DE102016222086B4

DE102016222086B4 - Verbindungsstruktur von fahrzeugrahmenelementen

Info

Publication number: DE102016222086B4
Application number: DE102016222086.1A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kurokawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: JP2017088099A; US9969440B2; JP6299732B2; DE102016222086A1; US20170137071A1

Abstract

Verbindungsstruktur (10) von Fahrzeugrahmenelementen (18, 20), die umfasst:ein erstes Fahrzeugrahmenelement (20), das aus einem Leichtmetallmaterial mit einem rechteckigen, geschlossenen Querschnitt in einer Schnittansicht senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung des ersten Fahrzeugrahmenelements (20) gebildet ist; undein zweites Fahrzeugrahmenelement (18), das aus einem Leichtmetallmaterial gebildet ist, das in der Schnittansicht eine Hutform mit einer bezüglich des Fahrzeugs nach unten weisenden Öffnung besitzt und das erste Fahrzeugrahmenelement (20) überdeckt; gekennzeichnet, durch:einen versetzten Flanschabschnitt (32), der ein Abschnitt eines Flanschabschnitts (30) ist, der an einem Endabschnitt auf der Seite des zweiten Fahrzeugrahmenelements (18), auf der sich eine Öffnung befindet, gebildet ist, wobei der versetzte Flanschabschnitt (32) zu einer Seite des Flanschabschnitts (30) ragt, die einer Seite, auf der sich die Öffnung befindet, gegenüberliegt; undeinen Vorsprungsabschnitt (40), der von einem Endabschnitt des versetzten Flanschabschnitts (32) auf der Seite vorragt, auf der sich die Öffnung befindet, wobei der Vorsprungsabschnitt (40) durch Heißschweißen mit dem ersten Fahrzeugrahmenelement (20) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen.
Es ist eine Struktur bekannt, in der ein aus einer Aluminiumlegierung gefertigtes Verstärkungselement, das durch Strangpressen gebildet ist, mit einem Rahmenhauptkörper verbunden und integriert ist, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, und die durch Druckpressen oder Druckgießen, durch Lichtbogenschweißen, Laserschweißen oder dergleichen gebildet ist (siehe zum Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2004 - 210 023 A , die als nächstliegender Stand der Technik erachtet wird).
Wenn jedoch aus einer Aluminiumlegierung hergestellte Fahrzeugrahmenelemente miteinander verschweißt (zum Beispiel hitzeverschweißt) werden, werden die Härten (Festigkeiten) der Fahrzeugrahmenelemente in einer Umgebung eines geschweißten Abschnitts durch die Hitze, die beim Schweißen erzeugt wird, herabgesetzt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei ferner auf die JP 2005 - 289 126 A , die eine Fahrzeugkarosserie-Rahmenstruktur („Vehicle Body Frame Structure“) betrifft, die US 2003 / 0 184 074 A1, die ein Fahrwerk für ein Fahrzeug („Undercarriage for a Vehicle“) betrifft, die US 9 216 775 B2 , die einen Hilfsrahmen für ein Fahrzeug („Subframe for Vehicle“) betrifft und die JP H03- 45 374 U, die eine Verbindungsstruktur zwischen Stanzteilen und einem Stahlrohr betrifft, verwiesen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen bereitzustellen, die eine Verringerung der Festigkeit in einer Umgebung eines Verbindungsabschnitts der Fahrzeugrahmenelemente selbst dann verringern kann, wenn die Fahrzeugrahmenabschnitte durch Heißschweißen miteinander verbunden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen, die umfasst: ein erstes Fahrzeugrahmenelement, das aus einem Leichtmetallmaterial mit einem rechteckigen, geschlossenen Querschnitt in einer Schnittansicht senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung des ersten Fahrzeugrahmenelements gebildet ist; ein zweites Fahrzeugrahmenelement, das aus einem Leichtmetallmaterial gebildet ist, das in der Schnittansicht eine Hutform mit einer bezüglich des Fahrzeugs nach unten weisenden Öffnung besitzt und das erste Fahrzeugrahmenelement überdeckt; einen versetzten Flanschabschnitt, der ein Abschnitt eines Flanschabschnitts ist, der an einem Endabschnitt auf der Seite des zweiten Fahrzeugrahmenelements, auf der sich eine Öffnung befindet, gebildet ist, wobei der versetzte Flanschabschnitt zu einer Seite des Flanschabschnitts ragt, die einer Seite, auf der sich die Öffnung befindet, gegenüberliegt; und einen Vorsprungsabschnitt, der von einem Endabschnitt des versetzten Flanschabschnitts auf der Seite vorragt, auf der sich die Öffnung befindet, wobei der Vorsprungsabschnitt durch Heißschweißen mit dem ersten Fahrzeugrahmenelement verbunden ist.
Gemäß dieser Struktur ist ein Abschnitt des Flanschabschnitts des zweiten Fahrzeugrahmenelements als der versetzte Flanschabschnitt gebildet, der zu der Seite des Flanschabschnitts vorragt, die der Seite, auf der sich die Öffnung befindet, gegenüberliegt. Der Vorsprungsabschnitt, der auf der Seite von dem Endabschnitt des versetzten Flanschabschnitts hervorragt, auf der sich die Öffnung befindet, ist durch Heißschweißen mit dem ersten Fahrzeugrahmenelement verbunden. Daher ist die Stärke oder Festigkeit einer Umgebung des Vorsprungsabschnitts, die durch Heißschweißen mit dem ersten Fahrzeugrahmenelement verbunden ist, durch den versetzten Flanschabschnitte verstärkt. Das heißt, obwohl das erste Fahrzeugrahmenelement und das zweite Fahrzeugrahmenelement durch Heißschweißen verbunden sind, ist eine Abnahme der Festigkeit in der Umgebung eines Verbindungsabschnitts des ersten Fahrzeugrahmenelements und des zweiten Fahrzeugrahmenelements verringert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Vorsprungsabschnitt auf der Seite, auf der sich die Öffnung befindet, so weit wie der Endabschnitt des Flanschabschnitts vorragen.
