CN104470795B - 用于机动车的支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的支撑结构，该支撑结构至少具有两个A柱(10)、一前围板(12)以及一设计为空心型材的前围板横梁(14)，该前围板横梁的端部(14a、14b)与各自配设的A柱(10)连接。根据本发明，所述前围板横梁端部(14a、14b)的连接通过在A柱(10)中的抗扭刚性的紧固实现。

Description

用于机动车的支撑结构

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于机动车的支撑结构。

背景技术

这种支撑结构在现代车辆构造中为充分已知的并且是机动车的重要构件。其主要包括前围板横梁以及两个A柱，所述A柱一方面保证必需的稳定性和连接刚性，并且另一方面在车辆碰撞时通过变形吸收碰撞力。特别地，机动车的所述支撑结构必须具有刚性，所述刚性在车辆碰撞情况下将车辆的损坏和乘客的危险降低到最低限度。通常地，所述前围板横梁通过简单直接的法兰连接与所述A柱连接，由此在碰撞时通常会导致车辆的前车厢被较高程度地侵入并且因此也会导致客舱被较高程度地侵入。

例如，由DE 10 2006 055 721 A1已知一种用于机动车的支撑结构，该支撑结构具有两个A柱、一前围板以及一设计为空心型材的前围板横梁。该前围板横梁的端部与各自配设的A柱通过法兰连接，该法兰通过设计为空心型材的前围板横梁的相应部段的弯曲而产生。

例如，在公开文献EP 2 353 974 A2中，说明了在弹簧滑柱组件接纳装置的领域中的用于机动车的另一个支撑结构。所述弹簧滑柱组件接纳装置在上连接区域中与挡泥板架座连接并且在下连接区域中与和挡泥板架座错开布置的纵梁连接。为了将弹簧滑柱组件接纳装置与纵梁连接，所述弹簧滑柱组件接纳装置的两个支脚包围所述设计为空心型材的纵梁，其中，与弹簧滑柱组件接纳装置一体构造的第一支脚与所述纵梁固定连接。所述弹簧滑柱组件接纳装置的设计为附加构件的第二支脚在第一端部区域中与弹簧滑柱组件接纳装置固定连接并且其在第二端部区域中贴靠在纵梁的外壁上。

由DE 195 18 946 A1已知了一种具有封闭的横截面的车辆结构元件。该结构元件由轻金属板元件构成。结构元件例如设计为车辆的前柱并包括外板、柱加强件和由轻金属制成的内柱。

由WO 95/04616 A1已知了一种用于机动车的支撑结构，该支撑结构至少具有两个A柱，一前围板以及一设计为空心型材的前围板横梁，该前围板横梁的端部与各自配设的A柱连接。前围板横梁端部的连接通过在A柱中的抗扭刚性的紧固经由形锁合的连接方式实现。

由WO 2008/050237 A1已知了一种用于机动车的支撑结构，该支撑结构至少具有两个A柱，一前围板以及一设计为空心型材的前围板横梁，该前围板横梁的端部与各自配设的A柱连接。前围板横梁端部的连接通过在A柱中的抗扭刚性的紧固以与加强型材的螺纹连接的形式实现，该加强型材形锁合地构造在A柱中。前围板横梁空心型材具有背对前围板的外部壳以及朝向前围板的内部壳，其中，内部壳的端部区域至少部分地贴靠在A柱上。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机动车的支撑结构，所述支撑结构能够实现将前围板横梁特别坚固并且稳定地连接到A柱上。

根据本发明，该目的可以通过提供一种具有权利要求1的特征的用于机动车的支撑结构实现。本发明的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中给出。

