專利名稱：混合加強(qiáng)件結(jié)構(gòu)的制作方法
混合加強(qiáng)件結(jié)構(gòu)
優(yōu)先權(quán)要求
本申請(qǐng)要求享有序列號(hào)為61/112，331的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)(提交于2008年11月7 日)的提交日的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用方式被清楚地納入本文。技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)總體涉及結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，更具體地，涉及使用多種加強(qiáng)材料的車輛結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，人們開(kāi)始相當(dāng)關(guān)注改善車輛在碰撞或其他撞擊事件中的性能。一直要解決的一個(gè)具體方面是頂部抗壓性。這些努力的目標(biāo)是增加車輛頂部能夠承受的載荷(例如，在翻車事故中)，從而有助于防止頂部侵入乘客室。迄今為止，大量的嘗試都是在金屬加強(qiáng)件的領(lǐng)域，諸如大量使用鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件。然而，為了使結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件更有效地工作，需要使用相對(duì)較重的結(jié)構(gòu)。這會(huì)不期望地增加車輛的重量，并隨之降低燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，需要一種提供足夠支撐以滿足頂部抗壓性需要的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件以及其他的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件應(yīng)用，同時(shí)避免增加車輛頂部重量的不利影響。
在各種其他車輛位置中，近年來(lái)已發(fā)現(xiàn)大量使用了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中車輛腔室通常裝配結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，以幫助控制碰撞導(dǎo)致的變形。對(duì)于一些應(yīng)用，近年來(lái)普遍使用支架結(jié)構(gòu)(carrier structure)結(jié)合可膨脹材料作為加強(qiáng)件的一部分。參見(jiàn)例如美國(guó)專利 6，932，421,6, 921，130,6, 920，693,6, 890，021 和 6，467，834，所有這些專利都通過(guò)引用方式被整體納入本文。一般而言，這些支架結(jié)構(gòu)都僅由模制的聚合材料制成。一些支架結(jié)構(gòu)僅由金屬材料制成。如同這些結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用的情況，所述結(jié)構(gòu)的尺寸和幾何形狀可與要求所述應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的載荷程度相關(guān)。通常，這是通過(guò)響應(yīng)于所需增加的抗撞擊性來(lái)簡(jiǎn)單地增加用于支架的材料的量(由此增加了部件重量)來(lái)解決的。如果存在如下關(guān)注的話，通常也僅是附帶地關(guān)注對(duì)于在單個(gè)支架內(nèi)的多種變形模式的控制。
對(duì)車輛頂部結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)和支撐提出了進(jìn)一步的具體挑戰(zhàn)，尤其考慮到可采用上述類型的加強(qiáng)件的腔室體積。通過(guò)增加用于支架的材料的量，使得很難采用這樣的加強(qiáng)件其足夠大以提供必要支撐但是又足夠小以適合安裝在指定車輛腔室(包括柱和門檻)的范圍內(nèi)。另外，許多新的車輛設(shè)計(jì)，尤其是涉及緊湊型車輛的設(shè)計(jì)，要求在甚至更小的腔室內(nèi)安裝更強(qiáng)的加強(qiáng)件。常規(guī)加強(qiáng)件結(jié)構(gòu)可能會(huì)不適合，因?yàn)榍皇页叽缫笸ǔ?huì)限制為了增加強(qiáng)度而向加強(qiáng)件增加更多的材料。
因此，仍然需要如下的替代技術(shù)其允許能夠提高支架的支撐能力，同時(shí)避免增加整體重量，并進(jìn)一步避免了與增加原材料和增加處理時(shí)間相關(guān)聯(lián)的成本和時(shí)間。還需要能以相對(duì)小的輪廓形狀來(lái)制造結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，使得其能夠成功地應(yīng)用在更小的腔室內(nèi)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)此處所述的改進(jìn)設(shè)備和方法來(lái)滿足上述需求中的一個(gè)或多個(gè)。
