CN114852191A - 汽车中柱与上边梁的搭接结构及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车中柱与上边梁的搭接结构及车辆，该搭接结构包括：中柱主加强板、上边梁加强板、上边梁补板、侧围外板、上边梁内板、和中柱内板。该上边梁加强板的截面呈U形，该中柱主加强板与该上边梁加强板的U形底部贴合，并且该中柱主加强板的上端贴着该上边梁加强板的U形底部向车顶方向延伸，该中柱主加强板的下端向车底方向延伸,该中柱主加强板和该上边梁加强板形成一个U形上端和U形底部贴合的双层U形腔体；该侧围外板、上边梁内板、和中柱内板在所述中柱主加强板、上边梁加强板、和上边梁补板的外围形成第一封闭腔体。

Description

汽车中柱与上边梁的搭接结构及车辆

技术领域

本发明涉及汽车车身结构设计领域，尤其涉及一种汽车中柱与上边梁的搭接结构及车辆。

背景技术

近年来随着我国经济的不断提升，人们对于汽车的需求量也在逐年递增，汽车市场的份额也在稳步增长。随着国家法规对于汽车生产的要求日益严苛，同时消费者也更加关注车辆的各种性能，尤其是安全性能，因此各汽车厂商也更注重车身安全性能的提升。在整车正碰和偏置碰性能日益完善的同时，车身顶压试验也就是车辆翻滚试验及整车侧碰测试，也备受各汽车厂商关注。

每当事故发生时，车内乘员的安全始终是放在第一位的。在每种不同的碰撞工况发生时，车身不同位置的结构强度都需要满足乘员生存空间要求，最大限度的保证车内乘员的安全。因此，就要求车身结构在碰撞传力路径上的支撑区域需要有足够的强度，以抵抗碰撞所带来的力量冲击，实现乘员保护的目的。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明旨在提出一种汽车中柱与上边梁的搭接结构及车辆，通过加强中柱主加强板和上边梁加强板搭接处的接头强度，能够更好地避免当事故发生时因为该搭接处的强度不足而引起的中柱折弯，侵入汽车的乘员舱，对车内人员造成伤害。

根据上述目的，本发明一方面提出一种汽车中柱与上边梁的搭接结构，其中该搭接结构包括：中柱主加强板、上边梁加强板、上边梁补板、侧围外板、上边梁内板、和中柱内板，

该上边梁加强板的截面呈U形，该中柱主加强板与该上边梁加强板的U形底部贴合，并且该中柱主加强板的上端贴着该上边梁加强板的U形底部向车顶方向延伸，该中柱主加强板的下端向车底方向延伸,该中柱主加强板和该上边梁加强板形成一个U形上端和U形底部贴合的双层U形腔体；

该侧围外板、上边梁内板、和中柱内板在该中柱主加强板、上边梁加强板、和上边梁补板的外围形成第一封闭腔体。

在一实施例中，该中柱主加强板与该中柱主加强板上端向车顶方向的延伸部构成一个截面为U形的结构。

在一实施例中，该中柱主加强板上端向车顶方向的延伸部的截面长度为25-30mm。

在一实施例中，该中柱主加强板从车头到车尾方向的长度为750-850mm。

在一实施例中，该上边梁补板的截面呈C形，该上边梁补板的底部架在该上边梁加强板的两条U形臂之间，形成第二封闭腔体。

在一实施例中，该上边梁补板的C形臂两端延伸一定长度与该上边梁加强板的该U形臂两端贴合。

在一实施例中，该上边梁补板、上边梁加强板和中柱主加强板形成一端封闭一端开口的双层U形腔体，该上边梁补板和上边梁加强板形成该双层U形腔体的封闭端，该上边梁加强板和中柱主加强板形成该双层U形腔体的开口端。

