CN101898586A - 车身结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有改进的车顶支撑特性的车身结构。该车身结构包括与A柱和支撑柱一体化的车顶纵梁。该结构进一步包括横跨梁。A柱包括内表面、外表面和二者之间的壁。车顶纵梁在车顶纵梁的前端处向下延伸并在车顶纵梁的后端处向下延伸。车顶纵梁在车顶纵梁的前端处与单体式中空A柱一体化。支撑柱也包括内表面、外表面和二者之间的壁。支撑柱还包括从下边梁向上延伸的管状下部。支撑柱的上部与车顶纵梁的后端一体化。本发明的车身结构能够以减少的车顶位移抵挡更高的负载，同时保留了采用液压成型部件的优点——高刚性/重量比、较低单位成本。

Description

车身结构
技术领域
本发明总体上涉及车顶支撑车身结构。
背景技术
车顶支撑柱支撑车辆的车顶，位于车窗和车门之间。车顶支撑柱通常分为A柱、B柱、C柱，且在一些情况下取决于车辆类型还有D柱。B柱总体上设置为紧接车辆前门之后，并从地板和下边梁板向上延伸至车顶。B柱是确定车顶强度和侧面碰撞入侵程度的要素。在车辆侧面碰撞情况下，B柱还会承受到施加在车门上的负载。
会针对车顶强度和侧面碰撞强度对乘用车辆设计进行测试。常规的B柱制造为总体上点焊在一起的多层冲压钢板部件。通过成型高等级材料(例如双相钢、硼钢)制成的金属板材部件可以改进常规的B柱的强度。还可通过使用更厚规格的金属板材组件来使B柱更加坚固。然而，使用高强度合金和更厚的金属板材会增加车辆的重量，且还会增加制造B柱的成本。即使使用更厚的合金组件，常规设计的B柱可能无法总是满足车顶强度和侧面碰撞性能的强度测试要求。
虽然冲压部件已在车身结构中使用了许多年，但可以在车辆中使用液压成型组件或部件。液压成型是一种将可煅金属成型为重量轻、结构坚硬的坚固部件的成本经济的方式。可煅金属的非限定示例包括铝或钢。液压成型的一个最广泛应用为汽车工业，其能够利用通过液压成型的复杂的形状制造更坚固、更轻且更坚硬的车辆单片式车身结构。该技术在高端运动型轿车工业中也很常见，并且也经常用于为自行车框架成形铝管。
液压成型允许成型复杂的形状，而这些复杂形状很难通过标准的整体模具冲压制造。另外，与常规的冲压部件或冲压焊接部件相比，液压成型的部件可经常具有更高的刚性/重量比和更低的单位成本。
现在参考附图，其中在多个附图内相似的附图标记用于表示同样的组件。图1、2显示了现有技术液压成型车身结构100，其中C柱114与车顶纵梁118和A柱123一体化。这样，通过使用液压成型工艺，A柱123、车顶纵梁118、和C柱114形成单个部件。另外，传统结构在车辆(未显示)的车顶结构112处包括至少一个冲压的横跨梁130。
考虑到C柱114、车顶纵梁118和A柱123由单体部件通过液压成型工艺成型，图1、2的传统液压成型车身结构设计100将车顶纵梁118与C柱114固定。B柱116通常为冲压部件117，且当如图3所示车辆(未显示)在车顶结构112处遭受较大负载时B柱116早于C柱114变形。
发明内容
根据本说明书中公开的实施例，本发明提供了一种具有改进的车顶支撑特性的车身结构。该结构包括具有内表面、外表面和二者之间的壁的车顶纵梁。车顶纵梁从车顶纵梁的前端处向下延伸，并在车顶纵梁的后端处向下延伸。车顶纵梁在前端处与中空的A柱一体化。车顶纵梁还与也具有内表面、外表面和二者之间的壁的支撑柱一体化。支撑柱包括从下边梁向上延伸的管形下部。支撑柱在支撑柱的上部与车顶纵梁的后端形成整体。
