CN112896321A - 具有一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构 - Google Patents

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贾森·斯科特·巴尔泽
托德·约翰·米勒
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Abstract

本公开提供了“具有一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构”。本公开详细描述了包括用于实现零件整合的一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构。一种示例性金属板结构包括：金属板面板；加强结构，所述加强结构成型在所述金属板面板上；以及一体成型的附接结构，所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构内。在一些实施例中，所述一体成型的附接结构可包括螺母、支架或两者。附加车辆部件可经由所述一体成型的附接结构附接至所述金属板面板。所述金属板面板可在单次注塑成型工艺中形成。

Description

具有一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构
技术领域
本公开涉及加强的车身结构，并且更具体地涉及包括用于实现零件整合(partintegration)的一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构。
背景技术
传统上，车辆白车身(BIW)构件由冲压和焊接的金属板面板构成。BIW构件被配置为在碰撞事件期间吸收大量的碰撞能量。可能期望将附加车辆部件直接安装到BIW构件。
发明内容
一种根据本公开的示例性方面的车身部件除其他外包括：金属板面板；加强结构，所述加强结构成型在所述金属板面板上；以及一体成型的附接结构，所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构内。
在前述车身部件的另外的非限制性实施例中，所述车身部件为车柱。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述加强结构包括热塑性材料。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述加强结构成型在所述金属板面板的内侧面和外侧面两者上。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述加强结构的肋结构成型在所述内侧面上并且所述加强结构的能量吸收部分成型在所述外侧面上。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述一体成型的附接结构为焊接螺母，所述焊接螺母包括被配置为接纳紧固件的内螺纹。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述一体成型的附接结构为支架。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构的肋结构内。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构的能量吸收部分内。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，车辆部件经由所述一体成型的附接结构附接到所述金属板面板。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，紧固件穿过所述车辆部件并进入所述一体成型的附接结构的内螺纹中。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述一体成型的附接结构包括支架和螺母。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述加强结构包括肋结构，所述肋结构包括笔直肋、蜂窝状结构、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一个或多个。
一种根据本公开的另一示例性方面的方法除其他外包括将金属板面板用加强结构包覆成型以形成车辆白车身构件。所述加强结构包括肋结构和形成在所述肋结构中的一体成型的附接结构。
在前述方法的另外的非限制性实施例中，将所述金属板面板用所述加强结构包覆成型包括：在所述金属板面板的第一侧上形成所述加强结构的所述肋结构；以及在所述金属板面板的第二侧上形成所述加强结构的能量吸收结构。
在前述方法中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述第一侧为内侧面，并且所述第二侧为外侧面。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述方法为单次注塑成型工艺。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述附接结构包括螺母和支架中的至少一个。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述肋结构包括笔直肋、蜂窝状结构、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一个或多个。
