阅读说明：本技术 车辆的结构件 (Structural member of vehicle ) 是由 三宅一实 弥武朋也 绘面瞳 于 2019-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及车辆的结构件。该结构件包括：第一构件(2),该第一构件具有通道横截面,所述通道横截面具有面对内侧方向的开口侧,并且所述第一构件由包含针织物(5)和基质树脂的纤维增强树脂形成；以及第二构件(3),该第二构件设置在所述第一构件的内侧并且附接到所述第一构件,并且由金属材料制成。(The present invention relates to a structural member of a vehicle. This structure includes: a first member (2) having a channel cross section with an open side facing the inside direction and formed of a fiber-reinforced resin containing a knitted fabric (5) and a matrix resin; and a second member (3) that is provided inside and attached to the first member, and that is made of a metal material.)

车辆的结构件

技术领域

本发明涉及车辆的结构件，并且具体地，涉及由包括纤维增强树脂和金属材料的复合材料制成的车辆结构件。

背景技术

已知通过使用碳纤维增强树脂形成用于车辆中柱的结构件(例如，参见JP2005-225364A)。该现有技术的结构件包括中空支柱，并且在车辆外侧使用编织材料(其中，碳纤维呈普通编织形式)并且在车辆内侧使用UD材料(单向材料)(其中，碳纤维以预定方向排列)。在侧面碰撞时，由于结构件从车辆的外侧接收载荷，因此在车身外侧产生压缩应力，并且在车身内侧产生拉伸应力。当编织材料用于增强纤维时，纤维增强树脂的抗压强度可比使用UD材料时有所提高。相反，当UD材料用于增强纤维时，纤维增强树脂的抗拉强度可比使用编织材料时有所提高。因此，通过在产生压缩应力的车身外侧使用编织材料并且在产生拉伸应力的车身内侧使用UD材料，可改善车辆结构件的能量吸收特性。

为了进一步改善车身结构件的能量吸收特性，进一步提高在结构件外侧使用的纤维增强树脂的抗压强度是有效的。因此，需要具有比使用将编织材料用于增强纤维的纤维增强树脂更有利的特性的纤维增强结构件。

发明内容

鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种车辆的结构件，其中，该结构件包含纤维增强树脂并且具有改善的能量吸收特性。

本发明通过提供一种车辆的结构件来实现此目的，该结构件包括：第一构件(2)，该第一构件具有通道横截面，所述通道横截面具有面对内侧方向的开口侧，并且所述第一构件由包含针织物(5)和基质树脂的纤维增强树脂形成；以及第二构件(3)，该第二构件设置在所述第一构件的内侧并且附接到所述第一构件，并且由金属材料制成。

根据本发明的另一方面，一种车辆的结构件包括：第一构件(2)，该第一构件具有通道截面，所述通道截面具有面对第一方向的开口侧，并且由包含针织物(5)的纤维增强树脂形成；以及第二构件(3)，该第二构件设置在所述第一构件的在所述第一方向上的一侧并且附接到所述第一构件，所述第二构件由金属材料制成，所述第一构件设置在所述第二构件的外侧。

当针织物用于纤维增强树脂中的增强纤维时，抗压强度可提高。因此，通过将针织物用于纤维增强树脂，可有效提高设置在外侧并因此在碰撞时承受压缩载荷的第一构件的机械强度。通过将金属材料用于第二构件，可确保在碰撞时承受拉伸载荷的第二构件的抗拉强度。因此，如上定义的本发明可改善车辆的结构件的能量吸收特性。

优选地，所述第一构件包括顶壁(2A)、从所述顶壁的相应侧边缘直立延伸的一对侧壁(2B)以及从相应侧壁的自由端边缘远离彼此延伸的一对凸缘(2C)，并且所述第二构件连接到所述凸缘。

