DE102013218142A1

DE102013218142A1 - Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013218142A1
Application number: DE102013218142.6A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Matsuda; Jun Watanabe
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-03-27
Also published as: US10077080B2; CN103661608A; US20140084633A1; JP2014080183A; JP6148915B2; US20150042126A1; CN103661608B

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug (1) weist auf: einen Hauptrahmen mit mehreren Elementen, und ein aus einem verstärkten Harz hergestelltes Verstärkungselement (20), das an einer Verbindungsstelle angeordnet ist, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, oder an einer Verbindungsstelle, wo ein oder zwei Elemente sich von irgendwelchen von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der am 26. September 2012 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-212351 und der am 1. Juli 2013 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-138270 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hauptrahmen, der mehrere Elemente aufweist.
Herkömmlich sind in einem Fahrzeug mit einem Hauptrahmen, der mehrere Elemente aufweist, beispielsweise in einem Fahrzeug mit einer Monocoque-Struktur, Außen- und Innenwände, die den Hauptrahmen des Fahrzeugs bilden, aus Stahlblech (aus hochfestem oder ultrahochfestem Stahlblech), Eisenblech, Aluminiumblech oder dergleichen hergestellt. Um zu gewährleisten, dass ein Fahrzeuginsassenraum hinsichtlich eines unmittelbaren Aufpralls von vorne oder von der Seite oder hinsichtlich einer versetzten Kollision sicher ist, ist es erforderlich, dass eine derartige Monocoque-Struktur eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit besitzt (bezüglich einer Kraftübertragung).
Andererseits ist, wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, eine Fahrstabilität erforderlich, die durch eine Lastübertragung beeinflusst wird. Daher ist ein Gleichgewicht zwischen einer Fahrstabilität und einer Kollisionssicherheit erforderlich, die durch die Festigkeit oder Widerstandsfähigkeit bezüglich einer Kollision beeinflusst wird, wie vorstehend beschrieben wurde.
Außerdem ist es erforderlich, zu verhindern, dass aufgrund von Vibration und dergleichen Geräusche entstehen und übertragen werden. Außerdem weist das Fahrzeug mit einer Monocoque-Struktur Frontsäulen, Dachseitenträger, Mittelsäulen, Türschweller und dergleichen auf. Um eine Last oder eine Aufprallkraft, die auf die entsprechenden Elemente ausgeübt wird, effizient zu verteilen, ist eine ausreichende Verbindungssteifigkeit an einer Verbindungsstelle der jeweiligen Elemente und an einem Biegungsabschnitt erforderlich, an dem die Kraftübertragungsrichtung geändert wird.
Beispielsweise ist in der JP-A-2000-108930 eine untere Struktur einer Fahrzeugseite beschrieben, die eine Kollisionslast von der Vorderseite oder von der Seite eines Fahrzeugs sicher auf andere Elemente verteilt und überträgt und eine durch die Kollision verursachte Verformung unterdrückt.
In der JP-A-2001-71948 ist eine Struktur beschrieben, die an einer Dachseite auf einer Seite des Fahrzeugs ein Dachseitenträgerverstärkungselement und an einem Türschweller ein Schwellerfestigkeitsregulierungselement aufweist und den Fahrzeugverformungsmodus im Fall eines Seitenaufpralls ändert.
In der JP-A-2004-123036 ist dagegen eine Technik zum Herstellen einer Innenwand und/oder einer Außenwand aus faserverstärktem Kunststoff in einer Struktur zum Befestigen eines Sicherungskabelstrangs an einer Fahrzeugkarosserie beschrieben.
Der Fahrzeugrahmen in den vorstehend erwähnten drei ungeprüften japanischen Patentanmeldungen hat jedoch hinsichtlich der Fahrstabilität und der Kollisionssicherheit eine unzureichende Festigkeit und Steifigkeit.
Außerdem kann der Fahrzeugrahmen in den vorstehend erwähnten drei ungeprüften japanischen Patentanmeldungen nicht verhindern, dass aufgrund von Vibration oder dergleichen erzeugte Geräusche entstehen und übertragen werden. Außerdem hat der Fahrzeugrahmen keine ausreichende Verbindungssteifigkeit zum geeigneten Übertragen einer auf eine Verbindungsstelle zwischen Elementen und einen Biegungsabschnitt eines Elements ausgeübten Kraft.
Daher ist es eine exemplarische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug bereitzustellen, durch das ein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Steifheit des Fahrzeugrahmens hinsichtlich der Fahrstabilität und der Kollisionssicherheit erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben; es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Rahmens eines Fahrzeugs gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
2 eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei teilweise ein Querschnitt des Fahrzeugrahmens dargestellt ist;
4 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zum Darstellen des schematischen Querschnitts in der durch einen Pfeil IV in 3 dargestellten Richtung;
5A eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5B eine schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens entlang einer Doppelpunkt-Strich-Linie VB-VB in 5A;
6 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
8 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
9 eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht eines Teils des Fahrzeugs gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
10 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer siebenten Ausführungsform der Erfindung;
11 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
12 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
13 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
14 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung;
15 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrahmens gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung
16 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Darstellen eines Querschnitts des Fahrzeugrahmens entlang einer Linie XVI-XVI in 15;
17 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung;
18 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung;
19 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung;
20 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung;
21 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der Erfindung;
22 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der Erfindung;
23 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der Erfindung;
24 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer neunzehnten Ausführungsform der Erfindung;
25 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer zwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
26 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer einundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
27 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrahmens gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung
28 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung zum Darstellen eines Querschnitts des Fahrzeugrahmens entlang einer Linie XXVIII-XXVIII in 27;
29 eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung;
30 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
31 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
32 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer vierundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
33 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
34 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
35 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung;
36 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer achtundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung; und
37 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer neunundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt einen Rahmen eines Fahrzeugs 1 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. Der Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 wird nachstehend unter Bezug auf 1 beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs 1 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Mehrere Elemente bilden einen Hauptrahmen des Fahrzeugs 1. Der Hauptrahmen weist eine Frontsäule 10, einen Dachseitenträger 11, eine Mittelsäule 12, einen Türschweller 13 und dergleichen auf.
Die Frontsäule 10 bildet einen Frontabschnitt, der einen Fahrzeuginsassenraum des Fahrzeugs 1 definiert. Die Frontsäule 10 ist derart angeordnet, dass sie eine Seite einer Frontscheibe hält. Die Frontsäule 10 erstreckt sich von einem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt des Fahrzeugs 1 und ist mit dem Dachseitenträger 11 und mit dem Türschweller 13 verbunden.
Der Dachseitenträger 11 erstreckt sich in Längsrichtung entlang eines oberen Abschnitts, der den Fahrzeuginsassenraum des Fahrzeugs 1 definiert und einen Seitenabschnitt eines Dachs des Fahrzeugs 1 bildet.
Die Mittelsäule 12 ist eine zwischen einer vorderen Tür und einer hinteren Tür des Fahrzeugs 1 angeordnete pfostenförmige Säule und derart angeordnet, dass sie sich an der Seite des Fahrzeugs 1 zwischen dem Dachseitenträger 11 und dem Türschweller 13 vertikal erstreckt.
Der Türschweller 13 ist derart angeordnet, dass er sich an einem unteren Abschnitt der Seite des Fahrzeugs 1 in Längsrichtung erstreckt.
Die jeweiligen Elemente weisen ferner mehrere Elemente auf, wie beispielsweise eine Kombination aus einem Innenelement und einem Außenelement und eine Kombination aus dem Innen- und dem Außenelement und einer zwischen dem Innen- und dem Außenelement angeordneten Verstärkung (einem Verstärkungselement).
2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht eines Teils eines Fahrzeugs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Der Teil des Fahrzeugs, der eine Monocoque-Struktur hat, weist einen Frontsäulenaußenabschnitt 10A, einen Dachseitenträgeraußenabschnitt 11A, einen Mittelsäulenaußenabschnitt 12A und einen Türschwelleraußenabschnitt 13A auf. Die Querschnitte von Verbindungsabschnitten unter den jeweiligen Abschnitten sind im Wesentlichen U-förmig oder C-förmig ausgebildet.