在前述车身部件中的任一个的另外的非限制性实施例中，所述车辆白车身构件为车柱的一部分。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各种方面或相应单独特征中的任何一个)可独立地或以任何组合形式采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。随附于具体实施方式的附图可简要地描述如下。
附图说明
图1是车辆的俯视图。
图2是车身结构(例如，车柱)的白车身(BIW)构件的分解图。
图3是图2的BIW构件的内侧面。
图4是图2的BIW构件的外侧面。
图5示出了BIW构件的一体成型的附接结构。
图6示出了由图5的一体成型的附接结构中的一个接纳的紧固件。
图7示出了另一示例性BIW构件。
图8示出了另一示例性BIW构件。
图9A和图9B示出了另一示例性BIW构件。
图10示出了又一示例性BIW构件。
图11、图12A、图12B、图13、图14、图15和图16示意性地示出了用于形成BIW构件的示例性方法，所述BIW构件包括具有一体成型的附接结构的包覆成型的加强结构。
具体实施方式
本公开详细描述了包括用于实现零件整合的一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构。一种示例性金属板结构包括：金属板面板；加强结构，所述加强结构成型在所述金属板面板上；以及一体成型的附接结构，所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构内。在一些实施例中，所述一体成型的附接结构可包括螺母、支架或两者。附加车辆部件可经由所述一体成型的附接结构附接至所述金属板面板。所述金属板面板可在单次注塑成型工艺中形成。下文更详细地描述了本公开的这些和其他特征。
图1示意性地示出车辆10。车辆10可为轿车、卡车、货车、运动型多用途车或任何其他车辆类型。在一个实施例中，车辆10是常规的内燃发动机动力车辆。在另一个实施例中，车辆10是高压牵引电池动力电动车辆(例如，电池电动车辆(BEV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等)。在又一个实施例中，车辆10是自主车辆，其中在没有来自人类驾驶员的直接输入的情况下，控制车辆10的机动功能。
尽管在本公开的附图中示出了特定部件关系，但这些图示并不意图限制本公开。车辆10的各种部件的布局和取向被示意性地示出并且可以在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或最小化以强调特定部件的某些细节。
车辆10包括由多个车身结构构成的车身12。除了其他车身结构之外，车身12可包括前侧面板15、后侧面板16、发动机罩18、行李厢盖/举升门20、上部面板22、两个或更多个柱24(例如，A柱、B柱、C柱、D柱等)和两个或更多个车门26。车身12可体现为车身12和车辆底盘(未示出)彼此成一体的一体式车身构造，或者可以是车身12与车辆底盘分离的车身车架分离式构造的一部分。
构成车身12的许多车身结构(包括但不限于柱24)可由一个或多个白车身(BIW)构件构造。BIW构件传统上由高强度金属材料制成。期望将BIW构件配置为既在车辆碰撞事件期间吸收碰撞能量又提供用于相对于车辆10安装附加车辆部件的安装表面。因此，本公开提出了由塑料加强结构在结构上加强并且还包括形成在加强结构上的一体成型的附接结构的车辆BIW构件。
图2至图4示出了车身结构(例如，柱或其他车身结构)的示例性BIW构件30。BIW构件30可包括具有内侧面32和外侧面34的外面板14(例如，第一金属板面板)、加强结构36和内面板48(例如，第二金属板面板)。加强结构36可成型在外面板14的内侧面32上，并且可包括成型在外面板14的外侧面34上的能量吸收部分38。因此，加强结构36的各部分可设置在外面板14的内侧面32和外侧面34两者上。内侧面32上的加强结构36提供了BIW构件30的局部增强，并且外侧面34上的能量吸收部分38可改善BIW构件30的总体碰撞能量吸收并且可进一步减小相对于其他车身结构的间隙。
加强结构36可由塑料或复合材料制成，并且可包覆成型到外面板14上。例如，加强结构36可包括塑料肋结构40(笔直的、蜂窝芯、蜂窝式的和/或仿生的)，所述塑料肋结构包覆成型到金属板外面板14的内侧面32和外侧面34上。设置在外侧面34上的肋结构40形成外侧表面42(参见图4)，用于填充可在BIW构件30与相邻车身结构(例如，车身侧外面板)之间延伸的开放区域或间隙。因此，这种布置提高了吸收碰撞载荷的能力，并且更好地控制所吸收的载荷在碰撞事件期间沿着期望载荷路径的能量传递。
肋结构40作为第一触点作用在外侧面34上，并且是管理碰撞能量的主要结构件。这种布置允许金属外面板14在整个载荷循环中保持其横截面性质，从而有效地传递可能使金属板冲压件屈曲的载荷。加强结构36的能量吸收部分38通过避免或延迟基部金属板的屈曲来吸收外面板14内的载荷，从而有效地将碰撞载荷沿着更期望的载荷路径向上朝向外面板14的中心传递。另外，加强结构36和能量吸收部分38的组合为BIW构件30提供了所需的刚度，这使得能够在保持所需的性能水平的同时降低基部金属板冲压件的等级和规格。
