保险杠主体的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种保险杠主体，包括：金属悬架；以及包覆金属悬架的多层碳纤维织物，具有沿一个方向延伸的碳纤维，多层碳纤维织物由树脂和固化剂预先浸渍，并且包覆金属悬架的多层碳纤维织物布置成位于交替层中的碳纤维相对于彼此垂直定向。通过本实用新型的技术方案，相对于传统的保险杠，能够在满足载荷规范的前提下，极大地减轻保险杠的重量，从而能够获得更佳的燃料经济性。
【专利说明】保险杠主体
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及具有优越的强度-重量特性的轻型车辆保险杠。
【背景技术】
[0002]降低车辆重量以满足严格的燃料经济性标准是一种实质性需求。由于在碰撞过程中保护车辆和乘客的需求，车辆保险杠是相对较重且较大的零件。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种轻型的保险杠主体。
[0004]根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于车辆的保险杠主体，其包括金属悬架以及多层碳纤维织物。多层碳纤维织物包覆金属悬架并具有沿一个方向延伸的碳纤维。该多层碳纤维织物由树脂和固化剂预先浸溃。包覆金属悬架的多层碳纤维织物布置成便于位于交替层中的碳纤维相对于彼此垂直定向。
[0005]根据本实用新型的另一个方面，第一组层中的碳纤维定向成沿着与保险杠主体的长度对齐的纵向延伸。第二组层中的碳纤维定向成沿着横向延伸，该横向在保险杠主体的前壁和后壁上与垂直方向对齐并在保险杠主体的顶壁和底壁上与车辆纵向对齐。
[0006]根据本实用新型的其他方面，金属悬架可为矩形横截面的铝管。该铝管可具有前壁、后壁、顶壁和底壁。用于吸能盒的托架被固定至铝管的后壁且位于多层碳纤维织物层之上。该托架可包括将多层碳纤维织物层分别夹紧在顶壁和底壁上的上夹紧件和下夹紧件。
[0007]树脂和固化剂是环氧树脂粘结体系的两部分。至少15层碳纤维织物可包覆保险杠主体。在另一实施例中，保险杠主体可具有包覆保险杠主体的16层与20层之间的碳纤维织物。
[0008]根据本实用新型涉及制造保险杠主体的方法的其它方面，公开一种制造保险杠主体的方法。该方法包括:选择金属悬架；使用多层碳纤维织物包覆金属悬架。该多层碳纤维织物可涂覆有树脂。该多层包括第一组层和第二组层，第一组层包括平行于保险杠主体的长度延伸的碳纤维，第二组层包括围绕保险杠主体的宽度和高度延伸的碳纤维。
[0009]根据本公开其他的可选方面，该方法还可包括将具有多层碳纤维织物的金属悬架装配至吸能盒托架。铝管可具有前壁、后壁、顶壁和底壁，并且用于吸能盒的托架被固定至铝管的后壁且位于多层碳纤维织物层之上。该托架可包括将多层碳纤维织物层分别夹紧在铝管的顶壁和底壁上的上夹紧件和下夹紧件。
[0010]树脂和固化剂可为环氧树脂粘结体系的两部分。该方法可包括使至少15层碳纤维织物包覆保险杠主体。可选地，保险杠主体可具有包覆保险杠主体的16层与20层之间的碳纤维织物。该方法还可包括在包覆悬架的步骤前以相邻层中的纤维相对于彼此垂直定向的方式堆叠成多层织物。
[0011]通过本实用新型的技术方案，相对于传统的保险杠，能够在满足载荷规范的前提下，极大地减轻保险杠的重量，从而能够获得更佳的燃料经济性。
[0012]本实用新型的上述和其他方面将在下文中参照附图更加详细地描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是车辆的前端部分的局部立体图，其包括根据本实用新型的一个方面所制造的保险杠主体、吸能盒、吸能盒托架和前纵梁。
[0014]图2是保险杠的局部立体图，示出了移除部分碳纤维加固层的保险杠主体。
[0015]图3是用于测试保险杠主体的测试夹具的示意图。
[0016]图4是比较随时间推移硼质保险杠主体、铝质保险杠、具有20层碳纤维织物的铝质保险杠主体以及具有16层碳纤维织物的铝质保险杠主体的抗力的曲线图。
【具体实施方式】
[0017]下文提供本实用新型所示实施例的详细描述。所公开的实施例仅为本实用新型可以以多种替代形式实施的实例。附图未必按比例绘制。一些特征可被放大或缩小来显示特定部件的细节。在本申请中所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限定，而是教导本领域的技术人员如何实践所公开概念的代表性基础。
[0018]参照图1和图2，用于车辆的保险杠主体10包括由碳纤维织物14包覆的悬架12。该碳纤维织物14包括沿一个方向定向的多个碳纤维16(见图2)。应该理解，当指出碳纤维16沿一个方向延伸时，即碳纤维织物14中的大多数碳纤维16沿一个方向延伸，而一些纤维可能沿另一方向定向。如图1和图2所示，保险杠主体10具有长度L、高度H和宽度W。
[0019]悬架12包括前壁18和后壁20。顶壁22和底壁24在前壁18和后壁20之间延伸。悬架12由装配至吸能盒28的托架26固定。托架26配置有上夹紧件30和下夹紧件32以将悬架12保持在吸能盒28前部的合适位置。
