用于車輛的二十八角加強元件的制作方法

本公開總體上涉及一種用于車身或其他結構的加強元件。本公開更具體地涉及一種具有二十八角橫截面的加強元件以及包括具有二十八角橫截面的加強元件的機動車輛。

背景技術：

對于車輛加強元件，期望的是最大化碰撞能量吸收和抗彎性能，同時最小化加強元件的每單位長度的質量。碰撞能量吸收可以例如通過確保加強元件一旦經受沿著加強元件的縱向軸線的碰撞就大體上沿著該軸線壓縮而被最大化。這樣的縱向壓縮可以被稱為加強元件的穩定的軸向壓入(axialcrush)。

當在加強元件上施加壓縮力時，例如，由于正面碰撞載荷造成的在車輛的前縱梁或發動機艙中的其它加強元件上的力，加強元件可以在縱向方向上壓入以吸收碰撞的能量。另外，當在加強元件上施加彎曲力時，例如由于側面碰撞載荷造成的在車輛前縱梁、b柱或其他加強元件上的力，加強元件可以彎曲以吸收碰撞的能量。

常規的加強元件依賴于增加邊和/或角部的厚度和硬度來改善抗壓強度。然而，這樣的增加的厚度和硬度增加了加強元件的重量并且降低了制造可行性。期望的是，提供一種加強組件，該加強組件被配置為實現與由增厚的邊和/或角部所提供的相同或類似的強度增加，同時最小化元件的每單位長度的質量，并且保持高的制造可行性。

進一步期望的是，提供一種加強元件，當力(例如正面和側面碰撞力)被施加在該加強元件上時，該加強元件可以實現增強的能量吸收和更穩定的軸向潰縮，同時還節省質量以減輕車輛重量并且滿足排放要求。此外，期望的是，提供一種加強元件，當彎曲力被施加在該加強元件上時，該加強元件可以實現改善的能量吸收并且彎曲。另外，期望的是，提供一種加強元件，該加強元件由于在其角上的加工硬化而具有改善的噪聲振動粗糙性性能。此外，期望的是，提供一種可調節的加強元件橫截面，該可調節的加強元件橫截面被配置為實現優于基本多邊形設計的強度增加(即，載荷承載和能量吸收)，同時還允許設計的靈活性以滿足一系列車輛應用。

技術實現要素：

根據本公開的各種示例性實施例，提供了一種用于機動車輛的加強元件。該加強元件具有包括二十八個角并且包括被布置成形成十六個內角和十二個外角的邊的橫截面。

根據本公開的另一方面，提供了一種用于機動車輛的加強元件。該加強元件具有包括二十八個角并且包括被布置成形成內角和外角的二十八條邊的橫截面。橫截面的角由在四個連續的內角和三個連續的外角之間交替的角度限定。

根據本公開的另一方面，提供了一種機動車輛。該車輛包括加強元件。該加強元件具有包括二十八個角并且包括被布置成形成十六個內角和十二個外角的邊的橫截面。

根據本公開的另一方面，提供了一種用于機動車輛的加強元件。該加強元件具有二十八條邊和二十八個角。該加強元件的橫截面包括中心部分和四個凸角部分。

另外的目的和優點部分將在以下說明書中說明，并且部分根據說明書將是顯而易見的，或者可以通過本教導的實踐而獲得。本公開的目的和優點將通過權利要求書中特別指出的元素和結合來實現和獲得。

應當理解的是，前面的總體描述和以下的詳細描述都僅是示例性和說明性的，而不是對所要求保護的主題的限制。結合在本說明書中并構成其一部分的附圖示出了本公開的示例性實施例，并且與說明書一起用于說明本教導的原理。

附圖說明

本教導的至少一些特征和優點將從與其一致的示例性實施例的以下詳細描述中變得顯而易見，該描述應當參照附圖來考慮，附圖中：

圖1a示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的剖視圖；

圖1b示出了如圖1a所示具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的剖視圖，其中標示了各種長度、厚度和角度；

圖2a-2b示出了如圖1a所示具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第一示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖3a-3b示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第二示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖4a-4b示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第三示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖5a-5b示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第四示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖6a-6b示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第五示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖7a-7b示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第六示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖8a-8b示出了根據本教導具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件的第七示例性實施例的俯視圖和透視圖；

圖9示出了具有大體上相同的厚度、大體上縱向長度和沿著具有大體上相同的長度的垂直定向的橫向軸線的橫截面尺寸的各種橫截面的加強元件；

圖10示出了圖9所示的加強元件的示例性準靜態軸向潰縮；

圖11示出了圖9所示的加強元件的示例性動態壓入；

圖12是圖9所示的示例性加強元件的動態壓入力和相關的壓入距離的曲線圖；

圖13是圖9所示的示例性加強元件的動態軸向壓入能量和相關的軸向壓入距離的曲線圖；

圖14示出了具有多個部件的車輛車架的示例性實施例，該部件可以使用具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件；以及

圖15示出了具有多個部件的車輛上部車身的示例性實施例，該部件可以使用具有包括十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件。

盡管以下詳細描述參考示例性說明性實施例，但是其許多替代、修改和變化對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。因此，意圖是所要求保護的主題被寬泛地看待。