如图4最佳所示，能量吸收部分38的肋结构40可位于外面板14的底部44附近。内侧面32上的用于加强结构36的肋结构40可主要位于外面板14的顶部46附近。如图3所示，BIW构件30的内面板48可套设在内侧面32上的肋结构40的该部分的顶部上。在示例性实施例中，可在单次注塑成型工艺中将复合材料或塑性材料包覆成型在外面板14的外侧面34和内侧面32两者上，这导致重量减轻并且允许降低规格、降低等级和降低材料成本。另外，所公开的实施例允许降低零件成本，同时仍保持期望的性能、噪声振动粗糙性(NVH)和刚度要求。
如图3至图4中最佳示出，机械互锁件50可成型到外面板14上。外面板14上的孔52(图2所示)允许塑料在任一侧面32、34上流动，从而在外侧面34上形成一个或多个塑料带54和机械互锁件56，这有助于将成型在内侧面32上的肋结构40保持就位。这使得这两个结构(即，金属外面板14以及包覆成型的塑料加强结构36和能量吸收部分38)能够作为一个零件来执行。此外，通过利用通孔52在单次注射中形成内侧面32和外侧面34两者上的包覆成型，从而避免了必须单独成型零件的每个侧面。
现在参考图5至图6，BIW构件30可另外包括一个或多个一体成型的附接结构58。一体成型的附接结构58可成型到BIW构件30的加强结构36中。在一个实施例中，一体成型的附接结构58成型到加强结构36的塑料肋结构40中。一体成型的附接结构58可包括隆起部、焊接螺母、支架、夹具、安装件、加强件等，或者这些或类似结构的任何组合。一体成型的附接结构58用作用于将附加车辆部件59安装到BIW构件30的结构加强件。
在图5至图6所示的实施例中，加强结构36的一体成型的附接结构58被配置为焊接螺母。焊接螺母可一体成型为包括用于接纳紧固件65(诸如螺纹螺钉)的内螺纹79，例如用于将附加车辆部件59附接到BIW构件30(参见例如图6)。
图7示出了另一示例性BIW构件130。BIW构件130可包括金属板面板114和包覆成型到金属板面板114上的加强结构136。加强结构136可包括多个一体成型的附接结构158。每个一体成型的附接结构158都形成用于将附加车辆部件(在这种情况下为金属加强板159)安装到BIW构件130的结构上加强的安装位置。
在一个实施例中，一体成型的附接结构158被配置为用于接纳紧固件的焊接螺母，以用于将金属加强板159附接到BIW构件130。然而，也可设想其他附接结构。在另一实施例中，一体成型的附接结构158成型到加强结构136的能量吸收部分138中。
图8示出了另一示例性BIW构件230。BIW构件230可包括金属板面板214和包覆成型到金属板面板214上的加强结构236。加强结构236可包括一体成型的附接结构258A，所述一体成型的附接结构形成用于将附加车辆部件安装到BIW构件130的结构上加强的安装位置。
在一个实施例中，一体成型的附接结构258A是支架。BIW构件230可任选地包括与一体成型的附接结构258A以不同的方式配置的一个或多个附加的一体成型的附接结构258B(例如，螺母)，所述一个或多个附加的一体成型的附接结构被配置为提供附加安装位置。在另一实施例中，一体成型的附接结构258成型到加强结构236的塑料肋结构240中。
图9A和图9B示出了另一示例性BIW构件330。图9A是BIW构件330的外侧视图，并且图9B是BIW构件330的内侧视图。
BIW构件330可包括金属板面板314和包覆成型到金属板面板314上的加强结构336。加强结构336可包括一体成型的附接结构358A、358B，所述一体成型的附接结构各自形成用于将附加车辆部件(诸如金属槽359)安装到BIW构件330的结构上加强的安装位置。
在一个实施例中，一体成型的附接结构358A是支架，并且一体成型的附接结构358B是焊接螺母。在另一实施例中，一体成型的附接结构358A、358B成型到加强结构336的塑料肋结构340中。
图10示出了又一示例性BIW构件430。BIW构件430可包括金属板面板414和包覆成型到金属板面板414上的加强结构436。加强结构436可包括一个或多个一体成型的附接结构458。一体成型的附接结构458形成用于将附加车辆部件(在这种情况下为装饰件459)安装到BIW构件430的结构上加强的安装位置。
在一个实施例中，一体成型的附接结构458是装饰夹具。然而，也可设想其他附接结构。
包覆成型是在已经存在的零件上添加第二/附加材料层的工艺。在图11至图16中示出用于形成图2至图6的BIW构件30的该过程/方法的示例。也可使用与下面描述的类似的方法来形成图7至图10中所示的BIW构件中的任一个。
冲压/成型的金属板零件(例如，BIW构件30的外面板14)被单独示出并且在图11中的包覆成型工艺之前。外面板14可被转移并装载到如图12A所示的注塑成型模具60中。注塑成型模具60可包括具有母模64的上部部分62以及芯部66，所述母模接纳外面板14，所述芯部如68所示成形以限定加强结构36的肋结构40。如图13所示，芯部66可定位在母模64内，然后模具60闭合。
注塑成型模具的上部部分62包括入口70，复合材料或塑性材料可通过所述入口被引入母模64中。在一个实施例中，如图14所示，经由入口70引入单次注射的材料72(例如，热塑性材料)，然后成型在外面板14的金属材料上方以形成最终成型零件74。
