CN105015462A - 架构化汽车防撞梁 - Google Patents

Abstract

本申请涉及架构化汽车防撞梁。用于车辆的具有微桁架芯的弯曲夹心撞击结构。在一个实施例中，该夹心撞击结构包括夹在两个面薄板之间的微桁架层、在其中一个面薄板的外部上的设计用于吸能的微桁架层、和与该吸能微桁架层接触的车身外饰板件面板。

Description

架构化汽车防撞梁

技术领域

本发明总体涉及弯曲夹心撞击结构，并且更具体地涉及包括夹在顶部蒙皮和底部蒙皮之间的微桁架芯的弯曲撞击结构，所述芯具有在顶部蒙皮的外部上的吸能微桁架层。

相关技术的讨论

           现代车辆都装备有数个防撞梁，这些防撞梁提供了抵抗与物体，例如其他的车辆，之间的碰撞和撞击的结构完整性。尤其是，防撞梁传统上被用在车辆设计中以通过在发生撞车时变形吸能并且把被应用的动态载荷分布到该车辆上的其它吸能子系统来保护占用者免受前面、侧面和/或后面撞击。例如，已知在车辆上前能量管理或保险杠组件、后能量管理或保险杠组件和侧撞击组件中提供防撞梁。在车辆的前面和后面的防撞梁通常被称为保险杠梁，并且在车辆的侧面上的防撞梁有时被称为防侵入杆。在所有情况下，期望提供质量小、弯曲刚度和强度高、且每单位质量吸能高的防撞梁。这个重量小的要求是由燃料经济性标准以及防撞梁被定位成离车辆的质心非常近和非常远的事实提出的。如果想要防撞梁能承受低速撞击而不损坏并且在高速撞击事件的全部持续时间中都传输撞击载荷，最大化弯曲刚度和强度就是必须的。另外，高水平的吸能实现了向车辆的占用者的能量转移的减少，因此增加了安全性。

在一个已知的车辆前能量管理系统中，防撞梁包括顶部面薄板和底部面薄板以及内部结构芯以通过重量轻和成本有效的方式提供高能量撞击阻力。通常，用于这种系统的防撞梁包括铝、钢、碳纤维等的层，这些层被挤压成型、滚轧成型等。硬吸能层可被形成在防撞梁上，该硬吸能层在更接近车身外饰板件的一侧上具有车身外饰板件装饰板的大致形状并且在更接近防撞梁的一侧上具有防撞梁的前面的大致形状。软吸能层此后被形成在硬吸能层上并且前车身外饰板件面板此后被设置在软吸能层上。硬吸能层和软吸能层的组合提供了在防撞梁和前车身外饰板件面板之间的过渡，从而允许该系统符合前车身外饰板件面板的期望形状，该期望形状可能具有由车辆款式所要求的明显的角度和形式。硬吸能层和软吸能层还提供了在车身外饰板件面板和防撞梁之间的过渡以有效地吸收低速撞击而不损坏系统整体性。

本领域已知提供具有夹心结构的车辆防撞梁。这些现有技术的防撞梁可基本上被分成三种设计，即，完全或部分地由聚合物或金属泡沫加强的中空梁、由蜂窝状多孔芯加强的单个或双侧面薄板、以及成形复合防撞梁。对于中空金属或聚合物基质复合管结构，这些结构完全或部分地由轻质泡沫芯加强，用于该芯的材料可以是金属的或聚合物的泡沫，该泡沫被粘合、机械附接或干涉配合到所述管结构内。所述芯的目的是在低速或高速撞击时承载所述夹心结构中的剪切载荷和吸能，这种不同取决于泡沫的密度和组成。使用蜂窝或蜂窝状排列的多孔芯来给一个或两个平坦面薄板提供加强具有侧面开放夹心设计并具有蜂窝、不连续强化或葡萄酒板条箱结构，所述结构从防撞梁的前面向后朝着车辆的客舱延伸。如果第二面薄板没有被包括在芯和客舱之间，那么芯材料必须是相对密实的，因为它提供了弯曲刚度中的大部分给邻近剪切载荷传递的结构。

对于连续的或不连续的纤维加强的聚合物基质复合防撞梁，基质材料可以是通过树脂传递模塑、压缩模塑、吹塑、或其它类似制造工艺引入的热塑性或热固性聚合物。

本领域还已知的是制造光聚合物波导管的三维网络，所述三维网络具有统一的桁架或格子架构，此后被等同地称为微桁架或微格子。例如，美国专利 7653279和7382959公开了制造这种微桁架结构的过程。总的来说，该过程包括提供装有一定体积的可固化单体并由包括被策略地定位的小孔的面具覆盖的容器或模具。UV光源被相对于该面具定位并且通过面具小孔暴露给平行的UV光形成了一系列的互连的自传播光聚合物波导管，在本文中被称为支柱，以形成所述桁架或格子架构。一旦形成了光聚合物波导管，就将容器中的没有被暴露给UV光的未聚合的单体排空。微桁架结构此后可经历固化后操作以增加光聚合物波导管中的交联密度。这种后固化可通过热固化、额外的暴露给UV光、等效的方法或它们的组合实现。

