CN111805941A - 一种方向盘骨架的成型方法、一种方向盘骨架及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于整车内外饰加工制造领域，公开了一种方向盘骨架的成型方法、一种方向盘骨架及车辆。本发明的方向盘骨架的成型方法至少包括：步骤一，根据轮辐骨架的设计条件完成仿真分析，同时选择复合材料并对复合材料进行铺层设计，以得到多个复合材料单向层数据；步骤二，根据各复合材料单向层数据完成各复合材料单向层的编织并移至自动裁剪机，以使得各复合材料单向层具有构成轮辐骨架的外轮廓的形状；步骤三，将各复合材料单向层堆层压制成具有轮辐骨架的外轮廓的层合板，并通过树脂转移模塑成形法，以最终得到满足步骤一的设计条件的轮辐骨架。本发明的方向盘骨架的成型方法能够减轻方向盘骨架的重量，提高驾驶员的操纵体验感。

Description

一种方向盘骨架的成型方法、一种方向盘骨架及车辆
技术领域
本发明属于整车内外饰加工制造领域，具体涉及一种方向盘骨架的成型方法、一种方向盘骨架及车辆。
背景技术
方向盘是汽车、轮船、飞机等的操纵行驶方向的轮状装置，其作用是将驾驶员作用到转向盘边缘上的力转变为转矩后传递给转向轴。最简单的方向盘通常包括方向盘骨架和发泡。当然，随着社会的不断发展，越来越多的装置安装在方向盘上，例如，有些方向盘要求外表缝皮，方向盘上都会有和主驾驶气囊对应的安装卡扣或螺钉孔，有些方向盘上要求有喇叭触点，比较简单的方式就是把喇叭触点压入骨架中，方向盘不仅要提供安装卡扣，还要提供线束接口，等等。
现有技术中的方向盘骨架通常由锌合金或者铝合金材料通过模具压铸而成。其加工方法可概括为：通过注塑工艺将热熔的液态铝镁合金注入模具腔体内，待其冷却凝固后从模具中拉出，以形成方向盘骨架。之后，再进行后续的加工以形成最终的方向盘。由于方向盘骨架的材料通常为金属材料，使得方向盘骨架的重量较重，这对驾驶员来说，较重的方向盘不利于驾驶员的转向操作，其大部分的作用力都与方向盘的重量相抵消，从而降低了驾驶员的操纵体验感。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种方向盘骨架的成型方法，以减轻方向盘骨架的重量，提高驾驶员的操纵体验感。
根据本发明的方向盘骨架的成型方法，其中，该方向盘骨架包括环形轮缘骨架和连接环形轮缘骨架与轮毂的轮辐骨架，方向盘骨架的成型方法至少包括：步骤一，根据轮辐骨架的设计条件完成仿真分析，同时选择复合材料并对复合材料进行铺层设计，以得到多个复合材料单向层数据；步骤二，根据各复合材料单向层数据完成各复合材料单向层的编织并移至自动裁剪机，以使得各复合材料单向层具有构成轮辐骨架的外轮廓的形状；步骤三，将各复合材料单向层堆层压制成具有轮辐骨架的外轮廓的层合板，并通过树脂转移模塑成形法，以最终得到满足步骤一的设计条件的轮辐骨架。
进一步地，方向盘骨架的成型方法还包括：步骤四，将满足步骤一的设计条件的轮辐骨架转移至机加工工序，以使得其上形成多种安装开孔。
进一步地，铺层设计构造为：各复合材料单向层的铺层方向和层合顺序为0°/90°/0°/90°/0°。
进一步地，环形轮缘骨架包括左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架，方向盘骨架的成型方法还包括：步骤五，根据左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架的设计条件完成仿真分析；步骤六，通过三维编织工艺将复合材料编织成满足步骤五的设计条件的左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架；步骤七，使用粘合剂将左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架分别与轮辐骨架粘接固定并进行常温固化，以得到方向盘骨架。
进一步地，步骤五进一步包括：将左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架均进行分段式设计，以形成多个具有预设长度的左侧轮缘骨架段和右侧轮缘骨架段。
进一步地，方向盘骨架的成型方法还包括：在步骤七得到的方向盘骨架的表面喷涂树脂薄膜后进行喷漆处理。
进一步地，在喷漆处理前，方向盘骨架的成型方法还包括：在喷涂树脂薄膜后的方向盘骨架的表面喷涂树脂过渡层。
进一步地，喷漆处理包括喷涂底漆和喷涂面漆。