因此，可简化第一构件和第二构件之间的连接，以便有助于车辆结构件的制造，并且可确保结构件的机械强度。

优选地，所述第一构件和所述第二构件联合地限定封闭的横截面。

由此，可提高结构件的抗弯刚度(强度)。

优选地，所述第二构件包括与所述顶壁面接触的部分以及与所述侧壁面接触的部分。

因此，结构件的体积可被最小化，使得结构件可用在车辆的可用空间可能有限的各种部分中。

优选地，所述针织物被包含在所述顶壁、所述侧壁和所述凸缘中，并且被包含在所述顶壁、所述侧壁和所述凸缘中的所述针织物包括织物的连续片。

由此，可使第一构件的抗压强度最大化。

优选地，所述针织物被赋予适形于所述顶壁、所述侧壁和所述凸缘的三维构造。

因此，在制造过程期间不需要切割或缝制织物，使得可有助于制造工作。另外，可使编织物的浪费最小化。

优选地，所述针织物包括呈间隔开关系的一对相互相对的层(5A)以及将这两个层彼此连接的连接部分(5B)。

由此，可特别提高第一构件的抗压强度。

所述第二构件可设置有多种不同配置，诸如：平面板构件，其附接到第一构件的凸缘；通道构件，其具有与第一构件的开口侧面对的开口侧并且附接到第一构件的凸缘；以及封闭横截面构件，其附接到第一构件的凸缘。可根据特定需要来选择这些选项。

因此，本发明提供了一种车辆的结构件，其中，该结构件包含纤维增强树脂并且具有改善的能量吸收特性。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的车辆的结构件的立体图；

图2是结构件的剖视图；

图3是针织物的剖视图；

图4是车身的简化侧视图；

图5是前保险杠的立体图；

图6是后保险杠的立体图；

图7是例示碰撞时结构件中产生的力矩和载荷的立体图；

图8是示出抗压强度测试的结果的曲线图；

图9是例示静态和动态四点弯曲测试的布置的示图；

图10是示出静态四点弯曲测试的结果的曲线图；

图11是示出动态四点弯曲测试的结果的曲线图；

图12是根据第二实施方式的车辆的结构件的剖视图；

图13是根据第三实施方式的车辆的结构件的剖视图；以及

图14是根据第四实施方式的车辆的结构件的剖视图。

具体实施方式

下面参照图1和图2来描述根据本发明的第一实施方式的结构件。该结构件由细长构件组成，该细长构件可用作被设计成承受弯曲载荷的梁构件。该结构件可用在车身的前端、后端或侧端，并且可(但不限于)形成支柱或门槛。

如图1和图2所示，根据第一实施方式的结构件1包括彼此接合的第一构件2和第二构件3。第一构件2由包括纤维和浸渍在纤维中的基质树脂的纤维增强树脂形成。纤维可以是(但不限于)玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或芳族聚酰胺纤维。基质树脂可以是诸如环氧树脂、不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂这样的热固性树脂或诸如尼龙树脂和ABS树脂这样的热塑性树脂。

在该实施方式中，纤维被形成为针织物5。可通过诸如平针织(Jersey针织)、罗纹针织和针刺针织这样纬编针织或诸如单Denbigh针织这样的经编针织来形成针织物5。另外，如图3所示，针织物5可具有以间隔开关系彼此面对的多个层5A以及将邻近层5A彼此连接的连接部分5B。在所例示的实施方式中，层5A的数量是2个。例如，在浸渍基质树脂之前的针织物5优选地在大气压下具有65％至85％的空隙率(15％至35％的纤维体积比)。

如图1和图2所示，第一构件2具有顶壁2A、从顶壁2A的相应侧边缘直立延伸的一对侧壁2B以及从相应侧壁2B的自由端边缘延伸的一对凸缘2C。因此，第一构件2具有帽形横截面(通道横截面)。第一构件的开口侧被称为通常指向内侧方向的第一方向。顶壁2A、侧壁2B和凸缘2C均形成为平板形状，并且在预定方向上延伸。侧壁2B从顶壁2A倾斜地延伸，以便朝向相应的凸缘2C逐渐地彼此间隔开。在另一个实施方式中，侧壁2B彼此平行地延伸。凸缘2C可设置在同一假想平面上，但是也可彼此偏移。

