车辆横向构件及相关的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月17日申请的申请号为62/220,047的美国临时专利申请的优先权，故通过引用的方式将该临时申请的全部内容并入本文。

概括而言，本发明涉及车辆，更具体地而非限制性地而言，涉及车辆横向构件(例如，汽车横梁)以及用于制造该汽车横梁的方法和设备。

背景技术：

车辆通常包含许多横向构件，仅举几例，包括汽车横梁、前后隔板、立柱(例如a柱、b柱、c柱和/或d柱)、缓冲梁以及门梁，其中每一种横向构件可以用于各种目的中的一种或多种目的，例如涉及安全性、结构完整性、降低噪声振动和不平顺性(nvh)的那些目的等。例如，许多车辆包含汽车横梁，其可以被配置为支撑仪表板、转向柱、仪表操纵板、供热通风与空调(hvac)部件、气囊等。通常，汽车横梁被设计为刚性的，例如以抵抗和/或防止受支撑部件的不期望的移动(比如，在碰撞的情况下)，增强车体的结构完整性和/或降低nvh。

许多现有的汽车横梁至少部分地由钢和/或其他重金属形成。一些现有的汽车横梁可以至少部分地由诸如镁、铝等轻质金属形成。其他现有的汽车横梁可以至少部分地由轻质复合材料形成。

许多现有的汽车横梁，不管其制造材料如何，都是多件式结构，包含冲压部件、支架、粱和/或诸如此类的组件。

在以下公开专利中公开了汽车横梁的示例：(1)wo2013/182521；(2)wo2013/182524；和(3)wo2013/182522。

技术实现要素：

现有的汽车横梁可能会受到许多缺点的影响。例如，包含钢和/或其他重金属的汽车横梁可能是过重的，从而导致车辆性能的降低和/或组装时间和/或成本的增加。作为进一步的示例，包含诸如镁、铝、和/或诸如此类的轻质金属的现有的汽车横梁可能相对昂贵并且可能需要增加工具维护(例如由于铸件温度要求的提高)。作为另外的示例，例如，由于与模制工序相关的困难,包含轻质复合材料的现有的汽车横梁可能需要复杂的、多件式结构。此外，现有的多件式结构的汽车横梁可能使组装工序复杂化(例如需要连接不同的材料)和/或过度增加重量、组装时间和/或成本。如以下详细地描述，本发明的车辆横向构件能够被配置为解决这些缺点中的一些或全部。

本发明的车辆横向构件的一些实施例通过在第一端和第二端之间延伸一定长度的细长梁构造并且由包含塑性材料(或塑性部件)和一个或多个层压件的复合体限定，其中至少部分地沿细长梁布置的层压件沿细长梁跨越小于长度的50％的总距离，以例如提供降低的制造成本以及期望的结构特性(例如刚度)。

本发明的车辆横向构件的一些实施例通过以下方式构造：(1)细长梁，其在第一端和第二端之间延伸，并且由包含塑性材料和一个或多个层压件的复合体限定，其中，第一端和第二端中的至少一端限定进入到细长梁中的一个或多个开口，用于将细长梁固定到车辆；和/或(2)包含塑性材料和一个或多个层压件的复合体，该复合体限定细长梁以及：(a)与细长梁成一体并从细长梁延伸出的第一支撑件；(b)与细长梁成一体并从细长梁延伸出(例如并且远离第一支撑件(如果存在))的第二支撑件；和/或(c)与细长梁成一体并从细长梁延伸出(例如，并且在第二支撑件(如果存在)旁边并与其隔开)的第三支撑件，以例如：(i)安装到车辆(例如通过细长梁的第一和/或第二端、第一支撑件、第二支撑件和/或第三支撑件)，而不需要额外的、单独的安装部件(紧固件除外)，例如凸缘、托架和/或板(例如，提供降低的制造成本、装配时间、和/或类似物)；和/或(ii)在单个模具(例如，包含一个或多个滑块)和/或在单一和/或单步模制工序中模制。

本发明的车辆横向构件的一些实施例通过包含塑性材料和一个或多个层压件的复合体构造，该复合体限定细长梁、从细长梁延伸出的第一支撑件和/或从细长梁延伸出的第二支撑件(例如并且远离第一支撑件(如果存在))，其中一个或多个层压件各自至少部分地沿细长梁、第一支撑件和/或第二支撑件布置，并包含：(1)具有在第一方向排列的纤维的材料层，该第一方向基本上平行于相应的梁和/或支撑件的纵轴；和(2)具有在第二方向排列的纤维的材料层，该第二方向相对于第一方向有角度地布置(例如使得第一方向和第二方向之间的最小角度为0至90度、10至80度、30至60度、40至50度、和/或诸如此类)，例如以提供增强的结构强度、处理扭转和/或弯曲载荷的能力、对蠕变和疲劳的抵抗、和/或类似物。

本细长构件(例如，可以用于形成本发明的车辆横向构件的一些实施例的细长梁)的一些实施例通过限定内部通道的侧壁和远离内部通道延伸的一个或多个凸缘(例如限定了呈z形的横截面)配置为在模具中形成，使得侧壁各部分与模具的开模轴线之间的最小角度为至少15°(例如40°至50°)(例如促进模制压力均匀分布到侧壁的各部分，从而缓解表面缺陷、孔隙、和/或类似物的发生)。

本发明的车辆横向构件的一些实施例包括：包括塑性材料和一个或多个层压件的复合体，其中复合体限定了细长梁，并且其中一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿细长梁布置。在一些实施例中，细长梁限定了开放的横截面。在一些实施例中，车辆横向构件包括汽车横梁。在一些实施例中，细长梁限定了封闭的横截面。

在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少部分地沿细长梁布置的至少一个层压件沿细长梁跨越一个总距离，该总距离小于在第一端和第二端之间的细长梁的长度的50％。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少部分地沿细长梁布置的至少一个层压件沿细长梁跨越一个总距离，该总距离为在第一端和第二端之间的细长梁的长度的50％或更多。

