ПОПЕРЕЧНАЯ БАЛКА КРЫШИ, ОПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ПАНЕЛИ КРЫШИ И КОНСТРУКЦИЯ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TRANSVERSE ROOF BEAM, SUPPORTING STRUCTURE FOR ROOF PANEL, AND VEHICLE BODY STRUCTURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к конструкции поперечной балки крыши для крыши транспортного средства, которая минимизирует проникновения в пассажирское отделение при испытаниях на столкновение с боковым ударом и испытаниях на смятие крыши.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Поперечные балки крыши крепятся к конструкциям крыши транспортного средства для усиления крыши и поддержки балок крыши. Современные конструкции балок крыши включают в себя балку, которая продолжается через крышу транспортного средства от одной балки крыши до другой балки крыши и имеет по существу равномерную ширину в качестве измеряемой в направлении спереди назад. Такие балки крыши не включают в себя поперечных поддерживающих элементов жесткости между балкой ригеля ветрового стекла, балка продолжается между средними стойками кузова, и балка продолжается между задними стойками кузова.
Транспортные средства подвергаются испытаниям Федеральных стандартов по безопасности автомобилей в Соединенных Штатах. При испытаниях на боковой удар о столб FMVSS, испытываемый автомобиль ударяется о столб, который может входить в контакт с транспортным средством в месте, где продольную балку крыши не поддерживается продолжающейся поперек балкой. Неподдерживаемая часть балки крыши может допускать неприемлемые проникновения в пассажирское отделение. Транспортные средства также подвергаются испытаниям на смятие крыши FMVSS, которые прикладывают ударную нагрузку к крыше транспортного средства в зоне балки крыши.
Улучшение результатов испытаний при вышеприведенных испытаниях FMVSS обычно достигается увеличением размера и толщины сечения деталей балки крыши. Увеличение размера и толщины сечения балок крыши увеличивает вес транспортного средства и может уменьшать видимость ниже балки крыши. Настоящая цель состоит в том, чтобы снижать вес транспортного средства для достижения большей экономии топлива. Любое повышение веса считается проблемой.
Использование K-образной поперечной балки крыши было предложено для улучшения выявленных в результате испытания характеристик (см., например, US 7431378, МПК B62D25/06, B62D27/02, опубл. 07.10.2008), которая присоединена к балке крыши сварными швами и заклепками. K-образная поперечная балка крыши, присоединенная сварными швами или заклепками к балке крыши, может отделяться при испытании и ограничивать эффективность такой конструкции в передаче нагрузок с балок крыши на K-образную поперечную балку крыши.
Настоящее изобретение направлено на преодоление вышеприведенных проблем и других проблем, как обобщено ниже.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предусмотрена поперечная балка крыши транспортного средства для транспортного средства с крышей. Поперечная балка крыши включает в себя центральную часть, которая продолжается через крышу. Поперечная балка крыши также включает в себя первую боковую часть на первом поперечном конце центральной части. Вторая боковая часть предусмотрена на втором поперечном конце центральной части. Первая и вторая боковые части могут быть первой и второй треугольными частями, каждая из которых образует треугольный проем.
Согласно другим аспектам настоящего изобретения поперечная балка крыши может включать в себя нижний остов, который включает в себя нижнюю часть центральной части, первой треугольной части и второй треугольной части. Поперечная балка крыши также может включать в себя верхний остов, который включает в себя верхнюю часть центральной части, первой треугольной части и второй треугольной части. Нижний остов и верхний остов соединены друг с другом в узел двухостовного короба. Верхний и нижний остовы являются листовыми металлическими штамповками, которые сформированы из алюминия. Верхний и нижний остовы приварены друг к другу по их периметру.
Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения поперечная балка крыши может включать в себя передний выдавленный профиль, который содержит переднюю часть центральной части и переднее плечо первой треугольной части и переднее плечо второй треугольной части. Задний выдавленный профиль может включать в себя заднюю часть центральной части и заднее плечо первой треугольной части и заднее плечо второй треугольной части; Выдавленный профиль правого бокового плеча может быть присоединен к переднему плечу первой треугольной части и заднему плечу первой треугольной части. Выдавленный профиль левого бокового плеча присоединен к переднему плечу второй треугольной части и заднему плечу второй треугольной части. Передние плечи переднего выдавленного профиля и задние плечи заднего выдавленного профиля могут быть присоединены к правому и левому боковым выдавленным профилям угловым соединением. Выдавленные профили правого и левого боковых плеч каждый может определять множество проемов для доступа для присоединения поперечной балки крыши к транспортному средству.
Согласно дополнительным аспектам настоящего изобретения треугольные включают в себя переднее плечо, которое продолжается наружу в направлении вперед, заднее плечо, которое продолжается наружу в направлении назад, и боковое плечо, которое присоединено к переднему плечу и заднему плечу и продолжается в продольном направлении транспортного средства. Боковые плечи каждое может определять множество проемов для доступа для присоединения поперечной балки крыши к транспортному средству.
Поперечная балка крыши может включать в себя передний ступенчатый фланец и задний ступенчатый фланец, оба из которых продолжаются через первую боковую часть, центральную часть и вторую боковую часть. Поперечная балка крыши также может включать в себя переднее ребро и заднее ребро, которые продолжаются через поперечную балку крыши и расходятся наружу на первой и второй боковых частях.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, который относится к опорной конструкции для панели крыши транспортного средства, раскрыта наружная панель крыши, которая поддерживается правой продольной балкой крыши на правой стороне наружной панели крыши и левой продольной балкой крыши на левой стороне наружной панели крыши. Поперечная балка крыши включает в себя центральную часть, продолжающуюся поперечно через крышу, с первой треугольной частью на первом поперечном конце центральной части, которая образует первый треугольный проем. Вторая треугольная часть на втором поперечном конце центральной части образует второй треугольный проем. Правый боковой кронштейн может быть присоединен к правой боковой балке крыши и первой треугольной части. Левый боковой кронштейн может быть присоединен к левой боковой балке крыши и второй треугольной части.
Согласно другим аспектам раскрытой крыши предусмотрены правая средняя стойка кузова и левая средняя стойка кузова и правый боковой кронштейн и левый боковой кронштейн продолжаются спереди и сзади от средних стоек кузова в большей степени, чем первая и вторая треугольные части поперечной балки крыши. Правая средняя стойка кузова и левая средняя стойка кузова могут быть выровнены по бокам с центральной частью.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предусмотрена конструкция кузова транспортного средства, которая включает в себя наружную панель крыши и продольную балку крыши, поддерживающую сторону панели крыши. Средняя стойка кузова поддерживает промежуточную часть балки крыши, и кронштейн присоединен к балке крыши, которая продолжается спереди и сзади от средней стойки кузова. Поперечная балка крыши имеет центральную часть, которая продолжается через панель крыши. Переднее плечо продолжается наружу от центральной части в направлении вперед до продолжающегося в продольном направлении бокового плеча. Заднее плечо продолжается наружу от центральной части в направлении назад до бокового плеча. Сила удара от испытания на столкновение с боковым ударом или испытания на смятие крыши у транспортного средства передается на кронштейн. Кронштейн передает силу удара на боковое плечо. Боковое плечо, в свою очередь, передает силу удара на один или оба из переднего плеча и заднего плеча. Переднее плечо и заднее плечо затем передают силу удара на центральную часть поперечной балки крыши.
Согласно другим аспектам конструкции кузова транспортного средства может быть предусмотрен нижний остов, который включает в себя нижнюю часть центральной части, переднего плеча, заднего плеча и бокового плеча. Может быть предусмотрен верхний остов, который включает в себя верхнюю часть центральной части, переднего плеча, заднего плеча и бокового плеча. Нижний остов и верхний остов могут быть соединены друг с другом в узел двухостовного короба. Листовые металлические штамповки могут быть алюминиевыми, и нижний остов и верхний остов могут быть соединены по периметру каждого сваркой.
