可重復使用的充液式車用吸能盒和具有它的車輛的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可重復使用的充液式車用吸能盒和具有所述可重復使用的充液式車用吸能盒的車輛。所述可重復使用的充液式車用吸能盒包括盒體，所述盒體內具有吸能腔，所述吸能腔內填充有吸能物質，所述吸能物質包括無機鹽溶液和經過憎水處理的納米多孔件,所述盒體包括前殼和后殼，所述前殼與所述后殼相配合以形成所述吸能腔。根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒具有結構簡單、制造和維護成本低、吸能響應速度快等優點。
【專利說明】可重復使用的充液式車用吸能盒和具有它的車輛
【技術領域】
[0001]本發明屬于車輛被動安全【技術領域】，具體地涉及一種改善車輛前部耐撞性的吸能盒和具有它的車輛。
【背景技術】
[0002]吸能盒是車輛前部重要的吸能部件，對車輛在低速碰撞下的安全性非常重要。相關技術中的吸能盒為薄壁金屬盒體，安裝于車輛前部橫梁與前縱梁之間，在受到碰撞后通過金屬盒體的塑性變形吸收沖擊能量，從而減小車輛主體結構所受的沖擊，減少乘員所受的威脅。
[0003]例如，專利文獻CN102745158 A、CN103386941 A、CN100355605 C、CN103419808 A、CN1031387 C分別公開了吸能盒。然而，相關技術中的吸能盒主要通過優化吸能盒的結構以及改變塑性變形的方式來提高其能量吸收效果，而且存在結構復雜，材料成本高，制造工藝難度較高的缺陷。
【發明內容】
[0004]本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出一種可重復使用的充液式車用吸能盒，該吸能盒可重復使用、結構簡單、制造與維護成本低、吸能響應速度快。
[0005]本發明還旨在提出一種具有上述可重復使用的充液式車用吸能盒的車輛。
[0006]根據本發明第一方面實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒包括盒體，所述盒體內具有吸能腔，所述吸能腔內填充有吸能物質，所述吸能物質包括無機鹽溶液和經過憎水處理的納米多孔件，所述盒體包括前殼和后殼，所述前殼與所述后殼相配合以形成所述吸能腔。
[0007]根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒具有結構簡單、制造和維護成本低、吸能響應速度快、可重復使用等優點。
[0008]另外，根據本發明上述實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒還可以具有如下附加的技術特征:
[0009]根據本發明的一個實施例，所述前殼相對于所述后殼可移動。
[0010]根據本發明的一個實施例，所述前殼和所述后殼為筒狀，所述前殼的后端敞開，所述后殼的如端敞開，所述如殼的后端配合在所述后殼的如端內或者所述后殼的如端配合在所述前殼的后端內，且所述前殼的后端與所述后殼的前端之間設有密封圈。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述盒體上設有與所述吸能腔連通的吸能液體注入口，所述吸能液體注入口由密封件密封。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在0.5納米-500納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在100平方米/克-1000平方米/克的范圍內；
[0013]優選地，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在2納米-25納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在150平方米/克-500平方米/克的范圍內；
[0014]進一步優選地，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在4納米-15納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在200平方米/克-350平方米/克的范圍內；
[0015]更加優選地，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在6納米-10納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在250平方米/克-300平方米/克的范圍內。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑為7.8納米，所述納米多孔件的孔容為550立方毫米/克，所述納米多孔件的比表面積為287平方米/克的范圍內。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述無機鹽溶液為飽和溶液。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述無機鹽溶液為氯化鋰溶液、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、氯化鎂溶液、氯化錳溶液、氯化銫溶液、溴化鈉溶液和氯化鉀溶液中的一種或多種。
[0019]根據本發明的一個實施例，所述納米多孔件為人造沸石和/或硅膠。
