CN118306482A

CN118306482A - 车身结构

Info

Publication number: CN118306482A
Application number: CN202311360792.9A
Authority: CN
Inventors: M·费尔默; A·桑达尔; A·卡尔松
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2023-10-19
Publication date: 2024-07-09
Also published as: US20240227940A9; US20240132156A1; EP4357224A1

Abstract

本公开涉及一种车身结构、包括这种车身结构的车辆以及制造这种车身结构的方法。所述车身结构包括至少一个整体铸件部分、座舱部和至少一个防护元件。整体铸件部分包括在铸造过程中一体形成的若干个部件。整体铸件部分与座舱部组装，用于在碰撞期间吸收过载能量。至少一个防护元件布置在整体铸件部分处以避免由碰撞引起的整体铸件部分的一个或多个损坏部件在向着空腔部分的方向上侵入。

Description

车身结构

技术领域

本公开涉及一种车身结构、包括这样的车身结构的车辆以及制造这样的车身结构的方法。

背景技术

传统的车身结构通过接合在一起的数百个主要冲压的钢和/或铝部件装配组成。目前用于车身结构的由钢制成的能量吸收系统在远超过标准的法定和额定载荷情况的严重过载情况下也提供了良好的结构完整性。

最近，提出了一种一体化铸件(unified casting)，其可以集成在车辆的能量吸收系统中。一体化铸件用来自单个铸件的非常大的铝部件(被称为“巨型铸件(megacasting)”)代替承载车身结构中的焊接钢板，这具有与制造复杂性、设计灵活性、可持续性等相关的若干个优点。巨型铸件能够设计成提供优良的碰撞性能。但是，铸铝比钢脆。

发明内容

因此，可能需要提供一种包括巨型铸件的改进的车身结构，其增加了车辆的安全性。

本公开的主题至少部分地解决或减轻了该问题。应当注意，下面描述的本公开的方面适用于车身结构、包括这样的车身结构的车辆以及制造这样的车身结构的方法。

根据本公开，提出了一种车身结构。车身结构包括至少一个整体铸件部分、座舱部(cabin portion)和至少一个防护元件(shield element)。整体铸件部分包括在铸造过程中一体形成的若干个部件。整体铸件部分与座舱部组装，用于在碰撞过程中吸收过载能量。至少一个防护元件布置在整体铸件部分处以避免由碰撞引起的整体铸件部分的一个或多个损坏部件在向着空腔部分的方向上侵入。

根据本公开的车身结构使得包括大尺寸铸件，特别是巨型铸件的车身结构具有整体结构完整性，即使在铸件出现较大裂纹之后也是如此。位于整体铸件部分与座舱部之间的防护元件能够作为能承受强载荷的保护装置，即使铸件部分破裂成较小的碎片，该保护装置也可以将铸件部分保持在适当的位置。因此，即使在过载情况下，也能够避免损坏的铸件部分侵入座舱部中，而不会损失保护结构(backup structure)中的结构完整性，这增加了车辆的安全性。

车身结构可以是车辆的主框架结构或骨架，所有其他部件，例如发动机、机械和电气系统、座椅、车门等都装配在其上。车身结构可以适于将所有部件保持在适当的位置，并承受存在于汽车中的所有部件的重量。车身结构可分为三部分—发动机舱部分、乘员座舱部和行李箱部分。发动机舱部分可以是车辆的前部，行李箱部分可以是车辆的后部。通常，车身结构包括仅为指定功能区域制造的较小铸件，例如弹簧塔、底盘等，它们通过焊接、铆接、螺栓连接、粘接等连接在一起。

相反，巨型铸件(换句话说，即整体铸件部分)可使用被压入为大规格铸件设计的高压模具中并在冷却期间固化的熔融金属材料制造。换句话说，传统上在制造完每个部件后连接在一起的若干个部件可以在铸造过程中整体组合以形成单件铸造部分。

因此，整体铸件部分可以取代传统的钢结构，从而取代若干个功能(承载车轮悬架、动力总成、外部等)。因此，整体铸件部分可以允许小部件的显著减少、多样化的设计和生产灵活性。

座舱部可以基本上位于车身结构的中间。座舱部可以适于使驾驶员能够驾驶和乘客能够乘坐。因此，可能需要保护座舱部免受车辆的机械部件的任何侵入，特别是在碰撞的情况下。因此，整体铸件部分可以直接邻接座舱部布置或靠近座舱部布置，以在碰撞期间吸收过量或过载能量，优选在车辆的纵向方向上的过量或过载能量。这样的整体铸件部分可以布置在车身结构的前部和/或后部。

