全景车顶加强装置的强化的制作方法

传统车顶包括金属强化部件。金属强化部件为相对薄的车顶面板提供结构支承，并帮助车辆保持其形状。但是，金属强化部件在车辆的重心之上给车辆添加了显著重量。因此，金属强化部件的沉重重量减小了可以在车顶下方进行的轻量化的量，而不升高车辆的重心。

鉴于此，需要一种改进的车顶加强装置。其他优点将从下面提供的公开内容中得以清楚。

技术实现要素：

提供此发明内容来以简单形式引入下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。此发明内容不意图区分所要求保护的主题的关键特征，也不意图用作确定所要求保护的主题的范围的帮助。

在一个方面，本发明提供一种车顶加强装置。车顶加强装置可包括限定中心开口和至少一个角部的金属或金属合金框架。车顶加强装置可包括具有包含金属或金属合金的至少一个过渡结构的纤维增强聚合物(frp)部分。frp部分的至少一些纤维嵌入过渡结构。frp部分位于至少一个角部内。

在另一方面，本发明提供一种制造车顶的方法。该方法可包括提供限定中心开口和至少一个角部的金属或金属合金框架。该方法可包括具有嵌入其中的纤维束的至少一个金属突片的车顶强化装置的至少一个纤维增强聚合物(frp)部分。该方法可包括经由至少一个金属突片将frp部分结合到金属框架。

附图说明

确信为本发明的特征的新颖特征在所附权利要求中给出。在下面的说明书中，类似的部件在说明书和附图中分别标识相同的附图标记。附图不必按照比例绘制，并且出于清楚和简明，某些附图可以夸大或概括的形式表示。但是，公开内容本身以及优选使用模式、进一步目的及其优点将在与附图相结合阅读时通过参考本发明的所述方面的以下详细描述来最佳理解，其中：

图1是车身的透视图。

图2是受到挤压运动的车顶加强装置的顶视图。

图3是根据本发明的一个方面的示例性车顶加强装置的顶视图。

图3a是示例性车顶加强装置的透视图，其中增强部分位于框架的通道部分内的开口内。

图3b是经过框架和增强部分的图3a的车顶加强装置的横截面图。

图4a是另一车顶加强装置的透视图，其中增强部分位于框架角部处的开口内。

图4b是经过框架和增强部分的图4a的车顶强化装置的横截面图。

图5a是车顶加强装置的透视图，其中增强部分覆盖框架。

图5b是经过框架和增强部分的图5a的车顶加强装置的横截面图。

图6a是车顶加强装置的透视图，其中增强部分刚性连接在框架的通道部分内。

图6b是经过框架和增强部分的图3a的车顶加强装置的横截面图。

图7是根据本发明的一个方面制造车顶的示例性方法的流程图。

具体实施方式

下面包括本文采用的所选术语的定义。该定义包括落入术语范围内并可以用于实施的部件的多种例子和/或形式。该例子不意图具有限制含义。

如本文使用，“车辆”指的是能够运动并通过任何形式的能源驱动的任何有人或无人结构。术语“车辆”包括但不局限于：汽车、卡车、有蓬货车、微型有蓬货车、suv、摩托车、滑轮车、轮船、私人船只、潜水装置、飞行器和航天器。在一些情况下，机动车辆包括一个或多个发动机。

应该理解到本文的说明书和附图只是说明性的，并且多种变型和改型可以在所公开的结构中进行，而不偏离本发明。通常，示例性车顶结构的附图没有按照比例。如本文使用，横向是横跨车辆的，即左右方向。同样，纵向指的是车辆行驶的前后方向，并且竖直方向涉及高度，即向上和向下方向。还理解到本文公开的示例性车顶结构的多种区分部件只是本领域的术语，其可以根据制造商变化，并且不应该认为限制本发明。