本发明还提出了一种方向盘骨架。该方向盘骨架包括环形轮缘骨架和连接环形轮缘骨架与轮毂的轮辐骨架。其中，环形轮缘骨架和/或轮辐骨架应用根据上述方向盘骨架的成型方法加工而成。
本发明还提出了一种车辆。该车辆包括上述方向盘骨架。
与现有技术相比，根据本发明的方向盘骨架的成型方法加工而成的方向盘骨架与现有技术中的金属方向盘骨架相比，能够起到明显的减重效果，这对于驾驶员来说，更轻质的方向盘操作***能够最大化地易于驾驶员的操作使用，从而能够极大提升驾驶员驾驶时的操纵体验感。此外，纤维复合材料特有的编制布纹理感也进一步提升了车辆的整体内饰***的品质感，增加美观性。
附图说明
图1为本发明实施例的方向盘骨架的成型方法的流程图；
图2为本发明实施例的方向盘骨架的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种方向盘骨架的成型方法做进一步详细的描述。
图1示出了根据本发明实施例的方向盘骨架的成型方法100的流程图。图2为应用图1所示的方向盘骨架的成型方法100加工而成的方向盘骨架200。其中，如图2所示，方向盘骨架200包括环形轮缘骨架202和连接环形轮缘骨架202与轮毂的轮辐骨架201，结合图1所示，该方向盘骨架的成型方法100至少包括：
步骤一S01，根据轮辐骨架201的设计条件完成仿真分析(如CAE仿真分析)，同时选择复合材料并对复合材料进行铺层设计，以得到多个复合材料单向层数据。
具体地：在该步骤中，轮辐骨架201的设计条件可包括对轮辐骨架201的结构的性能要求、载荷情况、使用的环境条件和工艺条件等。进一步地，载荷情况可理解为轮辐骨架201的结构承受的载荷性质，如静载荷或动载荷等。选择的复合材料可为碳纤维复合材料。仿真分析、铺层设计则包括：轮辐骨架201的结构形式的确定、轮辐骨架201的结构元件设计等内容；和涉及到应力、应变分析和失效判断等。以确保结构满足规定的强度和刚度的要求，保证结构的完整性。
步骤二S02，根据各复合材料单向层数据完成各复合材料单向层的编织并移至自动裁剪机，以使得各复合材料单向层具有构成轮辐骨架的外轮廓的形状。
具体地：在该步骤中，工人通过S01的分析后，结合其数据结果，使用编织机器完成各复合材料单向层的编织，即实现各复合材料单向层的制作生产。
步骤三S03，将各复合材料单向层堆层压制成具有轮辐骨架201的外轮廓的层合板，并通过树脂转移模塑成形法，以最终得到满足步骤一的设计条件的轮辐骨架201。
具体地：在该步骤中，首先用编织、缝纫或胶粘等方法将具有轮辐骨架201的外轮廓形状的各复合材料单向层根据轮辐骨架201的结构要求和铺层设计的要求制成预成形件，即堆层后的层合板。树脂转移模塑成形法即为RTM成形工艺。该RTM成形工艺是在将各复合材料单向层根据轮辐骨架制成预成形层合板后，将预成形层合板置于四周严格密封的模具中，并注入树脂，以使得树脂在模腔内流动并浸渍预成形层合板，随着树脂固化，从而制成复合材料的轮辐骨架201的结构。其中，树脂的引入可通过树脂注射法、树脂反应性注射法、弥撒树脂粉末法等方法实现。
通过上述步骤，至少能够使得方向盘骨架200的轮辐骨架201的部分用碳纤维复合材料替代原有的金属方向盘骨架的轮辐骨架的部分，而通过上述步骤的具体分析和设计，使得替代原有的金属的轮辐骨架的轮辐骨架201在保证原有强度不变的前提下能够通过碳纤维复合材料起到明显的减重效果，这对于驾驶员来说，更轻质的方向盘操作***，更易于驾驶员的操作使用，从而能够极大提升驾驶员驾驶时的操纵体验感。
优选地，如图1所示，方向盘骨架的成型方法还可包括：步骤四S04，将满足步骤一的设计条件的轮辐骨架201转移至机加工工序，以使得其上形成多种安装开孔。通过该步骤S04，使得轮辐骨架201上形成多种安装开孔可用于安装或固定连接等使用。例如，安装开孔可为螺钉孔、喇叭触点安装孔或线束接口等。这些均可通过该步骤S04的加工工序完成，而不破坏轮辐骨架201的整体结构强度和使用效果，从而使得通过本发明实施例的方向盘骨架的成型方法100加工而成的轮辐骨架201的功能性更加完整。优选地，还可通过粘接剂等方式将卡扣等部件粘接于轮辐骨架201上使用，例如用于安装安全气囊的三个金属卡扣可通过丙烯酸粘接在碳纤维复合材料的表面。这样使得通过本发明实施例的方向盘骨架的成型方法加工而成的轮辐骨架201的使用安装更为便利，可在有需要仅通过粘接剂即可完成安装使用。
