CN102107682A - 汽车车身的底板结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车车身的承载结构装置，该承载结构装置具有至少一个基本上沿汽车纵向延伸的承载结构件(12)，该承载结构件设置在汽车的内部区域或者干燥区域内用于构成汽车车厢前壁和车身后车架的一体式连接。

Description

汽车车身的底板结构
技术领域
本发明涉及一种承载结构装置，尤其是一种汽车车身的底板结构以及特别是一种汽车或者汽车车身的布置在座舱下方的底部结构。此外本发明涉及一种装备有该承载结构装置的汽车。
背景技术
汽车车身的承载结构件，例如前架、后架、纵梁以及前底部和后底部一方面通过承受汽车重量或者各个汽车部件，例如发动机部件的重量而满足静态功能。另一方面至少这些部件中的一些在出现极端机械载荷的情况下，例如在汽车碰撞的情况下具有确定的变形特性。
汽车车身的各个承载结构件的几何设计以及它们相互间的机械连接确定了所谓的载荷路径，碰撞时出现的碰撞能量可以沿着该载荷路径以尽量确定的方式方法被引出。此外载荷路径满足了这样的目的，即不仅吸收碰撞引起的碰撞能量，而且还使作用力远离座舱，使得座舱本身在严重的汽车碰撞时可以满足其作为汽车乘客生存空间的功能。
除了需要满足的机械载荷要求，还不断追求为了减少燃料消耗而在整体上降低汽车车身和汽车的质量。
因此例如从DE 102006052381A1已知一种用于轿车车身底部的纵梁，该纵梁的至少一个部分区段设计为滚压型材。在此，可以在设计为滚压型材(Rollprofil)的部分区段内形成一个带有两个小室的材料搭接，该小室可以使纵梁得到加固。
此外，可以考虑在车身结构中使用轻质结构材料作为减轻重量的措施。合适的轻质结构材料可以考虑例如由钢或者钢板加压淬火制成的构件以及使用这样的金属板，该金属板具有较高的轻质金属，例如镁或者铝的成分或者完全由这种较轻的低密度材料构成。
然而，这样的轻质结构材料由于其普通的耐腐蚀性使其在汽车车身外部部件，例如前架、后架、纵梁或者横梁中的使用受到限制。
以铝或者镁的轻质构造方式制成的承载结构件以及加压淬火的钢板为了使用在汽车外部区域中必须总是具有抗腐蚀的保护层。然而由于变形过程中的温度要求，例如通过镀锌的保护层涂覆例如几乎不能用于加压淬火的钢板。此外金属保护层的涂覆总是伴随着重量的增加以及成本的增加。
传统的汽车车身前架结构由于位于喷水区域内的框架型材以及其切边棱而非常容易被腐蚀。框架型材的每个凸缘切边均需要额外的(油漆)蒙护。
此外，为了优化汽车的声学特性，特别是降噪特性，汽车车身的底部结构需要具有声音隔离层。该隔离层的厚度通过声音衰减要求预先规定，因此只能有限地减小最终决定前架型材高度的、在潮湿或者喷水区域内在汽车底部下方延伸的前车架延长部的结构高度。
此外在现有技术中表明不利的是，为了制造底部结构，需要将大量的单个结构件和衬件分别单独地与汽车车身连接。这样的制造和装配总是伴随着较高的生产耗费和生产成本。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种汽车车身的承载结构装置，该承载结构装置足以承担机械载荷要求，具有相对较小的重量，可以用最少的成本制造并且可以形成汽车内部的额外的结构空间。
该技术问题按本发明通过一种优选设计为底部结构的汽车车身承载结构装置解决，该承载结构装置具有至少一个基本上沿汽车纵向延伸的承载结构件，该承载结构件设置用于在所述汽车的内部区域或者干燥区域内构成汽车车厢前壁和车身后车架的一体式连接。该技术问题还通过一种装备有按本发明的承载结构装置的汽车解决。
按本发明的承载结构装置设置用于汽车车身或者设计为汽车车身的组成部分。在此，按本发明的承载结构装置可以具有多个已经模块化地相互接合或者相互固定连接的汽车车身的单个部件，例如纵梁和横梁、前架和/或后架以及其框架区段、A柱、B柱、C柱或者D柱，以及车门槛、车厢前壁和/或脚踏板或者类似的承载结构件。