Согласно альтернативной конструкции кузова передний выдавленный профиль может включать в себя переднюю часть центральной части и передние плечи. Задний выдавленный профиль может включать в себя заднюю часть центральной части и задние плечи. Боковой выдавленный профиль может быть присоединен к наружному концу каждого из передних плеч и наружному концу каждого из задних плеч, причем боковой выдавленный профиль присоединяется к кронштейну.
Вышеприведенные аспекты настоящего изобретения и другие аспекты подробнее описаны ниже и со ссылкой на приложенные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1A - общий вид сверху результата удара на конструкции крыши предшествующего уровня техники после испытания на боковой удар о столб FMVSS;
фиг. 1B - схематичный вид, показывающий траекторию нагрузок для конструкции крыши предшествующего уровня техники при испытании на боковой удар о столб FMVSS;
фиг. 2 - фрагментарный общий вид имеющей форму «бабочки» поперечной балки крыши, собранной из выдавленных трубчатых комплектующих деталей;
фиг. 3A - общий вид имеющей форму «бабочки» поперечной балки крыши, показанной на фиг. 2;
фиг. 3B - фрагментарный общий вид конструкции крыши, включающей в себя поперечную балку крыши в форме бабочки, показанную на фиг. 2, присоединенную к кронштейнам и балкам крыши на противоположных сторонах транспортного средства;
фиг. 4 - общий вид поперечной балки крыши в форме бабочки, изготовленной посредством конструкции двухостовного короба;
фиг. 5 - изображение детализированного общего вида поперечной балки крыши в форме бабочки, изготовленной по фиг. 4, имеющей конструкцию двухостовного короба с двумя деталями двухостовного короба, отделенными друг от друга;
фиг. 6 - фрагментарный общий вид конструкции крыши, включающей в себя поперечную балку крыши в форме бабочки по фиг. 4, изготовленную посредством конструкции двухостовного короба, присоединенной к правому и левому кронштейнам и правому и левому балкам крыши в зоне средней стойки кузова;
фиг. 7 - общий вид имеющей форму «бабочки» поперечной балки крыши, сформированной в качестве цельной листовой металлической штамповки;
фиг. 8 - вид в поперечном разрезе, взятый по линии 8-8 на фиг. 7.
фиг. 9 - график испытания проникновения балки крыши в сравнении полностью алюминиевой поперечной балки крыши с поперечной балкой крыши в форме бабочки в форме бабочки при испытании на боковой удар о столб FMVSS на скорости 20 миль в час; и
фиг. 10 - график испытания на смятие крыши FMVSS на скорости 5 миль в час в сравнении стандартной полностью алюминиевой поперечной балки с конструкцией имеющей форму бабочки поперечной балки крыши.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проиллюстрированные варианты осуществления раскрыты со ссылкой на чертежи. Однако следует понимать, что раскрытые варианты осуществления подразумеваются только примерами, которые могут быть воплощены в различных и альтернативных формах. Фигуры не обязательно должны определять масштаб, и некоторые признаки могут быть преувеличены или сведены к минимуму, чтобы показать подробности конкретных компонентов. Раскрытые специфичные конструктивные и функциональные детали должны интерпретироваться не в качестве ограничивающих, а в качестве представляющих основу для обучения специалиста в данной области техники, каким образом осуществить раскрытые концепции на практике.
Со ссылкой на фиг. 1A показано транспортное средство 10, сделанное согласно доктринам предшествующего уровня техники после испытания на боковой удар о столб FMVSS. Транспортное средство 10 включает в себя продольную балку 12 крыши, которая продолжается вдоль стороны транспортного средства 10. Передняя стойка 14 кузова поддерживает ригель 16 ветрового стекла. Средняя стойка 18 кузова выровнена с центральной поперечной балкой 20. Продольная балка 12 крыши продолжается от передней стойки 14 кузова до средней стойки 18 кузова. Круг 22 указывает зону проникновения у контакта транспортного средства 10 со столбом 26, как показано на фиг. 1B.
