用于车辆部件的纤维复合材料支撑的制作方法
【专利说明】用于车辆部件的纤维复合材料支撑
[0001]要求优先权
[0002]本申请是于2014年5月6日提交、现在在审的标题为“HYBRID COMPOSITEINSTRUMENT PANEL”的第14/270,951号美国专利申请的连续部分申请案，其全部公开内容结合于此作为参考，本申请在35U.S.C.§ 120下要求其优先权和利益。
技术领域
[0003]本发明大体而言涉及复合材料部件设计，更具体而言，涉及复合材料车辆仪表板设计及制造复合材料车辆仪表板的方法。
【背景技术】
[0004]车辆利用轻质部件和设计以减小车辆重量，尤其是车辆的大型内部部件(例如仪表板)的重量，正变得越加普遍。重量减小能够提高车辆性能和燃料经济性。可通过将车辆部件的当前材料使用较轻重量的材料进行替换来实现重量节省。然而，在某些情况下，车辆中使用的较轻重量的材料与它们较重的对应部件相比具有较小的机械完整性。
[0005]在其他情况下，某些较轻重量的材料，例如碳纤维复合材料，与传统材料相比实际上可具有改良的机械性能。遗憾的是，使用这些材料制造车辆部件的制造成本可能过高或者至少不足够低以弥补车辆性能的潜在改良和燃料经济性。此外，这些较强的复合材料通常使用在仅具有一个或者少量实际需要提高机械性能的区域的大型车辆部件中。
[0006]因此，人们需要与传统车辆部件相比具有更佳或相当的机械性能的较轻质车辆部件。人们还需要为了特定应用在这些部件的特定区域定制机械特性，从而使昂贵的加强材料的使用最少以及部件中需要之处的机械特性的增强最大。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一个方面，一种车辆仪表板包括:加强件，加强件包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；和连接至加强件的基板。基板包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维。仪表板还包括由基板形成的转向柱托架并且其包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维。转向柱托架接合转向柱以使得基板和托架支撑转向柱。
[0008]根据本发明的另一个方面，一种车辆仪表板包括:加强件，加强件包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维；和连接至加强件的基板。基板包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维和短切玻璃纤维。仪表板还包括由基板形成的安装托架元件以及连接至安装托架的支撑托架元件。安装托架包括尼龙树脂内的多个短切碳纤维。
[0009]根据本发明的又一个方面，一种车辆仪表板包括:加强件，加强件包括树脂内的第一纤维材料；和基板，基板包括第二树脂内的第一纤维材料和第二纤维材料。第一纤维材料和第二纤维材料基本被分离至基板的各自的驾驶员侧部分中和乘客侧部分中。仪表板还包括由基板的驾驶员侧部分形成的安装托架。安装托架包括第二树脂内的第一纤维材料。
[0010]所属领域的技术人员在研究以下说明书、权利要求书以及附图后，将了解和理解本发明的上述方面和其他方面、目的和特点。
【附图说明】
[0011]在附图中:
[0012]图1是根据一个实施例的车辆内的车辆仪表板的前视立体图；
[0013]图2是图1中所示的仪表板的俯视立体分解图；
[0014]图3是根据另一实施例的仪表板基板的如视立体图；
[0015]图4是根据再一实施例的仪表板基板的前视立体图；
[0016]图5是根据另一实施例的车辆部件的底部正视图；
[0017]图6是根据一额外实施例的注塑成型系统的俯视立体图；
[0018]图7A是图6中的注塑成型系统在将熔化的复合材料注入模具的步骤期间沿线X-X截取的截面图；
[0019]图7B是图6中的注塑成型系统在冷却熔化的复合材料的步骤期间沿线X-X截取的截面图；以及
[0020]图8是根据另一实施例使用图6中的注塑成型系统形成车辆部件的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0021 ] 在本文的说明中，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”以及它们的衍生词应与本发明在图1中的定向相关。然而，应理解，除非有明确地相反规定，本发明可采用各种替代定向。还应理解，附图中例示并在以下说明书中描述的具体装置和方法仅仅是随附权利要求书中界定的本发明概念的示例性实施例。因此，不应将与本文中公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性视为具有限制性，除非权利要求书明确地另有所指O
