专利名称：车辆用塑料复合保险杠杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆用保险杠杆。更具体地，本发明涉及一种能够减少重量和成本并同时具有良好机械性能和碰撞特性的车辆用塑料复合保险杠杆。
背景技术：
通常，车辆用保险杠组件分别安装在车体的前后端以在发生碰撞时减震，从而在事故过程中保护驾驶员和乘客并防止车体变形。图I示出了车辆保险杠组件的基本结构。如图所示，车辆保险杠组件通常包括用于覆盖或包围车体的前端或后端的整个底部区域的保险杠罩10,用于吸收保险杠罩10转移的震动和冲击能量的能量吸收器20,位于能量吸收器20的后面以避免车体在撞击时损伤的保险杠杆(或后杆)30，以及用于将保险杠杆30固定和支撑于车体的撑杆40。
在小型车中，保险杠组件可以仅由保险杠盖、保险杠杆和撑杆(stay)组成而不包括能量吸收器，以减轻重量。在这样的结构中，保险杠杆被配置成有效地吸收冲击能量。保险杠杆可以根据车型或所要求的性能由诸如钢铁、铝、塑料复合材料等多种材料制成。美国专利第5，290，079号和美国专利第6，286，879号中各公开了纤维增强塑料复合保险杠杆，美国专利第6，817，638号中公开了一种由玻璃毡增强型热塑料(glassmat-reinforced thermoplastic,GMT)形成的具有C形部并包括加强片的保险杠杆。欧洲专利第0945253号中公开了由含有聚烯烃和玻璃纤维的填充GMT复合材料形成的保险杠杆，韩国专利第10-2007-0111812号中公开了一种具有由GMT材料形成的外杆构件和由钢铁材料制成的内杆的保险杠杆。此外，韩国专利申请公开第10-2010-0104457号中公开了一种使用GMT或长纤维增强复合材料的保险杠杆，而韩国专利申请公开第10-2010-0006672号中公开了一种包括通过LFT-D工序引入或一体成形的单向增强纤维板的保险杠杆。通过上面的描述可以知道，这些常规的塑料复合保险杠杆主要由包括经压模(压模成型)成保险杠杆形状的单向连续纤维的GMT复合材料构成。典型地，GMP保险杠杆被形成为具有大约4至15mm的厚度以保证强度和碰撞性能。然而，有必要减小保险杠的厚度以提高保险杠在设计上的自由度，同时提高冲击能量的吸收效率以降低与事故有关的维修成本。本发明背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明一般背景技术的理解，因此，可能包含不构成对本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种车辆用的热塑性或热固性塑料复合保险杠杆，其能够实现重量减少和成本降低，并具有良好的机械特性、结构强度、碰撞性能、负载导入、对固定点的负载分布，从而与要求至少4mm-15mm以便在事故中有效的常规塑料复合保险杠杆相比，减小了保险杠的厚度。因此，由于保险杠厚度减小而可以增大设计的自由度和可销售性。
一方面，本发明提供一种车辆用热塑性或热固性塑料复合保险杠杆，其包括具有保险杠杆形状并由纤维增强塑料复合材料形成的保险杠杆体。此外，插入加强件被插入到保险杠杆体中。该插入加强件具有环形形状并被布置在保险杠杆体的长度方向上。在一个示例性实施方式中，保险杠杆体还可以包括选自玻璃毡增强塑料(GMRP)复合材料、长纤维增强塑料(LFRP)复合材料和短纤维增强塑料(SFRP)复合材料的纤维增强塑料复合材料。在另一个示例性实施方式中，插入加强件可以包括具有比保险杠杆体本身更高强度的纤维增强塑料复合材料。此外，插入加强件的纤维增强塑料 复合材料可以是连续纤维增强塑料复合材料。在另一个示例性实施方式中，保险杠杆体用的纤维增强塑料复合材料和插入加强件用的纤维增强塑料复合材料可以包括选自玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的增强纤维。在又一个示例性实施方式中，保险杠杆体用的纤维增强塑料复合材料和插入加强件用的纤维增强塑料复合材料可以包括相同的基体，使得插入加强件在成型过程中与保险杠杆体一体形成。