[0003] 本申请总体涉及结构加强件，更具体地，涉及使用多种加强材料的车辆结构的加强件。

[0004] 近年来，人们开始相当关注改善车辆在碰撞或其他撞击事件中的性能。一直要解决的一个具体方面是顶部抗压性。这些努力的目标是增加车辆顶部能够承受的载荷(例如，在翻车事故中)，从而有助于防止顶部侵入乘客室。迄今为止，大量的尝试都是在金属加强件的领域，诸如大量使用钢结构加强件。然而，为了使结构加强件更有效地工作，需要使用相对较重的结构。这会不期望地增加车辆的重量，并随之降低燃油经济性。因此，需要一种提供足够支撑以满足顶部抗压性需要的结构加强件以及其他的结构加强件应用，同时避免增加车辆顶部重量的不利影响。

[0005] 在各种其他车辆位置中，近年来已发现大量使用了结构加强件，其中车辆腔室通常装配结构加强件，以帮助控制碰撞导致的变形。对于一些应用，近年来普遍使用支架结构(carrier structure)结合可膨胀材料作为加强件的一部分。参见例如美国专利6,932,421、6,921,130、6,920,693、6,890,021和6,467,834，所有这些专利都通过引用方式被整体纳入本文。一般而言，这些支架结构都仅由模制的聚合材料制成。一些支架结构仅由金属材料制成。如同这些结构大量应用的情况，所述结构的尺寸和几何形状可与要求所述应用实现的载荷程度相关。通常，这是通过响应于所需增加的抗撞击性来简单地增加用于支架的材料的量(由此增加了部件重量)来解决的。如果存在如下关注的话，通常也仅是附带地关注对于在单个支架内的多种变形模式的控制。

[0006] 对车辆顶部结构的加强和支撑提出了进一步的具体挑战，尤其考虑到可采用上述类型的加强件的腔室体积。通过增加用于支架的材料的量，使得很难采用这样的加强件：其足够大以提供必要支撑但是又足够小以适合安装在指定车辆腔室(包括柱和门槛)的范围内。另外，许多新的车辆设计，尤其是涉及紧凑型车辆的设计，要求在甚至更小的腔室内安装更强的加强件。常规加强件结构可能会不适合，因为腔室尺寸要求通常会限制为了增加强度而向加强件增加更多的材料。

[0007] 因此，仍然需要如下的替代技术：其允许能够提高支架的支撑能力，同时避免增加整体重量，并进一步避免了与增加原材料和增加处理时间相关联的成本和时间。还需要能以相对小的轮廓形状来制造结构加强件，使得其能够成功地应用在更小的腔室内。

[0025] 本发明在此构思了一种用于为在车辆碰撞中承受加剧变形的车辆结构部分提供附加的支撑和加强的新颖方法。附加的支撑通过包括一个与基体加强部分相结合以作为单个支架一部分的局部加强结构来提供，其能够为车辆的结构加强件提供必要的支撑，而不会增加车辆的整体重量或成本。所述基体加强部分可由聚合材料制成，所述局部加强部分可由金属材料制成。所形成的结构可比整体由金属材料制成的加强结构更轻。所形成的结构还可比整体由聚合材料制成的加强结构(例如，提供与本发明的加强件等价支撑的聚合加强结构)更轻和/或更便宜。本发明的结构加强件能够为车辆的顶部结构或其他腔室提供附加的支撑，而不会增加不希望的重量。

[0026] 通过将结构加强件放置在车辆腔室内，冲击力被所述结构加强件吸收和消散。在冲击力过大的情况下，结构加强件的材料可能会破裂、弯曲或断裂。通过将此处公开的局部加强件设置在一个结构加强件内，涉及超过基体加强部分能够承受的力的任何碰撞将导致多级变形。冲击力可首先接触基体加强部分。一旦力超过基体加强部分的强度能力，相对于导致所述基体加强部分断裂或破裂，该力将被传递到所述局部加强件。这样的多级变形顺序可包括控制冲击力在结构加强件上影响的其他方式。例如，如此处公开的，添加可膨胀材料可以增加用于防止基体加强部分的任何破裂或断裂的附加支撑水平。

