碰撞缓冲装置

摘要

本发明提供一种碰撞缓冲装置包括：一外管总成，包括一外管顶板、一顶外锥管、一外管中板、一底外管及一外管底板依序共轴接合；以及一内管总成，设置于该外管总成内，并包括一内管顶板、不同外径的一顶内管及一底内管依序共轴接合，其中：该内管顶板，其与该外管顶板固定；该顶内管的一端与该内管顶板接合；以及该底内管的一端与该外管底板接触，其中该底外管的该封闭管用以作为碰撞时在该底内管的另一端位置的支持部。当受碰撞冲击时，该内管总成的底内管产生翻卷缩管效应以提供吸能效果；该外管总成的顶外锥管表面的波纹状结构折合以提供吸能效果。

权利要求

1.一种碰撞缓冲装置，适用于一载具，其特征在于，该碰撞缓冲装置包括：一外管总成，包括一外管顶板、一顶外锥管、一外管中板、一底外管及一外管底板依序共轴接合，其中：

该外管顶板，用以固定于该载具的一第一元件；

该顶外锥管，其一端具有一第一外径的底管部，相对的另一端具有一第二外径的顶管部，该第二外径小于该第一外径，该底管部连接于该外管中板的一正面，该顶管部连接于该外管顶板，该顶外锥管的管身与一中心轴共轴并沿轴向间隔地设有多个折合导引部；

该外管中板，用以固定于该载具的一第二元件；

该底外管，其的一端为开口端，该开口端与该外管中板的一背面接合；以及该外管底板，接合于该底外管的另一端，使其形成一封闭管的几何结构；以及一内管总成，设置于该外管总成内，并包括一内管顶板、不同外径的一顶内管及一底内管依序共轴接合，其中：

该内管顶板，其与该外管顶板固定；

该顶内管的一端与该内管顶板接合；以及该底内管的一端与该外管底板接触，其中该底外管的该封闭管用以作为碰撞时在该底内管的另一端位置的一支持部。

2.如权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该底内管的外径大于或等于该顶内管的外径与2倍该底内管的厚度的总和尺寸。

3.如权利要求2所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该顶内管的长度大于或等于1/2倍该底内管的长度。

4.如权利要求2所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该底内管的截面积小于该顶内管的截面积。

5.如权利要求2所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该底内管的一端内折其法兰面，以提供该顶内管轴向对接而成。

6.如权利要求2所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该底内管的一端缩管其法兰面，以提供该顶内管轴向搭接而成。

7.如权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该顶内管的外径大于或等于该底内管的外径与2倍该顶内管的厚度的总合尺寸。

8.如权利要求7所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该底内管的长度大于或等于1/2倍该顶内管的长度。

9.如权利要求7所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该顶内管的截面积小于该底内管的截面积。

10.如权利要求7所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该顶内管的一端内折法兰面，以提供该底内管轴向对接而成。

11.如权利要求7所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该顶内管的一端缩管法兰面，以提供该底内管轴向搭接而成。

12.如权利要求2或7所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该底内管与该顶内管为一体式异外径截面的内管。

13.如权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该顶外锥管的该折合导引部为凸出或凹入于该锥管表面的波纹状结构或梯形状结构。

14.如权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该外管总成的外管顶板、顶外锥管、外管中板、底外管及外管底板为钢质材料制成，且该内管总成的内管顶板、顶内管及底内管为铝质材料制成。

15.如权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，该载具的第一元件为一车体底盘的一保险杆，该载具的第二元件为该车体底盘的一大梁，该碰撞缓冲装置适用于该大梁与该保险杆之间。

说明书

碰撞缓冲装置

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种碰撞缓冲装置，且特别是有关于一种碰撞缓冲装置，其产生翻卷缩管效应以提供稳定的缓冲与吸能效果。

背景技术

[0002] 目前应用于车辆碰撞冲击时的能量吸收结构有许多种类型，例如美国US 6231095 B1 的专利文献，其用于车辆碰撞冲击系统的通道式能量吸收单元90。请参考图1A及1B，该
通道式能量吸收单元90可吸收冲击能量，并防止或最小化在冲击下车辆框架轨道94的损
坏。其基本实施例是一个管91，其一端在一个端板92的孔921处张开并焊接。当通道式能量
吸收单元90承受轴向负载时，管91分裂、剥离并反转以吸收大部分的能量冲击。管91中的优
选通道93在该过程期间稳定内缩以确保预定的能量吸收特性。但该现有技术所应用的通道
式能量吸收单元90为简单圆管结构，虽容易取得，但其变形过程为稳定受力模式，该通道式
能量吸收单元90需纵向设置(加工)沟槽以利产生稳定撕裂剥离模式，这会增加成本，且通
道式能量吸收单元90于通道93内需要扩管、外翻并与于刚性板接合，冲击时有接合点破裂
与失效的风险。

