CN106458269A - 机动车车身的纵梁配置***和包括这种纵梁配置***的机动车车身 - Google Patents

机动车车身的纵梁配置***和包括这种纵梁配置***的机动车车身 Download PDF

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Abstract

一种机动车车身纵梁配置***，其中，纵梁配置***(1)构成为使得其在机动车碰撞的情况下吸收碰撞能量地渐进地失效，包括由纤维复合材料构成的第一纵梁元件(3)，并且包括第二纵梁元件(5)，所述第二纵梁元件由纤维复合材料构成并且设置在第一纵梁元件(3)后面，其中，第一纵梁元件(3)和第二纵梁元件(5)借助连接元件(7)相互连接，并且纵梁配置***(1)构成为使得在机动车碰撞的情况下，第二纵梁元件(5)在第一纵梁元件(7)已失效之后开始失效。

Description

机动车车身的纵梁配置***和包括这种纵梁配置***的机动 车车身
技术领域
本发明涉及一种机动车车身的纵梁配置***和包括这种纵梁配置***的机动车车身，其中，纵梁配置***形成车身的承载结构元件并且在机动车碰撞的情况下在吸收碰撞能量的情况下渐进地失效。
背景技术
已知，必须对于乘客尽可能碰撞安全地设计机动车、尤其是轿车，所述机动车具有前部车厢、客舱和后部车厢。在此，通常前部车厢和/或后部车厢具有结构元件，所述结构元件在碰撞的情况下在确定的路段上在预定的载荷分布曲线时渐进地变形并且在此吸收碰撞能量，其中，客舱连同乘客被制动。已知对于这种车身结构使用可延展的材料、例如钢或铝，所述材料在预定的路段上塑性变形。
在较近期存在代替金属材料为机动车的这种车身结构使用纤维复合材料的努力。由纤维复合材料制成的车身结构载体相反于金属的车身结构载体不是通过塑性变形、而是主要通过渐进的易碎的失效而失效。这种失效或这种失效机理例如称为“破碎(crushing)”。在失效机理“破碎”中，主要在脆裂中进行车身结构梁的或多或少地完全的分解(称为粉碎或压碎亦或碎裂)。“破碎”的另一种形式是所述材料以180°直接在碰撞面上的确定的换向，其中，该换向也称为剥开或剥离。在“破碎”中，为了耗散运动学的碰撞能量，纤维折断机理结合摩擦起作用。两个所述失效机理有效地在正面碰撞中起作用，其中，到车身结构梁上的力与梁横截面垂直。在“破碎”的上述的失效类型之间存在失效的所有可能的中间形式，所述中间形式原则上通过或多或少小部分的纤维折断来区分。失效越小部分，在失效时的碰撞能量吸收能力就越高或失效进行的载荷越高。
由纤维复合材料制成的车身结构梁的另一个特性是，车身结构梁所承受的并且在最后出现失效时的力的力分布曲线在开始时通过车身结构梁的起初的非常小的弹性变形达到力峰值，直至易碎的失效开始并且然后通过进一步的失效力分布曲线调节在较低的力水平上，所述力水平显著低于起初的力峰值。同样已知，起初的力峰值可以通过所谓的触发部、即车身结构梁的有针对性的削弱部减小。一旦克服力峰值，则车身结构梁渐进地失效，没有如在易碎的失效开始时的进一步的力峰值。
发明内容
本发明的任务是，提供一种机动车车身的纵梁配置***以及一种包括这种纵梁配置***的机动车车身，其中，该纵梁配置***基本上由纤维复合材料制成并且纵梁配置***的各区段的失效可靠地彼此分开。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的机动车车身的纵梁配置***解决。此外，该任务通过一种按照权利要求10所述的包括这种纵梁配置***的机动车车身解决。本发明的有利的进一步改进方案在从属权利要求中列举。
按照本发明的机动车车身的纵梁配置***构成为使得其在机动车碰撞、尤其是沿纵梁配置***的纵向方向的正面碰撞或者说碰撞载荷的情况下吸收碰撞能量地渐进地失效。纵梁配置***具有由纤维复合材料构成的第一纵梁元件，并且具有由纤维复合材料构成的第二纵梁元件。第二纵梁元件设置在第一纵梁元件后面，并且尤其是与第一纵梁元件对齐。第一纵梁元件和第二纵梁元件借助连接元件相互连接。纵梁配置***在此构成为使得在机动车碰撞的情况下第二纵梁元件在第一纵梁元件已失效之后开始失效。
纵梁配置***在此在预定的失效路段上易碎地、即按照开头所述的失效机理“破碎”失效。
第二纵梁元件尤其是在第一纵梁元件或第一纵梁元件的预定的失效路段完全失效并且借此其碰撞能量吸收潜力耗尽之后才开始失效。
