DE102018120349A1

DE102018120349A1 - Fahrzeugkarosseriestruktur eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE102018120349A1
Application number: DE102018120349.7A
Authority: DE
Inventors: Tomoya Yoshida; Ryuji Nonaka; Hiroyuki Nagatomo
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US20190061833A1; JP2019038364A; CN109421826A; CN109421826B; JP6489177B2; US10518818B2

Abstract

Eine Fahrzeugkarosseriestruktur eines Fahrzeugs umfasst eine Verbindung 20, die gebildet wird, indem Karosserieteile derart verbunden werden, dass die Karosserieteile einander überlappen. Die Verbindung 20 umfasst eine Vielzahl von Punktverbindungen 21 und eine Klebeverbindung 22. Ein Klebstoff weist bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 60 Hz einen Speichermodul im Bereich von 100 MPa bis 800 MPa und einen Verlustfaktor von 0,2 oder mehr auf.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-161616 , eingereicht am 24. August 2017, deren Offenbarung in seiner Gesamtheit durch Literaturhinweis hierin aufgenommen ist.
STAND DER TECHNIK
Die offenbarte Technik betrifft Fahrzeugkarosseriestrukturen von Fahrzeugen.
Bezüglich der in diesem Dokument offenbarten Technik, sind in der Technik viskoelastische Elemente bekannt, die bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 30 Hz einen Speichermodul von 500 MPa oder weniger und einem Verlustfaktor von 0,2 oder mehr aufweisen ( japanische nicht geprüfte Patentanmeldung Nr. 2014-151657 ).
Die japanische nicht geprüfte Patentanmeldung Nr. 2014-151657 offenbart ein Windschutzscheibenelement, ein Motorhaubenblech, das das Windschutzscheibenelement stützt, und einen Verstärkungskörper (gebildet von einer Vielzahl von streifenförmigen Verstärkungsabschnitten), der das Motorhaubenblech verstärkt. Um die Plattenschwingung des Windschutzscheibenelements zu reduzieren, sind das Windschutzscheibenelement und das Motorhaubenblech, die überlappenden Abschnitte der Verstärkungsabschnitte etc. mittels Haftung des viskoelastischen Elements verbunden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Punktschweißkleben, bei dem Kleben und Punktschweißen verwendet werden, kann die Steifigkeit von Fahrzeugkarosserien erhöhen. Daher ist die Verwendung von Punktschweißkleben weit verbreitet, um Karosserieteile wie z. B. Platten und Elemente, die Fahrzeugkarosserien bilden, zu verbinden.
Beim Punktschweißkleben wird üblicherweise ein Klebstoff mit einem hohen Speichermodul verwendet, um die Steifigkeit von Fahrzeugkarosserien zu erhöhen. Der Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, beträgt insbesondere mindestens 1.500 MPa und liegt normalerweise im Bereich von 2.000 MPa bis 3.000 MPa. Der Verlustfaktor eines solchen Klebstoffes beträgt im Allgemeinen nicht mehr als etwa 0,05.
Die Verwendung eines Klebstoffes mit einem hohen Speichermodul erhöht üblicherweise die Steifigkeit, doch ein solcher Klebstoff weist üblicherweise einen niedrigen Verlustfaktor auf. Herkömmliche Klebstoffe mit einem hohen Speichermodul stellen daher keine besonders guten vibrationsdämpfenden Eigenschaften bereit. Ein Klebstoff mit einem höheren Verlustfaktor stellt ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften bereit, doch ein solcher Klebstoff weist einen niedrigeren Speichermodul auf. Die Verwendung eines solchen Klebstoffes resultiert daher in reduzierter Steifigkeit. Es war daher eine Herausforderung, unter Verwendung von Punktschweißkleben sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften in Fahrzeugkarosseriestrukturen von Fahrzeugen zu erzielen.
Es ist eine Aufgabe der offenbarten Technik, eine Fahrzeugkarosseriestruktur eines Fahrzeugs bereitzustellen, die sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften aufweist.
Die offenbarte Technik betrifft eine Fahrzeugkarosseriestruktur eines Fahrzeugs. Die Fahrzeugkarosseriestruktur umfasst eine Verbindung, die gebildet wird, indem ein Karosserieteil und ein weiteres Karosserieteil derart verbunden werden, dass die Karosserieteile einander überlappen.
Die Verbindung umfasst eine Vielzahl von Punktverbindungen, die in Abständen in einer Richtung angeordnet sind, in der sich die Verbindung erstreckt und die gebildet werden, indem die Karosserieteile teilweise verbunden werden, und eine Klebeverbindung, die mittels Haftung eines Klebstoffes gebildet wird, der zwischen den Karosserieteilen an beiden Karosserieteilen platziert wird.
Der Klebstoff weist bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 60 Hz einen Speichermodul im Bereich von 100 MPa bis 800 MPa und einen Verlustfaktor von 0,2 oder mehr auf.
