CN107635856A - 具有复合纤维子框架的金属横向构件 - Google Patents

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Abstract

适于机动车辆前部悬架的横向构件包括:金属的第一结构(12);结合到第一结构(12)的复合材料的第二结构(14);和多个安装构件(16),多个安装构件(16)通过第一结构(12)连接到彼此以便允许将前部悬架的一个或多个部件安装到横向构件(10)上,其中第二结构(14)包括完全由具有聚合物基体的复合材料制成的基部主体(26),以及至少一个增强元件(28),所述增强元件(28)在其预定区域内牢固地连接到基部主体(26),以便对横向构件的总机械强度和刚度有所贡献;由此第二结构包括在横向方向上延伸的主要部分(20),从主要部分(20)的相对端部向后突出的一对纵向附件(22),以及分别从相应的纵向附件(22)向上延伸的一对支杆(24)。

Description

具有复合纤维子框架的金属横向构件
技术领域
本发明涉及用于机动车辆前部悬架的横向构件,也就是说,本发明涉及结构元件,其通常用于汽车领域内以便将车辆前部悬架的部分连接到车体,如在独立权利要求1的前序部分中所指定的那样。
本发明还涉及用于制造适于车辆前部悬架的横向构件的方法。
背景技术
上述类型的横向构件从以申请人名义的EP 2 569 175已知。
在用于机动车辆悬架的部件(诸如用于前部悬架的横向构件)的设计期间必须由设计者满足许多相冲突的要求。具体地,用于机动车辆悬架的部件必须能够承受某些类型的负荷(所谓的疲劳负荷),负荷在车辆的正常使用期间施加,甚至在重载状态下。这些负荷被交替地施加到部件上,并且后者即所述部件必须直到施加特定数目的疲劳循环也不会出现裂缝或者破碎。必须由部件满足的另一个结构要求是在所谓“滥用”负荷下也就是说在极限使用条件(例如在碰撞期间)下以可预知的方式(只具有有限的塑性)变形的能力。部件必须能够承受任何这些类型的负荷而不会在其任何区域内破碎,以便确保与车辆其它部件的连接。此外,在部件附接或者连接到车辆其它部件的情况下,所述部件必须在静止和动态刚性方面满足合适的要求。上述要求必须在部件的整个寿命期间被满足,尽管部件随着时间的推移会经受磨损和老化,磨损和老化主要是由于气候因素和大气助剂,诸如像温度、湿度、紫外线的辐射等等造成的。
发明内容
本发明的一个目的是提供横向构件,其能够提供比现有技术相更好的性能。
根据本发明该目的和其它目的通过具有所附独立权利要求1中所述特征的横向构件、以及通过如所附独立权利要求7中所限定的用于制造横向构件的方法和通过如所附独立权利要求8中所限定的用于制造横向构件的方法而完全实现。
本发明的有利实施例在从属权利要求中指定,其主题将被认为是形成下列说明书的完整并且不可分割的部分。
简而言之,本发明基于提供横向构件的构思,所述横向构件包括:金属的第一结构;结合到第一结构的复合材料的第二结构;以及多个安装构件,所述多个安装构件通过第一结构连接到彼此以便允许将机动车辆前部悬架的一个或多个部件安装到横向构件上;其中第二结构包括基部主体和在其预定区域中牢固连接到基部主体的至少一个增强元件,所述基部主体完全由具有聚合物基体的复合材料制成;并且其中第二结构包括在横向方向上延伸的主要部分,从主要部分的相对端部向后突出的一对纵向附件,以及分别从相应的纵向附件向上延伸的一对支杆。
因此在根据本发明的横向构件中,第一结构(金属结构)不仅限定安装构件的位置,而且对横向构件的机械强度和刚度有所贡献,复合材料的基部主体(其是第二结构的一部分)具有限定横向构件的大致形状、提供一个或多个增强元件必须结合到其上的基部、以及进一步对于横向构件的机械强度和刚度有所贡献的功能,而增强元件(其也是第二结构的一部分)具有对于横向构件的机械强度和刚度有所贡献的功能,由增强元件提供的对机械强度和刚度的贡献分别优选包括在横向构件的总机械强度和刚度的30%和70%之间。
第一结构优选制成为桁架结构,其包括多个具有不同形状的横截面(实心或者中空的圆形横截面,实心或者中空的矩形横截面,I形的横截面,T形的横截面等等)的金属连接元件。
优选地,第二结构是包覆模制在第一结构上。
基部主体优选通过注射成型、热成形、原位聚合或者树脂传递模塑而获得。
增强元件可由金属制成,例如钢(通过热或者冷成型过程),铝(通过热或者冷成型、浇铸、锻造或者挤出过程),镁(通过浇铸过程),或者可由具有聚合物基体的复合材料制成。
基部主体的以及还有可能的是增强元件的复合材料的聚合物基体例如由热塑性或者热固聚合物(诸如像环氧树脂)制成,而复合材料的增强纤维可能是随机取向的短纤维或者取向的纤维。纤维可由适于给复合材料提供所需机械性能的碳、凯夫拉尔(Kevlar)、玻璃或者任何其他材料制成。
在增强元件由具有聚合物基体的复合材料制成的情况下,它们优选通过热焊接而连接到基部主体,即通过将基部主体和增强元件加热到能够熔化相应的聚合物基体并且因此允许焊接它们的温度。
