CN112046612A - 具有加强结构和能量吸收结构的车辆白车身面板 - Google Patents

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托德·米勒
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杰克·贝科
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Abstract

本公开提供“具有加强结构和能量吸收结构的车辆白车身面板”。一种根据本公开的示例性方面的设备除了其他之外还包括：白车身构件，所述白车身构件具有内侧面和外侧面；加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上。一种根据本公开的示例性方面的方法除了其他之外还包括：提供具有内侧面和外侧面的白车身构件；将加强结构成型在所述内侧面上；以及将能量吸收结构成型在所述外侧面上。

Description

具有加强结构和能量吸收结构的车辆白车身面板
技术领域
本公开涉及一种提供车辆白车身结构的示例性设备和方法，其包括对塑料或复合材料进行包覆成型以在白车身结构的外侧面和内侧面上形成肋状结构以提供加强特征和能量吸收特征。
背景技术
传统上，白车身(BIW)面板由冲压和焊接的金属板面板构成。BIW面板被配置为在碰撞事件期间吸收大量的碰撞能量。这些面板的架构限制了在碰撞事件期间管理碰撞载荷的方式，并且一旦冲压面板上的小型区域达到屈服极限(在发生屈曲/折叠的情况下)，就限制载荷阻力。
发明内容
一种根据本公开的示例性方面的设备除了其他之外还包括：白车身构件，所述白车身构件具有内侧面和外侧面；加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上。
在前述设备的另一非限制性实施例中，所述白车身构件包括金属板冲压件。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述加强结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述内侧面上的材料并且包括多个加强构件。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述能量吸收结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述外侧面上的材料并且包括多个能量吸收构件。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述加强结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述内侧面上的材料并且包括多个加强构件，并且其中所述能量吸收结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述外侧面上的材料并且包括多个能量吸收构件。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述多个加强构件和所述多个能量吸收构件包括笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一者或多者。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，包覆成型在所述内侧面和所述外侧面上的所述材料包括塑料材料或复合材料。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述白车身构件包括车辆柱。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述金属板冲压件包括整体坯料。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述柱具有上端和下端，并且其中所述加强结构包括位于所述上端处并且被包围在所述白车身构件的所述内侧面与内柱构件之间的肋状结构，并且其中所述能量吸收结构包括位于所述下端处并且被包围在所述白车身构件的所述外侧面与车身外面板之间的肋状结构。
一种根据本公开的另一个示例性方面所述的设备除了其他之外还包括：车身外面板；柱体，所述柱体具有与所述车身外面板的内表面分离一定间隙的内侧面和外侧面；加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上以减小所述间隙的大小。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述加强结构和所述能量吸收结构由塑料材料和/或复合材料构成。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述柱体包括金属板结构。
在前述设备中的任一个的另一非限制性实施例中，所述加强结构和所述能量吸收结构由笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋构成。
一种根据本公开的另一个示例性方面的方法包括：提供具有内侧面和外侧面的白车身构件；将加强结构成型在所述内侧面上；以及将能量吸收结构成型在所述外侧面上。
在前述方法的另一非限制性实施例中，所述方法包括：在所述白车身构件中形成流孔，以允许成型材料流动通过所述白车身构件以到达所述内侧面和所述外侧面。
在前述方法中的任一个的另一非限制性实施例中，所述方法包括：将所述白车身构件形成为金属板面板，并且在单次注射成型工艺中将塑料材料或复合材料包覆成型在所述内侧面和所述外侧面上以形成所述加强结构和所述能量吸收结构。
