一种多方向压缩结构填充的吸能盒

1.本发明公开一种多方向压缩结构填充的吸能盒，涉及填充吸能盒技术领域。


背景技术：

2.吸能盒是汽车被动安全系统中重要的吸能装置，位于防撞梁和前纵梁之间，在碰撞过程中在被压缩变形，以吸收碰撞能量，减少碰撞对车体的破坏，从而达到保护乘员的目的；负泊松比材料和负泊松比结构都是指在某个方向受力时，其在垂直方向的压缩变形量大于应力方向的拉伸变形量，即泊松比为负数的材料或结构。
3.负泊松比结构的吸能盒具有良好的吸能效果，例如内凹六边形结构、箭头型结构、内凹多面体结构，这些负泊松比结构的吸能盒在正面撞击中拥有优异的吸能效果。
4.现有技术中负泊松比结构的吸能盒多为单一方向实现缓冲的结构，例如专利(cn 207529378u)一类增加多个平行缓冲结构的吸能盒或者专利(cn 113642211a)这类复杂结构构成填充式吸能盒；均设计为单一方向的缓冲结构。实际上大多数碰撞事故以各种角度碰撞的形式出现，100％正面碰撞事故较少，此时这些负泊松比结构的吸能盒由于其单向缓冲的结构不能产生理想的效果。
5.专利(cn 113525273 a)公开了一种手性结构填充的吸能盒，解决了吸能盒在承受冲击过程中轴向稳定性较差的问题，依然没有解决吸能盒受到非轴向冲击时效果不佳的问题。
6.本