此外,在增强元件由具有聚合物基体的复合材料制成的情况下,它们优选由复合材料的一层或多层的重叠层制成,纤维的取向、纤维的结构和各种层重叠的顺序被选择以便为每种增强元件提供所需的机械强度。
附图说明
本发明的进一步的特征和优势将从参照附图纯粹通过非限制性实例给出的下列详细说明而变得显而易见,其中图1和图2分别是根据本发明实施例的用于机动车辆前部悬架的横向构件的第一结构(金属结构)和第二结构(复合结构)的透视图。
具体实施方式
参照附图,根据本发明实施例的用于机动车辆前部悬架的横向构件基本上包括金属的第一结构12(在图1中示出),复合材料的第二结构14(在图2中示出)和多个安装构件16(在图1和图2两者中示出),多个安装构件16为本身已知类型的,用于将横向构件连接到车体以及用于将机动车辆前部悬架的部件(未示出)(诸如摆动臂,连接杆,防滚杆等等)连接到横向构件。
第一结构12优选制成为桁架结构,并且包括为笔直或者曲线形状的多个刚性连接元件18,其将安装构件16连接到彼此,并且具有不同形状的横截面(实心或者中空的圆形横截面,实心或者中空的矩形横截面,I形的横截面,T形的横截面等等)。安装构件16可具有各种形状,例如圆柱形形状,以及由各种材料制成,尤其是金属或者塑料。
第二结构14限定横向构件的大致形状,以及基本上包括:合适形状的主要部分20,其大致在横向方向上延伸(在横向构件安装到车辆上的安装状态下);一对纵向附件22,其从主要部分20的相对端部向后突出(在横向构件安装到车辆上的安装状态下);以及分别从相应的纵向附件22向上延伸的一对支杆24。
第二结构14的结构部件(也就是说主要部分20,纵向附件22和支杆24)被制成为单个主体,在下文被称为基部主体26,其由具有聚合物基体的复合材料制成。基部主体26的复合材料的聚合物基体可由热塑性或者热固聚合物制成。基部主体26的复合材料还包括增强纤维,其可由适于给复合材料提供所需机械性的碳、凯夫拉尔、玻璃、金属或者任何其他材料制成。纤维可能是取向的纤维或者非取向的短纤维(即随机取向的短纤维)。
第二结构14还包括一个或多个增强元件28,所述增强元件28在其预定区域内牢固地连接到基部主体26以便给第二结构14以及因此整个横向构件提供所需的结构性能(机械强度和刚度)。在附图中所示的实施例中,增强元件例如牢固地连接到基部主体26的主要部分20,但也可能是增强元件牢固地连接到两根支杆24的前部垂直面和/或牢固地连接到两根支杆24的后部垂直面。自然地,增强元件28的数目、布置和形状可取决于具体的应用与本发明实例的那些广泛地不同。
优选地,增强元件28布置且成形为对横向构件的总机械强度和刚度的贡献包括在30%和70%之间。就对刚度的贡献而言,由于增强元件对横向构件在与车体连接的点中的刚度(该刚度限定为在加速、制动和/或转向的情况下在每个点处施加的负荷与所导致的该点沿着负荷施加方向的位移的比率)的贡献优选包括在30%和70%之间。
增强元件28可由金属制成,例如钢(通过热或者冷成型过程),铝(通过热或者冷成型、浇铸、锻造或者挤出过程),镁(通过浇铸过程),或者可由具有聚合物基体的复合材料制成。
在增强元件28由具有聚合物基体的复合材料制成的情况下,聚合物基质可由热塑性或者热固聚合物制成并且通过增强纤维来增强,所述增强纤维可由适于给复合材料提供所需机械性能的碳、凯夫拉尔(Kevlar)、玻璃或者任何其他材料制成。纤维可能是取向的纤维或者非取向的短纤维(即随机取向的短纤维)。每个增强元件28由复合材料的一层或多层的重叠层制成,纤维的取向(在使用取向纤维的情况下)、纤维的结构和各种层重叠的顺序被选择以便为每种增强元件提供在机械强度方面的所需特性。此外,在增强元件28由具有聚合物基体的复合材料制成的情况下,这些元件可通过热焊接而连接到基部主体26,即通过将基部主体和增强元件加热到能够熔化相应的聚合物基体并且因此允许结构元件的这些部件焊接到彼此的温度。代替通过热焊来连接,由具有聚合物基体的复合材料制成的增强元件28(但是这也适用于由金属制成的增强元件)可通过包覆模制过程而连接到基部主体26。
根据本发明的结构元件可用下述方法制造,所述方法基本上包括以下步骤:
-提供金属的第一结构,所述结构包括安装构件;
-提供复合材料的第二结构的增强元件;以及
-将第二结构的基部主体包覆模制到第一结构和第二结构的增强元件上,以便将增强元件连接到第二结构的基部主体以及将整个第二结构连接到第一结构。
在使用由具有聚合物基体的复合材料制成的增强元件的情况下,根据本发明的结构元件也可用下述方法制造,所述方法基本上包括以下步骤:
-提供金属的第一结构,所述结构包括安装构件;
-将第二结构的基部主体包覆模制到第一结构上,该主体由具有聚合物基体的复合材料制成;
-提供第二结构的增强元件,该元件由具有聚合物基体的复合材料制成;以及
-通过热焊接将增强元件牢固地连接到第二结构的基部主体。
自然地,保持本发明的原理不变,实施例和构造细节可从纯粹通过非限制性实例描述和示出的那些进行广泛地变化,但是由此不脱离如在所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (9)

