针对车辆保险杠的碰撞规章要求的能量吸收系统.pdf

在实施方式中，多级能量吸收系统可以包括：热塑性凸缘框架，具有与凸缘框架对齐的近端基座和从凸缘框架突出的远端的变形叶片。变形叶片包括中央板层和板层对，使得变形叶片包括总共2i+1个板层，其中，i是板层对的数目并且大于或等于1。板层以阶式排布设置并且被配置为随着能级的增加通过套迭方式内陷来吸收冲击能。

权利要求书
1.  一种多级能量吸收系统，包括：
热塑性凸缘框架；和
变形叶片，所述变形叶片具有与所述凸缘框架对齐的近端基座和从所述凸缘框架突出的远端，其中，所述变形叶片包括中央板层和板层对，使得所述变形叶片包括总共2i+1个板层，其中，i是板层对的数目并且大于或等于1；以及
其中，所述板层以阶式排布设置并且被配置为随着能级的增加通过以套迭方式内陷来吸收冲击能。

2.  一种多级能量吸收系统，包括：
基座；
第一级，所述第一级从所述基座延伸并且由第一级顶部承重壁、第一级底部承重壁和前壁限定，所述前壁在所述第一级顶部承重壁与所述第一级底部承重壁之间延伸，从而形成中央板层；以及
第二级，所述第二级从所述基座延伸并且由定位成紧邻所述第一级的第二板层对限定，其中，所述第二板层中的一个由所述第一级顶部承重壁的部分、第二级顶部承重壁和第二级前壁限定，所述第二级前壁在所述第一级顶部承重壁的所述部分与所述第二级顶部承重壁之间延伸，并且其中，另一个第二板层由所述第一级底部承重壁的部分、第二级底部承重壁和另一个第二级前壁限定，所述另一个第二级前壁在所述第一级底部承重壁的所述部分与所述第二级底部承重壁之间延伸；
其中，所述第一级比所述第二级从所述基座延伸更大的距离；以及
其中，所述第二级被配置为比所述第一级吸收更大量的能量。

3.  根据权利要求1所述的系统，其中，i是1到4。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述系统能够吸收2到5的离散能级。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述中央板层的板层高度与定位成紧邻所述中央板层的所述板层对的板层高度不同。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述板层具有根据以下公式(II)限定的壁厚度：
T1<T2<…<Ti     (II)
其中：i是板层对的数目；
T是中央板层的壁厚度；
T1是第一第i板层对的壁厚度；
T2是第二第i板层对的壁厚度；以及
Ti是最后第i板层对的壁厚度。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述中央板层与邻近板层共用一侧，并且其中，所述中央板层突出超过所述邻近板层20mm到70mm。

8.  根据权利要求1所述的系统，其中，i大于或等于2并且i-1板层对在与所述中央板层相对的侧上突出超过其下一邻近板层20mm到80mm。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述系统符合C.F.R.第49编第581部分和/或符合IIHS保险杠类障碍物冲击标准，并且被评定为行人安全。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述系统被设计成使得所述第一级吸收至多达450焦耳的冲击能。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述系统被设计成使得i＝1板层对吸收至多达1,100焦耳的冲击能。

12.  根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，所述系统被设计成使得i＝2板层对被配置为吸收至多达7,000焦耳的冲击。

13.  根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，所述系统被设计成使得i＝3板层对被配置为吸收多于7,000焦耳的冲击。

14.  根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其中，所述系统通过单片式车身的注塑模制形成，其中，各个板层对延伸超过所述中央板层顶部的前驱物。

15.  根据权利要求1至14中任一种所述的系统，其中，所述中央板层限定所述变形叶片的所述远端。

16.  根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其中，至少一个所述板层对中的一个构件具有与所述板层对的另一个构件不同的高度(“D”)。

17.  根据权利要求1至16中任一项所述的系统，其中，至少一个所述板层对的一个构件与所述板层对的另一个构件从所述框架延伸不同的距离。

18.  根据权利要求1至17中任一项所述的系统，其中，各个第i板层对的壁厚度作为i的函数增加，使得第一板层对(i＝1)的壁厚度小于第二板层对(i＝2)的壁厚度，并且其中，中央板层壁厚度小于所述第一板层对壁厚度。

19.  根据权利要求1至18中任一项所述的系统，其中，所述中央板层具有顶部承重壁和底部承重壁，并且其中，所述顶部承重壁和/或所述底部承重壁包括从中央板层前壁延伸至第一板层对前壁的多个狭缝。

