保險(xiǎn)杠主體的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種保險(xiǎn)杠主體，包括：金屬懸架；以及包覆金屬懸架的多層碳纖維織物，具有沿一個(gè)方向延伸的碳纖維，多層碳纖維織物由樹(shù)脂和固化劑預(yù)先浸漬，并且包覆金屬懸架的多層碳纖維織物布置成位于交替層中的碳纖維相對(duì)于彼此垂直定向。通過(guò)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，相對(duì)于傳統(tǒng)的保險(xiǎn)杠，能夠在滿足載荷規(guī)范的前提下，極大地減輕保險(xiǎn)杠的重量，從而能夠獲得更佳的燃料經(jīng)濟(jì)性。
【專利說(shuō)明】保險(xiǎn)杠主體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及具有優(yōu)越的強(qiáng)度-重量特性的輕型車輛保險(xiǎn)杠。

【背景技術(shù)】
[0002]降低車輛重量以滿足嚴(yán)格的燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)是一種實(shí)質(zhì)性需求。由于在碰撞過(guò)程中保護(hù)車輛和乘客的需求，車輛保險(xiǎn)杠是相對(duì)較重且較大的零件。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種輕型的保險(xiǎn)杠主體。
[0004]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種用于車輛的保險(xiǎn)杠主體，其包括金屬懸架以及多層碳纖維織物。多層碳纖維織物包覆金屬懸架并具有沿一個(gè)方向延伸的碳纖維。該多層碳纖維織物由樹(shù)脂和固化劑預(yù)先浸潰。包覆金屬懸架的多層碳纖維織物布置成便于位于交替層中的碳纖維相對(duì)于彼此垂直定向。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，第一組層中的碳纖維定向成沿著與保險(xiǎn)杠主體的長(zhǎng)度對(duì)齊的縱向延伸。第二組層中的碳纖維定向成沿著橫向延伸，該橫向在保險(xiǎn)杠主體的前壁和后壁上與垂直方向?qū)R并在保險(xiǎn)杠主體的頂壁和底壁上與車輛縱向?qū)R。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的其他方面，金屬懸架可為矩形橫截面的鋁管。該鋁管可具有前壁、后壁、頂壁和底壁。用于吸能盒的托架被固定至鋁管的后壁且位于多層碳纖維織物層之上。該托架可包括將多層碳纖維織物層分別夾緊在頂壁和底壁上的上夾緊件和下夾緊件。
[0007]樹(shù)脂和固化劑是環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)體系的兩部分。至少15層碳纖維織物可包覆保險(xiǎn)杠主體。在另一實(shí)施例中，保險(xiǎn)杠主體可具有包覆保險(xiǎn)杠主體的16層與20層之間的碳纖維織物。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型涉及制造保險(xiǎn)杠主體的方法的其它方面，公開(kāi)一種制造保險(xiǎn)杠主體的方法。該方法包括:選擇金屬懸架；使用多層碳纖維織物包覆金屬懸架。該多層碳纖維織物可涂覆有樹(shù)脂。該多層包括第一組層和第二組層，第一組層包括平行于保險(xiǎn)杠主體的長(zhǎng)度延伸的碳纖維，第二組層包括圍繞保險(xiǎn)杠主體的寬度和高度延伸的碳纖維。
[0009]根據(jù)本公開(kāi)其他的可選方面，該方法還可包括將具有多層碳纖維織物的金屬懸架裝配至吸能盒托架。鋁管可具有前壁、后壁、頂壁和底壁，并且用于吸能盒的托架被固定至鋁管的后壁且位于多層碳纖維織物層之上。該托架可包括將多層碳纖維織物層分別夾緊在鋁管的頂壁和底壁上的上夾緊件和下夾緊件。
[0010]樹(shù)脂和固化劑可為環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)體系的兩部分。該方法可包括使至少15層碳纖維織物包覆保險(xiǎn)杠主體?？蛇x地，保險(xiǎn)杠主體可具有包覆保險(xiǎn)杠主體的16層與20層之間的碳纖維織物。該方法還可包括在包覆懸架的步驟前以相鄰層中的纖維相對(duì)于彼此垂直定向的方式堆疊成多層織物。
[0011]通過(guò)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，相對(duì)于傳統(tǒng)的保險(xiǎn)杠，能夠在滿足載荷規(guī)范的前提下，極大地減輕保險(xiǎn)杠的重量，從而能夠獲得更佳的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0012]本實(shí)用新型的上述和其他方面將在下文中參照附圖更加詳細(xì)地描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是車輛的前端部分的局部立體圖，其包括根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面所制造的保險(xiǎn)杠主體、吸能盒、吸能盒托架和前縱梁。
