CN221138307U - 铝合金门槛梁及车身 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种铝合金门槛梁及车身，铝合金门槛梁包括：铝合金门槛梁本体，铝合金门槛梁本体包括相互连接的第一结构梁和第二结构梁，第一结构梁和第二结构梁之间具有第一连接角和第二连接角，第二结构梁具有依次连接的第一内壁、第二内壁和第三内壁；第一加强筋、第二加强筋和第三加强筋，第一加强筋的两端分别与第一连接角、第二连接角连接，第二加强筋的一端和第一加强筋、第二连接角连接，第二加强筋的另一端和第一内壁连接，第三加强筋的两端分别与第二内壁、第三内壁连接。通过本实用新型提供的技术方案，能够解决现有技术中的铝合金门槛梁过度设计，导致减重效果不明显的问题。

Description

铝合金门槛梁及车身

技术领域

本实用新型涉及铝合金车身技术领域，具体而言，涉及一种铝合金门槛梁及车身。

背景技术

目前行业传统的车身门槛梁铝型材减重优化设计主要依赖有限的经验，主观性的进行门槛梁铝型材加强筋路径设计，根据经验进行加强筋布置；料厚参照标杆车型或基础车型进行选取。基于经验的门槛梁铝型材设计存在两个问题：1、容易导致过度设计，减重效果不明显，增加成本；2、存在设计裕度不够现象，设计的门槛梁不满足模态及刚度目标值，产品结构性能差，后期综合耐久试验难以通过。

实用新型内容

本实用新型提供了一种铝合金门槛梁及车身，以至少解决现有技术中的铝合金门槛梁过度设计，导致减重效果不明显的问题。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种铝合金门槛梁，包括：铝合金门槛梁本体，铝合金门槛梁本体包括相互连接的第一结构梁和第二结构梁，第一结构梁和第二结构梁之间具有第一连接角和第二连接角，第二结构梁具有依次连接的第一内壁、第二内壁和第三内壁；第一加强筋、第二加强筋和第三加强筋，第一加强筋的两端分别与第一连接角、第二连接角连接，第二加强筋的一端和第一加强筋、第二连接角连接，第二加强筋的另一端和第一内壁连接，第三加强筋的两端分别与第二内壁、第三内壁连接。

进一步地，第一内壁和第三内壁相互平行，第一内壁、第三内壁均和第二内壁垂直，第二加强筋与第一内壁朝向第二内壁的夹角为钝角，第三加强筋与第二内壁朝向第一内壁的夹角为钝角，第三加强筋与第三内壁朝向第二内壁的夹角为锐角。

进一步地，第二结构梁包括依次连接的第一梁体、第二梁体、第三梁体、第四梁体和第五梁体，第一梁体和第一结构梁的一端连接，第五梁体和第一结构梁的另一端连接，第一梁体和第一结构梁形成第一连接角，第五梁体和第一结构梁形成第二连接角，第二加强筋的另一端和第二梁体连接，第三加强筋的两端分别和第三梁体、第四梁体连接，第二梁体具有第一内壁，第三梁体具有第二内壁，第四梁体具有第三内壁。

