CN103538631A - 液压成形的侧柱至下后部的连接结构 - Google Patents

Abstract

一种用于提高车辆的侧结构的刚度、将来自车辆侧柱的下部的负载和应变能转移至底部结构部件并提高其间的刚性的机构。车辆包括具有水平部、垂直部和弓形中心部的液压成形的管。垂直部的上端点焊至侧柱的下部。水平部被容纳进并点焊至结构构件的内部。结构构件为L-形支架，且其主要部分被点焊至长形梁的内部。该梁固定连接至车辆的侧梁。当连接时，管状构件、结构构件和长形梁形成闭合的连续箱形结构，该闭合的连续箱形结构加强车辆的侧结构。

Description

液压成形的侧柱至下后部的连接结构

技术领域

本发明涉及“白车身（Body in White（BIW））”车辆结构，以及，更具体地，涉及改善的BIW车辆结构的设计，其可实现BIW车辆结构部件的更好的负载转移和结构刚性，从而提高安全性、耐久性、NVH和重量性能。

背景技术

“白车身（BIW）”是指在添加其他随后的零件和子组件之前，汽车的大部分金属部件焊接在一起的汽车制造阶段。将车辆的车身侧连接到它的下后连接点的结构对于保持白车身结构中的整体抗扭刚度是极其关键的。为了提高车身侧结构的刚性（刚度）和负载转移的优点，已经使用了许多常规的机构和结构。主要由于在装配过程中的某些局限性，这些结构典型地设置在车辆的特定侧柱（side-pillar）的下部和下方相应的底部结构之间。然而，在目前使用的结构/机构中的主要问题是其在侧柱的下部至底部结构之间转移负载和保持刚性上的低有效性。进一步地，一体式车辆（unibodyvehicle）通常使用车身板和有助于它们的结构的基部底盘，以及因为它们的重心位于车辆的下部内，因此它们的主车身结构是相当稳定的。具体地，许多一体式车辆中的底部结构相比于上部具有更大的强度，因此，在这样的车辆中的向底部结构的有效应变能转移是保持侧结构的刚度和稳定性的极其关键的方面。

在许多车辆中，将某些空心管状构件焊接到车辆的侧架，以提高侧结构的强度。在一个这样的例子中，将两个空心管状构件安装到车辆的容纳车门的侧架上，并且该构件通过非管状加固构件连接在一起。该加固构件分散侧架的弧形边角的应力，并阻止连接处的应力集中。然而，在加强侧结构以及在侧柱和底部构件之间转移负载和形成充足的刚度中，该机构不是有效的。

考虑到这些问题，存在一种对用于加强车辆的侧结构以及提高车辆的侧架与底部结构之间的负载转移和刚度的有效且高效的机构的需要。

发明内容

本发明描述了一种设置在车辆的侧柱和车辆的侧结构的底部之间的机构，用于促进从车辆的侧柱到底部结构部件的有效负载转移。该机构还保持车辆的侧柱和底部结构部件之间的刚性。

一方面，本发明提供了一种具有定位和安装在车辆的侧柱的下部和该侧结构的底部之间的侧支承结构的车辆。该机构包括实质上长形的管状构件，该构件具有垂直部、水平部和连接水平部和垂直部的中心弓形部。结构构件容纳管状构件的水平部，具体地，该水平部固定地连接到结构构件的内部。管状构件的垂直部固定地连接到车辆的侧柱的下部。长形梁（elongated beam）连接至车辆的侧结构的底部，优选地连接至接近侧柱的侧梁（side rail）的部分。该长形梁容纳结构构件，具体地，该结构构件固定地连接至并实质上地保持在长形梁的末端部内。管状构件为通过液压成形形成的实质上空心的管。然而，挤压材料和弯曲管材也能用于制造管状构件。当结构构件、管状构件和长形梁相互连接时形成连续的箱型结构，并且这一结构容易地分散侧柱的下部的负载，并将其转移至车辆的底部结构部件。

