PL236230B1

PL236230B1 - Door beam of the automobile vehicle integral body

Info

Publication number: PL236230B1
Application number: PL425637A
Authority: PL
Inventors: Ireneusz Wróbel; Jacek Stadnicki; Andrzej Graboś
Original assignee: Polmotors Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2020-12-28
Also published as: PL425637A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest belka drzwiowa przeznaczona dla samonośnego nadwozia samochodu osobowego produkowana z wykorzystaniem technologii jednoczesnej obróbki plastycznej i cieplnej (Press Hardened Steels PHS).The subject of the invention is a door beam for a self-supporting car body, manufactured using the technology of simultaneous plastic and heat treatment (Press Hardened Steels PHS).

Zadaniem takiej belki jest ochrona kierowcy i pasażerów przed skutkami uderzenia bocznego. Jest ona na stałe zespolona z konstrukcją przednich i tylnych drzwi samochodu osobowego. Belka ta powinna być tak zaprojektowana, aby miała odpowiednią sztywność i spełniała funkcję ochronną podczas zderzenia. Belka jest specjalnie ukształtowanym profilem stalowym z blachy o grubości od 0,5 do 1,7 mm.The task of such a beam is to protect the driver and passengers from the effects of a side impact. It is permanently attached to the structure of the front and rear passenger car doors. This beam should be designed in such a way that it has adequate stiffness and fulfills the crash protection function. The beam is a specially shaped steel profile made of sheet metal with a thickness of 0.5 to 1.7 mm.

Belka wzmacniająca drzwi musi dzielić przestrzeń z innymi elementami konstrukcyjnymi drzwi, z systemem podnoszenia szyby, z boczkami od strony pasażerów oraz z pokryciem zewnętrznym drzwi. Te warunki ograniczają możliwość swobodnego i dowolnego kształtowania formy belki. Najczęściej z góry narzucona jest ograniczona przestrzeń, w którą musi pomieścić się forma końcowa belki. Takie ograniczenia mają duży wpływ na kształt belki, które wymuszają niesymetryczny kształt. Belka drzwiowa na etapie projektowania i wytwarzania podlega testom wytrzymałościowym trójpunktowego zginania siłą F. Wymaga się, aby belka przy założonym ugięciu przeniosła założoną siłę. Aby belka spełniła wymagania testów trój punktowego zginania kluczowe jest uzyskanie odpowiedniej sztywności na całej jej długości. Przy niesymetrycznym kształcie, podczas testów zginania, deformuje się w niesymetryczny sposób, co powoduje znaczne zmniejszenie nośności belki.The door reinforcement beam must share the space with the other structural elements of the door, with the window lifting system, with the side panels on the passenger side, and with the door exterior. These conditions limit the possibility of free and arbitrary shape of the beam. Most often, a limited space is imposed from above, in which the final form of the beam must fit. Such constraints have a great influence on the shape of the beam, which forces an asymmetrical shape. At the design and production stage, the door beam is subject to the F-force three-point bending strength tests. It is required that the beam with the assumed deflection should transfer the assumed force. In order for the beam to meet the requirements of the three point bending tests, it is essential to obtain sufficient stiffness along its entire length. With an asymmetrical shape, it deforms asymmetrically during bending tests, which causes a significant reduction in the beam capacity.

Znana jest z opisu JP2011251597 belka drzwiowa, która dzięki kształtowi zapewnia wysoką wytrzymałość na uderzenia skierowane na drzwi pojazdu, jest lepsza pod względem kosztów wytwarzania i formowana jest sposobem tłocznia. Belka drzwiowa jest wytwarzana metodą formowania na zimno z wykorzystaniem bardzo wytrzymałej blachy stalowej o wytrzymałości na rozciąganie większą od 1180 MPa. Belka drzwiowa ma przekrój poprzeczny w kształcie litery M, mający zdolność do absorbowania energii uderzenia. Przekrój poprzeczny w kształcie litery M jest utworzony przez zmianę wysokości wzdłużnej. Zgrubienie kształtowe znajduje się w kołnierzach belki po obu stronach przekroju poprzecznego w kształcie litery M.It is known from the description JP2011251597 a door beam which, thanks to its shape, ensures high resistance to impacts directed at the vehicle door, is better in terms of manufacturing costs and is formed by a stamping method. The door beam is manufactured by the cold forming method using high-strength steel sheet with a tensile strength greater than 1180 MPa. The door beam has an M-shaped cross-section having the ability to absorb impact energy. The M-shaped cross-section is formed by changing the longitudinal height. The profile bead is located in the beam flanges on both sides of the M-shaped cross-section.

