CN116476928A - 一种车身a柱结构及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆技术领域，公开了一种车身A柱结构及车辆，该车身A柱结构包括内板、外板以及多个连续纤维复合材料增强体，其中，内板与外板相对设置且固定连接，并配合围设出周向封闭的腔体；腔体包括A柱段，多个连续纤维复合材料增强体在A柱段中沿A柱段的延伸方向间隔设置；各连续纤维复合材料增强体均包括底部和围设于底部一侧的侧围部，各底部所在平面与该底部所处部位处腔体的延伸方向相交，且底部在其所在处将A柱段分隔为两部分；侧围部的延伸方向与腔体的延伸方向相同。该车身A柱结构及车辆改善了现有的A柱截面积较大以及料厚较大的问题。

Description

一种车身A柱结构及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种车身A柱结构及车辆。

背景技术

汽车A柱及上边梁是车辆安全测试正碰的重要传力和承力结构件，同时，A柱支撑前风挡玻璃，为驾驶员提供操纵视野。因此，汽车A柱的结构形式、刚度和强度不仅显著影响车辆的碰撞性能，同时也是驾驶员视野和乘员舱静谧性的重要保障。

为了保证车辆的碰撞性能要求，相关技术中，A柱的截面积较大、料厚也较厚。而A柱截面积大、料厚大会加大A柱的障碍角，造成驾驶员左侧盲区增大，影响驾驶安全性能，同时损失了乘员舱的空间。

发明内容

本发明提供了一种车身A柱结构及车辆，用于改善A柱截面积较大以及料厚较大的问题。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种车身A柱结构，包括内板、外板以及多个连续纤维复合材料增强体，其中，所述内板与所述外板相对设置且固定连接，并配合围设出周向封闭的腔体；所述腔体包括A柱段，所述多个连续纤维复合材料增强体在所述A柱段中沿所述A柱段的延伸方向间隔设置；

各所述连续纤维复合材料增强体均包括底部和围设于所述底部一侧的侧围部，各所述底部所在平面与该所述底部所处部位处所述腔体的延伸方向相交，且所述底部在其所在处将所述A柱段分隔为两部分；所述侧围部的延伸方向与所述腔体的延伸方向相同。

该方案中，腔体的A柱段中沿该A柱段的延伸方向C间隔设置有多个连续纤维复合材料增强体，一方面，连续纤维复合材料增强体强度更高，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术能够使得A柱的料厚更薄、横截面面积更小，更为轻量化、纤细化。具体地，本申请一种可选的实施例中，车身A柱结构的料厚为1.4mm。相比于相关技术中A柱1.6mm的料厚，料厚减少0.2mm；相比于传统深“U”型内外板结构，本实施例提供的车身A柱结构截面面积减小一半。同时，该车身A柱结构总体重量可降低20％以上。

另一方面，连续纤维复合材料增强体的底部能够提供平行于腔体截面方向的支撑、加强作用，侧围部能够提供腔体周向的支撑、加强作用，即，连续纤维复合材料增强体能够在多个方向上起到加强作用，强度和刚度均更好。同时，连续纤维复合材料增强体将内板和外板围设成的腔体分隔为多个空腔结构，此种空腔结构可承担A柱各区域垂直方向的冲击和受力，同时吸能减震。综上，本实施例提供的连续纤维复合材料增强体的加强效果更好，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术也能够使得A柱的横截面面积更小，使得车身A柱结构更为纤细化，从而减小A柱的障碍角、降低对驾驶安全性能的影响，并减少乘员舱空间的损失，提升乘员舱声学品质和安全性能。

此外，本实施例提供的车身A柱结构还避免了为提高车身强度和刚度采用增加截面积、增加料厚、增加加强板衬板、增加尼龙增强块等传统方案导致的驾驶员盲区增加，乘员舱空间损失、重量增加、制造成本高、生产效率低、尺寸公差大、大量焊缝缺陷、非弱点区域性能冗余等问题。