一方面，本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其包括基體部分、可膨脹材料和局部加強(qiáng)件。所述基體部分可以是具有縱向軸線的伸長(zhǎng)的基體加強(qiáng)部分。所述可膨脹材料可以是可膨脹的聚合材料，該可膨脹的聚合材料與所述基體加強(qiáng)部分至少部分相關(guān)聯(lián)。所述局部加強(qiáng)件可以是如下的局部加強(qiáng)件，其與所述縱向軸線總體平行對(duì)準(zhǔn)，并且位于所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的預(yù)期碰撞變形區(qū)內(nèi)。所述局部加強(qiáng)件進(jìn)一步可由如下材料制成，該材料不同于所述基體加強(qiáng)部分的材料，并且具有比所述基體加強(qiáng)部分的材料更高的抗拉強(qiáng)度，使得一旦在碰撞變形區(qū)發(fā)生碰撞，變形的嚴(yán)重程度相比于不具有所述局部加強(qiáng)件的部分會(huì)被大大降低。
這個(gè)方面可進(jìn)一步通過(guò)下列特征中的一個(gè)或其任意組合被表征。所述基體加強(qiáng)部分和所述可膨脹的聚合材料可由相同材料整體制成。所述局部加強(qiáng)件可包括一個(gè)緊固裝置，該緊固裝置將所述局部加強(qiáng)件緊固到一車輛結(jié)構(gòu)或者緊固到所述基體加強(qiáng)部分。所述緊固裝置可附接至任意安裝托架(bracket)、座椅安全帶機(jī)構(gòu)或安全帶卷收器、拖曳柄托架、頂部行李架、鏡托架、天窗托架、緩沖器托架、鉸鏈部件、底盤安裝托架、發(fā)動(dòng)機(jī)托架、懸架部件或者冷卻器托架。所述局部加強(qiáng)件可由選自鋼、鋁、鈦、鎳、鎂、合金、過(guò)渡金屬或上述任意組合的材料制成。所述局部加強(qiáng)件可被所述基體加強(qiáng)部分、所述可膨脹材料或者這兩者基本完全覆蓋。所述基體加強(qiáng)部分可包括彎曲的第一面，該彎曲的第一面與彎曲的局部加強(qiáng)件相接觸。所述局部加強(qiáng)件可以是復(fù)合材料。所述局部加強(qiáng)件可具有一個(gè)外表面，并且該外表面的至少一部分可與膨脹后的所述可膨脹材料相接觸。
另一方面，本發(fā)明設(shè)想了一種如下的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，包括基體加強(qiáng)部分，其具有一個(gè)或多個(gè)延伸部；可膨脹的聚合材料，其鄰近所述一個(gè)或多個(gè)延伸部；以及局部加強(qiáng)件。所述基體加強(qiáng)部分可以是伸長(zhǎng)的，并且可包括彎曲的第一面和縱向軸線。所述可膨脹材料可以與所述基體加強(qiáng)部分至少部分相關(guān)聯(lián)，并且所述一個(gè)或多個(gè)延伸部可導(dǎo)致所述可膨脹材料首先豎直地膨脹，然后僅在所述可膨脹材料延伸越過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)延伸部的高度之后水平地膨脹。所述局部加強(qiáng)件可以與所述基體部分的縱向軸線總體平行對(duì)準(zhǔn)，并且可位于所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的預(yù)期碰撞變形區(qū)域內(nèi)。所述局部加強(qiáng)件還可與所述基體加強(qiáng)部分的彎曲的第一面相接觸，并且可由與所述基體加強(qiáng)部分的材料不同的材料制成。
這個(gè)方面可進(jìn)一步通過(guò)下列特征中的一個(gè)或其任意組合被表征。所述可膨脹材料可具有約2. 5的延展性比。所述局部加強(qiáng)件可具有總體彎曲的或U型的輪廓。所述基體加強(qiáng)部分可以是金屬部件、復(fù)合部件、聚合部件或上述任意組合。所述基體加強(qiáng)部分材料的延展性可小于所述局部加強(qiáng)件材料的延展性。在所述可膨脹材料膨脹之后，所述局部加強(qiáng)件可具有一個(gè)或多個(gè)可見(jiàn)的暴露面。所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件可包括上部、中部和下部，使得所述局部加強(qiáng)件僅與所述中部相接觸。所述基體加強(qiáng)部分、所述局部加強(qiáng)件或者這兩者可包括機(jī)械互鎖裝置。
又一方面，本發(fā)明設(shè)想了一種結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其包括基體加強(qiáng)部分，其包括彎曲的第一面以及一個(gè)或多個(gè)延伸部；可膨脹的聚合材料，其與所述基體加強(qiáng)部分至少部分相關(guān)聯(lián)，其中所述可膨脹的聚合材料位于所述一個(gè)或多個(gè)延伸部附近，使得所述一個(gè)或多個(gè)延伸部導(dǎo)致所述可膨脹材料首先豎直地膨脹，然后僅在所述可膨脹材料延伸越過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)延伸部的高度之后水平地膨脹；局部加強(qiáng)件，其具有總體彎曲的或U型的輪廓，并位于所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的預(yù)期碰撞變形區(qū)域內(nèi)，其中在膨脹后，所述外表面的至少一部分被可見(jiàn)地暴露并且與所述可膨脹材料接觸；所述局部加強(qiáng)件由不同于所述基體加強(qiáng)部分的材料制成；所述局部加強(qiáng)件與所述基體加強(qiáng)部分的彎曲的第一面相接觸；所述基體加強(qiáng)部分材料的延展性小于所述局部加強(qiáng)件材料的延展性；緊固裝置，其將所述局部加強(qiáng)件緊固到一車輛結(jié)構(gòu)或者緊固到所述基體加強(qiáng)部分。