[0003] 另外，如美国US 8,511,745 B2 的综合能量吸收的车辆碰撞结构的专利案。其构件主要分为轨道壳体内部与外部以及连接突出部所组成，突出部有一斜率止挡在轨道壳体
端口。当管件受到冲击时，利用突出部与斜率止挡将轨道壳体圆形内壁往腔室径向挤压变
形。当管构件为铁质、轨道壳体为铝质：静摩擦系数为0.61，动摩擦系数为0.47，该专利所述
的轨道壳体为铝或铝合金，并以六边形或八边形双层共用墙结构。该专利的轨道壳体为六
边形或是八边形，拥有抗弯曲的高刚性几何外形，且其轨道壳体内腔室、径向肋的多寡与肋
宽度为结构变形、吸能的关键。但其滑动管构件突出部与斜率止挡两部件的几何成形不易，
加工成本提高，且滑动管构件突出部若太高，冲击过程会造成无法挤入轨道壳体而使管构
件外露部轴向叠合变形，无法达到预期的轨道壳体的外廓变形。

[0004] 再者，如美国US 4,272,114 的冲击吸收装置的总成结构为两结构组成专利案，其外部为盒状梯形板金成型件与内部管件，子件的斜面有数个孔，孔周围为冲压褶边的百叶
几何形状，总成受到冲击时，防撞杆会将冲击力借由杆件与底座将力量传递至子件梯形盒
体并压缩变形，因子件斜面有冲孔外形与百叶几何形状进行叠合变形，而管通过子件底部
中央孔往大梁结构移动。冲孔外形可为C形、H形、骨头形。本专利的子件斜面冲孔折边几何
之间会有一个间隙形成结构截面积较少的区域，结构受冲击时会于该处先变形；其轨道壳
体内腔室、径向肋的多寡与肋宽度为结构变形、吸能的关键。但前述子件冲孔折边加工后容
易在孔周围产生撕裂的裂缝缺陷，使结构受冲击过程中可能会有结构破裂造成冲击吸收能
不连续的缺点。冲孔折边工程可能于梯形成形前完成，于梯形钣折工程时不易，容易伤到已
完成的冲孔折边几何外形；若梯形成形先完成后进行冲孔折边，需要由外往内与由内往外
冲压各一次，需增加模具、工时与成本。

发明内容

[0005] 本发明的一目的是提供一种碰撞缓冲装置，其产生翻卷缩管效应以提供稳定的缓冲与吸能效果。

[0006] 为达到上述的目的，本发明提供一种碰撞缓冲装置，适用于一载具，该碰撞缓冲装置包括：一外管总成，包括一外管顶板、一顶外锥管、一外管中板、一底外管及一外管底板依
序共轴接合，其中：该外管顶板，用以固定于该载具的一第一元件；该顶外锥管，其一端具有
一第一外径的底管部，相对的另一端具有一第二外径的顶管部，该第二外径小于该第一外
径，该管底部连接于该外管中板的一正面，该顶管部连接于该外管顶板，该顶外锥管的管身
与一中心轴共轴并沿轴向间隔地设有多个折合导引部；该外管中板，用以固定于该载具的
一第二元件；该底外管，其的一端为开口端，该开口端与该外管中板的一背面接合；以及该
外管底板，接合于该底外管的另一端，使其形成一封闭管的几何结构；以及一内管总成，设
置于该外管总成内，并包括一内管顶板、不同外径的一顶内管及一底内管依序共轴接合，其
中：该内管顶板，其与该外管顶板固定；该顶内管的一端与该内管顶板接合；以及该底内管
的一端与该外管底板接触，其中该底外管的该封闭管用以作为碰撞时在该底内管的另一端
位置的一支持部。

