阅读说明：本技术 用于连接车辆复合部件的附接接口 (Attachment interface for connecting vehicle composite components ) 是由 R.沙林 L.弗赫斯特 M.瓦尔默达姆 于 2019-07-23 设计创作，主要内容包括：提供了一种用于连接车辆复合部件(1)的附接接口(9),所述附接接口具有板部分(16),其由纤维增强聚合物制成并且具有沿轴线(30)以贯穿方式延伸的通道(28)；附接接口(9)具有金属附接装置(41),其包括接合通道(28)的内部部分(43)和限定适于连接到另一车辆元件的连接点的外部部分(57)；板部分(16)轴向夹在由纤维增强聚合物复合材料制成的两层(36、37)之间,所述复合材料特别选自包括BMC(块状模塑料)、LFT(长纤维热塑性塑料)和DLFT(直接长纤维热塑性塑料)的组。(An attachment interface (9) for connecting a vehicle composite component (1) is provided, the attachment interface having a plate portion (16) made of a fibre-reinforced polymer and having a channel (28) extending therethrough along an axis (30); the attachment interface (9) has a metal attachment device (41) comprising an inner portion (43) engaging the channel (28) and an outer portion (57) defining a connection point adapted to be connected to another vehicle element; the sheet portion (16) is axially sandwiched between two layers (36, 37) made of a fibre-reinforced polymer composite material, in particular selected from the group comprising BMC (bulk moulding compound), LFT (long fibre thermoplastic) and DLFT (direct long fibre thermoplastic).)

用于连接车辆复合部件的附接接口

技术领域

本发明涉及一种用于将车辆复合部件连接到另一车辆元件的附接接口。特别地，本公开涉及一种用于将车辆悬架立柱或转向节连接到转向控制臂和/或车辆悬架的支撑臂的附接接口。

背景技术

众所周知，例如根据US2016121927A1，为了燃料经济性，汽车工业中对于车辆部件的重量减轻有越来越大的推动作用。一个这样的部件是转向关节，其将车轮轴承连接到车辆悬架。更一般地，这些部件包括车辆悬架的所有立柱。

通常，需要由轻质复合材料比如纤维增强聚合物制造转向节/立柱。在该领域中，最有效的复合结构是层压板或板元件的形状，即相对薄的元件，其可以形成为具有合适的曲率并在车辆部件中限定壳部分。

然而，当选择用于形成车辆部件的复合板元件时，出现的问题是如何将这种复合结构连接到车辆的其他部件以及如何将局部高载荷传递到这种复合结构的问题。

实际上，在车辆悬架部件领域中，车辆悬架部件通过铰接连接(如球形接头)连接到支撑或控制臂，其传递非常高的载荷作为基本上局部(准时(punctual))载荷。这可能是在这种悬架部件中引入纤维增强聚合物的限制，因为板或壳元件形式的复合材料通常不能承受局部载荷。

在US2017/008558A1中公开了根据现有技术的附接接口的示例，其对应于权利要求1的前序部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连接车辆复合部件的附接接口，该附接接口通过确保将力和载荷优化传递到这种复合部件和从这种复合部件优化传递力和载荷来解决上述问题。

根据本发明，提供了一种用于连接车辆复合部件的附接接口，如所附权利要求中所限定的。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，附图示出了本发明的非限制性实施例，其中：

-图1是表示根据本发明的设置有附接接口的优选实施例的车辆复合部件的透视图，用于将这种车辆复合部件连接到其它车辆元件上；

-图2是图1的附接接口之一的横截面，沿着图1中的线II-II标识的剖面截取；

-图3是图1的另一附接接口的剖视图，沿图1中的线III-III标识的剖面截取；

-图4是图1的另一附接接口的剖视图，沿着图1中的线IV-IV标识的剖面截取；以及

-图5和6是示出图1的附接接口的相应变型的横截面。

具体实施方式

参考图1，附图标记1表示车辆轻质部件，尤其由轻质悬架立柱或转向节(在所示的非限制性实施例中为转向关节)限定。

轻质悬架立柱或转向节1仅以示意性非限制性方式表示，以便使本发明所基于的概念更清楚。因此，显然本发明适用于具有任何合适的不同形状和功能的车辆轻质部件，从而本发明不以任何方式限于所示的特定实施例。

