CN112996714B - 用于车辆的结构梁的异型件 - Google Patents

Abstract

一种异型件，该异型件具有：具有大致横向方向(Y)的两个端翼部分(1、5)；具有大致高度方向(Z)的两个侧壁部分(2、4)；具有大致横向方向(Y)的前壁部分(3)；位于侧壁部分(2、4)与前壁部分(3)之间的两个弯曲过渡区(R1、R2)；位于端翼部分(1、5)与侧壁部分(2、4)之间的两个弯曲过渡区(R3、R4)，其中，侧壁部分(2、4)与前壁部分(3)之间的每个弯曲过渡区(R1、R2)的特定部分(11、12)具有比横截面的其余部分的拉伸强度低的拉伸强度。本发明还涉及一种包括这种异型件的纵向梁、横向梁、柱、B柱或C柱，并且涉及一种设置有纵向梁、横向梁、柱、B柱或C柱的车辆。

Description

用于车辆的结构梁的异型件

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的结构梁领域，并且更具体地涉及用于呈白色结构的车身的B柱、摇杆梁、C柱或前梁。

背景技术

结构梁已经经历了较大的发展。对超高强度钢(UHSS)的碰撞测试和新处理方面不断发展的规定，使这些元件得到不断的改进。

考虑到结构梁在呈白色结构的车身中的特定位置中执行的功能，这些结构梁中的一些结构梁具有特定的形状。柱通常不具有与纵向梁或横向梁完全相同的横截面。可以假定的是，Ω形横截面表示可以适用于本发明的任何白车身(BIW)部件(纵向梁、横向梁和柱)。

B柱通常由变形的坯件构成，从而形成外异型件，该外异型件除其他外还预定承受侧向碰撞。在外异型件上增加后覆盖件，使得获得具有高惯性的截面。特别地，例如如图1中所示，在异型件中，限定了纵向方向、横向方向和高度方向，各方向彼此之间是垂直的。在B柱的情况下，当固定至车身时，纵向方向(X)将与竖向方向大致一致，横向方向(Y)将与汽车的纵向方向一致，并且高度方向(Z)将与汽车的横向方向一致，横向方向是侧向碰撞的方向。

该外异型件具有Ω形横截面，使得在外异型件中限定：

-具有大致横向方向的两个端翼部分；

-具有大致高度方向的两个侧壁部分；

-具有大致横向方向的前壁部分；

-位于侧壁部分与前壁部分之间的两个弯曲过渡区；以及

–位于端翼部分与侧壁之间的两个弯曲过渡区。

B柱具有一些非常特定的要求，这是因为B柱必须在发生侧向碰撞事件中为车辆乘员提供强度和保护，但同时B柱必须具有足够的延展性，使得将变形限制在特定区域中来吸收能量，并且不会使车辆乘员重要区域因部件不受控制的倒塌而受伤。

许多不同的设计试图满足这些要求，例如如WO 2015/071412 A1、WO 2015/071444或US 9,849,916中公开的B柱。

在一些设计中，在这些B柱的下部部分中使用较软材料的带，以使该变形能够局部化，例如如在EP 2 209 696 B1、US 2012/0319431 A1或DE 10 2014 112 740 A1中所教示的那样。

EP 2541093 A1、JP 2004114912 A、EP 3342684 A1、EP 2610355 A1、WO 2018/174982 A1、WO 2016/046228 A1和DE 102016103962 B3是背景技术的其他例子。

问题在于，弱化的区域意味着部件的较低的强度和能量吸收，这意味着必须为其余部分提供更大的厚度和抗性，这又导致重量方面的增加。

这对于目前的规定而言是足够的，但是它在重量和行为方面有一些缺点。

发明内容

为了克服提及的缺点并实现前述目的，本发明提出了一种异型件，在该异型件中限定了纵向方向、横向方向和高度方向，各方向彼此之间是垂直的，该异型件具有Ω形横截面，使得在异型件中限定：

