車輛側(cè)門結(jié)構(gòu)及其制造方法和使用方法
【專利說明】車輛側(cè)門結(jié)構(gòu)及其制造方法和使用方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開涉及一種車輛側(cè)門結(jié)構(gòu)，該車輛側(cè)門結(jié)構(gòu)能夠滿足用于碰撞載荷的汽車安 全標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械要求，并且本公開涉及車輛側(cè)門結(jié)構(gòu)的制造和使用方法。
[0002] 汽車制造商一直致力于減輕客車的重量以便滿足有關(guān)燃料效率和減少排放的不 斷變化的政府規(guī)章。汽車最大的結(jié)構(gòu)是通常稱為白車身（BIW)的結(jié)構(gòu)體。BIW是指焊接的 金屬板部件，所述焊接的金屬板部件形成汽車的結(jié)構(gòu)并且其他部件（例如，門、發(fā)動(dòng)機(jī)、底 盤、外部和內(nèi)部裝飾、座椅等）連接于所述焊接的金屬板部件。由于BIW是汽車中最大的結(jié) 構(gòu)，所以BIW已成為制造商減輕重量的目標(biāo)物。然而，對(duì)于實(shí)現(xiàn)在汽車的結(jié)構(gòu)性部件（諸如， 門）中減輕重量，所考慮的還少得多。
[0003] 為了滿足側(cè)面碰撞沖擊或柱側(cè)撞擊測(cè)試的安全標(biāo)準(zhǔn)，由高強(qiáng)度鋼制成的金屬碰撞 梁結(jié)合在汽車側(cè)門中。鋼碰撞梁的高強(qiáng)度和耐用性在確定側(cè)門的耐用性和耐撞性上起著很 重要的作用。
[0004] 期望的是，在不損害整個(gè)車輛的結(jié)構(gòu)完整性和耐用性且因此不損害安全性的前提 下減輕車輛的重量。因此，需要這樣一種汽車結(jié)構(gòu)部件（諸如，側(cè)門），其具有減輕重量以及 降低的制造成本同時(shí)保持滿足汽車側(cè)面撞擊安全標(biāo)準(zhǔn)所需的必要機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在多個(gè)實(shí)施方式中公開了用于汽車的側(cè)門以及側(cè)門的制造方法，該側(cè)門包括雙殼 復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0006] 在一些實(shí)施方式中，車輛的側(cè)門可包括：結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括塑料內(nèi)殼和塑料外殼， 塑料內(nèi)殼包括纖維帶，塑料外殼包括在外殼的寬度上設(shè)置的外殼支撐梁。外殼支撐梁可包 括纖維帶。
[0007] 在一些實(shí)施方式中，車輛的側(cè)門可包括：結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括：塑料內(nèi)殼，該塑料內(nèi) 殼包括纖維帶，其中，基于纖維的總重量，纖維帶的大于或等于50wt. %的纖維在與纖維 帶的主軸線呈+45°到-45°的角度的方向上定向；以及塑料外殼，該塑料外殼包括在外 殼的寬度上定位的外殼支撐梁。該外殼支撐梁可包括纖維帶，其中，纖維帶的大于或等于 50wt. %的纖維在與纖維帶的主軸線呈+45°到-45°的角度的方向上定向。
[0008] 在一實(shí)施方式中，車輛可包括：結(jié)構(gòu)體和側(cè)門。側(cè)門可包括：塑料內(nèi)殼，該塑料內(nèi) 殼包括纖維帶；塑料外殼，該塑料外殼包括在外殼的寬度上定位的外殼支撐梁，其中，外殼 支撐梁包括纖維帶；門板（door skin，門皮），該門板在塑料外殼上；窗；以及鉸鏈。
[0009] 在一實(shí)施方式中，用于制造車輛的側(cè)門的方法可包括：在纖維帶上傳遞模制（flow molding)纖維增強(qiáng)聚合物以形成塑料內(nèi)殼；在沉積的纖維帶上傳遞模制纖維增強(qiáng)聚合物 以形成塑料外殼，其中，外殼包括在外殼的寬度上定位的外殼支撐梁；以及將塑料內(nèi)殼和塑 料外殼連接在一起以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0010] 以下更具體地描述這些和其他非限制性特征。
【附圖說明】
[0011] 現(xiàn)在將參考附圖，這些附圖是示例性的實(shí)施方式，并且其中，相同的元件用相同的 標(biāo)號(hào)來表不。
[0012] 圖1是用于汽車的側(cè)門的組件的展開圖，側(cè)門包括示例性的雙殼復(fù)合體。
[0013] 圖2是雙殼復(fù)合體的內(nèi)殼的實(shí)施方式的示圖，該圖包括大體單向纖維帶的示例性 位置。
[0014] 圖3是雙殼復(fù)合體的外殼的示圖，該圖包括大體單向纖維帶的示例性位置。
[0015] 圖4是根據(jù)示例性實(shí)施方式的雙殼復(fù)合體的示圖。