按本发明的承载结构装置的特征在于一个基本上在汽车纵向上延伸的承载结构件，该承载结构件设置在汽车的内部区域或干燥区域内用于形成汽车车厢前壁或前围板与汽车车身的后架或后架接头(Hinterrahmenknoten)的一体式连接。
在此，一体式设计的承载结构件从汽车的前架延伸到其后架，通常从汽车车身的前围板延伸到脚踏板。因此承载结构件跨过了汽车车身的位于座舱下方的整个底板部分。
在此，按本发明的承载结构装置优选模块化地设计。其承载结构件优选可以直接或者间接地通过将汽车的潮湿区域和干燥区域彼此分开的分隔元件连接在汽车车身的前架上并且以相似的方式连接在汽车车身的后架上。
按本发明的第一种有利的设计方案特别规定，承载结构件向下与汽车车身的底板邻接。在此，底板用作汽车车身的喷水区域或者外部区域与干燥区域或者内部区域之间的密封分隔件。
通过将底板布置在承载结构件的下方，按本发明的底板结构的承载构件可以被完全布置在汽车的干燥区域或者内部区域内，从而在其它情况下必需的防腐蚀措施对于这种承载式结构件或者作为载荷传递路径的结构件是多余的。
因此对于承载结构件，可以以有利的方式完全省去防腐蚀层。此外，通过底板在承载结构件下方的固定可以实现只通过结构上的措施而有效地保护承载结构件不受潮湿和其它的腐蚀作用以污染的影响。此后不用再担心损害承载结构件的功能适用性的腐蚀。
按本发明的一种有利的扩展设计，至少一个承载结构件具有在纵向或者汽车横向上分支的和/或相互连通的型材区段，这些型材区段此外朝向底板设计为例如U形或者V形构造的开口的型材区段。通过承载结构件和位于其下的底板的相互固定，承载结构件的向下开口的型材区段可由底板封闭。
就这点而言底板可以用作承载结构件的型材区段的封闭板。对于承载结构件特别规定，承载结构件朝向前围板具有与从外部与前围板邻接的前架对应的横截面并且基本上与前架的横截面重叠地以形成载荷传递路径的方式布置在车厢前壁或者前围板上。
各个型材区段与行驶方向相反，也就是指向后面地优选呈Y形地分支，其中，一个分支向中间底槽区段延伸并且另一个分支向车门槛延伸。通过承载结构件的与前架以形成载荷传递路径的方式有效连接的型材区段的这样的分支结构，可以将由碰撞引起的力最佳地导入中间底槽中和车门槛区域中。
按本发明的一种优选的设计方案还规定，承载结构件通过至少一个本身封闭的、在底板平面内延伸的焊接凸缘与底板连接。若例如承载结构件的一个型材区段分为两个分支，而它们沿汽车纵向又相互连通或者与另一个型材部件连通，则承载结构件具有由分支区域构成的凹处。
通过分支的型材区段向下朝向底板以贯通的焊接凸缘与底板连接，在承载结构件和底板相互固定时在承载结构装置内形成了一个向下封闭的槽，该槽例如适用于容纳绝缘材料。由此还可以增大汽车内部空间内的可用的结构空间。
此外，按本发明的另一种有利的设计方案规定，承载结构件当其到达汽车上的装入位置时可以借助倾斜于或者横向于底板平面延伸的前连接区段通过底板的与该前连接区段对应延伸的连接区段以形成载荷传递路径(lastpfadübertragend)的方式与汽车车身的位于汽车潮湿区域内的前架部件连接，优选焊接。
底板的倾斜地，优选向上伸出延伸的前连接区段用作位于喷水区域内的前架和与之重叠地布置在内部区域或者干燥区域内的承载结构件之间的密封的分隔物。在此可以特别规定，底板的前连接区段甚至用作前围板、设计为前围板的延长部和/或与前围板连接。
按本发明的承载结构装置的位于内部的承载结构件在其前连接区段内的型材横截面基本上相应于相对置的前架的型材横截面。在此，位于内部的承载结构件可以特别地设计为前架延长部的形式。
