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丰田汽车新保险杠专利申请曝光 完全用木头制成

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58京牌 ,最近,美国专利和商标局(United States Patent and Trademark Office)数据库公布丰田的车辆减震构件专利申请。这款丰田木保险杠的专利申请提交于2017年,目前尚未得到授权。

(图片来源:autowise)

丰田新保险杠系统完全由木头制成,基于三层设计,外面两层为单层木头,中间一层包括多个小木头块。当汽车撞上障碍物时,木头会变形,然后塌陷。

木头的环形纹路方向和厚度可以改变,以适应不同的负载吸收特性。例如,上下两层可以更厚一些,以承受更高的负载。环形纹路的方向也可以进行调整,以增加负载吸收量。

(图片来源:美国专利和商标局)

如图8所示,这三个木制部分的前表面保持彼此齐平。而且,环形纹路可以调整至与负载力垂直或共面的方向,也说是说,木材的环形纹路的方向,可以指向车辆的上下左右。

据推测,这可能对偏远地区的车主有利。假设需要新的保险杠,该公司可以通过远程服务中心,现场制造新的木制保险杠。

总而言之,丰田汽车公司表示,他们希望减少施加在车辆上的碰撞负载。

丰田的木制保险杠长什么样?

(图片来源:美国专利和商标局)

图1显示汽车的俯视图。数字10代表汽车,数字12代表通过螺栓固定保险杆的框架结构。

 

(图片来源:美国专利和商标局)

图2是同一保险杆的侧视横截面图。从图中可以看出,保险杆的上下木制部分(22),使用大螺栓将中间木制部分(21)夹在中间。然后,用“保险杆加固件”将它们包裹起来,将保险杠固定在适当位置。

 

(图片来源:美国专利和商标局)

图3是保险杆核心部分的等距图。从中可以看出,与外面的部分不同,中间木制部分不是单一的,它们由多个小木块组成。同时注意环形纹路的方向。在此图中,环形纹路垂直于负载方向。

(图片来源:美国专利和商标局)

图4显示图3中同一部分的前视图,可以进一步看清设计细节。木头中的环形纹路实际就是树木的年轮。在此设计中,环形纹路的设置非常有针对性,可垂直于负载路径(上下)或沿负载路径(从前到后)定向,以调节负荷吸收性能。正如丰田所说:

“减震木构件21的环形纹路21e的轴线,可以沿垂直于支撑木构件22的负载输入面22f的方向延伸,即碰撞负载F可能的输入方向。由于减震木构件21塌陷,可以吸收较大的碰撞负载F。”

数据与应用

 

(图片来源:美国专利和商标局)

图5显示了有关设计强度的一些高级数据。X轴显示保险杆的变形度(按mm计)。Y轴显示施加至保险杆上的负载大小。

当保险杆撞到某物上时,上下木制部分会先吸收冲击力,如图3和图5中的L所示。如果负载大到使上下部分变形,接着中间部分会开始吸收冲击力,这由临界负载Fx表示。如果负载F超过了临界负载Fx,该系统就会崩溃。简言之,该系统可在完全被破坏之前逐步吸收冲击力。

“在碰撞负载F超过减震木构件21的临界负载Fx之后,减震木构件21可能会在其宽度方向(车辆前后方向)上与支撑木构件22塌陷。因此,减震木构件21和支撑木构件22都可能塌陷,从而吸收碰撞负载F。”

丰田公司阐述该系统的其他可优化特性。如可以调整上下木板的厚度,以吸收更多或更少的负载。

“通过增加或减小每个支撑木构件22的厚度T2(图4),可以控制上下支撑木构件22开始坍塌的临界负载Fo;对于使减震木质构件21开始塌陷的临界负载Fx,可以通过增加或减小每个减震木质构件21的厚度T1来控制。”

 

(图片来源:美国专利和商标局)

丰田还展示了同一想法的另一种变体。图6显示具有末端件的相同系统,该末端件将向负载吸收木件施加横向夹层作用力。丰田表示,这可以在左右移动时帮助系统保持原位。

 

(图片来源:美国专利和商标局)

最后,图10和11显示图8设计中的示例场景和设计结果。图10显示木制保险杠和灯杆H。图11显示撞击灯杆的预期结果。

相对于当前材料来说,木材可能提供无法复制的特性。而且,丰田公司可以对一系列特性进行优化,显示出其设计细节的深度。

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