20.  根据权利要求1至19中任一项所述的系统，具有小于或等于1.15Kg的质量，并且其中，所述近端基座与远端之间的距离小于或等于100mm。

21.  一种用于吸收能量的方法，包括：
使用冲击能冲击能量吸收系统，其中，根据权利要求1至20中任一项所述的能量吸收系统。

22.  一种车辆，包括：
保险杠横梁；
仪表板；以及
根据权利要求1至20中任一项所述的能量吸收系统，定位在所述保险杠横梁与所述仪表板之间。

说明书针对车辆保险杠的碰撞规章要求的能量吸收系统
技术领域
本公开涉及机动车部件，具体地，涉及能够吸收不同等级的冲击能的机动车保险杠(bumper，缓冲器)系统。
背景技术
一方面美国与欧洲联邦当局的现行要求(FMVSS)以及另一方面保险(IIHS)与汽车行业对车辆前保险杠系统的碰撞设计进行了约束。这些设计约束要求单个能量吸收系统能够吸收与车辆-行人冲击相关的低能冲击；同时能够减轻与低速车辆-障碍物冲击相关的损伤承受力；以及与迎面以及成角度的车辆-车辆适中速度冲击相关的损伤承受力。为了在商业上可用，这些要求必须满足有关车辆保险杠系统的重量、大小以及成本的封装约束。
目前，现有的能量吸收系统很难在各个方面都符合所有的设计约束，即，保险和汽车行业以及各种监管机构方面。
因此,需要解决碰撞能量吸收级要求而不对车辆的成本和性能产生不利影响的能量吸收系统。
发明内容
本申请公开的是多级(multi-stage)能量吸收器系统以及用于制备和使用多级能量吸收器系统的方法。
在一种实施方式中，多级能量吸收系统包括：热塑性凸缘框架(flanged frame)以及变形叶片(挤压叶片，crush lobe)，所述变形叶片具有与凸缘框架对齐的近端基座(base)和从凸缘框架突出的远端。变形叶片包括中央板层(平板，板坯，slab)和板层对，使得变形叶片包括总共2i+1个板层，其中，i是板层对的数目并且大于或者等于1。板层以阶式排布设置并且被配置为随着能级的增加通过套迭方式内陷(collapse)来吸收冲击能。
在一种实施方式中，多级能量吸收系统包括：基座；第一级，所述第一级从基座延伸并且由第一级顶部承重壁、第一级底部承重壁以及前壁限定，前壁在第一级顶部承重壁与第一级底部承重壁之间延伸；以及第二级，所述第二级从基座延伸并且由被定位成邻近于第一级的第二板层对限定，其中，第二板层中的一个由第一级顶部承重壁的部分、第二级顶部承重壁以及第二级前壁限定，第二级前壁在第一级顶部承重壁的部分与第二级顶部承重壁之间延伸，并且其中，另一个第二板层由第一级底部承重壁的部分、第二级底部承重壁以及另一个第二级前壁限定，另一个第二级前壁在第一级底部承重壁的部分与第二级底部承重壁之间延伸。第一级可以比第二级从基座延伸更大的距离。第二级可以被配置为吸收比第一级更大的量的能量。
在一种实施方式中，车辆包括：保险杠横梁、仪表板、以及定位在保险杠横梁与仪表板之间的能量吸收系统。能量吸收系统包括：基座；第一级，所述第一级从基座延伸并且由第一级顶部承重壁、第一级底部承重壁以及前壁限定，前壁在第一级顶部承重壁与第一级底部承重壁之间延伸；以及第二级，第二级从基座延伸并且由被定位成邻近于第一级的第二板层对限定，其中，第二板层中的一个由第一级顶部承重壁的部分、第二级顶部承重壁以及第二级前壁限定，第二级前壁由第一级顶部承重壁的部分与第二级顶部承重壁限定，并且其中，另一个第二板层由第一级底部承重壁的部分、第二级底部承重壁以及另一个第二级前壁限定，另一第二级前壁在第一级底部承重壁的部分与第二级底部承重壁之间延伸。第一级可以比 第二级从基座延伸更大的距离。第二级可以被配置为吸收比第一级更大的量的能量。
在一种实施方式中，用于吸收能量的方法包括：使用冲击能冲击能量吸收系统。能量吸收系统包括：基座；第一级，所述第一级从基座延伸并且由第一级顶部承重壁、第一级底部承重壁以及前壁限定，前壁在第一级顶部承重壁与第一级底部承重壁之间延伸；以及第二级，所述第二级从基座延伸并且由被定位成邻近于第一级的第二板层对限定，其中，第二板层中的一个由第一级顶部承重壁的部分、第二级顶部承重壁以及第二级前壁限定，第二级前壁在第一级顶部承重壁的部分与第二级顶部承重壁之间延伸，并且其中，另一个第二板层由第一级底部承重壁的部分、第二级底部承重壁以及另一个第二级前壁限定，另一个第二级前壁在第一级底部承重壁的部分与第二级底部承重壁之间延伸。第一级可以比第二级从基座延伸更大的距离。第二级可以被配置为吸收比第一级更大的量的能量。
