CN115416760A - 前地板总成及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种前地板总成及车辆，包括骨架结构和前地板本体；骨架结构包括左门槛梁、右门槛梁、前围下横梁、前地板前横梁、后地板前横梁，以及前纵梁；其中，前地板本体为双层夹芯板，左门槛梁、右门槛梁、前围下横梁、前地板前横梁、前纵梁均为空心梁，双层夹芯板和空心梁内部均阵列分布有芯管单元，前地板、前地板前横梁及前纵梁内部的芯管单元均沿车体Z向延伸，左门槛梁和右门槛梁内部的芯管单元均沿车体Y向延伸，前围下横梁内部的芯管单元沿车体X向延伸。本发明提供的前地板总成及车辆，能够从整车轻量化、安全性能、车内声品质及乘坐舒适性上满足乘客需求，提升汽车市场竞争力和乘客用车体验。
Description
技术领域
本发明属于汽车车体结构技术领域，具体涉及一种前地板总成及车辆。
背景技术
随着汽车行业发展，人们对汽车轻量化能耗、驾驶安全性、声品质、舒适性等各方面的要求均越来越高，地板总成作为车身结构的主要区域之一，为车内乘客提供载体空间，并在正面及侧面碰撞中吸收和传递受力，从而保护车内乘客安全及车辆内部零件的完好，在配合隔音件一起隔离噪音的同时，还为内外饰、动力附件、电气等系统零部件提供安装点。
目前，汽车前地板总成基本都是采用钣金冲压件和挤压铝型材，对于乘客需求的满足性较差，而且单纯的钣金或型材结构无法满足碰撞安全的要求，而如果通过钣金补强结构，不仅会影响地板造型平整性和车内空间，进而影响乘坐舒适性，还会导致整车重量大，不利于汽车轻量化低能耗的设计要求。
发明内容
本发明实施例提供一种前地板总成及车辆，旨在兼顾地板总成的结构强度和轻量化目标的同时，提升汽车乘坐舒适性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种前地板总成，包括骨架结构以及固定连接于骨架结构上的前地板本体；其中，骨架结构包括：
门槛梁，包括基于车体X向对称设置的左门槛梁和右门槛梁；
横梁，包括用于连接左门槛梁和右门槛梁的前围下横梁、前地板前横梁、后地板前横梁；以及
前纵梁，两端分别与前围下横梁和前地板前横梁固定连接；
其中，前地板本体为双层夹芯板，左门槛梁、右门槛梁、前围下横梁、前地板前横梁、前纵梁均为空心梁，双层夹芯板和空心梁内部均阵列分布有芯管单元，前地板、前地板前横梁及前纵梁内部的芯管单元均沿车体Z向延伸，左门槛梁和右门槛梁内部的芯管单元均沿车体Y向延伸，前围下横梁内部的芯管单元沿车体X向延伸。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，骨架结构还包括：
前排座椅后横梁，位于前地板前横梁和后地板前横梁之间，且两端分别与左门槛梁和右门槛梁固定连接，用于固定支撑前排座椅；
前地板中横梁，位于前排座椅后横梁和后地板前横梁之间，且两端分别与左门槛梁和右门槛梁固定连接；
其中，前排座椅后横梁和前地板中横梁也为空心梁，且两者内部的芯管单元均沿车体Z向延伸。
一些实施例中，左门槛梁和右门槛梁的两端均设有堵板，且两者内部均上下间隔分布有多个隔板，隔板的两端分别与两个堵板连接，且每相邻的两个隔板之间均分布有至少一排芯管单元。
示例性的，堵板朝向芯管单元的板面上下间隔分布有多个嵌件，各个嵌件分别对应嵌接固定各个隔板的端部。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，左门槛梁和右门槛梁相对的侧壁上分别固定连接有左连接板和右连接板，后地板前横梁朝向车体前方的侧壁上固定连接有后连接板，左连接板、右连接板、后连接板分别具有适于承托固定前地板本体的左右边缘和后边缘的折边。