根据本发明的一方面，悬架立柱或转向节1以下面将详细描述的方式由复合材料制成，例如纤维增强合成塑料树脂。

特别地，悬架立柱或转向关节1包括用于接收车轮滚动轴承3的轴承附接接口2，车轮滚动轴承3是本领域公知的HBU(轮毂轴承单元)，因此为了简单起见未详细示出和描述。

轴承附接接口2包括具有圆柱形状的第一套筒元件4和在使用时与车轮轴承3的旋转和对称轴线重合的对称轴线A。在所示的非限制性示例中，第一套筒元件4是金属的并且优选地包括车轮滚动轴承或HBU3的钢制外圈。可替代地，第一套筒元件4可以配置为以已知的方式例如通过过盈配合接收车轮轴承3，并且在这种情况下可以由金属合金或纤维增强合成塑料制成。

根据本发明的优选方面，轴承附接接口2还包括径向布置在第一套筒元件4外侧的第二套筒元件5和径向布置在第二套筒元件5内侧的环形主体6。环形主体6由复合材料制成，其优选选自包括BMC(块状模塑料)、LFT(长纤维热塑性塑料)和DLFT(直接长纤维热塑性塑料)的组。

在所示的特定实施例中，环形主体6与第一套筒元件4同轴。

根据本发明的一方面，轻质悬架立柱或转向节1包括多个附接接口9、9a、9b、9c和9d，其配置成在使用中将悬架立柱或转向节1连接到相应的控制或支撑元件，其是已知的并且为了简单起见未示出。特别地，附接接口9和9a用于将转向节1连接到车辆悬架的相应支撑臂；附接接口9b和9c用于将制动钳连接到转向节1；且附接接口9d用于将转向节1连接到车辆转向装置的控制或转向臂。

轻质悬架立柱或转向节1还包括支撑结构11，其将轴承连接接口2机械地连接到附接接口9、9a、9b、9c、9d。

支撑结构11由纤维增强复合材料制成，包括至少一个叶片或板元件12。具体地，支撑结构11成形为网状框架，其包括化学和/或机械地互连到彼此的多个叶片或板元件12。优选地，至少一个叶片元件12也化学和/或机械地直接结合到轴承连接接口2的外侧表面，以便与其一体地连接成一体。

方便地，每个叶片元件12包括嵌入聚合物基质中的一个或多个连续纤维垫或层片(plie)。当叶片元件12由多于一个垫或层片形成时，垫或层片彼此堆叠。特别地，为了获得叶片元件12，这种垫或层片已经彼此压缩模制，并且至少一个叶片元件12已经压缩模制到轴承连接接口2的外表面。

更一般地，每个叶片元件12包括(热固性或热塑性)聚合物基质以及嵌入这种基质中的增强纤维(例如玻璃和/或碳和/或芳族聚酰胺)。

参考图2，根据本发明的一方面，附接接口9包括至少一个板或叶片部分，特别是两个板或叶片部分16和17，它们限定相应叶片元件12的一部分并且布置成一个在另一个上面。

板部分16具有两个相对的面18和19，在面18和19之间具有基本恒定的厚度。根据未示出的变型，面18和19之间的厚度是可变的。在所示的特定实施例中，板部分16成形为限定腔20，特别是面向轴线A。面18是凹的并且限定腔20，而面19是凸的并且面向外。

以类似的方式，板部分17由两个相对的面23和24限定，优选地在面23和24之间具有基本恒定的厚度。面23朝向面19布置，而面24面向外。特别地，面23包括与面19间隔开的区域25，以及区域26，区域26与面19的区域27接触并且具有与区域27中的一个相匹配的形状。

板部分16和17具有相应的通道28和29，它们沿着横向于面18、19、23、24的轴线30延伸穿过。

根据本发明的一方面，附接接口9包括复合材料35，复合材料35由纤维增强聚合物限定，至少覆盖面18和24，并且有利地，选自包括BMC(块状模塑料)、LFT(长纤维热塑性塑料)和DLFT(直接长纤维热塑性塑料)的组。

BMC以及LFT/DLFT是合成塑料材料，其中相当长度(通常为1/2英寸或12毫米)的各个增强纤维均匀地分散在合成塑料基质中而没有特定的定向(或在压缩过程中由流动定向但从未以层布置)，而例如在SMC材料中，纤维以层设置。在BMC材料中，合成塑料基质通常由热固性树脂形成，并且这种材料适于通常通过压缩模制形成；在LFT/DLFT材料中，合成塑料基质由热塑性树脂限定，并且这种材料适于通过注射/压缩模制形成。此外，在BMC和LFT/DLFT材料中，增强纤维具有均匀的长度。

优选地，在最终的模塑材料中，各个增强纤维形成相对于彼此对齐的纤维组，并且这些组在基质中随机均匀分散，以产生几乎各向同性的材料。

特别地，复合材料35直接与面18、19、23、24接触。复合材料35包括至少两个层36、37，它们分别布置在板部分16、17上的固定位置，并且分别通过表面38和39轴向限定成沿轴线30彼此相对。以这种方式，板部分16和17夹在层36和37之间。特别地，层36和37由彼此分开的件限定。