[0027] 如此处所述，局部加强件可被放置为接触基体加强部分。所述局部加强件可被置于在碰撞过程中经受加剧变形的基体加强部分的一位置处，以降低碰撞对车辆的有害作用。在整个基体加强部分在碰撞中都会经受加剧变形的情况下，所述局部加强件还可横跨基体加强部分的整个长度。所述局部加强件可以是由不同于所述基体加强部分材料的材料而制成的伸长结构。所述基体加强部分还可以是具有纵向轴线的伸长结构，所述局部加强件可与所述基体加强部分的纵向轴线以总体平行关系对准。所述局部加强件可用于将所述基体加强部分分为两个部分，使得所述局部加强件以平行方式与相对于所述纵向轴线横向延伸的一个或多个肋结构对准，和/或与相对于所述局部加强件的任一侧上的纵向轴线基本平行延伸的一个或多个肋结构对准。所述局部加强件可经由紧固件和/或粘合剂被附接至所述基体加强部分。所述局部加强件可通过附接、压力、摩擦、粘附或其任意组合被保持就位。所述局部加强件可包括相同材料的多个层，或者不同材料的多个层。所述层还可包括放置在这些层之间的粘合剂和/或可膨胀材料。所述层还可被紧固至彼此、紧固至所述基体加强部分、紧固至任意粘合剂或可膨胀材料，或者这些部分的任意组合。

[0028] 所述局部加强件可以为嵌件成型(insert-molded)，使得所述局部加强件被插入就位并将熔融材料应用在所述局部加强件上方和周围。所述局部加强件可以与基体加强部分材料、可膨胀材料或者与这两者共同挤压形成。所述局部加强件还可通过紧固件或粘合剂被附接至所述基体加强部分。在附接之后，所述局部加强件可沿着基体加强部分的整个长度延伸，或者其可沿着延伸达到所述基体加强部分的长度的约25％、或者延伸达到所述基体加强部分的长度的约50％、或者甚至延伸达到所述基体加强部分的长度的约75％。所述局部加强件可延伸大于所述基体加强部分的长度的约25％或者大于其约50％。所述局部加强件可沿着所述基体加强部分的宽度延伸。所述局部加强件可沿着基体加强部分的整个宽度延伸，或者其可沿着延伸达到所述基体加强部分的宽度的约25％、或者延伸达到所述基体加强部分的宽度的约50％、或者甚至延伸达到所述基体加强部分的宽度的约75％。所述局部加强件可延伸大于所述基体加强部分的宽度的约25％或者大于其约50％。

[0029] 一旦将所述局部加强件插入到所述基体加强部分之上，所述局部加强件可具有一个或多个暴露面(例如，未被所述基体加强部分所掩蔽的表面)。所述局部加强件还可位于所述基体加强部分内，使得基本上局部加强件都被所述基体加强部分所覆盖(例如，所述局部加强件没有暴露面)。在可膨胀材料膨胀之后，局部加强件可继续具有一个或多个暴露面(例如，未被所述可膨胀材料或者所述基体加强部分所掩蔽的表面)。所述局部加强件最外部的表面可以与所述基体加强部分大体共面或者邻接。所述局部加强件最外部的表面可以在所述基体加强部分长度的至少一部分上突出超过所述基体加强部分和/或相对于所述基体加强部分凹进。

[0030] 所述局部加强件可包括一个或多个壁，并且优选地，包括彼此成角度偏离的至少两个邻接壁。所述局部加强件的一个或多个壁可以基本上是平面的或可以是弯曲的。所述局部加强件可既包括平面的壁又包括弯曲的壁。所述局部加强件的壁可沿着并匹配所述基体加强部分的相应壁(例如，所述局部加强件的壁与所述基体加强部分的一个或多个壁相接触，使得所述角度和/或曲率是互补的)。所述基体加强部分可包括第一面、相对的第二面以及至少一个侧壁。所述第一面可包括一个或多个肋。所述第二面可包括一个或多个肋。所述一个或多个侧壁可包括一个或多个肋。所述肋可沿着关于所述基体加强部分的纵向轴线的一个基本横向方向延伸。所述肋可沿着关于所述基体加强部分的纵向轴线的一个基本平行方向延伸。所述基体加强部分可包括第一部分和第二部分，使得所述第一部分不接触所述局部加强件，以及所述第二部分接触所述局部加强件。所述基体加强部分可包括多个第一部分。所述基体加强部分可包括至少两个第一部分，每个第一部分与第二部分的末端邻接。所述至少一个侧壁中的一个或多个可包括所述局部加强件的至少一部分。