举例说明，前围下横梁的横断面为三角形，且其朝向车体后方的壁面为倾斜面，前围下横梁的底面与倾斜面的结合部位具有一并朝向车体前方延伸的外延部，前地板本体的前端搭接固定于外延部上。
一些实施例中，骨架结构具有沿车体Y向间隔分布的多个前纵梁。
在一种可能的实现方式中，双层夹芯板内部和空心梁内部均填充有用于防腐和/或密封和/或隔音和/或阻燃的填充物。
举例说明，芯管单元的两端均设有扳边结构，两个扳边结构分别与双层夹芯板或空心梁的两个内壁贴合并热风铜钎焊连接。
本发明提供的前地板总成的有益效果在于：与现有技术相比，本发明前地板总成，双层夹芯板和空心梁能够利用其内部阵列分布的芯管单元保证自身结构强度，能够提升整车扭转和弯曲刚度，改善整车模态，相较于常规结构能够减少纵向和横向加强梁的数量，不仅有利于整车轻量化目标的实现，而且整体结构平整度高，能够提高整车组装精度，并增大车内乘坐空间。
同时，前地板本体、前地板前横梁及前纵梁内分布的Z向芯管单元能够提升前地板总成的垂向承压能力，左门槛梁和右门槛梁内分布的Y向芯管单元能够提升前地板总成的侧碰、偏置碰防护能力，前围下横梁内分布的X向芯管单元能够提升前地板总成的正碰、偏置碰防护能力，全方位保护乘客安全和车内零部件的完好，在此基础上，双层夹芯板和空心梁由于空气夹层的存在而具备良好的隔音性能。
综合而言，本发明提供的前地板总成能够从整车轻量化、安全性能、车内声品质及乘坐舒适性上满足乘客需求，提升汽车市场竞争力和乘客用车体验。
第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述前地板总成，具有与上述前地板总成相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例提供的前地板总成的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的前地板总成(局部剖开)的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例所采用的左门槛梁/右门槛梁的剖视结构示意图；
图4为本发明实施例所采用的左门槛梁和右门槛梁与前地板本体的连接结构示意图；
图5为本发明实施例采用的后地板前横梁与前地板本体连接结构示意图；
图6为本发明实施例所采用的前围下横梁的断面结构示意图；
图7为图1中A处的局部放大结构示意图；
图8为图1中B处的局部放大结构示意图；；
图9为本发明实施例所采用的芯管单元的立体结构示意图；
图10为同等测试条件下四种吸能结构的碰撞应力云图；
图11为同等测试条件下四种吸能结构的碰撞吸能数据对照表。
图中：10、前地板本体；100、芯管单元；101、扳边结构；11、左门槛梁；111、堵板；112、隔板；113、嵌件；12、右门槛梁；13、前围下横梁；131、倾斜面；132、外延部；14、前地板前横梁；141、凸字形封板；15、后地板前横梁；16、前纵梁；161、连接部；17、前排座椅后横梁；18、前地板中横梁；21、后地板左纵梁；22、后地板右纵梁；31、左连接板；32、右连接板；33、后连接板；40、填充物。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
应当解释的是，车体X向是指车辆的前后长度方向，车体Y向是指车辆的左右宽度方向，车体Z向是指车辆的上下高度方向。