另一方面，本发明提供了一种提高车辆的侧结构的刚度、加强侧结构以及提高从车辆的侧结构至底部结构部件的负载转移的方法。该方法在侧柱的下部和该侧结构的一部分之间安装管状构件。该管状构件具有垂直部、水平部和连接垂直部和水平部的中心弓形部。该方法将管状构件的水平部连接至结构构件的内部，并将结构构件容纳在长形梁的末端部内。将管状构件的垂直部的上端连接至侧柱的下部，并且将长形构件固定连接到车辆的侧结构的底部，优选地连接至侧柱下面的侧梁（side rail）。

根据结合以下所附的权利要求书解释的附图和具体实施方式的详细说明，本发明附加的方面、优点、特征和目的将变得显而易见。

附图说明

图1为车辆后部的侧视图，显示了安装在侧柱下面的本发明的机构。

图2为后部的另一侧视图，以及显示了根据本发明机构的不同部件之间的连接点的横断面视图。

图3为本发明的机构的分解图，显示了机构的不同部件。

具体实施方式

以下详细的说明描述了本发明的方面以及能够实现它的方法。然而，该说明并非限定或限制本发明，这样的限定或限制仅包含在所附的权利要求书中。尽管已经公开了实现本发明的最佳方式，但本领域技术人员将认识到实现或实施本发明的其他实施方式也是可能的。

在车辆的制造期间，对于保持白车身结构的整体抗扭刚度、噪声、振动和不平顺性（NVH）特征、耐久性和安全性，车身侧结构与下后连接点的连接是关键的。一体式车辆通常使用车身板（body panel）和基部底盘（floor pan）以形成它们的结构。具体地，对于没有整装式塔盘（apackage tray）的一体式车辆，保持这样的车辆的侧结构的整体刚度是制造期间的重要的参数。在这方面的常规尝试包括开发将车辆的不同侧柱的下部连接并固定于底部结构的机构。然而，大部分这些机构在将来自侧柱的负载向车辆的底部结构部件有效地且高效地转移中仅仅是部分成功的。

本发明描述了一种用于将车辆的侧柱的下部连接至车辆的底部结构部件的机构。该机构通过向侧结构提供加固来有效地将来自侧柱的负载和应变能转移到底部结构部件，并提高侧柱和底部结构部件之间的刚度。进一步地，提高车辆的BIW结构的NVH特征、耐久性、安全性和重量性能。

图1显示了车辆的后部的侧视图，描绘了安装在车辆的D-柱的下部和底部结构部件之间的本发明的机构。如图所示，该机构包括将车辆的D-柱120的下部连接至下部结构130的长形构件110。该长形构件110实质上为管状，且包括垂直部112、弓形中心部114和水平部116。垂直部112具有下端112a和上端112b。垂直部112的横截面从下端112a到上端112b持续变平。这促进垂直部容易地连接到侧柱120上。管状构件110的确切结构和形状将结合本发明后续附图在下文中详细地说明。上端112b连接至车辆的D-柱120的下部。水平构件116的末端116a连接至结构构件140。结构构件140为支架，并具有末端开放式结构以促进水平部116插入其中。具体地，如图所示，结构构件140容纳水平部116的末端116a。当处于连接至结构构件140的位置时，水平构件116的绝大部分保持在结构构件140内。为了将水平构件116固定连接到结构构件140上，水平构件116在多个位置处点焊至结构构件140的内表面。然而，在某些次优选实施例中，任何其他适当的方法也可选择地用于将构件116和140相互连接。这样的方法的典型示例可包括其他形式的焊接，例如激光焊接、气体保护电弧（MIG/MAC）焊接、钎焊（soldering）、铜焊（brazing）、粘接或者两构件相互紧固。进一步地，也可采用两个或多个这样的连接方法的结合以使两构件相互连接。当将构件140紧固到构件116时，在构件140和116的表面的合适位置处可提供多个开口，并且为此目的能够使用一组螺栓（紧固件）。

