CN105228881B - 用于车辆的碰撞结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)的碰撞结构(4)，该碰撞结构包括至少两个由纤维增强塑料制成的支架(5)和至少一个由纤维增强塑料制成的面式元件(6)，所述面式元件(6)与两个支架(5)连接，以避免支架(5)在碰撞时弯折，面式元件(6)由包括至少两个彼此间隔开的纤维增强塑料板的夹层结构构成，或者由一个波纹状的纤维增强塑料板构成，或者由一个单个的纤维增强塑料板构成。本发明还涉及一种具有乘员舱(3)和车前部(2)的车辆(1)，该车辆包括至少一个根据本发明的碰撞结构(4)，其中，支架(5)至少部分地沿车辆纵向方向(13)延伸。

Description

用于车辆的碰撞结构
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的由纤维增强塑料制成的碰撞结构。本发明还涉及一种具有该碰撞结构的相应车辆。
背景技术
车辆中的碰撞结构是车身的组成部件，这些组成部件在事故中变形以卸除碰撞能量。在车前部中，纵向支架是在碰撞时发生变形的典型碰撞结构。通常，车辆中的碰撞结构由钢或铝制成。在现有技术中使用的由纤维增强塑料制成的碰撞结构是纯支架结构，这些纯支架结构仅构成钢或铝的材料替代。由钢或铝制成的碰撞结构的缺点在于它们构造得显著重于纤维增强塑料。已知的由纤维增强塑料制成的承载结构在倾斜负荷的情况下容易弯折并且因此不满足稳固的碰撞功能。在车身设计中的简单的材料替代中，在使用纤维增强塑料时需要较长的车身前端或者说较长的车前部，以便实现与钢或铝类似的功能。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于车辆的碰撞结构以及一种具有该碰撞结构的车辆，所述碰撞结构和车辆在低成本制造和少维护运行的同时能够实现在碰撞方面优化的、轻质且稳固的结构。
该任务的解决方案通过如下所述的特征来完成。按照本发明的用于车辆的碰撞结构包括：至少两个由纤维增强塑料制成的支架和至少一个由纤维增强塑料制成的面式元件，所述面式元件与两个支架连接，以避免支架在碰撞时弯折，面式元件由包括至少两个彼此间隔开的纤维增强塑料板的夹层结构构成，或者由一个波纹状的纤维增强塑料板构成，或者由一个单个的纤维增强塑料板构成。
因此，该任务通过这样一种用于车辆的碰撞结构来解决，该碰撞结构包括至少两个由纤维增强塑料制成的支架和至少一个由纤维增强塑料制成的面式元件。所述面式元件在此与这两个支架连接。面式元件设置用于避免支架在碰撞时、即在车辆与碰撞对方碰撞时弯折。通过面式元件，将支架以定义的定向固定。因此，支架在碰撞情况下不弯折，而是发生压缩并且因此支架在非常多的先后设置的部位上发生断裂。由于支架在非常多的部位上断裂，因而在碰撞时可相应卸除大量能量。借助于支架，由纤维增强塑料制成的面式元件在碰撞期间也保持在定义的位置中。支架因此确保面式元件不弯折。由此，在碰撞时面式元件也可以吸收能量。本发明因此涉及一种面式的多维碰撞结构，该碰撞结构包括至少所述两个支架和面式元件。因为支架和面式元件都由纤维增强塑料制成，所以充分利用了该材料的轻质结构潜力。因为支架和面式元件相互稳定，所以在碰撞情况下即使在倾斜的力导入、即倾斜于支架纵向方向的力导入的情况下也能充分卸除能量。根据本发明，并非利用纤维增强塑料仿制(由纤维增强塑料替代)传统的钢车身或铝车身，而是基于按照本发明的碰撞结构设计车辆。由此可实现相对短的车前部或车后部。根据碰撞结构的设计可调整变形顺序。面式元件主要设置用于稳定支架。这防止支架在倾斜负荷下单独弯折，从而支架在这种横向负荷下与面式元件一起渐进式断裂。
优选将碳纤维增强塑料或玻璃纤维增强塑料用作纤维增强塑料。对于支架特别是使用编织件。在此，优选通过特定的几何关系以及通过纬纱与经纱的特定比例最佳地利用编织结构的能量，从而碰撞结构在碰撞时相应失效并且每单位长度可卸除最大量的能量。借助于编织角度可控制相应的力水平。