Znana jest z opisu patentowego FR2942754 amortyzator uderzenia bocznego do drzwi pojazdów mechanicznych, zawierający ukształtowaną blachę o przekroju rurowym, która jest zamknięta obwodowo w centralnym obszarze amortyzatora i ma konstrukcję otwartą na obwodzie, przechodzącą w dwa obszary końcowe przymocowane wzdłużnie do wspomnianego obszaru środkowego. Kąt otwarcia obszarów końcowych zwiększa się w sposób ciągły od obszaru centralnego do końców wspomnianych obszarów końcowych. W dziedzinie pojazdów mechanicznych amortyzatory boczne są stosowane jako wzmocnienie drzwi i służą do ochrony pasażerów pojazdów osobowych przed obrażeniami w wyniku zderzenia bocznego. Wadą sekcji rurowych jest to, że na ogół w obszarach, w których przyłożone naprężenia są mniejsze, mają taki sam przekrój jak w obszarach, w których występują maksymalne naprężenia. Dlatego profile rurowe są przewymiarowane w strefach. Optymalizacja wagi jest możliwa tylko poprzez późniejsze cięcie profili rurowych, co wymaga oddzielnych etapów produkcji. To z kolei ma negatywny wpływ na koszty produkcji. Ostateczny kształt amortyzatora uderzenia bocznego jest już trwale ustalony przez profil, który jest wynikiem cięcia lub tłoczenia blachy, to znaczy nie w kolejnym etapie produkcji. Optymalizacja wagi odbywa się wcześniej. Ze względów technicznych okazuje się to bardziej ekonomiczne niż późniejsze cięcie rurowej części konstrukcyjnej.It is known from patent FR2942754 a side impact damper for motor vehicle doors, comprising a shaped sheet with a tubular section, which is circumferentially closed in the central area of the damper and has a circumferentially open structure passing into two end areas attached longitudinally to said central area. The opening angle of the end regions increases continuously from a central region to the ends of said end regions. In the field of motor vehicles, side shock absorbers are used as a door reinforcement and serve to protect passenger vehicle occupants from side impact injuries. A disadvantage of pipe sections is that they generally have the same cross section in areas where the applied stresses are less than in areas where the stresses are maximum. Therefore, the tubular profiles are oversized in zones. Weight optimization is only possible by cutting the tubular profiles afterwards, which requires separate production steps. This in turn has a negative impact on production costs. The final shape of the side impact damper is already firmly fixed by the profile, which is the result of cutting or stamping the sheet metal, i.e. not in a subsequent production step. Weight optimization takes place earlier. For technical reasons, this turns out to be more economical than the subsequent cutting of the tubular component.

