CN116472217A - 具有封闭中空型材的车辆承载结构、尤其纵梁和具有至少一个这样车辆承载结构的车辆框架结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有封闭的中空型材的车辆承载结构(20)、尤其是车辆(10)的纵梁。根据本发明的车辆承载结构(20)具有封闭的中空型材，其中空空间(46)在称为纵向方向的主方向上延伸。在此，具有三维几何结构的加强元件(36)以抗扭转的方式布置在中空空间(46)内，其中，加强元件(36)在横向于中空空间(46)的纵向方向的方向上至少在中空空间(46)的相应的横向延伸部的一半上延伸。根据本发明的车辆框架结构(14)具有至少两个在车辆纵向方向上延伸的侧向的纵梁(16)和至少一个在车辆横向方向上将纵梁(16)相互连接的横梁(18)。

Description

具有封闭中空型材的车辆承载结构、尤其纵梁和具有至少一 个这样车辆承载结构的车辆框架结构

技术领域

本发明涉及一种具有封闭的中空型材的车辆承载结构、尤其是车辆的纵梁。本发明还涉及一种具有至少一个车辆承载结构的车辆框架结构、尤其是一种由在车辆纵向方向上延伸的侧向的纵梁形成的车辆框架结构，其中，所述纵梁在车辆横向方向上观察分别布置在外侧并且具有封闭的中空型材，其中，设置有至少一个在车辆横向方向上将纵梁相互连接的横梁。优选地，设置两个或更多个横梁，从而在从上方看的视角中得到至少一个由至少两个纵梁和两个横梁组成的封闭的车辆框架结构。尤其是，参考机动车、特别是参考乘用车。

背景技术

由EP3616957A1已知一种机动车的车辆底部结构，其包括两个纵梁、多个将纵梁相互连接的横梁和至少一个在横梁之间在车辆的纵向方向上延伸的加强元件。

由US2016/0272253A1已知一种车辆车身结构，其具有将发动机舱与乘客舱隔开的下端壁，其中，该端壁在外侧分别延伸直到相应轮罩的区域中。与端壁邻接地布置有在车辆纵向方向上延伸的外纵梁。为了加强轮罩区域中的端壁，分别设置有单独的加强元件，所述加强元件从外纵梁出发分别在车辆横向方向上向内朝向车辆中间延伸。

在上述文件中没有详细描述或示出纵梁的结构。

发明内容

本发明基于以下任务：在其刚度以及在力横向作用到车辆承载结构上时的碰撞安全性方面改进具有封闭的中空型材的车辆承载结构和具有这种车辆承载结构的车辆框架结构。本发明尤其是适用于以下应用情况，在所述应用情况中，车辆承载结构是布置在车辆外侧的纵梁、并且可选地也是车辆框架结构的一部分、并且该纵梁从侧面被加载，如在侧向障碍物碰撞的情况下，或当车辆承载结构被带有受限面的侧向障碍加载时，如在桩柱碰撞(Pfahlcrash)的情况下。在实践中，在这种纵梁的情况下部分地产生以下问题：中空型材不可接近或只能受限地接近，或者这些中空型材具有仅非常小的中空空间，由此从实践中已知的加固方法、例如横向舱壁的引入和可从外部执行的固定不能实现或只能以高的耗费和与此相应高的生产成本来实现。借助本发明，就此而言应提供以下可能性，即使在中空空间不能接近或仅难以接近的情况下也能以简单且成本适宜的方式实现具有中空型材的车辆承载结构的刚度的提高。

