УСИЛИВАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПЕРЕДНЕГО ПОЛА АВТОМОБИЛЯ, ИМЕЮЩЕГО АККУМУЛЯТОРНЫЙ БЛОК В ТУННЕЛЕ
REINFORCING STRUCTURE OF THE FRONT FLOOR OF A VEHICLE WITH A BATTERY UNIT IN THE TUNNEL

Изобретение относится к усиливающей конструкции переднего пола транспортного средства, имеющего аккумуляторный блок в туннеле.
Изобретение также относится к способу изготовления такой усиливающей конструкции переднего пола.
Усиливающая конструкция переднего пола включает в себя переднюю панель пола, по меньшей мере одну поперечную балку переднего пола, нижний обвязочный брус и туннель.
Поперечная балка переднего пола представляет собой конструктивную деталь, прикрепленную к переднему полу транспортного средства, проходящую в поперечном направлении от нижнего обвязочного бруса транспортного средства до туннеля транспортного средства. Она предназначена для усиления конструкции автомобиля с точки зрения общей жесткости и на случай бокового удара. В транспортном средстве может быть несколько поперечных балок переднего пола: поскольку поперечная балка переднего пола охватывает половину ширины транспортного средства, обычно имеется по меньшей мере две поперечных балки переднего пола слева и справа от туннеля, как правило, выровненных в поперечном направлении для образования пары. Кроме того, может быть несколько упомянутых пар поперечных балок по длине транспортного средства, расположенных, например, под передними сиденьями или на уровне средней стойки кузова легкового автомобиля.
Изобретение, в частности, относится к усиливающей конструкции переднего пола электромобиля или гибридного транспортного средства, в котором объем туннеля транспортного средства занят аккумуляторным блоком. Туннель представляет собой полое углубление, расположенное в усиливающей конструкции переднего пола пассажирского салона, в котором находится выхлопная система традиционного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. В данном случае мы рассматриваем гибридное или полностью электрическое транспортное средство, в котором внутренний объем туннеля занят по меньшей мере частично аккумуляторным блоком, служащим для питания электродвигателя или электродвигателей транспортного средства.
Когда транспортное средство попадает в аварию, предполагается, что конструкция транспортного средства будет защищать людей, находящихся внутри, предотвращая проникновение ударяющего тела в пассажирский салон, что характерно для предотвращающей проникновение конструкции, и поглощая механическую энергию столкновения посредством механической деформации конструкции, что характерно для конструкции, поглощающей энергию.
Усиливающая конструкция переднего пола участвует в поведении транспортного средства, в частности, во время столкновения, при котором ударяющее тело входит в контакт с боковой стороной транспортного средства, здесь и далее называемое боковым ударом. Такой боковой удар описывается в различных стандартизированных краш-тестах, таких, например, как EuroNCAP Pole Side Impact, при котором транспортное средство ударяется боком о неподвижный столб, имея относительную начальную скорость во время удара 32 км/ч. Другой стандартизированный тест на боковой удар – это испытание на боковой удар усовершенствованным европейским подвижным деформируемым барьером EuroNCAP (AE-MDB), при котором автомобиль сталкивается боком со стандартизированным барьером массой 1300 кг, простирающимся по ширине на часть его длины, движущимся со скоростью 50 км/ч.
Из уровня техники известно, что усиливающая конструкция переднего пола выполняется так, чтобы поперечная балка переднего пола действовала как элемент, препятствующий проникновению ударяющего тела в случае бокового удара. Поперечная балка переднего пола также может вносить ограниченный вклад в поглощение энергии при боковом ударе, деформируясь ограниченным и контролируемым образом.
Однако сама панель переднего пола не играет существенной роли в защите пассажиров во время аварии. Одна из задач изобретения состоит в том, чтобы преодолеть это ограничение усиливающей конструкции переднего пола путем предложения усиливающей конструкции переднего пола, в которой для улучшения поглощения энергии во время бокового удара используется панель переднего пола.