在又一个示例性实施方式中，保险杠杆体用的纤维增强塑料复合材料和插入加强件用的纤维增强塑料复合材料可以包括不同的基体，使得插入加强件在成型过程中与保险杠杆体一体形成。在又一个示例性实施方式中，保险杠杆体的表面由机织(woven)、编织(braided)或针织的(knitted)纤维加强片或固定于此的连续纤维加强片来加强。在还有的一个示例性实施方式中，除了环形插入加强件以外，保险杠杆体还由具有不连续直线或曲线形状并在保险杠杆体的长度方向上插入的插入加强件进一步加强。以下讨论本发明的其它方面和示例性实施方式。
现将参照由下面仅以示例方式给出的附图示例性说明的特定典型的实施方式来详细说明本发明的以上和其它特征，因此，这些特征不限制本发明，并且其中图I是示出典型的车辆用保险杠组件的结构的立体图；图2是示出根据本发明示例性实施方式的车辆用保险杠杆的结构的立体图；图3是示出根据本发明示例性实施方式的车辆用保险杠杆的结构的横截面图；图4是示出根据本发明另一个示例性实施方式的车辆用保险杠杆的结构的横截面图；图5-8是示出根据本发明多个实施方式的车辆用保险杠杆的结构的横截面图，其中同时使用插入加强件和辅助加强件。附图中涉及的附图标记包括下文将进一步讨论的下列部件10 :保险杠罩20 :能量吸收器30 :保险杠杆40 :撑杆
31 :前部32 和 33:侧部34:凸缘部35 :插入加强件38:辅助加强件(加强片)应该理解的是，附图不必按比例绘制，仅简化示出说明本发明基本原理的各种示例性特征。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，部分地由特定应用和使用环境确定。在所有附图中，相同的附图标记表示所有附图中相同或者等同的部件。
具体实施例方式下文将详细参照本发明的各个实施方式，在附图中示出并在下文中描述其实施例。尽管将结合示例性实施方式说明本发明，然而应该理解的是，本说明书不是要将本发明限制到这些典型的实施方式。相反地，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还涵盖包含在所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代、修改、等效物及其它实施方式。除非特别指出或从上下文显而易见，如在这里所使用的，术语“大约”应该理解为在本领域技术的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。大约可被理解为在设置值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或 O. 01% 内。除非从上下文来看是清楚的，否则这里提供的所有数值均为术语大约所修饰。应当理解此处使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括，诸如包括运动用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、多种商用车辆的载客汽车的机动车辆，包括各种船和艇的水运工具，航行器等，并且包括混合动力车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆和其它可选的燃料车辆(例如从除了石油以外的资源中获得的燃料)。参照此处所述，混合动力车为具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。本发明提供一种车辆用塑料复合保险杠杆，其特征在于，将环形插入加强件插入到保险杠杆以提供改良的机械特性、结构强度、碰撞性能、负载导入和对固定点的负载分布。具体而言，本发明的保险杠杆包括具有保险杠杆形状并且由纤维增强塑料复合材料形成的保险杠杆体，以及插入到保险杠杆体中的插入加强件。更具体地，插入加强件具有环形的形状并被布置在保险杠杆体的长度方向上。