根据本发明，所述任务的解决借助独立权利要求的特征来实现。结合从属权利要求描述本发明的其它实际实施方式和优点。

根据本发明的车辆承载结构具有封闭的中空型材，所述中空型材的中空空间在称为纵向方向的主方向上延伸。在此，具有三维几何结构的加强元件以抗扭转的方式布置在中空空间内，其中，加强元件在横向于中空空间的纵向方向的方向上至少在中空空间的相应的横向延伸部的一半上延伸。加强元件优选地在整个相应的横向延伸部的至少75％、至少80％、至少90％上延伸或特别优选地在整个相应的横向延伸部上延伸。在最后提及的情况下，加强元件就此而言可以称为支撑支柱，所述支撑支柱位于中空空间中的中空型材的内侧并且在力沿横向方向作用时显著增加车辆承载结构的刚度。在延伸元件在中空空间的整个横向延伸部上延伸时的另一个优点在于，加强元件、如果该加强元件在几何结构上适当地设计并且实现中空型材的内部几何结构、已由于与中空型材的内部几何结构共同作用而能够防扭转地且位置固定地定位，从而不需要通过焊接、粘接或其它措施进行附加固定。在这种情况下，要么通过穿过开口压入到中空空间中要么在带有壳元件的两件式或多件式形成的车辆承载结构的情况下通过在接合壳元件之前插入加强元件实现特别简单的装配。在本发明的意义下，以加强元件在中空空间中的防扭转的布置尤其意味着：加强元件在其横向于纵向方向的定向中的取向不能改变或只能如此受限地改变，使得例如在x-y平面中的用于在车辆横向方向上产生加固的水平取向得到保持并且因此确保了在该平面中沿横向方向(y-方向)导入到车辆承载结构中的力也通过加强结构支撑。加强结构优选地也沿其它转动方向防扭转地布置，尤其是通过以下方式防扭转地布置，即，加强元件的长度选择为大于中空空间横向于(尤其是垂直于)纵向方向的最大量度。

在根据本发明的车辆承载结构的实际实施方式中，所述加强元件由板状元件形成和/或在所述加强元件处构造有至少一个凹槽(Sicke)和/或波浪形的几何结构。这尤其意味着，加强元件由板状元件制成，该板状元件可以相对容易且成本适宜地改形为结构上合适的加强元件。在特别简单且在成本技术方面优选的实施方式中，这种板状元件至少在改形之前具有恒定的材料厚度。板状元件尤其是理解为板材或由非金属材料制成的面状元件，其厚度明显小于长度和宽度，尤其是长度和宽度中的最小值的最大10％或最大5％或最大1％。

在本发明的意义下，凹槽尤其是理解为这样的压制部，所述压制部具有至少一个改形棱边并且因此在横截面中具有在数学意义上的不连续性。如果加强元件尽管具有在数学意义上连续的横截面轮廓，但具有至少一个波浪形构造，但是也可以借助加强元件实现足够的加固。也可行且从加固角度目标导向的是，将波浪形构造与凹槽相组合。所述凹槽应理解为如下凹槽，所述凹槽具有带有扁平角的改形棱边，并且由此也在相应的凹槽的区域中具有面状区域。这种面状区域可以有利地用作接触面，用于加强元件与车辆承载结构的壁区段的、如有可能附加的、面状连接，例如其方式为，在这种接触面的区域中设置多个焊接点。

如果加强元件由板状元件形成，则该加强元件能以特别简单且成本适宜的方式制造并且也可以被带到适合于实现期望的防扭转保护的几何形状。尤其是，为此，可以将标准板材料切割或冲压成期望的尺寸。然后可以通过压制、挤压和/或其它改形(包括弯曲在内)在板状元件(坯料)上产生凹槽和/或波浪形的几何结构。

板状元件的附加弯曲部、尤其是围绕横向于承载结构的纵向轴线的一个或多个轴线的附加弯曲部具有如下优点，即，以这种方式不仅可以产生加强元件的防止在中空型材的纵向方向上的移动的由几何结构引起的固定，而且可以产生围绕不同转动轴线的防扭转保护。这尤其适用于承载结构，在所述承载结构中，中空空间本身不具有线性的走向，而是具有弯曲的走向。

在另一个实际实施方式中，所述中空型材和/或所述加强元件由可焊接材料和/或金属材料制成。就此而言，尤其是参考材料钢、铝和塑料。可焊接的材料配对具有以下优点，即，能以简单且成本适宜的方式进行点焊，以便能够引起在加强元件和车辆承载结构之间的可自动化的固定。

根据应用情况和框架条件，加强元件能以任意方式材料配合地、力配合地和/或形状配合地固定在中空空间内。例如，加强元件可以通过一个或多个焊接点材料配合地固定在中空空间的周壁处。当车辆承载结构由两个或更多个壳元件形成时，那么这尤其是可以良好地实现，其方式为，首先将加强元件固定在壳元件处并且然后将壳元件与一个另外的壳元件或多个另外的壳元件连接成中空型材。

