CN111301324B - 带有碰撞盒模块的车辆结构子单元 - Google Patents

带有碰撞盒模块的车辆结构子单元 Download PDF

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Abstract

一种车辆结构子单元包括金属材料的横梁和两个碰撞盒模块，其中其前表面焊接或胶合到横梁的后壁，靠近横梁的两个相对端。加固金属板插入两个碰撞盒模块中的至少一个的前表面和横梁的后壁之间。横梁的后壁具有凹陷的平坦部分，加强板容纳在其中，以这样一种方式，使得加强板的面向碰撞盒模块的表面基本上与横梁的邻近凹陷部分的后壁的表面齐平。加强板容纳在其内的横梁的后壁的凹陷部分以这样一种方式相对于碰撞盒模块位于更靠近横梁的中心的偏移位置中，使得加强板仅与碰撞盒模块的前表面的一部分接触，前表面的其余部分与横梁的后壁直接接触。

Description

带有碰撞盒模块的车辆结构子单元
技术领域
本发明涉及车辆结构，并且具体而言涉及一种车辆结构子单元(sub-unit)，其构造为能够吸收至少一部分冲击能量的结构，并且可用作车辆结构的前模块和/或后模块。
具体而言，本发明涉及一种已知类型的车辆结构子单元，其包括：
- 由金属材料制成的横梁，参照车辆的安装状态，该横梁包括前壁、后壁、上壁和下壁(也可提供一个或多个内部隔板(inner partition))，
- 从横梁的所述后壁开始，参照在车辆上的安装状态，在横梁的两个相对端附近焊接或胶合到横梁后壁并且沿平行于车辆的纵向方向的方向延伸的两个碰撞盒模块，
- 每个碰撞盒模块均具有金属材料的管状结构，具有上壁和基本上水平的下壁以及基本垂直且彼此平行的两个侧壁(也可提供一个或多个内部隔板)，
- 使得每个碰撞盒模块具有类似四边形环成形的前表面，具有水平上缘、水平下缘、面朝横梁的中心的垂直内缘、以及垂直外缘，
- 碰撞盒模块的所述前表面胶合或焊接至横梁的后壁。
背景技术
上述类型的子单元已经在车辆中使用了一段时间，以便吸收车辆的前部或后部碰撞的能量的至少一部分。这些子单元必须以这样一种方式设计，使得获得所需的能量吸收能力，然而又不过分增加结构的重量，并且不采用导致费力且昂贵的构造的复杂构造。该问题不容易解决，特别是考虑到碰撞盒模块和横梁之间的连接区域的关键性(由于该区域内的应力集中)，并且还考虑到以下事实：冲击大体不会在整个结构中均匀分布，并且冲击的强度可能因情况而变化很大。
因此，在此领域中需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在本说明书开始时指出的类型的车辆结构子单元，其具有高的冲击能量吸收能力，而没有涉及较大的破损风险，特别是由于连接横梁和碰撞盒模块的区域中的更好的应力分布。
本发明的另一个目的在于提供一种带有具有极其简单的构造的结构的上述目标，其涉及对应的简单和经济的制造操作。
本发明的另一个目的在于在不要求相对于已知解决方案任何显著增加结构重量的情况下实现上述目标，实际上可能允许减轻重量。
本发明的又另一个目的在于提供一种上述类型的结构，该结构可通过一系列不同的技术彼此替代地制造，以便允许针对每种特定应用选择最佳技术。
鉴于实现上述目的中的一个或多个，本发明涉及一种具有在本说明书开始时公开的特征的车辆结构子单元，并且还特征在于：
- 加强金属板插入两个碰撞盒模块中的至少一个的前表面和横梁的后壁之间，通过焊接或胶合二者牢固地连接到横梁的后壁和碰撞盒模块的前表面，
- 横梁的后壁具有凹陷的平坦部分，加强板容纳在该凹陷的平坦部分中，以这样一种方式，使得加强板的面向碰撞盒模块的表面基本上与横梁邻近所述凹陷部分的后壁的表面齐平，
- 加强板容纳在其中的横梁的后壁的所述凹陷部分相对于所述碰撞盒模块位于更接近横梁的中心的偏移位置中，