在前述方法中的任一个的另一非限制性实施例中，所述白车身构件包括柱。
在前述方法中的任一个的另一非限制性实施例中，所述柱具有上端和下端，并且所述方法包括：将所述加强结构形成为位于所述上端处并且被配置为面向内柱构件的肋状结构；以及将所述能量吸收结构形成为位于所述下端处并且被配置为吸收由于施加到面向所述柱的所述外侧面的车身外面板的外部力而产生的撞击能量的肋状结构。
在前述方法中的任一个的另一非限制性实施例中，所述方法包括：将所述加强结构和所述能量吸收结构形成为笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋。
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(包括它们的各个方面或相应单独特征中的任一者)可以独立地或以任何组合方式采用。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显而易见。附随具体实施方式的附图可以简要描述如下。
附图说明
图1示出显示侧面碰撞事件的剖视图。
图2A是靠近B柱的底部的车辆车身外面板的透视图。
图2B是除了车身外面板被隐藏以显示车身侧外面板与B柱之间的间隙之外类似于图2A的视图。
图3是显示车身侧外面板与B柱之间的间隙的顶部剖视图。
图4是外柱金属面板的底部部分以及加强和能量吸收肋状结构的分解图。
图5是显示由于在B柱外面板的外侧表面上包括能量吸收肋状结构而造成的车身侧外面板与B柱之间的减小的间隙的顶部剖视图。
图6是外柱金属面板、加强和能量吸收肋状结构和内柱面板的分解图。
图7是包括外金属板部件和内金属板部件以及包覆成型的能量吸收肋状结构的柱面板总成的等轴视图。
图8是用于B柱的金属板冲压件的区段的顶视图。
图9是将图8的金属板冲压件加载到成型件中的示意图。
图10是除了显示处于闭合位置的成型件之外类似于图9的视图。
图11是除了显示材料被注射到成型件中之外类似于图10的视图。
图12是除了显示成型零件从成型件中卸载之外类似于图11的视图。
图13显示除了在零件的两侧都具有肋之外类似于图12的成型零件。
具体实施方式
本公开详细描述了提供以下的示例性设备和方法：白车身(BIW)构件，所述白车身构件具有内侧面和外侧面；加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上。在一个所公开的示例中，所述设备和方法通过以下方式提供所述BIW结构：在单次注射成型工艺中对塑料材料或复合材料进行包覆成型以在所述BIW结构的所述外侧面和所述内侧面上都形成肋状结构以提供所述加强结构和所述能量吸收结构。
图1和图2A至图2B示出了车辆10，所述车辆10具有顶部12、B柱外面板14、车身侧外面板16和门槛外面板18。如图1所示，具有延伸部分22的碰撞器20在侧面碰撞事件期间提供接触点24。在B柱外面板14与车身侧外面板16之间存在开放空间或间隙26。B柱外面板14通常由高强度钢制成，并且是在侧面碰撞事件期间管理能量的主要结构件。碰撞器20首先接触通常由较低强度钢制成的车身侧外面板16，并且然后与B柱外面板14形成接触，如图1和图2A至图2B所示。
图3更清楚地显示在B柱外面板14的外表面与车身侧外面板16的内表面之间的间隙26。间隙26的大小发生变化并且沿循表面的轮廓。此间隙26存在于B柱外面板14的下半部分处(图2B)，这是因为结构冲压件的设计由于材料的可成形性而受到限制(即，存在对B柱外面板14的区段的拉伸深度的限制)，并且需要满足其他需求(诸如车身侧外面板16所需的设计和造型)并满足车身侧的包装需求。
减小B柱外面板14与车身侧外面板16之间的间隙26可以提供对在受到撞击的车辆侧的能量传递的改进的管理。通过将柱外面板14的接触表面进一步向外侧移动来减小间隙26将允许B柱外面板14与碰撞器20在侧面碰撞事件期间更早地接合，以吸收载荷并且在期望载荷路径中传递所吸收的载荷。
由于由具有低延展性的热成形或冷成形高强度材料制成的区段的拉伸深度受到限制，因此B柱外面板14的区段不能进一步向外移动。本公开内容提供了一种BIW构件30，例如，柱外面板14，其具有内侧面32和外侧面34(图4)，并且包括成型在内侧面32上的加强结构36和成型在外侧面34上的能量吸收结构38。
内侧面32上的BIW加强结构36提供了柱的局部增强。如图5所示，外侧面34上的能量吸收结构38减小了B柱外面板14与车身侧外面板16之间的间隙26的大小。本公开内容将复合材料或塑料材料与肋结构40(笔直的、蜂窝状物芯的、蜂窝式的和/或仿生的)一起包覆成型到图6至图7所示的金属板结构的外侧面34和内侧面32上。外侧面34上的肋结构40提供B柱外侧表面42，所述B柱外侧表面42根据需要进一步向外移动(图5)，以至少部分地填充车身侧外面板16与B柱外面板14之间的开放区域。这允许碰撞器20与BIW结构在侧面碰撞事件期间更早地接合，以吸收碰撞载荷并更好地控制所吸收的载荷在所期望的载荷路径中的能量传递。
塑料肋结构40作为第一触点作用在外侧面34上，并且是管理能量的主要结构件。这允许B柱外面板14的金属区段在整个载荷循环中保持其横截面特性，从而有效地传递可能使冲压件屈曲的所吸收的载荷。能量吸收结构38通过避免或延迟基部金属板的屈曲来吸收区段内的载荷，从而有效地沿所期望的载荷路径将碰撞载荷向上传递至B柱外面板14的中心。另外，加强结构36和能量吸收结构38的组合为BIW区段提供了所需的刚度，这使得能够降低基部金属板冲压件的等级和规格，同时仍保持所需的性能水平。