С этой целью изобретение относится к усиливающей конструкции переднего пола транспортного средства с аккумуляторным блоком в туннеле, включающей в себя по меньшей мере:
- панель переднего пола,
- поперечную балку переднего пола, проходящую в поперечном направлении от нижнего обвязочного бруса к туннелю и прикрепленную по меньшей мере к панели переднего пола,
при этом поперечная балка переднего пола содержит недеформируемую часть, расположенную на конце поперечной балки переднего пола, ближайшем к нижнему обвязочному брусу, и деформируемую часть, расположенную на конце поперечной балки переднего пола, ближайшем к туннелю, причем сопротивление пластической деформации недеформируемой части больше сопротивления пластической деформации деформируемой части, и сопротивление пластической деформации деформируемой части больше сопротивления пластической деформации панели переднего пола.
При применении изобретения, энергия, поглощаемая усиливающей конструкцией переднего пола во время бокового удара, будет увеличиваться благодаря деформации растяжения поверхности панели переднего пола, имеющей большую площадь. Таким образом, панель переднего пола, которая является уже существующим компонентом любого транспортного средства, получает дополнительную функцию поглощения энергии при боковом ударе. Придавая этому уже существующему компоненту дополнительную роль, изобретение может способствовать уменьшению веса транспортного средства и/или снижению затрат на производство транспортного средства и/или повышению безопасности транспортного средства.
В соответствии с другими дополнительными отличительными особенностями, предлагаемыми в изобретении усиливающей конструкции переднего пола, рассматриваемыми отдельно или в любых технически возможных комбинациях:
- поперечная балка переднего пола состоит только из деформируемой части и недеформируемой части,
- недеформируемая часть поперечной балки переднего пола имеет длину, измеряемую в поперечном направлении, в диапазоне от 40% до 90% общей длины поперечной балки переднего пола,
- недеформируемая часть поперечной балки переднего пола содержит усиленную недеформируемую часть, расположенную на конце недеформируемой части, ближайшем к нижнему обвязочному брусу, и не усиленную недеформируемую часть, расположенную на конце недеформируемой части, ближайшем к туннелю, при этом сопротивление пластической деформации усиленной недеформируемой части больше сопротивления пластической деформации упомянутой неусиленной недеформируемой части,
- недеформируемая часть поперечной балки переднего пола имеет предел прочности на разрыв по меньшей мере 1300 МПа,
- деформируемая часть поперечной балки переднего пола имеет предел прочности на разрыв по меньшей мере 500 МПа, деформацию разрушения по меньшей мере 0,6 и критический угол изгиба по меньшей мере 75°,
- поперечная балка переднего пола изготовлена способом горячей штамповки из стальной сваренной по выкройке заготовки,
- поперечная балка переднего пола изготовлена способом горячей штамповки из стальной прокатанной по выкройке заготовки,
- панель переднего пола имеет предел текучести по меньшей мере 210 МПа,
- усиливающая конструкция переднего пола дополнительно включает в себя элемент усиления нижнего обвязочного бруса, расположенный поверх поперечной балки переднего пола и проходящий в поперечном направлении от нижнего обвязочного бруса к туннелю, при этом указанный элемент усиления нижнего обвязочного бруса прикреплен к нижнему обвязочному брусу,
- передняя усиливающая конструкция пола дополнительно содержит элемент усиления туннеля, расположенный поверх поперечной балки переднего пола и проходящий в поперечном направлении от туннеля к нижнему обвязочному брусу, при этом указанный элемент усиления туннеля прикреплен к туннелю.
Изобретение также относится к способу изготовления предлагаемой в этом изобретении усиливающей конструкции переднего пола, включающему в себя этапы, на которых:
- обеспечивают наличие панели переднего пола,
- обеспечивают наличие тоннеля,
- обеспечивают наличие нижнего обвязочного бруса,
- обеспечивают наличие по меньшей мере одной поперечной балки переднего пола,
- прикрепляют туннель, нижний обвязочный брус и поперечную балку переднего пола к панели переднего пола.
