CN112638750B - 机动车辆前立柱结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆的前立柱(9)，由包括中心主体(11)的冲压件构成，该中心主体用于竖直延伸，以具有下端部(13)、上端部(15)以及侧边缘，前立柱(9)的特征在于，还包括自中心主体(11)的侧边缘中的一个延伸的前延伸部(17)，以使得中心主体(11)和前延伸部(17)形成单个部件。本发明还涉及这样的前立柱(9)的生产方法。

Description

机动车辆前立柱结构

技术领域

本发明属于车辆领域，尤其是机动车辆领域。本发明涉及一种车辆的前立柱结构、包括这种结构的车辆和生产这种前立柱结构的方法。

背景技术

通常地，车辆的前立柱和后立柱是位于车身侧面前部或后部的立柱，在轮拱罩和车门开口之间。立柱因其具体在车辆的前部或后部的安装位置而具有不同的几何结构。

前立柱可以由多个通过焊接和铆接彼此组装的结构件构成。图1包括部件焊接在一起以形成前立柱1的设置。如此组装的不同部件包括前加强柱3、前立柱上部角撑板5和和驾驶室侧面前加强件7。

当发生正面碰撞时，由此产生的应力通过纵梁和车窗柱传递到车辆结构上，从而形成两个应力通道。第三应力通道包括驾驶室侧前加强件7，驾驶室侧前加强件7在车辆的每一侧设置在轮拱罩的高度处，以便通过前立柱上部角撑板5和前立柱加强件3向纵梁和车窗柱传递接收的应力。

特别地，在通常被称为“小重叠率(small overlap)”碰撞的、低重叠车辆前部正面碰撞情况下，车辆前部结构的侧面部分遭受很大的压力。这种碰撞对应于撞击物仅在与车辆的包括正前面侧边缘的该正前面的一部分接触时撞破车辆前部的情况。在这种碰撞中，在撞击物对面的驾驶室侧前加强件将遭受主要的压力。如果该加强件的机械强度不足，该加强件在这种碰撞期间发生重大的变形，以至于允许撞击物推动自身将使前立柱受载的车轮，并且导致该车轮朝向车辆后部移动。此外，如果前立柱不够坚固，它在撞击过程中也可能在前加强件传递的应力作用下向后移动。侵入驾驶室的风险因此相当大。有利的是，在加强件和前立柱的机械强度之间形成平衡，以同时确保车辆前部和该加强件的形变，这些形变允许吸收撞击过程中的能量，同时限制对驾驶室的侵入。

组装这些不同部件产生的一个已知的问题是密封性问题，能够解决该问题是有意义的。此外，汽车工业一直在寻找降低车辆生产成本和减轻其重量的解决方案。最后，对碰撞方面的机械性能和强度的改善始终受到关注。因此已经提出了多个其他类型的前立柱结构。

文献FR2926056提出了一种增强车辆前立柱，包括上部件或角撑板，以及下部件或前立柱加强件。前立柱加强件由单个部件构成，该部件具有允许使该部件刚化的不同冲压件，以便改进其限制前立柱在正面撞击的情况下转动的性能。

文献FR2800698提出了一种前立柱结构，将前立柱加强件和前立柱上角撑板接合成单个部件。所形成的部件基本上竖直延展，并且在车窗柱和驾驶室侧面前加强件处包括用于将它与纵梁连接的梁端部支撑件。该部件优选地由轻金属铸造的单一部件制成，特别是铝和轻金属合金，特别是铝合金。

文献EP2080689描述一种用于配备至机动车辆前部模块的侧面加强装置。该装置包括狭长形状的加强元件，加强元件用于在前部模块的侧壁处固定在机动车辆的车身结构上，并且在车辆的与侧壁相邻的前立柱和前部模块的前端之间沿车辆的纵向方向延伸，其中加强元件的纵轴基本平行于纵向方向定向。