Das Verstärkungselement wird in einem Abschnitt, in dem drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen (nachstehend als ”Dreielement-Verbindungsstelle” bezeichnet), oder in einem Abschnitt bereitgestellt, an dem ein oder zwei Elemente sich von irgendeiner von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen (nachstehend als ”Dreiwege-Verbindungsstelle eines oder zweier Elemente” bezeichnet). Gemäß dem ersten Aspekt wird ein Verstärkungselement 20 im Miitelsäulenaußenabschnitt 12A an der Dreiwege-Verbindungsstelle der beiden Elemente bereitgestellt. Das Verstärkungselement 20 ist aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFPR) hergestellt.
Weil ein Teil des Fahrzeugrahmens auf die vorstehend beschriebene Weise konstruiert ist, kann das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement vorzugsweise eine geeignete Festigkeit bezüglich einer Kollision beibehalten. Außerdem ist die inhärente Steifigkeit von CFRP für eine Lastübertragung ausreichend.
Außerdem kann, weil das Verstärkungselement 20 eine sich in drei Richtungen erstreckende Struktur hat, die mit CFRP gefüllt ist, das Verstärkungselement 20 durch Vibration oder dergleichen erzeugte Geräusche absorbieren und als ein schalldämpfendes und ein vibrationsdämpfendes Material dienen.
Daher kann unter Verwendung des Verstärkungselements 20 im Fahrzeugrahmen ein Gleichgewicht zwischen der Kollisionssicherheit und der Fahrstabilität erzielt werden. Bislang ist ein Stahlblech, ein Eisenblech, ein Aluminiumblech oder dergleichen zum Verstärken von Fahrzeugrahmen verwendet worden. Weil im Fahrzeugrahmen gemäß dem ersten Aspekt CFRP verwendet wird, der ein leichtes Gewicht hat, kann das Gesamtgewicht des Fahrzeugs 1 vermindert werden. Außerdem ist es, weil CFRP als schalldämpfendes und vibrationsdämpfendes Material dient, möglich, eine schalldämpfende Wirkung und eine vibrationsdämpfende Wirkung für den Fahrgastraum des Fahrzeugs bereitzustellen.
Beispielsweise wird, wenn eine momentane Kraft von einer Seitenrichtung des Fahrzeugs auf die Mittelsäule 12 ausgeübt wird, falls im Verbindungsabschnitt zwischen der Mittelsäule 12 und dem Türschweller 13 kein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit zum Stützen einer Dreiwege-Verbindungsstelle der beiden Elemente und der Steifigkeit zum Übertragen der Kraft zur Dreiwege-Verbindungsstelle erzielt wird, die auf die Mittelsäule 12 ausgeübte Kraft nicht effektiv zu den anderen Elemente übertragen. Der Verbindungsabschnitt hat eine unzureichende Festigkeit. Infolgedessen kann ein Fall auftreten, in dem die Mittelsäule 12 gebogen wird. Gemäß dem ersten Aspekt kann jedoch, indem ein Verstärkungsharz derart bereitgestellt wird, dass ein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Steifigkeit erzielt wird, die auf die Mittelsäule 12 ausgeübte Kraft effektiv zu den anderen Elementen übertragen und verhindert werden, dass die Mittelsäule 12 gebogen wird.
Außerdem kann ein Verstärkungselement derart bereitgestellt werden, dass es ein oberes Ende der Mittelsäule 12 mit dem Dachseitenträger 11 verbindet. In diesem Fall kann, weil eine von einer Seitenrichtung ausgeübte Kraft über das Verstärkungselement zu vorderen und hinteren Fahrzeugabschnitten des Dachseitenträgers 11 verteilt wird, verhindert werden dass der Dachseitenträger 11 durch die Mittelsäule 12 zerbrochen wird.
Die Erfindung kann nicht nur auf die Verbindungsstelle angewendet werden, an der die äußere Kraft übertragen werden muss, wie vorstehend erwähnt wurde, und die eine Festigkeit bezüglich der äußeren Kraft haben muss, beispielsweise nicht nur auf die Verbindungsstelle der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 oder des Türschwellers 13, sondern auch auf einen Verbindungsabschnitt und eine Dreiwege-Verbindungsstelle in einem vorderen Seitenelement, einer Versteifung oder einem Mitteltunnel. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf eine Kombination aus einem Seitenschweller und einer Torque-Box, eine Kombination aus einem Türschweller und einer A-Säule, eine Kombination aus einem Türschweller und einer B-Säule, eine Kombination aus einem Seitenschweller und einem Querträger, eine Kombination aus einer A-Säule und einem oberen Rahmen, eine Kombination aus einer A-Säule (oder einer Seitenwand) und einer vorderen Dachschiene (einem lateralen Querträger), eine Kombination aus einer Seitenwand und einer Dach-Mittelstrebe (einem lateralen Querträger) und eine Kombination aus einer C-Säule oder einer D-Säule (oder einer Seitenwand) und einer hinteren Dachschiene (einem lateralen Querträger) angewendet werden.
Wenn im Verbindungsquerschnitt an der Verbindungsstelle ein Zwischenraum vorhanden ist, wird das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement in den Zwischenraum eingefügt und werden die jeweiligen Elemente durch das Verstärkungselement miteinander verbunden, so dass der Verbindungsquerschnitt die Anforderungen für die Festigkeit und Steifigkeit erfüllen kann.
Obwohl gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP) verwendet wird, kann gemäß dem ersten Aspekt faserverstärkter Kunststoff (FRP), kohlenstofffaserverstärkter warmhärtender Kunststoff (CFRTS) oder kohlenstofffaserverstärkter Thermoplast (CFRTP) verwendet werden. Diese Materialien können gemäß den Festigkeits- und Steifigkeitskenngrößen oder anderen Kenngrößen verwendet werden, die für die jeweiligen Abschnitte des Fahrzeugs erforderlich sind.
Obwohl das Verstärkungselement 20 gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die mit CFRP verfüllte, sich in drei Richtungen erstreckende Struktur hat, muss das in das Verstärkungselement 20 einzufügende Material nicht CFRP sein, sondern kann ein Schaumstoffmaterial sein. Dies ermöglicht es, ein Schaumstoffmaterial zu verwenden, das eine bessere schalldämpfende Wirkung und eine bessere schwingungsdämpfende Wirkung hat.
Nachstehend werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung, d. h. eine erste bis neunte Ausführungsform unter Bezug auf die 3 bis 12 beschrieben.
Erste Ausführungsform
3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei teilweise ein Querschnitt des Fahrzeugrahmens dargestellt ist.
Das Verstärkungselement 20 ist in einen unteren Abschnitt eines Mittelsäulenaußenabschnitts 12A eingepasst, der einen U-förmigen Querschnitt hat. Das Verstärkungselement 20 hat eine für einen Eingriff mit dem unteren Abschnitt des Mittelsäulenaußenabschnitt 12A geeignete Größe. Der untere Abschnitt ist durch eine Dreiwege-Verbindungsstelle definiert. Das Verstärkungselement 20 ist aus CFRP hergestellt. Es ist nicht notwendig, das Verstärkungselement 20 für den gesamten Mittelsäulenaußenabschnitt 12A bereitzustellen. Das Verstärkungselement 20 ist im Biegungsabschnitt des Mittelsäulenaußenabschnitts 12A derart angeordnet, dass es eine gemäß der erforderlichen Festigkeit und Steifigkeit bestimmte Länge hat.
4 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zum Darstellen des Querschnitts in der durch einen Pfeil IV in 3 dargestellten Richtung. Wie in 4 dargestellt ist, ist das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement 20 auf einer Innenwand des Mittelsäulenaußenabschnitts 12A derart angeordnet, dass ein Teil des Verstärkungselements 20 fast mit der Innenwand in Kontakt kommt, und derart, dass zwischen dem Verstärkungselement 20 und einem sich nach außen erstreckenden Vorsprung des Mittelsäulenaußenabschnitts 12A ein Zwischenraum definiert wird.
