CN115776961A - 用于小重叠冲击的混合侧边梁增强件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于为车辆提供结构支撑的设备，所述设备包括：侧边梁板部件，所述侧边梁板部件限定沿轴线延伸的通道；分隔件，所述分隔件设置在所述通道中以限定第一通道部分和第二通道部分；第一塑料增强件，所述第一塑料增强件设置在所述第一通道部分并联接到所述侧边梁板部件，所述第一塑料增强件限定多个空隙，使得所述第一塑料增强件在负载作用下沿轴线以第一变形率塑性变形；第二塑料增强件，所述第二塑料增强件设置在所述第二通道部分中并联接到所述侧边梁板部件，所述第二塑料增强件限定多个空隙，使得所述第二塑料增强件在负载作用下沿所述轴线以第二变形率塑性变形，其中所述第一变形率与所述第二变形率不同。

Description

用于小重叠冲击的混合侧边梁增强件

技术领域

本文件总体上涉及一种汽车冲击塑料增强件，并且具体涉及用于小重叠冲击能量吸收的金属塑料混合增强件。

背景技术

正面车辆撞击是导致死亡的最常见的撞击类型。小重叠车辆撞击也称为小重叠冲击或SOI，在车辆的前角部与另一车辆或目标(诸如树木或电线杆)碰撞时发生。这些是一类正面车辆撞击事故。通过此类碰撞的撞击测试可能具有挑战性，这是因为在车辆中存在的大多数能量吸收结构因重叠很小而未与冲击器接合。

EP 2 655 169 B1参考了一种中空金属侧边梁通道，其中塑料增强件位于该通道中，但没有参考小重叠冲击。

EP 2 945 838 B1参考了一种中空结构车辆侧边梁，其包括通道和增强件，增强件包括具有蜂巢结构的塑料元件以及具有形成支承通道的大于或等于3个壁的支承件，其中塑料元件位于支承通道中，并且其中增强件位于部件通道中，但未参考小重叠冲击。

EP 3 154 828 B1参考了一种聚合物增强结构，其包括聚合物基体、短切纤维和壳体，所述壳体形成壳体通道并且由连续纤维和树脂基体形成，其中聚合物增强结构位于壳体通道中，但是未参考小重叠冲击。

EP 3 224 120 B1参考了旨在解决小重叠冲击的多种塑料增强件，但是提供了有限的关于如何整合部件的教导。

发明内容

本主题提供了一种解决侧面冲击和小重叠冲击两者的集成的侧边梁板组件。塑料增强件可以集成到侧边梁板中，以吸收来自小重叠冲击和侧面冲击能量的轴向负荷。封装件可以结构紧凑、重量轻，并且例如通过管理侧边梁板组件的轴向变形率而提供相比于现有解决方案额外的能力。

本发明内容是对本申请的一些教导的概述并且并不旨在成为对本主题的排他性或详尽性处理。在详细描述和所附权利要求中可以找到关于本主题的其他细节。通过阅读和理解以下详细描述并观察构成其一部分的附图，本发明的其他方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见。本发明的范围由所附权利要求及其合法等效方案来限定。

附图说明

附图以举例的方式总体说明了本文中讨论的各种实施例。附图仅用于说明目的并且可能未按比例绘制。

图1是车辆的局部透视图。

图2A是根据一个示例的包括全金属增强件的内侧边梁板部件的透视图。

图2B是根据一个示例的包括全金属增强件的外侧边梁板部件的透视图。

图3A是根据各种示例的沿图3B的截面3A--3A截取的俯视图并且示出了包括多个塑料增强件和分隔件的侧边梁板系统。

图3B是图3A的侧边梁板系统的侧视图。

图3C是图3B的侧视图。

图4A是根据一些示例的包括两个塑料增强件的内侧边梁板部件的透视图。

图4B是根据一些示例的包括两个塑料增强件的外侧边梁板部件的透视图。

图5A是根据一些示例的包括两个塑料增强件的内侧边梁板部件的透视图。

图5B是图4B的部件的相对侧的透视图。

图6是根据一些示例的沿着图4B中的线6-6截取的截面图，其中移除了一个塑料增强件以示出细节。

图7A-7D是增强的BIW部件的不同实施例的截面图。

图8A-8C是可在BIW中应用的混合增强件的塑料元件的各种示例性实施例的透视图。

图9A-9C是示出根据一些示例的三种不同结构的变形序列框架的面板。

图10A-10B是示出根据一些示例的三种不同结构的变形的叠加图形化描绘。

图11示出了根据一些示例的三种不同结构随时间的相对侵入。

具体实施方式

本发明的以下详细描述涉及附图中的主题，这些主题通过说明的方式示出了可以实施本主题的具体方面和实施例。这些实施例被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实施本主题。在本公开中对“一”、“一个”或“各个”实施例的引用不一定是指同一实施例，并且这样的引用涵盖了一个以上的实施例。因此，以下详细描述不应视为具有限制性意义，并且范围仅由所附权利要求连同此类权利要求所赋予的法律上等效物的全部范围来限定。