这里，可以将插入加强件插入到保险杠杆体内的一个位置或多个位置中。可选地，可以将一个插入加强件或多个插入加强件插入到保险杠杆体的各个位置中。下面将更加详细地描述本发明的保险杠杆。图2是示出根据本发明的示例性实施方式的车辆用保险杠杆30的结构的立体图，其中，插入加强件35与保险杠杆30分离，但在实践中其被插入并结合到保险杠杆30 (即插入到保险杠杆体)。在图2中，由于保险杠杆30是两边对称的，因而示出了通过切开中心所获得的保险杠杆30的一半，同样示出了通过切开中心所获得的插入加强件35的一半。如图所示，本发明的保险杠杆30具有大致“Π”的截面形状。形成保险杠杆30的形状的本体(以下称为保险杠杆体)，具有沿着突出前部的整个圆周连续形成侧部32和33并且沿着侧部32和33的端部连续形成凸缘部34的结构。在图2中，位于保险杠杆体的顶部和底部的侧部以及位于保险杠杆体两端的侧部分别用附图标记32和33来表不。插入加强件35单独由高强度材料形成并在保险杠杆体的成型过程中被插入到保险杠杆体中，并且整个插入加强件35具有三维环形形状(例如环形，图2中示出半个部分)。插入加强件35用来增大保险杠杆30的机械强度并保证足够的结构强度和碰撞性能、负载导入、对固定点的负载分布。因此，整个插入加强件35嵌入保险杠杆体中，而不是位于其表面上,并在保险杠杆体的成型过程中与保险杠杆体一体形成。此外，插入加强件35沿着保险杠杆体两侧上的长度方向上和保险杠杆体两端的上下方向上的环式路径连续地布置。 这样，在保险杠杆体的成型过程中，将单独形成的插入加强件35插入到保险杠杆体需要加强的区域中，因而通过保险杠杆组件的减少来提高保险杠杆30的整个结构强度和碰撞性能，以及结构强度和碰撞性能、负载导入、对固定点的负载分布。在本发明中，用于保险杠杆体的主要材料可以是纤维增强塑料复合材料，例如玻璃租增强塑料(glass mat-reinforced plastic, GMRP)复合材料、长纤维增强塑料(long fiber-reinforced plastic, LFRP)复合材料和/或短纤维增强塑料(shortfiber-reinforced plastic, SFRP)复合材料。热塑性塑料和热固性塑料都可以使用。具有如中间材料那样的三维环形形状的插入加强件35可以由与保险杠杆体本身用材料相比的高强度材料形成，或者由与保险杠杆体同样材料的纤维增强塑料复合材料形成。然而，优选地，插入加强件35可以由连续纤维增强塑料复合材料形成。在此，保险杠杆体用的主要材料和插入加强件用的中间材料可以是具有诸如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、热塑性弹性体(TPE)等热塑性树脂或诸如不饱和聚酯(UP)、环氧(EP)聚氨酯(PUR)等热圆性树脂的基体的复合材料。此外,保险杠杆体用的主要材料和插入加强件用的中间材料可以分别包括诸如玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等增强纤维。插入加强件35可以包括与保险杠杆体用的主要材料同样的基体。在这种情况下，即使没有使用粘合剂或焊接处理也可以保证足够的界面粘性。然而，插入加强件35可以由具有比保险杠杆体用的主要材料更高强度的材料即含有更高含量的增强纤维形成。例如，当使用GMRP、LFRP或SFRP复合材料时，用于保险杠杆30的主要材料可以包括相对于保险杠杆体的总重量的大约5至50体积％的量的增强纤维，更优选地为大约10至30体积％的量，并且用于插入加强件35的材料可以包括大约15至90体积％的量的增强纤维，更优选地为大约20至65体积％的量。连续纤维增强复合材料的性质比短纤维增强或长纤维增强复合材料的性质更为有利，因此，如果用于保险杠杆30的主要材料包括短纤维或长纤维并且用于插入加强件35的材料含有连续纤维，则插入加强件35的纤维含量没必要这么高。保险杠杆体可以通过各种已知的方法，例如注塑成型、挤压/压缩成型、挤压/注塑成型等以及压缩成型(即加压成型)、注塑/压缩成型来形成。