[0014]圖2是保險(xiǎn)杠的局部立體圖，示出了移除部分碳纖維加固層的保險(xiǎn)杠主體。
[0015]圖3是用于測(cè)試保險(xiǎn)杠主體的測(cè)試夾具的示意圖。
[0016]圖4是比較隨時(shí)間推移硼質(zhì)保險(xiǎn)杠主體、鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠、具有20層碳纖維織物的鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠主體以及具有16層碳纖維織物的鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠主體的抗力的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下文提供本實(shí)用新型所示實(shí)施例的詳細(xì)描述。所公開(kāi)的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型可以以多種替代形式實(shí)施的實(shí)例。附圖未必按比例繪制。一些特征可被放大或縮小來(lái)顯示特定部件的細(xì)節(jié)。在本申請(qǐng)中所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限定，而是教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員如何實(shí)踐所公開(kāi)概念的代表性基礎(chǔ)。
[0018]參照?qǐng)D1和圖2，用于車輛的保險(xiǎn)杠主體10包括由碳纖維織物14包覆的懸架12。該碳纖維織物14包括沿一個(gè)方向定向的多個(gè)碳纖維16(見(jiàn)圖2)。應(yīng)該理解，當(dāng)指出碳纖維16沿一個(gè)方向延伸時(shí)，即碳纖維織物14中的大多數(shù)碳纖維16沿一個(gè)方向延伸，而一些纖維可能沿另一方向定向。如圖1和圖2所示，保險(xiǎn)杠主體10具有長(zhǎng)度L、高度H和寬度W。
[0019]懸架12包括前壁18和后壁20。頂壁22和底壁24在前壁18和后壁20之間延伸。懸架12由裝配至吸能盒28的托架26固定。托架26配置有上夾緊件30和下夾緊件32以將懸架12保持在吸能盒28前部的合適位置。
[0020]碳纖維織物14由樹(shù)脂預(yù)先浸潰。優(yōu)選地，該樹(shù)脂作為兩相樹(shù)脂體系的一部分，該兩相樹(shù)脂體系例如為包括固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂?？蛇x地，其他樹(shù)脂體系可用以預(yù)先浸潰碳纖維織物14，例如進(jìn)行熱處理的樹(shù)脂。
[0021]具體參照?qǐng)D2，保險(xiǎn)杠主體10被示出包覆有多層碳纖維織物14。外層中的碳纖維16沿方向L延伸，而下一層則包括沿高度方向H定向的碳纖維16。碳纖維織物14通過(guò)沿寬度方向W延伸的碳纖維包覆在頂壁22和底壁24之上。包覆在懸架12上的碳纖維織物14的層數(shù)由保險(xiǎn)杠主體10的期望強(qiáng)度決定。為獲得期望強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)至少有15層碳纖維織物包繞壁厚1_的擠出成型鋁管。
[0022]在一個(gè)實(shí)例中，16層碳纖維織物14包覆具有Imm厚的招質(zhì)壁的懸架12。16層碳纖維織物和鋁質(zhì)懸架的總重為2.541Kg。
[0023]作為另一實(shí)例，20層碳纖維織物14包繞具有Imm厚的鋁質(zhì)壁的懸架12。懸架12和20層碳纖維織物具有的重量為2.715Kg。
[0024]參照?qǐng)D3，測(cè)試夾具34用以通過(guò)評(píng)估隨時(shí)間推移由保險(xiǎn)杠主體10所吸收的力來(lái)測(cè)試保險(xiǎn)杠主體的強(qiáng)度。該測(cè)試夾具34包括一對(duì)間隔開(kāi)預(yù)定距離并接合保險(xiǎn)杠主體10的后壁20的支柱36。碰撞柱38沿圖3中箭頭所示的方向相對(duì)于支柱36在中心位置處被敲入保險(xiǎn)杠主體10上。碰撞柱38接合懸架12的前壁18以施加測(cè)試力來(lái)檢測(cè)保險(xiǎn)杠主體10的強(qiáng)度。
[0025]參照?qǐng)D4，提供了比較碳纖維織物包覆的保險(xiǎn)杠主體與硼制保險(xiǎn)杠主體(壁厚為