在一个优选地实施方式中，铺层设计可构造为：各复合材料单向层的铺层方向和层合顺序为0°/90°/0°/90°/0°。根据本发明，铺层是具有方向性的，铺层的方向用纤维的辅向角表示。其中，辅向角就是铺层的纵向与层合板参考坐标X轴之间的夹角。本发明实施例中，铺层设计构造为：各复合材料单向层的铺层方向和层合顺序为0°/90°/0°/90°/0°，其中，0°和90°分别表示的是每一层复合材料单向层的铺层方向，而0°/90°/0°/90°/0°的顺序即表示为层合板的层合顺序(或铺层顺序)，即第一层为0°，以此类推。本发明实施例通过步骤S02得到的织物铺层层合板为正交铺设5层的层合板。
优选地，如图1所示，环形轮缘骨架202可包括左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b，方向盘骨架的成型方法100还可包括：
步骤五S05，根据左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b的设计条件完成仿真分析。
具体地：可结合上述描述可知，设计条件可包括对左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b的结构的性能要求、载荷情况、使用的环境条件和工艺条件等。
步骤六S06，通过三维编织工艺将复合材料编织成满足步骤五的设计条件的左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b。
具体地：复合材料也可为碳纤维复合材料。在该步骤中，由于环形轮缘骨架202其截面为圆形，本发明实施例的方向盘骨架的成型方法100在对环形轮缘骨架202进行加工成型时，选用三维编织工艺，其可理解为是利用编织技术，把经向、纬向及法向的碳纤维束编织成左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b的整体结构，即为左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b的预成型结构件，而后对该预成型结构件进行树脂浸渍固化，从而形成具有复合材料结构的左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b。
步骤七S07，使用粘合剂将左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b分别与轮辐骨架201粘接固定并进行常温固化，以得到方向盘骨架200。
具体地：粘合剂可选用PU胶等。在该步骤中，使用PU胶在单独成形的左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b的粘接面进行涂抹，并通过PU胶与轮辐骨架201粘接固定后，使用定位工装放置于干燥的空气环境中进行常温固化，从完成方向盘骨架200的各部件的连接。其中，左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b二者粘接连接时，可使用螺钉等固定件进行加固，以保证各部件粘接的牢靠。
通过上述步骤，可使得方向盘骨架200的整体结构均为碳纤维复合材料，从而替代原有的金属方向盘骨架，通过上述步骤的具体分析和设计，使得替代原有的金属的方向盘骨架的方向盘骨架200在保证原有强度不变的前提下能够进一步地通过碳纤维复合材料起到明显的减重效果，这对于驾驶员来说，更轻质的方向盘操作***能够最大化地易于驾驶员的操作使用，从而能够极大提升驾驶员驾驶时的操纵体验感。通过本发明实施例的方向盘骨架的成型方法100加工而成的方向盘骨架200与现有技术中的金属方向盘骨架相比，能够起到明显的减重效果，且具体的数据分析可知，在保证原有强度不变的前提下，本发明实施例的方向盘骨架的成型方法100能够对方向盘骨架200起到明显的减重约3公斤左右。
在一个优选地实施方式中，步骤五S05可进一步包括：将左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b均进行分段式设计，以形成多个具有预设长度的左侧轮缘骨架段和右侧轮缘骨架段。由于当前的三维编织技术暂时只能满足直线型圆柱式结构，而左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b均构造为半圆型结构，因此该步骤的实施能够有助于左侧轮缘骨架202a和右侧轮缘骨架202b通过三维编织技术的加工。加工完成各左侧轮缘骨架段和右侧轮缘骨架段后，可结合上述描述，通过使用粘合剂进行粘接固定。
