ES2315682T3 - Bastidor de vehiculo que tiene un sistema de gestion de energia y metodo para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Un miembro (30) estructural hueco unitario para un bastidor de vehículo adaptado para ser deformado axialmente mediante la aplicación de una fuerza en un primer extremo del mismo, teniendo el citado miembro: - un cuerpo (32) con un primer espesor de pared (T1) generalmente constante, incluyendo el primer extremo del miembro una sección debilitada (34) que tiene un segundo espesor de pared (T 2) generalmente constante, en el que el citado segundo espesor de pared (T 2) es menor que el citado primer espesor de pared (T 1); e - incluyendo también el citado primer extremo un lugar de inicio de deformación que comprende una porción adelgazada, en el que el área de sección transversal de la citada porción adelgazada se reduce gradualmente a lo largo de una dirección axial hacia el citado primer extremo.

Description

Bastidor de vehículo que tiene un sistema de gestión de energía y método para su fabricación.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas y métodos para absorber energía durante una colisión vehicular. Más específicamente la invención proporciona raíles laterales de bastidor de vehículo que tienen secciones de absorción de energía de impacto y métodos para formar tales raíles laterales.

Descripción de la técnica anterior

Las colisiones de vehículos, bien entre dos vehículos o entre un vehículo y un objeto estacionario, resultan en tremendas fuerzas que son transmitidas a través del bastidor, incluso a velocidades reducidas. Estas fuerzas resultan de la transferencia de energía cinética del objeto u objetos que se mueven y, si no son manejadas o absorbidas adecuadamente, provocan a menudo serias heridas a los ocupantes.

La mayoría de los automóviles están construidos a partir de un bastidor estructural convencional sobre el cual se montan un cuerpo y otros equipos funcionales (es decir motor, compartimento de pasajeros, etc.). El bastidor estructural incluye, generalmente, un par de raíles laterales que se extienden longitudinalmente, uno a cada lado del vehículo, con travesaños que se extienden transversalmente conectados a los raíles laterales para formar una disposición en escalera. Un bastidor de espacio del pasajero está montado en este conjunto así como un cuerpo, motor, y otros elementos del vehículo. Como se conoce comúnmente, existen parachoques en los extremos delantero y trasero de los vehículos y forman el área de impacto para la mayoría de las colisiones. Un tipo de colisiones común resulta de que uno o más vehículos impacten extremo a extremo, lo que traslada la fuerza del impacto a través de los raíles laterales. Por tanto, se han dirigido varios esfuerzos a absorber la energía cinética de un impacto en los extremos de los raíles laterales, antes de la transferencia al bastidor del espacio del pasajero y a los propios pasajeros.

Se han propuesto varios sistemas y métodos para absorber o disipar la energía generada en una colisión. La Patente de US 5.005.887 describe un aparato para sujetar parachoques para absorber la energía transmitida desde un parachoques antes de que alcance el bastidor del vehículo, es decir los raíles laterales. El parachoques de esta referencia comprende un cuerpo hueco con un núcleo relleno con una espuma elástica para absorber energía de un impacto. Aunque pueden tolerarse colisiones menores con este sistema, mucha de la energía se transmite aún a los miembros de bastidor del vehículo y, por lo tanto, a los ocupantes. Además, el voluminoso parachoques requerido sería difícil de incorporar en restricciones de diseño específicas pensadas para que sea agradable estéticamente.

La Patente de US 6.334.518 describe un mecanismo de absorción de impacto para vehículos. El dispositivo comprende un dispositivo de absorción de energía hidráulico situado entre el parachoques y los raíles laterales. Tal sistema implica un tiempo de fabricación adicional y un mayor coste y peso del vehículo.

La Patente de US 5.605.353 describe un sistema para absorber energía directamente en un travesaño antes de ser transmitido a los raíles laterales.

La publicación de US 2001/0022444 describe raíles laterales diseñados específicamente que incluyen extremos terminales de absorción de energía. Los extremos terminales están provistos de zonas de debilidad y están diseñados para alabearse y absorber energía de impacto. Aunque efectivas, estas estructuras de extremo terminales son componentes añadidos que provocan retrasos y un coste de componente añadido.