Gemäß dieser Struktur ragt der Vorsprungsabschnitt auf der Seite des Flanschabschnitts, auf der sich die Öffnung befindet, so weit wie der Endabschnitt des Flanschabschnitts vor. Daher kann im Vergleich zu einer Struktur, in der der Vorsprungsabschnitt auf der Seite des Flanschabschnitts, auf der sich die Öffnung befindet, nicht so weit wie der Endabschnitt des Flanschabschnitts vorragt, ein Bereich für den Verbindungsabschnitt durch Heißschweißen in geeigneter Weise gewährleistet und eine Verbindungsfestigkeit zuverlässig gewährleistet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können mehrereder versetzten Flanschabschnitte in der Ausdehnungsrichtung gebildet sein.
Gemäß dieser Struktur sind mehrere des versetzten Flanschabschnitts in der Ausdehnungsrichtung gebildet. Somit kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem ersten Fahrzeugrahmenelement und dem zweiten Fahrzeugrahmenelement verbessert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die versetzten Flanschabschnitte so gebildet sein, dass wenigstens entweder Längen oder Abstände in der Ausdehnungsrichtung verschieden sind.
Gemäß dieser Struktur sind die mehreren versetzten Flanschabschnitte so gebildet, dass entweder die Längen oder die Abstände oder beide in der Ausdehnungsrichtung voneinander verschieden sind. Daher kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem ersten Fahrzeugrahmenelement und dem zweiten Fahrzeugrahmenelement in geeigneter Weise in der Ausdehnungsrichtung reguliert sein. Zum Beispiel kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem ersten Fahrzeugrahmenelement und dem zweiten Fahrzeugrahmenelement in einem Bereich durch Verlängern der Längen der versetzten Flanschabschnitte und/oder Verkleinern der Abstände zwischen den versetzten Flanschabschnitten in diesem Bereich erhöht sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das erste Fahrzeugrahmenelement ein seitlicher Hilfsträger eines Aufhängungselements sein, und das zweite Fahrzeugrahmenelement kann ein Erstreckungsabschnitt sein, der sich von jedem von zwei Endabschnitten in der Fahrzeugbreitenrichtung eines hinteren Querelements des Aufhängungselements zur Fahrzeugvorderseite erstreckt.
Gemäß dieser Struktur ist das erste Fahrzeugrahmenelement einer von seitlichen Hilfsträgern, die das Aufhängungselement bilden, und das zweite Fahrzeugrahmenelement ist einer von Verlängerungsabschnitten, die sich von den zwei Endabschnitten in der Fahrzeugbreitenrichtung des hinteren Querelements, das das Aufhängungselement bildet, bezüglich des Fahrzeugs nach vorn erstrecken. Daher kann eine Abnahme der Festigkeit in der Umgebung des Verbindungsabschnitts zwischen dem Verlängerungsabschnitt des hinteren Querelements und dem seitlichen Hilfsträger bezüglich einer Last, die bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs auf das Aufhängungselement übertragen wird, verringert sein.
Nachfolgend sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage der folgenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:

1 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Aufhängungselement zeigt, das eine Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform umfasst;
2 eine Schnittdarstellung entlang Pfeilen X-X von 1 ist;
3A eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand vor dem Schweißen des Aufhängungselements zeigt, das die Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform umfasst;
3B eine perspektivische Ansicht ist, die einen Zustand nach dem Schweißen des Aufhängungselements zeigt, das die Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform umfasst;
4 eine Schnittdarstellung ist, die eine Vergrößerung eines Verbindungsabschnitts des Aufhängungselements zeigt, das die Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform umfasst;
5 eine Schnittdarstellung ist, die eine Vergrößerung mehrerer Verbindungsabschnitte des Aufhängungselements zeigt, das die Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform umfasst;
6A eine Schnittdarstellung ist, die eine Vergrößerung eines Verbindungsabschnitts eines Aufhängungselements zeigt, das eine Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit einem ersten Vergleichsbeispiel umfasst, und eine Kennlinie ist, die die Steifigkeit jeweiliger Abschnitt zeigt;
6B eine Seitenansicht ist, die eine Vergrößerung eines Verbindungsabschnitts des Aufhängungselements zeigt, das die Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst; und
6C eine Schnittdarstellung ist, die eine Vergrößerung eines Verbindungsabschnitts eines Aufhängungselements zeigt, das eine Verbindungsstruktur von Fahrzeugrahmenelementen in Übereinstimmung mit einem zweiten Vergleichsbeispiel umfasst.

Nachfolgend ist eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist eine Struktur, in der eine Verbindungsstruktur 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform an einem Aufhängungselement 12, das als die Fahrzeugrahmenabschnitte dient, als ein Beispiel verwendet. Der Pfeil OBEN, der in den Zeichnungen gezeigt ist, zeigt bezüglich des Fahrzeugs nach oben, der Pfeil VORN zeigt bezüglich des Fahrzeugs nach vorn, und der Pfeil RECHTS zeigt bezüglich des Fahrzeugs nach rechts. In den nachfolgenden Beschreibungen bezeichnen dort, wo die Richtungen oben, unten, vorn, hinten, links und rechts genannt sind, ohne besonders spezifiziert zu sein, bezüglich des Fahrzeugs nach oben und unten, vorn und hinten (Fahrzeuglängsrichtung) und links und rechts (Fahrzeugquerrichtung oder Fahrzeugbreitenrichtung).