在一些实施例中，细长梁的第一端和第二端中的至少一端限定进入细长梁中的一个或多个开口，用于将细长梁固定到车辆。在一些实施例中，一个或多个开口中的至少一个开口延伸穿过一个或多个层压件中的至少一个层压件。

在一些实施例中，复合体限定了与细长梁成一体并从细长梁延伸出的第一支撑件。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿细长梁布置并且至少部分地沿第一支撑件布置。在一些实施例中，第一支撑件限定了一个或多个开口，用于将支撑件固定到车辆。在一些实施例中，第一支撑件的一个或多个开口中的至少一个开口延伸穿过一个或多个层压件中的至少一个层压件。

在一些实施例中，复合体限定了与细长梁成一体并从细长梁延伸出的第二支撑件，并且一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第二支撑件布置。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第二支撑件布置并且至少部分地沿细长梁布置。在一些实施例中，第二支撑件远离第一支撑件延伸。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第二支撑件布置并且至少部分地沿第一支撑件布置。

在一些实施例中，复合体限定了与细长梁成一体并从其延伸的第三支撑件，该第三支撑件在第二支撑件的旁边并与其隔开。

在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含纤维的材料层。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含塑性材料的基质材料。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括按体积计的30％到70％的纤维。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含碳纤维的材料层。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含玻璃纤维的材料层。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含玄武岩纤维的材料层。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含布纤维的材料层。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含连续纤维的材料层。在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括包含不连续纤维的材料层。

在一些实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件包括具有在第一方向排列的纤维的第一材料层和具有在第二方向排列的纤维的第二材料层，第二方向相对于第一方向成角度地放置。在一些实施例中，第一方向和第二方向之间的最小角度为10至80度。在一些实施例中，第一方向和第二方向之间的最小角度为20至70度。在一些实施例中，第一方向和第二方向之间的最小角度为30至60度。在一些实施例中，第一方向和第二方向之间的最小角度为40至50度。

在一些实施例中，塑性材料限定了多个肋。在一些实施例中，塑性材料包括热塑性材料。在一些实施例中，塑性材料包括热固性材料。

在一些实施例中，复合体限定了一个或多个托架。在一些实施例中，一个或多个托架中的至少一个托架被配置为耦合到方向盘。在一些实施例中，一个或多个托架中的至少一个托架被配置为耦合到气囊外壳或承载部件。

用于形成车辆横向构件的本方法的一些实施例包括在模具中形成任何本发明的车辆横向构件的复合体。在一些实施例中，在模具中形成复合体包括在模具中形成一个或多个层压件。在一些实施例中，在模具中形成一个或多个层压件包括将各自包含纤维的一个或多个层放置到模具中并且将塑性材料包覆模制到一个或多个层上。一些实施例包括将一个或多个层压件放置到模具中并且将塑性材料包覆模制到一个或多个层压件上。

在一些实施例中，模具包括各自具有滑块开口方向的一个或多个滑块，并且一个或多个滑块中的至少一个滑块的滑块开口方向相对于模具的开模方向成角度地布置。

用于形成车辆横向构件的本方法的一些实施例包括：在模具中形成具有限定内部通道和一个或多个远离内部通道延伸的凸缘的侧壁的第一细长构件，在模具中形成具有限定内部通道和一个或多个远离内部通道延伸的凸缘的侧壁的第二细长构件，以及通过将第一细长构件的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘耦合到第二细长构件并且将第二细长构件的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘耦合到第一细长构件来形成细长梁，其中第一细长构件和第二细长构件中的至少一个构件由包括塑性材料和一个或多个层压件的复合体限定，并且其中一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第一细长构件和第二细长构件中的至少一个构件布置。在一些实施例中，第一细长构件和第二细长构件中的每一个由包括塑性材料和一个或多个层压件的复合体限定，限定第一细长构件的复合体的一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第一细长构件布置，并且限定第二细长构件的复合体的一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第二细长构件布置。在一些实施例中，耦合包括焊接。

在一些实施例中，形成细长梁包括将第一细长构件的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘耦合到内部通道内的第二细长构件的侧壁并且将第二细长构件的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘耦合到内部通道内的第一细长构件的侧壁。在一些实施例中，在模具中形成第一细长构件使得第一细长构件的侧壁的各部分与模具的开模轴线之间的最小角度至少为15度。在一些实施例中，在模具中形成第一细长构件使得第一细长构件的侧壁的各部分与模具的开模轴线之间的最小角度为40至50度。

在一些实施例中，第一细长构件的侧壁的第一端限定了第一凸缘，并且第一细长构件的侧壁的第二端限定了第二凸缘，第二细长构件的侧壁的第一端限定了第一凸缘，并且第二细长构件的侧壁的第二端限定了第二凸缘，并且形成细长梁包括将第一细长构件的第一凸缘耦合到第二细长构件的第一凸缘并且将第一细长构件的第二凸缘耦合到第二细长构件的第二凸缘。

术语“耦合”限定为连接，尽管未必直接地以及未必机械地连接；“耦合的”两个项可能是相互统一的。除非本公开另外明确要求，术语“一个”和“一种”限定为一个或更多个。如本领域普通技术人员所理解的，术语“基本上”限定为所指的大部分而非全部(并且包括所指的；例如基本上90度包括90度以及基本上平行包括平行)。在任何公开的实施例中，术语“基本上”、“大约”和“约”可以用“在(百分比)内”来代替，其中所指百分比包括0.1％、1％、5％、和10％。

此外，按一定方式构造的装置或系统至少以那种方式构造，但其也能够以除了具体描述的方式之外的其他方式来构造。

术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”是开放式连系动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或更多个元件的装置拥有那些一个或更多个元件，但不限于仅拥有那些元件。同样地，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或更多个步骤的方法拥有那些一个或更多个步骤，但不限于仅拥有那些一个或更多个步骤。

任何装置、系统和方法的任何实施例能够由或基本上由所描述的步骤、元件和/特征中的任何一个组成-而不是包括/包含/含有/具有-所描述的步骤、元件和/特征中的任何一个。因此，在任一权利要求中，术语“由……组成”或“基本上由……组成”能够代替上述的任何开放式连系动词，以便改变使用开放连系动词得到的给定权利要求的范围来改变所给权利要求的范围。

