CN103129616A - 车辆的轻质梁 - Google Patents

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Abstract

公开了具有四个以上的边且具有多种不同的截面的梁，所述四个以上的边可形成具有端部的梁的中央部分，所述端部具有四个边。梁的端部可由车架梁容纳。梁的在车架梁之间的中央部分可形成为具有四个以上的边。附加边可以是凹入凸缘或突出肋。可在梁的中央部分设置弧形凹槽或弧形肋。梁的端部可延伸到车架梁的外部。梁的中央部分上的肋或凸缘可提供与具有厚得多的壁的四边梁的性能等同的性能。因为中央部分由更薄的材料制成，同时通过在中央部分形成凸缘或肋来保持强度，所以实现了重量的减轻。

Description

车辆的轻质梁
技术领域
本公开涉及车辆中的梁，所述梁提供对弯曲负荷和压溃负荷的改善的反作用力。
背景技术
各种各样的梁被集成到车辆的结构中。可设置在车架纵梁或一体形成的梁之间延伸的车辆横梁。支柱作为支撑车顶以抵抗压溃负荷的梁。减震器支撑着在车架和前减震器或后减震器之间延伸的梁，以吸收在前端碰撞或追尾碰撞中的能量。通常需要降低车辆的重量，以改善燃油经济性和废气排放。随之而来的是，车辆的安全标准要求加强梁的强度并增大能量吸收量。主要通过改变梁的材料，使得强度更高且更轻质的材料被集成到车辆的梁中。然而，不认为仅仅改变材料就会足以使重量最小化同时提高抗弯强度和对于压溃负荷的吸收。
已经开发了具有四个以上的边的梁，以尽量减轻重量同时提高抗弯强度和抗压性能。例如，已提出具有12到20边的梁，以增加梁的强度。这些类型的梁存在的一个问题是：将梁结合到车架的其他部分需要形成不规则形状的支架和容纳件。不规则的支架和容纳件难以形成，且需要高成本的制造工艺。
本公开在使车辆的抗弯强度和对于压溃负荷的能量的吸收最大化的同时，通过使车辆的梁和结构元件的重量减轻来实现燃油经济性。
发明内容
本公开的一方面涉及为车辆提供一种梁的构思，所述梁具有规则形状的包含四个边的端部，所述端部与所述梁的具有四个以上的边的中央部分一体地形成。所述端部可容纳在传统的具有四边的开口中或容纳在传统的支架设计中容纳四边梁的支架中。所述梁的中央部分可包括六个或更多个边。例如，通过在四边梁的四个边中的每边上形成凸缘，可设置20个边，凸缘在四边梁的每边上设置三个附加边。在一个实施例中，梁的中央部分可由较薄的材料形成，而梁的端部可由比形成中央部分的材料更厚的材料形成。可从拼焊板成形这样的梁，该拼焊板已增加了端部处的材料厚度，并减小了中央部分处的材料厚度。
形成在管状梁的中央部分的凸缘可通过不连续的辊压成型或3D柔性辊压成型工艺(辊压成型或其他成型方式)而形成，管状梁的中央部分中的凸缘无需延伸到所述端部或不完全延伸到所述端部。所述凸缘可在中央部分的边上形成为凹入，以改善抗压性。可选地，所述凸缘可形成为从拼焊板的中央部分的边突出，以为梁提供改善的抗弯强度。
通过在矩形的拼焊板的四个边中的每边上形成包括三个平壁的凸缘，可提供20边梁。可选地，可提供具有弧形凹槽或弧形肋的12边梁。根据本公开的其他应用方式，可提供具有数量更少或更多的边的梁。
根据本公开的一个方面，提供一种用于车辆的梁，所述梁具有包含四个以上的边的中央部分，中央部分具有壁厚(T1)；以及具有不多于四个边的一对端部，所述端部具有比中央部分的壁厚(T1)厚的壁厚(T2)。例如，所述梁可形成为使得中央部分的壁厚(T1)为1.5mm，所述端部的壁厚(T2)为1.8mm。在拼焊板的所述端部和中央部分之间可设置一对连续的焊缝。
