RU2821207C1 - Усиливающий элемент профиля для электрического транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения. Профиль в сборе, содержащий усиливающий элемент замкнутого сечения, расположенный в полом объеме, образованном между профильными компонентами, причем усиливающий элемент собран с профильным компонентом в переходных зонах между верхней горизонтальной стенкой и верхней полкой указанного профильного компонента и в переходных зонах между нижней горизонтальной стенкой и нижней полкой указанного профильного компонента, и в указанных переходных зонах углы α и β, образованные между полкой и ответвлением усиливающего элемента, продолжающимся наружу профильного компонента, составляют 90–180°. Достигается повышение прочности. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к усиливающему элементу профиля для электрического транспортного средства.

Вызывающие озабоченность экологические факторы и природоохранное законодательство, связанные с повышением уровней углекислого газа в атмосфере и уровнями локального загрязнения воздуха, способствуют увеличению выпуска электрических транспортных средств. По сравнению с традиционными транспортными средствами с двигателями внутреннего сгорания электрические транспортные средства имеют двигатели меньших габаритов, не содержат топливных баков и систем выпуска отработавших газов. С другой стороны, электрические транспортные средства содержат аккумуляторную батарею значительных размеров, которая отсутствует в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания.

Большая аккумуляторная батарея электрического транспортного средства должна иметь средства защиты. На одной и той же платформе могут производиться транспортные средства нескольких типов, включая сюда традиционные транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания, которые не содержат аккумуляторную батарею.

Необходимо усилить боковую конструкцию рядом с батареей. Весьма важным конструкционным элементом, защищающим аккумуляторную батарею, в частности, в случае боковых ударов, является профиль в сборе. Указанный профиль в сборе состоит из внутреннего и наружного профилей, каждый из которых, по существу, имеет U-образную форму с верхней и нижней полками, которые собираются друг с другом для формирования замкнутого сечения, ограничивающего полый объем, продолжающийся вдоль днища транспортного средства.

Для усиления профиля в сборе существует возможность установки внутри полого объема профиля в сборе одного или нескольких усиливающих элементов. Такие усиливающие элементы могут иметь незамкнутое или замкнутое сечение.

Усиливающий элемент незамкнутого сечения может быть легко собран с помощью сварки или механической сборки с полками и с вертикальными стенками внутреннего и наружного профилей. Такой процесс сварки легко внедряется в последовательность сборки транспортного средства, поскольку в любом случае, даже в отсутствии усиливающего элемента этап сварки служит для соединения нижних и верхних полок внутреннего и наружного профилей.

С другой стороны, усиливающий элемент замкнутого сечения, в общем, оказывает большее противодействие сжимающим нагрузкам, возникающим от удара, а также имеет лучшие характеристики жесткости. Однако такие усиливающие элементы замкнутого сечения не могут в конструктивном отношении содержать поверхности, позволяющие легко собирать их на полках внутреннего профиля и наружного профиля. Кроме того, для максимально увеличения прочности представляет интерес проектирование усиливающего элемента, имеющего сечение, которое занимает наибольшее возможное пространство внутри полого объема профиля в сборе.

Такое расположение, в котором усиливающий элемент замкнутого сечения занимает большое пространство внутри профиля в сборе, создает проблемы эффективной сборки усиливающего элемента с внутренним профилем и/или наружным профилем. Первая проблема состоит в возможности доступа сборочных инструментов, например, сварочных инструментов. Другой проблемой являются геометрические допуски, которые требуются для выполнения надлежащей сборки: внутренний и наружный профили, а также усиливающий элемент изготавливаются из высокопрочного материала, такого как сталь, и они являются габаритными деталями, охватывающими всю длину пассажирского салона транспортного средства. Хорошо известные проблемы упругого пружинения, к примеру, заключаются в том, что допуски на размеры деталей перед сборкой затрудняют соединение всех деталей друг с другом. Еще одной проблемой является механическая эффективность профильного узла и усиливающего элемента. Фактически, несложной проблемой по сравнению с вышеуказанными проблемами возможности доступа и геометрических допусков является крепление усиливающего элемента к внутреннему профилю и/или наружному профилю только у переднего и заднего краев узла, которые являются легкодоступными. Однако в таком случае усиливающий элемент и внутренний и наружный профили не взаимодействуют оптимальным образом в случае удара. Например, в случае удара о столб, который оказывает очень локальное воздействие на узел, проникновение столба будет последовательно изгибать наружный профиль, усиливающий элемент и внутренний профиль. Поскольку усиливающий элемент не прикреплен к внутреннему и наружному профилям по длине транспортного средства, изогнутая часть усиливающего элемента не удерживается от изгиба окружающими частями внутреннего и наружного профилей. Как следствие, проникновение столба будет больше, чем если бы усиливающий элемент был прикреплен к внутреннему и наружному профилям по длине транспортного средства, в результате чего проникновение столба в аккумуляторную батарею будет больше с возможным повреждением самой аккумуляторной батареи.

Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить эти проблемы с помощью профиля в сборе, содержащего усиливающий элемент замкнутого сечения, занимающий большое пространство полого объема, образованного профилем в сборе.