进一步地，第二加强筋和第二梁体的连接处与第二梁体和第三梁体的连接处之间的距离为27mm-37mm。

进一步地，第三加强筋和第三梁体的连接处与第二梁体和第三梁体的连接处之间的距离为35mm-45mm。

进一步地，第三加强筋和第四梁体的连接处与第四梁体和第五梁体的连接处之间的距离为12mm-20mm。

进一步地，第一加强筋的壁厚为h1，第二加强筋的壁厚为h2，第三加强筋的壁厚为h3，h1＝h2＝h3＝0.8mm-2.5mm。

进一步地，第一结构梁和第二结构梁的壁厚均为H，H＝1.6mm-2.5mm。

进一步地，第一加强筋的壁厚为h1，第二加强筋的壁厚为h2，第三加强筋的壁厚为h3，第一结构梁和第二结构梁的壁厚均为H，h1≤H/2，h2≤H/2，h3≤H/2。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种车身，车身包括车身A柱、车身B柱、座椅横梁和上述的铝合金门槛梁，铝合金门槛梁的一端和车身A柱连接，铝合金门槛梁的另一端和车身B柱连接，铝合金门槛梁的侧壁和座椅横梁连接。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种铝合金门槛梁，包括：铝合金门槛梁本体，铝合金门槛梁本体包括相互连接的第一结构梁和第二结构梁，第一结构梁和第二结构梁之间具有第一连接角和第二连接角，第二结构梁具有依次连接的第一内壁、第二内壁和第三内壁；第一加强筋、第二加强筋和第三加强筋，第一加强筋的两端分别与第一连接角、第二连接角连接，第二加强筋的一端和第一加强筋、第二连接角连接，第二加强筋的另一端和第一内壁连接，第三加强筋的两端分别与第二内壁、第三内壁连接。采用该方案，和现有技术中图2的铝合金门槛梁相比，将第一加强筋的两端分别与第一连接角、第二连接角连接；将第二加强筋的一端和第一加强筋、第二连接角连接，第二加强筋的另一端和第一内壁连接；将第三加强筋的两端分别与第二内壁、第三内壁连接，这种结构方式在满足整体铝合金门槛梁的结构强度的同时，能够对第一加强筋、第二加强筋和第三加强筋的壁厚进行优化设置，使得小于现有技术中的铝合金门槛梁中的加强筋的壁厚，从而达到将铝合金门槛梁减重的目的，同时也满足了铝合金门槛梁的轻量化要求。利用本方案的铝合金门槛梁，能够有效解决现有技术中的铝合金门槛梁过度设计，导致减重效果不明显的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例提供的铝合金门槛梁的剖视图；

图2示出了现有技术中的铝合金门槛梁的结构示意图；

图3示出了本实用新型的实施例提供的铝合金门槛梁安装在车身上的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、铝合金门槛梁本体；11、第一结构梁；12、第二结构梁；121、第一梁体；122、第二梁体；123、第三梁体；124、第四梁体；125、第五梁体；13、第一连接角；14、第二连接角；

20、第一加强筋；

30、第二加强筋；

40、第三加强筋；

50、车身A柱；

60、车身B柱；

70、座椅横梁。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图2所示，本实用新型的实施例提供了一种铝合金门槛梁，包括：铝合金门槛梁本体10，铝合金门槛梁本体10包括相互连接的第一结构梁11和第二结构梁12，第一结构梁11和第二结构梁12之间具有第一连接角13和第二连接角14，第二结构梁12具有依次连接的第一内壁、第二内壁和第三内壁；第一加强筋20、第二加强筋30和第三加强筋40，第一加强筋20的两端分别与第一连接角13、第二连接角14连接，第二加强筋30的一端和第一加强筋20、第二连接角14连接，第二加强筋30的另一端和第一内壁连接，第三加强筋40的两端分别与第二内壁、第三内壁连接。

采用该方案，和现有技术中图2的铝合金门槛梁相比，将第一加强筋20的两端分别与第一连接角13、第二连接角14连接；将第二加强筋30的一端和第一加强筋20、第二连接角14连接，第二加强筋30的另一端和第一内壁连接；将第三加强筋40的两端分别与第二内壁、第三内壁连接，这种结构方式在满足整体铝合金门槛梁的结构强度的同时，能够对第一加强筋20、第二加强筋30和第三加强筋40的壁厚进行优化设置，使得小于现有技术中的铝合金门槛梁中的加强筋的壁厚，从而达到将铝合金门槛梁减重的目的，同时也满足了铝合金门槛梁的轻量化要求。利用本方案的铝合金门槛梁，能够有效解决现有技术中的铝合金门槛梁过度设计，导致减重效果不明显的问题。

其中，第一内壁和第三内壁相互平行，第一内壁、第三内壁均和第二内壁垂直，第二加强筋30与第一内壁朝向第二内壁的夹角为钝角，第三加强筋40与第二内壁朝向第一内壁的夹角为钝角，第三加强筋40与第三内壁朝向第二内壁的夹角为锐角。