总的来说，本发明提供一种车顶加强装置，其包括金属或金属合金框架和位于角部的至少一个frp部分。至少一个frp部分可以通过包括嵌入其中的纤维的金属或金属合金过渡结构结合到框架。过渡结构可以是插入件或凸片的形状。虽然本文将过渡结构描述为凸片，过渡结构不局限于任何形状或几何结构。纤维可从金属凸片延伸。frp部分可包括多层frp层，其中过渡结构的纤维与frp层交错。因此，过渡结构可形成frp部分的永久一体特征结构。由于是金属的，过渡结构可例如经由电阻点焊焊接到金属框架。因此，金属框架和frp部分之间的牢固永久附接可以为车顶加强装置提供结构刚性。在一个方面，frp部分可包括碳纤维。可以被使用的其他纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、聚对苯撑苯并噻唑(pbo)纤维、诸如sic的陶瓷纤维及其任意组合。

金属或金属合金框架可以是铝或铝合金框架。虽然比其他金属轻，铝框架会经受挤压运动(rackingmotion)。frp部分可提供抵抗挤压运动的加强。由于铝和frp比车顶加强装置中使用的传统钢轻，铝框架与frp部分一起使用以便加强可减小车顶加强装置的重量。包括嵌入金属凸片内的纤维的一体过渡结构的使用可允许使用金属-金属结合技术，而不损害frp部分。因此，frp部分可以包括在车顶加强装置内，而不损害结构一体性。另外，frp部分可以比金属车顶加强装置更能够抵抗挤压运动(例如相对角部处的塌缩和开口)，有助于主体刚性的增加。经受挤压运动的车顶加强装置130的例子在图2中示出。如所示，一个角部的角度可在相邻角部的角度变窄时扩张，造成车顶加强装置130的扭曲形状。车顶加强装置对于挤压运动的抵抗(刚性)会影响车身104的总体刚性。

转向附图，其中相同的附图标记指的是相同部件，图1示出示例性车身104，其可以支承附接到金属合金车身104的金属合金车顶结构(未示出)。如图1示意所示，车身104包括一对横向间隔开的主体构件112、114以便限定乘客隔室116的两侧以及横跨在主体构件之间的前部车顶轨道118和后部车顶轨道120。介于前部车顶轨道118和后部车顶轨道120之间的横向构件或车顶拱形件122在间隔开的主体构件112、114之间延伸。主体构件与前部车顶轨道118和后部车顶轨道120一起将车顶结构支承在乘客隔室116之上。间隔开的主体构件112、114部分限定门框架。

图3a示出示例性车顶加强装置200的透视图。图3b示出沿着图3a的线3-3的车顶加强装置200的横截面。车顶加强装置200可包括限定中心开口204的框架202。例如，框架可以是基本上梯形或矩形的，并且可以限定中心开口204。框架202可以是金属或金属合金的。车顶加强装置200可安装到车身104以便为车顶面板提供支承。车顶加强装置200还可在中心开口204内支承玻璃组件，诸如全景车顶、太阳车顶或月亮车顶。框架202可包括分别形成车顶加强装置200的侧部并基本上平行于车辆纵向轴线延伸的纵向侧部210。即，侧部210可沿着车辆的侧部从前部延伸到后部。框架202还可包括前部220。前部220可在车顶前部处横向于车辆纵向轴线延伸。框架202还可包括可以作为车顶的后部结构支承并横向于车辆纵向轴线延伸的后部230。侧部210、前部220和后部230可以例如通过冲压或锻造工艺一体形成。

每个侧部210可以是具有基本上通道状结构的基本上细长框架构件。例如，侧部210可包括内唇部212、凹陷中心通道部分214和外唇部216。侧部210的通道状结构可提供结构刚性以有助于强化车顶组件。侧部210可以使用诸如冲压金属板的传统金属工艺形成。侧部210可由与本文公开的技术相容的任何金属或金属组合形成。例如，侧部210可以由钢、铝、镁、钛、钴、铍、镍、铌、钽、钨及其合金或其他结构合金形成。

前部220也可以是具有基本上通道状结构的基本上细长框架构件。例如，前部220可包括内唇部222、凹陷中心通道部分224和外唇部226。在所示例子中，前部220也可包括没有凹陷中心通道部分224的升高区域228。前部220的通道状结构可提供结构刚性以有助于强化车顶组件。升高区域228可提供安装区域，以便接触车顶面板(未示出)。