Zanany jest z opisu zgłoszenia wynalazku PL414577 sposób wytwarzania profilu magnezowego pochłaniającego energię zderzeń i profil magnezowy pochłaniający energię zderzeń, który charakteryzuje się tym, że uprzednio wykrojone co najmniej dwa arkusze z blachy ze stopów magnezu zagina się wzdłuż linii zagięcia w wyniku czego otrzymuje się półprofile, które następnie łączy się wzdłuż zagięcia, tworząc osłonę, którą wypełnia się tworzywem porowatym o gęstości wynoszącej od 100 do 1200 kg/m³. W narożach osłony wykonuje się podcięcia i profil magnezowy pochłaniający energię zderzeń, zwłaszcza pojazdu mechanicznego. Zgłoszenie dotyczy również profilu magnezowego pochłaniającego energię zderzeń, który ma osłonę składającą się z co najmniej dwóch półprofili z blachy ze stopów magnezu połączonych wzdłuż linii, która wypełniona jest tworzywem porowatym o gęstości wynoszącej od 100 do 1200 kg/m³, przy czym w każdym narożu osłony wykonane są co najmniej dwa podcięcia. Proces zgniatania jest przewidywalny i powtarzalny, natomiast deformacja profilu bez podcięć jest nieprzewidywalna. Podczas testu trójpunktowego zginania belki jej sztywność jest tak zaprojektowana, że zbytThere is known from the description of the application of the invention PL414577 a method of producing a magnesium profile absorbing the energy of collisions and a magnesium profile absorbing the energy of collisions, which is characterized in that at least two previously cut sheets of magnesium alloy sheet are bent along the fold line resulting in the production of half-profiles which are then joined along the fold to form a casing which is filled with a porous material with a density of 100 to 1200 kg / m ³ . In the corners of the cover, undercuts and a magnesium profile are made to absorb the energy of collisions, especially of a motor vehicle. The invention also relates profile magnesium absorbing collision energy which has a cover consisting of at least two półprofili sheet of magnesium alloy joined along a line which is filled with a material porous having a density of 100 to 1200 kg / m ^3, wherein at each corner at least two undercuts are made of the sheaths. The crushing process is predictable and repeatable, while profile deformation without undercuts is unpredictable. During the three-point bending test of a beam, its stiffness is designed so too

PL 236 230 B1 wcześnie pojawiają się lokalne odkształcenia plastyczne zmniejszające nośność belki, to można powiększyć nośność belki przez celowe wprowadzenie stref o zmniejszonej sztywności w odpowiednich miejscach belki.Due to the fact that local plastic deformations that reduce the beam capacity appear early, it is possible to increase the beam capacity by deliberately introducing zones of reduced stiffness at appropriate points on the beam.

Nieoczekiwanie okazało się, że dodanie siodła o odpowiednim kształcie, w odpowiednim miejscu belki (określonym w wyniku obliczeń MES) powoduje znaczne podniesienie globalnej sztywności belki.Unexpectedly, it turned out that adding a saddle with an appropriate shape in the appropriate place of the beam (determined as a result of FEM calculations) significantly increases the global stiffness of the beam.

Belka drzwiowa w samonośnym nadwoziu pojazdu samochodowego, chroniąca pasażerów przed skutkami zderzenia bocznego, wykonana w formie kształtownika, wytłoczki z blachy stalowej w procesie jednoczesnej obróbki plastycznej i cieplnej charakteryzuje się tym, że na lewo lub prawo od płaszczyzny środkowej belki na przynajmniej jednej krawędzi belki ma wykonaną co najmniej jedną strefę o zmniejszonej sztywności, sztywności mniejszej niż w swoim sąsiedztwie.Door beam in the self-supporting body of a motor vehicle, protecting passengers against the effects of a side collision, made in the form of a section, a steel sheet stamping in the process of simultaneous plastic and heat treatment, characterized by the fact that to the left or right of the middle plane of the beam, at least one edge of the beam has made at least one zone of reduced stiffness, less stiffness than in its vicinity.

Strefa o zmniejszonej sztywności jest przetłoczeniem w belce w kształcie siodełka, które może mieć korzystnie kształt kulisty, owalny i w przekroju w kształcie litery U i litery V z zaokrąglonymi krawędziami.The zone of reduced stiffness is an embossing in a saddle-shaped beam which may preferably be spherical, oval and U-shaped and V-shaped in cross-section with rounded edges.

Strefa lub strefy o zmniejszonej sztywności rozmieszczone są na krawędziach belki po prawej lub lewej albo jednocześnie po prawej i po lewej stronie belki. Korzystnie jest, gdy strefy o zmniejszonej sztywności rozmieszczone są symetrycznie w odniesieniu do osi podłużnej belki na krawędziach belki.The zone or zones of reduced stiffness are located on the edges of the beam on the right or left side, or simultaneously on the right and left side of the beam. Preferably, the zones of reduced stiffness are arranged symmetrically in relation to the longitudinal axis of the beam at the edges of the beam.