[0031] 所述局部加强件可以是钢加强件。所述局部加强件还可以由铝、挤制铝、铝泡沫、镁、镁合金、模制镁合金、钛、钛合金、模制钛合金、镍、铜、过渡金属、聚氨酯、聚氨酯组合物或其任意组合而制成。所述局部加强件的材料被选择为使得所述局部加强件的抗拉强度和拉伸模量可以高于所述基体加强部分和/或可膨胀材料的抗拉强度和拉伸模量。所述局部加强件材料的抗拉强度可以是所述基体加强部分材料抗拉强度的至少约1.2倍。所述局部加强件材料的抗拉强度可以是所述基体加强部分材料抗拉强度的至少约2倍，或者甚至是所述基体加强部分材料抗拉强度的5倍。相比于所述基体加强部分的材料，所述局部加强件的材料还可具有增大的导热性。所述局部加强件可具有至少1.2的弯曲模量。

[0032] 用于所述局部加强件的材料可以薄得约为0.5mm。所述局部加强件材料的壁厚度可以大于约0.5mm。所述局部加强件材料的壁厚度可以小于约3.5mm。所述局部加强件材料的壁厚度可以是约1.5mm。所述壁厚度可以在沿着局部加强件的不同位置改变，或者可沿着所述局部加强件的整个轮廓保持恒定。所述局部加强件可具有至少两个非平面的壁。所述局部加强件可具有三个或更多个壁，并且还可具有基本弯曲或U型轮廓。所述局部加强件的轮廓可以沿着所述局部加强件不变或变化。所述局部加强件的壁可以形成腔室，并且该腔室可包含肋结构和/或可膨胀材料。

[0033] 所述基体加强部分可由合适的聚酰胺(例如，尼龙)或其他聚合材料制成。所述基体加强部分可以被嵌件成型、挤压、模铸或机械加工形成，包括诸如聚砜、聚酰胺(例如，尼龙、PBI或PEI)，或其组合。所述基体加强部分还可选自铝、挤制铝、铝泡沫、镁、镁合金、模制镁合金、钛、钛合金、模制钛合金、聚氨酯、聚氨酯组合物、低密度固体填充物，以及成形的SMC和BMC。所述基体加强部分可以通过嵌件成型或挤压来形成。所述聚合材料可以被填充或以其他方式加强。例如，其可包括玻璃加强的聚合材料。

[0034] 如图1-3中所示，本发明在基体加强部分13上的加剧变形区域内设置一个局部加强件12，使局部加强件的材料不同于所述结构加强件的基体加强部分的材料。与未安装有任何局部加强件的基体加强部分的部分相比，安装有所述局部加强件的所述基体加强部分的区域可经受减少的变形。所述加强结构可包括第一面22和第二面23。所述局部加强件可被放置为使得其仅接触第一面(如图2中的实施例所示)。所述第一面可包括具有用于容纳所述局部加强件的一个或多个壁的凹进区域26。所述凹进区域的壁可以如图2和3中的实施例所示为基本平面的，或者可以是弯曲的。

