng)的相關(guān)尺寸。測量結(jié)果圓整到最接近的十分之一毫米。
示例性實(shí)施方案的尺寸
在上述實(shí)施方案中，緩沖器10的周長大約319mm。此周長優(yōu)選沿緩沖器10的長度基本不變，雖然可能由于在液壓成形過程中材料的輕微變形而存在微小差異。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上面給出的尺寸僅僅是示例性的，代表單個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，而具有不同尺寸的眾多其它實(shí)施方案將落入如所附權(quán)利要求
限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如上所述，緩沖器10優(yōu)選通過液壓成形法成形。液壓成形在本領(lǐng)域是為人所熟知的，可簡要而非限制性地說明如下。如果需要，可在保持橫截面大致圓形和基本維持原始周長的同時(shí)，先把管狀坯料縱向彎成近似于所要的最終構(gòu)件形狀的形狀。然后把管狀坯料放入分為兩部分的模具中，并把模具的兩個(gè)半部合在一起。把管狀坯的兩端密封，然后通過封口中的一個(gè)注入流體以便向管狀坯的內(nèi)部施加足夠大的壓力，從而使其外表面與模腔內(nèi)表面相一致。然后可釋放壓力、抽出流體，并分開模具的兩個(gè)半部，從而可以拿出最終構(gòu)件。為便于參考，都屬于Cudini的美國專利4,567,743、RE33,990和4,829,803說明了液壓成形法。
為了液壓成形超高強(qiáng)度鋼(UHSS)，要用特殊工藝以避免鋼管破裂。由于UHSS的低延展性，UHSS管易于破裂，因此當(dāng)試圖在缺乏內(nèi)壓的情況下使它們變形時(shí)所采用的是冷加工。具體地說，當(dāng)UHSS管在沒有內(nèi)壓或者內(nèi)壓不足的情況下在模具的兩個(gè)半部內(nèi)發(fā)生變形，那么該管的橫截面將呈現(xiàn)雙凹形狀，并易于在高應(yīng)力凹陷區(qū)域發(fā)生斷裂。因此，應(yīng)當(dāng)避免初始的無壓變形。然而在此同時(shí)，如果壓力太高，管壁將膨脹進(jìn)模具兩個(gè)半部之間的空隙或者爆裂，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷。
圖14a、14b和14c顯示了用于液壓成形UHSS管的優(yōu)選方法。具體地，用分別包括第一、第二半部102a和102b的模具100來使UHSS管200變形。管200應(yīng)當(dāng)在與第二半部102b接觸時(shí)或者之前，即在它承受擠壓時(shí)或者之前充壓。這通過標(biāo)記為P1的初始?jí)毫υ趫D14a中示出。然后如圖14b所示，隨著模具100閉合，管200中的壓力可逐漸增大，其中的壓力稱為中間壓力P2，P2比P1大。隨著模具100閉合，壓力逐漸增大到最終壓力P3，使得一旦模具100如圖14c所示完全閉合，管200中的壓力將是最終壓力P3且管200將被認(rèn)為是所要的形狀，完成了成形過程。當(dāng)然，P3比P2和P1都大。
隨著模具100閉合，管200中的壓力將增大。這種壓力的增大只是因?yàn)殡S著模具100的閉合，管200的形狀發(fā)生了變化。具體地，當(dāng)管200具有如圖14a所示的圓形橫截面時(shí)，管200的內(nèi)容積值最大，并隨著管的變形從該最大值下降。如果包含在管200內(nèi)的流體量保持不變，或者流體量下降的速率小于管200內(nèi)容積的下降速率，則管200內(nèi)的壓力將增大。為了控制最終壓力及從P1經(jīng)P2至P3的壓力增大，以便使其按照所要的漸進(jìn)速率發(fā)生，優(yōu)選使用可改變流體從管200中流出的速率的受控減壓閥。為了實(shí)現(xiàn)所要的壓力增大，經(jīng)減壓閥的流出的流體速率隨著模具100的閉合而減小?；蛘?，也可通過使用具有固定流出速率的減壓閥而改變模具的兩個(gè)半部102a、102b合在一起的速率，而使壓力能以所要的速率增大。