如此设置，使得第二加强筋30、第三加强筋40能够提高铝合金门槛梁本体10的结构强度。

在本实施例中，第二结构梁12包括依次连接的第一梁体121、第二梁体122、第三梁体123、第四梁体124和第五梁体125，第一梁体121和第一结构梁11的一端连接，第五梁体125和第一结构梁11的另一端连接，第一梁体121和第一结构梁11形成第一连接角13，第五梁体125和第一结构梁11形成第二连接角14，第二加强筋30的另一端和第二梁体122连接，第三加强筋40的两端分别和第三梁体123、第四梁体124连接，第二梁体122具有第一内壁，第三梁体123具有第二内壁，第四梁体124具有第三内壁。

采用上述设置方式，将第二加强筋30的另一端和第二梁体122连接，这样能够增强第二梁体122和第一结构梁11的之间的结构强度；将第三加强筋40的两端分别和第三梁体123、第四梁体124连接，这样能够增强第二结构梁12本体的结构强度。

其中，第二加强筋30和第二梁体122的连接处与第二梁体122和第三梁体123的连接处之间的距离为27mm-37mm。

这样设置，将第二加强筋30和第二梁体122的连接处与第二梁体122和第三梁体123的连接处之间的距离限定在上述数值范围内，这样能够进一步保证第二结构梁12的结构强度。优选地，第二加强筋30和第二梁体122的连接处与第二梁体122和第三梁体123的连接处之间的距离为32mm。

在本实施例中，第三加强筋40和第三梁体123的连接处与第二梁体122和第三梁体123的连接处之间的距离为35mm-45mm。

如此设置，将第三加强筋40和第三梁体123的连接处与第二梁体122和第三梁体123的连接处之间的距离限定在上述数值范围内，这样进一步提高了第二梁体122和第三梁体123的结构强度。优选地，第三加强筋40和第三梁体123的连接处与第二梁体122和第三梁体123的连接处之间的距离为40mm。

其中，第三加强筋40和第四梁体124的连接处与第四梁体124和第五梁体125的连接处之间的距离为12mm-20mm。

采用上述设置方式，能够保证第三加强筋40距离第四梁体124和第五梁体125的连接处的长度保持在合理尺寸内，提高了第四梁体124和第五梁体125的连接强度。优选地，第三加强筋40和第四梁体124的连接处与第四梁体124和第五梁体125的连接处之间的距离为16mm。

在本市实施例中，第一加强筋20的壁厚为h1，第二加强筋30的壁厚为h2，第三加强筋40的壁厚为h3，h1＝h2＝h3＝0.8mm-2.5mm。

在本方案中，经过有限元分析后，在保证铝合金门槛梁本体10结构强度的同时，能够将第一加强筋20的壁厚h1，第二加强筋30的壁厚h2，第三加强筋40的壁厚h3，限定在上述范围内，能够有效减轻铝合金门槛梁的整体重量，同时也满足了铝合金门槛梁的轻量化要求。优选地，第一加强筋20的壁厚h1＝2.2mm，第二加强筋30的壁厚h2＝1.5mm，第三加强筋40的壁厚h3＝2.0mm。

具体地，第一结构梁11和第二结构梁12的壁厚均为H，H＝1.6mm-2.5mm。

这样设置，将第一结构梁11和第二结构梁12的壁厚H限定在上述数值范围内，在保证铝合金门槛梁结构强度的同时，能够尽可能地减小第一结构梁11和第二结构梁12的壁厚，从而实现铝合金门槛梁的轻量化要求。

在本实施例中，第一加强筋20的壁厚为h1，第二加强筋30的壁厚为h2，第三加强筋40的壁厚为h3，第一结构梁11和第二结构梁12的壁厚均为H，h1≤H/2，h2≤H/2，h3≤H/2。

采用上述设置方式，能够保证铝合金门槛梁挤压成形。

如图3所示，本实用新型的另一实施例提供了一种车身，车身包括车身A柱50、车身B柱60、座椅横梁70和上述的铝合金门槛梁，铝合金门槛梁的一端和车身A柱50连接，铝合金门槛梁的另一端和车身B柱60连接，铝合金门槛梁的侧壁和座椅横梁70连接。