С этой задачей настоящее изобретение относится к усиленному профилю в сборе, содержащему усиливающий элемент замкнутого сечения, расположенный в полом объеме, образованном между профильными компонентами, причем усиливающий элемент собран с профильным компонентом в переходных зонах между верхней горизонтальной стенкой и верхней полкой указанного профильного компонента и в переходных зонах между нижней горизонтальной стенкой и нижней полкой указанного профильного компонента, и в указанных переходных зонах углы α и β, образованные между полкой и ответвлением усиливающего элемента, продолжающимся наружу профильного компонента, составляют 90–180°.

Благодаря применению вышеописанного изобретения можно формировать профиль в сборе, содержащий усиливающий элемент замкнутого сечения, который охватывает всё вертикальное пространство, доступное внутри полого объема, и может быть соединен с профильным компонентом по всей длине узла непрерывным или полунепрерывным образом. Готовый профиль в сборе имеет оптимизированную механическую прочность в случае бокового удара благодаря исключительной механической прочности усиливающих элементов замкнутого сечения при максимальном использовании доступного пространства для такого усиливающего элемента и надлежащем взаимодействии между, по меньшей мере, профильным компонентом, к которому он прикреплен, и усиливающим элементом.

По другим добавочным признакам профиля в сборе по изобретению, рассматриваемым по отдельности или в любой возможной технической комбинации:

- профильный компонент, к которому присоединен усиливающий элемент, является внутренним профилем;

- профильный компонент, к которому присоединен усиливающий элемент, является наружным профилем;

- усиливающий элемент изготавливается в виде цельной детали;

- усиливающий элемент изготавливается, по меньшей мере, из двух различных частей, которые собираются друг с другом для формирования усиливающего элемента;

- усиливающий элемент собирается с профильным компонентом с помощью технологии сварки с использованием присадочной проволоки;

- усиливающий элемент собирается с помощью сварки плавящимся электродом в активном газе;

- усиливающий элемент собирается с помощью прерывистого сборочного шва в виде прерывистых проваренных участков;

- прерывистые проваренные участки выровнены между верхней и нижней переходными зонами;

- прерывистые проваренные участки смещены между верхней и нижней переходными зонами;

- усиливающий элемент дополнительно собирается с вертикальной стенкой внутреннего профиля;

- усиливающий элемент дополнительно собирается с вертикальной стенкой наружного профиля;

- применительно к любому заданному поперечному сечению замкнутое сечение усиливающего элемента занимает площадь поверхности, по меньшей мере, больше 80% общей площади поверхности, ограничиваемой полым объемом между внутренним профилем и наружным профилем;

- применительно к любому заданному поперечному сечению максимальный размер усиливающего элемента в направлении высоты составляет, по меньшей мере, 75% максимального размера в направлении высоты полого объема, и максимальный размер усиливающего элемента в поперечном направлении составляет, по меньшей мере, 75% максимального размера в поперечном направлении полого объема.

Настоящее изобретение также относится к способу производства вышеописанного профиля в сборе, включающего в себя следующие этапы:

- обеспечение наличия профильного компонента;

- установка усиливающего элемента замкнутого сечения относительно указанного профильного компонента в положение предварительной сборки;

- крепление усиливающего элемента замкнутого сечения к профильному компоненту посредством его крепления, по меньшей мере, в переходных зонах между верхней полкой и верхней горизонтальной стенкой профильного компонента и в переходных зонах между нижней полкой и нижней горизонтальной стенкой профильного компонента;

- крепление собранных таким образом профильного компонента и усиливающего элемента к оставшемуся профильному компоненту для формирования усиленного профиля в сборе.

Благодаря вышеописанной конкретной форме и расположению точек сборки между переходными зонами профильного компонента и усиливающим элементом, сборочные инструменты, необходимые для крепления усиливающего элемента к профильному компоненту, имеют достаточное пространство для доступа к точке сборки.

Одним из преимуществ вышеописанного процесса является гибкость, которая обеспечивается благодаря тому, что сборка усиливающего элемента замкнутого сечения не модифицирует основной процесс сборки внутреннего и наружного профилей. Это означает, что один и тот же процесс сборки внутреннего и наружного профилей может выполняться независимо от использования усиливающего элемента. Благодаря такой гибкости транспортные средства с усиливающими элементами и без них могут производиться на одной и той же производственной линии. Например, что касается платформы транспортного средства, включающей в себя транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания и электрическое транспортное средство с аккумуляторной батареей, она может быть собрана как одна и та же платформа, причем первое транспортное средство, которое не содержит аккумуляторную батарею, не требует усиливающего элемента в профиле в сборе, в то время как второе транспортное средство, как преимущество, дополнительно имеет защиту аккумуляторной батареи, обеспечиваемую усиленным профилем в сборе.

При необходимости усиливающий элемент и профильный компонент собираются с помощью технологии сварки с присадочной проволокой.

При необходимости усиливающий элемент и профильный компонент собираются с помощью сварки плавящимся электродом в активном газе.

