CN109476221B - 在碰撞情况下保持其阻闭车身开口的功能的由塑料材料制成的关闭件 - Google Patents

在碰撞情况下保持其阻闭车身开口的功能的由塑料材料制成的关闭件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆的子组件(10)，其包括形成车身外侧蒙皮的由塑料材料制成的第一部件(20)和形成所述第一部件(20)固定在其上的内侧结构件的由塑料材料制成的第二部件(30)，其特征在于，所述第二部件(30)包括至少一个由热塑性材料制成的机械加固件(40)，该热塑材料的杨氏模量小于所述第二部件(30)的塑料材料且断裂伸长率大于所述第二部件(30)的塑料材料。

Description

在碰撞情况下保持其阻闭车身开口的功能的由塑料材料制成 的关闭件
技术领域
本发明涉及机动车辆领域。更具体地，本发明涉及由塑料材料制成的机动车辆子组件(例如尾门)，其适应于对发生影响关闭件的事故时的安全要求。
背景技术
机动车辆尾门包括关闭件主体，其形成能够至少部分地阻闭车身开口的元件。该主体能够在开口阻闭位置与留出通向开口通道的通过位置之间移动。
尤其已知由内侧箱部和外侧蒙皮两个主要部件形成的车辆后关闭件(例如尾门)。这些部件形成单体板件或双体板件，并集成所有或部分的某些从车辆外部可见或不可见的设备(光学总成、尾门或后窗打开控制装置、徽标、清洗-擦拭系统、锁件、止挡件、车牌等)。
绝大多数现有技术的尾门是钢制的。但是还已知由热塑性和/或热固性塑料材料制成的尾门，以减轻尾门重量，但它们提供不同的机械性能。
热固性材料具有比热塑性材料更好的抗变形强度，但是具有密度更大的缺陷。常用的热塑性材料具有小的弹性极限(在低应力下塑性变形的起始点)，因此具有相对小的断裂强度，可能会在其使用过程中经受机械疲劳。
然而，像车辆的所有关闭件一样，由热塑性材料实现的关闭件必须满足各种标准。
为了满足技术要求书的一般性要求，尤其必须加固将关闭件附接在车辆上的区域(铰链、锁件、推顶件等)，以使得在事故时关闭件不脱离车辆。
为了满足其它要求，在车辆经受称为高速碰撞(>20km/h)的碰撞情况下，关闭件即使断裂也必须保持是单一的个体，以免发散出众多碎片，并继续施加一定的附加力。换句话说，关闭件不应当粉碎、解体到具有与初始整体完全分离或彼此也不相连的碎片。
为此，形成关闭件的部件必须能够接受大的变形而不断裂。然而，形成关闭件的部件必须同时具有足够大的刚性，以确保关闭件在传统使用时维持良好的几何形状。这就是为什么当使用塑料材料来实现关闭件时，维度设置导致至少为内侧箱部(内侧结构件)采用刚性塑料材料。但是刚性塑料材料在高速碰撞情况下不大能延展。
为了确保该可延展性，已知给关闭件添加内侧箱部和外侧蒙皮以外的附加部件，其可由钢制成，或对塑料关闭件来说更具一般性地由基于玻璃、碳或芳纶纤维的织物制成。恰当地定位在尾门的敏感区域的该附加部件能够在碰撞时保持破碎部分之间的连接。
如果该附加部件是钢制的，其成本和质量会很快与使用塑料材料来制造重量减轻的关闭件的意义不相称。
在使用织造加固件(织物)的情况下，能够确保破碎碎片之间的连接。
为了在碰撞时维持断裂元件的彼此连接，还已知使用添置或包覆模制在关闭件的衬里上的加固纤维绞合线或线缆。这样的附加部件(绞合线、线缆)一般带有间隙地安装在衬里，而不是“紧固/调紧/张紧”的。因此，当关闭件的端部断裂时，它们刚好彼此连接以免落在道路上，但是由于附加部件留出的间隙而彼此“相距一定距离”(5至10cm)。由于附加部件的柔性，这些碎片因此是“近乎自由的”。
然而，为了满足标准或机动车辆制造商的其它要求，在关闭件经受高速碰撞(>20km/h)情况下，关闭件即使断裂也必须保持其至少部分地阻闭车身开口的功能，以免车辆内部的物品或乘客弹出座舱。
为此，由连接的破碎碎片形成的整体必须保持足够的刚性，即端部彼此连接的该解体的整体必须保持形成足够牢固的物理障碍的可能性，以继续阻闭开口。