Согласно другим необязательным отличительным особенностям предлагаемого в изобретении способа, рассматриваемым отдельно или в любых технически возможных комбинациях, способ дополнительно включает в себя этапы, на которых:
- обеспечивают наличие элемента усиления нижнего обвязочного бруса и прикрепляют указанный элемент усиления к нижнему обвязочному брусу,
- обеспечивают наличие элемента усиления туннеля и прикрепляют указанный элемент усиления к туннелю.
Другие аспекты и преимущества изобретения станут очевидными после прочтения нижеследующего описания, приведенного в качестве примера со ссылкой на приложенные к описанию чертежи.
На фиг. 1 показано транспортное средство согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 2 – часть усиливающей конструкции переднего пола согласно изобретению, вид сверху в перспективе;
на фиг. 3 – усиливающая конструкция переднего пола согласно изобретению (аккумуляторный блок не показан), вид снизу в перспективе;
на фиг. 4 – часть усиливающей конструкции переднего пола согласно изобретению, вид сверху;
на фиг. 5A, 5B и 5C – изображения усиливающей конструкции переднего пола, полученные в результате цифрового моделирования бокового удара о столб согласно стандарту EuroNCAP, при этом на фиг. 5A показана ситуация перед ударом, на фиг. 5B – ситуация через 30 мс после удара, на фиг. 5C – ситуация через 65 мс после удара, виды сверху.
В последующем описании термины "поверх", "снизу", "нижний", "верхний", "передний", "задний", "поперек", "поперечный" и "продольный" определены в соответствии с обычными направлениями собранного транспортного средства. Более конкретно, термины "поверх", "снизу", "нижний", "верхний" определены в соответствии с вертикальным направлением транспортного средства, термины "передний", "задний" и "продольный" определены в соответствии с передним/задним направлением транспортного средства, а термины "поперечный" и "поперек" определены в привязке к ширине транспортного средства. Термины "правая сторона" и "левая сторона" определены со ссылкой на пассажира, следующего в транспортном средстве и смотрящее в нормальном направлении движения транспортного средства вперед. Под терминами "по существу, параллельно" или "по существу, перпендикулярно" подразумевается направление, которое может отклоняться от параллельного или перпендикулярного направления не более чем на 15°.
Более конкретно, термины "деформация разрушения" и "критический угол изгиба" относятся к критерию деформации разрушения и критерию критического угла изгиба, определенному Паскалем Дитчем и др. в публикации "Методология оценки разрушения при моделировании аварии: критерии деформации разрушения и их калибровка" в издании Metallurgical Research Technology Volume 1 14, Number 6, 2017. Критический угол изгиба определяет угол, под которым обнаруживаются первые трещины на внешней поверхности образца, который был деформирован в соответствии со стандартом VDA-238-100. Деформация разрушения – это соответствующая эквивалентная деформация внутри материала в точке деформации при достижении критического угла изгиба.
Термин "контролируемое коробление" относится к режиму деформации детали, подвергаемой сжимающей нагрузке, когда деталь постепенно поглощает механическую энергию сжимающей нагрузки, образуя серию последовательных волн, возникающих в результате последовательных локальных деформаций продольного изгиба детали. В результате длина детали, измеренная в направлении сжимающей нагрузки, после деформации становится меньше, чем исходная длина детали в упомянутом направлении. Другими словами, когда деталь реагирует на сжимающую нагрузку контролируемым короблением, она складывается сама по себе так же, как пластиковая бутылка при приложении сжимающей нагрузки между верхом и дном бутылки.
Усиливающая конструкция 1 переднего пола для гибридного или электрического транспортного средства 3, имеющего аккумуляторный блок 5 в туннеле 7, описывается со ссылкой на фиг. 1.