优选规定，碰撞结构的支架具有空心横截面、即空心轮廓。空心横截面特别是封闭的管状横截面。备选于封闭的管状横截面，设置敞开的横截面。支架在车辆中例如用于容纳发动机。通过相应设计横截面，支架可吸收相应负荷。
面式元件优选通过下述不同方法构成。一方面，面式元件由包括至少两个彼此间隔开的纤维增强塑料板的夹层结构构成。备选于此的是，使用一个唯一的波纹状的纤维增强塑料板。在第三种备选方案中，面式元件由一个单个的平坦的纤维增强塑料板构成。对于夹层结构又存在不同的设计可能性。因此，在夹层中，这两个塑料板可通过泡沫、通过蜂窝体或通过波纹板彼此间隔开。泡沫优选由塑料制成。蜂窝体优选由纸、由塑料或由铝制成。波纹板作为夹层中的间隔件优选由塑料或纤维增强塑料制成。
面式元件优选直接与所述至少两个支架连接。在此特别是实现材料锁合连接。该材料锁合连接优选通过粘接或通过支架与面式元件的一体制造来实现。
面式元件优选具有10mm至50mm、优选15mm至40mm的厚度。在支架的横截面中定义直径。在此特别是测量最大直径。该直径是面式元件厚度的至少150％、优选至少200％、特别优选至少250％。
本发明还包括一种具有现在所述碰撞结构之中的至少一个碰撞结构的车辆。在车辆上定义乘员舱和至少一个车前部。碰撞结构特别是位于车前部中。在此，所述至少两个支架部分地沿车辆纵向方向延伸。另外规定，碰撞结构不仅应用于车前部中，而且应用于车后部或乘员舱中。
在优选构造中，碰撞结构的这两个支架相应构成车辆中的纵向支架。所述纵向支架在车前部中优选用于容纳发动机。
碰撞结构的这两个支架在车辆的车前部中优选构成承载结构。因此，例如行驶机构连接到所述支架上。
所述至少两个支架以优选的方式沿车辆纵向方向在车辆的整个车前部上延伸。因此，不仅是部分纵向支架由纤维增强塑料制成，而且是整个纵向支架——至少在车前部区域中——由纤维增强塑料制成。支架在此特别是从保险杠至少延伸至车厢前壁。
优选规定，这两个支架不仅延伸于车前部中，而且延伸至乘员舱。支架特别是直接过渡到车辆的车顶框架中和/或车门槛中和/或纵向通道中和/或侧面框架中。特别优选的是，支架在整个车辆长度上延伸，即经过车前部、经过乘员舱延伸直至后桥。特别优选的是，支架在它们的整个长度上由纤维增强塑料制成。
所述至少一个面式元件优选通过对本来就存在的车辆组成部件进行相应构造而形成。因此，由纤维增强塑料制成的面式元件优选是车辆的轮罩、底部的组成部件或发动机罩。特别优选规定，车辆的部分底部或整个底部构成为碰撞结构的面式元件。特别是至少车前部中的整个底部构成为碰撞结构的面式元件。
另外优选规定，附加于或备选于构成为纵向支架的支架，在车前部中设置碰撞结构的对角延伸的支架。在此，特别是使用两个交叉的支架。这两个支架在此也可构造成一体式的。对角延伸的支架在车前部中特别是构成框架结构。
另外优选规定，通过实心隔板分离车前部与乘员舱。该隔板优选由纤维增强塑料制成。碰撞结构的支架在隔板上终止或从隔板旁经过并且过渡到例如车门槛中。
附图说明
本发明的其它细节、特征和优点由下述说明和附图给出。其中：
图1示出按照本发明的用于所有实施例的碰撞结构，
图2示出按照本发明的根据第一种实施例的车辆，
图3示出按照本发明的根据第一种实施例的车辆的碰撞结构的等轴视图，
图4示出按照本发明的根据第一种实施例的车辆的碰撞结构的剖面图，
图5示出按照本发明的根据第二种实施例的车辆，
图6示出按照本发明的根据第二种实施例的车辆的碰撞结构，
图7示出按照本发明的根据第三种实施例的车辆，
图8示出按照本发明的根据第三种实施例的车辆的碰撞结构的等轴视图，
图9示出按照本发明的根据第三种实施例的车辆的碰撞结构的剖面图。
具体实施方式
图1示出碰撞结构4的一般结构。该碰撞结构4以不同的设计用于三种实施例的车辆1中。
