变形结构和具有变形结构的行人保护装置

摘要

本发明涉及一种变形结构(1)，其至少具有一个第一层(3)和一个第二层(5)，所述第一层和第二层在变形方向上彼此间隔开并且可相对彼此移动地设置，其中，所述第一层(3)和第二层(5)具有互补的凸起(31、51)和凹陷(32、52)，所述互补的凸起和凹陷构造为，使得第一层(3)的凸起(31)和第二层(5)的凹陷(52)以及第二层(5)的凸起(51)和第一层(3)的凹陷(32)能够沉入彼此中，其中，第一层(3)和第二层(5)通过可变形的接片元件(7、7’)彼此连接，使得在沿变形方向的高脉冲的情况下第一层(3)的凸起(31)沉入到第二层(5)的凹陷(52)中并且第二层(5)的凸起(51)沉入到第一层(3)的凹陷(32)中，从而变形结构(1)沿变形方向的变形以相对低的力水平进行，并且在沿变形方向的低脉冲的情况下第一层(3)的凸起(31)碰撞到第二层(5)的凸起(51)上，从而变形结构(3)沿变形方向的变形以较高的力水平进行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种变形结构以及一种具有变形结构的行人保护装置，该变形结构设置在车身外壳元件与车身支架元件之间。

背景技术

一种机动车的已知的前车例如具有固定在纵梁前端上的保险杠横梁和保险杠面板，在保险杠面板与保险杠横梁之间设有可在相对低负荷水平上变形的软泡沫用于保护行人。基于行人保护设置软泡沫，以便在必要时保护行人免于与机动车的坚硬刚性结构、如保险杠横梁直接非间接地碰撞。

此外，在例如最高4km/h的极低速度范围内——其由于低速而对于行人保护不重要，要求车辆保持在碰撞中不发生损坏。

此外，在略高的、同样仍对于行人保护不重要的速度下，要求碰撞时的损坏尽可能小并且例如位于前车区域中的冷却器结构不受到损坏。对此有用的是，位于保险杠横梁前方的结构已经具有足够的碰撞能量吸收能力。

不同的要求部分地相互对立并且要求在车辆头部上具有相对长的车辆悬伸以及因此较高的重量和对行驶动力学的不利影响。

为了解决由此产生的目标冲突，例如在DE102010054641A1中提出一种具有横梁的保险杠装置，该横梁通过碰撞盒固定在车辆车身上。沿行驶方向在横梁前方设有行人保护元件用于柔软地碰撞行人。此外，设置有可偏转的能量吸收元件，其可枢转到行人保护元件的前方并且由此可在需要机动车碰撞结构具有较高碰撞能量吸收能力的碰撞中增加能量吸收。

在DE102012112636A1中也示出一种保险杠装置，其包括保险杠横梁和行人保护元件，该行人保护元件可借助致动器从刚性状态切换到用于行人保护的相对柔软的状态。

在DE102010054641A1和DE102012112636A1中描述的保险杠装置的共同点在于，为此需要碰撞或预碰撞传感装置，基于传感装置的输出信号可在碰撞结构的具有高碰撞能量吸收能力的坚硬刚性状态和碰撞结构的具有有利于行人保护的低碰撞能量吸收能力的柔软状态之间进行切换。

此外，由DE102016204264A1已知一种通用的变形结构，其至少具有一个第一层和一个第二层，它们在变形方向或负荷方向上彼此间隔开并且可相对彼此移动地设置。第一层和第二层具有互补的凸起和凹陷，所述凸起和凹陷这样构造，使得第一层的凸起和第二层的凹陷以及第二层的凸起和第一层的凹陷可沉入彼此之中。第一层和第二层通过可变形的接片元件这样彼此连接，使得在沿变形方向的高脉冲的情况下第一层的凸起沉入到第二层的凹陷中并且第二层的凸起沉入到第一层的凹陷中，从而变形结构沿变形方向的变形以相对低的力水平进行，并且在沿变形方向的低脉冲的情况下第一层的凸起碰撞到第二层的凸起上，从而变形结构沿变形方向的进一步变形以较高的力水平进行。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种变形结构和一种用于机动车的具有该变形结构的行人保护装置，其中，所述变形结构的变形在相对高的力水平上更可靠地进行。