如图6所示，用于能量吸收结构38的肋结构40位于B柱外面板14的底部44处。内侧面32上的用于加强结构36的肋结构40主要位于B柱外面板14的顶部46附近。如图7所示，B柱内面板48配合在内侧面32上的此肋结构40上，因此，本公开实施例在单次注射成型工艺中提供了将复合材料或塑料材料包覆成型在金属B柱外面板14的外侧面34和内侧面32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，所公开实施例具有降低的零件成本，同时仍保持所期望的性能、噪声振动粗糙性(NVH)和刚度需求。
在图6至图7所示的示例中，存在机械互锁件50，其也成型到金属B柱外面板14上。图6所示的金属B柱外面板14上的孔52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。这使得两个结构(即金属B柱外面板14以及包覆成型的塑料加强结构36和能量吸收结构38)能够作为一个零件来执行。此外，通过利用通孔52在单次发射中形成内侧面和外侧面上的包覆成型，从而避免了必须单独成型零件的每个侧面。
包覆成型是在已经存在的零件上添加第二/附加层的材料的工艺。此过程的示例在图8至图12中显示。冲压/成型零件(例如B柱外面板14(图8))被转移并加载到注射成型模具60中，如图9所示。模具60包括上部部分62，所述上部部分62带有接收面板14的空腔64和如68处所指示而成形以限定肋状结构40的芯66。如图10所示，芯66被定位在空腔64内，并且模具60是闭合的。
上部部分62包括入口70，复合材料或塑料材料通过所述入口70被引入空腔64中。在一个示例中，然后将单次注射的材料72(例如热塑性材料)成型在面板14的金属材料上，以形成最终成型零件74。金属面板14上的孔52允许熔融的塑料在金属面板14的任一侧面上流动，以形成机械互锁件50，其中金属板使结构成为一体件。接下来，打开模具60，然后移除最终成型零件74，如图12所示。包覆成型工艺确保经组装的***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12显示在一个侧面具有肋结构40的最终成型零件74。图13显示(诸如将与所公开的面板14一起使用的)在两个侧面具有肋结构40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集成面板，其中成型到金属板柱面板14的外侧面34和内侧面32上的复合材料或塑料材料被用于定制加强结构36和能量吸收结构38在其最有效的位置的放置。加强结构36和能量吸收结构38的肋状结构40(蜂窝状物单元/肋/仿生)充当用于侧面碰撞事件的结构加强件和碰撞吸收器。这实现了B柱BIW结构的重量和成本降低。此外，与焊接在一起的多件相反，B柱外面板14的金属板主体可以形成为整体件，以进一步降低成本。
将肋结构实现为金属面板的结构加强件的包覆成型工艺可在各种BIW应用中用于承受撞击载荷并需要基于载荷方向具有一定刚度的区域上。一些示例性结构包括地板/座椅横向构件、顶弓梁、保险杠、A/B/C/D柱、铰链柱、门槛、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。可以将来自非限制性实施例中的任一个的一些部件或特征与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件组合使用。
应理解，贯穿若干附图，相似的附图标记标识对应或类似的元件。应理解，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，但其他布置也可以受益于本公开的教导。
前述描述应被解释为说明性的而不是以任何限制性意义来解释。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可发生一些修改。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。
根据本发明，提供了一种设备，其具有：白车身构件，所述白车身构件具有内侧面和外侧面；加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上。
根据一个实施例，所述白车身构件包括金属板冲压件。
根据一个实施例，所述加强结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述内侧面上的材料并且包括多个加强构件。
根据一个实施例，所述能量吸收结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述外侧面上的材料并且包括多个能量吸收构件。
根据一个实施例，所述加强结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述内侧面上的材料并且包括多个加强构件，并且其中所述能量吸收结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述外侧面上的材料并且包括多个能量吸收构件。
根据一个实施例，所述多个加强构件和所述多个能量吸收构件包括笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一者或多者。
根据一个实施例，包覆成型在所述内侧面和所述外侧面上的材料包括塑料材料或复合材料。
根据一个实施例，所述白车身构件包括车辆柱。
根据一个实施例，所述金属板冲压件包括整体坯料。
根据一个实施例，所述柱具有上端和下端，并且其中所述加强结构包括位于所述上端处并且被包围在所述白车身构件的所述内侧面与内柱构件之间的肋状结构，并且其中所述能量吸收结构包括位于所述下端处并且被包围在所述白车身构件的所述外侧面与车身外面板之间的肋状结构。