[0020]根據本發明的第二方面提出一種車輛，所述車輛包括:前橫梁、前縱梁和充液式車用吸能盒，所述充液式車用吸能盒為根據本發明第一方面所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，所述充液式車用吸能盒的前殼與所述前橫梁相連，所述充液式車用吸能盒的后殼與所述前縱梁相連。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒的剖視圖。
[0022]圖2是根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒的側視圖；
[0023]圖3是根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒的吸能物質在準靜態下的壓強-體積變量曲線。
【具體實施方式】
[0024]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0025]本發明提供了一種車輛。根據本發明實施例的車輛包括前橫梁、前縱梁和充液式車用吸能盒10。
[0026]下面參考圖1和圖2描述根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒
10。如圖1和圖2所示，根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒10包括盒體101，盒體101內具有吸能腔1014，吸能腔1014內填充有吸能物質。該吸能物質包括無機鹽溶液1031和經過憎水處理的納米多孔件1032。盒體101包括前殼1011和后殼1012，前殼1011與后殼1012相配合以形成吸能腔1014。
[0027]其中，充液式車用吸能盒10的前殼1011與該前橫梁相連，充液式車用吸能盒10的后殼1012與該前縱梁相連。
[0028]當車輛發生碰撞(尤其是低速碰撞)后，盒體101的前殼1011向后移動，盒體101的后殼1012固定不動，即盒體101的后殼1012的位置保持不變。有利地，充液式車用吸能盒10的工作壓強低于該前縱梁的壓潰應力。此時，吸能腔1014內的吸能物質受到擠壓，導致吸能物質的壓強迅速升高。
[0029]當吸能物質受到的壓強達到吸能物質的吸能閾值后，無機鹽溶液1031開始進入到納米多孔件1032的孔道內。由此吸能物質開始產生大變形，以便使前殼1011向后方產生較大的位移。與此同時，吸能物質的壓縮可以將外界的機械能大量地轉化為固液界面能及熱能，從而有效地吸收碰撞能量，緩解了碰撞對車體結構的沖擊。
[0030]在碰撞結束后，吸能物質可以自行恢復形變，即無機鹽溶液1031流出納米多孔件1032的孔道，從而可以使前殼1011復位，充液式車用吸能盒10可以再次承受沖擊。
[0031]圖3示出了根據本發明實施例的充液式車用吸能盒10的吸能物質在準靜態下的壓強-體積變量曲線。其中，該吸能物質包括氯化鋰溶液和平均孔徑為7.Snm的納米多孔硅膠，比例體積變化為吸能物質的體積變化與納米多孔件1032的質量之比。采用其他無機鹽溶液和具有其他參數的納米多孔件1032也可以獲得類似的結果，在此不再一一列出。
[0032]如圖3所示，當吸能物質受到的壓強達到吸能物質的吸能閾值后，無機鹽溶液1031將克服毛細阻力進入到納米多孔件1032的孔道內，從而將外界機械能轉化為固液界面能和熱能。也就是說，只要吸能物質受到的壓強達到吸能物質的吸能閾值后，吸能物質立刻產生大變形，即吸能物質的體積被大幅度壓縮，因此充液式車用吸能盒10具有響應速度快的優點。而在卸載過程中，無機鹽溶液1031在較低的壓強下從納米多孔件1032的孔道內流出。因此，圖3中的加卸載曲線具有顯著的遲滯效應，其加卸載循環將吸收大量的機械能。具體而言，納米多孔件1032的能量吸收密度可以達到10J/g以上。吸能物質受到的壓強閾值Pin可以是27MPa。
[0033]而且，根據本發明實施例的充液式車用吸能盒10的再次加卸載的曲線與首次加卸載的曲線基本重合(為了清楚地顯示兩次加卸載循環的曲線，第二次加卸載循環的曲線沿橫軸進行了平移)。由此說明了吸能物質可以重復使用，且每次加卸載均有較好的吸能效果。也就是說，根據本發明實施例的充液式車用吸能盒10可以重復使用，具有較佳的重復性。
[0034]根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒10通過在吸能腔1014內填充吸能物質，從而在車輛發生碰撞時，可以通過吸能腔1014內的吸能物質被壓縮來使吸能物質產生大變形。由此可以將外界的沖擊能量轉化為固液界面能和熱能，從而有效地吸收碰撞能量,緩解了碰撞對車體結構的沖擊。
[0035]也就是說，只需在盒體101內設置吸能腔1014且在吸能腔1014內填充吸能物質，就可以在車輛發生碰撞時對乘員實施安全保護。因此，根據本發明實施例的可重復使用的充液式車用吸能盒10具有結構簡單、制造和維護成本低、吸能響應速度快等優點。
[0036]可以通過改變吸能物質的組分方便地調節充液式車用吸能盒10的工作壓強，以便適用于各類車型及不同的使用工況。因此，根據本發明實施例的充液式車用吸能盒10還具有應用范圍廣等優點。
[0037]由于在碰撞結束后，吸能物質可以自行恢復形變，即無機鹽溶液1031流出納米多孔件1032的孔道，因此充液式車用吸能盒10可以重復使用，從而無需對充液式車用吸能盒10進行維修，即便在經過多個碰撞后，充液式車用吸能盒10也能正常工作。
[0038]根據本發明實施例的車輛具有安全性高、制造成本低、便于維護等優點。