Diese Fahrzeugkarosseriestruktur umfasst die mittels Punktschweißkleben gebildete Verbindung, und der Klebstoff mit spezifischen physikalischen Eigenschaften wird für die Verbindung verwendet. Die Verwendung des Klebstoffes mit solchen physikalischen Eigenschaften zum Punktschweißkleben ermöglicht es, in punktschweißgeklebten Strukturen sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften zu erzielen, von denen herkömmlicherweise angenommen wird, dass sie in punktschweißgeklebten Strukturen schwierig zu erzielen sind. In diesem Dokument ist eine beim Punktschweißkleben teilweise verbundene Struktur (Punktverbindung) nicht auf Punktschweißen beschränkt. Die beim Punktschweißkleben teilweise verbundene Struktur (Punktverbindung) ist ein Überbegriff, der Verbindungsstrukturen einschließt, die dem Punktschweißen ähnlich sind.
Bei der Durchführung von Untersuchungen zur Verbesserung der vibrationsdämpfenden Eigenschaften von punktschweißgeklebten Strukturen fanden die Erfinder heraus, dass die Beziehung zwischen dem Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, und die Steifigkeit der Punktschweißklebung unerwartete universelle Eigenschaften aufweist.
Herkömmlicherweise wird angenommen, dass die Steifigkeit der Punktschweißklebung umso höher ist, je höher der Speichermodul ist. Jedoch wurde herausgefunden, dass die Zunahmerate der Steifigkeit der Punktschweißklebung stark abnimmt, wenn der Speichermodul über 100 MPa steigt, und sich nach dieser starken Abnahme der Zunahmerate der Steifigkeit die Steifigkeit nur wenig verändert, auch wenn sich der Speichermodul erheblich verändert.
Eine ähnliche Tendenz ist unabhängig davon zu beobachten, ob Punktschweißkleben für Modelle mit einer einfachen Struktur oder für Strukturen komplexer Fahrzeugkarosserien verwendet wird, und somit wurde festgestellt, dass die obigen Eigenschaften universell sind.
Auf Basis solcher universellen Eigenschaften ermöglicht die Verwendung eines Klebstoffes mit den obigen spezifischen physikalischen Eigenschaften zum Punktschweißkleben eine erhebliche Zunahme des Verlustfaktors, während eine Steifigkeit erzielt wird, die einer herkömmlichen Steifigkeit annähernd gleicht, wodurch in einfacher Weise verbesserte Fahrqualität und reduzierte Geräusche erzielt werden.
Der Klebstoff kann bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 60 Hz einen Speichermodul von mehr als 500 MPa und 600 MPa oder weniger und einen Verlustfaktor von 0,3 oder mehr aufweisen.
Die Verwendung eines Klebstoffes mit solchen physikalischen Eigenschaften zum Punktschweißkleben ermöglicht eine erhebliche Zunahme des Verlustfaktors, während eine Steifigkeit erzielt wird, die derjenigen ähnlich ist, die mittels herkömmlich verwendeter Klebstoffe mit einem Speichermodul von über 1.500 MPa erhalten wird. Somit wird sowohl eine weitere Verbesserung der Steifigkeit als auch der vibrationsdämpfenden Eigenschaften erzielt.
Die Klebeverbindung kann in der Richtung, in der sich die Verbindung erstreckt, durchgängig sein.
Dies ermöglicht, dass eine Haftkraft gleichmäßig auf eine große Fläche der Verbindung aufgebracht wird, auch wenn die Verbindung schmal ist. Dementsprechend wird, selbst wenn eine externe Kraft lokal auf die Verbindung aufgebracht wird, die externe Kraft gleichmäßig auf die gesamte Verbindung verteilt. Somit wird die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie erhöht.
Der Abstand zwischen den Punktverbindungen kann im Bereich von 10 mm bis 100 mm liegen.
Ein zu kleiner Abstand zwischen den Punktverbindungen erhöht den Einfluss der Verbindungssteifigkeit und beeinträchtigt somit die vibrationsdämpfende Wirkung der Klebeverbindung. Ein zu großer Abstand zwischen den Punktverbindungen reduziert den Einfluss der Verbindungssteifigkeit, und erhöht somit eine Belastung der Klebeverbindung, wodurch die Gesamtsteifigkeit der Verbindung reduziert sein kann.
Allerdings ergänzen sich in dem Fall, in dem der Abstand zwischen den Punktverbindungen in dem obigen Bereich liegt, die Klebeverbindung, die Steifigkeit und vibrationsdämpfende Eigenschaften aufweist, und die Punktverbindungen, die hohe Steifigkeit aufweisen, einander in geeigneter Weise, wodurch sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften der Fahrzeugkarosserie stabil erzielt werden.
Die Verbindung kann ein Paar Stoßverbindungen umfassen, die derart angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand zueinander weisen, und zwischen dem Paar Stoßverbindungen kann eine geschlossene Schnittstruktur gebildet sein. In diesem Fall kann die Klebeverbindung entlang einer Kante der Stoßverbindung gebildet sein, die in Richtung des Inneren der geschlossenen Schnittstruktur weist.
Dies unterdrückt das Öffnen der Stoßverbindung und das Fortschreiten von Verformung, wenn eine externe Kraft wie z. B. eine Torsionskraft auf die geschlossene Schnittstruktur aufgebracht wird. Somit wird die strukturelle Steifigkeit ebenfalls erhöht.
Die Verbindung kann eine Überlappungsverbindung umfassen, die gebildet wird, indem Enden der Karosserieteile verbunden werden. Auch in diesem Fall kann die Klebeverbindung entlang mindestens einer Kante der Überlappungsverbindung gebildet sein.
Dies erhöht die strukturelle Steifigkeit wie in dem Fall der geschlossenen Schnittstruktur.