根据本发明的变形结构(该变形结构也可被称为能量吸收结构)至少具有一个第一层和一个第二层，它们在变形方向或负荷方向上彼此间隔开并且可相对彼此移动地设置。第一层和第二层具有互补的凸起和凹陷，所述凸起和凹陷这样构造，使得第一层的凸起和第二层的凹陷以及第二层的凸起和第一层的凹陷可沉入彼此之中。第一层和第二层通过可变形的接片元件这样彼此连接，使得在沿变形方向的高脉冲的情况下第一层的凸起沉入到第二层的凹陷中并且第二层的凸起沉入到第一层的凹陷中，从而变形结构沿变形方向的变形以相对低的力水平进行，并且在沿变形方向的低脉冲的情况下第一层的凸起碰撞到第二层的凸起上，从而变形结构沿变形方向的进一步变形以较高的力水平进行。第一层的凸起和第二层的凸起这样彼此互补地构造，使得在侧向方向上、即横向于变形方向的方向、即基本上垂直于变形方向的方向沿变形方向的低脉冲的情况下，至少在侧向方向上实现第一层的凸起与第二层的凸起之间的形锁合。

变形结构可以根据负荷情况、即碰撞脉冲以不同能级变形并且因此具有不同刚性。两种刚性之间的“切换”在此与传感装置或致动器无关地自动进行。刚性的调整在此通过第一层和第二层的特定互补几何结构来实现并且所述层的连接通过接片元件来实现。在低脉冲时，相对置的层的凸起相互接触。通过凸起之间的形锁合减小了如下可能性，即第一层和第二层在侧向方向上、即横向于变形方向的方向、也就是说平行于层的延伸的方向进一步相互错开，所述两个层的凸起再次脱开嵌接并且由此可能使变形元件的变形不期望地在低的力水平上进行。因此，根据本发明确保了相邻的层相互可靠地支撑在相对置的凸起上并且变形元件的进一步变形在相对高的力水平上进行。换句话说，相对置的凸起或者在碰撞过程中进入相对置的位置的各凸起具有互补的几何结构，所述几何结构能够实现相对置的凸起的尤其是在侧向方向上起作用的相对彼此的形锁合。

根据按照本发明的变形结构的一种进一步改进方案，第二层的凸起或第一层的凸起具有凹陷，该凹陷这样适配，使得第一层的凸起或第二层的凸起(如果凹陷构造在第一层中)可以嵌接到凹陷中，从而阻止、即至少阻碍或甚至禁止第一层和第二层彼此间至少在侧向方向上的运动。

所述凹陷能够实现相对置的凸起之间在侧向方向上的形锁合。当碰撞力在变形元件的碰撞方向上起作用时，嵌接到相对置的凸起的凹陷中的凸起不能侧向地偏移，因为为此必须越过凹陷的侧向边缘，这又由于起作用的碰撞力而变得困难。嵌接到凹陷中的凸起在侧向移动时碰撞在凹陷的相应的边缘上。

根据按照本发明的变形结构的另一种进一步改进方案，第二层的凸起和/或第一层的凸起具有阶梯部，该阶梯部这样适配，使得第一层的凸起(或者第二层的凸起，如果阶梯部构造在第一凸起上)可以与阶梯部这样嵌接，使得阻止、即至少阻碍或者甚至禁止第一层相对于第二层至少在侧向方向上的运动。

阶梯部的作用方式类似于凹陷，其中，阶梯部阻止相邻的层在仅一个侧向方向(横向方向)上的运动，而上述的凹陷也可以阻止在另一个、尤其是相反的侧向方向上的运动。为此，阶梯部可以设计得足够高，从而确保相应的凸起在以低脉冲碰撞的情况下与相对置的凸起的阶梯部嵌接。