[0039]如圖1和圖2所示，前殼1011和后殼1012為筒狀，前殼1011的后端敞開，后殼1012的前端敞開，前殼1011的后端配合在后殼1012的前端內或者后殼1012的前端配合在前殼1011的后端內。前殼1011的后端與后殼1012的前端之間設有密封圈1013。前殼1011相對于后殼1012可移動。
[0040]具體而言，密封圈1013可以設在前殼1011的后端的外周面與后殼1012的前端的內周面之間，此時后殼1012的直徑大于前殼1011的直徑。此外，密封圈1013可以設在前殼1011的后端的內周面與后殼1012的前端的外周面之間，此時后殼1012的直徑小于前殼1011的直徑。
[0041]有利地,前殼1011可以由不銹鋼304制成，前殼1011的橫截面可以是圓形。前殼1011的外徑為32毫米，側壁厚度為4毫米，底壁厚度為4毫米，高度為25毫米。后殼1012可以由不銹鋼304制成，后殼1012的橫截面可以是圓形。后殼1012的外徑為40毫米，側壁厚度為4毫米，底壁厚度為6毫米，高度為25毫米。
[0042]前殼1011和后殼1012都可以一體加工成型，前殼1011和后殼1012還可以米用開口圓管與圓形底板焊接而成，以節省工藝成本。
[0043]在本發明的一個具體示例中，如圖1所示，盒體101上設有與吸能腔1014連通的吸能液體注入口，該吸能液體注入口由密封件102密封。由此不僅可以更加方便地、容易地將吸能物質注入到吸能腔1014內，而且可以方便地對吸能腔1014內的吸能物質進行更換。
[0044]具體地，密封件102可以是螺栓，該吸能液體注入口可以是螺紋孔。
[0045]在本發明的一些示例中，納米多孔件1032上的孔的平均孔徑在0.5納米-500納米的范圍內，納米多孔件1032的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的范圍內，納米多孔件1032的比表面積在100平方米/克-1000平方米/克的范圍內。由此可以在控制納米多孔件1032的制備成本的情況下，使可重復使用的充液式車用吸能盒10能夠吸收更多的外界機械能。也就是說，納米多孔件1032可以由納米多孔材料制成。
[0046]優選地，納米多孔件1032上的孔的平均孔徑在2納米-25納米的范圍內，納米多孔件1032的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的范圍內，納米多孔件1032的比表面積在150平方米/克-500平方米/克的范圍內。由此可以在控制納米多孔件1032的制備成本的情況下，使可重復使用的充液式車用吸能盒10能夠吸收更多的外界機械能。
[0047]進一步優選地，納米多孔件1032上的孔的平均孔徑在4納米-15納米的范圍內，納米多孔件1032的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的范圍內，納米多孔件1032的比表面積在200平方米/克-350平方米/克的范圍內。由此可以在控制納米多孔件1032的制備成本的情況下，使可重復使用的充液式車用吸能盒10能夠吸收更多的外界機械能。
[0048]更加優選地，納米多孔件1032上的孔的平均孔徑在6納米-10納米的范圍內，納米多孔件1032的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的范圍內，納米多孔件1032的比表面積在250平方米/克-300平方米/克的范圍內。由此可以在控制納米多孔件1032的制備成本的情況下，使可重復使用的充液式車用吸能盒10能夠吸收更多的外界機械能。
[0049]最優選地，納米多孔件1032上的孔的平均孔徑為7.8納米，納米多孔件1032的孔容為550立方毫米/克，納米多孔件1032的比表面積為287平方米/克。由此可以在控制納米多孔件1032的制備成本的情況下，使可重復使用的充液式車用吸能盒10能夠吸收更多的外界機械能。
[0050]優選地，無機鹽溶液1031可以是氯化鋰溶液、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、氯化鎂溶液、氯化錳溶液、氯化銫溶液、溴化鈉溶液和氯化鉀溶液中的一種或多種。其中，無機鹽溶液1031可以利用去離子水和無機鹽配制而成。
[0051]無機鹽溶液1031可以是飽和溶液。例如，無機鹽溶液1031可以是飽和氯化鋰溶液、飽和氯化鈉溶液、飽和氯化鈣溶液、飽和氯化鎂溶液、飽和氯化錳溶液、飽和氯化銫溶液、飽和溴化鈉溶液或飽和氯化鉀溶液。由此可以使可重復使用的充液式車用吸能盒10具有更加優良的可重復性。
[0052]其中，飽和氯化鈉溶液的壓強閾值約為20MPa，飽和氯化鈉溶液的吸能密度約為15J/g。飽和氯化鋰溶液的壓強閾值約為27MPa，飽和氯化鋰溶液的吸能密度約為16J/g。飽和氯化鉀溶液的壓強閾值約為21MPa，飽和氯化鉀溶液的吸能密度約為15J/g。飽和溴化鈉溶液的壓強閾值約為21MPa，飽和溴化鈉溶液的吸能密度約為19J/g。
[0053]飽和氯化鈣溶液的壓強閾值約為26MPa，飽和氯化鈣溶液的吸能密度約為18J/g。飽和氯化鎂溶液的壓強閾值約為26MPa，飽和氯化鎂溶液的吸能密度約為13J/g。飽和氯化錳溶液的壓強閾值約為23MPa，飽和氯化錳溶液的吸能密度約為18J/g。飽和氯化銫溶液的壓強閾值約為21MPa，飽和氯化銫溶液的吸能密度約為14J/g。
[0054]優選地，納米多孔件1032可以是納米多孔人造沸石或納米多孔硅膠。也就是說，納米多孔件1032可以由納米多孔人造沸石或納米多孔硅膠制成。