在一实施例中，该第一封闭腔体的该上边梁内板的上下两端与该侧围外板的上下两端贴合，该第一封闭腔体的下端延伸至车底。

在一实施例中，该中柱主加强板、上边梁加强板、和上边梁补板均采用屈服强度超过950MPa，抗拉强度可达1300MPa-1700MPa的热成型材料。

本发明另一方面还提出一种车辆，该车辆包括上述的汽车中柱与上边梁的搭接结构。

本发明提供的一种汽车中柱与上边梁的搭接结构及车辆。在本发明所示的搭接结构中将侧围外板、上边梁内板、和中柱内板焊接在一起形成第一封闭腔体，以及将中柱主加强板、上边梁加强版、上边梁补板也焊接在一起形成第二封闭腔体。通过形成这两个封闭腔体，车身中柱处结构得到强化。在事故发生时，车身顶压和车身侧面受到的碰撞力得以传递到顶盖横梁上，从而车身的中柱不易侵入乘员舱空间，保证了车内乘员的安全。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了车辆翻滚时车身钣金所受碰撞力的传递路径示意图；

图2示出了现有技术中的汽车中柱与上边梁搭接处的结构剖面图；以及

图3示出了本发明中的汽车中柱与上边梁搭接处的结构剖面图。

附图标记说明：

101：A柱；

102：B柱；

103：顶盖横梁；

201：侧围外板；

202：中柱主加强板；

203：上边梁加强板；

204：上边梁内板；

205：中柱内板；

301：侧围外板；

302：中柱主加强板；

303：上边梁加强板；

304：上边梁补板；

305：上边梁内板；

306：中柱内板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

为了更好地理解本发明，首先，请参看图1，图1示出了车辆翻滚时车身钣金所受碰撞力的传递路径示意图。

当碰撞事故时，导致车辆翻滚。此时，整个碰撞的能量及车身重量均由A柱边梁和B柱边梁承受，并由此将所受的碰撞力分散传递到A柱、B柱、及顶盖横梁上。

家用汽车一般有A、B、C三个柱子。A柱是汽车前挡风玻璃与前车门之间的柱子；B柱，也就是汽车中柱，是前后车门之间的柱子；C柱是后车门和后挡风玻璃之间的柱子。稍大些的多用途汽车，即MPV车或SUV车等，还会有D柱，其位置依次类推。A、B、C柱都是支撑和稳定车身结构的主要钢梁，其中A柱和B柱是支撑驾驶舱的主要钢梁。A柱的宽大结实与否直接关系到，发生正面碰撞时驾驶舱是否发生形变。但是，如果A柱过宽也会导致拐弯时驾驶位置盲区太大，尤其是左前方的A柱，在左转弯时过宽的A柱会带来很大的盲区。而B柱和C柱是支撑后排尾部的主要钢梁。B柱的强度直接关系到，在车辆侧面受到碰撞时，驾驶舱和后车厢产生的形变和危害；C柱也是支撑钢梁，它直接关系到汽车侧后方受到碰撞时产生的形变和危害。

如图1所示，图1中在驾驶舱左前方为汽车A柱101，在驾驶舱最侧后方为汽车B柱102，横于车顶的顶盖横梁为103。当车辆发生事故翻转时，车身钣金受到的顶部压力和侧面碰撞力的传递路径是通过汽车中柱与上边梁的搭接处结构，传递到车辆的顶盖横梁103，以及A柱101的左上边梁加强板以及B柱102边梁，从而分散掉车身钣金受到的压力。

但是现有的汽车中柱与上边梁的搭接处结构并不能很好的将车辆翻滚时受到的车顶压力和侧面碰撞力很好的传递出去，导致中柱102与A柱上边梁的搭接处向车内折弯，从而伤害到驾驶舱的人员。