然而，当使用织物、绞合线或线缆时，由于这些连接材料的杨氏模量极小，连接的破碎碎片的整体无法形成刚性足够大的整体，以阻闭车身开口以免乘客或车辆内物品弹出。
由此，目前不存在在高速碰撞时同时满足以下要求的由塑料材料制成的关闭件：
-关闭件不脱离车辆；
-关闭件的解体部分保持彼此相连成单一的个体；
-关闭件至少部分地保持其阻闭车身开口的功能。
发明内容
本发明的目的在于弥补这些缺陷，为此提供了一种机动车辆子组件，该机动车辆子组件包括形成车身外侧蒙皮的第一部件和形成所述蒙皮固定在其上的内侧结构件(衬里)的第二部件。形成内侧结构件的第二部件包括至少一个由热塑性材料制成的机械加固件，该热塑性材料的杨氏模量小于内侧结构件的塑料材料且断裂伸长率大于内侧结构件的塑料材料。
这样的机动车辆子组件能够在碰撞之后保持内侧结构件部件的良好的完好性，同时还具有令人满意的质量表现和恰当的经济性。
该子组件可另外还包括一个或多个单独或组合地采用的以下特征：
-第一部件由热塑性材料制成，第二部件由热固性塑料材料制成；
-机械加固件具有以下特性：
-杨氏模量的范围包括在500MPa到3000MPa之间、优选为800MPa到2000MPa之间；
-断裂伸长率高于20％、优选地20到80％、更优选地高于80％；
-机械加固件由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)制成；
-机械加固件布置在至少一个在子组件上碰撞情况下认定的断裂区域中；
-子组件仅包括单个机械加固件，该机械加固件覆盖全部在子组件上碰撞情况下认定的断裂区域；
-子组件形成尾门，机械加固件包括形成环的元件，所述元件固定到锁件区域以使得当尾门关闭时锁件位于该环中；
-断裂区域是在实际的或模拟的影响第二部件的高速碰撞测试时观察到裂痕的任何区域；
-子组件形成尾门，且断裂区域选自以下区域：
-尾门的两个侧部下角部；
-尾门立柱与尾门基部连接的区域；
-垂直于内侧结构件的基部并围绕锁件区域的两个区域；
-机械加固件借助于以下技术中至少一种固定到第二部件：胶合、(通过超声、激光、焊板(miroir)等)焊接、铆压(bouterollage)、包覆模制、螺固、铆固、夹固、粘结；
-第一部件由包括聚丙烯和30％重量比的滑石的热塑性材料制成；
-第二部件由包括聚丙烯和40％重量比的长玻璃纤维的热塑性材料制成；
-第二部件由包括30％重量比的长加固纤维的SMC类型的热固性塑料材料制成；
-机械加固件包括至少两个子部分；
-每个子部分包括形成环的元件，所述元件固定到锁件区域以使得当尾门关闭时锁件位于环中；
-机械加固件具有整体呈双U形的形状；
-机械加固件的每个U形区域由整体呈水平的Y形的形状补全。
附图说明
阅读作为例子提供的且无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：
图1示出一个机动车辆尾门，其包括形成车身外侧蒙皮的第一部件和形成蒙皮固定在其上的内侧结构件的第二部件。
图2示出一个形成内侧结构件的第二部件，其在可能的断裂区域中包括机械加固件。
图3示出在高速碰撞之后的图2的一个细节；该图局部地示出机械加固件维持第二部件在断裂线两侧的两个解体碎片相连并同时保持能够阻闭车身开口的刚性的表现。
图4示出一个非单体机械加固件，其包括两个子部分：位于车辆的右侧部分上的第一子部分和位于车辆的左侧部分上的第二子部分。
图5示出每个U形区域由整体呈水平的Y形的形状补全的机械加固件。
具体实施方式
现在参照图1，该图示出一个机动车辆子组件10，其包括形成车身外侧蒙皮20的第一部件和形成所述蒙皮20固定在其上的内侧结构件30(衬里)的第二部件，第一部件承载例如后窗22和扰流件24。
外侧蒙皮20和内侧结构件30由塑料材料制成。根据一个优选实施方式，外侧蒙皮20由热塑性材料制成，内侧结构件30由热固性塑料材料制成。
形成内侧结构件30的第二部件包括至少一个由热塑性材料制成的机械加固件40，该热塑性材料的杨氏模量小于内侧结构件30的塑料材料且断裂伸长率大于内侧结构件30的塑料材料。
