CN105813929B - 节点结构方式的车身结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节点结构方式的用于轿车的车身结构，所述车身结构具有至少两个由纤维复合材料制成的框架型材部件以及具有节点元件，所述节点元件将这些框架型材部件相互连接。所述节点元件具有用于各框架型材部件的接纳部。所述节点元件由至少两个金属板壳件构成，所述节点元件构造成，使得所述节点元件在具有所述车身结构的轿车的碰撞情况下在预定的力时能塑性变形。所述节点元件因此既不是由金属铸件也不是由纤维复合材料制成。

Description

节点结构方式的车身结构
技术领域
本发明涉及一种节点结构方式的用于机动车的车身结构，所述车身结构包括至少一个节点元件，所述节点元件将多个框架型材部件相互连接。
背景技术
已知一些由铝材制成的用于机动车的车身结构，其中，挤压型材通过压铸的节点相互连接。另外已知在一种车身结构中节点和连接于此的型材部件构成为混合结构方式，也就是说包括由不同材料制成的元件。例如在DE19808392A1中建议，借助于轻金属铸造节点将塑料型材相互连接。同样在DE102010013344A1中说明，主要由承载框架构成白车身，该承载框架具有所谓的节点装置，这些节点装置由铝铸件构成并且将由纤维增强塑料制成的型材相互连接。已知的车身结构尤其是在用于机动车正常运行的足够刚度方面以及在碰撞情况下的乘员安全性方面进行构造。
发明内容
本发明的目的在于，实现一种节点结构方式的用于轿车的车身结构，该车身结构是轻的并且能更廉价地制造，尽管如此，仍满足在碰撞载荷情况下对车身结构的要求。
所述目的通过一种节点结构方式的用于轿车的车身结构达到，该车身结构具有至少两个由纤维复合材料制成的框架型材部件以及具有节点元件，所述节点元件将这些框架型材部件相互连接，所述节点元件具有用于各框架型材部件的接纳部并且由至少两个金属板壳件构成，所述节点元件构造成，使得所述节点元件在具有所述车身结构的轿车的碰撞情况下在预定的力时能塑性变形。
按照本发明的节点结构方式的车身结构具有至少两个由纤维复合材料制成的框架型材部件以及具有节点元件，所述节点元件将这些框架型材部件相互连接。所述节点元件具有用于各框架型材部件的接纳部。所述节点元件由至少两个金属板壳件构成。所述节点元件因此既不是由金属铸件制成，也不是由纤维复合材料制成。
金属板壳件能特别廉价地大批量制造。尤其是与铸造部件相比，金属板壳件至少对于较简单的几何结构是更廉价的。由于节点元件由至少两个部件构成，可以建立以金属板壳件结构方式的非常稳定的三维的节点元件。同样，由纤维塑料复合体构成的框架型材部件能相对有利地制造。另外这种结构也是有利的，因为由纤维塑料复合体构成的框架型材部件脆性地在小的弹性变形之后就失效，而壳件结构方式的由金属材料制成的节点元件在过度载荷时才能塑性变形。尽管具有由纤维复合材料制成的框架型材部件的结构方式，与节点元件也由纤维复合材料制成的车身结构相比，这仍允许车身结构的总体上较大的塑性变形能力。按本发明的车身结构在与重量的关系中具有用于车身结构的正常运行的高刚度以及具有在碰撞载荷情况下的高强度，通过由至少两个金属板壳件构成的节点元件，出现车身结构、尤其是框架型材部件(例如在其在碰撞载荷情况下因弯曲引起的负荷时)突然失效的可能性得到降低。
金属板壳件尤其是三维元件，它们例如通过金属板半成品的冷成型和/或热成型而制成。
车身结构例如机动车、尤其是轿车的车身结构在机动车碰撞时必须满足确定的要求，以便保护机动车的乘员。
纤维复合材料尤其是纤维增强塑料。换言之，纤维复合材料具有塑料基体，在该基体中结合纤维以改善塑料的强度特性。
在此，框架型材部件可以由连续纤维构成。连续纤维可以事先在编织工艺或缠绕工艺或其他方法中预备成纤维半成品。在此优选使用三轴编织的连续纤维。纤维可以是碳纤维或者其他合适的纤维。塑料基体不仅可以是热固性塑料例如环氧树脂，也可以是热塑性塑料。
当然，节点结构方式的车身结构可以由许多框架型材部件以及将这些框架型材部件连接起来的多个节点元件构成。在此，所有节点元件和框架型材部件可以有利地在车身结构的刚度和强度方面适合地共同作用。