请一并参阅图1至图9，现对本发明提供的前地板总成进行说明。所述前地板总成，包括骨架结构以及固定连接于骨架结构上的前地板本体10；其中，骨架结构包括门槛梁、横梁，以及前纵梁16；门槛梁包括基于车体X向对称设置的左门槛梁11和右门槛梁12；横梁包括用于连接左门槛梁11和右门槛梁12的前围下横梁13、前地板前横梁14、后地板前横梁15；前纵梁16的两端分别与前围下横梁13和前地板前横梁14固定连接；其中，前地板本体10为双层夹芯板，左门槛梁11、右门槛梁12、前围下横梁13、前地板前横梁14、前纵梁16均为空心梁，双层夹芯板和空心梁内部均阵列分布有芯管单元100，前地板、前地板前横梁14及前纵梁16内部的芯管单元100均沿车体Z向延伸，左门槛梁11和右门槛梁12内部的芯管单元100均沿车体Y向延伸，前围下横梁13内部的芯管单元100沿车体X向延伸。
在本实施例中，骨架结构的后端，及朝向车体后方的一端两侧分别与后地板左纵梁21和后地板右纵梁22进行连接，具体的，左门槛梁11的后端与后地板左纵梁21的前端采用螺接、铆接或二保焊固定连接，右门槛梁12的后端与后地板右纵梁22的前端也采用螺接、铆接或二保焊固定连接，后地板前横梁15的两端分别与后地板左纵梁21和后地板右纵梁22的侧壁通过激光焊或二保焊固定连接；此外，后地板本体的前端与后地板前横梁15通过铆接或者二保焊焊接固定连接。
本实施例中，参见图7，前地板前横梁14的两端可以焊接凸字形封板141将空心梁的端部进行封堵，同时利用凸字形封板141凸出空心梁外部的部分与左门槛梁11、右门槛梁12的侧壁进行铆接或二保焊焊接固定，此外，前地板前横梁14贴靠在前地板本体10的板面上并通过二保焊焊接固定。
本实施例中，结合图1和图8理解，前纵梁16的底壁贴靠在前地板本体10上并焊接固定，具体的，前纵梁16的底壁向其两侧分别外延形成连接部161，连接部161与前地板本体10贴合并与前地板本体10通过铆接或二保焊固定连接；此外，前纵梁16的两端分别与前地板前横梁14和前围下横梁13的侧壁通过二保焊焊接固定。
需要说明的是，本实施例中，为提高连接可靠性，尤其是在采用铆接或螺接方式固定时，各个连接位置上可涂抹结构胶以增强连接性能。
应当理解，不同的车型对于车身强度的要求不同，因此双层夹芯板和空心梁内阵列分布的芯管单元100的壁厚、长度、间距应当根据要求适应性调整，壁厚越大、间距越小，结构强度越高，长度越大吸能效果相对越好；同样的，双层夹芯板的单层板厚和空心梁的壁厚(主要是两个与芯管单元100两端连接的侧壁)也影响结构强度，壁厚越大，强度越高。
在此采用具有芯管单元100阵列的双层夹芯板或空心梁与常规结构进行碰撞测试，其中，常规结构包括不具有吸能结构的实体构件、单胞型材(具有一个吸能空腔)、双胞型材(具有两个并排的吸能空腔)。测试条件为将汽车简化为一个30kg重的实心钢块，使用等重不同截面的吸能结构对比碰撞效果，模拟碰撞物为一刚性壁障如水泥墙板，给予实心钢块7.2km/h的直线速度，最终对比各个结构的变形量、回弹速度和吸能效率。
图10中a、b、c、d分别为直接碰撞、单胞型材、双胞型材和采用芯管单元100作为吸能结构进行碰撞的应力云图；图11为以上四种结构碰撞的吸能测试数据；通过上述测试项目的结果对比可见，采用芯管单元100阵列作为吸能结构的双层夹芯板和空心梁，相较于其它常规结构，在同等条件、同等重量的前提下，具有更加理想的吸能效果，芯管单元100的变形不会产生回弹效应，能量吸收率可高达97.5％，且性能更加稳定，碰撞测试的试验体反弹速度降低85％，从而能够有效减免其后部结构受到的冲击力。