通过承载结构件和前架至少部分地，优选几乎完全相互重叠的布置，虽然位于内部的承载结构件和位于外部的前架被密封地分隔，还是可以构成延伸通过两个部件的载荷路径。在此尤其规定，对于底板在前架和位于内部的承载结构件之间延伸的连接区段进行两面焊接，即既焊接在前架的自由端部上又焊接在位于内部的承载结构件的前端部区段上。
按本发明的另一种有利的设计方案，位于内部的承载结构件具有在汽车纵向上在承载结构件的整个长度上延伸的中间底槽区段。中间底槽区段具有向下开口的U形或者帽形型材并且基本上呈直线地在承载结构件的整个长度上延伸。
中间底槽区段优选一体式地并且连贯地在汽车车身的车厢前壁或前围板和脚踏板或后架接头之间延伸。相应于承载结构件的设计为底槽区段的压槽，位于下方的底板也可以具有相应的贯通的U形或者帽形型材状的压槽。
通过将中间底槽区段或者底槽加强件集成在位于内部的承载结构件中，可以以简单的方式方法实现对整个承载结构件和底板结构的额外的加强。
按本发明的另一种设计方案，位于内部的承载结构件在其沿汽车横向的侧边缘上具有相对于位于下方的底板的平面向上伸出或者竖起(abgestellt)的并且相对置的边缘区段。这些边缘区段可以例如由承载结构件的型材区段形成或者与其一体式地连接。无论如何这些边缘区段使承载结构件的扭转强度增大。
此外可以规定，承载结构件具有至少一个在中间底槽区段和所述边缘区段之间延伸的座椅横梁。在此，该座椅横梁可以和中间底槽区段相似地具有向内突起的或者向下，即朝底板开口的U形或帽形型材。集成在位于内部的承载结构件内的座椅横梁额外地加固了承载结构件。
此外，通过将座椅横梁集成到位于内部的承载结构件中，座椅横梁在汽车车身的支承部件上的单独连接被节省成本和安装费用地省去。按本发明的一种扩展设计还规定，位于内部的承载结构件的侧面的，优选向上伸出的边缘区段和底板的与之对应的优选同样向上伸出的边缘区段通过侧面的底部段相互连接。在此，底部段起到车门槛或者车门槛加强件的作用，从而可以总体上在按本发明的底板结构的相对置的侧棱上形成一个在边缘侧由位于内部的承载结构件的各个边缘区段、底板以及单独与该底板连接的底部段组成的封闭式型材区段。
在此起到车门槛加强件作用的底部段在车身结构中通常也被称为侧面底板。
在位于内部的承载结构件的型材区段区域内起封闭板作用的底板在很大程度上设计为在按本发明的底板结构的整个长度上贯通的底部段或者平面段。该底部段或平面段通过待实现的与位于内部的承载结构件的连接利用大量承载结构件的型材区段与该承载结构件焊接在一起。
为此，位于内部的承载结构件的型材区段在其向下突起的自由端部上具有优选向外突起的焊接凸缘区段。
按本发明的另一种变型设计还规定，将底板划分为与前车架连接的前平面段和与车身的后架连接的后平面段。只要前平面段优选设计为带有用于固定在前架上的前连接区段的深冲件，而后平面段具有直到中间底槽区段为止基本上平坦的和平面的造型，那么这种划分在制造技术上表明是有利的。
因此后平面段优选设计为滚轧成型件，该构件在汽车纵向上观察具有不变的横截面轮廓。
前平面段和后平面段优选通过一个基本上沿汽车横向延伸的焊缝相互连接。以这种方式方法构成的双组件式底板可以在此后作为整体与一体式设计的并且位于汽车内部区域或者干燥区域中的承载结构件连接，特别是与之焊接。
按另一个有利的方面，规定为位于内部的承载结构件使用高强度钢板或者使用由轻质金属，特别是由铝或镁制成的铸件。位于内部的承载结构件尤其通过应用轻质结构材料，特别是加压淬火的高强度钢板以及应用铝或者镁制成。
在此，位于内部的承载结构件尤其设计为没有防腐蚀保护的，并且有利地设计为无涂层的。通过选择合适的轻质结构材料和省去对于承载结构件很普遍的防腐蚀层，可以相对于现有技术以有利的方式减少承载结构件的重量和为此所必需的制造费用。使用高强度的、如加压淬火的钢板还可以使其壁厚或者板厚设计得相对更小，这总体上可以进一步地减轻质量和节省材料。