根据本发明，提供了一种设备，其具有：车身外面板；柱体，所述柱体具有与所述车身外面板的内表面分离一定间隙的内侧面和外侧面；加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上以减小所述间隙的大小。
根据一个实施例，所述加强结构和所述能量吸收结构由塑料材料和/或复合材料构成。
根据一个实施例，所述柱体包括金属板结构。
根据一个实施例，所述加强结构和所述能量吸收结构由笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋构成。
根据本发明，一种方法包括：提供具有内侧面和外侧面的白车身构件；将加强结构成型在所述内侧面上；以及将能量吸收结构成型在所述外侧面上。
在本发明的一个方面，所述方法包括：在所述白车身构件中形成流孔，以允许成型材料流动通过所述白车身构件以到达所述内侧面和所述外侧面。
在本发明的一个方面，所述方法包括：将所述白车身构件形成为金属板面板，并且包括在单次注射成型工艺中将塑料材料或复合材料包覆成型在所述内侧面和所述外侧面上以形成所述加强结构和所述能量吸收结构。
在本发明的一个方面，所述白车身构件包括柱。
在本发明的一个方面，所述柱具有上端和下端，并且所述方法包括：将所述加强结构形成为位于所述上端处并且被配置为面向内柱构件的肋状结构；以及将所述能量吸收结构形成为位于所述下端处并且被配置为吸收由于施加到面向所述柱的所述外侧面的车身外面板的外部力而产生的撞击能量的肋状结构。
在本发明的一个方面，所述方法包括：将所述加强结构和所述能量吸收结构形成为笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋。

Claims (15)

1.一种设备，其包括：
白车身构件，所述白车身构件具有内侧面和外侧面；
加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及
能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述白车身构件包括金属板冲压件。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述加强结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述内侧面上的材料并且包括多个加强构件，并且/或者其中所述能量吸收结构包括包覆成型在所述金属板冲压件的所述外侧面上的材料并且包括多个能量吸收构件。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述多个加强构件和所述多个能量吸收构件包括笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋中的一者或多者。
5.根据权利要求4所述的设备，其中包覆成型在所述内侧面和所述外侧面上的所述材料包括塑料材料或复合材料。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述白车身构件包括车辆柱，并且可选地其中所述金属板冲压件包括整体坯料。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述白车身构件包括车辆柱，并且其中所述柱具有上端和下端，并且其中所述加强结构包括位于所述上端处并且被包围在所述白车身构件的所述内侧面与内柱构件之间的肋状结构，并且其中所述能量吸收结构包括位于所述下端处并且被包围在所述白车身构件的所述外侧面与车身外面板之间的肋状结构。
8.一种设备，其包括：
车身外面板；
柱体，所述柱体具有与所述车身外面板的内表面分离一定间隙的内侧面和外侧面；
加强结构，所述加强结构成型在所述内侧面上；以及
能量吸收结构，所述能量吸收结构成型在所述外侧面上以减小所述间隙的大小。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述加强结构和所述能量吸收结构由塑料材料和/或复合材料构成。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述柱体包括金属板结构。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述加强结构和所述能量吸收结构由笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋构成。
12.一种方法，其包括：
提供具有内侧面和外侧面的白车身构件；
将加强结构成型在所述内侧面上；以及
将能量吸收结构成型在所述外侧面上。
13.根据权利要求12所述的方法，其包括：在所述白车身构件中形成流孔，以允许成型材料流动通过所述白车身构件以到达所述内侧面和所述外侧面。
14.根据权利要求12所述的方法，其包括将所述白车身构件形成为金属板面板，并且包括在单次注射成型工艺中将塑料材料或复合材料包覆成型在所述内侧面和所述外侧面上以形成所述加强结构和所述能量吸收结构，并且可选地包括将所述加强结构和所述能量吸收结构形成为笔直肋、蜂窝状物、蜂窝式肋和/或仿生肋。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述白车身构件包括柱，并且可选地其中所述柱具有上端和下端，并且所述方法包括：将所述加强结构形成为位于所述上端处并且被配置为面向内柱构件的肋状结构；以及将所述能量吸收结构形成为位于所述下端处并且被配置为吸收由于施加到面向所述柱的所述外侧面的车身外面板的外部力而产生的撞击能量的肋状结构。
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