从示出的实施方式中的下列细节描述和附图中，本发明的上述特征和其他特征将更为显而易见。
附图说明
现参照示例性的非限制性附图，其中，类似部件标号相似。
图1示出：(1A)示意性示出了多级能量吸收系统的实施方式的顶部左视立体图，其中，n＝级数目；(1B)根据一种实施方式的多级能量吸收系统的顶部右视立体图，其中，n＝2；以及(1C)图1B中多级能量吸收系统的截面示意图。
图2示出了用于产生本文中所解决的设计约束的能量吸收的碰撞要求。
图3示出了根据如对车辆-行人冲击进行测试的一种实施方式的多级能量吸收系统的侧视图。
图4A是示出了用于图4B中测试结果的冲击位置的多级能量吸收系统的实施方式的俯视图。
图4B示出了EA系统的中心(“Y＝0”)处(图4A)和EA系统的外侧位置(“Y＝470”)处(图4A)图3中示出的测试的结果，均处于约850焦耳的冲击能级，其中，EA旨在吸收约450焦耳(J)，其中，设置了加速度的曲线图(G)。
图5示出了低速(4kph(2.5mph))车辆-障碍物(和车辆-摆动)冲击测试设置(5A)以及多级EA系统的性能(5B)的示意性示图。
图6示出了高速10kph车辆-‘保险杠类障碍物’冲击测试设置的示意性示图。
图7是使用图6测试设置进行测定的力对侵入的曲线示图。
图8是使用图6中测试设置进行测定的横梁(beam)向后的位移的曲线示图。
图9是常规EA系统的底部右轴测图(right isometric view)。
具体实施方式
在旨在仅进行说明的下列描述和实施例中更加具体地描述了多级能量吸收器系统，因此众多变形和改变对本领域技术人员将显而易见。如本说明书和权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”以及“该”可包括复数指示物，除非上下文另有明确指示。此外，如本说明书和 权利要求中所使用的，术语“包括”可包括实施方式“由...组成”和“基本由...组成”。而且，本申请中所公开的所有范围包括端点并且可独立进行组合。
如本申请中所使用的，近似性语言可用于修饰可以变化而不引起与其相关的基本功能产生变化的任何数量表示。因此，在某些情况下，诸如“约”和“基本”等术语修饰的值可以不限于规定的精确值。至少在某些情况下，近似性语言可对应于用于对值进行测量的仪器的精确度。
在实施方式中，多级EA系统包括将不同能量吸收特征提供给该系统的至少两个能量吸收级。第一能量吸收级可以提供通常用于低冲击和/或低速碰撞的能量吸收特征。随后能量吸收级在每次进行保险杠结构测试时提供通常用于较高能量强度或者速度的冲击和/或碰撞的能量吸收特征。
因此，在一种实施方式中，多级能量吸收系统包括：热塑性凸缘框架和多个变形叶片，所述叶片具有与凸缘框架对齐的近端基座和从凸缘框架突出的远端，其中，每个叶片可以包括纵向延伸(即，主轴)的2i+1个同轴(例如，沿轴“Ax”，见图1A)或者嵌套板层，板层以阶式排布设置并且被配置为随着能级增加通过套迭(telescopic)方式(例如，嵌套)内陷来吸收冲击。中央板层和各个邻近对板层(即，第i对)表示本文中所描述的多级能量吸收系统中的级。板层包括空隙(void)以允许变形(例如，其为中空)。每个板层均具有延伸至前壁的侧壁，所述前壁连接侧壁。侧壁可以平行于前壁或者可以向前壁靠拢。根据需要，侧壁还可以为笔直或者弓形，以获得希望的变形/内陷轮廓。
中央板层能量吸收级可以通过一个或多个第一级部件(也称为板层)被设计为具有低耐冲击性的第一级。这些部件可以根据一种或多种因素进行设计，包括但不限于第一级部件的形状、褶皱程度、用于构造第一级部件的材料、具有不同耐冲击性的第一级部件的用途、侧壁内的开口、和/或从不同材料构造的第一级部件的用途。
