CN108367782B - 包括具有对塑性变形的不同抵抗力的横梁的车辆底部结构 - Google Patents

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Abstract

一种车辆底部结构，其包括底板面板(1)、在所述底板面板(1)下方沿车辆的纵向方向延伸的至少一个纵梁(2)和在底板面板(1)上方沿与纵向方向大致垂直的横向方向延伸的至少一个横梁(4)，底板面板(1)在两个侧部(6、8)之间横向地延伸，横梁(4)包括在所述底板面板(1)的中央区域(12)下方延伸的横向中央端部(26)和在所述底板面板的侧部(6、8)中的一个侧部处延伸的横向侧端部(28)，其特征在于，横梁(4)包括在横梁(4)的中间部分(38)与中央端部(26)之间延伸的中央部分(36)和在中间部分(38)与侧端部(28)之间延伸的端部部分(40)，中央部分(36)对塑性变形的抵抗力大于端部部分(40)对塑性变形的抵抗力，并且横梁(4)的中间部分(38)在纵梁(2)的竖直上方延伸，使得横梁(4)的端部部分(40)在纵梁(2)与底板面板(1)的侧部中的一个侧部之间横向地延伸。

Description

包括具有对塑性变形的不同抵抗力的横梁的车辆底部结构
技术领域
本发明涉及车辆底部结构，该车辆底部结构包括：底板面板；至少一个纵梁，所述至少一个纵梁在所述底板面板下方沿车辆的纵向方向延伸；以及至少一个横梁，所述至少一个横梁在底板面板上方沿与纵向方向大致垂直的横向方向延伸，该底板面板在两个侧部之间横向地延伸，该横梁包括横向中央端部和横向侧端部，该横向中央端部在所述底板面板的中央区域下方延伸，该横向侧端部在所述底板面板的侧部中的一个侧部处延伸。
背景技术
常规地，形成车辆底板的车辆的底部结构布置成在碰撞的情况下、特别是在侧面碰撞或正面碰撞的情况下通过限制至车辆乘客车厢中的任何类型的侵入来保护车辆乘客。
为此，底部结构包括加强元件，该加强元件横向地布置在在结构上为纵向的元件、比如底板下方的纵梁之间。该组件布置成在碰撞情况下防止车厢变形，以保持底板面板的完整性，由此保护车辆的乘客。
尽管这种布置可以在碰撞期间有效地维持乘客车厢的完整性，但这种底部结构不能有效地吸收因碰撞而产生的能量，所产生的能量随后被整体地传递至乘客车厢。这种传递对于车辆的乘客而言可能是危险的。
发明内容
本发明的目的之一是改善车辆底部结构在碰撞的情况下的性能。
为此，本发明涉及前述类型的车辆底部结构，其中，横梁包括中央部分和端部部分，该中央部分在横梁的中间部分与中央端部之间延伸，该端部部分在中间部分与侧端部之间延伸，该中央部分对塑性变形的抵抗力大于该端部部分对塑性变形的抵抗力，并且横梁的中间部分在纵梁的竖直上方延伸，使得横梁的端部部分在纵梁与底板面板的侧部中的一个侧部之间横向地延伸。
通过将横梁的侧端部设置成对塑性变形具有较低的抵抗力，横梁能够在底板面板的侧部被碰撞的情况下吸收能量。通过使横梁的中央端部处对塑性变形具有较大的抵抗力，可以在碰撞的情况下防止乘客车厢的变形。因此，根据本发明的横梁既适于在发生碰撞时吸收能量，又适于保护乘客车厢免受因碰撞而导致的任何侵入。
根据本发明的其他有利方面，车辆底部结构包括单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或更多个特征：
-中央部分的材料的抗拉强度大于端部部分的材料的抗拉强度；
-中央部分的材料的抗拉强度大于1300Mpa，并且端部部分的抗拉强度大于等于450Mpa且小于1300Mpa；
-中央部分的材料的组成按重量百分比的方式包括：
-0.15％≤C≤0.5％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤1％、0.005％≤Cr≤1％、Ti≤0.2％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％、B≤0.010％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质，或者
-0.20％≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、≤Cr≤0.30％、0.020％≤Ti≤0.060％、0.020％≤Al≤0.060％、S≤0.005％、P≤0.025％、0.002％≤B≤0.004％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质；或者
