CN105722745A - 具有u形横截面的横梁 - Google Patents

Abstract

一种包括具有U形横截面的第一部分的横梁，其中U形包括底部以及基本垂直于底部延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且其中第一和/或第二侧壁包括第一基本笔直部分、第二基本笔直部分以及第一和第二基本笔直部分之间的侧过渡区。本公开还涉及保险杆、摇板、侧碰撞横梁和包括这种横梁的B?柱并且涉及结合这些组件的交通工具。

Description

具有U形横截面的横梁

本申请要求2014年4月7日提交的欧洲专利申请EP14382133.8以及2013年11月15日提交的法国专利申请FR1361220的权益。

技术领域

本公开涉及包括具有基本U形横截面的部分的横梁。本公开还涉及保险杆、摇板、侧碰撞横梁和B-柱，并且还涉及交通工具，诸如包括这些组件的汽车。

背景技术

诸如汽车的交通工具包括结构骨架，其被设计以承受交通工具在其使用寿命期间可经受的所有荷载。结构骨架被进一步设计以在例如与其它汽车碰撞的情况中承受并吸收冲击。

从这个意义上说，汽车的结构骨架可包括例如保险杆、支柱(A-柱、B-柱，C-柱)、侧碰撞横梁、摇板和减振器。这些组件可结合横梁和这种横梁周围的额外的板。已知使用具有基本U形(或“帽”形横截面)的横梁。这种横梁可以各种方式制造，并且可由多种材料制成。

对于汽车的结构骨架，或至少对于一些汽车组件，使用所谓的超高强度钢(UHSS)在汽车行业中已变得司空见惯，所述超高强度钢展现出每单位重量最优的最大强度和有利的可成形特性。

这些钢中的一些，诸如例如22MnB5钢，被设计以在热处理之后获得微结构，其给予良好的机械特性并使得它们尤其适于用于将钢坯形成为特定的汽车部件的热冲压工艺。为了避免成形工艺过程中的脱碳和结垢，22MnB5被呈现为铝-硅涂层。购自安塞尔米塔尔(Arcelor Mittal)的是各种组件中使用的钢的示例，可能涉及所谓的定制坯件和拼接坯件。

在铁素体-珍珠岩阶段供应其是以均匀模式分布的细粒结构。机械特性与这种结构相关。在热冲压工艺期间的热处理之后，建立马氏体微结构。结果，最大强度和屈服强度明显增加。

典型的热冲压工艺可包括在熔炉中将扁钢的坯件加热到奥氏体状态，并且在冷却的一对工具之间(例如，在冲模中)热成形所述坯件。所述坯件可维持在所述工具之间，直到该坯件变硬并迅速冷却。可得到具有多于1.300Mpa(例如，约1.500Mpa)的抗拉强度的本质上马氏体结构。

使用具有相对薄壁的U形横截面的横梁可具有优势，这是由于它们可使用例如热冲压工艺制造并且因为它们每单位重量提供良好的弯曲刚度，并且因此能够改进在弯曲下且在压缩中的性能。如前所述，在一些实施方式中，可提供额外的钣金，例如，“关闭”U形横截面的盖板。这种关闭的横截面可改进由此所得的组件的刚度。

在本公开的示例中，提供包括具有改进的特性的基本U形横截面的横梁。

发明内容

在第一方面中，提供包括具有基本U形横截面的第一部分的横梁，其中U形包括底部以及第一侧壁和第二侧壁。第一和/或第二侧壁包括第一基本笔直的部分、第二基本笔直的部分以及第一和第二基本笔直的部分之间的侧过渡区。

根据该方面，可得到具有改进的变形特性和倒塌(collapse)控制的横梁。当经受可由冲击引起的弯曲荷载时，标准的U形横截面的侧壁可在屈曲下倒塌。根据该方面，第一和/或第二侧壁包括侧壁的第一笔直部分和第二笔直部分之间的侧过渡区。该侧过渡区在某种程度上中断侧壁。侧壁的屈曲行为因此可被改变：屈曲荷载可被增加并且屈曲下的变形也被改变。

可具有沿横梁的长度的变化的横截面并且结合在一个或两个侧壁中的这种侧过渡区的横梁可以由现代热冲压技术制成。已经发现，诸如B-柱等组件的重量可通过结合这种侧过渡区而被显著减少(例如，5％至10％的量级的级别)，同时维持或改进冲击下的行为(即，变形过程中的行为)。