[0022]参见图1，所示了车辆14的舱室10。车辆14包括驾驶员侧区域18和乘客侧区域22。在舱室10内具有仪表板26和其他车辆部件，例如挡风玻璃36。仪表板26位于舱室10内车辆前部、挡风玻璃36下方。仪表板26具有驾驶员侧部分40、中央控制台(center-stack)部分44和乘客侧部分48。仪表板26的这些部分，以及这些部分内部的特定区域或位置通常具有不同的机械特性要求。
[0023]在本发明中使用的“外侧”是指最靠近车辆14内的驾驶员侧车门52和乘客侧车门56的横向侧部或区域。本发明中使用的术语“内侧”是指车辆14内从横向相对的外侧侧部或区域往内的中央区域。
[0024]仪表板26的驾驶员侧部分40和乘客侧部分48基本上分别靠近车辆14的驾驶员侧区域18和乘客侧区域22。仪表板26的驾驶员侧部分40包括由组合仪表罩64覆盖的组合仪表60。转向柱68定位于组合仪表60的下方。转向柱68由仪表板26支撑并与车辆仪表板26前方的转向系统(未示出)接合。转向柱68通过仪表板26从转向系统延伸进入舱室10。转向柱68具有方向盘72，方向盘72设置在车辆14的舱室10内的驾驶员侧区域18中。方向盘72包括驾驶员气囊76，驾驶员气囊76在发生车辆碰撞事件时展开。因此，仪表板26的驾驶员侧部分40会具有苛刻的机械要求，尤其是在其必须支撑受到可变荷载和运动的其他车辆部件(例如方向盘68)的位置处。
[0025]仍参见图1，侧面通风口 80设置在仪表板26的每个外侧。仪表板26还包含位于仪表板26的中央控制台部分44内的一组中央排气口 84。仪表板26的中央控制台部分44位于驾驶员侧部分40与乘客侧部分48之间。中央控制台部分44包括可由车辆14的驾驶员侧区域18和乘客侧区域22两者的乘员操作的界面88。中央控制台部分44连接至仪表板26的驾驶员侧部分40和乘客侧部分48两者。
[0026]还如图1中所示，仪表板26的乘客侧部分48包括手套箱组件110、位于组件110上方的乘客气囊组件114。手套箱组件110包括手套箱门118，手套箱门118允许进入手套箱仓(未示出)。在一些实施例中，手套箱组件110是与仪表板26分离的部件，并在制造期间插入和附接。在其他实施例中，组件110的手套箱仓利用仪表板126的仪表板基板120(图2) 一体形成，且手套箱门118是在制造期间附接的独立部件。根据乘客侧部分48的构造，其可能具有需要额外机械加强的中央区域或位置，例如在其包含或附接至手套箱组件Il0的位置。
[0027]再次参见图1，乘客气囊组件114包括乘客气囊滑槽124 (图2)，以及其他部件，例如乘客气囊、气囊罐和充气装置。在车辆碰撞事件中，乘客气囊被充气装置(未示出)充气，从而导致乘客气囊从罐膨胀通过乘客气囊滑槽124 (图2)并到达仪表板26之外。气囊的充气和膨胀在周围部件中产生高应力，如果仪表板26未正确加强，高应力可能导致仪表板26的结构失效。在一些实施例中，仪表板26的仪表板基板120 (图2)也可包括用于驾驶员侧区域18和乘客侧区域22两者的乘员的膝部气囊罐，可能需要额外加强。
[0028]现在参见图2，仪表板26包括仪表板基板120和加强件150。加强件150位于基板120的车辆前方并在多个点连接至基板120。基板120与加强件150可通过胶粘、振动焊接、热板焊接或其他形式的接合进行连接。加强件150包括驾驶员侧部分154、中央控制台部分158和乘客侧部分162。加强件150限定驾驶员侧部分154和乘客侧部分162上相应的转向柱孔口 166和手套箱孔口 170。凸缘174位于加强件150的中央控制台部分158内并向车后延伸以与基板120的中央控制台部分180接合和连接。
[0029]还如图2中所示，仪表板基板120包括驾驶员侧部分184、中央控制台部分180和乘客侧部分188。基板120的驾驶员侧部分184限定转向柱开口 192，当基板120与加强件150连接时，转向柱开口 192与加强件150的转向柱孔口 166对准。转向柱68(图1)穿过转向柱孔口 166和转向柱开口 192两者，并经由转向柱安装区域196附接至基板120，如图2中所示。转向柱安装区域196位于基板120上并靠近转向柱开口 192。在一些实施例中，用于转向柱68的夹套可靠近安装区域196 —体形成在基板120中。在其他实施例中，安装托架或支撑托架可靠近转向柱开口 192 —体形成在基板120中用于支撑转向柱68。将加强件150连接至基板120为安装区域196以及最终为仪表板26提供了足够的强度，以支撑转向柱68的重量而无需使用车辆横梁。因此，基板120的驾驶员侧部分184中的某些区域或位置可能需要和/或受益于额外的加强。
[0030]仍参见图2，仪表板基板120的中央控制台部分180包括用于容纳和安装界面88(图1)以及其他电子部件的电子设备舱200。中央控制台部分180位于基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188两者之间并一体式连接至基板120的驾驶员侧部分184和乘客侧部分188两者。根据中央控制台部分