CN109747577B - 用于车辆保险杠的下加强件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆保险杠的下加强件。所述下加强件安装在车辆的保险杠梁或者前端模块(FEM)支架的下部。所述下加强件包括：一对芯部，其通过以与车辆的保险杠的形状相对应的细长的环形形状在车辆的宽度方向上延伸而形成，并且以规则的间隔彼此平行地布置；一对成型部，其分别围绕所述芯部；以及连接部，其使一对成型部彼此相连接并且成为一体。

Description

用于车辆保险杠的下加强件

技术领域

本发明大体上涉及一种用于车辆保险杠的下加强件。

背景技术

通常，用于车辆的保险杠梁配置为在其低速碰撞的时候能够弹性地变形，从而使车辆的物理损伤最小化。保险杠梁是一种缓冲手段，其设置在车辆的前部和后部，使得在车辆与其他车辆或者固定设施碰撞的时候，保险杠梁能够吸收冲击力，从而确保乘客的安全同时使车身的变形最小化。

同时，为了在车辆与行人碰撞的时候，满足行人安全法规以使伤害最小化，在保险杠梁的下部或者前端模块(FEM)支架上设置有下加强件。

在上述保险杠梁和下加强件的情况下，当强度增加的时候，重量和成本也快速地增加，反之，当重量和成本减少的时候，强度也减少，因此，其功能可能未充分地实现。

因此，在使用重量减轻的材料的同时，已经开发了具有增加的强度的纤维增强热塑性树脂，例如玻璃纤维毡热塑性塑料(GMT)材料和连续纤维增强热塑性复合带(CFT)材料。

这里，GMT材料是由聚丙烯树脂(一种常用的树脂)和玻璃纤维毡增强体组成的复合材料，并且可以通过毡形形状增强玻璃纤维自身的强度。另外，CFT材料是由聚丙烯树脂(一种通用树脂)和连续纤维组成的复合材料，其中，聚合物树脂(例如PP)覆盖并保护连续纤维，使得连续纤维自身的强度得到了保持，从而通过连续纤维增强了聚合物树脂。

GMT材料和CFT材料是对任何现有的材料显现出优越的强度的新型材料，并且由于热塑性树脂的原因，GMT材料和CFT材料不仅具有塑料特有性能的特性(例如，轻量性和设计的自由性)，还具有高生产率、可循环使用等特性。

近年来，由于上述GMT材料和CFT材料具有轻量性、优良的碰撞能量吸收能力、设计的高自由性、优良的可装配性、抗腐蚀性、刚度、稳定性、隔音、减震、弹性、抗冲击性等等，因此被用于车辆的各个部件。

然而，由于根据相关技术的下加强件仅公开为用于满足行人安全法则的部分则而不是最优设计，因此当它包括在保险杠中的时候，会引起重量增加，并且当车辆与行人碰撞的时候，仅减少膝盖弯曲角度。因此，在刚度和柔韧性方面没有达到结构力学方法的目标，导致成本和重量增加。

以上仅意在帮助理解本发明的背景，并不旨在本发明落入本领域技术人员公知的现有技术的范围内。

发明内容

本发明大体上涉及一种用于车辆保险杠的下加强件，并在具体的实施方案中，涉及这样一种用于车辆保险杠的下加强件，在保持刚度和强度的同时，该下加强件能够实现重量的减轻。例如，通过改善加强件的材料和形状，该下加强件能够在将刚度和强度保持在期望的水平的同时，实现重量的减轻。

本发明的实施方案可以解决在相关技术中发生的以上问题，并且本发明提供一种用于车辆保险杠的下加强件。

根据本发明的一个方面，其提供一种用于车辆保险杠的下加强件。所述下加强件安装在车辆的保险杠梁或者前端模块(FEM)支架的下部。所述下加强件包括：一对芯部，其通过以与车辆的保险杠的形状相对应的细长的环形形状在车辆的宽度方向上延伸而形成，并且以规则的间隔彼此平行地布置；一对成型部，其分别围绕所述芯部；以及连接部，其使一对成型部彼此相连接并且成为一体。

所述芯部可以在截面中均具有圆形形状，并且可以具有5mm至10mm的直径，所述芯部配置为满足下面的公式：

3.3≤(芯部之间的中心距离)/(芯部的直径)≤8......公式1

在公式1中描述的(芯部之间的中心距离)/(芯部的直径)的值为4至5。

所述成型部的厚度可以为1.5mm至4.0mm，并且连接部的厚度可以为2mm至5mm。

所述芯部的体积可以为所述芯部和所述成型部的体积之和的25％至60％(体积)。

相对于车辆的宽度方向，所述下加强件可以分为：第一区域，其限定在所述下加强件的中央部；一对第二区域，其限定为从所述第一区域的两端至安装部，所述安装部用于连接到保险杠梁或者前端模块支架；以及一对第三区域，其限定为从所述第二区域的端部至下加强件的端部。所述第一区域中的成型部配置成使得在车辆的向前和向后方向上的厚度大于在车辆的高度方向上的厚度。

所述第一区域中的成型部可以配置成使得截面面积相对于车辆的宽度方向朝向中心逐渐地增加。

所述第一区域中的成型部可以配置成使得在向前和向后方向上的厚度相对于车辆的宽度方向朝向中心逐渐地增加。

所述连接部可以配置成使得在第一区域中的高度方向上的厚度大于在第二区域和第三区域中的高度方向上的厚度。

所述第一区域中的连接部可以设置有在向前和向后方向上形成的中心肋。在第一区域和第二区域边界处的连接部可以设置有一对竖直肋。第一区域和第二区域中的连接部可以设置有以中心肋和一对竖直肋为中心形成的X形的交叉肋。第二区域中的连接部在宽度方向上可以设置有通过从交叉肋的端部延伸到安装部而形成的水平肋。

所述芯部可以由40％至60％重量的连续纤维和40％至60％重量的热塑性树脂组成。

所述成型部可以由20％至40％重量的不连续纤维和60％至80％重量的热塑性树脂组成。

根据本发明的实施方案，下加强件使用纤维增强塑料制造，从而可以实现重量的减轻。

另外，由连续纤维增强的热塑性基体制成的纤维增强塑料用于形成保持加强件整体形状的一对芯部、围绕并连接芯部的成型部以及连接部。因此，可以将下加强件的刚度和强度保持在期望的水平。

此外，在每个区域中，成型部和连接部的厚度是改变的，从而可以改善下加强件的刚度和强度，并可以获得重量减轻的效果。

附图说明

通过下文结合附图所呈现的详细描述将会更为清楚地理解本发明的以上和其它特征以及其他优点，在这些附图中：

图1为显示根据本发明的实施方案的用于车辆保险杠的下加强件的视图；

图2a和图2b为显示沿着图1的A-A线的截面的分解立体图和截面图；

图3a和图3b为显示沿着图1的B-B线的截面的分解立体图和截面图；

图4a至图4c为显示根据对比实例和本发明示例的下加强件的视图；以及

图5为显示根据对比实例和本发明实例的下加强件的弯曲载荷试验的结果的图。

具体实施方式

下面将结合所附附图对本发明的示例性实施方案进行具体描述。本发明的实施方案呈现为完整地公开本发明，并且帮助本领域普通技术人员最佳地理解本发明。可以对以下实施方案的进行各种变化，并且本发明的范围不限于以下实施方案。贯穿于这些附图中，相同的附图标记将指代相同或相似的部件。

图1为显示根据本发明的实施方案的用于车辆保险杠的下加强件的视图；图2a和图2b为显示沿着图1的A-A线的截面的分解立体图和截面图；图3a和图3b为显示沿着图1的B-B线的截面的分解立体图和截面图。

在图1中，向上的方向为相对于车辆的向前的方向，向下的方向为相对于车辆的向后的方向，而横向方向是相对于车辆的宽度方向。

如图所示，根据本发明的实施方案的用于车辆保险杠的下加强件。一对芯部10通过以与保险杠的形状相对应的细长的环形形状在车辆的宽度方向上延伸而形成，并且以规则的间隔彼此平行地布置。一对成型部20分别围绕芯部10。连接部30使一对成型部20彼此相连接并且成为一体。因此，下加强件在截面中的形状可以保持大体上为哑铃形状。

这里，为了实现重量的减轻，同时将下加强件的刚度和强度保持在一个期望的水平，所述芯部10、成型部20以及连接部30由纤维增强塑料制成。

芯部10为用作加强构件的单元以保持下加强件的刚度和强度，并且芯部10以具有环形形状的棒的形式实现，该环形形状具有大体上为圆形的截面，并且在向前的方向上具有预定的曲率。当然，芯部10可以在截面中形成为具有圆形形状，并且可以在保持大体上为圆形形状的截面中形成为具有不规则的闭合形状，以便高效成型。

通过支撑芯部10(芯部10用于保持下加强件的刚度和强度)，成型部20为用作加强构件的单元，并且，成型部20以包围和覆盖芯部10的形状实现。因此，与芯部10类似，在其中具有芯部10的成型部20也以具有环形形状的管的形式实现，该环形形状具有大体上为圆形的截面，并且在向前的方向上具有预定的曲率。