Zweite Ausführungsform
5A zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. 5B zeigt eine Querschnittansicht des Teils entlang einer Doppelpunkt-Strich-Linie VB-VB in 5A. 5A und 5B zeigen, dass ein Außenelement und ein Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle der beiden Elemente miteinander in Eingriff stehen, um ein rohrförmiges Element 31 zu definieren, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 21 in einem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 angeordnet ist. D. h., das Verstärkungselement 21 ist im zwischen dem Innen- und dem Außenelement definierten rohrförmigen Hohlraum mit einem Zwischenraum angeordnet, in dem das Verstärkungselement 21 fast mit den Innenseitenwänden der Innen- und der Außenwand in Kontakt kommt.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 21 eine Form, die fast mit einem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 in Kontakt kommt, der durch das Außenelement und das Innenelement definiert ist, d. h. fast mit den Innenseitenwänden des Außen- und des Innenelements in Kontakt kommt. Außerdem ist, wie in 5A dargestellt ist, das Verstärkungselement 21 nicht in einem rechtsseitigen Raum bezüglich eines sich nach unten erstreckenden Vorsprungs des rohrförmigen Elements 31 angeordnet. D. h., das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement 21 ist in einem sich nach unten erstreckenden Vorsprung des rohrförmigen Elements 31 und in einem linksseitigen Raum bezüglich des sich nach unten erstreckenden Vorsprungs an der Dreiwege-Verbindungsstelle angeordnet. D. h., das Verstärkungselement ist nur in einem Zweiwege-Abschnitt der Verbindungsstelle angeordnet, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Hierbei kann das Verstärkungselement 21 mit dem Außenelement oder mit dem Innenelement gegebenenfalls durch einen Klebstoff oder durch Schrauben verbunden werden.
Wenn eine Aufpralllast auf das rohrförmige Element 31 ausgeübt wird, wird der Zwischenraum zwischen dem Verstärkungselement 21 und dem Innen- und dem Außenelement eliminiert, so dass die Aufprallkraft direkt zum rohrförmigen Element 31 übertragen wird. Weil das Verstärkungselement 21 in 5A nicht im rechtsseitigen Raum im rohrförmigen Element 31 angeordnet ist, kann verhindert werden, dass die Aufprallkraft zum rechtsseitigen Raum übertragen wird.
Dritte Ausführungsform
6 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 6 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 22 in einem Hohlraum in einem rohrförmigen Element 31 angeordnet ist.
Gemäß einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 22 eine Form, die mit einem Hohlraum im durch das Außenelement und das Innenelement definierten rohrförmigen Element 31 fast in Kontakt kommt. Wie in 6 dargestellt ist, existiert jedoch ein Zwischenraum zwischen einer oberen Innenwand des rohrförmigen Elements 31 und dem Verstärkungselement 22. D. h., wenn die Dreiwege-Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, eine rechte und eine linke Ausdehnung und eine untere Ausdehnung aufweist, wird zwischen dem Verstärkungselement 22 und der rechten und der linken Ausdehnung der Dreiwege-Verbindungsstelle ein Zwischenraum definiert, so dass das Verstärkungselement 22 eine Hälfte der Höhen der rechten und der linken Ausdehnung ausfüllt.
Hierbei kann das Verstärkungselement 22 mit dem Außenelement oder mit dem Innenelement gegebenenfalls durch einen Klebstoff oder durch Schrauben verbunden werden.
Wenn eine Aufpralllast auf das rohrförmige Element 31 ausgeübt wird, wird der Zwischenraum zwischen dem Verstärkungselement 22 und dem Innen- und dem Außenelement des rohrförmigen Elements 31 eliminiert, so dass die Aufprallkraft direkt zum rohrförmigen Element 31 übertragen wird. Weil, wie in 6 dargestellt ist, ein Zwischenraum zwischen der oberen Innenwand des rohrförmigen Elements 31 und dem Verstärkungselement 22 vorhanden ist, kann die Größe des Verstärkungselements 22 vermindert werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Vierte Ausführungsform
7 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. 7 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 23 in einem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 23 eine Form, die fast mit dem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 in Kontakt kommt, d. h. mit den Innenseitenwänden des Innen- und des Außenelements. Die Längen der Zweigabschnitte des Verstärkungselements 23 sind jedoch gemäß der erforderlichen Festigkeit und Steifigkeit bestimmt.
Fünfte Ausführungsform
8 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung. 8 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 24 in einem Hohlraum in einem rohrförmigen Element 31 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 24 eine Form, die fast mit dem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 in Kontakt kommt, d. h. mit den Innenseitenwänden des Innen- und des Außenelements. Wie in 8 dargestellt ist, ist jedoch ein halbkugelförmiger konkaver Raum zwischen der oberseitigen Wand des rohrförmigen Elements 31 und dem Verstärkungselement 24 an einer Position definiert, die einem sich nach unten erstreckenden Vorsprung des rohrförmigen Elements 31 gegenüberliegt. D. h., das rohrförmige Element 31 weist eine rechte und eine linke Ausdehnung und eine untere Ausdehnung an der Dreiwege-Verbindungsstelle auf, wo drei Elemente unter den mehreren Elementen sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen. Daher kann das Verstärkungselement mit einem halbkugelförmigen konkaven Abschnitt eine gewünschte Lastübertragung bewirken.
Sechste Ausführungsform
9 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung. 9 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 25 in einem Hohlraum in einem rohrförmigen Element 31 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 25 eine Form, die fast mit dem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 in Kontakt kommt, d. h. mit den Innenseitenwänden des Innen- und des Außenelements. Wie in 9 dargestellt ist, hat jedoch ein unterer Abschnitt des Verstärkungselements 25 eine Form, deren Breite nach abwärts gerichtet an einer Position graduell abnimmt, die dem sich nach unten erstreckenden Vorsprung des rohrförmigen Elements 31 zugewandt ist. Diese Form ermöglicht eine gewünschte Lastübertragung.
Siebente Ausführungsform
10 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer siebenten Ausführungsform der Erfindung. 10 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 26 in einem Hohlraum in einem rohrförmigen Element 31 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 26 eine Form, die fast mit dem Hohlraum im rohrförmigen Element 31 in Kontakt kommt, d. h. mit den Innenseitenwänden des Innen- und des Außenelements. Wie in 10 dargestellt ist, hat jedoch die linke Seite des Verstärkungselements 26 eine Form, deren Breite zur linken Seite des rohrförmigen Verstärkungselements 31 hin graduell abnimmt. Diese Form ermöglicht eine gewünschte Lastübertragung.
Obwohl in der sechsten Ausführungsform (9) eine Form, deren Größe graduell abnimmt, an der unteren Ausdehnung des Verstärkungselements 25 bereitgestellt wird, und in der siebenten Ausführungsform (10) eine Form, deren Größe graduell abnimmt, an der linken Ausdehnung des Verstärkungselements 26 bereitgestellt wird, sind die Formen nicht darauf beschränkt. Das Verstärkungselement kann eine Form haben, deren Größe in einer beliebigen Richtung an der Dreiwege-Verbindungsstelle graduell abnimmt, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Achte Ausführungsform
11 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung. 11 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 27 in Hohlräumen in rohrförmigen Elementen 32, 33 und 34 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 27 eine Form, die mit den rohrförmigen Elementen 32, 33 und 34 verbindbar ist, um Anforderungen der rohrförmigen Elemente 32, 33 und 34 zu erfüllen. In der achten Ausführungsform hat das rohrförmige Element 32 eine Form, die das Verstärkungselement 27 weitgehend abdecken kann. Diese Form ermöglicht eine gewünschte Lastübertragung.