При необходимости вышеописанный процесс сборки может дополнительно содержать следующие этапы:

- сборка вертикальной стенки внутреннего профиля с усиливающим элементом;

- сборка вертикальной стенки наружного профиля с усиливающим элементом.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения станут понятными из нижеприведенного описания, представленного в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг. 1 – общий перспективный вид транспортного средства по изобретению;

фиг. 2 – вид сбоку транспортного средства по изобретению;

фиг. 3 – вид в разобранном состоянии усиленного профиля в сборе по варианту выполнения изобретения;

фиг. 4, 5 и 6 – поперечные сечения по оси II-II из фиг. 2 профильного компонента и усиливающего элемента по различным вариантам выполнения изобретения;

фиг. 7 – перспективный вид профильного компонента и усиливающего элемента по варианту выполнения изобретения;

фиг. 8a и 8b – виды сбоку профильного компонента и усиливающего элемента по различным вариантам выполнения изобретения;

фиг. 9 – поперечное сечение по оси II-II из фиг. 2 усиленного профиля в сборе по варианту выполнения изобретения.

В нижеприведенном описании термины «верхний», «нижний», «передний», «задний» и «продольный» определяются согласно общепринятым направлениям осей собранного транспортного средства. Более конкретно, термины «верхний» и «нижний» определяются согласно направлению вертикальной оси транспортного средства (или направлению Z на фиг. 2), термины «передний», «задний» и «продольный» определяются согласно направлению от передней стороны к задней стороне транспортного средства (или направлению L на фиг. 2), и термин «поперечный» определяется согласно ширине транспортного средства.

Ниже со ссылкой на фиг. 1 и 2 приведено описание усиленного профиля 3 в сборе для электрического или гибридного транспортного средства 1 (далее именуемого просто транспортным средством), содержащего аккумуляторную батарею 5, расположенную под панелью пола. Усиленный профиль 3 в сборе образует часть боковой конструкции транспортного средства. Он охватывает пассажирский салон транспортного средства, продолжающийся в продольном направлении. Он может быть или отдельным узлом, как описано ниже в приведенных вариантах выполнения, или может быть включен в состав, например, внутреннего и наружного дверных колец, каждое из которых изготовлено из сварной заготовки с заданными характеристиками.

Боковая конструкция транспортного средства разработана с возможностью защиты пассажиров транспортного средства в случае бокового удара. Такой боковой удар описан в ряде стандартизованных испытаний на удар при столкновении, например, на боковой удар о столб из Европейской программы оценки новых автомобилей (EuroNCAP), когда транспортное средство, имеющее относительную начальную скорость во время удара 32 км/ч, ударяется боковой стороной о неподвижный столб. Другим стандартизованным испытанием на боковой удар является Усовершенствованное европейское испытание на боковой удар о подвижный деформируемый барьер (AE-MDB) из EuroNCAP, в котором транспортное средство подвергается боковому удару со стороны стандартизованного барьера весом 1400 кг, движущегося со скоростью 60 км/ч и охватывающего часть длины транспортного средства.

В случае транспортного средства 1, содержащего аккумуляторную батарею 5, расположенную под панелью пола, боковая конструкция также служит для защиты аккумуляторной батареи 5 от повреждения. Поскольку усиленный профиль 3 в сборе расположен на такой же высоте, как и указанная аккумуляторная батарея 5, он непосредственно защищает аккумуляторную батарею.

Со ссылкой на фиг. 3 и 9 усиленный профиль 3 в сборе состоит из двух профильных компонентов 31, 39, образующих полый объем 35 в собранном состоянии. Профильный компонент 31, расположенный рядом с внутренней стороной транспортного средства, именуется внутренним профилем 31. Профильный компонент 39, расположенный рядом с наружной стороной транспортного средства, именуется наружным профилем 39. Усиленный профиль 3 в сборе усилен усиливающим элементом 34 замкнутого сечения, занимающим полый объем 35.

Следует понимать, что полый объем 35 обозначает объем, содержащийся между профильными компонентами 31, 39. Этот объем не имеет точек сборки между профильными компонентами 31, 39. Например, этот объем не имеет точек сборки на полках. Фактически, полки собираются плотно друг к другу и, следовательно, не содержат между собой значительного объема.

В порядке уточнения в нижеприведенном описании внутренний профиль 31 используется в качестве профильного компонента, к которому крепится усиливающий элемент замкнутого сечения. Однако следует отметить, что изобретение вполне симметрично между внутренним профилем 31 и наружным профилем 39, которые имеют, в общем, U-образное сечение с верхней и нижней полками и несут одинаковую функцию совместного формирования полого объема 35 и одинаковую функцию противодействия боковым ударам по отдельности и совместно в собранном состоянии, образуя усиленный профиль 3 в сборе.

Со ссылкой на фиг. 4 внутренний профиль 31 имеет, в общем, U-образное сечение, содержащее верхнюю горизонтальную стенку 312, нижнюю горизонтальную стенку 314, соединенные друг с другом вертикальной стенкой 313. Следует отметить, что указанные стенки 312, 313 и 314 не обязательно должны быть строго прямолинейными и могут содержать различные секции, например, аналогично нижней стенке 314 на фиг. 14, которая содержит две горизонтальные секции 314ha и 314hb, соединенные вертикальной секцией 314v. Такая конструкция может создавать преимущество с точки зрения размещения других элементов или придания жесткости детали и увеличения ее противодействия изгибу. На фиг. 4 нижняя стенка 314 содержит несколько секций, однако это частный вариант выполнения, который не является ограничивающим. Другие стенки 312 и 313 также могут содержать несколько таких секций согласно ограничениям и проектным решениям для конкретного применения.