优选地，机械加固件40的密度是小的，且小于内侧结构件30的塑料材料的密度。机械加固件40由此优选地具有小于1.0kg/l的密度。
如图3所示，这样的机械加固件40能够保持内侧结构件30在正常使用时所期望的刚性，同时允许在高速(>20km/h)碰撞情况下大幅度变形而不断裂，并能够将内侧结构件30的断裂部分彼此相连。
最后，这样的机械加固件40能够产生壁效应，以封闭后部开口并防止物品和/或乘客在高速碰撞情况下弹出车辆。
实际上，当高速碰撞时，内侧结构件30会在某些位置(par endroits)断裂。然后，机械加固件40会在衬里的断裂区域两侧折叠，但由于其高伸长率而不断裂，由此允许保持断裂部分之间连续的连接，尤其是保持内侧结构件30足够的刚性以避免弹出乘客，这时内侧结构件30则由彼此相连的断裂部分形成。该足够的刚性对应于在给定区域对给定面积施加给定力，而产生小于阈值的位移的要求。这些数值一般由机动车辆制造商提供。
以下描述一个实施例，在该实施例中，子组件10是机动车辆关闭件10，更确切地说是如图1所示的尾门类型的关闭件。
机械加固件40的性质
可使用由具有以下性能的热塑性材料制成的机械加固件：
-杨氏模量的范围在500MPa到3000MPa、优选地800MPa到2000MPa之间；
-断裂伸长率非常高、即高于20％，优选为20到80％、更优选为高于80％。
将标准试样经受拉伸时在断裂之前的长度与该标准试样在没有被拉伸之前的长度的比值称为“断裂伸长率”，借助于拉伸机在该试样的端部处施加纵向力而实现所述拉伸。断裂伸长率用百分比来表达。
可例如单独或组合地使用以下材料中的至少一种：
-聚丙烯(PP)材料；
-聚乙烯(PE)材料。
机械加固件40的尺寸
机械加固件40可具有任何几何形状。
然而，可限定其形状、其尺寸(包括厚度)以增强、改善其柔性和/或其刚度和/或其重量。
根据一个实施例(见图2)，对于机动车辆尾门，所使用的加固件40具有以下几何形状：
-30mm(U形的基部)×15mm(U形的边缘)的U形截面；
-3mm的厚度。
但是，本领域技术人员当然能根据在实际的或模拟的高速碰撞测试中观察到的需求调整截面(例如I形)、尺寸、厚度和重量。
机械加固件40的位置
关闭件10可包括多个连接到内侧结构件30的机械加固件40。每个机械加固件40布置在至少一个在关闭件10上碰撞情况下所认定的断裂区域50中。这样的区域可由本领域技术人员在实际的或模拟的高速碰撞测试中认定。
即使在碰撞时，尾门也通过三个尺寸为此设定的点(锁件区域和两个铰链区域)维持在车身上，断裂区域50A尤其是尾门的两个侧部下角部(见图2)，这些区域是具有更小的机械强度的区域。
实际上，这些区域50A远离三个固定点，因此如果尾门在立柱下部(后窗下角)处断裂则会“张开”。
如图2所示，断裂区域50也可以是：
-侧立柱70与尾门基部(结构件面对后窗下角的部分)连接的区域50B；
-垂直于内侧结构件基部且围绕锁件区域的两个区域50C；和
-一般性地，在实际的或模拟的影响内侧结构件30的高速碰撞时观察到裂痕的任何区域。
根据图2所示的一个具体实施方式，使用唯一的单体机械加固件40来连续地覆盖并接合不同区域50。该加固件则可具有带的形状。
更具一般性地，加固件的截面可根据机械尺寸设置、内侧结构件30要遵循的三维轮廓、可用空间、重量限制条件和固定方式变化。由此，加固件可具有U、I、H、L、W形等形状的截面。
根据该实施方式的一个具体例子，覆盖所有区域50的连续的机械加固件40包括形成环60的元件。该元件固定到锁件区域以使得当尾门关闭时锁件位于该环60中。由此，当高速碰撞时，由于锁件区域尺寸设置并(例如借助于钢制插件)加固为不屈服，加固件40整体维持固定在环处。环60由此与锁件一起为单体加固件40形成固定点。
根据另一实施方式(图4)，机械加固件40不是单体的，其包括至少两个子部分42、44。子部分是两个分别的个体，它们可能地可以在组装到尾门上时接触的。它们因此未必来自同一模制操作和同一模腔。每个子部分因此一般彼此独立地被制造。例如，机械加固件40包括位于车辆右侧部分上的第一子部分44和位于车辆左侧部分上的第二子部分42。