- 以这样一种方式，使得加强板仅与碰撞盒模块的前表面的一部分接触，所述前表面的其余部分与横梁的后壁直接接触。
在不应以限制意义理解的实施例示例中，上述横梁具有中心部分和相对于中心部分作为箭头倾斜的两个端部。加强板与其相关联的每个碰撞盒模块具有包含在倾斜平面中的前表面，该前表面基本上平行于横梁的对应端部的后壁，使得碰撞盒模块的前表面的垂直内缘相对于所述前表面的垂直外缘在纵向上更靠前的位置中。横梁的后壁的前述凹陷部分以这样一种方式位于前述偏移位置中，使得加强板与碰撞盒模块的前表面的垂直内缘接触，以及与前表面的上缘和下缘的部分接触，但不与垂直外缘接触。
加强板可由单个平壁组成，或具有L形或C形构造，例如，具有容纳在横梁的后壁的所述凹陷部分内的一部分，以及焊接或胶合到横梁的下壁和/或上壁的一个或多个翼。
由于上述特征，本发明允许获得一系列优点。
首先，根据本发明提供的加强板允许避免在碰撞盒模块和横梁之间的连接区域中过度集中应力，实现了更好的应力分布，并因此实现了整个结构的吸收冲击能量而不会造成破裂的风险的更好的能力。
第二，上述结果通过将材料添加限制到最小来获得，并且特别是在不需要整体增加横梁壁和碰撞盒模块的厚度的情况下，这将导致结构重量的过度增加。
另一个优点在于，连同提供壁的对应凹陷部分来使用所需厚度的加强板还使得将碰撞盒模块焊接或胶合到横梁所需的操作更简单且不太昂贵，因为凹陷部分可制作成平的，甚至当在横梁的壁不是平的时。
最后，仅在碰撞盒模块的前表面的一部分上重叠的加强板的偏移位置再次实现了更高的能量吸收能力的所需目标(考虑了每个碰撞盒模块在冲击情况下所经受的应力的不对称分布)，保持加强板的尺寸以及因此结构的重量最小。
本发明还涉及一种用于制造上述类型的结构的方法，该方法包括以下步骤：
- 形成由金属材料制成的横梁，其包括前壁、后壁、上壁和下壁(以及一个或多个可能的内部隔板)，
- 提供两个碰撞盒模块，每个碰撞盒模块均具有金属材料的管状结构，除了一个或多个可能的内部隔板外，还具有上壁、下壁和两个侧壁，
- 将所述碰撞盒模块布置成以其前表面与横梁的端部的后壁接触，并且将所述碰撞盒模块焊接或胶合到横梁的所述后壁，
所述方法的特征在于：
- 在将碰撞盒模块连接至横梁之前，使前述横梁的后壁变形以在所述碰撞盒模块中的至少一个的连接区域处限定所述后壁的凹陷的平坦部分，
- 所述加强板以这样一种方式焊接或胶合在横梁的后壁的所述凹陷部分内，使得加强板的面向碰撞盒模块的表面基本上与横梁的邻近所述凹陷部分的后壁的表面齐平，
- 在将所述加强板连接至横梁之后，将每个碰撞盒模块焊接或胶合至横梁的后壁以及上述加强板，
- 参照碰撞盒模块的安装状态，横梁的后壁的所述凹陷部分形成在相对于碰撞盒模块更靠近横梁的中心的偏移位置中，
以这样一种方式，使得加强板仅与碰撞盒模块的前表面的一部分接触，所述前表面的其余部分与横梁的后壁直接接触，并且直接地焊接或胶合到所述后壁。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从仅借助于非限制性示例提供的参照附图的以下描述中变得清楚，在其中：
- 图1是根据本发明的一个优选实施例的车辆结构子单元的透视图，
- 图2是图1的细节的在放大尺寸上的透视图，
- 图3是图1的细节的平面视图，
- 图4是沿图5的线IV-IV的横截面视图，
- 图5是沿图4的线V-V的横截面视图，
- 图6A,6B,6C是设在根据本发明的结构中的加强板的三个不同实施例的透视图，以及
- 图7是单个碰撞盒模块的透视图。
具体实施方式
在附图中，参考标记1以其整体表示具有冲击能量吸收能力的机动车辆结构的子单元，其可用作前模块或后模块。在下面描述的示例中，将参考可用作前模块的车辆结构子单元，应理解，本文中所指示的内容当然也适用于后模块的情况。
参考所示出的示例，子单元1包括具有中心部分2A和端部2B的横梁2，两个碰撞盒模块3刚性地连接至该横梁2。
