CN107253432B - 用于车辆的侧门以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆的侧门，该侧门包括：结构，该结构包括塑料壳体，塑料壳包括壳体支撑梁，壳体支撑梁定位成穿过壳体的主体部分；其中，壳体支撑梁包括大体单向纤维带区段；其中，塑料壳体包括塑料的内壳和塑料的外壳；其中，所述结构没有金属支撑元件；并且其中，侧门在根据欧洲新车安全评鉴协议(欧洲NCAP)侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数。本发明还提供了一种车辆。

Description

用于车辆的侧门以及车辆
本申请是申请日为2013年10月11日、申请号为201380055054.1(国际申请的申请号为PCT/IB2013/059322)的中国专利发明申请“车辆侧门结构及其制造方法和使用方法”的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种车辆侧门结构，该车辆侧门结构能够满足用于碰撞载荷的汽车安全标准和机械要求，并且本公开涉及一种车辆。
背景技术
汽车制造商一直致力于减轻客车的重量以便满足有关燃料效率和减少排放的不断变化的政府规章。汽车最大的结构是通常称为白车身(BIW)的结构体。BIW是指焊接的金属板部件，所述焊接的金属板部件形成汽车的结构并且其他部件(例如，门、发动机、底盘、外部和内部装饰、座椅等)连接于所述焊接的金属板部件。由于BIW是汽车中最大的结构，所以BIW已成为制造商减轻重量的目标物。然而，对于实现在汽车的结构性部件(诸如，门)中减轻重量，所考虑的还少得多。
为了满足侧面碰撞冲击或柱侧撞击测试的安全标准，由高强度钢制成的金属碰撞梁结合在汽车侧门中。钢碰撞梁的高强度和耐用性在确定侧门的耐用性和耐撞性上起着很重要的作用。
期望的是，在不损害整个车辆的结构完整性和耐用性且因此不损害安全性的前提下减轻车辆的重量。因此，需要这样一种汽车结构部件(诸如，侧门)，其具有减轻重量以及降低的制造成本同时保持满足汽车侧面撞击安全标准所需的必要机械性能。
发明内容
在多个实施方式中公开了用于汽车的侧门以及侧门的制造方法，该侧门包括双壳复合结构。
在一些实施方式中，车辆的侧门可包括：结构，该结构包括塑料内壳和塑料外壳，塑料内壳包括纤维带，塑料外壳包括在外壳的宽度上设置的外壳支撑梁。外壳支撑梁可包括纤维带。
在一些实施方式中，车辆的侧门可包括：结构，该结构包括：塑料内壳，该塑料内壳包括纤维带，其中，基于纤维的总重量，纤维带的大于或等于50wt.％的纤维在与纤维带的主轴线呈+45°到-45°的角度的方向上定向；以及塑料外壳，该塑料外壳包括在外壳的宽度上定位的外壳支撑梁。该外壳支撑梁可包括纤维带，其中，纤维带的大于或等于50wt.％的纤维在与纤维带的主轴线呈+45°到-45°的角度的方向上定向。
在一实施方式中，车辆可包括：结构体和侧门。侧门可包括：塑料内壳，该塑料内壳包括纤维带；塑料外壳，该塑料外壳包括在外壳的宽度上定位的外壳支撑梁，其中，外壳支撑梁包括纤维带；门板(door skin，门皮)，该门板在塑料外壳上；窗；以及铰链。
在一实施方式中，用于制造车辆的侧门的方法可包括：在纤维带上传递模制(flowmolding)纤维增强聚合物以形成塑料内壳；在沉积的纤维带上传递模制纤维增强聚合物以形成塑料外壳，其中，外壳包括在外壳的宽度上定位的外壳支撑梁；以及将塑料内壳和塑料外壳连接在一起以形成复合结构。
以下更具体地描述这些和其他非限制性特征。
附图说明
现在将参考附图，这些附图是示例性的实施方式，并且其中，相同的元件用相同的标号来表示。
图1是用于汽车的侧门的组件的展开图，侧门包括示例性的双壳复合体。
图2是双壳复合体的内壳的实施方式的示图，该图包括大体单向纤维带的示例性位置。
图3是双壳复合体的外壳的示图，该图包括大体单向纤维带的示例性位置。
图4是根据示例性实施方式的双壳复合体的示图。
图5A是车辆的聚焦于侧门的一部分上的局部侧视图。
图5B、图5C、和图5D是双壳复合窗框的横截面的实例的示意性视图。
图6A是现有技术侧门的示图，该图示出了在铰链和门锁上施加撞击的效果。
图6B是具有包括聚合物的铰链的实例的侧门的示图，该图示出了在铰链上施加撞击的效果。
图7是沿图4中的线7-7截取的横截面，该图是在内壳或外壳支撑梁中的大体单向纤维带的示例性位置的示图。
图8-图11是可用于双壳复合体的内壳或外壳中的支撑梁的多种示例性实施方式的立体图。
图12是示出了非增强聚合物材料的弹性模量的示图。
图13是示出了多种大体单向玻璃纤维带的弹性模量的示图。
图14是示出了多种大体单向碳纤维带的弹性模量的示图。
图15是内壳窗框部分的立体图，指示出了调整侧门的重量的最优化的区域。
图16是外壳窗框部分的立体图，指示出了调整侧门的重量的最优化的区域。
图17是示出了在侧面撞击测试后在侧门、白车身以及障碍物中的内部能量分布的示图。
图18示出了在柱撞击测试后在侧门和白车身中的内部能量分布。
图19是包括相交的大体单向梁的双壳设计在欧洲NCAP侧面碰撞载荷下在撞击之后50毫秒(ms)的正视图，其中，所述梁在连接点处失效。
具体实施方式
如上文提及的，期望的是，在不损害车辆的结构的完整性、耐用性，并且因此不损害车辆的安全性的前提下减轻汽车的总重量。因此，存在对这样一种汽车结构部件(诸如，侧门)的需求，该结构部件具有减轻的重量以及降低的制造成本并保持满足汽车侧面撞击安全标准所需的必要机械性能。
在结构完整性不是问题的情况下，将塑料部件结合在汽车内部是可能的。用塑料材料替换金属材料(诸如，钢)，虽然对减轻部件的重量有效，但是会导致材料的刚度减小，这反过来对部件的机械性能、耐用性以及耐撞性具有直接的影响。
在各个实施方式中，本文公开的是包括复合结构(例如，双壳复合结构)的用于汽车的侧门。复合结构包括塑料内壳和塑料外壳，塑料内壳和塑料外壳包括大体单向纤维带。如在本文中使用的，大体单向是指这样的带，在该带中，大于或等于50wt.％的纤维(即，基于带中纤维的总重量)在与带的主轴线呈+45°到-45°的角度的方向上定向，其中，主轴线或长轴线是最长的轴线。基本上，大体单向纤维带关键的布置(例如，在塑料内壳和/或塑料外壳的局部位置)可用于为双壳复合结构提供结构完整性，并且因此也为侧门结构提供结构完整性。即使在不使用金属支撑梁的情况下，也可获得期望的结构完整性。通常，支撑梁可从前部到后部延伸穿过壳体，并且定向成在撞击过程中将一部分撞击载荷转移到BIW。例如，对于内塑料侧门壳以及外塑料侧门壳，大体单向纤维带可定向成通过门，即，从前窗口附近穿过壳延伸至门的后部。可选择地，大体单向纤维带可从壳的前部的窗附近斜向地向下穿过壳而延伸至壳的后部。在如所描述的大体单向纤维带穿过壳的情况下，能以高于4分的分数通过(根据欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)所执行的)期望的欧洲新汽车安全评鉴协议(EuroNCAP)侧面撞击测试。理想地，大体单向纤维带是还定位在窗框周围以便为窗框提供结构完整性。