通过将纵梁配置***分成构成分开的元件的第一纵梁元件和第二纵梁元件，可以以简单的手段保证，第二纵梁元件不及早地开始失效，因为对于第二纵梁元件来说必须首先克服如下的开始失效力水平，该开始失效力水平高于纵梁配置***的该区段的如果第一纵梁元件和第二纵梁元件是纵梁配置***的一个集成的一件式纵梁元件时的失效力水平。连接元件构成这两个纵梁元件的分开部并且借此也能够实现第一纵梁元件的失效与第二纵梁元件的失效完全分开。
按照本发明的纵梁配置***的一种优选的进一步改进方案，第一纵梁元件具有触发部，所述触发部减小第一纵梁元件的开始失效力水平，从而第一纵梁元件的开始失效力水平小于第二纵梁元件的开始失效力水平。
触发部是已知的概念，其用于有针对性地削弱或者说在结构上预损坏纤维复合材料，其中，触发部引起第一纵梁元件直至该纵梁元件的失效开始具有较小的起初的力峰值。包括触发部的纵梁元件具有比不包括触发部的纵梁元件小的开始失效力水平。
由此可以阻止，第二纵梁元件连同第一纵梁元件一起或在第一纵梁元件之前开始失效。
优选，至少第一纵梁元件的连接区域和第二纵梁元件的连接区域具有相同的横截面形状、尤其是相同的内部的和/或外部的横截面形状。备选或附加地，所述连接区域具有相同的壁厚。此外，所述连接区域备选或附加地具有相同的材料或相同的材料成分。
由此可以例如通过如下方式制造第一纵梁元件和第二纵梁元件，即，首先制造唯一一个纵梁。接着纵梁分成两个纵梁元件、即分成第一纵梁元件和第二纵梁元件。换句话说，因此可以制造唯一一个纵梁，由所述纵梁通过简单的生产步骤、如切割或锯断纵梁可以制造第一纵梁元件和第二纵梁元件。由此简化纵梁配置***的制造。尤其是当第一纵梁元件附加地被触发时，尽管存在相同的横截面形状或相同的壁厚或相同的材料成分，仍可以保证第一纵梁元件在第二纵梁元件之前失效。
按照一种进一步改进方案，第一纵梁元件的预定的失效路段和第二纵梁元件的预定的失效路段具有相同的横截面形状和/或相同的壁厚和/或相同的材料成分。
由此，例如纵梁配置***可以通过具有恒定横截面形状或恒定壁厚或恒定材料成分的连续制造的纵梁用于将所述纵梁分开成两个部件，即，第一纵梁元件和第二纵梁元件。在该情况下必需附加地触发第一纵梁元件，从而保证第一纵梁元件在第二纵梁元件之前失效。以连续的制造方法制造的纵梁可特别低成本地制造。
按照本发明的纵梁配置***的一种优选的进一步改进方案，连接元件构成为使得该连接元件支承在第二纵梁元件的前端侧上。附加地，第一纵梁元件的后端侧可以支承在连接元件上。
在此，第二纵梁元件的前端侧可以支承在相对于纵梁配置***沿横向方向延伸的壁上。同样，第一纵梁元件的后端侧可以支承在连接元件的相对于纵梁配置***的纵向方向沿横向方向延伸的壁上。
优选，连接元件具有横向于纵梁配置***的纵向方向延伸的壁，第一纵梁元件的后端侧支承在所述壁的前侧上并且第二纵梁元件的前端侧支承在所述壁的后侧上。
通过将连接元件或连接元件的壁支承在第二纵梁元件上，可以有效地将力沿纵梁配置***的纵向方向传递到第二纵梁元件上。通过将第一纵梁元件支承在连接元件上、尤其是在连接元件的壁上，可以有利地将力沿纵向方向从第一纵梁元件传递到连接元件上并且从连接元件传递到第二纵梁元件上。
备选地，连接元件也可以构成为没有端壁，其中，第一纵梁元件和/或第二纵梁元件可以通过可承受推力的连接、例如通过胶粘连接和/或通过螺旋连接或铆接与连接元件连接。
连接元件可以由金属材料构成。备选地，连接元件也可以由纤维复合材料构成。在连接元件由金属材料构成的情况下，优选钢材料或铝材料。
按照一种优选的进一步改进方案，连接元件具有第一套筒区段，所述第一套筒区段围绕或者说包围第一纵梁元件的后端部。换句话说，第一纵梁元件的后端部接纳在第一套筒区段中或推入所述第一套筒区段中。备选或附加地，连接元件具有第一突出部区段，所述第一突出部区段由第一纵梁元件的后端部围绕或者说包围。换句话说，突出部区段推入第一纵梁元件的后端部中或者说由第一纵梁元件的后端部接纳。
连接元件的这种连接或设计能够实现连接元件和第一纵梁元件之间的可靠的且固定的连接，其中，所述连接也可以承受横向力。
按照一种优选的进一步改进方案，连接元件具有第二套筒区段，所述第二套筒区段包围或者说围绕第二纵梁元件的后端部。换句话说，第二纵梁元件的后端部接纳在第二套筒区段中并且推入所述第二套筒区段中。备选或附加地，连接元件具有第二突出部区段，所述第二突出部区段由第二纵梁元件的后端部围绕或者说包围。借此，第二突出部区段接纳在第二纵梁元件的前端部中或者说推入所述前端部中。
由此给出连接元件和第二纵梁元件之间的固定的连接，所述连接可以承受横向力。