-0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、S≤0.005％、P≤0.025％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质；
并且其中，端部部分(40)的材料的组成按重量百分比的方式包括：0.04％≤C≤0.1％、0.3％≤Mn≤2％、Si≤0.3％、Ti≤0.08％、0.015％≤Nb≤0.1％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％，Cu、Ni、Cr、Mo小于0.1％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质；
-中央部分在横方向上的长度大于端部部分在横向方向上的长度；
-车辆底部结构包括左横梁和右横梁，其中，该左横梁在底板面板的左侧部与中央区域之间横向地延伸，该右横梁在底板面板的右侧部与中央区域之间横向地延伸，左横梁和右横梁沿着相同的横向轴线延伸；
-左横梁的中央端部和右横梁的中央端部附接在通道梁的各一侧上；
-车辆底部结构包括在底板面板下方纵向地延伸的左纵梁和右纵梁，左横梁在左纵梁上方通过并且右横梁在右纵梁上方通过；
-车辆底部结构还包括在底板面板的各一侧延伸的左侧下边梁和右侧下边梁，左横梁在所述底板面板的中央区域与左侧下边梁之间延伸，并且右横梁在底板面板的中央区域与右侧下边梁之间延伸；
-车辆底部结构包括前左横梁、前右横梁、后左横梁和后右横梁，该前左横梁和该前右横梁沿着相同的前横向轴线延伸，并且该后左横梁和该后右横梁沿着相同的后横向轴线延伸，所述前横向轴线和所述后横向轴线根据纵向方向彼此间隔开。本发明还涉及一种包括如上所述的车辆底部结构的车身。
附图说明
本发明的其他方面和优点在阅读通过举例给出和参照附图做出的以下描述时将变得明显，在附图中：
-图1是本发明的车辆底部结构的立体图，以及
-图2是图1中的车辆底部结构的横梁中的一个横梁的立体图。
具体实施方式
在以下描述中，术语“纵向”是指机动车辆在常规使用状态下的后前方向并且术语“横向”是指机动车辆在常规使用状态下的左右方向。术语“后”和“前”是相对于机动车辆在常规使用状态下的纵向方向来定义的并且术语“上”和“下”是相对于机动车辆在常规使用状态下的垂直方向来定义的。
参照图1，描述了一种车辆底部结构，该车辆底部结构包括底板面板1(以虚线示出)、至少一个纵梁2和至少一个横梁4。
底板面板1在车辆的常规使用状态下大致沿着水平平面延伸，并且底板面板1在前侧部6与后侧部之间纵向地延伸且在左侧部8与右侧部10(左侧部和右侧部也被称为摇臂或侧部构件)之间横向地延伸。底板面板1的中央区域12被限定为以距左侧部6和右侧部8相等的距离绕底板面板1的中央延伸的区域。更具体地，中央区域12由在底板面板1的中央处纵向地延伸的底板通道14的通过来限定。
底部结构相对于包括纵向方向和垂直方向且在左侧部6与右侧部8之间穿过底板面板的中央的平面大致对称。因此，以下描述将仅针对左侧部详细地作出，相同的教导适用于右侧部。
底板面板1用于形成机动车辆的底板并且用作用于乘客车厢的座椅和其他元件的基部结构。
纵梁2在底板面板1的下方延伸。根据图1中示出的实施方式，底部结构包括左纵梁2和右纵梁16，该左纵梁2在底板面板1的左侧部6的附近且平行于底板面板1的左侧部6延伸，该右纵梁16在底板面板1的右侧部8的附近且平行于底板面板1的右侧部8延伸。
每个纵梁2、16(也被称为底部导轨)大致在底板面板1的整个长度下方沿纵向方向延伸、即从后侧部延伸至前侧部，并且每个纵梁2、16包括纵向前端部18，该纵向前端部18延伸经过底板面板的前侧部，如图1中所示。如所已知的，纵梁2、16是用于在正面碰撞的情况下对车辆的乘客进行保护的结构的一部分，纵梁2、16在其前端部16处经由碰撞吸收元件比如防撞箱和前导轨附接至横向保险杠梁。如图1中所示，每个纵梁在横向平面中具有例如U形横截面，该U形形状朝向车辆的底板面板1敞开且由底板面板封闭。
这种纵梁的功能本身是已知的并且在此不再对其进行详细描述。纵梁2由或例如由抗拉强度大于1200Mpa的压淬钢部件制成。
这种钢的组成可以按重量百分比的方式包括例如：0.15％≤C≤0.5％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤1％、0.005％≤Cr≤1％、Ti≤0.2％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％、B≤0.010％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。