具体如图2所示，图2为图1沿A-A方向的剖面图。图2示出了从车头向车尾方向看去的现有技术中的汽车中柱与上边梁搭接处的结构剖面图。在图2中汽车中柱与上边梁搭接部位，上边梁加强板203的截面呈一个开口向右的U形结构。中柱主加强板202的上端贴合于上边梁加强板203的U形底部，且在上边梁加强板203的U形底部与其U形上端连接处截止；中柱主加强板202的下端与上边梁加强板203的U形下端一起延伸，形成一个呈Z字形结构的中柱主加强板202。在上边梁加强板203和中柱主加强板202的外部，由侧围外板201、上边梁内板204、和中柱内板205通过焊接，包在其外围，形成一个外部闭合的腔体。

其中，中柱主加强板202为高强度钢冷冲成型。根据力学特性，高强度钢一般是指屈服强度大于210MPa且小于550MPa，即抗拉强度大于270MPa且小于700MPa的钢。高强度钢能够大幅度增加零件的抗形变能力，提高能量吸收能力和扩大弹性应变区，能够同时满足车辆安全性和轻量化方面的要求。试验证明，汽车重量每降低1％，油耗便可降低0.7％。

在图2中，现有技术中的汽车中柱与上边梁搭接处的上边梁加强板203为热成型零件。热冲压成型简称热成型，是近年来出现的一项专门用于汽车高强度钢冲压成型件的新技术。热冲压成型的五大工序分别为落料、奥氏体化、转移、冲压和淬火、以及后续处理。常见的汽车热冲压零件有车门防撞梁、前后保险杠等安全件以及A柱、B柱、C柱、中通道等车体结构件，超高的车身强度使得车辆在发生碰撞时，将能够保护乘员生命空间并有效传递碰撞能量，减小对人体的损伤。

虽然U形结构的上边梁加强板203能够通过其上下两端的U形臂将力分散传递，由侧围外板201、上边梁内板204、和中柱内板205构成的封闭腔体B，也能够起支撑作用，加强汽车中柱与上边梁搭接处的强度，但是这种搭接结构达到的抗压硬度和抗压效果并不十分理想。尤其是中柱主加强板202为Z形结构，受到外部的压力之后，较容易使结构变形。图2的搭接结构的截面力较弱，无法抵抗车辆翻滚时车顶受到的压力，从而使得该顶压无法传递到中柱和顶盖横梁上，导致车身中柱弯折直接侵入到乘员舱空间，伤害车内人员的安全；同时，这个搭接结构较弱的截面力也无法抵抗车身侧面受到碰撞时候的能量，使得车身在受到的侧面碰撞力也无法传递到顶盖横梁上，从而影响整车的性能。而且，中柱主加强板202是高强度钢冷冲成型的。但是随着板料强度的提高，传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象，无法满足高强度钢板的加工工艺要求。

请参看图3，图3示出了本发明中的汽车中柱与上边梁搭接处位置，从车头向车位方向看去的结构剖面图。相较于图2来说，图3中本发明通过对中柱主加强板302的结构进行改动，形成一个双层U形的腔体。

具体如图3所示，本发明提供的一种汽车中柱与上边梁的搭接结构由中柱主加强板302、上边梁加强板303、上边梁补板304、侧围外板301、上边梁内板305、和中柱内板306构成。在本实施例中，上边梁加强板303呈一个开口向右的U形结构，该U形结构的上端向车顶延伸，下端与中柱主加强板302点焊接合，形成一个中间为空心的腔体。在本实施例中，图3所示的截面正好是该空心腔体的中间部分，所以中柱主加强板302和上边梁加强板303之间呈开口状态。而将此截面沿着从车头到车尾方向延伸，则在这个空心腔体的前后端，中柱主加强板302和上边梁加强板303是焊接在一起的。

中柱主加强板302的截面也为一个开口向右的U形结构，它的U形结构的底部与上边梁加强板303的U形底部贴合。中柱主加强板302的U形上端和现有技术中的中柱主加强板202的上端不同。图2中现有技术中的中柱主加强板202的上端是贴合于上边梁加强板203的U形底部，且在上边梁加强板203的U形底部与其U形上端连接处截止；而本实施例中的中柱主加强板302的U形上端是贴合着上边梁加强板303的U形底部向车顶方向继续延伸一定长度，该延伸部是一个截面长度为25-30mm的焊接边。中柱主加强板302的U形截面向车头和车尾两个方向延伸，延伸的长度在750mm-850mm之间。较优地，中柱主加强板302形成的U形腔体在从车头到车位方向上的长度为约800mm。中柱主加强板302的U形下端与上边梁加强板303通过点焊工艺接合，并同方向延伸至车底。

