CN104837717A - 抗热变形的机动车组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车车身组件(30)，其包括第一面板(31)和具有第二线性热膨胀系数的第二面板(32)，该第二线性热膨胀系数大于第一面板的第一线性热膨胀系数，该车身组件还包括具有第三线性热膨胀系数的连接部件(35)，该第三线性热膨胀系数小于第一线性热膨胀系数，该连接部件固定在第一面板(31)上。

Description

抗热变形的机动车组件
技术领域
本发明涉及机动车车身部件，无论这些部件是静态部件(piècesstatiques)还是活动板件(pièces d'ouvrants)。
背景技术
大多数车身部件由金属、最常见为钢的板材制成。也可见出现了越来越多的由塑料材料制成的车身部件(例如：保险杠、尾门、翼子板等)，这些部件与其余仍然由金属制成的部件(例如：翼子板、引擎罩、车门等)在其接合处共存。
这些由塑料材料制成的部件可能会具有缺陷，这些缺陷首先可见于外部面板处(这是由于外部面板从外部是可见的)，尤其是这样的外部面板的周边处。
已知用不同方法来处理温度作用下的膨胀差异，尤其是由于强光照导致的受热。
由此，已知根据线性热膨胀系数(英文为“Coefficient of LinearThermal Expansion”，缩写为CLTE)来选择构成这些部件的材料。还已知通过在这些部件中布置为了避免过度变形的增强物来制造这些部件。由此，通过调整所涉及的部件的尺寸，尤其调整其厚度或采用肋条的形式，或在这些部件中添加由性能更好的材料制成的增强物来改善这些部件的刚性。
还已知局部地处理缺陷，即在部件边缘处处理缺陷，在部件边缘处间隙不一致和差距过大的高低不平(affleurements)最易可见。
对于构成这些部件的塑料材料，选择是有限的。实际上这是一个为了满足技术规范的各个限制性条款的技术-经济折中。经常地，在技术规范的某些条件下，尤其是在技术规范中明确的极端光照条件下，这些部件过度变形，这导致损害外观，尤其是损害可被感知的间隙和高度平齐的质量。过度变形的面板还会在与这些面板相对的已上漆部件上产生卡死和划痕(rayures)，尤其是在可活动系统的情况下。
为了解决这些缺陷，设计者因此受限于将组件或所组装的组件的总成的尺寸设计得过大，以使其更不易变形，从而使得这些组件或总成更重、成本更高，这因此背离了所追求的用塑料来制造这些组件的初衷。
由此，在尾门、尤其是所谓的“完全由塑料制成的”尾门的情形下，这些尾门由两个主要部件构成：位于车辆内部一侧的内板(caisson)；位于车辆外部一侧的面板。内板和面板一般通过粘接相互组装。内板和面板也与车身连接，并且在铰接件、致动器(vérin)、锁件、周边密封件处承受不同的力。根据使用情况(即尾门关闭、打开、承受高温或被特别用力地关上)，这些不同的力是可变的。面板(该面板经常是上漆的)是在尾门关闭时可见的部件，因此尤其是相对于其周围的车身部件，最容易在面板处观察到出现前述缺陷。在温度作用下，面板会同时出现机械性能降低(即更大的可变形性)以及所用材料的膨胀。
由于在尾门上(即使是处于关闭位置的尾门)由辅助开门的致动器、压在车身上的密封件以及铰接和锚固在车辆上的连接点(例如：铰接件、锁件、尾门在车身上的止动件)同时产生的力，从而使得机械性能的降低导致变形。变形在一般由钢制成并与车身连接的铰接件处特别地大，这是由于铰接件构成尾门的固定(bridage)点。尾门的变形只可能在未紧固区域中发生，例如在铰接件之间或在铰接件以外的地方，即部件边缘。该机械变形之上还附加有膨胀造成的变形。该膨胀存在于面板处，但也存在于内板处，并以有差异的方式存在于这两个组件上，内板和面板可以由不同的塑料构成，内板的线性热膨胀系数一般比面板更小。因此，面板和内板之间的连接，尤其是在面板和内板粘接在一起情况下，受到特别大的力。