据估计，总体事故中的约25％对应于小重叠冲击(“SOI”)。当前的法规可能无法充分解决此类冲击。一些测试机构(例如，公路安全协会(“IIHS”))已经颁布了一项解决SOI的测试。该测试涉及车辆与刚性障碍物25％正面重叠和64公里/小时(kph)/40英里/小时(mph)的冲击。

小重叠正面碰撞对车辆制造商提出挑战，原因在于在车辆中目前可用的主要撞击区结构集中在车辆前端的中间百分之五十处。当撞击涉及这些撞击区结构时，可以保护车辆的乘员舱免受侵入，前面的安全气囊和安全带可以有效地约束和保护乘员。小重叠正面碰撞主要针对车辆的外边缘，这些外边缘不受车辆中目前可用的撞击区结构的保护。来自碰撞的力直接传递到前轮、悬架系统和防火墙。前轮会被迫向后进入车辆的搁脚空间，从而进一步侵入乘员舱并且导致严重的腿部和脚部损伤。

如上所述，希望在不损害结构完整性和耐用性的情况下减轻车辆的重量。因此，希望在不牺牲强度的情况下减小车辆中所使用的金属量。在整个车辆中采用中空金属结构元件(例如，梁、纵梁、立柱、侧边梁、杆等)。迄今为止，这些不同元件的壁厚足以赋予该元件期望的结构完整性以满足其期望功能和各种监管要求。

已经发现的是可以减小壁的厚度，从而减轻部件的重量并且因此减轻车辆的重量，同时通过在部件中使用局部化塑料增强件来保持元件的结构完整性。在各种实施例中，本文公开了车辆的塑料增强结构体，例如，用于在机动车辆上使用的限定内腔的塑料增强金属零件，其中在所述内腔中设置有塑料增强件。该装置可以包括可变形单元，所述可变形单元包括具有一个或多个塑料增强件(例如，局部化塑料增强件)的金属通道。本质上，局部化塑料蜂巢增强件可以用于为中空金属部件提供结构完整性。

为了提高车辆的上述部件的耐撞性，本文公开了一种混合金属塑料解决方案，其包括具有局部化塑料增强件的通道。与完全由金属组成的现有系统相比，所公开的撞击对策以重量更轻的结构提供了冲击和/或增强特征。该撞击对策提供了一种轻型撞击系统，其具有与当前全金属系统相比拟的保护。由此，减小车辆的总重量，而对乘员的安全性没有任何降低。

可以通过参照附图来获得对本文公开的部件、方法和设备的更完整理解。这些图(在本文中也称为“附图”)仅是基于方便和易于展示本公开的示意性表示，因此不旨在指示装置或其部件的相对大小和尺寸，和/或不旨在限定或限制示例性实施例的范围。尽管为了清楚起见在下面的描述中使用了特定术语，但是这些术语仅旨在指代实施例的被选择用于在附图中进行说明的特定结构，而不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和下面的描述中，应当理解的是，相同的附图标记指示功能相同的部件。

图1是可被增强的BIW的示例性区域的局部透视图。例如，参照图1，其示出了车顶纵梁58、“A”立柱50、“B”立柱52、“C”立柱54、“D”立柱56和侧边梁(rocker)60的位置。本文公开的是能量吸收装置，例如，用于BIW部件的增强件。

图1是车辆的图形表示。塑料插入件可以位于指定位置之一或任意组合处，所述指定位置包括A立柱50、B立柱52、C立柱54、D立柱56、车顶纵梁58和侧边梁、以及原动机74(例如，发动机或马达)和方向盘76。例如，占据金属部件长度的大约10％至30％的插入件可以位于A立柱50、B立柱52、车顶纵梁58和侧边梁60中。图7A-D中所示的截面细节示出了两个钢通道可以焊接在一起以形成“白车身”的中空部件，其中塑料插入件放置在中空空间中。这些塑料插入件的正确位置取决于针对不同高速冲击要求的耐撞性能。从图示(例如，图8A-C)中可以清楚地看出，蜂巢可以形成通道。通道可以取向成平行于形成在白车身部件中的中空空间的主轴线，从而将通道取向成垂直于形成在白车身部件中的中空空间的主轴线提供了进一步的结构完整性。