在该构造中，根据第一实施例，每个子部分42、44都包括形成环60的元件。每个元件60被固定到锁件区域以使得当尾门关闭时锁件位于各环60中。这些环60由此与锁件一起为加固件40的子部分形成固定点。
在该构造中，根据第二实施例，每个子部分42、44都包括形成环60的元件，但是每个元件60都固定到固定点，固定点对于每个子部分是分别的或共用的。优选地，这个或这些固定点位于车辆的Y0平面附近(Y0平面是车辆的分隔车辆左侧和右侧的纵向平面)。共用固定点可以是锁件的固定螺杆或锁件的加固爪部。两个子部分42、44不一定是对称的。分别的固定点可以由用于将锁件固定在尾门上的不同的固定螺杆实现。
根据一种实施方式，机械加固件40具有例如图2所示的整体呈双U形(车辆右侧一个U形，左侧一个U形)的形状。如果机械加固件40包括多个子部分，则每个子部分具有整体呈U形的形状。呈多个子部分的构造允许基于更小的模具实现，并便利存储和组装时的操作。
根据图5示出的另一实施方式，机械加固件40的每个U形区域通过整体呈水平Y形的形状补全。该呈Y形的加固补全件是从机械视角看的功能性补全件。它位于每个U形内，Y形的分支连接U形的分支、优选地连接U形的分支的端部。由Y形的分支实现的这些对角线连接允许通过三角效应在这些连接之间约束住U形的分支，并由此当关闭件解体时避免U形的分支彼此分离。如果机械加固件40由多个子部分42、44形成，则每个子部分具有组合到U形形状的整体呈Y形的形状(见图4)。
U形的分支和Y形的分支是通过模制获得的，优选地同时获得：则U形和Y形的分支形成单一部件。但是根据另一实施方式，Y形的分支也可与U形的分支分别地获得。在该情况下，形成Y形的分支通过任何固定方式(例如：胶合、锚固、焊接等)添置到U形上。
机械加固件40的固定
每个机械加固件40借助于以下技术中至少一种固定到内侧结构件30：胶合、焊接(超声、借助于振动、激光、焊板等)、铆压、包覆模制、螺固、锚固、夹固、粘结等。
实施例
根据一个具体实施例，内侧结构件30由包括PP和40％重量比的长玻璃纤维的热塑性材料制成。长纤维一般具有大于10mm的原始(使用之前的)长度。这样的材料的杨氏模量大致等于5300MPa，断裂伸长率为3.5％，密度为1.22kg/l。
加固纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、凯夫拉纤维等。
根据另一具体实施例，内侧结构件30由包括30％重量比的长加固纤维的SMC类型的热固性塑料材料制成。这样的材料的杨氏模量大致等于11000MPa，断裂伸长率为1.5％，密度为1.9kg/l。
根据一个具体实施例，外侧蒙皮20由包括PP和30％重量比的滑石的热塑性材料制成。这样的材料的杨氏模量大致等于3000MPa，断裂伸长率为17％，密度为1.12kg/l。
根据一个具体实施例，机械加固件40由基于无填料(既没有玻璃纤维也没有滑石)的聚丙烯的热塑性材料制成。例如，
Figure BDA0001950001740000111
公司的PP化合物108CSF10的杨氏模量大致等于1300MPa，断裂伸长率为500％，密度为0.96kg/l。
本发明不限于所说明的实施方式，本领域技术人员将能够构想其它实施方式。尤其可行的是，机械加固件40是钢制的。
以上所说明的子组件10形成尾门类型的关闭件。但是当子组件是其它类型的关闭件，或在高速碰撞时经受相同类型的应力的任何结构件性或半结构件性部件时，也不脱离本发明的范围。

Claims (20)

1.一种机动车辆的子组件(10)，包括形成车身外侧蒙皮的由塑料材料制成的第一部件(20)和形成所述第一部件(20)固定在其上的内侧结构件(30)的由塑料材料制成的第二部件，其特征在于，所述第二部件包括至少一个由热塑性材料制成的机械加固件(40)，该热塑性材料的杨氏模量小于所述第二部件的塑料材料的杨氏模量且断裂伸长率大于所述第二部件的塑料材料的断裂伸长率；所述机械加固件(40)能够保持所述内侧结构件(30)在正常使用时所期望的刚性，同时允许在速度大于20km/h的碰撞情况下大幅度变型而不断裂，并能够将所述内侧结构件(30)的断裂部分彼此相连。