In diesen Verbindungen kann mindestens eines der zwei Karosserieteile, die die Verbindung bilden, eine Dicke von weniger als 2 mm aufweisen. Das Karosserieteil mit einer Dicke von weniger als 2 mm wird in geeigneter Weise gemäß der Steifigkeit des Klebstoffes gebogen. Der in der Verbindung platzierte Klebstoff wird daher Belastung wie z. B. einer Scherkraft ausgesetzt und wird verformt. Die vibrationsdämpfenden Eigenschaften werden somit verbessert, während das Gewicht der Fahrzeugkarosserie reduziert wird.
Die Verbindung kann verwendet werden, um die Karosserieteile zu verbinden, die einen Fahrgastraum des Fahrzeugs bilden. Dies verbessert den Komfort in dem Fahrzeug, während ausreichende Fahrzeugkarosseriefestigkeit bereitgestellt wird.
Gemäß der offenbarten Fahrzeugkarosseriestruktur werden sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften erzielt, ohne dass die Struktur komplex wird. Während die erforderliche Fahrzeugkarosseriefestigkeit bereitgestellt wird, werden verbesserte Fahrqualität und reduzierte Geräusche erzielt, wodurch verbesserter Komfort in Fahrzeugen bereitgestellt wird.
Figurenliste

1A zeigt schematisch eine Fahrzeugkarosserie von links.
1B zeigt schematisch einen unteren Teil der Fahrzeugkarosserie von unten.
2 zeigt schematisch eine Verbindung.
3 zeigt schematisch eine weitere Verbindung.
4 ist eine Grafik, die die Beziehungen zwischen dem Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, und der Steifigkeit der Punktschweißklebung zeigt.
5A und 5B zeigen schematisch Längsschnitte eines Querelements, wobei 5A das Querelement vor dem Aufbringen einer Torsionskraft zeigt und 5B das Querelement nach dem Aufbringen der Torsionskraft zeigt.
6A und 6B zeigen ein Vergleichsbeispiel von 5, wobei 6A ein Querelement vor dem Aufbringen einer Torsionskraft zeigt und 6B das Querelement nach dem Aufbringen der Torsionskraft zeigt.
7A und 7B zeigen schematisch Längsschnitte einer Verbindung zwischen Platten, wobei 7A die Verbindung vor dem Aufbringen einer Torsionskraft zeigt und 7B die Verbindung nach dem Aufbringen der Torsionskraft zeigt.
8A und 8B zeigen ein Vergleichsbeispiel von 7, wobei 8A eine Verbindung vor dem Aufbringen einer Torsionskraft zeigt und 8B die Verbindung nach dem Aufbringen der Torsionskraft zeigt.
9A zeigt schematisch eine Abwandlung einer Klebeverbindung (Stoßverbindung).
9A zeigt schematisch eine Abwandlung einer Klebeverbindung (Überlappungsverbindung).

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben. Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Art und zielt nicht darauf ab, den Schutzumfang, Anmeldungen oder Verwendungen der Erfindung zu beschränken.
Struktur der Fahrzeugkarosserie
1A und 1B zeigen eine Fahrzeugkarosserie 1 eines Automobils (Fahrzeugs), in dem die offenbarte Technik angewendet wurde. 1A zeigt die Fahrzeugkarosserie 1 von links und 1B zeigt die Fahrzeugkarosserie 1 von unten.
Ein vorderer Teil der Fahrzeugkarosserie 1 bildet im Wesentlichen einen Motorraum und ein hinterer Teil der Fahrzeugkarosserie 1 bildet im Wesentlichen einen Kofferraum. Ein Zwischenteil in Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie 1 bildet einen Fahrgastraum 2, der (einen) Fahrzeuginsassen aufnimmt. Auf der rechten und linken Seite eines Zwischenabschnitts eines unteren Teils der Fahrzeugkarosserie 1 sind Seitenschweller 3 angeordnet, die sich in Längsrichtung parallel zueinander erstrecken. Eine Tunnelverstärkung 4 ist in einem Mittelteil in seitlicher Richtung des Fahrzeugs zwischen den Seitenschwellern 3 so angeordnet, dass sie sich in Längsrichtung erstreckt.
Eine Vielzahl von Querelementen 5, die sich in seitlicher Richtung des Fahrzeugs erstrecken, sind so mit den rechten und linken Seitenschwellern 3 verbunden, dass sie die Tunnelverstärkung 4 kreuzen. Eine Bodenplatte 6 ist in dem Zwischenabschnitt des unteren Teils der Fahrzeugkarosserie 1 so angeordnet, dass sie den Boden des Fahrgastraums 2 bedeckt. Eine Fahrzeugkarosseriestruktur, die einen unteren Teil des Fahrgastraums 2 stützt, wird gebildet, indem die Bodenplatte 6, die Seitenschweller 3, die Tunnelverstärkung 4 und die Querelemente 5 miteinander verbunden werden.
Ein Vorderende der Bodenplatte 6 ist mit einem vorderen Plattenelement 10 verbunden, das auf der Vorderseite des Fahrgastraums 2 angeordnet ist. Ein Hinterende der Bodenplatte 6 ist mit einem hinteren Plattenelement 11 verbunden, das auf der Rückseite des Fahrgastraums 2 angeordnet ist. Punktschweißkleben, bei dem Kleben und Punktschweißen verwendet werden, wird verwendet, um die Bodenplatte 6 mit dem vorderen Plattenelement 10 zu verbinden und um die Bodenplatte 6 mit dem hinteren Plattenelement 11 zu verbinden, da für ein solches Verbinden hohe Steifigkeit erforderlich ist.