Верхняя и нижняя полки 311 и 315 продолжаются соответственно от верхней и нижней горизонтальных стенок 312 и 314. Указанные полки спроектированы с возможностью сборки внутреннего профиля 31 с противолежащими полками наружного профиля 39, например, с помощью точечной сварки полок в нескольких местах по длине полок. Усиленный профиль в сборе в собранном положении показан на фиг. 9, где можно хорошо видеть собранные противолежащие полки двух профильных компонентов 31, 39.

Как показано на фиг. 9, усиливающий элемент 34 замкнутого сечения, далее именуемый просто усиливающим элементом 34, занимает участок полого объема 35.

На фиг. 4 показаны внутренний профиль 31 и усиливающий элемент 34 в собранном состоянии перед окончательной сборкой усиленного профиля 3 в сборе посредством последующей установки наружного профиля 39 с помощью крепления друг к другу полок внутреннего профили и наружного профиля. Усиливающий элемент занимает часть объема внутри стенок 312, 313 и 314 и продолжается наружу от указанного ограниченного объема.

Усиливающий элемент 34 собирается с внутренним профилем 31 в переходной зоне между верхней полкой 311 и верхней горизонтальной стенкой 312 и в переходной зоне между нижней полкой 315 и нижней горизонтальной стенкой 314. Со ссылкой на фиг. 4 для обеспечения доступа сборочного инструмента к месту сборки в переходных зонах углы α и β, определяемые полкой 311, 315 и ответвлением усиливающего элемента 34, продолжающимся наружу внутреннего профиля, составляют, по меньшей мере, 90°. Фактически, если один указанных углов α или β меньше 90°, участок доступа, на котором сборочный инструмент должен выполнять сборку, будет очень узким, что потребует принятия специальных мер и использования специальной оснастки для выполнения сборки. Это будет оказывать отрицательное влияние на стоимость сборки и производительность. Участок доступа даже может оказаться очень узким для любой существующей или потенциальной оснастки, делая сборку фактически невозможной. Это также является одним из признаков настоящего изобретения в отношении ограничения углов α или β до максимального значения 180°. Фактически, если угол больше 180°, относительное положение продолжающегося наружу ответвления усиливающего элемента 34 и полки 311 или 315 сделает их сборку затруднительной или вообще невозможной в условиях реального производства, поскольку после сборки они не будут слегка опираться друг на друга.

Для дополнительной иллюстрации сборки внутреннего профиля 31 и усиливающего элемента 34 в верхней переходной зоне между верхней стенкой 312 и верхней полкой 311 на фиг. 4 представлено увеличение места сборки. Для лучшего понимания изобретения показан шов 316, образованный сборочным инструментом. Следует понимать, что особая форма и внешний вид показанного шва 316 являются иллюстрацией в целях пояснения и не ограничивают объем настоящего изобретения.

В конкретном варианте выполнения технология сборки с выполнением шва 316 относится к операции сварки с присадочной проволокой, например, процессу сварки плавящимся электродом в активном или инертном газе, где для соединения деталей используется проволока. Другим типом технологии сварки с присадочной проволокой может быть использование сварочной головки с расплавлением присадочной проволоки с помощью лазерной головки.

Как преимущество, благодаря использованию технологии сварки с присадочной проволокой можно перекрывать зазор, который может существовать между внутренним профилем 31 и усиливающим элементом 34 в вышеописанных местах сборки. В промышленном производстве такой зазор образуется часто, особенно при использовании очень высокопрочных сталей, которые подвержены упругому пружинению, что не позволяет обеспечить очень жесткие геометрические допуски на промышленных изделиях. Как преимущество, использование процесса сварки с присадочной проволокой обеспечивает надежность и воспроизводимость процесса сборки в большом диапазоне геометрических допусков. Следует также отметить, что описываемая конструкция места сборки внутреннего профиля 31 и усиливающего элемента 34 имеет особое преимущество при использовании технологий сварки с присадочной проволокой, поскольку это позволяет обеспечить схему сборки, которая может быть разработана с возможностью создания свободного пространства вокруг шва 316 во внутреннем объеме, ограничиваемом стенками 312, 313 и 314 внутреннего профиля. В свою очередь, такая схема обеспечивает большое пространство для паров, образующихся во время операции сварки и выходящих из шва 316, тем самым сводя к минимуму риск захватывания пузырьковых включений швом 316. Захватываемые пузырьковые включения ослабляют сварной шов и создают хорошо известную проблему при сварке с присадочной проволокой, особенно при сварке деталей с цинковым покрытием из-за низкой температуры кипения цинка.