图2A是根据一个示例的包括全金属增强件的内侧边梁板部件的透视图。图2B是根据一个示例的包括全金属增强件的外侧边梁板部件的透视图。通常称为侧边梁板、侧边梁系统或汽车中的白车身(BIW)侧边梁的所示出的侧边梁板部件202和204可以执行多种功能。它的主要功能之一是在发生侧面冲击时吸收期望量的能量并且最小化乘员所经历的侵入和减速。对于电动车辆而言，侧边梁部件可以用作主要的侧面撞击吸收系统，从而防止周围的零件与电池组直接接触。在许多车辆中，侧边梁部件可以用作纵向加强构件，所述纵向加强构件与车辆零件的其余部分接触并且大大地有助于最小化车辆的侵入和所产生的车辆所经历的减速。许多车辆中的侧边梁部件应该能够在发生侧面冲击时吸收能量，并且应该具有足够的纵向(或轴向)刚度。为了实现这一点，现有的侧边梁202和204由多件式钢或铝解决方案制成。目前解决方案中的大多数要么专注于在侧边梁接触之前吸收能量，要么专注于用单一(钢或铝)材料加强侧边梁。

侧边梁部件4或内部全金属侧边梁部件包括加强构件5。侧边梁部件204或外部全金属侧边梁部件包括第一金属增强件3、第二增强件2和第三增强件1。这些全金属侧边梁板不仅不良地很重，而且它们还因容纳冲击器而提供有限的用来调整车辆变形率的选项。

已经进行了许多尝试来提供用于机动车辆的白车身(“BIW”)部件，这些部件更轻并且能够在高速撞击期间吸收该冲击能量的主要部分。然而，这些解决方案可能很重，并且它们可能无法提供期望的经调整的变形率(或变形率的变化率)。提供包括比上述解决方案更轻并且提供吸收更多冲击能量的能力和/或保护机动车辆乘员的撞击对策的轻型BIW部件将是有益的。该撞击对策(例如能量吸收装置)可以例如通过在车辆撞击场景(如SOI)期间减小过度变形和提高防撞性来提高结构完整性。提供一种无需使用额外的加工步骤即可容易地制造并用于机动车辆中的撞击对策也将是有益的。

除了BIW部件之外，还期望在保持其他车辆部件的结构完整性的同时减轻重量。使用用于高速小重叠冲击的车辆能量吸收系统可以减小此类碰撞期间作用在前轮、悬架系统和防火墙上的力的大小。使用用于高速小重叠冲击的车辆能量吸收系统可以减小对乘员舱的侵入。车辆能量吸收系统可以位于结构构件(例如，作为侧边梁板系统的一部分)上，以在碰撞期间吸收或传递能量或使车辆远离冲击器偏移。冲击器是指刚性构件，诸如另一车辆、杆、墙、树、障碍物等。

本主题提供了一种满足期望性能目标的轻型且简化的侧边梁系统。

图3A是沿图3B的截面3A--3A截取的俯视图并且示出了根据各种示例的包括多个塑料增强件和分隔件的侧边梁板系统。图3B是图3A的侧边梁板系统的侧视图。图3C是图3B的侧视图。

如关于图2公开的由钢或铝制成的多件式侧边梁可以由图3中公开的一个或多个部件代替，以提供简化的和/或规格降低的(即，由更薄的金属形成)侧边梁系统。侧边梁系统可以包括为单件式金属包覆成型面板部件的面板部件。侧边梁系统可以包括面板部件，所述面板部件包括用塑料增强的金属面板部件，所述塑料提供对纵向刚度的改善。该面板部件可以增加纵向刚度并且可以有助于在小重叠冲击期间的侵入显著减小，从而提供了具有增强性能的更轻的解决方案，作为全球汽车制造商的替代方案。

侧边梁板系统300可以包括侧边梁板部件302。侧边梁板系统300可以包括第二侧边梁板部件342。侧边梁板部件302和第二侧边梁板部件342可以以蛤壳式构造配合。侧边梁板部件可以限定沿轴线306延伸的通道304。侧边梁板部件302和第二侧边梁板部件342可以限定内腔，其中通道设置成穿过内腔或与内腔一致。侧边梁板部件302可以包括分隔件308。分隔件308可以设置在通道304中以限定第一通道部分310和第二通道部分312。

第一塑料增强件314可以与分隔件308相邻，甚至可以抵接分隔件308。可以保持间距以控制噪音、振动和刺耳声。一个或多个噪音控制部件(诸如消音器或车身密封件)可以设置在本文公开的任何分隔件和塑料增强件之间。增强件可以包覆成型在分隔件和/或侧边梁部件的其余部分上。

分隔件308可以是基本上平面的。侧边梁板部件302可以是金属的。分隔件308可以是金属的。分隔件308可以冲压到侧边梁板部件302中。分隔件308可以从细长基部330的一部分中冲压出。分隔件308可以焊接到侧边梁板部件302。分隔件可以以其他方式结合，例如通过粘合剂结合、卡扣配合或使用一些其他技术或组合进行结合。第一壁338和第二壁340可以结合到细长基部330。在图7中公开了示出壁结构的示例。