可选地，所述侧围部为周向封闭结构，且垂直于所述底部；所述底部与其所在处所述腔体的横截面平行。

可选地，所述连续纤维复合材料增强体为三维编织增强体，且所述底部的纤维方向垂直于所述腔体的延伸方向。

可选地，所述内板和/或所述外板的横截面为V型。

可选地，所述腔体及所述侧围部的横截面均为菱形。

可选地，所述内板的深度为12～15mm，所述内板开口端的宽度为35～45mm；所述内板顶角处为圆角，所述圆角的半径为5～8mm；

和/或，所述外板的深度为12～15mm，所述外板开口端的宽度为45-50mm，所述外板顶角处为圆角，所述圆角的半径为5～8mm。

可选地，所述内板和所述外板均包括第一板体和第二板体，所述第一板体与相应的所述第二板体在第一端相互连接，在第二端相互远离；

各所述第一板体的第二端背离对应的所述第二板体的一侧均连接有第一延伸板，各所述第二板体的第二端背离对应的所述第一板体的一侧均连接有第二延伸板，两个所述第一延伸板固接，两个所述第二延伸板固接。

可选地，所述连续纤维复合材料增强体的料厚为2.0mm～4.0mm，所述侧围部的长度为12mm～15mm。

可选地，所述连续纤维复合材料增强体与所述外板通过高强结构胶连接，所述连续纤维复合材料增强体与所述内板通过减震结构胶连接。

可选地，所述腔体包括上边梁段，所述上边梁段中沿所述上边梁段的延伸方向间隔设有多个所述连续纤维复合材料增强体。

该方案中，腔体的A柱段和上边梁段中均沿该腔体的延伸方向间隔设置有多个连续纤维复合材料增强体，一方面，连续纤维复合材料增强体强度更高，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术能够使得车身A柱结构的料厚更薄、横截面面积更小，更为轻量化、纤细化。具体地，本申请一种可选的实施例中，车身A柱结构的料厚为1.4mm，相比于相关技术中车身A柱结构1.6mm的料厚，料厚减少0.2mm；相比于传统深“U”型内外板结构，本实施例提供的车身A柱结构截面面积减小一半。同时，该车身A柱结构总体重量可降低20％以上。

另一方面，连续纤维复合材料增强体的底部能够提供平行于腔体截面方向的支撑、加强作用，侧围部能够提供腔体周向的支撑、加强作用，即，连续纤维复合材料增强体能够在多个方向上起到加强作用，强度和刚度均更好。同时，连续纤维复合材料增强体将内板和外板围设成的腔体分隔为多个空腔结构，此种空腔结构可承担A柱及上边梁各区域垂直方向的冲击和受力，同时吸能减震。综上，本实施例提供的连续纤维复合材料增强体的加强效果更好，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术也能够使得车身A柱结构的横截面面积更小，使得车身A柱结构更为纤细化，从而减小A柱的障碍角、降低对驾驶安全性能的影响，并减少乘员舱空间的损失，提升乘员舱声学品质和安全性能。

此外，本实施例提供的车身A柱结构还避免了为提高车身强度和刚度采用增加截面积、增加料厚、增加加强板衬板、增加尼龙增强块等传统方案导致的驾驶员盲区增加，乘员舱空间损失、重量增加、制造成本高、生产效率低、尺寸公差大、大量焊缝缺陷、非弱点区域性能冗余等问题。

本发明还提供一种车辆，设有上述技术方案中提供的任意一种车身A柱结构。该车辆至少能够达到上述车身A柱结构所能够达到的技术效果——相比于现有技术能够使得车身A柱结构的料厚更薄、横截面面积更小，更为轻量化、纤细化。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种车身A柱结构的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种车身A柱结构中连续纤维复合材料增强体等的示意图；

图3为图1所示车身A柱结构的B-B剖视图；

图4为图1所示车身A柱结构的B-B剖视图。

图标：1-内板；11-第一板体；12-第二板体；13-第一延伸板；14-第二延伸板；100-腔体；110-A柱段；120-上边梁段；2-外板；3-连续纤维复合材料增强体；31-底部；32-侧围部；321-第一V型部；322-第二V型部；4-高强结构胶；5-减震结构胶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种车身A柱结构的示意图，图2为本申请实施例提供的一种车身A柱结构中连续纤维复合材料增强体等的示意图，如图1和图2所示，本实施例提供的车身A柱结构包括内板1、外板2以及多个连续纤维复合材料增强体3，其中，上述车身A柱结构应用于车辆上时，上述内板1朝向乘员舱，上述外板2背离乘员舱。具体地，上述内板1与上述外板2相对设置且固定连接，二者配合围设出周向封闭的腔体100。该腔体100包括A柱段110(即，本申请实施例提供的车身A柱结构包括A柱)。上述多个连续纤维复合材料增强体3在上述腔体100的A柱段110中沿该A柱段110的延伸方向C间隔设置。示例性地，各连续纤维复合材料增强体3均包括底部31和围设于底部31一侧的侧围部32，各连续纤维复合材料增强体3的底部31所在平面β与该底部31所处部位处上述腔体100的延伸方向D相交，且上述底部31在其所在处将上述腔体100分隔为a、b两部分。上述侧围部32的延伸方向与该侧围部32所处部位处上述腔体100的延伸方向相同。

