CN105579328B - 用于机动车的一体化纵梁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车的纵梁(1)，具有用于吸收碰撞能量的能量吸收部件(1.2)和用于支撑底盘部件和/或驱动部件的支撑件(1.1)，其中支撑件(1.1)具有用于连接到至少一个相邻的车身部件上的接合区域(1.3)，并且其中能量吸收部件(1.2)和支撑件(1.1)由纤维增强的塑料制成。纵梁的特征在于，支撑件(1.1)具有不同的纤维取向的纵向区段(1.11，1.12)，其中一个纵向区段(1.12)包含基本上平行于纵梁(1.1)的水平的纵向平面延伸的增强纤维(L2),而位于能量吸收部件(1.2)和先提到的纵向区段(1.12)之间的支撑件(1.1)的另一纵向区段(1.11)包含相互交叉地倾斜于纵梁(1)的纵轴延伸的增强纤维(L1)，并且能量吸收部件(1.2)和支撑件(1.1)能够拆卸地互相连接。

Description

用于机动车的一体化纵梁
技术领域
本发明涉及一种用于机动车、特别是用于电动车的纵梁，具有用于吸收碰撞能量的能量吸收部件和用于支撑底盘部件和/或驱动部件的支撑件，其中支撑件具有用于连接到至少一个相邻的车身部件上的接合区域，并且其中能量吸收部件和支撑件由纤维增强的塑料制成。
背景技术
当今车辆前端构造主要成型为这种类型，即由于支撑功能以及碰撞能量吸收而基本上由金属构件组成。这种构造的缺点特别是相对高的重量和昂贵的制造成本，也即，裁切、变形和接合，以及由于刚度和碰撞性能的需求而限制壁厚的变化。除此之外，撞车事故后的维修非常昂贵，因为在相应的碰撞负载下，由于通过变形吸收能量完整的前车构造的更换可能是一些重要的部件并且是必要的。
在JP2005-271872A中阐述了一种由支撑件和管状能量吸收部件构成的机动车的纵梁，其中两个部件由纤维增强的塑料制成。支撑件具有成型为封闭的空心型材的纵向区段以及成型为基本上U型的纵向区段并且包含由泡沫材料制成的支撑芯。在支撑芯中，在封闭的空心型材的区域中成型空心室，其与由管状能量吸收部件限定的空心室连接并且用于在高碰撞负载时接纳能量吸收部件由于变形向内凹陷的部分。此外，将金属件嵌入支撑件，以连接其他车身结构件。支撑件和能量吸收部件互相粘连。
在JP2005-271872A中已知的纵梁中，特别不能令人满意的是，由于支撑件和能量吸收部件材料配合的粘连，在具有高碰撞负载的撞车事故后的修理几乎不可能或者总是十分昂贵。
发明内容
因此，本发明的目的在于，制造一种开始提到的纵梁，其既承受碰撞负载也承受驱动负荷，特别是承受底盘负荷，具有较轻的重量，对改善车辆前端或者尾部构造的结构刚度起到作用并且比较容易修理。
本发明的目的通过具有权利要求1的特征的纵梁实现。按照本发明的纵梁的优选和有利的实施方式在引用权利要求1的从属权利要求中给出。
根据本发明的纵梁的特征在于，支撑件具有不同的纤维取向的纵向区段，其中一个纵向区段包含基本上平行于纵梁的水平的纵向平面延伸的增强纤维,而位于能量吸收部件和先提到的纵向区段之间的支撑件的另一纵向区段包含相互交叉地倾斜于纵梁的纵轴延伸的增强纤维，并且能量吸收部件和支撑件能够拆卸地互相连接。
通过不同纤维取向的纵向区段一方面提高了支撑件或纵梁的抗弯刚度另一方面提高了扭转刚度，其中除了改善了抗弯刚度外，基本上平行于纵梁的水平纵向平面延伸的增强纤维特别还用于承受碰撞负载(撞击负载)。同时，根据本发明的纵梁的支撑件通过其不同纤维取向的纵向区段明显地改善了车辆前端或尾部构造的结构刚度。此外，根据本发明的纵梁作为由纤维增强的塑料制造的轻构件满足了较轻的构件重量的要求。另外，根据本发明的纵梁由于能量吸收部件和支撑件可拆卸的连接而易于修理。这是因为在撞车后受到相对小的碰撞负载的能量吸收部件可以由新的能量吸收部件替换。