2 zeigt eine Verbindung 20 zwischen der Bodenplatte 6 und dem vorderen Plattenelement 10, die mittels Punktschweißkleben verbunden wurden. Die Verbindung 20 (Überlappungsverbindung 20a) wird gebildet, indem ein Hinterende des vorderen Plattenelements 10, das sich in seitlicher Richtung des Fahrzeugs erstreckt, mit einer vorgegebenen Überlappungsbreite auf dem Vorderende der Bodenplatte 6 platziert wird, die sich in seitlicher Richtung des Fahrzeugs erstreckt, und die streifenförmigen Überlappungsabschnitte, die sich in seitlicher Richtung des Fahrzeugs erstrecken, verbunden werden.
Die Überlappungsverbindung 20a weist an einer Vielzahl von Positionen, die in vorgegebenen Abständen in der Richtung angeordnet sind, in der sich die Überlappungsverbindung 20a erstreckt, Punktverbindungen 21 auf. Die Punktverbindungen 21 werden mittels Verschweißen des Vorderendes der Bodenplatte 6 und des Hinterendes des vorderen Plattenelements 10 an Punkten gebildet (als Punktschweißen bezeichnet, ein Beispiel der „Punktverbindungen“). Zwischen der Verbindungsfläche des Vorderendes der Bodenplatte 6 und der Verbindungsfläche des Hinterendes des vorderen Plattenelements 10, die die Überlappungsverbindung 20a bilden, liegt ein Klebstoff vor. Durch den Klebstoff, der an beiden Verbindungsflächen der Bodenplatte 6 und des vorderen Plattenelements 10 haftet, ist eine Klebeverbindung 22 gebildet.
Da eine Verbindung 20 zwischen der Bodenplatte 6 und dem hinteren Plattenelement 11 die gleiche Struktur wie die Verbindung 20 zwischen der Bodenplatte 6 und dem vorderen Plattenelement 10 aufweist, wird auf eine Beschreibung davon verzichtet.
Auch für die Querelemente 5 ist hohe Steifigkeit erforderlich. Daher wird zum Verbinden der Querelemente 5 Punktschweißkleben verwendet. Wie in 3 gezeigt, wird jedes Querelement 5 gebildet, indem ein Element 51, das einen hutförmigen oder U-förmigen Schnitt aufweist, mit der Bodenplatte 6 verbunden wird. Das Element 51 weist einen streifenförmigen Hauptwandabschnitt 51a, ein Paar Seitenwandabschnitte 51b und ein Paar Flanschabschnitte 51c auf. Die Seitenwandabschnitte 51b sind entlang der gesamten Länge des Hauptwandabschnitts 51a durchgängig mit beiden Seitenkanten des Hauptwandabschnitts 51a und weisen zueinander. Die Flanschabschnitte 51c erstrecken sich von den unteren Enden der Seitenwandabschnitte 51b in entgegengesetzten Richtungen entlang der gesamten Länge der Seitenwandabschnitte 51b.
Die Flanschabschnitte 51c werden mittels Punktschweißkleben (Stoßverbindungen 20b) mit der Bodenplatte 6 verbunden. Somit wird zwischen den Stoßverbindungen 20b, die sich in einem Abstand parallel zueinander erstrecken, eine geschlossene Schnittstruktur gebildet. Dies erhöht die strukturelle Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie 1.
Wie die Überlappungsverbindung 20a weist jede Stoßverbindung 20b an einer Vielzahl von Positionen, die in vorgegebenen Abständen in der Richtung angeordnet sind, in der sich die Stoßverbindung 20b erstreckt, Punktverbindungen 21 auf. Die Punktverbindungen 21 werden gebildet, indem der Flanschabschnitt 51c und die Bodenplatte 6 an Punkten verschweißt werden. Zwischen der Verbindungsfläche des Flanschabschnitts 51c und der Verbindungsfläche der Bodenplatte 6, die die Stoßverbindung 20b bilden, liegt ein Klebstoff vor. Durch den Klebstoff, der an beiden Verbindungsflächen des Flanschabschnitts 51c und der Bodenplatte 6 haftet, wird eine Klebeverbindung 22 gebildet.
Die Seitenschweller 3 und die Bodenplatte 6, die Tunnelverstärkung 4 und die Bodenplatte 6 etc. werden ähnlich mittels Punktschweißkleben verbunden.
Verbindungen
Für die Verbindungen 20, die mittels Punktschweißkleben gebildet werden, wie z. B. die Überlappungsverbindung 20a und die Stoßverbindungen 20b, ist hohe Steifigkeit erforderlich, um ausreichend Fahrzeugkarosseriefestigkeit bereitzustellen. Ein Klebstoff mit einer hohen Steifigkeit, und zwar mit einem Speichermodul von über 1.500 MPa, wird üblicherweise verwendet, um diese Verbindungen 20 zu bilden. Normalerweise verursacht höhere Steifigkeit jedoch tendenziell mehr Vibrationsübertragung. Im Hinblick auf den Komfort ist daher aufgrund von schlechterer Fahrqualität oder anomalen Geräuschen, die beim Fahren eines Fahrzeugs erzeugt werden, hohe Steifigkeit unvorteilhaft.