即使没有描述或说明，一个实施例的特征或多个特征可以应用到其他实施例，除非本公开或实施例的性质明确禁止。

下面给出与上述实施例相关联的细节和其他细节。

附图说明

以下附图通过举例而非限制性的方式进行了说明。为了简洁和清晰，给定结构的每个特征并不总是标记在该结构出现的每幅图中。相同的附图标记不一定表示相同的结构。更确切地说，相同的附图标记可以用于表示相似的特征或具有相似功能的特征，不同的附图标记也可以用于表示相似的特征或具有相似功能的特征。附图是按比例绘制的(除非另有说明)，意味着至少对于附图中描述的实施例，所描述的元件的尺寸相对于彼此是精确的。

图1a是本发明车辆横向构件的第一实施例的前透视图。

图1b-1d分别是图1a的车辆横向构件的前透视图，前视图和后透视图。

图1e是图1a的车辆横向构件的后透视图

图2是图1a的车辆横向构件的一个或多个层压件的前透视图

图3a是图2的一个或多个层压件的俯视图，图示为平置在一表面上。

图3b和3c是相应的层压件的俯视图，图示为平置在一表面上，该层压件可以适用于本发明车辆横向构件的一些实施例中。

图4是可以适用于本发明车辆横向构件的一些实施例中的层压件的一部分的分解透视图。

图5a是图1a的车辆横向构件的细长梁的横截面端视图

图5b和5c是可以适用于本发明车辆横向构件的一些实施例中的相应的细长梁的横截面端视图。

图6是描绘图1a的车辆横向构件的结构特征与铝质汽车横梁的结构特征相比较的图。

图7是本发明车辆横向构件的第二实施例的前透视图。

图8描绘了与本发明方法的一些实施例相关的特征。

图9描绘了与本发明方法的一些实施例相关的特征。

图10a是本发明车辆横向构件的第三实施例的分解透视图。

图10b和11a分别是图10a的车辆横向构件的细长梁的透视图和横截面端视图。

图11b是可以适用于本发明车辆横向构件的一些实施例中的细长梁的横截面端视图。

图12描绘了与本发明方法的一些实施例相关的特征。

图13是描绘图10a的车辆横向构件的结构特征与铝质汽车横梁的结构特征相比较的图。

具体实施方式

现在参照附图，并且具体地参照图1a-1e，其中示出的并且由附图标记10a表示的是本发明的车辆横向构件的第一实施例。在示出的实施例中，横向构件10a包括汽车横梁(例如用于汽车、卡车、其他车辆、和/或诸如此类)。例如在该实施例中，横向构件10a被配置为耦合到车辆以对特定车辆部件提供支撑，例如仪表板、转向柱、仪表操纵板、供热通风与空调(hvac)部件，气囊、和/或诸如此类。为了说明，在所描绘的实施例中，横向构件10a以及更具体地复合体14a(在下面更详细地描述)限定了一个或多个托架(例如18a、18b、18c、18d、和/或诸如此类)，其中每个托架都被配置为支撑各个车辆部件中的一个或多个；例如在所示实施例中，托架18a被配置为耦合到转向柱，托架18b被配置为耦合到气囊外壳或承载部件，并且托架18c和18d各自被配置为耦合到用户可操作的配件(例如hvac部件、收音机、和/或诸如此类)。当然，本发明的车辆横向构件的其他实施例可以包括任何合适的横向构件，例如前隔板、后隔板、a柱、b柱、c柱、d柱、缓冲梁、门梁、或诸如此类。

在该实施例中，横向构件10a包括复合体14a。复合体14a可以是合成体，其中该复合物包括结合以形成整体结构的两种或更多种材料。例如，在所描绘的实施例中，复合体14a包括塑性材料30(例如，诸如聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺66、聚碳酸酯/聚丁二酸丁二醇酯、和/或诸如此类的热塑性材料、热固性材料、和/或诸如此类)以及一个或多个层压件(例如，在该实施例中为34a和34b)，其中该塑性材料被包覆模制到一个或多个层压件的至少一个层压件上，该塑性材料与一个或多个层压件中的至少一个层压件紧密接触，一个或多个层压件的至少一个层压件至少部分地放置在塑性材料内、和/或诸如此类。如本公开中所使用的，“塑性材料”可以包含具有多种分散的非塑性要素(例如纤维)的塑料。例如，某些实施例可以包含具有多种分散的、不连续的或短的纤维(例如，碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、和/或诸如此类)的塑料。以实例说明，在实施例中，其中具有分散的纤维的塑料被注入到模具中以同时形成以下两种材料：(1)本车辆横向构件中的一个构件的塑性材料；以及(2)该车辆横向构件的层压件的基质材料，塑料中分散的纤维可以包括与层压件中的纤维相同的材料，但是塑料中分散的纤维将被注入到塑料而不是布置在层压件的分层结构中。为了清楚，“塑性材料”用于表示包含塑料，而不是物理塑性。

图2-3a描绘了车辆横向构件10a的层压件34a和34b。在所示实施例中，层压件34a被配置为(例如在大小和尺寸上确定为)至少部分地沿细长梁58a布置并且至少部分地沿第一支撑件114a布置，并且层压件34b被配置为(例如在大小和尺寸上确定为)至少部分地沿第二支撑件138(如以下详细地描述)布置。其他实施例可以包括任何合适数目的层压件(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多层压件)，其中每个层压件均可以被配置为至少部分地沿车辆横向构件(例如10a)的任一合适的部分布置。例如，图3b和图3c描绘了可以适用于本发明的车辆横向构件的一些实施例中的层压件。图3b描绘了层压件34c和34d，其中层压件34c被配置为(例如，在大小和尺寸上确定为)至少部分地沿细长梁(例如58a)布置，并且层压件34d被配置为(例如在大小和尺寸上确定为)至少部分地沿细长梁和第一支撑件(例如114a)布置。如图3b所示，层压件34c和34d中的至少一个被配置为彼此重叠，使得层压件限定了与由层压件34a所限定的区域基本上相匹配的总区域。图3c描绘了层压件34e，其被配置为(例如在大小和尺寸上确定为)至少部分地沿细长梁(例如58a)、第一支撑件(例如114a)以及第二支撑件(例如138)布置。在该实施例中，层压件34e限定了与由层压件34a和34b所限定的总区域和/或由层压件34b、34c和34d所限定的总区域(例如当以可操作的、潜在重叠的方式布置时)基本上相匹配的区域。