发明内容

本发明旨在通过提出一种密封更好的新的前立柱结构来解决现有技术中遇到的不便和问题。本发明还旨在提出一种更轻的新的前立柱结构。本发明旨在改善车辆在发生低重叠(即“小重叠率”类型)碰撞时的性能。本发明最后旨在提出用于制造这种结构的更加经济的方法。

为此，根据第一方面，本发明涉及一种车辆的前立柱，由包括中心主体的冲压件构成，中心主体垂直延伸，以具有下端部、上端部以及侧边缘，前立柱的显著之处在于，还包括从中心主体的侧边缘中的一个延伸的前延伸部，以使得中心主体和前延伸部形成单个部件。

正如应通过阅读刚刚给出的限定理解到，本发明的显著之处在于，提出三个结构件的结合，即将前立柱上角撑板，前立柱加强件和驾驶室侧前加强件结合为一体。这使本发明解决了现有技术中引起的密封性问题。本发明还允许减轻车辆的整体重量。最后，由于不必进行这些不同部件的组装，因此本发明简化了车辆的组装方法，这降低了总生产成本。

根据优选实施例，中心主体在其下端部处包括用于紧固至纵梁的区域，并且/或者在其上端部处包括用于紧固至车窗柱的区域。中心主体承担前立柱加强件和前立柱上角撑板的功能。

有利地，前延伸部：

-沿基本上水平的方向从中心主体的侧边缘中的一个延伸，并且/或者

-以介于中心主体的下端部和上端部之间的高度从中心主体的侧边缘中的一个延伸；并且/或者

-与中心主体一起形成用于形成轮拱罩的圆弧形状；优选地，截取该圆弧的圆心角α大于或等于45°。

根据优选实施例，中心主体和/或前延伸部包括至少一个加强肋；优选地，前延伸部包括至少一个设置为水平延伸的加强肋。

根据本发明的实施例，前立柱由超高弹性极限钢制成，超高弹性极限钢在热冲压后具有按照ISO 6892-1:2016标准测定的至少1200MPa的机械强度Rm和按照ISO 6892-1:2016标准测定的至少3％的断裂伸长率。

在变型中，前立柱的中心主体具有的机械强度大于前立柱的前延伸部所具有的机械强度；优选地，中心主体具有至少1200MPa的机械强度Rm，而前延伸部具有包括在300和1150MPa之间的机械强度Rm，机械强度按照ISO 6892-1:2016标准测定。

在变型中，中心主体的厚度大于前延伸部的厚度。也就是说，形成中心主体的部分的厚度大于形成延伸部的部分的厚度。

按照第二方面，本发明涉及一种组件，包括根据第一方面限定的前立柱，组件还包括加强件，该加强件配置成至少部分与中心主体的上端部和前延伸部重叠。该加强件通过焊接组装至立柱。

按照第三方面，本发明涉及一种加强件，其显著之处在于，由热冲压钢制部件构成，并且配置成具有至少部分地与根据第一方面的中心主体的上端部和前立柱的前延伸部互补的形状，以能够与它们重叠。优选的，该加强件由热冲压后具有包括在400和1100MPa之间的机械强度Rm的钢制成，机械强度按照ISO 6892-1:2016标准测定。

按照第四方面，本发明涉及一种车辆，其显著之处在于，包括至少一个根据第一方面限定的前立柱，或者根据第二方面的组件。

按照第五方面，本发明涉及一种用于生产根据第一方面的前立柱的方法，前立柱的中心主体具有的机械强度大于前立柱的前延伸部所具有的机械强度，该方法的显著之处在于，包括差温淬火操作，差温淬火操作至少包括以下步骤：

-将钢坯加热至大于钢的结构变为奥氏体的温度的步骤；

-在具有至少两个区域的冲压工具中对加热的坯体进行热冲压的步骤；以及

-不同区域的差温淬火的步骤，以使得冲压工具的至少一个区域冷却的冷却速度大于应用于另一区域的冷却速度；

优选地，差温淬火操作在冲压步骤时包括在至少一个区域加热冲压坯的一部分的额外步骤，以便在淬火步骤期间，冲压工具的至少一个区域达到的温度高于该工具的另一个区域所具有的温度。