方便地，复合材料35包括另一层40，其填充面23和19之间的任何可能的间隙，并且特别地，与层36成一体，以便限定单个垫或块，其包围板部分17的至少一部分(图1)。在另一侧，层37限定了垫，其至少部分地填充腔20。

附接接口9还包括由金属材料(例如铝合金和/或钢)制成并且包括***件42的附接装置41，***件42接合通道28和29并且至少部分地嵌入复合材料35中。在所示的实施例中，***件42包括套管43，其同轴地接合通道28和29，嵌入复合材料35中并具有轴向孔44，优选地在套管43的两个轴向端部处开口，这样的轴向端部由附图标记45和46表示。

优选地，***件42还包括凸缘48，其设置在轴向端部45处，从套管43径向向外突出并且限定环形肩部49，环形肩部49横向于轴线30延伸并与表面38接触。在特定的非限制性示例中，凸缘48部分地嵌入层36中。

优选地，金属附接装置41还包括垫圈53，其与***件42间隔开(即与套筒43的轴向端部46间隔开)并且限定肩部54，肩部54横向于轴线30延伸并与表面接触。更优选地，垫圈53部分地嵌入层37中。

以这种方式，复合材料35轴向夹在肩部49和54之间。为了在制造过程中获得这种布置，方便地，复合材料35在模制过程中铸造，以便根据面18、19、23、24的轮廓成形。换句话说，首先将***件42和垫圈53与板元件12一起放入模具中；然后，将纤维增强聚合物例如BMC化合物包覆成型到板部分16和17、***件42和垫圈53上，以填充空隙空间；最后，将这种聚合物材料固化，以最终形成复合材料35层。

根据一变型，***件42和/或垫圈53在将纤维增强聚合物包覆成型到板部分16和17上之后提供，即***件42和/或垫圈53联接到已经通过模制形成的复合材料35上。

仍参考图2，金属附接装置41还包括附接元件55，附接元件55具有沿轴线30伸长的形状，并且又包括与孔44同轴接合的销内部部分56和附接外部部分57，其在复合材料35和***件42的外侧轴向突出，以便限定用于连接另一车辆部件的连接点。在图2所示的附接接口9中，附接外部部分57包括适于联接到悬臂(未示出)的球形接头58。

由于联接件，优选地是包括附接元件55的螺纹端部60和螺纹螺母61的螺纹联接件，附接元件55在固定位置联接到***件42，螺纹螺母61拧在螺纹端部60上并且(直接或间接地)轴向搁置在垫圈53上。同时，销内部部分56通过锥形配件在固定位置轴向地保持在孔44中。换句话说，销内部部分56具有锥形表面63，该锥形表面63在轴向端部45处与套筒43的锥形表面64接触并匹配。显然，施加在螺纹联接件上的拧紧在销内部部分56上产生轴向张力且因此在肩部49和54之间的复合材料35上产生轴向压缩。实际上，由拧紧的螺纹联接件施加的轴向载荷由锥形表面63在锥形表面64上传递，因此在整个***件42上传递；由于该轴向载荷，凸缘48被轴向拉向垫圈53，从而压缩复合材料35，因此沿轴线30压缩板部分16和17。

根据未示出的变型，锥形配件可以由部分57的凸缘代替，轴向搁置在凸缘48上，或者直接在表面38上(即在轴向端部45处没有凸缘)。

使用复合材料35来形成层36、37和40(板部分16和17夹在其中)允许在金属附接装置41和板部分16、17之间以更均匀的方式传递和分配载荷。实际上，载荷不是直接在***件42的套筒43和板部分16、17之间(在通道28、29的边缘处)传递，而是一方面在***件42和复合材料35之间传递，另一方面在复合材料35和面18、19、23、24之间传递。换句话说，层36、37和40具有沿着面18、19、23、24的相对宽的区域逐渐分配局部载荷的功能，以便在由这些层36、37和40覆盖的板部分16、17上获得较低的局部应力。特别地，***件42通过螺纹联接件从附接元件55接收载荷并将这种载荷传递到复合材料35，复合材料35形成为使得将载荷分配(优选地以均匀的方式)到板部分16、17的较宽区域而不超过允许的应力。换句话说，在设计阶段期间，附接接口9的部件的尺寸应确定为在每个过渡中实现接触压力，该接触压力在由特定情况产生的任何载荷条件下不超过特定材料所允许的应力。