也可以将凸起上的凹陷和阶梯部相互组合，也就是说使具有凹陷的凸起附加地构造有比凹陷的边缘高的阶梯部。

根据一种进一步改进方案，第一层和第二层通过接片元件的变形还可以在彼此平行的方向上移动。

尤其是在变形结构中，接片元件可以这样构造，使得所述接片元件在高碰撞脉冲的情况下脆性和/或塑性失效，并且其中，接片元件在低碰撞脉冲的情况下相当于薄膜铰链起作用。

在此，构造成薄膜铰链的接片元件可引起第一层和第二层相对于彼此的偏转运动，在此第一层和第二层彼此平行地移动并且沿变形方向、即朝向彼此移动。

由此能实现第一层和第二层朝向彼此的定义的偏转运动并且第一层和第二层可相对于彼此可靠地占据刚性提高的位置。

在高碰撞脉冲的情况下接片元件的失效防止第一层和第二层相对于彼此的偏转运动。第一层和第二层基于接片元件的失效基本上无侧向偏移运动地仅在变形方向上朝向彼此移动。

根据一种优选的进一步改进方案，所述接片元件构造成壁元件或面元件，其在第一层和第二层的宽度方向上延伸。尤其是，接片元件在此可以在变形结构的整个宽度上延伸。

优选地，在根据本发明的变形结构中，第一层和第二层基本上相同地构造或成形。

这使得变形结构的制造变得容易。此外，由此能以简单的方式实现互补的凸起和凹陷。

根据变形结构的一种优选的进一步改进方案，第一层的凸起和第二层的凹陷以及第一层的凹陷和第二层的凸起在变形结构的初始位置中彼此相对置地设置。

由此，变形结构可在低碰撞脉冲的情况下在相对低的力水平上沿变形方向变形。

变形结构可以优选由塑料材料构造成。

由此，变形结构可轻地且耐腐蚀地实施。

变形结构在此可以优选一体式地构造。

由此简化了制造并且由此构件数量特别少。

由塑料制成的变形结构、尤其是一体式的变形结构的制造例如可以通过挤出或通过增材制造方法实现。

由此能够特别有效率地以低成本制造变形结构。

根据一种特别优选的进一步改进方案，第一层和第二层分别以波纹板的形式构造。在此，波峰和波谷构成凸起和凹陷。

所述凸起和凹陷(波峰和波谷)优选可以具有梯形的结构。

通过这种几何结构，相对置的层的凸起和凹陷可容易地移动到彼此中。

根据本发明的变形结构可以包括多个层，其中，两个相邻的层分别构成第一层和第二层。例如变形结构可具有三个、四个、五个、六个或更多个层。

根据变形结构的一种优选的进一步改进方案，所述连接接片设置在两个相邻的层的层中间空间中并且两个相邻的层中间空间的连接接片在其移动效果方面朝向相反方向定向。移动效果在此例如是指朝向相反方向的偏转运动。

由此应当在低碰撞脉冲的情况下实现具有多个层的变形结构的均匀变形。

本发明也涉及一种用于机动车的行人保护装置，其包括根据本发明的变形结构。在此，该变形结构优选设置在车辆外壳元件和车身支架元件之间。

在此，变形结构在碰撞脉冲的情况下支撑在车身支架元件上。

车辆外壳元件可以是保险杠面板。车身支架元件可以是保险杠横梁。

通过根据本发明的具有变形结构的行人保护装置，无需碰撞传感装置和致动器来在必要时主动锁定或解锁机械机构并且因此能够根据需要在具有“柔软(weich)”变形特性和“刚性(steif)”变形特性的结构之间进行切换。根据本发明的具有变形结构的行人保护装置根据碰撞脉冲自动起作用，该碰撞脉冲又取决于机动车的碰撞速度。变形方向尤其是碰撞方向并且在用于机动车头部中以行人保护时主要是车辆纵向方向。

但原则上根据本发明的变形结构的保护范围也可延伸到机动车领域中的所有其它应用领域或也延伸到其它技术领域，在这些技术领域中要求变形结构可根据负荷情况以不同负荷水平变形。