В конкретном варианте выполнения, показанном на фиг. 7, фиг. 8a и фиг. 8b, сборочный шов 316 между внутренним профилем 31 и усиливающим элементом 34 не является непрерывным по длине указанных деталей в продольном направлении. Вместо этого он состоит из прерывистых проваренных участков, распределенных в продольном направлении. Как преимущество, соединение деталей с помощью прерывистых проваренных участков уменьшает время сборки, снижает износ сборочных инструментов и уменьшает расход присадочной проволоки при использовании технологии сварки с присадочной проволокой. Также снижается общий вес сборочной единицы благодаря небольшому количеству плавящейся присадочной проволоки, соединяемой с деталью. Также уменьшается величина зоны термического влияния, которая может ослабить собранные детали. Также снижается риск температурных деформаций деталей, обусловленных подводимым теплом в результате процесса сварки, что обеспечивает получение готовой сборочной единицы с улучшенными геометрическими допусками. Кроме того, при выполнении сварки с присадочной проволокой сварка провариваемых участков также снижает риск образования пузырьковых включений в сварном шве, поскольку пары металла, образующиеся во время операции сварки, с большей вероятностью будут выходить на боковые стороны провариваемых участков. И, наконец, хотя сборочный шов между внутренним профилем 31 и усиливающим элементом не является непрерывным, то, что провариваемые участки выполняются на большом участке длины деталей, всё же обеспечивает очень хорошее механическое взаимодействие между деталями в случае бокового удара.

Вышеописанные провариваемые участки, образующие сборочный шов 316, могут быть выровнены или между провариваемыми участками в верхней переходной зоне и нижней переходной зоне, как показано на фиг. 8b, или могут быть смещены в продольном направлении, как показано на фиг. 8a. Как преимущество, использование схемы со смещением может способствовать снижению эффекта температурной деформации, обусловленного подводимым теплом в результате процесса сварки.

В конкретном варианте выполнения усиливающий элемент 34 также может быть собран с внутренним профилем 31 в других местах помимо переходных зон, например, посредством крепления усиливающего элемента 34 к вертикальной стенке 313, используя клеевое соединение. Например, клей может быть нанесен до позиционирования усиливающего элемента 34 внутри внутреннего профиля 31. Клей может быть нанесен на наружную сторону замкнутого сечения усиливающего элемента 34 или на вертикальную стенку 313 или на обе поверхности. Как преимущество, крепление усиливающего элемента 34 к внутреннему профилю 31, как описано ниже, усиливает связь между двумя деталями, тем самым увеличивая их надежное взаимодействие в случае бокового удара. Кроме того, этот этап крепления усиливающего элемента 34 к внутреннему профилю 31 в других местах помимо переходных зон может выполняться перед вышеописанным этапом сборки обеих деталей в переходных зонах. Вместе с тем, как преимущество, может быть обеспечено прочное соединение обеих деталей друг с другом, так чтобы они не могли перемещаться во время этапа их сборки в переходных зонах.

На фиг. 4, 5 и 6 показаны несколько различных вариантов выполнения усиливающего элемента 34. Усиливающие элементы 34 на фиг. 4 и 5 выполнены как цельные детали, которые могут быть изготовлены, например, с помощью операции роликового профилирования с последующей операцией сварки для сохранения замкнутого сечения. Усиливающий элемент на фиг. 5 отличается от усиливающего элемента на фиг. 4 тем, что в нем изменена геометрия стенки, продолжающейся наружу из внутреннего профиля 31 в нижней переходной зоне, которая отсутствует в усиливающем элементе на фиг. 4 (стенка усиливающего элемента, продолжающаяся наружу из внутреннего профиля в нижней переходной зоне, является прямолинейной). Эффект такого геометрического признака состоит в увеличении угла β и, следовательно, в создании большего пространства для доступа сборочного инструмента к месту сборки с целью выполнения сборочного шва 316 в нижней переходной зоне.

Усиливающие элементы 34, показанные на фиг. 4 и 5, также имеют характерные признаки, создающие большее противодействие сжимающей нагрузке, обусловливаемой боковым ударом. Фактически, внутренние горизонтальные стенки указанных усиливающих элементов продолжаются в двух отдельных плоскостях, показанных на фиг. 5: верхняя внутренняя горизонтальная стенка продолжается в плоскостях 341a и 341b, нижняя внутренняя горизонтальная стенка продолжается в плоскостях 342a и 342b. Использование усиливающего элемента 34 с горизонтальными стенками, продолжающимися, по меньшей мере, в двух разных плоскостях, позволяет спроектировать усиливающий элемент 34, имеющий большее противодействие сжимающим нагрузкам и, в частности, лучшее противодействие изгибу при сжимающих нагрузках.

Усиливающий элемент 34, показанный на фиг. 6, выполнен из двух отдельных частей, внутреннего усиливающего элемента 34a и наружного усиливающего элемента 34b, которые собраны друг с другом, например, с помощью сварки плавящимся электродом в активном газе или лазерной сварки, для получения усиливающего элемента 34. Внутренний усиливающий элемент 34a изготавливается, например, с помощью роликового профилирования и сварки. Наружный усиливающий элемент 34b изготавливается, например, с помощью холодной штамповки или горячей штамповки. Изготовление усиливающего элемента 34 из нескольких различных частей, собранных друг с другом, позволяет оптимизировать использование материала в различных частях усиливающего элемента 34. Также существует возможность проектирования усиливающего элемента 34, имеющего форму, которая не может быть получена с использованием только одой цельной заготовки. В случае усиливающего элемента, изготовленного, по меньшей мере, из двух разных частей, собранных вместе, геометрические допуски сборочной единицы будут сочетанием геометрических допусков разных частей, составляющих усиливающий элемент 34. Как указано выше, использование высокопрочных сталей, подверженных упругому пружинению, может обусловливать высокие геометрические допуски, и этот эффект увеличивается в случае сочетания геометрических допусков для усиливающего элемента 34, содержащего несколько деталей. В этом случае еще бóльшим преимуществом является применение технологии сварки с присадочной проволокой, как описано выше, чтобы обеспечить распределение геометрических допусков, которое будет иметь место в массовом производстве.