这些具有大体单向纤维带的复合门结构可不使用金属支撑结构。换言之，侧门中仅有的金属部件可以是用于打开和关闭窗的齿轮、门把手、将门附接到BIW的铰链或任何非结构性的金属部件。
虽然人们认为，为满足侧面撞击标准以及其他欧洲NCAP标准的必要的结构完整性，需要全部为金属的门或至少部分为金属的门(例如钢)，但是已经发现了非金属的解决方案。已经意外地发现，通过用塑料复合结构代替门中的标准金属支撑部件能够满足测试标准同时能够减轻汽车侧门的重量。复合结构的刚度可比得上钢门的刚度，从而与钢门相比较使门的结构完整性和耐用性的任何上的影响最小化。因此，本文描述的汽车侧门能够满足碰撞载荷和机械要求的汽车安全标准。此外，与新的整体塑料设计相关的降低的成本直接压缩了每个侧门以及汽车整体的总体制造成本。
在一些实施方式中，用于汽车的侧门包括复合结构，该复合结构包括塑料内壳和塑料外壳。双壳复合体的塑料内壳和塑料外壳包括纤维增强聚合物材料以及大体单向纤维带。纤维增强聚合物材料贯穿塑料内壳和塑料外壳的结构定位，而大体单向纤维带定位在内壳和外壳内的关键位置。塑料内壳中能够用大体单向纤维带增强的元件的实例包括内壳支撑梁、窗框以及所有的(或可选择地，部分的)内壳主体部分以及包括这些位置中至少一个的组合。塑料外壳中能够用大体单向纤维带增强的元件的实例包括外壳支撑梁、窗框以及所有的(或可选择地，部分的)外壳主体部分、以及包括这些位置中至少一个的组合。可选择地，内壳和外壳不含金属支撑件。可选择地，配件(例如，门把手、锁(或构造成接收钥匙的锁的部分))、线路、窗机构、导轨部分和/或扬声器可包括金属。
塑料内壳可包括内壳支撑梁。可替换地或除此之外，塑料外壳可包括至少两个非相交的外壳支撑梁。内壳支撑梁和外壳支撑梁均可包括大体单向纤维带，例如，用纤维增强聚合物材料二次成型模制的大体单向纤维带。
纤维增强聚合物材料可包括多种聚合物材料，诸如，例如，热塑性聚合物、热固性聚合物以及它们的组合。可能的聚合物材料可包括热塑性聚合物以及热塑性聚合物与弹性聚合物和/或热固性聚合物的组合。可能的热塑性材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(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；共聚碳酸酯-聚酯(copolycarbonate-polyesters)；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；丙烯腈-(乙烯-改性聚丙烯二元胺)-苯乙烯(acrylonitrile-(ethylene-polypro diaminemodified)-styrene)(AES)；亚苯基醚树脂(phenylene ether resins)；聚苯醚/聚酰胺的混合物(blends of polyphenylene ether/polyamide)；聚酰胺(polymides)；聚苯硫醚(phenylene sulfide)树脂；聚氯乙烯PVC；耐冲击聚苯乙烯(high impact polystyrene)(HIPS)；低/高密度聚乙烯(L/HDPE)；聚丙烯(PP)；和热塑性烯烃(TPO)；以及包括上述材料中至少一个的组合。例如，塑料部件可包括Xenoy*树脂，该树脂可从沙特基础创新塑料IP私人有限责任公司(SABIC Innovative Plastics IP B.V.)购买。还设想的是将诸如泡沫(例如，发泡聚丙烯材料(EPP))的材料添加到结构中，例如用于为乘客提供防护和/或进一步提供门的结构完整性。
除了聚合物，纤维增强聚合物材料还包括增强纤维。可在任意以上描述的聚合物材料中使用的某些合适的增强纤维材料包括纤维，该纤维诸如玻璃纤维(包括改性玻璃纤维)、碳纤维(包括改性碳纤维)、天然纤维(natural)(包括改性天然纤维)、芳纶纤维(aramid)、玄武岩纤维、聚合物纤维等以及包括上述类型的纤维的至少一种的组合，并且具体地，该组合为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和/或玄武岩纤维中至少一个的组合。在一些实施方式中，增强纤维是玻璃纤维，诸如，E-玻璃纤维、S-玻璃纤维、AR-玻璃纤维、T-玻璃纤维、D-玻璃纤维、R-玻璃纤维以及包含上述中至少一个的组合。
通常，用于本申请中的纤维是长纤维，例如，具有大于或等于10的长宽比(aspectratio)(长度/直径)的纤维，具体地，具有大于或等于50的长宽比，更具体地，具有50至500的长宽比，还更具体地，具有80至400的长宽比。例如，长纤维的直径可在5微米至35微米(μm)的范围内，具体地，在10μm至20μm的范围内。例如，纤维可具有大于或等于0.4毫米(mm)的长度，具体地，具有大于或等于1mm的长度，更具体地，具有大于或等于2mm的长度。
示例性的纤维增强聚合物材料为STAMAX*树脂，该树脂为填充聚丙烯树脂的长玻璃纤维，该树脂也可从沙特基础创新塑料IP私人有限责任公司购买。塑料部件也可由包括任意上述聚合材料和/或增强材料中的至少一个的组合(例如，与热固性材料的组合)制成。
可选择地，纤维可涂覆有上浆剂(sizing agent)。在其他实施方式中，玻璃纤维未涂覆上浆剂。所采用的上浆剂的量一般是足以将丝捆缚成连续丝束的量。当纤维涂覆有上浆剂时，通常有益的是，基于纤维与上浆剂的总重量，具有重量百分数为约0.1％至约5％(wt.％)的上浆剂的量。
纤维增强聚合物材料中聚合物的量取决于所用的增强纤维的量和/或类型和/或纤维增强聚合物材料中是否存在其他成分及其他成分的量。例如，基于纤维增强聚合物材料(例如，玻璃纤维增强聚丙烯)的总重量，聚合物的量可为40至80wt.％，具体地，为50至75wt.％，并且更具体地，为60至70wt.％。
在纤维增强聚合物材料中所用的增强纤维的量取决于不只一个因素，该因素包括但不限于所用的聚合物和/或是否存在任何其他添加剂或填充剂。例如，基于纤维增强聚合物材料(例如，玻璃纤维增强聚丙烯)的总重量，增强纤维的量可为20至60wt.％，具体地，可为25至50wt.％，并且更具体地，可为30至45wt.％。
如上所述，大体单向纤维带的大部分纤维以主轴线的+45°至-45°的角度定向。期望地，大于或等于60wt.％的纤维，具体地，大于或等于70wt.％的纤维，并且更具体地，大于或等于80wt.％的纤维，再更具体地，大于或等于90wt.％的纤维(基于带中纤维的总重量)以主轴线的+45°至-45°的角度定向。例如，纤维的将近一半(例如，40wt.％至60wt.％的纤维，具体地，45wt.％至55wt.％的纤维，更具体地约50wt.％的纤维)可相对于主轴线在(+)阿尔法(alfa)方向上成角度定向，而纤维的另一半(例如，40wt.％至60wt.％的纤维，具体地45wt.％至55wt.％的纤维，更具体地约50wt.％的纤维)可在(-)阿尔法方向上定向，其中，阿尔法是相对于主轴线(例如，沿主轴)在1°与45°之间的角度。