具體實施方式

現在將詳細參考各種示例性實施例，其示例在附圖中示出。各種示例性實施例不旨在限制本公開。相反，本公開旨在覆蓋示例性實施例的替代、修改和等同物。在附圖和說明書中，類似的元件具有類似的附圖標記。應當注意的是，在說明書中單獨說明的特征可以以任何技術上有利的方式相互組合并且公開本公開的附加實施例。

本教導預期具有二十八角橫截面的加強元件，該二十八角橫截面在整個邊和角上具有大體上增加的剛度而不像常規加強元件那樣增加角內的厚度。本公開的加強元件部分基于例如多種可調參數來設計，該多種可調參數被配置為實現優于基本多邊形設計(例如，具有較少或相同數量的邊的多邊形加強元件橫截面)的強度增加(即，載荷承載和能量吸收)，同時還允許設計靈活性以滿足一系列車輛應用。

根據本教導，本文所公開的加強元件的形狀提供了具有響應于軸向施加的撞擊力的穩定的折疊(folding)、減小的壓入距離和增強的能量吸收的加強元件。在至少一些實施例中，該形狀還改善了加強元件的水分流泄能力(sheddingabilities)，并且允許與其他車輛部件更定制的配合。

當力(例如正面和側面碰撞力)被施加在加強元件上時，根據本教導的加強元件可以實現增強的能量吸收和更穩定的軸向潰縮。此外，根據本教導的加強元件的邊長度和構造和/或內角和外角的角度可以實現與增厚的角類似的(或更大的)強度增加，同時最小化元件的每單位長度的質量并且保持高的制造可行性，因為該元件可以通過沖壓、彎曲、壓制成型、液壓成型、模制、鑄造、擠出、均勻或不均勻的軋制成型、機械加工、鍛造和/其他已知的制造工藝而形成。這樣形成的部分可以經由焊接、銅焊(brazing)、釬焊(soldering)、粘合劑結合、緊固、壓入配合或其它已知的連接技術而連接。

根據本教導的加強元件可以包含，例如，鋼合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金、尼龍、塑料、聚合物、復合材料、纖維增強復合材料、混合材料(即，多種異質材料)、形狀記憶材料、泡沫、凝膠或任何其它合適的材料。本領域普通技術人員將理解的是，例如，用于加強元件的材料可以至少部分基于預期應用、強度/重量考慮、成本、封裝空間和/或其他設計因素來選擇。

根據本教導的具有二十八個角的加強元件100的橫截面的示例性實施例在圖1a中示出。加強元件100具有二十八條邊s1-s28。根據本教導的加強元件的橫截面可以包括中心部分和四個凸角部分。中心部分可以由八條邊限定，例如，邊s2、s3、s9、s10、s16、s17、s23和s24限定加強元件100的橫截面的中心部分。每一個凸角部分可以由五條邊限定，例如，邊s4-s8限定加強元件100的橫截面的第一凸角部分，邊s11-s15限定其第二凸角部分，邊s18-s22限定其第三凸角部分，并且邊s1和s25-s28限定其第四凸角部分。

如圖1b中所標記的，加強元件100的所示橫截面包含具有橫截面長度l1-l28和橫截面厚度t1-t28的二十八條邊s1-s28、具有橫截面角度θi1-θi16的十六個內角、以及具有橫截面角度θe1-θe12的十二個外角。

二十八邊橫截面的周長總體上形成包含多個內角和外角的多邊形。如本文中所實施和圖1a-1b所示的，多邊形可以由交替的內角和外角形成，并且特別地，可以通過使四個連續的內角與三個連續外角交替而形成。在四個連續的內角和三個連續的外角之間交替的這種重復圖案(即，交替的四內三外(four-in-three-out)構造)導致具有多達四個等分對稱平面(bisectingplanesofsymmetry)的橫截面。在軸向和對稱載荷條件下，具有對稱的多邊形橫截面的加強元件(包括本教導的各種實施例)可以具有比具有包含同等數量的角和邊的不對稱的多邊形橫截面的加強元件更好的載荷承載能力和能量吸收能力。此外，具有包含多于兩個等分對稱平面(例如，三個等分對稱平面、四個等分對稱平面、或五個或更多個等分對稱平面)的對稱的多邊形橫截面的加強元件(包括本教導的各種實施例)可以具有比與具有包含兩個或更少個等分對稱平面和同等數量的角和邊的對稱的多邊形橫截面的加強元件更好的載荷承載能力和能量吸收能力。例如，圖1所示的示例性橫截面具有四個等分對稱平面。然而，如本領域普通技術人員將理解的那樣，使用不對稱橫截面可以提供其他益處：提供使用對稱的橫截面不能實現的優點。本公開預期的是，根據本教導的二十八邊、二十八角橫截面可以是對稱的或不對稱的。

根據加強元件的具體應用和/或所需特征，二十八邊、二十八角加強元件的邊的橫截面長度和邊的橫截面厚度以及加強元件的內角和外角角度可以改變(即，可以被調節)以實現與常規加強元件橫截面相比改善的強度和其他性能特征(例如，折疊模式的穩定性)。改變二十八邊、二十八角加強元件的這些特征可以消除對增加的邊和/或角厚度的需要。根據本教導的各種示例性實施例，邊s1-s28的橫截面長度l1-l28、邊的橫截面厚度t1-t28以及內角的橫截面內角角度θi1-θi16和外角的外角角度θe1-θe12可以在一定程度上變化，如本領域技術人員將理解的那樣，例如根據車輛內的可用封裝空間。