因此，给定叶片的中央板层(例如，其形成变形叶片的中心轴)被称为第一级部件，其中，第一级部件可以被设计成因部件的形状而具有较低的耐冲击性。在一种实施方式中，第一级部件可以包括从多级EA系统的凸缘框架突出的环状结构，其中，环中的闭合部分从多级EA系统附接至其上的机动车最大限度地延伸。
在实施方式中，多级EA系统布置成阶式排布，其中，第一级或中央板层从被配置为附接至车辆(例如，附接至保险杠横梁、白色主体、横杆等)的凸缘框架中最大限度地突出。在各种实施方式中，中央板层具有相邻的板层(例如，1到4对、或者更多对相邻的板层(例如，i为1到4))，其中，每对板层均表示能量吸收系统中的级。可以是嵌套的板层对。换言之，第i对中的每个板层均能够被定位在中央板层的相对侧上且嵌套中央板层，从而使得中央板层在其变形时，陷入邻近板层对中和/或在其之间变形。在各种实施方式中，板层对可以为同轴。
在实施方式中，通过沿着变形叶片改变褶皱、厚度、和/或开口(例如，狭缝)能够调节能量吸收系统的每个级。如本文中提供的，在一种实施方式中，第一级与随后能量吸收器叶片相比较，具有狭缝的第一级较软和/或厚度较薄，被称为上部能量吸收器(例如，图1C，UEA)。第一级可以被配置为解决行人的安全性。在第二级中，板层可以具有较大的厚度，并且其中，多个板层(例如，板层对)涉及轴变形，从而产生刚性部件。板层可以被配置为吸收更高的能级以符合例如C.F.R.(联邦法规法典)第49编第581部分。可以通过第二级或者随后级解决IIHS冲击。
图2中示出了在多级内陷过程中吸收的能级的实施例。在第一级过程中，前/第一级变形叶片(例如，UEA)、内陷并施加最初的反作用力。优选地，与其余级相比较，最初反作用力是最小反作用力，例如，最初反作用力可以小于或者等于15千牛顿(kN)并且吸收450J的能量(例如，在下肢冲击过程中)。例如，对于与车辆-障碍物等低速相关的冲击，随后级/板层对内陷(例如，完全变形)，以套迭方式吸收比第一级更高的能级(例 如，至多达45kN(例如，大于15kN，至多达45kN))，并且吸收900J能量的完全变形符合C.F.R.第49编第581部分(每小时冲击4千米(kph)，(每小时2.5英里(mph)))。可选地，第二级或者随后级可以吸收至多达6000J的能量，并且提供120kN的力(例如，15kN到120kN，更具体地，大于45kN，至多达120kN)以符合IIHS保险杠类障碍物冲击标准(10kph，(6.25mph))。下一随后级吸收甚至更大的能量，例如，对于高速碰撞(50kph)，大于6000J并且保持不高于120kN力的力值。因此，多级能量吸收器系统避免在低速车辆-车辆/车辆-行人碰撞过程中对行人和车辆的损坏。
关于部件高度，所有部件均可以具有相同高度(“D”)或者不同板层可以具有不同高度(例如，大于或者小于邻近板层)，且板层对通常具有相同高度以使得能够变形，其中，测量邻近于能量吸收器的基座的高度(例如，在邻近凸缘(16)的能量吸收器端部；即，与前壁相对的端)。如图1A所示，例如，第一级(D)的高度可以大于随后板层(例如，随后级)D1、D2、……Di的高度。改变每个板层的具体高度(例如，调节/调整)，以获得该级希望的变形特征。
通过选择壁厚度(“T”)可以进一步调整(例如，改变/调节)变形特征。选择每个级的壁厚度以获得希望的变形特征。壁厚度可以与邻近壁厚度相同或者不同。例如，依据希望的变形性能，根据任何下列公式可以测定壁厚度：
T＝T1＝T2＝…＝Ti     (I)
T<T1<T2<…<Ti      (II)
T>T1>T2>…>Ti     (III)
T<T1>T2<…>Ti     (IV)
其中：-i是板层对的数目；
-T是第一级、中央板层的壁厚度；
-T1是第二级、第一第i板层对的壁厚度；
-T2是下一紧邻近级、第二第i板层对的壁厚度；并且
-Ti是最后级、最后第i板层对的壁厚度。