横梁2具有由例如铝或钢的金属材料构成的结构，其包括至少一个前壁21、一个后壁22、一个上壁23和一个下壁24。
在不应以限制意义理解的此处示出的具体示例中，横梁2是通过铝挤型(aluminumextrusion，有时也称为铝挤压件)制成的，并且还包括两个水平的内隔板25,26，其将横梁2的内腔分为三个不同的室，包括中心室27、上室28和下室29。横梁2也可由一个或多个折叠和焊接的金属板元件获得。
仍参考所示的具体示例，横梁2的端部2B相对于中心部分2A具有箭头形的构造。通过在挤压成型操作之后横梁2的永久变形来获得这种构造，利用该挤压成型操作获得初始直的横梁。
两个碰撞盒模块3中的每一个还具有例如由钢或铝的金属板制成的结构。当然，横梁2和碰撞盒3的材料必须是相容的材料，以允许将所述元件彼此牢固连接所需的焊接操作。作为焊接的替代和/或除焊接之外，这些元件可胶合在一起。在后一种情况下，横梁、碰撞盒和加强板的材料也可具有不可焊接的材料。
参照该结构在车辆上的安装状况，每个碰撞盒模块3包括管状结构，该管状结构包括水平上壁31、水平下壁32、面向横梁2的中心的内侧壁33、以及外侧壁34。壁33,34垂直且彼此平行地布置。
在所示的特定示例的情况下，每个碰撞盒3的结构还包括内水平隔板35(图5)，例如，通过挤压成型操作与碰撞盒一件式地获得。
以本身已知的方式，每个碰撞盒模块3还设有后凸缘4，该后凸缘4由焊接到碰撞盒模块的后端的板组成，旨在用于在两个纵向支柱(未示出)处连接子单元1，以形成车辆结构的一部分。每个板4设有孔41，用于接合将板4连接到与前述纵向支柱相关联的对应凸缘的螺栓。
根据本发明的基本特征，为两个碰撞盒模块中的至少一个、优选地为两个碰撞盒模块，设置加强板5，该加强板5插在碰撞盒模块3和横梁2之间的连接中。加强板5容纳在横梁2的后壁22的凹陷的平坦部分220上(具体参见图4)。凹陷部分220的深度和加强板5的厚度以这样一种方式基本上彼此对应，使得加强板5的面向碰撞盒模块的表面5A布置成基本上与横梁2的后壁22的外表面22A的相邻部分齐平。换句话说，表面5A,22A基本上共面。此外，如图4中清楚可见的，加强板5布置在其内的横梁2的后壁22的凹陷部分220具有相对于碰撞盒3朝横梁2的中心移动的偏移位置，使得加强板5A仅与碰撞盒模块3的前表面的一部分接触。
在横梁2的制造期间，一旦已获得该横梁(例如，通过上面已经描述的挤压成型和随后的折叠操作)，则进行局部变形操作，以便获得后壁22的凹陷的平坦部分220。局部变形也可在弯曲操作之前或伴随弯曲操作而获得。一旦获得了凹陷部分220，并且在将碰撞盒3模块连接至横梁2之前，将加强板5焊接或胶粘抵靠凹陷部分220的表面。
图6A,6B,6C示出了加强板5的三种不同的备选构造。在图6C的情况下，加强板具有简化的构造，包含在单个平面中。在此情况下，板5仅焊接或胶合到横梁2的后壁22的凹陷部分220的表面。图6A示出了其中加强板5具有L形构造的情况，其中主要部分51容纳在凹陷部分220上方，并且端件52焊接或胶合到横梁2的下壁24(如图5中所示)，或上壁23。
图6B示出了另一实施例，在其中加强板5具有C形构造，其中端翼(end wing)分别焊接到横梁2的下壁和上壁。
参考此处所示的特定示例(参见图7)，碰撞盒模块3的前表面36具有四边形环构造，具有水平的上缘360、水平的下缘361、面对横梁2的中心的内侧缘362、以及外侧缘363。模块3的前表面以这样一种方式包含在平行于横梁的端部2B的后壁22的倾斜平面中，使得内侧缘362相对于外边缘363在纵向更向前的位置中。
如在图4中可看到的，凹陷部分220且因此加强板5的偏移定位使得加强板5仅与碰撞盒模块3的前表面的内侧缘362接触(并且可能与上缘360和下缘361的一部分接触)，但不与外侧缘363接触。在车辆在最关键的区域中受到冲击的情况下，这允许更好地分配应力，而不会显著增加结构的重量。