圖1是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)示例性加強(qiáng)件的立體圖。
圖2是圖1的加強(qiáng)件的底視圖。
圖3是圖1的加強(qiáng)件的構(gòu)架圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)示例性加強(qiáng)件的一部分的立體圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)示例性加強(qiáng)件的立體圖。
圖6是圖5的加強(qiáng)件的橫截面圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)附接至圖6中示出的橫截面的示例性托架的視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)示例性加強(qiáng)件的立體圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)示例性加強(qiáng)件的立體圖。
圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的膨脹材料和相鄰延伸部的位置和運(yùn)動(dòng)的圖表。
圖11是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)示例性加強(qiáng)件的立體圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明在此構(gòu)思了一種用于為在車輛碰撞中承受加劇變形的車輛結(jié)構(gòu)部分提供附加的支撐和加強(qiáng)的新穎方法。附加的支撐通過(guò)包括一個(gè)與基體加強(qiáng)部分相結(jié)合以作為單個(gè)支架一部分的局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)提供，其能夠?yàn)檐囕v的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件提供必要的支撐，而不會(huì)增加車輛的整體重量或成本。所述基體加強(qiáng)部分可由聚合材料制成，所述局部加強(qiáng)部分可由金屬材料制成。所形成的結(jié)構(gòu)可比整體由金屬材料制成的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)更輕。所形成的結(jié)構(gòu)還可比整體由聚合材料制成的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(例如，提供與本發(fā)明的加強(qiáng)件等價(jià)支撐的聚合加強(qiáng)結(jié)構(gòu))更輕和/或更便宜。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件能夠?yàn)檐囕v的頂部結(jié)構(gòu)或其他腔室提供附加的支撐，而不會(huì)增加不希望的重量。
通過(guò)將結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件放置在車輛腔室內(nèi)，沖擊力被所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件吸收和消散。在沖擊力過(guò)大的情況下，結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的材料可能會(huì)破裂、彎曲或斷裂。通過(guò)將此處公開(kāi)的局部加強(qiáng)件設(shè)置在一個(gè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件內(nèi)，涉及超過(guò)基體加強(qiáng)部分能夠承受的力的任何碰撞將導(dǎo)致多級(jí)變形。沖擊力可首先接觸基體加強(qiáng)部分。一旦力超過(guò)基體加強(qiáng)部分的強(qiáng)度能力，相對(duì)于導(dǎo)致所述基體加強(qiáng)部分?jǐn)嗔鸦蚱屏眩摿⒈粋鬟f到所述局部加強(qiáng)件。這樣的多級(jí)變形順序可包括控制沖擊力在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件上影響的其他方式。例如，如此處公開(kāi)的，添加可膨脹材料可以增加用于防止基體加強(qiáng)部分的任何破裂或斷裂的附加支撐水平。
如此處所述，局部加強(qiáng)件可被放置為接觸基體加強(qiáng)部分。所述局部加強(qiáng)件可被置于在碰撞過(guò)程中經(jīng)受加劇變形的基體加強(qiáng)部分的一位置處，以降低碰撞對(duì)車輛的有害作用。在整個(gè)基體加強(qiáng)部分在碰撞中都會(huì)經(jīng)受加劇變形的情況下，所述局部加強(qiáng)件還可橫跨基體加強(qiáng)部分的整個(gè)長(zhǎng)度。所述局部加強(qiáng)件可以是由不同于所述基體加強(qiáng)部分材料的材料而制成的伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。