El documento JP-2001-088737 describe un miembro estructural hueco unitario para un bastidor de vehículo adaptado para deformarse axialmente mediante la aplicación de una fuerza en un primer extremo del mismo, teniendo el citado miembro un cuerpo con un primer espesor de pared generalmente constante, incluyendo el primer extremo del miembro bien sea una sección debilitada que tiene un segundo espesor de pared generalmente constante, en el que el citado segundo espesor de pared es menor que el citado primer espesor de pared, o bien un lugar de inicio de deformación que comprende una porción inclinada, en la que el área de sección transversal en la citada porción inclinada se reduce gradualmente a lo largo de una dirección axial hacia el citado primer extremo.

Existe, por lo tanto, una necesidad de un medio para controlar o gestionar la energía de impacto en un vehículo que sea efectivo en coste y no añada tiempo de producción o peso del vehículo.

Resumen de la invención

Estos objetos se alcanzan por medio de un miembro estructural hueco unitario y un método para formar tal miembro de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4.

Breve descripción de los dibujos

Estas y otras características de las realizaciones preferidas de la invención resultarán más evidentes en la descripción detallada que sigue en la cual se hace referencia a los dibujos dependientes en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un par de raíles laterales como se conocen de la técnica anterior.

La Figura 2 es una vista en sección transversal de un extremo de un rail lateral de acuerdo con una realización de la presente invención.

Las Figuras 3 a 11 son vistas en sección transversal de un proceso de formación de acuerdo con una realización de la presente invención.

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Descripción de las realizaciones preferidas A) Porción de Extremo para Absorción de Energía de Miembros Estructurales

Como se ha explicado anteriormente, algunos de los métodos de la técnica anterior para la gestión de la energía en automóviles precisan la fijación, normalmente mediante soldadura, de extensiones a los raíles laterales del vehículo, en los que las extensiones son diseñadas para ser estructuralmente más débiles que los raíles laterales. De esta manera, las extensiones generan una zona de debilidad durante una colisión y son capaces de alabearse para absorber la energía del impacto. No obstante, la fijación de estas extensiones implica un tiempo de producción extra para la operación de soldadura y un coste de material adicional. Además, el proceso de soldadura provoca que las áreas adyacentes resulten estructuralmente afectadas por el calor y puede provocar un comportamiento mecánico impredecible de tales secciones durante la colisión. La Figura 1 ilustra un par de raíles laterales, 11 y 12, como enseña la técnica anterior, que tienen extensiones 20 que son estructuralmente más débiles que los raíles laterales. Tal construcción de rail lateral es mostrada por la solicitud de patente de US 2001/0022444. Generalmente, es conocido formar miembros tales como raíles laterales a partir de tubos huecos usando varios métodos de conformación comúnmente conocidos tales como hidro-conformación y similares.

La presente invención proporciona, en una realización, un rail lateral adaptado para automóviles que tiene, integrado en el mismo, una zona de resistencia reducida. Evitando la necesidad de soldar extensiones etc., la presente invención proporciona una solución efectiva en coste y tiempo para el problema de la gestión de la energía así como una solución que es predecible en sus características mecánicas.

La siguiente descripción se referirá a una realización de la invención que implica raíles laterales de automóvil. Sin embargo, se comprenderá que esta es una realización preferida de la invención y que la invención no está limitada únicamente a tal aplicación. La presente invención puede, por ejemplo, ser usada para varios miembros estructurales diferentes en los que se requiere gestión de la energía. Estos miembros incluyen componentes estructurales de vehículo tales como pilares, soportes, etc. Además, se comprenderá también que la invención puede usarse para cualquier extremo de los raíles laterales para absorber impactos frontales o traseros.