第一塑料增强件314可以设置在第一通道部分310中。第一塑料增强件314可以联接到侧边梁板部件302。联接的示例包括但不限于粘合剂、紧固件(例如利用Christmastrees)、热熔、包覆成型和类似方式，包括它们的组合。第一塑料增强件可以限定多个空隙316。第一塑料增强件可以在负载318作用下沿轴线306以第一变形率塑性变形。

第二塑料增强件320可以设置在第二通道部分312中。第二塑料增强件320可以联接到侧边梁板部件302。第二塑料增强件320可以限定多个空隙322。第二塑料增强件320可以在负载作用下沿轴线306以第二变形率塑性变形。第一变形率可以不同于第二变形率。因此，其中一个塑料增强件可以比另一个塑料增强件更快速地塑性变形。

可以依次地提供任意数量的塑料增强件，它们通过分隔件彼此分隔开。第三塑料增强件324可以设置在第三通道部分326中。第三塑料增强件324可以联接到侧边梁板部件302。第三塑料增强件320可以限定多个空隙322。第三塑料增强件324可以在负载作用下沿轴线306以第三变形率塑性变形。第一变形率和/或第二变形率可以不同于第三变形率。由此，其中一个塑料增强件可以比其他塑料增强件更快速地塑性变形。

侧边梁板部件302可以是细长的，其沿轴线306延伸。所述侧边梁板部件可以由金属形成，诸如由冲压金属制成。侧边梁板部件302可以具有带第一主面328的基部330。细长基部可以具有可与第一主面328相对的第二主面332。细长基部可以具有在第一主面328和第二主面330之间延伸的第一边缘336和第二边缘334。侧边梁板部件302可以可选地包括第一壁338，所述第一壁联接到第一边缘336并且以任何角度(诸如钝角)从第一边缘延伸出以至少部分地限定通道304。侧边梁板部件302可以包括第二壁340，所述第二壁联接到第二边缘334并且至少以钝角从第二边缘延伸出以限定通道。细长基部330与第一壁334之间的角度和/或细长基部330与第二壁338之间的角度可以是直角。

塑料增强件314可以被模制以顺应通道304。塑料增强件314可以被模制到第一通道部分310的空隙中，以便至少部分地顺应第一通道部分310的内部形状。在一些示例中，用于同质壳体的细长基部330、第一壁338和第二壁340以及塑料增强件可以被模制到壳体中。壳体可以由单向连续纤维带(诸如玻璃纤维增强聚丙烯带)形成和/或增强。分隔件308也可以形成细长基部330的一部分，使得分隔件与细长基部330同质。细长基部330、分隔件308、第一壁338和第二壁340可以是整体的。从图3A和图3B中省略第一壁338和第二壁340，以示出可选构造并且提高了附图的清晰度。

在一些构造中，分隔件346可以由一个或多个突起348形成，这些突起348延伸的量小于横过通道304的整体范围。第二分隔件346可以设置在通道304中以限定第三通道部分326，其中至少第三塑料增强件324设置在第三通道部分326中。第三塑料增强件324可以联接到侧边梁板部件302。第三塑料增强件324可以限定多个空隙或蜂窝结构，使得第三塑料增强件在负载作用下沿轴线以第三变形率塑性变形。第三变形率不同于第一变形率和第二变形率中的至少一者。

本主题的第一个好处是提供一种金属或连续纤维复合侧边梁解决方案(例如，用于汽车)，其内侧边梁板部件通道或外侧边梁板部件通道沿纵向方向用塑料包覆成型。这可以有助于增加纵向刚度，以在汽车的小重叠和/或偏移高速撞击期间提供提高的耐撞击性。

本主题的第二个好处是在更靠近汽车前轮的侧边梁区域中提供了带有塑料蜂窝结构的塑料混合包覆成型侧边梁。

本主题的第三个好处是提供一种带有增强的、包覆成型塑料的混合侧边梁，所述增强的、包覆成型塑料由另一个托架支撑，所述托架由金属、复合物或塑料制成，随后经由适当的连接机构与外侧边梁或内侧边梁组装在一起。