所述基體加強(qiáng)部分還可以是具有縱向軸線的伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，所述局部加強(qiáng)件可與所述基體加強(qiáng)部分的縱向軸線以總體平行關(guān)系對(duì)準(zhǔn)。所述局部加強(qiáng)件可用于將所述基體加強(qiáng)部分分為兩個(gè)部分，使得所述局部加強(qiáng)件以平行方式與相對(duì)于所述縱向軸線橫向延伸的一個(gè)或多個(gè)肋結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，和/或與相對(duì)于所述局部加強(qiáng)件的任一側(cè)上的縱向軸線基本平行延伸的一個(gè)或多個(gè)肋結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)。所述局部加強(qiáng)件可經(jīng)由緊固件和/或粘合劑被附接至所述基體加強(qiáng)部分。所述局部加強(qiáng)件可通過(guò)附接、壓力、摩擦、粘附或其任意組合被保持就位。所述局部加強(qiáng)件可包括相同材料的多個(gè)層，或者不同材料的多個(gè)層。所述層還可包括放置在這些層之間的粘合劑和/或可膨脹材料。所述層還可被緊固至彼此、緊固至所述基體加強(qiáng)部分、緊固至任意粘合劑或可膨脹材料，或者這些部分的任意組合。
所述局部加強(qiáng)件可以為嵌件成型(insert-molded)，使得所述局部加強(qiáng)件被插入就位并將熔融材料應(yīng)用在所述局部加強(qiáng)件上方和周圍。所述局部加強(qiáng)件可以與基體加強(qiáng)部分材料、可膨脹材料或者與這兩者共同擠壓形成。所述局部加強(qiáng)件還可通過(guò)緊固件或粘合劑被附接至所述基體加強(qiáng)部分。在附接之后，所述局部加強(qiáng)件可沿著基體加強(qiáng)部分的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，或者其可沿著延伸達(dá)到所述基體加強(qiáng)部分的長(zhǎng)度的約25%、或者延伸達(dá)到所述基體加強(qiáng)部分的長(zhǎng)度的約50%、或者甚至延伸達(dá)到所述基體加強(qiáng)部分的長(zhǎng)度的約75%。所述局部加強(qiáng)件可延伸大于所述基體加強(qiáng)部分的長(zhǎng)度的約25%或者大于其約50%。所述局部加強(qiáng)件可沿著所述基體加強(qiáng)部分的寬度延伸。所述局部加強(qiáng)件可沿著基體加強(qiáng)部分的整個(gè)寬度延伸，或者其可沿著延伸達(dá)到所述基體加強(qiáng)部分的寬度的約25%、或者延伸達(dá)到所述基體加強(qiáng)部分的寬度的約50%、或者甚至延伸達(dá)到所述基體加強(qiáng)部分的寬度的約75%。 所述局部加強(qiáng)件可延伸大于所述基體加強(qiáng)部分的寬度的約25%或者大于其約50%。
一旦將所述局部加強(qiáng)件插入到所述基體加強(qiáng)部分之上，所述局部加強(qiáng)件可具有一個(gè)或多個(gè)暴露面(例如，未被所述基體加強(qiáng)部分所掩蔽的表面)。所述局部加強(qiáng)件還可位于所述基體加強(qiáng)部分內(nèi)，使得基本上局部加強(qiáng)件都被所述基體加強(qiáng)部分所覆蓋(例如，所述局部加強(qiáng)件沒(méi)有暴露面)。在可膨脹材料膨脹之后，局部加強(qiáng)件可繼續(xù)具有一個(gè)或多個(gè)暴露面(例如，未被所述可膨脹材料或者所述基體加強(qiáng)部分所掩蔽的表面)。所述局部加強(qiáng)件最外部的表面可以與所述基體加強(qiáng)部分大體共面或者鄰接。所述局部加強(qiáng)件最外部的表面可以在所述基體加強(qiáng)部分長(zhǎng)度的至少一部分上突出超過(guò)所述基體加強(qiáng)部分和/或相對(duì)于所述基體加強(qiáng)部分凹進(jìn)。
所述局部加強(qiáng)件可包括一個(gè)或多個(gè)壁，并且優(yōu)選地，包括彼此成角度偏離的至少兩個(gè)鄰接壁。所述局部加強(qiáng)件的一個(gè)或多個(gè)壁可以基本上是平面的或可以是彎曲的。所述局部加強(qiáng)件可既包括平面的壁又包括彎曲的壁。所述局部加強(qiáng)件的壁可沿著并匹配所述基體加強(qiáng)部分的相應(yīng)壁(例如，所述局部加強(qiáng)件的壁與所述基體加強(qiáng)部分的一個(gè)或多個(gè)壁相接觸，使得所述角度和/或曲率是互補(bǔ)的)。所述基體加強(qiáng)部分可包括第一面、相對(duì)的第二面以及至少一個(gè)側(cè)壁。所述第一面可包括一個(gè)或多個(gè)肋。所述第二面可包括一個(gè)或多個(gè)肋。 所述一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁可包括一個(gè)或多個(gè)肋。所述肋可沿著關(guān)于所述基體加強(qiáng)部分的縱向軸線的一個(gè)基本橫向方向延伸。所述肋可沿著關(guān)于所述基體加強(qiáng)部分的縱向軸線的一個(gè)基本平行方向延伸。所述基體加強(qiáng)部分可包括第一部分和第二部分，使得所述第一部分不接觸所述局部加強(qiáng)件，以及所述第二部分接觸所述局部加強(qiáng)件。所述基體加強(qiáng)部分可包括多個(gè)第一部分。所述基體加強(qiáng)部分可包括至少兩個(gè)第一部分，每個(gè)第一部分與第二部分的末端鄰接。所述至少一個(gè)側(cè)壁中的一個(gè)或多個(gè)可包括所述局部加強(qiáng)件的至少一部分。