[0007] 作为本发明的实施例，该底内管的外径大于或等于该顶内管的外径与2倍该底内管的厚度的总和尺寸。

[0008] 作为本发明的实施例，该顶内管的长度大于或等于1/2倍该底内管的长度。

[0009] 作为本发明的实施例，该底内管的截面积小于该顶内管的截面积。

[0010] 作为本发明的实施例，该底内管的一端内折其法兰面，以提供该顶内管轴向对接而成。

[0011] 作为本发明的实施例，该底内管的一端缩管其法兰面，以提供该顶内管轴向搭接而成。

[0012] 作为本发明的实施例，该顶内管的外径大于或等于该底内管的外径与2倍该顶内管的厚度的总合尺寸。

[0013] 作为本发明的实施例，该顶外锥管的该折合导引部为凸出或凹入于该锥管表面的波纹状结构或梯形状结构。

[0014] 作为本发明的实施例，该外管总成的外管顶板、顶外锥管、外管中板、底外管及外管底板为钢质材料制成，且该内管总成的内管顶板、顶内管及底内管为铝质材料制成。

[0015] 作为本发明的实施例，该载具的第一元件为一车体底盘的一保险杆，该载具的第二元件为该车体底盘的一大梁，该碰撞缓冲装置适用于该大梁与该保险杆之间。

[0016] 借由上述碰撞缓冲装置的结构，该内管总成受碰撞冲击时该顶内管轴向挤压该底内管，使该底内管产生翻卷缩管效应以提供稳定的缓冲与吸能效果。再者，该外管总成受碰
撞冲击时，该外管顶板、顶外锥管及外管中板受冲击力压缩时，该顶外锥管的钢材的会依该
顶外锥管表面的波纹状结构波纹外形折合，再因纵切截面呈现梯形几何形式使折合过程所
需能量(吸能)会提升。因而使整体的碰撞缓冲装置受冲击时，会因该内管总成受缩管变形
后位置仍保持在中心位置，可使该碰撞缓冲装置的结构不会歪斜变形。

附图说明

[0017] 图1A 图1B为背景技术的冲击能量吸收系统的冲击力吸收前及吸收后的示意图。~

[0018] 图2为本发明的一实施例的碰撞缓冲装置设置于车体底盘的部分立体示意图。

[0019] 图3为本发明的第一实施例的碰撞缓冲装置设置于车体底盘的前大梁与前保险杆之间的纵切截面示意图。

[0020] 图4为本发明的第一实施例的碰撞缓冲装置的纵切截面示意图。

[0021] 图5为本发明的第一实施例的碰撞缓冲装置受到碰撞冲击时的纵切截面示意图。

[0022] 图6为本发明的第一实施例的第一种内管总成的顶内管及底内管的纵切截面示意图。

[0023] 图7为本发明的第一实施例的第二种内管总成的顶内管及底内管的纵切截面示意图。

[0024] 图8为本发明的第一实施例的第三种内管总成的顶内管及底内管的纵切截面示意图。

[0025] 图9为本发明的第二实施例的碰撞缓冲装置的纵切截面示意图。

[0026] 图10为本发明的第二实施例的第一种内管总成的顶内管及底内管的纵切截面示意图。

[0027] 图11为本发明的第二实施例的第二种内管总成的顶内管及底内管的纵切截面示意图。

[0028] 图12为本发明的第二实施例的第三种内管总成的顶内管及底内管的纵切截面示意图。

[0029] 图中：

[0030] 90 通道式能量吸收单元；91 管；92 端板；921孔；93通道；94车辆框架轨道；

[0031] 100碰撞缓冲装置；100’碰撞缓冲装置；101外管总成；1011顶外锥管；10111顶管部；

[0032] 10112底管部；10113折合导引部；1012底外管；10121开口端；10122封闭端；

[0033] 10123支持部；102内管总成；102’内管总成；1021顶内管；1021’顶内管；

[0034] 10213法兰面；10214法兰面；1022底内管；1022’底内管；10223法兰面；

[0035] 10224法兰面；1031外管顶板；1032内管顶板；104外管底板；105外管中板；

[0036] 1051正面；1052背面；200前大梁；201框体；400前保险杆；401板体；

[0037] C1中心轴；D1外径；D1’外径；D2外径；D2’外径；F力量；L1长度；

[0038] L1’长度；L2长度；L2’长度；T1’厚度；T2厚度；θ夹角。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0040] 图2为本发明的一实施例的碰撞缓冲装置100设置于一载具(例如车体底盘)的部分立体示意图。该碰撞缓冲装置100可配置于该车体底盘的前大梁200与该车体底盘的前保
险杆400之间。理所当然，该碰撞缓冲装置100也可配置于该车体底盘的后大梁与该车体底
盘的后保险杆之间。图3为本发明的第一实施例的碰撞缓冲装置100设置于该车体底盘的前
大梁200与前保险杆400之间的纵切截面示意图。理所当然，该碰撞缓冲装置100也可设置于
该车体底盘的后大梁与后保险杆之间。图4为本发明的第一实施例的碰撞缓冲装置100的纵
切截面示意图。本发明的碰撞缓冲装置适用于该载具(例如车体底盘)。该碰撞缓冲装置100
包括一外管总成101与一内管总成102。

