CN220948192U - 一种集成有相变材料的门槛结构和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆零部件技术领域，具体涉及一种集成有相变材料的门槛结构和车辆。本实用新型提供一种集成有相变材料的门槛结构，设置在车辆上，包括门槛本体和相变材料，所述门槛本体包括一体设置的外段，中段和内段，所述中段在所述车辆的外侧方向连接有所述外段，所述中段在所述车辆的内侧方向连接有所述内段，其中所述外段和所述中段上设置有至少一个密闭腔体用以容置所述相变材料，容置在所述外段中的相变材料和容置在所述中段中的相变材料在所述车辆的高度方向上存在干涉。

Description

一种集成有相变材料的门槛结构和车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆零部件技术领域，具体涉及一种集成有相变材料的门槛结构和车辆。

背景技术

随着新能源车辆发展，对于车辆的续航要求不断提高，进而使得车辆零部件的轻量化已经成为汽车研发的主要方向。

请参阅图1，当前电动车的纯金属材料门槛结构多为：内/外门槛为钢制热压件，内/外门槛间安装铝挤压加强梁，最终通过焊接，胶粘，螺接等方式连接而成，结构效率低，空间利用率低，重量比较重，不利于电动汽车续航里程的提升，其结构效率和轻量化需提升；同时，乘客安全和电池安全是电动车面临的重大挑战，电池碰撞起火等事故常有发生，增强车身侧碰时，门槛抵抗变形的能力极其重要，不仅能保护电池免受挤压，也能保护乘客舱,从而提高电池和乘客的安全性。

因此，亟需提供一种低重量，且侧碰强度高的门槛结构。

实用新型内容

本实用新型提供一种集成有相变材料的门槛结构和车辆，以提供一种低重量，高碰撞防护强度的门槛结构。

本实用新型提供一种集成有相变材料的门槛结构，设置在车辆上，包括门槛本体和相变材料，所述门槛本体包括一体设置的外段，中段和内段，所述中段在所述车辆的外侧方向连接有所述外段，所述中段在所述车辆的内侧方向连接有所述内段，其中

所述外段和所述中段上设置有至少一个密闭腔体用以容置所述相变材料，容置在所述外段中的相变材料和容置在所述中段中的相变材料在所述车辆的高度方向上存在干涉。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述相变材料为剪切增稠流体或者是冲击硬化材料。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述容置在所述外段中的相变材料为剪切增稠流体，所述容置在所述中段中的相变材料为冲击硬化材料。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述外段包括外上部和外下部，所述外上部设置在所述外下部上；所述中段包括中上部，中心部和中下部，所述中心部上方设置有所述中上部，下方设置有所述中下部；其中

所述中心部由所述外上部，所述外下部，所述中上部，所述中下部和所述内段围合而成，所述中心部，所述外上部和所述外下部中容置有所述相变材料。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述车辆上设置有B柱结构，所述门槛本体与所述车辆的B柱结构单向连接，其中

所述B柱结构与所述外上部和所述外下部通过胶粘连接和FDS连接。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述门槛本体还包括连接部，所述连接部设置在所述中上部的上表面，其中

所述连接部在所述门槛本体与所述B柱结构的连接处的对应位置处设置有多个导热孔，用以增加所述B柱结构与所述门槛本体的胶粘强度。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述门槛结构还包括纵梁接头，所述纵梁接头固定设置在所述连接部的上方用以增加所述门槛本体和所述车辆的纵梁的Y向接触面。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述外段包括外上部和外下部，所述外上部设置在所述外下部上，所述中段包括中上部，中心部和中下部，所述中心部上方设置有所述中上部，下方设置有所述中下部，其中

所述外上部和所述中心部设置有所述相变材料。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，所述外段包括外上部，外中部和外下部，所述外中部的上方设置有所述外上部，下方设置有所述外下部，所述中段包括中上部，中心部和中下部，所述中心部上方设置有所述中上部，所述中心部下方设置有所述中下部，所述外中部与所述中心部在同一个水平面上，其中