图4描绘了本发明中的层压件中的至少一些层压件的额外细节。层压件34a和34b(和层压件34c、34d、34e、34f、34g、34h、34i、和/或其他实施例的层压件)是其中每个层压件可以由可以结合在一起的一个或多个材料层(例如38a、38b、38c、38d、38e、38f、和/或诸如此类)形成的层压件。例如，如图4所示，层压件34a和34b中的至少一个(例如每个)包括包含纤维的材料层(例如38a)，所述纤维例如为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、布纤维(比如织物)、和/或诸如此类。材料层(例如38a)内的纤维可以是连续的或长的和/或不连续的或短的(例如，如图4中所描绘的各个材料层所示，并且这些纤维可以或可以不完全延伸穿过材料层)。在所描绘的实施例中，层压件(例如34a)的材料层(例如38a)内的纤维和/或层压件内的材料层(例如38a和38b)内的纤维可以使用任何合适的基质材料结合在一起，例如塑性材料30、环氧树脂、(例如热塑性材料)、树脂、和/或诸如此类(例如，通过将各个材料层的纤维分散或放置在基质材料内)。为了说明，在所示实施例中，层压件34a和34b的至少一个(例如每个)包括按体积计的30％到70％的纤维和/或按重量计的10％到70％的纤维。

本发明的车辆横向构件(例如10a)的一个或多个层压件(例如，在该实施例中的34a和34b)可以各自包含任何合适数目(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多材料层)的材料层(例如38a)，并且层压件的每个材料层可以包含在任何合适的方向上排列的纤维(该方向例如可以相对于纵轴和/或材料层和/或层压件的长向维度、相对于层压件的其他材料层中的纤维、相对于沿其布置层压件的粱或支撑件的纵轴等来限定)。例如，在该实施例中，层压件34a和34b中的至少一个(例如每个)包括具有沿第一方向42a排列的纤维的第一材料层38a和具有沿第二方向42b排列的纤维的第二材料层38b。在所描绘的实施例中，第一方向42a相对于第二方向42b以0至90度(例如10至80度、20至70度、30至60度、40至50度等)的角度46成角度地布置。更具体地，在所示实施例中，层压件34a和34b的至少一个(例如每个)包括六个材料层38a-38f，每个材料层具有相对于材料层和/或层压件的纵轴和/或长向维度、相对于支撑件的纵轴或沿其布置层压件的粱(例如细长梁58a的纵轴70、第一支撑件114a的纵轴118、第二支撑件138的纵轴142、和/或诸如此类)、和/或诸如此类分别以大约0、45、-45、-45、45和0度的角度取向的纤维。虽然材料层38a-38f以对称的堆叠顺序示出(例如为便于制造层压件、增强组装的层压件平置的能力、和/或诸如此类)；在其他实施例中，层压件(例如34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h、34i、和/或诸如此类)可以包含堆叠或配置为以任何合适的顺序(包括不对称顺序)堆叠的材料层(例如38a-38f)。在这些方式和其他方面，本发明的车辆横向构件(例如10a、10b、10c、和/或诸如此类)的层压件(例如34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h、34i、和/或诸如此类)可以被配置为提供增强的结构强度、处理扭转和/或弯曲载荷的能力、对蠕变和疲劳的抵抗、和/或诸如此类。

本发明的车辆横向构件(例如10a)的一个或多个层压件(例如，本实施例中的34a和34b)可以包含各自具有任何合适的厚度(例如，其可以至少部分地基于材料层的成分而变化)的材料层。例如，在该实施例中，材料层38a-38f可以均包括碳纤维，其中材料层38a具有大约0.5mm的厚度的碳纤维，材料层38b具有大约0.25mm的厚度的碳纤维，材料层38c具有大约0.25mm的厚度的碳纤维，材料层38d具有大约0.25mm的厚度的碳纤维，材料层38e具有大约0.25mm的厚度的碳纤维，以及材料层38f具有大约0.5mm的厚度的碳纤维。为进一步举例，在所描绘的实施例中，材料层38a-38f可以均包括玻璃纤维，其中材料层38a具有大约0.75mm的厚度的玻璃纤维，材料层38b具有大约0.5mm的厚度的玻璃纤维，材料层38c具有大约0.5mm的厚度的玻璃纤维，材料层38d具有大约0.5mm的厚度的玻璃纤维，材料层38e具有大约0.5mm的厚度的玻璃纤维，以及材料层38f具有大约0.75mm的厚度的玻璃纤维。

在图1a-1e示出的实施例中，车辆横向构件10a的复合体14a限定了在第一端62和第二端66之间延伸并且具有纵轴70的细长梁58a。在所描绘的实施例中，细长梁58a被配置为在第一端62和第二端66的每一端处耦合到车辆。例如在所示实施例中，第一端62和第二端66的至少一端(例如，在该实施例中的第一端和第二端中的每一个)限定了进入细长梁58a中的一个或多个开口72(例如孔、槽、凹口、和/或诸如此类),该开口用于将细长梁固定到车辆(例如，通过一个或多个紧固件，每个紧固件布置进入车辆中并且至少部分地穿过一个或多个开口中的一个开口)。至少以这种方式，本发明的车辆横向构件(例如10a)的一些实施例可以被配置为在一个或多个位置(例如，在细长梁58a的第一端62和/或第二端66处)处安装到车辆，而不需要额外的、单独的安装部件(紧固件除外)，例如凸缘、托架和/或板(例如，提供降低的制造成本、装配时间、和/或诸如此类)。

