用于車輛的下剛性構(gòu)件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于車輛的下剛性構(gòu)件。該下剛性構(gòu)件包括在保險杠的下部沿長度方向安裝的芯罩，以及沿長度方向安裝在芯罩內(nèi)的內(nèi)芯，其中內(nèi)芯的密度和強度大于芯罩的密度和強度。
【專利說明】用于車輛的下剛性構(gòu)件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總的來說涉及一種用于車輛的下剛性構(gòu)件及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，車輛已朝向增強駕駛者及行人的安全設(shè)計特征的趨勢發(fā)展，因此出現(xiàn)了 多種用于行人的安全設(shè)備，其在發(fā)生碰撞事故時考慮行人的安全。
[0003] 安全設(shè)備包括氣囊、弧形保險杠、以及安裝在保險杠下側(cè)的下剛性構(gòu)件（lower stiffener)〇
[0004] 具體地，下剛性構(gòu)件是用于行人的安全設(shè)備，其在車輛與行人發(fā)生碰撞時吸收一 部分碰撞振動，以減小傳遞到行人膝蓋的外力。下剛性構(gòu)件具有沿保險杠延伸的桿部件，以 及設(shè)置在桿部件兩側(cè)并固定于車身的一對支座。
[0005] 然而，常規(guī)的下剛性構(gòu)件由鋼制成以應(yīng)對碰撞，下剛性構(gòu)件無法產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膹椥裕?且不能有效地吸收碰撞力。此外，除了鋼的桿部件之外，用于桿的支座也可由鋼制成，因此 增大了產(chǎn)品的重量。而且，由于鋼的性質(zhì)，下剛性構(gòu)件在成型中的自由度也被降低了。
[0006] 在【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能 包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明是牢記現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題而提出，并且本發(fā)明的目的在于 提供一種用于車輛的下剛性構(gòu)件及其制造方法，該下剛性構(gòu)件整體上包括由塑性復(fù)合材料 而不是鋼或鋁制成的桿件、以及用于將桿件固定到車體上的支座。
[0008] 本發(fā)明的多個方面提供一種用于車輛的下剛性構(gòu)件，其包括：沿長度方向安裝在 保險杠下部的芯罩，和沿長度方向安裝在芯罩內(nèi)的內(nèi)芯，其中內(nèi)芯的密度和強度大于芯罩 的密度和強度。
[0009] 支座可以整體設(shè)置在芯罩上從而將芯罩連接于車輛框架。
[0010] 芯罩和內(nèi)芯可以由塑性復(fù)合材料整體形成。
[0011] 內(nèi)芯可以沿其整個長度扭曲，且該芯罩包圍內(nèi)芯。
[0012] 加強肋還可被設(shè)置成連接芯罩與支座。
[0013] 塑性復(fù)合材料可以是連續(xù)的纖維增強熱塑性塑料。
[0014] 支座和加強肋可以由玻璃纖維增強復(fù)合材料形成。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于車輛的下剛性構(gòu)件的制造方法，包括：利用第一 塑性復(fù)合材料形成扭曲的內(nèi)芯；以及將第二塑性復(fù)合材料放置在內(nèi)芯的周圍并對第二塑性 復(fù)合材料進行加壓，從而整體地形成位于內(nèi)芯上面的芯罩。
[0016] 內(nèi)芯可以通過扭曲多條均由第一塑性復(fù)合材料制成的第一塑性桿來形成。
[0017] 可以通過將多條均由第二塑性復(fù)合材料制成的第二塑性桿堆疊在內(nèi)芯周圍，并對 所堆疊的第二塑性桿進行加壓，來形成芯罩。
[0018] 該方法還可以包括在形成內(nèi)芯之前，將第一和第二塑性桿預(yù)熱到預(yù)定的溫度。
[0019] 可以在預(yù)熱步驟之前，通過利用熔融的塑性樹脂浸漬多條經(jīng)拉伸的纖維束，并且 利用成型機將前面的材料注塑成桿，來形成第一和第二塑性桿。
[0020] 根據(jù)具有上述配置的用于車輛的下剛性構(gòu)件及其制造方法，由塑性復(fù)合材料制成 的下剛性構(gòu)件具有改良的彈性和改良的強度，且可有效地吸收與行人碰撞時的碰撞振動。
[0021] 此外，與現(xiàn)有的鋼型產(chǎn)品相比，塑性材料的使用有助于減輕重量，通過調(diào)節(jié)塑料與 其它材料之間的復(fù)合率來調(diào)節(jié)振動吸收率，且與鋼型產(chǎn)品相比增大了部件成形的自由度， 增大保險杠多樣化設(shè)計的可能性。