所述外中部和所述中心部设置有所述相变材料。

本实用新型的第二方面，提供一种车辆，包括所述的集成有相变材料的门槛结构。

本实用新型的有益效果为：

通过设置所述门槛本体和所述相变材料，并使得所述外段和所述中段上设置有至少一个密闭腔体用以容置所述相变材料，容置在所述外段中的相变材料和容置在所述中段中的相变材料在所述车辆的高度方向上存在干涉，能够在降低门槛结构的重量的同时，有效的提升门槛结构的碰撞强度，提高车辆的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的一种门槛结构的侧碰吸能示意图；

图2是本实用新型提供的一种集成有相变材料的门槛结构的结构示意图；

图3是本实用新型提供的另一种集成有相变材料的门槛结构的结构示意图；

图4是本实用新型提供的又一种集成有相变材料的门槛结构的结构示意图；

图5是本实用新型提供的图4的集成有相变材料的门槛结构的连接示意图；

图6是本实用新型提供的图4的立体图；

图7是本实用新型基于图4的集成有相变材料的门槛结构提供的门槛侧碰吸能示意图。

附图标记：

100，门槛本体；110，外段；111，外上部；112.外中部；113，外下部；120，中段；121，中上部；122，中心部；123，中下部；124，连接部；125，导热孔；130，内段；

200，相变材料；300，座椅横梁；400，B柱结构；500，纵梁接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“X向”、“前”、“后”将关于车身的纵向方向使用，汽车前进方向为前，后退方向为后；术语“Y向”、“内”、“外”将关于车身的横向方向使用，靠近汽车中心为内，远离汽车中心为外；术语“Z向”、“上”、“下”将关于车身的竖直方向使用，汽车上部为上，汽车下部为下。

需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本实用新型实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

实施例1

请参阅图2，图7，图中示出了一种集成有相变材料的门槛结构，设置在车辆上，包括门槛本体100和相变材料200，门槛本体100由挤压铝通过挤压工艺一体挤压而成。门槛本体100包括一体设置的外段110，中段120和内段130。中段120的一侧设置有外段110，另一侧设置有内段130，内段130设置在门槛结构靠近车辆内部的一侧，外段110设置在门槛结构靠近车辆外部的一侧。当车辆为电动车辆时，动力电池设置在座椅下方，门槛结构的内段130优选与车辆的动力电池（图中未示出）和座椅横梁300（位于动力电池上方）固定连接，门槛结构的上方与B柱结构400固定连接。

具体地，外段110包括外上部111和外下部113，外上部111设置在外下部113的上方。外上部111和外下部113的宽度相近，即外上部111和外下部113在车辆的内外方向上的尺寸相近，使得外段110的截面（Y-Z截面）呈现两边平行的四边形结构。外上部111和外下部113形成相互独立的空腔，相变材料200填充在外上部111中。

中段120包括中上部121，中心部122和中下部123，中心部122的上方设置有中上部121，中心部122的下方设置有中下部123。中上部121，中心部122和中下部123与外段110的接触面处于同一平面上。中上部121，中心部122和中下部123与内段130的接触面处于非同一平面上，使得中段120在车辆内外方向上的宽度在中上部121，中心部122和中下部123呈现逐渐减小的趋势。在Y-Z截面中，中上部121大致呈矩形状结构，中心部122和中下部123大致呈三角形状结构，其中中心部122大致呈梯形状结构，中下部123大致呈三角状结构。中上部121，中心部122和中下部123形成相互独立的空腔，相变材料200填充在中心部122中。

内段130大致设置在与中段120的中心部122相近的高度上，内段130的高度与中心部122相近。内段130优选为与车辆的动力电池处于同一高度，并与车辆的动力电池连接。

由此，通过将门槛结构设置为挤压铝制成，并且在外上部111和中心部122填充有相变材料200，能够很好的降低车辆侧碰时的冲击能量对乘客舱的冲击，保护乘客和电池。同时，通过选用挤压铝和相变材料200，不仅可实现门槛结构约13%的减重效益，提升整车续航里程；而且门槛结构通过铝挤出工艺，在模具不变的前提下，实现不同长度的门槛，且相变材料200为液态或半固态，可随形充盈于挤出腔体，形状和长度可根据性能需求而调整，降低工艺成本。