[0016] 圖5是車輛的聚焦于側(cè)門的一部分上的局部側(cè)視圖。
[0017] 圖5A、圖5B、和圖5C是雙殼復(fù)合窗框的橫截面的實(shí)例的示意性視圖。
[0018] 圖6A是現(xiàn)有技術(shù)側(cè)門的示圖，該圖示出了在鉸鏈和門鎖上施加撞擊的效果。
[0019] 圖6B是具有包括聚合物的鉸鏈的實(shí)例的側(cè)門的示圖，該圖示出了在鉸鏈上施加 撞擊的效果。
[0020] 圖7是沿圖4中的線7-7截取的橫截面，該圖是在內(nèi)殼或外殼支撐梁中的大體單 向纖維帶的示例性位置的示圖。
[0021] 圖8-圖11是可用于雙殼復(fù)合體的內(nèi)殼或外殼中的支撐梁的多種示例性實(shí)施方式 的立體圖。
[0022] 圖12是示出了非增強(qiáng)聚合物材料的彈性模量的示圖。
[0023] 圖13是示出了多種大體單向玻璃纖維帶的彈性模量的示圖。
[0024] 圖14是示出了多種大體單向碳纖維帶的彈性模量的示圖。
[0025] 圖15是內(nèi)殼窗框部分的立體圖，指示出了調(diào)整側(cè)門的重量的最優(yōu)化的區(qū)域。
[0026] 圖16是外殼窗框部分的立體圖，指示出了調(diào)整側(cè)門的重量的最優(yōu)化的區(qū)域。
[0027] 圖17是示出了在側(cè)面撞擊測(cè)試后在側(cè)門、白車身以及障礙物中的內(nèi)部能量分布 的示圖。
[0028] 圖18不出了在柱撞擊測(cè)試后在側(cè)門和白車身中的內(nèi)部能量分布。
[0029] 圖19是包括相交的大體單向梁的雙殼設(shè)計(jì)在歐洲NCAP側(cè)面碰撞載荷下在撞擊之 后50毫秒（ms)的正視圖，其中，所述梁在連接點(diǎn)處失效。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 如上文提及的，期望的是，在不損害車輛的結(jié)構(gòu)的完整性、耐用性，并且因此不損 害車輛的安全性的前提下減輕汽車的總重量。因此，存在對(duì)這樣一種汽車結(jié)構(gòu)部件（諸如， 側(cè)門）的需求，該結(jié)構(gòu)部件具有減輕的重量以及降低的制造成本并保持滿足汽車側(cè)面撞擊 安全標(biāo)準(zhǔn)所需的必要機(jī)械性能。
[0031] 在結(jié)構(gòu)完整性不是問題的情況下，將塑料部件結(jié)合在汽車內(nèi)部是可能的。用塑料 材料替換金屬材料（諸如，鋼），雖然對(duì)減輕部件的重量有效，但是會(huì)導(dǎo)致材料的剛度減小， 這反過來對(duì)部件的機(jī)械性能、耐用性以及耐撞性具有直接的影響。
[0032] 在各個(gè)實(shí)施方式中，本文公開的是包括復(fù)合結(jié)構(gòu)（例如，雙殼復(fù)合結(jié)構(gòu)）的用于汽 車的側(cè)門。復(fù)合結(jié)構(gòu)包括塑料內(nèi)殼和塑料外殼，塑料內(nèi)殼和塑料外殼包括大體單向纖維帶。 如在本文中使用的，大體單向是指這樣的帶，在該帶中，大于或等于50wt. %的纖維（即，基 于帶中纖維的總重量）在與帶的主軸線呈+45°到-45°的角度的方向上定向，其中，主軸 線或長(zhǎng)軸線是最長(zhǎng)的軸線?；旧希篌w單向纖維帶關(guān)鍵的布置（例如，在塑料內(nèi)殼和/或 塑料外殼的局部位置）可用于為雙殼復(fù)合結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)完整性，并且因此也為側(cè)門結(jié)構(gòu)提 供結(jié)構(gòu)完整性。即使在不使用金屬支撐梁的情況下，也可獲得期望的結(jié)構(gòu)完整性。通常， 支撐梁可從前部到后部延伸穿過殼體，并且定向成在撞擊過程中將一部分撞擊載荷轉(zhuǎn)移到 BIW。例如，對(duì)于內(nèi)塑料側(cè)門殼以及外塑料側(cè)門殼，大體單向纖維帶可定向成通過門，即，從 前窗口附近穿過殼延伸至門的后部?？蛇x擇地，大體單向纖維帶可從殼的前部的窗附近斜 向地向下穿過殼而延伸至殼的后部。在如所描述的大體單向纖維帶穿過殼的情況下，能以 高于4分的分?jǐn)?shù)通過（根據(jù)歐洲NCAP側(cè)面撞擊測(cè)試協(xié)議第5. 2版（2011年11月）所執(zhí)行 的）期望的歐洲新汽車安全評(píng)鑒協(xié)議（EuroNCAP)側(cè)面撞擊測(cè)試。理想地，大體單向纖維帶 是還定位在窗框周圍以便為窗框提供結(jié)構(gòu)完整性。
[0033] 這些具有大體單向纖維帶的復(fù)合門結(jié)構(gòu)可不使用金屬支撐結(jié)構(gòu)。換言之，側(cè)門中 僅有的金屬部件可以是用于打開和關(guān)閉窗的齒輪、門把手、將門附接到BIW的鉸鏈或任何 非結(jié)構(gòu)性的金屬部件。
