CN110709575A - 复合材料结构和包覆模制期间的功能集成 - Google Patents

复合材料结构和包覆模制期间的功能集成 Download PDF

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CN110709575A CN201880037943.8A CN201880037943A CN110709575A CN 110709575 A CN110709575 A CN 110709575A CN 201880037943 A CN201880037943 A CN 201880037943A CN 110709575 A CN110709575 A CN 110709575A
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Abstract

公开了一种用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元。可调节的引擎盖止动件包括保险杠止动件、由塑性材料制成的接收保险杠止动件的保持器、以及沿着保持器的内表面集成的多个螺纹。保持器包覆模制在前端枕中的孔上，多个螺纹在保持器的内表面的部分长度上以预定的旋转度延伸，且多个螺纹是不连续的。

Description

复合材料结构和包覆模制期间的功能集成
背景技术
可调节的引擎盖止动件是设置在车辆的前端枕上的装配单元。这些单元通常设计为防止车引擎盖和车辆前灯之间的任何碰撞。另外，使用可调节的引擎盖止动件可以在关闭车引擎盖或车辆碰撞时允许传递力。根据具体的车辆型号，前端枕可以包含至少两个可调节的和两个不可调节的引擎盖止动件。这些可调节的引擎盖止动单元包括前端枕的主体上的保持部分(其可以是集成的或可拆卸的)，该保持部分接收带螺纹的保险杠止动件。
发明内容
总的来说，在一个方面，本发明涉及一种用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元，其包括保险杠止动件、由塑性材料制成的接收保险杠止动件的保持器、以及沿着保持器的内表面集成的多个螺纹，其中保持器包覆模制在前端枕中的孔上，其中多个螺纹在保持器的内表面的部分长度上以预定的旋转度延伸，且其中多个螺纹是不连续的。
总的来说，在一个方面，本发明涉及一种制造用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元的方法，包括：将熔化的材料注入到金属模具上，在第一方向和第二方向上将熔化的材料包覆模制在金属模具上以形成保持器，其中熔化的材料是塑性材料，其中第二方向与第一方向相反，其中多个螺纹以预定的旋转度包覆模制在保持器的内表面的部分长度上，且其中多个螺纹是不连续的。
通过以下描述和所附权利要求，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元。
图2A示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的第一视图。
图2B示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的第二视图。
图2C示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的截面图。
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的制造用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的方法。
图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的保持器的包覆模制工艺的结构视图。
图5A示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器。
图5B示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的侧视图。
图5C示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的截面图。
图5D示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的俯视图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述具体实施例。为了一致性，各个附图中的相似的元件由相似的附图标记表示。为了简单起见，可能未在所有附图中都标出相似的元件。
在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述变得复杂。