Как показано на фиг. 2 и 4, усиливающая конструкция 1 переднего пола содержит панель 11 переднего пола и поперечную балку 13 переднего пола.
В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, усиливающая конструкция 1 переднего пола дополнительно содержит элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса.
В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, усиливающая конструкция 1 переднего пола дополнительно содержит элемент 17 усиления туннеля.
Как показано на фиг. 3 и 4, нижний обвязочный брус 9 расположен сбоку транспортного средства и проходит в продольном направлении вдоль боковой стороны транспортного средства. Нижний обвязочный брус 9 выполнен, например, из нескольких собранных вместе деталей.
Как показано на фиг. 1, 2, 3 и 4, туннель 7 расположен посередине пассажирского салона в поперечном направлении и закрывает центральную нижнюю область упомянутого пассажирского салона. Туннель 7 проходит в продольном направлении от приборной панели 19 до усиливающей конструкции 21 заднего пола. Он содержит две вертикальных стенки 8 и горизонтальную верхнюю стенку 9. В одном из конкретных вариантов осуществления туннель 7 дополнительно содержит фланцы 10 туннеля с каждой стороны для соединения упомянутого туннеля 7 с остальной частью конструкции транспортного средства. В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, туннель 7 может содержать несколько различных горизонтальных верхних стенок 9, расположенных на разных высотах, для оптимизации пространства внутреннего объема туннеля и внутреннего объема пассажирского салона. В одном из конкретных вариантов осуществления, непоказанном на прилагаемых чертежах, туннель 7 дополнительно содержит на своем переднем конце участок, известный как носовой участок туннеля, который представляет собой изогнутую вверх часть горизонтальной верхней стенки 9. В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, вертикальные стенки 8 туннеля сужаются, образуя более узкий внутренний объем туннеля в направлении задней части транспортного средства, чтобы оптимизировать пространство внутреннего объема туннеля и внутреннего объема салона. Туннель 7 может состоять из одной детали или из нескольких деталей, изготовленных отдельно и собранных вместе, например, с использованием точечной сварки.
Аккумуляторный блок 5 внутри туннеля 7 содержит один или несколько аккумуляторных элементов и контейнер аккумуляторного блока. Аккумуляторные элементы предназначены для хранения и обеспечения электрической энергией электродвигателя или двигателей транспортного средства. Контейнер аккумуляторного блока предназначен для изоляции аккумуляторных элементов от внешней среды и от пассажирского салона транспортного средства как по соображениям безопасности, так и для обеспечения оптимальных атмосферных и температурных условий для надлежащего функционирования аккумуляторных элементов. Контейнер аккумуляторного блока также выполняет функции защиты аккумуляторных элементов в случае удара и обеспечения надежного крепления аккумуляторного блока к кузову транспортного средства. Аккумуляторный блок 5 прикреплен к кузову транспортного средства, например, посредством механического прикручивания поддона аккумуляторного блока к конструкции транспортного средства. Аккумуляторный блок 5 имеет значительную массу, например, порядка 200 кг.
Как показано на фиг. 1, 2 и 3, панель 11 переднего пола представляет собой обычную плоскую панель, закрывающую днище передней части пассажирского салона транспортного средства и проходящую от передней части пассажирского салона к задней части пассажирского салона. В одном из конкретных вариантов осуществления, панель 11 переднего пола содержит ребра 12 панели переднего пола, предназначенные для увеличения ее жесткости.
Панель 11 переднего пола выполнена из двух отдельных панелей, расположенных по обе стороны туннеля 7, и прикреплена, например, точечной сваркой или лазерной сваркой с каждой из четырех своих сторон соответственно к приборной панели 19 спереди пассажирского салона, к усиливающей конструкции 21 заднего пола сзади, к нижнему обвязочному брусу 9 и к туннелю 7. В одном из конкретных вариантов осуществления, панель 11 переднего пола прикреплена к туннелю 7 путем приваривания ее к фланцу 10 упомянутого туннеля 7. В одном из конкретных вариантов осуществления панель 11 переднего пола прикреплена не непосредственно к нижнему обвязочному брусу 9 или туннелю 7, а скорее к промежуточной соединительной детали, непоказанной на прилагаемых чертежах, причем упомянутая соединительная деталь сама прикреплена к нижнему обвязочному брусу 9 или к тоннелю 7.