根据另一优选实施方式，钢的组成按重量百分比的方式包括例如：0.20％≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、≤Cr≤0.30％、0.020％≤Ti≤0.060％、0.020％≤Al≤0.060％、S≤0.005％、P≤0.025％、0.002％≤B≤0.004％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。在这个组成范围内，压淬部件的抗拉强度包括在1300Mpa与1650Mpa之间。
根据另一优选实施方式，钢的组成按重量百分比的方式包括例如：0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、S≤0.005％、P≤0.025％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。在这个组成范围内，压淬部件的抗拉强度高于1800Mpa。
这种钢具有非常高的机械特性，这使得这种钢适于形成纵梁，原因在于所述梁在乘客车厢下方延伸并参与了乘客车厢的不可变形性。
横梁4在底板面板1的上方沿横向方向在底板面板1的中央区域12与侧部中的一个侧部之间延伸。
根据图1中示出的实施方式，底部结构包括：前左横梁4，该前左横梁4在底板面板的左侧部6与中央区域12之间延伸；前右横梁20，该前右横梁20在底板面板的右侧部8与中央区域12之间延伸；后左横梁22，该后左横梁22在底板面板的左侧部6与中央区域12之间延伸；以及后右横梁24，该后右横梁24在底板面板的右侧部8与中央区域12之间延伸。前左横梁4和前右横梁20在底板通道14的各一侧沿着相同的前横向轴线A延伸，并且后左横梁22和后右横梁24在底板通道14的各一侧沿着相同的后横向轴线B延伸，前横向轴线A和后横向轴线B沿着纵向方向间隔开。这样的横梁4、20、22、24是在车辆的前座椅下方延伸的梁。
每个横梁4、20、22、24在朝向底板面板的中央区域12延伸的横向中央端部26与朝底板面板的侧部中的一个侧部延伸的横向侧端部28之间延伸。更具体地，中央端部26附接至在底板通道14上方通过的通道梁30，并且侧端部28附接至下侧导轨32、34，下侧导轨32、34在底板面板的侧部的外侧沿纵向方向延伸，即，下侧导轨32、34沿着底板面板的一个侧部但在所述底板面板1的外侧延伸。前左横梁4的侧端部28和后左横梁22的侧端部28附接至与底板面板的左侧部6相邻的左侧下边梁32，并且前右横梁20的侧端部28和后右横梁2的侧端部28附接至与底板面板的右侧部8相邻的右侧下边梁34。
根据本发明，每个横梁4、20、22、24在中央端部26处对塑性变形的抵抗力大于每个横梁4、20、22、24在侧端部28处对塑性变形的抵抗力，如随后将要描述的。
每个横梁4、20、22、24包括中央部分36和端部部分40，该中央部分36在横梁的中间部分38与中央端部26之间延伸，并且该端部部分40在中间部分38与侧端部28之间延伸。横梁的中间部分被限定为在纵梁2、16——其中，横梁在所述纵梁2、16之上延伸——的竖直上方延伸的部分。例如，前左横梁的中间部分在左纵梁2的竖直上方延伸。因此，每个横梁的端部部分40在纵梁中的一个纵梁与底板面板的同所述纵梁相邻的侧部之间横向地延伸。
中央部分36对塑性变形的抵抗力大于端部部分40对塑性变形的抵抗力，这意味着横梁的在中央区域与纵梁之间延伸的部分对塑性变形的抵抗力大于横梁的在纵梁与相邻的下边梁之间延伸的部分对塑性变形的抵抗力。这可以通过设置具有比端部部分40的抗拉强度大的抗拉强度的中央部分36来实现。例如，中央部分36的抗拉强度大于1300Mpa并且端部部分的抗拉强度大于等于450Mpa且小于1300Mpa。为此，中央部分36例如由抗拉强度大于1300Mpa的压淬钢制成，而端部部分40例如由抗拉强度大于450Mpa且小于800Mpa的压淬钢制成。
根据一个实施方式，中央部分由具有下述组成的压淬钢部件制成，该组成按重量百分比的方式包括例如：0.15％≤C≤0.5％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤1％、0.005％≤Cr≤1％、Ti≤0.2％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％、B≤0.010％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。
根据另一优选实施方式，钢的组成按重量百分比的方式包括例如：0.20％≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、≤Cr≤0.30％、0.020％≤Ti≤0.060％、0.020％≤Al≤0.060％、S≤0.005％、P≤0.025％、0.002％≤B≤0.004％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。在这个组成范围内，压淬部件的抗拉强度包括在1300Mpa与1650Mpa之间。
根据另一优选实施方式，钢的组成按重量百分比的方式包括例如：0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、S≤0.005％、P≤0.025％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。在这个组成范围内，压淬部件的抗拉强度高于1800Mpa。
根据一个实施方式，端部部分40是具有下述组成的压淬钢部件，该组成按重量百分比的方式包括例如：0.04％≤C≤0.1％、0.3％≤Mn≤2％、Si≤0.3％、Ti≤0.08％、0.015％≤Nb≤0.1％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％，Cu、Ni、Cr、Mo小于0.1％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。在这个组成范围内，压淬部件端部部分的抗拉强度包括在450Mpa与800Mpa之间。
每个横梁的端部部分36具有大于75°、优选地大于80°的弯曲角度，这给端部部分赋予了良好的延展性。该弯曲角度是根据VDA-238弯曲标准而在由两个辊子支承的60×60mm2的压淬部件上确定的。弯曲作用力是由0.4mm半径的尖锐冲头施加的。辊子与冲头之间的间距等于被测试的部件的厚度加0.5mm的间隙。裂纹的出现因其与载荷-位移曲线中的载荷降低相一致而被检测到。当载荷减少超过其最大值30N时，测试会中断。每个样品的弯曲角度(a)在卸荷之后并因而在试样回弹之后被测量。五个样品沿着各个方向(轧制方向和横向方向)弯曲以获得弯曲角度的平均值aA。
中央部分36的厚度和端部部分40的厚度也可以适于与所述部分对塑性变形的抵抗力相适应。例如，中央部分36的厚度大于端部部分40的厚度。中央部分36的厚度例如包括在0.8mm与1.6mm之间，并且端部部分40的厚度例如包括在0.8mm与2mm之间。
每个横梁可以通过将与中央部分相对应的平面侧翼和与端部部分相对应的平面侧翼附接在一起并且通过例如通过热冲压使横梁成形来获得。上述侧翼可以通过激光焊接被附接在一起。横梁例如具有朝向底板面板1敞开的U形形状。
沿着横向方向所测量的中央部分36的长度大于端部部分40的长度。例如，端部部分40的长度包括在中央部分36的长度的5％与25％之间。
上述横梁4、20、22、24通过使它们的中央端部26附接至通道梁30以及通过使侧端部28附接至下边梁32、34来形成底部结构。
上述底部结构在碰撞的情况下特别有利、更特别地是在侧面碰撞的情况下特别有利。在这种情况下，横梁4、20、22、24的侧端部28和侧部部分40呈现出了延展性，这使得侧端部28和侧部部分40能够塑性变形从而吸收因碰撞而产生的能量，而中央端部26和中央部分36具有对塑性变形的机械抵抗力，这使得中央端部26和中央部分36能够在碰撞期间保持不变形并因此保护乘客车厢的完整性。
因此，从中央区域延伸至纵梁的、与车辆的乘客的接纳空间相对应的空间在碰撞的情况下被特别好地保护以免受任何类型的侵入，而在纵梁的外侧延伸的空间被布置成吸收因碰撞而产生的能量，使得减少了传递至乘客车厢的能量的量。
已经结合具有中央部分的横梁对本发明进行了描述，其中，该中央部分比端部部分具有更大的对塑性变形的抵抗力。然而，横梁还可以包括多于两个的部分，所述多于两个的部分从底板面板1的中央区域到侧部对塑性变形具有减小的抵抗力，使得横梁的中央端部比横梁的侧端部具有更大的抵抗力。本发明还可以通过对塑性变形的具有梯度抵抗力的端部部分来实现，使得所述塑性变形从中间部分38至端部部分的侧端部28减小。

Claims (11)