本主题的第四个好处是提供一种具有包覆成型塑料的侧边梁系统，所述包覆成型塑料以蜂巢状布置，以利用塑料壁之间的相互作用来提高能量吸收和沿侧边梁纵向轴线的局部刚度。

塑料增强件可以包括金属材料、聚合材料、复合材料或包括前述材料中的至少一种的组合。塑料增强件可以包括可形成期望形状并提供期望性能的任何聚合材料或聚合材料的组合。示例性材料包括聚合材料以及聚合材料与弹性体材料和/或热固性材料的组合。在一个实施例中，聚合材料包括热塑性材料。可能的聚合材料包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；聚碳酸酯(LEXAN和LEXAN EXL树脂，可从SABIC’sInnovative Plastics business商购获得)；聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；聚碳酸酯/PBT共混物；聚碳酸酯/ABS共混物；共聚碳酸酯-聚酯；丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(ASA)；丙烯腈-(改性乙烯-聚丙烯二胺)-苯乙烯(AES)；苯醚树脂；聚苯醚/聚酰胺的共混物(NORYL GTX*树脂，可从SABIC’s Innovative Plastics business商购获得)；聚碳酸酯/PET/PBT的共混物；PBT和抗冲改性剂(XENOY树脂，可从SABIC’s Innovative Plastics business商购获得)；XENOY XHT；聚酰胺(尼龙6、尼龙6-6、尼龙6-9、尼龙6-10、尼龙6-12、尼龙11、尼龙12、尼龙4-6等)；苯硫醚树脂；聚氯乙烯PVC；高抗冲聚苯乙烯(HIPS)；聚烯烃，例如低/高密度聚乙烯(L/HDPE)、聚丙烯(PP)、发泡聚丙烯(EPP)；聚乙烯和纤维复合材料；聚丙烯和纤维复合材料(AZDEL Superlite片材，其可从Azdel，Inc.商购获得)；长纤维增强的塑料(VERTON树脂，可从SABIC’s Innovative Plastics business商购获得)塑料烯烃(TPO)和碳纤维增强的聚合复合材料(CFRP)，以及包含前述材料中的至少一种的组合。

示例性的填充树脂是STAMAX树脂，它是长玻璃纤维填充的聚丙烯树脂，其也可从SABIC’Innovative Plastics business商购获得。一些可能的增强材料包括纤维(诸如玻璃、碳等)，以及包含前述材料中的至少一种的组合；例如，长玻璃纤维和/或长碳纤维增强树脂。例如，可以利用碳纤维增强的聚合复合材料来形成塑料增强件。碳纤维增强的聚合复合材料可用作塑料增强件上的涂层(例如，蒙皮)，以便为塑料增强件提供期望的结构完整性。塑料增强件可以由包含任何上述材料中的至少一种的组合形成。

塑料增强件可以具有几何形状，其可以包括三角形、圆锥体、棱锥体、圆柱体、正方形、矩形、平行四边形、梯形、椭圆形、六边形或包含前述形状中的至少一种的组合。例如，塑料增强件可以包括三棱锥、四棱锥、六棱锥、三棱柱、五棱柱、六棱柱、立方体、长方体、平顶圆锥、五角锥、五角棱锥、具有平顶的五角棱锥、或包含前述形状中的至少一种的组合。

公开了塑料增强结构部件，其可用于最小化冲击期间遭受的损坏。塑料(例如，塑料)增强结构部件包括围绕塑料增强件(诸如塑料增强件314)的金属部件(例如，侧边梁板部件302)。塑料增强件可以位于整个结构部件(即沿着通道304)或位于结构部件内的战略位置(“局部化”)中(诸如位于第一通道部分310、第二通道部分312或第三通道部分326)。本主题专注于侧边梁板，然而可以使用下文公开的构思增强的结构体的元件包括一个或多个梁、一个或多个纵梁、一个或多个立柱、底盘、侧边梁、一个或多个横杆和其他中空金属部件，以及包括以上元件中的至少一种的组合。

塑料增强件可以具有蜂窝结构。示例如图8所示。每个塑料增强件都可以有自己独特的蜂窝结构。这可以称为“蜂巢”(例如，列和通道的阵列)。该蜂窝结构的蜂巢可以是任何多边形或圆形，例如圆圈形、卵形、正方形、矩形、三角形、菱形、五边形、六边形、七边形和八边形几何形状，以及包括前述几何形状中的至少一种的组合。塑料蜂巢可通过将挤压的塑料管粘合在一起、注塑塑料蜂巢、挤压蜂巢结构或以其他方式形成而制成。例如，塑料增强件可以是具有相同材料或不同材料的蜂巢的共挤压部件，例如，相邻的蜂巢可以包括不同的材料成分。可选地，一些或所有蜂巢中具有泡沫。换句话说，蜂巢可以各自是中空的或被填充的，使得可以通过填充特定蜂巢、通过对特定蜂巢使用不同塑料或包含前述方式中至少一种的组合来修改结构完整性。一种可能的填充材料是泡沫。

还可以调节蜂巢相对于通道的取向以调整增强结构部件(例如，BIW)的能量吸收特征。例如，蜂巢可以形成与通道壁成0度(例如平行)至90度(垂直)取向的通道。换句话说，在一些实施例中，蜂巢可以具有与中空通道共同的主轴线并与主轴线平行地延伸。在其他实施例中，蜂巢可以垂直于中空通道的主轴线延伸。