-具有大致横向方向的两个端翼部分；

-具有大致高度方向的两个侧壁部分；

-具有大致横向方向的前壁部分；

-位于侧壁部分与前壁部分之间的两个弯曲过渡区；以及

–位于端翼部分与侧壁之间的两个弯曲过渡区；

其中，侧壁部分与前壁部分之间的每个弯曲过渡区的特定部分具有比横截面的其余部分的拉伸强度低的拉伸强度。

利用本发明的特征，可以克服现有技术解决方案的缺点，因为一方面，车辆的结构梁，比如BIW纵向梁、横向梁或柱的结构特征实际上保持不变，同时另一方面保证在侧向碰撞的情况下最小的损坏风险。

这是因为具有较大延展性的区域与更容易破裂和破裂扩展的区域重合，从而保证异型件在局部变形(在具有B柱的情况下由侧向碰撞引起)的情况下将具有塑性行为。

在一些实施方式中，使各部分相加的横截面长度l：

0,07·l≤l1+l2≤0,26·l

0,03·l≤l1

0,03·l≤l2

l1和l2是特定部分的长度。

该值的选择确保损坏风险将保持在70％以下，该百分比是相对于以下区间来计算的：该区间被包含在与显示无裂纹风险的异型件(对应于0％损坏风险)对应的损坏风险和显示裂纹外观的异型件(对应于裂纹区域的100％损坏风险)对应的损坏风险之间。

在一些实施方式中，特定部分(l1、l2)的长度满足：

0,12x·l≤l1+l2≤0,14·l

0,06·l≤l1

0,06·l≤l2

异型件内部的具有曲率中心的弯曲部分的长度百分比的特定选择对应于最小损坏风险点。

在一些实施方式中，特定部分具有低于800MPa的拉伸强度，并且横截面的其余部分具有950MPa至1200MPa之间的拉伸强度。

在一些实施方式中，特定部分沿纵向方向(X)的长度w在10mm至150mm之间。

在一些实施方式中，特定部分(l1、l2)的较低拉伸强度通过激光处理获得。

在一些实施方式中，特定区域包含多于50％的贝氏体，并且其余区域包括多于50％的马氏体。

本发明还涉及一种包括根据任何前述变型中的任何变型的异型件的用于车辆的纵向梁(如前侧梁或后侧梁)。

本发明还涉及包括根据前述变型中的任何变型的异型件的用于车辆的横向梁(如座椅横向梁)。

本发明还涉及一种包括根据前述变型中的任何变型的异型件的用于车辆的柱(如B柱或A柱)。在一些实施方式中，B柱包括预定附接至摇杆的下端部和预定附接至A柱的上端部，使得B柱高度被限定在下端部与上端部之间，特定部分位于B柱的下半部分中(竖向方向)，并且更优选地在B柱高度的1％至15％之间，并且甚至更优选地在2％至10％之间。

在一些实施方式中，B柱还包括压制硬化的补片(补片由冲压前焊接至主要部分的加强件构成)。

在一些实施方式中，补片由复合材料制成。

在一些实施方式中，加强补片不覆盖B柱的被包含在下端部与位于距下端部第二距离处的保护限制之间的一部分，第二距离被包含在上端部与下端部之间的距离的10％至40％之间，并且优选地在上端部与下端部之间的距离的20％至30％之间。

最后，本发明涉及一种包括根据前述变型中的任何变型的纵向梁、横向梁或柱的车辆。

附图说明

为了完成描述并提供对本发明的更好理解，提供了一组附图。所述附图形成说明书的组成部分并且图示了本发明的实施方式，该实施方式不应被解释为限制本发明的范围，而是仅作为本发明可以如何实施的示例。附图包括以下图：