Neunte Ausführungsform
12 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung. 12 zeigt, dass das Außenelement und das Innenelement an der Dreiwege-Verbindungsstelle des Rahmens des Fahrzeugs 1 miteinander in Eingriff stehen, und dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 28 in einem Hohlraum in rohrförmigen Elementen 35, 36 und 37 angeordnet ist.
Bei einer derartigen Konfiguration hat das Verstärkungselement 28 eine Form, die mit den rohrförmigen Elementen 35, 36 und 37 verbindbar ist, um Anforderungen der rohrförmigen Elemente 35, 36 und 37 zu erfüllen. Diese Form ermöglicht eine gewünschte Lastübertragung.
Mit der vorstehenden Konfiguration können die Festigkeit und die Steifigkeit der Dreiwege-Verbindungsstelle dreier Elemente oder der Dreiwege-Verbindungsstelle eines oder zweier Elemente unter Verwendung des Verstärkungselements 28 eingestellt werden.
Zehnte Ausführungsform
13 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Ein Seitenstrukturkörper 100 ist eine kontinuierlich ausgebildete Außenwand. Der Seitenstrukturkörper 100 wird durch kontinuierliches Verbinden beispielsweise eines Frontsäulenaußenelements, eines Dachseitenträgeraußenelements, eines Mittelsäulenaußenelements und eines Türschwelleraußenelements miteinander ausgebildet. Der Seitenstrukturkörper 100 ist aus einem Metallmaterial hergestellt. In der zehnten Ausführungsform ist das Verstärkungselement 20 in einer Dreiwege-Verbindungsstelle oder in einem Biegungsabschnitt angeordnet, wo drei Elemente des Seitenstrukturkörpers 100 sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Weil das Verstärkungselement 20 im Biegungsabschnitt des aus einem Metallmaterial hergestellten Seitenstrukturkörpers 100 angeordnet ist, wird eine Kraft, die auf den Biegungsabschnitt ausgeübt wird, in dem das Verstärkungselement 20 angeordnet ist, zum aus einem Metallmaterial und kontinuierlich ausgebildeten Seitenstrukturkörper 100 übertragen, so dass die Kraft effektiv weiter verteilt werden kann. Außerdem können, weil der Seitenstrukturkörper 100 kontinuierlich ausgebildet ist, die Steifigkeit und die Festigkeit erhöht werden.
Elfte Ausführungsform
14 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung. 14 zeigt, dass ein aus CFRP hergestelltes Verstärkungselement 120 in einem Biegungsabschnitt 130 eines Rahmens des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Der Biegungsabschnitt 130 definiert einen rohrförmigen Hohlraum, und ein Außen- und ein Innenelement stehen im rohrförmigen Hohlraum miteinander in Eingriff. Ein aus einem Metallmaterial hergestelltes oberseitiges Metallverstärkungselement 140, ein aus einem Metallmaterial hergestelltes rechtsseitiges Metallverstärkungselement 141 und ein aus einem Metallmaterial hergestelltes linksseitiges Metallverstärkungselement 142 sind im rohrförmigen Hohlraum im Biegungsabschnitt 130 angeordnet, der in 14 eine obere Ausdehnung und eine rechte und eine linke Ausdehnung aufweist. Das ober-, das rechts- und das linksseitige Metallverstärkungselement 140, 141 und 142 sind mit dem Verstärkungselement 120 verbunden. In der elften Ausführungsform hat der Biegungsabschnitt 130 eine dreidimensionale Struktur. Das aus einem Metallblech hergestellte oberseitige Metallverstärkungselement 140 steht mit einem oberen Außenumfang des mit CFRP gefüllten Verstärkungselements 120 in Eingriff, während das rechts- und das linksseitige Metallverstärkungselement 141 und 142 mit dem rechten und dem linken Außenumfang des Verstärkungselements 120 in Eingriff stehen.
Weil das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement 120 im Biegungsabschnitt 130 des Fahrzeugrahmens 1 angeordnet ist und die Enden des Biegungsabschnitts 130 durch das ober-, das rechts- und das linksseitige Metallelement 140, 141 und 142 konstruiert sind, können die Festigkeit und die Steifigkeit des Biegungsabschnitts 130 weiter verbessert werden.
Nachstehend wird ein zweiter Aspekt des erfindungsgemäßen Verstärkungselements beschrieben. 15 und 16 zeigen den Rahmen eines Fahrzeugs 1 gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Der zweite Aspekt der Erfindung wird unter Bezug auf die 15 und 16 beschrieben. 15 zeigt ein Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Die Konstruktionselemente des Fahrzeugs in 15, die denjenigen des Fahrzeugs in 1 gleichen, sind, wo geeignet, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht näher beschrieben.
Die jeweiligen Elemente beinhalten mehrere Elemente, z. B. eine Kombination aus einem Innen- und einem Außenelement und eine Kombination aus einem Innen- und einem Außenelement und einer zwischen dem Innen- und dem Außenelement angeordneten Verstärkung (einem Verstärkungselement). Gemäß dem zweiten Aspekt ist die Verstärkung aus CFRP hergestellt.
16 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Darstellen eines Querschnitts des Fahrzeugrahmens entlang einer Linie XVI-XVI in 15. Ein Mittelsäuleninnenelement 121, das als ein Innenelement dient, ist mit einer Seitenaußenwand 122 verbunden, die als ein Außenelement dient. Mittelsäulenaußenverstärkungen 123 und 124, die als Verstärkungselemente dienen, sind zwischen dem Mittelsäuleninnenelement 121 und der Seitenaußenwand 122 angeordnet.
Die Mittelsäulenaußenverstärkungen 123 und 124 sind aus CFRP hergestellt. Die Seitenaußenwand 122 ist aus einem Metallmaterial hergestellt.
Enden des Mittelsäuleninnenelements 121 und der Seitenaußenwand 122 sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration kann die zwischen dem Innen- und dem Außenelement angeordnete, aus CFRP hergestellte Verstärkung (Verstärkungselement) eine geeignete Festigkeit bei einer Kollision aufrechterhalten. Die inhärente Steifigkeit von CFRP kann eine geeignete Lastübertragung bewirken.
Daher kann der Fahrzeugrahmen unter Verwendung des aus CFRP hergestellten Verstärkungselements ein Gleichgewicht zwischen einer Kollisionssicherheit und einer Fahrstabilität bereitstellen. Weil die herkömmliche Verstärkung unter Verwendung eines Stahlblechs, eines Eisenblechs, eines Aluminiumblechs oder dergleichen durch die Verwendung von leichtgewichtigem CFRP ersetzt wird, kann das Gesamtgewicht des Fahrzeugs 1 vermindert werden.
Beispielsweise wird, wenn eine plötzliche Kraft von der Vorderseite des Fahrzeugs auf die Frontsäule 10 ausgeübt wird, falls der Biegungsabschnitt der Frontsäule 10 kein Gleichgewicht zwischen einer Festigkeit zum Halten des Biegungsabschnitts und einer Steifigkeit zum Übertragen der Kraft zum Biegungsabschnitt bereitstellt, die auf die Frontsäule 10 ausgeübte Kraft nicht effektiv zu den anderen Elementen übertragen. Die Festigkeit des Biegungsabschnitts wird unzureichend. Infolgedessen kann ein Fall auftreten, in dem die Frontsäule 10 verbogen wird. Gemäß dem zweiten Aspekt kann jedoch, indem ein verstärktes Harzmaterial derart konfiguriert wird, dass ein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Steifigkeit erzielt wird, die auf die Frontsäule 10 ausgeübte Kraft effektiv auf die anderen Elemente übertragen und verhindert werden, dass die Frontsäule 10 verbogen wird.
Außerdem wird eine von der Vorderseite des Fahrzeugs ausgeübte Kraft zu einem Stoßfänger und zu einem an der Innenseite des rechten und des linken Vorderrades angeordneten vorderen Seitenelement übertragen und zu einer zwischen der Frontsäule 10 und dem vorderen Seitenelement verbundenen Versteifung übertragen, so dass die Kraft auf die Frontsäule 10, den Türschweller 13, einen Mitteltunnel und dergleichen übertragen wird. Daher nimmt der Frontabschnitt des Fahrzeugs nicht die gesamte von der Vorderseite des Fahrzeugs ausgeübte Kraft auf, sondern kann ein Teil der Kraft zum hinteren Abschnitt des Fahrzeugs übertragen werden.