Es ist wünschenswert, dass die Fahrzeugkarosserie 1, insbesondere ein Fahrzeugkarosserieabschnitt, der den Fahrgastraum 2 bildet, der (einen) Fahrzeuginsassen aufnimmt, nicht nur hohe Steifigkeit aufweist, sondern auch in der Lage ist, Vibrationen zu dämpfen, die für (einen) Fahrzeuginsassen tendenziell unangenehm sind (z. B. Vibrationen von 50 bis 60 Hz). Da der Verlustfaktor eines Klebstoffes mit einem Speichermodul von über 1.500 MPa im Allgemeinen etwa 0,05 beträgt, weist ein solcher Klebstoff jedoch keine für die Fahrzeugkarosserie 1 gewünschte vibrationsdämpfende Wirkung auf.
Bei der Durchführung von Untersuchungen zur Verbesserung der vibrationsdämpfenden Eigenschaften von punktschweißgeklebten Strukturen fanden die Erfinder heraus, dass die Beziehung zwischen dem Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, und der Steifigkeit der Punktschweißklebung unerwartete universelle Eigenschaften aufweist.
4 zeigt die Beziehungen zwischen dem Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, und der Steifigkeit der Punktschweißklebung. Diese Beziehungen wurde mittels CAE-(Computer Aided Engineering-)Analyse erhalten.
In 4 zeigt die Abszisse den Speichermodul und die Ordinate zeigt die Torsionseigenfrequenz. Die Torsionseigenfrequenz kann als ein Index der Steifigkeit betrachtet werden. Und zwar ist die Steifigkeit umso höher, je höher die Torsionseigenfrequenz ist.
Jede Linie in dem Graphen von 4 stellt die Beziehung zwischen dem Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, und der Fahrzeugkarosseriesteifigkeit in einer Fahrzeugkarosserie dar, die die Verbindungen 20 umfasst, die mittels Punktschweißkleben gebildet sind. Insbesondere zeigt Linie G1 die Beziehung in einem Fall, in dem für jede Verbindung 20 in einer vorgegebenen Fahrzeugkarosserie eine kleine Menge Klebstoff verwendet wurde, und Linie G2 zeigt die Beziehung in dem Fall, in dem für jede Verbindung 20 in der gleichen Fahrzeugkarosserie wie Linie G1 eine große Menge Klebstoff verwendet wurde. Linie G3 zeigt die Beziehung in dem Fall, in dem sich eine Fahrzeugkarosserie von Linien G1, G2 unterscheidet und sich die Anzahl von Verbindungen 20 und Anordnung der Verbindungen 20 ebenfalls von Linien G1, G2 unterscheidet.
Herkömmlicherweise wird angenommen, dass die Steifigkeit der Punktschweißklebung umso höher ist, je höher der Speichermodul ist. Jedoch zeigt das Ergebnis von 4, dass die Zunahmerate der Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie stark abnimmt, wenn der Speichermodul über 100 MPa steigt, und nach dieser starken Abnahme der Zunahmerate der Steifigkeit die Steifigkeit nur leicht zunimmt, auch wenn der Speichermodul erheblich steigt.
Wie von den Linien G1 bis G3 gezeigt, kann eine ähnliche Tendenz für unterschiedliche Fahrzeugkarosseriestrukturen und unterschiedliche Mengen Klebstoff beobachtet werden. Dies zeigt, dass solche Eigenschaften universell sind. Auch wenn dies nicht in der Figur gezeigt ist, wurden ähnliche Beziehungen nicht nur für Fahrzeugkarosserien mit einer komplexen Struktur, sondern auch für einfache Modelle erhalten, die von einem einzelnen Querelement gebildet werden.
Das obige Ergebnis zeigt, dass die Beziehung zwischen dem Speichermodul eines Klebstoffes, der zum Punktschweißkleben verwendet wird, und der Steifigkeit der Punktschweißklebung universelle Eigenschaften aufweist, die von der Struktur eines Gegenstandes, für den das Punktschweißkleben verwendet wird, nicht beeinflusst werden.
Bei Betrachtung solcher Eigenschaften nimmt die Steifigkeit nur um etwa 20 % ab, auch wenn der Speichermodul eines Klebstoffes von etwa 2.000 MPa, was ein herkömmlicher Speichermodul ist, auf 100 MPa reduziert wird. Das heißt, der Speichermodul kann erheblich reduziert werden, während die Reduzierung der Steifigkeit unterdrückt wird. Die Steifigkeit ist bei einem Speichermodul von über 500 MPa etwa die gleiche. Der Speichermodul kann daher erheblich reduziert werden, während herkömmliche Steifigkeit bereitgestellt wird.
Der Verlustfaktor kann erhöht werden, indem der Speichermodul verringert wird. Beispielsweise kann der Verlustfaktor 0,4 oder mehr betragen, wenn der Speichermodul 500 MPa beträgt. Daher werden ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften erzielt.
Basierend auf diesen Kenntnissen wird für die Verbindungen 20 der Fahrzeugkarosserie 1 ein Klebstoff mit spezifischen physikalischen Eigenschaften verwendet. Insbesondere wird für die Verbindungen 20 der Fahrzeugkarosserie 1 ein Klebstoff verwendet, der bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 60 Hz einen Speichermodul im Bereich von 100 MPa bis 800 MPa und einen Verlustfaktor von 0,2 oder mehr aufweist.