В общем, изобретение может применяться с любой формой усиливающего элемента 34 замкнутого сечения при условии, что углы α и β составляют 90 – 180°. Форма, материал и толщина усиливающего элемента 34 будут подбираться проектировщиками таким образом, чтобы они удовлетворяли специальным ограничениям, связанным с его установкой в полый объем 35 и специальным требованиям, связанным с боковым ударом, и другим требованиям, таким как жесткость кузова, лобовой удар, удар сзади и т.д. Другие ограничения, которые, помимо прочего, должны быть приняты в расчет, включают в себя производственные расходы и вес детали.

После соединения друг с другом внутреннего профиля 31 и усиливающего элемента 34, наружный профиль 39 крепится к внутреннему профилю 31 в местах их соответствующих полок для формирования усиленного профиля 3 в сборе. Как указано выше, сборка усиливающего элемента 34 с внутренним профилем 31 и последующая сборка этой подузла с наружным профилем 39 является возможным вариантом выполнения, который подробно описан для простоты изложения материала. Однако настоящее изобретение также может предусматривать первоначальную сборку усиливающего элемента 34 с наружным профилем 39 и последующее крепление этого подузла к внутреннему профилю 31, причем внутренний профиль 31 и наружный профиль 39 играют симметричные роли.

Как описано выше в отношении конкретного варианта выполнения, в котором усиливающий элемент 34 и внутренний профиль 31 дополнительно собираются в других местах помимо переходных зон, например, в области вертикальной стенки 313, в конкретном варианте выполнения также можно крепить усиливающий элемент 34 к наружному профилю 39, например, вдоль вертикальной стенки наружного профиля 39. Например, в конкретном варианте выполнения на фиг. 9 можно крепить усиливающий элемент 34 к наружному профилю 39 в местах 39a и 39b, где обе детали находятся в контакте друг с другом. Это может быть сделано, например, с помощью клеевого соединения. Клей может быть нанесен, например, на усиливающий элемент 34 или на наружный профиль 39 или на обе детали. Как преимущество, это также увеличивает связь между усиливающим элементом 34 и наружным профилем 39, тем самым дополнительно способствуя взаимодействию частей, например, под действием сжимающих нагрузок бокового удара.

Вышеописанный усиленный профиль 3 в сборе хорошо подходит для защиты аккумуляторной батареи 5 в случае бокового удара. Например, в случае удара о столб, который оказывает очень локальное воздействие на усиленный профиль в сборе, проникновение столба будет последовательно изгибать наружный профиль, усиливающий элемент и внутренний профиль. Поскольку усиливающий элемент основательно прикреплен, по меньшей мере, к одному из профильных компонентов 31, 39 на большой длине детали в продольном направлении, изогнутая часть усиливающего элемента 34 будет удерживаться от изгиба окружающими частями профильных компонентов 31, 39, к которым она прикреплена. В результате проникновение столба будет меньше, чем если бы усиливающий элемент 34 не был прикреплен к профильным компонентам 31, 39 по длине транспортного средства. Таким образом, проникновение столба в аккумуляторную батарею будет меньше, что обеспечивает защиту аккумуляторной батареи и элементов аккумуляторной батареи. Вышеописанный усиленный профиль 3 в сборе также способствует защите пассажиров транспортного средства в случае бокового удара. Он также может играть активную роль в случае лобового удара или удара сзади, поглощая и передавая нагрузку от удара другим частям конструкции транспортного средства. Он также может дополнительно способствовать повышению жесткости всего транспортного средства.

Для того чтобы максимально увеличить влияние усиливающего элемента 34 на прочность усиленного профиля 3 в сборе, как преимущество, следует максимально увеличить пространство, которое замкнутое сечение усиливающего элемента 34 занимает внутри полого объема 35. В конкретном варианте выполнения для заданного поперечного сечения замкнутое сечение усиливающего элемента 34 занимает площадь поверхности, по меньшей мере, больше 80% общей площади поверхности, ограничиваемой полым объемом 35. В конкретном варианте выполнения для заданного поперечного сечения максимальный размер усиливающего профиля 34 в направлении высоты составляет, по меньшей мере, 75% максимального размера в направлении высоты полого объема 35, и максимальный размер усиливающего элемента 34 в поперечном направлении составляет, по меньшей мере, 75% максимального размера в поперечном направлении полого объема 35.