图5a描绘了沿图1b的线5a-5a截取的细长梁58a的横截面图。如图所示，在该实施例中，细长梁58a限定了开放的横截面。例如，如图所示，细长梁58a包含限定开口通道78(例如，如下文更详细地描述的，尽管通道可能被一个或多个肋中断，诸如从侧壁延伸出并进入通道的肋106a)的侧壁74，其中，开口通道78沿细长梁延伸。在所示实施例中，由侧壁74限定的横截面可以沿细长梁58a而变化(例如，基于刚度、强度、间距、部件安装、和/或类似要求)。例如，在该实施例中，由靠近第一端62的侧壁74所限定的横截面可以具有比由靠近第二端66的侧壁74所限定的横截面更大的横向高度80和/或横向宽度84(例如，为了抵抗通过转向柱施加到细长梁58a的弯曲和/或扭转载荷、和/或诸如此类)。本发明的车辆横向构件的其他实施例可以包括具有限定任何合适的横截面的侧壁(例如74)的细长梁(例如58a)，其示例在图5b和5c中所示，具有圆形的和/或直的边(例如，其可以便于将层压件相对于细长梁合适地放置在配置为形成细长梁的模具内、和/或诸如此类)。

返回参照图1a-1e，在所示实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件(例如，在所示的实施例中为34a)至少部分地沿细长梁58a布置(例如，沿细长梁的纵轴70的方向)。在该实施例中，层压件34a的至少一部分沿细长梁58a布置使得层压件的至少一部分覆盖、构成、限定和/或被布置在细长梁的至少一部分的侧壁74的大部分内(例如接近和包括所有)(例如，从而提高细长梁的至少一部分的刚度或强度)。在所描绘的实施例中，细长梁58a的一个或多个开口72的至少一个开口延伸穿过层压件34a(例如，从而在细长梁安装到车辆的安装位置处提高细长梁的强度)。然而在其他实施例中，一个或多个开口(例如72)中的每一个可以仅延伸穿过塑性材料(例如30)和/或不穿过层压件。

在所描绘的实施例中，细长梁58a在第一端62和第二端66之间延伸长度90，并且沿细长梁放置的一个或多个层压件(例如该实施例中的34a)沿细长梁跨越总距离94，该距离94小于长度90的50％(例如长度的10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或更多)。塑性材料(例如30)通常可以比一个或多个层压件(例如34a和34b)更便宜；因此，至少以这种方式，本发明的车辆横向构件(例如10a)的一些实施例可以提供降低的制造成本(例如，不会不期望地影响横向构件的结构特征，例如刚度，如图所示以及以下参照图6所述)。在所描绘的实施例中，沿细长梁58a布置的一个或多个层压件(例如，在所述实施例中为34a)被设置成比第二端66更靠近第一端62(例如，布置在细长梁的第一端处)；至少以这种方式，一个或多个层压件可以沿细长梁布置以抵抗通过转向柱施加到细长梁上的弯曲和/或扭转载荷、和/或诸如此类。

在所示实施例中，塑性材料30限定了从细长梁58a的侧壁74延伸的多个肋106a，其中至少一些肋可以从侧壁延伸进入通道78中，而其中至少一些肋可以从侧壁延伸离开通道(例如，肋支撑托架18a)。如图所示，在该实施例中，至少一些肋106a可以以一定方向从侧壁74延伸(例如，从而提高结构强度)，该方向基本上垂直于侧壁和/或基本上垂直于由沿侧壁布置的一个或多个层压件(例如，在所述实施例中为34a)所限定的平面。

在所述实施例中，复合体14a限定了从细长梁58a延伸出并具有纵轴118的第一支撑件114a。在所示实施例中，第一支撑件114a在第一端62和第二端66之间的位置处(例如，在比第二端更靠近第一端的位置)从细长梁58a延伸出。在该实施例中，第一支撑件114a被配置为将细长梁58a相对于车辆固定。例如，在所述实施例中，第一支撑件114a限定了一个或多个开口122(例如孔、槽、凹口、和/或诸如此类)用于将第一支撑件固定到车辆(例如，抵靠或者最靠近车辆的防火墙)(例如，通过一个或多个紧固件，每个紧固件各自布置在车辆中并且至少部分地穿过一个或多个开口中的一个)。

在所示实施例中，第一支撑件114a是与细长梁58a统一形成或整体形成的。至少以这种方式，本发明的车辆横向构件(例如10a)的一些实施例可以被配置为在一个或多个位置(例如，在第一支撑件114a处)处安装到车辆，而不需要额外的、单独的安装部件(紧固件除外)，例如凸缘、托架和/或板(例如，提供降低的制造成本、装配时间、和/或诸如此类)。然而，在本发明的车辆横向构件的其他实施例中，第一支撑件(例如114a)可以是耦合到(例如，通过焊接、结合、紧固件、和/或诸如此类)细长梁(例如58a)和/或复合体(例如14a)的单独的部件。

在该实施例中，一个或多个层压件中的至少一个层压件(例如，在所示实施例中为34a)至少部分地沿第一支撑件114a布置(例如，沿第一支撑件的纵轴118的方向)。例如，在所描绘的实施例中，层压件34a至少部分地沿第一支撑件114a布置并且至少部分地沿细长梁布置(例如，并且可以包含具有相对于细长梁的58a的纵轴70对准或相对于第一支撑件114a的纵轴118对准的纤维的材料层)。然而，在本发明的车辆横向构件的该实施例和其他实施例中，第一层压件可以至少部分地沿细长梁(例如58a)布置并且不沿第一支撑件(例如114a)布置和/或第二层压件可以至少部分地沿第一支撑件布置并且不沿细长梁布置(例如细长梁和第一支撑件可以包含单独的层压件)。