根据本发明的纵梁的优选的设计是，支撑件具有用于可拆卸地连接能量吸收部件的固定凸缘或者固定区域。固定凸缘或者固定区域允许支撑件和能量吸收部件的可靠连接，其中同时保证了从能量吸收部件到支撑件的基本上均匀的力传递。除此之外，通过固定凸缘或者固定区域改善了支撑件或者纵梁的扭转刚度。
根据本发明的纵梁的另一优选设计的特征在于，能量吸收部件具有套筒状末端，套筒状末端具有凸肩，支撑件插入或者能够插入该套筒状末端中。该设计简化了能量吸收部件的安装并且对支撑件和能量吸收部件的可靠连接起到作用。
根据本发明的纵梁的另一有利的设计，纵梁的能量吸收部件具有一体化的泡沫结构。由此进一步改善了根据本发明的纵梁的碰撞负载承受能力。
根据本发明的纵梁的另一有利的设计是，能量吸收部件具有不同壁厚的纵向区段。在此，优选能量吸收部件的壁厚从支撑件开始在能量吸收部件远离支撑件的末端方向上持续地或者逐级地降低。由此优化了根据本发明的纵梁的碰撞性能。
此外，可以这样优化根据本发明的纵梁的碰撞性能，即根据另一优选的设计，能量吸收部件具有不同横截面形状的纵向区域，其中能量吸收部件在支撑件方向上从圆形的横断剖面转变为基本上矩形的横断剖面上。
为了实现更轻的构件重量，根据本发明的纵梁的另一优选的设计是，纵梁的支撑件成型为连续的空心体。支撑件因此至少在纵向区段上成型为封闭的空心型材，其中横截面在支撑件的纵轴上优选成型为可以变化的，也即不同的。
为了使驱动负载，例如底盘负载，大面积地引入支撑件并且为了可以通过大面积的负载引入减小特别是壁厚而因此从总体上进一步降低纵梁或者车辆的重量，根据本发明的另一优选的设计，为支撑件设置有用于连接底盘部件或者驱动部件的支架。
当根据本发明的另一优选的设计，支撑件具有在内侧设置的加强肋时，同样有利于根据本发明的纵梁的轻型结构。
根据本发明的纵梁的另一优选设计的特征在于，用于使支撑件连接到至少一个相邻的车身件的接合区域成型为U型。由此优化了车前区域的结构刚度以及碰撞负载的承受能力，特别是碰撞负载在相邻的车身件上的分布，例如将车厢与发动机舱隔开的前壁(前围板)。在这种背景下，本发明的另一优选的设计是，U型的接合区域具有的净宽为支撑件向能量吸收部件过渡的位置上的横截面宽的至少2倍，优选至少2.5倍。在这种情况下，根据本发明的纵梁可以在前车中限定前壁的部分，特别是放脚空间挡壁的部分，其中通过该额外的功能进一步降低了车辆的重量。
根据本发明的纵梁的另一有利设计，支撑件和/或能量吸收部件具有至少一根直的标记线。该标记线可以用于校准(对齐)纵梁或者其部件并因此用于确保质量或者优化功能。
附图说明
接下来借助示出了多个实施例的附图详细阐明本发明。附图中示出了：
附图1以立体图示出了根据本发明的纵梁；
附图2示出了附图2的纵梁，其中示出了从支撑件拆下的能量吸收部件；
附图3示出了附图2的纵梁的支撑件，该支承件具有安装于其上的用于连接底盘部件和/或驱动部件的支架，并且
附图4和附图5分别以立体图示出了根据本发明的纵梁的支撑件的其他实施例。
具体实施方式
附图中所示的纵梁1特别用于安装在车辆前端构造中。该纵梁由用于支撑至少一个底盘部件或驱动部件(未示出)的支撑件1.1和用于吸收撞击能量(碰撞负载)的能量吸收部件1.2构成，其中支撑件1.1具有用于将纵梁1连接到至少一个相邻的车身部件(例如车底板，前围板和/或A立柱)上的接合区域1.3。
支撑件1.1以及能量吸收部件1.2分别由纤维加强的塑料制成。纤维加强的塑料含有加强织物，加强织物优选由机织物和/或玻璃或者碳纤维制成的编织物构成并且嵌入热塑性塑料或热固性塑料制成的基体材料中。可以将一个或多个加强织物层嵌入支撑件1.1或能量吸收部件1.2的壁中。支撑件1.1或能量吸收部件1.2的壁厚例如在大约2到6mm的范围内。