发明内容

本公开描述了用于车辆的具有微桁架芯的弯曲夹心撞击结构。在一个实施例中，该夹心撞击结构包括夹在两个面薄板之间的微桁架层、在其中一个面薄板的外部上的设计用于吸能的微桁架层、和与该吸能微桁架层接触的车身外饰板件面板。

通过结合附图理解下面的描述和所附的权利要求能够容易理解本发明的另外的特征。

本申请还提出了如下方案：

方案1. 一种结构组件，包括：

              不易弯曲的微桁架层，该层包括基部薄板和在该薄板上形成的微桁架芯；以及

              顶部薄板，其与所述基部薄板相对地被固定到所述微桁架芯以形成微桁架夹心结构。

方案2. 如方案1所述的结构组件，还包括吸能微桁架层，该吸能微桁架层包括所述顶部薄板和形成在该顶部薄板上的微桁架芯，所述吸能微桁架层的硬度不及所述不易弯曲的微桁架层，所述结构组件还包括面板，所述面板与所述顶部薄板相对地固定到所述吸能层的所述微桁架芯。

方案3. 如方案2所述的结构组件，其中所述顶部薄板具有不同于所述基部薄板的形状。

方案4. 如方案2所述的结构组件，其中所述不易弯曲的微桁架层和所述吸能微桁架层都是弯曲的层。

方案5. 如方案4所述的结构组件，其中所述吸能微桁架层具有比所述不易弯曲的微桁架层更高程度的曲率。

方案6. 如方案2所述的结构组件，其中所述吸能微桁架层的硬度由于所述层的厚度、微桁架支柱的直径、所述支柱的间距、所述支柱的朝向和构成所述支柱的材料中的一个或多个而不及所述不易弯曲的微桁架层。

方案7. 如方案2所述的结构组件，其中所述顶部薄板在所述不易弯曲的微桁架芯的表面处被胶粘到微桁架支柱的端部。

方案8. 如方案7所述的结构组件，其中所述吸能微桁架层和所述不易弯曲的微桁架层在它们被固定在一起之前是通过分开的微桁架制造过程形成的。

方案9. 如方案1所述的结构组件，其中所述基部薄板和所述顶部薄板中的一个或多个在用于形成所述微桁架层的光的波长上是透明的。

方案10. 如方案1所述的结构组件，其中所述基部薄板和所述顶部薄板选自由热塑性薄板、热固性薄板、铝薄板、钢薄板、玻璃纤维复合材料薄板和碳纤维复合材料薄板组成的组。

方案11. 如方案1所述的结构组件，其中所述顶部薄板和所述基部薄板是不同的材料。

方案12. 如方案1所述的结构组件，其中所述结构组件是车辆能量管理保险杠系统。

方案13. 如方案1所述的结构组件，其中所述结构组件是车辆侧部防侵入杆。

方案14. 一种车辆能量管理保险杠系统，包括：

              弯曲的不易弯曲的微桁架层，该层包括基部薄板和在该薄板上形成的具有聚合支柱的微桁架芯；

              弯曲的吸能微桁架层，其包括基部薄板和在该薄板上形成的具有聚合支柱的微桁架芯，所述吸能微桁架层的硬度不及所述不易弯曲的微桁架层，并且所述吸能层的基部薄板具有不同于所述不易弯曲的层的基部薄板的形状，所述吸能层的基部薄板与所述不易弯曲的层的基部薄板相对地被固定到所述不易弯曲的微桁架层芯；以及

              前车身外饰板件面板，其与所述吸能层的基部薄板相对地被固定到所述吸能层的微桁架芯。

方案15. 如方案14所述的保险杠系统，其中所述基部薄板选自由热塑性薄板、热固性薄板、铝薄板、钢薄板、玻璃纤维复合材料薄板和碳纤维复合材料薄板组成的组。

方案16. 如方案14所述的保险杠系统，其中所述吸能层的基部薄板和所述不易弯曲的层的基部薄板是不同的材料。

方案17. 如方案14所述的保险杠系统，其中所述基部薄板中的一个或多个在用于形成所述微桁架层的光的波长上是透明的。

方案18. 如方案14所述的保险杠系统，其中所述吸能微桁架层具有比所述不易弯曲的微桁架层更高程度的曲率。

方案19. 如方案14所述的保险杠系统，其中所述吸能微桁架层的硬度由于所述层的厚度、微桁架支柱的直径、所述支柱的间距、所述支柱的朝向和构成所述支柱的材料中的一个或多个而不及所述不易弯曲的微桁架层。