另外，在根據本教導的加強元件中，加強元件的橫截面的每一個內角角度θi1-θi16可以在從約30°至約175°的范圍內，并且加強元件的橫截面的每一個外角角度θe1-θe12可以在從約45°至約175°的范圍內。根據本教導，加強元件的橫截面的內角角度θi1-θi16可以全部大體上相同，和/或加強元件的橫截面的外角角度θe1-θe12可以全部大體上相同。另外，本教導預期一個或多個內角角度θi1-θi16是直角的實施例以及一個或多于一個外角角度θe1-θe12是直角的實施例。附加地或可替代地，本公開預期加強元件的橫截面的內角角度θi1-θi16中的至少一些彼此不同并且類似地加強元件的橫截面的外角角度θe1-θe12中的至少一些彼此不同這樣的實施例。圖1b示出了示例性橫截面，其中內角角度θi1、θi4、θi5、θi8、θi9、θi12、θi13和θi16為約90°；內角角度θi2、θi7、θi10和θi15為約138°；內角角度θi3、θi6、θi11和θi14為約132°，外角角度θe1、θe3、θe4、θe6、θe7、θe9、θe10,和θe12為約102°；外角角度θe2、θe5、θe8,和θe11為約156°；并且縱橫比為約1:1。

在本公開的某些示例性實施例中，例如在機動車輛應用中，例如，加強元件的橫截面的每一條邊s1-s28的橫截面長度l1-l28可以在從約10mm至約250mm的范圍內。在其它示例性實施例中，例如在飛機、航天器、船舶或建筑應用中，例如，加強元件的橫截面的每一條邊s1-s28的橫截面長度l1-l28可以更大。圖1b示出了示例性橫截面，其中邊s1、s4、s8、s11、s15、s18、s22和s25的橫截面長度l1、l4、l8、l11、l15、l18、l22和l25各自為第一長度，例如27mm；邊s2、s3、s9、s10、s16、s17、s23和s24的橫截面長度l2、l3、l9、l10、l16、l17、l23和l24各自為第二長度，例如22mm；邊s5、s7、s12、s14、s19、s21、s26和s28的橫截面長度l5、l7、l12、l14、l19、l21、l26和l28各自為第三長度，例如22mm；并且邊s6、s13、s20和s27的橫截面長度l6、l13、l20和l27各自為第四長度，例如35mm。

在本公開的某些示例性實施例中，例如在機動車輛應用中，例如，加強元件的橫截面的邊的厚度t1-t28可以在從約0.6mm至約6.0mm的范圍內。在加強元件的其他示例性實施例中，例如在飛機、航天器、船舶或建筑應用中，例如，加強元件的橫截面的邊的厚度t1-t28可以更大。在一個示例性實施例中，加強元件的每一條邊的橫截面厚度t1-t28可以為約3.3mm。在另一個示例性實施例中，每一條邊的橫截面厚度t1-t28可以為約2.3mm。在另一個示例性實施例中，每一條邊的橫截面厚度t1-t28可以為約2.0mm。在一些示例性實施例中，邊的橫截面厚度t1-t28與每一條邊的角的厚度大體上相同。在一些示例性實施例中，每一個邊壁(例如，邊壁s201-s228(參見圖2a))的橫截面厚度t1-t28可以相對于每一個其他側壁的厚度變化。可替代地或同時，橫截面厚度t1-t28可以沿著邊s1-s28的相應的橫截面長度l1-l28變化。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件200的第一示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖2a-2b中示出。加強元件200具有二十八個角ci201-ci216和ce201-ce212以及二十八個邊壁s201-s228。十六個角是內角ci201-ci216，并且十二個角是外角ce201-ce212。加強元件200還具有第一橫向軸線230、第二橫向軸線240和縱向軸線250。雖然示出的是其縱向軸線250大體上垂直地定位，但是當加強元件200(以及根據本教導的所有其它各種實施例)被安裝在車輛內，加強元件的縱向軸線250可以被大體上水平地定向。

圖2a-2b的加強元件200還具有沿著加強元件200的長度從加強元件200的第一端260到第二端270的均勻橫截面。另外，每一條邊s201-s228的縱向長度ll200大致相同，如圖2a-2b所示。還如圖所示，對于所有橫截面，八個內角中的每一個大體上相同，另外八個內角中的每一個大體上相同，八個外角大體上相同，并且另外四個外角大體上相同。特別地，八個內角角度θi201、θi204、θi205、θi208、θi209、θi212、θi213和θi216中的每一個為約90°；另外八個內角角度θi202、θi203、θi206、θi207、θi210、θi211、θi214,和θi215中的每一個為約135°；八個外角角度θe201、θe203、θe204、θe206、θe207、θe209、θe210和θe212為102°；并且另外四個外角角度θe202、θe205、θe208和θe211為約156°。每一個邊壁s201-s228的厚度也大體上相同。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件300的替代示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖3a-3b中示出。加強元件300的橫截面包括中心部分和四個凸角部分。中心部分由八條邊限定，例如，邊s302、s303、s309、s310、s316、s317、s323和s324限定加強元件300的橫截面的中心部分。每一個凸角部分可以由五條邊限定，例如，邊s304-s308限定加強元件300的橫截面的第一凸角部分，邊s311-s315限定其第二凸角部分，邊s318-s322限定其第三凸角部分，并且邊s301和s325-s328限定其第四凸角部分。