Со ссылкой на фиг. 1B показан столб 26, контактирующий с продольной балкой 12 крыши предшествующего уровня техники между передней стойкой 14 кузова и средней стойкой 18 кузова. Сила удара изображена стрелками, показывающими, что часть силы придерживается направления стрелки A1, которая, в свою очередь, передает силу на ригель 16 ветрового стекла, как указано стрелкой A2. Еще одна часть силы, изображенная стрелкой A3, указывает силу, передаваемую через балку 12 крыши на центральную поперечную балку 20, как указано стрелкой A4.
С обращением к фиг. 2, 3A и 3B, правая продольная балка 30 крыши и левая продольная балка 32 крыши соединены поперечной балкой 36 крыши в форме бабочки. Поперечная балка 36 крыши в форме бабочки в этом варианте осуществления собирается из выдавленных деталей, чтобы давать прочную легкую поперечную балку крыши. Поперечная балка 36 крыши в форме бабочки включает в себя центральную часть 38, которая продолжается между правой треугольной частью 40 и левой треугольной частью 42. Правый кронштейн 44 и левый кронштейн 46 прикреплены к правой балке 30 крыши и левой балке 32 крыши соответственно. Правая треугольная часть 40 и левая треугольная часть 42 присоединены к правому кронштейну 44 и левому кронштейну 46 соответственно.
Передний выдавленный профиль 48 и задний выдавленный профиль 50 собираются друг с другом для формирования центральной части 38 и правой и левой треугольных частей 40 и 42. Задний выдавленный профиль 50 собирается с передним выдавленным профилем 48. Передний выдавленный профиль 48 включает в себя переднее плечо 52, которое продолжается от центральной части для формирования переда треугольных частей 40 и 42. Заднее плечо 54 является частью заднего выдавленного профиля 50 и формирует заднюю часть правой и левой треугольных частей 40 и 42. Правый боковой выдавленный профиль 56 соединяет переднее плечо 52 и заднее плечо 54 на правой стороне поперечной балки 36 крыши. Левый боковой выдавленный профиль 58 соединяет переднее плечо 52 и заднее плечо 54 на левой стороне поперечной балки 36 крыши в форме бабочки. Переднее и заднее плечи 52 и 54 присоединены к правому боковому выдавленному профилю и левому боковому выдавленному профилю угловым соединением 60.
Отверстия 62 для доступа предусмотрены на правом боковом выдавленном профиле 56 и левом боковом выдавленном профиле 58 для сборки крепежных деталей или приваривания поперечной балки 36 крыши в форме бабочки к правому кронштейну 44 и левому кронштейну 46.
С обращением к фиг. 4-6 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления поперечной балки 64 крыши, которая имеет конструкцию двухостовного короба. Поперечная балка 64 крыши в форме бабочки включает в себя центральную часть 68, которая окружена по обеим сторонам правой треугольной частью 70 и левой треугольной частью 72. Правая треугольная часть 70 присоединена к правому кронштейну 74. Левая треугольная часть 72 присоединена к левому кронштейну 76. Поперечная балка 64 крыши в форме бабочки включает в себя верхний остов 78 и нижний остов 80, которые собираются друг с другом и свариваются по своей периферии, чтобы формировать поперечную балку 64 крыши в форме бабочки. Треугольные части 70, 72, каждая, включает в себя переднее плечо 82 и заднее плечо 84, которые продолжаются вперед и назад соответственно от центральной части 68. Правая треугольная часть 70 также включает в себя правую боковую сторону 86, а левая треугольная часть 72 включает в себя левую боковую сторону 88.
Отверстия 90 для доступа предусмотрены на правой боковой стороны 86 и левой боковой стороны 88 для обеспечения доступа для крепежных деталей или сварки.