将加强元件力配合地固定在根据本发明的车辆承载结构的中空空间中的一种简单且成本适宜的可行方案在于，如此构造加强元件，使得加强元件无间隙地布置在中空空间中。为此，加强元件例如可以构造为具有一个或多个可弹簧弹性预紧的夹紧区域的板。这样的加强元件则可以要么在接合由多个壳元件形成的车辆承载结构之前利用预紧力定位在中空空间中，以便在制造期间将其包入中空空间中。或者，这样的加强元件可以随后被插入或压入到车辆承载结构的中空空间中，该车辆承载结构已经被带到其具有中空空间的最终形状。

在根据本发明的车辆承载结构的另一个实际实施方式中，中空型材由至少两个相互连接的壳元件形成，和/或加强元件由于其三维几何结构而在与中空型材的内部几何结构相互作用的情况下防扭转地和/或位置固定地定位在中空型材中的设定位置中。

车辆承载结构由两个或更多个相互连接(尤其是相互焊接)的壳元件构造具有以下优点：还可以实现复杂的三维几何结构，并且加强元件在车辆承载结构内的定位和固定能在壳单元接合之前以简单的方式进行。

如果加强元件由于其三维几何结构而在与中空型材的内部几何结构相互作用的情况下防扭转地和/或位置固定地定位在中空型材中的设定位置中，则不仅装配容易，而且在这种情况下也可以省却单独的固定过程，例如通过单独的工作步骤进行焊接、粘接或其它固定。

如果所述加强结构具有至少一个与所述中空型材的接触部位，所述接触部位与所述加强结构的侧向边缘间隔开，则加强结构在中空空间内在这种接触部位处的固定与加强结构的侧向边缘间隔开地进行。当在加固结构的侧向边缘与中空型材之间的接触区域难以接近或由于结构限制不适合实现固定时，则这尤其是有利的。

本发明还涉及一种车辆框架结构，所述车辆框架结构具有至少两个在车辆纵向方向上延伸的侧向的纵梁和至少一个在车辆横向方向上将纵梁相互连接的横梁。在此，纵梁或横梁构造为如上所述的车辆承载结构。就此而言，尤其是参考这样的车辆框架结构，在所述车辆框架结构中，纵梁在车辆横向方向上分别布置在外侧。本发明尤其是与车辆框架结构相结合，在所述车辆框架结构中，纵梁如此程度地布置在外侧，使得所述纵梁用作侧向的碰撞结构，并且应尽可能高效地防止侧向作用到机动车上的障碍物的侵入或应抵抗这种侵入。

在根据本发明的车辆框架结构的另一个实际实施方式中，加强元件沿车辆横向方向定向地布置在纵梁内，和/或在加强元件处构造有沿车辆横向方向延伸的凹槽和/或波浪形的几何结构。这种布置或构造尤其是适用于加固纵梁，以支撑沿车辆横向方向从侧面和从外部作用到车辆上的力，并且反作用于相应车辆承载结构的折弯。在此，凹槽和/或波浪形的几何结构优选地在加强元件的整个在车辆横向方向上延伸的宽度上延伸。

如果加强元件布置在如下纵梁区段中，该纵梁区段沿车辆纵向方向观察至少部分地在车辆的轮罩之前延伸，和/或者加强元件布置在如下纵梁区段中，该纵梁区段沿车辆纵向方向观察在两个横梁之间延伸，则根据本发明的车辆框架结构已被证明在实践中特别有用。在大多数车辆中，在轮罩区域中，纵梁分别具有朝向车辆内侧的弯曲部，从而在两个外纵梁之间的距离渐窄。出于该原因，安装空间通常在渐窄部的区域中更紧，这使附加横梁的布置变难。本发明的优点尤其是在以下处发挥作用，在该处在车辆纵梁中在两个横梁之间设置较大的距离(或者必须设置较大的距离)。在这样的区域中，通过加强元件的布置可以显著提高纵梁本身中的横向刚度，并且可以通过加强元件的合适的结构设计实现从一个纵梁到一个或多个相邻的横梁的有利的力分布。

就此而言，参考具有至少一个加强元件(或多个加强元件)的实际实施方式，所述加强元件在两个横梁之间的区域中使用，这两个横梁在车辆纵向方向上相对彼此具有500mm的最大距离。