节点元件也可以由多于两个的金属板壳件构成，这例如在不能用两个金属板壳件形成的复杂几何结构中是有利的。
有利的是，金属板壳件分别具有连接凸缘，两个金属板壳件通过连接凸缘相互连接。在节点元件的金属板壳件多个两个时，有利的是，所有金属板壳件通过凸缘相互连接。连接凸缘允许金属板壳件的特别简单的连接。
优选金属板壳件摩擦锁合地和/或形锁合地和/或材料锁合地相互连接。这种连接的例子是焊接、粘接和栓连接(螺钉或铆钉)，它们也可以任意地相互组合。
这些连接尤其是良好地适用于连接法兰的连接。
金属板壳件的这些连接也可以简单地自动化地实现。
按照本发明的一种扩展方案，框架型材部件可以摩擦锁合地和/或形锁合地和/或材料锁合地、尤其是通过粘接和/或通过栓连接地与节点元件的所属的接纳部连接。
按照一种扩展方案，一个框架型材部件或者两个框架型材部件可以具有封闭的空心轮廓。也就是说，空心轮廓在与其纵向延伸方向成横向的横截面是封闭的。
封闭的空心轮廓在弯曲负荷方面在框架型材部件的所有方向上是有利的并且因此相对于敞开的型材横截面更稳定。
优选至少一个接纳部构造成，使得所述至少一个接纳部包夹或者说包围所属的框架型材部件的外周。也就是说，框架型材部件的固定区段的外周被接纳部优选完全围住。即框架型材部件有利地以其固定区段插入到接纳部中。
相反，至少一个接纳部也可以构造成，使得所述至少一个接纳部具有突起，所述突起包夹所属的框架型材部件。在这种情况下，框架型材部件以其固定区段插套到接纳部上。
按照一种扩展方案，框架型材部件是乘客室的车身元件。例如框架型材部件可以是车顶框架元件或车顶侧面框架元件。另外，框架型材部件可以是车身支柱元件。另外，框架型材部件可以是车顶横撑元件。此外，框架型材部件可以是侧门槛元件。作为补充或替换，框架型材部件可以是底部横撑元件。
整个乘客室或者该乘客室的区段可以由本发明的车身结构构成。
按照一种优选的扩展方案，节点元件将三个或四个框架型材部件相互连接。例如节点元件可以将车顶支柱元件尤其是B柱、车顶框架或车顶侧面框架以及车顶横撑元件相互连接。
金属板壳件特别有利地由钢板制成。
钢板可以特别轻且廉价地成型并且具有有利的塑性变形能力，具有一定的延展性。
只要有意义和有可能，本发明的上述扩展方案可以任意相互组合。
附图说明
紧接着简要说明附图。
图1以示意性透视图显示按本发明实施例的机动车的具有一个节点元件和多个框架型材部件的车身结构。
图2显示按本发明实施例的节点元件和框架型材部件的示意性剖视图。
图3显示按本发明实施例的节点元件的另一示意性剖视图。
具体实施方式
下面参照图1～3说明本发明的实施例。
在图1中以示意性透视图显示按本发明的车身结构，其具有一个节点元件7和多个框架型材部件，这些框架型材部件是一个车顶侧面框架元件或者车顶框架元件1、一个B柱元件3和一个车顶横撑元件5。所示的车身结构尤其是轿车的乘客室的部分区段。
图2显示沿着B柱元件3和车顶横撑元件5的纵轴线通过节点元件7以及横向地通过车顶侧面框架元件1的剖视图。图3显示基本上平行于图2剖平面的、通过节点元件7并与车顶侧面框架元件1成横向的剖视图。如由图2和3的剖视图可见，节点元件7由正好两个相互固定的钢板壳件76、78构成。另外，节点元件7具有一个用于接纳车顶侧面框架元件1的接纳部71、一个用于接纳B柱元件3的接纳部73以及一个用于接纳车顶横撑元件5的接纳部75。金属板壳件76在接纳部71、73、75之间具有总共四个连接凸缘77(如图1所示)。另外与之相应，金属板壳件78在接纳部71、73、75之间具有四个连接凸缘79。连接凸缘77适合地通过焊接和/或粘接与相对的连接凸缘79连接，使得金属板壳件76、78相互连接并且这些金属板壳件构成节点元件7。
如由图2和3可见，车顶侧面框架元件1在与其纵轴线成横向的剖面中具有封闭的空心轮廓。同样，B柱元件3和车顶横撑元件5在与其纵轴线成横向的剖面中具有封闭的空心轮廓。
按照实施例的所有框架型材部件由纤维复合材料制成，所述纤维复合材料包含编织的或缠绕的或以其他方式设置的碳纤维连续纤维。但是框架型材部件之一也可以由金属材料构成，其中，节点元件将至少两个由纤维复合材料制成的框架型材部件按本发明相互连接。