[0022] 此外，支座非獨立而是整體地形成在桿件上，因此避免了設(shè)置支座的額外的成本 費用，并允許支座容易成形。
[0023] 本發(fā)明的方法和裝置具有其它特征和優(yōu)點，將從包含在此的附圖和下面的詳細(xì)說 明中更明顯或者在其中更詳細(xì)地給出，附圖和詳細(xì)說明共同用于解釋本發(fā)明的某些原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的示例性下剛性構(gòu)件的配置的視圖；
[0025] 圖2是示出用于車輛的下剛性構(gòu)件中的示例性加強肋的視圖；
[0026] 圖3是示出制造根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的下剛性構(gòu)件的示例性方法的程序的流 程圖；
[0027] 圖4是示出在示例性制造方法中制造塑性桿的步驟的視圖；
[0028] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的示例性的桿型下剛性構(gòu)件的視圖；
[0029] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的示例性的板型下剛性構(gòu)件的視圖。

【具體實施方式】
[0030] 下面詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實施方式，本發(fā)明的實施例在附圖中被圖解并且在下 面被描述。盡管本發(fā)明將結(jié)合示例性實施例被描述，然而可以理解的是，本描述并不意在將 本發(fā)明限制到那些示范性實施例上。相反地，本發(fā)明意在不僅僅覆蓋示范性實施例，而且覆 蓋各種可選形式、變型、等價形式和其它實施例，其可被包含在由所附權(quán)利要求所限定的本 發(fā)明的精神和范圍中。
[0031] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明各種實施例的用于車輛的下剛性構(gòu)件的配置的視圖。下剛 性構(gòu)件包括：芯罩（core cover) 100,其沿長度方向安裝在保險杠的下部；和內(nèi)芯200,其沿 長度方向安裝在芯罩1〇〇內(nèi)；其中內(nèi)芯的密度和強度大于芯罩1〇〇的密度和強度。
[0032] 特別地，內(nèi)芯200在其整個長度上扭曲，芯罩100包圍內(nèi)芯200。內(nèi)芯200的 扭曲形式使得內(nèi)芯能夠具有更優(yōu)良的抗張強度，因此其整體具有改良的強度，因此也 增強吸收碰撞振動的能力。相反地，芯罩100以非扭曲形式包圍內(nèi)芯200,因此芯罩具 有比內(nèi)芯200更低的強度，更高的撓性。在內(nèi)芯200和芯罩100之間的這種異構(gòu)形狀 (heterogeneously-shaped)的層結(jié)構(gòu)可以提高強度和撓性。
[0033] 盡管內(nèi)芯200和芯罩100是由相同材料以不同形狀形成，然而內(nèi)芯和芯罩也可以 是由不同材料形成的除扭曲（twist)之外的各種形狀。這些其它形狀也能夠加強芯結(jié)構(gòu)。
[0034] 此外，在芯罩的兩側(cè)上，支座300 -體地設(shè)置在芯罩100上，以便將芯罩100連接 到車架。應(yīng)該知道的是，這種整體的組件可以是一體成型的。由于在形成芯罩100時，支座 300整體形成，因此芯罩100可被連接到車體而不使用單獨的支座。由于不需要設(shè)置單獨的 支座，因此制造工藝簡化，制造成本也降低了。
[0035] 還可設(shè)置加強肋400,以連接芯罩100和支座300。圖2中示出了這種加強肋400。 加強肋400設(shè)置在芯罩的兩側(cè)、靠近支座，用于防止在發(fā)生碰撞事件時應(yīng)力集中在支座300 與芯罩100之間的連接點上。而且，加強肋起到加大支座300與芯罩100之間的接觸面積 的作用，使得比僅設(shè)置支座300情況下能夠吸收更多的振動能量。此外，由于振動能量的吸 收可根據(jù)加強肋400的長度和形狀發(fā)生變化，因此，通過僅僅改變加強肋400的設(shè)計，而不 是芯罩100和內(nèi)芯200的單獨加強設(shè)計，下剛性構(gòu)件的變形可被控制在一定范圍內(nèi)。
[0036] 芯罩100和內(nèi)芯200可以由塑性復(fù)合材料整體形成?？梢岳斫獾氖牵@種整體元件 可以是一體成型的。在此，塑性復(fù)合材料可以是連續(xù)的纖維增強熱塑性（CFT)塑料，其中玻 璃纖維被加入聚丙烯（PP)中，使得材料具有由玻璃纖維誘導(dǎo)出的強抗張強度和由聚丙烯 誘導(dǎo)出的彈性。因而，一旦發(fā)生碰撞，塑性材料可以有效地吸收施加到內(nèi)芯200和芯罩100 的碰撞振動。