该方案中，腔体100的A柱段110中沿该A柱段110的延伸方向C间隔设置有多个连续纤维复合材料增强体3，一方面，连续纤维复合材料增强体3强度更高，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术能够使得A柱的料厚更薄、横截面面积更小，更为轻量化、纤细化。具体地，本申请一种可选的实施例中，车身A柱结构的料厚为1.4mm。相比于相关技术中A柱1.6mm的料厚，料厚减少0.2mm；相比于传统深“U”型内外板结构，本实施例提供的车身A柱结构截面面积减小一半(以某一车型为例，本实施例提供的车身A柱结构的截面面积1600～1800mm²，传统的车身A柱结构的截面面积3200～3600mm²)。同时，该车身A柱结构总体重量可降低20％以上。

另一方面，连续纤维复合材料增强体3的底部31能够提供平行于腔体100截面方向的支撑、加强作用，侧围部32能够提供腔体100周向的支撑、加强作用，即，连续纤维复合材料增强体3能够在多个方向上起到加强作用，强度和刚度均更好。同时，连续纤维复合材料增强体3将内板1和外板2围设成的腔体100分隔为多个空腔结构，此种空腔结构可承担A柱各区域垂直方向的冲击和受力，同时吸能减震。综上，本实施例提供的连续纤维复合材料增强体3的加强效果更好，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术也能够使得A柱的横截面面积更小，使得车身A柱结构更为纤细化，从而减小A柱的障碍角、降低对驾驶安全性能的影响，并减少乘员舱空间的损失，提升乘员舱声学品质和安全性能。

此外，本实施例提供的车身A柱结构还避免了为提高车身强度和刚度采用增加截面积、增加料厚、增加加强板衬板、增加尼龙增强块等传统方案导致的驾驶员盲区增加，乘员舱空间损失、重量增加、制造成本高、生产效率低、尺寸公差大、大量焊缝缺陷、非弱点区域性能冗余等问题。

示例性地，上述内板1和外板2的材质均可为QP980高强钢或更高强度的热成型钢。

具体设置上述各连续纤维复合材料增强体3时，一种可选的实施例中，各连续纤维复合材料增强体3中，侧围部32为周向封闭结构，且侧围部32垂直于底部31，底部31与其所在处腔体100的横截面平行，以达到更好的承力效果。

一种具体的实现方式中，上述连续纤维复合材料增强体3为三维编织增强体，以达到更好的强度。

示例性地，三维编织增强体的底部31的纤维方向垂直于腔体100的延伸方向，以减弱甚至阻断沿腔体100延伸方向传导的力，提高车辆的安全性能。

示例性地，连续纤维复合材料增强体的原料包括但不限于碳纤维(例如：牌号为T300\700的碳纤维)、玻璃纤维以及玄武岩纤维，可根据内板1与外板2围设成的腔体100的截面形状设计匹配的可消失芯模，通过单一纤维或多种混合纤维采用三维编织热固性树脂浸润固化成型；连续纤维复合材料增强体3的料厚为2.0mm～4.0mm，侧围部32的长度为12mm～15mm。

一种可选的实施例中，内板1的横截面为V型，以更好的承力。

另一种可选的实施例中，外板2的横截面为V型，以更好的承力。

一种具体的实施例中，内板1和外板2的横截面均为V型。

一种具体地的实施例中，图4所示，内板1的深度h1为12～15mm，例如，14mm；内板1开口端的宽度w1为35～45mm，例如，40mm；内板1顶角处为圆角，圆角的半径r1为5～8mm，例如，6mm。一种可选的实施例中，如图3所示，外板2的深度h2为12～15mm，例如，14mm；外板2开口端的宽度w2为45-50mm，例如，48mm；外板2顶角处为圆角，圆角的半径r2为5～8mm，例如，6mm。