所述局部加強(qiáng)件可以是鋼加強(qiáng)件。所述局部加強(qiáng)件還可以由鋁、擠制鋁、鋁泡沫、 鎂、鎂合金、模制鎂合金、鈦、鈦合金、模制鈦合金、鎳、銅、過(guò)渡金屬、聚氨酯、聚氨酯組合物或其任意組合而制成。所述局部加強(qiáng)件的材料被選擇為使得所述局部加強(qiáng)件的抗拉強(qiáng)度和拉伸模量可以高于所述基體加強(qiáng)部分和/或可膨脹材料的抗拉強(qiáng)度和拉伸模量。所述局部加強(qiáng)件材料的抗拉強(qiáng)度可以是所述基體加強(qiáng)部分材料抗拉強(qiáng)度的至少約1. 2倍。所述局部加強(qiáng)件材料的抗拉強(qiáng)度可以是所述基體加強(qiáng)部分材料抗拉強(qiáng)度的至少約2倍，或者甚至是所述基體加強(qiáng)部分材料抗拉強(qiáng)度的5倍。相比于所述基體加強(qiáng)部分的材料，所述局部加強(qiáng)件的材料還可具有增大的導(dǎo)熱性。所述局部加強(qiáng)件可具有至少1. 2的彎曲模量。
用于所述局部加強(qiáng)件的材料可以薄得約為0. 5mm。所述局部加強(qiáng)件材料的壁厚度可以大于約0.5mm。所述局部加強(qiáng)件材料的壁厚度可以小于約3. 5mm。所述局部加強(qiáng)件材料的壁厚度可以是約1.5mm。所述壁厚度可以在沿著局部加強(qiáng)件的不同位置改變，或者可沿著所述局部加強(qiáng)件的整個(gè)輪廓保持恒定。所述局部加強(qiáng)件可具有至少兩個(gè)非平面的壁。所述局部加強(qiáng)件可具有三個(gè)或更多個(gè)壁，并且還可具有基本彎曲或U型輪廓。所述局部加強(qiáng)件的輪廓可以沿著所述局部加強(qiáng)件不變或變化。所述局部加強(qiáng)件的壁可以形成腔室，并且該腔室可包含肋結(jié)構(gòu)和/或可膨脹材料。
所述基體加強(qiáng)部分可由合適的聚酰胺(例如，尼龍)或其他聚合材料制成。所述基體加強(qiáng)部分可以被嵌件成型、擠壓、模鑄或機(jī)械加工形成，包括諸如聚砜、聚酰胺(例如， 尼龍、PBI或PEI)，或其組合。所述基體加強(qiáng)部分還可選自鋁、擠制鋁、鋁泡沫、鎂、鎂合金、 模制鎂合金、鈦、鈦合金、模制鈦合金、聚氨酯、聚氨酯組合物、低密度固體填充物，以及成形的SMC和BMC。所述基體加強(qiáng)部分可以通過(guò)嵌件成型或擠壓來(lái)形成。所述聚合材料可以被填充或以其他方式加強(qiáng)。例如，其可包括玻璃加強(qiáng)的聚合材料。
如圖1-3中所示，本發(fā)明在基體加強(qiáng)部分13上的加劇變形區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)局部加強(qiáng)件12，使局部加強(qiáng)件的材料不同于所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的基體加強(qiáng)部分的材料。與未安裝有任何局部加強(qiáng)件的基體加強(qiáng)部分的部分相比，安裝有所述局部加強(qiáng)件的所述基體加強(qiáng)部分的區(qū)域可經(jīng)受減少的變形。所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可包括第一面22和第二面23。所述局部加強(qiáng)件可被放置為使得其僅接觸第一面(如圖2中的實(shí)施例所示)。所述第一面可包括具有用于容納所述局部加強(qiáng)件的一個(gè)或多個(gè)壁的凹進(jìn)區(qū)域26。所述凹進(jìn)區(qū)域的壁可以如圖2和3中的實(shí)施例所示為基本平面的，或者可以是彎曲的。
如圖4和5中所示，本發(fā)明的加強(qiáng)件可包括模制肋配置10，例如在美國(guó)專利 7，374，219,7, 160，491,7, 105，112,6, 467，834，以及共同未決的序列號(hào) 11/863，929 的美國(guó)申請(qǐng)中所示出的，所述申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用方式被納入。所述模制肋配置10可包括互聯(lián)的肋網(wǎng)絡(luò)，并且可包括一個(gè)或多個(gè)緊固件11(例如，推釘(push-pin)緊固件)。所述模制肋可被布置為使得它們相對(duì)于所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的縱向軸線是橫向的。所述橫向模制肋的布置可形成沿著所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)布置的多個(gè)腔室27。每個(gè)腔室可包括多個(gè)壁，使得至少一個(gè)壁由所述局部加強(qiáng)件形成。如所示的，例如，在圖11中，所述加強(qiáng)件還可包括一個(gè)或多個(gè)通孔16，流體(例如，電鍍(e-coat)流體)可穿過(guò)所述通孔流出；以及，一個(gè)或多個(gè)托腳(standoff) 或凸出部(Iug)，用于在支架和車輛腔室之間提供間隙。所述模制的肋配置還可包括可膨脹材料15。合適的加強(qiáng)件的實(shí)施例可以在美國(guó)專利6，953，219和6，467，834中發(fā)現(xiàn)(并非局限于此)，所述申請(qǐng)通過(guò)引用方式被納入本文。