[0035] 如图4和5中所示，本发明的加强件可包括模制肋配置10，例如在美国专利7,374,219、7,160,491、7,105,112、6,467,834，以及共同未决的序列号11/863,929的美国申请中所示出的，所述申请在此通过引用方式被纳入。所述模制肋配置10可包括互联的肋网络，并且可包括一个或多个紧固件11(例如，推钉(push-pin)紧固件)。所述模制肋可被布置为使得它们相对于所述加强结构的纵向轴线是横向的。所述横向模制肋的布置可形成沿着所述加强结构布置的多个腔室27。每个腔室可包括多个壁，使得至少一个壁由所述局部加强件形成。如所示的，例如，在图11中，所述加强件还可包括：一个或多个通孔16，流体(例如，电镀(e-coat)流体)可穿过所述通孔流出；以及，一个或多个托脚(standoff)或凸出部(lug)，用于在支架和车辆腔室之间提供间隙。所述模制的肋配置还可包括可膨胀材料15。合适的加强件的实施例可以在美国专利6,953,219和6,467,834中发现(并非局限于此)，所述申请通过引用方式被纳入本文。

[0036] 如图4-9中所示，局部加强件12还可包括一个或多个结构11，用于将局部加强件紧固到基体加强部分，或者用于紧固到车辆的任意部件，包括但不限于任意车辆托架、安装托架、座椅安全带机构、座椅安全带卷收器、拖曳柄托架、顶部行李架、镜托架、天窗托架、缓冲器托架、铰链部件、底盘安装托架、发动机托架、悬架部件或者冷却器托架。所述结构可包括紧固件，例如树形紧固件(tree-fastener)或螺纹螺钉紧固件。作为一个示例，可以使用推钉紧固件，诸如在共有的序列号12/405,481的美国申请中公开的。所述紧固件能够将多个材料层或多种材料紧固到一个结构。合适的紧固件的实例包括机械紧固件、夹子、卡扣配合件、螺钉、钩状物，或其组合或类似物。为了附接至车辆结构，局部加强件可包括成形的切割开口，以装配在位于车辆结构上的接片(tab)周围，从而将所述加强件保持就位。而且，设想了所述一个或多个紧固件可与所述局部加强件由同一种材料整体成型，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强件。

[0037] 如图11中所示，所述基体加强部分13可包括上部17、中部18以及下部19。所述中部可与所述局部加强件12相接触，而所述上部和下部可不与所述局部加强件接触。所述上部可包括通孔20，用于将所述结构加强件附接至车辆部件。所述下部还可包括大体U形的切除区域21，以便于将结构加强件装配在腔室内。所述基体加强部分还可包括第一面22和第二面23，使得所述局部加强件被放置为与所述第一面接触。所述第一面22可沿所述基体加强部分的中部18以凹形形状弯曲。所述局部加强件还可包括凹形弯曲部分24，使得其形状与基体加强部分的中部的形状互补。所述局部加强件可覆盖所述中部的第一面的仅一部分，或者可覆盖所述中部的整个第一面。所述第一面、所述第二面或者它们两者都还可包括多个肋10。

[0038] 所述可膨胀材料可以是一旦暴露至约148.89℃到约204.44℃之间(约300℉到约400℉)(即，一般在汽车喷漆或涂覆操作中经历的温度)的温度就会进行膨胀的材料。所述可膨胀材料一般起泡达到比原始未膨胀体积多至少5％、多至少50％、多至少200％、多至少1000％、多至少2000％、多至少5000％或者多得更高的体积。还设想了由于起泡或不起泡类型的可膨胀材料的固化(curing)(例如，交联)，所述材料的体积可以在激活之后变小。

[0039] 所述基体加强部分还可接触一个或多个可膨胀材料，诸如在共有的公开号为2008/0029200的美国专利中公开的，所述专利通过引用方式被纳入本文。所述可膨胀材料可以是环氧基材料，诸如在美国专利5,884,960、6,348,513、6,368,438、6,811,864、
7,125,461、7,249,415和美国专利公开文本No.2004/0076831中公开的，这些专利通过引用方式被纳入本文。所述基体加强部分还可包括一个或多个延伸部14(如图10中所示)。
基体加强部分除了一旦被安装在车辆腔室内就为车辆提供结构加强以外，其一个功能是提供一个携带活性可膨胀材料的结构构件。从而，所述基体加强部分可包括一个或多个面向外的表面，在所述表面上放置了一层可膨胀材料。所述可膨胀材料15在这些位置处被应用至基体加强部分的表面(在膨胀之前)。可选地，膨胀方向可以通过一个或多个延伸部控制，诸如在美国专利6,941,719中公开的那些延伸部。所述基体加强部分还可由可膨胀材料组成，诸如在共有的公开文本号2007/0090560的美国专利中所公开的可膨胀材料，所述专利通过引用方式被纳入。所述基体加强部分和所述可膨胀材料还可由相同材料整体形成。