在整个申请中，序数(例如，第一、第二、第三等)可以用作元件(即，本申请中的任何名词)的形容词。除非明确公开，否则序数的使用既不暗含或创建元件的特定顺序，也不意味着将任何元件仅限制为单个元件，例如通过使用术语“之前”、“之后”、“单个”和其他此类术语。而是，序数的使用是为了区分元件。举例来说，第一元件不同于第二元件，并且第一元件可以包含多个元件，并且在元件的顺序中后于(或先于)第二元件。
应该理解的是，除非上下文另外明确地指出，否则单数形式的“一”、“该”和“所述”包含复数指代。因此，例如，对“水平光束”的引用包括对一个或多个这样的光束的引用。
比如“大约”、“基本上”等术语表示不需要精确实现所列举的特性、参数或值，而是偏差或变化(包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素)可以以不排除该特性旨在提供的效果的量发生。
总的来说，本发明的实施例涉及用于机动车辆的结构部件的复合材料解决方案的开发，作为面对减少二氧化碳排放的挑战并保持汽车制造商所要求的性能水平的关键解决方案。具体地，本发明的实施例提供了一种用于机动车辆的前端模块的可调节的引擎盖止动单元的保持部分，其将保险杠止动件集成在复合材料/塑料结构中。
图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元。可调节的引擎盖止动单元可以根据要装配的车辆而具有不同的尺寸、形状和形式。如图1所示，可调节的引擎盖止动单元(101)具有多个部件，包括保险杠止动件(103)和保持器(105)。用于可调节的引擎盖止动单元的保持器包括多个螺纹(107)、内表面(109)和多个开口(111)。上面列出的可调节的引擎盖止动件(101)的各种部件和结构可以直接或间接地相互连接。这些部件中的每一个将在下面更详细地描述。
在一个或多个实施例中，可调节的引擎盖止动单元(101)包括保持器(105)和保险杠止动件(103)。可调节的引擎盖止动单元(101)可以由任何热塑性复合材料制成，包括塑料、树脂、弹性体、玻璃纤维，碳或任何其他合适的结构纤维。
本发明的一个或多个实施例通过用预定几何形状成形的复合材料代替现有金属材料来实现车辆质量的降低，该预定几何形状已被模拟以实现相同水平的机械性能。该优势符合原始设备制造商(OEM)要求的降低质量的约束，其鼓励供应商提出创新的解决方案，以降低车辆的质量，同时保持相同水平的机械性能。
保险杠止动件(103)可以是但不限于任何螺旋形状，比如大头螺钉的螺旋形状。保险杠止动件(103)可以由软质材料制成，该材料可以是但不限于橡胶、塑料、弹性体、碳纤维等，当车辆的引擎盖被猛击闭合在保险杠止动件(103)上时，该材料能够分散施加在材料上的力。
保持器(105)可以是任何形状，只要保持器(105)在结构上能够牢固地接收保险杠止动件(103)即可。在一个或多个实施例中，保持器(105)通过在两个相反的方向上的包覆模制工艺而制成一个件。在非限制性示例中，保持器(105)可以是具有空心中部的圆柱形状。保持器(105)的本体还包括多个螺纹(107)、内表面(109)和多个开口(111)。在一个或多个实施例中，多个螺纹(107)由与保持器(105)相同的材料制成。
在钢制零件中，螺旋结构用于容纳那些引擎盖止动件。在使用复合材料的情况下，不可能实现螺旋形状。在这种情况下，成形为螺旋形状的简单蒙皮的脆弱性将导致复合材料在吸收全部负荷之前破裂。
在一个或多个实施例中，保险杠止动件(103)和保持器(105)的各自的高度可以相对于可调节的引擎盖止动单元所要装配的车辆的类型成比例地变化。此外，本领域普通技术人员将进一步理解，保险杠止动件(103)的连接到保持器(105)的本体中的部分的量可以根据车辆的引擎盖在关闭时是否会撞击前灯来调节。
仍如图1所示，多个螺纹(107)沿着保持器(105)的内表面(109)集成，且配置为接收保险杠止动件(103)的带螺纹结构。在一个或多个实施例中，多个螺纹(107)在保持器(105)的内表面的部分长度上以预定的角度延伸。本领域普通技术人员将理解，预定的角度可以是但不限于在77.5度至85度的范围内的角度。此外，由多个螺纹(107)的两侧不平行部分所成的角度可以在15度至30度之间，如下图所示：
如图1所示，在非限制性示例中，多个螺纹(107)集成在覆盖保持器(105)的内表面(109)的两个25％部分的50％部分上。
在一个或多个实施例中，保持器(105)在保持器(105)本体的侧面上包括多个开口(111)。保持器(105)可包含但不限于至少两个彼此相对的开口(111)。在非限制性示例中，保持器(105)的本体上的多个开口(111)使得能够分散力以防止保持器(105)的材料由于在将保险杠止动件(103)拧入保持器中时施加的过大的力以及还由于引擎盖被猛击关闭时在保险杠止动件(103)上施加的力而破裂。在一个或多个实施例中，多个开口(111)使得保持器(105)能够在两个包覆模制方向上被包覆模制。
在一个或多个实施例中，沿着保持器的内表面(109)集成的多个螺纹(107)在开口(111)的边缘处不连续。在非限制性示例中，由于复合材料的鲁棒性不足以支撑大量的力，所以多个螺纹是不连续的。此外，如果连续的带螺纹结构在施加太大的力时破裂，则整个带螺纹结构将无法使用。