因此，如图3所示，本实施例中的中柱主加强板303和上边梁加强板302形成一个双层U形腔体，其中该双层U形腔体的U形上端和U形底部都贴合。

请继续参看图3，较优地，相较于图2的现有技术中的汽车中柱与上边梁的搭接结构，本实施例中新增一个零件为上边梁补板304。上边梁补板304截面呈一个向右开口的C形的结构，且上边梁补板304的C形结构的底部是架在上边梁加强板303的两条U形臂之间，正好支撑住上边梁加强板303的U形结构的上下两端。此时，上边梁补板304的C形结构的底部和上边梁加强板303的U形结构正好形成一个封闭腔体A。该上边梁补板304的长度从车辆的顶盖前横梁一直延伸到顶盖中横梁处。

上边梁补板304与上边梁加强板303构成的封闭腔体A为上边梁加强版总成。上边梁补板304的C形结构的上下两端与上边梁加强板303的U形结构的上下两端通过点焊工艺焊接贴合，并且上边梁补板304的上下两端条贴合后延伸一定长度，从而使得其对于封闭腔体A的支撑作用更为牢固。

请继续参看图3，上边梁补板304、上边梁加强板303、和中柱主加强板302形成一个一端封闭、一端开口的双层U形腔体。其中，上边梁加强板303和中柱主加强板302为U形底部和U形上端均贴合的双层U形腔体。因为上边梁补板304的C形结构的底部正好架在上边梁加强板303的U形开口处，将其开口处封闭，所以上边梁补板304、上边梁加强板303构成了这个特殊的双层U形腔体的封闭端，即封闭腔体A。在本实施例中可见，上边梁加强板303和中柱主加强板302两个U形腔体结构的下端并不贴合，且在本图3中两个下端是呈现开口状的，所以上边梁加强板303和中柱主加强板302构成了这个特殊的双层U形腔体的开口端。

中柱主加强板302的U形腔体盖是在上边梁加强板303和上边梁补板304焊接后的上边梁加强板总成的基础上，再通过点焊工艺焊接上去的，从而形成的一个一端封闭、一端开口的特殊双层U形腔体，该双层U形腔体为侧围前部加强板总成。

请继续参看图3，图3中的侧围外板301、上边梁内板305、和中柱内板306在中柱主加强板302、上边梁加强板303、和上边梁补板304的外围，并通过点焊工艺连接，形成一个不规则的封闭腔体B，该封闭腔体B将封闭腔体A完全包裹。

在本实施例的图3中，上边梁内板305和侧围外板301构成的封闭腔体B的上端与上边梁加强板303贴合并向车顶延伸。相比于图2中，现有技术中该汽车中柱和上边梁的搭接结构中，上边梁内板204仅与上边梁加强板203点焊连接。本发明中的上边梁内板305与上边梁加强板303不仅焊接在一起，而且延伸至一定长度，这样使得该封闭腔体B的结构更为稳固，面对压力时，对于力量的传递性更好，不易被破坏。封闭腔体B的下端，侧围外板301、上边梁内板302、和中柱内板306与中柱主加强板302错层焊接贴合并延伸至车底。

错层焊指的是多层的焊接节点不在同一横截面，因为同一截面内的节点数不能太多，否则会影像结构的稳定性。在本实施例中，该汽车中柱与上边梁的搭接结构的下端有侧围外板301、上边梁内板302、和中柱内板306与中柱主加强板302，但该处同一节点最多允许三层搭接边，否则该处搭接结构的强度会大大降低，从而直接导致因搭接处强度不足而引起的B柱折弯，产生严重后果。