对比集成有相变材料的门槛结构的碰撞吸能效果，将通过下文中的对比实验例中与现有的纯金属结构的吸能结构的对比进行进一步说明，在此不再赘述。

需要说明的是，对于相变材料200，优选为剪切增稠流体，或者是冲击硬化材料。

剪切增稠流体优选为由STF微胶囊+硅橡胶基体复合材料制成，其在现有技术中存在多种制造方案，本实用新型对此不做限制。剪切增稠流体能够在收到冲击时由液态变为固态，实现较大程度的缓冲吸能。冲击硬化材料优选为由聚硼硅氧烷聚合物和拉胀材料制成，同样的，冲击硬化材料在现有技术中存在多种制造方案，本实用新型对此不做限制。冲击硬化材料的优势在于在碰撞时由半固态变为固态，材料受冲击，强度变硬。

还需要说明的是，对于外上部111和中心部122中的相变材料200布置方式存在多种，本实用新型对此不做限制。在一种优选的实施方式中，剪切增稠流体优选设置在外上部111中，借此当侧碰发生时，可直接吸收侧碰传递至门槛的冲击能量，减小侧碰对车身的冲击，保护车身结构。而冲击硬化材料优选设置在中心部122中，借此可降低侧碰的冲击能量传递至车辆内部，减小侧碰对车身乘客舱的冲击，进而保护乘客和电池。

还需要说明的是，外段110中优选为外上部111设置有相变材料200，中段120中优选为中心部122设置有相变材料200，其他腔体中优选不设置相变材料200。这样设置的目的在于保证门槛有较好的碰撞防护效果的同时，能够尽可能地降低门槛整体的重量，实现对于车辆部件的减重，该点在新能源车辆，尤其是电动车辆中尤为重要。但并不意味着本实用新型要保护的方案仅限于此，在另一种可替代的实施方案中，外段110中的所有腔体都设置有相变材料200，中段120和内段130的所有腔体内也有设置有相变材料200，以实现碰撞防护效果的最大化。

实施例2

请参阅图3，相对于实施例1，本实施例公开了另一种结构的集成有相变材料的门槛结构。

本实施例2中公开的集成有相变材料的门槛结构，与实施例1相比，外段110由实施例1中外上部111和外下部113组成的方案，变为了外段110由外上部111，外中部112和外下部113组成，外中部112与中心部122在同一个水平面上。外上部111，外中部112和外下部113为相互独立的腔体，相变材料200设置在外中部112中。

这样设计的目的在于，能够进一步增加外段110中的相变材料200和中段120中的相变材料200的接触面积，以进一步增加门槛对侧碰力的防御效果。可以理解，该目标在实际的车辆制造中尤为重要：由于不同类型的车辆的重量不同，行驶条件也不相同，使得对于侧碰力的吸收要求不同。而通过调整外段110和中段120中的相变材料200的接触面积，能够很好的调整不同门槛类型的碰撞强度，以实现对于不同类型车辆的适应。

可以理解，对于外段110的腔体数量，本实用新型对此不做限制，可以是如实施例1中的2个，也可以是本实施例中的3个，还可以是1个，4个，5个…，本实用新型对此并不做限制，只要保证外段110中存在至少一个密封腔体用于容置相变材料200即可。同样的，对于内段130和中段120的腔体数量，本实用新型依旧不做限制。

作为一种优选的实施方式，密封腔体的中段120和外段110中的相变材料200在竖直方向（Z向）存在一定的干涉，即存在接触面积，能够很好的加强整个门槛结构的碰撞防护强度。

此外，本实施例公开的集成有相变材料的门槛结构，与实施例1相比，中段120的中上部121还设置有连接部124。连接部124的上表面设置有多个导热孔125，能够在不影响现有门槛性能的同时，增加B柱结构400和门槛结构胶粘固定时的热量导入，解决了门槛结构区域因为热量不足，导致与B柱结构400固定的结构胶不固化的问题。实施例3中将对导热孔125做进一步描述，在此不再赘述。