В одном из конкретных вариантов осуществления панель 11 переднего пола дополнительно прикреплена к по меньшей мере одному элементу 18 усиления, предназначенному для обеспечения общей жесткости транспортного средства и защиты пассажиров транспортного средства в случае удара. Упомянутый поперечный элемент 18 усиления прикреплен к панели 11 переднего пола, например, точечной сваркой или лазерной сваркой, сверху упомянутой панели 11 переднего пола, как показано на фиг. 2.
В одном из конкретных вариантов осуществления, панель 11 переднего пола дополнительно прикреплена к по меньшей мере одному продольному элементу 28 усиления, предназначенному для обеспечения общей жесткости транспортного средства и защиты пассажиров транспортного средства в случае удара. Упомянутый продольный элемент 28 усиления прикреплен к панели 11 переднего пола, например, точечной сваркой или лазерной сваркой, снизу упомянутой панели 11 переднего пола, как показано на фиг. 3.
Как показано на фиг. 2 и 4, поперечная балка 13 переднего пола расположена сверху панели 11 переднего пола и проходит, по существу, в поперечном направлении от нижнего обвязочного бруса 9 к туннелю 7. Поперечная балка 13 переднего пола прикреплена к панели 11 переднего пола, например, с помощью точечной сварки фланцев 20 поперечной балки 13 переднего пола с панелью 11 переднего пола. Поперечная балка 13 переднего пола и панель 11 переднего пола вместе ограничивают внутренний объем поперечной балки переднего пола, который закрыт с нижней стороны панелью 11 переднего пола, а с верхней, передней и задней сторон – поперечной балкой 13 переднего пола. Поперечная балка 13 переднего пола примыкает с одной стороны к нижнему обвязочному брусу 9, а с другой стороны – к туннелю 7, однако она не обязательно касается нижнего обвязочного бруса 9 или туннеля 7.
Следует отметить, что показанная на фиг. 2 и 4 поперечная балка 13 переднего пола расположена с левой стороны транспортного средства. Однако все описанное справедливо также для симметричной поперечной балки 13 переднего пола, расположенной с правой стороны транспортного средства. Поперечная балка 13 переднего пола содержит недеформируемую часть 14, расположенную на конце поперечной балки 13 переднего пола, ближайшем к нижнему обвязочному брусу 9, и деформируемую часть 16, расположенную на конце поперечной балки 13 переднего пола, ближайшем к туннелю 7. Сопротивление пластической деформации недеформируемой части 14 больше сопротивления пластической деформации деформируемой части 16. Кроме того, сопротивление пластической деформации деформируемой части 16 больше сопротивления пластической деформации панели 11 переднего пола. Например, чтобы получить большее сопротивление пластической деформации, произведение предела текучести недеформируемой части 14 на толщину упомянутой недеформируемой части 14 должно быть больше, чем произведение предела текучести деформируемой части 16 на толщину деформируемого части 16, которое само по себе больше произведения предела текучести панели 11 переднего пола на толщину упомянутой панели 11 переднего пола.
В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 4, недеформируемая часть 14 поперечной балки дополнительно содержит усиленную недеформируемую часть 36, проходящую в поперечном направлении от конца поперечной балки 13 переднего пола, расположенного ближе всего к нижнему обвязочному брусу 9, и не усиленную недеформируемую часть 37, проходящую от конца усиленной недеформируемой части 36 до конца недеформируемой части 16 поперечной балки. Сопротивление пластической деформации упомянутой усиленной недеформируемой части 36 больше сопротивления пластической деформации упомянутой неусиленной недеформируемой части 37. Например, произведение предела текучести упомянутой усиленной недеформируемой части 36 на толщину упомянутой усиленной недеформируемой части 36 больше произведения предела текучести упомянутой неусиленной недеформируемой части 37 на толщину упомянутой неусиленной недеформируемой части 37.