所述梁的中央部分可具有形成在所述中央部分的至少一边上的至少一个凸缘。在所述中央部分的每边上可形成至少一个凸缘。每个凸缘可凹入到所述梁的内侧，以增加所述梁的抗压性。可选地，所述凸缘可从所述梁的边突出，以增加所述梁的抗弯强度。所述凸缘可具有一对相对地定向的锥形壁和基本壁。在另一实施例中，所述凸缘可具有弧形的截面。
所述车辆可具有限定四边孔的被分隔开的一对车架梁，其中，所述梁的端部可容纳在四边孔中，并通过所述四边孔固定到所述车架梁。所述梁的每个端部可穿过在被分隔开的车架梁中的每个的平行壁中限定的一对四边孔而延伸，并从所述车架梁向外延伸。所述中央部分可延伸到车架梁的内壁。
根据本公开的另一方面，公开了一种从拼焊板制造空心梁的方法。根据所述方法，被选择的拼焊板可具有中央部分和厚度与所述中央部分的厚度不同的一对端部。所述拼焊板成形为四边管，且通过液压成型工艺在所述中央部分形成凸缘以加强所述中央部分。所述凸缘在所述中央部分设置附加壁。
将所述拼焊板成形为四边管的方法可进一步包括：将所述拼焊板弯曲，以将所述拼焊板成形为管状；以及焊接所述拼焊板，以将管状的拼焊板成形为四边管。可通过具有厚度(T1)的壁形成所述中央部分，且可通过具有比厚度(T1)厚的厚度(T2)的壁形成所述端部。所述厚度(T1)可在1.0mm和2.5mm之间，厚度(T2)可在1.5mm和3.5mm之间。
根据制造空心梁的方法的可选实施例，选择具有中央部分和一对端部的拼焊板。通过不连续的辊压成型或3D柔性辊压成型工艺或压制工艺在所述拼焊板的中央部分的至少一边上形成凸缘，且不在所述端部上形成凸缘。
通过参见附图和以下对于示出的实施例的详细描述，本公开的上述和其他方面对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
图1是一个实施例的20边梁的截面图；
图2是具有弧形突出肋的12边梁的截面图；
图3是具有弧形的凹入凸缘的12边梁的截面图；
图4是具有平壁形的凹入凸缘的20边梁的截面图；
图5是其中央部分具有20边的梁的透视图；
图6是拼焊板的透视图；
图7是其中央部分具有20边的管状梁的透视图；
图8是连接到一对车架梁的其中央部分具有20边的梁的局部平面图；
图9是从侧面圆柱碰撞测试中得到的梁的侵入变形曲线图；
图10是从侧面圆柱碰撞测试中得到的前车门的上部的侵入变形曲线图；
图11是从侧面圆柱碰撞测试中得到的前车门的下部的侵入变形曲线图；
图12是曲线图，该曲线图将在中央部分具有对应于图3的截面但是厚度不同的多个梁对于压溃能量的吸收进行比较。
具体实施方式
通过参照附图公开示出的实施例。然而，可以理解的是，公开的实施例仅意在作为示例，且可以以多种和可选的方式实施。附图不一定按照比例绘制，可夸大或最小化一些特征，以示出具体部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节将不被解释为限制，而是作为用于教导本领域技术人员如何实施本发明的代表性基础。
参照图1，示出了根据本发明的一个实施例制成的20边、20角的梁。梁10的各边的长度为S1-S20，且各边的厚度为T1-T20。不同的边的长度、厚度和角度都是可调的参数，这样允许对梁进行微调以控制压溃强度和抗弯强度。也可调节这些参数，以便为不均匀也不笔直的结构建立优选的压溃模式和弯曲模式。梁10包括多个主角12，主角12具有由“α”指示的内角。内角α优选地大于90度。从主角12的内侧测量得知，内角α可在95°和125°之间。在两个相邻的主角12之间设置有平壁凸缘14，以增加梁10的强度。
参照图2，示出了12边的梁16，梁16包括8个平壁18，其中，在每个主角20的相反侧各设置有一个平壁18。在布置于两个相邻的主角20之间的两个平壁18之间设置有一个突出的弧形肋22(即，共有四个肋22)。肋22作为形成梁16的四个附加边的弧形壁。主角20具有内角α，该内角α大于90°，从主角20的内侧测量得知，该内角α可在95°和125°之间。