通過提供適當(dāng)?shù)某跏級(jí)毫1，并允許壓力隨著模具100閉合而逐漸增大到最終壓力P3，管200將隨著模具100閉合到管200上，被作用而直接流變成模具的形狀?？梢岳斫猓谀＞?00閉合時(shí)達(dá)到最終壓力P3，且一旦模具100閉合就不需要進(jìn)一步增大壓力來完成變形過程。然后可選的是，在模具100閉合后，可進(jìn)一步增大管200內(nèi)的壓力，例如為安裝物件提供內(nèi)部支撐。這些孔通常用安裝在模具100內(nèi)(未示出)且進(jìn)入模具腔的沖孔機(jī)沖出，因而在成形完成后管200仍然是充壓的。
合適的初始?jí)毫1、最終壓力P3和壓力的增大速率取決于成形中的管的尺寸和所用材料的厚度。在本文所描述的特定實(shí)施方案中，即直徑為100mm、厚度為1.0至2.0mm的UHSS管200中，管200中的初始?jí)毫1應(yīng)為大約1000到2000磅/平方英寸(psi)，而最終壓力P3應(yīng)為大約5000到6000磅/平方英寸。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，當(dāng)管200的厚度較接近1.0mm時(shí)，初始?jí)毫1應(yīng)較接近1000磅/平方英寸，而最終壓力P3應(yīng)較接近5000磅/平方英寸。類似地，當(dāng)管200的厚度較接近2.0mm時(shí)，初始?jí)毫1應(yīng)較接近2000磅/平方英寸，而最終壓力P3應(yīng)較接近6000磅/平方英寸。還是參考本文所述的特定實(shí)施方案，模具的兩個(gè)半部102a和102b在與管200的初始接觸點(diǎn)處，相離如圖14a所示的約53mm，并用約1至2秒移動(dòng)至如圖14c所示的完全閉合的位置。
管200內(nèi)的壓力導(dǎo)致施加于管200上的、被稱作環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，在上面方法中，環(huán)應(yīng)力在任何時(shí)候都應(yīng)低于液壓成形中的UHSS的屈服極限，因?yàn)槠淠康氖菑澢艿牟牧隙皇茄诱顾?br> 優(yōu)選地，在成形緩沖器10時(shí)，用旋轉(zhuǎn)拉彎機(jī)以有芯成型法執(zhí)行任何必要的預(yù)彎?；蛘?，可用軋輥彎曲壓力機(jī)，但是這可能減小管的周長，需要為減小的周長作出設(shè)計(jì)余量。
可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可對上述實(shí)施方案和方法作出許多其它變化和修改，所有這些變化和修改都被認(rèn)為包含在所附權(quán)利要求
的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種車輛緩沖器，包括縱向彎曲的中空管狀梁，所述縱向彎曲的中空管狀梁具有兩個(gè)側(cè)梁安裝部和置于側(cè)梁安裝部之間并與之連續(xù)成形的前碰撞部；所述前碰撞部包括初始碰撞區(qū)和兩個(gè)附加變形區(qū)，所述初始碰撞區(qū)置于兩個(gè)所述附加變形區(qū)之間，其中所述初始碰撞區(qū)具有頂面和底面，初始碰撞區(qū)的頂面和底面大致是平的，而其中每個(gè)附加變形區(qū)都有頂面和底面，附加變形區(qū)的頂面和底面大致是凸的。
2.如權(quán)利要求
1所述的緩沖器，其中所述初始碰撞區(qū)的頂面和附加變形區(qū)的頂面每個(gè)都包括前碰撞部的整個(gè)連續(xù)頂面的一塊區(qū)域；而其中所述初始碰撞區(qū)的底面和附加變形區(qū)的底面每個(gè)都包括前碰撞部的整個(gè)連續(xù)底面的一塊區(qū)域，且前碰撞部的頂面、底面從初始碰撞區(qū)的大致平逐漸錐化為附加變形區(qū)的大致凸。
3.如權(quán)利要求