[0041] 请参考图3及图4，该外管总成101包括一外管顶板1031、一顶外锥管1011、一外管中板105、一底外管1012及一外管底板104依序共轴接合。该外管顶板104用以固定于该载具
(例如车体底盘)的一第一元件(例如前保险杆400的板体401)。该顶外锥管1011的一端具有
一第一外径的底管部10112，相对的另一端具有一第二外径的顶管部10111，该第二外径小
于该第一外径，该底管部10112连接于该外管中板105的一正面1051，该顶外锥管1011的管
身与一中心轴C1共轴，并沿轴向间隔地设有刚性较弱的多个折合导引部10113。该外管中板
105用以固定于该载具(例如车体底盘)的一第二元件(例如前大梁200的框体201)。该底外
管1012的一端为开口端10121，该开口端10121与该外管中板105的一背面1052接合。该外管
底板104接合于该底外管1012的另一端，使该底外管1012的另一端形成一封闭端10122的几
何结构。

[0042] 该内管总成102设置于该外管总成101内，并包括一内管顶板1032、不同外径的一顶内管1021及一底内管1022依序共轴接合。该内管顶板1032与该外管顶板1031固定。该顶
内管1021的一端与该内管顶板1032接合。该底内管1022的一端与该外管底板104接触，其中
该底外管1012的封闭端10122用以作为碰撞时在该底内管1022的另一端位置的支持部
10123。该底外管1012及该底内管1022与前大梁200的框体201形成套管重叠。

[0043] 该顶外锥管1011与该底外管1012之间设有该外管中板105的结构，提供该碰撞缓冲装置100安装于该车体底盘的前大梁200(或后大梁)末端，以进行锁固接合。该顶外锥管
1011前方有该外管顶板1031的结构，提供该碰撞缓冲装置100安装于该前保险杆400(或后
保险杆)的板体401背面，以进行锁固接合。

[0044] 图5为本发明的第一实施例的碰撞缓冲装置100受到碰撞冲击时的纵切截面示意图。请参考图5及图4，本发明的碰撞缓冲装置100具有变形吸能的组件主要有两个：一为该
外管总成101，当该碰撞缓冲装置100受到力量F碰撞冲击时，借由该外管顶板1031将该前保
险杆400(或后保险杆)传递的能量借由该顶外锥管1011轴向叠合变形吸收；另一为该内管
总成102，当该碰撞缓冲装置100受到力量F碰撞冲击时，该前保险杆400(或后保险杆)传递
的能量借由该外管顶板1031与该内管顶板1032传递至该顶内管1021，使该顶内管1021向该
底内管1022轴向挤压造成内翻卷的缩管变形而吸收能量。

[0045] 请参考图6，根据本发明的内管总成102，上述顶内管1021的外径D1与底内管的外径D2、厚度T2的几何关系为：该底内管1022的外径D2大于或等于该顶内管1021的外径D1与2
倍该底内管1022厚度T2的总和尺寸。

[0046] 上述顶内管1021的长度L1与底内管1022的长度L2的几何关系为：该顶内管1021的长度L1大于或等于1/2倍该底内管1022的长度L2。

[0047] 上述顶内管1021与底内管1022的截面积的几何关系为：该底内管1022的截面积小于该顶内管1021的截面积，其中截面积是指管体的外半径*外半径*π减去内半径*内半径*π
的面积。

[0048] 请再参考图4，该外管总成101由高强度钢板件的外管顶板1031、高延伸率波纹形钢材的顶外锥管1011、外管中板105、高强度钢管材的底外管1012与高强度钢板件的外管底
板104相互接合(例如以焊接或胶合等工法)的构件组成。

[0049] 该内管总成102可被实施的组合，由铝或铝合金板件的板材的内管顶板1032、铝或铝合金管材的顶内管1021与底内管1022相互接合(例如以焊接或胶合等工法)的构件组成，
如图6、图7所示。

[0050] 该内管总成102可被实施的另一组合，由铝或铝合金板件的板材的内管顶板1032与铝或铝合金管材的一体式不同管径的内管1023相互接合(例如以焊接或胶合等工法)的
构件组成，如图8所示。