总体上，连接元件可以借此能够实现在第一纵梁元件和第二纵梁元件之间的可靠的连接，所述连接也可以承受横向力。
优选，第一纵梁元件具有封闭的横截面并且借此构成为空心梁。备选或附加地，第二纵梁元件具有封闭的横截面并且借此构成为空心梁。
此外，本发明涉及一种包括这种纵梁配置***的机动车车身，其中，纵梁配置***设置在机动车的前部车厢或后部车厢中并且保险杠横梁间接或直接紧固在纵梁配置***上。
第一纵梁元件和/或第二纵梁元件优选由包括碳纤维的纤维塑料复合材料制成。然而，所述纤维塑料复合材料也可以附加地或备选地包含其他纤维、例如玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维。可设想任何可有意义地用在车身结构中的纤维。
在此，纤维塑料复合材料的纤维可以尤其是优选作为连续纤维在纤维塑料复合材料中存在，因为连续纤维能够实现纤维塑料复合材料的特别高的强度。
本发明的以上列举的进一步改进方案可以任意相互组合，只要有意义和可能的话。
附图说明
接着简要说明附图。
图1是按照本发明的一个实施例的纵梁配置***的示意的部切侧视图；
图2是在由于碰撞按照本发明的所述实施例的纵梁配置***失效时力分布曲线F关于失效路段x的示意图表。
具体实施方式
下面参考图1和2对本发明的实施例进行详细说明。
按照本发明的所述实施例的纵梁配置***1具有由纤维复合材料制成的第一纵梁元件3和第二纵梁元件5。第一纵梁元件3和第二纵梁元件5借助连接元件7连接。第一纵梁元件3的前端侧借助阶段31触发。第一纵梁元件3接纳在连接元件7的第一套筒区段73中。第一纵梁元件3的后端部的端侧33支承在连接元件7的壁71上。第二纵梁元件5的前端部接纳在连接元件7的第二套筒区段75中，其中，壁71支承在第二纵梁元件5的前端侧53上。连接元件7例如由钢材构成，其中，第一纵梁元件3的后端部和第二纵梁元件5的前端部分别与连接元件7的第一套筒区段73和第二套筒区段75连接。
纵梁配置***1是轿车的车身的组成部分并且尤其是车身的前纵梁或后纵梁。在包括前置发动机的轿车的情况下，纵梁配置***可以是发动机承载梁。纵梁配置***可以基本上在机动车的后部车厢或前部车厢的整个长度上延伸并且是轿车的所谓碰撞结构的在结构上的组成部分，所述碰撞结构在机动车正面碰撞或后部碰撞的情况下在失效路段上渐进地吸收碰撞能量地失效。机动车车身在此可以具有左边的纵梁配置***和右边的纵梁配置***，保险杠横梁间接或直接地安装在其上。纵梁配置***1可以借此在轿车正面碰撞或后部碰撞的情况下是主载荷路径的组成部分，所述主载荷路径从保险杠横梁延伸至客舱。
按照本发明的所述实施例的纵梁配置***1由以碳纤维加强的塑料、即碳纤维复合材料制成。
第一纵梁元件3和第二纵梁元件5分别是具有例如矩形或正方形横截面的空心梁。尤其是，第一纵梁元件3的失效区段和第二纵梁元件5的失效区段由相同的横截面形状、相同的壁厚以及由相同的材料构成。第一纵梁元件3和第二纵梁元件5——即至少其失效区段——必要时通过第一纵梁元件3的长度和触发部来区分，所述触发部在第二纵梁元件5中不存在或较弱地实施。
在机动车正面碰撞或后部碰撞的情况下，载荷通过保险杠横梁引入到第一纵梁元件3的前端部中，所述第一纵梁元件如以上已经解释的那样被触发，从而所述第一纵梁元件开始失效。第一纵梁元件3成小部分易碎地通过失效机理“破碎”渐进地失效，直至第一纵梁元件3的从x1至x2的失效路段(参看图2)耗尽。
图2是在由于碰撞按照本发明的所述实施例的纵梁配置***1失效时力分布曲线F关于失效路段x的示意图表。如由图2可看出的，第一纵梁元件3的开始失效力水平F1由于触发部是小的或者与在进一步的失效过程的力水平刚好一样高。开始失效力水平F1和进一步的力分布曲线F1'小于第二纵梁元件5的开始失效力水平F2。因此，第一纵梁元件3首先完全在其整个失效路段x1至x2上失效，直至第一纵梁元件3的能量吸收潜力被耗尽，并且借此通过碰撞引起的载荷可以升高到第二纵梁元件5的开始失效力水平F2上并且导致第二纵梁元件5也开始失效。因为第二纵梁元件5同样如第一纵梁元件3那样构造，所以第二纵梁元件5在进一步过程中基本上在大约对应于力水平F1'的力水平F2'上失效。
备选于所述实施例，第一纵梁元件3的开始失效力水平F1也可以选择成稍微大于所述进一步的力水平变化F1'，只要第一纵梁元件3的开始失效力水平F1充分小于第二纵梁元件5的开始失效力水平F2。同样可能的是，第一纵梁元件3和第二纵梁元件5在其横截面形状或壁厚或材料成分方面实施成不同的，从而力水平分布曲线F1'和F2'也可以彼此不同。