如圖4-9中所示，局部加強(qiáng)件12還可包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)11，用于將局部加強(qiáng)件緊固到基體加強(qiáng)部分，或者用于緊固到車輛的任意部件，包括但不限于任意車輛托架、安裝托架、座椅安全帶機(jī)構(gòu)、座椅安全帶卷收器、拖曳柄托架、頂部行李架、鏡托架、天窗托架、緩沖器托架、鉸鏈部件、底盤安裝托架、發(fā)動(dòng)機(jī)托架、懸架部件或者冷卻器托架。所述結(jié)構(gòu)可包括緊固件，例如樹(shù)形緊固件(tree-fastener)或螺紋螺釘緊固件。作為一個(gè)示例，可以使用推釘緊固件，諸如在共有的序列號(hào)12/405,481的美國(guó)申請(qǐng)中公開(kāi)的。所述緊固件能夠?qū)⒍鄠€(gè)材料層或多種材料緊固到一個(gè)結(jié)構(gòu)。合適的緊固件的實(shí)例包括機(jī)械緊固件、夾子、卡扣配合件、螺釘、鉤狀物，或其組合或類似物。為了附接至車輛結(jié)構(gòu)，局部加強(qiáng)件可包括成形的切割開(kāi)口，以裝配在位于車輛結(jié)構(gòu)上的接片(tab)周圍，從而將所述加強(qiáng)件保持就位。而且， 設(shè)想了所述一個(gè)或多個(gè)緊固件可與所述局部加強(qiáng)件由同一種材料整體成型，或者可由不同材料形成，以及可永久地或可拆卸地附接至所述局部加強(qiáng)件。
如圖11中所示，所述基體加強(qiáng)部分13可包括上部17、中部18以及下部19。所述中部可與所述局部加強(qiáng)件12相接觸，而所述上部和下部可不與所述局部加強(qiáng)件接觸。所述上部可包括通孔20，用于將所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件附接至車輛部件。所述下部還可包括大體U形的切除區(qū)域21，以便于將結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件裝配在腔室內(nèi)。所述基體加強(qiáng)部分還可包括第一面22 和第二面23，使得所述局部加強(qiáng)件被放置為與所述第一面接觸。所述第一面22可沿所述基體加強(qiáng)部分的中部18以凹形形狀彎曲。所述局部加強(qiáng)件還可包括凹形彎曲部分M，使得其形狀與基體加強(qiáng)部分的中部的形狀互補(bǔ)。所述局部加強(qiáng)件可覆蓋所述中部的第一面的僅一部分，或者可覆蓋所述中部的整個(gè)第一面。所述第一面、所述第二面或者它們兩者都還可包括多個(gè)肋10。
所述可膨脹材料可以是一旦暴露至約148. 89°C到約204. 44°C之間(約300 °卩到約400 T )(即，一般在汽車噴漆或涂覆操作中經(jīng)歷的溫度)的溫度就會(huì)進(jìn)行膨脹的材料。 所述可膨脹材料一般起泡達(dá)到比原始未膨脹體積多至少5%、多至少50%、多至少200%、 多至少1000%、多至少2000%、多至少5000%或者多得更高的體積。還設(shè)想了由于起泡或不起泡類型的可膨脹材料的固化(curing)(例如，交聯(lián))，所述材料的體積可以在激活之后變小。
所述基體加強(qiáng)部分還可接觸一個(gè)或多個(gè)可膨脹材料，諸如在共有的公開(kāi)號(hào)為 2008/0029200的美國(guó)專利中公開(kāi)的，所述專利通過(guò)引用方式被納入本文。所述可膨脹材料可以是環(huán)氧基材料，諸如在美國(guó)專利5，884，960,6, 348，513,6, 368，438,6, 811，864、 7，125，461,7, 249，415和美國(guó)專利公開(kāi)文本No. 2004/0076831中公開(kāi)的，這些專利通過(guò)引用方式被納入本文。所述基體加強(qiáng)部分還可包括一個(gè)或多個(gè)延伸部14(如圖10中所示)。 基體加強(qiáng)部分除了一旦被安裝在車輛腔室內(nèi)就為車輛提供結(jié)構(gòu)加強(qiáng)以外，其一個(gè)功能是提供一個(gè)攜帶活性可膨脹材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。從而，所述基體加強(qiáng)部分可包括一個(gè)或多個(gè)面向外的表面，在所述表面上放置了一層可膨脹材料。所述可膨脹材料15在這些位置處被應(yīng)用至基體加強(qiáng)部分的表面(在膨脹之前)。可選地，膨脹方向可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)延伸部控制，諸如在美國(guó)專利6，941，719中公開(kāi)的那些延伸部。所述基體加強(qiáng)部分還可由可膨脹材料組成，諸如在共有的公開(kāi)文本號(hào)2007/0090560的美國(guó)專利中所公開(kāi)的可膨脹材料，所述專利通過(guò)引用方式被納入。所述基體加強(qiáng)部分和所述可膨脹材料還可由相同材料整體形成。7/7頁(yè)
根據(jù)本發(fā)明的可膨脹材料可呈現(xiàn)出相對(duì)高的強(qiáng)度模量，同時(shí)還呈現(xiàn)出高度延展性。所述可膨脹材料，尤其是如此處公開(kāi)的特定成分的組合和量(例如，特定的加合物的量的組合、抗沖改性劑的量的組合，或者兩者量的組合)，可以呈現(xiàn)出這種增大的延展性。這些特性可以通過(guò)使用常規(guī)的雙搭接剪切測(cè)試(double lap shear test)方法清晰示出。這樣的方法在ASTM方法D3528-96、A類配置中描述，使用如下測(cè)試參數(shù)測(cè)試粘附體是使用丙酮預(yù)清洗的0. 060英寸厚、1英寸X4英寸的EG-60金屬；每條粘合劑粘結(jié)線是3mm ；測(cè)試搭接尺寸是1英寸X0. 5英寸；測(cè)試速率是0. 5英寸/分鐘。這樣的測(cè)試方法可被用于獲得預(yù)期特性，諸如下列斷裂應(yīng)變除以峰值應(yīng)變的應(yīng)力的比值，其在此處被稱為延展性比 (ductility ratio)；斷裂能(energy-to-break)，其通過(guò)使用斷裂時(shí)的應(yīng)變作為面積計(jì)算的終值而被計(jì)算為位于應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積。