为了获得用于机动车的、能够实现将前围板横梁特别坚固并且稳定地连接到A柱上的支撑结构，根据本发明提出，所述前围板横梁端部的连接通过在A柱中的抗扭刚性的紧固(momentensteife Einwurzelung)实现。本发明的主要优点在于，所述前围板横梁在接头几何构造的区域中具有稳固的支撑以及与各个A柱的特别稳定的连接，所述A柱在车辆碰撞时可以显著地改善抗扭刚性。在此情况下，“接头几何构造”特别是指超过正常数量的在有限空间中的构件之间的连接位置的数量。由此可以以有利的方式实现，通过车身的支撑结构特别良好地吸收尤其是倾斜或者不理想地垂直作用到车身上的力矩负载和压力载荷并且将其均匀地传递到车身的支撑结构上。通过所述前围板横梁的根据本发明的连接位置可以以有利的方式保证，通过所述前围板横梁作用到前围板中以及特别是作用到A柱中的碰撞力可以被良好地吸收并且被均匀地传递，由此可以避免力的峰值并且可以减轻所述车身的相邻的支撑结构的负担。基于根据本发明所述的连接，可以大大改善机动车车身的刚性，由此可以最理想地吸收大的力矩以及高的拉力或高的压力。此外，设计在根据本发明的连接的区域中的接头几何构造除了较低的重量和较高的刚性外还具有平衡的拉压比例的优点，所述拉压比例具有改善的特定的能量吸收能力。根据本发明所述的连接可以简单地并且以低成本建立。因此可以改善对车辆车身前端或发动机舱以及车辆乘客的保护，因为所述支撑结构可以在正面碰撞的情况下更好地用于消耗碰撞能量并且发动机舱以及客舱被侵入的情况可以很大程度上地被降低。

所述前围板横梁空心型材具有背对前围板的外部壳以及朝向前围板的内部壳。由此可以以有利的方式产生扭转刚度的并且轻的支撑结构，所述支撑结构可以大面积地吸收产生影响的碰撞力并且因此可以额外地改善抗扭刚性。由此以构造简单的方式获得具有大横截面以及高刚性的前围板横梁，所述前围板横梁的大的接触面或连接面最理想地适用于简单的装配，在所述装配中前围板横梁稳固地连接到车身的支撑结构上。优选构造为W形的前围板横梁的弧形的子区域具有高弯曲刚性也具有高扭转刚性并且因此能够保证将产生影响的碰撞力安全地传递到所述A柱中。

根据本发明，所述外部壳的端部区域至少部分地布置在A柱内部，所述内部壳的端部区域至少部分地贴靠在A柱上。由此，前围板横梁空心型材的端部区域的材料结合或力锁合的连接可以分布在A柱的型材的多个区域和/或多个平面上，由此，压力可以大面积地分布在所述A柱型材的内表面和外表面上。基于大面积的连接可产生具有连续力线的负载路径，所述负载路径可以防止连接在A柱上的前围板横梁的折断或扭转。通过A柱内部的前围板横梁的根据本发明的连接，也可以在A柱中间附加地从内部使其稳定。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，所述外部壳的布置在A柱内部的端部区域可以至少部分地贴靠在加强元件上。由此，可以以有利的方式改善所述加强元件的抗扭刚性。前围板横梁的负载能力以及车身的支撑结构的能量吸收能力特别可以通过有目的地布置所述加强元件被限定地调整。所述外部壳的端部区域可以附加地被固定并且端部区域中的外部壳可以避免折断。由此，外部壳的端部区域可以将导入的碰撞力传递到A柱的两个子区域中或者在两个方向上传递到A柱上并且减小该碰撞力。产生影响的碰撞力或转矩可以在外部壳的端部区域中或A柱的区域中通过外部壳的端部区域的多次连接极为有效地被吸收。所述加强元件可以区别构造和/或也可以部分或完全地包围前围板横梁并且由此特别好地吸收升高的压力载荷并且将其传递给相邻构件。另一个优点是，在所述两个构件的最终的连接前，其在水平面和垂直面上均可以移动并且可能存在的公差可以因此被补偿。由此，可以以有利的方式在所述前围板横梁插入A柱时简化装配并且补偿公差，由此可以降低生产成本和装配成本。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，所述外部壳的布置在A柱内部的端部区域可以至少部分地贴靠在A柱的元件上。通过外部壳的端部区域的另一个连接，出现的转矩以及拉力或压力的一部分可以通过所述元件传递到A柱上，由此所述前围板横梁的力矩刚性以及位置稳定性可以继续被改善。所述前围板横梁的每个其他的到支撑结构的连接都可以以有利的方式为产生影响的力产生新的负载路径，由此所述产生影响的力可以分布在大的面积上并且可以防止逐点的负载的减少。此外，这种元件还可以以较低成本并且快速地被装配。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，所述加强元件可以在其端部上分别与A柱连接。所述加强元件可以以有利的方式在两侧具有很稳固的支撑并且被导入的负载可以由此被所述前围板横梁特别好地吸收。由此，例如所述负载的一部分可以通过各自的端部传递到A柱上。这样的加强元件可以以较低成本地被生产并且快速地、特别是在预装配中被装配。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，所述加强元件可以在一端部上与A柱的元件连接。由此可以以有利的方式实现所述加强元件的另一连接，这导致了所述加强元件或A柱内部的接头几何构造的附加的加固。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，所述加强元件和A柱的元件可以形成法兰，该加强元件和A柱的元件通过所述法兰相互连接，其中，分别有一个凸缘(Abkragung)连接到所述法兰上，外部壳的端部区域至少部分地贴靠在该凸缘上。所述加强元件和A柱的元件的较大表面是一个显著的优点，由此在所述前围板横梁的连接后可以实现所述接头几何构造内部的加强元件的力矩刚性的显著改善。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，加强型材可以在A柱的、贴靠有前围板横梁的内部壳的区域中插入到所述A柱中。可以以有利的方式通过A柱的内部稳定性显著改善所述A柱的扭转刚性。这样的加强型材可以以低成本被生产并且节约成本地被装配。