为了不仅在法定和额定负载情况下，而且在可能导致整体铸件部分中一个或多个变形或断裂的严重能量过载情况下确保整体铸件部分的可靠完整性，可以布置至少一个防护元件。防护元件可以位于整体铸件部分与座舱部之间以吸收这种过载能量。

防护元件可以包括弹性材料，弹性材料可以被拉伸以便即使在整体铸件部分由于过载能量而严重损坏或破裂的情况下也能将整体铸件部分基本上保持就位。在严重的能量过载情况下，防护元件可以通过其拉伸强度形成安全笼来保留整体铸件部分的破裂部件，防护元件可以防止损坏的部件朝向座舱部侵入。因此，防护元件可以是最后的保护结构，特别是如果整体铸件部分破裂成小块。

在一个示例中，整体铸件部分包括金属合金材料。尽管整体铸件部分的铸件尺寸较大，但与包括钢材料的传统车身结构相比，整体铸件部分可适于减轻其重量。

优选地，金属合金材料可以包括铝和/或镁合金。可选地，整体铸件部分也可以包括增强塑料材料。但是，用于整体铸件部分的材料不限于所述材料，可以选择能够有助于整体铸件重量减轻并且强度增加的材料，这可以导致能量消耗降低。

在一个示例中，整体铸件部分相对于车辆的向前行驶方向位于座舱部的前部。整体铸件部分可以布置在车辆的防撞缓冲区(crumple zone)中。防撞缓冲区或碰撞区可以理解为包括在碰撞过程中变形的安全结构的区域，其可以通过受控变形来延迟速度的变化并吸收碰撞能量。因此，这种防撞缓冲区可以布置在车辆的保险杠与挡风玻璃之间。

具体地，整体铸件部分可以相对于向前行驶方向布置在车辆的前保险杠与前挡风玻璃之间的前部。例如，整体铸件部分可以位于车辆的前地板部分处。

在一个示例中，防护元件连接到车身结构的A柱。因此，防护元件可以布置在整体铸件部分与A柱(换言之，前柱)之间。在正面碰撞的情况下，防护元件可以捕获整体铸件部分的损坏或断裂的部件，以避免它们朝向座舱部侵入，这可以导致在碰撞的情况下提高车辆的安全性。

在一个示例中，整体铸件部分相对于车辆的向前行驶方向位于车身结构的后地板部分处。作为整体铸件部分布置在车辆前部的附加或替代，整体铸件部分可以相对于向前行驶方向布置在车辆的后保险杠与后挡风玻璃之间的后部。

防护元件可以布置在整体铸件部分与车辆的C柱或后柱之间。在后侧碰撞的情况下，防护元件可以捕获整体铸件部分的损坏或断裂的部件，以避免它们朝向座舱部侵入。因此，在发生碰撞的情况下，可以提高车辆的安全性。

在一个示例中，防护元件的材料被选择为承受至少400MPa的拉伸应力。防护元件可以包括具有高抗拉强度的材料，以可靠地避免在碰撞期间整体铸件部分的一个或多个损坏部件的侵入。换言之，防护元件可以意图主要在拉伸中起作用。优选地，防护元件的材料被选择成承受在400MPa与4000MPa之间的拉伸应力。但是，防护元件的最大抗拉强度可以不限于4000MPa。

在一个示例中，防护元件的材料选自包括钢、铝、碳纤维增强聚合物(CFRP)和对位芳纶合成纤维的组。防护元件还可以包括这些材料的任意组合。但是，防护元件的材料不限于所述材料，而是可以选择能够加工成不同的形式并承受高拉伸应力的合适材料。

在一个示例中，防护元件形成为板、肋结构、网、膜、定制垫或织物。防护元件可以包括各种形状，以防止整体铸件部分的损坏或破裂部件朝向座舱部侵入。防护元件可以包括多个彼此连接的独立张力带以形成网格结构，例如板、肋结构、网、膜、定制垫、织物等。防护元件可以尽可能大以覆盖面向防护元件的整体铸件部分的基本上整个横截面。

在一个示例中，整体铸件部分包括若干个防护元件。车身结构可以包括两个或多个整体铸件部分，它们可以布置在同一侧，例如车辆的前部或后部，和/或车辆的不同侧。因此，车身结构还可以包括若干个防护元件，每个防护元件可以刚性连接到相应的整体铸件部分，以形成可靠的能量吸收结构。防护元件可以形成为相同或不同的形状。