Szerokość strefy o zmniejszonej sztywności zawiera się od 2% do 10% długości belki.The width of the zone of reduced stiffness ranges from 2% to 10% of the beam length.

Głębokość strefy o zmniejszonej sztywności zawiera się od 2% do 20% wysokości belki.The depth of the zone of reduced stiffness ranges from 2% to 20% of the beam height.

Belka drzwiowa według wynalazku dla samochodu osobowego z samonośnym nadwoziem skuteczniej chroni pasażerów przed skutkami zderzenia bocznego:The door beam according to the invention for a passenger car with a self-supporting body is more effective in protecting passengers against the effects of a side impact:

- ma korzystnie rozmieszczone strefy o sztywności zginania mniejszej niż w swoim sąsiedztwie, przy czym korzystnie to znaczy w takich miejscach, aby bez istotnych zmian konstrukcji belki jak najbardziej powiększyć jej nośność,- has preferably distributed zones with a bending stiffness lower than in its vicinity, preferably in such places as to maximize its load-bearing capacity without significant changes in the structure of the beam,

- szerokość stref, o których mowa jest mała w porównaniu do długości belki, przy czym mała, to znaczy na tyle mniejsza od sztywności w sąsiedztwie strefy, aby zainicjować powstanie przegubu plastycznego w miejscu, w którym umieszczona jest strefa,- the width of the zones in question is small compared to the length of the beam, being small, i.e. less than the stiffness in the vicinity of the zone to initiate the formation of a plastic hinge at the place where the zone is located,

- strefy, o których mowa są tak korzystnie uformowane, że podczas zginania belki drzwiowej występują w nich, zanim wystąpią w swoim sąsiedztwie, lokalne odkształcenia plastyczne, które zapoczątkowują utratę stateczności belki, a jej skutkiem jest powstanie w tym miejscu przegubu plastycznego podczas zginania,- the zones in question are so advantageously formed that during the bending of the door beam, local plastic deformations occur in them before they occur in their vicinity, which initiate the loss of stability of the beam, resulting in the formation of a plastic hinge at this point during bending,

- strefy, o których mowa są korzystnie uformowane w taki sposób, iż mimo tego, że strefy te lokalnie osłabią belkę, belka ostatecznie ma większą nośność i sztywność.the zones in question are preferably formed in such a way that, although these zones will weaken the beam locally, the beam ultimately has a higher load capacity and stiffness.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok belki z dwóch boków wraz z kształtem przetłoczenia (siodełka), fig. 2 przedstawia potwierdzone badaniami różnice w nośności belki obliczone w teście trójpunktowego zginania, a fig. 3 - symulację trójpunktowego zginania belki.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a view of the beam from two sides together with the shape of the embossment (saddle), Fig. 2 shows the differences in the load capacity of the beam, confirmed by tests, calculated in the three-point bending test, and Fig. 3 - a simulation three-point bending of the beam.

Powszechnie stosowane w samonośnych nadwoziach samochodów belki drzwiowe są wytłoczkami z blach stalowych wytwarzanymi technologiami tłoczenia na zimno lub formowania na gorąco (tłoczenia z jednoczesnym hartowaniem). Przekrój poprzeczny tych belek ma zapewnić ich wymaganą nośność, którą sprawdza się w teście zginania trójpunktowego, polegającym na obciążaniu belki podpartej na końcach narastającą liniowo siłą, prostopadłą do osi belki, przyłożoną w płaszczyźnie środkowej i mierzeniu przemieszczenia punktu przyłożenia siły. Wymaganą nośność belki (tj. siłę, którą można obciążyć belkę, aby przemieszczenie punktu przyłożenia siły nie przekroczyło dopuszczalnej wartości) uzyskuje się przez zmianę przekroju poprzecznego na jej długości, przy czym zmiana ta jest ciągła.Commonly used in self-supporting car bodies, door beams are pressed steel sheets produced by cold pressing or hot forming (stamping and quenching) technologies. The cross-section of these beams is to ensure their required load capacity, which is checked in the three-point bending test, which consists in loading a beam supported at its ends with a linearly increasing force, perpendicular to the beam axis, applied in the middle plane and measuring the displacement of the point where the force is applied. The required beam capacity (i.e. the force that can be loaded onto the beam so that the displacement of the force application point does not exceed a permissible value) is obtained by changing the cross-section along its length, the change being continuous.