在根据本发明的支撑结构的另一个有利的设计方案中，在从所述前围板横梁空心型材的中部区域到端部区域的过渡区域中，稳定型材布置在前围板横梁空心型材中。由此，U形稳定型材可以以有利的方式在简单地生产稳定型材时很好地适应于所述前围板横梁空心型材的几何内部尺寸。因为可以产生所述稳定型材与前围板横梁空心型材的持续连接，因此在车辆碰撞情况下，可以保持所述前围板横梁的高的形状稳定性以及特别是在接头几何构造或在所述前围板横梁的连接上的高的形状稳定性，由此，出现的碰撞力可以特别好地被吸收以及传递。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中被示出并且在接下来被说明。

图中示出：

图1以透视图示出了具有根据本发明所述的用于机动车的支撑结构的车辆车身的前端；

图2以剖视图示意性示出了具有A柱和沿着图1中线B-B的前围板横梁的根据本发明所述的用于机动车的支撑结构的对于本发明重要的部分；

图3以透视图示出了装配状态下的图1中的根据本发明所述的支撑结构；

图4a以原理示意图示出了被松动地支承的、具有中心单个负载的梁；

图4b以原理示意图示出了被固定地支承的、具有中心单个负载的梁。

具体实施方式

如图1至3所示，被示出的车辆车身前端包括根据本发明的用于机动车的支撑结构，该支撑结构包括两个A柱10、一个前围板12以及一个设计为空心型材的前围板横梁14。前围板横梁14的端部14a、14b与各自配设的A柱10连接。前围板横梁14基本上在车辆纵向30上构造为W形并且水平地布置在车辆车身的中间底槽28上方。前围板横梁14的负载特别重的连接区域与位于其间的区域相比构造得更大。因此前围板横梁14的朝向前围板12构造的中部区域24具有更大的支承面24a并且与车辆车身的前围板12连接。对称设计的前围板横梁14的优选地构造为矩形的横截面在其端部14a、14b的方向上逐渐变大。前围板横梁14的未连接在车辆车身上的弧形区域被车辆车身隔开并且可以在车辆碰撞情况下以变形能量的形式吸收碰撞力，由此可以避免客舱被侵入。通过前围板横梁14的连接位置，可以保证前围板横梁14的稳固的支撑，该连接位置在碰撞阶段可以至少大致地保持形状不变。