2所述的緩沖器，其中所述緩沖器具有前表面，且該前表面包括至少沿該前表面的前碰撞部延伸的加強(qiáng)槽。
4.如權(quán)利要求
3所述的緩沖器，其中所述緩沖器具有碰撞方向，且初始碰撞區(qū)相對于該碰撞方向具有最小面積慣性矩，而每個(gè)附加變形區(qū)相對于該碰撞方向具有最大面積慣性矩，且其中初始碰撞區(qū)的最小面積慣性矩大于每個(gè)附加變形區(qū)的最大面積慣性矩。
5.如權(quán)利要求
3所述的緩沖器，其中所述緩沖器具有碰撞方向且所述管狀梁具有穿過其中的理論形心線，該理論形心線對稱并有中心點(diǎn)，且其中相對于碰撞方向，前碰撞部的面積慣性矩在對應(yīng)于中心點(diǎn)的位置處值最大，而在與側(cè)梁安裝部相鄰的附加變形區(qū)端部處值最小，并且前碰撞部的面積慣性矩從對應(yīng)于中心點(diǎn)的位置到附加變形區(qū)的兩端通常持續(xù)遞減。
6.如權(quán)利要求
5所述的緩沖器，其中所述梁由超高強(qiáng)度鋼構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求
6所述的緩沖器，其中所述緩沖器由液壓成形法成形。
8.如權(quán)利要求
6所述的緩沖器，其中所述梁具有周長基本不變的外表面。
9.如權(quán)利要求
1所述的緩沖器，其中所述緩沖器具有碰撞方向，且其中所述管狀梁具有穿過其中的理論形心線，該理論形心線在碰撞方向上具有非恒定的曲率半徑。
10.一種車輛緩沖器，包括具有第一、第二端部且縱向?qū)ΨQ、縱向彎曲的中空管狀梁，該管狀梁具有頂面和底面，相對于第一、第二端部而言，該頂面和底面都有位于緩沖器中部、大致是平的區(qū)域，該頂面和底面都有位于第一端部和中部之間大致凸起的第一區(qū)域和位于第二端部和中部之間大致凸起的第二區(qū)域。
11.如權(quán)利要求
10所述的緩沖器，其中所述緩沖器具有前表面，且該前表面包括加強(qiáng)槽，所述加強(qiáng)槽至少沿該前表面在位置上對應(yīng)于大致平的區(qū)域和大致凸起的第一、第二區(qū)域的部分延伸。
12.如權(quán)利要求
10所述的緩沖器，其中所述頂面上大致凸起的第一、第二區(qū)域逐漸錐化成頂面上大致平的區(qū)域，且其中所述底面上大致凸起的第一、第二區(qū)域逐漸減錐化成底面上大致平的區(qū)域。
13.一種車輛緩沖器，包括縱向彎曲的中空管狀梁，所述縱向彎曲的中空管狀梁具有兩個(gè)側(cè)梁安裝部和置于側(cè)梁安裝部之間并與之連續(xù)成形的前碰撞部，其中所述緩沖器具有碰撞方向，且管狀梁具有穿過其中的理論形心線，該理論形心線對稱并有中心點(diǎn)，且其中相對于碰撞方向，前碰撞部的面積慣性矩在對應(yīng)于中心點(diǎn)的位置處值最大，而在與側(cè)梁安裝部相鄰的附加變形區(qū)端部處值最小，并且其中前碰撞部的面積慣性矩從對應(yīng)于中心點(diǎn)的位置到附加變形區(qū)的兩端通常持續(xù)遞減。
14.如權(quán)利要求
13所述的緩沖器，其中所述緩沖器具有前表面，且該前表面包括至少沿該前表面在位置上對應(yīng)于前碰撞部的部分延伸的加強(qiáng)槽。
專利摘要
一種車輛緩沖器，包括中空管狀梁，具有兩個(gè)側(cè)梁安裝部和置于側(cè)梁安裝部之間并與之連續(xù)成形的前碰撞部。所述前碰撞部包括初始碰撞區(qū)和兩個(gè)附加變形區(qū)，且初始碰撞區(qū)置于附加變形區(qū)之間。所述初始碰撞區(qū)具有大致是平的頂面和底面，而每個(gè)附加變形區(qū)都有大致凸起的頂面和底面。
文檔編號(hào)B60R19/02GK1997535SQ200480043729
公開日2007年7月11日 申請日期2004年9月14日
發(fā)明者B·劉, M·R·梅森, R·A·贊杰斯 申請人:F.技術(shù)研發(fā)北美有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan