CN110316119A - 用于车辆的保险杠梁 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的保险杠梁，被附接到车辆的前部或后部，其包括梁主体和搁放部分，梁主体具有与待附接到车辆的表面相对的前表面，前表面是向外弯曲的，并且梁主体具有朝向前表面向外敞开的C形截面，搁放部分形成在梁主体的两侧，每个搁放部分在其后表面处具有开口。梁主体包括纤维增强塑料。

Description

用于车辆的保险杠梁
对相关申请的引用
本申请要求于2018年3月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0037475号的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式结合于此。
技术领域
本公开涉及一种用于车辆的保险杠梁(bumper beam，缓冲梁)。更具体地，本公开涉及一种具有优异的机械强度且重量轻的用于车辆的保险杠梁。
背景技术
用于车辆的保险杠系统(bumper system，缓冲系统)被设计为在车辆的低速碰撞时弹性地变形以使车辆的物理损坏最小化。当其与其他车辆和/或固定结构碰撞时，该保险杠系统吸收冲击。该保险杠系统还是布置在车辆前面和后面的缓冲装置，以使车身的变形最小化。
根据每个国家对于碳排放权规则的规定，汽车行业通过降低燃料效率来主动地进行关于碳减排的研究。作为此车辆重量减小的一部分，车辆的后保险杠梁也是重量减小的。特别地，关于根据不需要RCAR测试(汽车修理测试研究委员会，最严格的低速碰撞测试)的一般规范(中国、印度、东南亚等)的保险杠梁，汽车市场要求非常高的减重。
韩国专利待公开第2015-0044187号(2014年4月24日公开，题为“用于汽车保险杠的混合预浸料和由其制造的汽车保险杠”)公开了相关技术。
在此背景部分中公开的以上信息仅是为了增强本发明的背景的理解，并因此其可包含不构成对于本领域普通技术人员来说在本国已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种在重量轻方面优异且在机械刚度方面优异的的用于车辆的保险杠梁。
本发明的另一方面提供了一种可使冲击期间的变形最小化的用于车辆的保险杠梁。
本发明的再一方面提供了一种具有优异经济性的用于车辆的保险杠梁。
本发明的又一方面提供了一种用于车辆的保险杠梁。在一个实施例中，用于车辆的保险杠梁被附接到车辆的前部或后部，并且包括：梁主体，该梁主体具有与待附接到车辆的表面相对的且向外弯曲的前表面，并具有朝向前表面向外敞开的C形截面；以及搁放部分，该搁放部分形成在梁主体的两侧，并在其后表面处具有开口，其中，梁主体包括纤维增强塑料。
在一个实施例中，用于车辆的保险杠梁还可包括主体肋部分，该主体肋部分包括：水平肋部分，该水平肋部分与梁主体部分的上壁和下壁平行地设置在梁主体部分的内侧；竖直肋部分，该竖直肋部分与水平肋部分正交且连接梁主体部分的上壁和下壁；以及倾斜肋部分，该倾斜肋部分连接到梁主体部分的上壁和下壁中的至少一者及水平肋部分，在倾斜肋部分处形成倾斜表面。
在一个实施例中，水平肋部分可由纤维增强塑料制成。
在一个实施例中，搁放部分可具有形成在其后表面上的开口，并且形成具有中空内部的梁接收部分。
在一个实施例中，搁放部分的侧表面可形成为内部是H形截面的结构。
在一个实施例中，梁主体部分的两个侧表面可形成为具有笔直倾斜表面。
在一个实施例中，纤维增强塑料可以是用基体树脂预浸渍的连续纤维，纤维增强塑料的比重可以是0.5至1.5，连续纤维可包括碳纤维、玻璃纤维和聚酰胺纤维中的至少一种，并且基体树脂可包括环氧树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂中的至少一种。
在一个实施例中，搁放部分、竖直肋部分和倾斜肋部分中的至少一者可通过包括纤维增强塑料和热塑性树脂组合物中的至少一者来形成，并且热塑性树脂组合物可通过模制聚丙烯、滑石、矿物油和橡胶来形成。
根据本发明的实施例的保险杠梁在重量轻方面是优异的，在机械刚度方面是优异的，使碰撞时的变形(例如侵入和偏转)最小化，并且在经济性方面是优异的。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁。
图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的后视图。
图3是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的俯视图。
图4是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的搁放部分的侧视图。
图5是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的前视图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的主体肋部分。
图7a示出了当摆锤撞击在根据本发明的一个实施例的保险杠梁的中心处时的保险杠梁的应力变化，并且图7b示出了在摆锤撞击该实施例的保险杠梁的中心之后的保险杠梁的应力变化。
图8示出了在完成摆锤冲击在根据本发明的一个实施例的保险杠梁的中心之后的保险杠梁的应变变化。
图9a示出了在根据本发明的一个实施例的保险杠梁的偏移撞击时的保险杠梁的应力变化，并且图9b示出了在完成与该实施例的保险杠梁的偏移撞击之后的保险杠梁的应力变化。
图10示出了当撞击根据本发明的一个实施例的保险杠梁角部部分时的保险杠梁的应力变化。
附图标记的描述
100：梁主体
101：梁主体的上壁
102：梁主体的下壁
103、104：笔直倾斜表面
110：水平肋部分
120、120a、120b、120c、120d、120e、120f、120g、120h：倾斜肋部分
130、130a、130b、130c、130d、130e：竖直肋部分
201、202：搁放部分
1000：用于车辆的保险杠梁
具体实施方式
在描述本发明的实施例时，如果认为与本发明的实施例相关的已知功能或结构将使本发明的主旨不必要的模糊，则可省略其详细描述。
根据本发明的实施例的功能来定义本文使用的术语，并且其可根据用户或操作员的意图和使用而变化。因此，不应基于本文进行的描述来理解本文使用的术语。
在本说明书中，在附图中定义“上”和“下”，根据视角的不同，“上”可改变成“下”并且“下”可改变成“上”，并且术语“在上面”或“在...上”不仅可包括直接地位于其上，而且可包括中间结构。另一方面，提到“直接位于...上”或“直接位于...上方”意味着在其之间不插入其他结构。
在本说明书中，术语“前表面”表示直接对其施加冲击的表面，并且“后表面”表示与前表面相对的表面。进一步，在本说明书中，C形结构表示在其截面中一侧敞开的结构。
在下文中，将参考附图详细地描述本发明的实施例。
低比重材料和局部区域的减重技术的典型应用显示出重量减小，但产品性能较低，并且重量减小存在局限性。
本发明的一个方面涉及一种用于车辆的保险杠梁。图1示出了根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁，图2是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的后视图，图3是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的俯视图，图4是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的搁放部分的侧视图，图5是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的前视图，图6示出了根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的主体肋部分。
参考图1至图3，用于车辆的保险杠梁1000是一种附接到车辆的前部或后部的保险杠梁，并且包括梁主体100，该梁主体具有与待附接到车辆的表面相对的前表面。前表面向外弯曲。在沿着竖直线截取的截面中，主体100具有朝着前表面向外敞开的C形截面。保险杠梁100还包括形成于梁主体100的两侧的搁放部分201和202，并在其后表面处具有开口。梁主体100包括纤维增强塑料。在一个实施例中，搁放部分201和202一体地形成在梁主体100的两侧。
在一个实施例中，保险杠梁1000还可包括主体肋部分，该主体肋部分包括水平肋部分110、竖直肋部分130a至130e，以及倾斜肋部分120a至120h。水平肋部分110与梁主体部分100的上壁和下壁平行地设置在梁主体部分100的内侧。竖直肋部分130a至130e与水平肋部分110正交，并且连接梁主体部分100的上壁和下壁。倾斜肋部分120a至120h中的每个连接到梁主体部分100的上壁和下壁中的一者并且连接至水平肋部分110，并且在倾斜肋部分处形成倾斜表面。
参考图5和图6，当包括倾斜肋部分120a至120h时，改进了保险杠梁1000的机械强度，并且保险杠梁1000的抗弯性能在碰撞时是优异的。在一个实施例中，由倾斜肋部分和水平肋部分形成的角度θ可以是5°至85°。当在以上范围中形成时，保险杠梁在碰撞时具有优异的抗弯性能，并且可使扭曲和开裂最小化。例如，角度θ可以是30°至60°。
参考图3，搁放部分201和202的外表面可以是圆角的。在以上条件下，在外部冲击期间可使保险杠梁的变形和开裂最小化。
参考图3，笔直倾斜表面103和104可形成在梁主体100的后表面的两侧。当形成笔直倾斜表面103和104时，在外部冲击期间可使保险杠梁的变形和开裂最小化。
参考图2，在实施例中，搁放部分201和202中的每个可具有形成于其后侧的开口以及形成于其中的中空的梁接收部分203。在一个实施例中，开口可形成为矩形盒状。在以上条件下，在冲击时可使保险杠梁的变形和开裂最小化。
图4是根据本发明的一个实施例的用于车辆的保险杠梁的搁放部分的侧视图。参考图4，在一个实施例中，搁放部分201和202的侧表面形成为其内部为H形截面的结构。当在以上条件下形成侧表面时，撞击面积增加，使得在保险杠梁的侧面冲击期间可使梁的开裂最小化。
梁主体包括纤维增强塑料。当通过使用纤维增强塑料来形成梁主体时，轻量特征和机械强度都可以是优异的。
在一个实施例中，水平肋部分可由纤维增强塑料制成。当通过使用纤维增强塑料来形成水平肋部分110时，在保险杠梁的侧面碰撞期间可使梁的开裂最小化。在一个实施例中，可通过堆叠通过模制纤维增强塑料所形成的多个单元层来形成水平肋部分110。
在一个实施例中，纤维增强塑料的比重可以是0.5至1.5。在这些条件下，重量轻和机械强度可同时是优异的。
在一个实施例中，纤维增强塑料是用基体树脂预浸渍的连续纤维，并且该连续纤维可包括碳纤维、玻璃纤维和聚酰胺纤维中的至少一种。例如，根据本发明的实施例的连续纤维可包括多条长丝，并且是作为一束无捻纤维的纤维丝束的形式。
在本说明书中，连续纤维可表示具有5mm或更大长度的连续纤维，或者纤维束。
在一个实施例中，基体树脂可包括环氧树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂中的至少一种。
在一个实施例中，连续纤维可以是平纹编织、斜纹编织、缎纹编织或非起绉织物(NCF)的形式。在一个实施例中，通过布置一层或多层纱线使得所布置的纱线是固定的且不产生织物的褶皱，将非起绉织物通过缝合工艺制造成织物。非起绉织物可具有诸如单向(UD)或双向(双轴)的布置。
连续纤维的直径可以是0.01mm至5mm。在以上范围中，本发明的实施例的重量轻是优异的，并且刚度可同时是优异的。
在一个实施例中，通过使多个初步浸渍的或涂覆有基体树脂的预浸料层压到布置在一个方向上的连续纤维，然后进行模压成型，来形成纤维增强塑料。在此情况中，纤维层压物可具有易模塑性和优异的冲击吸收能力。
例如，当聚丙烯树脂用作基体树脂时，进一步改进预浸料的弹性和抗冲击性，并且可进一步改进保险杠梁的防开裂效果。在一个实施例中，预浸料可包括从20至80重量百分比的基体树脂和从20至80重量百分比的连续纤维。在以上范围中，能够进一步改进对轻量化程度的冲击吸收能力。
在一个实施例中，预浸料层的厚度可以是0.1mm至1mm，例如，0.25mm至0.30mm。在以上范围内，当制造为纤维层压物时，弹性和抗冲击性是优异的，但保持了柔性，从而进一步改进保险杠梁的防开裂效果。
连续纤维可以是例如纱线或纤维。连续纤维的一个纤维截面可具有5mm至15mm的长直径、0.1mm至0.3mm的短直径，和1:1至1:120的纵横比。例如，连续纤维可具有8mm至10mm的长直径、0.15mm至0.25mm的短直径，和1:30至1:70的纵横比。在以上范围内防止或抑制保险杠梁开裂和破坏的效果是更好的，并且可进一步改进冲击吸收效率。
在一个实施例中，可以以0°、45°和90°的定向角形成连续纤维。定向角可以是通过连续纤维或连续纤维束(或连续纤维丝束)的编织图案形成的角度。
在一个实施例中，可通过交替地层压包含具有相同的定向角或彼此不同的定向角的连续纤维的预浸料层，然后将其挤压，来形成纤维增强塑料。
根据本发明的实施例的保险杠梁在重量轻方面是优异的，具有优异的机械刚度，在碰撞时使变形最小化，并且在经济上可以是优异的。
在一个实施例中，可通过包括纤维增强塑料和热塑性树脂组合物中的至少一个来形成搁放部分、竖直肋部分和倾斜肋部分中的至少一个。
例如，热塑性树脂可以是聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚烯烃树脂、热塑性聚烯烃复合树脂(TPO)、增强聚烯烃树脂，等等。增强聚烯烃树脂可以是用玻璃纤维等增强的聚烯烃树脂。
在一个实施例中，搁放部分、竖直肋部分和倾斜肋部分中的至少一个可形成为包括聚丙烯、滑石、矿物油和橡胶。当包括以上成分时，可成型性、拉伸特性和弹性恢复特性是优异的，并且可使碰撞时保险杠梁的断裂变形最小化。例如，可通过模制包括聚丙烯、滑石、矿物油和橡胶的第一热塑性树脂组合物来形成搁放部分、竖直肋部分和倾斜肋部分中的至少一个。当形成主体肋部分时，第一热塑性树脂组合物具有优异的拉伸特性和弹性恢复特性，使得可使碰撞时保险杠梁的断裂变形最小化。
例如，可通过注射成型包含100份重量的聚丙烯和20至100份重量的滑石、矿物油和橡胶的第一热塑性树脂组合物来形成搁放部分、竖直肋部分和倾斜肋部分。当包含在以上含量范围中时，弹性恢复特性是优异的，使得可使冲击时保险杠梁的断裂变形最小化。
在下文中，将更详细地描述本发明的实施例的构造和操作。然而，应理解，其仅是通过例证和实例进行的，且不解释为以任何方式限制本发明。
实例
准备如图1所示的用于车辆的保险杠梁。具体地，准备了这样一种保险杠梁，其包括：梁主体，该梁主体具有与待附接到车辆的表面相对的且向外弯曲的前表面，并具有朝向前表面向外敞开的C形截面；搁放部分，该搁放部分形成在梁主体的两侧，并在其后表面具有开口；以及主体肋部分，该主体肋部分包括与梁主体部分的上壁和下壁平行地设置在梁主体部分的内侧的水平肋部分、与水平肋部分正交且连接梁主体部分的上壁和下壁的竖直肋部分、以及连接到梁主体部分的上壁和下壁中的至少一者及水平肋部分的倾斜肋部分，并且在倾斜肋部分处形成倾斜表面。进一步，在梁主体部分的两个侧表面处形成笔直倾斜表面。
此时，搁放部分在后侧包括矩形盒状开口，并且形成内部中空的梁接收部分。如图4所示，搁放部分的侧表面形成为内部具有H形截面。
使用纤维增强塑料制造梁主体和水平肋部分，在该纤维增强塑料中，将连续纤维(碳纤维)预浸渍到基体树脂(环氧树脂)中，并且通过注射具有1.00±0.05的比重的热塑性树脂组合物来生产搁放部分、竖直肋部分和倾斜肋部分，通过对聚丙烯添加滑石、矿物油和橡胶来获得该热塑性树脂组合物。
使用摆锤测试设备(乐天化工有限公司测试设备)对在以上实例中制造的保险杠梁执行中心碰撞、偏移碰撞和角部碰撞测试，并且在下表1中示出了结果。
(1)中心碰撞测试：车辆(公差重量1250kg的80％)的中心以2.7mi/h的速度(平行于车辆行驶方向)与带有1000kg冲击筛的保险杠梁的中心碰撞。
(2)偏移碰撞测试：通过使车辆(公差重量1250kg的80％+3个75kg成人乘客重量)的中心在保险杠梁的中心方向上以2.7mi/h的速度移动300mm，来与1180kg的冲击体进行碰撞。
(3)角部碰撞测试：车辆(公差重量1250kg的80％+3个75kg成人乘客重量)的中心在保险杠梁的角部方向上以1.5mi/h的速度与1180kg的冲击体进行冲击。
表1
在以上表1中，用于中心和偏移碰撞测试的侵入(Int)标准是157.2mm，并且用于角部碰撞测试的穿透标准是103mm。
图7a示出了当摆锤撞击在根据本发明的一个实施例的保险杠梁的中心处时的保险杠梁的应力变化，并且图7b示出了在摆锤撞击该实施例的保险杠梁的中心之后的保险杠梁的应力变化。参考表1和图7a及图7b的结果，当摆锤撞击在保险杠梁的中心处时，中心撞击区域变形，但保险杠梁的侧倾斜部分由于纤维增强塑料材料和弯曲结构而在保持现有形状的同时支撑负载。而且，在摆锤撞击之后，发现在由于撞击时的高负载保持力而移除负载之后，仅存在由于弹性恢复力所导致的较小的残余变形。
图8示出了完成摆锤撞击在根据本发明的一个实施例的保险杠梁的中心之后的保险杠梁的应变变化。参考图8，发现由于本发明的主体肋部分的高伸长率(90％，施加50mm/min的拉伸测试速度)而仅在局部区域中出现破裂。
图9a示出了在根据本发明的一个实施例的保险杠梁的偏移撞击时的保险杠梁的应力变化，并且图9b示出了在完成与该实施例的保险杠梁的偏移撞击之后的保险杠梁的应力变化。参考表1和图9a及图9b的结果，在由于纤维增强塑料材料和弯曲结构的应用而在仅保持偏移撞击部分的同时使该实施例的保险杠梁变形，并且使与保险杠梁的后侧背板(主体部分)的非接触条件满意。而且，在偏移撞击之后，在由于撞击时的高负载保持力而移除负载之后，仅存在由于弹性恢复力所导致的小残余变形。
图10示出了当撞击根据本发明的实施例的保险杠梁角部部分时的保险杠梁的应力变化。参考图10和表1的结果，发现仅通过由于形成于搁放部分的侧表面上的H形截面和矩形盒状开口结构所导致的局部变形来防止产生开裂。
而且，参考表1的结果，在本发明的实施例的情况下，发现满足所有规格以及作为低速碰撞测试的中心测试、偏移测试和角部测试的结果，并且发现保险杠梁不开裂。
本领域技术人员将理解，在不背离如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节的各种变化。
虽然已经结合目前认为是实际的代表性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包含于所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (8)

1.一种用于车辆的保险杠梁，所述保险杠梁被附接到所述车辆的前部或后部，所述保险杠梁包括：
梁主体，所述梁主体具有与待附接到所述车辆的表面相对的且向外弯曲的前表面，所述梁主体具有朝向所述前表面向外敞开的C形截面；以及
搁放部分，所述搁放部分形成在所述梁主体的两侧，并且在每个所述搁放部分的后表面处具有开口，
其中，所述梁主体包括纤维增强塑料。
2.根据权利要求1所述的保险杠梁，其中，所述保险杠梁还包括：水平肋部分，所述水平肋部分与所述梁主体的上壁和下壁平行地设置在所述梁主体的内侧；竖直肋部分，所述竖直肋部分与所述水平肋部分正交且连接所述梁主体的所述上壁和所述下壁；以及倾斜肋部分，所述倾斜肋部分连接所述梁主体的所述上壁和所述下壁中的至少一者及所述水平肋部分。
3.根据权利要求2所述的保险杠梁，其中，所述水平肋部分由纤维增强塑料制成。
4.根据权利要求1所述的保险杠梁，其中，每个所述搁放部分具有形成在该搁放部分的后侧的开口以及具有中空内部的梁接收部分。
5.根据权利要求1所述的保险杠梁，其中，所述搁放部分的侧表面形成为具有H形截面的结构。
6.根据权利要求1所述的保险杠梁，其中，所述梁主体的两个侧表面形成为具有笔直倾斜表面。
7.根据权利要求1所述的保险杠梁，其中，所述纤维增强塑料包括用基体树脂预浸渍的连续纤维，
其中，所述纤维增强塑料的比重是0.5至1.5，
其中，所述连续纤维包括碳纤维、玻璃纤维和聚酰胺纤维中的至少一种，并且
其中，所述基体树脂包括环氧树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的保险杠梁，其中，所述搁放部分、所述竖直肋部分和所述倾斜肋部分中的至少一者由纤维增强塑料和热塑性树脂组合物中的至少一者形成，并且
其中，所述热塑性树脂组合物通过模制聚丙烯、滑石、矿物油和橡胶来形成。
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