Die Erfindung kann nicht nur auf ein Element angewendet werden, das dazu geeignet ist, eine äußere Kraft zu übertragen und eine Festigkeit bezüglich der äußeren Kraft aufweist, beispielsweise nicht nur auf ein Element wie die Frontsäule 10, den Dachseitenträger 11, die Mittelsäule 12 oder den Türschweller 13, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, sondern auch auf ein Element wie ein vorderes Seitenelement, eine Versteifung oder ein Mitteltunnel. Außerdem ist es möglich, die Erfindung auf eine Kombination aus einem Seitenschweller und einer Torque-Box, eine Kombination aus einem Türschweller und einer A-Säule, eine Kombination aus einem Türschweller und einer B-Säule, eine Kombination aus einem Seitenschweller und einem Querträger, eine Kombination aus einer A-Säule und einem oberen Rahmen, eine Kombination aus einer A-Säule (oder einer Seitenwand) und einer vorderen Dachschiene (einem sich in Querrichtung erstreckenden Querträger), eine Kombination aus einer Seitenwand und einer Dachmittelstrebe (einem sich in Querrichtung erstreckenden Querträger) und eine Kombination aus einer C-Säule oder einer D-Säule (oder einer Seitenwand) und einer hinteren Dachschiene (einem sich in Querrichtung erstreckenden Querträger) anzuwenden.
Wenn ein Zwischenraum im Verbindungsabschnitt dieser Elemente vorhanden ist, wird das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement in den Zwischenraum eingefügt, um den Verbindungsabschnitt zu verstärken, und die jeweiligen Elemente werden durch das Verstärkungselement miteinander verbunden, um zu ermöglichen, dass der Verbindungsabschnitt die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit erfüllt.
Normalerweise ist der Fahrzeugrahmen aus Stahlblechen hergestellt, die verschiedene Festigkeiten und Steifigkeiten haben. Daher kann durch Verwendung verschiedenartiger hochfester Stahlbleche oder ultrahochfester Stahlbleche ein Kollisionssicherheitsstandard bereitgestellt werden.
Andererseits kann die Erfindung in dem Fall verwendet werden, in dem mehrere Arten hochfester Stahlbleche oder ultrahochfester Stahlbleche aufgrund von Umständen oder Umgebungen in einer Fertigungsfabrik nicht verfügbar sind. D. h., gemäß dem zweiten Aspekt ist es möglich, die jeweiligen Abschnitte des Fahrzeugrahmens, die eine bestimmte Festigkeit und Steifigkeit erfordern, unter Verwendung der Verstärkung zu konstruieren, die aus wenigen Arten hochfester Stahlbleche oder ultrahochfester Stahlbleche hergestellt ist.
Gemäß dem zweiten Aspekt ist es möglich, die Festigkeit und die Steifigkeit durch Ändern der Dicke der aus einem Metallmaterial hergestellten Seitenaußenwand 122, einer Dicke der aus CFRP hergestellten Verstärkung und einer Faserrichtung bei der Herstellung und Verarbeitung eines Harzes oder eines synthetischen Materials einzustellen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit unter Verwendung von CFRP zu erhalten, auch wenn nur ein paar Arten von Stahlblechen verfügbar sind, d. h., auch wenn nicht mehrere Arten von Stahlblechen mit einer geeigneten Festigkeit oder dergleichen verfügbar sind.
Obwohl gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP) verwendet wird, kann gemäß dem zweiten Aspekt faserverstärkter Kunststoff (FRP), kohlenstofffaserverstärkter warmhärtender Kunststoff (CFRTS) oder kohlenstofffaserverstärkter Thermoplast (CFRTP) verwendet werden. Diese Materialien können gemäß den für die jeweiligen Abschnitte des Fahrzeugs erforderlichen Kenngrößen und anderen Eigenschaften verwendet werden.
Nachstehend werden unter Bezug auf die 17 bis 26 spezifische Ausführungsformen beschrieben, d. h. eine zwölfte bis einundzwanzigste Ausführungsform.
Zwölfte Ausführungsform
17 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.
17 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Verstärkung 200L auf, die in einer konkaven Form entlang der Außenwand 200A ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkung 200L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 200L übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erhalten werden.
Dreizehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 18 beschrieben. 18 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der dreizehnten Ausführungsform.
18 zeigt eine Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Verstärkung 201L auf, die in einer konvexen Form entlang der Innenwand 200I ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkung 201L sind durch einen Klebstoff Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 201L übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erhalten werden.
Vierzehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 19 beschrieben. 19 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der vierzehnten Ausführungsform.
19 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Verstärkung 202L, die in einer konkaven Form entlang der Außenwand 200A ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist, und eine Verstärkung 202L' auf, die in einer konvexen Form entlang der Innenwand 200I ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkungen 202L und 202L' sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellten Verstärkungen 202L und 202L' übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erhalten werden.
Fünfzehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine fünfzehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 20 beschrieben. 20 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der fünfzehnten Ausführungsform.
20 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Mittelsäule 12. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, Innenwände 200I und 201I, die dazu dienen, eine Gurtaufrollvorrichtung 300 zu halten, und aus einem Metallmaterial hergestellt sind, und eine Verstärkung 203L auf, die in einer konvexen Form von Innenenden der Innenwand 201I zur Außenwand 200A ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Sowohl die Außenwand 200A als auch die Innenwände 200I und 201I, und sowohl die Innenwand 200I als auch die Verstärkung 203L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 203L übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erhalten werden.
Sechzehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine sechzehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 21 beschrieben. 21 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der sechzehnten Ausführungsform.
21 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Mittelsäule 12. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, Innenwände 202I und 203I, die aus einem Metallmaterial hergestellt sind, und eine Verstärkung 204L auf, die in einer O-Form von Innenenden der Innenwand 202I ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Sowohl die Außenwand 200A als auch die Innenwände 202I und 203I, und sowohl die Innenwand 202I als auch die Verstärkung 204L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 204L übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erhalten werden.
Siebzehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine siebzehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 22 beschrieben. 22 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der siebzehnten Ausführungsform.
22 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Mittelsäule 12. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, Innenwände 204I und 205I, die aus einem Metallmaterial hergestellt sind, und eine Verstärkung 205L auf, die plattenförmig ausgebildet und mit Innenenden der Innenwand 204I verbunden und aus CFRP hergestellt ist.
Sowohl die Außenwand 200A als auch die Innenwände 204I und 205I, und sowohl die Innenwand 204I als auch die Verstärkung 205L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 205L übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erhalten werden.
Achtzehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine achtzehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 23 beschrieben. 23 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der achtzehnten Ausführungsform.
23 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Verstärkung 210L auf, die in einer konvexen Form entlang der Innenwand 200I ausgebildet ist und mehrere plattenförmige Rippen 210R aufweist, die die gleiche Dicke und Länge haben und sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite erstrecken. Die Verstärkung 210L und die Rippen 210R sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkung 204L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 210L übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 210R als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 210R können verschieden sein, und die Dicken der Rippen 210R können von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 210R bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 210R ausgeübten Kraft eingestellt werden.
Neunzehnte Ausführungsform
Nachstehend wird eine neunzehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 24 beschrieben. 24 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der neunzehnten Ausführungsform.