Das in 1 gezeigte Aufhängungselement 12 wird an Unterseiten von vorderen Abschnitten eines Paars aus einem linken und einem rechten Frontelement (in den Zeichnungen nicht gezeigt), die sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstrecken, gestützt. Das Aufhängungselement 12 wird in einem Zustand gestützt, in dem es an den Frontelementen aufgehängt ist. Jedes Frontelement umfasst einen Aufnahmeabschnitt (englisch: „kick portion“), um seinen fahrzeugfrontseitigen Abschnitt höher als seinen fahrzeugheckseitigen Abschnitt anzuordnen.
Demzufolge sind ein Paar aus einem linken und einem rechten vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 an vorderen Endabschnitten der Frontelemente fahrzeugfrontseitig der Aufnahmeabschnitte montiert, und ein Paar aus einem linken und einem rechten Befestigungsabschnitt 16A eines hinteren Querelements 16 sind an untere Endabschnitte der Aufnahmeabschnitte montiert. Die vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlager 14, die weiter unten beschrieben sind, sind vordere Endabschnitte des Aufhängungselements 12. Das hintere Querelement 16, das weiter unten beschrieben ist, ist ein hinterer Endabschnitt des Aufhängungselements 12.
Das Aufhängungselement 12 umfasst ein vorderes Querelement 13, das sich in der Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt, und das Paar aus dem linken und dem rechten Fahrzeugaufbau-Stützlager 14, die mit den zwei Endabschnitten in der Fahrzeugbreitenrichtung des vorderen Querelements 13 verbunden sind.
Das Aufhängungselement 12 erstreckt sich in der Fahrzeugbreitenrichtung und umfasst das hintere Querelement 16. Das hintere Querelement 16 umfasst seitliche Hilfsträger 18 (zweite Fahrzeugrahmenelemente), die aus einem linken und einem rechten Verlängerungsabschnitt gebildet sind, die jeweils eine kontinuierliche Fortsetzung nach vorn und außen bezüglich des Fahrzeugs von zwei Endabschnitten bezüglich der Fahrzeugbreite in der Fahrzeugbreitenrichtung des Aufhängungselements 12 bilden.
Das Aufhängungselement 12 umfasst ferner ein Paar aus einem linken und einem rechten seitlichen Träger 20 (erste Fahrzeugrahmenelemente), die sich in der Ausdehnungsrichtung des seitlichen Hilfsträgers 18 erstrecken. Fahrzeugfrontseitige Endabschnitte der seitlichen Träger 20 sind mit den vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 verbunden, und fahrzeugheckseitige Endabschnitte der seitlichen Träger 20 sind mit den seitlichen Hilfsträgern 18 verbunden.
Jedes vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 ist durch Druckgießen eines Leichtmetallmaterials wie etwa eine Aluminiumlegierung oder dergleichen mit einer bezüglich des Fahrzeugs nach unten weisenden Öffnung als offene Querschnittsform, die in der Draufsicht „L“-förmig ist, gebildet. Das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 ist eine Struktur, die durch einen vorderen Endabschnitt eines vorderen Elements gestützt ist.
Auch das hintere Querelement 16 ist durch Druckgießen eines Leichtmetallmaterials wie etwa eine Aluminiumlegierung oder dergleichen mit einer bezüglich des Fahrzeugs nach unten weisenden Öffnung als offene Querschnittsform gebildet. Jeder seitliche Hilfsträger 18 ist mit einer bezüglich des Fahrzeugs nach unten weisenden Öffnung als offene Querschnittsform gebildet. Insbesondere weist der seitliche Hilfsträger 18 einen im Wesentlichen hutförmigen Querschnitt mit einer größeren Plattendicke als der seitlichen Träger 20 auf.
An jedem der zwei Endabschnitte in der Fahrzeugbreitenrichtung des hinteren Querelements 16 ist ein Befestigungsabschnitt 16A gebildet, um das hintere Querelement 16 an die hinteren Endabschnitte der Aufnahmeabschnitte der vorderen Elemente zu montieren. Ferner sind Abschnitte 16B zur Montage von unteren Armen an den zwei Endabschnitten in der Fahrzeugbreitenrichtung des hinteren Querelements 16 fahrzeugfrontseitig bezüglich der Befestigungsabschnitte 16A gebildet, um untere Arme (in den Zeichnungen nicht dargestellt) zu montieren, die Aufhängungsarme (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bilden.
Das vordere Querelement 13 und die seitlichen Träger 20 haben durch Strangpressen eines Leichtmetallmaterials wie etwa eine Aluminiumlegierung oder dergleichen jeweils einen konstanten, rechteckigen, geschlossenen Querschnitt. Das vordere Querelement 13 und die seitlichen Träger 20 haben jeweils eine höhere Formbarkeit als die vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 und das hintere Querelement 16. Jeder seitliche Träger 20 umfasst an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt in seiner Längsrichtung (Ausdehnungsrichtung) einen gekrümmten Abschnitt 22, der einen Vorsprung bezüglich des Fahrzeugs nach unten in einer Seitenansicht, betrachtet in der Fahrzeugbreitenrichtung (ein nach unten gerichteter Vorsprung) bildet.
Im Wesentlichen eine obere Hälfte (obere Seite) eines Endabschnitts des seitlichen Trägers 20, fahrzeugheckseitig des gekrümmten Abschnitts 22 ist durch den seitlichen Hilfsträger 18 überdeckt und durch Lichtbogenschweißen entlang einer Linie mit dem seitlichen Hilfsträger 18 verbunden. Somit ist in dieser Struktur im Wesentlichen die untere Hälfte (untere Seite) des Endabschnitts des seitlichen Trägers 20 fahrzeugheckseitig des gekrümmten Abschnitts 22 nicht durch den seitliche Hilfsträger 18 überdeckt, sondern nach außen freiliegend. Die Verbindungsstruktur 10 ist weiter unten ausführlich beschrieben.
