CN101332837A - 车身结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车身结构。更具体而言，本发明提供了一种改进的汽车车身结构，其重量较轻，但在正面碰撞的时候表现出改进的机械强度。一对前侧车架(4)在车身前部沿纵向延伸并且相互间隔开，一对底板框架(9)沿纵向延伸并且其前端分别连接到相应的前侧车架的后端上。前横梁(13)具有一对横向端部，所述横向端部连接到相应的前侧车架的后端部分的内侧上，前横梁(13)具有拱形形状，其纵向尺寸从其各侧的端部朝向其中间部分减小。中间横梁(14)位于前横梁后方的一定距离处并且延伸经过底板框架。通道车架沿纵向延伸且位于车身的横向中央部分中，用以将下侧仪表板(3)、前横梁(13)和中间横梁(14)连接在一起。

Description

车身结构

技术领域

本发明涉及一种汽车车身结构，其重量较轻，但在正面碰撞时表现出改进的机械强度。

背景技术

通常，单壳体车身是通过冲压成形钢板以准备大量的板构件和车架构件并将这些构件通过点焊连接在一起来制造的(参见日本专利特开平公开No.2002-302071)。在传统的车身中，一辆车与另一辆车或固定结构的正面碰撞产生的冲击从保险杠传递到沿前后方向延伸并且在横向上间隔开的一对前侧车架上。然后，一部分冲击经由对应的支架传递到下纵梁护板，而冲击的大部分经由右侧底板框架和左侧底板框架传递到中间横梁上。

在前述专利公开中披露的车身结构中，底板的中间部分向上隆起，以在其下方容纳燃料箱，该燃料箱被容纳在由前横梁、中间横梁和底板框架限定的空间内。座椅支架的用于支撑前座的前支腿和后支腿被安装在底板的上表面上。

在这种车身结构中，由于通过前侧车架传递的冲击载荷大部分被施加在底板框架上，因此需要底板框架具有较大的横截面面积和/或由相对较厚的钢板制成，使得车身的总重量明显增加。增加的车身重量明显是不期望的，因为这将对车辆的燃油经济性和驱动性能产生不利影响。因此，期望能够将传递到前侧车架上的冲击载荷更加有效地分布到车架构件上，而不是底板框架上。

同样，在该车身结构中，当向车身的前部施加侧向冲击时，从相应的下纵梁护板施加的冲击载荷传递到前横梁上。因此，如果燃料箱位于底板下方，那么就需要通过使用较厚的钢板来加强前横梁，这也将造成车身重量增加。

此外，在正面冲击时，车内人员尽管受安全带的约束但由于惯性力而向前俯冲。结果，车座的前部受到较大的向下的力，这会导致安装有座椅支架的前支腿的底板向下挠曲。必须对底板的这种向下挠曲进行控制，因为这可能造成车内人员的头部非常接近仪表板。因此，有必要使底板具有相对较大的截面模量并且使用相对较厚的钢板。这仍然会增加车身的重量，并且使冲压加工更加困难。

发明内容

鉴于已有技术的这些问题，本发明的一个主要目的是提供一种改进的车辆车身结构，其重量较轻，但在正面碰撞的时候表现出改进的机械强度。

根据本发明，通过提供一种车身结构可以实现上述目的，所述车身结构包括：在车身前部沿纵向延伸并且相互间隔开的一对前侧车架；沿纵向延伸且的一对底板框架，其前端分别连接到对应的前侧车架的后端上；第一横梁，其每一横向端部连接到所述前侧车架的后端上；第二横梁，其位于所述第一横梁的后方并且连接在所述底板框架上；以及第一通道车架，其连接到所述第一横梁和所述第二横梁上；其中，所述第一横梁具有拱形形状，所述第一横梁的纵向尺寸从其每侧的端部向其中间部分减小。