因而，在低碰撞脉冲和因此机动车的低碰撞速度的情况下，相对置的层这样偏转，使得相对置的层的凸起相对置并且彼此支撑。因而，变形结构刚性地作用。在高碰撞脉冲和因此高碰撞速度的情况下，相对置的层不偏转，从而相对置的层的相对置的凸起和凹陷可移动到彼此中。因此，变形结构在较长的变形距离上较柔软地响应。

例如可这样构造行人保护装置，使得在直至机动车阈值速度下产生的碰撞脉冲中变形结构较刚性地响应并且在较高的力下变形。因此，在低碰撞速度下、如在极低速度下碰撞负荷可被传递到位于其后方的车身元件上，或者如在稍高的、但低于阈值速度的速度中为了保护位于其后方的构件通过变形结构吸收足够的能量。因此，在每个情况下维修成本都会降低，其中，尤其是在极低速度下、如在所谓的驻车碰撞事故中，维修成本必要时可被限制于例如油漆擦痕的修补。

阈值速度例如可以是20km/h或类似速度。

此外，可以这样构造行人保护装置，使得在从包括机动车阈值速度起产生的碰撞脉冲中变形结构更柔软地响应并且在较低的力的情况下变形。这在行人与机动车从该阈值速度起的正面碰撞中是特别有利的，因为在此较低的碰撞力作用在行人身上。

本发明的上述进一步改进方案可尽可能且有意义地任意彼此组合。

附图说明

对附图进行简要说明：

图1以透视图示意性示出根据本发明的第一种实施例的变形结构。

图2以侧视图示意性示出根据本发明的第一种实施例的变形结构。

图3a和图3b以侧视图示意性示出根据本发明的第一种实施例的在具有低碰撞脉冲的碰撞负荷情况下的变形结构。

图4a和图4b以侧视图示意性示出根据本发明的第一种实施例的在具有高碰撞脉冲的碰撞负荷情况下的变形结构。

图5以侧视图示意性示出根据第二种实施例的变形结构。

图6以侧视图示意性示出在具有低碰撞脉冲的碰撞负荷情况下的根据第二种实施例的变形结构。

具体实施方式

下面参照图1至6说明本发明的各实施例。

图1以透视图示出根据本发明的第一种实施例的变形结构1。该变形结构1在未示出的保险杠横梁前方代替已知的行人保护泡沫安装在机动车前车的前端、尤其是机动车头部上。尤其是，变形结构1设置在车辆外壳、即保险杠面板与保险杠横梁之间的空间中。

如图1所示，变形结构1具有一系列依次相继设置的层3、5、3、5、3。这些层3、5、3、5、3彼此间隔开并且通过连接接片7、7'相互连接，所述连接接片构成根据本发明的接片元件。

在图2中示出变形结构1的侧视图，其中，变形结构1的变形方向D在图2中从左向右延伸并且通过箭头示出。变形方向D在所述情况下是车辆纵向方向。在图平面中的竖直方向优选可以相应于车辆竖直方向或车辆横向方向。在该变形方向上变形结构1具有其变形功能。在此尤其是在图2的左侧上设置有未示出的保险杠面板并且在右侧上设置有未示出的保险杠横梁。层3、5、3、5、3具有基本上相同的结构。左侧的第一层3由彼此交替的凸起31和凹陷32组成。同样地，左侧的第二层5由彼此交替的凸起(波峰)51和凹陷(波谷)52组成。接着是另外的层3、5和3。两个相邻的层3和5彼此间隔开设置并且借助连接接片7或7'相互连接。连接接片7、7'构造成当负荷沿变形方向D起作用时可变形。在车辆横向方向上，变形结构1可以具有多排连接接片7、7’，如尤其是在图1的透视图中部分可见的。层5的在图2中向右构成的凸起51在其前端部上具有凹陷53。同样，层3的在图2中向右构成的凸起31在其前端部上具有凹陷33。层3、5的向右构成的凹陷33、53具有这样的结构，使得层5、3的向左构成的凸起51或31的前端部能够嵌接到凹陷33或53中。