[0040] 根据本发明的可膨胀材料可呈现出相对高的强度模量，同时还呈现出高度延展性。所述可膨胀材料，尤其是如此处公开的特定成分的组合和量(例如，特定的加合物的量的组合、抗冲改性剂的量的组合，或者两者量的组合)，可以呈现出这种增大的延展性。这些特性可以通过使用常规的双搭接剪切测试(double lap shear test)方法清晰示出。这样的方法在ASTM方法D3528-96、A类配置中描述，使用如下测试参数：测试粘附体是使用丙酮预清洗的0.060英寸厚、1英寸×4英寸的EG-60金属；每条粘合剂粘结线是3mm；测试搭接尺寸是1英寸×0.5英寸；测试速率是0.5英寸/分钟。这样的测试方法可被用于获得预期特性，诸如下列：断裂应变除以峰值应变的应力的比值，其在此处被称为延展性比(ductility ratio)；断裂能(energy-to-break)，其通过使用断裂时的应变作为面积计算的终值而被计算为位于应力-应变曲线下的面积。

[0041] 根据本发明形成的特定可膨胀材料呈现出如下的激活后的延展性比，该延展性比大于约2.0，更通常地大于约2.5，甚至可能大于约2.8。根据本发明形成的特定可膨胀材料呈现出如下的激活后的断裂能值，当根据上述测试方法测定时，所述断裂能值大于约550Nmm，更通常地大于约700Nmm，以及可能地大于约750Nmm。

[0042] 所述可膨胀材料可以被大体成型为矩形或者块状配置，但是也可根据所述基体加强部分和/或局部加强件的配置按所需或所期望地被成型。当然，设想了所述材料可作为单片(例如，一条)或者多片(例如，多条)被应用至所述基体加强部分和/或局部加强件。一旦膨胀，可膨胀材料就会首先竖直地膨胀，直至接触任何障碍物，在此障碍物处所述可膨胀材料可开始沿水平方向膨胀。所述可膨胀材料能够膨胀进入宽度大于约1mm的任何间隙。而且，根据本发明的可膨胀材料能够增加基体加强部分的延展性。所述可膨胀材料可起到将负载均匀分布在可膨胀材料的表面上的作用，并依次将负载均匀传递到下面的基体加强部分和/或局部加强件，从而利用基体加强部分和/或局部加强件的固有强度。

[0043] 除非另有说明，此处描述的各种结构的尺寸和几何形状不意在限制本发明，其他尺寸或几何形状也是可能的。多个结构部件可由单个集成的结构提供。或者，单个集成的结构可被分为分立的多个部件。另外，尽管本发明的特征可能已在各示例实施方案的仅其中一个的上下文中示出，但是这样的特征可以与其他实施方案的一个或多个其他特征结合，用于任意特定应用。从上文还应理解的是，关于此处独特结构的制造及其操作还构成了根据本发明的方法。

[0044] 本发明的优选实施方案已被公开。然而，本领域普通技术人员应理解到，一些修改也会在本发明的教导的范围内。因此，应研读所附权利要求以确定本发明的真正范围和内容。

[0045] 此处给出的解释和示例意在使本领域的技术人员了解本发明、其原理以及其实际应用。本领域的技术人员可调整本发明并以其各种形式应用本发明，只要其会最佳适合于具体应用的要求。相应地，所给出的本发明的具体实施方案不意在是排除性的或者限制本发明。因此，本发明的范围不应参照上述说明确定，而应参照随附的权利要求以及该权利要求赋予的等同物的全部范围来确定。公开的所有文章和参考文献，包括专利申请和公开文本，都出于所有目的通过引用方式被整体纳入本文。正如从下列权利要求中可得知的，其他组合也是可能的，这些组合也在此通过引用方式被纳入本书面说明中。