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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Frontsäulenstruktur eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Verbesserung einer Frontsäulenstruktur von einem Fahrzeug, die einen Flansch aufweist, der eine Steifigkeit erhöht und eine Verformung einer Fahrzeugtür bei dem Auftreten einer Fahrzeugkollision reduziert.
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HINTERGRUND
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Im Allgemeinen weist ein Fahrzeug einen Seitenschweller bzw. eine seitliche Dichtung, eine Frontsäule (A-Säule), eine B-Säule und eine C-Säule bei einer Querseite eines Fahrzeugs auf, bei der eine Tür montiert ist.
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Bezugnehmend auf 1 weist ein Seitenschweller 1 ein daran befestigtes Bodenpaneel auf und eine Frontsäule 2 ist an einem vorderen Ende des Seitenschwellers 1 befestigt. Eine B-Säule 3 ist an einem mittigen Abschnitt des Seitenschwellers 1 befestigt. Eine C-Säule 4 ist an einem Hinterradgehäuse befestigt, das mit einem hinteren Ende des Seitenschwellers 1 verbunden ist.
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Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, weist die Frontsäule 2 auf: ein äußeres oberes Verstärkungselement 5 der Frontsäule; ein dachseitiges äußeres Verstärkungselement 6, das mit einem oberen Ende des äußeren oberen Verstärkungselements 5 der Frontsäule gekoppelt ist; ein inneres oberes Paneel 7 der Frontsäule innerhalb des dachseitigen äußeren Verstärkungselements 6; eine dachseitige innere Schiene bzw. Holm 8, der mit einem oberen Ende des inneren oberen Paneels 7 der Frontsäule gekoppelt ist; und ein äußeres Verstärkungselement 9 der Frontsäule. Die A-Säule 2 schließt ferner ein seitliches Außenpaneel für eine Außenanwendung ein.
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Die Steifigkeit der Frontsäule unter den Säulen ist besonders wichtig, um einen Fahrer zu schützen, wenn eine Frontalkollision auftritt.
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Wenn folglich ein Querschnitt zum Erhöhen der Steifigkeit der Frontsäule vergrößert wird, nimmt ein Verdeckungswinkel für einen Fahrer zu. Ferner ist es schwierig, einen Fahrzeugkörper beim Zusammensetzen einer Außenseite zusammenzubauen. Wenn, wie in 4 veranschaulicht, ein rohrförmiges Verstärkungselement 11 hinzugefügt wird, kann ein Punktschweißen angewandt werden, um das Verstärkungselement an dem Innenpaneel zu befestigen, und da ferner CO2-Schweißen verwendet wird, verschlechtert sich die Produktivität. Zudem ist es schwierig, eine Querschnittsform zu verbessern, da eine Dichtform beibehalten werden muss.
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Als mit einer Frontsäule für ein Fahrzeug zusammenhängender Stand der Technik gibt es ein mit einem Rohr verstärktes Element, das durch Hydroforming ausgebildet wird, welches an einem inneren Dachpaneel befestigt und verschweißt ist. Da jedoch kein Punktschweißen an dem rohrverstärkten Element angewandt werden kann, ist es unmöglich, automatisches Schweißen einzusetzen, sodass sich als Ergebnis die Produktivität verschlechtert.
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Des Weiteren ist im Stand der Technik eine Dachschiene bzw. ein Dachholm, der durch Heißumformen einen Flansch ausbildet, um einen rohrförmigen Körper und einen sich in Längsrichtung erstreckenden Flansch als Stützholm auszubilden, der eine Frontsäule und einen Dachholmabschnitt aufweist. Allerdings wird Schweißen nach einem Ausbilden von Löchern ausgeführt, um den Flansch auf einfache Weise zu verschweißen und als Ergebnis verschlechtert sich die Produktivität und ein Bruch kann bei einem Ende des Flansches auftreten, was in einer Anzahl defekter Produkte resultiert.
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Zudem wurde eine Struktur eingeführt, bei der ein Flansch bei einem vorderen Abschnitt eines seitlichen Innenpaneels ausgebildet und in einer Säule eingeführt ist und ein Dachverstärkungselement, das einen Türabdichtungsflansch aufweist, durch druckfestes Hydroforming hergestellt wird.