方案20. 如方案14所述的保险杠系统，其中所述吸能基部薄板在所述不易弯曲的微桁架芯的表面处被胶粘到支柱的端部。

方案21. 如方案20所述的保险杠系统，其中所述吸能微桁架层和所述不易弯曲的微桁架层在它们被固定在一起之前是通过分开的微桁架制造过程形成的。

方案22. 一种用于提供车辆结构组件的方法，所述方法包括：

              通过透过面具辐射填充有液体光单体树脂的外壳以由被固定到基部薄板的多个互连的光聚合物波导管形成微桁架结构来制造不易弯曲的微桁架层；

              通过透过面具辐射填充有液体光单体树脂的外壳以由被固定到基部薄板的多个互连的光聚合物波导管形成微桁架结构来制造吸能微桁架层，其中所述吸能微桁架层的所述微桁架结构的硬度不及所述不易弯曲的微桁架层；以及

              将所述吸能微桁架层的所述基部薄板固定到所述不易弯曲的微桁架层的所述微桁架结构。

方案23. 如方案22所述的方法，还包括将前车身外饰板件面板与所述吸能层的基部薄板相对地固定到所述吸能层的微桁架结构。

方案24. 如方案22所述的方法，其中所述不易弯曲的微桁架层和所述吸能微桁架层都是弯曲的层。

附图说明

图1是车辆的俯视图，其示出了车辆上可提供防撞梁的位置；

图2是横截面型视图，其示出了车辆的已知的前保险杠能量管理系统；

图3是弯曲防撞梁的等轴图，该防撞梁包括顶部面薄板和底部面薄板以及它们之间形成的微桁架结构；

图4是适合于本文中描述的各种微桁架结构的微桁架架构的等轴视图；

图5是横截面型视图，其示出了车辆的前保险杠能量管理系统，该系统包括两个微桁架层；

图6是包括两个微桁架层的能量管理系统的分解侧视图；

图7是微桁架结构和外壳的等轴视图；

图8是在图6中示出的结构被滑入支撑结构中的分解等轴视图；以及

图9是在图8中示出的并且被切成几段以使其可弯曲的微桁架结构的等轴视图。

具体实施方式

对本发明的实施例的下面的讨论涉及结构撞击组件，该结构撞击组件包括两个不同的微桁架层，这种讨论本质上仅仅是示例性的，并且决不是用来限制本发明或者其应用或使用。尤其是，本文公开的结构撞击组件具有用于汽车撞击结构组件的特定应用。不过，如本领域技术人员意识到的，所公开的结构撞击组件可具有其它的应用。

如下面将具体讨论的，本发明提出了数种结构和相关的方法以给汽车防撞梁组件提供夹心构造，该夹心构造包括架构化芯材料，在本文中被称为微桁架结构或微桁架芯。架构化芯材料包括一组重复的有序三维聚合物波导管。虽然夹心结构在车辆防撞梁领域是已知的，但是将本发明与其它设计区别开来的是微桁架夹心芯的使用和形成过程。如将讨论的，带有架构化微桁架芯的夹心结构能实现到目前为止使用已知的方法不可能实现的防撞梁能力和性能。

鉴于微桁架芯材料能实现对材料的空间布置的准确控制，微桁架芯材料与替换的随机夹心芯材料，例如金属或聚合物泡沫，相比拥有增加的刚度和强度。在夹心芯中的更高的刚度和强度导致了在低速撞击事件中修理成本的减少。微桁架芯材料与其它高强度和高刚度芯材料，例如金属或复合蜂窝，相比可以低得多的成本制造。因为微桁架芯是就地形成的并且被直接粘结到弯曲的表面、紧固件和倾斜面上，所以其消除了对与蜂窝芯有关的高成本的二次机加工和多阶段粘合操作的需要。微桁架制造过程能使用单种材料在所有三个维度上实现功能分级、芯的物理和机械性质的空间控制，这是使用所有其它夹心芯不可能实现的，其它的夹心芯都具有在该芯的不同位置处的均匀的物理和机械性质。在一个防撞梁中，功能分级可被用于在该梁的局部区域提供增强的结构支撑，例如附接点、梁中段或可能的撞击位置。聚合物微桁架芯材料可被集成到包含铝、钢或碳纤维加强的聚合物面薄板、它们的任意组合的夹心设计中，而不需要防腐蚀设备或涂层。对于诸如铝蜂窝或泡沫的芯材料来说却并非如此，这些芯材料在被应用到钢或碳纤维加强聚合物时要求电保护。前和后防撞梁的表面经常覆盖有软吸能层以防止在低速撞击条件下对行人造成伤害。这种吸能材料是在该梁的制造之后添加的，因此增加了零件个数和制造复杂性。相比之下，同样的微桁架过程可被用于通过改变每一层中光聚合物波导管的厚度、朝向、密度和化学组成来形成软吸能层和硬吸能层。在夹心构造的制造过程中在防撞梁的外部上形成一体的吸能层节约了时间、成本并减少了相关的零件个数。

使用夹心构造，尤其是带有微桁架芯的夹心构造，还打开了防撞梁的形成仅使用一大块金属形成纤维加强聚合物复合材料所不能制造的几何形状的设计空间。夹心设计能通过利用金属或复合面薄板材料的简单形状来建立复杂几何形状的夹心来绕开挤压、拉挤、冲压、和层压过程的固有限制。