有利的力分布在根据本发明的车辆承载结构中可以尤其通过以下方式实现，即，设置加强结构，该加强结构具有凹槽和/或波浪形的几何结构，所述加强结构除了在车辆横向方向上的定向之外也具有在车辆纵向方向上的定向，该定向朝着下一个横梁的方向定向。如果在纵向方向上观察在两个横梁之间在纵梁中布置有加强结构，则与此相应地，从外部朝向车辆中间观察，两个凹槽或波浪形的几何结构的V形布置是有利的，以便将力通过凹槽和/或波浪形状部、如在框架结构中那样从在横梁之间的中心区域朝着横梁的方向传递。

已经参考了与车辆承载结构相结合的优点，尤其是呈两个分别布置在车辆的外侧的纵梁的形式，所述纵梁在车辆横向方向上观察在部分区域上相对彼此具有减小的距离并且通过至少一个横梁连接。就此而言，再次尤其是参考由两个纵梁和两个横梁形成的这样的车辆框架结构，特别是参考其中至少一个横梁具有较小的沿车辆横向方向延伸的宽度的这样的车辆框架结构，因为所述横梁位于带有纵梁的减小的距离的区域中。

如果沿车辆纵向方向观察在纵梁之间的区域中布置有电池接纳结构，尤其是用于接纳牵引电池(即蓄能器，该蓄能器设置用于给机动车供应驱动能量)的模块的电池盒，则通过车辆承载结构和车辆框架结构的根据本发明的设计实现的提高的刚度是特别有益的。

附图说明

下面结合附图描述本发明的其它实际实施方式。附图中：

图1以从上方的视图示出机动车；

图2以从下方的视图示出图1中的机动车的下侧的子元件，该机动车带有车辆框架结构和轮罩以及带有侧向碰撞障碍和桩柱；

图3以等轴图示出布置在图2中用V标明的区域中的根据本发明的呈纵梁形式的车辆承载结构；

图4以等轴分解图示出图3中的车辆承载结构；

图5以从下方的视图示出图3和图4中的车辆承载结构的在图3中用V标明的区域，其中加强元件由于遮盖加强元件的壳元件的透明图示而可见；

图6a以从侧面的等轴图仅示出根据图3至5的车辆承载结构的加强元件；

图6b以从前方的视图仅示出根据图3至5的车辆承载结构的加强元件；

图7以等轴图示出加强元件连同与此连接的透明示出的壳元件；

图8示出处于由侧向力F加载的负载状态下的根据图5中的视图的车辆承载结构；

图9示出穿过具有中空空间和布置在中空空间中的具有规则的波浪形状的加强元件的车辆承载结构的备选实施方式的示意性的纵截面图，并且

图10示出穿过具有中空空间和布置在中空空间中的具有规则的V形状的加强元件的车辆承载结构的另一备选的实施方式的示意性的纵截面图。

具体实施方式

图1以从上方的视图示出机动车10。在图1中以及在所有其它视图中，用箭头x、y和z标出其中定向向前的车辆纵向方向(x方向)、车辆横向方向(y方向)和车辆竖直方向(z方向)。如果仅示出机动车10的单个的元件，则相应的箭头涉及机动车10中的相应安装位置。

图2示出图1中的机动车10的下侧的子元件，尤其是前轮罩和后轮罩12以及车辆框架结构14，该车辆框架结构基本上由两个在车辆纵向方向(x)上延伸的侧向的纵梁16和两个将纵梁16在车辆横向方向上相互连接的横梁18形成。在此，图1和2中所示的机动车10中的纵梁16在本发明的意义下构造为车辆承载结构20。在车辆纵向方向(x方向)上观察，纵梁16从在前轮罩与后轮罩12之间的机动车中间区域在用双箭头表示的长度l上延伸直到后轮罩12的区域中。

在图2中此外可看出，纵梁16在后轮罩12的区域中渐缩，即在两个纵梁16之间的距离在后轮罩12的区域中减小。前横梁18出于该原因比后横梁18稍长。在所示的实施例中，横梁18相对彼此的距离l_Q约为500mm。