Im Wesentlichen eine obere Hälfte (obere Seite) eines Endabschnitts des seitlichen Trägers 20 ist fahrzeugfrontseitig bezüglich des gekrümmten Abschnitts 22 durch das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 überdeckt und durch Lichtbogenschweißen entlang einer Linie mit diesem verbunden. Somit ist in dieser Struktur im Wesentlichen die untere Hälfte (untere Seite) des Endabschnitts des seitlichen Trägers 20 fahrzeugfrontseitig bezüglich des gekrümmten Abschnitts 22 nicht durch das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 überdeckt, sondern nach außen freiliegend.
Im Wesentlichen die obere Hälfte jedes der zwei Endabschnitte in der Fahrzeugbreitenrichtung des vorderen Querelements 13 ist durch das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 überdeckt und durch Lichtbogenschweißen entlang einer Linie mit diesem verbunden. Somit ist in dieser Struktur im Wesentlichen die untere Hälfte (untere Seite) des Endabschnitts in der Fahrzeugbreitenrichtung des vorderen Querelements 13 durch das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 überdeckt, aber außen freiliegend.
Eine Leistungseinheit (in den Zeichnungen nicht dargestellt) mit einem Motor und einem Getriebe ist bezüglich des Fahrzeugs über dem Aufhängungselement 12 angeordnet. Demzufolge sind Motorlagerungen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) zum Stützen der Leistungseinheit von unten an einem in der Fahrzeugbreitenrichtung im Wesentlichen mittleren Abschnitt des vorderen Querelements 13 des Aufhängungselements 12 angeordnet.
Nachfolgend ist die Verbindungsstruktur 10 des seitlichen Hilfsträgers 18 des seitlichen Trägers 20 ausführlich beschrieben.
Wie es in 2 gezeigt ist, hat der seitliche Hilfsträger 18 einen im Wesentlichen hutförmigen Querschnitt, der einen oberen Abschnitt des seitlichen Trägers 20 überdeckt. Der seitliche Hilfsträger 18 umfasst eine obere Wand 34, die eine obere Wand 24 des seitlichen Trägers 20 überdeckt, eine innere Wand 36, die als eine Seitenwand gebildet ist und im Wesentlichen die obere Hälfte einer inneren Wand 26 des seitlichen Trägers 20 überdeckt, und eine äußere Wand 38, die als eine Seitenwand gebildet ist und im Wesentlichen die obere Hälfte einer äußeren Wand 28 des seitlichen Trägers 20 überdeckt.
Ein oberer Abschnitt der inneren Wand 26 des seitlichen Trägers 20 ist als eine gewinkelte Wand 26A gebildet, die, in einer Schnittansicht, betrachtet in der Fahrzeuglängsrichtung, zur Fahrzeugaußenseite nach oben (zur Fahrzeuginnenseite nach unten) gewinkelt ist, um eine Behinderung (einen Kontakt) mit der Leistungseinheit und dergleichen zu verhindern. Die innere Wand 36 des seitlichen Hilfsträgers 18 erstreckt sich zur Fahrzeugunterseite bis zu einer Position hinter der gewinkelten Wand 26A des seitlichen Trägers 20.
Wie es in 1, 3A und 3B gezeigt ist, sind Flanschabschnitte 30 einteilig an unteren Endabschnitten der inneren Wand 36 und der äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 gebildet (d. h. an Endabschnitten von diesem auf der Seite des seitlichen Hilfsträgers 18, auf der die Öffnung angeordnet ist). Die Flanschabschnitte 30 ragen in der Fahrzeugbreitenrichtung nach innen bzw. in der Fahrzeugbreitenrichtung nach außen vor. Wie es in 1 bis 4 gezeigt ist, ist ein Abschnitt jedes Flanschabschnitts 30 als ein versetzter Flanschabschnitt 32 gebildet, der relativ zu einem unteren Endabschnitt des Flanschabschnitts 30 zur Fahrzeugoberseite vorragt (d. h. zu der der Öffnung gegenüberliegenden Seite des Flanschabschnitts 30).
Insbesondere ist der versetzte Flanschabschnitt 32 durch einen Abschnitt des Flanschabschnitts 30 gebildet, der bezüglich des Fahrzeugs nach oben gebogen ist. Zwei Endabschnitte in einer Längsrichtung des versetzten Flanschabschnitts 32 sind als gewinkelte Wände 32A (siehe 3A und 3B) gebildet, die eine stetige Fortsetzung des Flanschabschnitts 30 bilden. Ein erstes Ende Ws und ein zweites Ende We eines Schweißabschnitts W, der weiter unten beschrieben ist, sind entlang unteren Oberflächen der gewinkelte Wände 32A gebildet.
Wie es in 2 bis 4 gezeigt ist, ragt ein flachplattiger Vorsprungsabschnitt 40 von einer unteren Seite der versetzten Flanschabschnitte 32 (einem Endabschnitt auf der Seite des versetzten Flanschabschnitts 32, auf der sich die Öffnung befindet), an einer proximalen Seite des versetzten Flanschabschnitts 32 (der Seite des versetzten Flanschabschnitts 32, auf der die innere Wand 26 oder die äußere Wand 28 des versetzten Flanschabschnitts 32 angeordnet ist) bezüglich des Fahrzeugs nach unten einteilig vor. Jeder Vorsprungsabschnitt 40 ist durch Lichtbogenschweißen (Wärmeschweißen) entlang einer Linie mit der inneren Wand 26 oder der äußeren Wand 28 des seitlichen Trägers 20 verbunden. Nachfolgend ist ein Bereich, der lichtbogengeschweißt ist, als der Schweißabschnitt W bezeichnet. Somit ist der gesamte Vorsprungsabschnitt 40 durch den Schweißabschnitt W (siehe 3B) überdeckt.