后部230也可以是具有基本上通道状结构的基本上细长框架构件，类似于前部220。例如，后部230可包括内唇部232、凹陷中心通道部分234和外唇部236。外唇部236可以是沿着后部230的整个侧部延伸的细长唇部。如下面进一步详细描述，外唇部236可以焊接到车辆框架构件。

两个前部角部206可以通过将相应侧部210和前部220交叉来限定。两个后部角部206可以通过将相应侧部210和后部230交叉来限定。凹陷中心通道部分214、224、234可以在角部206处连接。如上面描述，车顶加强装置200可经历挤压运动，其特征在于在角部206处弯曲。角部206可设置frp增强部分240，来抵抗挤压运动。frp增强部分240可以是基本上l形的。即，frp增强部分240可以通过交叉纵向腿部248和横向腿部246来形成。纵向腿部248和横向腿部246可以基本上直角交叉。frp增强部分240可包括外角部242和内角部244。如下面进一步详细描述，frp增强部分240可以多种构型附接到框架202。例如，frp增强部分240可配合在框架202的角部内的开口内，或者frp增强部分240可以在角部206处覆盖框架202的一部分。frp增强部分240可以使用一体形成到frp增强部分240内的过渡结构252、254附接到框架202。

在一个方面，本文描述的过渡结构(例如过渡结构252、254)可包括使用超声添加制造技术(uam)嵌入金属凸片的纤维束。用于嵌入纤维的uam技术例如在2010年3月的hahnlenanddapino,“activemetal-matrixcompositeswithembeddedsmartmaterialsbyultrasonicadditivemanufacturing,”proceedingsofspie-theinternationalsocietyforopticalengineering7645:15中描述，该文献通过引用合并。金属凸片可以由与本文公开的技术相容的任何金属形成。例如，金属凸片可以由钢、铝、镁、钛、钴、铍、镍、铌、钽、钨及其合金或其他结构合金形成。纤维束可以从金属凸片的边缘延伸出来。过渡结构可以在frp增强部分240制造期间嵌入frp增强部分240。例如，纤维束可以与在frp固化之前与形成frp增强部分240的纤维织物交错。因此，金属凸片可形成frp增强部分240的一体部分。金属凸片的表面可以被暴露。在一些方面，金属凸片的一个或多个边缘可以形成frp增强部分240的边缘。

在图3a和3b所示的例子中，框架202可包括frp增强部分240安装在其中的开口208。例如，开口可位于通道部分214、224、234内。frp增强部分240可包括靠近内唇部212附接到通道部分214的竖直壁的过渡结构252。frp增强部分240还可包括附接到通道部分214的底部的过渡结构254。在一种应用中，框架202可包括沿着开口208的偏置凸缘256。偏置凸缘256可为过渡结构254提供安装位置。偏移可允许过渡结构254的表面与框架202的表面平齐。例如，如所示，偏置凸缘256可允许过渡结构254的底部表面与通道部分214的底部表面平齐。

车身顶盖26可附接到车顶加强装置200。例如，车身顶盖260可通过围绕内唇部212弯曲车身顶盖260而缀缝到内唇部212。作为另一例子，车身顶盖260可以被电阻点焊到框架202。车身顶盖260可包括保持平滑表面以便贴靠置于开口204内的天窗密封件密封的卡扣(joggle)。过渡结构252可附接到框架202，使得过渡结构252不与缀缝物干涉。车身顶盖260还可包括通道262(例如收集雨水)。车身顶盖260可以在通道262的底部处电阻点焊到框架200。通道262可定位在过渡结构254的外部，使得过渡结构254不与通道262干涉，并且通道262可以在外唇部216处直接焊接到框架200。

