CN105579329B - 改进的用于机动车车身的侧立柱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车车身的侧立柱，该用于机动车车身的侧立柱用于分隔该车身的两个门窗洞，例如前后两个侧门窗洞。该侧立柱包括至少一个硬化段(12)，该硬化段包括大致相互平行并通过芯部(16)彼此连接的两个翼部(14A、14B)。段(12)由复合材料制成。翼部(14A、14B)旨在与车身的侧门窗洞大致平行地延伸，该复合材料段(12)的芯部(16)与翼部(14A、14B)一起构成蜂窝状结构。

Description

改进的用于机动车车身的侧立柱
技术领域
本发明涉及一种改进的用于机动车车身的立柱。
背景技术
在下文中，将一般构成机动车的内部与外部之间的人用通道或视觉通道的这样的机动车车身开口称为该车身的门窗洞。由此存在例如用于车辆关闭件、用于挡风玻璃和用于后窗的门窗洞。
更具体地，机动车车身通常包括至少两个侧立柱(分别为左侧立柱和右侧立柱)，每个侧立柱都用于分隔车身的前后两个侧门窗洞。每个侧立柱(在该情况下也被称为“中柱”)都通过构成侧面撞击吸收装置来参与对座舱的保护。
已知通过组装由冲压板材制成的三个元件来形成由金属板材制成的侧立柱。第一中央元件一般由具有高机械强度特性的钢制成。第二元件被组装到第一中央元件上，以构成该第一中央元件在座舱内部的衬里。第三元件被组装到第一中央元件上，以构成在车门打开时从座舱外部基本可见的外观部件。
在组装后，这三个由冲压板材制成的元件构成整体呈箱体状并相对良好地适于吸收侧面撞击的这样的结构。然而，包括三个金属元件的侧立柱相对较重。此外，考虑到构成侧立柱的各个元件的不同功能，必须考虑具有适于每个功能的特性的金属。需要借助于具有不同特性的金属导致相对高的侧立柱制造成本。
EP1142739提出了一种能构成用于机动车车身的侧立柱的金属装置。更具体地，EP1142739提出一种用于机动车车身的侧立柱，该侧立柱用于分隔该车身的前后两个侧门窗洞，是包括至少一个硬化段( de rigidification)的类型的侧立柱，该硬化段包括大致相互平行并通过芯部相互连接的两个翼部。
在EP1142739中，该硬化段的横截面的整体形状呈现为由通过芯部相互连接的两个翼部构成的I字形。实际上，该芯部由大致平的中央壁构成，该中央壁通过大致垂直于大致平行的两个翼部延伸而连接这两个翼部。此外，该硬化段的每个翼部的厚度在翼部与芯部的连接边缘和该翼部的自由边缘之间显著地变化，使得翼部的自由边缘的厚度相对于翼部与芯部的接合边缘的厚度显著地减小。
EP1142739提出(如有必要)实现由复合材料制成的具有I形截面的硬化段。但是，在保持相同形状的同时，用复合材料代替金属导致侧立柱在撞击时的表现不尽如人意。实际上，平的芯部与翼部接合的边缘相对较直，并在硬化段的整个高度上大致竖直地延伸，这使得在车辆承受侧面撞击时在相对于芯部的接合边缘偏离轴线的力的作用下产生立柱的不稳定性。这在由复合材料制成的硬化段的情况下导致该硬化段在侧面冲击时产生不期望的扭曲变形。
此外，翼部的自由边缘的小的厚度在这些翼部由复合材料制成时导致该自由边缘存在开裂的风险，该开裂会向硬化段的芯部发展。
发明内容
本发明的目的特别地在于提出一种相对轻且易于制造的用于机动车车身的侧立柱。
为此，本发明的主题在于一种用于机动车车身的侧立柱，该侧立柱用于分隔该车身的两个门窗洞，例如前后两个侧门窗洞，所述门窗洞中至少一个是侧向的，该侧立柱是包括至少一个硬化段的类型的侧立柱，该硬化段包括两个大致相互平行并通过芯部相互连接的翼部，其特征在于，该硬化段由复合材料制成，翼部旨在与车身的侧门窗洞大致平行地延伸，该复合材料段的芯部与翼部一起构成蜂窝状结构。