1.用于机动车辆前部悬架的横向构件,其包括:金属的第一结构(12);结合到第一结构(12)的复合材料的第二结构(14);和多个安装构件(16),多个安装构件(16)通过第一结构(12)连接到彼此以便允许将前部悬架的一个或多个部件安装到横向构件(10)上,其中第二结构(14)包括完全由具有聚合物基体的复合材料制成的基部主体(26),以及至少一个增强元件(28),所述增强元件(28)在其预定区域内牢固地连接到基部主体(26),以便对横向构件的总机械强度和刚度有所贡献;
其特征在于,第二结构(14)包括在横向方向上延伸的主要部分(20),从主要部分(20)的相对端部向后突出的一对纵向附件(22),以及分别从相应的纵向附件(22)向上延伸的一对支杆(24)。
2.根据权利要求1所述的横向构件,其特征在于,由所述至少一个增强元件(28)所给出的对横向构件的总机械强度和刚度的贡献包括在30%和70%之间。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的横向构件,其特征在于,第一结构(12)被制成为桁架结构并且包括多个金属连接元件(18),多个金属连接元件(18)将安装构件(16)连接到彼此。
4.根据前述权利要求任一项所述的横向构件,其特征在于,所述至少一个增强元件(28)由金属组成。
5.根据权利要求1至3任一项所述的横向构件,其特征在于,所述至少一个增强元件(28)由具有聚合物基体的复合材料制成。
6.用于机动车辆的前部悬架,其包括根据前述权利要求任一项所述的横向构件。
7.用于制造适于机动车辆前部悬架的横向构件的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供金属的第一结构(12),其用于将多个安装构件(16)连接到彼此,以便将前部悬架的一个或多个部件安装到横向构件;
b)提供至少一个增强元件(28),其由金属或具有聚合物基体的复合材料制成;以及
c)将由具有聚合物基体的复合材料制成的基部主体(26)包覆模制到第一结构(12)上和所述至少一个增强元件(28)上,以便提供第二结构(14),所述第二结构(14)由所述基部主体(26)和所述至少一个增强元件(28)形成,并且附接到第一结构(12)。
8.用于制造适于机动车辆前部悬架的横向构件的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供金属的第一结构(12),其用于将多个安装构件(16)连接到彼此,以便将前部悬架的一个或多个部件安装到横向构件;
b)将由具有聚合物基体的复合材料制成的基部主体(26)包覆模制到第一结构(12)上;
c)提供至少一个增强元件(28),其由具有聚合物基体的复合材料制成;以及
d)将所述至少一个增强元件(28)牢固地连接到基部主体(26),以便形成牢固地连接到第一结构(12)的第二结构(14)。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述步骤d)通过热焊接工艺来执行。
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