CN208827933U - 车辆车架和加强构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种车辆车架，其包括：挤压金属中空柱状梁，挤压金属中空柱状梁：在横截面中限定四个互连臂，四个互连臂中的每个具有九个侧壁和球状自由端，四个互连臂设置成形成具有三十六个角的十字形，以及配置成经由三十六个侧壁和三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。本实用新型还提供一种加强构件。本实用新型涉及实现车辆梁和结构壁中的燃料经济性驱动重量减小，同时在碰撞期间最大化压缩强度和能量吸收。本实用新型还涉及提供具有不同强度和较小外部尺寸变化的一组一致的梁。

Description

车辆车架和加强构件

技术领域

本实用新型涉及提供提高的反作用力以对抗挤压载荷的车辆中的梁。

背景技术

车辆车架可包括构成车辆结构的各种梁。横梁可在纵向车架纵梁之间延伸以提供足够抵抗侧面撞击的能力。柱是支撑车辆车顶并抵抗挤压载荷的梁。保险杠支撑梁在车辆车架和前或后保险杠之间延伸以吸收与前部或后部撞击相关的能量。

更严格的燃料和排放标准需要降低车辆重量。然而，车辆安全标准和等级要求加固梁以增加能量吸收并提高碰撞性能。通过主要改变梁的材料，已将更坚固且更轻质的材料结合到车辆中。但改用轻质材料可能不足以减轻重量并提高耐撞性。

在轴向载荷条件下，加强构件的轴向坍塌可在以非渐进方式移动到加强构件的顶部之前在加强构件的中间开始的屈曲模式下进行。这可能会增加复制样品之间的碰撞表现的变化，并导致与渐进式坍塌模式相比吸收的冲击能量更少。

实用新型内容

本实用新型涉及实现车辆梁和结构壁中的燃料经济性驱动重量减小，同时在碰撞期间最大化压缩强度和能量吸收。本实用新型还涉及提供具有不同强度和较小外部尺寸变化的一组一致的梁。

根据本实用新型的一个方面，提供一种车辆车架，其包括：挤压金属中空柱状梁，挤压金属中空柱状梁：在横截面中限定四个互连臂，四个互连臂中的每个具有九个侧壁和球状自由端，四个互连臂设置成形成具有三十六个角的十字形，以及配置成经由三十六个侧壁和三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。

根据本实用新型的一个实施例，球状自由端是七边形的。

根据本实用新型的一个实施例，九个侧壁中的至少两个彼此平行。

根据本实用新型的一个实施例，九个侧壁中的两个彼此相邻地定位且彼此正交地设置。

根据本实用新型的一个实施例，四个互连臂具有相同的尺寸和相同的形状。

根据本实用新型的一个实施例，至少一个球状自由端的至少一个侧壁的厚度大于其他侧壁的厚度。

根据本实用新型的一个实施例，挤压金属中空柱状梁限定中心点，且其中，至少一个球状自由端包括第一组侧壁和第二组侧壁，其中，第一组侧壁比第二组侧壁更远离中心点定位，且其中，第一组侧壁的厚度大于第二组侧壁的厚度。

根据本实用新型的一个实施例，每个球状自由端包括沿着平行于第一轴线的平面延伸的至少一个壁、在平行于第二轴线且正交于第一轴线的平面中延伸的至少一个壁、以及相对于第一轴线沿非零角度设置的四个壁。

根据本实用新型的一个实施例，挤压金属中空柱状梁限定二十四个内角和十二个外角。

根据本实用新型的另一方面，提供一种加强构件，其包括：挤压中空柱状梁，挤压中空柱状梁：在横截面中限定四个互连臂，四个互连臂中的每个具有九个侧壁和锥形自由端，四个互连臂设置成形成具有三十六个角的十字形；以及配置成经由三十六个侧壁和三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。

根据本实用新型的一个实施例，挤压金属中空柱状梁进一步在横截面中限定轴线，其中，锥形自由端包括第一组侧壁、第二组侧壁和远端侧壁，且其中，第一组侧壁设置成与轴线正交，第二组侧壁将第一组侧壁连接到远端侧壁。