能量吸收部件1.2可拆卸地与支撑件1.1连接。支撑件1.1成型为连续的空心体。其具有不同横截面形状的纵向区段。与能量吸收部件1.2连接的纵向区段1.11具有封闭的，基本上矩形的横截面形状(断面形状)并且过渡到在宽以及高上延伸的纵向区段1.12，该纵向区段在其上侧具有凹口(凹槽形的开口)1.13并因此特别在接合区域1.3范围内成型为U型。向上伸出的凸缘1.14整体地成型在凹口1.13上。凸缘1.14优选连续地形成并且从U型接合区域1.3的一个侧边末端1.31延伸到其另一个侧边末端1.32。此外，连接肋或加强肋1.15整体地成型在支撑件1.1的外侧上，特别是邻接接合区域1.3。
支撑件1.1在其朝向能量吸收部件1.2的端面上具有固定区域1.18。在能量吸收部件1.2上成型套筒状末端1.21，支撑件1.1插入或者能够插入该套筒状末端中。套筒状末端1.21内部具有限制支撑件1.1的插入深度的凸肩(挡块)。优选在套筒状末端1.21的和固定区域1.18的重叠区域中进行可拆卸地连接。
在能量吸收部件(附图1-3中未示出)的其他实施方式中可选择通过径向向内的固定凸缘1.16(参见附图4和5)连接到支撑件1。
根据本发明的纵梁1的接合区域1.18和/或1.3或1.16和/或1.3这样成型，即既可以成型为可拆卸的也可成型为不可拆卸的。为了在维修时实现或者简化能量吸收部件1.2的更换，能量吸收部件1.2优选可拆卸地与支撑件1.1相互连接。
此外，优选在支撑件1.1上的一侧设置、特别是整体成型或者可拆卸地安装一个或多个支架1.4、固定角或者类似物，其上可以安装有底盘部件(未示出)，例如横向导臂。
能量吸收部件1.2基本上成型为管状。优选具有封闭的横截面形状。横截面形状却随着能量吸收部件1.2的长度而改变。具有套筒状末端1.21的连接区段相对于支撑件1.1的待连接的纵向区段1.11具有基本上直角的横断剖面。能量吸收部件1.2沿其远离支撑件1.1的末端的方向上逐渐转变为圆形的横断剖面1.22。圆形的横断剖面1.22在与保险杠(未示出)或者类似物连接的末端上的外直径明显小于在相对的、与支撑件连接或能够连接的末端1.21上的矩形横断剖面的宽或高。
根据本发明，支撑件1.1具有不同的纤维取向的纵向区段1.11,1.12，其中一个纵向区段(1.12)包含基本上平行于纵梁1的水平纵向平面延伸的或平行于车辆纵轴延伸的增强纤维,而位于能量吸收部件1，2和先提到的纵向区段1.12之间的支撑件1.1的另一纵向区段(1.11)包含交叉地倾斜于纵梁1的纵轴延伸的增强纤维。附图4中通过交叉线L1和互相平行延伸的线L2示意性的示出了增强纤维。交叉线L1对应于由玻璃纤维或者优选碳纤维制成的增强纤维，其例如基本上以相对于纵梁1的纵轴倾斜大约±45°角而延伸。这种纤维取向可以例如通过编织由增强纤维制造的增强线产生。基本上平行于纵梁1的水平纵向平面或者平行于车辆纵轴延伸的增强纤维可以例如通过相应地铺设由增强纤维制造的增强线(L2)生产。
相互交叉的、例如以相对于纵梁1的纵轴倾斜大约±45°角延伸的增强纤维(L1)提高了纵梁1的扭转刚度。基本上平行于纵梁1的水平纵向平面或者平行于车辆纵轴延伸的增强纤维(纤维层L2)用于承受碰撞负载和提高纵梁1的抗弯刚度。
为了进一步提高纵梁1的刚度，特别是其扭转刚度，还可以支撑件1.1还可以设置有加强肋1.17。优选该加强肋1.17形成在支撑件1.1的内侧，甚至是在具有封闭的矩形横断剖面的纵向区段1.11中成型(参见附图2和3)。
在附图5示出的实施例中，支撑件1.1在外侧具有两个直的标记线1.5，两条线共同形成夹角，优选夹角为90°。标记线1.5可以用于校准(对齐)纵梁1或者纵梁的部件1.1，1.2。因此，标记线用于确保质量或者优化功能。
根据本发明的纵梁1的实施并不限制于附图中所示的实施例。还可以考虑众多的变体，这些变体可以使用在附加的权利要求中给出的本发明与附图不同的设计。