由于复合材料段的芯部与翼部一起构成蜂窝状结构，芯部与翼部接合的边缘沿着多于一个的方向延伸，而不是仅大致竖直地在硬化段的整个高度上延伸。此外，根据本发明的侧立柱的蜂窝状结构构成该侧立柱的轻量的硬化装置，该侧立柱由此能够有效地吸收车辆所承受的侧面撞击。
并且，由复合材料制成的该硬化段可以通过相对简单的模制、注塑、冲压等传统方法来制造。
优选地，硬化段的每个翼部都具有大致恒定的厚度。
由此，通过避免减小翼部的自由边缘的厚度，避免了该自由边缘开裂的风险，该开裂会使硬化段变得脆弱。
根据该侧立柱的不同实施例的其他可选特征如下：
-构成至少一个翼部、优选地构成每个翼部的复合材料包括与立柱的纵向大致平行地延伸的连续的加强纤维，这些纤维的长度在必要时可以达到硬化段的长度；
-构成芯部的复合材料包括朝向随机的切断的加强纤维；
-复合材料段延接立柱的由金属制成的部分，优选地延接立柱的由金属制成的下部部分；
-该立柱的由金属制成的部分由选自钢或铝的材料制成，其中所述钢或铝在必要时包括镁；
-复合材料段至少部分地被容置于具有U形横截面的金属箱体中，该金属箱体包括抵靠在复合材料段的第一翼部上的金属芯，复合材料段的第二翼部封闭该具有U形截面的金属箱体；
-复合材料段的横截面的整体形状呈现为由芯部和大致相互平行的两个翼部构成的I字形，该复合材料段的芯部包括：
o大致平面的中央壁，该中央壁通过大致垂直于这两个大致平行的两个翼部延伸而连接这两个翼部；以及
o由复合材料制成的肋条，这些肋条在中央壁两侧并在两个翼部之间延伸，以相互连接中央壁和两个翼部，
这些肋条限定芯部的蜂窝状结构的蜂室；
-限定蜂室的肋条与中央壁和两个翼部大致垂直地延伸，
-该复合材料段由两个具有U形横截面的元件结合起来构成，这两个具有U形横截面的元件中的每个都包括被两个元翼部延接的元芯部，该复合材料段的芯部的中央壁由该具有U形横截面的元件的元芯部面对面的接合构成，并且该复合材料段的每个翼部由该具有U形横截面的元件的彼此反向延伸的两个元翼部构成；
-该复合材料段的芯部包括连接两个翼部的波浪形的中央壁，该中央壁构成交替地倒向并围绕大致垂直于翼部的虚拟轴线弯曲的拱形，这些拱形限定芯部的蜂窝状结构的蜂室；
-该复合材料段的芯部还包括肋条，这些肋条相互连接中央壁和两个翼部；
-肋条相对于拱形弯曲所围绕的轴线倾斜，并在必要时相互交叉；
-该复合材料包括尤其是从热塑性聚合物或热固性聚合物中选择的聚合物，例如聚酰胺(PA，尤其是PA6或PA6.6)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二酯的混合物(PC-PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或乙烯基酯(VE)、SMC(对应于“SheetMoulding Compound”即片状模塑料的英文首字母缩写)、环氧树脂(EP)或聚酯。
-该复合材料包括加强纤维，这些加强纤维由从玻璃、碳或钢中选择的材料制成，并根据从纺织结构、NCF(对应于“Non Crimp Fabrics”即无屈曲织物的英文首字母缩写)类型的缝制非纺织单向层(在必要时为双轴的)或编织结构中选择的结构来布置。
附图说明
通过阅读以下仅作为示例并参照附图给出的说明将更好地理解本发明，在附图中：
-图1为根据本发明的第一实施例的机动车用侧立柱的立视透视图；
-图2为沿着图1的线II-II的示意性剖视图，该图还示出了金属箱体；
-图3为根据本发明的第二实施例的机动车用侧立柱的与图1类似的视图；
-图4为根据本发明的第三实施例的机动车用侧立柱的与图2类似的视图；
-图5为根据本发明的第四实施例的机动车用侧立柱的与图1类似的视图；
-图6为沿着图5的平面VI-VI的剖视图。
具体实施方式
在图1和图2中示出了根据本发明的第一实施例的用于机动车车身的侧立柱10，该侧立柱也被称为“中柱”。
该立柱10用于分隔机动车车身的前后两个侧门窗洞。