在实施方式中，多级EA系统被配置成使得每个级以套迭方式吸收离散能量，且具有结构完整性(并且因此由整个能量吸收器吸收能量)。换言之，每个级被配置为以希望的能级内陷、吸收具体量的能量并且达到希望的能量吸收能级(例如，希望标准)。因此，中央板层(例如，第一级)从EA系统的框架突出超过其最近的相邻板层(邻近板层(下一级))，例如，突出的量大于或者等于20mm，具体地，20mm到70mm。中央板层可以被配置为吸收至多达450J的冲击能，例如，通常与下肢(车辆-行人)冲击相关的能量，或者被配置为吸收至多达750J的冲击能。如本文中所使用的，行人安全指的是以至多达15kN的反作用力吸收至多达450J的能量。
同样，下一级(第二级)包括紧邻近于中央板层的板层对。第二级比第一级从框架突出的少，如有，第二级从框架突出超过最近相邻板层(第三级)或者从多级EA系统的框架突出例如大于或者等于10mm，具体地，突出超过下一邻近板层对(并且如果没有，从框架突出)20mm至80mm。第二级可以被配置为比第一级吸收更大的冲击能(例如，至多达1100J能量)；例如，符合诸如C.F.R.第49编第581部分中详细规定的标准的通常有关车辆-障碍物的能量。可选地，第二级可以被配置为吸收至多达7000J的冲击能；例如，符合诸如公路安全保险协会(IIHS)对10kph内碰撞的损坏承受力规定标准的通常有关车辆‘保险杠类障碍物’冲击的能量。此外， 可选的第三级由紧邻近于第二级板层的另一板层对组成并且可以比第二级从钢架突出的少(例如，大于或者等于10mm，具体地，20mm到80mm)。该级可以被配置为吸收至多达7000J的冲击能；例如，符合诸如公路安全保险协会(IIHS)对40mph内碰撞的损坏承受力的规定标准的通常有关车辆-车辆冲击的能量。应当理解的是，吸收至多达给定量(例如，至多达7000)的能量指的是吸收至多达该量并且包括该量的所有量。明确地，另外的级可以被定位在任何上述级之间和/或上述级之后以吸收任何希望量的冲击能；当吸收器套迭式地内陷向钢架时，吸收器可以被调节成吸收更大量的能量。
可用于形成能量吸收器系统的材料的实施例包括，但不限于塑胶材料、金属材料、泡沫材料、或者包括上述中至少一种的组合。可以有益的是选择具有一定程度弹性的第一级部件的材料，从而使得在低速冲击时，第一级部件并不会破裂或显示永久性的变形，更确切地，在去除冲击力之后，弹性恢复形状。因此，在极低速碰撞下，在不损坏对象受损或者保险杠自身的情况下，保险杠可以保全。
能量吸收器(例如，每个级)均可由塑胶材料如热塑性材料构造。在有利的实施方式中，塑胶材料是在约200℃至约-60℃温度下为柔性。可使用的热塑性材料的实施例包括但不限于，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)(SABIC Innovative Plastics市售的CYCOLAC*树脂)、聚碳酸酯(SABIC Innovative Plastics市售的LEXAN*和LEXAN*EXL树脂)、聚碳酸酯/ABS共混物(SABIC Innovative Plastics市售的CYCOLOY*树脂)、共聚碳酸酯-聚酯、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)(SABIC Innovative Plastics市售的GELOY*树脂)、丙烯腈-(乙烯基-聚丙烯二胺改性)-苯乙烯(AES)、亚苯基醚树脂、聚亚苯基氧化物和聚苯乙烯的玻璃填充共混物、聚亚苯基醚/聚酰胺的共混物(SABIC Innovative Plastics的NORYL GTX*树脂)、聚碳酸酯/聚乙烯对苯二酸酯(PET)/聚丁烯对苯二酸酯(PBT)的共混物、聚丁烯对苯二酸酯和冲击改性剂(SABIC Innovative Plastics市售的XENOY* 树脂)、聚酰胺、聚苯硫醚树脂、聚氯乙烯(PVC)、高冲击聚苯乙烯(HIPS)、低/高密度聚乙烯、聚丙烯和热塑性石蜡(TPO)、聚乙烯和纤维复合物、聚丙烯和纤维复合物、长纤维增强热塑性塑料(SABIC Innovative Plastics市售的VERTON*和STAMAX*树脂)、或者包括上述热塑性材料中至少一种的组合。一些可能的增强材料包括诸如玻璃、碳等纤维以及包括上述中至少一种的组合，例如，长玻璃和/或长碳纤维增强树脂。