根据本实用新型的一个实施例，第一组侧壁彼此平行设置。

根据本实用新型的一个实施例，第一组侧壁包括第一子集侧壁和第二子集侧壁，且其中，第一子集侧壁彼此隔开第一距离，且第二子集侧壁隔开小于第一距离的第二距离。

根据本实用新型的一个实施例，远端侧壁具有延伸小于第二距离的第三距离的长度。

根据本实用新型的另一方面，提供一种用于制造车辆梁的方法，包括：制造由第一组壁和与第一组壁正交设置的第二组壁构成的内部；制造由四个结节组成的外部，每个结节包括七个连接的侧壁；以及将内部连接到外部。

根据本实用新型的一个实施例，公开一种车辆车架。车辆车架可包括挤压金属中空柱状梁，其在横截面中限定四个互连臂，每个臂具有九个侧壁和球状自由端，四个互连臂设置成具有三十六个角的十字形，并且挤压金属中空柱状梁配置成经由三十六个侧壁和三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。

根据本实用新型的另一个实施例，公开一种车辆车架。车辆车架可包括挤压金属中空柱状梁，其在横截面中限定四个互连臂，每个臂具有九个侧壁和锥形自由端，四个互连臂设置成具有三十六个角的十字形，挤压金属中空柱状梁配置成经由三十六个侧壁和三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。

根据本实用新型的另一个实施例，公开一种用于制造车辆梁的方法。该方法可包括制造由第一组壁和与第一组壁正交设置的第二组壁构成的内部；制造由四个结节组成的外部，其中每个结节包括七个连接的侧壁；以及将内部连接到外部。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型能够实现车辆梁和结构壁中的燃料经济性驱动重量减小，同时在碰撞期间最大化压缩强度和能量吸收。

附图说明

图1是具有二十四个内角和十二个外角的示例性三十六角梁的横截面图。

图2A至图2F说明如何利用根据本实用新型的可调参数来调制图1的横截面。

图3是具有大致相同厚度、长度和周长的不同截面的各种梁的立体图。

图4说明图3中示出的梁的示例性轴向坍塌。

图5说明图3中示出的梁的示例性动态压碎力。

图6是比较图3中示出的梁的动态压碎力的图表。

图7是比较图3中示出的梁的压碎能量吸收的图表。

图8A和图8B说明如何改变车辆梁的壁以调整具有改进的水分流失能力的车辆梁。

具体实施方式

根据需要，本实用新型的详细实施例公开在文中；然而应了解，公开的实施例仅仅是本实用新型的可以各种替代形式实施的示例。附图不一定按照比例绘制，一些特征可能被夸大或最小化以示出具体部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能性细节不应理解为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员如何以不同方式采用本公开的代表性基础。

本实用新型描述具有三十六个角的车辆梁，以增加整个侧面和角的刚度而不增加连接角的壁的厚度。例如，梁提供多种可调参数，其经配置为在基础多边形设计(例如，具有较少或相同数量的边的多边形加强构件横截面)上增加强度(例如，承载力和能量吸收)，同时还允许设计灵活性以满足各种车辆应用。当正面和侧面撞击力等作用在梁上时，梁可吸收更多能量并以更均匀的方式轴向坍塌。由于在三十六个角内的加工硬化，梁还可具有提高的耐用性和噪声、振动和粗糙性(NVH)性能。此外，本实用新型的边的长度、它们的布置或角度或所有这三者可实现类似的(如果不是更大的话)强度增加，同时最小化构件的单位长度质量并保持高制造可行性。

通常使用具有基本多边形横截面(例如正方形、矩形、六角形和八角形等)的常规梁，因为它们更容易制造。由于根据本实用新型的具有多角横截面的加强构件在不需要较厚角部分的情况下具有显着增加的强度和刚度，因此其与具有加厚角的之前预期构件相比还具有更高的制造可行性。在仍然提供所需强度的同时，根据本教导的加强构件可通过例如弯曲、滚压、切割、锻造、冲压、冲压成形、液压成形、模制、压铸、3D打印和挤压形成一个或多个部分。这样形成的部分可通过焊接、粘合、紧固或其他已知的接合技术接合。

梁可包括例如钢合金、铝合金、镁合金、钛合金、尼龙、塑料、聚合物、纤维增强复合材料、硅树脂、半导体、纸、杂化材料(例如，多种不同材料)、形状记忆材料、模板、凝胶或任何其他合适的材料。本领域的普通技术人员会了解，用于加强构件的材料可根据预期应用、强度/重量考虑因素、成本和其他设计因素按需要选择。