侧立柱10包括至少一个由复合材料制成的硬化段12。在图1和图2中示出的例子中，硬化段12在侧立柱10的整个高度上延伸。
硬化段12包括大致相互平行并通过芯部16相互连接的两个翼部14A、14B。
翼部14A、14B旨在大致平行于车身的门窗洞(即大致平行于车身的中间纵向竖直平面)地延伸。该复合材料段12的芯部16与翼部14A、14B一起构成确保该段12的有效硬化的蜂窝状结构。
该复合材料包括尤其是从热塑性聚合物或热固性聚合物中选择的聚合物，例如聚酰胺(PA，尤其是PA 6或PA 6.6)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二酯的混合物(PC-PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或乙烯基酯(VE)、SMC(对应于“SheetMoulding Compound”即片状模塑料的英文首字母缩写)、环氧树脂(EP)或聚酯。
此外，该复合材料包括加强纤维，这些加强纤维由优选地从玻璃、碳或钢中选择的材料制成，并优选地根据从纺织结构、NCF(对应于“Non Crimp Fabrics”即无屈曲织物的英文首字母缩写)类型的缝制非纺织单向层(在必要时为双轴的)或编织结构中选择的结构来布置。
参照图2，可见每个翼部14A、14B具有例如选自3.5至6mm之间的大致恒定的厚度。优选地，构成至少一个翼部的复合材料、优选地构成每个翼部14A、14B的复合材料包括大致平行于立柱10的纵向延伸的连续的加强纤维。如有必要，连续纤维的长度可以达到硬化段的长度。
优选地，构成芯部16、更具体而言构成中央壁18和肋条20的复合材料包括朝向随机的切断的加强纤维。
参照图1和图2，可见复合材料段12的横截面的整体形状呈现为由大致相互平行的两个翼部14A、14B和芯部16构成的I字形。
更具体地，段12的芯部包括大致平的中央壁18，该中央壁具有例如从3.5至6mm之间选择的大致恒定的厚度。中央壁18通过与两个翼部14A、14B大致垂直地延伸而连接这两个翼部14A、14B。
必要时，中央壁18包括构成对车门锁定设备的门锁闩眼(未示出)的支撑的底板19。
此外，段12的芯部包括由复合材料制成的肋条20，这些肋条在中央壁18的两侧并在两个翼部14A、14B之间延伸，以相互连接中央壁18和两个翼部14A、14B。
由此，肋条20限定芯部16的蜂窝状结构的蜂室22。在图示的例子中可见这些肋条20大致垂直于中央壁18和两个翼部14A、14B地延伸。肋条20的厚度例如介于2至6mm之间，必要时是变化的以具有有斜度的轮廓(profil en dépouille)。在立柱10具有大约1200mm的高度的情况下，肋条20相互间隔例如大约40至60mm。
参照图2，可见硬化段12至少部分地被容置于具有U形横截面的金属箱体24中。该箱体24包括被两个金属翼部28A、28B延接的金属芯部26。
优选地，金属芯部26至少局部地抵靠在硬化段12的第一翼部14A上。该硬化段12的第二翼部14B封闭具有U形截面的金属箱体。实际上在图2中可见两个金属翼部28A、28B的自由边缘通过传统装置30(例如铆钉、螺丝、胶带或焊料)以本身已知的方式被连接到翼部14B的边缘。
在图3至图5中示出了根据本发明的第二至第四实施例的侧立柱10。在图3至图5中，与前述附图的元件类似的元件用相同的附图标记表示。
在图3中所示出的本发明的第二实施例中，侧立柱10包括由复合材料制成的硬化段12，该硬化段延接立柱10的不同于该段12的部分32。优选地，如在图3中所示，部分32由金属制成并构成该立柱10的由金属制成的下部部分。
该由金属制成的部分32与该由复合材料制成的硬化段12之间的连接允许在车辆承受侧面撞击的情况下产生球窝节(rotule)效应，该效应限制立柱10的上部部分穿入座舱中并由此进一步保护该座舱的乘客的头部。