La Figura 2 ilustra una porción de extremo de un miembro estructural de automóvil, tal como un rail lateral, de acuerdo con la presente invención. Como puede verse, el miembro estructural 30 comprende un cuerpo alargado hueco de cualquier forma deseada. El miembro 30 incluye un cuerpo principal 32 que tiene un primer espesor de pared o calibre T_{1}. El miembro 30 incluye también una porción de extremo 34 para la absorción de energía que está integrado con el cuerpo principal 32 pero que está formado por un segundo espesor de pared T_{2} que es menor que T_{1}, haciendo por ello la porción de extremo 34 estructuralmente más débil que el cuerpo principal. Además, de acuerdo con una realización preferida, la porción de extremo 34 está adelgazada comparada con el cuerpo principal para aumentar su tendencia a la absorción de energía. Los expertos en la técnica apreciarán que aunque adelgazar la porción de extremo sirve para proporcionar un área de inicio para la absorción de energía, el efecto deseado puede lograrse también con la propia sección de pared delgada o con un adelgazamiento graduado de la pared. En el resultado, la porción de extremo 34 proporciona una zona de debilidad para el miembro 30 con el fin de permitir preferencialmente que se deforme físicamente en una colisión antes de transferir la energía de impacto al cuerpo principal del miembro. Como se ha indicado anteriormente, en una realización preferida de la invención, los miembros estructurales 30 son raíles laterales y uno o ambos extremos de los raíles laterales pueden ser provistos con los extremos terminales descritos anteriormente. En otras realizaciones, otros miembros estructurales (tales como pilares, etc.) pueden ser provistos también con extremos terminales como se ha descrito anteriormente.

Los expertos en la técnica comprenderán que la longitud de la porción de extremo de absorción de energía 34 puede ser calculada dependiendo de la cantidad de absorción de impacto requerida. La longitud de la porción de extremo variará dependiendo del espesor de pared elegido. Por ejemplo, para absorber una fuerza de impacto dada, la porción de extremo puede ser adaptada ajustando bien sea ambos espesores de pared, T_{2}, o la longitud de la porción de extremo. Se comprenderá que las restricciones de diseño pueden afectar también el aspecto de adaptación. Por ejemplo un diseño específico para un automóvil impondrá restricciones en las longitudes de los citados raíles y, por lo tanto, en algunos casos, la mayoría de la adaptación implicará un ajuste del espesor de pared, T_{2}. Los valores de la longitud y de los espesores de los miembros pueden ser determinados por los expertos en la técnica una vez que la cantidad de energía absorbida ha sido definida. La estructura unitaria del miembro 30 evita cualesquiera variables estructurales como se encontrarían en los procesos de soldadura usados para fijar extensiones, etc. a los citados raíles.

B) Método de Formar Porciones de Extremo

En otra realización, la presente invención proporciona un método para formar los miembros estructurales descritos anteriormente. El método de la invención se ilustra en las Figuras 3 a 11. El método puede dividirse en dos etapas principales: reducción de calibre y adelgazamiento. La etapa de reducción de calibre sirve para proporcionar al miembro estructural una sección de extremo debilitada que sirve para absorber energía de un impacto mediante deformación. La etapa de adelgazamiento sirve para proporcionar al miembro estructural un lugar de inicio para tal deformación.

Etapa 1)

Reducción de Calibre

La etapa de reducción de calibre se ilustra en las Figuras 3 a 7. Como se muestra en la Figura 3, la primera etapa del método implica deslizar una matriz 40 sobre un diámetro exterior de un primer extremo 42 de un tubo 44 hueco que tiene un primer espesor de pared T_{1} y un primer diámetro exterior, D_{1}. La flecha 45 ilustra la dirección de desplazamiento de la matriz sobre el tubo 44 estacionario. Como se muestra, la matriz 40 está configurada para el tubo porque la abertura de la matriz generalmente se corresponde con el diámetro exterior D_{1} del tubo 44. Las matrices para esta etapa son comúnmente conocidas en el sector.

Como se muestra en la Figura 4, la segunda etapa del diámetro, implica la inserción de un mandril 46 en el ánima del tubo 44 hueco, en una dirección mostrada por la flecha 47. El mandril es insertado sobre una distancia "d" del tubo 44, medida desde el primer extremo 42. La distancia, d, es general y preferiblemente, ligeramente menor que la longitud deseada de la porción de absorción de energía, terminal del miembro estructural que se está formando. Como se explica más adelante, se entenderá que el mandril puede ser insertado una distancia mayor de d y la longitud extra puede ser cortada. No obstante, como se comprenderá, esto requerirá una etapa adicional y, por lo tanto puede no ser preferido. Como se muestra en la Figura 4, el diámetro del mandril 46 es de manera preferible ligeramente mayor que el diámetro interior D_{2} del tubo 44, lo que provoca que el tubo 44 se expanda ligeramente mediante la inserción del mandril 46. Además, como se explicará más adelante, la diferencia entre el diámetro del mandril 46 y la abertura de la matriz 40 (el último de los cuales es generalmente igual al diámetro exterior, D_{1}, del tubo 44) es menor que el espesor de pared T_{1} del tubo 44. Los mandriles para esta etapa del método son comúnmente conocidos en el sector.