参照图1和图2的实施例，这两个实施例均提供可调的参数，以使弯曲性能最优化。各边的长度S1-S20、厚度T1-T20(图2中肋22的径向厚度)以及角度α1-α20均是可调的，以控制压溃性能或弯曲性能。还可调节这些参数，以满足车辆结构的安装空间要求和负荷要求。
参照图3，示出了本发明的另一可选的实施例，其包括12边的梁26。在每个主角30的相反侧各设置有一个平壁28(即，共有8个平壁28)。主角30具有大于90°的内角α，且内角α可在95°和125°之间。在两个相邻的主角30之间的两个平壁28之间设置有一个弧形的凹槽32(即，共有4个凹槽32)，这4个凹槽32形成4个弧形壁。尽管图2所示的具有突出的弧形肋22的12边梁16提供改进的抗弯矩性能，但是包括弧形凹槽32的图3的实施例可优选地抵抗压溃负荷。
参照图4，通常用标号36指示具有非传统截面的20边梁。梁36包括通常限定梁36的外周的外壁38。内侧壁40在外壁38和基本内壁42之间延伸。在两个相连的外壁38之间设置一个主角44(即，共有4个主角44)。主角44的内角α大于90°且可在95°和125°之间。
继续参照图4，20边梁的这20个边被标记为S1-S20，且边S1、S2、S4、S5、S6、S7、S9、S10、S11、S12、S14、S15、S16、S17、S19和S20的长度相等，均为L0。边S3、S8、S13和S18的长度可相等，均为L1。申请人已经知道L1/L0的最佳比率在0.66和2.0之间。
图1和图2示出了在四边梁的四个边上均具有外凸缘的梁的示例。图3和图4示出了在四个边上均具有内凸缘的梁的示例。这些示例可被修改，以提供在两个边上具有内凸缘且在另外两个边上具有外凸缘的梁。可选地，两个内凸缘可设置在两个相对的边上或者两个外凸缘可设置在规定的边上。以上是具有不同的可调参数的不均匀截面的示例。
参照图5，示出了其中央部分具有20边的梁48。梁48包括被限制到梁48的中央部分52的平壁形外肋50。具有四边的端部54设置在中央部分52的两侧。具有四边的端部54可具有圆角56。
参照图6，示出了预压制的、3D柔性滚压成型的或不连续滚压成型的拼焊板60，拼焊板60可用于形成以上参照图1至图5所述的管状梁。拼焊板60包括可具有比端部64的厚度薄的厚度的中央部分62。在中央部分62和端部64之间可(例如)通过激光焊接设置对接焊缝66，作为用于制造拼焊板60的制造工艺的一部分。在拼焊板60的中央部分62示出了四个凸缘68。如果梁意在加强抗弯矩性能，则凸缘68可以是突出肋，或者凸缘68可以是凹入凸缘以提供改善的抗压性能。通过设置被凸缘68加强的更薄的中央部分62，图6中的实施例实现了减重。端部64不包括凸缘68，端部64可由更厚的材料制成，以提供与中央部分62的强度相等的强度，同时要限制在端部64中需要的所述更厚的材料的量。
参照图7，示出了作为梁的一个示例的管状梁70，管状梁70可从图6所示的拼焊板60开始制造而成。管状梁70的中央部分72具有20边，中央部分72通过在中央部分72上延伸的肋74而被加强。肋74可以以(例如)液压成型工艺形成。端部76设置在中央部分72的两个相对端。端部76的厚度可比用于形成具有20边的中央部分72的材料的厚度大。如图6所示那样，对接焊缝78设置在拼焊板60的端部76和中央部分72之间。车架梁80以连接到管状梁70的一端的方式被示出。车架梁80限定穿过车架梁80的两个平行壁而延伸的开口82。端部76可完全地穿过车架梁80中的开口82延伸，由此设置外延长部84。外延长部84被示出为用于改善管状梁70的性能，特别是在侵入变形测试中的性能。