24 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Verstärkung 211L auf, die in einer konvexen Form entlang der Innenwand 200I ausgebildet ist und mehrere vertikale plattenförmige Rippen 211R und horizontale plattenförmige Rippen 211C aufweist. Die Rippen 211R und 211C kreuzen sich einander unter rechten Winkeln und bilden eine Gitterform. Die Rippen 211R haben die gleiche Dicke und Länge und erstrecken sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite. Die Rippen 211C haben die gleiche Dicke und Länge und erstrecken sich horizontal. Die Verstärkung 210L und die Rippen 211R und 211C sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkung 211L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 211L übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 211R und 211C als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 211R und 211C können verschieden sein, und die Dicken der Rippen 211R können von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 211R bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 211R ausgeübten Kraft eingestellt werden.
Zwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine zwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 25 beschrieben. 25 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der zwanzigsten Ausführungsform.
25 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Verstärkung 212L auf, die in einer konkaven Form zur Außenwand 200A hin ausgebildet ist und mehrere plattenförmige Rippen 212R aufweist, die die gleiche Dicke und Länge aufweisen und sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite erstrecken. Die Verstärkung 212L und die Rippen 212R sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkung 212L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 212L übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 210R als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 212R können verschieden sein, und die Dicken der Rippen 212R können von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 212R bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 212R ausgeübten Kraft reguliert werden.
Einundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine einundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 26 beschrieben. 26 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der einundzwanzigsten Ausführungsform.
26 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 200A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 200I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Verstärkung 213L auf, die in einer konkaven Form zur Außenwand 200A hin ausgebildet ist und mehrere vertikale plattenförmige Rippen 213R und horizontale plattenförmige Rippen 213C aufweist. Die Rippen 213R und 213C schneiden sich einander unter rechten Winkeln und bilden eine gitterähnliche Form. Die Rippen 213R haben die gleiche Dicke und Länge und erstrecken sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite. Die Rippen 213C haben die gleiche Dicke und Länge und erstrecken sich horizontal. Die Verstärkung 213L und die Rippen 213R und 213C sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 200A, die Innenwand 200I und die Verstärkung 213L sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Verstärkung 213L übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 213R und 213C als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 213R und 213C können verschieden sein, und die Dicke der Rippen 213R kann von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 213R bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 213R ausgeübten Kraft reguliert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist. Die Erfindung kann verschiedenartige modifizierte Strukturen und Konstruktionen aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, eine Verstärkung zu verwenden, die keinen Flansch aufweist und aus CFRP hergestellt ist. Die Erfindung kann außerdem nicht nur auf ein Fahrzeug, sondern auch auf eine Tragfläche eines Flugzeugs und eines Schiffs angewendet werden.
Nachstehend wird ein dritter Aspekt des erfindungsgemäßen Verstärkungselements beschrieben. 27 und 28 zeigen den Rahmen eines Fahrzeugs gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Der dritte Aspekt der Erfindung wird unter Bezug auf die 27 und 28 beschrieben. 27 zeigt ein Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Die Konstruktionselemente des Fahrzeugs in 27, die denjenigen des Fahrzeugs in 1 gleichen, sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht näher beschrieben.
Die jeweiligen Elemente weisen mehrere Elemente auf, wie beispielsweise eine Kombination aus einem Innen- und einem Außenelement und eine Kombination aus einem Innen- und einem Außenelement und einer zwischen dem Innen- und dem Außenelement angeordneten Verstärkung (einem Verstärkungselement). Gemäß dem dritten Aspekt ist die Verstärkung aus CFRP hergestellt.
28 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung zum Darstellen eines Querschnitts des Fahrzeugrahmens entlang einer Linie XXVIII-XXVIII in 27. Ein Mittelsäuleninnenelement 321 ist mit einer Seitenaußenwand 322 verbunden. Das Mittelsäuleninnenelement 321 ist aus CFRP hergestellt. Die Seitenaußenwand 322 ist aus einem Metallmaterial hergestellt.
Enden des Mittelsäuleninnenelements 321 und der Seitenaußenwand 322 sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
29 zeigt eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht eines Teils des Fahrzeugrahmens gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung. Eine Frontsäule 310 weist ein Frontsäulenaußenelement 310A, ein Frontsäuleninnenelement 310I und ein vorderes Frontsäuleninnenelement 310IF auf. Das Frontsäuleninnenelement 310I und das vordere Frontsäuleninnenelement 310IF sind aus CFRP hergestellt.
Ein Dachseitenträger 11 weist ein Dachseitenträgeraußenelement 311A, ein Mittelsäulenaußenelement 312A und ein Dachseitenträgerinnenelement 311I auf. Das Dachseitenträgerinnenelement 311I ist aus CFRP hergestellt.
Eine Mittelsäule 12 weist ein Mittelsäulenaußenelement 312A und ein Mittelsäuleninnenelement 312I auf. Das Mittelsäulenaußenelement 312A ist aus einem Metallmaterial hergestellt. Das Mittelsäuleninnenelement 312I ist aus CFRP hergestellt.
Ein Türschweller 13 weist ein Türschwelleraußenelement 313A und ein Türschwellerinnenelement 313I auf. Das Türschwellerinnenelement 313I ist aus CFRP hergestellt.
Gemäß der vorstehenden Konstruktion können die aus CFRP hergestellten Innenelemente der jeweiligen Elemente vorzugsweise ihre Festigkeit oder Widerstandsfähigkeit gegen eine Kollision aufrechterhalten. Durch die inhärente Steifigkeit von CFRP kann eine Last vorteilhaft übertragen werden.
Daher kann durch den Fahrzeugrahmen unter Verwendung der Verstärkungselemente ein geeignetes Gleichgewicht zwischen der Kollisionssicherheit und der Fahrstabilität bereitgestellt werden. Weil die herkömmlichen Innenelemente, für die ein Stahlblech, ein Eisenblech, ein Aluminiumblech oder dergleichen verwendet wird, durch aus CFRP hergestellte Elemente ersetzt sind, kann das Gesamtgewicht des Fahrzeugs 1 vermindert werden.
Beispielsweise wird, wenn eine plötzliche Kraft von der Fahrzeugvorderseite auf die Frontsäule 10 ausgeübt wird, falls kein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit gegen eine Biegebeanspruchung der Frontsäule 10 und der Steifigkeit für die Lastübertragung auf den Biegungsabschnitt der Frontsäule 10 gewährleistet ist, die auf die Frontsäule 10 ausgeübte Kraft nicht effektiv auf die anderen Elemente übertragen. Die Festigkeit der Frontsäule 10 wird unzureichend. Infolgedessen kann ein Fall auftreten, in dem die Frontsäule 10 gebogen wird. Gemäß dem vierten Aspekt kann jedoch durch Konstruieren eines verstärkten Harzes derart, dass das Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Steifigkeit gewährleistet ist, die auf die Frontsäule 10 ausgeübte Kraft effektiv auf die anderen Elemente übertragen und eine Biegung der Frontsäule 10 verhindert werden.
Außerdem wird eine Kraft von der Vorderseite des Fahrzeugs auf einen Stoßfänger und ein an der Innenseite des rechten und des linken Vorderrades angeordnetes vorderes Seitenelement übertragen und auf eine zwischen der Frontsäule 10 und dem vorderen Seitenelement verbundene Versteifung übertragen, so dass die Kraft auf die Frontsäule 10, den Türschweller 13, einen Mitteltunnel und dergleichen übertragen wird. Daher nimmt der Frontabschnitt des Fahrzeugs nicht die gesamte Kraft von der Vorderseite des Fahrzeugs auf, sondern ein Teil der Kraft kann zum hinteren Abschnitt des Fahrzeugs übertragen werden.