Las Figura 5 y 6 ilustran la siguiente etapa del método en la que la matriz 40 es eliminada del tubo 44. Como se muestra, la matriz 40 es deslizada hacia atrás hacia el extremo 42 del tubo 44, en la dirección mostrada por la flecha 45 mostrada en la Figura 3. Como se muestra en la Figura 5, mientras la matriz 40 es retirada, pasa por encima del mandril 46, que permanece en su sitio dentro del tubo 44. Como resultado, el espesor de pared del tubo 44 es forzosamente reducido a un espesor T_{2}, que corresponde generalmente a la holgura entre el diámetro del mandril 46 y la abertura de la matriz 40. Se observa que el diámetro exterior D_{1} del tubo 44 se mantiene constante puesto que, como se ha indicado anteriormente, la matriz está configurada para tener una abertura generalmente correspondiente al diámetro exterior D_{1} del tubo 44.

La Figura 7 ilustra la etapa final de la etapa de reducción de calibre del método en la que, una vez que la matriz 40 es retirada, el mandril 46 es también retirado del tubo 44, en la dirección 48. Como se muestra en la Figura 7, el resultado de la retirada de la matriz 40 y el mandril 46 es un tubo 44 que tiene una porción de extremo 50 de pared delgada. El espesor de pared de la porción de extremo 50 se muestra como T_{2}. Como se muestra, el diámetro exterior D_{1} de la porción de extremo 50 es de manera general preferiblemente el mismo que el de lo que queda de tubo 44. La porción de extremo 50 del tubo 44 es de una longitud L, que es, como se ha explicado anteriormente, generalmente más larga que d, la distancia del mandril es insertada, debido al hecho de que la longitud del tubo es normalmente aumentada durante el proceso de reducción de calibre. Como se ha indicado anteriormente, en la realización preferida, L se corresponde generalmente con la longitud deseada de la porción de absorción de energía de extremo del miembro estructural que se está formando. Sin embargo, en el caso de que L sea mayor de tal longitud deseada, el exceso puede ser cortado.

Etapa 2)

Inclinación

Las Figuras 8 a 11 ilustran las etapas del adelgazamiento del tubo 44 a continuación de la reducción de calibre. En la primera etapa, como se muestra en las Figuras 8, una matriz adelgazada 52 se hace avanzar hacia el extremo 42 del tubo 44. Se observa que el extremo 42 es la porción de extremo 50 de espesor de pared reducido del tubo 44. Como se muestra en la Figura 8, la matriz adelgazada 52 se hace avanzar hacia el tubo 44 estacionario en la dirección mostrada por la flecha 54. La matriz 52 incluye una inclinación de un ángulo \alpha, que variará dependiendo del adelgazamiento del tubo 44 requerido. La geometría específica de la matriz 52 adelgazada resultará evidente para expertos en la técnica basándose en la necesidad.

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Como se muestra en las Figuras 9 y 10, mientras la matriz 52 inclinada se hace avanzar hacia la porción de extremo 50 del tubo 44, a la porción de extremo 50 se le reduce gradualmente el diámetro para proporcionar al tubo 44 un extremo adelgazado.

En la Figura 11, la matriz adelgazada 52 se muestra mientras es retirada de la porción de extremo 50 del tubo 44 en la dirección mostrada por la flecha 56. El tubo 44 resultante incluye una porción de extremo 50 que tiene un espesor de pared reducido T_{2} y un diámetro exterior reducido. Como se ha explicado anteriormente, el espesor de pared reducido de la porción de extremo 50 es estructuralmente más débil que lo que queda del tubo 44 y, por lo tanto, es más susceptible a la deformación durante un impacto en el extremo 42. De esta manera, la porción de extremo 50 sirve para absorber la energía en un impacto antes de ser transferido a lo que queda del tubo 44. Además, el adelgazamiento de la porción de extremo 50 ayuda al inicio del proceso de deformación.