Strefa o zmniejszonej sztywności to odcinek na długości belki, którego sztywność jest znacznie mniejsza od sztywności w sąsiedztwie strefy. Określenie „znacznie”, choć wydawałoby się, że jest niedoprecyzowane, to jest stosowane w teorii wytrzymałości gdzie nie ustala się ile razy sztywność jest mniejsza, bowiem zależy to od efektu, który chcemy osiągnąć zmniejszając sztywność. W przypadku belki drzwiowej, aby uzyskać zamierzony efekt powiększenia nośności belki, należy zmienić kształt przekroju na krótkim odcinku i zrobić to w takim miejscu na długości belki, aby uzyskać najlepszy efekt powiększenia sztywności. Dla konkretnej belki drzwiowej relacja między sztywnością belki w strefie o zmniejszonej sztywności, a sztywnością w sąsiedztwie tej strefy oraz położenie tej strefy na długości belki muszą być skorelowane i każdorazowo wyznaczone. Podsumowując, strefy o zmniejszonej sztywności powinny być rozmieszczone w odpowiednich miejscach na długości belki. Miejsca te przedstawiono w przykładzie realizacji wynalazku.A zone of reduced stiffness is a section along the length of the beam, the stiffness of which is much less than that in the vicinity of the zone. The term "significantly", although it seems to be imprecise, is used in the theory of strength where it is not stated how many times the stiffness is lower, because it depends on the effect we want to achieve by reducing the stiffness. In the case of a door beam, in order to obtain the intended effect of increasing the beam capacity, the shape of the cross-section should be changed over a short section and done in such a place along the beam length to obtain the best effect of increasing the stiffness. For a specific door beam, the relationship between the beam stiffness in the zone of reduced stiffness and the stiffness in the vicinity of this zone, as well as the position of this zone along the beam length, must be correlated and each time determined. In summary, zones of reduced stiffness should be placed in appropriate places along the length of the beam. These sites are shown in an embodiment of the invention.

PL 236 230 B1PL 236 230 B1

Strefy te mają postać siodełek (przetłoczeń) umieszczonych na krawędziach belki. Są one rozmieszczone po prawej lub po lewej lub po jednocześnie prawej i lewej stronie belki - w zależności od kształtu belki. Każda belka ma swoją płaszczyznę środkową. Jest to płaszczyzna, która leży w połowie długości belki i jest prostopadła do osi belki. W tej płaszczyźnie jest przykładana siła zginająca belkę w teście trój punktowego zginania belki. Płaszczyzna ta dzieli też belką na stronę prawa i lewą.These zones are in the form of saddles (ribs) placed on the edges of the beam. They are placed on the right or left or on the right and left sides of the beam at the same time - depending on the shape of the beam. Each beam has its own center plane. It is a plane that lies halfway along the beam length and is perpendicular to the beam axis. In this plane, the beam bending force is applied in the three point beam bending test. This plane also divides the beam into the right and left sides.

