CN107009855A - 一种车门防撞梁及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车制造领域，特别涉及一种车门防撞梁及车辆。本发明的车门防撞梁，由多层碳纤维/环氧树脂复合材料制成的单向带按照不同角度分层铺设并热压而成，所述防撞梁包括厚区、过渡区和薄区，所述薄区设置于两端，所述厚区设置于中间，所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间；所述厚区铺设的单向带层数多于薄区铺设的单向带层数。本发明首次完全采用碳纤维复合材料制成车门防撞梁，并且通过结构上的改进，在降低防撞梁重量的同时保证了强度和刚度，而且该防撞梁具有耐腐蚀性及很好的吸能性；在汽车发生侧面碰撞时，该防撞梁能够保证驾驶人员的生命安全，而且降低了整车的油耗。

Description

一种车门防撞梁及车辆
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，特别涉及一种车门防撞梁及车辆。
背景技术
车门防撞梁是汽车被动安全领域中非常关键的一个部件。汽车侧面是车体中强度比较薄弱的部分。在侧面发生碰撞的情况加下，车内驾驶人员与强烈贯穿的碰撞物之间距离非常近，因此，侧面碰撞对驾驶人员的伤害往往是致命的。通常，为了保证驾驶人员的生命安全，设计人员会在车门内板上焊接车门防撞梁，对车门进行加固。
传统的车门防撞梁采用钢板冲压成型，为了获得较好的刚度及强度，通常会使用热成型的超高强刚、增加料厚、设计加强筋等方式，使车门具有较好的侧碰性能。传统的车门防撞梁虽然能够满足性能上的要求，但是存在重量大、吸能不好、模具结构复杂等缺点。
发明内容
本发明提供一种车门防撞梁，其质量轻，防撞效果好，其用于车辆后可以有效提高安全性。
本发明公开了一种车门防撞梁，其特征在于，由多层碳纤维/环氧树脂复合材料制成的单向带按照不同角度分层铺设并热压而成，所述防撞梁包括厚区、过渡区和薄区，所述薄区设置于两端，所述厚区设置于中间，所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间；
所述厚区铺设的单向带层数多于薄区铺设的单向带层数。
优选的，所述单向带按照每层相差30°～135°分层铺设。
优选的，所述单向带按照每层相差45°或135°分层铺设。
优选的，所述薄区铺设的单向带层数为5～7层。
优选的，所述厚区铺设的单向带层数为10～15层。
优选的，所述过渡区前侧的厚度与所述厚区的厚度相同，所述过渡区后侧的厚度与所述薄区的厚度相同，所述过渡区的厚度由前侧向后侧平滑的逐渐变薄。
优选的，所述厚区铺设11层单向带，所述单向带铺设的角度依次为45°，0°，45°，0°，-45°，90°，-45°，0°，45°，0°，45°。
优选的，所述薄区铺设7层单向带，所述单向带铺设的角度依次为45°，0°，45°，0°，-45°，90°，-45°。
本发明还公开了一种车辆，包括上述技术方案所述的车门防撞梁。
与现有技术相比，本发明车门防撞梁，由多层碳纤维/环氧树脂复合材料制成的单向带按照不同角度分层铺设并热压而成，所述防撞梁包括厚区、过渡区和薄区，所述薄区设置于两端，所述厚区设置于中间，所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间；所述厚区铺设的单向带层数多于薄区铺设的单向带层数。本发明结构上设置了厚区、薄区，两者通过过渡区连接，所述厚区为主要受力区域，能够抵抗来自侧面的冲击，所述薄区为与内板搭接的区域，起传力作用，因此适当减小了其单向带的铺设层数，以便于减轻重量。
本发明首次完全采用碳纤维复合材料制成车门防撞梁，并且通过结构上的改进，在降低防撞梁重量的同时保证了强度和刚度，而且该防撞梁具有耐腐蚀性及很好的吸能性；在汽车发生侧面碰撞时，该防撞梁能够保证驾驶人员的生命安全，而且降低了整车的油耗。
附图说明
图1表示车门防撞梁的结构示意图；
图2表示A-A方向的剖面图；
图3表示B-B方向的剖面图；
附图标记说明：
1为薄区；2为过渡区；3为厚区。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明中涉及的角度指本领域公知的单向带朝向夹角,单向带的朝向是按照经向。以车门防撞梁幅长方向为参照线，该方向为0°。
本发明公开了一种车门防撞梁，由多层碳纤维/环氧树脂复合材料制成的单向带按照不同角度分层铺设并热压而成，所述防撞梁包括厚区、过渡区和薄区，所述薄区设置于两端，所述厚区设置于中间，所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间；
所述厚区铺设的单向带层数多于数多于薄区铺设的单向带层数。
所述车门防撞梁的结构如图1所示。防撞梁长度防线为单向带铺设方向为0°的方向。
本发明主要改进了车门防撞梁的材料以及其结构。
在材料方面，本发明的车门防撞梁多层碳纤维/环氧树脂复合材料制成的单向带按照不同角度分层铺设并热压而成。碳纤维与环氧树脂通过预浸方式制成单向带，然后进行热压罐处理，使环氧树脂的基体进行交联反应，最终成型。单向带是具有方向性的，其铺设的角度影响到最终防撞梁的强度及刚度。在本发明中，优选的，所述单向带按照每层相差30°～135°分层铺设；进一步优选的，所述单向带优选按照每层相差45°或135°分层铺设。