根據(jù)本發(fā)明形成的特定可膨脹材料呈現(xiàn)出如下的激活后的延展性比，該延展性比大于約2. 0，更通常地大于約2. 5，甚至可能大于約2. 8。根據(jù)本發(fā)明形成的特定可膨脹材料呈現(xiàn)出如下的激活后的斷裂能值，當(dāng)根據(jù)上述測(cè)試方法測(cè)定時(shí)，所述斷裂能值大于約 550Nmm,更通常地大于約700Nmm，以及可能地大于約750Nmm。
所述可膨脹材料可以被大體成型為矩形或者塊狀配置，但是也可根據(jù)所述基體加強(qiáng)部分和/或局部加強(qiáng)件的配置按所需或所期望地被成型。當(dāng)然，設(shè)想了所述材料可作為單片(例如，一條)或者多片(例如，多條)被應(yīng)用至所述基體加強(qiáng)部分和/或局部加強(qiáng)件。一旦膨脹，可膨脹材料就會(huì)首先豎直地膨脹，直至接觸任何障礙物，在此障礙物處所述可膨脹材料可開(kāi)始沿水平方向膨脹。所述可膨脹材料能夠膨脹進(jìn)入寬度大于約Imm的任何間隙。而且，根據(jù)本發(fā)明的可膨脹材料能夠增加基體加強(qiáng)部分的延展性。所述可膨脹材料可起到將負(fù)載均勻分布在可膨脹材料的表面上的作用，并依次將負(fù)載均勻傳遞到下面的基體加強(qiáng)部分和/或局部加強(qiáng)件，從而利用基體加強(qiáng)部分和/或局部加強(qiáng)件的固有強(qiáng)度。
除非另有說(shuō)明，此處描述的各種結(jié)構(gòu)的尺寸和幾何形狀不意在限制本發(fā)明，其他尺寸或幾何形狀也是可能的。多個(gè)結(jié)構(gòu)部件可由單個(gè)集成的結(jié)構(gòu)提供。或者，單個(gè)集成的結(jié)構(gòu)可被分為分立的多個(gè)部件。另外，盡管本發(fā)明的特征可能已在各示例實(shí)施方案的僅其中一個(gè)的上下文中示出，但是這樣的特征可以與其他實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)其他特征結(jié)合， 用于任意特定應(yīng)用。從上文還應(yīng)理解的是，關(guān)于此處獨(dú)特結(jié)構(gòu)的制造及其操作還構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明的方法。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案已被公開(kāi)。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解到，一些修改也會(huì)在本發(fā)明的教導(dǎo)的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)研讀所附權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真正范圍和內(nèi)容。
此處給出的解釋和示例意在使本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明、其原理以及其實(shí)際應(yīng)用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可調(diào)整本發(fā)明并以其各種形式應(yīng)用本發(fā)明，只要其會(huì)最佳適合于具體應(yīng)用的要求。相應(yīng)地，所給出的本發(fā)明的具體實(shí)施方案不意在是排除性的或者限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)參照上述說(shuō)明確定，而應(yīng)參照隨附的權(quán)利要求以及該權(quán)利要求賦予的等同物的全部范圍來(lái)確定。公開(kāi)的所有文章和參考文獻(xiàn)，包括專利申請(qǐng)和公開(kāi)文本，都出于所有目的通過(guò)引用方式被整體納入本文。正如從下列權(quán)利要求中可得知的，其他組合也是可能的，這些組合也在此通過(guò)引用方式被納入本書面說(shuō)明中。10
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，包括i)伸長(zhǎng)的基體加強(qiáng)部分，其具有一個(gè)縱向軸線；ii)可膨脹的聚合材料，其與所述基體加強(qiáng)部分至少部分地相關(guān)聯(lián)；以及iii)局部加強(qiáng)件，其與所述縱向軸線總體平行對(duì)準(zhǔn)，并且位于所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的預(yù)期碰撞變形區(qū)內(nèi)，其中所述局部加強(qiáng)件由如下材料制成，該材料不同于所述基體加強(qiáng)部分的材料并且具有比所述基體加強(qiáng)部分的材料更高的抗拉強(qiáng)度，使得一旦在碰撞變形區(qū)發(fā)生碰撞，變形的嚴(yán)重程度相比于不具有所述局部加強(qiáng)件的部分會(huì)降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述基體加強(qiáng)部分和所述可膨脹的聚合材料由相同材料整體制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述局部加強(qiáng)件包括一個(gè)緊固裝置，該緊固裝置將所述局部加強(qiáng)件緊固到一車輛結(jié)構(gòu)或者所述基體加強(qiáng)部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述緊固裝置附接至任意安裝托架、座椅安全帶機(jī)構(gòu)或安全帶卷收器、拖曳柄托架、頂部行李架、鏡托架、天窗托架、緩沖器托架、鉸鏈部件、底盤安裝托架、發(fā)動(dòng)機(jī)托架、懸架部件或者冷卻器托架。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述局部加強(qiáng)件由選自鋼、 鋁、鈦、鎳、鎂、合金、過(guò)渡金屬或上述任意組合的金屬材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述基體加強(qiáng)部分包括第一面、第二面以及至少一個(gè)側(cè)壁，所述局部加強(qiáng)件與所述第一面和所述至少一個(gè)側(cè)壁相接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述局部加強(qiáng)件被所述基體加強(qiáng)部分、所述可膨脹材料或者這兩者基本完全覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述基體加強(qiáng)部分包括彎曲的第一面，該彎曲的第一面與彎曲的局部加強(qiáng)件相接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述局部加強(qiáng)件是復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述局部加強(qiáng)件具有一個(gè)外表面，并且所述外表面的至少一部分與膨脹后的所述可膨脹材料相接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件包括第一面和第二面，所述第一面和所述第二面包括一個(gè)或多個(gè)橫向肋結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述一個(gè)或多個(gè)橫向肋結(jié)構(gòu)用作沿所述第一面和第二面形成的一個(gè)或多個(gè)腔室的壁。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述一個(gè)或多個(gè)腔室包括由所述局部加強(qiáng)件形成的至少一個(gè)壁。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述可膨脹材料具有約 2. 5的延展性比。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述局部加強(qiáng)件具有總體彎曲或U型的輪廓。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述基體加強(qiáng)部分是金屬部件、復(fù)合部件、聚合部件或上述任意組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述基體加強(qiáng)部分材料的延展性小于所述局部加強(qiáng)件材料的延展性。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中在所述可膨脹材料膨脹之后，所述局部加強(qiáng)件具有一個(gè)或多個(gè)可見(jiàn)的暴露面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件包括上部、 中部和下部，使得所述局部加強(qiáng)件僅與所述中部相接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到19中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，其中所述基體加強(qiáng)部分、所述局部加強(qiáng)件或者這兩者包括機(jī)械互鎖裝置。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于插入到車輛結(jié)構(gòu)的腔室內(nèi)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件，該結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件包括基體加強(qiáng)部分(13)、可膨脹材料以及局部加強(qiáng)件(12)。所述局部加強(qiáng)件被放置在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件內(nèi)的預(yù)期在車輛碰撞中加劇變形的位置，以盡力減小變形并控制碰撞之后的負(fù)載分布。
文檔編號(hào)B62D29/00GK102481954SQ200980148965
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者G·哈利特, H·E·理查德森, X·錢 申請(qǐng)人:澤菲羅斯公司