由复合材料制成的硬化段12通过例如铆接、螺固、胶合或包覆成型等本身已知的方式被连接到由金属制成的部分32。
优选地，由金属制成的部分32由选自钢或铝的材料制成，其中所述钢或铝必要时可包括镁。
作为变型，立柱10的不同于硬化段12的部分32可以由复合材料制成，该复合材料具有旨在在撞击情况下相比于通过断裂更多的是通过起皱来消散能量的结构。该结构可以由在玻璃纤维或碳纤维的纺织加强件上包覆成型聚合物来构成。
在图4中示出的本发明的第三实施例中，侧立柱10包括由复合材料制成的硬化段12，该硬化段由两个具有U形横截面的元件34结合起来构成。
每个元件34都包括被两个元翼部38A、38B延接的大致平的元芯部36。硬化段12的芯部16的中央壁18由具有U形截面的元件34的元芯部36面对面地接合来构成。硬化段12的每个翼部14A、14B由具有U形截面的元件34的彼此反向延伸的两个元翼部38A、38B构成。
具有U形截面的元件34的元芯部36的面对面的接合可以例如通过接合面在模具中部分熔融来实现。
如前述两个实施例中一样，由复合材料制成的肋条20在中央壁18(由接合的两个元芯部36构成)两侧、在两个翼部14A、14B(由元翼部38A、38B构成)之间延伸，以相互连接中央壁18和两个翼部14A、14B。
优选地，在本发明的该第三实施例中，构成每个翼部14A、14B(由元翼部38A、38B构成)以及中央壁18(由接合的两个元芯部36构成)的复合材料包括大致平行于立柱10的纵向延伸的连续的加强纤维。
在图5和图6中示出的本发明的第四实施例中，由复合材料制成的硬化段12的芯部16包括由复合材料制成的波浪形的中央壁40。该壁40连接两个翼部14A、14B。壁40的起伏构成交替地倒向并围绕大致垂直于翼部14A、14B的虚拟轴线L弯曲的拱形42，这些拱形42限定芯部16的蜂窝状结构的蜂室22。
优选地，硬化段12还包括肋条44，这些肋条相互连接中央壁40和两个翼部14A、14B。有利地，肋条44相对于轴线L倾斜，并在必要时如在图5中所示的例子中一样地相互交叉。
在该第四实施例中，芯部16、更具体而言中央壁40和肋条44由与为前述实施例的中央壁18和肋条20提出的材料之一相同的复合材料制成。
根据上述各个实施例的硬化段12可以通过任何合适的已知方法来制造，例如通过压缩方法、注塑方法、冲压方法，必要时可借助于注塑和包覆注塑的模具来实现，或借助于冲压中间半成品(也被称为“预浸料坯”)方法。
要指出的是，在制造由复合材料制成的硬化段的压缩类型的方法中，可用的切断加强纤维的长度一般介于25至50mm之间。
相反地，在制造由复合材料制成的硬化段的注塑类型的方法中，可用的切断加强纤维的长度一般介于0.2至2mm之间。
本发明不限于上述实施例，其他实施例对于本领域的技术人员是显而易见的。
特别地，本发明不限于被称为“中柱”的用于机动车车身的侧立柱，而是涉及任何用于分隔车身的两个门窗洞(其中至少一个门窗洞是侧向的)的侧立柱。由此，本发明可以涉及用于分隔关闭件的侧门窗洞与挡风玻璃或者分隔关闭件的侧门窗洞与后窗的这样的侧立柱。

Claims (18)

1.一种用于机动车车身的侧立柱，该侧立柱用于分隔所述车身的两个门窗洞，所述门窗洞中至少一个是侧向的，所述侧立柱是包括至少一个硬化段(12)的类型的侧立柱，该硬化段包括大致相互平行并通过芯部(16)彼此连接的两个翼部(14A、14B)，其特征在于，所述硬化段(12)由复合材料制成，所述翼部(14A、14B)旨在与所述车身的侧门窗洞大致平行地延伸，由复合材料制成的所述硬化段(12)的芯部(16)与所述翼部一起构成蜂窝状结构，并且其中所述由复合材料制成的硬化段(12)的横截面的整体形状呈现为由大致相互平行的所述两个翼部(14A、14B)和所述芯部(16)构成的I字形，所述由复合材料制成的硬化段(12)的芯部(16)包括：