Die Erfindung ist nicht nur auf ein Element anwendbar, das eine äußere Kraft übertragen soll und eine Festigkeit bezüglich der äußeren Kraft aufweist, z. B. nicht nur auf ein Element wie die Frontsäule 10, den Dachseitenträger 11, die Mittelsäule 12 oder den Türschweller 13, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, sondern auch auf ein Element wie ein vorderes Seitenelement, eine Versteifung oder einen Mitteltunnel. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf eine Kombination aus einem Seitenschweller und einer Torque-Box, eine Kombination aus einem Türschweller und einer A-Säule, eine Kombination aus einem Türschweller und einer B-Säule, eine Kombination aus einem Seitenschweller und einem Querträger, eine Kombination aus einer A-Säule und einem oberen Rahmen, eine Kombination aus einer A-Säule (oder einer Seitenwand) und einer vorderen Dachschiene (einem sich in Querrichtung erstreckenden Querträger), eine Kombination aus einer Seitenwand und einer Dachmittelstrebe (einem sich in Querrichtung erstreckenden Querträger) und eine Kombination aus einer C-Säule oder einer D-Säule (oder einer Seitenwand) und einer hinteren Dachschiene (einem sich in Querrichtung erstreckenden Querträger) angewendet werden.
Wenn ein Zwischenraum im Verbindungsabschnitt dieser Elemente vorhanden ist, wird das aus CFRP hergestellte Verstärkungselement in den Zwischenraum eingefügt, und die jeweiligen Elemente werden durch das Verstärkungselement miteinander verbunden, um zu ermöglichen, dass der Verbindungsabschnitt die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit erfüllt.
Normalerweise ist der Fahrzeugrahmen aus Stahlblechen hergestellt, die verschiedene Festigkeiten und Steifigkeiten haben. Daher kann durch Verwendung mehrerer Arten hochfester Stahlbleche oder ultrahochfester Stahlbleche ein Kollisionssicherheitsstandard erfüllt werden.
Andererseits kann die Erfindung in dem Fall verwendet werden, in dem mehrere Arten hochfester Stahlbleche oder ultrahochfester Stahlbleche aufgrund von Umständen oder Umgebungen in einer Fertigungsfabrik nicht verfügbar sind. D. h., gemäß dem vierten Aspekt ist es möglich, die jeweiligen Abschnitte des Fahrzeugrahmens, die eine bestimmte Festigkeit und Steifigkeit erfordern, unter Verwendung der Verstärkung zu konstruieren, die aus wenigen Arten hochfester Stahlbleche oder ultrahochfester Stahlbleche hergestellt ist.
Es ist möglich, die Festigkeit und Steifigkeit durch Ändern der Dicke der aus CFRP hergestellten Innenelemente, einer Faserrichtung beim Herstellen und Verarbeiten eines Harzes oder eines synthetischen Materials einzustellen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit unter Verwendung der aus CFRP hergestellten Innenelemente zu erhalten, auch wenn nur ein paar Arten von Stahlblechen verfügbar sind, d. h., auch wenn nicht mehrere Arten von Stahlblechen mit einer erforderlichen Festigkeit oder dergleichen verfügbar sind.
Obwohl gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP) verwendet wird, kann gemäß dem ersten Aspekt faserverstärkter Kunststoff (FRP), kohlenstofffaserverstärkter warmhärtender Kunststoff (CFRTS) oder kohlenstofffaserverstärkter Thermoplast (CFRTP) verwendet werden. Diese Materialien können gemäß den für die jeweiligen Abschnitte des Fahrzeugs erforderlichen Kenngrößen oder anderen Eigenschaften verwendet werden.
Nachstehend werden unter Bezug auf die 30 bis 37 spezifische Ausführungsformen beschrieben, d. h. eine zweiundzwanzigste bis neunundzwanzigste Ausführungsform.
Zweiundzwanzigste Ausführungsform
30 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung.
30 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Innenwand 400I auf, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 400I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 400I übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erzielt werden.
Dreiundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine dreiundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 31 beschrieben. 31 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der dreiundzwanzigsten Ausführungsform.
31 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 400I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist, und eine Innenwand 401I' auf, die entlang der Außenwand 400A in einer konkaven Form ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 400A und die Innenwände 401I und 401I' sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellten Innenwände 401I und 401I' übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erzielt werden.
Vierundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine vierundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 32 beschrieben. 32 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der vierundzwanzigsten Ausführungsform.
32 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Innenwand 402I auf, die entlang der Außenwand 400A in einer konkaven Form ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 402I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 402I übertragen. Durch diese Struktur kann ein leichtes Gewicht erzielt werden, weil keine Verstärkung erforderlich ist.
Fünfundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine fünfundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 33 beschrieben. 33 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform.
33 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Innenwand 403I auf, die zur Außenwand 400A hin in einer konkaven Form ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 403I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 403I übertragen. Durch diese Struktur können eine hohe Festigkeit und ein leichtes Gewicht erzielt werden.
Sechsundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine sechsundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 34 beschrieben. 34 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der sechsundzwanzigsten Ausführungsform.
34 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, eine Innenwand 404I, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist und mehrere plattenförmige Rippen 404IL aufweist, die die gleiche Dicke und Länge haben und sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite erstrecken. Die Innenwand 404I und die Rippen 404IL sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 404I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 404I übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 404IL als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens erheblich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 404IL können verschieden sein, und die Dicken der Rippen 404IL können von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 404IL bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 404IL ausgeübten Kraft reguliert werden.
Siebenundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine siebenundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 35 beschrieben. 35 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der siebenundzwanzigsten Ausführungsform.
35 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Innenwand 405I auf, die in einer konvexen Form ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist und mehrere vertikale plattenförmige Rippen 4051L und horizontale plattenförmige Rippen 405IC aufweist, die aus CFRP hergestellt sind. Die Rippen 405IL und 405IC kreuzen sich unter rechten Winkeln und bilden ein gitterförmiges Muster. Die Rippen 405IL haben die gleiche Dicke und Länge und erstrecken sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 405I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 405I übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 405IL und 405IC als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 405IL und 405IC können verschieden sein, und die Dicke der Rippen 405IL kann von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 405IL bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 405IL ausgeübten Kraft reguliert werden.
Achtundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine achtundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 36 beschrieben. 36 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der achtundzwanzigsten Ausführungsform.
36 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Innenwand 406I auf, die in einer konkaven Form zur Außenwand 400A hin ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist und mehrere plattenförmige Rippen 406IL aufweist, die die gleiche Dicke und Länge haben und sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite erstrecken. Die Rippen 406IL sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 406I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 406I übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 406IL als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 406IL können verschieden sein, und die Dicke der Rippen 406IL kann von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 406IL bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 406IL ausgeübten Kraft reguliert werden.
Neunundzwanzigste Ausführungsform
Nachstehend wird eine neunundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf 37 beschrieben. 37 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittansicht eines Teils eines Fahrzeugrahmens gemäß der fünfundzwanzigsten Ausführungsform.
37 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Elementen eines Fahrzeugs 1, z. B. der Frontsäule 10, des Dachseitenträgers 11, der Mittelsäule 12 und des Türschwellers 13. Das Fahrzeug 1 weist eine Außenwand 400A, die in einer konkaven Form ausgebildet und aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine Innenwand 407I auf, die in einer konkaven Form zur Außenwand 400A hin ausgebildet und aus CFRP hergestellt ist und mehrere vertikale plattenförmige Rippen 407IL und horizontale plattenförmige Rippen 4071C aufweist. Die Rippen 407IL und 407IC kreuzen sich einander senkrecht und bilden eine gitterähnliche Form. Die Rippen 407IL haben die gleiche Dicke und Länge und erstrecken sich von der Innenwandseite zur Außenwandseite. Die Verstärkungen 407IL und 407IC sind aus CFRP hergestellt.
Die Außenwand 400A und die Innenwand 407I sind durch einen Klebstoff, Schrauben, Nieten oder ein Harz miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur wird eine Kraft linear auf die aus CFRP hergestellte Innenwand 407I übertragen. Außerdem kann, weil die Rippen 4071L und 407IC als Stoßabsorptionselemente dienen, die Festigkeit des Fahrzeugrahmens wesentlich erhöht werden.