在夹心构造中，微桁架芯的结构导致了与现有技术随机芯材料相比更高的刚度和强度。额外地，微桁架架构允许梁的性质在空间上被定制以满足预期的撞击条件。在整个梁上对微桁架芯的性能进行功能分级的能力确保了最高水平的结构效率，即材料仅被放置在需要它的地方。本文中给出的制造方法还提供了相对于之前的夹心防撞梁制造方法的显著改进。微桁架的净形状形成导致了与由为了包含蜂窝结构而要求的劳动密集型机加工和多阶段粘合操作产生的等效性能蜂窝芯相比更低成本的结构。另外，相同的微桁架制造过程能被用于将额外的零件，例如前和后吸能垫，集成到防撞梁的结构中，从而减少了零件个数和制造时间。

 沿着长度方向，防撞梁可具有非棱柱形横截面，其中该横截面可沿着该长度通过改变面薄板的厚度、芯的厚度，或者改变芯的密度、架构或组成而变化，即功能分级。在本发明的某些实施例中，梁具有沿着一个轴线的曲率，使得夹心横截面的表面法线向量沿着梁的长度不是彼此平行。在额外的实施例中，该梁可以是笔直的，使得全部的梁横截面表面法线沿着梁的长度尺寸是平行的。在一个实施例中，防撞梁的宽度尺寸相对于空气流或流体流被密封，使得构成梁的外表面的两个面薄板形成了封闭的周长。替换地，该梁的横截面可以是开放的，使得顶部面薄板和底部面薄板不连接并且仅由架构化芯附接。

在形成了夹心防撞梁的芯的架构化微桁架材料的基础上，其它的微桁架材料可被包含在梁的顶部面薄板表面处以起到吸能垫材料的作用。这些吸能桁架层仅在一侧被所述面薄板支撑，面向外面的表面不被约束或者被粘结到薄面薄板上。通常，与用于防撞梁夹心芯的桁架材料相比，这些吸能桁架材料由不同的聚合物化学构成，使得外部吸能材料比内部结构加强芯更加顺从。

在防撞梁的设计中，机械附接或支撑硬件特征可被添加到该梁也将其联接到周围的车辆结构或者在撞车时提供功能。尤其是，可直接围绕带内部或外部螺纹的插入件形成微桁架芯，所述插入件穿过一个或两个面薄板表面来为机械附件提供定位。拖拽凸耳设备也可被添加到夹心防撞梁结构以在车辆失灵时提供硬点实现拖拽线附接。拖拽凸耳设备可被紧固到防撞梁，使用前面提到的紧固件集成过程，被直接粘合到面薄板或者如果夹心面薄板的其中一个是金属的话直接焊接到该梁。

连续碳纤维加强聚合物基质复合材料可被用于形成夹心防撞梁的面薄板。不过，本文描述的微桁架制造过程与各种不同的材料兼容，这些材料包括不连续碳纤维复合材料、连续或不连续玻璃纤维复合材料、非加强聚合物、铝合金、结构钢、或它们的任意组合。这意味着防撞梁中的两个面薄板都可由相同的材料构成或者它们可由不相似的材料构成。后一种情况在确定材料选择的关键性质（例如，刚度、质量、成本、可成形性等）对于两个面薄板来说是不同的时候是非常有益的。不过，如果不相似的材料被用于面薄板，那么可能要求开放横截面设计以防止面薄板本身而不是芯之间的电腐蚀或者类似材料能力问题。

在夹心防撞梁中的微桁架芯结构是由自传播聚合物波导管的有序三维网络构成的，该波导管是使用通过面具中的多个小孔以规定的朝向受控地暴露给平行的UV光源而发展的。任何显示出自传播现象的UV可固化的光单体或它们的混合物可被用来形成微桁架或微格子架构。替换地，可使用前面提到的光聚合技术来形成微桁架并且此后通过电或无电镀敷、反向铸造、气相沉积、氧化、浸渍涂敷、溅镀、或其它的合适过程将该微桁架转变或增大为不同于初始光聚合物的中空或实心金属、陶瓷、或聚合物材料。在防撞梁制造过程的某些实施例中，微桁架芯在两个夹心面薄板中的一个上直接发展。然后使用被应用到第二面薄板和/或该微桁架的粘合剂材料将第二面薄板连接到该芯。这个粘合剂可由单个或多个部分糊构成以形成一薄片连续的膜。额外的材料，例如玻璃、薄棉布或句法填料，可被添加到该粘合剂以维持对粘合线厚度的控制。

顶部面薄板和底部面薄板的制造是生产本文概述的防撞梁的第一步。在一个实施例中，这些面薄板由连续碳纤维加强的由拉挤型材生产的热固性或聚合物复合材料。在这些实施例的基础上，所述面薄板可被生产为带有不连续碳纤维加强、连续或不连续玻璃纤维加强、热塑性聚合物基质、非加强的聚合物、金属面薄板、诸如钢、铝合金等，或它们的任意组合。因此，适合于每种类型的材料的制造方法可被用于生产面薄板，包括但不限于，热成型、喷洒、注射成型、树脂传递成型、吹塑成型、冲压、铸造、弯曲成型、滚轧成型、拉伸成型、拉拔等。