Для максимального увеличения прочности усиленного профиля 3 в сборе представляет интерес использование очень высокопрочных сталей для изготовления профильных компонентов 31, 39 и усиливающего элемента 34.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из профильных компонентов 31, 39 выполнен из закаливаемой под прессом стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 950 МПа. По варианту выполнения закаливаемая под прессом сталь содержит в % по весу: 0,06% ≤ C ≤ 0,1%, 1% ≤ Mn ≤ 2%, Si ≤ 0,5%, Al ≤0,1%, 0,02% ≤ Cr ≤ 0,1%, 0,02% ≤ Nb ≤ 0,1%, 0,0003% ≤ B ≤ 0,01%, N ≤ 0,01%, S ≤ 0,003%, P ≤ 0,020%, меньше 0,1% Cu, Ni и Mo, остальное железо и неизбежные примеси в результате производственного процесса. Благодаря такому составу в указанных диапазонах предел текучести указанной детали составляет 700 – 950 МПа, предел прочности при растяжении 950 – 1200 МПа и угол изгиба больше 75°. К примеру, эта деталь изготавливается из Ductibor® 1000. В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из профильных компонентов 31, 39 выполнен из закаливаемой под прессом стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1300 МПа. По варианту выполнения закаливаемая под прессом сталь содержит в % по весу: 0,20% ≤ C ≤ 0,25%, 1,1% ≤ Mn ≤ 1,4%, 0,15% ≤ Si ≤ 0,35%, Cr ≤ 0,30%, 0,020% ≤ Ti ≤ 0,060%, 0,020% ≤ Al ≤ 0,060%, S ≤ 0,005%, P ≤ 0,025%, 0,002% ≤ B ≤ 0,004%, остальное железо и неизбежные примеси в результате производственного процесса. Благодаря такому составу в указанных диапазонах предел прочности при растяжении, по меньшей мере, одного из профильных компонентов 31, 39 после закалки под прессом составляет 1300–1650 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из профильных компонентов 31, 39 изготавливается из Usibor® 1500.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из профильных компонентов 31, 39 выполнен из закаливаемой под прессом стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1800 МПа. Например, сталь, из которой изготавливается усиленный недеформируемый участок 36 содержит в % по весу: 0,24% ≤ C ≤ 0,38%, 0,40% ≤ Mn ≤ 3%, 0,10% ≤ Si ≤ 0,70%, 0,015% ≤ Al ≤ 0,070%, Cr ≤ 2%, 0,25% ≤ Ni ≤ 2%, 0,015% ≤ Ti ≤ 0,10%, Nb ≤ 0,060%, 0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%, 0,003% ≤ N ≤ 0,010%, S ≤ 0,005%, P ≤ 0,025%, остальное железо и неизбежные примеси в результате производственного процесса. Благодаря такому составу в указанных диапазонах предел прочности при растяжении, по меньшей мере, одного из профильных компонентов 31, 39 после закалки под прессом составляет больше 1800 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из профильных компонентов 31, 39 изготавливается из Usibor® 2000.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из полностью мартенситной стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1100 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из MartiNsite® 1100.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из полностью мартенситной стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1200 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из MartiNsite® 1200.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из полностью мартенситной стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1300 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из MartiNsite® 1300.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из полностью мартенситной стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1500 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из MartiNsite® 1500.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из полностью мартенситной стали, имеющей предел прочности при растяжении больше 1700 МПа. К примеру, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, изготавливается из MartiNsite® 1700.

В конкретном варианте выполнения, по меньшей мере, один из компонентов, к которым относятся профильные компоненты 31, 39 и усиливающий элемент 34, имеет металлическое покрытие, обеспечивающее противокоррозионную защиту, например, покрытие на основе Zn.

В конкретном варианте выполнения толщина стали, используемой для изготовления профильных компонентов 31, 39 и усиливающего элемента 34, составляет 1,0–2,0 мм.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления вышеописанного усиленного профиля 3 в сборе, включающему в себя следующие этапы:

- обеспечение наличия первого профильного компонента 31, 39;

- установка усиливающего элемента 34 замкнутого сечения относительно указанного первого профильного компонента 31, 39 в положение предварительной сборки;

- крепление усиливающего элемента 34 замкнутого сечения к указанному первому профильному компоненту 31, 39 посредством его крепления, по меньшей мере, в переходных зонах между верхней полкой и верхней горизонтальной стенкой первого профильного компонента 31, 39 и в переходных зонах между нижней полкой и нижней горизонтальной стенкой первого профильного компонента 31, 39;

- крепление полученного указанным образом узла, состоящего из первого профильного компонента 31, 39 и усиливающего элемента 34, к другому профильному компоненту 31, 39 для получения усиленного профиля 3 в сборе.

Благодаря вышеописанной конкретной форме и расположению точек сборки между переходной зоной первого профильного компонента 31, 39 и усиливающим элементом 34, сборочные инструменты, необходимые для крепления усиливающего элемента 34 к первому профильному компоненту 31, 39, имеют достаточное пространство для доступа к точке сборки.

Одним из преимуществ вышеописанного процесса является гибкость, которая обеспечивается благодаря тому, что использование усиливающего элемента 34 не модифицирует основной процесс сборки первых профильных компонентов 31 и 39. Это означает, что один и тот же процесс сборки профиля может выполняться независимо от использования усиливающего элемента 34. Благодаря такой гибкости транспортные средства с усиливающими элементами и без них могут производиться на одной и той же производственной линии. Например, что касается платформы транспортного средства, включающей в себя транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания и электрическое транспортное средство с аккумуляторной батареей, она может быть собрана как одна и та же платформа, причем первое транспортное средство, которое не содержит аккумуляторную батарею, не требует усиливающего элемента в профиле в сборе, в то время как второе транспортное средство, как преимущество, дополнительно имеет защиту аккумуляторной батареи, обеспечиваемую усиленным профилем 3 в сборе.