[0055]通過改變納米多孔件1032和/或無機鹽溶液1031的種類可以改變吸能物質的壓強閾值。具體地，吸能物質的壓強閾值可以在IMPa-1OOMPa的范圍內。
[0056]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0057]此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0058]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0059]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0060]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
[0061]盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權利要求】
1.一種可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，包括盒體，所述盒體內具有吸能腔，所述吸能腔內填充有吸能物質，所述吸能物質包括無機鹽溶液和經過憎水處理的納米多孔件，所述盒體包括前殼和后殼，所述前殼與所述后殼相配合以形成所述吸能腔。
2.根據權利要求1所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述前殼相對于所述后殼可移動。
3.根據權利要求2所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述前殼和所述后殼為筒狀，所述前殼的后端敞開，所述后殼的前端敞開，所述前殼的后端配合在所述后殼的如端內或者所述后殼的如端配合在所述如殼的后端內，且所述如殼的后端與所述后殼的前端之間設有密封圈。
4.根據權利要求1所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述盒體上設有與所述吸能腔連通的吸能液體注入口，所述吸能液體注入口由密封件密封。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在0.5納米-500納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在100立方毫米/克-2000立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在100平方米/克-1000平方米/克的范圍內； 優選地，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在2納米-25納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在450立方毫米/克-650立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在150平方米/克-500平方米/克的范圍內； 進一步優選地，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在4納米-15納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在480立方毫米/克-620立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在200平方米/克-350平方米/克的范圍內； 更加優選地，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑在6納米-10納米的范圍內，所述納米多孔件的孔容在520立方毫米/克-580立方毫米/克的范圍內，所述納米多孔件的比表面積在250平方米/克-300平方米/克的范圍內。
6.根據權利要求5所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述納米多孔件上的孔的平均孔徑為7.8納米，所述納米多孔件的孔容為550立方毫米/克，所述納米多孔件的比表面積為287平方米/克的范圍內。
7.根據權利要求1所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述無機鹽溶液為飽和溶液。
8.根據權利要求1或7所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述無機鹽溶液為氯化鋰溶液、氯化鈉溶液、氯化鈣溶液、氯化鎂溶液、氯化錳溶液、氯化銫溶液、溴化鈉溶液和氯化鉀溶液中的一種或多種。
9.根據權利要求1所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，其特征在于，所述納米多孔件為人造沸石和/或硅膠。
10.一種車輛，其特征在于，包括:前橫梁、前縱梁和充液式車用吸能盒，所述充液式車用吸能盒為根據權利要求1-9中的任一項所述的可重復使用的充液式車用吸能盒，所述充液式車用吸能盒的前殼與所述前橫梁相連，所述充液式車用吸能盒的后殼與所述前縱梁相連。
【文檔編號】B60R19/03GK104228727SQ201410466918
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】李一兵, 孫岳霆, 徐曉慶, 李鵬輝 申請人:清華大學