纤维被形成为沿着顶壁2A、侧壁2B和凸缘2C延伸的针织物5的单个连续片。针织物5可具有与顶壁2A、侧壁2B和凸缘2C对应或适形的三维形状。

可例如通过真空辅助树脂传递成型(VaRTM)形成第一构件2。在真空辅助树脂传递成型中，将针织物5放入成型模具中，通过抽空成型模具的内腔将基质树脂引入成型模具中，从而用基质树脂浸渍针织物5。优选的是，放入成形模具中的针织物5被针织成预定三维形状，从而不再需要预先切割和缝制针织物。

第二构件3由金属构件形成。金属构件可以是(但不限于)诸如不锈钢这样的铁合金、铝合金或镁合金。第二构件3相对于第一构件2设置在第一方向(内侧方向)上并且附接到第一构件2。在第一实施方式中，第二构件3被形成为板形，并且附接到第一构件2以封闭第一构件2的开口。第二构件3沿着第一构件2延伸并且其对应的侧边缘抵靠第一构件2的凸缘2C。通过穿过第一构件2的凸缘2C和第二构件3的边缘的多个螺栓8将第一构件2和第二构件3彼此紧固，并且将多个螺母9拧到对应的螺栓8。在另一个实施方式中，通过使用铆钉将第一构件2的凸缘2C和第二构件3的对应边缘彼此紧固。在又一个实施方式中，通过使用粘合剂将第一构件2的凸缘2C和第二构件3的对应边缘彼此结合。

如图4所示，结构件1可用在车身20的前侧、后侧、左侧或右侧，并且第一构件2被放置在第二构件3的外侧，以便有利地对抗从外部施加到车身20的载荷，如通常碰撞时的情况一样。结构件1可在其部分中具有弯曲，或者可弯曲成适形于车身20的轮廓或者满足任何其他要求。通常，设置在车身20外侧的结构件弯曲成在外侧方向上面对其凸侧。另外，根据本发明的结构件1可有利地用作前保险杠21、门槛22、中柱23或后保险杠24的一部分。

如图4和图5所示，在由结构件1形成的前保险杠21中，第一构件2设置在第二构件3的前方(或者在车身20的外侧)，并且第一构件2和第二构件3在横向方向上延伸。前保险杠21的第二构件3的外表面(后表面)经由一对左右保险杠撑杆26附接到车身20的下前部中的在前后方向上延伸的一对左右前侧框架27的前端。通过焊接或者使用螺栓等进行紧固，将保险杠撑杆26和第二构件3彼此接合。第一构件2和第二构件3弯曲成使得其横向中心部分相对于其横向端部向前突出，形成向前凸的保险杠。

如图4所示，在由车辆的结构件1形成的门槛22中，第一构件2在车身20的横向方向上设置在第二构件3的向外侧(外侧)。第一构件2和第二构件3在前后方向上延伸。门槛22的第一构件2和第二构件3的前端连接到沿着车身20的侧面竖直延伸的前柱28的下端部，并且门槛22的第二构件3的后端连接到车身20的下后部中的也在前后方向上延伸的后侧框架29的前端。通过使用诸如螺栓这样的紧固件或者通过使用粘合剂，将第一构件2接合到前柱28。通过使用诸如螺栓这样的紧固件或者通过使用粘合剂或者通过焊接，可将第二构件3接合到前柱28和后侧框架29。

在由车辆的结构件1形成的中柱23中，第一构件2设置在相对于车身20的横向方向的第二构件3的向外侧(外侧)，并且第一构件2和第二构件3竖直地延伸。中柱23的第一构件2和第二构件3的上端接合到在车身20的上侧的在前后方向上延伸的车顶侧构件31的中间部分。第一构件2和第二构件3的下端接合到门槛22的中间部分。通过使用诸如螺栓这样的紧固件或者通过使用粘合剂，将第一构件2接合到车顶侧构件31和门槛22。通过使用诸如螺栓这样的紧固件或者通过使用粘合剂或者通过焊接，将第二构件3接合到顶侧构件31和门槛22。