本实施例提供的前地板总成，与现有技术相比，双层夹芯板和空心梁能够利用其内部阵列分布的芯管单元100保证自身结构强度，能够提升整车扭转和弯曲刚度，改善整车模态，相较于常规结构能够减少纵向和横向加强梁的数量，不仅有利于整车轻量化目标的实现，而且整体结构平整度高，能够提高整车组装精度，并增大车内乘坐空间。
同时，前地板本体10、前地板前横梁14及前纵梁16内分布的Z向芯管单元100能够提升前地板总成的垂向承压能力，左门槛梁11和右门槛梁12内分布的Y向芯管单元100能够提升前地板总成的侧碰、偏置碰防护能力，前围下横梁13内分布的X向芯管单元100能够提升前地板总成的正碰、偏置碰防护能力，全方位保护乘客安全和车内零部件的完好，在此基础上，双层夹芯板和空心梁由于空气夹层的存在而具备良好的隔音性能。
综合而言，本发明提供的前地板总成能够从整车轻量化、安全性能、车内声品质及乘坐舒适性上满足乘客需求，提升汽车市场竞争力和乘客用车体验。
在一些实施例中，参见图1及图2，骨架结构还包括前排座椅后横梁17和前地板中横梁18；前排座椅后横梁17位于前地板前横梁14和后地板前横梁15之间，且两端分别与左门槛梁11和右门槛梁12固定连接，用于固定支撑前排座椅；前地板中横梁18位于前排座椅后横梁17和后地板前横梁15之间，且两端分别与左门槛梁11和右门槛梁12固定连接；其中，前排座椅后横梁17和前地板中横梁18也为空心梁，且两者内部的芯管单元100均沿车体Z向延伸。
前排座椅后横梁17和前地板中横梁18的两端可以同样焊接凸字形封板141将其空心端口进行封堵，同时利用凸字形封板141凸出其外部的部分与左门槛梁11、右门槛梁12的侧壁进行铆接或二保焊焊接固定，此外，前排座椅后横梁17和前地板中横梁18均贴靠在前地板本体10的板面上并通过二保焊焊接固定，以提升连接可靠性。
通过于前排座椅的下方设置前排座椅后横梁17，能够利用Z向延伸的芯管单元100阵列提高该区域的Z向承压能力，同时，在前排座椅后横梁17和后地板前横梁15之间设置前地板中横梁18能够缩短前地板本体10的X向无支撑区域，不仅能够重点提升前地板中断的Z向承压能力，还有利于提升整车扭转和弯曲刚度，改善整车模态。
一些实施例中，请参阅图3，左门槛梁11和右门槛梁12的两端均设有堵板111，且两者内部均上下间隔分布有多个隔板112，隔板112的两端分别与两个堵板111连接，且每相邻的两个隔板112之间均分布有至少一排芯管单元100。
具体的，隔板112可优选采用具有吸音，隔声，隔热，环保，阻燃等特点玻纤板，一方面能够提升车内隔音隔热效果和阻燃安全性能，另一方面还能够提高门槛梁整体的X向抗撞击能力，从而提升车辆的正碰、偏置碰防护效果，同时也能够与芯管单元100一并提供Y向支撑，从而提升车辆的侧碰防护效果。
可选的，本实施例中堵板111朝向芯管单元100的板面上下间隔分布有多个嵌件113，各个嵌件113分别对应嵌接固定各个隔板112的端部。嵌件113具体可以是PA塑料或其它塑性材料，采用双组分丙烯酸结构胶粘接在堵板111上，组装时将隔板112的端部卡接在嵌件113内，然后再将堵板111与空心梁的端口采用激光焊或二保焊焊接固定。
一些实施例中，如图4和图5所示，左门槛梁11和右门槛梁12相对的侧壁上分别固定连接有左连接板31和右连接板32，后地板前横梁15朝向车体前方的侧壁上固定连接有后连接板33，左连接板31、右连接板32、后连接板33分别具有适于承托固定前地板本体10的左右边缘和后边缘的折边。各个连接板具体可以是L型折弯板，其中一个折弯侧与相应的空心梁的竖直壁面铆接固定，另一个折弯侧形成折边供前地板本体10的边缘搭接，并将搭接位置进行铆接固定。利用各个折边的承托作用配合铆接固定的方式，能够提高前地板本体10与骨架结构的连接可靠性，提升Z向承压能力。