可在其他应用中实施三十六角梁，包括但不限于飞机、航天器、海洋车辆、其他原动机或需要高能量吸收或轻量结构或两者的建筑应用。

参考图1，所示为三十六角梁的横截面图。梁包括具有长度S₁-S₃₆和厚度T₁-T₃₆的三十六个边、具有角度θi₁-θi₂₄的二十四个内角和具有角度θe₁-θe₁₂的十二个外角。与现有的加强构件横截面相比，可以改变(即，调节)长度、厚度、内角角度和外角角度以实现提高的强度和其他性能特征(例如，折叠图案的稳定性)。这种强度改进可进一步避免增加角厚度的需要，这是微调具有三十六边(即，三十六角)横截面的加强构件的设计参数(例如，边长、厚度、内角和外角)的益处。

参考图2A至图2F，所示为三十六角梁的各种配置的替代示例。例如，如本领域技术人员将理解的，边的长度S₁-S₃₆(参见图2C至图2F)和边的厚度T₁-T₃₆(参见示出锥形边的图2B和图2D)以及内角的角度θi₁-θi₂₄可变化以满足车辆内的可用封装要求。每个边的长度可介于约10mm到约250mm的范围内。在其他应用中，例如，飞机、航天器、船只、高速铁路车辆或建筑物应用中，每个边的长度(S₁-S₃₆)可更大。边和角的厚度可介于约0.7mm到约6.0mm的范围内；并且在某些方法中，边的厚度与角的厚度大致相同。在其他应用中，例如在飞机、航天器、船只、高速铁路车辆或建筑应用中，某个边或多个边的厚度可更大。图2A至图2F仅是示例性的，并且仅提供用于说明如何利用设计参数来调制图1的示例性方法的横截面。例如，外角θe₁-θe₁₂也可变化。因此，本实用新型设想具有各种形状和尺寸(即，角弯曲半径、边长、厚度、内角和/或外角)的各种三十六角横截面配置，其可基于空间要求进行调整和/或控制构件坍塌模式。

在一些配置中，每个内角和外角至少为45度并小于180度。例如，内角θi₁-θi₂₄可介于约90度到约170度的范围内，外角θe₁-θe₁₂可介于约45度到约170度的范围内。在一种方法中，一些内角(例如，θi₂、θi₃、θi₄、θi₅、θi₆、θi₈、θi₉、θi₁₀、θi₁₁、θi₁₄、θi₁₅、θi₁₆、θi₁₇、θi₂₀、θi₂₁、θi₂₂和θi₂₃)可约为160度，其他内角(例如，θi₁、θi₇、θi₁₂、θi₁₃、θi₁₈、θi₁₉和θi₂₄)可小于160度(例如，约135度)。

三十六角梁限定绕梁的周边设置的多个结节。注意：“结节”是指一组紧密分组的构件，例如，彼此紧邻设置的侧梁，使得它们与周围环境不同。结节可称为球状端，意味着更大或圆形或凸出的端部。边S₁-S₃₆、内角θi₁-θi₂₄和外角θe₁-θe₁₂限定每个结节。例如，如图1所示，边S₂-S₈可限定内角θi₁-θi₆和外角θe₃和θe₄以限定第一结节。边S₁₁-S₁₇限定内角θi₇-θi₁₂和外角θe₆和θe₇以限定第二结节。边S₂₀-S₂₆可形成内角θi₁₃-θ₁₈和外角θe₉和θe₁₀以限定第三结节。边S₂₉-S₃₅可形成内角θi₁₉-θi₂₄和外角θe₁和θe₁₂以限定第四结节。因此，多个结节中的单个结节可包括由九个边限定的六个内角和两个外角。单个结节可连接到相邻的单个结节以在其间形成外角θe₂、θe₅、θe₈和θe₁₁。虽然本文描述了四个结节，但是其他边和内角的组合可能导致更多或更少的结节。

多个结节中的单个结节可包括第一侧壁，例如，在平行于第一轴线的平面中延伸的远端侧壁S₄以及在与第二轴线平行并与第一轴线正交的平面中延伸的两个侧壁S₂和S₆。侧壁S₂、S₃、S₅、S₆和S₇在相对于第一轴线以非零角度设置的平面中延伸。例如，非零角度可介于约45到90度之间。成角度侧壁可限定垂直于第一组平行壁延伸的第一组平行壁S₂、S₆、S₁₃、S₁₇、S₂₀、S₂₄、S₃₁和S₃₅。