采用该方案，和现有技术中图2的铝合金门槛梁相比，将第一加强筋20的两端分别与第一连接角13、第二连接角14连接；将第二加强筋30的一端和第一加强筋20、第二连接角14连接，第二加强筋30的另一端和第一内壁连接；将第三加强筋40的两端分别与第二内壁、第三内壁连接，这种结构方式在满足整体铝合金门槛梁的结构强度的同时，能够对第一加强筋20、第二加强筋30和第三加强筋40的壁厚进行优化设置，使得小于现有技术中的铝合金门槛梁中的加强筋的壁厚，从而达到将铝合金门槛梁减重的目的，同时也满足了铝合金门槛梁的轻量化要求。利用本方案的车身，能够有效解决现有技术中车身的铝合金门槛梁过度设计，导致减重效果不明显的问题。

本方案铝合金门槛梁的有限元分析过程如下：

第一步铝型材门槛梁模态及刚度分析，第二步基于模态及刚度的铝型材断面拓扑优化设计，第三步基于模态及刚度的铝型材壁厚尺寸优化设计。铝型材门槛梁模态及刚度分析方法包括铝型材门槛梁约束条件，加载条件及结果提取。

铝型材门槛梁约束条件为两端约束6个自由度，即X、Y、Z三个方向的移动自由度及三个方向的转动自由度。加载条件为模态、侧向刚度、垂向刚度及底部安装点刚度分析。模态为采用normal modes提取前3阶模态，前三阶模态一般为弯曲、扭转及弯扭组合模态，能较好的表征铝型材门槛梁的整体刚性；侧向刚度为铝型材门槛梁外侧面中间位置沿Y方向(指向车身方向)加载1000N的力，主要考虑铝型材门槛梁侧向碰撞时的耐冲击性能，更好保护车身驾驶舱内的安全；垂向刚度为铝型材门槛梁外侧上表面中间位置沿-Z向加载500N的力，两座椅横梁接触面位置沿-Z向加载500N的力，有利于铝型材门槛梁的抗弯刚度，提升车身整体的弯曲刚度；底部安装点刚度为电池安装点位置沿-Z向加载1000N的力，提升电池吊挂点的疲劳强度，提升车身的耐久可靠性。结果提取为hyperview中查看计算结果，提取前3阶模态值mode1、mode2及mode3，侧向刚度最大位移值Dis1，垂向刚度最大位移值Dis2，底部安装点刚度最大位移值Dis3。

基于模态及刚度的铝型材断面拓扑优化设计包括铝型材门槛梁铝型材优化设计空间定义，优化约束的选取及设置，优化目标的选取及设置，型材拓扑优化最小成员尺寸设置。铝型材优化设计空间定义为型材外壁轮廓包含在内的单元，并采用封闭四面体单元完全填充。优化约束的选取及设置为：铝型材门槛梁铝型材一阶模态≥mode1，二阶模态≥mode2，三阶模态≥mode3，侧向刚度最大位移≤Dis1，垂向刚度最大位移≤Dis2，底部安装点刚度位移≤Dis3。优化目标的选取及设置为铝型材门槛梁整体设计空间质量最小化，即Min mass。铝型材门槛梁拓扑优化最小成员尺寸设置为2*单元平均尺寸≤Minmemb≤4*单元平均尺寸。基于模态及刚度的铝型材壁厚尺寸优化设计包括铝型材门槛梁尺寸变量定义及设置，优化约束的选取及设置，优化目标的选取及设置。

铝型材门槛梁变量定义及设置为：铝型材门槛梁外壁料厚0.8-3.5mm；内部加强筋料厚区间0.7-2.5mm。优化约束的选取及设置为：铝型材门槛梁一阶模态≥mode1，二阶模态≥mode2，三阶模态≥mode3，侧向刚度最大位移≤Dis1，垂向刚度最大位移≤Dis2，底部安装点刚度位移≤Dis3。优化目标的选取及设置为铝型材门槛梁质量最小化，即Min mass。按照本专利避免了车身铝型材门槛梁经验设计中存在的过设计或性能不达标问题，实现铝型材车身铝型材门槛梁满足模态及刚度下较好轻量化设计效果。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、筋和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金门槛梁，其特征在于，包括：