图4A是根据一些示例的包括两个塑料增强件的内侧边梁板部件的透视图。图4B是根据一些示例的包括两个塑料增强件的外侧边梁板部件的透视图。图5A是根据一些示例的包括两个塑料增强件的内侧边梁板部件的透视图。图5B是图4B的部件的相对侧的透视图。图6是根据一些示例的沿着图4B中的线6-6截取的截面图，其中，移除了一个塑料增强件以显示细节。

侧边梁板系统可以包括内侧边梁402和外侧边梁404。内侧边梁402和外侧边梁404可以例如沿着凸缘406焊接在一起。塑料增强件408可以包覆成型在它们中的任一个上。在一些示例中，塑料模制在外侧边梁上。值得注意的是，用附图标记408标识的壁是包覆成型到外侧边梁404上的塑料材料，从而产生金属和塑料之间的机械互锁。

在图5中给出了外侧边梁的不同视图。分隔件410提供了可以焊接到外侧边梁404以向包覆成型塑料提供支撑的额外金属托架，以在侧边梁的轴向撞击的情况下撞击和吸收能量，其示例在图9和图10中示出。在图6中示出了对其如何组装的近视观察。值得注意的是，本例中蜂巢型蜂窝结构呈矩形方式排列，但是基于刚度要求以及可用的封装空间，也可以使用可替代布置(诸如六边形、三角形、五边形、八边形等)。图8中示出了示例。

为了证明所提出的混合解决方案的有效性，比较图4-6中解释的所想到的混合解决方案与图2所示的通用的现有多件式侧边梁。从图2中可以清楚地看出，这种解决方案通常由多个钢冲压件焊接在一起而构成。在此特定情况下，它具有如图2中由编号为1至5的部分所表示的五个部分。值得注意的是，一般来说，侧边梁有两个部分：内侧边梁和外侧边梁。在此示例中，内侧边梁由一大块钢板材冲压和成型结构4与作为增强件焊接到其上的另一个增强件5来制成。另一方面，外侧边梁204由焊接在一起的不同的1、2和3钢模板构成，以形成能够如上所期望地执行的结构。然后将内侧边梁和外侧边梁焊接在一起以形成完整的侧边梁。

返回图4A，外侧边梁406可以包括设置在侧边梁板部件中的多个开口，并且第一塑料增强件包括设置在多个开口410中的至少一些开口中的特征部。第一塑料增强件408可以包括包覆成型到开口410中的锚固件，使得它们从侧边梁板部件的第一主面延伸到第二主面，并且向外展开到第二主面上。

第二塑料增强件414可以包括包覆成型到第二组开口412中的锚固件，使得它们从第一主面延伸到第二主面，并且向外展开到第二主面上。

第一塑料增强件和第二塑料增强件实际上可以是同质单件的，在这种情况下每个增强件是一部分。在这种情况下，第一部分可以具有细长的形状并且第二部分可以具有更短和更宽的形状。各部分中的蜂窝孔隙的间距可以不同，使得各部分的变形率不同。

在一些可选构造中，塑料增强件可以包括联接到开口的紧固件，使得它们从侧边梁板部件的第一主面延伸到第二主面，并且向外展开到第二主面上。对于第二塑料增强件也是如此。

如在本文其他处所讨论的那样，塑料增强件中的至少一个可以包覆成型在侧边梁板部件(诸如金属侧边梁板部件)上或由一些其他材料(例如STAMAX或热固性碳纤维)形成的侧边梁板上。

这种五件式解决方案每侧重约18.7千克。另一方面，所提出的混合解决方案每侧重约16.6千克，因此每侧可减重2.1千克，每辆车可减重4.2千克。这两种解决方案都组装到通用车辆上并使用子系统级模型评估其在小重叠冲击情况下的性能。值得注意的是，在子系统级数值评估中仅考虑侧边梁零件、周围底板、BIW和防火墙零件以及刚性轮，在这种情况下，允许刚性障碍物以速度54km/h撞击子系统。

金属部件的长度取决于BIW的特定区域，而塑料增强件的长度取决于在金属部件中加强的结构完整性的量和位置。塑料增强件的长度可以与金属部件的长度相称或小于金属部件的长度(例如，可以局部化；即，仅设置在特定位置中以获得该位置的加强的结构完整性)。期望地，为了最大化重量减轻，塑料增强件被局部化以添加所需的最小量的重量来获得期望的结构完整性(例如，结构完整性大于或等于标准金属部件而无需更薄的壁)。在一些实施例中，塑料增强件的长度小于或等于1,000mm，具体地，小于或等于800mm，并且更具体地，小于或等于300mm。在各种实施例中，塑料增强件的长度可以小于或等于金属部件的长度的80％，具体地，小于或等于金属部件(即，由塑料增强件增强的金属部件)的长度的60％，更具体地小于或等于50％，并且还更具体地小于或等于10％至35％。例如，在一些实施例中，例如用于在立柱或纵梁中使用，塑料增强件具有150mm至350mm的长度，具体地具有200mm至250mm的长度。在其他实施例中，例如用于在侧边梁中使用，塑料增强件的长度在500mm至800mm之间，具体地在600mm至700mm之间。