为了检验尾门在其温度性能方面的设计，强制性的技术规范一般要求进行试验，该试验在于使尾门、或更具体地说其外部面板和其内板或内部面板构成的整体经受连续的温度变化循环。这些循环的温度变化幅度大约为80摄氏度，但可根据制造商而变化，并且循环大约为15至20次。在该类型的试验中，当下一循环开始时，尾门在膨胀前不总是有时间回复其最初的形状。因此，可观察到每个循环之后的变形积累效应，尾门的变形逐渐加重。
发明内容
本发明的目的在于通过提出一种机动车车身组件来解决上述缺陷，该车身组件具有更好的抗热变形的强度，同时以低成本、用较少的材料就能够制造。
根据本发明，借助于一种机动车车身组件来达到该目的，该车身组件包括具有第一线性热膨胀系数的第一面板和具有第二线性热膨胀系数的第二面板，其中所述第二线性热膨胀系数大于所述第一线性热膨胀系数，其特征在于，该车身组件还包括由具有第三线性热膨胀系数的材料制成的连接部件，其中所述第三线性热膨胀系数小于所述第一线性热膨胀系数，所述连接部件通过至少两个固定点固定在所述第一面板上。
有利地，所述第一面板和所述第二面板被布置为相互重叠。
有利地，所述第一面板为内部面板，而所述第二面板为外部外观面板。
有利地，所述连接部件由包含钢、铝和复合材料的集合中的一种材料制成。
有利地，将所述连接部件固定在所述第一面板上的固定点由以下方式之一实现：定点包覆成型、螺固、铆固、夹固、箍固、爪固。
有利地，所述连接部件由厚度介于0.5毫米至1.5毫米之间的材料片构成。
有利地，所述连接部件具有纵向方向，并且所述连接部件的轮廓具有如下定义的薄度，所述薄度被定义为在垂直于所述连接部件的纵向方向的截面中构成连接部件的轮廓的片的展开宽度与所述片的厚度的比值，所述薄度介于20至80之间。
有利地，所述连接部件的薄度大致等于50。
有利地，将连接部件固定在所述第一面板上的两个连续的固定点之间的间隔介于30至80毫米之间。
有利地，所述将连接部件固定在所述第一面板上的两个连续的固定点之间的间隔大致等于50毫米。
有利地，所述车身组件包括能够处于至少两个不同的位置的活动部件。
有利地，所述车身组件构成活动组件。
有利地，所述车身组件从以下清单中选择：尾门、向下打开的后挡板(也称为“栏板”)、翼子板、引擎罩、侧门、车门槛板、前围板、蒙皮接环(jonc d’habillage)、车顶架、保险杠、扰流板、可开式车顶。
附图说明
阅读以下仅示例性给出并参照附图的说明将更好的理解本发明。在这些附图中：
图1为现有技术中受热膨胀的机动车车身组件的剖视图；
图2为根据本发明的一个实施例的尾门在热膨胀之前沿着水平面的剖视图；
图3为同一尾门在热膨胀之后沿着水平面的剖视图。
具体实施方式
图1以示意图示出了一个机动车车身组件。该组件在图中包含结构部件10，该结构部件在无膨胀的情况下由实线示出，而在其处于暴露在强日光下时则由虚线示出。
结构部件10通过在图中以三角形示出的两个铰接件21和22固定在车辆的车身上。由于车辆的车身由膨胀系数比结构部件10更小的材料制成，铰接件21和22之间具有间隔，该间隔在这里所考虑的光照或无光照的两个情况下是恒定的。由此，结构10具有位于铰接件21和22之间的中央部分11，该中央部分11在水平延展上受铰接件21和22限制。因此，该中央部分11的膨胀表现在向车辆外部的弯曲变形或“鼓起”。由于连续性，车身组件的结构部件10的边缘12和13依照围绕各自铰接件并与之相切的方式向车辆内部偏移。
在图2中示出了一个符合本发明的机动车车身组件，该车身组件在这里为尾门。根据本发明该尾门具有结构部件30，该结构部件本身固定在两个铰接件21和22上，这两个铰接件在图2中也以三角形示出。结构部件30由内板31(也称为内部面板)和外部面板32(也被直接称为面板)构成。通常地，内板31和外部面板32被布置为相互重叠(en recouvrement)。内板和外部面板在这里通过两个边缘粘接区域33和34相互组装在一起。