纤维可以是在带的长度上连续的纤维或非连续的长纤维。在结构完整性上，长纤维是与连续的纤维具有相同或几乎相同的效果的纤维。具体地，长纤维具有大于或等于10毫米(mm)的长度。纤维带材料可包括机织织物(woven fabrics)、多轴向缝编织物(stitched multiaxial fabrics)以及具有大部分在主带方向上(即，相对于长轴线(例如主轴线)以+45°至-45°的角度定向)定向的纤维的其他材料。纤维带材料可具有结构完整性以满足根据欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)进行的侧面撞击测试。在本文中公开的满足欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)的侧门(具有纤维带)具有的重量可小于用于相同尺寸的车辆的钢侧门的最小重量，同样满足欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)。
由嵌入聚合物基体中的纤维(连续纤维和/或长纤维)形成纤维带材料。可能的纤维材料包括上文相对于增强纤维论述的纤维材料，而聚合物基体可包括上文论述的有关用于纤维增强聚合物材料的聚合物材料的任意材料。基于大体单向纤维带的总体积，大体单向纤维带中的纤维体积百分数可为10％至85％，具体地为30％至70％，更具体地，纤维体积百分数尽可能高，通常在50％至60％之间。
例如，大体单向纤维带可通过拉挤(pultruding)连续纤维的纱束(roving)穿过熔融聚合物，从而使纤维纱束充满聚合物来制备。结果是产生连续的纤维复合体，在该纤维复合体中，纤维彼此对齐。然后复合体形成片材。还可使用其他生产方法生产这种材料，诸如，挤出连续纤维和/或长纤维。
可以多种形式(诸如，整体块)提供大体单向纤维带。可替代地，大体单向纤维带可以是条带层形式的，其中，通过分层的条带而形成带，使得每个层中的大部分纤维定位成在主轴线的+45°至-45°的方向上延伸。因此，形成的大体单向带材料沿相对于带的长轴线的平行方向具有高强度和高刚度。大体单向纤维带可以片材的形式供应，该片材可切割成期望尺寸和/或形状以用于模制。带的厚度基于特定的侧门、可用空间以及所需的结构完整性。通常，厚度小于或等于10mm，具体地，厚度为0.5mm至8mm，并且更具体地，厚度为1mm至5mm。
本质上，双壳复合结构是具有用大体单向纤维带增强的局部区域的塑料结构。在侧门结构中包含双壳复合体为侧门提供了满足汽车工业规定的侧面撞击安全标准(诸如，欧洲NCAP)所需的结构完整性和耐用性。欧洲新车安全评鉴协议(欧洲NCAP)是欧洲标准，该协议开发成提供汽车碰撞测试的评级标准。一个评定领域(area of interest)涉及沿车辆侧面的侧面撞击和柱撞击。
在根据欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)和欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)进行的侧面撞击测试中，包括本文中描述的双壳复合结构的侧门获得至少4分的分数，具体地，获得至少6分，更具体地获得8分(最高分)。
此外，或可替代地，在根据欧洲NCAP柱撞击测试协议第5.2版(2011年11月)和欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)进行的柱撞击测试中，侧门获得至少4分的分数，具体地，获得至少6分，更具体地获得8分(最高分)。
通过参考附图能够更加全面的理解本文公开的部件、方法和结构。这些附图(本文中也称为“图”)仅是基于方便和易于证明本公开的示意性的表示，并且因此并不旨在表示设备或其组件的相对尺寸和大小和/或并不旨在限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见，在以下的描述中使用了特定术语，但这些术语仅旨在指代附图中选择用于说明实施方式的特定结构，而并非旨在限定或限制公开的范围。应理解的是，在附图中和下文的描述中相同的数字标号指代相同功能的部件。
图1示出示例性汽车侧门10的主要部件的装配。如图1所示，侧门10包括塑料内壳12、塑料外壳50、可选的碰撞管60以及门板40。如在本文中使用的并且如图1中所示，当针对塑料内壳使用术语“内部”时，其涉及从汽车内部观察时的立体图中的双壳复合结构的最里面的部分。类似地，当针对塑料外壳使用术语“外部”时，其涉及从汽车内部观察时的立体图中的双壳复合结构的最外面的部分。
现转到图1，示出了用于汽车侧门的包括双壳复合体的装配的实施方式的示图。如图1所示，塑料内壳12具有主体部分14和定位成横跨内壳层12的主体部分14的支撑梁24。塑料内壳12还包括定位在三个主侧面上的肋26。肋26定位成邻近内壳12的周缘，例如，从主体部分的后部16延伸(并可选地沿着主体部分的后部16延伸)，穿过主体部分的下部20，向上穿过主体部分的前部18延伸到窗框。在碰撞过程中，肋26可从外板40朝向车身转移载荷并且可增加刚度，该刚度可减少侵入。在侧面撞击碰撞过程中，肋26用于将碰撞载荷转移到白车身(未示出)，从而在侧面碰撞过程中防止外板下边缘(或侧边缘)移位到汽车内部中。肋26可具有多种形状和尺寸，设计成提供期望结构完整性。通常，肋从后部16穿过底部20(例如，穿过大于或等于底部的50％，具体地，穿过大于或等于底部的75％)，肋可位于内壳12的底部的50％中，具体地，位于内壳12的底部的25％中。沿前部18，肋可从底部20向上穿过前部18延伸到下窗框部分36。肋可不包括压制的金属部件。
支撑梁24可在下部肋(靠近后部16与底部20的接合点)与上部肋(靠近前部18和下窗框部分36的接合点)之间延伸穿过内壳12。
图1中的塑料外壳50包括外壳上支撑梁56和外壳下支撑梁58。如示出的，外壳支撑梁56和58可以是非平行的、非相交的，并可从前部到后部延伸穿过外壳50的宽度。虽然图1示出了外壳上支撑梁56和外壳下支撑梁58处于非平行结构中，但是这些梁也可定位成彼此平行。
门板40(例如，一旦装配好就能看见的门的外覆盖件)定位成邻近双壳复合体的外壳50处，并在组装单个的侧门部件时附接至外壳。可使用多种方法实现将外壳附接至门板的方法，该方法包括粘合、机械式紧固、焊接、部件中的一个的变形(例如，将部件的边缘弯曲以形成能够用作附接区段的重叠区域)或包括上述方法中至少一个的组合。
图2是双壳复合结构的塑料内壳12的实施方式的示图，该内壳具有如示出的宽度W和高度H。塑料内壳12包括内壳主体部分14和内壳窗框部分28。塑料内壳的内壳窗框部分28和内壳主体部分14每个均可包括纤维增强聚合物材料和大体单向纤维带。
图2示出了大体单向纤维带“UD”在塑料内壳12中的位置。如图2中示出的，大体单向纤维带UD可定位成例如沿底部窗框部分36、上窗框部分30、前窗框部分34和/或后窗框部分30围绕内壳窗框部分28。大体单向纤维带还可定位在内壳主体部分14内，例如从窗框部分朝向底部部分20沿主体部分的后部延伸和/或沿主体部分的前部延伸。可选择性地使用从窗框朝向门壳的下半部以相对直线延续的大体单向纤维带UD以便实现窗框中的最大刚度。