碰撞结构4包括至少两个彼此间隔开的由纤维增强塑料制成的支架5和至少一个由纤维增强塑料制成的面式元件6。该面式元件6在这两个支架5之间延伸并且与这两个支架5固定连接。面式元件6特别是材料锁合地与这两个支架5连接。为此，面式元件6可与支架5粘接，或者整个碰撞结构4被一体式制成。
支架5和面式元件6都由纤维增强塑料、特别是由碳纤维增强塑料制成。在支架5中或者在面式元件6中可嵌入金属部件，以便例如形成用于支承部的旋紧点。
如图1所示，支架5具有直径15。该直径15显著大于面式元件6的厚度14。图1以示意性简化图示出碰撞结构4。当然，支架5和面式元件6可根据在相应车辆1中的要求进行不同地设计。
图2、5和7分别示出一种具有碰撞结构4的车辆1的实施例。在此，在图2、5和7中分别以俯视图和侧视图示意性简化示出车辆。相同或功能相同的部件在所有实施例中设有相同附图标记。
根据图2，在车辆1上定义车前部2和乘员舱3。图2还示出车辆1的车辆纵向方向13和保险杠12。具有支架5和面式元件6的碰撞结构4特别是位于车前部2中。但如各实施例所示，支架5和/或面式元件6经过车前部2延伸直至乘员舱3中并且部分延伸直至车辆1的后桥。
根据图2，碰撞结构4在车前部2中包括四个支架5。这些支架5延伸到乘员舱3中并且在那里构成车顶框架7、侧面框架8以及纵向通道10。
面式元件6在车前部2中构成一个底部11和两个在侧面的轮罩9。该底部11在此不仅在车前部2上、而且也在乘员舱3上延伸。
至少在车前部2中支架5和面式元件6由纤维增强塑料制成。由纤维增强塑料制成的这些元件的构造优选在整个车辆1上延伸。
图3和4详细示出第一种实施例中的碰撞结构4。图3示出等轴视图。图4示出剖面图。碰撞结构4的面式元件6是U形弯曲的面，从而两个轮罩9和底部11由一个连续的面式元件6构成。备选于此也可以的是，这两个轮罩9和底部11由多个单独的面式元件6构成。重要的是，面式元件6与支架5固定连接。由此形成局部是面式的三维碰撞结构4。该碰撞结构4在碰撞时保持形状并且不弯折。由此能够通过纤维增强塑料的逐步断裂来卸除能量。
图5示出根据第二种实施例的车辆1。图6以等轴视图示出第二种实施例的碰撞结构4。在第二种实施例中，面式元件6构成为底部11。在上部区域中设置车顶框架7和侧面框架8。车顶框架7和侧面框架8通过支架5与底部11连接。这两个支架5在此对角地在车前部2中延伸，从而由这两个支架5构成桁架。这两个支架5的端部又与构成为底部11的面式元件6连接。在第二种实施例中，至少这两个对角延伸的支架5和面式元件6由纤维增强塑料制成。另外在此优选规定，车顶框架7和侧面框架8也由纤维增强塑料制成。
图7示出根据第三种实施例的车辆1。图8和9示出第三种实施例中的碰撞结构4。
在第三种实施例中，由纤维增强塑料制成的隔板17位于车前部2和乘员舱3之间。碰撞结构4的多个支架5从该隔板17向前延伸直至保险杠12。在此，在车辆1的每个侧面上都设有彼此通过一个面式元件6连接的多个支架5。面式元件6在此又构成为轮罩9。在第三种实施例中规定，碰撞结构4的支架5在隔板17上终止。备选于此可以的是，至少一些支架5从隔板17旁经过并且过渡到车门槛16中、车顶框架7或侧面框架8中。
所有三种实施例示出在车辆1的车前部2中的碰撞结构4。在此，由纤维增强塑料制成的支架5始终在整个车前部2上延伸直至保险杠12。附加于此可以的是，支架5从车前部2延伸到乘员舱3中并且因此支架5构成为车顶框架7、侧面框架8、纵向通道10或车门槛16。碰撞结构4的支架5彼此通过同样由纤维增强塑料制成的面式元件6连接，从而形成定义的碰撞结构4。面式元件6又优选并非是附加地置入车身中的元件，而是同时满足另外的功能、例如作为轮罩9、底部11或发动机罩。
附图标记列表
1 车辆
2 车前部
3 乘员舱
4 碰撞结构
5 支架
6 面式元件
7 车顶框架
8 侧面框架
9 轮罩
10 纵向通道
11 底部
12 保险杠
13 车辆纵向方向
14 厚度
15 直径
16 车门槛
17 隔板

Claims (23)