中柱主加强板302、上边梁加强板303、和上边梁补板305均系采用屈服强度超过950MPa，抗拉强度在1300MPa～1700MPa的热成型材料。

汽车在同等重量地情况下，高强度钢能很大程度上提升车身强度，改善碰撞安全性能。但是高强度钢成型困难、回弹严重，导致工装制造、调试难度非常高、而热成型钢正好可以解决以上的两大难题。为了说明热成型钢的性能，以下以宝钢热成型用钢HD950/1300HS为例，HD950/1300HS热处理前的屈服强度为280-450MPa，抗拉强度大于450MPa，断后延伸率为20％。但是热处理后，该热成型钢的屈服强度大于950MPa，抗拉强度大于1300MPa，强度提升至少2.5倍。

中柱主加强板302、上边梁加强板303、和上边梁补板305这些车身关键骨架件使用热成型件，能在碰撞事故中有效保证车身框架结构的完整性，从而保护乘客。

本发明还提供了一种车辆，该车辆包含上述汽车中柱与上边梁的搭接结构，此处不再赘述。

本发明通过改变汽车中柱与上边梁的搭接结构，通过构造一个双层U形腔体以及形成两个封闭腔体，使得该搭接结构对于力量的传递性大大提升，从而增强该搭接处的结构强度。

在发生事故而导致车辆翻滚时，整个碰撞的能量及车身的重量均由A柱边梁和B柱边梁承受，该发生碰撞的区域有足够的强度将顶压分散传递给车身前部、后部、及下部结构。同时在车辆发生侧碰时，该发生碰撞的区域也由足够的强度抵抗因B柱底部向车内溃缩的力量，保证乘员舱的头部空间不向内溃缩，尽最大可能保证乘员的安全。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述搭接结构包括：中柱主加强板、上边梁加强板、上边梁补板、侧围外板、上边梁内板、和中柱内板，

所述上边梁加强板的截面呈U形，所述中柱主加强板与所述上边梁加强板的U形底部贴合，并且所述中柱主加强板的上端贴着所述上边梁加强板的U形底部向车顶方向延伸，所述中柱主加强板的下端向车底方向延伸,所述中柱主加强板和所述上边梁加强板形成一个U形上端和U形底部贴合的双层U形腔体；

所述侧围外板、上边梁内板、和中柱内板在所述中柱主加强板、上边梁加强板、和上边梁补板的外围形成第一封闭腔体。

2.如权利要求1所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述中柱主加强板与所述中柱主加强板上端向车顶方向的延伸部构成一个截面为U形的结构。

3.如权利要求2所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述中柱主加强板上端向车顶方向的延伸部的截面长度为25-30mm。

4.如权利要求1所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述中柱主加强板从车头到车尾方向的长度为750-850mm。

5.如权利要求1所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述上边梁补板的截面呈C形，所述上边梁补板的底部架在所述上边梁加强板的两条U形臂之间，形成第二封闭腔体。

6.如权利要求5所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述上边梁补板的C形臂两端延伸一定长度与所述上边梁加强板的所述U形臂两端贴合。

7.如权利要求1所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述上边梁补板、上边梁加强板和中柱主加强板形成一端封闭一端开口的双层U形腔体，所述上边梁补板和上边梁加强板形成所述双层U形腔体的封闭端，所述上边梁加强板和中柱主加强板形成所述双层U形腔体的开口端。

8.如权利要求1所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构，其特征在于，所述第一封闭腔体的所述上边梁内板的上下两端与所述侧围外板的上下两端贴合，所述第一封闭腔体的下端延伸至车底。

9.如权利要求1所述的汽车中柱与上边梁搭的搭接结构，其特征在于，所述中柱主加强板、上边梁加强板、和上边梁补板均采用屈服强度超过950MPa，抗拉强度为1300MPa-1700MPa的热成型材料。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-9任一项所述的汽车中柱与上边梁的搭接结构。

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