过渡区可具有各种形状，只要侧壁的屈曲相对于基本笔直的侧壁受到影响。

在一些示例中，U形横截面还包括从第一侧壁延伸的第一侧凸缘，和/或从第二侧壁延伸的第二侧凸缘。这些侧凸缘可基本平行于“U”的底部。包括侧凸缘一方面对转动惯量有影响并且因此对弯曲刚度有影响，且另一方面，侧凸缘可用于附接板或其它组件。

在一些示例中，基本U形横截面的底部可包括加强肋。这种加强肋可包括向内弯曲的部分。这种肋可引起U形横截面以受控的方式破裂。如果在冲击和结构倒塌的情况中横梁破裂，则期望的是，裂纹扩展以受控的方式发生。该肋可确保在底部发生破裂，并且此外，这种U形横梁的破裂行为受侧过渡区的影响。由于侧过渡区，可实现当底部破裂时，裂纹仅沿U形的底部部分延伸，并且不超过底部。这可在碰撞的情况中增加乘客安全。

在一些示例中，第一和/或第二侧凸缘可包括凸缘过渡区，即侧凸缘不是基本笔直的部分。这些凸缘过渡区可增加弯曲的中性轴周围的转动惯量。

在一些示例中，横梁还可包括具有U形横截面的第二部分，其中U形包括底部以及基本垂直于底部延伸的第一侧壁和第二侧壁，所述侧壁不具有侧过渡区。在一些另外的示例中，横梁还可包括具有U形横截面的第三部分，其中U形包括底部以及基本垂直于底部延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且其中第一和/或第二侧壁包括第一基本笔直的部分、第二基本笔直的部分以及第一和第二基本笔直的部分之间的侧过渡区。因此，可提供带有不同部分，带有不同横截面特性的横梁。

在这些示例中，包括具有侧过渡区的侧壁的U形横截面可不沿横梁的整个长度提供。在例如B-柱的情况中，强度和刚度要求以及变形要求仅是所有设计要求中的一种选择。B-柱需要与例如汽车门的形状互补。为此目的，在中心横梁(有时称为“中心B-柱”)的外侧上，可提供适于汽车门的外盖板。但是中心横梁的尺寸需要沿其长度调整以适当地支撑这种盖板。此外，根据内部设计的垫子、橡胶，织物可能需要安装在B-柱的内侧上，即乘客侧上。为此目的，在中心横梁的内侧上，可提供一个或多个内盖板和装饰板。而且，中心横梁的尺寸和形状需要适当地支撑沿B-柱的长度的这种内板并符合这种内板。

例如，B-柱还可能需要适合门锁系统。这种门锁可要求基本平坦的表面，并且特别是U形横截面的基本笔直的侧壁。沿B-柱的长度，U形横截面的形状和尺寸可因此变化。

对于不同类型的汽车的要求可以不同。在一些情况中，改进的B-柱可通过提供包括具有侧过渡区的U形横截面的第一部分、不具有这些过渡(例如，为了适合门锁)的第二部分，以及再次具有这些侧过渡区的第三部分而得到。

另一方面，提供包括根据如本文所公开的任一示例所述的横梁的B-柱。具体地，中心B-柱可为这种横梁。在另外的方面中，提供了结合如本文所公开的横梁的任一示例的保险杆、摇板和侧碰撞横梁。

附图说明

参考附图，下面将描述本公开的非限制性示例，其中：

图1a示意性示出根据一实施方式的B-柱的中心横梁的示例；

图1b示意性示出图1a的中心横梁的示例的若干横截面；

图1c示意性示出带有内板和外板的图1a的中心横梁的示例的若干横截面；

图2a示意性示出根据一实施方式的B-柱的中心横梁的另一示例；

图2b示意性示出图2a的中心横梁的示例的若干横截面；

图3a示意性示出B-柱的中心横梁的另外的示例；

图3b示意性示出中心横梁的示例的若干横截面；

图3c示意性示出略微修改的中心横梁的若干横截面；

图4a示意性示出根据一实施方式的保险杆横梁的示例；且

图4b和图4c示意性示出图4a的保险杆横梁的两个横截面。

具体实施方式

图1a示意性示出根据一实施方式的B-柱的中心横梁的示例。在图1a中，示出线A-A、B-B、C-C和D-D。图1b示意性示出根据沿这些线的图1a的B-柱的中心横梁的示例的横截面。

B-柱的中心横梁，诸如图1a所示的那个，可由超高强度钢制成，诸如Usibor 1500。热冲压工艺可用于其制造。所谓的软区(没有另外示出)可沿横梁的一部分提供。软区是具有增加的延性和可变形性的横梁的一部分。