该由结构部件30构成的尾门还具有连接部件35，该连接部件在这里具有纵梁(longeron)35的形式，该纵梁重叠在内板31上延伸。纵梁35被布置为贴着内板31朝向面板32的表面，由此，纵梁35位于内板31和面板32之间。因此，无论是从车辆的外部还是内部，纵梁35都是不可见的。纵梁35通过一系列固定点36固定在内板31上，这些固定点沿纵梁的长度上分布。由此，当内板31在热量作用下膨胀时，内板倾向于主要在其长度方向上拉长纵梁35。纵梁35由热膨胀系数CLTE小于内板31的材料制成。内板31的膨胀力因此被转移到纵梁35上并被该纵梁吸收，该膨胀力仅非常少地传递到面板32和铰接件21和22上。设置该纵梁35能够抵抗内板31的膨胀。这里所述的纵梁35没有与铰接件21和22直接连接，但作为变型，纵梁可以与铰接件21和22直接连接，这能够赋予纵梁更大的刚性。
如图3所示，借助于内板31在纵梁35上沿纵梁长度分布的各个固定件36，在水平优选方向上阻止了内板的整体膨胀(至少本发明人在所述的实施例为尾门时观察到是这样的)。这种布置足以大大限制尾门的整体膨胀。
诚然在连续的连接点36之间出现了轻微的局部鼓起效应37，但是其幅度相对于不包括这样的纵梁的同一尾门是非常小的，并且内板31的这种局部变形没有被传递给面板32。
因此，在这里，车身组件中为抵抗膨胀变形而处理过的部分为尾门的内部结构性部分，该内部部分一般称为内板或内部面板。该内部部分是结构性的，这是因为该内部部分最初的作用在于承载可见的外部面板，并一般具有比由塑料制成的外部面板更小的线性热膨胀系数。尽管通过设置纵梁处理的部分由于其受光照更少并且线性热膨胀系数更小因而是最不受热膨胀约束的部分，对该内部部分(在这里为内板31)的处理被证实尤其减小了结构部件30的整体变形，间接但特别有效地减小了面板32的可见的变形，该面板32在这里为外观部件，即使用者可见的部件。此外，当恢复到初始温度时纵梁35变现为可起到恢复弹簧的作用。由此，纵梁帮助结构部件30更快速地恢复其初始几何形状，该作用在温度循环试验中更加有意义。
纵梁35通过对纵向变形的简单的抵抗性而阻止内板31的整体膨胀，并由此消除内板31的整体鼓起。由于纵梁主要通过抵抗纵向变形来工作，因此纵梁不再需要作为结构性增强物来确定尺寸。纵梁主要通过两个连续的连接点36之间的局部牵拉来工作，其横向尺寸因此可以是特别小的。
内板31和纵梁35之间的固定连接可以通过定点包覆成型、螺固、铆固、夹固、箍固、爪固或其他固定方式来实现。连接部件35和结构部件30的其余部分之间的固定连接36可以通过利用例如分散的固定点来简单地实现，例如可能已经存在于结构部件30中的内板31处的肋条的顶点。
纵梁35仅需要具有纵向刚性，而其弯曲刚性(raideur flexionnelle)则可以仍是特别小的，纵梁35因此可以限于具有细长截面的元件。因此，相对于常用于加固面板的结构性增强物，纵梁具有小的添加重量，并因此与用塑料材料制造车身元件以减轻车辆重量的初衷是一致的。
在该示例中，以折叠成具有U形截面的钢片的形式实现纵梁。该钢片具有0.5毫米的厚度，并且所用的钢具有等于1.1x 10- 5的线性热膨胀系数。纵梁35还具有量级大约为50的薄度(即在横截面中其截面的展开宽度与构成该截面的片的厚度的比值)。该薄度的数值优选地介于20至80之间，以达到足够的弯曲刚性和重量轻之间的良好的折中。此外，纵梁35可以具有呈多种形状的横截面，例如矩形截面或在本示例中的U形截面。纵梁还可以具有呈更复杂的形状的截面。
在该实施例中，板32由复合材料制成，该复合材料在这里为含40％玻璃纤维的聚丙烯即PP40％FV。内板31在这里具有3.5毫米的厚度和4x 10- 5的线性热膨胀系数。
内板31和纵梁35之间的固定点36在这里间隔大约50毫米。这些固定点优选地间隔介于30毫米至80毫米之间，优选地该间隔最少为30毫米。
作为变型，纵梁35可以由铝制成，铝具有2.6x 10-5的线性热膨胀系数。纵梁还可以由复合材料制成，例如由片状模压料(英语“SheetMoulding Compound”，缩写为SMC，或法语“composé à moulage defeuille”)类型的复合材料制成。这种复合材料一般具有1.5x 10-5的线性热膨胀系数。内板31和纵梁35的厚度选择根据所用材料的杨氏模量(module d'Young)及其工业实践的可行性而适应于所用材料。对铝来说，构成纵梁35的片的厚度有利地为大约0.8毫米，而对于SMC复合材料来说，片的厚度有利地为大约1.5毫米。