连接部30为连接芯部10并且连接成型部20的单元，其中连接部30延伸使得成型部20的面向内侧的边缘彼此相连接。这里，连接部30在截面中形成为具有大体上为矩形的形状。因此，下加强件在横截面中实现为具有大体上为哑铃的形状。

根据本实施方案的下加强件配置为基于车辆的宽度方向，改变成型部20和连接部30在每个区域中的厚度，从而改善刚度和强度。

例如，如图1所示，相对于车辆的宽度方向，下加强件分为：第一区域100、一对第二区域200以及一对第三期区域300，所述第一区域100限定在下加强件的中央部；所述一对第二区域200限定为从第一区域100的两端至连接到保险杠梁的安装部35；所述一对第三区域300限定为从第二区域200的端部至下加强件的端部。

首先，芯部10可以具有5mm至10mm的截面直径。

这里，考虑到芯部10的截面直径，芯部10之间的中心距离与芯部的直径之间的关系可以满足以下公式1，以便在满足下加强件的刚度和强度所需要的性能的同时实现重量的减轻。

3.3≤(芯部之间的中心距离)/(芯部的直径)≤8......公式1

如公式1所示，为了满足下加强件的刚度和强度所需要的性能，芯部之间的中心距离与芯部的直径的比值可以等于或者大于3.3。为了实现比同等性能的塑料加强件更轻的重量，芯部之间的中心距离与芯部的直径的比值可以等于或者小于8。优选地，芯部之间的中心距离与芯部的直径的比值为4至5，更优选地，芯部之间的中心距离与芯部的直径的比值为4.3。

同时，在实际成型期间，设计成在截面中具有大体上为圆形形状的芯部10在截面中具有不规则的封闭端形状。考虑到这种制造的分散性，成型部20可以形成为具有1.5mm至4mm的厚度。

在成型部20的厚度等于或者小于1.5mm的情况下，在注射成型加工期间发生树脂的流动受到干扰的现象，因此成型部20的性能显著地下降。此外，当成型部20的厚度增加的时候，在成型部20中，由芯部10占据的面积减少，从而机械刚度降低。此外，为了抑制收缩以及树脂的孔隙缺陷的发生率的增加，成型部20的厚度可以限制为等于或者小于4.0mm。

同时，根据刚度和强度的性能以及重量减轻的目标，芯部10的体积确定在给定的范围内。芯部10的体积可以是芯部10和成型部20的体积之和的25％至60％(体积)。

在芯部10的体积小于25％(体积)的情况下，对芯部10的刚度和强度的增强效果较低，并且难以满足所需要的机械性能。在芯部10的体积超过60％(体积)的情况下，成型部20的厚度减小，导致出现外观缺陷的可能性较高，并且重量增加。在本实施方案中，应用到第一区域100的芯部10的体积平均为芯部10和成型部20的体积之和的30％(体积)，而应用到第二区域200和第三区域300的芯部10的体积平均为芯部10和成型部20的体积之和的34％(体积)。

连接部30的厚度可以是2mm至5mm。

在连接部30的厚度小于2.0mm的情况下，在注射成型加工期间，增强纤维不能均匀地分布在树脂中，并且由于增强纤维的破损以及树脂的流动干扰，导致增强效果显著地变差。此外，难以满足所需要的机械性能。在连接部30的厚度超过5mm的情况下，产品的孔隙和热变形量增加，从而显现了在厚材料的成型时候发生的一般加工缺陷，并且难以获得重量减轻的效果。在该实施方案中，连接部30的厚度为3.0mm。

同时，为了改善抵抗弯曲载荷的刚度和强度，成型部20和连接部30的厚度配置成使得第一区域100的厚度大于第二区域200和第三区域300的厚度。

特别地，如图2a和图2b所示，第三区域300中的成型部20配置成使得在车辆的向前和向后方向上的厚度d1等于在车辆的高度方向上的厚度d2。因此，成型部20的整体厚度是均匀的，从而成型部20实现为在截面中具有大体上为圆形形状。

同时，与第三区域300的成型部20类似，第二区域200中的成型部20配置成使得在向前和向后方向上的厚度等于在高度方向上的厚度。

另一方面，如图3a和图3b所示，第一区域100中的成型部20配置成使得在向前和向后方向上的厚度d3大于在高度方向上的厚度d4。因此，成型部20在横截面中实现为具有大体上为椭圆形的形状。