在所描绘的实施例中，第一支撑件114a延伸长度116(例如，沿纵轴118测量)，并且沿第一支撑件布置的一个或多个层压件(例如，在该实施例中为34a)沿第一支撑件跨越总距离120，该距离120为长度116的50％或更多(例如长度的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、或100％)(图1a)。在所示实施例中，层压件34a的至少一部分至少部分地沿第一支撑件114a布置使得层压件的至少一部分跨越第一支撑件的宽度126的大部分(例如，接近和包含所有)(例如，从而提高第一支撑件的刚度或强度)。在该实施例中，第一支撑件114a的一个或多个开口122的至少一个开口延伸穿过层压件34a(例如，从而在第一支撑件安装到车辆的安装位置处提高第一支撑件的强度)。然而，在其他实施例中，一个或多个开口(例如122)中的每一个可以仅延伸穿过塑性材料(例如30)(例如并且不穿过层压件)。

在所描绘的实施例中，塑性材料30限定了从第一支撑件114a延伸出的多个肋106b。如图所示，至少一些肋106b可以以一定方向从第一支撑件114a延伸出(例如因此提高结构强度)，该方向基本上垂直于第一支撑件和/或基本上垂直于由沿第一支撑件布置的一个或多个层压件(例如，在所描绘实施例中为34a)所限定的平面。

在所示实施例中，复合体14a限定了从细长梁58a延伸出并具有纵轴142的第二支撑件138。在该实施例中，第二支撑件138从复合体14a以远离第一支撑件114a的方向延伸(例如，第二支撑件可以被描述为相对于第一支撑件围绕细长梁58a旋转)。在该实施例中，复合体14a限定了从细长梁58a延伸出的第三支撑件154，该第三支撑件在第二支撑件138的旁边并且与其隔开，使得细长梁、第二支撑件和第三支撑件共同限定了复合体14a的大致呈u型部分158。在所描绘的实施例中，复合体14a的大致呈u型部分158可以被配置为容纳车辆的一部分(例如传动轴通道)、用户可操作配件(例如hvac部件、收音机、和/或诸如此类)等。在所示的实施例中，第二支撑件138和/或第三支撑件154被配置为固定细长梁58a到车辆。例如，在该实施例中，第二支撑件138和/或第三支撑件154限定了一个或多个开口162(例如孔、槽、凹口、和/或诸如此类)用于将相应的支撑件固定到车辆(例如，抵靠或者最靠近车辆的底板)(例如通过一个或多个紧固件，每个紧固件各自布置在车辆中并且至少部分地穿过一个或多个开口中的一个)。在该实施例中，第二支撑件138和/或第三支撑件154是与细长梁一起统一形成或整体形成的。至少以这种方式，本发明的车辆横向构件(例如10a)的一些实施例可以被配置为在一个或多个位置(例如在第二支撑件138和/或第三支撑件154处)处安装到车辆，而不需要额外的、单独的安装部件(紧固件除外)，例如凸缘、托架和/或板(例如，提供降低的制造成本、装配时间、和/或诸如此类)。然而，在本发明的车辆横向构件的其他实施例中，第二支撑件(例如138)和/或第三支撑件(例如154)可以是被配置为耦合到(例如通过焊接、结合、紧固件等)细长梁(例如58a)和/或复合体(例如14a)的单独的部件。

在所描绘的实施例中，一个或多个层压件的至少一个(例如，在所示实施例中为34b)至少部分地沿第二支撑件138布置(例如沿第二支撑件的纵轴142的方向)。在该实施例中，层压件34b与层压件34a分离；然而，在该实施例和其他实施例中，层压件(例如图3c的层压件34e)可以至少部分地沿第二支撑件(例如138)布置并且至少部分地沿细长梁(例如58a)和/或第一支撑件(例如114a)布置。

在该实施例中，第二支撑件138延伸长度140，并且沿第二支撑件布置的一个或多个层压件(例如，在该实施例中为34b)沿第二支撑件跨越总距离146，该距离146为长度140的50％或更多(例如长度的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、或100％)(图1b)。在所示实施例中，层压件34b的至少一部分至少部分地沿第二支撑件138布置，使得层压件的至少一部分跨越(例如接近和包含全部)第二支撑件的宽度166的大部分(例如，从而提高第二支撑件的刚度或强度)。在该实施例中，第二支撑件138的一个或多个开口162中的至少一个开口延伸穿过层压件34b(例如，从而在第二支撑件安装到车辆的安装位置处提高第二支撑件的强度)。然而，在其他实施例中，一个或多个开口(例如162)中的每一个可以仅穿过塑性材料(例如30)延伸(例如并且不穿过层压件)。

在所描绘的实施例中，没有层压件(例如34a和34b)沿第三支撑件154布置(例如，从而提供降低的制造成本，而不会不期望地影响横向构件的结构特性，例如刚度，如图所示和以下参照图6所述)；然而，在本发明的车辆横向构件的其他实施例中，层压件可以至少部分地沿第三支撑件(例如154)布置。

在所描绘的实施例中，塑性材料30限定了从第二支撑件138(例如和第三支撑件154)延伸出的多个肋106c。如图所示，至少一些肋106c以一定方向从第二支撑件138延伸出(例如，从而提高结构强度)，该方向垂直于第二支撑件和/或垂直于由沿第二支撑件布置的一个或多个层压件(例如，在所示实施例中为34b)所限定的平面。

如图6所示，横向构件10a尽管比可比较的铝质汽车横梁轻40％以上，却具有与铝质汽车横梁相似的刚度值。这种期望的结构特征可以至少部分地由细长梁58a的相对短的部分提供，沿该细长梁布置有一个或多个层压件，该细长梁的一端由车辆(例如，通过一个或多个开口72)支撑并且其另一端由第一支撑件114a和/或第二支撑件138(例如，如上所述的，其中的一个或两个支撑件可以包含一个或多个层压件)支撑。在下面的表1中示出横向构件10a的实施例(一个包括碳纤维层压件和一个包括玻璃纤维层压件)和可比较的铝质汽车横梁之间的进一步比较。

表1：本发明的车辆横向构件的实施例和可比较的铝质汽车横梁之间的频率比较

现在参照图7所示，其中由附图标记10b示出的是本发明的车辆横向构件的第二实施例。横向构件10b可以基本上与横向构件10a相似，主要的不同之处在于沿复合体14b的细长梁58b布置的一个或多个层压件(例如34f，其本身可以包含一个或多个层压件)沿细长梁跨越总距离94，该距离94为细长梁长度90的50％或更多(例如长度的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、或100％)。