(中心)B-柱通常可包括朝上端并朝下端变宽的中心部分。这种中心部分可沿B-柱的长度的约70％延伸，然而较宽的下端可沿B-柱的长度的约20％延伸且较宽的上端可沿B-柱的长度的约10％延伸。这些较宽的部分有时分别称为“下角板”和“上角板”。

图1b示出图1a的横梁的不同高度处的数个横截面。相同的参考标记遍布附图用于指示相同(或非常类似的)组件。为了不混淆所有附图，不是所有的参考标记都在每个所述横截面中重复。

在截面D-D处，横梁可具有基本U形横截面，其中“U”包括底部部分1、第一侧壁2和第二侧壁3。侧壁可基本垂直于底部。由于需要移除模具(或冲模)中的横梁，通常不会实现完整的垂直度。

第一侧壁2可包括第一侧部分2a，和第二侧部分2b，以及第一和第二侧部分之间的侧过渡区10。第一侧部分2a从底部部分的一端朝过渡区延伸。第二侧部分2b从过渡区朝侧凸缘4延伸。同样地，第二侧壁3可具有这种第一侧部分3a和第二侧部分3b以及它们之间的侧过渡区10。另一侧凸缘可提供在第二侧壁3的末端处。

侧凸缘4和5可基本平行于底部部分1。可提供侧凸缘以便促进包括例如内盖板(即，B-柱的内侧或乘客侧上的板)的数个物品的安装。

沿截面D-D的侧过渡区10可包括基本笔直的部分，其不与第一侧部分2a和第二侧部分2b平行，然而，这两个侧部分基本平行。侧过渡区因此可倾斜(即，不是水平的)，但具有不同于侧壁的第一和第二笔直部分的倾角。类似的布置可在截面A-A和截面B-B中示出。

沿截面D-D的U形的底部包括具有向内弯曲部分的形式的加强肋。这里，向内理解为相对于U形向内。

示出了截面A-A的不同横截面。首先，U形横截面明显比用于线D-D的横截面更宽。其次，加强肋7的形状可沿截面A-A不同。此外，侧过渡区11在这种情况中可包括第一圆角半径11a和第二圆角半径11b。在一个实际示例中，这种半径可每个均为例如5mm。

沿截面C-C，横梁可具有基本U形横截面，但是侧壁2和3不包括任何侧过渡区。中心B-柱的一部分因此可适于包括门锁。这种门锁可要求侧壁2的基本平坦的表面。

沿截面B-B，可以再次提供基本U形横截面。然而，沿该截面，侧过渡区12可同样不同于为截面D-D和截面A-A描述的侧过渡区。在目前所示的各个示例中，可以看出，相比例如U形的底部，侧过渡区相对短。每个侧过渡区的宽度可优选小于U形的底部宽度的20％并且可选地从5％到15％，或为U形的底部的宽度的约10％或更少。这里宽度被定义为垂直于横截面的高度的过渡区(和底部)的尺寸。本文所定义的底部的宽度是底部到侧壁的连接之间的宽度。侧过渡区12在这种情况中可包括第一圆角半径12a、第二圆角半径12b和其间的基本笔直部分12c。这种基本笔直部分可不平行于U的底部或侧壁的第一侧部分和第二侧部分。

已经发现，相比不具有侧过渡区的中心横梁，结合如图1a和图1b示意性示出的这种中心横梁的B-柱可实现重量减少，同时满足强度、刚度且特别是变形要求和运动行为。冲击下的变形要求对于B-柱尤其重要：当B-柱变形时，其向内移动，即在乘客的方向上移动。为了改进乘客的安全性，必须符合关于横梁被允许向内移动多远的严格要求。横梁向内的移动也意味着冲击能量被吸收。如果较多的能量被这种移动吸收，则较少的能量需要通过变形和破裂而变形。侧过渡区有助于例如B-柱吸收高水平的能量，同时避免朝向乘客的过多侵入。

重量减轻可通过减少横梁(例如，沿横梁的部分)的厚度实现。因此可使用拼接坯件。可得到重量减轻的另一方法是可减少例如横梁的必须沿其提供内板的部分。例如，内板可以仅需要沿B-柱的上部和B-柱的下部提供。这可具有材料使用可减少的进一步的效果。

尽管侧壁的过渡区的高度通常在截面D-D、A-A和B-B中被指示处于基本上相同的高度(约高度的50％)，但是这不是必须的情况。一方面，侧过渡区的具体高度可沿横梁的长度变化。另一方面，侧过渡区可放置在高度的50％至90％之间，在一些情况中，在U形的高度的60％至80％之间。对于B-柱的下部，即，冲击可发生的部分和最高(且可能最宽)的部分，已经发现，高度的60％至80％之间的侧过渡区，且尤其是约高度的70％是有益的。这里高度的0％被理解为在侧凸缘的高度处(其中侧凸缘与侧壁连接)并且100％被理解为U形的底部部分的高度。