Wie es in 4 gezeigt ist, ist ein Vorsprungsabstand T des Vorsprungsabschnitts 40 bezüglich des Fahrzeugs nach unten auf einen solchen Abstand eingestellt, dass ein oberes Ende Wu des Schweißabschnitts W eine Schnittlinie S zwischen der unteren Oberfläche des versetzten Flanschabschnitts 32 und einer äußeren Oberfläche des Vorsprungsabschnitts 40 überdecken kann. Zum Beispiel ragt der Vorsprungsabschnitt 40 so weit vor, dass eine untere Oberfläche davon koplanar mit einer unteren Oberfläche des Flanschabschnitts 30 ist, und eine Auskragungsdicke D des Schweißabschnitts W ist in geeigneter Weise in Übereinstimmung hiermit spezifiziert.
Wie es in 5 gezeigt ist, kann der versetzte Flanschabschnitt 32 mehrmals in Richtung der Ausdehnung (Ausdehnungsrichtung) des seitlichen Hilfsträgers 18 (und des seitlichen Trägers 20) gebildet sein. In diesem Fall können die Längen L₁ , L₂ und L₃ der mehreren versetzten Flanschabschnitte 32 in der Ausdehnungsrichtung voneinander verschieden sein und können die Abstände P₁ und P₂ dazwischen (Zwischenräume) verschieden sein (d. h. die Abstände sind nicht gleich).
Nachfolgend ist die Wirkungsweise des Aufhängungselements 12 mit der wie oben beschrieben gebildeten Verbindungsstruktur 10 beschrieben.
Zunächst ist ein Aufhängungselement, das eine Verbindungsstruktur gemäß einem Vergleichsbeispiel umfasst und in 6A und 6B gezeigt ist, beschrieben. Wie es in 6A gezeigt ist, sind in einer Struktur, in der die Flanschabschnitte 30 nicht an den unteren Endabschnitten der inneren Wand 36 und der äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 gebildet sind, diese unteren Endabschnitte durch Lichtbogenschweißen mit der inneren Wand 26 und der äußeren Wand 28 des seitlichen Trägers 20 entlang einer Linie verbunden (nur die äußeren Wände 28 und 38 sind in 6A gezeigt).
Als Folge davon werden wärmebeeinflusste Zonen H, die durch die beim Lichtbogenschweißen erzeugte Wärme aufgeweicht wurden, in der Umgebung des Schweißabschnitts W an Abschnitten der inneren Wand 36 und äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 und an Abschnitten der inneren Wand 26 und der äußeren Wand 28 des seitlichen Trägers 20 gebildet. Härten (Festigkeiten) der wärmebeeinflussten Zonen H verringern sich relativ zu Härten (Festigkeiten) weiterer Abschnitte ab, wie es in der Kennlinie rechts von 6A gezeigt ist. Je stärker die Festigkeit eines Materials durch eine Wärmebehandlung erhöht worden ist, desto stärker ist die Abnahme.
Wie es in 6B gezeigt ist, können, da eine Überschusswärme auf das vordere Ende Ws und das hintere Ende We dieses Schweißabschnitts W übertragen wird (da ein Lichtbogen-Schweißbrenner vorübergehend gestoppt wird und darauf Wärme überträgt), Abschnitte unterer Endabschnitte der inneren Wand 36 und der äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 (beide Seiten des Schweißabschnitts W) herausschmelzen so dass Kavitationsabschnitte (defekte Abschnitte) 42 an den unteren Endabschnitten (nur die inneren Wände 26 und 36 sind in 6B gezeigt) gebildet werden können.
Wenn die Kavitationsabschnitte 42 an Abschnitten der unteren Endabschnitte der inneren Wand 36 und der äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 gebildet sind, dann werden, wenn zum Beispiel eine Last von der Fahrzeugvorderseite auf die Aufhängungselemente übertragen wird, Spannungen an den Kavitationsabschnitten 42 konzentriert, und es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die innere Wand 36 und die äußere Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 ausgehend von den Kavitationsabschnitten 42 brechen.
Demzufolge können, wie es 6C gezeigt ist, die Flanschabschnitte 30 an den unteren Endabschnitten der inneren Wand 36 und der äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 gebildet sein, um die wärmebeeinflusste Zonen H zu verstärken. In diesem Fall ist jedoch jeder Schweißabschnitt W brückenförmig, und es können Gasblasen (in denen Luft eingeschlossen ist) in dem Schweißabschnitt W gebildet werden. Das heißt, die Schweißqualität des Schweißabschnitts W ist unzuverlässig (die Auskragungsdicke D kann nicht in geeigneter Weise gewährleistet werden), und die Verbindungsfestigkeit kann verringert sein.
Demzufolge ist in der Verbindungsstruktur 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform, wie es in 1 bis 4 gezeigt ist, ein Abschnitt jedes Flanschabschnitts 30 als der versetzte Flanschabschnitt 32 gebildet, der bezüglich des Fahrzeugs nach oben ragt, und der flachplattige Vorsprungsabschnitt 40 ragt einteilig bezüglich des Fahrzeugs von der unteren Oberfläche der proximalen Seite des versetzten Flanschabschnitts 32 (d. h., die Seite davon, auf der die innere Wand 26 oder die äußere Wand 28 des seitlichen Trägers 20 angeordnet ist) nach unten vor.