为了获得想要的碰撞特性并满足欧洲NCAP侧面碰撞标准，另外的大体单向纤维带能够以使得在侧面碰撞过程中载荷能够被转移到BIW的方式在前部16与后部18之间延伸穿过主体部分14。在主体中央布置的更多的额外的UD条可具有在碰撞过程中(例如，当门弯曲时)防止内壳破裂的优势。大体单向纤维带还可布置成使得侧门的热膨胀被控制成，在热的条件下(例如，≥60℃)或在冷的条件下(例如，≤-30℃)，门的形状仍然与汽车的剩余部分很好地匹配。换言之，使得门与主体之间的接合部在热循环过程中保持在期望公差内。因此，由于热变化，公差相对于门与主体之间的间隙理想地改变小于或等于1mm。类似地，门的表面大体保持与汽车邻接区域的其余部分齐平。此外，内壳支撑梁24由示出的大体单向纤维带UD形成。
现转到图3，示出了双壳复合结构的塑料外壳50的实施方式，外壳具有如所示的宽度w和高度h。外壳50包括外壳主体部分52，该主体部分具有后主体部分54和前主体部分55。外壳还包括外壳窗框部分62。外壳窗框部分62和外壳主体部分52每个均可包括纤维增强聚合物材料和大体单向纤维带。外壳下支撑梁58可仅由大体单向纤维带制成，然而将大体单向纤维带与纤维增强聚合物材料结合能够改善梁的性能，例如通过在撞击过程中维持梁的横截面形状并防止该形状塌陷而改善梁的性能。如图4所示，将该纤维增强聚合物材料增加到肋将有助于在梁56和58上实现性能的改善。此外，这种聚合物材料会有助于将由碰撞撞击引起的载荷引入到UD带部分并将这些载荷转移到门结构的其余部分。例如，如在图7中示出的，还可看到腹板中的聚合物材料，该腹板中的聚合物材料在梁中连接UD带。
图3示出了大体单向纤维带UD在塑料外壳50中的位置。如图3所示，大体单向纤维带UD可沿底部窗框部分70、上窗框部分64、前窗框部分68和/或后窗框部分66定位在外窗框部分中。换言之，大体单向纤维带UD可选择性地绕整个窗框部分62延伸。位于后窗框部分62中的大体单向纤维带UD可沿外壳的高度h延伸到后外壳主体部分54的上方区域中。类似地，位于前窗框部分62中的大体单向纤维带UD可沿外壳的高度h延伸到前外壳主体部分55的上方区域中。
取决于外板和由处于降低位置中的窗玻璃提供的内部限度(interior limit)之间的有效空间，外壳中包括一个或多个梁是有利的。理想地，梁穿过壳的宽度朝向白车身中的装配成用于处理在碰撞过程中产生的反作用力的区域延伸(例如，能够接收撞击载荷不会引起灾变失效(catastrophic failure)的较强的结构完整性的区域)。如在本文中使用的，灾变失效是指刚度减小10％以上。灾变失效会导致刚性减小20％以上，具体地，减小50％以上，并且甚至刚性100％减小。例如，可存在外壳支撑梁56和58。外壳支撑梁56和58还可(或可替换地)包括沿外壳支撑梁56和58的长度定位的大体单向纤维带UD。
可使用二次成型法(overmolding process，超模制法)(例如，单二次成型法)形成塑料外壳的各个部分。因此，图3中所示的外壳是完整的塑料结构，其中，上支撑梁56和下支撑梁58直接模制为内壳结构的一部分。
提供了使用传递模制法(flow molding process)制备双壳复合结构的方法。具体地，传递模制法用于形成双壳复合体的塑料内壳和塑料外壳。例如，用于制备双壳复合结构的方法可包括在模具中将纤维增强聚合物传递模制在大体单向纤维带上以形成塑料内壳、在模具中将纤维增强聚合物传递模制在大体单向纤维带上以形成塑料外壳，以及将塑料内壳和塑料外壳连接在一起以形成双壳复合结构。
使用传递模制法制备复合结构的内壳和外壳允许将视觉上吸引人的元素结合到窗框中。例如，诸如颜色、填料或包括上述中至少一个的组合的可选择的成分可直接结合到纤维增强聚合物混合物中。这种成分当与部分表面的可选择的结构组合时能够提供视觉上吸引人的元素，例如，让这部分呈皮革外观。因此，无需再进行额外的处理，诸如，给窗框涂漆或防蚀处理。
大体单向带材料被分割成具有期望大小和形状的段并且这些段被放置在模具内的关键位置中。大体单向纤维带不必在将带材料的段放置于模具中之前预成形。在放置在模具中之后，例如通过传递模制法用纤维增强聚合物材料对大体单向纤维带进行二次成型。可使用的传递模制法包括注射模制(injection molding)、压缩模制(compressionmolding)或注射模制和压缩模制的组合。
用于塑料内壳12的模具可包括直接形成穿过内壳的主体部分14的内壳支撑梁24的区域。可选择地，可省去内壳支撑梁24，侧门在与双壳复合结构中存在的其他结构元件(诸如，外壳中的支撑梁)组合的情况下，还可承受碰撞和刚性载荷。模具还可包括形成沿内壳的至少三个主侧部的肋26的区域。在图1中示出了肋26在内壳主体部分14内的示例性位置。因此，可选择地使用单二次成型法形成整个塑料内壳12。塑料内壳12可以是完整的塑料结构，其中，支撑梁24和肋26直接模制为内壳结构的一部分。
类似地，用于塑料外壳50的模具包括直接形成穿过外壳宽度的外壳上支撑梁56和外壳下支撑梁58的区域。因此，图3中所示的外壳可以是完整的塑料结构，其中，上支撑梁56和下支撑梁58可直接模制为内壳结构的一部分。可选择地使用单二次成型法形成整个塑料外壳12。塑料外壳50可以是完整的塑料结构，其中，支撑梁56和24可直接模制为塑料外壳结构的一部分。
以上方法与现有技术形成对比，在现有技术中分开制造包括钢的梁并然后焊接或附接至钢门结构。
内壳支撑梁和外壳支撑梁包括沿支撑梁结构的长度布置的大体单向纤维带。图7是大体单向纤维带放置在内壳支撑梁或外壳支撑梁中的示例性位置的示意图。大体单向纤维带布置在模具中，以使得连续纤维增强在纵向方向(即，沿梁的长度、沿主轴线)延续。
图4是装配的双壳复合结构80的实施方式的示图。可使用多种机构实现将塑料内壳附接至塑料外壳以形成最终复合结构，多种机构包括粘合剂、焊接、热铆合、固定措施(例如，螺钉、螺栓)、以及包括上述中至少一个的组合。可替代地，还可设想更先进/更广泛的方法，诸如，导致两个部分都接合到一起的额外的二次成型法。
双壳复合结构80具有双壳复合窗框部分82和双壳复合主体部分84。在图4中示出了内壳支撑梁24、外壳上支撑梁56以及上壳下支撑梁58的相对位置。如图4中示出的，支撑梁56和/或58中的肋的数量可朝向支撑梁的中部增多，从而与梁的端部相比在梁的中部提供更大的支撑。
侧门还可包括附加功能元件。功能元件的实例包括窗、窗导轨、碰撞管(例如，定位成穿过窗区域的基部(底部)并构造成在正面碰撞过程中转移载荷(例如，撞击车辆正面时而不是侧面撞击)的梁或管)、门把手、门锁、铰链、门闩锁、扬声器、窗调节器、罩(例如，用来转移气流、雨等)、天线、齿轮、电气设备(例如，计算机芯片、连接器、配线等)、后视镜、后视镜调节钮、软材料或由聚合物注塑模制的软垫(例如，减轻对乘员身体等的冲击)、排放孔、内饰(例如，门的乘员侧的表面上的织物、纹理的区域等)或包括以上至少一个的组合。