Как показано на фиг. 4, панель 11 переднего пола содержит участок 24 панели переднего пола со стороны нижнего обвязочного бруса, определяемый как часть поверхности панели 11 переднего пола, проходящей от нижнего обвязочного бруса 9 до линии, перпендикулярной поперечной балке 13 переднего пола и пересекающей поперечную балку 13 переднего пола на конце недеформируемой части 14, расположенном дальше всего от нижнего обвязочного бруса 9. Панель 11 переднего пола дополнительно содержит участок 26 панели переднего пола со стороны туннеля, определяемый как часть поверхности панели 11 переднего пола, проходящая от туннеля 7 до линии, перпендикулярной поперечной балке 13 переднего пола и пересекающей упомянутую поперечную балку 13 переднего пола на конце деформируемого участка 16, наиболее удаленном от туннеля 7.
В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, усиливающая конструкция 1 переднего пола дополнительно содержит элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса, который проходит в поперечном направлении поверх поперечной балки 13 переднего пола от нижнего обвязочного бруса 9 к туннелю 7. Элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса прикреплен к нижнему обвязочному брусу 9, например, путем приваривания фланцев 30 упомянутого элемента 15 усиления нижнего обвязочного бруса к нижнему обвязочному брусу. В одном из конкретных вариантов осуществления, элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса дополнительно крепится к поперечной балке 13 переднего пола, например, путем его приваривания к фланцам 20 поперечной балки. В одном из конкретных вариантов осуществления, элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса дополнительно крепится к панели 11 переднего пола, например, с помощью сварки.
В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, усиливающая конструкция 1 переднего пола дополнительно содержит элемент 17 усиления туннеля, который проходит в поперечном направлении поверх поперечной балки 13 переднего пола от туннеля 7 к нижнему обвязочному брусу 9. Элемент 17 усиления туннеля крепится к туннелю 7, например, путем приваривания к туннелю фланцев 40 упомянутого элемента 17 усиления туннеля. В одном из конкретных вариантов осуществления, элемент 17 усиления туннеля дополнительно крепится к поперечной балке 13 переднего пола, например, путем его приваривания к фланцам 20 поперечной балки. В одном из конкретных вариантов осуществления, элемент 17 усиления туннеля дополнительно крепится к панели 11 переднего пола, например, с помощью сварки.
Во время бокового удара конструкция транспортного средства подвергается воздействию усилия F удара, прикладываемого к боковой части транспортного средства, и направленного, по существу, в поперечном к туннелю 7 направлении. Под воздействием сжимающего усилия F удара усиливающая конструкция 1 переднего пола подвергается сжимающей нагрузке, возникающей в результате комбинированного воздействия усилия F удара на нижний обвязочный брус 9 и усилия R реакции туннеля 7 на упомянутое усилие F удара. Поскольку туннель 7 содержит аккумуляторный блок 5, имеющий значительную массу, например 200 кг, туннель 7 обладает очень высокой механической инерцией, которая порождает очень высокое усилие R реакции, сравнимое по величине с усилием F удара. С другой стороны, следует отметить, что в случае обычного транспортного средства, имеющего, как правило, полый туннель 7, такого, например, как традиционное транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания, не имеющего аккумуляторного блока 5 в туннеле 7, туннель 7 будет обладать очень низкой механической инерцией. В таком случае туннель 7 будет деформироваться под действием усилия F удара и не будет порождать значительного усилия R реакции. В результате, когда в туннеле 7 нет аккумуляторного блока 5, усиливающая конструкция 1 переднего пола не будет подвергаться значительной сжимающей нагрузке во время бокового удара.