加強元件300在幾個方面不同于加強元件200。例如，如圖3a和3b所示，加強元件的一個或多個邊壁可以相對于加強元件的縱向軸線350成角度，以為加強元件300的形狀的至少一部分提供錐度。如圖3a-3b所示，加強元件300沿其長度從加強元件300的第一端360到加強元件的第二端370成錐形。加強元件300沿其長度以角度α成錐形，角度α可以在從約1°至約65°的范圍內。每一個邊壁的錐度可以大體上相同，或者不同的邊壁可以具有不同的錐度。由于部件封裝約束和/或由于將其他部件有效地連接、附接或以其他方式結合到加強元件，成錐形可能是需要的。

在圖3a-3b的示例性實施例中，八個內角中的每一個為約90°，另外八個內角中的每一個為約135°，八個外角為約102°，并且另外四個外角為約156°。此外，如圖3a-3b所示，加強元件300包括凹陷區域334、335、336和337。每一個凹陷區域334、335、336和337沿著加強元件300的長度從第一端360延伸到第二端370。中心部分和兩個凸角部分的邊限定沿著加強元件300的長度的每一個凹部。

在圖3a-3b所公開的示例性實施例中，當沿著加強元件300的縱向長度的任何橫截面截取時，二十八條邊中的每一條的橫截面長度各自與其他邊的橫截面長度大致相同。然而，每一條邊的橫截面長度沿著加強元件300的縱向軸線350從第一端360到第二端370逐漸/遞增地增加以提供錐形形狀。如上所述，圖3a-3b的實施例是示例性的，并且因此具有對根據本教導的加強元件的包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的邊的橫截面長度和厚度以及內角和外角的角度的變化的所有預期的實施例在附圖中未示出，但是基于本文的教導，對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件400的替代示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖4a-4b中示出。加強元件400的橫截面包括中心部分和四個凸角部分。中心部分由八條邊限定，例如，邊s402、s403、s409、s410、s416、s417、s423和s424限定加強元件400的橫截面的中心部分。每一個凸角部分可以由五條邊來限定，例如，邊s404-s408限定加強元件400的橫截面的第一凸角部分，邊s411-s415限定其第二凸角部分，邊s418-s422限定其第三凸角部分，并且邊s401和s425-s428限定其第四凸角部分。

類似于加強元件200，加強元件400具有沿著加強元件400的長度從加強元件400的第一端460到第二端470的均勻橫截面。然而，如圖4a-4b所示，加強元件400與加強元件200和300的不同之處在于，沿著橫向軸線430、440截取的加強元件的橫截面的尺寸/尺寸比不是1:1；而是縱橫比為約7:10。圖4a-4b示出了具有沿著第一(較小)橫向軸線430的第一長度480和沿著第二(較大)橫向軸線440的第二長度490的加強元件，其中第二橫向軸線440垂直于第一橫向軸線430。加強元件的縱橫比可以被定義為[第一長度480]：[第二長度490]。在圖4a-4b的示例性實施例中，內角角度θi401、θi404、θi405、θi408、θi409、θi412、θi413和θi416不是全部相同，并且內角角度θi402、θi403、θi406、θi407、θi410、θi411、θi414和θi415不是全部相同。特別地，如圖4a所示，內角角度θi401、θi408、θi409和θi416具有例如約90°的第一測量值；內角角度θi404、θi405、θi412和θi413具有例如約90°的第二測量值；內角角度θi402、θi407、θi410和θi415具有例如約145°的第三測量值；并且內角角度θi403、θi406、θi411和θi414具有例如約125°的第四測量值。此外，外角角度不是全部相同。特別地，如圖4a所示，外角角度θe401、θe403、θe407、θe409具有例如約98°的第一測量值；外角角度θe404、θe406、θe410和θe412具有例如約106°的第二測量值；外角角度θe402和θe408具有例如約164°的第三測量值；并且外角角度θe405和θe411具有例如約148°的第四測量值。還如圖所示，加強元件400的邊具有不同的橫截面長度。另外，圖4a-4b所示的示例性實施例的加強元件400包括圍繞加強元件的周邊間隔開并且沿著加強元件400的長度延伸的凹陷區域434、435、436和437，每一個凹陷區域434-437從加強元件400的第一端460延伸到第二端470。中心部分和兩個凸角部分的邊限定沿著加強元件400的長度的每一個凹部。如上所述，圖4a-4b的實施例是示例性的，并且因此具有對根據本教導的加強元件的包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的邊的橫截面長度、邊的厚度、內角和外角的角度、以及縱橫比的變化的所有預期的實施例在附圖中未示出。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件500的替代示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖5a-5b中示出。加強元件500的橫截面包括中心部分和四個凸角部分。中心部分由八條邊限定，例如，邊s502、s503、s509、s510、s516、s517、s523和s524限定加強元件500的橫截面的中心部分。每一個凸角部分可以由五條邊限定，例如，邊s504-s508限定加強元件500的橫截面的第一凸角部分，邊s511-s515限定其第二凸角部分，邊s518-s522限定其第三凸角部分，并且邊s501和s525-s528限定其第四凸角部分。