优选地，如图1所示，方向盘骨架的成型方法100还可包括：在步骤七S07得到的方向盘骨架200的表面喷涂树脂薄膜后进行喷漆处理。该步骤能够有效地改变方向盘骨架200的外观，同时光滑的接触面同样能够提升其驾驶的操纵体验感。此外，纤维复合材料特有的编制布纹理感也进一步提升了车辆的整体内饰***的品质感，增加美观性。优选地，树脂薄膜可选用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料制成的薄膜。
在一个优选地实施方式中，在喷漆处理前，方向盘骨架的成型方法100还可包括：在喷涂树脂薄膜后的方向盘骨架200的表面喷涂树脂过渡层。通过该步骤能够有效地增加喷漆的漆层与树脂薄膜的相容性，从而避免造成漆层的脱离等问题的发生。优选地，树脂过渡层可选用：环氧体系树脂或聚氨酯。
优选地，喷漆处理可包括喷涂底漆和喷涂面漆。这样，可结合客户的需求，实现亮泽透明并包含规则纹理的外观效果。
图2示出了根据本发明实施例的方向盘骨架200。如图2所示，该方向盘骨架200包括环形轮缘骨架202和连接环形轮缘骨架202与轮毂的轮辐骨架201。其中，环形轮缘骨架202和/或轮辐骨架201均可应用上述方向盘骨架的成型方法100加工而成。结合上文的描述可知，本发明实施例的方向盘骨架的成型方法100加工而成的方向盘骨架200与现有技术中的金属方向盘骨架相比，能够起到明显的减重效果，这对于驾驶员来说，更轻质的方向盘操作***能够最大化地易于驾驶员的操作使用，从而能够极大提升驾驶员驾驶时的操纵体验感。此外，纤维复合材料特有的编制布纹理感也进一步提升了车辆的整体内饰***的品质感，增加美观性。
本发明还提出一种车辆。该车辆包括上述方向盘骨架。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种方向盘骨架的成型方法，所述方向盘骨架包括环形轮缘骨架和连接所述环形轮缘骨架与轮毂的轮辐骨架，其特征在于，所述方向盘骨架的成型方法至少包括：
步骤一，根据轮辐骨架的设计条件完成仿真分析，同时选择复合材料并对所述复合材料进行铺层设计，以得到多个复合材料单向层数据；
步骤二，根据各所述复合材料单向层数据完成各所述复合材料单向层的编织并移至自动裁剪机，以使得各所述复合材料单向层具有构成所述轮辐骨架的外轮廓的形状；
步骤三，将各所述复合材料单向层堆层压制成具有所述轮辐骨架的外轮廓的层合板，并通过树脂转移模塑成形法，以最终得到满足所述步骤一的设计条件的轮辐骨架。
2.根据权利要求1所述的方向盘骨架的成型方法，其特征在于，所述方向盘骨架的成型方法还包括：
步骤四，将满足所述步骤一的设计条件的所述轮辐骨架转移至机加工工序，以使得其上形成多种安装开孔。
3.根据权利要求1或2所述的方向盘骨架的成型方法，其特征在于，所述铺层设计构造为：各所述复合材料单向层的铺层方向和层合顺序为0°/90°/0°/90°/0°。
4.根据权利要求2所述的方向盘骨架的成型方法，所述环形轮缘骨架包括左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架，其特征在于，所述方向盘骨架的成型方法还包括：
步骤五，根据所述左侧轮缘骨架和所述右侧轮缘骨架的设计条件完成仿真分析；
步骤六，通过三维编织工艺将复合材料编织成满足所述步骤五的设计条件的左侧轮缘骨架和所述右侧轮缘骨架；
步骤七，使用粘合剂将所述左侧轮缘骨架和所述右侧轮缘骨架分别与所述轮辐骨架粘接固定并进行常温固化，以得到方向盘骨架。
5.根据权利要求4所述的方向盘骨架的成型方法，其特征在于，所述步骤五进一步包括：
将所述左侧轮缘骨架和右侧轮缘骨架均进行分段式设计，以形成多个具有预设长度的左侧轮缘骨架段和右侧轮缘骨架段。
6.根据权利要求4或5所述的方向盘骨架的成型方法，其特征在于，所述方向盘骨架的成型方法还包括：
在所述步骤七得到的所述方向盘骨架的表面喷涂树脂薄膜后进行喷漆处理。
7.根据权利要求6所述的方向盘骨架的成型方法，其特征在于，在所述喷漆处理前，所述方向盘骨架的成型方法还包括：在喷涂树脂薄膜后的所述方向盘骨架的表面喷涂树脂过渡层。
8.根据权利要求6所述的方向盘骨架的成型方法，其特征在于，所述喷漆处理包括喷涂底漆和喷涂面漆。
9.一种方向盘骨架，其特征在于，包括环形轮缘骨架和连接所述环形轮缘骨架与轮毂的轮辐骨架，其中，所述环形轮缘骨架应用根据权利要求4至8中任一项所述的方向盘骨架的成型方法加工而成，和/或所述轮辐骨架应用根据权利要求1至8中任一项所述的方向盘骨架的成型方法加工而成。
10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求9所述的方向盘骨架。
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