如图4和图6所示，后保险杠24与横向构件32联合地形成车辆的结构件1。横向构件32在横向方向上延伸，并且在其任一横向端部处接合到后侧框架29的后端。横向构件32是金属板构件，其具有面对前后方向的主平面。结构件1的第二构件3由横向构件32形成。换句话说，结构件1由第一构件2和用作第二构件3的横向构件32联合地形成。第一构件2在沿着第一构件2的上边缘和下边缘延伸的凸缘2C处抵靠并附接到横向构件32的后表面。因此，第一构件2设置在相对于横向构件32(第二构件3)的后方(外侧)。通过使用诸如螺栓这样的紧固件或者通过使用粘合剂，将第一构件2和横向构件32彼此接合。

下面参照图7讨论当碰撞载荷被施加到结构件1时结构件1的行为。第一构件2设置在结构件1中的第二构件3的向外侧。因此，在碰撞时，碰撞载荷被施加到第一构件2的顶壁2A，并且向车身20的内侧推动结构件1。结果，在结构件1中产生弯曲力矩，使得在第一构件2的纵向方向上产生压缩应力，并且在第二构件3的纵向方向上产生拉伸应力。因此，通过增加第一构件2的抗压强度，结构件1的弯曲强度以对应的方式得以改善，结构件1的能量吸收能力也得以改善。另外，同样，通过增加第二构件3的抗拉强度，车辆的结构件1的弯曲强度可得以改善，结构件1的能量吸收能力也得以改善。

图8是示出纤维增强树脂的抗压强度测试结果的曲线图。样本1是其中纤维采取针织物形式的纤维增强树脂，并且样本2是其中纤维采用编织物形式的纤维增强树脂。样本1和2的不同之处仅在于纤维的结构和纤维体积比Vf[％]，但是在其他方面彼此相似。在样本1和2中，纤维包括玻璃纤维并且基质树脂包括环氧树脂。样本1的针织物具有通过连接部分彼此连接的两层针织物(参见图3)。样本2的纤维被形成为平纹编织物。在样本1和2中，针织物和编织物与压缩方向对准。样本1的纤维体积比Vf为32％，并且样本2的纤维体积比Vf为51％。

如图8所示，样本1和2表现出基本相同的屈服强度(抗压强度)。然而，在样本2中，抗压强度在达到屈服点后急剧下降，而在样本1中，抗压强度在达到屈服点后仅逐渐降低。换句话说，样本2在达到屈服点后就基本上失效，而样本1经历塑性变形，但是在达到屈服点后继续吸收能量。因此，可得出结论，样本1的能量吸收能力比样本2大。这意味着，与使用编织物的情况相比，在结构件1的承受压缩应力的部分中使用针织物使结构件1的能量吸收能力提高。

对根据本发明的样本3以及作为比较示例的样本4进行静态和动态弯曲测试。样本3是根据上述第一实施方案的结构件1(参见图1)，并且第一构件2包含由用于增强纤维的玻璃纤维制成的针织物和用于基质树脂的环氧树脂。第二构件3由铝合金制成。针织物5具有两层5A和将这两层5A彼此连接的连接部分5B。作为比较示例的样本4与样本3的不同之处仅在于增强纤维的结构和纤维体积比Vf[％]，但是在其他方面彼此相似。在样本4中，增强纤维被形成为平纹编织物。样本3的纤维体积比Vf为32％，并且样本4的纤维体积比Vf为51％。

如图9所示，在弯曲试验中，在第二构件3放在下侧的情况下将样本3和4放在两个支撑销41上，并且经由一对加载销42从上方将加载头43向下压到第一构件2的中间部分。假定样本3和样本4的长度为10，两个支撑销41之间的距离为9并且两个加载销42之间的距离为4。在静态弯曲测试中，加载头43以10mm/min向下位移。在动态弯曲测试中，加载头43从上方下落，致使加载销42与样本3和样本4碰撞。