图1示出了根据本发明的异型件的示意性立体图，其中，软化区被突出显示。

图2示出了异型件的一部分和用于限定异型件的几何参数。

图3示出了在用于证明本发明的效果的模拟中使用的异型件的Ω形横截面的尺寸。

图4示出了异型件在模拟期间受到的扭矩，这是图5中所示的四个点弯曲配置的结果。

图5a示出了四个点弯曲配置，其中，黑色圆点表示力施加点，并且图5b表示所得到的力。

图6是异型件的立体图，其中，软化的弯曲区域的宽度被突出显示。

图7示出了长度百分比是如何计算的。

图8a示出了现有技术的均匀异型件。

图8b和图8c示出了现有技术的异型件，其中，异型件部分的100％已经在异型件的确定部分处被软化，图8b异型件的软化带比图8c异型件的带更窄。

图9a以立体图示出了许多异型件，这些异型件具有有着恒定宽度但不同的长度百分比的两个软区域。

图9b类似于图9a，但是宽度更窄。

图10是表示最大弯曲力相对于异型件中的纵向位置的曲线图，该曲线图允许在整体式梁、具有带状软区域的梁以及根据本发明的梁，即具有两个局部软区域的梁之间的比较。

图11是表示最大弯曲力相对于异型件中的纵向位置的曲线图，该曲线图允许在整体式梁(平行的上水平线和下水平线)、具有带状软区域的梁以及根据本发明的具有不同长度的两个局部软区域的梁之间的比较。

图12示出了4个点弯曲模拟的结果，该弯曲模拟在异型件中产生损坏风险。

图13a和图13b示出了异型件的平面图和损坏风险的空间分布。

图14示出了整体式梁、具有带状软区域的梁以及根据本发明的具有不同长度的两个局部软区域的梁的损坏风险的空间分布。

图15示出了最大损坏风险与两个局部软区域的长度百分比的关系，同时指示了最大容许损坏风险和所得到的可接受长度百分比区间。

图16是对应于可接受长度百分比区间的图15的缩放视图。

具体实施方式

如图1和图2中所示，本发明总体上涉及一种异型件P，在异型件中限定了纵向方向X、横向方向Y和高度方向Z。

这些方向彼此之间是垂直的，并且这些方向将用于描述本发明的不同参数。

如所示的，异型件P具有Ω形横截面，使得在异型件P中限定：

-具有大致横向方向Y的两个端翼部分1、5；这些端翼部分预定部分地限定用于门的框架和用于内覆盖件6的结合部；

-具有大致作为碰撞方向的高度方向Z的两个侧壁部分2、4；

-具有大致横向方向Y的前壁部分3；

-位于侧壁部分2、4与前壁部分3之间的两个弯曲过渡区R1、R2；

-位于端翼部分1、5与侧壁部分2、4之间的两个弯曲过渡区R3、R4。

根据纵向梁、横向梁和柱的已知实施方式，这些纵向梁、横向梁和柱由高强度钢制成，例如如图8a中所示。

B柱的主要功能之一是用以抵抗侧向碰撞，侧向碰撞通常发生在B柱的下部部分中。

在侧向碰撞过程中，B柱受到以下力：该力以与如图4中所示施加弯曲力矩Mx时B柱的变形方式相同的方式使B柱变形。

如图5a和图5b中所示，该弯曲力矩Mx又可以通过第四点测试获得，使得向上的力在下端点7a和7b处施加至异型件，并且向下的力施加在上端点7c和7d处。

模拟是以图3中所示的尺寸和材料进行的，图3表示用于车辆的B柱、纵向梁和横向梁的常规截面。

模拟结果以最大弯曲力(kN)表示并以塑性应变和损伤风险表示，最大弯曲力又与构件的能量吸收能力有关。

以百分比表示的损坏风险与异型件中某处具有裂纹外观的风险相关，100％对应于出现裂纹，0％对应于完全看不到裂纹的无风险。

图12、图13a和图13b意在说明需要一种解决方案来解决高强度异型件，即由最硬材料、即延展性较差的材料制成的整体式梁中的高损坏风险。

通过模拟，对所述异型件进行四个点测试。如在图13a中以及在图13b的感兴趣区域的延伸中可以看出，最高的损坏风险发生在弯曲的几何过渡区(在图2中用R1和R2指示)，即异型件内部定位有曲率中心的弯曲区域。