为了获得能够实现将前围板横梁14特别坚固并且稳定地连接到A柱10上的、用于机动车的支撑结构，根据本发明建议，通过在A柱10中抗扭刚性的紧固进行前围板横梁端部14a、14b的连接。

若前围板横梁14在A柱10中不仅仅被支承，还根据本发明与A柱10并且在其内部多次固定连接，则在前围板横梁14受负载时，可以实现前围板横梁14的挠度的改善。

如图4a所示，被松动地支承的、具有预先给定的长度l以及预先给定的弹性模量E的梁在惯性力矩I以及中心单个负载F的条件下具有挠度f1，该挠度可以根据公式(1)被近似地计算。

f₁＝F*l³/(48*E*I) (1)

如图4b所示，具有预先给定的长度l以及预先给定的弹性模量E的相同的梁在相同的惯性力矩I以及中心单个负载F的条件下具有比前述挠度小系数4的挠度f，该挠度可以根据公式(2)被近似地计算。

f₂＝F*l³/(192*E*I) (2)

如图1至3进一步所示，前围板横梁空心型材14具有背对前围板的外部壳14.1以及朝向前围板的内部壳14.2。前围板横梁空心型材14的外部壳14.1和内部壳14.2以及正交于外部壳14.1或内部壳14.2布置的壳元件基本相互平行地构造在前围板横梁14的端部14a、14b之间并且在前围板横梁14的端部14a、14b的方向上具有相互有差异的壳表面。前围板横梁空心型材14的壳表面可以作为附加的提高刚性的手段具有未示出的加强筋或其他对于技术人员来说有用的变形。

如图2和3进一步所示，在从前围板横梁空心型材14的中部区域24到端部区域14a、14b的过渡区域22中，稳定型材26布置在前围板横梁空心型材14中。由此，可以在过渡区域22中通过附加的构造为加固元件的稳定型材26确保形状稳定性并且改善前围板横梁空心型材14的扭转刚性。

如图2和3进一步所示，外部壳14.1的端部区域14.1a至少部分布置在A柱10内部，并且外部壳14.2的端部区域14.2a至少部分地贴靠在A柱10上。为了实现力F₂从过渡区域22一直到A柱10上的内部壳14.2的端部区域14.2a的连接的流畅的力线，内部壳14.2在过渡区域22中被弯曲。通过内部壳14.2的该布置，可以在没有力的峰值的情况下传递从外部引入到A柱10上的碰撞力F₁或引入到前围板横梁14上的碰撞力F₂。

更进一步地，由图2和3可见，外部壳14.1的布置在A柱10内部的端部区域14.1a至少部分地贴靠在加强元件16上并且至少部分地贴靠在A柱10的元件18上。加强元件16和元件18可以构造为平的或不平的，或者也可以部分地或完全地包围前围板横梁14。元件18优选地在相同平面上像A柱10上的内部壳14.2的端部区域14.2a的连接一样与A柱10连接。

在外部壳14.1的端部区域14.1a的该多次连接中，引入到前围板横梁14上的碰撞力F2被传递到A柱10的两个子区域上或者在两个方向上传递到A柱10上并且被减小。从外部作用到A柱10上的以及从内部作用到前围板横梁14上的碰撞力F1、F2或转矩M可以在外部壳14.1的端部区域14.1a中或者在A柱的区域中通过外部壳14.1的端部区域14.1a的多次连接极为有效地被吸收。

加强元件16具有特别好的支撑，该加强元件在其端部16a、16b上分别与A柱10连接，其中，加强元件16在端部16a上与A柱10的元件18连接。加强元件16平行于外部壳14.1的端部区域14.1a布置并且利用其被固定。