变形结构1优选由塑料材料制成，由此变形结构1可以成本低廉地制造并且可以构造得足够轻。尤其是，变形结构1可以借助增材制造方法或挤出方法一体式制成。替代地，层3、5也可分开地制造并且随后借助适合的方法通过接片相互连接。接片例如可以事后被挤出。

替代地，这些层也可由金属材料、如铝或铝合金制成并且随后在另一方法步骤中通过挤出方法与接片连接。

参考图3a、3b、4a和4b示出变形结构1在不同碰撞负荷情况下的功能。在机动车与物体或人正面碰撞时，负荷或至少是碰撞负荷的合力沿车辆纵向方向作用到变形结构1上，其中，第一层3通过连接接片7的变形朝向第二层5方向移动。在图2中所示的变形结构1的初始位置中，层3的凸起31和层5的凹陷52以及层3的凹陷32和层5的凸起51相对置。如果层3和层5不通过连接接片7、7’相互连接，则邻接的层3、5可基本不受阻碍地以仅仅很小的阻力从该初始位置朝向彼此移动并且移动到彼此中。

图3a和3b示出在低碰撞脉冲的情况下的碰撞负荷情况，低碰撞脉冲例如出现在机动车的碰撞速度低于20km/h的预先给定的碰撞速度时并且对于行人保护不太重要。图4a和4b示出在高碰撞脉冲的情况下的碰撞负荷情况，高碰撞脉冲例如出现在机动车的碰撞速度等于或高于20km/h的预先给定的碰撞速度时。在此，预先给定的碰撞速度仅示例性被提及并且也可具有不同的值。

首先，参考图3a至3b说明在机动车以低于20km/h的碰撞速度碰撞时变形结构1的功能。

在图2中示出变形结构1变形开始之前的状态，而图3a最终示出在具有低碰撞脉冲的碰撞负荷的情况下连接接片7、7’的初始变形。连接接片7、7’这样设置和构造，使得在低碰撞脉冲的情况下相邻的层3、5在它们被压向彼此时经历偏转运动。连接接片7、7’在此可能形成所谓的薄膜铰链，其辅助偏转运动或定义偏转轨迹。通过该偏转运动，相邻的层3、5除了朝向彼此移动之外也进行相对彼此平行的移动。在此，层3的凸起31到达与层5的凸起51相对置的位置中，如在图3a进和3b中所示的那样。在图3a和图3b中示出层3的凸起31的上侧或者说端侧如何与层5的凸起51的上侧或者说端侧接触。在此，在附图中向右指向的凸起31和51沉入到在附图中向左指向的凸起51或51的凹陷53或33中。由此，在层3和5的相对置的凸起之间产生形锁合，从而阻止层3和5的彼此进一步的偏转运动或进一步的侧向运动。凹陷33和53这样构造，使得相对置的凸起可以容易地沉入到凹陷中。在此，凹陷的边缘在嵌接的凸起的运动方向上构造得比相对置的边缘更高。这一方面使得相应的凸起与凹陷的嵌接变得容易并且使得脱离嵌接变得困难。变形结构1沿碰撞方向或变形方向的进一步变形可以通过相对置的凸起的所述嵌接仅在凸起31和51变形的情况下进行，该变形在较高的力水平的情况下进行。由此，变形结构1在低于约20km/h的碰撞速度范围内具有相对高的刚性。

因此，在缓慢的碰撞速度的情况下，变形结构1根据碰撞负荷水平将碰撞负荷直接传递到位于其后方的机动车结构、即保险杠横梁上，或者在更高的负荷水平下、即在更快的碰撞速度下变形结构1的各个层3、5在凸起31、51相互接触之后通过断裂脆性失效或/和通过塑性变形失效。

尤其是，变形结构1可以这样设计，使得该变形结构可以在例如低于4km/h的碰撞速度下将碰撞负荷传递到碰撞结构上而不会使变形元件3失效。也就是说，连接接片7仅弹性变形并且层3和5的结构本身不失效。这在所谓的驻车碰撞事故或类似情况下不应产生需要修理的机动车损坏并且例如影响机动车的保险分级时是有利的。