多个结节的单个结节可由一个或多个外角分开。在一种方法中，单个结节可与相邻结节分开一个外角。参考图1，外角θe₅(由边S₉和S₁₀限定)可将第一结节与第二结节分开。因此，单个结节可仅由外角分开，其间不设置内角。在其他方法中，横截面可设有相邻结节之间的内角。

结节可围绕加强构件的周边绕加强构件的中心轴线设置。在例如图2A、图2B和图2E所示的一种方法中，凸角的侧壁绕中心轴线均匀隔开。在另一种方法中，如图2C和图2D所示，结节的侧壁可绕中心轴线不均匀地隔开。在该方法中，与图2A、图2B、图2D、图2E和图2F的横截面相比，加强构件的横截面可设有10/7纵横比。如图2C所示，第一结节的第一侧壁可与沿周长邻近第一结节的第二结节的第二侧壁隔开第一距离。第一结节的第三侧壁可与沿周长邻近第一结节的第三结节的第四侧壁隔开第二距离。在该方法中，第一距离和第二距离具有不同的长度。例如，第一距离可大于第二距离。

在比较具有相同厚度和周长的不同形状的加强构件的碰撞能量吸收时，如图3所示，例如以35mph的刚性壁的撞击，根据本实用新型的三十六角横截面可能导致更短的压碎距离和更小的折叠长度。三十六角横截面也可提供改进的轴向坍塌稳定性和改进的碰撞能量吸收。例如，根据本实用新型的三十六角横截面可实现在正方形横截面的基础上碰撞能量吸收增加约100％至150％，以及在六角形和八角形形横截面的基础上碰撞能量吸收增加约90％至115％。

为了证明与各种现有横截面设计相比根据本实用新型的三十六角横截面的改进的强度和性能特征，对示例性加强构件进行建模并进行实验测试运行，如以下参考图3至图7所示和描述。

如图3所示，对具有相同厚度、长度和周长的不同形状(即，横截面)的加强构件进行建模(例如，每个部件具有约1.22Kg的质量)。然后对每个构件进行测试以模拟具有相同刚性质量(例如，碰撞块)、撞击速度和初始动能的冲击。如图4所示，根据本实用新型的三十六角横截面展示了最稳定的轴向坍塌和最高的碰撞能量吸收。此外，如图5所示，根据本实用新型的三十六角横截面也展示了最短的压碎距离和最小的折叠长度。

图6说明轴向施加在具有图3所示的横截面的示例性加强构件上的模拟撞击的压碎力(以kN为单位)和相关联的轴向压碎距离(以mm为单位)。如图6所示，与正方形、六边形、圆形和八边形横截面相比，具有三十六角横截面的加强构件对于给定的产生的压碎距离能够承受高得多的压碎力。这可改进撞击能量管理，同时最小化单位长度质量。

图7说明具有图3所示的横截面的示例性加强构件的轴向压碎能量(以kN-mm为单位)和相关的轴向压碎距离(以mm为单位)。如图7所示，与正方形、六边形、圆形和八边形横截面相比，具有三十六角横截面的加强构件能够在短得多的距离上吸收撞击的总动能(即，22,983kN-mm)。

参考图8A和图8B，所示为根据本实用新型的一个或多个实施例的三十六角梁。在图8A和图8B的方法中，三十六角横截面限定二十四个内角和十二个外角。如图所示，二十四个内角可大于90度。在图8A所示的方法中，某些外角(例如，八个外角)可大于90度(例如，135度)，并且某些其他外角(例如，四个外角)可约为90度。在图8B所示的方法中，所有外角大于90度。例如，某些外角(例如，八个外角)可约为135度，并且某些其他外角(例如，四个外角)可约为110-115度。加强构件可沿着加强构件的大部分长度从加强构件的第一端到加强构件的第二端限定连续锥形。

在许多方法中，加强构件可设置在车辆的外部，并且因此可暴露于湿气和其他因素，例如雨、雪、盐、泥土等。这些因素可能导致腐蚀问题，特别地，例如，在诸如凹槽或凹陷的积聚区域中。与已知的加强构件相比，根据图8A和图8B的加强构件可改进水分流失。例如，将外角增加到大于90度会增加在外角处接触加强构件的水分的接触角，从而增加加强构件在外角处的疏水性。以这种方式，可使可能暴露于水分的加强构件(例如，设置在车辆外部的加强构件)具有改进的水分流失功能。