Die Temperatur von 20 °C ist eine normale Temperatur und ist eine Standardtemperaturbedingung zur Angabe physikalischer Eigenschaften von Klebstoffen. Die Erregerkraft von 60 Hz entspricht Vibrationen, die für (einen) Fahrzeuginsassen tendenziell unangenehm sind. Der Komfort in Fahrzeugen (Geräusche, Vibrationen und Rauheit, engl. noise, vibration, and harshness - NVH) kann verbessert werden, indem unter diesen Bedingungen ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften realisiert werden.
Indem zum Punktschweißkleben unter den obigen Bedingungen ein Klebstoff mit einem Speichermodul im Bereich von 100 MPa bis 800 MPa und einem Verlustfaktor von 0,2 oder mehr verwendet wird, können aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften für die Fahrzeugkarosserie 1 sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften erzielt werden. Während ausreichende Fahrzeugkarosseriefestigkeit bereitgestellt wird, werden verbesserte Fahrqualität und reduzierte Geräusche erzielt.
Basierend auf den in 4 gezeigten Eigenschaften liegt der Speichermodul vorzugsweise im Bereich von 300 MPa bis 700 MPa, bevorzugter im Bereich von 450 MPa bis 600 MPa und beträgt noch bevorzugter mehr als 500 MPa und weniger oder gleich 600 MPa.
Der Verlustfaktor beträgt vorzugsweise 0,3 oder mehr anstatt 0,2 oder mehr, und bevorzugter 0,4 oder mehr. Je höher der Verlustfaktor ist, umso mehr wird die vibrationsdämpfende Wirkung verstärkt, was weiter verbesserten Komfort bereitstellt.
Solche Verbindungen 20 weisen üblicherweise eine schmale längliche Form auf. Dementsprechend weisen vorzugsweise die gesamten Verbindungen 20 einen einheitlichen Verbindungszustand auf, um sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften stabil zu erzielen.
Jede der Verbindungen 20 wie die Überlappungsverbindung 20a und die Stoßverbindungen 20b ist daher derart gebildet, dass die Klebeverbindung 22 in der Richtung, in der sich die Verbindung 20 erstreckt, durchgängig ist. Das heißt, die Klebeverbindung 22 ist in der Richtung, in der sich die Verbindung erstreckt, nicht nur in einem Teil der Verbindung 20 gebildet, wie z. B. nur einem Teil jedes Bereichs zwischen benachbarten der Punktverbindungen 21 oder nur in Bereichen, die jede Punktverbindung 21 umgeben, sondern ist derart gebildet, dass sie in der Richtung, in der sich die Verbindung 20 erstreckt, im Wesentlichen durchgängig ist.
Dies ermöglicht, dass eine Haftkraft gleichmäßig auf eine große Fläche der Verbindung 20 aufgebracht wird, auch wenn die Verbindung 20 gebildet wird, indem nur schmale Bereiche verbunden werden. Dementsprechend wird, selbst wenn eine externe Kraft lokal auf die Verbindung 20 aufgebracht wird, die externe Kraft gleichmäßig auf die gesamte Verbindung 20 verteilt. Somit wird die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie 1 erhöht.
Um wie in 2 und 3 gezeigt sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften der Fahrzeugkarosserie 1 stabil zu erzielen, liegt der Abstand P zwischen den Punktverbindungen 21 vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 100 mm, bevorzugter im Bereich von 15 mm bis 70 mm, und noch bevorzugter im Bereich von 25 mm bis 50 mm.
Ein zu kleiner Abstand P zwischen den Punktverbindungen 21 erhöht den Einfluss der Verbindungssteifigkeit und beeinträchtigt somit die vibrationsdämpfende Wirkung der Klebeverbindung 22. Ein zu großer Abstand P zwischen den Punktverbindungen 21 reduziert den Einfluss der Verbindungssteifigkeit und erhöht somit eine Belastung der Klebeverbindung 22, wodurch die Gesamtsteifigkeit der Verbindung 20 reduziert sein kann.
Allerdings ergänzen sich in dem Fall, in dem der Abstand P zwischen den Punktverbindungen 21 in dem obigen Bereich liegt, die Klebeverbindung 22, die Steifigkeit und vibrationsdämpfende Eigenschaften aufweist, und die Punktverbindungen 21, die hohe Steifigkeit aufweisen, einander in geeigneter Weise, wodurch sowohl hohe Steifigkeit als auch ausgezeichnete vibrationsdämpfende Eigenschaften der Fahrzeugkarosserie 1 stabil erzielt werden.
Sekundärwirkungen
Die Verwendung eines Klebstoffes mit den obigen physikalischen Eigenschaften zum Punktschweißkleben erhöht die strukturelle Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie 1.
5A zeigt schematisch einen Längsschnitt des Querelements 5. 6A zeigt als Vergleichsbeispiel ein Querelement 5', das nur mittels Punktschweißen verbunden ist. Eine Torsionskraft wird auf diese Querelemente 5, 5' aufgebracht.
Wie in 6B gezeigt, wirkt in dem Querelement 5', das nur mittels Punktschweißen verbunden ist, die Verbindungskraft nicht an den Kanten der Verbindungen, die in Richtung des Inneren einer geschlossenen Schnittstruktur weisen. Dementsprechend werden die Kanten der Verbindung aufgrund der Torsion geöffnet und das Querelement 5' wird verformt, wie von dem Pfeil X in 6B gezeigt.