類似于加強元件300，加強元件500沿著其縱向軸線550從加強元件的第一端560到加強元件500的第二端570成錐形。加強元件500沿著其長度以角度α成錐形，角度α可以在從約1°至約65°的范圍內。在圖5a-5b的示例性實施例中，八個內角中的每一個為約90°，另外八個內角中的每一個為約135°，八個外角為約101°，另外四個外角為約158°。每一個邊壁s501-s528的橫截面厚度也大體上相同。

如圖5a所示，邊壁s501、s504、s508、s511、s515、s518、s522和s525的橫截面長度相對于其余邊壁的橫截面長度較小，并且外角角度θe502、θe505、θe508和θe511相對于其余外角角度和內角角度較大。邊的長度的這種差異提供了凹陷區域534、535、536和537，凹陷區域534、535、536和537中的每一個沿著加強元件500的長度從加強元件的第一端560延伸到第二端570。中心部分和兩個凸角部分的邊限定沿著加強元件500的長度的每一個凹陷。這些凹陷區域534-537各自具有深度δ533–δ537，與圖2a-4b中所示的加強元件中示出的凹陷區域相比，這些凹陷區域的深度減小(并且可以被認為相對較淺)。這種類型的參數調節(即，改變邊的橫截面長度和外角角度以減小凹陷區域534-537的深度)可以進一步增加加強元件500的內部體積，從而提供用于其他車輛部件的更多的內部空間。特別地，凹陷區域的減小的深度和改變的外角角度的組合一起作用以增加加強元件的總體積，從而增加加強元件內部的空間，其他車輛部件可以被永久地、暫時地或周期性地裝配、定位或以其他方式設置在該空間中。這樣的車輛部件可以包括，例如，制動管線、管道、電線、線纜和/或座椅安全帶。車輛部件在加強元件的完全封閉的邊壁內的布置用作掩蔽物(shelter)以保護其他車輛部件免受損壞，例如，在車輛碰撞事件期間。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件600的替代示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖6a-6b中示出。加強元件600的橫截面包括中心部分和四個凸角部分。中心部分由八條邊限定，例如，邊s602、s603、s609、s610、s616、s617、s623和s624限定加強元件600的橫截面的中心部分。每一個凸角部分可以由五條邊限定，例如，邊s604-s608限定加強元件600的橫截面的第一凸角部分、邊s611-s615限定其第二凸角部分，邊s618-s622限定其第三凸角部分，并且邊s601和s625-s628限定其第四凸角部分。加強元件600例示了凸角部分的每一條邊的橫截面長度可以相同，例如，限定第一凸角部分的邊s604-s608具有相同的橫截面長度。此外，加強元件600例示了所有凸角部分的每一條邊的橫截面長度可以相同，例如，邊s604-s608、s611-s615、s618-s622、s601和s625-s628具有相同的橫截面長度。另外，加強元件600例示了限定中心部分的每一條邊的橫截面長度可以相同，例如邊s602、s603、s609、s610、s616、s617、s623和s624具有相同的橫截面長度。

類似于加強元件300和500，加強元件600沿著其縱向軸線650從加強元件的第一端660向加強元件600的第二端670成錐形。加強元件600沿著其長度以角度α成錐形，角度α可以在從約1°至約65°的范圍內。在圖6a-6b的示例性實施例中，八個內角中的每一個為約90°，另外八個內角中的每一個為約135°，八個外角為約136°，另外四個外角角度為約88°。由于角度的這種構造，加強元件600的每一個橫截面的中心部分具有x形。因此，邊s602、s610、s616和s624彼此平行，并且邊s603、s609、s617和s623彼此平行。此外，邊s602和s610是共面的，邊s616和s624是共面的，邊s603和s623是共面的，并且邊s609和s617是共面的。每一個邊壁s601-s628與每一個其他邊壁s601-s628的厚度大體上相同，并且貫穿每一個邊壁s601-s628的縱向長度。