此外，可以为承载结构件和底板设置增强结构或者加固结构的元件。这些元件可以例如加工为加强筋或者加强卷边，如通过相应的压印或深冲加工为加固卷边或加强卷边的形式。
最后本发明按另一个独立的方面还涉及一种具有上述按本发明的承载结构装置的汽车。
附图说明
本发明其它的目的、特征以及有利的应用方案和设计方案在以下参照附图对实施例的说明中阐述。在此，在文字中描述的和在图中图示出的所有特征在单独使用以及在每个合理的相互组合中均构成本发明的主题。在附图中：
图1示出带有位于内部的承载结构件和位于其下方的底部的按本发明的承载结构装置的分解立体视图；
图2示出位于内部的承载结构装置的单独立体视图；
图3示出底板相应的单独立体视图；
图4示出沿按图2的剖切线A-A剖切承载结构件的横截面；
图5示出通过按图2的横向剖切线B-B剖切的横截面以及
图6示出沿按图2的剖切线C-C剖切的横截面。
具体实施方式
在图1中示出汽车车身的底板结构10，该底板结构在前端，也就是在按图1的图示中在左侧与前架16、18邻接，并且在后端，也就是在右侧与后架，通常与汽车车身的脚踏板或后架接头邻接。在此，底板结构10基本上由一个位于内部的，也就是布置在汽车车身的干燥区域中的承载结构件12以及一个位于其下方的，与承载结构件12连接的底板14构成。
位于内部的承载结构件12具有大量相互连通或者分支的型材区段20、23、24、26、34、40。几乎所有的型材区段20、23、24、26、34、40均设计为在横截面内呈U形并且向下开口。各个型材区段20、23、24、26、34、40利用侧面突出的焊接凸缘区段30分别与位于其下方的底板14的平面段28、32焊接。
各个焊接点或者焊缝在图5和图6中通过在各个型材件或者承载结构件的重叠区域内的单独的十字进行说明。
底板14向前地，也就是朝向汽车车身的车厢前壁或前围板地具有向上设置的连接区段22、42，在最终装配位置中，位于内部的承载结构件12的相应竖立的连接区段20、40贴靠在连接区段22、42上。
特别规定，位于内部的承载结构件12的前连接区段20以其横截面轮廓至少局部地，优选完全地与前架18的与之对应的横截面重叠，其中，在连接区段20和前架18之间，底板竖立的连接区段22用作汽车车身的喷水区域和干燥区域之间的密封分隔件。
如按图4示出的那样，连接区段20和前架18大部分相互重叠，因此承载结构件12的连接区段20基本上以形成载荷传递路径的方式与前架18有效连接。在此还规定，前架18在其下端部具有起到容纳腔作用的突起29，底板14利用其前平面段28贴靠在该突起上并且优选在此处与容纳腔29焊接。
此外，弯曲的连接区段42连接在底板竖直的前连接区段22上，这从按图5的横截面中可以看出。与此对应地，前架18具有起到侧面容纳腔作用的侧面延长部44，该延长部在底板14的弯曲的连接区段42的重叠区域内并且相对置地与位于内部的承载结构件12的竖直的连接区段20的向外伸出的焊接凸缘区段焊接。
以类似的方式方法，位于前部的在图2的左侧描述的中间底槽26的型材区段以及在图2中单独示出的承载结构件12的位于更外侧的连接区段40也固定在底板14竖直的区域22、42上。此外，从图1和图5的概览得知，可以在驾驶员侧用作放脚面(
Figure BSA00000429256900081
)的前连接区段40向前地，也就是在图5中向上指向地固定，优选焊接在底板14的弯曲的连接区段42上，而侧面固定在分开布置在底板14以及位于内部的承载结构件12上的加固件38上。
每个加强部件38在底板结构10的边缘区域内都在一定程度上起到封闭板的作用。加强部件38尤其设计为侧前部的底部。同样起到封闭板作用的车门槛加强件39沿与行驶方向相反的方向连接在侧面的加强板38上，如从图1和图6的概览中得知的那样。车门槛加强件39通常也称为侧面底部。