在一些示例中，有利的是，更接近U形的底部提供侧过渡区。当侧壁屈曲且第一侧壁部分向内屈曲时，其可与U形的底部部分接触且因此可支撑底部部分。这可改进变形行为。

图1c示意性示出一些示例中的B-柱可包括中心横梁21、外板22和内板23。内板23可用于附接汽车内部的部件。外板22可尤其用于向车门提供互补的形状。

根据具体实施方式，内板和外板都可有助于由此得到的B-柱的结构强度和刚度。

图2a示意性示出根据实施方式的B-柱的中心横梁的另一示例。沿图2a中所示的线的各个横截面在图2b中示出。

而且，如已在图1b中指示的，相同的参考标记已用于指示相同的或非常类似的组件。而且，为了不混淆附图，并非所有的附图中均包括所有的参考标记。

图2b的截面A-A、B-B、C-C和D-D通常与图1b所示的截面非常可比较。主要的差异在于凸缘过渡区8分别提供在侧凸缘4和5的基本笔直部分与第一和第二侧壁之间。侧壁可延伸超出侧凸缘4和5。这种凸缘过渡区可包括凹度，其朝U形的底部部分开口。

类似的凸缘过渡区可沿截面A-A、C-C和B-B提供。而且，过渡区的宽度通常可为U形的底部宽度的10％或更少。对于这些截面中的每个，中性弯曲轴周围的转动惯量可被改变且弯曲力矩下的行为因此可被改进。结合侧过渡区10、11和12，已经发现，假定相同的结构要求和冲击要求，U-横梁的重量可被显著减少。协调效应通过凸缘过渡区和侧过渡区的结合而提供，因为侧过渡区能够实现在不同横截面上重新分布对弯曲力矩的抵抗力。由于凸缘过渡区，侧壁的高度增加，这使得侧壁更易于屈曲。侧过渡区对此进行补偿。由此得到的B-柱因此可具有减少的重量。

在图1b和图2b的示例中，横梁因此包括具有基本U形横截面的第一部分，所述基本U形横截面具有侧过渡区；具有U形横截面的第二部分，其中侧壁不具有侧过渡区(截面C-C周围)；以及具有基本U形横截面的第三部分，所述基本U形横截面具有侧过渡区。

图3a示意性示出根据另一实施方式的B-柱的中心横梁的另一示例。沿图3a所示的线的各个横截面在图3b中示出。

而且，如已经在之前的附图中指示的，相同的参考标记已用于指示相同的或非常相似的组件。而且，为了不混淆附图，并非所有的附图中均包括所有的参考标记。

图2b的截面A-A、B-B、C-C和D-D通常与之前的附图所示的截面非常可比较。然而，相比之前的示例，U形横截面C-C和B-B的底部部分在这种情况中可包括加强肋。

另外的差异可在截面C-C中发现，其中侧壁也结合侧过渡区。在之前的示例中，侧壁不结合这些过渡区，因为基本平坦的侧壁对于安装车门锁是必需的。然而，当前的示例用于说明根据具体实施方式，并且例如根据门锁的精确位置，变化是可能的。

图3c示意性示出用于与图3a所示的横梁可比较的B-柱的中心横梁的其它可能的横截面。在图3c的横截面D-D和A-A中，可以看出，这些基本U形横截面不结合侧过渡区。然而截面C-C和D-D的确在它们的侧壁中结合了过渡区。

发明人已发现，在B-柱的情况中，沿B-柱的下半部的一部分的侧过渡区的结合具有尤其有利的效果。沿B-柱的下半部，B-柱(由于结构要求)可具有基本U形横截面，其具有比沿上半部更高的侧壁。这些侧壁因此可更易于屈曲。为此，沿最高的横截面的侧过渡区对于改进变形和运动行为是最有效的。

在一些示例中，侧过渡区可至少沿中心B-柱的中心部分的下半部被结合，即中心B-柱的下加宽部分(通常称为“角板”)和B-柱的高度的约50％之间。在一示例中，侧过渡区可至少沿至少在B-柱的高度的约20％和约50％之间延伸(即从下角板向上延伸到B-柱的高度的一半)的部分被结合。

图4a示意性示出保险杆横梁30的三维视图。保险杆横梁还可具有基本U形横截面。在该示例中，横截面示出为开放的截面，但在其它实施方式中，这种U形可通过至少在U形的侧凸缘之间延伸的额外的板封闭。