为了纵梁35实施牵拉，最少设置两个与内板的固定点36就够了，但优选地设置更多的固定点。两个连续固定点36之间的大约为50毫米的间距能够特别有效地在内板31并因此在车身组件整体上增强硬度(rigidification)。有利地，两个固定点36之间的间隔在30毫米至80毫米之间，该间隔也适用于凸肚(galbée)形几何形状或具有高度变化的几何形状的情况。
这种对变形的控制允许内板31和面板32在材料上有其他选择。该控制还允许减少有时集成在这些元件中以抵抗其变形的结构性尺寸设置，例如增大的厚度或使用肋条。该控制还允许减少和/或消除有时设置在面板32中的额外的结构性增强物。
连接部件35在这里具有纵梁的形式，但作为变型，该连接部件还可以具有不同的形式，其重量小于现有技术提出的结构性解决方案并因此能够减轻车身组件整体的重量。
该类型的解决方案并不仅适用于尾门或这里描述的尾门的上述区域，其更广泛地适用于尾门的所有区域以及车辆的其他可以部分或完全由塑料材料制成的车身组件，比如翼子板、引擎罩、侧门、车门槛板、前围板、蒙皮接环(jonc d’habillage)、车顶架或者保险杠。
本发明不限于在这里描述的实施例，其他实施例对于本领域的技术人员是明显的。

Claims (13)

1.一种机动车车身组件(30)，其包括具有第一线性热膨胀系数的第一面板(31)和具有第二线性热膨胀系数的第二面板(32)，所述第二线性热膨胀系数大于所述第一线性热膨胀系数，其特征在于，所述车身组件还包括由具有第三线性热膨胀系数的材料制成的连接部件(35)，所述第三线性热膨胀系数小于所述第一线性热膨胀系数，所述连接部件(35)通过至少两个固定点(36)固定在所述第一面板(31)上。
2.如权利要求1所述的组件，其中，所述第一面板(31)和所述第二面板(32)被布置为相互重叠。
3.如权利要求1或2所述的组件，其中，所述第一面板(31)为内部面板，而所述第二面板(32)为外部外观面板。
4.如上述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述连接部件(35)由选自包含钢、铝和复合材料的集合的材料制成。
5.如上述权利要求中任一项所述的组件，其中，将所述连接部件(35)固定在所述第一面板(31)上的所述固定点(36)由以下方式之一实现：定点包覆成型、螺固、铆固、夹固、箍固、爪固。
6.如上述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述连接部件(35)由厚度介于0.5毫米至1.5毫米之间的材料片构成。
7.如上述权利要求中任一项所述的组件，其中，所述连接部件(35)具有纵向方向，并且所述连接部件的轮廓具有如下定义的薄度，所述薄度被定义为在垂直于所述连接部件(35)的纵向方向的截面中构成所述连接部件的轮廓的片的展开宽度与该片的厚度的比值，所述薄度介于20至80之间。
8.如权利要求7所述的组件，其中，所述连接部件(35)的薄度大致等于50。
9.如上述权利要求中任一项所述的组件，其中，将所述连接部件(35)固定在所述第一面板(31)上的两个连续的固定点(36)之间的间隔介于30毫米至80毫米之间。
10.如权利要求9所述的组件，其中，所述将所述连接部件(35)固定在所述第一面板(31)上的两个连续的固定点(36)之间的间隔大致等于50毫米。
11.如上述权利要求中任一项所述的机动车车身组件(30)，其包括能够处于至少两个不同位置的活动部件。
12.如权利要求11所述的机动车车身组件(30)，其构成活动组件。
13.如上述权利要求中任一项所述的机动车车身组件(30)，其选自以下列表：尾门、向下打开的后挡板(也称为“栏板”)、翼子板、引擎罩、侧门、车门槛板、前围板、蒙皮接环、车顶架、保险杠、扰流板、可开式车顶。
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