参考图2，示出了由热塑性树脂的基体36中的增强纤维37增强的插入加强件35的截面结构。插入加强件35可以具有如图所示的大致圆形的截面，还可以具有其它各种截面，例如大致椭圆形的截面或包括正方形、矩形、六边形等的大致多边形的截面。这样，本发明的保险杠杆30通过将具有三维环形形状的插入加强件35插入到保险杠杆30的预定位置而不是在保险杠杆30的表面上来形成。因此，保险杠杆30实现改善了的机械特性和碰撞性能。由于含有高强度纤维增强塑料复合材料的插入加强件35形成为三维环形形状，因此，在保险杠杆30的撞击能量吸收方面更有利。典型地，纤维增强复合材料的性能随纤维的长度和含量而变化，并且当含有高含量的连续纤维的材料用作插入加强件35时，进一步提闻了加强效果。在本发明中，通过改变截面结构、厚度、形状等，可以使具有三维环形形状的插入加强件35形成为各种结构，并通过用于例如注塑成型或压缩成型等的模具的适当设计，可 以被插入到保险杠杆体中的多个位置。图3至图7是示出根据本发明多个实施方式的车辆用保险杠杆的结构的截面图。首先，在图3所示的示例性实施方式中，将环形插入加强件35插入到凸缘部34和侧部之间连接撑杆(stay)的边界。在本发明的这个实施方式中，仅仅使用一个具有大直径的插入加强件35。然而，在如图4所示的另一个实施方式中，可以将多个具有较小直径的插入加强件35插入到图3所示的相同位置。这样，根据本发明的实施方式，可以将插入加强件35插入到安装有撑杆的保险杠杆30中。在图5所示的又一个实施方式中，可以将多个具有相同或不同直径的插入加强件35插入到不同位置。在此情况下，将插入加强件35插入到凸缘部34和侧部32之间的边界中并进一步插入到向前突出的前部31中。具体而言，插入加强件35被插入到安装有撑杆的保险杠杆30中，并插入到朝着该组件的前面突出的前部31中。在此，可以去除被插入到安装有撑杆的保险杠杆30的插入加强件35。在如图6和7所示的其它实施方式中，可以同时使用环形插入加强件35和辅助加强件38。辅助加强件38可以是编织的纤维增强或连续纤维增强带形式的加强片。辅助加强件38附着在朝着该组件的前面突出的前部31的外侧(见图6)或者附着在前部31的内侧(见图7)。纤维增强带形式的加强片可以是由在保险杠杆的长度方向上的单向(UD)纤维增强的增强带。此外，辅助加强件38布置在保险杠杆两侧的长度方向上，并且在保险杠杆体的成型过程中，可以通过插入或通过使用粘合剂粘合来固定在保险杠杆体的表面上。在如图8所示的又一个实施方式中，辅助加强件38还用于图5的实施方式中，插入加强件35和辅助加强件38与上面描述的相同。除了环形插入加强件35之外，可以按同样的方式将具有不连续直线或曲线形状且非连续环形的附加插入加强件插入到保险杠杆体中。具有不连续直线或曲线形状的插入加强件可以由与环形插入加强件相同的材料形成并布置在保险杠杆体的长度方向上。如上所述，根据本发明的车辆用塑料复合材料保险杠杆通过将具有三维环形形状的插入加强件插入到保险杠杆中而形成。因此，本发明的示例性实施方式所描述的保险杠杆具有改良的机械特性和碰撞性能。此外，本发明的保险杠杆使汽车制造商可生产具有减小厚度的保险杠杆，同时具有与常规更厚的保险杠相当的性能。此外，本发明的保险杠杆可实现与制造车辆有关的重量和制造成本的降低。此外，本发明的保险杠杆具有改良的机械特性、结构强度、碰撞性能、负载导入、对固定点的负载分布，因此，由于保险杠厚度的减小而可以提高设计的自由度和可销售性。上面已参照本发明的示例性实施方式对本发明进行详细说明。然而，可以理 解，本领域技术人员在不偏离本发明的原理和实质的情况下可以对本发明进行变型，本发明的范围由所附的权利要求及其等价形式限定。
权利要求
1.一种车辆用塑料复合保险杠杆，包括 保险杠杆体，具有与保险杠杆相同的形状并由纤维增强塑料复合材料形成；以及 被插入到所述保险杠杆体中的插入加强件，所述插入加强件具有环形形状并被布置在所述保险杠杆体的长度方向上。
