一种横向变厚度多胞吸能装置、防撞系统及设计方法与流程

本公开涉及被动安全防护，特别涉及一种横向变厚度多胞吸能装置、防撞系统及设计方法。

背景技术：

1、目前，被动安全结构广泛采用薄壁金属管、蜂窝铝、泡沫铝等吸能材料。多胞结构（如多胞管、多胞梁）因其较高的比吸能和稳定的压溃模式而受到关注。常规多胞结构通常采用等壁厚设计，其各胞元的承载能力和变形模式较为单一。

2、传统吸能盒多采用等壁厚薄壁方管或圆管结构，其轴向刚度与截面形状、壁厚强相关，可调范围较窄，难以精确匹配不同防撞横梁的刚度要求。当吸能盒刚度过大时，防撞横梁在吸能盒未充分压溃前即发生弯曲甚至屈曲，导致碰撞力集中作用于横梁中部，吸能盒无法有效工作；当吸能盒刚度过小时，其过早压溃并发生折叠侵入，吸能行程不足，后端纵梁承受过大载荷。

3、综上，现有横向等壁厚多胞结构在承受轴向冲击工况下，其材料变形吸能效率较低，材料利用率难以满足结构轻量化设计需求。现有防撞系统设计方法缺乏系统性的设计理论，对横梁与吸能盒的匹配设计效率较低，无法满足多部件的高效寻优匹配设计需求。

技术实现思路

1、针对上述问题，本公开提供一种横向变厚度多胞吸能装置、防撞系统及设计方法，用于解决现有等壁厚多胞吸能结构吸能效率较低、横向变厚度多胞结构吸能潜力挖掘不充分、现有防撞系统设计方法匹配设计效率较低等技术问题。

2、第一方面，一种横向变厚度多胞吸能装置，包括：

3、外管，外管具有闭合截面；

4、若干隔板，设置于外管内部，隔板包括至少一个横向隔板和至少一个纵向隔板，并将外管内部空间分隔成多个胞元；

5、其中，横向隔板和纵向隔板的壁厚在截面的至少一个方向上呈非均匀分布，形成厚度梯度，以诱导吸能装置在轴向载荷下发生渐进式压溃。

6、进一步的，壁厚沿截面的几何中心向外缘方向呈逐渐增加的趋势；

7、或者，壁厚沿截面的第一侧向第二侧方向呈阶梯式变化；

8、其中，横向隔板和纵向隔板的平均壁厚为d，相邻梯度之间的厚度梯度差为d，满足d>0，d>0。

9、进一步的，壁厚沿截面方向的变化规律函数，包括线性函数、指数函数和分段常数函数。

10、进一步的，外管内部填充包括蜂窝金属和泡沫金属，金属材料填充于多个胞元内，用于抑制吸能装置在压溃过程中的局部屈曲。

11、进一步的，横向隔板和纵向隔板制造工艺，包括变截面挤压成型工艺、激光焊接不同厚度板材工艺和增材制造工艺。

12、进一步的，外管的截面形状包括矩形、圆形、六边形和异形截面。

13、进一步的，横向隔板和纵向隔板的排列方式包括田字形排列、目字形排列、蜂窝状和辐射排列。

14、第二方面，一种车辆防撞系统，包括：

15、防撞横梁；

16、采用上述的一种横向变厚度多胞吸能装置，作为吸能盒；

17、其中，吸能盒连接于防撞横梁与车身纵梁之间；

18、吸能盒的轴向压缩刚度小于防撞横梁的弯曲刚度，以在碰撞发生时诱导吸能盒优先发生塑性压溃吸能，同时使防撞横梁主要发生弹性变形以传递载荷。

19、第三方面，一种防撞系统设计方法，用于对上述的一种车辆防撞系统进行设计，包括：

20、确定防撞横梁和吸能盒的几何设计域；

21、基于几何设计域，建立包含防撞横梁和吸能盒的子系统有限元模型，设定碰撞工况进行仿真，提取吸能盒的吸能量及防撞横梁的变形量；调整吸能盒的壁厚梯度参数和防撞横梁的壁厚，直至满足吸能盒轴向压缩刚度小于防撞横梁弯曲刚度，得到防撞横梁和吸能盒参数；

22、将防撞横梁和吸能盒参数代入整车有限元模型，进行多工况碰撞仿真，评估整车纵梁受力及吸能盒压溃行程。

23、具体的，碰撞工况包括rcar低速碰撞工况；

24、在仿真结果中，吸能盒吸收的总能量大于预设阈值，且防撞横梁的最大变形量小于预设阈值，以确保吸能盒发生塑性变形而防撞横梁保持弹性变形。

25、进一步的，多工况碰撞仿真，包括：偏置碰撞工况和全宽碰撞工况；

26、在偏置碰撞下，撞击侧吸能盒充分压溃，非撞击侧吸能盒辅助承载，且前纵梁无塑性变形；在全宽碰撞下，吸能盒和前纵梁不变形，防撞横梁保持弹性。

27、第四方面，一种车辆，包括上述的一种车辆防撞系统。

28、第五方面，一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

29、存储器，存储有计算机程序；

30、处理器，用于执行存储器上所存储的计算机程序时，实现上述的一种防撞系统设计方法。

31、第六方面，一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种防撞系统设计方法。

32、本公开至少包括以下有益效果：

33、相较于等壁厚多胞结构，本公开横向变厚度吸能结构在质量降低27%的同时吸能量提升45%，显著改善了结构的吸能效率和轻量化水平。通过变厚度梯度设计，横向变厚度吸能结构在相同质量情况下吸能总量增加8j，进一步提升得了结构的吸能效率和轻量化水平。

34、基于本公开防撞系统分步式匹配设计方法，可实现新构型吸能结构参数的快速优化，计算时间成本相比于基于整车模式的优化方式缩短50%以上；可实现多部件刚度的快速灵活匹配，适用于多种车型。

35、本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

1.一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种横向变厚度多胞吸能装置，其特征在于，

8.一种车辆防撞系统，其特征在于，包括：

9.一种防撞系统设计方法，其特征在于，用于对权利要求8所述的一种车辆防撞系统进行设计，包括：

10.根据权利要求9所述的一种防撞系统设计方法，其特征在于，

11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8所述的一种车辆防撞系统。

12.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

13.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求9或10所述的一种防撞系统设计方法。