在图6中示出的沿按图2的剖切线C-C剖切的横截面说明，位于内部的承载结构件12的设计为U形型材的连接区段20在与行驶方向相反的方向上并且向外或者向内指向地划分为两个分支23、24，其中，分支24向外朝车门槛加强件39延伸并且分支23向内朝中间底槽区段26延伸。在位于外部的边缘区域中，分支24、底板14和车门槛加强件39共同构成封闭的横截面型材。
朝向中间底槽区段26的分支23与底板14相应的向内突起的底槽区段33构成一个相似的封闭型材区段，如从图6的横截面得知的那样。
沿汽车纵向观察，向外朝车门槛加强件39延伸的分支24优选一体式地过渡为座椅横梁34。座椅横梁34同样以U形型材的形式在汽车横向上延伸。在此，座椅横梁34在汽车横向上从上观察设计为双T形并且以基本上在汽车纵向上延伸的、向前指向的型材区段49优选一体式地过渡为型材分支24。
座椅横梁34以与此相应设计的、向后即在与行驶方向相反的方向上延伸的型材区段50过渡为位于内部的承载结构件12的向上伸出的边缘区段48。在按图1和图2的图示中，位于内部的承载结构件12在其右侧示出的自由端部上具有连接型材36，用于将承载结构件12固定在未在图中示出的汽车车身的后架或者后架接头上。
在图2中单独示出的位于内部的承载结构件12在座椅横梁34和位于后部的连接型材36之间以及侧面边缘区段48和中间的底槽区段26之间具有自由空间51或直接通向位于其下方的底板14的后平面段32的通道。座椅横梁34、边缘区段36、38以及中间底槽区段26优选一体式地相互过渡并且具有连续环绕容纳腔51的焊接凸缘30。
在两个型材区段分支23、24和座椅横梁34之间构成的容纳槽52与此相似。在这里位于内部的承载结构件12也通过至少一个本身封闭的、在底板14的平面内延伸的焊接凸缘30与底板14或者与其前平面段28和/或后平面段32焊接。
通过汽车车身底板结构的承载结构件的位于内部的布置，可以以有利的方式将底板14和汽车底部至少下降相应于承载结构件12的型材高度的一段距离。由此形成了例如用于容纳绝缘材料的自由空间51、52。
此外，可以通过位于汽车的内部区域或者干燥区域内的承载结构件12毫无问题地使用轻质结构材料，特别是高强度钢以及铝铸件或者镁铸件，由于这些材料布置在干燥区域内所以不需要为其设置抗腐蚀措施。此外通过基本上完全在前围板和脚踏板或者前架16、18和后架之间延伸的承载结构件12的一体式设计，减少了待装配的单个承载结构件的总数。
通过位于内部的承载结构件12在装入汽车或者在形成前架部件和后架部件之间的载荷传递路径的连接之前与底板14以及优选与在侧面起到底部作用的车门槛加强件38、39相连，可以形成底板结构模块10，该模块可以以很少的工序与其它的承载结构部件，例如前架16、18和/或后架或者后架接头以形成载荷传递路径的方式连接。
此外，位于内部的承载结构件12的一体式设计提高了整个底板结构10的结构强度和连接强度。
形成载荷传递路径的位于内部的承载结构件12优选由单个的板状剪裁件冲压、铸造和/或深冲而成，而可以将布置在其下方的底板14划分为两部分，即一个前面的，优选深冲的底部段28和一个后面的平面段32，其中，后面的平面段如图3中所示由于具有在汽车纵向上基本上不变的横截面轮廓而可以以节约成本的方式设计为滚轧成型件。此外，两个平面段，即前平面段28和后平面段32具有在整个底板14上延伸的加固或者加强卷边35。
如图4中说明的那样，前平面段28和后平面段32局部重叠地布置并且沿着基本上在汽车横向上延伸的焊缝46相互焊接。在此尤其规定，后平面段32在重叠区域凹进，从而从外观察可以形成两平面段28、32的基本上平面平齐的连接，这可以有利地影响汽车的空气动力学特性。
附图标记清单
10  底板结构
12  位于内部的承载结构件
14  底板
16  前架
18  前架
20  连接区段
22  连接区段
23  型材分支
24  型材分支
26  中间底槽加强件
28  前平面段