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Der in Beziehung stehende Stand der Technik offenbart eine durch Hydroforming verstärkte Frontsäule, bei der jedoch die Produktivität gering ist und ein Bruchphänomen bei einem Ende eines Flansches der Frontsäule beim Formen des Flansches auftritt, was die Qualität und Steifigkeit vermindert.
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Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information ist lediglich für ein verbessertes Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Information enthalten, die für den Fachmann keinen Stand der Technik darstellt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde mit der Absicht ausgeführt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, welche mit der Struktur zum Verbessern der Steifigkeit einer Frontsäule von einem Fahrzeug in dem in Beziehung stehenden Stand der Technik zusammenhängt, und ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Frontsäulenstruktur mit einem Flansch zum Erhöhen der Steifigkeit bereit.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Frontsäule eines Fahrzeugs einen Flansch auf, der ein Innenpaneel, ein Außenpaneel, und ein seitliches Außenpaneel bei einer Querseite verbindet, an der eine Tür montiert wird. Das Innenpaneel, das Außenpaneel und der Flansch zwischen dem Innenpaneel und dem Außenpaneel sind aus einem rohrförmigen Körper, der eine geschlossene Querschnittsform aufweist, integral ausgebildet.
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Der Flansch kann zusammengedrückt und überlappt werden, um zum Erhöhen der Steifigkeit eine Dicke von höchstens zweimal einer Dicke des rohrförmigen Körpers aufzuweisen.
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Der Flansch kann eine falzförmige Kante aufweisen.
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Die falzförmige Kante des Flansches kann in dessen innerem Ende einen Flanschraum ausgebildet aufweisen.
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Die Frontsäulenstruktur kann durch einen Heißgebläseumformprozess durch Einführen bzw. Einspritzen von auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizter Luft bei einem vorbestimmten Druck in einen Innenraum in den rohrförmigen Körper ausgebildet werden, der zwischen einem oberen Gesenk und einem unteren Gesenk angeordnet ist, welche eine Innenkontur aufweisen, die mit einer Außenkontur der Frontsäule korrespondiert.
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Beide seitlichen Abschnitte des rohrförmigen Körpers werden in einen Spalt mit einer vorbestimmten Tiefe gedrückt und eingeführt, der bei beiden seitlichen Abschnitten der Innenflächen des oberen Gesenks und des unteren Gesenks ausgebildet wird, wenn das obere Gesenk und das untere Gesenk gekoppelt sind, um den Flansch auszubilden.
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Das obere Gesenk und das untere Gesenk können zwischen deren seitlichen Abschnitten einen Spalt ausbilden, der zweimal schmaler als eine Dicke des rohrförmigen Körpers ist, sodass der Flansch zum Erhöhen der Steifigkeit zusammengepresst und überlappt sein kann.
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Der Flansch kann eine falzförmige Kante aufweisen, die einen Flanschraumabschnitt und eine Biegung und eine überlappende Struktur aufweist, und kann integral mit dem Innenpaneel und dem Außenpaneel aus dem rohrförmigen Körper ausgebildet sein. Die falzförmige Kante wird in einem Gesenkraum bei einem Falzform- bzw. Falzausbildungsabschnitt des unteren Gesenks zwischen dem oberen Gesenk und dem unteren Gesenk ausgebildet. Der Falzformabschnitt weist einen konkaven Boden auf, sodass er von dem oberen Gesenk beabstandet ist
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Bei der Frontsäule in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung weist eine Frontsäule den durch einen einzigen Prozess integral ausgebildeten oberen und unteren Flansch auf. Der Falzteil ist bei dem Ende des Flansches ausgebildet, sodass im Vergleich mit einer Frontsäule aus dem in Beziehung stehenden Stand der Technik eine Steifigkeit erhöht ist, die durch Verbinden eines getrennten Innenpaneels und eines getrennten Außenpaneels bei einem Flansch ausgebildet wird. Durch Ausbilden der falzförmigen Kante bei dem Ende des Flansches tritt bei einem Ende des Flansches kein Bruch- bzw. Rissphänomen auf und Komponenten, wie zum Beispiel ein seitliches Außenpaneel, können durch Punktschweißen unter Verwendung eines Roboters verbunden werden, wodurch die Produktivität verbessert und die Anzahl von Komponenten, Arbeitsprozessen und Gewicht reduziert werden.