最高损坏风险指的是将发生破裂之前的点，也就是说，在撞击期间但在破裂之后，将停止通过塑性变形吸收能量的点。

在进行这些测试之前，用于防止异型件在碰撞期间过早破裂并确保碰撞区不会停止吸收能量的已知解决方案是在异型件直接受到碰撞的部分中设置软区域带。通过设置这种带，保证了塑性变形，并且异型件的其余部分不会受到影响，并且对于其他结构功能仍将表现出高抗性。图8b和图8c中示出了这种现有技术异型件的示例。

然而，新的测试已经表明的是，高应力点是高度局部化的，特别地位于异型件内部具有曲率中心的弯曲区域，或者换句话说，位于过渡区中。

为此，根据本发明，并且如图1、图2和图6中所示，侧壁部分2、4与前壁部分3之间的每个弯曲过渡区R1、R2的特定部分11、12具有比横截面的其余部分的拉伸强度低的拉伸强度。

如下所述，借助于这些局部软区域，异型件(图示的实施方式中的B柱)仅被稍微修改，从而保证良好的塑性行为，同时在正常条件下，即在非碰撞条件下保持异型件的结构性能。

特别地，为了评估本发明的效果，已经对位于所述过渡曲线中的软区区域的尺寸的各种组合进行了模拟，并且本发明的效果取决于软区区域的延展性程度。

特别地，已经对不同长度(L1和L2)的区域进行了测试，根据所述区域的X方向保持尺寸W，如图9a中所示。还评估了长度的影响，将根据图9a的发明的异型件获得的结果与根据图9b的发明的异型件进行比较，其中，根据X方向，软区区域具有较短的长度。

图10图示了单位为kN的最大弯曲力与沿着异型件的位置的关系。其中示出的结果对应于以下情况：

均质异型件HT1150

该异型件对应于现有技术的整体式梁，该整体式梁由具有较高抗性、较低延展性的均匀材料制成。如图所示，与其他解决方案相比，该异型件表现出最高的最大弯曲力，最大弯曲力导致表示出现裂纹的100％的局部损坏风险。

均质异型件DP780

该异型件对应于现有技术的整体式梁，该整体式梁由具有较低抗性、较高延展性的均质材料制成。如图所示，与其他解决方案相比，该异型件表现出最小弯曲力，最小弯曲力导致由数值为0％表示的无损坏风险。与前一种情况(均质异型件HT1150)相比，可以看出的是，如预期的那样，最大弯曲力明显减小。然而，包括完全由较低抗性的材料制成的整体式梁的解决方案将导致具有较高的舱单元侵入性的结构薄弱的B柱，从而导致较高的乘员伤害。

连续软区域带HT550(中等SZ等级)

该异型件在于提供连续具有中等抗性，即中等延展性的软区域带。这种解决方案显著降低了最大弯曲力，并且因此降低了损坏风险。

连续软区域带HT700(较高的SZ等级)

该异型件在于提供具有较高抗性，即较低的延展性的连续软区域带。连续软区域 带HT400(较低的SZ等级)

该异型件在于提供具有较低抗性，即较高延展性的连续软区域带。可以看出的是，对HT1150异型件施加连续的延展性带降低了均质异型件DP780，即完全由延展性材料制成的异型件的损坏风险。

在具有连续延展性带的异型件上进行的三个测试之间的比较(用图10的箭头3.a指出)表明，增加软区域强度等级意味着增加损坏风险。局部软区域曲线HT700(较高的SZ等 级)

当与均质异型件HT1150的情况相比时，可以看出的是，通过仅对弯曲区域进行稍微软化，损坏风险在与整体式梁相比时已经显著降低。局部软区域曲线HT550(中等SZ等级)

然后，如果局部软区域被进一步软化，则损害风险进一步显著降低，如图10的箭头3.b指出的。

图10的箭头4.a和4.b示出了从带向更加局部化的软区域的过渡稍微增加了损坏风险。然而，通过调整软化程度，可以将损坏风险降低到与带的损坏风险相当。

在图11中，再次示出了分别与具有高强度材料和减小的强度材料的整体式梁对应的上限(批次#10 1010)和下限(批次#11 1010)。在这两个极限值之间，表示与具有软区域的截面的长度相对于异型件的总长度的不同相对百分比对应的损坏风险。这些损坏风险与图14的模拟中具有较高损坏风险的点对应。