特别地，第一区域100中的成型部20配置成使得其截面面积在相对于车辆的宽度方向上，朝向中心逐渐地增加，并且相对于车辆的宽度方向，在向前和向后方向上的厚度可以逐渐地增加。因此，可以改善下加强件的刚度和强度。特别地，可以确保抵抗弯曲载荷的反作用力。

另外，连接部30配置成使得其在第一区域100中、在高度方向上的厚度大于其在第二区域200和第三区域300中、在高度方向上的厚度，从而可以改善下加强件的刚度和强度。

同时，在本实施方案中，在连接部30形成有各种肋，从而可以改善下加强件的刚度和强度。

例如，相对于车辆的宽度方向，第一区域100中的连接部30设置有形成在向前和向后方向上的中心肋34，并且在第一区域100和第二区域200的边界处的连接部30设置有形成在向前和向后方向上的一对竖直肋33。这里，中心肋34和竖直肋33以使一对成型部20彼此相连接的形状形成。

另外，在第一区域100和第二区域200中的连接部30设置有以中心肋34和一对竖直肋33为中心形成的X形的交叉肋32。此外，连接到水平肋31(将在后面描述)的交叉肋32的端部分别以左角括号的形状(<)和右角括号的形状(>)形成。

另外，第二区域200中的连接部30在宽度方向上设置有通过从交叉肋32的端部延伸到安装部35而形成的水平肋31。

通过提供如上所述的中心肋34、竖直肋33、水平肋31以及交叉肋32，可以提高下加强件对变形的抵抗力。

同时，为了实现减轻重量的目的，根据本实施方案的芯部10、成型部20以及连接部30由纤维增强塑料制成。然而，为了使芯部10用做增强材料，形成成型部20的纤维增强塑料和形成连接部30的纤维增强塑料配置为彼此成分不同。

例如，芯部10可以由40％至60％(重量)的连续纤维和40％至60％(重量)的热塑性树脂组成。这里，连续纤维可以包括玻璃纤维、天然纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维等，而热塑性树脂可以包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。在本实施方案中，使用玻璃纤维和聚丙烯(PP)。

在芯部10中的连续纤维的量小于40％(重量)的情况下，芯部10的刚度和强度可能无法实现期望的性能，并且在连续纤维的量超过60％(重量)的情况下，成型性可能变差。

另外，成型部20和连接部30可以由20％至40％(重量)的不连续纤维和60％至80％(重量)的热塑性树脂组成。这里，不连续纤维可以包括长玻璃纤维(LGF)，而热塑性树脂可以包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。在本实施方案中，使用长玻璃纤维(LGF)和聚丙烯(PP)。

在不连续纤维的量小于20％(重量)的情况下，有利于减轻重量但缺乏机械性能。在不连续纤维的量超过40％(重量)的情况下，脆性增加并且重量增加。

同时，将通过与对比实例的比较，来描述采用根据本发明的下加强件的结构的原因。

图4a至图4c为显示根据对比实例和本发明示例的下加强件的视图，而图5为显示根据对比实例和本发明示例的下加强件的弯曲载荷试验的结果的图表。

图4a为对比实例1，其中，使用8mm连续纤维的芯部1布置成在加强件的向前和向后方向上彼此间隔，加强件的向前和向后方向与载荷的方向垂直，并且成型部2成型在芯部1上。

图4b显示根据本发明的示例，其中，使用8mm连续纤维的芯部10布置成在加强件的向前和向后方向上彼此间隔，加强件的向前和向后方向与载荷的方向垂直，并且成型部20和连接部30形成为在截面中具有哑铃形状。

图4c为对比实例2，其中，使用连续纤维的芯部3应用到整个加强件，并且成型部4形成为包围芯部3。

这里，对比实例1、本发明的示例以及对比实例2的总重量均调整为450克。

对如上所述制备的对比实例1、本发明的示例以及对比实例2进行了弯曲载荷试验，并且在图5中显示结果。

如图5所示，与对比实例1和对比实例2相比，证明了在重量相同的情况下，在截面中具有哑铃形状的示例显现出优良的抵抗弯曲载荷的刚度和强度。

尽管出于说明的目的已公开了本发明的优选实施方案，但是本领域技术人员应当理解，各种修改、增加和删减是可能的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (19)

1.一种用于车辆保险杠的下加强件，所述下加强件安装在车辆的保险杠梁或者前端模块支架的下部，所述下加强件包括：

第一芯部；

第二芯部，其中，所述第一芯部和第二芯部以与车辆的保险杠的形状相对应的细长的环形形状在车辆的宽度方向上延伸，所述第一芯部和第二芯部在车辆的向前和向后方向上以规则的间隔彼此平行地布置；