实施例3

请参阅图4，相对于实施例2，本实施例公开了又一种结构的集成有相变材料的门槛结构。

本实施例3中公开的集成有相变材料的门槛结构，与实施例2相比，实施例3一方面增加了外段110中注入相变材料200的腔体数量，使得外上部111和外下部113中均容置有相变材料200，以进一步增加外段110和中段120中的相变材料200的接触面积。

另一方面，本实施例3将外段110分为外上部111和外下部113，并对内段130，中段120和外段110在车辆内外方向上的区分界限做了进一步模糊处理，使得整个门槛结构形成了外上部111，外下部113，中上部121，中下部123和内段130围合形成中心部122的结构，以进一步增加侧碰发生时各个腔体对于侧碰能力的吸收和传递，进一步增加整个门槛结构的吸能效果。

请参阅图5-6，图中示出了本实用新型提及的集成有相变材料的门槛结构与B柱结构400和前后纵梁接头500的连接方案。B柱结构400与门槛结构的外上部111和外下部113通过结构胶和FDS（热熔自攻丝）固定连接以实现单边连接，提高安装效率和连接强度。

连接部124上表面在B柱结构400与外上部111的安装对应面设置有多个间隔设置的导热孔125，导热孔125能够在不影响现有门槛性能的同时，增加B柱结构400和门槛结构胶粘固定时的热量导入，解决了门槛结构区域因为热量不足，导致与B柱结构400固定的结构胶不固化的问题。

同时，请继续参阅图5，集成有相变材料的门槛结构的两端还设置有纵梁接头500，纵梁接头500设置在连接部124上用于连接门槛结构和纵梁。纵梁接头500大致呈梯形体状结构，纵梁接头500的下底面与连接部124的上表面固定连接，纵梁接头500的侧面上设置有多个减重孔用于降低纵梁接头500的重量，纵梁接头500的内部设置有多个水平设置的加强筋，用于进一步增加整个纵梁接头500的连接强度。

可以理解，使用纵梁接头500的目的在于，由于纵梁和集成有相变材料的门槛结构在Y向的接触面比较小，通过纵梁接头500，能够进一步增加Y向接触面，以确保用最优的连接方式取得最佳的连接效果。

对比实验例：

请参阅图1，图7，为了进一步说明集成有相变材料的门槛结构的碰撞吸能效果，现将其与现有的纯金属结构的吸能结构在SPD（侧面柱碰撞）和AE-MDB（可变形移动壁障侧面碰撞）工况下的碰撞效果进行对比。

车身结构吸能的基本原理分别如下：

金属门槛：；

本门槛：。

其中M为测试车辆重量，V为测试车辆碰撞前速度，V'为测试车辆碰撞后速度(回弹速度，方向与V相反), V''为测试车辆碰撞后速度(回弹速度，方向与V相反)，E_座椅横梁为座椅横梁吸收的能量，主要塑性应变产生的内能；E_B柱为B柱吸收的能量，主要塑性应变产生的内能；E_门防撞梁为门防撞梁吸收的能量，主要塑性应变产生的内能；E_金属门槛为纯金属材料门槛吸收的能量：E_{本门槛-金属部分}为本门槛的金属部分吸收的能量；E_{本门槛-相变材料}为本门槛中的相变材料的吸收的能量。

对其按照SPD和AE-MDB工况进行测试，测试结果如下表：

。

可以看到，对于传统的纯金属门槛结构，对于SPD/AE-MDB两种侧碰工况，预计分别70%/5%能量由座椅横梁传递吸收、分别8%/48%能量由B柱传递吸收、分别10%/25%能量由金属门槛传递吸收、分别10%/20%能量由门防撞梁传递吸收、2%能量是车辆反弹的能量（SPD/AE-MDB工况反弹速度分别为5Km/h和8Km/h）。

对于本实用新型的门槛结构，预计分别65%/4%能量由座椅横梁传递吸收、分别5%/42%能量由B柱传递吸收、分别15%/30%能量由复合门槛-金属部分传递吸收、预计5%能量由复合门槛-相变材料部分传递吸收、分别9%/18%能量由门防撞梁传递吸收、1%能量是车辆反弹的能量。