一种可选的实施例中，内板1和外板2均包括第一板体11和第二板体12，第一板体11与相应的第二板体12在第一端相互连接，在第二端相互远离从而形成V型结构。各第一板体11的第二端背离对应的第二板体12的一侧均连接有第一延伸板13，各第二板体12的第二端背离对应的第一板体11的一侧均连接有第二延伸板14，两个第一延伸板13固接，两个第二延伸板14固接。示例性地，内板1的第一延伸板13与外板2的第一延伸板13采用胶焊连接，内板1的第二延伸板14与外板2的第二延伸板14也采用胶焊连接，最终形成上述周向封闭的腔体100。

进一步地，一种可选的实现方式中，腔体100及侧围部32的横截面均为菱形，从而能够在多个方向上承力。示例性地，如图3所示，侧围部32可以包括第一V型部321和第二V型部322，第一V型部321与外板2贴合并固定连接，第二V型部322与内板1贴合并固定连接，第一V型部321与第二V型部322为一体式结构。

值的说明的是，腔体100及侧围部32的横截面均为菱形应做广义理解，不严格限制腔体100及侧围部32的横截面的四条边相等，可以是其四条边近似于相等。

一种具体的实施例中，上述连续纤维复合材料增强体与外板2通过高强结构胶4连接，与内板1通过减震结构胶5连接。例如：第一V型部321与外板2通过高强结构胶4连接，第二V型部322与内板1通过减震结构胶5连接。

连续纤维复合材料增强体与外板2高强结构胶4刚性连接，垂直纤维方向的各向承力单元提升了上述腔体100的刚度，保证了车身整体结构的强度和刚度。连续纤维复合材料增强体与内板1的应力集中部位采用减震结构胶5柔性连接，当车辆发生碰撞时，连续纤维复合材料增强体的外板2与内板1之间产生横截面剪切变形，保证刚性连接的有效性同时吸收碰撞能，降低直接脆断造成的乘员伤害。同时，第二V型部322与内板1之间的减震结构胶5连接形成高效率的减震结构，抑制车辆各部分所产生的振动向乘员舱传递，使车辆即使行驶在颠簸不平的路面上，前后轮胎的振动和声音也能实现线性传达，从而获得高质量的静谧性，提升乘坐舒适性。

示例性地，上述高强结构胶4的模量大于等于1800MPa，上述高强结构胶4的剪切强度大于等于30MPa；上述高强结构胶4的涂胶厚度可以为0.4～0.6mm，例如，0.5mm。上述减震结构胶5的模量大于等于100MPa，在-20℃至60℃温度区间内阻尼衰减系数均大于等于0.3；上述减震结构胶5的涂胶厚度可以为0.8～1.0mm，例如，1.0mm。

一种可选的实施例中，腔体100包括上边梁段120(即，本实施例提供的车身A柱结构包括上边梁)。具体地，该上边梁段120中沿上边梁段120的延伸方向间隔设有多个上述连续纤维复合材料增强体3。

该方案中，腔体100的A柱段110和上边梁段120中均沿该腔体100的延伸方向间隔设置有多个连续纤维复合材料增强体3，一方面，连续纤维复合材料增强体3强度更高，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术能够使得车身A柱结构的料厚更薄、横截面面积更小，更为轻量化、纤细化。具体地，本申请一种可选的实施例中，车身A柱结构的料厚为1.4mm，相比于相关技术中车身A柱结构1.6mm的料厚，料厚减少0.2mm；相比于传统深“U”型内外板结构，本实施例提供的车身A柱结构截面面积减小一半。同时，该车身A柱结构总体重量可降低20％以上。

另一方面，连续纤维复合材料增强体3的底部31能够提供平行于腔体100截面方向的支撑、加强作用，侧围部32能够提供腔体100周向的支撑、加强作用，即，连续纤维复合材料增强体3能够在多个方向上起到加强作用，强度和刚度均更好。同时，连续纤维复合材料增强体3将内板1和外板2围设成的腔体100分隔为多个空腔结构，此种空腔结构可承担A柱及上边梁各区域垂直方向的冲击和受力，同时吸能减震。综上，本实施例提供的连续纤维复合材料增强体3的加强效果更好，满足相同碰撞性能的前提下，相比于现有技术也能够使得车身A柱结构的横截面面积更小，使得车身A柱结构更为纤细化，从而减小A柱的障碍角、降低对驾驶安全性能的影响，并减少乘员舱空间的损失，提升乘员舱声学品质和安全性能。

此外，本实施例提供的车身A柱结构还避免了为提高车身强度和刚度采用增加截面积、增加料厚、增加加强板衬板、增加尼龙增强块等传统方案导致的驾驶员盲区增加，乘员舱空间损失、重量增加、制造成本高、生产效率低、尺寸公差大、大量焊缝缺陷、非弱点区域性能冗余等问题。