用于形成车辆横向构件(例如10a、10b等)的本方法的一些实施例包括在模具(例如300，以下详细地描述)中形成复合体(例如14a、14b、和/或诸如此类)。在一些实施例中，在模具中形成复合体包括在模具中形成一个或多个层压件(例如34a、34b、34c、34d、34e、34f、和/或诸如此类)。例如，在一些实施例中，在模具中形成一个或多个层压件包括将各自包含纤维的一个或多个材料层(例如38a、38b、38c、38d、38e、38f、和/或诸如此类)放置到模具中并且将塑性材料包覆模制到一个或多个材料层上(例如，使得复合体以一步法形成)。一些实施例包括将一个或多个(例如至少部分预制成的)层压件放置到模具中并且将塑性材料包覆模制到一个或多个层压件上(例如，使得复合体以两步法形成)。

图8描绘了与本方法的一些实施例相关的特征。如上所述，为了提高结构强度，可以期望一个或多个肋从大致垂直于该结构的方向上的结构延伸。以横向构件10a为例，至少一些肋106a可以基本上垂直地从细长梁58a延伸出，至少一些肋106b可以基本上垂直地从第一支撑件114a延伸出，并且至少一些肋106c可以基本上垂直地从第二支撑件138延伸出，和/或类似的。至少部分由于这种肋的布置和/或细长梁58a、第一支撑件114a、第二支撑件138、托架18a-18d和/或诸如此类的相对于彼此的取向，具有单一开模方向的模具可能不能形成横向构件10a(例如，由于可能在横向构件10a中存在的底切几何形状)。因此，在一些实施例中，模具包括一个或多个滑块(例如316，以下详细地描述)，每个滑块都具有滑块开口方向(例如320)，其中一个或多个滑块中的至少一个滑块的滑块开口方向相对于模具的打开方向(例如308)成角度地放置(例如基本上垂直)。至少以这种方式，本发明的车辆横向构件(例如10a)的一些实施例可以通过单一的、单步(例如，其中在模具中形成层压件)和/或两步模制工序(例如，其中在模具中放置至少部分预制的层压件)模制在单个模具中。

例如，图9描绘了包含滑块316的示例模具300的示意图。如图所示，模具300包含沿开模方向308相对于彼此可移动的第一模具部分302和第二模具部分304。在该实施例中，随着第一模具部分302和第二模具部分304沿开模方向相对于彼此移动，滑块316沿滑块打开方向320相对于第一模具部分和第二模具部分移动(例如，通过穿过滑块布置的锁定销324引导)。因此，滑块316可以允许模具300模制由从细长梁58a延伸的肋106a产生的底切几何形状(例如，如图所示)。现在参照图10a、10b和11a，其中由附图标记10c表示的是本发明的车辆横向构件的第三实施例。车辆横向构件10c可以与横向构件10b基本相似，主要的不同之处在于横向构件10c包含具有封闭横截面并且由两个细长构件(第一细长构件178a和第二细长构件182a)形成的细长梁58c。在所描绘的实施例中，第一细长构件178a和第二细长构件182a中的至少一个构件(例如两个)可以由包含塑性材料30和一个或多个层压件(例如，如上所述用于横向构件10a和10b)的复合体限定。例如，在所示实施例中，沿第一细长构件178a放置的一个或多个层压件(例如34g，其自身可以包含一个或多个层压件)和/或沿第二细长构件182a放置的一个或多个层压件(例如34h，其自身可以包含一个或多个层压件)沿第一和/或第二细长构件跨越一个总距离，该距离为第一和/或第二细长构件的长度的50％或更多(例如长度的55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、或100％)(例如与横向构件10a相似)；然而在其他实施例中，沿第一细长构件(例如178a)布置的一个或多个层压件(例如34g)和/或沿第二细长构件(例如182a)布置的一个或多个层压件(例如34h)可以沿第一和/或第二细长构件跨越一个总距离，该距离小于第一和/或第二细长构件的长度的50％(例如与横向构件10b相似)。

尽管横向构件10c不包括第二支撑件(例如138)或第三支撑件(例如154)，这些支撑件(以及任何其他适合的支撑件)可以存在于(例如从第二细长构件182a延伸)与横向构件10c相同或相似的本发明的车辆横向构件的其他实施例中。

如上所述，在所示实施例中，横向构件10c包含第一细长构件178a和第二细长构件182a。在该实施例中，第一细长构件178a包含限定内部通道190a的侧壁186a和远离内部通道延伸的凸缘194a。同样地，在所描绘的实施例中，第二细长构件182a包含限定内部通道202a的侧壁198a和远离内部通道延伸的凸缘206a。在所示实施例中，细长梁58c可以通过将第一细长构件178a的凸缘194a耦合到(例如通过焊接、结合、紧固件、和/或诸如此类)第二细长构件182a(例如，如图所示，耦合到内部通道202a内的侧壁198a)和/或将第二细长构件的凸缘206a耦合到(例如通过焊接、结合、紧固件、和/或诸如此类)第一细长构件(例如，如图所示，耦合到内部通道190a内的侧壁186a)来形成。

在该实施例中，部分由于相应的凸缘194a和206a位于并仅从相应的侧壁186a和198a的一端延伸出(例如，如图11a所示)，细长构件178a和182a中的每一个包括大致呈z型的横截面。然而，本发明的车辆横向构件的其他实施例可以包括具有任何合适的横截面的细长构件(例如178a、182a、和/或诸如此类)。例如，参照图11b，第一细长构件178b包含侧壁186b，该侧壁在远离内部通道190b延伸的第一端处限定凸缘194b以及在远离内部通道延伸的相对的第二端处限定凸缘194b(例如，细长构件178b包括大致呈帽子形状的横截面)。同样地，第二细长构件182b包含侧壁198b，该侧壁在远离内部通道202b延伸的第一端处限定凸缘206b以及在远离内部通道延伸的相对的第二端处限定凸缘206b(例如细长构件182b包括大致呈帽子形状的横截面)。如图所示，凸缘194b和206b可以耦合(例如通过焊接、结合、紧固件、和/或诸如此类)到一起以形成细长梁。