В обеих, поперечной балке 36 крыши в форме бабочки и поперечной балке 64 крыши в форме бабочки, поперечные балки крыши прикреплены к правым кронштейнам 44, 74 и левым кронштейнам 46, 76. Правый и левый кронштейны имеют большую продольную протяженность, чем левая и правая боковые стороны 86 и 88 и правый боковой выдавленный профиль 56 и левый боковой выдавленный профиль 58. Треугольные части поперечных балок 36 и 64 крыши в форме бабочки продолжаются в большей степени в продольном направлении, чем длина соединения между средними стойками 18 и продольной балкой 12 крыши. При испытании на боковой удар о столб FMVSS силы удара сначала передаются на балку 12 крыши, затем - на один из боковых кронштейнов 76, 78. Силы затем передаются на боковые стороны 56, 58, 86, 88. Силы удара затем передаются на центральные части 38, 68 через передние плечи 52, 82 и задние плечи 54, 84.
Со ссылкой на фиг. 7 и 8 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления имеющей форму «бабочки» поперечной балки 100 крыши, который может быть сформирован операцией штамповки листового металла. Штампованная поперечная балка 100 крыши включает в себя центральную часть 102, правую боковую часть 104 и левую боковую часть 106. Правая боковая часть 104 присоединена к правому кронштейну 108. Левая боковая часть 106 присоединена к левому кронштейну (не показан), который является зеркальным изображением правого кронштейна 108. Правый кронштейн 108 прикреплен к продольной балке 110 крыши транспортного средства. Боковые части 104 и 106 являются более широкими, чем центральная часть 102, и по меньшей мере в два раза шире центральной части 102.
Передний ступенчатый фланец 112 сформирован на передней кромке 114 поперечной балки 100 крыши. Задний ступенчатый фланец 116 сформирован на задней кромке 118 поперечной балки 100 крыши. Переднее ребро 120 продолжается через поперечную балку 100 крыши, и заднее ребро 122 продолжается через поперечную балку 100 крыши. Переднее ребро 120 и заднее ребро 122 расходятся на боковых частях 104 и 106 и параллельны друг другу в центральной части 102. Ступенчатые фланцы 112 и 116, и ребра 120 и 122 действуют для усиления поперечной балки 100 крыши.
Со ссылкой на фиг. 9 поперечные балки крыши в форме бабочки показаны в сравнении со стандартной полностью алюминиевой поперечной балкой крыши. На чертеже по фиг. 7 стандартные полностью алюминиевые поперечные балки крыши представлены линией A, а поперечная балка крыши в форме бабочки представлена линией B. Сравнивая линию B с линией A, проникновение уменьшается приблизительно на этапе 10 мм, начиная с приблизительно с 60 миллисекунд в испытании по 90 миллисекунд в испытании. Уменьшение проникновения на этапе 10 мм представляет собой существенное улучшение рабочих характеристик поперечной балки крыши при испытании на боковой удар об столб FMVSS на скорости 20 миль в час.
Со ссылкой на фиг. 10 приведен еще один график испытания на смятие крыши на скорости 5 миль в час. Вновь, стандартная полностью алюминиевая поперечная балка крыши представлена линией A, а конструкция поперечной балки крыши в форме бабочки представлена линией B. Этот результат испытаний показывает, что конструкция поперечной балки крыши в форме бабочки повышает усилие в МПа приблизительно на этапе 20 МПа, когда усреднено за период испытания, от приблизительно 30 мм до 80 мм. Это представляет собой улучшение приблизительно на этапе 20% по сравнению с конструкцией стандартной полностью алюминиевой поперечной балки крыши.
Несмотря на то что примерные варианты осуществления описаны выше, не предполагается, что эти варианты осуществления описывают все возможные формы раскрытых устройств и способа. Скорее, словесные формулировки, используемые в описании изобретения, предпочтительнее являются словесными формулировками описания, нежели ограничением, и понятно, что различные изменения могут быть произведены не выходя из сущности и объема раскрытия в качестве заявленных в формуле изобретения. Признаки различных вариантов осуществления реализации могут комбинироваться для формирования дополнительных вариантов осуществления раскрытых концепций.