技术实现要素：

7.本发明目的在于，提供一种多方向压缩结构填充的吸能盒，保证车辆在受到不同角度的撞击时均能有效的吸能缓冲。
8.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，发明是通过以下技术方案实现：
9.一种多方向压缩结构填充的吸能盒，所述吸能盒位于防撞梁和前纵梁之间，所述吸能盒设置在所述防撞梁的弯曲部位内侧，所述吸能盒为负泊松比材料。所述吸能盒接触所述防撞梁曲面位置与之曲率匹配，所述吸能盒包括若干规整排布的胞元结构，所述胞元结构为截头结构；
10.与所述防撞梁接触的一层胞元结构构成所述吸能盒的弧面，每层所述胞元结构构成的曲率向所述前纵梁接触位置逐渐减小直至平面结构；
11.所述胞元结构内部填充至少包括3个支撑方向的立体支撑结构，多个所述支撑方向均对应所述防撞梁曲面位置的弧度范围内。
12.进一步的，所述立体支撑结构为若干端点错位相连的手性结构构成的整体，所述整体无未被连接的端点，所述手性结构至少包括3个端点，所述手性结构至少包括一个朝向支撑方向的弯折结构。
13.进一步的，所述手性结构为x型结构，构成产生六个方向支撑的结构；
14.所述x型结构的端点分别在其所处的外接正方形边长的1/4和对边的3/4处。
15.进一步的，所述x型结构的高度为1mm-3mm，倾斜角度为10
°‑
35
°
、宽度为4mm-6mm、
厚度为1mm-3mm。
16.进一步的，所述手性结构为v型结构，构成产生3个方向的支撑的结构；
17.v形手性结构的端点位于其所处外部三角形的边长的1/8和3/8处。
18.有益效果：
19.本发明的多方向缓冲结构实现了对不同方向撞击能量的吸收，实际上这种多方向的非矩形、非单一轴向结构还使得装置能够构成与防撞梁的曲面结构曲率匹配。结合前述两点，在匹配曲率以及多角度支撑后能够实现冲击过程中非完全正面冲击的能量吸收。
20.此外，在一些具体情况中，吸能盒由多个胞元结构构成，支撑结构可以是带有弯折的结构，这种结构吸能盒被逐层压溃并且使得弯折部分逐渐压缩，所述吸能盒为负泊松比材料，能够产生更好的吸能效果。
21.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
22.图1为本发明实施例所述一种多方向压缩结构填充的吸能盒安装状态图；
23.图2为本发明实施例1所述的吸能盒内部填充手性结构的示意图；
24.图3为本发明实施例1所述的吸能盒内部填充手性结构的俯视图；
25.图4为本发明实施例2所述的x型手性结构图；
26.图5为本发明实施例2所述的x型手性结构构成的整体结构图；
27.图6为本发明实施例2所述的x型手性结构吸能盒受到冲击后压缩情况图；
28.图7为本发明实施例3所述的v型手性结构构成的整体结构图；
具体实施方式
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例对本发明进行详细说明。
30.实际上，防撞梁设置弧形部分的主要原因是为了增加其吸能能力。在车辆发生碰撞时，如果防撞梁是直线形状，则会在撞击点处受到较大的冲击力，导致该部位受损严重，甚至可能失效。而将防撞梁的端部弯曲成弧形，则可以在碰撞时将冲击力分散到整个弧形区域，从而减缓冲击力对单个点的影响，使防撞梁更加耐用并能够发挥更好的吸能效果。
31.可见增加对车辆前端多个角度的防撞功能是极其必要的，因此现有技术中已有的仅轴向防撞吸能盒不能体现防撞梁的这种优势，为此申请人在本发明中提供一中多个方向均可实现缓冲功能的吸能盒。
32.参考图1，本实施内容公开一种多方向压缩结构填充的吸能盒，所述吸能盒位于防撞梁和前纵梁之间，所述吸能盒设置在所述防撞梁的弯曲部位内侧，所述吸能盒为负泊松比材料。实际上本发明是为了实现防撞梁弯曲部分的吸能盒无法在多角度冲击时产生效果的功能，因此后续内容均基于“弯曲部分”而言。但是并非限制本发明仅能适用于弯曲部分，实际上在平行部分设置本发明吸能盒同样是简单的替换在本发明的保护范围内。
33.结合前述内容，本发明的吸能盒接触所述防撞梁曲面位置与之曲率匹配，所述吸能盒包括若干规整排布的胞元结构，所述胞元结构为截头结构。
34.结合前述内容可知，本发明的吸能盒紧贴防撞梁的内侧，并且与防撞梁的曲面位
置及曲率相匹配。这样的设计可以使吸能盒更好地适应防撞梁的形状，提高吸能效果。
35.所述的截头形状可以是任意一种能实现逐级塌缩的结构，因此胞元结构可以是截头圆锥或截头金字塔形状、圆柱结构、梯台结构等。
36.在实际应用中，吸能盒的胞元结构可以根据防撞梁的具体曲率进行定制，以确保吸能盒与防撞梁的接触面完全匹配，从而进一步提高能量吸收效果。