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Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
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Es ist verständlich, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder andere hier drin verwendete ähnliche Begriffe Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie zum Beispiel Personenkraftfahrzeuge einschließlich Sport Utility Vehicle (SUV), Busse, Laster, verschiedene gewerbliche Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und Ähnliches einschließen sowie Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, elektrische Plug-In Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Kraftstoffen, wie zum Beispiel Kraftstoffe, die von anderen Quellen als Öl hergestellt werden. Hierin wird auf ein Hybridfahrzeug als ein Fahrzeug Bezug genommen, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, zum Beispiel ein sowohl kraftstoffbetriebenes als auch elektrisch betriebenes Fahrzeug.
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Die obigen und andere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden, welche hiernach lediglich zum Zweck der Veranschaulichung bereitgestellt werden und somit für die vorliegende Offenbarung nicht beschränkend sind.
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1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines seitlichen Teils von einem Fahrzeugkörper, die eine Frontsäulenstruktur eines allgemeinen Fahrzeugs veranschaulicht.
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2 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht, die eine Aufbaustruktur einer Frontsäule von einem Fahrzeug aus dem in Beziehung stehenden Stand der Technik veranschaulicht.
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3 ist eine Schnittansicht, die einen zusammengebauten Zustand der 2 veranschaulicht.
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4 ist eine schematische Schnittansicht einer Struktur, die in einer Frontsäule der 3 ein rohrförmiges Verstärkungselement aufweist.
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5 ist eine Explosionsansicht einer Frontsäule für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
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6 ist eine vergrößerte Ansicht der Frontsäule aus 5.
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7 ist eine Schnittansicht der 6, welche einen Zustand veranschaulicht, bei dem ein seitliches Außenpaneel montiert ist.
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8 ist eine Schnittansicht einer Frontsäule in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, die einen Flansch aufweist.
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9 ist eine Teilschnittansicht, die einen Bruch bzw. einen Riss veranschaulicht, der bei einem Ende eines Flansches aufgetreten ist.
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10 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Formgebungsprozess einer Frontsäule in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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11 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Erläutern eines Formgebungsprozesses von einer falzförmigen Kante des Flansches aus 10.
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Es ist verständlich, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, sondern eine auf bestimmte Weise vereinfachte Wiedergabe verschiedener bevorzugter Merkmale wiedergeben, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die bestimmten Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, einschließlich beispielsweise bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Anordnungen und Formen werden zum Teil durch die bestimmte beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen über die verschiedenen Figuren der Zeichnungen hinweg auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Offenbarung
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird nunmehr im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, von der Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind und nachfolgend beschrieben werden. Während das erfinderische Konzept in Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist verständlich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist die Erfindung dafür vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die in dem Rahmen und Schutzbereich der Erfindung einbezogen werden können, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
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Hiernach wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben, die eine Frontsäulenstruktur mit integriertem Flansch in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen.
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Bezugnehmend auf die 5 bis 7 schließt eine Fahrzeugfrontsäule 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, ein Innenpaneel 101, ein Außenpaneel 102 und einen Flansch 103 ein, die durch einen Heißgebläseumformprozess integral ausgebildet sind.
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Wie in 8 veranschaulicht, bilden die Frontsäule 100, das Innenpanel 101 und das Außenpaneel 102 einen geschlossenen Querschnitt über das Heißgebläseumformen durch den Heißgebläseumformprozess aus einem Rohr aus, das einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Der Flansch 103, der für eine Außenverwendung mit einem üblichen seitlichen Außenpaneel 105 verbunden ist, kann bei einer oberen und unteren Seite der Frontsäule 100 ausgebildet sein. Wenn Enden des Innenpaneels 101 und des Außenpaneels 102 nach außen hervorstehen, wird der Flansch 103 durch Einführen erhitzter Luft zwischen den Enden ausgebildet, wodurch ein Erstreckungsabschnitt des Innenpaneels 101 und ein Erstreckungsabschnitt des Außenpaneels 102 überlappen und ein Flanschraum 121 bei einem Ende des Flansches 103 ausgebildet wird.