与金属材料不同，如果保险杠止动件太紧地装配在保持器本体内，则热塑性复合材料的鲁棒性不足以支撑施加在保持器的内表面上的力。在一个或多个实施方式中，在保持器主体的侧壁上设置有开口。开口使力能够向外重新定向，而不会对保持器本体造成直接损坏。另外，开口允许保持器的包覆模制在两个分开的方向上进行，从而获得更稳定的结构和其他优点，这将在包覆模制方法的描述中进一步描述。
图2A和图2B示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的两个不同的视图。可调节的引擎盖止动单元可以根据要装配的车辆而具有不同的尺寸、形状和形式。如图2A和2B所示，可调节的引擎盖止动单元(101)具有多个部件，包括保持器(105)。用于可调节的引擎盖止动单元的保持器包括多个螺纹(107)、内表面(109)和多个开口(111)。已经关于图1的可调节的引擎盖止动单元(101)描述了这些部件中的每一个。在一个或多个实施例中，图2A和图2B所示的系统还包括孔(201)和车辆前端枕(203)。上面列出的各种部件和结构可以直接或间接彼此连接。孔(201)和车辆前端枕(203)在下面更详细地描述。
在一个或多个实施例中，孔(201)可以是但不限于是具有任何类型的形状的任何类型的开口。在非限制性示例中，孔(201)的形状与保持器(105)的尺寸成比例。取决于要装配前端枕(203)的车辆的制造和型号，前端枕(203)可以具有任何形状和结构。如图2A所示，孔(201)直接形成在前端枕(203)的本体的表面上。
如图2A和图2B所示，图1所示的用于可调节的引擎盖止动件(101)的保持器(105)直接集成在机动车辆的前端枕(203)上的孔(201)中。在一个或多个实施例中，保持器(105)直接包覆模制在机动车辆的前端枕(203)的孔(201)上，以与前端枕(203)成为单个部件。
在一个或多个实施例中，通过将保持器直接包覆模制在机动车辆的前端枕上而直接集成保持器实现了优势。将保持器直接模制在孔上的工艺不仅会节省额外的组装成本，但也避免了其他工具的实现。
还如图2A所示的可调节的引擎盖止动单元(101)的保持器(105)的第一视图所示，与保持器(105)的内表面(109)的两个25％部分对齐的多个螺纹(107)彼此相对且在开口(111)处不连续。
在图2B中所示的可调节的引擎盖止动单元(101)的保持器(105)的第二视图中，示出了保持器(105)的内表面(109)的25％部分内的多个螺纹(107)。在一个或多个实施例中，多个螺纹(107)仅在保持器(105)的内表面(109)的部分长度上延伸。在一个或多个实施例中，保持器(105)的内表面(109)的25％部分中的每一个模制有至少(但不限于)三个螺纹。本领域普通技术人员将理解，模制在内表面(109)上的螺纹的数量可以基于保持器的尺寸、形状和结构而不同，这取决于保持器(105)所要集成的车辆的制造和型号。
图2C示出了图2A和2B所示的根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的保持器(105)的截面图。如图2C所示，可调节的引擎盖止动单元(101，如图1所示)包括保持器(105，如图2A所示)的截面。用于可调节的引擎盖止动单元的保持器还包括多个螺纹(107)、内表面(109)、多个开口(111)、孔(未标记)、以及车辆的前端枕(203)。已经针对图1的可调节的引擎盖止动单元和图2A的用于可调节的引擎盖止动单元的保持器描述了这些部件中的每一个。
如图2C所示，用阴影部分表示的保持器(105)直接集成到车辆的用实心部分表示的前枕(203)上的孔中。保持器本体的外表面直接模制在前端枕(203)上的孔的表面上，从而产生单个结构，该结构不需要保持器(105)和前端枕(203)之间的任何进一步的组装。
如上所述，不是使用首先将保持器作为单独的部件制造然后再组装到前端枕(203)上的工艺，而是将保持器直接包覆模制到前端枕(203)上，避免了将两个部件组装在一起的任何额外成本和工具。
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的制造用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的方法。虽然顺序地呈现和描述了图3中的各个步骤，但是本领域的普通技术人员将理解，某些或所有步骤可以以不同的顺序执行、可以组合或省略、并且某些或全部步骤可以并行执行。
在步骤301中，在机动车辆的前端枕上钻孔。在一个或多个实施例中，在车辆的前端枕上钻至少两个孔，以放置两个可调节的引擎盖止动单元。
本领域的普通技术人员将理解，要在前端枕上钻出的孔的数量取决于要装配前端枕的车辆的类型。在一个或多个实施例中，可以使用能够提供足够大的力以钻穿前端枕的任何动力工具或设备来钻孔。但是，必须注意的是，在钻孔时切勿施加太大的力，以防止破裂和损坏前端枕的材料。