根据本公开，还提供了一种车辆。该车辆包括如上所述的车身结构。包括一个或多个包含轻金属材料的整体铸件部分的车辆可以通过在整体铸件部分与车身结构的座舱部之间布置一个或多个防护元件来改进。因此，即使整体铸件部分的脆性、整体铸件部分的损坏和/或破裂部件也可以被防护元件捕获，以避免它们在向着客舱的方向上侵入。

根据本公开，还提出了一种制造车身结构的方法。该方法包括

-在铸造过程中将一体形成的若干个部件提供成整体铸件部分，

-在整体铸件部分处布置至少一个防护元件，以避免由碰撞引起的整体铸件部分的一个或多个损坏部件在向着座舱部的方向上侵入，以及

-将整体铸件部分与车身结构的座舱部组装以在碰撞期间吸收过载能量。

在一个示例中，防护元件在铸造过程中被集成到整体铸件部分中。因此，防护元件可以与整体铸件部分形成单件，这可以进一步增加车辆中整体铸件部分的结构完整性。

在一个示例中，防护元件可以与整体铸件部分分开制造并固定且刚性地布置在整体铸件部分处。

在一个示例中，支撑元件通过机械紧固装置安装到整体铸件部分。机械紧固装置可以包括铆钉、螺栓、螺钉、支架、夹具等。

在一个示例中，防护元件通过焊接安装到整体铸件部分。

在一个示例中，防护元件通过粘接安装到整体铸件部分。用于粘接的粘合材料可以选择为与防护元件的材料和整体铸件部分的材料都相容。

应当注意，上述示例可以彼此结合，而不管所涉及的方面。因此，该方法可以与结构特征相结合，并且同样，该系统可以与上面关于该方法描述的特征相结合。

本公开的这些和其他示例将从下文描述的实施例中变得明显并参照下文描述的实施例进行说明。

附图说明

下面将参照以下附图描述根据本公开的示例。

图1示意性地示出了包括根据本公开的车身结构的车辆的示例。

图2a示意性地示出了碰撞前的包括钢材料的车身结构的示例。

图2b示意性地示出了碰撞后的包括钢材料的车身结构的示例。

图3a示意性地示出了碰撞前的包括铝材料的车身结构的示例。

图3b示意性地示出了碰撞后的包括铝材料的车身结构的示例。

图4a示意性地示出了碰撞前的根据本公开的车身结构的示例。

图4b示意性地示出了碰撞后的根据本公开的车身结构的示例。

具体实施方式

图1示出了包括车身结构10的车辆100，车身结构10包括作为能量吸收系统的整体铸件部分20。整体铸件部分20包括包含铝或镁的金属合金材料，其可以用来自单个铸件的非常大的铝部件(即，通过巨型铸件工艺)制造。这种整体铸件部分20能够定位在车身结构10的前地板部分21和/或后地板部分22处。

图2a和图2b示出了包括传统钢材料的车身结构41。车身结构41包括能量吸收系统42，能量吸收系统42包括包含钢材料的若干个部件，这些部件可以例如通过冲压单独制造，并且彼此固定组装。在图2a和图2b中，能量吸收系统42安装在车身结构41的A柱部分43处。

如图2b所示，在造成严重过载的碰撞之后，尽管能量吸收系统42在向着车身结构41的座舱部的方向上发生了较大的侵入(>300mm)，但是保持了能量吸收系统42在车身结构41内的结构完整性。

图3a和图3b示出了车身结构51，其包括包含铝材料的能量吸收系统52，能量吸收系统52可以通过大件铸造工艺制造。在图3a和图3b中，能量吸收系统52安装在车身结构51的A柱部分53处。在碰撞的情况下，铸铝材料可能破裂和/或移位，这可能导致能量吸收系统52朝向车身结构51的座舱部54轻微侵入(<100mm)(参见图3b)。

图4a示出了碰撞前的根据本公开的车身结构10。车身结构10包括铸件部分20、座舱部11和至少一个防护元件30。

整体铸件部分20包括在铸造过程中一体形成的若干个部件。整体铸件部分20包括铸铝或镁合金材料。整体铸件部分20相对于车辆100的向前行驶方向位于车身结构10的前部12处，并与座舱部11组装，用于在碰撞期间吸收过载能量。附加地或替代地，整体铸件部分20也能够相对于车辆100的向前行驶方向位于车身结构10的后部13处(也参见图1)。