Siodełka, o których mowa mogą mieś kształt kulisty, owalny, w przekroju w kształcie litery U lub litery V z zaokrąglonymi krawędziami. Kształt ogólnie wymuszony jest możliwością jego wykonania technologią obróbki plastycznej na gorąco. Szerokość stref, o których mowa jest mała w porównaniu do długością belki. Wymiar wzdłużny - szerokość siodełka może zawierać się od 2% do 10% długości belki. Wymiar poprzeczny - głębokość może zawierać się od 2% do 20% wysokości belki.The seats in question may be spherical, oval, U-shaped, or V-shaped with rounded edges. The shape is generally dictated by the possibility of its production by hot forming technology. The width of the zones in question is small compared to the length of the beam. Longitudinal dimension - the width of the saddle can be from 2% to 10% of the beam length. Transverse dimension - the depth can be from 2% to 20% of the beam height.

W belce bez stref o zmniejszonej sztywności jej zniszczenie podczas trój punktowego zginania (fig. 3) zaczyna się i postępuje w miejscu, w którym naprężenie jest największe. Zazwyczaj jest to połowa rozpiętości belki, ewentualnie miejsce osłabione otworem lub w inny sposób. Korzystnie uformowana strefa, tzn. tak celowo ukształtowany przekrój poprzeczny w strefie i tak celowo umiejscowionej, aby w wyniku lokalnego osłabienia belki jej zniszczenie (załamanie) jedynie rozpoczynało się w tym miejscu, po czym pojawiało się w połowie rozpiętości belki, a następnie w wyniku dalszego powiększania obciążenia postępowało jednocześnie w miejscach o zmniejszonej sztywności (których położeni e jest zamierzone) i w miejscu gdzie naprężenie jest największe, np. w połowie rozpiętości belki. W rezultacie jednoczesnego odkształcania plastycznego belki następującego kolejno w więcej niż w jednym miejscu, wzrasta jej nośność oraz ilość energii zderzenia pochłanianej przez belkę w wyniku jej odkształcenia plastycznego. Z drugiej strony przekrój w strefach o osłabionej sztywności oraz ich położenie powinny być tak dobrane, aby lokalne odkształcenie plastyczne w żadnym miejscu na długości belki nie postępowało lawinowo i nie dominowało nad innymi.In a beam without zones of reduced stiffness, its failure during three-point bending (Fig. 3) begins and progresses at the point where the stress is greatest. Usually it is half the span of the beam, or possibly a place weakened by an opening or otherwise. A preferably formed zone, i.e. a deliberately shaped cross-section in a zone and deliberately positioned in such a way that as a result of the local weakening of the beam, its destruction (break) only begins at this point, and then appears in the middle of the beam span, and then as a result of further load increase proceeded simultaneously in places of reduced stiffness (whose position is intended) and in the place where the stress is greatest, e.g. in the middle of the beam span. As a result of simultaneous plastic deformation of the beam occurring consecutively in more than one place, its load-bearing capacity increases and the amount of impact energy absorbed by the beam as a result of its plastic deformation increases. On the other hand, the cross-section in the zones of weakened stiffness and their location should be selected so that the local plastic deformation at any point along the beam's length does not proceed in an avalanche and does not dominate the others.

Claims

Patent claims

1.The door beam of the self-supporting body of a motor vehicle, protecting passengers against the effects of a side impact, made in the form of a section, pressed from a steel sheet in the process of simultaneous plastic and heat treatment, and to the left or right of the beam's middle plane, at least on one edge of the beam is made of one zone of reduced stiffness, stiffness lower than in its vicinity, characterized in that the zone of reduced stiffness is an embossing in a saddle-shaped beam, which may preferably be spherical or oval in shape and U-shaped and V-shaped in cross-section with rounded edges.

2. The beam according to claim The method of claim 1, characterized in that the zone or zones of reduced stiffness are arranged on the edges of the beam on the right or left or simultaneously on the right and left of the beam.

3. The beam according to claim 3. The method of claim 3, characterized in that the zones of reduced stiffness are symmetrically distributed with respect to the longitudinal axis of the beam at the edges of the beam.

4. The beam according to claim 3. The method of claim 1, characterized in that the width of the zone of reduced stiffness ranges from 2% to 10% of the length of the beam.

5. The beam according to claim The method of claim 1, characterized in that the depth of the zone of reduced stiffness is between 2% and 20% of the height of the beam.