这样能量吸收部件1.2例如可以包含一体化的泡沫结构和/或不同壁厚的纵向区段。除此之外，根据本发明的纵梁1也可用于分隔相关车辆的湿的和干的区域。特别地，根据本发明的纵梁1可以在车辆前端构造中限定放脚空间。

Claims (13)

1.一种机动车的纵梁(1)，具有用于吸收碰撞能量的能量吸收部件(1.2)和用于支撑底盘部件和/或驱动部件的支撑件(1.1)，其中所述支撑件(1.1)具有用于连接到至少一个相邻的车身部件上的接合区域(1.3)，并且其中所述能量吸收部件(1.2)和所述支撑件(1.1)由纤维增强的塑料制成，其特征在于，所述支撑件(1.1)具有不同的纤维取向的纵向区段(1.11，1.12)，其中一个纵向区段(1.12)包含基本上平行于所述纵梁(1)的水平的纵向平面延伸的增强纤维(L2),而位于所述能量吸收部件(1.2)和先提到的纵向区段(1.12)之间的所述支撑件(1.1)的另一纵向区段(1.11)包含相互交叉地倾斜于所述纵梁(1)的纵轴延伸的增强纤维(L1)，并且所述能量吸收部件(1.2)和所述支撑件(1.1)能够拆卸地互相连接。
2.根据权利要求1所述的纵梁，其特征在于，所述支撑件(1.1)具有用于可拆卸地连接所述能量吸收部件(1.2)的固定凸缘(1.16)或者固定区域(1.18)。
3.根据权利要求1或2所述的纵梁，其特征在于，所述能量吸收部件(1.2)具有套筒状末端(1.21)，套筒状末端具有凸肩，所述支撑件(1.1)插入或者能够插入所述套筒状末端中。
4.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述能量吸收部件(1.2)具有一体化的泡沫结构。
5.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述能量吸收部件(1.2)具有不同壁厚的纵向区段。
6.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述能量吸收部件(1.2)具有不同横截面形状的纵向区段，其中能量吸收部件在所述支撑件(1.1)方向上由圆形的横截面形状转变为基本上矩形的横截面形状。
7.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述支撑件(1.1)成型为连续的空心体。
8.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述支撑件(1.1)设置有用于连接底盘部件或者驱动部件的支架(1.4)。
9.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述支撑件(1.1)具有在内侧设置的加强肋(1.17)。
10.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，用于使所述支撑件(1.1)连接到至少一个相邻的车身部件的所述接合区域(1.3)成型为U型。
11.根据权利要求10所述的纵梁，其特征在于，U型的所述接合区域(1.3)具有的净宽为所述支撑件(1.1)在其向所述能量吸收部件(1.2)过渡的位置上的横截面宽的至少2倍。
12.根据权利要求1到2中任一项所述的纵梁，其特征在于，所述支撑件(1.1)和/或所述能量吸收部件(1.2)具有至少一根直的标记线(1.5)。
13.根据权利要求10所述的纵梁，其特征在于，U型的所述接合区域(1.3)具有的净宽为所述支撑件(1.1)在其向所述能量吸收部件(1.2)过渡的位置上的横截面宽的至少2.5倍。
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