具体地，参见图6，本实施例中前围下横梁13的横断面为三角形，且其朝向车体后方的壁面为倾斜面131，前围下横梁13的底面与倾斜面131的结合部位具有一并朝向车体前方延伸的外延部132，前地板本体10的前端搭接固定于外延部132上。在此利用三角形结构的稳定性，能够保证前围下横梁13的结构强度，当然，基于其三角形的内腔结构，芯管单元100的长度也应当适应性调节，使每个芯管单元100的一端与前围下横梁13朝向车体前方的内壁固定连接，另一端与倾斜内壁固定连接，保证正碰受力强度和吸能效果，另外，利用外延部132能够承托在前地板本体10的前端下方，从而能够与各个连接件的折边一并围成封闭环，使前地板本体10的四周边缘均能够具备承托作用，从而提高前地板本体10的连接强度。
需要说明的是，如图1所示，本实施例中骨架结构具有沿车体Y向间隔分布的多个前纵梁16。由于前地板本体10位于前排座椅前方的部位需要承载除乘客重量之外的其它车内结构件的重量，并为其它结构件提供连接基础，因此该区域需要具备更高的Z向承载能力和结构强度，因此将前地板本体10的前段设置多条前纵梁16，具体的，可以基于主驾驶座椅和副驾驶座椅的分布而采用两组前纵梁16，每组设置两条，其中一组在车体X向对应主驾驶座椅，另一组对应副驾驶座椅。
在一种可能的实现方式中，参见图3至图6，双层夹芯板内部和空心梁内部均填充有用于防腐和/或密封和/或隔音和/或阻燃的填充物40。填充物40优选采用阻燃发泡剂或结构胶，也可以采用其它能够流注的物体，从而提升前地板本体10和骨架结构的密封和防锈性能，并能在一定程度上消除结构异响，同时还能够降低外界噪音和热量的通过率，提升车内声品质和防火安全性。
需要理解的是，在本实施例中，参见图9，芯管单元100的两端均设有扳边结构101，两个扳边结构101分别与双层夹芯板或空心梁的两个内壁贴合并热风铜钎焊连接。双层夹芯板、空心梁及芯管单元100均可优选采用不锈钢材料，铜钎焊是用于可靠焊接不锈钢材料的焊接工艺，在此选择热风铜钎焊在于方便对处于腔体内的芯管单元100阵列进行同步焊接作业，提高焊接效率并降低加工成本，同时由于芯管单元100两端设有扳边结构101，不仅能够提高与其连接位置的接触面积，而且在采用热风铜钎焊工艺焊接后扳边结构101能够与相应的板面连接为一体，连接强度高且无焊接变形。
基于同一发明构思，结合图1至图9理解，本申请实施例还提供一种车辆，包括上述前地板总成。
本实施例提供的汽车，与现有技术相比，采用了上述前地板总成，能够从整车轻量化、安全性能、车内声品质及乘坐舒适性上满足乘客需求，提升汽车市场竞争力和乘客用车体验。
此外，对于新能源汽车而言，由于需要布置电池模组，在采用上述前地板总成时，前地板本体10下方为平面，且无其它加强结构的存在，因此能够提供更为规整的容置空间，不仅方便电池模组的安装固定，还有助于提升电池模组的布置容量，而且能够利用前地板总成的隔音隔热和阻燃性能，提升车内声品质和乘坐舒适性，保证乘客安全，从而提升新能源汽车的市场竞争力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.前地板总成，其特征在于，包括骨架结构以及固定连接于所述骨架结构上的前地板本体(10)；其中，所述骨架结构包括：
门槛梁，包括基于车体X向对称设置的左门槛梁(11)和右门槛梁(12)；