虽然金属支撑结构可进一步增加结构完整性并可用于与本文中描述的纤维带结合，但是这种结构还增加了重量，明显增加了重量。然而，由于在本设计中获得的结构完整性的级别，侧门结构可选择性地不包含金属梁或金属变形元件，并仍可满足期望的侧面撞击测试。换言之，复合结构可以没有金属结构支撑元件，诸如，金属梁和金属变形元件。可选择地，除了铰链，门把手、锁(或锁的构造成接收钥匙的部分)、电气设备(包括配线、窗机构)、齿轮、天线、导轨部分和/或扬声器以外，门结构可没有金属。可选择地，除了铰链、门把手以及电气设备以外，门结构可基本没有金属。可选择地，配件(例如，门把手、锁(或锁的构造成接收钥匙的部分))、配线、窗机构、导轨部分和/或扬声器可包括金属。
两个分开的塑料壳组装成复合结构还允许将窗布置在双壳复合体的内壳与外壳之间。此外，由于窗框形成为双壳结构，窗玻璃导轨可在模制过程中直接结合到结构中。由于大体单向纤维带的设计和布置，尽管在内壳与外壳之间存在车窗，双壳结构也能够赋予侧门所需的结构完整性和耐用度，所述结构完整性和耐用度有效地应付施加的碰撞载荷。
转到图5A，提供了示出具有指出的门板40和双壳复合窗框部分82的组装的侧门的部分的示意图。图5B和图5C是双壳复合窗框82的窗密封横截面90的示意图。
在图5B和图5C中示出的窗密封横截面90示出了窗92、白车身100、窗密封件94以及大体单向纤维带材料UD的相对位置。图5D示出了大体单向纤维带材料UD在车窗密封横截面内的位置的分解图。与大体单向纤维带在支撑梁中的情况一样，窗框中沿框架元件长度的那些大体单向纤维带例如沿上窗框(而不是穿过上窗框)延伸、沿下窗框延伸、沿前窗框延伸和/或沿后窗框延伸。
图6提供了示出现有技术的侧门114、白车身100的部分、门锁112以及现有技术的金属铰链110(例如，钢绞链)的示意图。可使用至少两个铰链，但原则上可应用任何数量的铰链。图6中示出的现有技术的金属铰链110构造成承受用于侧门撞击的欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)和欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)的撞击载荷而没有损坏。例如，在撞击过程中或撞击后，侧门114与白车身100之间的连接没有毁损。然而，在撞击后可能难以(并非不可能)打开侧门114。
图6B提供了示例性塑料侧门10的示意图，该塑料侧门包括大体单向带(例如，如在图1中示出的)、白车身(BIW)100的部分、门锁112、以及铰链116，其中，附接至门结构的至少部分由塑料或复合材料制成，并且只有铰链销或轴(未示出)以及销(未示出)周围的衬套可能是金属材料的。铰链116的附接至车体的部分可以是任何构造或材料的。例如，铰链116可包括例如位于铰链与BIW之间的纤维增强聚合物材料。可选择地，铰链仅由纤维增强聚合物材料形成。纤维增强聚合物材料是相对易碎的塑料材料。在铰链的位置处和/或在锁的位置处的区域因此可设计成在期望载荷下断裂。例如，铰链116和/或锁112可设计成在造成门出现明显不能恢复的变形(例如，门侵入大于100mm)的碰撞载荷过程中断裂。如在本文中使用的，“断裂”旨在指门与BIW的连接(例如，在铰链处、在锁处)失效。断裂包括附接至BIW的铰链116与位于铰链的部分内的侧门结构(即，门结构的部分)之间的断裂。这种断裂在侧面碰撞过程中使撞击载荷能够更好地朝向白车身转移，从而使门组件较少地侵入到车厢中。这还使在撞击后能够容易地移去门并容易地接近乘员。
例如，在BIW连接能够损坏的情况下，在预期的撞击载荷后，双壳复合结构中的支撑梁更加有效地吸收撞击能量并更加有效地将其转移到BIW，从而在连接(例如，铰链和/或锁)断裂时，支撑梁弯曲而不断裂。这种强度和柔性的结合程度是由于大体单向纤维带在内壳和外壳中的定位、支撑梁在内壳和外壳中的几何形状、在支撑梁的两端(该两端将梁载荷有效地转移到白车身)处的几何设计以及肋在内壳的主体部分内的布局。因此，以不同的方式吸收能量的侧门的双壳复合设计允许铰链或锁在侧面撞击测试过程中断裂。
在一些实施方式中，在根据欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)进行的欧洲NCAP侧面撞击测试之后侧门能容易地打开。当铰链都断裂后，甚至在锁不能再打开的情况下，严重变形的门也能容易地拉开。
可选择地，侧门不包含金属变形元件。
图7至图11是可在双壳复合体的内壳或外壳中使用的支撑梁的多种实施方式的立体图。支撑梁(或多个支撑梁)的横截面不限于单个设计或形状。大体单向纤维带布置在梁结构内以在支撑梁(或多个支撑梁)的给定深度内获得最大弯曲刚度。支撑梁还可具有可变的横截面。支撑梁(或多个支撑梁)的尺寸以及用于构造支撑梁的大体单向纤维带和纤维增强聚合物材料的量最优化成使得支撑梁在根据欧洲NCAP方法进行的侧面或柱撞击安全测试过程中不会失去结构的完整性。如可从这些设计中看到，支撑梁可包括两个壁之间的肋。支撑梁可包括斜交(不是90度)于两个壁定向的肋，和/或包括垂直于两个壁定向的肋。可具有可选择的后壁和/或前壁，所述后壁和/或前壁穿过肋连接两个壁并在两个壁之间延伸。
在本文中还提供了用于制造用于汽车的包括双壳复合结构的侧门的方法。例如，该方法可包括在模具中将纤维增强聚合物传递模制在沉积的大体单向纤维带上以形成塑料内壳，其中，内壳包括内壳支撑梁，该内壳支撑梁定位在穿过内壳主体部分的角处；在模具中将纤维增强聚合物传递模制在沉积的大体单向纤维带上以形成塑料外壳，其中，外壳包括至少两个非平行的、非相交的外壳支撑梁，该外壳支撑梁定位成穿过外壳的宽度；以及将塑料内壳与塑料外壳连接在一起以形成双壳复合结构。根据所述而制备的汽车侧门在根据欧洲NCAP方法进行的侧面撞击测验中具有至少4分。
可选择地，方法可包括将大体单向纤维带材料分割成具有预期的形状和大小的段并将该段布置在模具中。可选择地，可在将段布置在模具中之前使得大体单向纤维带预成形。预成形的方法可包括在单独的步骤中加热和/或压制成形大体单向带材料以在沉积在模具中之前对材料增加三维形状。在其他实施方式中，在将大体单向纤维带沉积在模具中之前大体单向纤维带未预成形。
在多种实施方式中，方法还包括在侧门中加入功能元件。功能元件的实例包括窗、窗导轨、碰撞管、门把手、门锁、铰链、门闩锁、扬声器、窗调节器或包括上述中至少一个的组合。
在实施方式中，车辆的侧门可包括：包括塑料内壳和塑料外壳的结构，该塑料内壳包括大体单向纤维带，塑料外壳包括外壳支撑梁，该外壳支撑梁定位成穿过外壳的宽度。外壳支撑梁可包括大体单向纤维带。该侧门在根据欧洲新车安全评鉴协议(欧洲NCAP)方法进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数。
在另一实施方式中，车辆的侧门可包括包含塑料内壳和塑料外壳的结构，该塑料内壳包括内壳纤维带，该内壳纤维带具有相对于纤维的总重量大于或等于50wt.％的纤维，该纤维在与内壳纤维带的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向；该塑料外壳包括定位成穿过外壳的宽度的外壳支撑梁，其中，外壳支撑梁包括外壳纤维带，该外壳纤维带具有相对于纤维的总重量大于或等于50wt.％的纤维，该纤维在与外壳纤维带的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向。该侧门在根据欧洲新车安全评鉴协议(欧洲NCAP)方法进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数。