参照图8，示出了包括多个肋88的梁86。梁86在两个车架梁90之间延伸且延伸超出车架梁90。延长部92从车架梁90伸出，并可提供改善的侵入变形测试性能，如先前参照图7所描述的。
图9是通常用标号94指示的梁的侵入变形曲线图。从侧面圆柱碰撞测试得出的梁的侵入变形基线示出了在梁的侵入变形测试中具有四个角、2.2mm厚的梁的性能。基线96示出了在150毫秒的时间段内、在侵入变形距离改变350mm时，具有四个角、2.2mm厚的梁的性能。图9示出了重量减轻的具有1.5mm厚的中央部分和1.8mm厚的端部的拼焊板98的测试结果，该拼焊板具有与在梁的侵入变形测试中测试结果为基线96的梁的性能几乎相同的性能。
参照图10，通常用标号100指示前车门的上部的侵入变形图表。梁的侵入变形测试的基线示出了在梁的侵入变形测试中具有四个角、2.2mm厚的梁的性能。基线104示出了在150毫秒的时间段内、在侵入变形距离改变350mm时，具有四个角、2.2mm厚的梁的性能。图10示出了重量减轻的具有1.5mm厚的中央部分和1.8mm厚的端部的拼焊板102的测试结果，该拼焊板具有与在梁的侵入变形测试中测试结果为基线104的梁的性能几乎相同的性能。
参照图11，通常用标号106指示前车门的下部的侵入变形图表。梁的侵入变形测试的基线示出了在梁的侵入变形测试中具有四个角、2.2mm厚的梁的性能。基线110示出了在150毫秒的时间段内、在侵入变形距离改变350mm时，具有四个角、2.2mm厚的梁的性能。图11示出了重量减轻的具有1.5mm厚的中央部分和1.8mm厚的端部的拼焊板108的测试结果，该拼焊板具有与在梁的侵入变形测试中测试结果为基线110的梁的性能几乎相同的性能。
参照图12，通过标号112确定压溃能量图表。压溃能量图表提供对于根据图3的实施例而制成的多个梁的比较。被测试的梁除了厚度不同之外，具有相同的尺寸和形状。在压溃能量图表112中，线114示出了1.5mm厚的梁的性能，该线示出了：对20,000kN.mm作出响应的位移大约是100mm。线116示出了1.2mm厚的梁的性能，其中，在20,000kN.mm作用下的位移大约是138mm。线118示出了在测试中1.0mm厚的梁的性能，该线示出了：在20,000kN.mm作用下导致大约180mm的位移。线120示出了0.9mm厚的梁的压溃能量性能，其中，在20,000kN.mm作用下的位移大约是220mm。线122示出了在相同的测试中具有0.85mm的厚度的梁的性能，吸收20,000kN.mm的能量会导致大约235mm的位移。线124示出了根据图3所制成的0.8mm厚的管的性能，该线示出了：吸收20,000kN.mm的能量会导致250mm的位移。线126示出了具有1.5mm厚度的基准梁的性能，其吸收20,000kN.mm的能量需要大约250mm的位移。
具有图3所示的形状且厚度更大(例如，大于0.8mm)的梁的性能比厚度为0.8mm的梁的性能好。然而，如图表所示，从具有图3所示的形状且厚度为0.8mm的梁可获得与较重的厚度为1.5mm的基准梁的性能相似的性能。令人惊讶的是，线124所示的梁完全等同于线126所示的具有1.5mm厚度的更重更厚的基准梁。
虽然在上面描述了示例性实施例，但并不意在使得这些实施例描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而不是限定性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行多种改变。此外，多种实现的实施例的特征可被组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (19)

1.一种用于车辆的梁，包括：
中央部分，具有四个以上的边；以及