本发明用于提高机动车10中的车辆框架结构14的碰撞安全性，该车辆框架结构具有带有中空型材的车辆承载结构20，其例如像如下面还更详细描述的纵梁16那样设计。碰撞安全性的提高尤其是涉及以下情况，在所述情况下，侧力F作用到纵梁16上，所述侧力例如是图2中通过箭头表示的由于侧障碍22的碰撞引起的力F_B或图2中通过箭头表示的由于桩柱24的碰撞引起的力F_P。因为这样，用于牵引电池的电池接纳结构44或油箱(在图2中通过虚线框表示)在纵梁16之间的区域中受到特别保护。因此，显著降低了爆炸、着火和/或火灾的风险。

如从图3和图4的概览中可以良好看出的，纵梁16的基体在对于本发明相关的区域中由总共四个壳元件26形成，即由上壳28、下壳30、第一侧壳32和第二侧壳34形成。壳元件26相互连接、在此通过焊接成封闭的中空型材。在由中空型材形成的中空空间46内布置有加强元件36(参照图3和5)。

加强元件36只能部分地在图3和4中看到。在图5中，可以良好地看到加强元件36在纵梁16的中空型材内的相对布置。在图6a和6b中可以良好地看到加强元件36本身的几何设计。在图6a和6b中可以良好地看到，在加强元件36处构造有多个在整个宽度上延伸的凹槽38。在两个相邻的凹槽38之间分别构造有连接区段40，其中，在所示的实施例中每个连接区段40要么具有平坦的表面要么具有弯曲的表面。然而，在所有情况下所述表面都是光滑面的。由此，加强元件36可以相对容易且成本适宜地由简单的板制成，其通过压制凹槽38被带到期望的形状。

如从图6a和6b中可以良好地看出的，凹槽38之中的两个凹槽如此构造，使得所述凹槽具有带有扁平角的横截面轮廓。由此，构造更大的接触面48，其在整个宽度上延伸。这些凹槽38在纵截面中具有波浪形的几何结构，并且接触面48良好地适用于支撑在中空型材的中空空间46的内壁处。

优选地，凹槽38如此构造，使得这些凹槽在横向于纵向方向的方向上、尤其是在机动车10的竖直方向(z方向)上完全地或至少大部分地填充中空空间46。由此优化了加强元件36在中空空间46内的防扭转和位置固定。

图7示出加强元件36连同上壳28，其中，加强元件36在被上壳28覆盖的地方用虚线示出。加强元件36以其连接区段40至少部分地贴靠在上壳28处并且通过大量焊接点42材料配合地与上壳28连接。

图8示出加强元件36在纵梁16的中空空间46内的布置以及在沿车辆横向方向作用到纵梁16上的侧向力F作用时加强元件36的功能原理和作用方式。侧向力F首先侧向导入到纵梁16中，且然后通过壳元件26和布置在壳元件26内的加强元件36引导到横梁18中(参照图2中的横梁18内的两个箭头)。就此而言，加强元件36尤其有助于纵梁16即使在沿车辆横向方向(y方向)的低载荷的情况下也不弯折，而是具有更高的抗弯刚度。两个外部的凹槽38和在沿车辆纵向方向前端部处以及在沿车辆纵向方向后端部处的相应侧向的外轮廓沿车辆横向方向(y方向)观察从外向内V形地如此布置，使得侧向地导入到纵梁16中的力桁架式地向外朝着横梁18的方式导出。这在图8中也通过箭头F_V和F_H可视化。

在图1至8中所示的实施方式中，在车辆横向方向上延伸的加强元件36的宽度在其整个长度上精确地与纵梁16的中空空间46的宽度相适配，这在图8中可以良好地看出。由凹槽38以及由此引起的波浪形的几何结构产生的三维性此外导致：加强元件36无间隙且抗扭转地布置在纵梁16的中空空间46中。由此确保了：当纵梁16沿车辆横向方向(y方向)受载时力也通过加强元件36传递，而不存在加强元件36发生扭转的风险。附加的抗扭转提供(可选的)焊接点42。

在图9和10中分别以纵截面图示出两个另外的备选的车辆承载结构20。在此，车辆承载结构示例性地示出为一件式构造的元件。备选地，这些车辆承载结构也可以由两个或更多个壳单元形成(在图9和10中未示出)。