外面板14上的孔52允许熔融塑料在外面板14的任一侧面上流动以与金属板形成机械互锁件50，从而使结构成为一个件。芯部66的形状68可包括用于形成肋结构40的狭槽69。狭槽69中的至少一个可包括用于形成一体成型的附接结构58的成型件71(参见图12B)。
接下来，打开模具60，然后移除最终成型零件74，如图15所示。包覆成型工艺确保经组装的插入件之间的牢固/紧密的机械结合/互锁，从而消除了为获得较高的抗屈曲性和刚度而对粘合剂或其他连结工艺(铆钉、螺栓、螺钉等)的使用。图15示出了在一个侧面具有肋结构40并且包括单个一体成型的附接结构58的最终成型零件74。图16示出在两个侧面都具有诸如将与所公开的外面板14一起使用的肋结构40并且包括多个一体成型的附接结构58的最终成型零件76的示例。
本公开内容使用包覆成型技术来提供BIW一体式面板/构件，其中成型到金属板面板上的复合材料或塑性材料被用于定制加强结构、能量吸收结构和附接结构在其最有效的位置的放置。加强结构和能量吸收结构的肋结构(蜂窝单元/肋/仿生)用作用于碰撞事件的结构加强件和碰撞吸收器，并且附接结构用作用于将附加部件固定到BIW面板的结构上加强的附接位置。这允许零件整合并实现BIW结构的重量和成本降低，以及消除工具和组装零件和接头的可能性。
为金属面板提供肋和附接结构的包覆成型工艺可在经受撞击载荷并且需要提供用于附接其他车辆零件的附接表面的车辆区域用于各种BIW应用中。一些示例性结构包括底板/座椅横向构件、顶弯梁、保险杠、A/B/C/D柱、铰链柱、下边梁、车门防撞梁等
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但本公开的实施例不限于那些特定组合。将来自非限制性实施例中的任一个的部件或特征中的一些与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件结合使用是可能的。
应当理解，相同的附图标记在全部若干附图中表示相应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可受益于本公开的教导。
前面的描述应被解释为说明性的而非任何限制意义。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可以出现一些修改。出于这些原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种车身部件，其包括：
金属板面板；
加强结构，所述加强结构成型在所述金属板面板上；以及
一体成型的附接结构，所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构内。
2.如权利要求1所述的车身部件，其中所述车身部件为车柱。
3.如权利要求1或2所述的车身部件，其中所述加强结构由热塑性材料构成。
4.如权利要求1或2所述的车身部件，其中所述加强结构成型在所述金属板面板的内侧面和外侧面两者上，并且任选地，其中所述加强结构的肋结构成型在所述内侧面上并且所述加强结构的能量吸收部分成型在所述外侧面上。
5.如权利要求1或2所述的车身部件，其中所述一体成型的附接结构为焊接螺母，所述焊接螺母包括被配置为接纳紧固件的内螺纹，或者所述一体成型的附接结构为支架。
6.如权利要求1或2所述的车身部件，其中所述一体成型的附接结构形成在所述加强结构的肋结构内或所述加强结构的能量吸收部分内。
7.如权利要求1或2所述的车身部件，其包括经由所述一体成型的附接结构附接到所述金属板面板的车辆部件，并且任选地包括穿过所述车辆部件并进入所述一体成型的附接结构的内螺纹中的紧固件。
8.如权利要求1或2所述的车身部件，其中所述一体成型的附接结构包括支架和螺母。
9.如权利要求1或2所述的车身部件，其中所述加强结构包括肋结构，所述肋结构包括笔直肋、蜂窝状结构、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一个或多个。
10.一种方法，其包括：
将金属板面板利用加强结构包覆成型以形成车辆白车身构件，
其中所述加强结构包括肋结构和形成在所述肋结构中的一体成型的附接结构。
11.如权利要求10所述的方法，其中将所述金属板面板用所述加强结构包覆成型包括：
在所述金属板面板的第一侧上形成所述加强结构的所述肋结构；以及
在所述金属板面板的第二侧上形成所述加强结构的能量吸收结构，
并且任选地，其中所述第一侧是内侧面，并且所述第二侧是外侧面。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述方法为单次注塑成型工艺。
13.如权利要求10或11所述的方法，其中所述附接结构包括螺母和支架中的至少一个。
14.如权利要求10或11所述的方法，其中所述肋结构包括笔直肋、蜂窝状结构、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一个或多个。
15.如权利要求10或11所述的方法，其中所述车辆白车身构件为车柱的一部分。
CN202011391613.4A 2019-12-04 2020-12-01 具有一体式附接件的包覆成型的车辆金属板结构 Pending CN112896321A (zh)

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