如上所述，还使附接接口9保持板部分16和17在平行于轴线30的方向上在肩部49和54之间被压缩：这种压缩有助于防止板部分16和17的可能的分层失败。施加的预压缩必须足够高以使板部分16、17保持处于压缩状态，但不超过压缩极限。

图3示出了附接接口9a，其包括由图2中用于附接接口9的相同参考标记表示的部件，但后面是参考字母“a”。与图2的金属附接装置41相比，金属附接装置41a具有倒置的布置，以便在腔20a中提供球形接头58a并在表面38a上提供垫圈53a。

此外，方便地，层36a包括周边部分65，其相对于面24a具有基本恒定的厚度，以及中间部分66，其容纳轴向端部46a并且具有比周边部分65更高的厚度。

图4示出了附接接口9b，其包括由图2中用于附接接口9的相同参考标记表示的部件，但后面是参考字母“b”。

与图2的附接接口9相比，附接接口9b仅包括夹在层36b和37b之间的一个板部分16b。特别地，层36b直接布置在面19b上。此外，优选地，凸缘48b设置在腔20b中，与表面39b接触。在另一个轴向侧，在所示的特定实施例中，金属附接装置41b不包括任何垫圈。更具体地，套筒43b的端部46b没有完全嵌入复合材料35中，特别是与表面38b齐平。

在该实施例中，优选地，附接元件55b由螺钉或螺栓限定，包括的杆具有拧入轴向孔44b中的螺纹内部部分56b。附接元件55b具有外部部分57b，该外部部分57b限定用于另一车辆元件的连接点，例如，用于连接制动钳(未示出)。特别地，附接元件55b的外部部分57b包括端部部分或头部58b，其适于在表面38b和头部58b的环形肩部54b之间轴向夹紧待连接的车辆元件。该轴向夹紧作用还可以在待连接的车辆元件和凸缘48b的肩部49b之间施加复合材料35b的轴向压缩。

附接接口9c与附接接口9b相同，因此为简单起见未对其进行描述。

根据未示出的变型，头部58b可以由螺母代替，螺母拧到外部部分57b的螺纹端部上，和/或后者可以与***件42b成一体(即附接元件55b和***件42b由单个金属件代替，该金属件包括嵌入复合材料中的内部部分和限定待连接的车辆元件的连接点的突出外部部分)。

图5部分地示出了提供两个板部分16c和17c的变型，该板部分基本上是平面的(而不是弯曲的和/或限定腔)。此外，方便地，板部分16c和17c介于复合层36c、37c和40c之间，所述复合层彼此成一体，即它们限定复合材料35c(具有复合材料35、35a、35b的特征)的单个体部分。优选但非必要地，板部分16c和17c彼此完全间隔开。根据该变型，特别地，金属附接装置41c(部分示出)设置有***件42c，其具有相对厚的凸缘48c。

图6部分地示出了附接装置的变型，由参考标记41d表示。金属附接装置41d包括***件42d，其由套管或衬套限定，没有任何凸缘。特别是，当不需要在复合材料35d层之间轴向压缩板部分16d时，使用这种布置。根据未示出的另一变型，***件42d不存在并且金属附接装置41d包括螺栓，该螺栓具有延伸穿过板部分16d中及复合材料35d层中的轴向通道的内部部分，以及适于连接另一车辆元件的外部部分。同时，螺栓可以通过螺母紧固以压缩复合材料35d，例如在两个垫圈之间。

显而易见的是，在上面已经描述的所有实施例和变型中，选自包括BMC、LFT和DLFT的组的复合材料限定了复合板部分夹在其中以将由金属附接装置41、41a、41b、41c、41d传递的载荷分配到这种板部分的层。此外，优选地，将选自包括BMC、LFT和DLFT的组的复合材料夹在中间以压缩板部分并防止其可能的分层。

因此，根据本发明的附接接口限定了在复杂重载应用比如汽车转角悬架中使用复合材料的更有效方式。同时，根据本发明的附接接口是相对柔性的，因为它可以与具有不同布置和/或不同配置的金属附接装置一起使用。特别地，在金属附接装置41、41a、41b、41c、41d中使用螺纹联接件允许容易地压缩复合材料35、35a、35b、35c、35d的层之间的板部分。

此外，显而易见的是，除了高性能之外，本发明的附接接口相对简单且制造经济。特别地，复合材料35、35a、35b、35c、35d的层可以根据设计要求以简单的方式成形。

因此实现了本发明的所有目的。

最后，显而易见的是，本发明的附接接口可以应用于与已经示出为特定的非限制性示例的悬架立柱/转向节1不同的车辆部件。