在实施方式中，车辆可包括：结构体和侧门。侧门可包括：塑料内壳，该塑料内壳包括大体单向纤维带；塑料外壳，该塑料外壳包括定位成穿过外壳的宽度的外壳支撑梁，其中，外壳支撑梁包括大体单向纤维带；门板，该门板位于塑料外壳上；窗；以及铰链。该侧门在根据欧洲NCAP方法进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数，并且其中，铰链在侧面撞击测试过程中断裂。
在实施方式中，车辆可包括：结构体和侧门。侧门可包括：塑料内壳，该塑料内壳包括纤维带，该纤维带具有相对于纤维的总重量大于或等于50wt.％的纤维，该纤维在与内壳纤维带的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向；塑料外壳，该塑料外壳包括定位成穿过外壳的宽度的外壳支撑梁，其中，外壳支撑梁包括纤维带，该纤维带具有相对于纤维的总重量大于或等于50wt.％的纤维，该纤维在与内壳纤维带的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向；门板，该门板位于塑料外壳上；窗；以及铰链。
在实施方式中，用于制造车辆的侧门的方法可包括：将纤维增强聚合物传递模制在大体单向纤维带上以形成塑料内壳；将纤维增强聚合物传递模制在沉积的大体单向纤维带上以形成塑料外壳，其中，外壳包括外壳支撑梁，该外壳支撑梁定位成穿过外壳的宽度；以及将塑料内壳和塑料外壳连接在一起以形成复合结构。该侧门在根据欧洲NCAP方法进行的侧面撞击测试中可具有至少4分的分数。
下面阐述侧门、用于制造侧门的方法以及使用侧门的车辆的多个实施方式。
实施方式1：一种车辆的侧门，该侧门包括具有塑料内壳和塑料外壳的结构，该塑料内壳包括内壳纤维带，该内壳纤维带具有相对于纤维的总重量大于或等于50wt.％的纤维，该纤维在与内壳纤维带的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向，该塑料外壳包括定位成穿过外壳的宽度的外壳支撑梁，其中，外壳支撑梁包括外壳纤维带，该外壳纤维带具有相对于纤维的总重量大于或等于50wt.％的纤维，该纤维在与外壳纤维带的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向。该侧门在根据欧洲新车安全评鉴协议(欧洲NCAP)方法进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数。
实施方式2：根据实施方式1的侧门，其中，塑料内壳包括内壳支撑梁，该内壳支撑梁定位成穿过内壳的主体部分，其中，内壳支撑梁包括大体单向纤维带区段。
实施方式3：根据实施方式1至2中任一项的侧门，其中，塑料外壳包括至少两个非相交外壳支撑梁，该外壳支撑梁定位成穿过外壳的宽度。
实施方式4：根据实施方式1至3中任一项的侧门，其中，内壳的窗框部分包括大体单向纤维带，该大体单向纤维带定位成穿过窗框部分的上部部分、下部部分、前部部分、后部部分的一个或多个。
实施方式5：根据实施方式1至4中任一项的侧门，其中，外壳的窗框部分包括大体单向纤维带，该大体单向纤维带定位成穿过窗框部分的上部部分、下部部分、前部部分、后部部分的一个或多个。
实施方式6：根据实施方式1至5中任一项的侧门，其中，外壳支撑梁大体单向纤维带是用纤维增强聚合物材料二次成型的。
实施方式7：根据实施方式1至6中任一项的侧门，其中，内壳还包括肋，该肋定位在主体部分中。
实施方式8：根据实施方式7的侧门，其中，肋沿主体部分的后周缘、底部周缘以及前周缘定位。
实施方式9：根据实施方式1至8中任一项的侧门，其中，侧门没有金属结构支撑元件。
实施方式10：根据实施方式1至9中任一项的侧门，其中，侧门在如根据欧洲NCAP协议测得的侧面撞击测试中具有大于或等于6分的分数。
实施方式11：根据实施方式1至10中任一项的侧门，该侧门还包括铰链，该铰链与门整体形成，其中，在导致门侵入大于100mm的侧面撞击测试过程中，铰链断裂。
实施方式12：根据实施方式1至11中任一项的侧门，其中，侧门在如根据欧洲NCAP方法测得的柱撞击测试中具有至少4分的分数。
实施方式13：一种车辆，该车辆包括结构体和实施方式1至12中任一项的侧门。
实施方式14：一种车辆，该车辆包括：结构体；以及侧门。侧门包括：塑料内壳，该塑料内壳包括大体单向纤维带；塑料外壳，该塑料外壳包括定位成穿过外壳的宽度的外壳支撑梁，其中，外壳支撑梁包括大体单向纤维带；门板，该门板位于塑料外壳上；窗；以及铰链。可选择地，侧门在根据欧洲NCAP方法进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数，并且其中，在侧面撞击测试过程中，铰链断裂。
实施方式15：根据实施方式14的车辆，其中，塑料内壳还包括内壳支撑梁，该内壳支撑梁定位成穿过内壳的主体部分，其中，内壳支撑梁包括肋和大体单向纤维带。
实施方式16：根据实施方式14至15中任一项的车辆，其中，塑料外壳包括至少两个非相交的外壳支撑梁，该外壳支撑梁定位成穿过外壳的宽度。
实施方式17：根据实施方式14至16中任一项的车辆，其中，侧门没有金属结构支撑元件。
实施方式18：根据实施方式14至17中任一项的车辆，其中，外壳支撑梁的大体单向纤维带是用纤维增强聚合物材料二次成型的。
实施方式19：根据实施方式14至18中任一项的车辆，其中，内壳还包括肋，该肋沿内壳主体部分的后部、底部以及前部定位。
实施方式20：一种制造车辆的侧门的方法，该方法包括：将纤维增强聚合物传递模制在大体单向纤维带上以形成塑料内壳；将纤维增强聚合物传递模制在沉积的大体单向纤维带上以形成塑料外壳，其中，外壳包括定位成穿过外壳的宽度的外壳支撑梁；以及将塑料内壳和塑料外壳连接在一起以形成复合结构；其中，侧门在根据欧洲NCAP方法进行的侧面撞击测验中具有至少4分的分数。
实施方式21：根据实施方式20的方法，其中，塑料内壳的大体单向纤维带定位于二次成型的支撑梁中。
实施方式22：根据实施方式20至21中任一项的方法，其中，传递模制包括注射模制、压缩模制或注射模制与压缩模制的组合。
实施方式23：根据实施方式20至22中任一项的方法，该方法还包括将大体单向纤维带切割成具有预期的形状和大小的段并将所述段布置在模具中。
实施方式24：根据实施方式20至23中任一项的方法，该方法还包括将门板附接至外壳。
实施方式25：在本文中还包括用于制造实施方式1至12中的侧门的任一个的方法，该方法包括传递模制内壳，传递模制外壳，以及将内壳与外壳连接在一起。
实施方式26：本文还包括车辆(例如，汽车、卡车等)，该车辆包括实施方式1至12中的侧门的任一个。车辆还可包括其他典型车辆部件，诸如，结构支撑件、转向机构、推进机构(例如，发动机)、缓冲器、灯光系统、座椅、玻璃窗(glazing)、车顶、附加门和/或行李箱/后备箱(hatchback)等。
通过以下非限制性的实例进一步示出了包括双壳复合体的侧门。
实例