因此，从所述前侧车架处接收的冲击载荷不仅传递到直接连接在所述前侧车架的后端上的底板框架，还经由所述第一横梁以有效方式传递到所述第一通道车架。因此，所述底板框架可以由相对较薄的金属板制成和/或需要较少的材料，并且可以具有减少的重量。所述第一横梁还能阻止车身沿横向发生变形，从而能够提高在侧向冲击时车内人员的安全性。

优选地，所述车身结构还包括：限定车厢地板的底板；分别连接到所述底板的两侧边缘上的一对下纵梁；以及一对支架，每个所述支架在对应的前侧车架和位于对应侧上的下纵梁的前端之间横向延伸。因此，在正面碰撞时的冲击载荷也能够被有效地分布到下纵梁上。这也能增强车身对于斜向碰撞的刚度，其中，在斜向碰撞时冲击载荷相对集中在所述前侧车架中的一个上。特别地，每个支架可以具有向后弯曲的前边缘，所述前边缘从对应的前侧车架延伸至对应的下纵梁的前端。

根据本发明的一种优选实施方式，所述车身还包括：下侧仪表板，其设置在所述第一横梁的前面，用以将车厢与发动机室分开；以及第二通道车架，其沿纵向延伸并且位于所述车身的横向中间部分，用以将所述下侧仪表板与所述第一横梁连接在一起。因此，即使当发动机在严重的正面碰撞下被推入到车厢内时，发动机所承载的冲击载荷能够通过所述第二通道车架来支撑，这也使得对所述下侧仪表板的损坏最小。特别地，如果所述第一通道车架和所述第二通道车架中的至少一个具有通道形状的截面并且开口侧向下，那么所述通道车架中的至少一个能够有效地承受屈曲载荷。

根据本发明的一种特别优选的实施方式，所述第一横梁具有通道形状的截面并且其开口侧向上，因此所述第一横梁包括底壁和一对直立壁，加强件在所述一对直立壁之间沿竖向和纵向延伸。这将有效防止所述第一横梁在冲击载荷下发生塌陷或者变形。特别优选地，所述第二通道车架具有通道形状的截面，其包括一对直立壁，所述第二通道车架的开口侧向上，所述加强件设置在所述第二通道车架的一对直立壁中的一个的附近。

所述车身结构还可以包括座椅支架，其前端安装在所述第一横梁上。在这种情况下，在正面碰撞的时候，由于座椅支架的前支腿安装在所述第一横梁上，因此座椅支架在施加到其上的向下的力的作用下产生的变形最小，从而能防止车内人员不期望地接近仪表板，其中，所述向下的力是座椅上的车内人员由于惯性力而施加在座椅支架上的。

根据本发明的另一个方面，燃料箱被容纳在由所述第一横梁、第二横梁和底板框架限定的矩形空间内，从而能够提高所述燃料箱在冲击情况下的安全性。

同样，所述前侧车架具有倾斜的内侧边缘，所述内侧边缘朝向其后端彼此逐渐靠近，所述第一横梁的前边缘限定凹形形状，其平滑地连接所述前侧车架的倾斜的内侧边缘。根据本发明的一种特别优选的实施方式，所述第一横梁具有基本上直的后边缘。

所述底板可以包括在所述第一横梁处彼此连接的前部和后部，使得所述前部的厚度和/或材料(使用相对于普通钢的高强度钢)可以被制成与所述后部的厚度和/或材料不同，从而可以提高冲压成形效率或其它制造效率。