El tubo 44, después de ser adelgazado puede entonces ser conformado hasta la forma final deseada del miembro estructural que usa cualquier proceso convencional tal como hidro-conformación, etc. Se comprenderá que las descripciones anteriores se refieren a "diámetros" del tubo y porciones de extremo. No obstante, se comprenderá que el proceso de formación anterior puede ser también llevado a cabo sobre un miembro pre-formado que tiene otra geometría. En tal caso, las matrices y mandril explicados anteriormente tendrán las formas respectivas del miembro que se está formando. Por ejemplo, la matriz y el mandril pueden tener un diseño cuadrado o rectangular si el tubo final tuviese tal geometría.

En otra realización, la sección adelgazada de los miembros puede ser proporcionada sólo a lo largo de una porción de la región de espesor de pared reducido mientras que aún sirve para iniciar la deformación.

Claims (5)

1. Un miembro (30) estructural hueco unitario para un bastidor de vehículo adaptado para ser deformado axialmente mediante la aplicación de una fuerza en un primer extremo del mismo, teniendo el citado miembro:

- un cuerpo (32) con un primer espesor de pared (T_{1}) generalmente constante, incluyendo el primer extremo del miembro una sección debilitada (34) que tiene un segundo espesor de pared (T_{2}) generalmente constante, en el que el citado segundo espesor de pared (T_{2}) es menor que el citado primer espesor de pared (T_{1}); e

- incluyendo también el citado primer extremo un lugar de inicio de deformación que comprende una porción adelgazada, en el que el área de sección transversal de la citada porción adelgazada se reduce gradualmente a lo largo de una dirección axial hacia el citado primer extremo.

2. El miembro (30) estructural de acuerdo con la reivindicación 1, en el que toda la longitud de la citada porción adelgazada comprende el segundo espesor de pared (T_{2}).

3. El miembro (30) estructural de la reivindicación 1 ó 2 en el que el citado miembro estructural comprende un rail lateral, soporte o pilar de bastidor de vehículo.

4. Un método para formar un miembro (30) estructural hueco para un bastidor de vehículo y que tiene una sección de de extremo (34) debilitada integrada en la misma para absorber energía, teniendo la citada sección de extremo (34) un espesor de pared reducido (T_{2}), comprendiendo el método las etapas de:

- proporcionar un miembro tubular para ser formado, teniendo el miembro tubular un primer espesor de pared (T_{1}) generalmente constante y un primer extremo para ser provisto con la citada porción debilitada;

- proporcionar una primera matriz que tiene una abertura correspondiente generalmente con las dimensiones exteriores del miembro tubular;

- proporcionar un mandril capaz de ser insertado dentro de la citada primera abertura de matriz, correspondiendo la holgura entre el citado mandril y la abertura de matriz al espesor de pared reducido (T_{2});

- situar el miembro tubular dentro de la primera abertura de matriz y mover axialmente la primera abertura de matriz por encima de una primera longitud del miembro tubular;

- insertar el mandril en el primer extremo del miembro tubular a lo largo de una segunda longitud del miembro tubular menor que la primera longitud, comprendiendo la segunda longitud la longitud de la sección de extremo;

- deslizar la primera matriz por encima del miembro tubular y por encima del mandril provocando por ello que el espesor de pared del primer extremo de miembro tubular sea reducido hasta un espesor generalmente constante que corresponde al citado espesor de pared reducido, (T_{2});

- extraer el mandril del miembro tubular;

- proporcionar una segunda matriz que tiene una abertura de matriz adelgazada con una sección de entrada que tiene el diámetro mayor;

- introducir el citado primer extremo del miembro tubular en la sección de entrada de la segunda abertura de matriz y forzar la constricción de la citada sección de primer extremo para asumir la forma de la segunda abertura de matriz mientras que se mantiene el citado espesor de pared reducido, (T_{2}) generalmente constante.

5. El método de la reivindicación 4 en el que el citado miembro (30) estructural comprende un rail lateral de bastidor, soporte o pilar de vehículo.