此外，本领域的普通技术人员将理解，可以通过直接获得已经包括所需的孔的前端枕来省略钻孔步骤(步骤301)。
在步骤303中，将金属模具对齐到来自步骤301的前端枕上的孔上。在一个或多个实施例中，金属模具包含用于可调节的引擎盖止动单元的保持器的形状和结构。
在步骤305中，将熔化的材料注入金属模具中。熔化的材料可以是但不限于是热塑性复合材料，例如塑料、树脂、弹性体或任何其他合适的材料。在注入金属模具之前，熔化的材料可以使用工业烤箱、加热桶等从初始的冷却热塑性复合材料熔化而成。
在步骤307中，熔化的材料在第一方向和第二方向上包覆模制在金属模具上，以形成保持器。在一个或多个实施例中，包覆模制的第一方向与包覆模制的第二方向相反。
图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的保持器的包覆模制工艺的结构视图。如图4所示，包覆模制工艺期间的用于可调节的引擎盖止动单元(101)的保持器(105)的结构视图具有多个部件，包括内表面(109)和多个螺纹(107)。包覆模制工艺还包括包覆模制的第一方向(401a)和包覆模制的第二方向(401b)。下面详细说明包覆模制的第一方向和第二方向(401a，401b)。
在一个或多个实施例中，保持器(105)的内表面(109)上的多个螺纹(107)通过包覆模制工艺的步骤403中所述的包覆模制工艺形成。在非限制性示例中，覆盖保持器(105)的内表面(109)的50％的多个螺纹(107)在包覆模制步骤307期间在两个方向上平衡，其中多个螺纹(107)的25％在第一包覆模制方向上模制且多个螺纹(107)的另外25％在与第一包覆模制方向相反的第二包覆模制方向上模制。
将复合材料部件作为插入件进行包覆模制是困难的工艺，其中部件的材料在经过加热步骤后变得非常不稳定。此外，将复合材料部件作为插入件包覆模制到另一预制复合材料部件上甚至更加困难，因为热量的温度可能会使已经冷却的预制部件被重新加热到其熔点。
在第一包覆模制方向(401a)上包覆模制复合材料插入件结构的25％且在与第一包覆模制方向(401a)相反的第二包覆模制方向(401b)上包覆模制25％防止预制复合材料部件(前端枕)的整个表面被熔化的材料加热，因此在包覆模制和冷却时均能获得稳定的结构。
图5A至图5D示出了根据本发明的一个或多个实施例的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的不同视图。取决于要装配的车辆，用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器可以具有不同的尺寸、形状和形式。如图5A至图5D所示，用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器具有多个部件，包括保持器(105)。保持器(105)还包括内表面(109)和多个螺纹(107)。已经关于图1的可调节的引擎盖止动单元(101)描述了这些部件中的每一个。可拆卸的保持器还包括外环(501)、第一夹(503a)、第二夹(503b)、第一失效区域(505a)、第二失效区域(505b)和外表面(507)。上面列出的各种部件和结构可以直接或间接彼此连接。附加部件将在下面更详细地描述。
在一个或多个实施例中，外环(501)可以由包括复合材料和热塑性塑料的任何材料制成。这些材料的益处是塑料和复合材料之间的内聚力。外环(501)可以是任何形状，只要外环(501)的形状完全涵盖保持器(105)本体与第一夹和第二夹(503a，503b)的整个组合。具体而言，外环(501)设计为当保持器(105)附接至前端枕时就位在车辆前端枕的表面的顶部上。
在一个或多个实施例中，第一夹和第二夹(503a，503b)由与外环(501)相同的材料制成。第一夹和第二夹(503a，503b)可以是任何形状，只要每个夹能够牢固地附接并闩锁在前端枕的内表面上而不会损坏前端枕。另外，第一夹和第二夹(503a，503b)的结构必须足够柔性，以当将夹插入前端枕上的孔中时，允许第一夹和第二夹(503a，503b)的本体的压缩。在非限制性示例中，第一夹和第二夹(503a，503b)的形状可以是J形的。在该示例中，J形夹的钩部将附接到前端枕的内表面，以将保持器牢固地附接到前端枕。第一夹和第二夹(503a，503b)的尺寸、长度、宽度和高度可以基于前端枕的尺寸、长度、宽度和高度而变化。
在一个或多个实施例中，第一夹和第二夹(503a，503b)附接到外环(501)的内表面上。另外，第一夹和第二夹还通过第一和第二失效区域(505a，505b)附接到保持器(105)的外表面(507)。第一和第二失效区域(505a，505b)由与外环(501)及第一夹和第二夹(503a，503b)相同的材料制成。在一个或多个实施例中，第一和第二失效区域(505a，505b)的形状和尺寸可以为任何形状和结构，只要第一和第二失效区域(505a，505b)在车辆碰撞时能够塌陷。