[0020]碳纤维织物14由树脂预先浸溃。优选地，该树脂作为两相树脂体系的一部分，该两相树脂体系例如为包括固化剂的环氧树脂。可选地，其他树脂体系可用以预先浸溃碳纤维织物14，例如进行热处理的树脂。
[0021]具体参照图2，保险杠主体10被示出包覆有多层碳纤维织物14。外层中的碳纤维16沿方向L延伸，而下一层则包括沿高度方向H定向的碳纤维16。碳纤维织物14通过沿宽度方向W延伸的碳纤维包覆在顶壁22和底壁24之上。包覆在悬架12上的碳纤维织物14的层数由保险杠主体10的期望强度决定。为获得期望强度，应当至少有15层碳纤维织物包绕壁厚1_的挤出成型铝管。
[0022]在一个实例中，16层碳纤维织物14包覆具有Imm厚的招质壁的悬架12。16层碳纤维织物和铝质悬架的总重为2.541Kg。
[0023]作为另一实例，20层碳纤维织物14包绕具有Imm厚的铝质壁的悬架12。悬架12和20层碳纤维织物具有的重量为2.715Kg。
[0024]参照图3，测试夹具34用以通过评估随时间推移由保险杠主体10所吸收的力来测试保险杠主体的强度。该测试夹具34包括一对间隔开预定距离并接合保险杠主体10的后壁20的支柱36。碰撞柱38沿图3中箭头所示的方向相对于支柱36在中心位置处被敲入保险杠主体10上。碰撞柱38接合悬架12的前壁18以施加测试力来检测保险杠主体10的强度。
[0025]参照图4，提供了比较碳纤维织物包覆的保险杠主体与硼制保险杠主体(壁厚为
1.46mm且重量为4.123Kg)以及铝质保险杠主体(壁厚为3.5mm且重量为3.421Kg)的负载测试结果的图表。所呈现的全部保险杠主体测试结果都被认为是可接受的，因为它们满足车辆保险杠的荷载规范。上述第一个实例中具有Imm厚的铝壁并包覆有16层碳纤维织物的铝质悬架相较于铝质或硼质保险杠主体具有更大的初始承载刚度。16层包覆的保险杠主体的整体强度与硼质保险杠主体和挤出成型铝质保险杠主体相差无几，而且在测试的后半段大约在3KN内。
[0026]具有壁厚Imm且由20层碳纤维织物14包覆的铝质悬架的保险杠主体10通过图表示出在大约7毫秒处具有超过20KN的略大的初始冲击强度。在整个后半段测试中，该保险杠主体的强度与被测试的硼质保险杠和铝质保险杠几乎相同。相较于传统的硼钢质保险杠主体和挤出成型铝质保险杠主体,碳纤维包覆的保险杠主体的重量轻20%到38%。相较于硼质保险杠主体，由20层碳纤维织物包覆的保险杠实现了重量减轻1.4kg或34%。相较于硼质保险杠主体，由16层碳纤维织物包覆的铝质悬架实现了重量减轻1.582Kg或38%。
[0027]相较于挤出成型铝质保险杠，包覆了 20层碳纤维织物的铝质悬架的重量减轻了大约20%。当与包覆16层碳纤维织物的悬架进行比较时，相比于挤出成型铝质保险杠的重量减轻超过25%。
[0028]尽管上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了所公开装置和方法的所有可能形式。相反，本说明书里的词语仅仅是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可进行多种变化而不背离所要求保护的本实用新型的精神和范围。可将不同可执行实施例的特征组合在一起来形成所公开内容的其他实施例。
【权利要求】
1.一种用于车辆的保险杠主体，其特征在于，包括: 金属悬架； 包覆所述金属悬架的多层碳纤维织物，具有沿一个方向延伸的碳纤维，其中，所述多层碳纤维织物由树脂和固化剂预先浸溃，并且包覆所述金属悬架的所述多层碳纤维织物布置成位于交替层中的碳纤维相对于彼此垂直定向。
2.根据权利要求1所述的保险杠主体，其特征在于，第一组层中的碳纤维定向成沿着与所述保险杠主体的长度对齐的纵向延伸，并且第二组层中的碳纤维定向成沿着横向延伸，所述横向在所述保险杠主体的前壁和后壁上与垂直方向对齐并且在所述保险杠主体的顶壁和底壁上与车辆纵向对齐。
3.根据权利要求1所述的保险杠主体，其特征在于，所述金属悬架为矩形横截面的铝管。
4.根据权利要求3所述的保险杠主体，其特征在于，所述铝管具有前壁、后壁、顶壁和底壁，并且用于吸能盒的托架被固定至所述铝管的后壁且位于所述多层碳纤维织物层之上。
5.根据权利要求4所述的保险杠主体，其特征在于，所述托架包括将所述多层碳纤维织物层分别夹紧在所述顶壁和所述底壁上的上夹紧件和下夹紧件。
6.根据权利要求1所述的保险杠主体，其特征在于，所述树脂和所述固化剂是环氧树脂粘结体系的两部分。
7.根据权利要求1所述的保险杠主体，其特征在于，至少15层碳纤维织物包覆所述保险杠主体。
8.根据权利要求1所述的保险杠主体，其特征在于，16层与20层之间的碳纤维织物包覆所述保险杠主体。
【文档编号】B60R19/03GK203958048SQ201420312932
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】马修·约翰·扎鲁泽克, 穆罕默德·里达·巴库什, 理查德·H·维科夫, 赛伊德·努希尔, 穆罕默德·奥马尔·法鲁克 申请人:福特环球技术公司