铝合金门槛梁本体(10)，所述铝合金门槛梁本体(10)包括相互连接的第一结构梁(11)和第二结构梁(12)，所述第一结构梁(11)和所述第二结构梁(12)之间具有第一连接角(13)和第二连接角(14)，所述第二结构梁(12)具有依次连接的第一内壁、第二内壁和第三内壁；

第一加强筋(20)、第二加强筋(30)和第三加强筋(40)，所述第一加强筋(20)的两端分别与所述第一连接角(13)、所述第二连接角(14)连接，所述第二加强筋(30)的一端和所述第一加强筋(20)、所述第二连接角(14)连接，所述第二加强筋(30)的另一端和所述第一内壁连接，所述第三加强筋(40)的两端分别与所述第二内壁、所述第三内壁连接。

2.根据权利要求1所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第一内壁和所述第三内壁相互平行，所述第一内壁、所述第三内壁均和所述第二内壁垂直，所述第二加强筋(30)与所述第一内壁朝向所述第二内壁的夹角为钝角，所述第三加强筋(40)与所述第二内壁朝向所述第一内壁的夹角为钝角，所述第三加强筋(40)与所述第三内壁朝向所述第二内壁的夹角为锐角。

3.根据权利要求1所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第二结构梁(12)包括依次连接的第一梁体(121)、第二梁体(122)、第三梁体(123)、第四梁体(124)和第五梁体(125)，所述第一梁体(121)和所述第一结构梁(11)的一端连接，所述第五梁体(125)和所述第一结构梁(11)的另一端连接，所述第一梁体(121)和所述第一结构梁(11)形成所述第一连接角(13)，所述第五梁体(125)和所述第一结构梁(11)形成所述第二连接角(14)，所述第二加强筋(30)的另一端和所述第二梁体(122)连接，所述第三加强筋(40)的两端分别和所述第三梁体(123)、所述第四梁体(124)连接，所述第二梁体(122)具有所述第一内壁，所述第三梁体(123)具有所述第二内壁，所述第四梁体(124)具有所述第三内壁。

4.根据权利要求3所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第二加强筋(30)和所述第二梁体(122)的连接处与所述第二梁体(122)和所述第三梁体(123)的连接处之间的距离为27mm-37mm。

5.根据权利要求3所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第三加强筋(40)和所述第三梁体(123)的连接处与所述第二梁体(122)和所述第三梁体(123)的连接处之间的距离为35mm-45mm。

6.根据权利要求5所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第三加强筋(40)和所述第四梁体(124)的连接处与所述第四梁体(124)和所述第五梁体(125)的连接处之间的距离为12mm-20mm。

7.根据权利要求1所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第一加强筋(20)的壁厚为h1，所述第二加强筋(30)的壁厚为h2，所述第三加强筋(40)的壁厚为h3，h1＝h2＝h3＝0.8mm-2.5mm。

8.根据权利要求1所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第一结构梁(11)和第二结构梁(12)的壁厚均为H，H＝1.6mm-2.5mm。

9.根据权利要求1所述的铝合金门槛梁，其特征在于，所述第一加强筋(20)的壁厚为h1，所述第二加强筋(30)的壁厚为h2，所述第三加强筋(40)的壁厚为h3，所述第一结构梁(11)和第二结构梁(12)的壁厚均为H，h1≤H/2，h2≤H/2，h3≤H/2。

10.一种车身，其特征在于，所述车身包括车身A柱(50)、车身B柱(60)、座椅横梁(70)和权利要求1至9中任一项所述的铝合金门槛梁，所述铝合金门槛梁的一端和所述车身A柱(50)连接，所述铝合金门槛梁的另一端和所述车身B柱(60)连接，所述铝合金门槛梁的侧壁和所述座椅横梁(70)连接。