如圖6a-6b所示，加強元件600與加強元件500的不同之處在于，加強元件600的邊壁s601、s604、s608、s611、s615、s618、s622和s625的橫截面長度相對于加強元件500的邊壁s501、s504、s508、s511、s515、s518、s522和s525的橫截面長度較大。此外，加強元件600的外角角度θe602、θe605、θe608和θe611相對于加強元件500的外角角度θe502、θe505、θe508,和θe511較小。部分地，邊s601、s604、s608、s611、s615、s618、s622和s625以及外角角度θe602、θe605、θe608和θe611限定凹陷區域634、635、636和637，凹陷區域634、635、636和637中的每一個沿著加強元件600的長度從加強元件的第一端660延伸到第二端670。中心部分和兩個凸角部分的邊限定沿著加強元件600的長度的每一個凹部。這些凹陷區域634-637各自具有深度δ634-δ637，與圖2a-5b中所示的加強元件中示出的凹陷區域相比，這些凹陷區域的深度增加(并且可以被認為相對較深)。這種類型的參數調節(即，改變邊的橫截面長度和外角角度的尺寸以增加凹陷區域634-637的深度)可以進一步減小加強元件500的內部體積，從而為其他車輛部件提供更多的外部空間。特別地，凹陷區域的增加的深度和改變的外角角度的組合一起作用以減小加強元件的總體積，從而增加加強元件外部的空間，其他車輛部件可以被永久地、暫時地或周期性地裝配、定位或以其他方式設置在該空間中。這樣的車輛部件可以包括，例如，制動管線、管道、電線、線纜和/或座椅安全帶。限定凹陷區域的邊壁可以用作掩蔽物以保護其他車輛部件免受損壞，例如，在車輛碰撞事件期間；然而，部件仍然可通過其在加強元件外部的部署而可被接近，從而改善部件修理和/或更換的可行性。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件700的替代示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖7a-7b中示出。加強元件700具有二十八個角ci701-ci716和ce701-ce712以及二十八個邊壁s701-s728。十六個角是內角ci701-ci716，并且十二個角是外角ce701-ce712。加強元件700還具有第一橫向軸線730、第二橫向軸線740和縱向軸線750。盡管示出的是其縱向軸線750大體上垂直定位，但是當加強元件700(以及根據本教導的所有其它各種實施例)被安裝在車輛內時，加強元件的縱向軸線750可以大體上水平地定向。在該位置，第一橫向軸線730可以大體上水平地定向，并且第二橫向軸線740可以大體上垂直地定向，如圖7a所示。當被安裝在這樣的位置時，加強元件700的形狀有助于減少或防止水分沿著加強元件的壁的部分收集或聚集。例如，其壁形成相鄰的90度外角或形成矩形、正方形或u形凹部或凹陷的某些常規加強元件可以收集水分或允許水分聚集在凹部中，增加加強元件經由生銹、剝離、開裂等弱化的可能性(即，任何形式的氧化或其它化學或物理變形，其中由于水分的存在，加強元件的制造材料可能更易受影響)。

相反，加強元件700不包括液體或水分長時間保留的凹陷部分。特別地，內角角度θi701-θi716和外角角度θe701-θe712中的每一個已被選擇成使得加強元件的壁相對于彼此成角度，以促進落入加強元件的任何凹陷部分內的任何水分或流體的流泄。例如，如圖7a和7b所示，加強元件700包括由邊壁s701、s702、s703和s704限定的第一凹陷部分734。內角角度θi701、θi702、θi715和θi716是鈍角，并且外角角度θe701、θe702和θe703是鈍角。因此，邊壁s728和s701-s705是傾斜的/成角度的邊壁以使得撞擊或收集在邊壁s728和s701-s705上的流體將部分或完全由于重力而在邊壁s728的端部處流下并且朝向邊壁s728的端部流動。類似地，例如，如圖7a和7b所示，加強元件700包括由邊壁s708-s711限定的第二凹陷部分735。內角角度θi703、θi704、θi705,和θi706是鈍角，并且外角角度θe704、θe705和θe706是鈍角。因此，邊壁s707-s712是傾斜的/成角度的邊壁，使得撞擊或收集在邊壁s707-s712上的流體將部分或完全由于重力而在邊壁s712的端部處流下并且朝向邊壁s712的端部流動。還包括的是由邊壁s715-s718限定的第三凹陷部分736；以及由邊壁s722-s725限定的第四凹陷部分737。

凹陷部分734-737相對較淺。當車輛部件(例如電纜/線、燃料管線/管道、制動管路/線和座椅安全帶)需要穿過或安裝在加強元件的內部空間內時，具有減小的深度的凹陷區域(例如加強元件700的凹陷區域)可以是有利的。

具有包含十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的加強元件800的替代示例性實施例的俯視圖和透視圖分別在圖8a-8b中示出。類似于加強元件700，加強元件800的每一個內角角度θi801-θi816和每一個外角角度θe801-θe812是鈍角。邊壁的長度已被選擇成使得凹陷區域834-837分別具有深度δ834-δ837，與圖7a-7b所示的加強元件中示出的凹陷區域相比，凹陷區域834-837的深度增加。因此，加強元件800提供了根據本發明的加強元件的示例性實施例，其可以促進水分流泄并且還在加強元件的外部周圍提供更多的空間，其他車輛部件可以被永久地、臨時地或周期性地裝配、定位或以其他方式設置在該空間中。

更普遍地，本教導的各種示例性實施例預期例如具有包含不同彎曲半徑的角、具有不均勻的橫截面、具有非對稱的形狀、具有包含可變厚度的邊和/或具有可變錐形邊的加強元件。各種附加示例性實施例預期彎曲和/或弧形的加強元件。此外，為了進一步調整元件的折疊圖案和/或最大載荷能力，各種附加示例性實施例還預期具有觸發孔、凸緣和/或卷曲的加強元件，如本領域普通技術人員將理解的那樣。一個或多個上述變型的組合也是可預期的。

如本文所討論和實施的，加強元件的邊的橫截面長度l1-l28和厚度t1-t28是加強元件的可調參數。邊的橫截面長度l1-l28和厚度t1-t28可以被調節以在加強元件中提供所需的特性。例如，在圖3a-3b的實施例中，這些參數被調節以提供具有沿著加強元件300的縱向長度成錐形的邊壁和角的加強元件300。