Wie in 5B gezeigt, unterdrückt in dem Querelement 5 die Verbindungskraft der Klebeverbindungen 22, die sich durchgängig in der Richtung erstrecken, in der sich die Stoßverbindungen 20b erstrecken, ein solches Öffnen der Kanten der Stoßverbindungen 20b, die in Richtung des Inneren der geschlossenen Schnittstruktur weisen, was die Wahrscheinlichkeit erheblicher Verformung des Querelements 5 reduziert oder eliminiert. Das Querelement 5 weist daher höhere Torsionssteifigkeit auf als das Vergleichsbeispiel.
Da ein Klebstoff mit einem niedrigeren Speichermodul und einem höheren Verlustfaktor als herkömmliche Klebstoffe für die Stoßverbindungen 20b des Querelements 5 verwendet wird, wird die Toleranz gegenüber Verformung der Verbindungen 20 verglichen mit herkömmlichen Beispielen erhöht. Dies ermöglicht eine effektivere Wirkung der Verbindungskraft (30 % oder mehr Verbesserung der Torsionssteifigkeit wurde in Teststücken gegenüber dem Vergleichsbeispiel beobachtet).
Das gleiche trifft auf die Verbindung 20 zwischen der Bodenplatte 6 und dem vorderen Plattenelement 10 etc. (Überlappungsverbindung 20a) zu, die eine offene Schnittstruktur aufweist. 7A zeigt schematisch einen Längsschnitt der Überlappungsverbindung 20a. 8A zeigt als Vergleichsbeispiel eine Überlappungsverbindung 20a', die nur mittels Punktschweißen gebildet ist. Auf diese Überlappungsverbindungen 20a, 20a' und ihre Peripherieabschnitte wird eine Torsionskraft aufgebracht.
Wie in 8B gezeigt, wirkt die Verbindungskraft in der Überlappungsverbindung 20a', die nur mittels Punktschweißen gebildet ist, auf keine der Kanten der Überlappungsverbindung 20a'. Dementsprechend werden beide Kanten der Überlappungsverbindung 20a' aufgrund der Torsion geöffnet und die Überlappungsverbindung 20a' und ihr Peripherieabschnitt werden verformt, wie von dem Pfeil X in 8B gezeigt.
Wie in 7B gezeigt, unterdrückt in der Überlappungsverbindung 20a zwischen der Bodenplatte 6 und dem vorderen Plattenelement 10 etc. die Verbindungskraft der Klebeverbindung 22, die sich durchgängig in der Richtung erstreckt, in der sich die Überlappungsverbindung 20a erstreckt, ein solches Öffnen der Kanten der Überlappungsverbindung 20a, was die Wahrscheinlichkeit erheblicher Verformung der Überlappungsverbindung 20a und ihres Peripherieabschnitts reduziert oder eliminiert.
Um ein solches Öffnen zu unterdrücken und die Verformungswahrscheinlichkeit der Verbindung 20 und ihres Peripherieabschnitts zu reduzieren oder zu eliminieren, wird in dem Fall einer geschlossenen Schnittstruktur die Klebeverbindung 22 vorzugsweise mindestens entlang der Kante der Stoßverbindung 20b gebildet, die in Richtung des Inneren der geschlossenen Schnittstruktur weist. In dem Fall einer offenen Schnittstruktur wird die Klebeverbindung 22 vorzugsweise mindestens entlang mindestens einer der Kanten der Überlappungsverbindung 20a und bevorzugter mindestens entlang beider Kanten der Überlappungsverbindung 20a gebildet.
Wie in 9a und 9B gezeigt, kann die Klebeverbindung 22 insbesondere in einer großen Fläche der Verbindung 20 nicht gebildet sein, sondern kann nur in einem Abschnitt entlang der Kante der Stoßverbindung 20b gebildet sein, die in Richtung des Inneren der geschlossenen Schnittstruktur weist, oder kann nur in einem Abschnitt entlang mindestens einer der Kanten der Überlappungsverbindung 20a, und vorzugsweise entlang beider Kanten der Überlappungsverbindung 20a gebildet sein. Die Menge an zu verwendendem Klebstoff wird somit reduziert, und ein Öffnen der Verbindungen wird wirksam unterdrückt.
In diesem Fall steht bevorzugter ein Teil der Klebeverbindung 22 von der Kante der Stoßverbindung 20b oder abhängig davon, ob die Klebeverbindung 22 entlang einer der Kanten der Überlappungsverbindung 20a oder beider Kanten der Überlappungsverbindung 20a gebildet ist, von einer oder beider Kanten der Überlappungsverbindung 20a hervor. Dies ermöglicht, dass die Klebeverbindung 22 stabil entlang der Kante der Stoßverbindung 20b oder entlang einer oder beider Kanten der Überlappungsverbindung 20a gebildet ist, auch wenn die Menge an aufgebrachtem Klebstoff oder die Position, an der der Klebstoff aufgebracht wird, zu einem gewissen Grad variiert. Ein Öffnen der Kanten der Verbindungen wird hierdurch sorgfältiger unterdrückt. Diese Ausgestaltung ist auch in dem Fall wirksam, in dem die Klebeverbindung 22 im Wesentlichen in der gesamten Verbindung 20 gebildet wird.