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Beispielsweise kann ein Säulenelement, das eine geschlossene Querschnittsstruktur aufweist, in der das Innenpaneel 101 und das Außenpaneel 102, wie oben beschrieben, integral ausgebildet sind, durch Hydroforming aus dem Stand der Technik ausgebildet werden. Wie in 9 veranschaulicht, können Falten 12 im Inneren bei einem Ende eines Flansches 103' mit einer zusammengedrückten Form ausgebildet werden, sodass Spannung bei den Falzen 12 konzentriert wird, was ein Auftreten von Rissen oder Brüchen verursacht.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung wird eine falzförmige Kante 120, wie in 8 gezeigt, ausgebildet, um dem Auftreten von Rissen bei dem Ende des Flansches vorzubeugen. Die falzförmige Kante 120 wird durch Biegen des Flansches 103 ausgebildet und der Flanschraum 121 wird bei dem äußeren Ende des Flansches 103 ausgebildet. Dementsprechend wird, wie in 9 offenbart, innerhalb des Flansches 103 keine Falte erzeugt.
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Bezugnehmend auf die 10 und 11 wird der Flansch 103, der eine falzförmige Kante 120 bei dem Ende des Flansches aufweist, durch einen Heißgebläseumformprozess unter Verwendung einer Falzform ausgebildet.
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Ein wie in 8 veranschaulichter rohrförmige Körper ist zwischen einem unteren Gesenk 130 und einem oberen Gesenk 131 angeordnet und entspricht einer Kontur der Frontsäule 100. Das obere Gesenk 131 bewegt sich mit einem vorbestimmten Druck nach unten, während auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzte Luft mit einem vorbestimmten Druck in einen inneren Raum des rohrförmigen Körpers eingespritzt bzw. eingeführt wird. Dementsprechend bildet der rohrförmige Körper eine Form der Frontsäule 100 aus.
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Um den Flansch 103 der Frontsäule 100 auszubilden, sind beide seitlichen Abschnitte innerhalb des unteren Gesenks 130 und des oberen Gesenks 131 voneinander mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet, der einer Dicke des Flansches 103 entspricht, wenn das obere Gesenk 131 und das untere Gesenk 130 gekoppelt sind, wodurch ein Spalt ausgebildet wird. Dementsprechend werden beide seitlichen Abschnitte des rohrförmigen Körpers während des Heißgebläseumformprozesses durch die erhitzte und druckbeaufschlagte Luft zwischen den Spalt zwischen den seitlichen Abschnitt innerhalb des oberen und unteren Gesenks 131, 130 gedrückt und eingeführt, wodurch der Flansch 103 ausgebildet wird.
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Um die falzförmige Kante 120 auszubilden, weist das untere Gesenk 130 auf sich einen Falzausbildungsabschnitt 135 auf. Der Falzausbildungsabschnitt 135 weist bei dessen unterer Seite eine konkave Form auf, sodass ein Gesenkraum 136 zwischen dem oberen Gesenk 131 und dem unteren Gesenk 130 vorliegt. Der Gesenkraum 136 weist einen vertikalen Abstand auf, der größer ist als der vorgenannte Spalt zwischen den seitlichen Abschnitten innerhalb des oberen und unteren Gesenks 131, 130, wodurch die falzförmige Kante 120 ausgebildet wird.
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Wenn die integrierte Frontsäule 100 aus dem rohrförmigen Körper über den Heißgebläseumformprozess durch die erhitzte Luft ausgebildet wird, ist der rohrförmige Körper dementsprechend mit Innenflächen der oberen und unteren Form 131, 130 in Kontakt, welche die Konturform der Frontsäule 100 aufweisen, um die Konturen der Frontsäule 100 auszubilden. Beide seitlichen Abschnitte des rohrförmigen Körpers werden in den Spalt gedrückt und eingeführt und zwischen den seitlichen Abschnitten des oberen Gesenks 131 und des unteren Gesenks 130 umgeformt, in denen die seitlichen Abschnitte des oberen und unteren Gesenks 131, 130 den Flansch 103 ausbilden. Dann bildet der Flansch 103 die konkave Form des Falzausbildungsabschnitts 135 aus, sodass der Flansch 103 mit einer gepressten und überlappenden Form ausgebildet wird, und zum selben Zeitpunkt wird bei dem Flansch 103 die falzförmige Kante 120, deren äußeres Ende den Flanschraum 121 aufweist, ausgebildet.