Die Längen der jeweiligen plattenförmigen Rippen 407IL und 407IC können verschieden sein, und die Dicke der Rippen 4071L kann von der Innenwandseite zur Außenwandseite abnehmen. Dadurch kann die Aufprallfestigkeit der Rippen 4071L bezüglich einer von den freien Enden der Rippen 407IL ausgeübten Kraft reguliert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist. Die Erfindung kann verschiedenartige andere Strukturen und Konstruktionen aufweisen. Die Erfindung kann nicht nur auf ein Fahrzeug, sondern auch auf die Tragfläche eines Flugzeugs oder eines Schiffs angewendet werden.
Strukturen und Wirkungen der Ausführungsformen
Das Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen hat eine Monocoque-Struktur, die mehrere Elemente aufweist. Das aus dem verstärkten Harz hergestellte Verstärkungselement ist an der Dreiwege-Verbindungsstelle dreier Elemente unter den mehreren Elementen oder an einer Dreiwege-Verbindungsstelle eines oder zweier Elemente angeordnet.
In der vorstehend beschriebenen Struktur werden die Festigkeit und Steifigkeit der Dreiwege-Verbindungsstelle dreier Elemente oder der Dreiwege-Verbindungsstelle eines oder zweier Elemente geeignet eingestellt. Dadurch können ein Gleichgewicht zwischen einer Kollisionssicherheit und einer Fahrstabilität und eine erhöhte Festigkeit erzielt werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen sind drei Elemente an einer Dreiwege-Verbindungsstelle oder ein oder zwei Elemente an einer Dreiwege-Verbindungsstelle durch das Verstärkungselement verbunden.
In der vorstehend beschriebenen Struktur können die Festigkeit und Steifigkeit der Dreiwege-Verbindungsstelle dreier Elemente oder der Dreiwege-Verbindungsstelle eines oder zweier Elemente erhöht werden.
Das Verstärkungselement des Fahrzeugs in den vorstehenden Ausführungsformen hat eine sich in drei Richtungen erstreckende Struktur.
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur können die Festigkeit und Steifigkeit geeignet eingestellt werden und kann eine schalldämpfende Wirkung und eine schwingungsdämpfende Wirkung erzielt werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen weisen die mehreren Elemente ein Außenelement und ein Innenelement auf. Das Verstärkungselement ist in einem zwischen dem Außen- und dem Innenelement definierten rohrförmigen Hohlraum mit einem Zwischenraum derart angeordnet, dass das Verstärkungselement mit den Innenwänden des Außen- und des Innenelements fast in Kontakt kommt.
Gemäß der vorstehenden Struktur kann ein Fahrzeug mit einem leichten Gewicht und einem Gleichgewicht zwischen der Steifigkeit und der Festigkeit erhalten werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen ist das Verstärkungselement nur in einem Zweiwegeabschnitt an einer Verbindungsstelle angeordnet, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Gemäß der vorstehenden Struktur können die Materialmenge und die Kosten für das Verstärkungselement reduziert werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen weist die Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, eine rechte und eine linke Ausdehnung und eine untere Ausdehnung auf, und ist ein Raum zwischen dem Verstärkungselement und den Oberseiten der rechten und der linken Ausdehnung der Verbindungsstelle definiert. Die Raumhöhe beträgt im Wesentlichen die Hälfte der Höhen der rechten und der linken Ausdehnung.
Gemäß der vorstehenden Struktur können die Materialmenge und die Kosten des Verstärkungselements vermindert werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen werden die Längen des Verstärkungselements, das sich in die jeweiligen Richtungen erstreckt, gemäß den Festigkeits- und Steifigkeitskenngrößen festgelegt, die an der Verbindungsstelle erforderlich sind, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Gemäß der vorstehenden Struktur kann ein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Steifigkeit an der Verbindungsstelle erzielt werden, wo die mehreren Elemente sich von mehreren Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen weist die Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, eine rechte und eine linke Ausdehnung und eine untere Ausdehnung auf, und ist ein halbkugelförmiger konkaver Raum zwischen dem Verstärkungselement und den Oberseiten der rechten und der linken Ausdehnung der Verbindungsstelle definiert.
Gemäß der vorstehenden Struktur kann die gewünschte Lastübertragung geregelt werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen nimmt die Größe des Verstärkungselements an der Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, in eine vorgegebene Richtung graduell ab.
Gemäß der vorstehenden Struktur kann die gewünschte Lastübertragung gesteuert werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen ist das Außenelement aus einem Metallmaterial hergestellt.
Gemäß der vorstehenden Struktur kann die Festigkeit des Fahrzeugs erhöht werden.
Beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen sind die Enden des Verstärkungselements mit Metallverstärkungselementen verbunden und sind die Metallverstärkungselemente durch das Verstärkungselement miteinander verbunden.
Gemäß der vorstehenden Struktur kann ein Gleichgewicht zwischen der Festigkeit und der Steifigkeit erzielt werden.
Außerdem ist beim Fahrzeug gemäß den vorstehenden Ausführungsformen das verstärkte Harz des Verstärkungselements ein faserverstärkter Kunststoff oder CFRP.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur können die Festigkeit und die Steifigkeit geeignet eingestellt werden. Dadurch kann ein Gleichgewicht zwischen der Kollisionssicherheit und der Fahrstabilität erzielt werden.
Definition
Verstärkter Kunststoff bezeichnet in Verbindung mit der Erfindung faserverstärkten Kunststoff (FRP), kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP), kohlenstofffaserverstärkten warmhärtenden Kunststoff (CFRTS), kohlenstofffaserverstärkten Thermoplast (CFRTP) und dergleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012-212351 [0001]
JP 2013-138270 [0001]
JP 2000-108930 A [0006]
JP 2001-71948 A [0007]
JP 2004-123036 A [0008]

Claims

Fahrzeug mit: einem Hauptrahmen mit mehreren Elementen; und einem Verstärkungselement, das aus einem verstärkten Kunststoff hergestellt und an einer Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, oder an einer Verbindungsstelle angeordnet ist, wo ein oder zwei Elemente sich von irgendwelchen von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die drei Elemente an der Verbindungsstelle, wo die drei Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, oder an einer Verbindungsstelle, wo ein oder zwei Elemente sich von irgendwelchen von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, durch das aus einem verstärkten Kunststoff hegestellte Verstärkungselement verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungselement eine dreidimensionale Struktur hat.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Elemente ein Außenelement und ein Innenelement aufweisen, und wobei das Verstärkungselement in einem zwischen dem Außenelement und dem Innenelement definierten rohrförmigen Hohlraum mit einem Zwischenraum derart angeordnet ist, dass das Verstärkungselement mit den Innenwänden des Außen- und des Innenelements nahezu in Kontakt kommt.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei das Verstärkungselement nur in einem Zweiwegeabschnitt an der Verbindungsstelle angeordnet ist, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, eine rechte und eine linke Verlängerung und eine untere Verlängerung aufweist, und wobei zwischen dem Verstärkungselement und den Oberseiten der rechten und der linken Ausdehnung der Verbindungsstelle ein Raum definiert ist, wobei die Raumhöhe im Wesentlichen die Hälfte der Höhen der rechten und der linken Verlängerung beträgt.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Längen des Verstärkungselements, die sich in die jeweiligen Richtungen erstrecken, gemäß den Festigkeits- und Steifigkeitskenngrößen festgelegt werden, die an der Verbindungsstelle erforderlich sind, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen, eine rechte und eine linke Verlängerung und eine untere Verlängerung aufweist, und wobei ein halbkugelförmiger konkaver Raum zwischen dem Verstärkungselement und den Oberseiten der rechten und der linken Verlängerung der Verbindungsstelle definiert ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Größe des Verstärkungselements an der Verbindungsstelle, wo drei Elemente der mehreren Elemente sich von drei Richtungen an einem Punkt kreuzen in der vorgegebenen Richtung graduell abnimmt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei das Außenelement aus einem Metallmaterial hergestellt ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei Enden des Verstärkungselements mit metallischen Verstärkungselementen verbunden sind, und wobei die metallischen Verstärkungselemente durch das Verstärkungselement miteinander verbunden sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verstärkungselement aus faserverstärktem Kunststoff oder aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) hergestellt ist.