本发明还提供了一种具有改进的车顶支撑特性的车身结构。该结构包含：车辆第一车顶纵梁，包含内壁和外壁，所述第一车顶纵梁在所述第一车顶纵梁的第一前端处向下延伸并在在所述第一车顶纵梁的第一后端处向下延伸，所述第一车顶纵梁在所述第一前端处与单体式中空第一A柱一体化；第一下边梁；具有内壁和外壁的单体式中空第一支撑柱，所述第一支撑柱具有从所述第一下边梁向上延伸的管状下部以及与所述第一车顶纵梁的所述后端一体化的上部；具有内壁和外壁的第二车顶纵梁，所述第二车顶纵梁在所述第二车顶纵梁的第二前端处向下延伸并在在所述第二车顶纵梁的第二后端处向下延伸，所述第二车顶纵梁在所述第二前端处与单体式中空第二A柱一体化；第二下边梁；具有内壁和外壁的单体式中空第二支撑柱，所述第二支撑柱具有从所述第二下边梁向上延伸的管状下部以及与所述第二车顶纵梁的所述后端一体化的上部；以及具有内壁和外壁的单体式中空横跨梁，所述横跨梁在所述横跨梁的第一端部处从所述第一下边梁向上延伸，所述横跨梁的所述第一端部接近所述第一支撑柱；所述横跨梁进一步包括第二端部，所述横跨梁的所述第二端部接近所述第二支撑柱并从所述第二下边梁向上延伸，所述横跨梁在所述横跨梁的所述第一端部和所述第二端部之间在车辆的横向方向上延伸。
附图说明
图1显示了具有冲压B柱的车身结构的现有技术部分侧视示意图。
图2显示了具有车顶横梁和支架的车身结构的现有技术部分顶视图。
图3显示了现有技术车身设计的受力图，其中图示了C柱和车顶纵梁的切断和分离。
图4A显示了本发明第一实施例的部分侧视示意图。
图4B显示了本发明的下边梁、支撑柱和横跨梁之间连接处的放大部分侧视图。
图5显示了本发明第一实施例的部分顶视图。
图6以曲线图形式显示了获得的测试数据的示例，其中图示了现有技术设计和本发明的力-变形响应之间的差异。
图7显示了沿图4中线A-A的截面图。
图8显示了沿图4中线B-B的截面图。
图9显示了沿图4中线C-C的截面图。
图10显示了沿图4中线D-D的截面图。
具体实施方式
参考下文的具体描述和附图，本发明实施例的特征和优点将变得显而易见，其中相似的附图标记对应于类似的组件(尽管可能不相同)。为简短起见，对先前已经描述了功能的附图标记或部件，可能结合其出现的其它附图进行描述，也可能不再进行描述。
本发明提供了一种改进的车身结构10，其能够以更小的车顶结构12的位移抵挡更大的车顶负载13。
参考图3，假定车顶纵梁与C柱114一体化且车顶纵梁20在车辆(未显示)的后部附近固定至C柱114，当较大的负载施加在车顶结构12上时，C柱114可能切断并离开车辆和车辆中线67(图5中所示)。参考图6中所示的非限定示例数据，当15000磅的负载施加至车顶结构时，在C柱114处固定的车顶结构可能发生大约4英寸的位移。
因此，本发明的发明人公开了一种新式有用的液压成型车身结构10，其中主要在B柱16处支撑车顶负载13。本发明的车身结构10能够以较少的车顶位移抵挡更高的负载，同时保留了采用液压成型部件的优点——高刚性/重量比、较低单位成本。本说明书中公开的车身结构10至少充分地、有利地克服了上述潜在缺陷。
现在同时参考图4、5、9和10，其中显示了本发明的第一实施例。车身结构10包括具有内表面48、外表面50和二者之间的壁52的车顶纵梁18。车顶纵梁18在车顶纵梁18的前端38处向下延伸。车顶纵梁18还在车顶纵梁18的后端40处向下延伸。车顶纵梁18在前端38处与中空A柱24一体化。车顶纵梁18还与具有内表面48、外表面50和二者之间的壁52的中空支撑柱34一体化。中空支撑柱34包括从下边梁56或下边梁部件向上延伸的管状下部53。支撑柱34在支撑柱34的上部与车顶纵梁18的后端40一体化。
参考图4-8，图示了第二实施例，其中支撑柱34也可邻接于横跨梁30。添加横跨梁30进一步改进了车辆刚性。如图7中所示，与支撑梁34/车顶纵梁18/A柱24相似，横跨梁30在结构上是中空的。横跨梁30包括内表面48、外表面50和二者之间的壁52。横跨梁30也可使用液压成型工艺制造而成。如图所示，横跨梁30从第一门槛56延伸至车顶结构12，并随后在车辆(未显示)的横向方向上延伸，并在车辆第二下边梁58处终止。