如图所示，水平部116优选地具有矩形截面。结构构件为L-形支架，其具有末端开口的结构。水平部116的矩形截面促进其与结构构件140的L-形结构的装配。在某些次优选实施例中，结构构件140还可具有另外的适当的形状，以及管状构件110的水平部116可具有相应的不同的形状，以促进水平位置（水平部）116和结构构件140的装配。在被插入后，水平部116在多个位置处被点焊到结构构件140的内部。点焊的确切位置结合随后的附图在下文中被详细地说明。

通过液压成形的工艺形成管状构件110。本领域技术人员了解，在汽车制造业中，一体式车辆中的许多复杂结构是使用液压成形技术形成，以制造更轻、更坚固且刚性的结构。进一步地，液压成形在成形为期望的结果的模具内使用加压的液压流体，以形成期望的形状。具体地，通过使用具有类似于管状构件110的形状的模具，且将加压的液压流体的流引入该模具来形成管状构件110。在实施例中，具有类似于管状构件110的不同部分（例如，垂直部112、弓形部114等等）的形状的不同模具能够被分别地使用，以制造管状构件110的不同部件，然后单独制造的部件能够融合在一起以形成整个管。进一步地，在实施例中，管状构件110也可具有贯穿它的整个长度的一致的矩形或方形截面。

优选地，管状构件110由适当的金属或金属合金制成，包括钢或铝。然而，在某些实施例中，还能使用包含挤压材料的其他材料/合金。还能使用支承负载和应力能转移的其他合适的材料，以促进负载向车辆的底部结构的实质转移。

长形梁150容纳结构构件140。该长形梁150（以下称为“梁150”）连接于车辆的底侧结构，优选地，连接于接近D-柱的下侧梁的部分。长形梁和结构构件140的确切形状和结构将结合其中一幅描绘本发明的机构的分解视图的后续附图在下文中说明。结构构件140实质上保持在梁150的端部内，且在不同位置处点焊到该梁。当以此方式彼此连接时，管状构件110、结构构件140和长形梁150形成连续箱型结构。这一箱型结构容易地将来自D-柱120的下部的负载传递到底部构件。

图2显示了车辆的另一侧视图，其描绘了安装在车辆的D-柱的下部和底部结构之间的本发明的机构。如图所示，右上角的图为该机构沿路径A的截面图。该截面图清楚地显示了管状构件110、结构构件140和长形梁150相互结合的不同区域。如图所示，外曲线210表示长形梁150的截面，内曲线220表示结构构件140，以及最内部的曲线230表示管状构件110的截面。具体地，曲线230表示管状构件110沿其与结构构件140结合的区域的部分的截面。该结构构件140在多个位置处点焊到长形梁150上。具体地，两交叉标记242和244，以及底部交叉标记250表示将结构构件140点焊到长形梁150的位置。尽管，已经显示了三个这样的焊接位置，但还可在许多其他的位置将结构构件140焊接到长形梁150上。两左侧交叉246和248为将管状构件110点焊到结构构件140的内部的位置。还可选择采用其他适当的方法，以将管状构件110连接到结构构件140的内部，以及将结构构件140连接到长形梁150。进一步地，尽管优选为点焊，但也能采用其他适当的焊接技术，例如缝焊、对焊等等。

图3为显示了根据本发明的车辆的侧支承结构的不同部件的分解视图。如图所示，长形梁150具有用于容纳结构构件140的端部160。如上所述以及在此清楚显示的，结构构件140为L-形支架，且长形梁150的端部160具有L-形截面以容纳这一L-形支架。进一步地，在点162和末端164之间延伸的长形梁150的部分包括两个实质上相互垂直的倾斜板。具体地，水平板166和垂直板168连接在一起，且围绕将长形梁150安装到车辆的侧梁的开口空间。在水平板166内提供多个开口170，以促进将长形梁150紧固到车辆的侧梁。进一步地，还在不同的位置处（尽管未显示）将长形梁150焊接到侧梁，以加强该梁（beam）到侧梁（siderail）的固定。