顶部面薄板和底部面薄板被形成以获得开放或封闭的夹心轮廓。另外，每个面薄板沿着梁的长度可具有棱柱形或非棱柱形横截面，这取决于梁的设计和用于形成该梁的制造过程的能力，即，拉挤面薄板必须是棱柱形的。助粘剂或转变涂层也可被应用到面薄板的与微桁架芯接触的表面从而形成高强度粘合剂粘合。

当防撞梁设计包含了沿着一个或多个轴线的曲率时，一种引入曲率的方法是以平坦的面薄板材料开始并且在形成微桁架芯之后将所述材料形成为最终的弯曲形状。在这种情况下，顶部面薄板和底部面薄板在芯的发展之前都不包含任何初始的曲率。在另外的实施例中，面薄板材料拥有初始的曲率，即不是被形成为是平坦的，而是在微桁架制造过程中被固定成平坦形状，并且此后在从固定装置上释放时允许恢复到它们的弯曲形状。

在防撞梁制造方法中的下一步是直接在面薄板的一个或全部两个上直接形成微桁架芯形状。微桁架形成过程由如下步骤组成：将光单体溶液放置在与其中一个面薄板接触的模具中，用面具遮蔽所述面薄板和模具的相对表面上的二维区域，通过带图案的面具以特定的朝向使液体单体暴露给平行的UV光源，以及此后移除该面具、模具和过量的单体以生产网络状三维聚合物结构，该结构粘合到所述面薄板中的一个或全部两个的表面。如果夹心结构中的一个面薄板在用于形成微桁架的平行光的波长上是透明的，那么整个夹心结构可通过使单体通过透明面薄板暴露给UV光源而在单个操作中被形成。接着，在这个实施例中，微桁架形成并粘结到与单体接触的两个面薄板表面上。如果两个面薄板在用于形成微桁架的平行光的波长上都不是透明的，那么一个面薄板必须被使用下面描述的二次过程固定到被暴露的微桁架表面。

如果面薄板初始是弯曲的，那么其中一个面薄板必须在形成微桁架之前以平坦的构造被固定。相反，如果面薄板初始是平坦的，那么不要求额外的固定。如果夹心防撞梁包含封闭的截面设计，那么在梁的封闭侧上就不要求包含液体单体树脂的模具，但是如果这些截面是开放的，那么仅在梁的端点处要求所述模具。在微桁架形成过程中，带内部或外部螺纹的紧固件插入件可被插入到液体单体中以形成所述芯中的就地粘结的机械附接点。

不管梁的曲率、透明性、和横截面性质如何，在在其中一个面薄板上形成芯之后，过量的单体树脂、模具、和图案面具都被去除。模具和面具此后被清洁以再利用并且未被聚合的树脂可被再循环并用于形成随后的防撞梁的芯。然后使用短时间暴露给高强度UV光以将微桁架结构完全聚合并将其固定为最终构造来对三维网络状聚合物微桁架结构进行后固化。替换地，后固化可通过热方式完成，即，在炉中。在这个后固化过程之前，微桁架可仍经历变形而不在芯中引入残余应力状态。因此，如果防撞梁被设计带有绕一个或多个轴线的曲率并且面薄板材料是以平坦形式生产的，固定装置可被用来在芯的后固化之前对梁赋予要求程度的曲率。一经后固化，梁就被从固定装置移除，刚硬的、后固化的微桁架芯维持了所赋予的曲率。相反，如果面薄板初始被形成为弯曲形状，那么此后后固化就被独立地执行。

一旦微桁架芯被后固化成其最终形状并且如果两个面薄板都是不透明的，那么通过将顶部面薄板粘结到微桁架芯来组装夹心防撞梁，如果使用的是封闭截面设计，那么还将顶部面薄板粘结到底部面薄板。然而，在微桁架芯和底部面薄板之间的粘合剂粘合是在微桁架形成过程中直接形成的，在顶部面薄板和微桁架之间的粘合要求二次操作。在一个实施例中，这个二次操作包含在微桁架和底部面薄板的暴露的顶部表面上浸渍或辊涂敷一层糊状粘合剂，并且此后将顶部面薄板放置成与这个粘合剂层接触。顶部面薄板的粘合表面可具有在这个组装步骤之前就被施加的转化涂层、底漆或其它助粘剂。在额外的实施例中，其它的粘合或连接操作可被用于将顶部面薄板固定到微桁架芯和底部面薄板，这包括但不限于，熔焊、超声焊接、粘合剂膜粘合、摩擦焊接、喷洒粘合剂粘合、干涉配合、机械附接等。要注意的是，应用到微桁架/顶部面薄板的连接方法不一定与应用到顶部面薄板/底部面薄板的相同。

在额外的实施例中，在顶部面薄板粘结到防撞梁之前，一个或多个微桁架结构被添加到夹心结构的顶部面薄板上。这些额外的微桁架结构起到硬或软吸能层的作用，从车辆面向外部以保护可能在动态事件中与防撞梁接触的行人。这些吸能层以与结构微桁架芯被添加到底部面薄板完全相同的方式被添加到顶部面薄板。