[0037] 因此，復(fù)合材料具有玻璃纖維和塑料二者的優(yōu)點，因此，與鋼相比，復(fù)合材料具有 減輕的重量、更易成形、更高的振動吸收等優(yōu)點。這樣能夠使支座以多種形狀整體形成在芯 罩100上，或者能夠提供具有多種形狀的加強肋400。
[0038] 盡管已經(jīng)示出將玻璃纖維加入PP的CFT塑料，然而復(fù)合材料可以包含其他材料， 其中，例如，將諸如玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維等連續(xù)纖維，加入到諸如聚酰胺、聚 縮醛（polyacetal)、聚乙烯等熱塑性樹脂，或諸如環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂中。
[0039] 而且，支座300和加強肋400可以由玻璃纖維增強復(fù)合材料制成。
[0040] 具體地，諸如玻璃纖維氈增強熱塑性塑料（GMT)等玻璃纖維增強復(fù)合材料是將玻 璃纖維加入到聚丙烯中的材料。GMT材料具有與鐵相似強度但重量只有其70%的物理性 質(zhì)。此外，盡管CFT由長纖維組成，GMT材料由短纖維組成，以使其適于小尺寸部件。因此， GMT材料可恰當(dāng)?shù)剡m用于支座300或加強肋400。
[0041] 此外，GMT材料具有耐腐蝕、可回收、且能吸音的優(yōu)點，有助于減小下剛性構(gòu)件的總 重量，以及消除可能在車體和支座中產(chǎn)生的聲音。
[0042] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明各實施例的用于車輛的下剛性構(gòu)件的制造方法的步驟的 流程圖。
[0043] 該方法包括：利用第一塑性復(fù)合材料形成扭曲的內(nèi)芯200(S300);通過將第二塑 性復(fù)合材料放置在內(nèi)芯的周圍（S400)，以及對第二塑性復(fù)合材料進行加壓（S500)，從而在 內(nèi)芯200上面整體地形成芯罩100。
[0044] 具體地，通過扭曲由第一塑性復(fù)合材料制成的多個第一塑性桿，來形成內(nèi)芯200。 在此，第一塑性復(fù)合材料可以是前面描述的CFT材料。
[0045] 此外，可以通過將由第二塑性復(fù)合材料制成的多個第二塑性桿堆疊在內(nèi)芯200周 圍，并且對堆疊的塑性桿進行加壓來形成芯罩100。在此，第二塑性復(fù)合材料可以是與第一 塑性復(fù)合材料一樣的CFT材料。
[0046] 也就是說，第一和第二塑性桿利用相同的材料形成，使得第一和第二塑性桿可以 在一個步驟中形成，從而減少處理步驟的數(shù)量。而且，由于內(nèi)芯200與只具有第一塑性桿扭 曲的芯罩100相比，具有改良的強度，因此即使第一和第二塑性桿以相同的材料形成，在設(shè) 計與增強有關(guān)的芯結(jié)構(gòu)中也沒有問題。
[0047] 然而，第一和第二塑性桿由不同的材料制成也很正常。
[0048] 現(xiàn)在將要描述制造用于車輛的下剛性構(gòu)件的一般步驟。
[0049] 首先，執(zhí)行步驟S100,使得多個拉伸的纖維束（fiber strand)被浸漬熔融的塑性 樹脂，并利用成型機將復(fù)合材料注塑成包含第一和第二塑性桿的桿。
[0050] 具體地，參考圖4,其示出在制造方法中形成塑性桿的步驟，首先將多條纖維束堆 疊在一起，并充分地拉伸（S110)，經(jīng)拉伸的纖維束被浸漬熔融的塑性樹脂，即熔融的PP樹 月旨（S120)。然后，將浸漬有塑性樹脂的纖維束冷卻以便形成單個膜（S130)，利用拉拔器拉 出膜（S140)以穿過最終成型單元，從而輸出桿型產(chǎn)品（S150)。在此，桿型產(chǎn)品可以是桿產(chǎn) 品。
[0051] 第一和第二塑性桿都在成型步驟（S100)制造，以便所制造出的桿可以依賴于所 制造的桿是用作內(nèi)芯200還是芯罩100而分成第一和第二塑性桿。
[0052] 同時，在成型步驟（S100)之后，執(zhí)行將第一和第二塑性桿預(yù)熱到預(yù)定溫度的步驟 (S200)。預(yù)熱步驟（S200)是準(zhǔn)備階段，使通過冷卻而被彎曲的第一和第二塑性桿分別形成 內(nèi)芯200和芯罩100。
[0053] 在預(yù)熱步驟（S200)之后，執(zhí)行將第一塑性桿形成扭曲形狀的步驟（S300)、將第二 塑性桿堆疊在內(nèi)芯200周圍的步驟（S400)、以及通過利用加壓單元將第二塑性桿加壓成最 終形狀從而形成芯罩的步驟（S500)。