附图说明

以下参照附图描述本发明，其中：

图1是体现本发明车身结构的透视图；

图2是根据本发明车身结构的俯视图；

图3是沿图2中的线III-III所取的剖视图；

图4是沿图2中的线IV-IV所取的剖视图；以及

图5是与图2类似的视图，示出了冲击载荷传递到车身的各部件上所沿的路径。

具体实施方式

图1至3中示出的实施方式涉及舱背式轿车。车身1包括多个车身板件和多个车架构件，所述车身板件包括限定车厢前端部分的下侧仪表板3和形成地板的前底板6a和后底板6b，所述车架构件包括右前侧车架4和左前侧车架5、右下纵梁护板(下纵梁)7和左下纵梁护板(下纵梁)8、右底板框架9和左底板框架10、右支架11和左支架12、前横梁(第一横梁)13、中间横梁(第二横梁)14、底板通道车架(第一通道车架)15和下侧仪表板通道车架(第二通道车架)16。图1中的附图标记17表示保险杠横梁，其安装在前侧车架4和5的前端。图2中的附图标记18表示燃料箱，该燃料箱位于车身1下方的中央，并且被容纳在由前横梁13、中间横梁14以及底板框架9和10限定的空间20内。

前侧车架4和5从发动机室2沿纵向延伸到前底板6a(图1中未示出)。下纵梁护板7和8分别安装到前底板6a和后底板6b(图1中未示出)的横向外侧边缘上，并且形成地板的一部分。底板框架9和10分别连接到前侧车架4和5的后端上，并且与后底板6b的下表面连接。支架11和12每个包括横向延伸的封闭截面构件，并且所述支架11和12连接前侧车架4和5以及对应的下纵梁护板7和8的前端。

前横梁13连接到右前侧车架4和左前侧车架5的后端部分的内侧边缘上，并且具有由凹入的前缘13a和基本上直的后缘13b限定的拱形形状。因此，前横梁13的纵向尺寸从其各个横向端部朝向中间部分逐渐减小。中间横梁14位于前横梁13后方的一定距离处，该中间横梁14的横向端部分别连接到下纵梁护板7和8上，该中间横梁14在中间点处连接到底板框架9和10的后端上。

底板通道车架15具有后端和前端，其中，所述后端连接到中间横梁14的横向中间部分，所述前端连接到下侧仪表板通道车架16上，该下侧仪表板通道车架16又连接到前横梁13的横向中间部分上，使得两个通道车架15和16共同将前横梁13的横向中间部分与中间横梁14的横向中间部分连接在一起。

更具体而言，底板通道车架15的后端安装到中间横梁14的横向中间部分的上表面上，底板通道车架15的前端安装到下侧仪表板通道车架16的后端的上表面上。下侧仪表板通道车架16安装到前横梁13的上表面，并且向前延伸超出前横梁13，下侧仪表板通道车架16的前部(该前部可以由点焊连接到下侧仪表板通道车架16的主体上的单独的构件制成)沿着下侧仪表板3向上延伸。下侧仪表板通道车架16的前表面和下表面设有具有较大面积的凸缘形状的延伸部，并且连接到下侧仪表板3上，使得作用在下侧仪表板3上的载荷能够被有利地传递到下侧仪表板通道车架16上。

如图3所示，前横梁13具有矩形通道形状的截面和面向上的开口侧，并且该前横梁13经由位于其前部的前底板6a和位于其后部的后底板6b连接到下侧仪表板通道车架16上。因此，前横梁13具有底壁和一对从底壁的前边缘和后边缘竖直延伸的直立壁13c和13d。同时，下侧仪表板通道车架16也具有矩形通道形状的截面，其包括顶壁和一对直立壁，并且具有面向下的开口侧(参见图1)。

如图3和4所示，前横梁13还具有一对水平凸缘，该对水平凸缘分别从前横梁13的前直立壁13c的上端向前延伸和从前横梁13的后直立壁13d的上端向后延伸，座椅支架22的前端经由后底板6b的前端安装到向后延伸的凸缘上。更具体而言，通过使用被旋入螺母19中的螺栓来紧固座椅支架22，其中，螺母19被焊接在前横梁13的向后延伸的凸缘的下表面上。