[0034] 雖然人們認(rèn)為，為滿足側(cè)面撞擊標(biāo)準(zhǔn)以及其他歐洲NCAP標(biāo)準(zhǔn)的必要的結(jié)構(gòu)完整 性，需要全部為金屬的門或至少部分為金屬的門（例如鋼），但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了非金屬的解決 方案。已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，通過用塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)代替門中的標(biāo)準(zhǔn)金屬支撐部件能夠滿足測(cè)試 標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)能夠減輕汽車側(cè)門的重量。復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度可比得上鋼門的剛度，從而與鋼門相 比較使門的結(jié)構(gòu)完整性和耐用性的任何上的影響最小化。因此，本文描述的汽車側(cè)門能夠 滿足碰撞載荷和機(jī)械要求的汽車安全標(biāo)準(zhǔn)。此外，與新的整體塑料設(shè)計(jì)相關(guān)的降低的成本 直接壓縮了每個(gè)側(cè)門以及汽車整體的總體制造成本。
[0035] 在一些實(shí)施方式中，用于汽車的側(cè)門包括復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括塑料內(nèi)殼和 塑料外殼。雙殼復(fù)合體的塑料內(nèi)殼和塑料外殼包括纖維增強(qiáng)聚合物材料以及大體單向纖維 帶。纖維增強(qiáng)聚合物材料貫穿塑料內(nèi)殼和塑料外殼的結(jié)構(gòu)定位，而大體單向纖維帶定位在 內(nèi)殼和外殼內(nèi)的關(guān)鍵位置。塑料內(nèi)殼中能夠用大體單向纖維帶增強(qiáng)的元件的實(shí)例包括內(nèi)殼 支撐梁、窗框以及所有的（或可選擇地，部分的）內(nèi)殼主體部分以及包括這些位置中至少一 個(gè)的組合。塑料外殼中能夠用大體單向纖維帶增強(qiáng)的元件的實(shí)例包括外殼支撐梁、窗框以 及所有的（或可選擇地，部分的）外殼主體部分、以及包括這些位置中至少一個(gè)的組合?？?選擇地，內(nèi)殼和外殼不含金屬支撐件。可選擇地，配件（例如，門把手、鎖（或構(gòu)造成接收鑰 匙的鎖的部分））、線路、窗機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌部分和/或揚(yáng)聲器可包括金屬。
[0036] 塑料內(nèi)殼可包括內(nèi)殼支撐梁。可替換地或除此之外，塑料外殼可包括至少兩個(gè)非 相交的外殼支撐梁。內(nèi)殼支撐梁和外殼支撐梁均可包括大體單向纖維帶，例如，用纖維增強(qiáng) 聚合物材料二次成型模制的大體單向纖維帶。
[0037] 纖維增強(qiáng)聚合物材料可包括多種聚合物材料，諸如，例如，熱塑性聚合物、熱固性 聚合物以及它們的組合?？赡艿木酆衔锊牧峡砂崴苄跃酆衔镆约盁崴苄跃酆衔锱c彈性 聚合物和/或熱固性聚合物的組合。可能的熱塑性材料包括聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT); 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS);聚碳酸酯；聚碳酸酯/PBT混合物；聚碳酸酯/ABS混合物； 共聚碳酸醋-聚醋（copolycarbonate-polyesters);丙稀酸-苯乙稀-丙稀腈（ASA);丙稀 腈乙稀 -改性聚丙稀二元胺苯乙稀（acrylonitrile-(ethylene_polypro diamine modified)_styrene) (AES);亞苯基釀樹脂（phenylene ether resins);聚苯釀 / 聚酰胺 的混合物（blends of polyphenylene ether/polyamide);聚酰胺（polymides);聚苯硫醚 (phenylene sulfide)樹脂；聚氯乙稀 PVC ;耐沖擊聚苯乙?。╤igh impact polystyrene) (HIPS);低/高密度聚乙烯（L/HDPE);聚丙烯（PP);和熱塑性烯烴（TPO);以及包括上述材 料中至少一個(gè)的組合。例如，塑料部件可包括Xenoy*樹脂，該樹脂可從沙特基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料 IP私人有限責(zé)任公司（SABIC Innovative Plastics IP B.V.)購買。還設(shè)想的是將諸如泡 沫（例如，發(fā)泡聚丙烯材料（EPP))的材料添加到結(jié)構(gòu)中，例如用于為乘客提供防護(hù)和/或 進(jìn)一步提供門的結(jié)構(gòu)完整性。
[0038] 除了聚合物，纖維增強(qiáng)聚合