图4a和4b示出另一示例性车顶加强装置300，其中图4b是沿着图4a的线4-4的横截面图。车顶加强装置300可以在某些方面类似于车顶加强装置200。车顶加强装置300可包括限定中心开口304、侧部310、前部320和后部330的框架302，后部330包括内唇部312、322、332、通道部分314、324、334和外唇部316、326、336，与车顶加强装置200的相应特征类似。角部306可包括不同形状的开口308。开口308可以部分通过从内唇部312延伸的凸缘352、354限定。frp增强部分340可定位在开口308内。在一个方面，frp增强部分340可包括嵌入凸缘352、354内的纤维束。例如，凸缘352、354可使用uam工艺形成过渡结构的连续凸片。凸缘352可接着对焊到内唇部312，以便在框架302和frp增强部分340之间形成平滑过渡，而没有偏移或重叠。类似地，凸缘354可对焊到外唇部316。

frp增强部分340也可以是基本上l形的，并且包括外角部342、内角部314、横向腿部346和纵向腿部348。凸缘352、354可具有与框架302和frp增强部分340基本上相同的厚度，以便在frp增强部分340和框架302的表面之间提供平滑过渡。如所示，frp增强部分340可包括具有角度的弯曲部，该角度可以根据用于具体车辆的设计来选择，例如与全金属车顶加强装置的轮廓匹配。

图5a和5b示出另一示例性车顶加强装置400，其中图5b是沿着图5a的线5-5的横截面图。车顶加强装置400可在某些方面类似于车顶加强装置200。车顶加强装置400可包括限定中心开口404、侧部410、前部420和后部430的框架402，后部430包括内唇部412、422、432、通道部分414、424、434和外唇部416、426、436，与车顶加强装置200的相应特征类似。在一个方面，内唇部412可通过凹陷凸缘458延伸。角部406可不包括开口。相反，frp增强部分440可以重叠方式安装到框架402。

如所示，frp增强部分440可包括过渡结构452和454，其分别附接到外唇部416和内唇部412。例如，过渡结构452和454可形成增强部分440的边缘，并可以使用周期点焊焊接到外唇部416和内唇部412。过渡结构454可在凸缘458处焊接到内唇部412。过渡结构452可安装到外唇部416的顶部表面。

车身顶盖460可安装到车顶加强装置400。例如，车身顶盖460可缀缝到内唇部412。车身顶盖460可包括通道462，其可以例如通过焊接或缀缝附接到过渡结构452。

如图5b所示，frp增强部分440可从内唇部412到外唇部416以直线延伸。通道部分414可在frp增强部分440的下方延伸。frp增强部分440的定位可防止通道部分414的形状扭曲，并由此抵抗车顶加强装置400的挤压运动。

图6a和6b示出另一示例性车顶加强装置500，其中图6b是沿着图6a的线6-6的横截面图。车顶加强装置500可在某些方面类似于车顶加强装置200。车顶加强装置500可包括限定中心开口504、侧部510、前部520和后部530的框架502，后部530包括内唇部512、522、532、通道部分514、524、534和外唇部516、526、536，与车顶加强装置200的相应特征类似。在一个方面，角部506可不包括开口。相反，frp增强部分540可类似于车顶加强装置400以重叠方式安装到框架502。但是，内唇部512可不包括类似于车顶加强装置400的凸缘458的凸缘。相反，frp增强部分540可以刚性地连接到通道部分514的内表面。如所示，例如，frp增强部分540可具有直的横截面。frp增强部分540可不包括过渡结构。frp增强部分540可使用粘合剂附接到通道部分514的表面。在另一方面，frp增强部分540的一个或多个边缘可包括过渡结构，其可以焊接到通道部分514的表面。在一个方面，frp增强部分540可在通道部分514从内唇部512和/或外唇部516向下弯曲的位置处附接到通道部分514。frp增强部分540可替代地附接到内唇部512和或外唇部516。

以上例子均参照经过相应车顶加强装置200、300、400、500的纵向腿部248、348、448、548横过侧部210、310、410、510的横截面。应该理解到frp增强部分240、340、440、540可以类似方式在前部220、320、420、520和后部230、330、430、530处附接。此外，不同示例性frp增强部分可以被选择用于不同角部。例如，前部角部可以使用frp增强部分540，并且后部角部可以使用frp增强部分240。