车顶横撑元件1插过节点元件的接纳部71，其中，车顶横撑元件1的中间区段至少通过粘接与节点元件7的接纳部71连接。另外，B柱元件3的端部区段插入接纳部73中并且与该接纳部至少通过粘接来连接。另外，车顶横撑元件5的端部区段插入接纳部75中并且与该接纳部至少通过粘接来连接。作为替换或补充，其他连接方式也可以使用在各元件之间。
节点元件7通过钢板壳件76、78构成，使得节点元件在具有车身结构的机动车的侧面碰撞的情况下(也就是例如在碰撞对方碰到具有B柱元件的B柱上时)在预定的力时能塑性变形。B柱的变形尤其是通过节点元件7的塑性变形得以实现，其中，B柱元件3本身少量变形，并且B柱元件的脆性失效和因此因弯曲负荷而折断在预定碰撞载荷以下时得以防止。
按本发明，节点元件7由钢板壳件76和78构成，而不是由铸件形成。这允许节点元件7的特别廉价的制造，尽管如此，对于碰撞载荷情况可以满足节点元件7的足够延展性的要求。由纤维复合材料制成的框架型材部件1、3、5允许车身结构的特别轻的结构方式，同时刚度和强度高。

Claims (12)

1.用于轿车的车身结构，所述车身结构具有至少两个由纤维复合材料制成的框架型材部件(1、3、5)以及具有节点元件(7)，所述框架型材部件是车顶侧面框架元件(1)、车身支柱元件(3)和车顶横撑元件(5)，或者所述框架型材部件是车身支柱元件(3)、侧门槛元件和底部横撑元件，所述节点元件将这些框架型材部件(1、3、5)相互连接，所述节点元件具有用于各框架型材部件(1、3、5)的接纳部(71、73、75)并且由至少两个金属板壳件(76、78)构成，所述节点元件(7)构造成，使得所述节点元件在具有所述车身结构的轿车的碰撞情况下在预定的力时能塑性变形，其中，车身支柱元件(3)的变形通过节点元件(7)的塑性变形得以实现，车身支柱元件(3)的脆性失效和因此因弯曲负荷而折断在预定碰撞载荷以下时能被防止。
2.根据权利要求1所述的车身结构，其中，所述金属板壳件(76、78)分别具有连接凸缘(77、79)，两个金属板壳件(76、78)通过连接凸缘相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，所述金属板壳件(76、78)摩擦锁合地和/或形锁合地和/或材料锁合地相互连接。
4.根据权利要求3所述的车身结构，其中，所述金属板壳件(76、78)通过焊接和/或通过粘接和/或通过栓连接来相互连接。
5.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，所述框架型材部件(1、3、5)摩擦锁合地和/或形锁合地和/或材料锁合地与节点元件(7)的所属的接纳部(71、73、75)连接。
6.根据权利要求5所述的车身结构，其中，所述框架型材部件(1、3、5)通过粘接和/或通过栓连接方式与节点元件(7)的所属的接纳部(71、73、75)连接。
7.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，一个框架型材部件或者两个框架型材部件(1、3、5)具有封闭的空心轮廓。
8.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，至少一个接纳部(71、73、75)构造成，使得所述至少一个接纳部包夹所属的框架型材部件(1、3、5)的外周。
9.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，至少一个接纳部构造成，使得所述至少一个接纳部具有突起，所述突起被所属的框架型材部件包夹。
10.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，所述节点元件(7)将三个或四个框架型材部件(1、3、5)相互连接。
11.根据权利要求1或2所述的车身结构，其中，所述金属板壳件(76、78)由钢板构成。
12.根据权利要求11所述的车身结构，其中，所述金属板壳件(76、78)由成型的钢板构成。
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