支撑柱34可在接近横跨梁30的第一端部32处沿横跨梁30的长度焊接至横跨梁30的至少一部分。支撑柱34与横跨梁30的焊接也可在横跨梁30邻接支撑柱34处沿着横跨梁30的长度。焊接横跨梁30和支撑柱34的非限定示例可为叠焊(stitch welding)。然而应理解，总体上除了焊接之外可使用多种连接方式，例如但不限于机械紧固件(未显示)和粘接(未显示)。
现在参考图4A、4B和8，支撑柱34的下边梁端36和横跨梁30的端部32被压缩在一起以在支撑柱34的下边梁端36(在车辆两侧)和横跨梁30的各个端部32形成下边梁凸缘42。支撑柱34和横跨梁30的下边梁凸缘42可以操作配置用于接收第一下边梁56(如图4B中所示)和第二下边梁58。下边梁凸缘42和横跨梁30的端部32操作配置用于将支撑柱34和横跨梁端部连接至其对应的下边梁56、58。
同时参考图4、5和9，本发明的车身结构10包括车辆(未显示)的第一车顶纵梁20，其具有内表面48和外表面50以及二者之间的壁52。第一车顶纵梁20从第一车顶纵梁20的第一前端38向下延伸。第一车顶纵梁20还从第一车顶纵梁20的第一后端40向下延伸。如图4中所示，第一车顶纵梁20在第一前端38处与中空的第一A柱26一体化。如图5所示，车身结构10可进一步包括第一下边梁56部件和第二下边梁58部件。
中空的第一支撑柱34包括内表面48、外表面50和二者之间的壁52。第一支撑柱34包括从第一下边梁56向上延伸的管状下部53。第一支撑柱34还包括上部62，其如图所示与第一车顶纵梁20的后端40一体化。
参考图5，应理解，除了第一车顶纵梁20之外，还设有第二车顶纵梁22，其中第二车顶纵梁22包括内表面48和外表面50以及二者之间的壁52。第二车顶纵梁22在第二车顶纵梁22的第二前端38处向下延伸以成型第二A柱28。第二车顶纵梁22还在第二车顶纵梁22的第二后端40处向下延伸以成型第二B柱16。如图4中所示，第二车顶纵梁22与中空的第二A柱28和第二B柱16一体化。第二车顶纵梁22、第二A柱28和第二B柱为单体部件，且可使用液压成型工艺成型。
如图4、5和7中所示，中空的第二支撑柱34邻接具有内表面48、外表面50和二者之间的壁52的横跨梁30的至少一部分设置。第二支撑柱34包括从第二下边梁58向上延伸的管状下部64。第二支撑柱34包括与第二车顶纵梁22的后端40一体化的上部62。如图7中所示，与车顶纵梁38/A柱24/支撑柱34相似，中空的横跨梁30包括内表面48、外表面50和二者之间的壁52。
横跨梁30在横跨梁30的前端32处从第一下边梁56向上延伸。横跨梁30的第一端部32可邻接或接近第一支撑柱34。横跨梁30还包括另一端部32，其中该横跨梁30另一端部32邻接或接近第二支撑柱34。横跨梁30在横跨梁30的端部32处从第二下边梁58向上延伸。如图5中所示，横跨梁30在横跨梁30的各个端部32之间在车辆的横向方向上延伸。
应理解，第一支撑柱34沿第一支撑柱34和横跨梁30的长度焊接至横跨梁30的至少一部分，其中第一支撑柱34和横跨梁30在横跨梁30的第一端部32附近彼此邻接。焊接工艺的非限定示例可为叠焊60。然而，也可使用其它的连接技术例如机械紧固件(未显示)或粘接(未显示)。
应理解，第二支撑柱34沿第二支撑柱34和横跨梁30的长度焊接至横跨梁30的至少一部分，其中第二支撑柱34和横跨梁30在横跨梁30的端部32附近彼此邻接。如图所示，焊接工艺的非限定示例可为叠焊60。然而如上所述，也可使用其它的连接技术例如机械紧固件(未显示)或粘接(未显示)。
为了将下边梁56、58连接至其对应的支撑柱34和横跨梁30，可在支撑柱34和横跨梁30中形成下边梁凸缘42。第一支撑柱34的下边梁端36可压缩在一起以形成第一下边梁凸缘42。下边梁凸缘42进一步包括点焊凸缘44，其操作配置用于连接第一支撑柱34和第一下边梁56。