-大致平的中央壁(18)，所述中央壁(18)通过与大致平行的所述两个翼部(14A、14B)大致垂直地延伸而连接这两个翼部(14A、14B)，以及
-由复合材料制成的肋条(20)，所述肋条在所述中央壁(18)的两侧并在所述两个翼部(14A、14B)之间延伸，以相互连接所述中央壁(18)和所述两个翼部(14A、14B)，
这些肋条(20)限定所述芯部(16)的蜂窝状结构的蜂室(22)。
2.如权利要求1所述的侧立柱，其中每个翼部(14A、14B)都具有大致恒定的厚度。
3.如权利要求1或2所述的侧立柱，其中构成至少一个所述翼部的复合材料包括与所述立柱的纵向大致平行地延伸的连续的加强纤维。
4.如权利要求3所述的侧立柱，其中所述纤维的长度能够达到所述硬化段的长度。
5.如权利要求1至2中任一项所述的侧立柱，其中构成所述芯部(16)的复合材料包括朝向随机的切断的加强纤维。
6.如权利要求1至2中任一项所述的侧立柱，其中所述由复合材料制成的硬化段(12)延接所述立柱的由金属制成的部分(32)。
7.如权利要求6所述的侧立柱，其中所述由复合材料制成的硬化段(12)延接所述立柱的由金属制成的下部部分。
8.如权利要求6所述的侧立柱，其中所述立柱的所述由金属制成的部分(32)由从钢或铝中选择的材料制成。
9.如权利要求8所述的侧立柱，其中所述钢或铝包括镁。
10.如权利要求1至2中任一项所述的侧立柱，其中所述由复合材料制成的硬化段(12)至少部分地被容置于具有U形横截面的金属箱体(24)中，该金属箱体包括抵靠在所述由复合材料制成的硬化段(12)的第一翼部(14A)上的金属芯部(26)，所述由复合材料制成的硬化段(12)的第二翼部(14B)封闭所述具有U形截面的金属箱体(24)。
11.如权利要求1所述的侧立柱，其中限定所述蜂室(22)的所述肋条(20)大致垂直于所述中央壁(18)和所述两个翼部(14A、14B)地延伸。
12.如权利要求1所述的侧立柱，其中所述由复合材料制成的硬化段(12)由两个具有U形横截面的元件(34)接合起来而形成，所述两个具有U形横截面的元件中的每个都包括被两个元翼部(38A、38B)延接的元芯部(36)，所述由复合材料制成的硬化段(12)的芯部(16)的中央壁(18)由所述具有U形截面的元件(34)的元芯部(36)面对面接合而构成，并且所述由复合材料制成的硬化段(12)的每个翼部(14A、14B)由所述具有U形截面的元件(34)的彼此反向延伸的两个元翼部(38A、38B)构成。
13.如权利要求1至2中任一项所述的侧立柱，其中所述复合材料包括从热塑性聚合物或热固性聚合物中选择的聚合物。
14.如权利要求1至2中任一项所述的侧立柱，其中所述复合材料包括由从玻璃、碳或钢中选择的材料制成的加强纤维，并根据选自以下结构的结构来布置所述加强纤维：纺织结构、编织结构或者无屈曲织物类型的缝制非纺织单向层。
15.如权利要求14所述的侧立柱，其中根据以下结构来布置所述加强纤维：无屈曲织物类型的双轴的缝制非纺织单向层。
16.如权利要求13所述的侧立柱，其中所述聚合物为聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二酯的混合物(PC-PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或乙烯基酯(VE)、片状模塑料、环氧树脂(EP)或聚酯。
17.如权利要求16所述的侧立柱，其中，所述聚酰胺是PA6或PA6.6。
18.如权利要求1所述的侧立柱，其中，所述两个门窗洞是前后两个侧门窗洞。
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