一对沿竖向和纵向延伸的平面加强构件21每个经由加强构件21的凸缘安装到前横梁13的前直立壁13c和后直立壁13d上并大致位于前横梁13的横向中间部分处。平面加强构件21被设置成关于车身的中心纵向线彼此对称，并且以比下侧仪表板通道车架16的对应部分的两个直立壁之间的距离小的距离彼此间隔开。在所示实施方式中，加强构件21被设置成紧接在前通道车架16的对应直立壁的下方并且与其相邻。每个平面加强构件21包括从其上端沿横向延伸的凸缘，该凸缘包括一对覆盖在前横梁13的向前和向后延伸的凸缘上的延伸部(图中未示出)。

设想处于行驶状态或者静止状态的车身1的前端与车辆或固定物体发生碰撞(或者发生正面碰撞)。如图5中粗箭头所示，从保险杠横梁17和前侧车架4和5处传递的冲击载荷分别经由支架11和12部分地传递到下纵梁护板7和8，但大部分经由前横梁13传递到底板通道车架15上并传递到直接连接在前侧车架4和5的后端上的底板框架9和10上。在该连接中，底板通道车架15相对于前侧车架4和5沿横向偏置，但由于呈拱形形状的前横梁13具有较大的刚度，使得冲击载荷有效地传递到底板通道车架15上。

当车辆由于打滑等沿相对于正常行驶方向倾斜的方向移动并且与另一辆车或固定物体以一倾斜角度发生碰撞(斜向碰撞)时，产生的冲击仅仅主要作用在前侧车架4和5中的一个上。即使在这种情况下，冲击载荷也能被有效地传递到前横梁13上，使得冲击载荷不仅分布到底板通道车架15上而且分布到位于与施加斜向碰撞的一侧相对的一侧上的底板框架9或10上。

由于底板通道车架15具有通道形状的截面，因此传递到底板通道车架15上的冲击载荷主要沿着其上线和/或脊线被有效地传递到中间横梁14上，而该底板通道车架15未发生屈曲变形。在所示实施方式中，底板通道车架15具有通道形状的截面和面向下的开口侧，底板通道车架15的直立壁的下端每个设有向外侧延伸的凸缘(帽形截面)，使得底板通道车架15具有四条沿纵向延伸的脊线。

当高速行驶的车辆发生正面碰撞时，发动机室2可能会塌陷至使得发动机被推入到车厢内的程度。根据所示实施方式，即使在这种情况下，向后移动的发动机的载荷(或者车身的惯性力)被有利地经由下侧仪表板3和下侧仪表板通道车架16传递到前横梁13和底板通道车架15上。因此，即使由于严重的正面碰撞使得发动机被推入到下侧仪表板3中，也能够保持车厢空间不变形，同时能够增强车内人员的安全性。与底板通道车架15类似，下侧仪表板通道车架16由于具有通道形状的截面而能够传递冲击载荷且不发生屈曲。

由于加强构件21被设置成紧接在下侧仪表板通道车架16的下脊线的下方和/或与其相邻，因此能使前横梁13在经受较大载荷时的变形最小。

同样，不仅在正面碰撞时而且在侧向冲击时(由于车辆碰撞到车身1的一侧上造成的)都要防止被容纳在由前横梁13、中间横梁14以及底板框架9和10限定的加强的空间20内的燃料箱18变形和损坏，同时这能增强车辆的安全性能。在电池供电的车辆(也可以是混合动力车辆)或者燃料电池车辆的情况下，被保护的空间20可以用于容纳电池或燃料电池，替代容纳燃料箱，以提供改进的保护。

在正面碰撞的时候，被安全带约束的车内人员由于惯性力而向前俯冲，这将导致向座椅前部施加较大的向下的力。然而，在所示实施方式中，前横梁13具有通道形状的截面，用于紧固座椅支架22(或者座椅)的被焊接的螺母19安装在前横梁13的凸缘的下表面上。因此，能使座椅支架22抵抗变形，并且能使车内人员的向前晃动最小，从而防止车内人员的头部不期望地接近仪表板。