两者对比可以看到，本方案的门槛结构相对于现有技术的金属门槛，在座椅横梁/B柱/门防撞梁三个区域吸收的能量比例均降低，车辆的反弹速度均降低， E_{本门槛-相变材料}增加吸收了5%的碰撞能量，E_{本门槛-金属部分}增加吸收了5%的碰撞能量，复合门槛合计比纯金属门槛增加了10%的能量吸收。

综合而言，如下3个方面的能量变化，均有利于提高乘客舱抵抗变形的能力或减少乘客舱所承受的能量冲击，提高对乘客舱和成员的保护，具体如下：

1、相变材料吸收了10%的碰撞能量，预计5%转化为热能，减少了乘客舱和动力电池的所承受的能量冲击；

2、相变材料吸收了10%的碰撞能量，预计5%转化为应变能，相变材料强度变硬，使整个门槛强度增大，一则会更好的将碰撞能量由门槛往其两端传递，由车身的非乘客舱结构吸收，减小门槛区域电池受到的挤压，二则往B柱和座椅横梁传递的能量也有所减小，在提高乘客舱抵抗变形能力的同时，也减少了乘客舱所承受的能量冲击；

3、相变材料提升乘客舱抵抗变形的能力的同时，也会导致车辆反弹的能量减小（最终会转化为车轮与地面的摩擦热能），减少了乘客舱的所承受的能量冲击。

本实用新型还提供一种车辆，包括所述的集成有相变材料的门槛结构。

以上对本实用新型的方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本实用新型的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的实用新型实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本实用新型精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

Claims (10)

1.一种集成有相变材料的门槛结构，设置在车辆上，其特征在于，包括门槛本体和相变材料，所述门槛本体包括一体设置的外段，中段和内段，所述中段在所述车辆的外侧方向连接有所述外段，所述中段在所述车辆的内侧方向连接有所述内段，其中

所述外段和所述中段上设置有至少一个密闭腔体用以容置所述相变材料，容置在所述外段中的相变材料和容置在所述中段中的相变材料在所述车辆的高度方向上存在干涉。

2.根据权利要求1所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述相变材料为剪切增稠流体或者是冲击硬化材料。

3. 根据权利要求2所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述容置在所述外段中的相变材料为剪切增稠流体，所述容置在所述中段中的相变材料为冲击硬化材料。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述外段包括外上部和外下部，所述外上部设置在所述外下部上；所述中段包括中上部，中心部和中下部，所述中心部上方设置有所述中上部，下方设置有所述中下部；其中

所述中心部由所述外上部，所述外下部，所述中上部，所述中下部和所述内段围合而成，所述中心部，所述外上部和所述外下部中容置有所述相变材料。

5.根据权利要求4所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述车辆上设置有B柱结构，所述门槛本体与所述车辆的B柱结构单向连接，其中

所述B柱结构与所述外上部和所述外下部通过胶粘连接和FDS连接。

6.根据权利要求5所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述门槛本体还包括连接部，所述连接部设置在所述中上部的上表面，其中

所述连接部在所述门槛本体与所述B柱结构的连接处的对应位置处设置有多个导热孔，用以增加所述B柱结构与所述门槛本体的胶粘强度。

7. 根据权利要求6所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，还包括纵梁接头，所述纵梁接头固定设置在所述连接部的上方用以增加所述门槛本体和所述车辆的纵梁的Y向接触面。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述外段包括外上部和外下部，所述外上部设置在所述外下部上，所述中段包括中上部，中心部和中下部，所述中心部上方设置有所述中上部，下方设置有所述中下部，其中

所述外上部和所述中心部设置有所述相变材料。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的集成有相变材料的门槛结构，其特征在于，所述外段包括外上部，外中部和外下部，所述外中部的上方设置有所述外上部，下方设置有所述外下部，所述中段包括中上部，中心部和中下部，所述中心部上方设置有所述中上部，所述中心部下方设置有所述中下部，所述外中部与所述中心部在同一个水平面上，其中

所述外中部和所述中心部设置有所述相变材料。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的集成有相变材料的门槛结构。