图12描绘了与本方法的一些实施例相关的特征。如图所示，第一和第二细长构件178a和182a的大致呈z形横截面分别可以通过允许每个细长构件在模具中形成来促进第一和第二细长构件的模制，使得所述细长构件的相应的侧壁186a或198a(包括相应的凸缘194a或206a)的各部分与模具的开模轴线200之间的最小角度至少为15度(例如从40至45度)，因此促进模制压力均匀分布到侧壁的各部分，从而缓解表面缺陷、孔隙、和/或诸如此类的发生。为了说明，在所描绘的实施例中，侧壁部分208a和开模轴线200之间的最小角度204a大约为45度，侧壁部分208b和开模方向之间的最小角度204b大约为45度，并且凸缘194a和开模方向之间的最小角度大约为45度。

在所描绘的实施例中，第一支撑件114b可以由下第一支撑部分226和上第一支撑部分230限定。例如，在所示实施例中，可以与第一细长构件178a统一或整体形成的上第一支撑部分230可以耦合到(例如通过焊接、结合、紧固件、和/或诸如此类)可以与第二细长构件182a统一或整体形成的下第一支撑部分226。如图所示，在该实施例中，一个或多个层压件(例如34i，其自身包括一个或多个层压件)可以至少部分地沿上第一支撑部分230和/或下第一支撑部分226布置。

如图13所示，尽管横向构件10c比可比较的铝制汽车横梁轻40％以上，却具有与铝制汽车横梁相似的刚度值。

用于形成车辆横向构件(例如10c)的本方法的一些实施例包括在模具中形成具有限定内部通道(例如190a、190b、和/或诸如此类)和一个或多个凸缘(例如194a、194b、和/或诸如此类)的侧壁(例如186a、186b、和/或诸如此类)的第一细长构件(例如178a、178b、和/或诸如此类)，在模具中形成具有限定内部通道(例如202a、202b、和/或诸如此类)和远离内部通道延伸的一个或多个凸缘(例如206a、206b、和/或诸如此类)的侧壁(例如198a、198b、和/或诸如此类)的第二细长构件(例如182a、182b、和/或诸如此类)，以及通过将第一细长构件的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘耦合到第二细长构件并且将第二细长构件的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘耦合到第一细长构件来形成细长梁(例如58c)，其中第一细长构件和第二细长构件中的至少一个构件由包括塑性材料(例如30)和一个或多个层压件(例如34g、34h等)的复合体所限定，并且其中一个或多个层压件中的至少一个层压件至少部分地沿第一细长构件和第二细长构件中的至少一个构件布置。在一些实施例中，耦合包括焊接。

在一些实施例中，在模具中形成第一细长构件使得第一细长构件的侧壁(例如208a、208b、194a、和/或诸如此类)的各部分与模具的开模轴线(例如200)之间的最小角度(例如204a、204b、204c等)至少为15度。在一些实施例中，在模具中形成第一细长构件使得第一细长构件的侧壁的各部分与模具的开模轴线之间的最小角度为40度至50度。

在一些实施例中，第一细长构件和第二细长构件的每一个由包括塑性材料(例如30)和一个或多个层压件(例如34g、34h、和/或诸如此类)的复合体限定，限定第一细长构件的复合体的一个或多个层压件中的至少一个层压件(例如34g)至少部分地沿第一细长构件布置，并且限定第二细长构件的复合体的一个或多个层压件中的至少一个层压件(例如34h)至少部分地沿第二细长构件布置。

在一些实施例中，形成细长梁包括将第一细长构件(例如178a)的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘(例如194a)耦合到内部通道(例如202a)内的第二细长构件(例如182a)的侧壁(例如198a)并且将第二细长构件(例如182a)的一个或多个凸缘中的至少一个凸缘(例如206a)耦合到内部通道(例如190a)内的第一细长构件的侧壁(例如186a)。在一些实施例中，第一细长构件(例如178b)的侧壁(例如186b)的第一端限定了第一凸缘(例如194b)，并且第一细长构件的侧壁的第二端限定了第二凸缘(例如194b)，第二细长构件(例如182b)的侧壁(例如198b)的第一端限定了第一凸缘(例如206b)，并且第二细长构件的侧壁的第二端限定了第二凸缘(例如206b)，并且形成细长梁包括将第一细长构件的第一凸缘耦合到第二细长构件的第一凸缘以及将第一细长构件的第二凸缘耦合到第二细长构件的第二凸缘。

本设备的一些实施例包括一个或多个层压件(例如34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h、34i、和/或诸如此类)和/或一个或多个材料层(例如38a、38b、38c、38d、38e、38f、和/或诸如此类)。这些层压件和/或材料层可以预先切割成合适的形状(例如，如图3a-3c所示)，预先组装和/或预先浸渍以便于制造车辆横向构件(例如10a、10b、10c、和/或诸如此类)。

上述说明书和示例提供了示例性实施例的结构和用途的完整描述。虽然上面已经以某种程度的特殊性或者参考一个或多个单独的实施例来描述了某些实施例，但是本领域的技术人员能够在不脱离本发明范围的情况下，对所公开的实施例做出许多改变。同样地，本方法和系统的各个示例性实施例不旨在限于所公开的具体形式。相反，所述各个实施例包括落在权利要求范围内的所有修改和替换,并且除了所示出的实施例外，实施例可以包含所描述实施例的一些或全部特征。例如，元件可以被省去或结合为整体的结构，和/或连接可以被取代。此外，在适当的情况下，上述任何示例的方面可以与所描述的任何其它示例的方面组合以形成具有相当或不同性质和/或功能并解决相同或不同的问题的另外的示例。同样地，应当理解，上述的益处和优势可以涉及一个实施例或可以涉及数个实施例。除非在给定的权利要求中分别使用词组“用于……的装置”或“用于……的步骤”明确地陈述了这样的限制，否则权利要求不旨在包括并且不应被解释为包括装置+功能或步骤+功能的限制。