Insbesondere der Vorsprungsabstand T jedes Vorsprungsabschnitts 40 nach unten bezüglich des Fahrzeugs ist in geeigneter Weise spezifiziert (eingestellt), so dass das obere Ende Wu des Schweißabschnitts W die Schnittlinie S zwischen der unteren Oberfläche des versetzten Flanschabschnitts 32 und der äußeren Oberfläche des Vorsprungsabschnitts 40 überdecken kann (zum Beispiel ragt der Vorsprungsabschnitt 40 so weit vor, dass seine untere Oberfläche koplanar mit der unteren Oberfläche des Flanschabschnitts 30 ist). Die Vorsprungsabschnitte 40 sind durch Lichtbogenschweißen entlang einer Linie mit der inneren Wand 26 bzw. der äußeren Wand 28 des seitlichen Trägers 20 verbunden.
Daher kann ein Bereich für den Schweißabschnitt W und insbesondere die Auskragungsdicke D, die zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit des Schweißabschnitts W wichtig ist, in geeigneter Weise gewährleistet werden, so dass die Verbindungsfestigkeit zuverlässig gewährleistet werden kann. Daher kann selbst dann, wenn wärmebeeinflusste Zonen H (Aufweichen) an Abschnitten der inneren Wand 36 oder der äußeren Wand 38 des seitlichen Hilfsträgers 18 und an Abschnitten der inneren Wand 26 oder der äußeren Wand 28 des seitlichen Trägers 20 auftreten, ein Abnahme der Festigkeit des Schweißabschnitts W (von Umgebungen des Vorsprungsabschnitts 40, die die wärmebeeinflusste Zonen H umfassen) durch den versetzten Flanschabschnitte 32 verringert werden.
Die Form des vorderen Endes Ws und die des hinteren Endes We des Schweißabschnitts W folgen der Form der gewinkelten Wände 32A des versetzten Flanschabschnitts 32 (siehe 5). Somit sind die Volumen des vorderen Endes Ws und des hinteren Endes We des Schweißabschnitts W vergrößert, und die Wärmekapazität und der Leitungswirkungsgrad des vorderen Endes Ws und des hinteren Endes We sind verbessert. Folglich wird selbst dann, wenn beim Lichtbogenschweißen eine Überschusswärme auf den Vorsprungsabschnitt 40 übertragen wird, die Wärme wirksam ausgebreitet, und es ist unwahrscheinlich, dass ein Ausschmelzen durch diese Wärme bewirkt wird. Das heißt, die Bildung der Kavitationsabschnitte 42 auf beiden Seiten des Schweißabschnitts W (siehe 6B) ist verhindert.
Es kann erwartet werden, dass dieser Effekt bei einem Leichtmetallmaterial wie etwa eine Aluminiumlegierung oder dergleichen besonders groß ist, da der Schmelzpunkt niedrig ist und die thermische Leitfähigkeit hoch ist. Selbst wenn an dem Vorsprungsabschnitt 40 ein Ausschmelzen auftritt, kann der Effekt einer Verringerung der Festigkeit einfach aufgrund des Kavitationsabschnitt 42, der in der Umgebung der gewinkelten Wände 32A des versetzten Flanschabschnitts 32 gebildet ist, verringert sein. Der versetzte Flanschabschnitt 32 und ein proximaler Bereich davon können eine Dicke haben, die größer als die in den Zeichnungen gezeigten Dicken sind, was den Wärmeverteilungseffekt verstärken kann.
Somit können in der Verbindungsstruktur 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform eine Abnahme der Festigkeit der Schweißabschnitte W zwischen den seitlichen Hilfsträgern 18 und den seitlichen Trägern 20, die zur Gewährleistung des Energieabsorptionsvermögens des Aufhängungselements 12 bezüglich von der Aufhängung übertragenen Lasten, von der Leistungseinheit übertragenen Lasten und dergleichen entscheidend sind, und auch einer Last, die übertragen wird, wenn das Fahrzeug eine Frontalkollision erfährt, verhindert werden, abgesehen davon, dass die Schweißqualität konstant gemacht werden kann (was die Verbindungsfestigkeit gewährleistet).
Das heißt, selbst wenn zum Beispiel das Fahrzeug eine Frontalkollision erfährt und ein Teil einer Kollisionslast auf das Aufhängungselement 12 übertragen wird, kann eine Verformung eines vorderen Endabschnitts jedes seitlichen Hilfsträgers 18 bezüglich des Fahrzeugs nach oben hinten verringert oder verhindert werden, selbst wenn sich ein vorderer Endabschnitt des seitlichen Trägers 20 wirksam (durch plastische Verformung) verformen kann, so dass er sich von dem gekrümmten Abschnitt 22 bezüglich des Fahrzeugs nach oben hinten biegt.
Ferner kann, wenn sich der seitlichen Träger 20 gegenüber dem gekrümmten Abschnitt 22 biegt, eine Trennung des seitlichen Trägers 20 von dem seitlichen Hilfsträger 18 (wobei der Schweißabschnitt W bricht) verringert oder verhindert werden. Das heißt, es kann nicht nur ein Abnahme des Energieabsorptionsvermögens des seitlichen Trägers 20 verhindert, sondern auch die Energie eines Abschnitts der übertragenen Kollisionslast durch die seitlichen Träger 20 wirksam absorbiert werden.
Zu diesem Zeitpunkt ist es äußerst unwahrscheinlich, da im Wesentlichen die untere Hälfte des Endabschnitts des seitlichen Trägers 20, der sich bezüglich des Fahrzeugs hinter dem gekrümmten Abschnitt 22 befindet, nicht von dem seitlichen Hilfsträger 18 überdeckt, sondern nach außen freiliegend ist, dass die Verformung des seitlichen Trägers 20, der sich von dem gekrümmten Abschnitt 22 biegt (Energieabsorption durch plastische Verformung), da dies durch den seitlichen Hilfsträger 18 verhindert wird.