1.一种车辆底部结构，包括：底板面板(1)；至少一个纵梁，所述至少一个纵梁在所述底板面板(1)下方沿所述车辆的纵向方向延伸；以及至少一个横梁，所述至少一个横梁在所述底板面板(1)上方沿与所述纵向方向垂直的横向方向延伸，所述底板面板(1)在两个侧部(6、8)之间横向地延伸，所述横梁包括横向中央端部(26)和横向侧端部(28)，其中，所述横向中央端部(26)朝向所述底板面板(1)的中央区域(12)延伸，所述横向侧端部(28)在所述底板面板的所述侧部(6、8)中的一个侧部处延伸，其特征在于，所述横梁包括中央部分(36)和端部部分(40)，其中，所述中央部分(36)在所述横梁的中间部分(38)与所述横向中央端部(26)之间延伸，所述端部部分(40)在所述中间部分(38)与所述横向侧端部(28)之间延伸，所述中央部分(36)对塑性变形的抵抗力大于所述端部部分(40)对塑性变形的抵抗力，并且所述横梁的所述中间部分(38)在所述纵梁的竖直上方上延伸，使得所述横梁的所述端部部分(40)在所述纵梁与所述底板面板(1)的所述侧部中的一个侧部之间横向地延伸。
2.根据权利要求1所述的车辆底部结构，其中，所述中央部分(36)的材料的抗拉强度大于所述端部部分(40)的材料的抗拉强度。
3.根据权利要求2所述的车辆底部结构，其中，所述中央部分(36)的材料的抗拉强度大于1300Mpa，并且所述端部部分(40)的抗拉强度大于等于450Mpa且小于1300Mpa。
4.根据权利要求2或3所述的车辆底部结构，其中，所述中央部分(36)的材料的组成按重量百分比的方式包括：
-0.15％≤C≤0.5％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤1％、0.005％≤Cr≤1％、Ti≤0.2％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％、B≤0.010％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质；或者
-0.20％≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、≤Cr≤0.30％、0.020％≤Ti≤0.060％、0.020％≤Al≤0.060％、S≤0.005％、P≤0.025％、0.002％≤B≤0.004％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质；或者
-0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、S≤0.005％、P≤0.025％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质；
并且其中，所述端部部分(40)的材料的组成按重量百分的方式包括：0.04％≤C≤0.1％、0.3％≤Mn≤2％、Si≤0.3％、Ti≤0.08％、0.015％≤Nb≤0.1％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％，Cu、Ni、Cr、Mo小于0.1％，剩余部分为铁和因加工而产生的不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的车辆底部结构，其中，所述中央部分(36)在所述横向方向上的长度大于所述端部部分(40)在所述横向方向上的长度。
6.根据权利要求1所述的车辆底部结构，包括左横梁和右横梁，其中，所述左横梁在所述底板面板的左侧部(6)与所述中央区域(12)之间横向地延伸，所述右横梁在所述底板面板的右侧部(8)与所述中央区域(12)之间横向地延伸，所述左横梁和所述右横梁沿着相同的横向轴线延伸。
7.根据权利要求6所述的车辆底部结构，其中，所述左横梁的横向中央端部(26)和所述右横梁的横向中央端部(26)附接在通道梁(30)的各一侧上。
8.根据权利要求6或7所述的车辆底部结构，包括在所述底板面板下方纵向地延伸的左纵梁(2)和右纵梁(16)，所述左横梁在所述左纵梁(2)上方通过，并且所述右横梁在所述右纵梁(16)上方通过。
9.根据权利要求6或7所述的车辆底部结构，还包括在所述底板面板的各一侧延伸的左侧下边梁(32)和右侧下边梁(34)，所述左横梁在所述底板面板的所述中央区域(12)与所述左侧下边梁(32)之间延伸，并且所述右横梁在所述底板面板的所述中央区域(12)与所述右侧下边梁(34)之间延伸。
10.根据权利要求6或7所述的车辆底部结构，包括前左横梁(4)、前右横梁(20)、后左横梁(22)和后右横梁(24)，所述前左横梁(4)和所述前右横梁(20)沿着相同的前横向轴线(A)延伸，并且所述后左横梁(22)和所述后右横梁(24)沿着相同的后横向轴线(B)延伸，所述前横向轴线(A)和所述后横向轴线(B)根据所述纵向方向彼此间隔开。
11.一种包括根据权利要求1所述的车辆底部结构的车身。
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