在结构方面，本发明的车门防撞梁包括厚区、过渡区和薄区，所述薄区设置于两端，所述厚区设置于中间，所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间；所述厚区铺设的单向带层数多于薄区铺设的单向带层数。
本发明中，所述厚区为主要的受力区域，用于抵抗来自侧面的冲击。所述厚区铺设的单向带层数优选为10～15层。
作为优选方案，所述厚区铺设11层单向带，由下至上依次为P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11。所述单向带铺设的角度依次为45°，0°，45°，0°，-45°，90°，-45°，0°，45°，0°，45°。即：
铺层编号 方向
P11 45°
P10 0°
P9 45°
P8 0°
P7 -45°
P6 90°
P5 -45°
P4 0°
P3 45°
P2 0°
P1 45°
在本发明中，所述薄区为与内板搭接的区域，起传力作用，所述薄区铺设的单向带层数优选为5～7层。
作为优选方案，所述薄区铺设7层单向带，由下至上依次为P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、所述单向带铺设的角度依次为45°，0°，45°，0°，-45°，90°，-45°。
铺层编号 方向
P7 -45°
P6 90°
P5 -45°
P4 0°
P3 45°
P2 0°
P1 45°
本发明中，对于厚区以及薄区的设置的长度可以根据实际生产中车门的类型进行适当调节。
所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间，优选的，所述过渡区前侧的厚度与所述厚区的厚度相同，所述过渡区后侧的厚度与所述薄区的厚度相同，所述过渡区的厚度由前侧向后侧平滑的逐渐变薄。
本发明对于车门防撞梁的铺设层数以及结构的选择，是通过计算机辅助设计，分析强度及刚度需求、以及材料特性。进行设计及计算得到，以保证本发明实施例的车门防撞梁在减轻重量的同时具备较好的强度和刚度。
图2表示A-A方向的剖面图；
图3表示B-B方向的剖面图；
由图2和图3可以看出厚区、薄区以及过渡区的分布方式。
本发明的车门防撞梁的制备方法，包括以下步骤：
将碳纤维浸入预设粘度的熔融的环氧树脂中，形成单层连续的单向带；
将所述单向带在模具中进行不同角度的分层铺设；厚区铺设的单向带多于薄区铺设的单向带；
在热压罐中进行加热及加压，使单向带固化粘结，得到成型的车门防撞梁。
在加热及加压过程中，厚区的一端经过模具作用，逐渐变薄至薄区的对应端，形成过渡区。
虽然碳纤维等轻质材料已经在飞机上有所应用，但是碳纤维与环氧树脂构成的复合材料是首次应用于汽车的车门防撞梁上。本发明通过改进车门防撞梁的结构以及材料，降低了车门防撞梁的重量，减少了车辆的油耗，而且本发明车门防撞梁具有很好的耐腐蚀性，也不需要喷漆处理，节约成本；同时，由于结构和材料的改进，使得车门防撞梁具有良好的强度和刚度，以及较好的吸能效果，发生侧面碰撞时，能够保证驾驶人员的生命安全。
本发明还公开了一种车辆，包括上述技术方案所述的车门防撞梁。
本发明的车辆在整体上经过了侧面防撞击实验，实验结果表明，车辆的侧门具有较好的防撞效果。而且由于其中防撞梁部分的改进，车辆的重量有所减轻，油耗减少。
分别对采用钢板和采用本发明优选实施例的车门防撞梁两种车型进行整车侧面碰撞试验，采集车门关键点侵入速度和假人伤害数据，对多次重复试验的数据进行汇总及对比如下表所示：
试验数据表明，本发明在重量轻于钢板防撞梁约30％的情况下，车门侵入速度等各项指标均优于钢板防撞梁，其中侧撞过程中假人受到的腹部力和骨盆力有明显减小，对人的保护有明显提高。本发明防撞梁较钢板防撞梁重量降低0.75kg,由于四个车门均布置有防撞梁，整车可以减重约3kg,对整车油耗的降低0.2％左右。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种车门防撞梁，其特征在于，由多层碳纤维/环氧树脂复合材料制成的单向带按照不同角度分层铺设并热压而成，所述防撞梁包括厚区、过渡区和薄区，所述薄区设置于两端，所述厚区设置于中间，所述过渡区设置在所述厚区和所述薄区之间；
所述厚区铺设的单向带层数多于薄区铺设的单向带层数。
2.根据权利要求1所述的车门防撞梁，其特征在于，所述单向带按照每层相差30°～135°分层铺设。
3.根据权利要求2所述的车门防撞梁，其特征在于，所述单向带按照每层相差45°或135°分层铺设。
4.根据权利要求1所述的车门防撞梁，其特征在于，所述薄区铺设的单向带层数为5～7层。
5.根据权利要求1所述的车门防撞梁，其特征在于，所述厚区铺设的单向带层数为10～15层。
6.根据权利要求1所述的车门防撞梁，其特征在于，所述过渡区前侧的厚度与所述厚区的厚度相同，所述过渡区后侧的厚度与所述薄区的厚度相同，所述过渡区的厚度由前侧向后侧平滑的逐渐变薄。
7.根据权利要求1所述的车门防撞梁，其特征在于，所述厚区铺设11层单向带，所述单向带铺设的角度依次为45°，0°，45°，0°，-45°，90°，-45°，0°，45°，0°，45°。
8.根据权利要求5所述的车门防撞梁，其特征在于，所述薄区铺设7层单向带，所述单向带铺设的角度依次为45°，0°，45°，0°，-45°，90°，-45°。
9.一种车辆，包括权利要求1～8任意一项所述的车门防撞梁。
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