37.与所述防撞梁接触的一层胞元结构构成所述吸能盒的弧面，每层所述胞元结构构成的曲率向所述前纵梁接触位置逐渐减小直至平面结构。
38.例如，在一款汽车的设计中，防撞梁与前纵梁之间安装了本发明的吸能盒。吸能盒由多层规整排布的胞元结构组成，每层胞元结构均紧贴防撞梁的曲面。与防撞梁接触的第一层胞元结构遵循防撞梁的弯曲形状，形成吸能盒的弧面。
39.从第一层胞元结构开始，向前纵梁方向的每一层胞元结构的曲率逐渐减小。这种设计使得吸能盒在接近前纵梁的部分形成一个近似平面的结构。这样能进一步提高吸能过程中的逐级压缩过程以及将多个方向的冲击转化至前纵梁上，将冲击力尽可能的分布至更大的承受面积上。
40.在实际应用中，吸能盒的多层胞元结构的曲度变化可以根据汽车防撞梁和前纵梁之间的具体形状和距离进行优化设计，以确保在提高吸能性能的同时，兼顾汽车整体结构的稳定性。
41.所述胞元结构内部填充至少包括3个支撑方向的立体支撑结构，多个所述支撑方向均对应所述防撞梁曲面位置的弧度范围内。
42.所述的立体支撑件结构为在三维空间内，从胞元结构的一个部分延伸到另一部分，起到支撑作用的结构。这些支撑结构可以增强胞元结构的稳定性，提高吸能盒在各个方向上的抗冲击性能。
43.例如在截头金字塔的胞元结构内，可以设置3根相互垂直的柱状支撑结构，分别沿x、y、z轴方向延伸。这样的设计可以使胞元结构在不同方向上都具有较高的稳定性和抗冲击性能。
44.多个支撑方向均对应防撞梁曲面位置的弧度范围内，意为这些支撑结构需要根据防撞梁的曲率来调整其方向和形状。这样的设计使得吸能盒能更好地适应防撞梁的曲面形状，提高在各种碰撞角度下的能量吸收效果。例如，在曲面弧度较大的区域，支撑结构可能需要更加弯曲以适应防撞梁的形状，而在曲面弧度较小的区域，支撑结构可能更接近直线。
45.实施例1
46.在本实施例中，所述立体支撑结构为若干端点错位相连的手性结构构成的整体，所述整体无未被连接的端点，所述手性结构至少包括3个端点，所述手性结构至少包括一个朝向支撑方向的弯折结构。
47.在本实施例中，选用手性结构作为立体支撑结构的原因在于手性结构具有良好的能量吸收和分散特性。手性结构由于其特殊的几何形状，能够在受到冲击时产生弹性变形，从而更有效地吸收和分散冲击能量。此外，手性结构可以根据需要调整其弯折程度，以适应防撞梁的曲率变化。
48.所述错位相连的则指若干个手性结构的端点之间不是直接连接，而是通过其他手性结构的端点进行连接。这种连接方式使得整体结构具有更高的稳定性和弹性，有利于吸
收和分散冲击能量。
49.所述整体无未被连接的端点则是指整个立体支撑结构中的每一个手性结构端点都与其他手性结构的端点相连接，没有孤立的、未连接到其他端点的端点。这样的设计使得整个支撑结构形成一个连续的、紧密相互连接的网络，能够在受到冲击时更好地保持稳定性和吸能性能。
50.所述的弯折方向朝向支撑方向时，由于负泊松比材料的特殊性能，在压缩过程中能够产生比单一的直线结构更好的缓冲性能，例如一个梯形或者三角形结构。
51.综上，本实施例中的立体支撑结构由若干错位相连的手性结构组成，这些手性结构之间紧密连接，形成一个连续的支撑网络。这种设计能够在提高吸能盒抗冲击性能的同时，确保其在各种碰撞角度下都能实现良好的能量吸收效果。
52.本实施例还有一些其他的具体实施方式。
53.在本实施例的一具体实施例中，可以使用具有可变截面的柱状结构，根据防撞梁的曲率调整柱状结构的截面大小和形状，以提高稳定性。
54.另一具体实施例中，使用类蜂窝结构的多边形网格结构，这种结构在保持轻量化的同时具有较高的强度和刚度，能够提高吸能盒的稳定性。
55.实施例2
56.在本实施例中，所述手性结构为x型结构，构成产生六个方向支撑的结构。所述x型结构的端点分别在其所处的外接正方形边长的1/4和对边的3/4处。
57.参考图2-3，本实施例的手性结构可以通过调整其胞元排布结构填充吸能盒内以符合防撞梁的曲率。
58.本实施例手性结构的具体情况可以参考图4进行理解，图中所示f即为边长的1/4处。其整体构成的六个方向缓冲结构可以参考图5进行理解，根据体的说，这个结构产生的防撞能力实际上是三个方向即六个方向中两个相对的方向为一个整体的方向。
59.本实施例的x型手性结构通过其六个方向的支撑能力，实现了对不同方向冲击能量的有效吸收。在受到冲击时，支撑方向对应的手性结构得到其他连接手性结构的缓冲支撑，使得x型结构逐渐压缩，产生四个吸能。这种设计能够提高吸能盒在各种碰撞角度下的能量吸收效果，降低碰撞对车辆乘员和行人的伤害。结合通过胞元排布结构符合防撞梁的曲率，进一步提高了吸能盒的性能和适应性，其压缩过程可以参考图6进行理解。
60.这种结构当然不是唯一的，在一具体实施例中，可以使用y型结构，这种结构可以产生三个方向的支撑。通过调整y型结构的角度和长度，可以实现与防撞梁曲率的匹配。