第一成型部，其包围所述第一芯部；

第二成型部，其包围所述第二芯部；以及

连接部，其使所述第一成型部和第二成型部彼此相连接并且成为一体；

其中，所述下加强件配置为基于车辆的宽度方向，改变成型部和连接部在各个区域中的厚度。

2.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一芯部和第二芯部在截面中均具有圆形形状，所述圆形形状具有5mm至10mm的直径。

3.根据权利要求2所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一芯部和第二芯部配置为满足下面的公式1：

3.3≤芯部之间的中心距离/芯部的直径≤8。

4.根据权利要求3所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，在公式1中描述的芯部之间的中心距离/芯部的直径的值为4至5。

5.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一成型部和第二成型部的每一个的厚度为1.5mm至4.0mm，并且连接部的厚度为2mm至5mm。

6.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一芯部和第二芯部的体积之和为第一芯部、第二芯部、第一成型部以及第二成型部的体积之和的25％至60％。

7.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，相对于车辆的宽度方向，所述下加强件分为：

第一区域，其限定在所述下加强件的中央部；

一对第二区域，其限定为从所述第一区域的两端至安装部，所述安装部用于连接到保险杠梁或者前端模块支架；以及

一对第三区域，其限定为从所述第二区域的端部至下加强件的端部，

其中，所述第一区域中的成型部配置成使得在车辆的向前和向后方向上的厚度大于在车辆的高度方向上的厚度。

8.根据权利要求7所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一区域中的成型部配置成使得截面面积相对于车辆的宽度方向朝向中心逐渐地增加。

9.根据权利要求8所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一区域中的成型部配置成使得在向前和向后方向上的厚度相对于车辆的宽度方向朝向中心逐渐地增加。

10.根据权利要求7所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述连接部配置成使得在第一区域中的高度方向上的厚度大于在第二区域和第三区域中的高度方向上的厚度。

11.根据权利要求7所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一区域中的连接部设置有在向前和向后方向上形成的中心肋，

在第一区域和第二区域边界处的连接部设置有一对竖直肋，

第一区域和第二区域中的连接部设置有以中心肋和一对竖直肋为中心形成的X形的交叉肋，以及

第二区域中的连接部在宽度方向上设置有通过从交叉肋的端部延伸到安装部而形成的水平肋。

12.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述芯部由40％至60％重量的连续纤维和40％至60％重量的热塑性树脂组成。

13.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述成型部由20％至40％重量的不连续纤维和60％至80％重量的热塑性树脂组成。

14.根据权利要求1所述的用于车辆保险杠的下加强件，其中，所述第一芯部、第二芯部、第一成型部、第二成型部以及连接部由纤维增强塑料制成。

15.一种车辆，包括：

车身；

连接到车身的装置，所述装置包括保险杠梁或者前端模块支架；以及

下加强件，其安装于所述装置，所述下加强件包括：

第一芯部；

第二芯部，其中，所述第一芯部和第二芯部以与车辆的保险杠的形状相对应的细长的环形形状在车辆的宽度方向上延伸，所述第一芯部和第二芯部在车辆的向前和向后方向上以规则的间隔彼此平行地布置；

第一成型部，其包围所述第一芯部；

第二成型部，其包围所述第二芯部；以及

连接部，其使所述第一成型部和第二成型部彼此相连接并且成为一体；

其中，所述下加强件配置为基于车辆的宽度方向，改变成型部和连接部在各个区域中的厚度。

16.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述第一芯部和第二芯部在截面中均具有圆形形状，所述圆形形状具有5mm至10mm的直径。

17.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述第一芯部和第二芯部配置为满足下面的公式1：

3.3≤芯部之间的中心距离/芯部的直径≤8；

其中，在公式1中描述的芯部之间的中心距离/芯部的直径的值为4至5。

18.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述第一芯部和第二芯部的体积之和为第一芯部、第二芯部、第一成型部以及第二成型部的体积之和的25％至60％。

19.根据权利要求15所述的车辆，其中，相对于车辆的宽度方向，所述下加强件分为：

第一区域，其限定在所述下加强件的中央部；

一对第二区域，其限定为从所述第一区域的两端至安装部，所述安装部连接到保险杠梁或者前端模块支架；以及

一对第三区域，其限定为从所述第二区域的端部至下加强件的端部，

其中，所述第一区域中的成型部配置成使得在车辆的向前和向后方向上的厚度大于在车辆的高度方向上的厚度。