实例1：大体单向连续纤维增强材料的测试
通过使用标准方法的微机械分析(micromechanical analysis)测试或得出非增强聚合物材料的弹性模量(elastic modulus，弹性系数)。根据2012年生效的ISO527在室温下并在标准实验室条件下测试拉伸模量(tensile modulus)。使用的微机械分析软件是在2012年从鲁汶大学(university of Leuven)获得的simple_mmech_v25。图12是示出了非增强聚合物基体材料(聚丙烯(PP)、干的聚酰胺(PA)以及相对湿度(RH)为50％的PA)的弹性模量(E-模量)的示图。如图12中示出的，在所测试的不同聚合物之间在弹性模量方面存在较高的变化度。即，弹性模量取决于所测试的聚合物的类型甚至，取决于相对湿度。
使用聚丙烯、聚酰胺(干的)或RH为50％的聚酰胺作为聚合物基体制备大体单向(UD)纤维增强材料(例如，连续的纤维)。长玻璃纤维或长碳纤维结合到聚合物基体中。玻璃纤维或碳纤维的体积百分数是60％。使用标准方法测试UD复合材料的弹性模量。图13是示出了连续的玻璃纤维增强材料(玻璃纤维UD复合材料)的弹性模量的示图。图14是示出了连续的碳纤维增强材料(碳纤维UD复合材料)的弹性模量的示图。
如图13中示出的，PP、PA和RH为50％的PA玻璃纤维UD复合材料的弹性模量明显增大。类似地，如图14中示出的，PP、PA和RH为50％的PA碳纤维UD复合材料的弹性模量明显增大。此外，如图13和14中示出的，在非增强PP、PA(干的)、或RH为50％的PA之间观察到的弹性模量的变化几乎可被聚合物基体中具有的UD纤维忽略。还应当注意的是，由于具有连续的纤维，RH不再是弹性模量中的因子。
实例2：双壳复合结构的制备
使用可从沙特基础创新塑料IP私人有限责任公司购买的STAMAX*树脂以及大体单向玻璃纤维带材料制备双壳复合结构。使用嵌入聚丙烯基体中的连续的长玻璃纤维制备玻璃纤维带材料并设置为位于卷上的条带。条带层堆叠成使得每层中的纤维平行于材料的长度。
PP玻璃纤维带的段被切割并布置在内壳模具和外壳模具内的预定位置处。STAMAX*材料注入到模具中。已发现的是，当将插入材料预加热到一温度(在所述温度下，在实际二次成型加工期间，在界面处的插入材料仍为熔融的，或通过二次成型的STAMAX*材料的加热再次熔化)时在UD玻璃PP插入件与STAMAX二次成型材料之间产生良好的粘附。STAMAX*材料的二次成型的加工参数是在用于STAMAX*的加工数据表中推荐的加工参数，该参数可从SABIC获得。
实例3：窗框静态载荷测试
使用静态载荷状况方法对实例2中的包括双壳复合结构的侧门的窗框进行测试以评估复合窗框的刚度。为了比较，还测试了钢门。
窗框在双壳复合窗框部分的中点P1和拐角点P2(图4)处并在基于钢的窗框上的相应点处承受400N的载荷(力)。然后，在中点P1和拐角点P2处测量在力方向上的变形程度。
表1比较了在应用400N的载荷力后观察到的变形。如表1中示出的，在静态载荷下双壳复合侧门的窗框比基于钢的门的窗框表现得更好。
通过沿内壳和外壳的多个点调整大体单向复合体的量来最优化侧门的复合窗框的重量。还调整在多个点处STAMAX的量。目的是使塑料门的设计最优化以使得在400N的静态载荷下在中点和拐角点处的变形小于钢门，并且在所有条件下保持与钢门相比拟的“刚度”的感觉。
图15是内壳窗框部分的立体图，指示出了最优化以调整侧门的重量的区域。图16是外壳窗框部分的立体图，指示出了最优化以调整侧门的重量的区域。结合图15和图16，下面的表2示出了玻璃纤维带材料(UD)的厚度，该玻璃纤维带材料布置在复合门结构的设计1和设计2中的每个点处。表2还概括了在室温下在每个点处应用400牛顿(N)的静态载荷后在P1和P2处观察到的变形的程度。
1在力(400N)方向上
表2示出了通过改变各个位置处的玻璃纤维UD带的厚度，复合侧门的总重量明显减小。设计2窗框的重量比设计1窗框的重量轻663g。这两种设计都比钢门轻。此外，在力的方向上在最优化的双壳复合窗框的中点和拐角点处的变形仍比钢窗框观察到的变形量(见表1)少。
还应当注意的是，设计2比重量为1,179g的钢窗框轻413g。换言之，该设计节省大于或等于20％的重量，具体地，大于或等于30％，同时仍具有较低的偏差值。
实例3：在欧洲NCAP侧面撞击测试过程中的撞击性能
实例2的包含最优化的双壳复合体的门经受侧面撞击测试和柱撞击测试方法，该方法根据欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版(2011年11月)和欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)进行。
通用的完整的或减少的汽车模型用于根据欧洲NCAP侧面撞击测试方法的侧门性能的评估。测试的示例性的汽车包括钢后门和复合前门。复合前门包括具有图4中示出的结构的双壳复合体。这种模型的侧面撞击测试性能与具有后钢门结构和前钢门结构的车辆模型进行比较。
根据欧洲NCAP测试协议以约50km/h±1km/h的目标速度在复合前门或钢前门上使用平的障碍物撞击来进行侧门撞击测试。在侧面撞击之后对侧门侵入车的程度进行评估。结果显示，与钢前门相比，复合前门显示了较少的侵入汽车，同时复合门的代替钢结构的结构部件在重量上轻30％。
图17示出了在包括复合门的汽车以及包括钢门的汽车的侧面撞击测试之后内部能量在侧门、白车身以及障碍物中的分布。该图示出了当与具有钢门的模型相比时，复合门消耗较少的能量而障碍物吸收更多的能量。这表示了复合门具有更坚硬的性能。
还评估了根据欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)的伤害标准以达到欧洲NCAP得分评级(point rating)。参见金属与复合门的比较结果的表3。结果表明，在这个特定测试中，具有复合门的汽车预期获得得分评级的最高值8分。
对于侧面撞击测试，支撑梁在能量吸收和将载荷转移到白车身上具有重要作用。
实例4：在欧洲NCAP柱撞击测试性能过程中的撞击性能
通用的全车模型用于在根据欧洲NCAP柱碰撞测试协议第5.2版(2011年11月)和欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)进行的欧洲NCAP柱侧面撞击测试协议中对侧门性能进行评估。对根据欧洲NCAP测试协议以约29±0.5km/h的目标速度和约90°±3°的目标柱撞击角度的柱碰撞进行研究。
所测试的示例性汽车包括钢后门和复合前门。复合前门包括具有在图4中示出的结构的双壳复合体。将该模型的侧面撞击测试性能与具有后钢门结构和前钢门结构的车辆模型进行比较。
评估在柱撞击之后侧门侵入车中的程度。与钢门相比，在柱撞击之后复合门显示出了对乘员室侵入稍微减轻。
图18示出了在包括复合门的汽车以及包括钢门的汽车的柱撞击测试之后在侧门和白车身中的内部能量分布。该图示出了在具有复合门的模型中的能量消耗几乎与在具有钢门的模型中所观察的能量消耗相同。