61.在此实施例的一优选实施例中，所述x型结构的高度为1mm-3mm，高度越高，x型结构尺寸越小，负泊松效应越差，导致吸能量变少；高度越低，结构连接部位越薄弱，会使结构更易损坏，影响吸能量。倾斜角度范围是10
°‑
35
°
，倾斜角度越小，结构的刚度越大，冲击力的峰值越高，无法保护重要部件及乘员；倾斜角越大，结构越容易被压溃，总吸能量减少。宽度尺寸为4mm-6mm，杆件越宽，负泊松效应约差，导致吸能量变少；杆件越窄，结构越容易被压溃，吸能量越少。厚度尺寸为1mm-3mm，结构越厚，整体质量越大，不利于车体轻量化；结构越薄，整体刚度越小，吸能效果越差。
62.在一具体实施例中，可以使用h型结构，这种结构可以产生四个方向的支撑。通过调整h型结构的宽度和高度，可以适应不同曲率的防撞梁。
63.在一具体实施例中，可以使用柔性连接的多边形结构，例如椭圆形或菱形结构，这些结构可以在保持轻量化的同时具有较高的强度和刚度，能够提高吸能盒的稳定性。
64.实施例3
65.基于实施例2的相关内容，申请人为了说明本发明结构的手性结构可以是多样的，在本实施例中进一步公开一种v型的手性结构，具体而言，所述手性结构为v型结构，构成产生3个方向的支撑的结构。v形手性结构的端点位于其所处外部三角形的边长的1/8和3/8处。
66.根据这种设计，v型手性结构可以在冲击时提供三个方向的支撑，进而吸收能量。同时，这种设计也可以通过调整胞元排布结构和v型结构的角度来适应防撞梁的曲率，提高吸能盒在多角度冲击下的性能。
67.图7展示了本实施例构成的整体结构，通过将多个v型手性结构组合排列，形成了一个稳定且能够有效吸收冲击能量的吸能盒结构。这种结构既保持了轻量化，又具有较高的强度和刚度，从而提高了吸能盒在各种碰撞角度下的能量吸收效果，降低碰撞对车辆乘员和行人的伤害。
68.实际上，通过调整支撑方向的数量和手性结构的形状，可以设计出多种不同类型的手性结构。这些手性结构可根据实际应用需求和防撞梁曲率进行选择和调整，进一步提高吸能盒的性能和适应性。
69.以上仅是该申请的实施例部分，并非对该申请做任何形式上的限制。对以上实施例所做的任何简单的修改、等同变化及修饰，仍属于该申请技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种多方向压缩结构填充的吸能盒，所述吸能盒位于防撞梁和前纵梁之间，所述吸能盒设置在所述防撞梁的弯曲部位内侧，所述吸能盒为负泊松比材料，其特征在于，所述吸能盒接触所述防撞梁曲面位置与之曲率匹配，所述吸能盒包括若干规整排布的胞元结构，所述胞元结构为截断结构；与所述防撞梁接触的一层胞元结构构成所述吸能盒的弧面，每层所述胞元结构构成的曲率向所述前纵梁接触位置逐渐减小直至平面结构；所述胞元结构内部填充至少包括3个支撑方向的立体支撑结构，多个所述支撑方向均对应所述防撞梁曲面位置的弧度范围内。2.根据权利要求1所述的多方向压缩结构填充的吸能盒，其特征在于：所述立体支撑结构为若干端点错位相连的手性结构构成的整体，所述整体无未被连接的端点，所述手性结构至少包括3个端点，所述手性结构至少包括一个朝向支撑方向的弯折结构。3.根据权利要求2所述的多方向压缩结构填充的吸能盒，其特征在于：所述手性结构为x型结构，构成产生六个方向支撑的结构；所述x型结构的端点分别在其所处的外接正方形边长的1/4和对边的3/4处。4.根据权利要求3所述的多方向压缩结构填充的吸能盒，其特征在于：所述x型结构的高度为1mm-3mm，倾斜角度为10
°‑
35
°
、宽度为4mm-6mm、厚度为1mm-3mm。5.根据权利要求2所述的多方向压缩结构填充的吸能盒，其特征在于：所述手性结构为v型结构，构成产生3个方向的支撑的结构；v形手性结构的端点位于其所处外部三角形的边长的1/8和3/8处。

技术总结
本发明公开的一种多方向压缩结构填充的吸能盒，所述吸能盒位于防撞梁和前纵梁之间，所述吸能盒设置在所述防撞梁的弯曲部位内侧，所述吸能盒为负泊松比材料。所述吸能盒接触所述防撞梁曲面位置与之曲率匹配，所述吸能盒包括若干规整排布的胞元结构，所述胞元结构为截断结构；所述胞元结构内部填充至少包括3个支撑方向的立体支撑结构，多个所述支撑方向均对应所述防撞梁曲面位置的弧度范围内。本发明的多方向缓冲结构实现了对不同方向撞击能量的吸收，实际上这种多方向的非矩形、非单一轴向结构还使得装置能够构成与防撞梁的曲面结构曲率匹配。曲率匹配。曲率匹配。


技术研发人员：卢耀辉 张雅东 闫炳奇 宋承裕 王北昆 艾进鹏 江明俊
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/16