根据所示实施方式，由于上述车身结构，底板框架9和10以及前横梁13在能确保具有足够的机械强度和刚度的同时可以由相对较薄且轻质的钢板制成，从而能够减轻车身的重量并且改善NVH(噪声、振动和颠簸)性能。由于底板可以包括两个单独的构件，即前底板6a和后底板6b，这两个单独的构件通过前横梁13分开，因此前部的厚度和/或材料(使用相对于普通钢的高强度钢)可以与后部的厚度和/或材料不同，从而可以提高冲压成形效率或其它制造效率。同样，由于前横梁13、前通道车架和下侧仪表板通道车架16使得车厢前部具有足够的机械强度和刚度，因此车身对于正面碰撞和侧向冲击的机械强度能够得到提高，同时能够减轻车身的重量。

尽管根据本发明的优选实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员可以理解在不脱离附图中给出的本发明范围的条件下可以作出各种改变和变型。例如，尽管前述实施方式提出了四门轿车，但本发明能够被应用到诸如两门客车等其它形式的车辆上。同样，在不背离本发明精神的条件下可以对下述进行变型：底板框架、前横梁、中间横梁、第一和第二通道车架、底板的具体形状以及它们如何彼此连接。

本申请要求原始日本专利申请的巴黎公约优选权，其中，该原始日本专利申请的内容通过引用并入本申请。

Claims (12)

1.一种车身结构，包括：

一对前侧车架，其在车身前部沿纵向延伸并且相互间隔开；

一对底板框架，其沿纵向延伸并且其前端分别连接到对应的前侧车架的后端上；

第一横梁，其在横向端部处连接到所述前侧车架的后端上；

第二横梁，其位于所述第一横梁的后方并且连接在所述底板框架上；以及

第一通道车架，其连接到所述第一横梁和所述第二横梁上；

其中，所述第一横梁具有拱形形状，所述第一横梁的纵向尺寸从其每侧的端部向其中间部分减小。

2.根据权利要求1所述的车身结构，还包括：

限定车厢地板的底板；

连接到所述底板的两侧边缘上的一对下纵梁；以及

一对支架，每个所述支架在对应的前侧车架和位于对应侧上的下纵梁的前端之间横向延伸。

3.根据权利要求2所述的车身结构，还包括：

下侧仪表板，其设置在所述第一横梁的前面，用以将车厢与发动机室分开；以及

第二通道车架，其沿纵向延伸并且位于所述车身的横向中间部分中，用以连接所述下侧仪表板与所述第一横梁。

4.根据权利要求3所述的车身结构，其中，所述第一通道车架和所述第二通道车架中的至少一个具有通道形状的截面，并且其开口侧朝下。

5.根据权利要求3所述的车身结构，其中，所述第一横梁具有通道形状的截面并且其开口侧朝上，所述第一横梁包括底壁和一对直立壁，在所述一对直立壁之间设有沿竖向和纵向延伸的加强件。

6.根据权利要求5所述的车身结构，其中，所述第二通道车架具有通道形状的截面，其包括一对直立壁，所述第二通道车架的开口侧朝上，所述加强件设置在所述第二通道车架的一个直立壁附近。

7.根据权利要求2所述的车身结构，其中，每个支架具有向后弯曲的前边缘，所述前边缘从对应的前侧车架延伸至对应的下纵梁的前端。

8.根据权利要求1所述的车身结构，还包括座椅支架，其前端安装在所述第一横梁上。

9.根据权利要求3所述的车身结构，还包括被容纳在由所述第一横梁、第二横梁和底板框架限定的矩形空间内的燃料箱。

10.根据权利要求1所述的车身结构，其中，所述一对前侧车架具有倾斜的内侧边缘，所述内侧边缘朝向其后端彼此逐渐靠近，所述第一横梁的前边缘限定凹形形状，其平滑地连接所述前侧车架的倾斜的内侧边缘。

11.根据权利要求10所述的车身结构，其中，所述第一横梁具有基本上直的后边缘。

12.根据权利要求1所述的车身结构，其中，所述底板包括前部和后部，所述前部和后部在所述第一横梁处彼此连接。

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