Claims (10)

1.机动车车身的纵梁配置***，其中，该纵梁配置***(1)构成为使得其在机动车碰撞的情况下吸收碰撞能量地渐进地失效，包括由纤维复合材料构成的第一纵梁元件(3)并且包括第二纵梁元件(5)，所述第二纵梁元件由纤维复合材料构成并且设置在第一纵梁元件(3)后面，其中，第一纵梁元件(3)和第二纵梁元件(5)借助连接元件(7)相互连接，并且纵梁配置***(1)构成为使得在机动车碰撞的情况下第二纵梁元件(5)在第一纵梁元件(7)已失效之后开始失效。
2.按照权利要求1所述的纵梁配置***，其中，所述第一纵梁元件(3)具有触发部(31)，所述触发部减小第一纵梁元件(3)的开始失效力水平(F1)，从而第一纵梁元件(3)的开始失效力水平(F1)小于第二纵梁元件(5)的开始失效力水平(F2)。
3.按照权利要求1或2所述的纵梁配置***，其中，至少所述第一纵梁元件(3)的连接区域和所述第二纵梁元件(5)的连接区域具有相同的横截面形状和/或相同的壁厚和/或相同的材料成分。
4.按照权利要求3所述的纵梁配置***，其中，所述第一纵梁元件(3)的预定的失效路段和所述第二纵梁元件(5)的预定的失效路段具有相同的横截面形状和/或相同的壁厚和/或相同的材料成分。
5.按照权利要求1至4之一所述的纵梁配置***，其中，所述连接元件(7)构成为使得所述连接元件支承在第二纵梁元件(5)的前端侧(53)上，并且尤其是附加地第一纵梁元件(3)的后端侧(33)支承在连接元件(7)上。
6.按照权利要求5所述的纵梁配置***，其中，所述连接元件(7)具有壁(71)，第一纵梁元件(3)的后端侧(33)支承在所述壁的前侧上和/或第二纵梁元件(5)的前端侧(53)支承在所述壁的后侧上。
7.按照权利要求1至6之一所述的纵梁配置***，其中，所述连接元件具有第一套筒区段(73)，所述第一套筒区段包围第一纵梁元件(3)的后端部，和/或所述连接元件具有第一突出部区段，所述第一突出部区段由第一纵梁元件的后端部围绕/包围。
8.按照权利要求1至7之一所述的纵梁配置***，其中，所述连接元件(7)具有第二套筒区段(75)，所述第二套筒区段包围第二纵梁元件(5)的后端部，和/或所述连接元件具有第二突出部区段，所述第二突出部区段由第二纵梁元件的前端部围绕/包围。
9.按照权利要求1至8之一所述的纵梁配置***，其中，所述第一纵梁元件(3)具有封闭的横截面和/或所述第二纵梁元件(3)具有封闭的横截面。
10.包括按照权利要求1至9之一所述的纵梁配置***(1)的机动车车身，其中，所述纵梁配置***(1)设置在机动车的前部车厢或后部车厢中并且保险杠横梁间接或直接紧固在纵梁配置***(1)上。
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