图7A-7D是塑料增强的结构部件的横截面示例。如图所示，部件可以被焊接(图7A-7D)，包括标准壁厚(图7A)，包括更薄的壁(图7B-7D)，包括将塑料增强件保持在部件中的粘合剂(图7C)，和/或包括固定措施(图7D)。

将塑料增强件固定到壁上的固定措施可以是机械的和/或化学的措施。示例性的机械固定措施包括一个或多个锁定元件(诸如塑料(例如，塑料被挤压通过将塑料增强件连接到BIW部件的外表面的壁中的开口))、卡扣、挂钩、螺钉、螺栓、铆钉、焊接部、压接部(例如，压接的金属壁)、从金属部件的壁突到和/或进入塑料增强件的金属突起(诸如从一个或多个壁延伸到通道中以接合塑料增强件的突片或类似物)等。摩擦配合也可用于将增强件保持到位。

化学固定措施可以包括结合剂，例如胶水、粘合剂等。例如，可以将塑料部件共同模制到金属部件中，使得一些塑料进入穿过金属壁的开口中并且凝固，从而将部件结合在一起。在另一个实施例中，塑料增强件可以沿一方向插入金属增强件中，使得允许金属突片向外悬臂式伸出并且弹回到位以接合塑料增强件，从而阻止其移除。

可选地，塑料增强件可以包括接合区域(例如，凹陷区、凹痕、或孔等)，其被构造为接合突片并且进一步抑制金属部件和塑料增强件的分离。在一些实施例中，金属部件在增强之前和/或在增强之后可以具有减小的尺寸，使得增强件不能移动(例如，增强件可以被插入到金属部件中，并且部件可以被压接在增强件附近以抑制塑料增强件的随后移除或运动)。

在这些图中，塑料部件702位于金属部件704的通道内，其中金属部件由焊接部706保持在一起。金属部件可以是薄部件716。图7C示出了将塑料部件702附接到金属部件704的粘合剂718，而图7D示出了将塑料部件和金属部件保持在一起的机械固定措施710(例如，卡扣)。

结构部件可以是其中具有中空通道的金属元件。塑料增强件可以设置在通道中。当塑料增强件没有位于整个通道中时，它可以附接到金属上以抑制塑料增强件在车辆使用期间或在冲击期间移位。塑料增强件和金属元件的附接可以使用各种机制来实现，所述各种机制包括结合剂(图7C)、焊接部(图7A和7B)、固定措施(图7D)以及包括上述机制中的至少一种的组合。

一些可能的金属部件材料包括铝、钛、铬、镁、锌和钢，以及包括前述材料中的至少一种的组合。金属部件的壁厚可以全部相同或可以不同以在期望的方向上加强刚度。例如，一组相对的壁可以具有比另一组相对的壁更大/更小的厚度。在一些实施例中，金属部件的壁厚小于或等于1.6mm，具体地，所述壁厚在1.0mm至1.5mm之间，并且更具体地在1.3mm至1.4mm之间。通常，金属壁(例如侧边梁、纵梁、立柱、保险杠梁等)的壁厚大于1.8mm。因此，塑料增强件的使用使得壁厚减小大于或等于10％，具体地，大于或等于20％，甚至大于或等于25％。

图8A-8C是可用于BIW中的混合增强件的塑料元件的各种示例性实施例的透视图。侧边梁板部件802限定了通道，其中塑料增强件804设置在通道中并且顺应该通道，其中塑料增强件804限定蜂窝或空隙。图8A-8C示出了塑料增强件的示例性设计，包括其蜂巢的一些示例性形状。塑料部件的一些示例性设计包括分层结构，所述分层结构包括多层三角形结构(例如，具有形成三角形的对角肋的层；例如，图8A)、圆形蜂巢结构(例如，圆圈形、卵形等)、多边形蜂巢结构(例如，六边形蜂巢结构(例如，图8C)、四边形蜂巢结构(例如，图8B)、五边形等)以及包含前述蜂巢结构中的至少一种的组合。