Eine solche Verbindung 20 ist insbesondere darin wirksam, ein dünnes Karosserieteil zu verbinden.
Insbesondere ist eine solche Verbindung 20 in dem Fall wirksam, in dem mindestens eines von zwei Karosserieteilen, die die Verbindung 20 bilden, eine Dicke von weniger als 2 mm aufweist. Wenn beide Karosserieteile, die die Verbindung 20 bilden, eine Dicke von 2 mm oder mehr aufweisen, ist die Steifigkeit der Karosserieteile in Bezug auf die Steifigkeit des Klebstoffes in dem Fall zu hoch, in dem eine externe Kraft wie z. B. eine Torsionskraft auf die Verbindung 20 aufgebracht wird. Hierdurch ist es weniger wahrscheinlich, dass die Karosserieteile in geeigneter Weise gemäß der Steifigkeit des Klebstoffes gebogen werden, und die oben beschriebene Verbesserung der vibrationsdämpfenden Eigenschaften wird nicht erzielt.
Andererseits wird, wenn mindestens eines der zwei Karosserieteile, die die Verbindung 20 bilden, eine Dicke von weniger als 2 mm aufweist, mindestens das Karosserieteil der zwei Karosserieteile, das eine Dicke von weniger als 2 mm aufweist, in geeigneter Weise gemäß der Steifigkeit des Klebstoffes gebogen. Der in der Verbindung 20 platzierte Klebstoff wird daher Belastung wie z. B. einer Scherkraft ausgesetzt und die oben beschriebene Verbesserung der vibrationsdämpfenden Eigenschaften wird erzielt. Je dünner die Karosserieteile sind, umso höher ist die erwartete Verbesserungsrate der vibrationsdämpfenden Eigenschaften. Die Verwendung von Karosserieteilen mit einer geringeren Dicke ist außerdem vorteilhafter im Hinblick auf die Kostenreduzierung von Elementen und Reduzierung des Fahrzeugkarosseriegewichts.
Die offenbarte Technik ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und schließt verschiedene andere Ausgestaltungen ein. Beispielsweise muss die Klebeverbindung 22 nicht notwendigerweise entlang der Kante oder Kanten der Verbindung 20 gebildet sein. Wenn es in ästhetischer Hinsicht etc. bevorzugt ist, dass die Klebeverbindung 22 von der Kante oder den Kanten der Verbindung 20 nicht hervorsteht, kann die Klebeverbindung 22 an einer Position oder an Positionen gebildet werden, die im Innern der Kante oder Kanten der Verbindung angeordnet ist/sind.
Der Abschnitt, an dem die Verbindung 20 gebildet wird, ist nicht auf den Abschnitt beschränkt, an dem das Querelement 5 oder die Bodenplatte 6 verbunden werden. Die Verbindung 20 kann an jeder Stelle gebildet werden, sofern Punktschweißkleben durchgeführt werden kann. Die Punktverbindung ist nicht auf Punktschweißen beschränkt. Die Punktverbindung kann jede punktartige Verbindungsstruktur aufweisen. Beispielsweise kann die Punktverbindung eine mechanische Verbindungsstruktur aufweisen, die mittels Verschraubung mittels Schraube und Mutter, Durchsetzfügen, Nieten, Stanznieten, etc. erhalten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017161616 [0001]
JP 2014151657 [0003, 0004]

Claims

Fahrzeugkarosseriestruktur eines Fahrzeugs, die eine Verbindung umfasst, die gebildet wird, indem ein Karosserieteil und ein weiteres Karosserieteil derart verbunden werden, dass die Karosserieteile einander überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Vielzahl von Punktverbindungen umfasst, die in Abständen in einer Richtung angeordnet sind, in der sich die Verbindung erstreckt und die gebildet werden, indem die Karosserieteile teilweise verbunden werden, und eine Klebeverbindung, die mittels Haftung eines Klebstoffes gebildet wird, der zwischen den Karosserieteilen an beiden Karosserieteilen platziert wird, und der Klebstoff bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 60 Hz einen Speichermodul im Bereich von 100 MPa bis 800 MPa und einen Verlustfaktor von 0,2 oder mehr aufweist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff bei einer Temperatur von 20 °C und einer Erregerkraftfrequenz von 60 Hz einen Speichermodul von mehr als 500 MPa und 600 MPa oder weniger und einen Verlustfaktor von 0,3 oder mehr aufweist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung in der Richtung, in der sich die Verbindung erstreckt, durchgängig ist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Punktverbindungen im Bereich von 10 mm bis 100 mm liegt.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung ein Paar Stoßverbindungen aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie in einem vorgegebenen Abstand zueinander weisen, und zwischen dem Paar Stoßverbindungen eine geschlossene Schnittstruktur gebildet ist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung entlang einer Kante der Stoßverbindung gebildet ist, die in Richtung des Inneren der geschlossenen Schnittstruktur weist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Überlappungsverbindung umfasst, die gebildet wird, indem Enden der Karosserieteile verbunden werden.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung entlang mindestens einer Kante der Überlappungsverbindung gebildet ist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Karosserieteile, die die Verbindung bilden, eine Dicke von weniger als 2 mm aufweist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung verwendet wird, um die Karosserieteile zu verbinden, die einen Fahrgastraum des Fahrzeugs bilden.