CN1638998A - 由钢制空心型材构成的汽车支承结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车支承结构，包括一个由至少两个互相连接的空心型材(10、11)组成的纵梁(1)。空心型材之一朝保险杠减震器(5)的方向延伸。在低碰撞速度下碰撞时导致单一延伸的空心型材(10c)有目的地变形，该空心型材可以便宜地进行修理。在较高碰撞速度的情况下，双重空心型材更加刚性的支承结构承力用以保护乘客。因为采用按本发明的支承结构可以取消通常设在纵梁与保险杠减震器之间的缓冲器，所以还减少了所需要的零件数量继而减轻总重量。

Description

由钢制空心型材构成的汽车支承结构
技术领域
本发明涉及一种由钢制空心型材构成的汽车支承结构，包括一个由至少两个平行的互相连接的空心型材组成的纵梁，所述空心型材在客舱的支承结构前分岔成一个支承在横向槛梁(Seitenschweller)上的第一空心型材和一个支承在支承结构的其他部分上的第二空心型材。
背景技术
此类支承结构已知不同的设计。US-A 4986597介绍了一种由铝的挤压型材制的结构，包括一个由两个空心型材组成的纵梁，其中，所述空心型材不仅在客舱支承结构的槛梁区内而且在其A柱(A-Sule)内延伸。第二根梁从A柱进入槛梁区内，所以在总体上不仅纵梁而且A柱和槛梁均由双重梁结构组成。采用这种结构在支承结构内部达到一种有利的力的分布，以及不需要单独的结点结构。存在的缺点是在发生碰撞时产生的纵向力剧烈偏转到A柱内。此外，铝的挤压工艺不能在汽车制造时使用于钢的材料，所以这些认识不能移植到钢结构上。
在EP 0 749 892 B1中介绍了一种制造汽车支承结构的梁的方法，它们通过使用内部高压变形工艺(IHU)由至少两个在部分区形封闭地互相连接的空心型材组成。根据当地出现的负荷，支承结构的纵梁由按上述方式形封闭地互相连接的空心型材组成，或由单一延伸的空心型材构成。这些梁可用钢或轻金属制成。这种IHU法隐含有在形封闭地互相连接的空心型材连接面处的材料加倍，所以在使用钢的材料时结构有大的重量。在此文件中没有看到有关在碰撞的情况下支承结构内力的分布的陈述。
在DE 4208700 C2中介绍了一种由两个矩形截面的空心型材组成的横向槛梁，它朝前车的方向分岔以及过渡成一个横向于行驶方向的发动机舱横梁以及同样横向于行驶方向的前围板梁。在发动机舱横梁和前围板梁上支承着一个设在发动机舱高度上的横向槛梁，当由于碰撞产生沿汽车纵向的负荷时，它通过纵向力转向保证将力导入横向槛梁内。除了铝外也可以采用其他材料。在此结构中的缺点仍在于其大的重量，尤其在采用钢的材料时，因为尤其在横向槛梁区内必须接受材料加倍这一事实。
最后，在WO 92/11159中介绍了一种由两个叠置的横梁组成的汽车本身的尾部护板(Heckabschluβ)，其中，下横梁沿汽车纵向弯曲的端部分别与一缓冲器(Pralltopf)连接，缓冲器构成纵梁的后端。在这里显然涉及的是一种由单一空心型材构成的纵梁。因此，在尾部碰撞时在纵梁内传入的碰撞能量均匀地沿纵梁的全长吸收和进一步传到客舱上，因为没有在结构上采取附加的增强措施对客舱实施保护。
发明内容
本发明的目的是，创造一种前言所述类型的汽车支承结构，它在采用高强度的钢材料和总重量小的情况下由较少量的零件组成，以及与此同时有更好的撞击特性。
此目的通过前言所述类型的支承结构采取下列措施达到：纵梁以一个单一空心型材的形式朝保险杠减震器(Stoβfnger)的方向延伸。通过纵梁朝保险杠减震器的方向延伸，可以取消通常存在的缓冲器(Pralltopf)，因为它成为纵梁总体的组成部分。在其单一地延伸的空心型材的端侧，纵梁可以通过法兰直接与保险杠减震器连接，因此减少了所需构件的数量并因而减轻总重量。在以低的碰撞速度碰撞时，导致单一延伸的空心型材有目的地变形，它在修理时能低成本地更换。在较高碰撞速度的情况下，纵梁刚性更强的部分通过其连接成多腔室型材的空心型材承力以保护乘客。