如本文所討論和實施的，根據本教導，加強元件的橫截面的縱橫比是可調參數。加強元件的橫截面的縱橫比可以被調節以在加強元件中提供所需的特性。例如，在圖4a-4b的實施例中，這些參數被調節以提供具有沿著垂直定向的橫向軸線的兩個橫截面尺寸的加強元件400，這兩個橫截面尺寸在加強元件400的縱向長度上的長度大體上是不同的。

如本文所討論和實施的，根據本教導，橫截面的邊s1-s28的橫截面長度l1-l28是可調參數。加強元件的邊s1-s28的長度l1-l28可以被調節以在加強元件中提供所需的特性。例如，在圖5a-5b的實施例中，該參數被調節以提供具有凹陷區域534-537的加強元件500，凹陷區域534-537具有沿著加強元件500的縱向長度延伸的特定深度δ534-δ537。

如本文所討論和實施的，十六個內角角度θi1-θi16和十二個外角角度θe1-θe12是加強元件的可調參數。內角角度θi1-θi16和外角角度θe1-θe12可以被調節以在加強元件中提供所需的特性。例如，在圖6a-6b的實施例中，這些參數被調節以提供具有凹陷區域634-637的加強元件600，凹陷區域634-637具有沿著加強元件600的縱向長度延伸的特定深度δ634-δ637。另外，內角角度θi1-θi16和外角角度θe1-θe12可以被調節以促進水分流泄，如圖7a-7b和8a-8b的實施例中所示。

如本文所討論和實施的，多個可調參數(包括但不限于加強元件的邊的橫截面長度l1-l28和厚度t1-t28、加強元件的橫截面的縱橫比、角的內角角度θi1-θi16和外角角度θe1-θe12以及凹陷區域的深度)可以在同一加強元件中全部被調節。這些參數可以在同一加強元件內全部被調節，以在加強元件中提供所需的特性。

在圖2a-8b所示的實施例中，加強元件可以具有一件式(one-piece)結構。如上所述，圖2a至8b所示的一件式結構僅僅是示例性的，并且本教導預期其他結構的加強元件(例如兩件式結構或具有三件或更多件的其它結構)。

為了說明根據本教導的具有十六個內角和十二個外角的二十八角橫截面的改善的強度和性能特征，發明人將各種現有的和常規的加強元件橫截面設計與基于本文所公開的設計的橫截面進行比較。對示例性加強元件進行模擬并且進行撞擊模擬運行，如以下參照圖9-13所示和所述。

具有相同質量、厚度和縱向長度的不同形狀(即，橫截面)的加強元件如圖9所示進行模擬。然后對每一個元件進行撞擊模擬以模擬具有相同剛度質量(例如，撞擊器)、撞擊速度和初始動能的碰撞。

圖10示出了已經經受模擬的準靜態壓入的橫向元件。在每一次準靜態壓入期間，撞擊速度較慢(例如，1英寸/分鐘(in/min))。撞擊器以可控的位移壓縮元件。因此，所有元件在相同的壓入時間內達到相同的壓入距離。因此，使多個加強元件經受準靜態壓入提供了加強元件的折疊長度和壓入穩定性的比較。如圖10所示，根據本教導的二十八角橫截面顯示出了穩定且漸進的軸向潰縮以及最小的折疊長度。

圖11示出了已經經受模擬的動態壓入的加強元件。在每次動態壓入期間，撞擊器由具有指定質量和初始撞擊速度的氣槍推進，其產生指定的初始動能。初始動能壓入元件。可以通過測量每一個加強元件的壓入距離和比能量吸收來比較每一個加強元件的性能。如圖11所示，根據本教導的二十八角橫截面也顯示出了最短的壓入距離。

圖12示出了對于模擬的動態壓入軸向施加在圖9所示的示例性加強元件上的動態壓入力(以千牛(kn)為單位)和相關的軸向壓入距離(以毫米(mm)為單位)。如圖12所示，與正方形、六角形、圓形、八角形和十二角形橫截面相比，具有二十八角橫截面的加強元件可以在給定的所得壓入距離內保持更高的壓入力。具體地，根據本教導的二十八角橫截面與八角形相比實現了平均壓入力和/或撞擊能量吸收的約97％的增加。

圖13示出了對于模擬的動態壓入施加在圖9所示的示例性加強元件上的的動態軸向壓入能量(以千牛-毫米(kn-mm)為單位)和相關的軸向壓入距離(以mm為單位)。如圖13所示，與正方形、六角形、圓形和八角形橫截面的加強元件相比，具有二十八角橫截面的加強元件可以在更短的距離上吸收相同的總撞擊動能。特別地，根據本教導的二十八角橫截面在約51％的軸向壓入距離內吸收與基本八角形橫截面相同的全部軸向壓入能量。

因此，根據本教導的二十八角橫截面可以通過最小化每單位長度的質量來允許優于例如基本多邊形加強元件橫截面的改善的撞擊能量管理，從而提供減輕車輛重量并且滿足新的公司平均燃料經濟性(cafe)和排放標準的質量節省方案。

除了增強載荷承載和能量吸收效率之外，根據本教導的加強元件可以提供額外的優點或益處，例如改善水分流泄能力(如上所述)、增加彎曲能量吸收能力、改善制造可行性、以及形狀在整個裝置(例如，如上所述的車輛)的其他部件中的更好地安裝。