一种用于制造用于汽车的加强构件的方法可包括制造加强构件的两个或更多个部分。制造两个或更多个部分可包括冲压、冲压成型、辊压成形、液压成形、模制、铸造、加工、锻造、3-D印刷和/或挤压两个或更多个部分中的每一个。

该方法还可包括接合两个或更多个部分以形成具有三十六角横截面的加强构件。两个或更多部分可通过焊接、粘合和紧固中的一个或多个接合。三十六角横截面包括设置在三十六个边之间的二十四个内角和十二个外角。每个内角和外角至少为45度并小于180度。

因此，根据本实用新型的三十六角横截面可相比于例如基本多边形加强构件横截面(包括基本二十边形多边形横截面)提供改进的撞击能量管理，同时最小化单位长度质量。

因此，如图所示，根据本实用新型的加强构件经配置用于实现优于基本多边形设计(包括具有相同数量的边的多边形加强构件横截面)的强度增加(即，承载力和能量吸收)，同时还允许设计灵活性，以更好地满足车辆空间需求。因此，这种加强构件可用来代替现有的加强构件横截面设计(常规和非常规)。

本实用新型的各种示例性方法设想例如具有包括不同弯曲半径的角、具有不均匀横截面(例如，具有非对称形状)和/或具有可变厚度的边(即，具有锥形面)的加强构件。各种其他示例性方法设想弯曲和/或曲线的加强构件。另外，为了进一步调节构件的折叠图案和/或峰值承载能力，如本领域普通技术人员将理解的，各种附加的示例性方法还设想具有触发孔、凸缘和/或卷曲的加强构件。

此外，根据本实用新型的多角加强构件设想用于多个结构构件，例如挤压罐、前纵梁、中纵梁、后纵梁、侧梁、枪型结构、横向构件、车顶结构、腰线管、车门防撞梁、柱、内部加强件以及其他可从增加的碰撞能量吸收中受益的部件。另外，这种加强构件可应用于车架分离型和多用途车辆或其他类型的结构。因此，基于应用，加强构件可具有各种形状(即，各种横截面)以适应特定的构件空间限制。例如，当用作车辆前纵梁时，为了实现优化的轴向压碎性能，边的长度和厚度和/或角的角度都可调节(调整)以提供最佳强度、尺寸和形状以满足发动机室限制。

尽管以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述本实用新型所有可能的形式。相反，在说明书中所用的措词是用于说明而不是用于限制，且应了解，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可进行多种更改。另外，可组合各种实施例的特征以进一步形成本实用新型的进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种车辆车架，其特征在于，包括：

挤压金属中空柱状梁，所述挤压金属中空柱状梁：

在横截面中限定四个互连臂，所述四个互连臂中的每个具有九个侧壁和球状自由端，所述四个互连臂设置成形成具有三十六个角的十字形，以及

配置成经由三十六个侧壁和所述三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。

2.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，所述球状自由端是七边形的。

3.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，所述九个侧壁中的至少两个彼此平行。

4.根据权利要求3所述的车辆车架，其特征在于，所述九个侧壁中的两个彼此相邻地定位且彼此正交地设置。

5.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，所述四个互连臂具有相同的尺寸和相同的形状。

6.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，至少一个所述球状自由端的至少一个侧壁的厚度大于其他侧壁的厚度。

7.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，所述挤压金属中空柱状梁限定中心点，且其中，至少一个所述球状自由端包括第一组侧壁和第二组侧壁，其中，所述第一组侧壁比所述第二组侧壁更远离所述中心点定位，且其中，所述第一组侧壁的厚度大于所述第二组侧壁的厚度。

8.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，每个所述球状自由端包括沿着平行于第一轴线的平面延伸的至少一个壁、在平行于第二轴线且正交于所述第一轴线的平面中延伸的至少一个壁、以及相对于所述第一轴线沿非零角度设置的四个壁。

9.根据权利要求1所述的车辆车架，其特征在于，所述挤压金属中空柱状梁限定二十四个内角和十二个外角。

10.一种加强构件，其特征在于，包括：

挤压中空柱状梁，所述挤压中空柱状梁：

在横截面中限定四个互连臂，所述四个互连臂中的每个具有九个侧壁和锥形自由端，所述四个互连臂设置成形成具有三十六个角的十字形；以及

配置成经由三十六个侧壁和所述三十六个角的变形来消散轴向压缩载荷。