在制造过程期间，一旦将加强板5焊接或胶合到横梁2，碰撞盒模块3就焊接或胶合到横梁2和加强板5。
仍借助于示例，图2示出了在一侧上的碰撞盒模块的前表面与另一侧上的加强板5和横梁2之间的焊缝W。碰撞盒模块的前表面36部分地与加强板5接触并且部分地与横梁2的后壁22直接接触。应当注意，图2示出了将加强板5应用于右碰撞盒模块3，而图4,5的横截面视图示出了将加强板应用于左碰撞盒模块。尽管优选的解决方案设想为两个碰撞盒模块都提供加强板，但是不排除将加强板与两个碰撞盒模块中的仅一个相关联的可能性。例如，由于在车辆的一侧上相对于另一侧的冲击之后，需要区分并引导负载路径，因此可激发这种不对称的结构构造。
在一个具体的实施例中，在所述横梁通过挤压成型制造的情况下，加强板5的厚度可在横梁2的壁的最小厚度的0.5至三倍之间。在其它情况下，优选地加强板的厚度不小于0.3mm并且不大于横梁2的壁的最大厚度的两倍。更具体地，加强板5的典型厚度在0.5mm和5mm之间。加强板5在横向于车辆的纵向方向的方向上的宽度可在碰撞盒模块3的最小横向宽度的1/10和碰撞盒模块3的前述横向宽度的三倍之间。加强板的典型宽度在20mm至200mm之间。加强板的高度在碰撞盒高度的10％和110％之间。
显然，加强板的使用使得应力能够在碰撞盒模块3和横梁2之间的界面区域中均匀地分布。碰撞盒模块3与横梁2之间的界面区域中的应力分布允许横梁2和碰撞盒模块3的壁的厚度随之减小。结果，与常规的解决方案相比，该构件的重量没有增加，而是可减轻。材料减少还导致生产成本减少。
此外，将加强板5布置在横梁的后壁的凹陷部分内允许加强板5的表面保持成面向碰撞盒模块3，基本上与横梁的后壁的相邻表面齐平，这简化了横梁与碰撞盒模块之间的连接操作，降低了碰撞盒与横梁之间的接口的复杂性，并降低了其成本。由于图示的布置，碰撞盒的前表面36可制成平坦的，并且可以因此可通过简单且低成本的技术(例如，通过切割挤压成型的产品)来获得。
当然，在不损害本发明的原理的情况下，构造和实施例的细节可相对于仅借助于示例所述和所示的那些宽泛地改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (7)

1.一种车辆结构子单元，包括
-由金属材料制成的横梁(2)，所述横梁(2)参照所述车辆上的安装状态包括前壁(21)、后壁(22)、上壁(23)和下壁(24)，
-从所述横梁(2)的所述后壁(22)开始，参照在所述车辆上的安装状态，在所述横梁(2)的两个相对端附近焊接或胶合到所述横梁(2)的后壁(22)并且沿平行于所述车辆的纵向方向的方向延伸的两个碰撞盒模块(3)，
-每个碰撞盒模块(3)具有金属材料的管状结构，具有上壁(31)和基本上水平的下壁(32)以及基本垂直且彼此平行的两个侧壁(33,34)，
-使得每个碰撞盒模块(3)具有类似四边形环成形的前表面(36)，具有水平上缘(360)、水平下缘(361)、面朝所述横梁的中心的垂直内缘(362)、以及垂直外缘，
-所述碰撞盒模块(3)的所述前表面(36)胶合或焊接到所述横梁的后壁(22)，
所述子单元的特征在于：
-加强金属板(5)插入所述两个碰撞盒模块(3)中的至少一个的前表面(36)和所述横梁(2)的后壁(22)之间，所述加强金属板通过焊接或胶合二者牢固地连接到所述横梁(2)的后壁(22)和所述碰撞盒模块(3)的前表面(36)，
-所述横梁(2)的后壁(22)具有凹陷的平坦部分(220)，所述加强金属板(5)容纳在所述凹陷的平坦部分(220)中，以这样一种方式，使得所述加强金属板(5)的面向所述碰撞盒模块(3)的表面基本上与所述横梁(2)的邻近所述凹陷的平坦部分(220)的后壁(22)的表面齐平，