按照第六方面，本发明涉及一种用于生产根据第一方面的前立柱的方法，前立柱的中心主体具有的机械强度大于前立柱的前延伸部具有的机械强度，该方法的显著之处在于，包括激光封焊操作，激光封焊操作包括以下步骤：

-激光焊接至少两个邻接布置的板状元件以形成板坯的步骤，该板坯包括至少两个具有彼此不同的机械特性的部分，以及

-热冲压这样的坯件以形成包括中心主体和前延伸部的前立柱的步骤，该中心主体和该前延伸部具有彼此不同的机械特性。

附图说明

通过阅读以下作为示例给出且参照附图的描述，将更好地理解本发明，并且其他方面和优点将清楚地显现，在附图中：

-图1示出根据现有技术的形成前立柱结构的组件，并且

-图2示出根据本发明的形成前立柱结构的组件。

具体实施方式

在下面的描述中，术语“包括”与“包含”同义，并且并未限制其允许在其所涉及的结构、车辆或前立柱加强件中存在其他元件。应理解到，术语“包括”包含术语“由……组成”。在不同的图中，相同的标注指示相同或相似的元件。术语“下”、“上”、“前”、“后”应相对于车辆的常规定向来理解。术语“下”表示按照竖直方向比术语“上”更接近地面。术语“前”表示按照水平方向朝向车辆前部的定位，而术语“后”表示按照相同的方向朝向车辆后部的定位。术语“水平的部分”限定车辆部件的在该部件的前端部和后端部之间延伸的部分。测量单位MPa对应“兆帕斯卡”。

由于已经在背景技术中说明了图1，因此现在将参照图2。

本发明提出由包括中心主体11的冲压件构成的车辆的前立柱9，中心主体11用于在前立柱9被安装到车辆中时竖直地延伸，以具有下端部13和上端部15以及侧边缘，前立柱9的显著之处在于，还包括自中心主体11的侧边缘中的一个延伸的前延伸部17，以使得中心主体11和前延伸部17形成单个部件。

根据优选实施例，中心主体11在其下端部13处包括用于紧固至纵梁的区域，并且在其上端部15处具有用于紧固至车窗柱的区域。因此，中心主体11承担现有技术的前立柱加强件和前立柱上角撑板的功能。用于紧固至纵梁或车窗柱的区域包括与纵梁或车窗柱的壁的至少一部分接触的至少一个壁和/或至少一个支撑凸缘。

根据本发明的前立柱9的前延伸部17承担现有技术的驾驶室侧前加强件的功能。因此，前延伸部17沿基本上水平的方向从中心主体11的侧边缘中的一个朝安装有前立柱9的车辆前部的方向延伸，并且/或者以介于中心主体11的下端部13和上端部15之间的高度延伸。前立柱的整体形状为具有三个分支的十字形，在正面碰撞时，每个分支充当一条应力通道。优选地，分支中的一个，即前延伸部17具有拱状轮廓。

根据有利的配置，前延伸部17与中心主体11、并且部分地与其下部形成圆弧形状，该圆弧形状用以形成轮拱罩。优选地，截取该圆弧的圆心角α大于或等于45°，优选地，角α大于或等于50°，更优选地，角α大于或等于55°，并且更优选地，角α大于或等于60°。该配置特别有利于对“小重叠率”类型的低重叠碰撞的抵抗强度。实际上，在现有技术中，不同部件的组装不允许在轮拱罩处的槽口之间获得令人满意的结合。在图1中，可以看到，限定轮拱罩的曲线在前立柱加强件3和驾驶室侧前加强件7之间的接合处中断。这种断开因降低组件强度的楔形效应而损害抗冲击性。如本发明中仅具有单个部件的事实允许更好地管理部件的几何形状，并且改善在管理低重叠碰撞方面的性能。