图10中示出的静态弯曲测试和图11中示出的动态弯曲测试的结果是，可看出样本3的弯曲强度大于样本4。而且，可看出即使在达到屈服点后样本3的弯曲强度也保持，与样本4形成对照，样本4一旦达到屈服点就迅速失去弯曲强度。这意味着，样本3的能量吸收能力比样本4大。图10和图11中的曲线图中的载荷相对于位移的积分对应于所吸收能量的量。

在如上所述配置的结构件1中，设置在车辆外部侧(外侧)的第一构件2的纤维被形成为针织物，使得在碰撞时产生压缩应力的部分的抗压强度可提高。另一方面，由于设置在车辆内部侧(内侧)的第二构件3由金属构件形成，因此可以提高在碰撞时产生拉伸应力的部分的抗拉强度。因此，根据本发明，可以改善车辆结构件1的能量吸收特性。

由于针织物5具有以间隔开的关系彼此面对的两个层5A和连接这两个层5A的连接部分5B，因此可提高第一构件2的抗压强度。由于纤维通常在针织物5中成环，因此在加载时允许纤维相对于彼此移动，以便吸收能量。连接部分5B允许层5A相对于彼此移动，并且这进一步有助于吸收能量。

由于针织物5被设置成具有与顶壁2A、侧壁2B和凸缘2C对应的三维形状，因此在制造时不需要对针织物5进行切割和缝合，从而制造操作得以简化。此外，可使材料的浪费最小化。

下面描述本发明的第二实施方式至第四实施方式。第二实施方式至第四实施方式的结构件40、50和60与第一实施方式的结构件1的不同之处在于第二构件3的配置，但是在其他方面与第一实施方式的结构件1相似。

如图12所示，根据第二实施方式的结构件40的第二构件3包括顶壁3A、从顶壁3A的相应侧边缘直立延伸的一对侧壁3B以及从相应侧壁3B的自由端远离彼此延伸的一对凸缘3C，使得限定出帽形横截面。第二构件3在第二构件3的相应凸缘3C处紧固于第一构件2的凸缘2C。第二构件3的顶壁3A相对于凸缘3C设置在第一构件2的远侧。因此，第二实施方式中的第二构件3包括通道构件，该通道构件附接到第一构件2的凸缘2C并且具有与第一构件2的开口侧面对的开口侧。根据第二实施方式，通过将三维形状引入第二构件3，第二构件3的弯曲强度(刚度)可提高，使得结构件40的弯曲强度(刚度)可提高。

如图13所示，根据第三实施方式的结构件50的第二构件3具有顶壁3A、一对侧壁3B和一对凸缘3C，使得限定出帽形横截面。第二构件3在其相应凸缘3C处紧固于第一构件2的凸缘2C。第二构件3的顶壁3A相对于凸缘3C设置在第一构件2那侧。第二构件3的顶壁3A至少部分地与第一构件2的顶壁2A进行面接触，并且第二构件3的侧壁3B至少部分地与第一构件2的相应侧壁2B进行面接触。根据第三实施方式，结构件50的体积可被最小化。因此，结构件50可用在车身20的可用空间有限的各种部分中。第三构件55可附接到第二构件3，使得可与第二构件3配合形成封闭的横截面。第三构件55可被形成为具有帽形或平板形。可通过使用螺栓8和螺母9将第三构件55一起紧固到第一构件2和第二构件3。

如图14所示，根据第四实施方式的结构件60的第二构件3具有封闭的横截面。第二构件3可包括彼此联接以联合地形成封闭的横截面的第一半3D和第二半3E。第一构件2的凸缘2C可附接到第一半3D和第二半3E中的至少一个。

尽管已经依据特定实施方式描述了本发明，但是本发明不受这些实施方式限制，而是可在不脱离本发明的精神的情况下以各种方式进行修改。例如，结构件1可设置在门板的内部。例如，结构件1可设置在构成门板的内板和外板之间，并且可在前后方向上延伸，以连接门板的前端和后端。可自由选择第一构件2的针织物5的结构，也可应用除了上述结构之外的各种针织结构。