-所述加强金属板(5)容纳在其内的所述横梁(2)的后壁(22)的所述凹陷的平坦部分(220)相对于所述碰撞盒模块(3)位于更接近所述横梁(2)的中心的偏移位置中，
-以这样一种方式，使得所述加强金属板(5)与所述碰撞盒模块(3)的前表面(36)的仅一部分接触，所述前表面(36)的其余部分与所述横梁(2)的后壁(22)直接接触。
2.根据权利要求1所述的子单元，其特征在于：
-所述横梁(2)具有中心部分(2A)和相对于所述中心部分(2A)呈箭头状构造倾斜的两个端部(2B)，
-所述加强金属板(5)与其相关联的所述至少一个碰撞盒模块(3)具有包含在倾斜平面中的前表面(36)，所述前表面基本上平行于所述横梁(2)的对应端部(2B)的后壁(22)，使得所述碰撞盒模块(3)的前表面(36)的垂直内缘(362)相对于所述前表面(36)的垂直外缘(363)在纵向上更靠前的位置中，以及
-所述加强金属板(5)容纳在其内的所述横梁的后壁的所述凹陷的平坦部分(220)以这样一种方式相对于相应所述碰撞盒模块(3)位于前述偏移位置中，使得所述加强金属板与所述垂直内缘(362)接触，并且与所述碰撞盒模块(3)的前表面(36)的上缘(360)和下缘(361)的一部分接触，但不与所述垂直外缘(363)接触。
3.根据权利要求1所述的子单元，其特征在于，所述加强金属板具有与所述横梁(2)的后壁(22)的所述凹陷的平坦部分(220)重叠的单个平坦部分。
4.根据权利要求1所述的子单元，其特征在于，所述加强金属板(5)具有L形构造，具有与所述横梁(2)的后壁(22)的所述凹陷的平坦部分(220)重叠的主要部分(51)，以及焊接和胶合到所述横梁的下壁或上壁的端翼(52)。
5.根据权利要求1所述的子单元，其特征在于，所述加强金属板(5)具有C形构造，具有与所述横梁(2)的后壁(22)的所述凹陷的平坦部分(220)重叠的主要部分(51)，以及焊接或胶合到所述横梁(2)的下壁(24)和上壁(23)的两个端翼(52)。
6.根据权利要求1所述的子单元，其特征在于，所述横梁(2)和/或每个碰撞盒模块(3)具有一个或多个内部隔板(25,26；35)。
7.一种用于制造车辆结构子单元的方法，包括以下步骤：
-形成由金属材料制成的横梁(2)，所述横梁(2)包括前壁(21)、后壁(22)、上壁(23)和下壁(24)，
-提供两个碰撞盒模块(3)，每个碰撞盒模块具有金属材料的管状结构，具有上壁(31)、下壁(32)和两个侧壁(33,34)，
-将所述碰撞盒模块(3)布置成以其前表面(36)与所述横梁(2)的端部(2B)的后壁(22)接触，并将所述碰撞盒模块(3)焊接或胶合到所述横梁(2)的所述后壁(22)，
所述方法的特征在于：
-在将所述碰撞盒模块(3)连接至所述横梁(2)之前，使前述横梁(2)的后壁(22)变形以在所述碰撞盒模块(3)中的至少一个的连接区域处限定所述后壁(22)的凹陷的平坦部分(220)，
-加强金属板(5)以这样一种方式焊接或胶合在所述横梁(2)的后壁(22)的所述凹陷的平坦部分(220)内，使得所述加强金属板(5)的面向所述碰撞盒模块(3)的表面基本上与所述横梁(2)的邻近所述凹陷的平坦部分(220)的后壁(22)的表面齐平，
-在将所述加强金属板(5)连接至所述横梁(2)之后，将每个碰撞盒模块(3)焊接或胶合至所述横梁的后壁(22)以及上述加强金属板(5)，
-参照所述碰撞盒模块(3)的安装状态，所述横梁(2)的后壁(22)的所述凹陷的平坦部分(220)形成在相对于所述碰撞盒模块(3)更靠近所述横梁的中心的偏移位置中，
以这样一种方式，使得所述加强金属板(5)与所述碰撞盒模块(3)的前表面(36)的仅一部分接触，所述前表面(36)的其余部分与所述横梁的后壁(22)直接接触，并且直接地焊接或胶合到所述后壁。
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