根据优选实施例，中心主体11和/或前延伸部17包括至少一个加强肋(未示出)。优选地，前延伸部包括至少一个设置为横向延伸的加强肋。一个或多个加强肋的存在允许加固该前立柱9。

根据本发明的第一实施例，前立柱9可以具有均匀的机械特性。因此，本领域的技术人员将获得将超高弹性极限的钢用于生产前立柱9的优势，超高极限弹性钢具有按照ISO6892-1:2016标准测定的至少1200Mpa的机械强度Rm，以及按照ISO 6892-1:2016标准测定的至少3％的断裂伸长率。市场上已有具有这些特性的钢，例如由安塞乐米塔尔(ArcelorMittal)以商品名1500或22MnB5出售，实际上，在热冲压操作后，这些钢号具有1100MPa的弹性极限Re、1500MPa的机械强度Rm和≥6％的断裂伸长率A。

根据本发明的另一实施例，中心主体11和前延伸部17具有不同的机械特性。特别地，前立柱9的中心主体11具有的机械强度大于前立柱9的前延伸部17具有的机械强度。因此，理想地，中心主体11具有至少1200MPa的机械强度Rm，而前延伸部17具有的机械强度Rm包括在300和1150MPa之间，机械强度按照ISO 6892-1:2016标准测定。优选地，中心主体11具有的机械强度Rm至少是1300MPa，更优选地为至少1400MPa，进一步更优选地为至少1500MPa。优选地，前延伸部17具有的机械强度包括在350和1100MPa之间，优选地在400和1000MPa之间，更优选地在400和900MPa之间,进一步更优选地在450和800MPa之间。

对于能够用于机动车辆结构件热冲压领域的钢，可以根据其机械特性来分类，特别是根据按照ISO 6892-1:2016标准测定的钢的机械强度特性Rm、以及通过同样按照ISO6892-1:2016标准测定的钢的断裂伸长率A或弹性极限Re指示的钢的弹性特性来分类。

当钢变形时，只要在钢的弹性形变范围之内，该变形就是可逆的并与负荷成比例。当负荷变得过大时，进入塑性变形范围，其中钢所承受的形变是不可逆的。钢的弹性极限Re是界定弹性和塑性范围的应力(单位负荷)。当作用于钢的力超过其弹性极限时，所导致的形变是不可逆的。抗拉强度或机械强度Rm表示钢的最大允许应力。当作用于钢的力超过其机械强度极限时，发生断裂。断裂伸长率A表示钢在断裂前的最大允许相对变形。

由此区分：具有从300至350MPa弹性极限的柔性钢，具有从400至700MPa弹性极限的高弹性极限(HLE)钢，具有从800至1000MPa弹性极限的特高弹性极限(THLE)钢，以及具有从1100到1500MPa弹性极限的超高弹性极限(UHLE)钢。

此外，当前立柱9具有均匀的机械特性时，根据本发明的前立柱9优选地由超高弹性极限钢制成。当前立柱9具有机械特性不同的区域时，根据本发明的前立柱9优选地将包括由特高弹性极限钢制成的中心主体11和由高弹性极限钢制成的前延伸部17。

在变型中，当根据本发明的前立柱9具有均匀的机械性质时，前立柱9可以由机械强度低于超高弹性极限钢的钢制成，例如特高弹性极限或高弹性极限钢，然后，选择厚度以获得该前立柱的不同部分的期望的机械强度。

根据本发明的优选实施，当前立柱9包括具有不同机械特性的部分时，前立柱9可以通过差温冷却的热冲压形成。文献FR2927828中描述了差温冷却的热冲压工具的例子。生产方法包括差温淬火操作，该差温淬火操作至少包括以下步骤：