图7是示出制造车顶的示例性方法600的流程图。车顶可包括车顶加强装置200、300、400、500。方法600可通过操作者使用包括本领域已知的超声焊接机器和其他制造工具和设备的设备执行。虽然方法600在下面相对于操作者执行的动作进行描述，本文描述的一个或多个步骤可以是自动的(例如通过机器人臂进行)。

在方框610中，方法600可包括提供限定中心开口和至少一个角部的金属或金属合金框架。在一个方面，例如，可以提供限定中心开口204、304、404、504和至少一个角部206、306、406、506的框架202、302、402、502。

在方框620中，方法600可包括提供包括嵌入金属凸片的纤维的至少一个frp部分。在一个方面，例如，可以提供一个或多个frp增强部分240、340、440、540。提供至少一个frp部分可包括制造方框622、624、626中示出的至少一个frp部分。

在方框622中,方框620可包括提供过渡结构,其包括具有从中延伸的嵌入纤维束的金属凸片。如上所述，多个过渡部件可使用uam制造，以便将纤维束嵌入金属凸片。纤维束可从金属凸片的接触frp部分的侧部延伸。纤维束也可编织成形成织物，或织物束可以嵌入金属凸片中。

在方框624中，方框620可包括将纤维束与纤维织物层交错。在一个方面，例如，纤维织物层可以是碳纤维织物，其被切割成frp增强部分240、340、440、540的形状。该层可包括位于过渡结构的位置内的切口。过渡部件的金属凸片可放置在切口内，其中纤维束在碳纤维织物层之上延伸。碳纤维织物的另一层可接着放置在纤维束之上。多个层可以交错，使得过渡部件与纤维层形成一体。

在方框626中，方框620可包括固化纤维织物层以形成frp部分。在一个方面，例如，固化可包括将用来制造frp部件的纤维层结合在一起的任何工艺。例如，固化可包括将纤维层与树脂融合，并且使用高压釜或热压模具固化树脂。所形成的frp部件可以例如是frp增强部分240、340、440、540。

在方框630中，方法600可包括将frp部分结合到金属框架。例如，frp增强部分240、340、440、540可结合到框架202、302、402、502的一个或多个角部206、306、406、506中的每个角部。在方框632中，方框630可包括将过渡部件点焊到金属部分。例如，过渡结构252、254、352、354、452、454可点焊到框架202、302、402、502。

在方框640中，方法600可任选地包括将车顶面板安装到车顶加强装置，形成车身顶盖组合件。在一个方面，例如，车身顶盖260、360、460、560可在内唇部212、312、412、512处缀缝到车顶加强装置200、300、400、500。另外，车身顶盖260、360、460、560可点焊到外唇部216、316、416、516。后部外唇部236、336、436、536可经由软胶泥附接到车身顶盖260、360、460、560。车身顶盖和车顶加强装置的组合可以指的是车身顶盖组合件或车顶组件。

在方框650中，方法600可任选地包括为车辆组件设施提供车顶加强装置和车身顶盖组合件。在一个方面，例如，车顶加强装置200、300、400、500或车身顶盖组合件中的一个或多个可设置到车辆组件设施。车顶加强装置200、300、400、500可以与现有车辆组装线相容。因此，车顶加强装置200、300、400、500可使用传统工具和技术(诸如但不仅限于点焊和粘合剂)安装到车辆。

在方框660中，方法600可任选地包括将车顶加强装置和车身顶盖组合件安装在车辆框架上。在一个方面，例如，可以结合到车身顶盖260、360、460、560的车顶加强装置200、300、400、500可以安装到车身104。在一种应用中，可以结合到车身顶盖260、360、460、560的车顶加强装置200、300、400、500可沿着外唇部216、316、416、516和/或车身顶盖通道262、362、462、562使用点焊附接到车身104。

将理解到以上公开的多种应用和其他特征和功能及其替代或变型可以根据期望组合到许多其他不同系统或应用中。同样，多种当前未料到或预料到的其替代、变型、改型或改进可以随后通过本领域普通技术人员来进行，这也通过所附权利要求所包含。