本实施例中对内板1和外板2的成型工艺不做限制，例如，内板1和外板2均可以为冲压成型。

连续纤维复合材料增强体可根据A柱及上边梁各区域受力情况进行纤维选型、0°至90°铺层方式和铺层厚度各向异性化设计，使各向受力方向垂直于纤维。多个连续纤维复合材料增强体可以根据车辆不同的安全等级要求在上述腔体100的A柱段110和上边梁段120进行相应的疏密设计，设计自由度高。

本实施例提供的一种车身A柱结构的装配顺序为：

第一步，在连续纤维复合材料增强体的第一V型部321用于朝向外板2的面上涂覆0.5mm的高强结构胶4；

第二步，把连续纤维复合材料增强体在外板2上放置到位，红外加热使第一V型部321与外板2通过高强结构胶4粘合、固化；

第三步，在连续纤维复合材料增强体的第二V型部322用于朝向内板1的面上涂覆1.0mm的减震结构胶5，在外板2的边缘上涂上一层焊缝密封胶，将内板1扣在外板2上；

最后，内板1与外板2边缘采用点焊连接，形成类竹竿型纤细A柱及上边梁总成，即，本实施例提供的车身A柱结构。

本实施例提供的一种车辆设有上述任意一种车身A柱结构，因而，至少能够达到上述车身A柱结构所能够达到的技术效果，即，相比于现有技术能够使得车身A柱结构的料厚更薄、横截面面积更小，更为轻量化、纤细化。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种车身A柱结构，其特征在于，包括内板、外板以及多个连续纤维复合材料增强体，其中，所述内板与所述外板相对设置且固定连接，并配合围设出周向封闭的腔体；所述腔体包括A柱段，所述多个连续纤维复合材料增强体在所述A柱段中沿所述A柱段的延伸方向间隔设置；

各所述连续纤维复合材料增强体均包括底部和围设于所述底部一侧的侧围部，各所述底部所在平面与该所述底部所处部位处所述腔体的延伸方向相交，且所述底部在其所在处将所述A柱段分隔为两部分；所述侧围部的延伸方向与所述腔体的延伸方向相同。

2.根据权利要求1所述的车身A柱结构，其特征在于，所述侧围部为周向封闭结构，且垂直于所述底部；所述底部与其所在处所述腔体的横截面平行。

3.根据权利要求1所述的车身A柱结构，其特征在于，所述连续纤维复合材料增强体为三维编织增强体，且所述底部的纤维方向垂直于所述腔体的延伸方向。

4.根据权利要求3所述的车身A柱结构，其特征在于，所述内板和/或所述外板的横截面为V型。

5.根据权利要求3所述的车身A柱结构，其特征在于，所述腔体及所述侧围部的横截面均为菱形。

6.根据权利要求5所述的车身A柱结构，其特征在于，所述内板的深度为12～15mm，所述内板开口端的宽度为35～45mm；所述内板顶角处为圆角，所述圆角的半径为5～8mm；

和/或，所述外板的深度为12～15mm，所述外板开口端的宽度为45-50mm，所述外板顶角处为圆角，所述圆角的半径为5～8mm；

和/或，所述连续纤维复合材料增强体的料厚为2.0mm～4.0mm，所述侧围部的长度为12mm～15mm。

7.根据权利要求5所述的车身A柱结构，其特征在于，所述内板和所述外板均包括第一板体和第二板体，所述第一板体与相应的所述第二板体在第一端相互连接，在第二端相互远离；

各所述第一板体的第二端背离对应的所述第二板体的一侧均连接有第一延伸板，各所述第二板体的第二端背离对应的所述第一板体的一侧均连接有第二延伸板，两个所述第一延伸板固接，两个所述第二延伸板固接。

8.根据权利要求3-7任一项所述的车身A柱结构，其特征在于，所述连续纤维复合材料增强体与所述外板通过高强结构胶连接，所述连续纤维复合材料增强体与所述内板通过减震结构胶连接。

9.根据权利要求8所述的车身A柱结构，其特征在于，所述腔体包括上边梁段，所述上边梁段中沿所述上边梁段的延伸方向间隔设有多个所述连续纤维复合材料增强体。

10.一种车辆，其特征在于，设有权利要求1-9任一项所述的车身A柱结构。