В случае туннеля 7, в котором находится аккумуляторный блок 5, под действием упомянутой сжимающей нагрузки деформируемая часть 16 будет деформироваться в результате контролируемого коробления, в то время как недеформируемая часть 14 обычно сохраняет свою первоначальную форму и вряд ли будет деформирована сжимающей нагрузкой. Таким образом, поперечная балка 13 переднего пола предпочтительно действует как элемент, предотвращающий проникновение, так и как элемент, поглощающий энергию.
Ссылаясь на фиг. 5A, 5B и 5C, предлагаемая в этом изобретении вышеупомянутая конструкция поперечной балки 13 переднего пола обладает дополнительным преимуществом поглощения части энергии удара за счет растяжения части панели 11 переднего пола. Упомянутое растяжение панели 11 переднего пола подтверждается результатами моделирования краш-теста, показанными на фиг. 5B и 5C, выражающимися в образовании складок 25 на участке 24 панели 11 переднего пола со стороны нижнего обвязочного бруса в направлении, которое, по существу, не перпендикулярно усилию F удара. Действительно, образование складок в направлении, по существу, перпендикулярном направлению усилия F удара, обозначает в чистом виде деформацию сжатия панели 11 переднего пола, которая поглощает очень небольшое количество энергии. С другой стороны, образование складок, ориентированных в направлении, которое, по существу, не перпендикулярно усилию F удара, и которые содержат значительную составляющую, по существу, параллельную упомянутому усилию F удара, означает, что панель 11 переднего пола была растянута во время деформации. Физическое объяснение такого предпочтительного поведения при растяжении панели 11 переднего пола приводится ниже.
Поскольку поперечная балка 13 переднего пола имеет большее сопротивление пластической деформации, чем панель 11 переднего пола, и поскольку упомянутые две части прикреплены друг к другу, физические усилия, воздействующие на упомянутую панель 11 переднего пола, и последующая механическая деформация во время бокового удара зависят от деформации упомянутой поперечной балки 13 переднего пола. Под воздействием сжимающей нагрузки, создаваемой усилием F удара и усилием реакции R, деформируемая часть 16 деформируется путем контролируемого коробления, что приводит к постепенному сокращению длины упомянутой деформируемой части 16, измеренной в поперечном направлении. С другой стороны, длина недеформируемой части 14, измеренная в поперечном направлении, не зависит от сжимающей нагрузки, но поскольку она прикреплена к деформируемой части 16, упомянутая недеформируемая часть 14 перемещается в сторону туннеля 7, следуя, по существу, поперечной траектории при боковом ударе.
Под влиянием описанных выше движений различных частей поперечной балки 13 переднего пола, материал панели 11 переднего пола на участке 26 панели пола со стороны туннеля сжимается во время бокового удара, в то время как недеформируемая часть 14 поперечной балки предотвращает сжатие материала панели 11 переднего пола на участке 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса. Упомянутый участок 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса увлекается движением недеформируемой части 14, по существу, в поперечном направлении к туннелю 7. В то же время, материал участка 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса прямо или косвенно через промежуточные элементы прикреплен, как описано выше, к нижнему обвязочному брусу 9 и к другим частям, таким как усиливающая конструкция 21 заднего пола, приборная панель 19 и другие конструктивные элементы, такие, например, как поперечные элементы 18 усиления или, например, продольные элементы 28 усиления. Поскольку упомянутые конструктивные элементы, к которым прикреплен участок 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса, не деформируются или деформируются лишь незначительно во время бокового удара, участок 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса не перемещается или почти не перемещается в областях крепления во время бокового удара. Для обеспечения такого комбинированного поперечного движения в направлении туннеля 7 в области крепления к недеформируемой части 14, и относительного отсутствия движения в областях крепления к другим элементам, кроме поперечной балки 13 переднего пола, материал части 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса неизбежно подвергается деформации растяжения. Преимущественно такая деформация растяжения материала участка 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса вносит большой вклад в поглощение энергии панелью 11 переднего пола во время бокового удара.