如图2和3进一步所示，加强元件16以及A柱10的元件18构造出法兰16a、18a，该加强元件和A柱的元件通过所述法兰相互连接，其中，分别有一个凸缘16c、18b连接到所述法兰16a、18a上，外部壳14.1的端部区域14.1a至少部分地贴靠在该凸缘上。加强元件16的凸缘16c和元件18的凸缘18b均平行于外部壳14.1的端部区域14.1a布置并且利用其被固定，由此可以保证构件之间的稳定的连接。

为了给A柱10的接头几何构造中的在前围板横梁14和A柱10之间的多个连接提供稳定的基础，在A柱10的区域中将加强型材20插入A柱10中，在所述区域中贴靠有前围板横梁14的内部壳14.2。加强型材20优选地具有矩形空心型材并且通过至少两个外表面与A柱10的内壁连接。

在连接位置上的构件优选地通过焊接、特别是通过点焊接相互形锁合地连接，然而其中，其他的对于技术人员来说有用的连接工艺也是可行的。

附图标记列表：

10 A柱

12 前围板

14 前围板横梁

14a、14b 端部(前围板横梁)

14.1 外部壳(前围板横梁)

14.1a 端部区域(外部壳)

14.2 内部壳(前围板横梁)

14.2a 端部区域(内部壳)

16 加强元件

16a、16b 法兰(加强元件)

16c 凸缘(加强元件)

18 元件(A柱)

18a 法兰(元件)

18b 凸缘(元件)

20 加强型材

22 过渡区域

24 中部区域

24a 支承面

26 稳定型材

28 中间底槽

30 车辆纵向

F，F₁，F₂ 力

M 转矩

f 挠度

l 梁的长度

E 弹性模量

I 惯性力矩

Claims (8)

1.一种用于机动车的支撑结构，该支撑结构至少具有两个A柱(10)，一前围板(12)以及一设计为空心型材的前围板横梁(14)，该前围板横梁的端部(14a、14b)与各自配设的A柱(10)连接，其中，所述前围板横梁端部(14a、14b)的连接通过在A柱(10)中的抗扭刚性的紧固实现，其中，所述前围板横梁(14)具有背对前围板的外部壳(14.1)以及朝向前围板的内部壳(14.2)，以及其中，所述A柱由具有内壁和外壁的空心型材构成；所述内部壳(14.2)的端部区域(14.2a)连接到A柱(10)的内壁的外侧上，其特征在于，所述外部壳(14.1)的端部区域(14.1a)至少部分地布置在A柱(10)内部，该支撑结构还包括一加强元件(16)，该加强元件设计成与所述外部壳的端部区域连接以及所述加强元件在一端连接至A柱的外壁，在另一端连接至A柱的内壁。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述外部壳(14.1)的布置在A柱(10)内部的端部区域(14.1a)至少部分地贴靠在加强元件(16)上。

3.根据权利要求1或2所述的支撑结构，其特征在于，所述外部壳(14.1)的布置在A柱(10)内部的端部区域(14.1a)至少部分地贴靠在A柱(10)的元件(18)上。

4.根据权利要求2所述的支撑结构，其特征在于，所述加强元件(16)在其端部(16a、16b)上分别与A柱(10)连接。

5.根据权利要求3所述的支撑结构，其特征在于，所述加强元件(16)在一端部(16a)上与A柱(10)的元件(18)连接。

6.根据权利要求5所述的支撑结构，其特征在于，所述加强元件(16)和A柱(10)的元件(18)形成法兰(16a、18a)，该加强元件和A柱的元件通过所述法兰相互连接，其中，分别有一个凸缘(16c、18b)连接到所述法兰(16a、18a)上，外部壳(14.1)的端部区域(14.1a)至少部分地贴靠在该凸缘上。

7.根据权利要求1或2所述的支撑结构，其特征在于，加强型材(20)在A柱(10)的、贴靠有前围板横梁(14)的内部壳(14.2)的区域中插入到所述A柱(10)中。

8.根据权利要求1或2所述的支撑结构，其特征在于，在从所述前围板横梁空心型材(14)的中部区域(24)到端部区域(14a、14b)的过渡区域(22)中，稳定型材(26)布置在前围板横梁空心型材(14)中。