接下来，参考图4a和4b说明在机动车以等于或大于20km/h的碰撞速度发生碰撞时变形结构1的功能。

在图2中示出变形结构1变形开始之前的状态，而图4a最终示出在具有高碰撞脉冲的碰撞负荷的情况下连接接片7、7’的初始变形。连接接片7、7’这样设置和构造，使得它们在高碰撞脉冲的情况下失效或者或多或少地折叠在一起，使得它们不能发挥薄膜铰链作用。在此，在高碰撞脉冲的情况下层3、5的惯性尤其是这样大，使得连接接片7、7’不能引起或辅助层3和5的侧向偏移运动。由此，层3的凸起31和层5的凹陷52以及层5的凸起51和层3的凹陷32直接朝向彼此移动。在图4b中所示的变形结构1的碰撞和变形的进一步过程中，层3的凸起31完全移入到层5的凹陷52中。同样，层5的凸起51也完全移入到层3的凹陷32中。因为对此基本上不需要层3或层5的结构的变形，所以变形结构1的变形(至少直到图4b中所示的状态)在相对低的力水平上进行。

这是有利的，因为从大约20km/h的碰撞速度起重要的是，机动车前车的前端并且尤其是与变形结构1连接的保险杠面板在低的变形力水平的情况下足够柔软地响应以便保护行人。因而，如果碰撞对方是行人，在约20km/h及以上的速度时有利地相对小的力作用于行人。

总体上，可以通过根据本发明的变形结构1解决目标冲突，其一方面在对于行人保护不重要的极低碰撞速度时实现变形结构1的足够高的刚性或变形结构1的足够大的变形力水平，并且在对于行人保护重要的略高的碰撞速度时通过低的变形力水平确保充分的行人保护。

在图5和图6中示出根据第二种实施例的变形结构1。类似于第一种实施例，根据第二种实施例的变形结构1交替地具有层3和4，所述层借助可变形的接片元件7、7’彼此间隔开地相互连接。层3交替地具有凸起31和凹陷32。层5交替地具有凸起51和凹陷52。层3的凸起31构造成与层5的凹陷52互补，使得它们可以沉入到凹陷52中。层5的凸起51同样这样构造成与层3的凹陷32互补，使得它们可以沉入到凹陷32中。层5的凸起51分别具有一个阶梯部55。

根据第二种实施例的变形结构1类似于根据第一种实施例的变形结构1地构造用于承受碰撞负荷D并且根据如参照第一种实施例已经描述的原理起作用。图5和图6中的碰撞负荷D从左向右基本上垂直于层3和层5的中间平面作用。图5示出变形结构1在变形之前的状态。图6示出变形结构1由于具有相对低的碰撞脉冲的碰撞负荷D的初始变形。在图6中示出的相对低的碰撞脉冲的情况下，接片元件7、7’引起层3和5相对彼此地偏转，使得凸起31碰到凸起51。在此，凸起31碰到凸起51的阶梯部55上，其中，凸起31与阶梯部55嵌接。由此，层3和5在侧向方向、即相对于变形方向的横向方向上的进一步移动被阻止。由此确保了凸起31和51保持接触并且变形结构1因此具有期望的高刚度。

变形结构1由于具有较大的碰撞脉冲的碰撞负荷D而引起的变形在附图中未示出。在此，与第一种实施例类似地，相对置的凸起31、51和凹陷52、32在变形结构1的变形力低时沉入彼此之中。

与根据第一种实施例的变形结构1不同的是，根据第二种实施例的变形结构1的层3和5不是基本上相同地而是不同地实施。例如仅层5的凸起51具有阶梯部55。在此，层5的在图5和图6中向右突出的凸起51以及层5的在图5和图6中向左突出的凸起51均具有阶梯部55。层3的凸起31互补地构造用于与层5的凸起51的阶梯部55形锁合地嵌接。

可设想这些层以及所属的凸起和凹陷的大量的其它实施方式，其中，相邻的层的相对置的凸起或在碰撞过程中到达相对置的位置中的凸起允许相应相对置的凸起形锁合地嵌接。