按本发明的一项设计，纵梁的第二空心型材支承在客舱支承结构的隧道式加强件上。因此碰撞时产生的大的力按期望的有利方式分布在汽车客舱的支承结构上。因为除此之外避免了例如剧烈地转向到一个垂直布置的梁内以及这些型材互相支承，所以减小了碰撞时支承结构的变形。
本发明的另一项设计规定，平行的空心型材材料封闭地互相连接。这可借助焊接法实现，业已证实特别有利的是使用一条连续焊缝，例如通激光束焊。焊接沿纵梁的整个长度进行。此外按本发明的一项有利的设计规定，焊缝设计为点焊缝。因此焊接过程可以灵活地适应晚些时候的使用者在加工技术方面的要求。
为了减轻重量，可以采取措施避免构成多腔室型材的纵梁两个空心型材之间的材料加倍，即，令两个空心型材在它们之间有一公共的壁。这一点在结构上可以这样实现，即，两个空心型材之一在其面朝另一个空心型材的那一侧在接合过程前切除，或这样实现，即，使用一个U型材替代一个封闭的空心型材，在此U型材上在纵梁分岔前不远处连接一个封闭的空心型材。使用被切除的空心型材或U型材，可以在几乎不改变刚度和支承结构的同时减轻重量。此外，由于不再需要增强横向槛梁和A柱，所以也导致减轻重量。
本发明允许使用不同的型材截面。优选地采用多角形尤其矩形横截面。根据纵梁相对于横向槛梁和相对于客舱的隧道式加强件的侧向或垂直的错移，空心型材叠置或并列布置。在多角形型材横截面的情况下还可以倾斜地排列。业已证实特别有利的是，纵梁的空心型材有不同的横截面。这就允许更灵活地适应使用者在结构方面的要求。除此之外，可以支承结构期望的碰撞特性准确地调整纵梁的断面模量。
纵梁朝客舱方向连续上升的断面模量。导致支承结构沿此方向的刚度逐渐增大，其结果是在碰撞的情况下取决于碰撞速度可以使修理费用降到最低程度或可以可靠地保护乘客。这可以按三种方式实现：
1.纵梁的空心型材中至少一个有一种朝客舱的方向增大的横截面。为此适合使用一种锥形的空心型材。
2.纵梁的空心型材中至少一个的材料厚度朝客舱的方向增大。
3.在纵梁空心型材中至少一个所使用的钢的质量朝客舱的方向提高。
材料厚度和钢质量的逐渐增加，就加工技术而言可通过使用特制的坯料改造成一个或两个空心型材。
最后，一项特别有利的设计规定，空心型材中至少一个由一种弯曲轧制的薄钢板制成。由此达到材料厚度的无级改变。
附图说明
下面借助表示实施例的附图说明本发明。附图具体表示：
图1  汽车的支承结构非常示意性的俯视图，支承结构有两个并列布置和连接在客舱横向槛梁和隧道式加强件上的纵梁；
图2  图1支承结构的一部分，确切地说其中一个纵梁和通过分岔段连接的横向槛梁和隧道式加强件的透视图；
图3  按图2的纵梁透视图，没有分岔段，有单一地延伸的空心型材和安装在端侧的保险杠减震器；
图4a、b  按图2的纵梁侧视图，有连续焊缝和点焊缝；
图5  使用U型材的纵梁侧视图；
图6  沿图5中线I-I的图5所示纵梁的横截面；
图7  按图5中线II-II的图5所示纵梁的横截面；
图8a-e  由各自相同的空心型材组成的按图2的纵梁和焊缝的横截面；
图9a-c  由各自不同的空心型材组成的按图2的纵梁和焊缝的横截面；
图10  具有朝客舱的方向连续增大型材横截面的纵梁；
图11  沿图10中线III-III的图10所示纵梁的横截面；以及
图12  沿图10中线IV-IV的图10所示纵梁的横截面。
具体实施方式
在图1的俯视图中示意地局部表示的汽车支承结构，包括汽车前部或后部的两个纵梁1、客舱的隧道式加强件2和两个横向槛梁3。纵梁1通过空心型材10、11制的分岔的弯曲段10b、11b支承在隧道式加强件2和横向槛梁3上。通过按本发明在碰撞的情况下隧道式加强件2也用于导出纵向力，其结果是在客舱的区域内将这些力分布在支承结构的这三个沿汽车纵向延伸的部分上，以及导致横向槛梁的部分卸荷。