-将钢坯加热至大于钢的结构变为奥氏体的温度的步骤；

-在具有至少两个区域的冲压工具中对加热的坯体进行冲压的步骤；以及

-不同区域的差温淬火的步骤，以使得冲压工具的至少一个区域冷却的冷却速度大于应用于另一区域的冷却速度。

根据已知原理，钢制部件的冷却速度越大，钢制部件最终的机械强度越高。此外，根据本发明，前立柱9的中心主体11被冷却的淬火速度高于用于前延伸部17冷却的淬火速度。

优选地，在冲压步骤期间，差温淬火操作包括在至少一个区域处加热冲压坯的一部分的额外步骤，以使得在淬火步骤期间，冲压工具的至少一个区域达到的温度高于该工具的另一区域所具有的温度。因此，该工具包括所谓的热区域和所谓的冷区域。前立柱9的设置在所谓的热区域的一个或多个部分具有的机械强度低于前立柱9的设置在所谓的冷区域的一个或多个部分。此外，根据本发明，前立柱9的中心主体11将在冲压工具的所谓的冷区域中形成，而前立柱9的前延伸部17将在该工具的所谓的热区域中形成。

根据所使用的钢的初始特性和所需的最终特性，本领域的技术人员将容易地调整对加热温度和冷却速度的选择。

根据本发明的另一优选实施例，当前立柱9包括具有不同机械特性的部分时，前立柱9可以通过激光封焊形成。激光封焊是本领域技术人员已知的技术，该技术是指，一个挨一个地放置两个或多个坯，在这些坯之间通过激光焊接焊接，以形成包括至少两个具有不同机械和弹性特性的邻接部件的板坯。通过激光封焊获得的坯随后在单个工具中热冲压，以获得在不同部位具有不同机械特性的部件。在前立柱具有不均匀的机械特性的情况下，通过针对中心主体11和前延伸部17使用厚度不同的板坯或/和以不同钢号制成的板坯，中心主体11和前延伸部17可以获得不同的机械特性。例如，中心主体11可以使用由超高弹性极限钢制成的板坯制成，而延伸部17可以使用由高弹性极限钢制成的板坯制成，或者中心主体11可以使用的板坯的厚度大于用于延伸部17的板坯。还可以考虑不同的板厚度和板号之间的组合。本领域的技术人员应知道选择钢的厚度或/和钢号以获得形成本发明的前立柱的不同部分的期望的机械特性。

根据优选实施例，当需要时，前立柱9被加强件19加固。该加强件19是热冲压钢制部件，并且配置为具有至少部分地与中心主体11的上端部15和前立柱的前延伸部17互补的形状，以能够与中心主体11的上端部15和前立柱的前延伸部17叠置。可选地，该加强件包括至少一个加强肋(未示出)。优选地，加强件9由在热冲压后具有包括在400和1100MPa之间的机械强度Rm的钢制成，机械强度按照ISO 6892-1:2016标准测定。加强件19通过焊接与前立柱9组装。焊接点既设置在部件的底部也设置在槽口上。

Claims (15)

1.一种车辆的前立柱(9)，由包括中心主体(11)的冲压件构成，所述中心主体用于垂直延伸，以具有下端部(13)、上端部(15)以及侧边缘，所述前立柱(9)的特征在于，还包括自所述中心主体(11)的侧边缘中的一个延伸的前延伸部(17)，以使得所述中心主体(11)和所述前延伸部形成单个部件，

其中，使用差温淬火操作生产所述前立柱，所述差温淬火操作至少包括以下步骤：

-将钢坯加热至大于钢的结构变为奥氏体的温度的步骤；

-在具有至少两个区域的冲压工具中对加热的坯体进行热冲压的步骤；以及

-至少两个区域的差温淬火的步骤，以使得所述冲压工具的至少一个区域冷却的冷却速度大于应用于另一区域的冷却速度。

2.根据权利要求1所述的前立柱(9)，其特征在于，中心主体(11)在其下端部(13)处包括用于紧固至纵梁的区域，并且/或者在其上端部(15)处包括用于紧固至车窗柱的区域。