[0054] 在此，最終形狀可以是桿形，其通常在長度方向上像弓一樣彎曲，且其軸向部分為 圓形。
[0055] 根據(jù)下剛性構(gòu)件的上述結(jié)構(gòu)及其制造方法，如圖5所示，桿形的下剛性構(gòu)件600不 占用保險杠630下部的太多空間，并且像弓一樣的彎曲形狀允許相對于車輛內(nèi)的框架650 保留足夠的空間。因此，即使在車輛與障礙物發(fā)生碰撞的情況下，下剛性構(gòu)件600變形時， 下剛性構(gòu)件也難以與框架650相接觸，因此很大程度上減少了發(fā)生碰撞時的修理費用。
[0056] 此外，由于下剛性構(gòu)件比保險杠630還要突出，因此在與行人發(fā)生碰撞時，下剛性 構(gòu)件在保險杠630之前首先且充分地吸收碰撞振動，由此減輕行人的碰撞振動。
[0057] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明多個實施例的用于車輛的板型的下剛性構(gòu)件的視圖。與圖 5的狀態(tài)相比，可以看出，盡管下剛性構(gòu)件在保險杠下部附近占用了更多空間，但是下剛性 構(gòu)件相對于車輛的框架650幾乎沒有間隔。
[0058] 在此情況下，一旦發(fā)生碰撞，由于框架650的存在，下剛性構(gòu)件605不能完全變形， 因此吸收碰撞振動的能力大大地降低。而且，由于下剛性構(gòu)件位于保險杠630中，因此一旦 發(fā)生碰撞，行人首先與保險杠630發(fā)生碰撞，而不是下剛性構(gòu)件605,因此行人的膝蓋可能 會再受傷。
[0059] 同時，利用具有上述配置的下剛性構(gòu)件進行與行人有關(guān)的碰撞實驗，實驗結(jié)果如 下：
[0060] 表 1
[0061]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于車輛的下剛性構(gòu)件，包括： 沿著保險杠的下部沿長度方向安裝的芯罩，和 沿長度方向安裝在所述芯罩內(nèi)的內(nèi)芯，其中所述內(nèi)芯的密度和強度大于所述芯罩的密 度和強度。
2. 如權(quán)利要求1所述的下剛性構(gòu)件，還包括整體設(shè)置在所述芯罩上從而將所述芯罩連 接于車輛框架的支座。
3. 如權(quán)利要求1所述的下剛性構(gòu)件，其中所述芯罩和所述內(nèi)芯由塑性復(fù)合材料整體形 成。
4. 如權(quán)利要求1所述的下剛性構(gòu)件，其中所述內(nèi)芯沿其整個長度扭曲，且所述芯罩包 圍所述內(nèi)芯。
5. 如權(quán)利要求2所述的下剛性構(gòu)件，還包括連接所述芯罩與所述支座的加強肋。
6. 如權(quán)利要求3所述的下剛性構(gòu)件，其中所述塑性復(fù)合材料是連續(xù)的纖維增強熱塑性 塑料。
7. 如權(quán)利要求5所述的下剛性構(gòu)件，其中所述支座和所述加強肋由玻璃纖維增強復(fù)合 材料形成。
8. -種用于車輛的下剛性構(gòu)件的制造方法，包括： 利用第一塑性復(fù)合材料形成扭曲的內(nèi)芯；以及 將第二塑性復(fù)合材料放置在所述內(nèi)芯的周圍并對所述第二塑性復(fù)合材料進行加壓，從 而整體地形成位于所述內(nèi)芯上面的芯罩。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過扭曲多條均由所述第一塑性復(fù)合材料制成的第 一塑性桿來形成所述內(nèi)芯。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中通過將多條均由所述第二塑性復(fù)合材料制成的第 二塑性桿堆疊在所述內(nèi)芯周圍，并對所堆疊的第二塑性桿進行加壓，從而形成所述芯罩。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在形成所述內(nèi)芯之前，將所述第一和第二塑性桿 預(yù)熱到預(yù)定的溫度。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述預(yù)熱步驟之前，通過利用熔融的塑性樹脂 浸漬多條經(jīng)拉伸的纖維束，并且利用成型機將前面的材料注塑成桿，從而形成第一和第二 塑性桿。
【文檔編號】B29C70/28GK104249677SQ201310466629
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】車東垠, 鄭弼中, 金鉉慶, 李承牧, 林鐘明 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 韓華高新材料株式會社