塑料增强件的总体尺寸将取决于它在BIW内的位置和相关通道的尺寸。此外，塑料增强件的特征将取决于特定区域所期望的能量吸收特征，例如，每单位面积的蜂巢数量、蜂巢壁的厚度和塑料增强件的具体材料。蜂巢的密度(每单位面积的蜂巢数量)取决于期望的刚度、撞击特征和所采用的材料。在一些实施例中，密度可以是每100mm²有1到20个蜂巢，具体地，每100mm²有1到10个蜂巢，更具体地，每100mm²有1到5个蜂巢。在各种实施例中，塑料增强件的壁厚可以在0.5mm至10mm之间，具体地在2mm至5mm之间，且更具体地在2.5mm至4mm之间。

图9A-9C是示出根据一些示例的三种不同结构的变形序列框架的面板。附图示出了所考虑的两个系统的局部撞击运动学。如图所示，由于存在包覆成型塑料，因此一种侧边梁系统提供了增大的抗撞性，从而减小侧边梁的整体塌陷。这随后减小车辆所经历的整体侵入，由此在小重叠冲击或偏移冲击期间为乘员提供潜在增大的存活空间。这从图10中也显而易见，这表明在混合侧边梁解决方案的情况下，侧边梁区域的侵入减小。图10A-10B是示出根据一些示例的三种不同结构的变形的叠加图形描绘。图11示出了根据一些示例的三种不同结构随时间的相对侵入。

本申请旨在涵盖本主题的修改或变化。应当理解的是，上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。本主题的范围应参照所附权利要求以及此类权利要求所赋予的法律等效物的全部范围来确定。

Claims (15)

1.一种用于为车辆提供结构支撑的设备，所述设备包括：

侧边梁板部件，所述侧边梁板部件限定沿轴线延伸的通道；

分隔件，所述分隔间设置在所述通道中，以限定第一通道部分和第二通道部分，优选地，其中所述分隔件是基本上平面的；

第一塑料增强件，所述第一塑料增强件设置在所述第一通道部分中并且联接到所述侧边梁板部件，所述第一塑料增强件限定多个空隙，使得所述第一塑料增强件在负载作用下沿轴线以第一变形率塑性变形，优选地，其中所述第一塑料增强件与所述分隔件相邻；

第二塑料增强件，所述第二塑料增强件设置在所述第二通道部分中并且联接到所述侧边梁板部件，所述第二塑料增强件限定多个空隙，使得所述第二塑料增强件在所述负载作用下沿所述轴线以第二变形率塑性变形；

其中所述第一变形率与所述第二变形率不同。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述侧边梁板部件具有细长基部，所述细长基部具有第一主面、与所述第一主面相对的第二主面、和在所述第一主面与所述第二主面之间延伸的第一边缘和第二边缘，其中所述侧边梁板部件包括第一壁，所述第一壁至少以钝角联接到所述第一边缘并且从所述第一边缘延伸出，以限定所述通道。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述侧边梁板部件包括第二壁，所述第二壁至少以钝角联接到所述第二边缘并且从所述第二边缘延伸出，以限定所述通道。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的设备，其中，所述细长基部与所述第一壁之间的角度是直角。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，所述第一塑料增强件抵接所述分隔件。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中，所述侧边梁板部件是金属的，并且优选地所述分隔件也是金属的，更优选地所述分隔件焊接到所述侧边梁板部件。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中，在所述侧边梁板部件中设置有多个开口，并且所述第一塑料增强件包括设置在所述多个开口中的至少一些开口中的特征部。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一塑料增强件包括包覆成型到所述开口中的锚固件，使得所述锚固件从所述侧边梁板部件的第一主面延伸到第二主面，并且向外展开到所述第二主面上。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第二塑料增强件包括包覆成型到所述开口中的锚固件，使得第二塑料增强件的所述锚固件从所述第一主面延伸到所述第二主面，并且向外展开到所述第二主面上。

10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一塑料增强件包括联接至所述开口的紧固件，使得所述紧固件从所述侧边梁板部件的第一主面延伸至第二主面，并且向外展开至所述第二主面上。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第二塑料增强件包括联接至所述开口的第二组紧固件，使得所述第二组紧固件从所述第一主面延伸至所述第二主面，并且向外展开至所述第二主面。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的设备，其中，所述第一塑料增强件和所述第二塑料增强件中的至少一者包覆成型在所述侧边梁板部件上。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的设备，其中，所述分隔件被冲压到所述侧边梁板部件中。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的设备，其中，所述分隔件由从所述侧边梁板部件延伸出的至少一个突起形成。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的设备，所述设备包括：

第二分隔件，所述第二分隔件设置在所述通道中，以限定第三通道部分；和

至少第三塑料增强件，所述第三塑料增强件设置在所述第三通道部分中并且联接到所述侧边梁板部件，所述第三塑料增强件限定多个空隙，使得所述第三塑料增强件在负载作用下沿着轴线以第三变形率塑性变形，优选地，其中所述第三变形率与所述第一变形率和所述第二变形率中的至少一者不同。

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