3.根据权利要求1或2所述的前立柱(9)，其特征在于，所述前延伸部(17)：

-沿基本水平的方向从所述中心主体(11)的侧边缘中的一个延伸，并且/或者

-以介于所述中心主体(11)的下端部(13)和上端部(15)之间的高度从所述中心主体(11)的侧边缘中的一个延伸；并且/或者

-与所述中心主体(11)一起形成用于形成轮拱罩的圆弧形状。

4.根据权利要求3所述的前立柱(9)，其特征在于，截取所述圆弧的圆心角α大于或等于45°。

5.根据权利要求1或2所述的前立柱(9)，其特征在于，所述中心主体(11)和/或所述前延伸部(17)包括至少一个加强肋。

6.根据权利要求5所述的前立柱(9)，其特征在于，所述前延伸部(17)包括至少一个设置为水平延伸的加强肋。

7.根据权利要求1或2所述的前立柱(9)，其特征在于：

-所述前立柱(9)由超高弹性极限钢制成，所述超高弹性极限钢在热冲压后具有按照ISO 6892-1:2016标准测定的至少1200MPa的机械强度Rm和按照ISO 6892-1:2016标准测定的至少3％的断裂伸长率；或者

-所述前立柱(9)的中心主体(11)具有的机械强度大于所述前立柱的前延伸部(17)具有的机械强度。

8.根据权利要求7所述的前立柱(9)，其特征在于：

所述中心主体(11)具有至少1200MPa的机械强度Rm，而前延伸部(17)具有包括在300和1150MPa之间的机械强度Rm，机械强度按照ISO 6892-1:2016标准测定。

9.根据权利要求1或2所述的前立柱(9)，其特征在于，所述中心主体(11)的厚度大于所述前延伸部(17)的厚度。

10.一种组件，包括根据权利要求1至9中任一项所述的前立柱(9)，其特征在于，所述组件还包括加强件(19)，所述加强件配置成至少部分与所述中心主体(11)的上端部和所述前延伸部(17)重叠。

11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，所述加强件由热冲压钢制部件构成，并且由热冲压后具有包括在400和1100MPa之间的机械强度Rm的钢制成，机械强度按照ISO6892-1:2016标准测定。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的前立柱(9)，或者根据权利要求10或11中任一项所述的组件。

13.一种用于生产根据权利要求1至9中任一项所述的前立柱(9)的方法，所述前立柱(9)的中心主体(11)具有的机械强度大于所述前立柱的前延伸部(17)具有的机械强度，其特征在于，所述方法包括差温淬火操作，所述差温淬火操作至少包括以下步骤：

-将钢坯加热至大于钢的结构变为奥氏体的温度的步骤；

-在具有至少两个区域的冲压工具中对加热的坯体进行热冲压的步骤；以及

-不同区域的差温淬火的步骤，以使得所述冲压工具的至少一个区域冷却的冷却速度大于应用于另一区域的冷却速度。

14.根据权利要求13所述的方法，所述差温淬火操作在冲压步骤时包括在至少一个区域加热冲压坯的一部分的额外步骤，以便在淬火步骤期间，所述冲压工具的至少一个区域达到的温度高于所述工具的另一区域所具有的温度。

15.一种用于生产根据权利要求1至9中任一项所述的前立柱(9)的方法，所述前立柱(9)的中心主体(11)具有的机械强度大于所述前立柱的前延伸部(17)具有的机械强度，其特征在于，所述方法包括激光封焊操作，所述激光封焊操作包括以下步骤：

-激光焊接至少两个邻接布置的板状元件以形成板坯的步骤，所述板坯包括至少两个具有彼此不同的机械特性的部分，以及

-热冲压这样的坯材以形成包括中心主体(11)和前延伸部(17)的前立柱(9)的步骤，所述中心主体和所述前延伸部具有彼此不同的机械特性。