一旦顶部面薄板被应用到防撞梁之后，就应用最后修饰操作以整合上面描述的潜在特征。例如，减少性机加工操作可被执行以剪掉防撞梁的一部分或者提供用于从芯排出水分的孔。另外，支撑支架或机械附件可被添加以允许防撞梁与周围的车辆部件连接并向其传递载荷。如果拖拽凸耳被包括在防撞梁设计中，那么它也在这个阶段通过机械紧固件或者通过粘结或焊接被附接到面薄板。

图1是包括前保险杠防撞梁12、后保险杠防撞梁14和侧面撞击防侵入梁16的车辆10的俯视图。图1中示出的车辆10的视图用来给出下面讨论的发明的背景以示出在车辆10上的位置，在所述位置中高耐撞击、但低重量的结构梁通常被设置在车辆上。

图2是上面简要讨论的类型的已知的前能量保险杠和管理系统20的横截面型视图。能量管理系统20包括前车身外饰板件面板22并且是车辆的前保险杠的前脸，前车身外饰板件面板22具有用于特定车辆风格的设计和构造。车辆的车身外饰板件可具有各种不同的形状、大小和材料，并且通常非常薄、重量非常轻。例如，车身外饰板件面板22可以是薄热塑性材料，该材料被构造成具有视觉上有吸引力的外观表面，这可通过任何合适的塑料成型过程形成。车身外饰板件面板22可具有任何合适的形状，这包括硬角，例如由折痕24代表的。

能量管理系统20包括在该系统20的后部的防撞梁26，其提供了系统20的对抗撞击的主要结构完整性，从而更好地保护车辆占用者。防撞梁26可以是本领域中已知的任何合适的防撞梁，例如被挤压成型或滚轧成型的铝或钢的防撞梁。硬吸能层28，例如高密度结构泡沫，被固定到防撞梁26，例如通过机械干涉、胶等，并且提供了在防撞梁26和车身外饰板件面板22之间的过渡，防撞梁26通常具有略微弯曲的构造，该构造容易能够通过其形成过程生产，车身外饰板件面板22弯曲的程度更高。硬吸能层28还提供了在撞击，通常是低能量或低速度撞击过程中的吸能。软吸能层30被粘附到硬吸能层28，例如通过机械干涉、胶等，并且可以是更软的泡沫层，该层支撑车身外饰板件面板22、提供在与行人相作用期间减轻伤害的垫并且提供了具有对小碰撞的“弹性”的层。车身外饰板件面板22靠在软吸能层30上。

本发明提出了采用微桁架夹心结构和梁组件用于车辆上的结构和/或能量管理系统，例如前能量管理系统20。如将被讨论的，所提出的采用微桁架结构的能量管理系统将消除了对防撞梁26、硬吸能层28和软吸能层30这三个单独的部件的需要，从而减少了成本和损害性能的重量。

图3是微桁架芯夹心梁40的等轴视图，梁40包括顶部面薄板42，例如铝或碳纤维复合材料层，和底部面薄板44，也是铝或碳纤维复合材料层，其中面薄板42和44不一定是由相同材料制成的，并且梁40具有整体上的弯曲形状。包括聚合的支柱48的微桁架结构46通过本领域技术人员已知的微桁架制造过程被形成在底部面薄板44上。顶部面薄板42此后通过将薄板42胶粘或热粘结到支柱节点而被固定到支柱节点，所述支柱节点限定了支柱48的由微桁架制造过程提供的被连接的端部。在这个实施例中，梁40在边缘处被边缘面板32封闭，边缘面板可以是薄板42或44中任一个的折叠部分或者是焊接或粘结到薄板42和44或通过一些其它手段固定到其上的单独的面板。

图4是微桁架结构34的等轴视图，该结构包括通过已知的微桁架制造技术形成的本文所讨论类型的聚合支柱36，并且适合于微桁架结构46以及本文讨论的各种其它的微桁架结构。节点38被描述在结构34的顶部表面处。

图3中的梁40被用来作为可被提供在本文描述的车辆防撞梁组件中的弯曲梁的类型的一般代表。微桁架制造过程可被构造和提供使得微桁架结构46可被形成在高度地且复杂地弯曲支撑薄板或面板上。图5是前能量管理系统50的横截面型视图，前能量管理系统具有前车身外饰板件面板52，该车身外饰板件面板具有与图2的前车身外饰板件面板22一样的构造。在这个实施例中，图2的防撞梁26、硬吸能层28和软吸能层30被所描述的微桁架芯夹心结构代替。图2的硬吸能层30和防撞梁26的功能由非棱柱形夹心梁执行，该梁带有微桁架芯56、顶部面薄板64和底部面薄板58。软吸能层的功能由低有效模量微桁架层60执行，该层60是在夹心梁的顶部面薄板64上发展的。软吸能微桁架结构60具有比微桁架芯54低的有效模量，其可由微桁架结构的厚度、支柱56和62的材料的类型、支柱56和62的大小和直径、支柱56和62的间距、它们的组合等中的一个或多个提供。薄板64以与面薄板42被粘附到微桁架结构46相同的方式被粘附到微桁架结构54的节点。前车身外饰板件面板52此后被安装使得它与微桁架结构60的顶部节点接触。