一对端部，具有不多于四个边。
2.根据权利要求1所述的梁，其中，所述中央部分具有壁厚(T1)，所述一对端部具有比壁厚(T1)厚的壁厚(T2)。
3.根据权利要求1所述的梁，其中，壁厚(T1)为1.5mm，壁厚(T2)为1.8mm。
4.根据权利要求1所述的梁，其中，所述中央部分具有形成在所述中央部分的至少一边上的至少一个凸缘，所述凸缘形成至少一个壁。
5.根据权利要求4所述的梁，其中，在所述中央部分的每边上形成至少一个凸缘，其中，梁的与所述凸缘相邻的壁具有壁长(L1)，所述凸缘具有基本壁，所述基本壁具有壁长(L2)，且壁长(L1)与壁长(L2)的比值在0.66和2.0之间。
6.根据权利要求4所述的梁，其中，所述凸缘凹入到所述梁的内侧，以增加所述梁的抗压性。
7.根据权利要求4所述的梁，其中，所述凸缘从所述梁的边突出，以增加梁的抗弯强度。
8.根据权利要求1所述的梁，其中，在所述端部和所述中央部分之间设置有一对连续的焊缝。
9.根据权利要求1所述的梁，其中，所述中央部分进一步包括20边，且连接的两相邻边之间的角度在95°和125°之间。
10.根据权利要求1所述的梁，其中，所述车辆具有被分隔开的一对车架梁，所述一对车架梁中的每个限定具有四边的至少一个孔，且所述梁的所述端部容纳在所述四边孔中，并通过所述四边孔固定到所述车架梁。
11.根据权利要求10所述的梁，其中，所述梁的所述端部中的每个穿过在被分隔开的车架梁中的每个的平行壁中限定的一对四边孔而延伸并延伸到所述车架梁的外部，其中，所述中央部分延伸到被分隔开的车架梁中的每个的其中一个壁。
12.根据权利要求1所述的梁，其中，所述中央部分具有形成在所述中央部分的至少一边上的至少一个凸缘，所述至少一个凸缘形成至少一个壁，其中，所述凸缘具有一对相对地定向的锥形壁和基本壁。
13.根据权利要求1所述的梁，其中，所述中央部分具有形成在所述中央部分的至少一边上的至少一个凸缘，所述至少一个凸缘形成至少一个壁，其中，所述凸缘的截面形状为弧形。
14.一种制造具有四个以上的壁的空心梁的方法，所述方法包括：
选择具有中央部分和一对端部的拼焊板；
将所述拼焊板成形为具有四个壁的管；以及
在所述中央部分形成凸缘，以通过在所述中央部分设置至少两个附加壁来加强所述中央部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述拼焊板成形为具有四个壁的管的步骤进一步包括：
弯曲所述拼焊板，以将所述拼焊板成形为管状；以及
焊接所述拼焊板，以将管状的拼焊板成形为具有四边的管。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，通过具有厚度(T1)的壁形成所述中央部分，且通过具有比厚度(T1)大的厚度(T2)的壁形成所述端部。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述厚度(T1)在1.0mm和2.5mm之间，厚度(T2)在1.5mm和3.5mm之间。
18.一种制造具有四个以上的壁的空心梁的方法，所述方法包括：
选择拼焊板，所述拼焊板是具有中央部分和一对端部的管状构件；
将所述拼焊板成形为具有四个壁的管；以及
在所述中央部分形成凸缘，以通过在所述中央部分在至少一个壁上设置至少两个附加壁来加强所述中央部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过以下工艺实现在管状构件的中央部分在至少一个壁上形成凸缘，且在所述端部不形成肋，所述工艺包括：
不连续的辊压成型；
三维成型；
液压成型；或
压制。
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