此外，根據本教導的二十八角加強元件還可以被調節以適應在各種車輛中使用的獨特的封裝要求。由于二十八角加強元件中的至少一些的橫截面的特定形狀，將其它裝置部件連接、結合、附接或以其他方式粘附到加強元件可能更容易。其它裝置部件可以包括但不限于發動機支架或變速器支架。

根據本教導的二十八角加強元件可預期用作多種環境中的結構元件。例如，在機動車輛中，本文所公開的加強元件可以用作例如下列中的一個或多個：粉碎罐(crushcan)、前梁、中護欄(mid-rail)、后梁、縱梁、槍型結構(shotguns)、橫梁、車頂結構、腰線管(beltlinetubes)、門梁、立柱、內部加強件、以及可以得益于增強的撞擊能量吸收或本文所述的其他優點的其他部件。此外，本教導可以被應用于非承載式車身(body-on-frame)和承載式式車輛(unitizedvehicles)或其他類型的結構。

例如，如圖14和圖15所示，根據本公開的具有十六個內角和十二個外角的二十八角加強元件可以是車輛車架和/或車輛上部車身的一部分或在車輛車架和/或車輛上部車身內。圖14示出了具有可以使用加強元件的多個部件的車輛車架1400的示例性實施例。例如，根據本公開的加強元件可以形成前角(fronthorn)1402、前梁1404、前縱梁1406、后縱梁1408、后梁1410和/或一個或多個橫梁1412或用作其的一部分。同樣地，圖15示出了具有可以使用加強元件的多個部件的車輛上部車身1500的示例性實施例。例如，根據本公開的加強元件可以形成下列部件或用作其的一部分：槍型結構1502、鉸鏈柱1504、a柱1506、b柱1508、c柱1510、一個或多個門梁1512、車輛橫向梁(crosscarbeam)1514、前楣(frontheader)1516、后楣(rearheader)1518、前圍上蓋板(cowtop)1520、車頂縱梁1522、橫向車頂彎梁(lateralroofbow)1524、縱向車頂彎梁(longitudinalroofbow)1526、一個或多個車身橫梁1528、和/或車身橫梁1530。

此外，根據本公開的加強元件可以用作車輛車身底部部件(例如下邊梁(rocker)和/或一個或多個車身底部橫梁)或形成其的一部分。此外，根據本公開的加強元件可以用作車輛發動機艙部件(例如，作為一個或多個發動機艙橫梁)或形成其的一部分。

根據應用，本教導的實施例將具有不同的形狀(即，各種橫截面)以適應特定的元件空間約束。當用作例如車輛前梁以實現優化的軸向壓入性能時，邊的長度和厚度和/或角的角度可以全部被調整(調節)以提供優化的強度、尺寸和形狀以滿足發動機艙約束。

盡管本文所描述的各種示例實施例已經被描述為被配置用于機動車輛，但是可以預期的是，根據本教導的各種加強元件可以被配置用于期望提供增強的撞擊能量吸收的其它類型的車輛(例如，飛機、航天器和船舶)和/或結構。因此，受益于本公開的本領域普通技術人員應當領會的是，本教導提供用于各種應用的加強元件。鑒于本說明書，本教導的各種方面的進一步修改和替代實施例對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。

應當理解的是，本文所述的特定示例和實施例是非限制性的，并且在不脫離本教導的范圍的前提下，可以對結構、尺寸、材料和方法做出修改。

特別地，本領域技術人員將領會的是，加強元件可以包括多于一個縱向段或部分，其中每一個段或部分具有根據本公開教導的一個或多個變型。所述變型可以沿著每一個縱向段的長度連續地或間歇地進行。換句話說，包含未說明或明確描述的對所公開的可調參數的一個或多個上述變型的組合的加強元件也是可預期的。

對于本說明書以及所附權利要求，除非另有說明，在說明書和權利要求書中所使用的所有表達數量、百分數或者比例以及其他數值的數字在所有情形下都應當被理解為被術語“約”修飾。因此，除非另有相反指示，在說明書和權利要求書中所述的數值參數為近似值，其可以根據本發明期望獲得的所需性能而改變。至少，但不試圖限制權利要求范圍等同原則的應用，每一個數值參數應當至少參考所報道的有效數字的位數以及通過應用普通四舍五入(ordinaryrounding)方法來解釋。

盡管本教導的寬范圍所述的數值范圍和參數為近似值，但是在具體實施例中所述的數值被盡可能精確地報道。然而，任何數值固有地包含了源于存在于它們相應的測試測量中的標準偏差的一定的必然誤差。此外，本文所公開的所有范圍應當被理解為涵蓋任何和所有納入其中的子范圍。

應當注意的是，如在本說明書和所附權利要求書中所使用的，單數形式“一(a/an)”和“該”包括復數個參考對象，除非清楚且明確地限定為一個參考對象。如本文所使用的，術語“包括”及其語法變體旨在是非限制性的，使得列表中的項目的引用不排除可以替代或者添加至所列項目中的其他類似項目。

對于本領域技術人員來說，顯而易見的是，在不脫離本教導的范圍的情況下，可以對本公開的設備和方法做出各種修改和變化。根據對說明書的考查以及對本文所公開的教導的實踐，本公開的其他實施例對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。意圖是，本文所公開的說明書和實施例僅被認為是示例性的。