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Eine Tiefe des Spalts korrespondiert mit einer hervorstehenden Länge des Flansches 103 der Frontsäule 100. Zudem ist ein Abstand zwischen den beabstandeten seitlichen Abschnitten des oberen Gesenks 131 und des unteren Gesenks 130 höchstens zweimal die Dicke des Innen-, Außen- und seitlichen Außenpaneels 101, 102, 105. Daher weist der Flansch 103, der aus dem rohrförmigen Körper zwischen dem oberen Gesenk und dem unteren Gesenk 131, 130 integral ausgebildet wird, eine Dicke von höchstens zweimal einer Dicke des rohrförmigen Körpers auf, zum Beispiel um eine Dicke von weniger als 2,4 mm aufzuweisen oder eine Dicke von 2 mm aufzuweisen, wenn die Dicke des rohrförmigen Körpers 1,2 mm ist, sodass der Flansch 103 zwischen beiden seitlichen Abschnitten des oberen Gesenks 131 und des unteren Gesenks 130 zusammengedrückt und überlappt wird, wodurch die Steifigkeit des Flansches 103 erhöht wird.
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Eine Heiztemperatur der Luft wird so eingestellt, dass sie niedriger ist als eine Phasenänderungstemperatur eines Materials des rohrförmigen Körpers, und ein Einspritz- bzw. Einführdruck wird so eingestellt, dass er niedriger ist als der Druck, durch den sich das obere Gesenk 131 nach unten bewegt, sodass sich der rohrförmige Körper in der Form umformen kann, um den Flansch 103 mit der falzförmigen Kante 120 auszubilden.
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Da das Innenpaneel, das Außenpaneel und der Flansch der Frontsäule durch einen einzigen Umformprozess unter Verwendung einer Falzform durch einen Heißgebläseumformprozess integral aus einem einzigen rohrförmigen Körper ausgebildet werden können, können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ein äußeres oberes Verstärkungselement, ein dachseitiges äußeres Verstärkungselement, das mit einem oberen Ende des äußeren oberen Verstärkungselements gekoppelt ist, ein inneres oberes Paneel einer Frontsäule innerhalb des dachseitigen äußeren Verstärkungselements, eine dachseitige innere Schiene, die mit einem oberen Ende des inneren oberen Panels der Frontsäule gekoppelt ist, und ein äußeres Verstärkungselement einer Frontsäule aus dem Stand der Technik unter Verwendung eines einzelnen Elements ausgebildet werden. Die Vielzahl der Komponenten überlappen einander nicht, um mit anderen Komponenten verbunden zu sein, wodurch die Anzahl der Prozesse zum Ausbilden von Komponenten und Zusammenbauen von Komponenten, Gewicht und Materialkosten reduziert werden.
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Wie oben beschrieben, zeigt die Frontsäulenstruktur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung im Vergleich mit der Steifigkeit der Frontsäule aus dem in Beziehung stehenden Stand der Technik, die durch Verbinden eines getrennten Innenpanels und eines getrennten Außenpaneels bei einem Flansch ausgebildet wird, bei der Steifigkeit den Effekt eines Anstiegs von in etwa 36%.
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In Übereinstimmung mit der Frontsäule der vorliegenden Offenbarung tritt kein Rissphänomen auf, da die falzförmige Kante bei dem Ende des Flansches ausgebildet ist, und das seitliche Außenpaneel kann durch Punktschweißen unter Verwendung eines Roboters ohne Vorverarbeitung, wie zum Beispiel einem Ausbilden von Löchern in dem Flansch, verbunden werden, wodurch die Produktivität verbessert wird.
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Die vorliegende Offenbarung kann verwendet werden, um die Frontsäule herzustellen, bei der das Außenpaneel, das Innenpaneel und der Flansch integral ausgebildet sind, um die Steifigkeit zu verbessern und die Produktivität bei einer seitlichen Struktur eines Fahrzeugs zu erhöhen, an die eine Tür montiert wird.
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Die Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. Jedoch ist dem Fachmann verständlich, dass Veränderungen bei diesen Ausführungsformen ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien und den Rahmen der Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereiche durch die angehängten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