2.根据权利要求I所述的塑料复合保险杠杆，其中所述插入加强件被插入到所述保险杠杆体的一个位置或多个位置中。
3.根据权利要求2所述的塑料复合保险杠杆，其中一个插入加强件或多个插入加强件被插入到所述保险杠杆体的各个位置中。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的塑料复合保险杠杆，其中所述保险杠杆体具有沿着前部的周围连续形成侧部并且同时沿着所述侧部连续形成凸缘部的结构，并且所述插入加强件被插入到所述侧部与所述凸缘部之间的边界中。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的塑料复合保险杠杆，其中所述插入加强件被插入到所述保险杠杆体的前部中。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的塑料复合保险杠杆，其中所述保险杠杆体具有沿着前部的周围连续形成侧部同时沿着所述侧部连续形成凸缘部的结构，所述插入加强件被插入到所述侧部与所述凸缘部之间的边界中并被进一步插入到所述保险杠杆体的所述前 部中。
7.根据权利要求I所述的塑料复合保险杠杆，其中所述保险杠杆体包括选自玻璃毡增强塑料(GMRP)复合材料、长纤维增强塑料(LFRP)复合材料，和短纤维增强塑料(SFRP)复合材料的纤维增强塑料复合材料。
8.根据权利要求I所述的塑料复合保险杠杆，其中所述插入加强件包括具有比所述保险杠杆体更高强度的纤维增强塑料复合材料。
9.根据权利要求8所述的塑料复合保险杠杆，其中所述插入加强件的纤维增强塑料复合材料是连续纤维增强塑料复合材料。
10.根据权利要求8所述的塑料复合保险杠杆，其中所述保险杠杆体用的纤维增强塑料复合材料和所述插入加强件用的纤维增强塑料复合材料包括选自玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的增强纤维。
11.根据权利要求8所述的塑料复合保险杠杆，其中所述保险杠杆体用的纤维增强塑料复合材料和所述插入加强件用的纤维增强塑料复合材料包括相同或不同的基体，其中所述插入加强件在成型过程中与所述保险杠杆体一体形成。
12.根据权利要求11所述的塑料复合保险杠杆，其中所述纤维增强塑料复合材料的所述基体选自聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、热塑性弹性体(TPE)以及诸如不饱和聚酯(UP)、环氧(EP)聚氨酯(PUR)等热固性树脂。
13.根据权利要求I所述的塑料复合保险杠杆，其中所述保险杠杆体的表面由机织、编织或针织的纤维加强片或固定于所述保险杠杆体的表面的连续纤维加强片来加强。
14.根据权利要求I所述的塑料复合保险杠杆，其中除了所述环形形状的插入加强件之外，所述保险杠杆体还由具有不连续直线或曲线形状并在所述保险杠杆体的长度方向上插入的插入加强件进一步加强。
15.根据权利要求I所述的塑料复合保险杠杆，其中所述插入加强件具有大体上圆形、椭圆形或多边形的横截面。
全文摘要
本发明公开一种车辆用塑料复合保险杠杆，其能够实现重量的减少和成本的降低，并具有改良的机械特性、结构强度、碰撞性能、负载导入和对固定点的负载分布，从而与常规塑料复合保险杠杆相比，减小了保险杠的厚度。因此，由于保险杠厚度的减小而可以增大设计的自由度和可销售性。更具体地，车辆用塑料复合保险杠杆包括具有保险杠杆形状并由纤维增强塑料复合材料形成的保险杠杆体；以及插入到保险杠杆体的插入加强件，该插入加强件具有环形形状并被布置在保险杠杆体的长度方向上。
文档编号B60R19/03GK102806877SQ20111033063
公开日2012年12月5日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年5月31日
发明者崔致勋, 咸要翰, J-A·曼森, T·琼森 申请人:现代自动车株式会社, Eelcee有限公司