应当理解的是，在一种实施方式中，相同材料可用于制备各级部件、任一侧板带(strap)和/或任一拉长板带(例如，框架、侧壁、前壁、可选肋件等)。然而，在可替代实施方式中，级部件可被设计成特定的规格，使得不同材料用于制备各个级。此外，在可替代实施方式中，如果需要，不同的材料可用于制备部件的不同部分。
基于用于制备各个第一级部件的方法，可以选择用于形成部件的材料。在一种实施方式中，使用能够形成具有希望变形特征(例如，能量吸收)的第一级部件的任一方法可以形成第一级部件。使用一种或多种因素可以选择使用方法，这些因素包括但不限于，用于形成第一级部件的材料、使用该机动车保险杠的机动车类型、和/或形成机动车保险杠的大小。可使用的方法的实施例包括但不限于，挤塑模制、吹塑模制、压缩模制、注塑模制、热成形、熔融模制(诸如，共挤模制、T-模挤塑、吹胀挤塑、型材挤塑、挤塑涂敷和多层注塑模制)或者包括上述中至少一种的组合。
在实施方式中，该系统由单片式车身的注塑模制形成，其中，各个板层对延伸超过同轴(包括几乎同轴)设置的中央板层顶部的前驱物。中央板层或者第一级的截面具有顶部承重壁、底部承重壁、开口基座以及距开口基座远端处的前面，前面具有选自于扁平、朝向顶部承重壁或者底部承重壁倾斜的凹形截面或凸形截面的截面形状。在一种实施方式中，第二级或第一板层对附接到中央板层或第一级的顶部承重壁或者底部承重壁。换言之，第一级顶部承重壁的部分形成第二级的壁。
参考附图，图1提供了多级EA系统的一种实施方式。在本实施方式中，如图1C所示，多级EA系统(10)包括具有变形叶片(18p-q)从其上突出的凸缘框架(16)，每个变形叶片(18)包括绕中央板层或者第一级(12)以梯形方式布置的同轴(沿轴Ax)或者嵌套板层(14)。第一级或者中央板层(12，上部能够吸收器，“UEA”)延伸超过第二级或者第一对板层(14，下部能量吸收器，“LEA”)。如上所述，换言之，能量吸收系统(10)具有第一级(12)，第一级(12)具有第一级顶部承重壁(也被称之为侧壁或者第一侧壁)(22)、底部承重壁(也被称之为侧壁或者第二侧壁)(24)以及前壁(26)。第二级(14)具有由第一级顶部承重壁(22)的部分、第二级前壁(28)以及第二级顶部承重壁(30)形成的一个板层，并且第二级(14)具有由第一级底部承重壁(24)的部分、另一第二级前壁(32)以及第二级顶部承重壁(30)形成的另一板层。如图1所示，多级EA系统包括具有可调能量吸收的多个独立叶片(例如，通过改变厚度、采用狭缝、材料选择以及侧壁和前壁的长度)。而且，叶片上可以设置有褶皱(例如，靠拢侧和/或分叉侧)以使其实现更高的效用。
可选地，一个或者多个级可以具有开口，例如，以进一步调节其变形/皱缩特征。例如，如图1B所示，顶部承重壁(22)和/或底部承重壁(24)可以具有开口(例如，狭缝)(36)。狭缝(36)可以延伸壁(22，24)的长度或者可以延伸壁(22，24)长度的部分。例如，狭缝(36)可以从前壁(26)延伸至第二级前壁(28，32)。例如，狭缝可以形成是侧壁面积5％至50％或者是前壁(26)与第二级前壁(28/32)之间侧壁的一部分的开口面积。此外，如所示，不同的板层可以具有不同量的开口面积，且开口面积的量从能量吸收器系统的中心朝向能量吸收器系统的端部减少。同样，能量吸收器系统的板层可以形成补足车辆设计的整体形状。例如，可以形成诸如图1B中示出的整体凸起(例如，弓形或者冠状)几何形状。在示出的实施方式中，板层的长度“l”可以在能量吸收器系统内改变，以进一步允许对变形特征进行调整。
图2示出了创建设计约束的碰撞要求的示图，其中，侵入少于80mm，则认为EA系统吸收中心和外侧位置处的车辆-行人冲击(使力水平保持小于15kN)，以及小于45kN的低速(2.5mph)车辆-障碍物冲击，并且还使高速车辆-‘保险杠类似障碍物’冲击减轻，所有均在从车辆保险杠到仪表板不大于100mm的系统下。