Da der gekrümmte Abschnitt 22 an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt in der Längsrichtung des seitlichen Trägers 20 gebildet ist, konzentriert sich die Last tendenziell an dem gekrümmten Abschnitt 22. Daher kann die Biegeverformung des seitlichen Trägers 20 von dem gekrümmten Abschnitt 22 unterstützt (ausgezeichnet reguliert) werden, und das Energieabsorptionsvermögen kann verbessert sein.
Der versetzte Flanschabschnitt 32 kann in der Ausdehnungsrichtung des seitlichen Hilfsträgers 18 mehrmals gebildet sein, wie es in 5 gezeigt ist, um sowohl eine Abnahme der Festigkeit des Schweißabschnitts W (einschließlich Verformungen wie etwa einem Verwerfen oder Verziehen oder einer Verzerrung durch Wärme und dergleichen) zu verringern und die Schweißqualität konstant zu machen (was eine Verbindungsfestigkeit gewährleistet und verbessert). In diesem Fall können Längen L₁ , L₂ und L₃ und Abstände P₁ und P₂ der versetzten Flanschabschnitte 32 verschieden gebildet sein.
Demzufolge kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem seitlichen Hilfsträger 18 und dem seitlichen Träger 20 in der Ausdehnungsrichtung in geeigneter Weise reguliert werden. Zum Beispiel kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem seitlichen Hilfsträger 18 und dem seitlichen Träger 20 durch Verlängern der versetzten Flanschabschnitte 32 und/oder Verkleinern der Abstände zwischen den versetzten Flanschabschnitten 32 in diesem Bereich in einem Bereich höher gemacht werden als in weiteren Bereichen.
Wenn der versetzte Flanschabschnitt 32 in der Ausdehnungsrichtung des seitlichen Hilfsträgers 18 mehrmals gebildet ist, ist es ausreichend, wenn die versetzten Flanschabschnitte 32 so gebildet sind, dass wenigstens entweder die Längen L₁ , L₂ und L₃ oder die Abstände P₁ und P₂ in der Ausdehnungsrichtung voneinander verschieden sind. Ferner ist eine Struktur der versetzten Flanschabschnitte 32 möglich, in der zum Beispiel die Länge L₁ und die Länge L₂ gleich sind und nur die Länge L₃ verschieden ist.
Da das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 und das hintere Querelement 16 durch Druckgießen eines Leichtmetallmaterials wie etwa eine Aluminiumlegierung oder dergleichen gebildet sind, können leicht Sitzflächen, Bossen und dergleichen zum Montieren weiterer Komponenten gebildet sein. Das heißt, die Freiheit der Formgebung des vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlagers 14 und des hinteren Querelements 16 können, obwohl sie sehr hart sind, verbessert sein, wodurch eine Verringerung der Anzahl der Komponenten möglich ist (eine Vereinfachung der Form).
Da das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 und das hintere Querelement 16 jeweils bezüglich des Fahrzeugs nach unten offen sind, ist ihre Montage an (Verbindung mit) dem vorderen Querelement 13, den seitlichen Träger 20 und dergleichen einfach. Daher kann eine Montage des Aufhängungselements 12 vereinfacht sein.
Da das vordere Querelement 13 und die seitlichen Träger 20, ebenso wie das vordere Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 und das hintere Querelement 16, durch Strangpressen eines Leichtmetallmaterials wie etwa einer Aluminiumlegierung oder dergleichen gebildet sind, ist der Freiheitsgrad der Formgebung hoch. Und da keine Notwendigkeit besteht, die unteren Hälften der jeweiligen Endabschnitte mit Überdeckungselementen oder dergleichen zu überdecken, kann die Anzahl von Komponenten verringert sein. Daher kann das Gewicht des Aufhängungselements 12, das aus einem Leichtmetallmaterial gebildet ist, weiter reduziert sein.
Da jeder seitliche Träger 20 und jeder seitliche Hilfsträger 18 durch Lichtbogenschweißen entlang einer Linie verbunden ist, können die beiden fest miteinander verbunden sein. Somit kann ein Eindringen von Fremdpartikeln zwischen den seitlichen Trägern 20 und den seitlichen Hilfsträgern 18 verringert oder verhindert sein. Daher kann eine Korrosion zwischen dem seitlichen Träger 20 und dem seitlichen Hilfsträger 18 verringert oder verhindert sein. Das gleiche gilt für die Verbindungen entlang einer Linie durch Lichtbogenschweißen zwischen den jeweiligen seitlichen Trägern 20 und dem vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlager 14.
In dieser Struktur kann die Stützsteifigkeit des Aufhängungselements 12 bezüglich der unteren Arme verbessert sein, da die unteren Arme nur an das hintere Querelement 16 montiert sind. Daher kann ein Rauschen, das durch eine Einkopplung von Schwingungen von den Vorderrädern (in den Zeichnungen nicht dargestellt), der Leistungseinheit und dergleichen bewirkt wird, verringert sein.
Vorstehend ist die Verbindungsstruktur 10 der Fahrzeugrahmenelemente (des Aufhängungselements 12) gemäß der beispielhaften Ausführungsform in Übereinstimmung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die Verbindungsstruktur 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform nicht auf die dargestellten Strukturen begrenzt, sondern kann innerhalb eines technischen Bereichs, der nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweicht, in geeigneter Weise hinsichtlich des Designs modifiziert sein. Zum Beispiel ist der Vorsprungsabstand T jedes Vorsprungsabschnitts 40 nicht auf den in den Zeichnungen gezeigten Abstand begrenzt.