横梁，包括用于连接所述左门槛梁(11)和所述右门槛梁(12)的前围下横梁(13)、前地板前横梁(14)、后地板前横梁(15)；以及
前纵梁(16)，两端分别与所述前围下横梁(13)和所述前地板前横梁(14)固定连接；
其中，所述前地板本体(10)为双层夹芯板，所述左门槛梁(11)、所述右门槛梁(12)、所述前围下横梁(13)、所述前地板前横梁(14)、所述前纵梁(16)均为空心梁，所述双层夹芯板和所述空心梁内部均阵列分布有芯管单元(100)，所述前地板本体(10)、所述前地板前横梁(14)及所述前纵梁(16)内部的所述芯管单元(100)均沿车体Z向延伸，所述左门槛梁(11)和所述右门槛梁(12)内部的所述芯管单元(100)均沿车体Y向延伸，所述前围下横梁(13)内部的所述芯管单元(100)沿车体X向延伸。
2.如权利要求1所述的前地板总成，其特征在于，所述骨架结构还包括：
前排座椅后横梁(17)，位于所述前地板前横梁(14)和所述后地板前横梁(15)之间，且两端分别与所述左门槛梁(11)和所述右门槛梁(12)固定连接，用于固定支撑前排座椅；
前地板中横梁(18)，位于所述前排座椅后横梁(17)和所述后地板前横梁(15)之间，且两端分别与所述左门槛梁(11)和所述右门槛梁(12)固定连接；
其中，所述前排座椅后横梁(17)和所述前地板中横梁(18)也为所述空心梁，且两者内部的所述芯管单元(100)均沿车体Z向延伸。
3.如权利要求1所述的前地板总成，其特征在于，所述左门槛梁(11)和所述右门槛梁(12)的两端均设有堵板(111)，且两者内部均上下间隔分布有多个隔板(112)，所述隔板(112)的两端分别与两个所述堵板(111)连接，且每相邻的两个所述隔板(112)之间均分布有至少一排所述芯管单元(100)。
4.如权利要求3所述的前地板总成，其特征在于，所述堵板(111)朝向所述芯管单元(100)的板面上下间隔分布有多个嵌件(113)，各个所述嵌件(113)分别对应嵌接固定各个所述隔板(112)的端部。
5.如权利要求1所述的前地板总成，其特征在于，所述左门槛梁(11)和所述右门槛梁(12)相对的侧壁上分别固定连接有左连接板(31)和右连接板(32)，所述后地板前横梁(15)朝向车体前方的侧壁上固定连接有后连接板(33)，所述左连接板(31)、所述右连接板(32)、所述后连接板(33)分别具有适于承托固定所述前地板本体(10)的左右边缘和后边缘的折边。
6.如权利要求5所述的前地板总成，其特征在于，所述前围下横梁(13)的横断面为三角形，且其朝向车体后方的壁面为倾斜面(131)，所述前围下横梁(13)的底面与所述倾斜面(131)的结合部位具有一并朝向车体前方延伸的外延部(132)，所述前地板本体(10)的前端搭接固定于所述外延部(132)上。
7.如权利要求1所述的前地板总成，其特征在于，所述骨架结构具有沿车体Y向间隔分布的多个所述前纵梁(16)。
8.如权利要求1所述的前地板总成，其特征在于，所述双层夹芯板内部和所述空心梁内部均填充有用于防腐和/或密封和/或隔音和/或阻燃的填充物(40)。
9.如权利要求1-8任一项所述的前地板总成，其特征在于，所述芯管单元(100)的两端均设有扳边结构(101)，两个所述扳边结构(101)分别与所述双层夹芯板或所述空心梁的两个内壁贴合并热风铜钎焊连接。
10.车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的前地板总成。
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