图3示出了下肢冲击测试时多级能量吸收组件。下肢冲击测试模拟行人可以具有膝关节软组织损伤或者相邻腿骨骨折的损伤。在行人与车辆之间发生碰撞之前就存在损伤。测试设备模拟人的下肢，包括，膝关节。垂直于膝盖关节的平面内发生冲击。测量膝关节在直角到关节轴的角运动并且报告旋转角度。还测量并且报告胫骨减速(G-载荷)和膝剪切位移。
图4B中报告了中心(Y＝0)和外侧位置(Y＝470)处下肢冲击的结果。曲线图示出了加速度(G)对时间(单位：毫秒)，其中，“G”是具有每平方秒9.81米(m/s2)的值的重力加速度。如图3所示，二级(n＝1)EA系统(10)覆盖有仪表板(20)并且定位在保险杠横梁(40)的前方以及防溅板(42)上方，使用下肢冲击测试装置(70)。示出的EA系统具有第一级或者中央板层、或者第一对板层，第一级或者中央板层具有大于第二级的高度(“D”)，第一对板层为嵌套板层的阶式配置。
完整的EA单元装配在通用车载平台上，并且模拟和验证三种主要冲击(下肢行人冲击、C.F.R.第49编第581部分、和高速IIHS冲击协议)。在示出的多级EA系统中，EA系统称重为1.15千克(kg)，与相同封装空间内现有的EPP泡沫+热塑性石蜡(TPO)方案(约2kg)相比较，EA系统极轻(参见，例如，图9)。发现本设计以比泡沫-TPO方案更加有效地进行，由于本设计减少封装空间30毫米(mm)。
图4示出了并入所提供系统的实施方式的车辆产生的下肢冲击的性能曲线。在保险杠系统上的两个位置处对车辆性能进行评估：一个在称为Y＝0的中心处，以及沿保险杠长度称为Y＝470(外侧长度)的最外侧位置。 所有行人安全指标(加速度小于150、膝旋转小于15°、并且胫骨-剪切位移小于6mm)均符合另外的安全裕度(相比较于：对于正前端(Y＝0)和夹角(Y＝470)冲击分别为：114和97G的加速度、7.2和12.8°、以及1.8和1.5mm的剪切位移)。
从图5A和图5B可以看出，根据C.F.R.第49编第581部分的要求对低速障碍物冲击进行连续冲击模拟测试。图5B中示出了性能结果。图5A中示出了车辆设置。力侵入曲线示出了二级(n＝2)EA结构的性能，且示出了对钢制保险杠横梁后方部件产生低受损力的最小横梁位移并且并不对车头灯和防护罩产生不利影响，这通常对OEM和保险策略有要求。除摆动冲击之外，添加图5B中指定为“扁平障碍物”的额外扁平障碍物冲击。
由于车辆高度不同，保险杠-保险杠的不匹配是一个问题。为了解决现实生活中的冲击并且模拟故障，起草了IIHS规章条例，以要求所有车辆都符合该规章条例标准从而实现良好的评级。图6中示出了车辆设置和性能曲线(力与侵入)。根据多数OEM采用的通用指南，没有观察到车辆车头灯受损。图7和图8提供了由IIHS规定的车辆-车辆适中速度(40mph)测试的结果，IIHS示出了其中图7所示的侵入不超过110mm的二级能量吸收系统(n＝1)。如图8所示，观测到的后横梁位移值是安全的(即，小于40mm)，从而可以使对保险杠横梁后方部件的损伤最小。
使用多种材料、几种几何形状以及几种制造工艺来设计行人安全能量吸收器。除此之外，最常使用的是符合行人安全规章条例、但通常需要更大封装空间(大于80mm)的泡沫能量吸收器。另一方面，金属能量吸收器限制设计人员极其有限的几何形状和一致的厚度，并且因此对行人安全不是非常有效。图9示出了EA系统的示意性示图，其中，泡沫(80)设置在热塑性空间(50)的上方，泡沫(80)由通过两个外侧件(802)侧面相接的中间件(801)。外侧件(802)的密度通常高于中间件(801)，从而使得可以获得可变冲击能。
相反，用于行人安全的公开能量吸收器系统在装配到汽车保险杠横梁上时能够达到行人安全冲击要求(EEVC，ACEA(第II期)和GTR)以及其他低速车辆损伤承受力要求(C.F.R.第581部分，ECE42、IIHS和RCAR)。本申请中提供的多级EA系统比图9中所示的泡沫方案高30-40％的效用，且设计用于更小的封装空间(大约30mm)并且比泡沫方案轻30％。