[0051] 请再参考图4，此碰撞缓冲装置100的构件总成的中心线为C1，高强度钢板件的外管底板104与内管总成102末端接触处，其底内管1022的外径D2大于顶内管1021的外径D1。
波纹形钢材的顶外锥管1011管壁与该中心线C1有一夹角θ，使巨观纵切截面呈现梯形几何。

[0052] 在本实施例中，该顶外锥管1011的这些折合导引部10113为凸出或凹入于该锥管1011表面的波纹状结构或梯形状结构。这些折合导引部10113的刚性较弱，用以容易形成折
合效应。

[0053] 在本实施例中，该内管总成的该顶内管1021的外径D1小于底内管1022的外径D2，由该底内管1022的一端内折其法兰面10223，以提供该顶内管1021轴向对接而成(例如以焊
接或胶合等工法)，如图6所示。

[0054] 在本实施例的另一种形态中，该内管总成的该顶内管1021的外径D1小于底内管1022的外径D2，由该底内管1022的一端缩管其法兰面10224，以提供该顶内管1021轴向搭接
而成(例如以焊接或胶合等工法)，如图7所示。

[0055] 在本实施例的又一种形态中，该内管总成的该顶内管1021的外径D1小于底内管1022的外径D2，该顶内管1021与该底内管1022可为一体式异外径截面的内管1023，如图8所
示。

[0056] 上述的该碰撞缓冲装置100，适用于该载具的第一元件(例如车体底盘的前大梁200的框体201)与该载具的第二元件(车体底盘的前保险杆400的板体401)之间，该外管顶
板1031的背向该内管顶板1032的一面连接该前保险杆400的板体401，如图3所示。

[0057] 借由上述碰撞缓冲装置的结构，该内管总成受碰撞冲击时该顶内管轴向挤压该底内管，使该底内管产生翻卷缩管效应以提供稳定的缓冲与吸能效果。再者，该外管总成受碰
撞冲击时，该外管顶板、顶外锥管及外管中板会受冲击力压缩，使该顶外锥管表面的波纹状
结构折合，再因纵切截面呈现梯形几何形式使折合过程所需能量(吸能)会提升。因而使整
体的碰撞缓冲装置受冲击时，会因该内管总成受缩管变形后位置仍保持在中心位置，可使
该碰撞缓冲装置的结构不会歪斜变形。

[0058] 图9为本发明的第二实施例的碰撞缓冲装置100’的纵切截面图。该第二实施例的碰撞缓冲装置100’大体上类似于该第一实施例的碰撞缓冲装置100，类似的元件标示类似
的标号，其主要差异为：该内管总成102’的顶内管1021’的外径D1’大于底内管1022’的外径
D2’。同样地，当该碰撞缓冲装置100’受到力量碰撞冲击时，该前保险杆传递的能量借由该
外管顶板1031与该内管顶板1032传递至该顶内管1021’，使该底内管1022’向该顶内管
1021’轴向挤压造成内翻卷的缩管变形而吸收能量。

[0059] 请参考图10，根据本发明的内管总成102’，上述顶内管1021’的外径D1’、厚度T1’与底内管1022’的外径D2’的几何关系为：该顶内管1021’的外径D1’大于或等于该底内管
1022’的外径D2’与2倍该顶内管1021’的厚度T1’的总和尺寸。

[0060] 上述顶内管1021’的长度L1’与底内管1022’的长度L2’的几何关系为：该底内管1022’的长度L2’大于或等于1/2倍该顶内管1021’的长度L1’。

[0061] 上述顶内管1021’与底内管1022’的截面积的几何关系为：该顶内管1021’的截面积小于该底内管1022’的截面积，其中截面积是指管体的外半径*外半径*π减去内半径*内
半径*π的面积。

[0062] 在一实施例中，该内管总成102’的顶内管1021’的外径D1’大于该底内管1022’的外径D2’，系由该顶内管1021的一端内折其法兰面10213，以提供该底内管1022’轴向对接而
成(例如以焊接或胶合等工法)，如图10所示。

[0063] 在本实施例的另一种形态中，该内管总成的该顶内管1021’的外径D1’大于底内管1022’的外径D2’，系由该顶内管1021’的一端缩管其法兰面10214，以提供该底内管1022’轴
向搭接而成(例如以焊接或胶合等工法)，如图11所示。

[0064] 在本实施例的又一种形态中，该内管总成的该顶内管1021’的外径D1’大于底内管1022的外径D2’，该顶内管1021’与该底内管1022’可为一体式异外径截面的内管1023’，如
图12所示。

[0065] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明
的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。