Ferner können die mehreren versetzten Flanschabschnitte 32, wenn es nicht notwendig ist, die Verbindungsfestigkeit zwischen dem seitlichen Träger 20 und dem seitlichen Hilfsträger 18 in der Ausdehnungsrichtung in geeigneter Weise zu regulieren, so gebildet sein, dass ihre Längen L₁ , L₂ und L₃ in der Ausdehnungsrichtung ebenso wie die Abstände P₁ und P₂ gleich sind (so dass die Abstände gleichmäßig sind).
Der seitliche Träger 20 ist nicht auf eine Struktur begrenzt, die die gewinkelte Wand 26A umfasst, und der gekrümmte Abschnitt 22 des seitlichen Trägers 20 ist nicht auf eine Struktur begrenzt, die an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt in der Längsrichtung des seitlichen Trägers 20 gebildet ist. Ferner ist das Schweißverfahren, das den seitlichen Träger 20 mit dem seitlichen Hilfsträger 18 und dem vorderen Fahrzeugaufbau-Stützlager 14 entlang einer Linie verbindet, nicht auf Lichtbogenschweißen beschränkt, sondern kann zum Beispiel Laserschweißen oder dergleichen sein.
Das Leichtmetallmaterial ist nicht auf eine Aluminiumlegierung beschränkt, sondern kann zum Beispiel eine Magnesiumlegierung oder dergleichen sein. Die Verbindungsstruktur 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist nicht auf eine Struktur begrenzt, die auf das Aufhängungselement 12 angewendet wird. Die Verbindungsstruktur 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann auf Verbindungsstrukturen von Fahrzeugrahmenelementen wie zum Beispiel vorderen Elementen, Frontsäulen, Mittelsäulen und dergleichen, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Verbindungsstruktur
12: Aufhängungselement
13: vorderes Querelement
14: vorderes Fahrzeugaufbau-Stützlager
16: hinteres Querelement
16A: linker und rechter Befestigungsabschnitt von 16
16B: Abschnitt zur Montage von unteren Armen
18: seitlicher Hilfsträger (zweites Fahrzeugrahmenelement)
20: seitlicher Träger (erstes Fahrzeugrahmenelement)
22: gekrümmter Abschnitt
24: obere Wand von 20
26: innere Wand von 20
26A: gewinkelte Wand von 26
28: äußere Wand von 20
30: Flanschabschnitt von 36
32: versetzter Flanschabschnitt
32A: gewinkelte Wand von 32
34: obere Wand von 18
36: innere Wand von 18
38: äußere Wand von 18
40: Vorsprungsabschnitt
42: Kavitationsabschnitt, defekter Abschnitt von 36
D: Auskragungsdicke
H: wärmebeeinflusste Zone
L₁-L₃: Längen von 32
P₁, P₂: Abstände, Zwischenräume
S: Seitenlinie
T: Vorsprungsabschnitt von W
W: Schweißabschnitt
We: hinteres Ende von W
Ws: vorderes Ende von W
Wu: oberes Ende von W

Claims

Verbindungsstruktur (10) von Fahrzeugrahmenelementen (18, 20), die umfasst: ein erstes Fahrzeugrahmenelement (20), das aus einem Leichtmetallmaterial mit einem rechteckigen, geschlossenen Querschnitt in einer Schnittansicht senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung des ersten Fahrzeugrahmenelements (20) gebildet ist; und ein zweites Fahrzeugrahmenelement (18), das aus einem Leichtmetallmaterial gebildet ist, das in der Schnittansicht eine Hutform mit einer bezüglich des Fahrzeugs nach unten weisenden Öffnung besitzt und das erste Fahrzeugrahmenelement (20) überdeckt; gekennzeichnet, durch: einen versetzten Flanschabschnitt (32), der ein Abschnitt eines Flanschabschnitts (30) ist, der an einem Endabschnitt auf der Seite des zweiten Fahrzeugrahmenelements (18), auf der sich eine Öffnung befindet, gebildet ist, wobei der versetzte Flanschabschnitt (32) zu einer Seite des Flanschabschnitts (30) ragt, die einer Seite, auf der sich die Öffnung befindet, gegenüberliegt; und einen Vorsprungsabschnitt (40), der von einem Endabschnitt des versetzten Flanschabschnitts (32) auf der Seite vorragt, auf der sich die Öffnung befindet, wobei der Vorsprungsabschnitt (40) durch Heißschweißen mit dem ersten Fahrzeugrahmenelement (20) verbunden ist.
Verbindungsstruktur (10) von Fahrzeugrahmenelementen (18, 20) nach Anspruch 1, wobei der Vorsprungsabschnitt (40) auf der Seite, auf der sich die Öffnung befindet, so weit wie der versetzte Flanschabschnitt (30) vorragt.
Verbindungsstruktur (10) von Fahrzeugrahmenelementen (18, 20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei mehrere der versetzten Flanschabschnitte (32) in der Ausdehnungsrichtung gebildet sind.
Verbindungsstruktur (10) von Fahrzeugrahmenelementen (18, 20) nach Anspruch 3, wobei die versetzten Flanschabschnitte (32) so gebildet sind, dass wenigstens entweder Längen oder Abstände in der Ausdehnungsrichtung verschieden sind.
Verbindungsstruktur (10) von Fahrzeugrahmenelementen (18, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Fahrzeugrahmenelement (20) ein seitlicher Hilfsträger (18, 20) eines Aufhängungselements (12) ist, und das zweite Fahrzeugrahmenelement (18) ein Erstreckungsabschnitt ist, der sich von jedem von zwei Endabschnitten in der Fahrzeugbreitenrichtung eines hinteren Querelements (16) des Aufhängungselements (12) zur Fahrzeugvorderseite erstreckt.