2.如权利要求1所述的子组件(10)，其中，所述第一部件(20)由热塑性材料制成，所述第二部件由热固性塑料材料制成。
3.如权利要求1或2所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)具有以下特性：
-杨氏模量的范围包括在500MPa到3000MPa之间；
-断裂伸长率高于20％。
4.如权利要求3所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)的杨氏模量的范围包括在800MPa到2000MPa之间。
5.如权利要求3所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)的断裂伸长率为20到80％。
6.如权利要求3所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)的断裂伸长率高于80％。
7.如权利要求1或2所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)制成。
8.如权利要求1所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)布置在至少一个在所述子组件(10)上碰撞情况下认定的断裂区域(50)中。
9.如权利要求1所述的子组件(10)，该子组件仅包括单个所述机械加固件(40)，该机械加固件覆盖全部在所述子组件(10)上碰撞情况下认定的断裂区域(50)。
10.如权利要求9所述的子组件(10)，该子组件形成尾门，并且其中，所述机械加固件(40)包括形成环(60)的元件，所述元件固定到锁件区域以使得当所述尾门关闭时所述锁件位于该环(60)中。
11.如权利要求8或9所述的子组件(10)，其中，所述断裂区域(50)是在实际的或模拟的影响所述第二部件的高速碰撞测试时观察到裂痕的任何区域。
12.如权利要求8或9中任一项所述的子组件(10)，该子组件形成尾门，并且其中，所述断裂区域(50)选自以下区域：
-所述尾门的两个侧部下角部；
-所述尾门立柱与所述尾门基部连接的区域；
-垂直于所述内侧结构件(30)的基部并围绕锁件区域的两个区域。
13.如权利要求1或2所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)借助于以下技术中至少一种固定到所述第二部件：胶合、超声焊接、激光焊接、焊板焊接、铆压、包覆模制、螺固、铆固、夹固、粘结。
14.如权利要求1所述的子组件(10)，其中，所述第一部件(20)由包括聚丙烯和30％重量比的滑石的热塑性材料制成。
15.如权利要求1所述的子组件(10)，其中，所述第二部件由包括聚丙烯和40％重量比的长玻璃纤维的热塑性材料制成。
16.如权利要求1所述的子组件(10)，其中，所述第二部件由包括30％重量比的长加固纤维的SMC类型的热固性塑料材料制成。
17.如权利要求10所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)包括至少两个子部分。
18.如权利要求17所述的子组件(10)，其中，每个所述子部分包括形成环(60)的元件，所述元件固定到所述锁件区域以使得当所述尾门关闭时所述锁件位于所述环(60)中。
19.如权利要求1或2所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)具有整体呈双U形的形状。
20.如权利要求19所述的子组件(10)，其中，所述机械加固件(40)的每个U形区域由整体呈水平的Y形的形状补全。
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