对根据欧洲NCAP评估协议-成年乘员保护第5.4版(2011年11月)的伤害标准进行评估以达到欧洲NCAP得分评级。如在上文表3中所示，结果表明，在这个特定测试中，具有复合门的汽车预期获得得分评级的最高值8分。
实例5：交叉梁与非相交梁的比较
将这里所描述的具有两个非相交的梁的门与具有交叉的梁(以在Ziegler等人申请的EP 1581380 B1中提出的方式)并具有相同的门重量的设计进行比较。通过观察将门安在小客车上的欧洲NCAP侧面碰撞后的结果完成比较。发现的是在碰撞过程中，在撞击后10毫秒(ms)就发生了交叉的梁结构在横截面点处的首次材料失效(断裂)，而在20ms时在该点处丧失结构完整性。在50ms时在梁的交叉点处最终的损坏是十分明显的(见图19，由箭头表示。)
在该安全关键部位中要避免如图19中所示的结构损坏(交叉结构)，因为这首先会导致安全性能变差，并且在断裂发生时安全性能还将会在很大程度上取决于生产条件或撞击条件的微小变化。
在相同的条件下，图4中所示的设计(两个非相交结构的梁)没有表现出损坏。
如从以上实例可以看出，包括大于或等于两个支撑梁的侧门结构能够获得理想结构整体性并满足欧洲NCAP侧门撞击安全标准，这两个支撑梁从前方朝向后方延伸穿过主体部分并包括大体单向纤维带。支撑梁可以没有金属。
如从以上实例可以看出，侧门结构能够实现预期的结构整体性并满足欧洲NCAP侧门撞击安全标准，该侧门结构包括支撑梁，并且不包括相交的支撑梁(例如，其中，门结构中的所有支撑梁是非相交的)，该支撑梁包括大体单向纤维带。支撑梁可没有金属。
通常，本发明可以可替换地包括、包含或基本包括本文中公开的任何合适的部件。本发明可(另外地或可替代地)形成为没有或基本上不含现有技术组成中所用的或另外对于实现本发明的功能和/或目的非必要的任何组件，材料，成分，佐剂或物质。
本文所公开的所有范围都包括端点，并且各端点可以独立地相互组合(例如，范围“可达25wt.％，或更具体地5wt.％至20wt.％”包括“5wt.％至25wt.％”的范围的端点和所有的中间值等)。“组合”包括调和物(blends)、混合物、合金、反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等在本文中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个要素与另一个要素相区分。术语“一个(a)”和“一种(an)”和“该(the)”在本文中不表示数量限制，而应该解释为既包括单数也包括复数，除非本文中另有指明或明显与上下文相矛盾。本文中所用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，从而包括该术语的一个或多个(例如，膜(film(s))包括一个或多个膜)。贯穿说明书提及的“一个实施方式”、“另一实施方式”、“实施方式”等指的是与该实施方式有关的具体要素(例如，特点、结构、和/或特性)包含在本文中所描述的至少一个实施方式中，并且可以存在于或者不存在于其他的实施方式中。此外，应当理解的是，所描述的要素能够以任何合适的方式组合在不同实施方式中。
虽然已经描述了具体的实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员将会想到目前可能未预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，提交的所附权利要求和修改的所附权利要求旨在涵盖所有这样的替代、修改、变化、改进和实质等同物。

Claims (15)

1.一种用于车辆的侧门，所述侧门包括：
结构，所述结构包括塑料内壳和塑料外壳，其中，所述塑料内壳包括纤维带，并且其中，所述塑料外壳包括外壳支撑梁，所述外壳支撑梁定位成穿过所述塑料外壳的宽度；
其中，所述外壳支撑梁包括大体单向纤维带区段，其中，所述外壳支撑梁是用纤维增强聚合物材料二次成型的；
其中，所述结构没有金属支撑元件；并且
其中，所述侧门在根据2011年11月的欧洲新车安全评鉴协议(欧洲NCAP)侧面撞击测试协议第5.2版进行的侧面撞击测试中具有至少4分的分数。
2.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述大体单向纤维带区段包括基于所述大体单向纤维带区段中的纤维总重量的大于或等于50wt.％的纤维，所述纤维在与所述大体单向纤维带区段的主轴线成+45°到-45°的角度的方向上定向。
3.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述塑料外壳包括定位成穿过所述塑料外壳的宽度的至少两个非相交的所述外壳支撑梁。
4.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述塑料内壳的窗框部分包括大体单向纤维带，所述大体单向纤维带定位成穿过所述窗框部分的上部部分、下部部分、前部部分、后部部分中的一个或多个。
5.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述塑料外壳的窗框部分包括大体单向纤维带，所述大体单向纤维带定位成穿过所述窗框部分的上部部分、下部部分、前部部分、后部部分中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述塑料内壳还包括肋，所述肋定位在所述塑料内壳的主体部分中。
7.根据权利要求6所述的侧门，其中，所述肋沿所述塑料内壳的所述主体部分的后周缘、下周缘以及前周缘定位。
8.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述侧门没有金属结构支撑元件。
9.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述侧门在根据2011年11月的欧洲NCAP侧面撞击测试协议第5.2版测得的侧面撞击测试中具有大于或等于6分的分数。
10.根据权利要求1所述的侧门，所述侧门还包括铰链，所述铰链与所述侧门整体形成，其中，所述铰链在导致门侵入量大于100mm的侧面撞击测试过程中损坏。
11.根据权利要求1所述的侧门，其中，所述侧门在根据2011年11月的欧洲NCAP柱撞击测试协议第5.2版测得的柱撞击测试中具有至少4分的分数。
12.一种车辆，包括：
结构体；以及
根据权利要求1所述的侧门，所述侧门还包括
门板，所述门板位于所述塑料外壳上；
窗；以及
铰链。
13.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述铰链在所述侧面撞击测试过程中损坏。
14.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述塑料外壳包括定位成穿过所述塑料外壳的宽度的至少两个非相交的所述外壳支撑梁。
15.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述侧门没有金属结构支撑元件。
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