1.用于车辆(1)的碰撞结构(4)，该碰撞结构包括：至少两个由纤维增强塑料制成的支架(5)和至少一个由纤维增强塑料制成的面式元件(6)，所述面式元件(6)与两个支架(5)连接，以避免支架(5)在碰撞时弯折，面式元件(6)由包括至少两个彼此间隔开的纤维增强塑料板的夹层结构构成，或者由一个波纹状的纤维增强塑料板构成，或者由一个单个的纤维增强塑料板构成。
2.根据权利要求1所述的碰撞结构，其特征在于，支架(5)具有空心横截面。
3.根据权利要求1或2所述的碰撞结构，其特征在于，支架(5)具有封闭的管状横截面。
4.根据权利要求1或2所述的碰撞结构，其特征在于，面式元件(6)直接与所述至少两个支架(5)连接。
5.根据权利要求4所述的碰撞结构，其特征在于，面式元件(6)直接与所述至少两个支架(5)材料锁合地连接。
6.根据权利要求1或2所述的碰撞结构，其特征在于，面式元件(6)具有10mm至50mm的厚度(14)。
7.根据权利要求6所述的碰撞结构，其特征在于，面式元件(6)具有15mm至40mm的厚度(14)。
8.根据权利要求1或2所述的碰撞结构，其特征在于，支架(5)的直径(15)是面式元件(6)的厚度(14)的至少150％。
9.根据权利要求8所述的碰撞结构，其特征在于，支架(5)的直径(15)是面式元件(6)的厚度(14)的至少200％。
10.根据权利要求9所述的碰撞结构，其特征在于，支架(5)的直径(15)是面式元件(6)的厚度(14)的至少250％。
11.具有乘员舱(3)和车前部(2)的车辆(1)，该车辆包括至少一个根据权利要求1至10之一所述的碰撞结构(4)，其中，支架(5)至少部分地沿车辆纵向方向(13)延伸。
12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于，所述碰撞结构(4)在车前部(2)中。
13.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于，所述至少两个支架(5)在车辆(1)中相应构成纵向支架。
14.根据权利要求13所述的车辆，其特征在于，所述纵向支架用于容纳发动机。
15.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，所述至少两个支架(5)在车辆(1)的车前部(2)中构成承载结构。
16.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，所述至少两个支架(5)沿车辆纵向方向(13)在车辆(1)的整个车前部(2)上延伸。
17.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，所述至少两个支架(5)直接过渡到车顶框架(7)中和/或车门槛(16)中和/或纵向通道(10)中和/或侧面框架(8)中。
18.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，所述至少一个面式元件(6)构成车辆(1)的轮罩(9)。
19.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，所述至少一个面式元件(6)构成车辆(1)的底部(11)。
20.根据权利要求19所述的车辆，其特征在于，面式元件(6)沿车辆纵向方向(13)在车前部(2)上和乘员舱(3)上延伸。
21.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，所述至少两个支架(5)在车辆(1)的车前部(2)中对角延伸。
22.根据权利要求11至14之一所述的车辆，其特征在于，在车前部(2)和乘员舱(3)之间设有隔板(17)。
23.根据权利要求22所述的车辆，其特征在于，所述隔板(17)由纤维增强塑料制成。
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