管状构件110的垂直部112的平整顶端固定地连接于车辆的D-柱120的下端122。水平部116的矩形端116a被容纳进并被装配到结构构件140。该结构构件140被容纳进并被固定地连接至梁150的端部160的内表面。在结构构件140和管状构件110已经被插入并固定连接至梁150内之后，另一构件180连接并安装在梁150的外部182。构件180具有类似于且略大于外部182的形状的形状，以促进其安装到外部182上。进一步地，在构件180内提供多个开口184，其与结构构件140中的多个开口186水平对齐，且同样地与梁150的外部182中的开口188水平对齐。一组紧固件用于将构件180稳固地连接至长形梁150。以这种方式，在机构的装配状态下，长形梁150、结构构件140和构件180形成闭合的连续箱形截面。由于被固定到车辆的下侧梁，这一封闭的连续箱形截面容易地将管状构件110携带的来自D-柱120的负载向车辆的底部结构构件转移，并加强车辆的侧结构。

本发明的机构在某些情况下是极其有效的，例如，当车辆急转弯，或在车辆的左前和右后悬挂安装点受压并且右前和左后悬挂安装点受到张力的情况下。急转弯期间由离心力引起的侧结构经受的径向负载以及在转弯期间车辆加速或减速的情况下的切向负载通过该机构被有效地向底部部件转移。

通过本发明的机构安装在车辆的D-柱和底部结构之间的实施例已经说明了本发明的机构，然而，同样的机构也能够被安装在车辆的任意特定的侧柱下，例如，B-柱，C-柱等。进一步地，尽管该机构在一体式车辆中是极其有利的，但它也能用于其他的设计，例如也可用于“非承载式车身（body on frame）”设计的车辆。该机构能够并入在任何类型的车辆中，例如SUV、轿车等等。

尽管已经全面地、相当详细地描述了本发明，以覆盖可能的方面和实施例，但本领域技术人员将意识到本发明的其他变型也是可能的。

Claims (15)

1.一种具有侧支承结构、侧柱和底侧结构的车辆，其特征在于，侧支承结构包括：

具有垂直部、水平部、和连接垂直部和水平部的中心弓形部的长形构件；

用于容纳长形构件的水平部的结构构件，水平部固定地连接于结构构件，其中：

长形构件的垂直部连接于车辆的侧柱的下部，长形构件用于将来自侧柱的负载转移到车辆的底侧结构；以及

连接于车辆的底侧结构的长形梁，长形梁用于至少部分地容纳结构构件，结构构件固定地连接于且实质上地保持在长形梁的端部内。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件是实质上L-形，且水平部和垂直部形成L-形的两个臂。

3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件的弓形部用于将来自垂直部的负载转移到水平部。

4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件的垂直部具有从其下端到其上端连续变平的截面。

5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件的垂直部具有连接至车辆的侧柱的下部的上端。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，上端通过焊接、钎焊、铜焊、机械固定、粘接中的一种连接至侧柱的下部。

7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，结构构件在多个位置处焊接至长形梁的端部的内部，并且长形梁连接至车辆的侧梁。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，长形梁通过焊接、钎焊、铜焊和紧固中的一种连接至侧梁。

9.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件的水平部在多个位置处点焊至结构构件。

10.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件为管状并通过液压成形形成。

11.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，长形构件实质上是空心的。

12.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，结构构件具有L-形截面，长形构件的水平部具有矩形截面，且在侧支承结构的装配形态中长形构件保持实质上位于结构构件内。

13.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，容纳结构构件的长形梁的端部实质上是L-形的，以促进结构构件和长形梁的结合。

14.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，底侧结构为车辆的底部结构的一部分。

15.根据权利要求14所述的车辆，其特征在于，侧柱为车辆的A-柱、B-柱、C-柱和D-柱中的一个。

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