在图9中示出加强元件36，该加强元件具有规则的波浪形的几何结构，而在数学意义上没有不连续性。

在图10中所示的加强元件36具有带有钝的成形角的波浪形的几何结构和规则构造的凹槽38，示出所述凹槽之中的两个凹槽38，其具有规则的V形状。

不仅在图9所示的实施方式中而且在图10中所示的实施方式中，相应的加强元件36优选地在中空空间46内的整个横向方向上延伸(即延伸进入到页面平面中以及从页面平面中延伸出来，直至在中空空间46内的相应的横向边界。如从图中可以看出的，加强元件36此外如此设计，使得加强元件在竖直方向(z方向)上在中空空间46内完全地从上向下延伸，并且因此在竖直方向上以及在横向方向上固定在中空空间46内。由于相应的设计，在根据图9的弧形的波浪形的几何结构的情况下仅基本上得到小的(更确切地说线形的)接触面48，而在根据图10的设计中在凹槽38的区域中得到较大的接触面48。在两种情况下都可以省去附加的固定(例如焊接点)。或者，可以在上侧和/或下侧进行固定，当侧向的可接近性受限或在结构空间技术上不存在时那么这尤其是有利的。

在本说明书中、在附图中以及在权利要求书中公开的本发明的特征不仅可以单个地而且可以任意组合对于以其不同的实施方式实现本发明是重要的。本发明可以在权利要求书的范围内以及在考虑到本领域技术人员的知识的情况下改变。

附图标记列表

10机动车

12轮罩

14车辆框架结构

16纵梁

18横梁

20车辆承载结构

22侧障碍

24桩柱

26壳单元

28上壳

30下壳

32侧壳

34侧壳

36加强元件

38凹槽

40连接区段

42焊接点

44电池接纳结构

46中空空间

48接触面

Claims (10)

1.车辆承载结构，所述车辆承载结构具有封闭的中空型材，所述中空型材的中空空间在称为纵向方向的主方向上延伸，

其特征在于，

具有三维几何结构的加强元件(36)以抗扭转的方式布置在所述中空空间(46)内，其中，所述加强元件(36)在横向于所述中空空间(46)的纵向方向的方向上至少在所述中空空间(46)的相应的横向延伸部的一半上延伸。

2.根据前一项权利要求所述的车辆承载结构，其特征在于，所述加强元件(36)由板状元件形成和/或在所述加强元件(36)处构造有至少一个凹槽(38)和/或波浪形的几何结构。

3.根据前述权利要求中任一项所述的车辆承载结构，其特征在于，所述中空型材和/或所述加强元件(36)由可焊接材料和/或金属材料制成。

4.根据前一项权利要求所述的车辆承载结构，其特征在于，所述加强元件(36)材料配合地、力配合地和/或形状配合地固定在所述中空空间(46)内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆承载结构，其特征在于，所述加强元件(36)如此构造，使得所述加强元件(36)无间隙地布置在所述中空空间(46)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆承载结构，其特征在于，所述中空型材由至少两个相互连接的壳元件(26)形成，和/或，所述加强元件(36)由于其三维几何结构而在与所述中空型材的内部几何结构相互作用的情况下防扭转地和/或位置固定地定位在所述中空型材中的设定位置中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆承载结构，其特征在于，所述加强结构具有至少一个与所述中空型材的接触部位，所述接触部位与所述加强结构的侧向边缘间隔开。

8.车辆框架结构，所述车辆框架结构具有至少两个在车辆纵向方向上延伸的侧向的纵梁(16)和至少一个在车辆横向方向上将所述纵梁(16)相互连接的横梁(18)，

其特征在于，

至少一个纵梁(16)或横梁(18)构造为根据权利要求1至7中任一项所述的车辆承载结构。

9.根据前一项权利要求所述的车辆框架结构，其特征在于，所述纵梁(16)在车辆横向方向上分别布置在外侧，并且至少一个纵梁(16)构造为根据权利要求1至6中任一项所述的车辆承载结构(20)。

10.根据前两项权利要求中任一项所述的车辆框架结构，其特征在于，所述加强元件(36)布置在如下纵梁区段中，所述纵梁区段沿车辆纵向方向观察至少部分地在轮罩(12)之前延伸，和/或，所述加强元件(36)布置在如下纵梁区段中，所述纵梁区段沿车辆纵向方向观察在两个横梁(18)之间延伸。