1.46mm且重量為4.123Kg)以及鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠主體(壁厚為3.5mm且重量為3.421Kg)的負(fù)載測(cè)試結(jié)果的圖表。所呈現(xiàn)的全部保險(xiǎn)杠主體測(cè)試結(jié)果都被認(rèn)為是可接受的，因?yàn)樗鼈儩M足車輛保險(xiǎn)杠的荷載規(guī)范。上述第一個(gè)實(shí)例中具有Imm厚的鋁壁并包覆有16層碳纖維織物的鋁質(zhì)懸架相較于鋁質(zhì)或硼質(zhì)保險(xiǎn)杠主體具有更大的初始承載剛度。16層包覆的保險(xiǎn)杠主體的整體強(qiáng)度與硼質(zhì)保險(xiǎn)杠主體和擠出成型鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠主體相差無(wú)幾，而且在測(cè)試的后半段大約在3KN內(nèi)。
[0026]具有壁厚Imm且由20層碳纖維織物14包覆的鋁質(zhì)懸架的保險(xiǎn)杠主體10通過(guò)圖表示出在大約7毫秒處具有超過(guò)20KN的略大的初始沖擊強(qiáng)度。在整個(gè)后半段測(cè)試中，該保險(xiǎn)杠主體的強(qiáng)度與被測(cè)試的硼質(zhì)保險(xiǎn)杠和鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠幾乎相同。相較于傳統(tǒng)的硼鋼質(zhì)保險(xiǎn)杠主體和擠出成型鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠主體,碳纖維包覆的保險(xiǎn)杠主體的重量輕20%到38%。相較于硼質(zhì)保險(xiǎn)杠主體，由20層碳纖維織物包覆的保險(xiǎn)杠實(shí)現(xiàn)了重量減輕1.4kg或34%。相較于硼質(zhì)保險(xiǎn)杠主體，由16層碳纖維織物包覆的鋁質(zhì)懸架實(shí)現(xiàn)了重量減輕1.582Kg或38%。
[0027]相較于擠出成型鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠，包覆了 20層碳纖維織物的鋁質(zhì)懸架的重量減輕了大約20%。當(dāng)與包覆16層碳纖維織物的懸架進(jìn)行比較時(shí)，相比于擠出成型鋁質(zhì)保險(xiǎn)杠的重量減輕超過(guò)25%。
[0028]盡管上文描述了示例性實(shí)施例，但并不意味著這些實(shí)施例描述了所公開(kāi)裝置和方法的所有可能形式。相反，本說(shuō)明書(shū)里的詞語(yǔ)僅僅是描述性詞語(yǔ)而非限制性詞語(yǔ)，并且應(yīng)當(dāng)理解，可進(jìn)行多種變化而不背離所要求保護(hù)的本實(shí)用新型的精神和范圍?？蓪⒉煌蓤?zhí)行實(shí)施例的特征組合在一起來(lái)形成所公開(kāi)內(nèi)容的其他實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，包括: 金屬懸架； 包覆所述金屬懸架的多層碳纖維織物，具有沿一個(gè)方向延伸的碳纖維，其中，所述多層碳纖維織物由樹(shù)脂和固化劑預(yù)先浸潰，并且包覆所述金屬懸架的所述多層碳纖維織物布置成位于交替層中的碳纖維相對(duì)于彼此垂直定向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，第一組層中的碳纖維定向成沿著與所述保險(xiǎn)杠主體的長(zhǎng)度對(duì)齊的縱向延伸，并且第二組層中的碳纖維定向成沿著橫向延伸，所述橫向在所述保險(xiǎn)杠主體的前壁和后壁上與垂直方向?qū)R并且在所述保險(xiǎn)杠主體的頂壁和底壁上與車輛縱向?qū)R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，所述金屬懸架為矩形橫截面的鋁管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，所述鋁管具有前壁、后壁、頂壁和底壁，并且用于吸能盒的托架被固定至所述鋁管的后壁且位于所述多層碳纖維織物層之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，所述托架包括將所述多層碳纖維織物層分別夾緊在所述頂壁和所述底壁上的上夾緊件和下夾緊件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，所述樹(shù)脂和所述固化劑是環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)體系的兩部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，至少15層碳纖維織物包覆所述保險(xiǎn)杠主體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保險(xiǎn)杠主體，其特征在于，16層與20層之間的碳纖維織物包覆所述保險(xiǎn)杠主體。
【文檔編號(hào)】B60R19/03GK203958048SQ201420312932
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】馬修·約翰·扎魯澤克, 穆罕默德·里達(dá)·巴庫(kù)什, 理查德·H·維科夫, 賽伊德·努希爾, 穆罕默德·奧馬爾·法魯克 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司