这些结果总结在图15和图16的曲线图中。

首先，对以下区间进行总结：

0,07·l≤l1+l2≤0,26·l

0,03·l≤l1

0,03·l≤l2

其中，各部分相加的横截面长度l，l1和l2是特定部分l1和l2的长度，损坏风险低于70％。

另外，还表明存在损害风险的最佳(最小)值，该值对应于确定的值。

特别地，对于图7中所示的形状，以下区间对应于最小的损坏风险。

0,12x·l≤l1+l2≤0,14·l

0,06·l≤l1

0,06·l≤l2

在本文中，术语“包括”及其派生词(比如“包含”等)不应当以排他性的含义理解，也就是说，这些术语不应当被解释为排除所描述和所定义的内容可能包括其他元件的可能性。

本发明显然不限于文中描述的特定实施方式，而是还涵盖在如权利要求所限定的本发明的总体范围内本领域技术人员可以考虑到的任何变型。

Claims (12)

1.一种异型件(P)，在所述异型件(P)中限定了纵向方向(X)、横向方向(Y)和高度方向(Z)，所述方向(X、Y、Z)彼此之间是垂直的，所述异型件(P)具有Ω形横截面，使得在所述异型件(P)中限定：

-具有大致所述横向方向(Y)的两个端翼部分(1、5)；

-具有大致所述高度方向(Z)的两个侧壁部分(2、4)；

-具有大致所述横向方向(Y)的前壁部分(3)；

-位于所述侧壁部分(2、4)与所述前壁部分(3)之间的两个弯曲过渡区(R1、R2)；

-位于所述端翼部分(1、5)与所述侧壁部分(2、4)之间的两个弯曲过渡区(R3、R4)；

其中，所述侧壁部分(2、4)与所述前壁部分(3)之间的每个弯曲过渡区(R1、R2)的特定部分(l1、l2)具有比所述横截面的其余部分的拉伸强度低的拉伸强度；

其特征在于，使各部分相加的横截面长度(l)：

0，07·l≤l1+l2≤0，26·l

0，03·l≤l1

0，03·l≤l2

l1和l2是所述特定部分(l1、l2)的长度。

2.根据权利要求1所述的异型件(P)，其中，所述特定部分(l1、l2)的长度满足：

0，12·l≤l1+l2≤0，14·l

0，06·l≤l1

0，06·l≤l2。

3.根据权利要求1所述的异型件，其中，所述特定部分(l1、l2)具有低于800MPa的拉伸强度，并且所述横截面的其余部分具有950Mpa至1200MPa之间的拉伸强度。

4.根据权利要求1所述的异型件，其中，所述特定部分(l1、l2)沿所述纵向方向(X)的长度(w)被包含在10mm至150mm之间。

5.根据权利要求1所述的异型件，其中，所述特定部分(l1、l2)的较低拉伸强度通过激光处理获得。

6.根据权利要求1所述的异型件，其中，特定区域包含多于50％的贝氏体，并且其余区域包含多于50％的马氏体。

7.一种包括根据权利要求1-6中的任一项所述的异型件的用于车辆的纵向梁。

8.一种包括根据权利要求1-6中的任一项所述的异型件的用于车辆的横向梁、柱、B柱或C柱。

9.根据权利要求8所述的B柱，其中，所述B柱包括预定附接至摇杆的下端部和预定附接至A柱的上端部，使得B柱高度被限定在所述下端部与所述上端部之间，所述特定部分(l1、l2)位于所述B柱的下半部分中。

10.根据权利要求9所述的B柱，还包括压制硬化的补片。

11.根据权利要求10所述的B柱，其中，所述补片由复合材料制成。

12.一种包括根据权利要求7所述的纵向梁和/或根据权利要求8所述的横向梁、柱、B柱或C柱的车辆。

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