29  型材延长部
30  焊接凸缘
32  后平面段
33  中间底槽
34  座椅横梁
35  加强卷边
36  连接型材
38  车门槛加强件
39  车门槛加强件
40  连接区段
42  弯曲的连接区段
44  侧面型材延长部
48  边缘区段
49  型材区段
50  型材区段
51  容纳腔
52  容纳腔

Claims (14)

1.一种汽车车身的承载结构装置，具有至少一个基本上沿汽车纵向延伸的承载结构件(12)，该承载结构件设置在所述汽车的内部区域或者干燥区域内，用于构成汽车车厢前壁和车身后车架的一体式连接。
2.按照权利要求1所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)向下与底板(14)邻接。
3.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)具有分支的并且朝向所述底板(14)开口的型材区段(23、24)。
4.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)通过至少一个本身封闭的、在所述底板(14)的平面内延伸的焊接凸缘(30)与所述底板(14)连接。
5.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)可以借助一个倾斜于或者横向于所述底板(14)平面延伸的前连接区段(20、40)通过所述底板的与所述前连接区段对应延伸的连接区段(22、42)以形成载荷传递路径的方式与所述汽车车身的位于汽车潮湿区域内的前架部件(18)连接。
6.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)具有沿汽车纵向在所述承载结构件的整个长度上延伸的中间底槽区段(26)。
7.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)在其位于汽车横向上的侧棱上具有相对于所述底板(14)的平面竖起的并且相互对置的边缘区段(48)。
8.按照权利要求7所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)具有至少一个在所述中间底槽区段(26)和边缘区段(48)之间延伸的座椅横梁(34)。
9.按照上述权利要求7或8所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)和所述底板(14)的侧面边缘区段(48)通过侧面底部段(38、39)相互连接。
10.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)通过大量的型材区段(20、23、24、34、36)与所述底板(14)的平面段焊接或者与和所述底板连接的侧面底部段(38、39)焊接。
11.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述底板(14)被划分为与所述前架(16、18)连接的前平面段(28)和与所述车身后车架连接的后平面段(32)。
12.按照权利要求11所述的承载结构装置，其中，所述前平面段(28)设计为深冲件而所述后平面段(32)设计为滚轧成型件并且通过一条基本上沿汽车横向延伸的焊缝(46)相互连接。
13.按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置，其中，所述承载结构件(12)设计为高强度的钢板或者由轻质金属，尤其是由铝或者镁制成的铸件。
14.一种汽车，具有按照上述权利要求中任一项所述的承载结构装置。
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