图4a中示意性示出中心部分A和侧面部分B。图4b示出中心部分A的横截面图，然而图4c示出侧面部分B的横截面图。

参考图4c，示出底部部分31、第一侧壁32、第二侧壁33，以及侧凸缘34和35。沿该示例的保险杆横梁的该部分，侧壁不结合侧过渡区。

然而，保险杆横梁(图4b)的中心部分的确结合了侧过渡区40。侧过渡区40可布置在50％至80％之间的高度处，尤其为约70％的高度。这里高度的0％被理解为在侧凸缘的高度处，而100％被理解为U形的底部部分的高度。保险杆横梁中的侧过渡区通常在保险杆横梁中可具有如在B-柱中的类似的有利效果。

而且在图4b中可见的是沿保险杆横梁的中心部分的底部部分31的加强肋(向内的突出)。

横梁的所有所示示例可有利地使用热冲压技术制造。横梁的横截面沿它们的长度变化，优选以基本连续的方式。沿横梁的长度的不恒定的横截面使得它们尤其适于冲压。

虽然本文仅公开若干示例，但其它替换、修改、使用和/或等价物是可能的。具体地，横梁的示例仅结合B-柱且结合保险杆横梁示出。然而，当示例在诸如例如摇板或侧碰撞梁的其它结构部件中实施时，可得到类似的效果和优点。通常，为了显著影响侧壁的屈曲行为，如在示例中所述的侧过渡区可优选沿所述结构部件的横梁的长度的至少10％或至少20％的拉伸提供。

此外，同样覆盖所述示例的所有可能的组合。因此，本公开的范围不应受限于特定的示例，而是应该仅通过对所附权利要求的公正阅读来确定。

Claims (19)

1.一种包括具有基本U形横截面的第一部分的横梁，其中所述U形包括底部以及第一侧壁和第二侧壁，并且其中

所述第一侧壁和/或所述第二侧壁包括第一基本笔直部分、第二基本笔直部分以及所述第一基本笔直部分和第二基本笔直部分之间的侧过渡区。

2.根据权利要求1所述的横梁，其中所述U形横截面还包括从所述第一侧壁延伸的第一侧凸缘，和/或从所述第二侧壁延伸的第二侧凸缘。

3.根据权利要求2所述的横梁，其中所述第一和/或所述第二侧凸缘基本平行于所述底部。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的横梁，其中所述第一和/或第二侧凸缘包括凸缘过渡区。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的横梁，其中所述侧过渡区包括基本笔直部分并且其中所述第一基本笔直部分和第二基本笔直部分基本平行，并且所述侧过渡区不与所述第一基本笔直部分和第二基本笔直部分平行。

6.根据权利要求5所述的横梁，其中所述侧过渡区的所述笔直部分相对于所述U形的所述底部倾斜。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的横梁，其中所述侧过渡区包括所述第一基本笔直部分的末端处的第一圆角半径和所述第二基本笔直部分的末端处的第二圆角半径。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的横梁，其中所述侧过渡区被布置在侧壁的高度的50％到90％之间，可选地在侧壁的所述高度的60％到80％之间。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的横梁，其中所述底部包括加强肋，并且可选地其中所述加强肋包括向内弯曲的部分。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的横梁，还包括具有U形横截面的第二部分，其中所述U形包括底部以及基本垂直于所述底部延伸的第一侧壁和第二侧壁，所述侧壁不具有侧过渡区。

11.根据权利要求10所述的横梁，其中所述第一部分沿所述横梁的所述长度的至少10％或至少20％延伸。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的横梁，还包括具有U形横截面的第三部分，其中所述U形包括底部以及基本垂直于所述底部延伸的第一侧壁和第二侧壁，并且其中

所述第一侧壁和/或所述第二侧壁包括第一基本笔直部分、第二基本笔直部分以及在所述第一基本笔直部分和所述第二基本笔直部分之间的侧过渡区。

13.根据权利要求12所述的横梁，其中所述第三部分沿所述横梁的所述长度的至少10％或至少20％延伸。

14.一种包括根据权利要求1-13中任一项所述的中心横梁的B-柱。

15.根据权利要求13所述的B-柱，其中所述B-柱的下半部包括所述第一部分。

16.一种包括根据权利要求1-13中任一项所述的横梁的保险杆。

17.一种包括根据权利要求1-13中任一项所述的横梁的摇板。

18.一种包括根据权利要求1-13中任一项所述的横梁的侧碰撞横梁。

19.一种包括根据权利要求14或权利要求15所述的B-柱和/或根据权利要求16所述的保险杆和/或根据权利要求17所述的摇板和/或根据权利要求18所述的侧碰撞横梁的交通工具。