图6是分解的微桁架组件70的图示，以帮助示出上述的硬吸能微桁架结构54和软吸能微桁架结构60的形成。组件70包括硬吸能微桁架结构72，该结构包括微桁架74，微桁架74具有形成在面薄板78上的聚合支柱76。在结构72的制造过程中，要形成微桁架74的区域被合适的外壳（未示出）阻挡并且面具被提供到该外壳上。然后将树脂注入到该外壳中并且多个光源将该树脂暴露给通过该面具的小孔的平行光，以形成支柱76。在支柱76是处于它们的部分固化状态的同时，残余的单体树脂被从外壳移除并且通过合适的热源或UV辐射使剩下的部分固化的微桁架74完全固化。组件70还包括软吸能微桁架结构80，该结构80包括微桁架82，微桁架82具有形成在顶部面薄板86上的支柱84。结构80通过和硬吸能结构72相同的过程形成，并且当结构72和80都完全固化时，顶部面薄板86通过粘合剂粘结操作或其它合适的连接过程被粘结到微桁架74。

在上面讨论的实施例中，硬微桁架吸能层与软微桁架吸能层是分开形成的，并且此后软吸能层的底部薄板被固定到硬吸能层的微桁架结构的顶部表面。本发明还提出了通过形成带有顶部薄板和底部薄板的硬吸能微桁架结构来减少这些制造步骤中的一些步骤以减少成本。

图7是包括支撑外壳92的微桁架结构90的等轴视图。微桁架结构90被示出为具有正方形形状，这仅是为了讨论和说明目的，其中结构90的特定形状可以是用于特定车辆结构和/或能量管理系统的任意形状、宽度、高度、长度等或者包括图5中示出的形状。外壳92在这个示例中包括六个侧壁94以限定完整的支撑外壳92，其中一个侧壁94被去除以示出形成在外壳92内的微桁架芯96，该芯包括聚合支柱98。侧壁94由非常薄且低结构完整性材料构成，例如薄塑料薄板，这些材料仅被设计成在微桁架芯96的形成期间将液体聚合物树脂保持在外壳92内。尤其是，外壳92在执行其保持未固化树脂的目的下尽可能地被制造成重量轻且脆弱，以能够节约材料和成本。

支撑外壳92的至少顶部面板100是由UV透明材料制成，例如丙烯酸材料，其允许用于外壳92内的聚合物树脂的UV固化光通过从而以已知的方式形成支柱98。尤其是，包括小孔106的合适的面具104被定位在面板100上面并且UV光源108构造照射通过面具104并通过面板100的UV光，使得光以已知的方式部分地固化支撑外壳92内的聚合树脂以形成微桁架芯96。因为光射在所有面板94的内部表面上，所以微桁架芯96在被形成时被固定到外壳92的全部面板94上，并且尤其是外壳92的顶部和底部面板。顶部面板100之外的面板94也可由UV透明材料制成，或者在合适的情况下，由另一种不昂贵的材料制成。排放孔102可被设置在外壳92中以在微桁架芯96已经至少被形成到部分固化状态之后去除留在外壳内的未固化的液体树脂。

如提及的，外壳92的面板94非常薄并且不提供用于车辆的防撞梁、能量管理系统、结构元件等必有的结构完整性。在微桁架芯96在支撑外壳92内处于部分固化状态时，它被插入到提供上述功能的结构外壳内。图8示出了结构组件110的分解等轴视图，该组件包括微桁架结构90和外结构外壳112，结构90被插入该外壳。尤其是，结构外壳112包括四个侧面面板116，这些面板限定了开放的内部区域114，该区域具有开放的侧面118，结构90通过该开放的侧面被插入。尽管结构外壳112被示出为具有与结构90同样的形状，但是结构外壳112可具有与结构90略微不同的形状。因为微桁架芯96仅是部分地固化并且外壳92非常薄，所以结构90是柔韧的且可弯曲的使得它可被弯曲并且容易地符合外壳112的形状。一旦结构90被插入到外壳112， 它就被以任何合适的方式被固定到那里，例如通过螺栓120、粘合剂或其它合适的紧固件。微桁架芯96此时还被完全固化，例如通过将组件110放在炉内。外壳112和外壳内的微桁架结构90的组合形成了结构构件，该结构构件可被设计用于刚度、强度、吸能等。外壳112可由用于特定应用的任何合适的材料制造，例如高模量强度耐磨、耐化学品的材料，并且可由任何合适的技术制造，例如通过滚轧成型。另外，结构112可具有能量管理系统或其它期望应用的特定形状。通过将结构90和外壳112的制造过程分开，不同的过程和制造技术可被采用以实现所生产的零件的效率高低。