如果要在国外管辖区(例如欧洲或日本)出售车辆，则车辆必须至少具有用于行人安全性能的故障安全机制。在非限制性示例中，保持器(105)通过第一和第二失效区域(505a，505b)附接到第一夹和第二夹(503a，503b)。当发生行人碰撞时，第一和第二失效区域(505a，505b)将塌陷，吸收一部分碰撞能量并降低碰撞期间的最大加速度。
另外，在一个或多个实施例中，第一和第二失效区域(505a，505b)的集成实现前端枕上的渐进破裂机制。渐进破裂是在模拟中预先确定的，并且失效区域的几何形状以特定方式设计，以避免整个可调节的保险杠止动件直接损坏。在发生碰撞时，保险杠止动件在恒力作用下塌陷，并且该恒力被调整为低于一极限，所述极限防止对行人造成严重伤害。
同样如图5A所示，在一个或多个实施例中，保持器(105)可以使用与上文图3中所述相同的复制模制工艺单独制成。在非限制性示例中，保持器(105)本体可以是但不限于是没有任何侧面开口的单个结构。另外，在一个或多个实施例中，保持器的内表面(109)的50％以上可以与多个螺纹(107)对齐，以便接收保险杠止动件(未示出)。
在一个或多个实施例中，具有包覆模制塑料的复合材料能够抵抗相同量的力。这意味着如果整个零件的结构尺寸不正确，则引擎盖的掉落将导致复合材料破裂。当复合材料被包覆模制时，它为设计提供了更大的灵活性和并且优化了结构，并提供了必要量的刚度以用肋筋(ribbing)吸收力，从而优化了包覆模制的结构。
图5B示出了图5A所示的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的侧视图。
图5C示出了图5A所示的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的截面图。
图5D示出了图5A所示的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器的俯视图。
尽管仅针对有限数量的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设想出各种其他实施例而不脱离本发明的范围。因此，本发明的范围应仅由所附的权利要求限制。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元，包括：
保险杠止动件；
由塑性材料制成的保持器，其接收所述保险杠止动件；以及
沿着所述保持器的内表面集成的多个螺纹，
其中所述保持器包覆模制在所述前端枕中的孔上，
其中所述多个螺纹在所述保持器的内表面的部分长度上以预定的旋转度延伸，并且
其中所述多个螺纹是不连续的。
2.如权利要求1所述的可调节的引擎盖止动单元，其中所述保持器在第一方向上包覆模制，所述第一方向与第二方向相反。
3.如权利要求2所述的可调节的引擎盖止动单元，其中所述保持器还包括第一开口，所述第一开口与第二开口相对。
4.如权利要求3所述的可调节的引擎盖止动单元，其中所述多个螺纹集成在所述保持器的内表面的50％上。
5.如权利要求4所述的可调节的引擎盖止动单元，其中所述多个螺纹覆盖所述保持器的内表面的两个25％部分。
6.如权利要求5所述的可调节的引擎盖止动单元，其中所述预定的旋转度是77.5至85度。
7.如权利要求6所述的可调节的引擎盖止动单元，其中所述塑性材料选自由以下材料构成的组：
8.一种制造用于机动车辆的前端枕的可调节的引擎盖止动单元的方法，包括：
将熔化的材料注入到金属模具上；并且
在第一方向和第二方向上将所述熔化的材料包覆模制在所述金属模具上以形成保持器，
其中所述熔化的材料是塑性材料，
其中所述第二方向与所述第一方向相反，
其中多个螺纹以预定的旋转度包覆模制在所述保持器的内表面的部分长度上，并且
其中所述多个螺纹是不连续的。
9.如权利要求8所述的制造可调节的引擎盖止动单元的方法，还包括：在所述保持器的内表面的50％上包覆模制所述多个螺纹。
10.如权利要求9所述的制造可调节的引擎盖止动单元的方法，还包括：在所述第一方向上包覆模制所述多个螺纹的25％且在第二方向上包覆模制所述多个螺纹的25％。
11.如权利要求10所述的制造可调节的引擎盖止动单元的方法，还包括：将所述保持器直接包覆模制在所述前端枕中的孔上。
12.一种用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器，该可拆卸的保持器是使用如权利要求8所述的方法制造的，其中所述可拆卸的保持器还包括外环。
13.如权利要求12所述的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器，其中所述外环还包括夹入所述枕上的孔中的第一夹和第二夹。
14.如权利要求13所述的可拆卸的保持器，其中，在碰撞时塌陷的第一失效区域和第二失效区域将所述外环连接到所述保持器的外表面。
15.如权利要求14所述的用于可调节的引擎盖止动单元的可拆卸的保持器，其中所述第一区域和第二区域配置为在塌陷时稳定碰撞力。
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