类似于支撑柱34，横跨梁30的端部32可压缩在一起以形成下边梁凸缘42。与支撑柱34的下边梁凸缘42相似，横跨梁30的下边梁凸缘42可进一步包括点焊凸缘44，其操作配置用于连接横跨梁30和下边梁56。
如图4、5和7中所示，B柱16区域内的双管状构造允许车辆结构10以较少的位移抵抗更大的车顶负载13。与C柱14不同，B柱16设置得更接近车辆(未显示)的纵向中心66。因此，车顶纵梁18更能够抵抗从车辆(未显示)切断开。
如图6的图表中的非限定示例数据所示，在车辆(未显示)经历4英寸位移之前，本发明的车身结构10可承受高达30000磅的负载。如图6的图表中所示，这相当于大约两倍于常规设计的车顶负载能力。
尽管已经详细描述了本发明的多个实施例，本领域技术人员应了解可对所公开的实施例进行修改。因此，上述描述应被认为是示例性的而非限定。

Claims (10)

1.一种具有改进的车顶支撑特性的车身结构，所述车身结构包含：
具有内表面和外表面以及二者之间的壁的车顶纵梁，所述车顶纵梁在所述车顶纵梁的前端向下延伸并在所述车顶纵梁的后端向下延伸，所述车顶纵梁在所述前端处与单体式中空A柱一体化；
下边梁；以及
具有内壁和外壁的单体式中空支撑柱，所述支撑柱具有从所述下边梁向上延伸的管状下部以及与所述车顶纵梁的所述后端一体化的上部。
2.根据权利要求1所述的车身结构，其特征在于，进一步包含具有第一端部和第二端部的横跨梁，所述横跨梁在所述横跨梁的第一端部处从所述下边梁向上延伸。
3.根据权利要求2所述的车身结构，其特征在于，所述横跨梁在所述横跨梁的所述第一端部和所述第二端部之间在车辆的横向方向上延伸。
4.根据权利要求2所述的车身结构，其特征在于，所述支撑柱在接近所述横跨梁的所述第一端部处焊接至所述横跨梁的至少一部分。
5.根据权利要求1所述的车身结构，其特征在于，所述支撑柱的下边梁端压缩在一起以形成下边梁凸缘。
6.根据权利要求5所述的车身结构，其特征在于，所述支撑柱的所述下边梁凸缘焊接至所述下边梁。
7.根据权利要求4所述的车身结构，其特征在于，所述支撑柱在接近所述第一端部处叠焊至所述横跨梁的至少一部分。
8.根据权利要求2所述的车身结构，其特征在于，所述支撑柱在接近所述横跨梁的所述第一端部处机械紧固至所述横跨梁的至少一部分。
9.一种具有改进的车顶支撑特性的车身结构，所述结构包含：
车辆第一车顶纵梁，包含内壁和外壁，所述第一车顶纵梁在所述第一车顶纵梁的第一前端处向下延伸并在在所述第一车顶纵梁的第一后端处向下延伸，所述第一车顶纵梁在所述第一前端处与单体式中空第一A柱一体化；
第一下边梁；
具有内壁和外壁的单体式中空第一支撑柱，所述第一支撑柱具有从所述第一下边梁向上延伸的管状下部以及与所述第一车顶纵梁的所述后端一体化的上部；
具有内壁和外壁的第二车顶纵梁，所述第二车顶纵梁在所述第二车顶纵梁的第二前端处向下延伸并在在所述第二车顶纵梁的第二后端处向下延伸，所述第二车顶纵梁在所述第二前端处与单体式中空第二A柱一体化；
第二下边梁；
具有内壁和外壁的单体式中空第二支撑柱，所述第二支撑柱具有从所述第二下边梁向上延伸的管状下部以及与所述第二车顶纵梁的所述后端一体化的上部；以及
具有内壁和外壁的单体式中空横跨梁，所述横跨梁在所述横跨梁的第一端部处从所述第一下边梁向上延伸，所述横跨梁的所述第一端部接近所述第一支撑柱；所述横跨梁进一步包括第二端部，所述横跨梁的所述第二端部接近所述第二支撑柱并从所述第二下边梁向上延伸，所述横跨梁在所述横跨梁的所述第一端部和所述第二端部之间在车辆的横向方向上延伸。
10.根据权利要求9所述的车身结构，其特征在于，所述第一支撑柱在邻接于所述横跨梁的所述端部处焊接至所述横跨梁的至少一部分。
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