尽管外壳112被示出为单件式构件，在其它的实施例中，外壳112可被构造成多件式，其中，例如，外壳92被插入到一个件中并且此后将另一个件放在第一个件的上面并固定到其上。还指出，微桁架芯96不必局限性地匹配外壳112的形状，其中结构90仅填充了外壳92的空间中的一些。

上面的讨论包括在结构90已经被插入到外壳112之后将微桁架芯96固化到其最终坚硬状态，从而允许它在完全固化之前被容易地成形成外壳112的形状。不过，对于某些制造过程，可能期望的是在结构90被插入外壳112之前就将微桁架芯96完全固化。根据本发明的另一实施例，微桁架芯96被使用平常的微桁架结构制造技术完全固化在外壳92中。如果树脂是合适的热固性材料并且外壳92是合适类型的材料，对于特定的材料将微桁架芯96和外壳92加热到已知的转变温度T_g以上就使得这些材料变成柔韧的且可弯曲的，此时在将它们保持在该转变温度以上的同时能使它们符合壳体112。温度T_g低于结构90将被不可逆地损坏时的温度。一旦结构90位于外壳112内以形成组件110，那么温度可被降低到低于转变温度T_g，此时微桁架芯96将返回到其坚硬的固化状态。这个在微桁架芯96被完全固化后加热微桁架芯96以允许使其符合期望形状的过程相比上面提及的后固化微桁架结构过程更具有优点，因为它会允许重复的形状改变以更好地适合夹心微桁架结构梁的处理需要。

图9是结构90的等轴视图，其示出了结构90具有比图6中更长的长度，但是具有相同的构造。如果外结构外壳112具有弯曲的构造，那么可能令人满意的是沿着结构90的长度以一定的间隔在面板94中形成狭槽122从而形成结构90中的可弯曲的段124，这些段允许该结构更容易地符合外壳112的弯曲形状。

前面的讨论仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域技术人员将从这种描述和附图以及权利要求中认识到，可对其进行各种改变、改进和变型，而不脱离在下面的权利要求中定义的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种结构组件，包括：

              不易弯曲的微桁架层，该层包括基部薄板和在该薄板上形成的微桁架芯；以及

              顶部薄板，其与所述基部薄板相对地被固定到所述微桁架芯以形成微桁架夹心结构。

2.如权利要求1所述的结构组件，还包括吸能微桁架层，该吸能微桁架层包括所述顶部薄板和形成在该顶部薄板上的微桁架芯，所述吸能微桁架层的硬度不及所述不易弯曲的微桁架层，所述结构组件还包括面板，所述面板与所述顶部薄板相对地固定到所述吸能层的所述微桁架芯。

3.如权利要求2所述的结构组件，其中所述顶部薄板具有不同于所述基部薄板的形状。

4.如权利要求2所述的结构组件，其中所述不易弯曲的微桁架层和所述吸能微桁架层都是弯曲的层。

5.如权利要求4所述的结构组件，其中所述吸能微桁架层具有比所述不易弯曲的微桁架层更高程度的曲率。

6.如权利要求2所述的结构组件，其中所述吸能微桁架层的硬度由于所述层的厚度、微桁架支柱的直径、所述支柱的间距、所述支柱的朝向和构成所述支柱的材料中的一个或多个而不及所述不易弯曲的微桁架层。

7.如权利要求2所述的结构组件，其中所述顶部薄板在所述不易弯曲的微桁架芯的表面处被胶粘到微桁架支柱的端部。

8.如权利要求7所述的结构组件，其中所述吸能微桁架层和所述不易弯曲的微桁架层在它们被固定在一起之前是通过分开的微桁架制造过程形成的。

9.一种车辆能量管理保险杠系统，包括：

              弯曲的不易弯曲的微桁架层，该层包括基部薄板和在该薄板上形成的具有聚合支柱的微桁架芯；

              弯曲的吸能微桁架层，其包括基部薄板和在该薄板上形成的具有聚合支柱的微桁架芯，所述吸能微桁架层的硬度不及所述不易弯曲的微桁架层，并且所述吸能层的基部薄板具有不同于所述不易弯曲的层的基部薄板的形状，所述吸能层的基部薄板与所述不易弯曲的层的基部薄板相对地被固定到所述不易弯曲的微桁架层芯；以及

              前车身外饰板件面板，其与所述吸能层的基部薄板相对地被固定到所述吸能层的微桁架芯。

10.一种用于提供车辆结构组件的方法，所述方法包括：

              通过透过面具辐射填充有液体光单体树脂的外壳以由被固定到基部薄板的多个互连的光聚合物波导管形成微桁架结构来制造不易弯曲的微桁架层；

              通过透过面具辐射填充有液体光单体树脂的外壳以由被固定到基部薄板的多个互连的光聚合物波导管形成微桁架结构来制造吸能微桁架层，其中所述吸能微桁架层的所述微桁架结构的硬度不及所述不易弯曲的微桁架层；以及

              将所述吸能微桁架层的所述基部薄板固定到所述不易弯曲的微桁架层的所述微桁架结构。