При необходимости усиливающий элемент 34 и первый профильный компонент 31, 39 собираются с помощью технологии сварки с присадочной проволокой.

При необходимости усиливающий элемент 34 и первый профильный компонент 31, 39 собираются с помощью сварки плавящимся электродом в активном газе.

При необходимости вышеописанная сборка усиливающего элемента 34 и первого профильного компонента 31, 39 выполняется с использованием прерывистого сборочного шва 316, известного как шов из прерывистых проваренных участков. При необходимости прерывистые проваренные участки в верхней переходной зоне и нижней переходной зоне выравниваются друг с другом. При необходимости прерывистые проваренные участки в верхней переходной зоне и нижней переходной зоне выполняются со смещением относительно друг друга.

При необходимости вышеописанный процесс сборки может дополнительно содержать следующие этапы:

- сборка вертикальной стенки внутреннего профиля с усиливающим элементом;

- сборка вертикальной стенки наружного профиля с усиливающим элементом.

Claims (23)

1. Профиль (3) в сборе, содержащий усиливающий элемент (34) замкнутого сечения, расположенный в полом объеме (35), образованном между профильными компонентами (31, 39), причем усиливающий элемент (34) собран с профильным компонентом (31, 39) в зонах сборки, расположенных в переходных зонах между верхней горизонтальной стенкой и верхней полкой указанного профильного компонента (31, 39) и в переходных зонах между нижней горизонтальной стенкой и нижней полкой указанного профильного компонента (31, 39), при этом в указанных переходных зонах углы α и β, соответственно образованные между верхней и нижней полками и соответствующими частями усиливающего элемента (34), простирающимися наружу от зон сборки профильного компонента (31, 39), составляют 90–180°.

2. Профиль (3) в сборе по п. 1, в котором профильный компонент, с которым соединен усиливающий элемент, является внутренним профилем (31).

3. Профиль (3) в сборе по п. 1, в котором профильный компонент, с которым соединен усиливающий элемент, является наружным профилем (39).

4. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-3, в котором усиливающий элемент (34) изготовлен в виде цельной детали.

5. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-3, в котором усиливающий элемент (34) изготовлен, по меньшей мере, из двух различных частей, которые собраны друг с другом для формирования усиливающего элемента (34).

6. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-5, в котором усиливающий элемент (34) собран с профильным компонентом (31, 39) с помощью технологии сварки с использованием присадочной проволоки.

7. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-6, в котором усиливающий элемент (34) собран с профильным компонентом (31, 39) с помощью сварки плавящимся электродом в активном газе.

8. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-7, в котором усиливающий элемент (34) собран с профильным компонентом (31, 39) с помощью прерывистого сборочного шва (316) в форме прерывистых проваренных участков.

9. Профиль (3) в сборе по п. 8, в котором прерывистые проваренные участки верхней и нижней переходных зон выровнены.

10. Профиль (3) в сборе по п. 8, в котором прерывистые проваренные участки верхней и нижней переходных зон смещены относительно друг друга.

11. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-10, в котором усиленный элемент (34) также собран с вертикальной стенкой внутреннего профиля (31).

12. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-10, в котором усиленный элемент (34) также собран с вертикальной стенкой наружного профиля (31).

13. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-12, в котором для любого заданного поперечного сечения замкнутое сечение усиливающего элемента (34) занимает площадь поверхности, по меньшей мере, больше 80% общей площади поверхности, ограничиваемой полым объемом (35) в заданном поперечном сечении.

14. Профиль (3) в сборе по любому из пп. 1-12, в котором для заданного поперечного сечения максимальный размер усиливающего элемента (34) в направлении высоты составляет, по меньшей мере, 75% максимального размера в направлении высоты полого объема (35), и максимальный размер усиливающего элемента (34) в поперечном направлении составляет, по меньшей мере, 75% максимального размера в поперечном направлении полого объема (35).

15. Способ сборки для получения профиля (3) в сборе по любому из пп. 1-14 включает в себя следующие этапы:

обеспечение наличия первого профильного компонента (31, 39);

установка усиливающего элемента (34) замкнутого сечения относительно указанного первого профильного компонента (31, 39) в положение предварительной сборки;

крепление усиливающего элемента (34) замкнутого сечения к первому профильному компоненту (31, 39) посредством его крепления, по меньшей мере, в переходных зонах между верхней полкой и верхней горизонтальной стенкой первого профильного компонента (31, 39) и в переходных зонах между нижней полкой и нижней горизонтальной стенкой профильного компонента (31, 39);

крепление собранных указанным образом первого профильного компонента (31, 39) и усиливающего элемента (34) к оставшемуся профильному компоненту (31, 39) для получения усиленного профиля (3) в сборе.

16. Способ по п. 15, в котором усиливающий элемент (34) и первый профильный компонент (31, 39) собраны с помощью технологии сварки с присадочной проволокой.

17. Способ по п. 15, в котором усиливающий элемент (34) и первый профильный компонент (31, 39) собраны с помощью сварки плавящимся электродом в активном газе.

18. Способ по любому из пп. 15-17, также содержащий этап сборки вертикальной стенки внутреннего профиля (31) с усиливающим элементом (34).

19. Способ по любому из пп. 15-18, также содержащий этап сборки вертикальной стенки наружного профиля (39) с усиливающим элементом (34).