防护元件30适于承受至少400MPa的拉伸应力，并且选自包括钢、铝、碳纤维增强聚合物(CFRP)和对位芳纶(para-aramid)合成纤维的组。防护元件30形成为板、肋结构、网、膜、定制垫或织物，以提供安全结构。

防护元件30能够在铸造过程中集成到整体铸件部分20中，或者与整体铸件部分20分开制造并通过机械紧固装置(例如铆钉、螺栓、螺钉、支架、夹具等)、焊接和/或粘接安装到整体铸件部分20上。如图4a所示，防护元件30也通过机械和/或化学紧固手段连接到车身结构10的A柱部分14。

图4b示出了布置在整体铸件部分20处的防护元件30形成能够在碰撞后承载强载荷的张力网。因此，即使在碰撞的情况下，也能够避免整体铸件部分20的一个或多个损坏部件的侵入而不损失结构完整性，这增加了车辆的安全性。

必须注意，本公开的示例是参照不同的主题来描述的。具体地，一些示例参考方法类型权利要求来描述，而其他示例参考设备类型权利要求来描述。但是，本领域技术人员将从上面和下面的描述中得出，除非另有通知，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合也被认为是本申请已公开的。但是，所有的特征都可以组合起来，提供协同效应，而不仅仅是特征的简单总和。

虽然已经在附图和描述中详细说明和描述了本公开，但是这种说明和描述将被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。本公开不限于所公开的例子。通过对附图、公开内容和从属权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的公开内容时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。

在权利要求中，词语“包括”/“包含”不排除其他元件或步骤，并且不定词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干个物项的功能。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能发挥优势。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims

1.一种车身结构(10)，包括

-至少一个整体铸件部分(20)，

-座舱部(11)，以及

-至少一个防护元件(30)，

所述整体铸件部分(20)包括在铸造过程中一体形成的若干个部件，

所述整体铸件部分(20)与所述座舱部(11)组装，用于在碰撞期间吸收过载能量，以及

所述至少一个防护元件(30)布置在所述整体铸件部分(20)处，以避免由所述碰撞引起的所述整体铸件部分(20)的一个或多个损坏部件在向着所述座舱部(11)的方向上侵入。

2.根据权利要求1所述的车身结构(10)，所述整体铸件部分(20)包括金属合金材料。

3.根据权利要求1或2所述的车身结构(10)，所述整体铸件部分(20)相对于所述车辆(100)的向前行驶方向位于所述座舱部(11)的前部。

4.根据前述权利要求所述的车身结构(10)，所述防护元件(30)连接到所述车身结构(10)的A柱部分(14)。

5.根据权利要求1或2所述的车身结构(10)，所述整体铸件部分(20)相对于所述车辆(100)的向前行驶方向位于所述车身结构(10)的后地板部分(22)处。

6.根据前述权利要求中任一项所述的车身结构(10)，所述防护元件(30)的材料被选择为承受至少400MPa、优选在400MPa与4000MPa之间的拉伸应力。

7.根据前述权利要求中任一项所述的车身结构(10)，所述防护元件(30)的材料选自包括钢、铝、碳纤维增强聚合物(CFRP)和对位芳纶合成纤维的组。

8.根据前述权利要求中任一项所述的车身结构(10)，所述防护元件(30)形成为板、肋结构、网、膜、定制垫或织物。

9.根据前述权利要求中任一项所述的车身结构(10)，所述整体铸件部分(20)包括若干个防护元件(30)。

10.一种车辆(100)，所述车辆(100)包括根据前述权利要求中任一项所述的车身结构(10)。

11.一种制造车身结构(10)的方法，包括

-在铸造过程中将一体形成的若干个部件提供成整体铸件部分(20)，

-在所述整体铸件部分(20)处布置至少一个防护元件(30)，以避免由碰撞引起的所述整体铸件部分(20)的一个或多个损坏部件在向着所述座舱部(11)的方向上侵入，以及

-将所述整体铸件部分(20)与所述车身结构(10)的座舱部(11)组装，以在碰撞期间吸收过载能量。

12.根据权利要求11所述的方法，所述防护元件(30)在铸造过程中被集成到所述整体铸件部分(20)中。

13.根据权利要求11所述的方法，所述防护元件(30)通过机械紧固装置安装到所述整体铸件部分(20)。

14.根据权利要求11所述的方法，所述防护元件(30)通过焊接安装到所述整体铸件部分(20)。

15.根据权利要求11所述的方法，所述防护元件(30)通过粘接安装到所述整体铸件部分(20)。