在一种实施方式中，多级能量吸收系统包括：热塑性凸缘框架以及具有与凸缘框架对齐的近端基座和从凸缘框架突出的远端的变形叶片。变形叶片包括中央板层和板层对，从而使得变形叶片包括总共2i+1个板层，其中，i是板层对的数目并且大于或者等于1。板层以阶式排布设置并且被配置为随着能级的增加通过套迭方式内陷(collapse)来吸收冲击能。
在一种实施方式中，多级能量吸收系统包括：基座；第一级，所述第一级从基座延伸并且由第一级顶部承重壁、第一级底部承重壁以及前壁限定，前壁在第一级顶部承重壁与第一级底部承重壁之间延伸；以及第二级，所述第二级从基座延伸并且由被定位成邻近于第一级的第二板层对限定，其中，第二板层中的一个由第一级顶部承重壁的部分、第二级顶部承重壁以及第二级前壁限定，第二级前壁在第一级顶部承重壁的部分与第二级顶部承重壁之间延伸，并且其中，另一个第二板层由第一级底部承重壁的部分、第二级底部承重壁以及另一个第二级前壁限定，另一个第二级前壁在第一级底部承重壁的部分与第二级底部承重壁之间延伸。第一级可以比第二级从基座延伸更大的距离。第二级可以被配置为吸收比第一级更大的量的能量。
在各种实施方式中，(i)i可以是1到4；和/或(ii)该系统能够吸收2到5的离散能级；和/或(iii)中央板层的板层高度不同于被定位成紧邻中央板层的板层对的板层高度；(iv)板层具有根据以下式(II)限定的壁厚度：
T1<T2<…<Ti    (II)
其中，i是板层对的数目，T是中央板层的壁厚度，T1是第一第i板层对的壁厚度，并且Ti是最后第i板层对的壁厚度；和/或(v)中央板层与邻近板层共用一侧，并且其中，中央板层突出于邻近板层20mm到70mm；和/或(vi)i大于或者等于2并且i-1板层对突出于与中央板层相对的一侧上的其下一邻近板层20mm到80mm；和/或(vii)该系统符合C.F.R.第49编第581部分和/或符合IIHS保险杠类似障碍物冲击标准，并且被评定为行人安全；和/或(vii)该系统被设计成使得第一级吸收至多达450焦耳的冲击能；和/或(ix)该系统被设计成使得i＝1板层对吸收至多达1,100焦耳的冲击能；和/或(x)该系统被设计成使得i＝2板层对被配置为吸收至多达7,000焦耳的冲击；和/或(xi)该系统被设计成使得i＝3板层对被配置为吸收多于7,000焦耳的冲击；和/或(xii)该系统通过单片式车身的注塑模制而形成，其中，每个板层对延伸超过中央板层顶部的前驱物(predecessor)；和/或(xiii)中央板层限定变形叶片的远端；和/或(xiv)至少一个板层对中的构件与该板层对中另一构件具有不同的高度(“D”)；和/或(xv)至少一个板层对中的构件与板层对中另一构件从框架延伸不同的距离；和/或(xvi)每个第i板层对的壁厚度作为i的函数增加，从而使得第一板层对(i＝1)的壁厚度小于第二板层对(i＝2)的壁厚度，并且其中，中央板层壁厚度小于第一板层对壁厚度；和/或(xvii)中央板层具有顶部承重壁和底部承重壁，并且其中，顶部承重壁和/或底部承重壁包括从中央板层前壁延伸至第一板层对前壁的多个狭缝；和/或(xviii)该系统具有小于或者等于1.15Kg的质量，并且其中，近端基座与远端之间的距离小于或者等于100mm。
在一种实施方式中，车辆包括：保险杠横梁、仪表板、以及定位在保险杠横梁与仪表板之间的能量吸收系统，其中，能量吸收系统包括能量吸收系统的上述实施方式中的任一种。
在一种实施方式中，用于吸收能量的方法包括：使用冲击能冲击能量吸收系统，其中，能量吸收系统包括能量吸收系统的上述实施方式中的任 一种。该方法可以进一步包括在冲击能量吸收系统之前接触仪表板。能量吸收系统可以定位在仪表板与保险杠横梁之间。
本书面说明书使用实施例公开了本发明，包括最佳模式，并且还可以使本领域技术人员制造和使用本发明。本发明的专利授权范围由权利要求限定并且可以包括本领域技术人员给出的其他实施例。如果其他实施例具有并不与权利要求的文字语言不同的结构要素，或者如果其包括具有与权利要求文字语言没有实质性差异的等同结构要素，则其他实施例旨在落在权利要求范围内。通过引用将本申请中的所有引用明确结合在此。