如图2的透视图表示的那样，纵梁1由两个叠置的空心型材10、11组成。它们有直的延伸段10a、11a，直线段10a、11a朝客舱的方向分岔为两个弯曲段10b、11b。这些段10b、11b端侧与客舱支承结构的隧道式加强件2和横向槛梁3连接。
如图3的同样为透视图所示，只有空心型材10有一个朝保险杠减震器5方向延伸的段10c，它在端侧与保险杠减震器5的一个沿汽车纵向设的法兰5a连接。空心型材10单一延伸的段10c因此可以代替缓冲器。空心型材在其平行延伸的段10a、11a内两侧通过焊缝4连接成一个多腔室型材12。如图4a和4b所示，可以采用连续的焊缝4(图4a)或点焊缝4(图4b)。
在图5至7中表示沿多腔室型材12的几乎全长用U型材11e代替封闭的型材。只是在空心型材10、11分岔前不远处，U型材11e才由封闭的空心型材11d替代。U型材11e与空心型材11d的连接通过另一条焊缝4a实现。
如图8a至8e所示，纵梁可以由具有不同横截面几何形状的空心型材组成，其目的是使它们在空间上能最佳地配置。通过在图9a至9c中表示为横截面的分别由不同空心型材组成的纵梁，可以进一步提高纵梁空间设计的灵活性。
图10表示的纵梁中，空心型材11有一种朝客舱的方向连续增大的型材横截面。因此，纵梁1的断面模量沿此方向连续增大，从而导致支承结构期望的有利的碰撞特性。图11和12表示多腔室型材背对客舱那一端多腔室型材12的横截面(图11)以及直接在空心型材分岔点的多腔室型材12的横截面(图12)。

Claims (13)

1.由钢制空心型材构成的汽车支承结构，包括一个纵梁(1)，它由至少两个平行的、互相连接的空心型材(10a、11a)组成，所述空心型材在客舱的支承结构前分岔成一个支承在客舱支承结构的横向槛梁上的第一空心型材(11b)和一个支承在客舱支承结构的其他部分上的第二空心型材(10b)，其特征为：纵梁(1)以一个单一空心型材(10c)的形式朝保险杠减震器(5)的方向延伸。
2.按照权利要求1所述的支承结构，其特征为：第二空心型材(10b)支承在支承结构的一个隧道式加强件上。
3.按照权利要求1或2所述的支承结构，其特征为：空心型材(10a、11a)沿纵向以材料封闭的方式互相连接。
4.按照权利要求3所述的支承结构，其特征为：材料封闭的连接通过一个焊缝(4)实现。
5.按照权利要求4所述的支承结构，其特征为：焊缝(4)设计为点焊缝。
6.按照权利要求1至5之一所述的支承结构，其特征为：两个空心型材(10、11)之一在焊缝(4)区域内部分设计为U型材(11e)。
7.按照权利要求1至6之一所述的支承结构，其特征为：空心型材(10、11)具有一种多角形横截面，其中两个空心型材(10a、11a)分别通过一个平的侧面互相贴靠。
8.按照权利要求1至7之一所述的支承结构，其特征为：纵梁(1)由具有不同横截面的空心型材组成。
9.按照权利要求1至8之一所述的支承结构，其特征为：空心型材(10、11)中至少一个的横截面沿纵向改变。
10.按照权利要求1至9之一所述的支承结构，其特征为：空心型材(10、11)中至少一个由一种特制的坯料制成。
11.按照权利要求9所述的支承结构，其特征为：空心型材(10、11)具有不同的钢品质。
12.按照权利要求9所述的支承结构，其特征为：空心型材(10、11)具有不同的材料厚度。
13.按照权利要求1至12之一所述的支承结构，其特征为：空心型材(10、11)中至少一个由一种弯曲轧制的薄钢板制成。
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