В одном из конкретных вариантов осуществления, соотношение длины недеформируемой части 14 и общей длины поперечной балки 13 переднего пола, измеренной в поперечном направлении, составляет от 40% до 90%. Преимущественная установка минимального отношения длин 40% гарантирует, что поперечная балка 13 переднего пола сыграет важную роль в предотвращении проникновения во время бокового удара благодаря тому, что по меньшей мере 40% длины упомянутой детали не деформируется во время бокового удара. Кроме того, поскольку описанная выше деформация растяжения панели 11 переднего пола фактически локализована на участке 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса, длина которого в поперечном направлении равна длине недеформируемой части 14, фиксация минимального отношения длин на уровне 40% также обеспечивает минимальную площадь участка 24 панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса и, следовательно, гарантирует, что деформация растяжения панели 11 переднего пола во время бокового удара происходит на значительной площади, тем самым внося преимущественный вклад в общее поглощение энергии усиливающей конструкцией 1 переднего пола. С другой стороны, ограничение отношения длин уровнем 90% оставляет минимум 10% длины поперечной балки 13 переднего пола для деформируемой части 16 поперечной балки. Предпочтительное придание минимальной длины деформируемой части 16 поперечной балки гарантирует, что поперечная балка 13 переднего пола сыграет важную роль в поглощении энергии во время бокового удара благодаря тому, что по меньшей мере 10% длины детали может поглощать энергию за счет контролируемого коробления под воздействием сжимающей нагрузки. Кроме того, придание минимальной длины деформируемой части 16 поперечной балки также гарантирует, что описанное выше поперечное движение недеформируемой части 14 поперечной балки во время бокового удара будет значительным, и, следовательно, обеспечит хорошее поведение при растяжении панели 11 переднего пола, тем самым предпочтительно дополнительно способствуя поглощению энергии усиливающей конструкцией 1 переднего пола.
Следует отметить, что описанного выше поведения при растяжении панели 11 переднего пола во время бокового удара не было бы, если бы поперечная балка 13 переднего пола состояла только из деформируемой части 16 поперечной балки. В этом случае вся поверхность панели 11 переднего пола будет подвергаться деформации сжатия за счет управляемого движения коробления деформируемой части 16 поперечной балки, и не будет элемента, удерживающего панель 11 переднего пола от сжатия всей ее поверхности. Соответственно, панель 11 переднего пола будет воспринимать сжимающую нагрузку за счет коробления с образованием складок, ориентированных, по существу, перпендикулярно направлению усилия F удара. Такая деформация поглотит гораздо меньшее количество энергии, чем это возможно благодаря обеспечиваемому изобретением растяжению.
С другой стороны, если бы поперечная балка 13 переднего пола состояла только из недеформируемой части 14 поперечной балки, панель 11 переднего пола сохраняла бы свою первоначальную форму благодаря поперечной балке 13 и вряд ли деформировалась бы, вследствие чего не поглощала бы энергию удара.
Следует также отметить, что описанного выше поведения при растяжении панели 11 переднего пола во время бокового удара не было бы, если бы положения недеформируемой части 14 поперечной балки и деформируемой части 16 поперечной балки были перевернуты. Другими словами, поведение при растяжении не наблюдалось бы, если бы сопротивление пластической деформации части поперечной балки 13 переднего пола, расположенной ближе всего к нижнему обвязочному брусу 9, было ниже сопротивления пластической деформации части поперечной балки 13 переднего пола, расположенной ближе всего к туннелю 7. В таком случае под воздействием сжимающей нагрузки часть поперечной балки 13 переднего пола, расположенная ближе всего к нижнему обвязочному брусу 9, будет деформироваться из-за контролируемого коробления, в то время как часть поперечной балки 13 переднего пола, расположенная ближе всего к туннелю 7, по существу, сохранит свою первоначальную форму. Часть панели 11 переднего пола, расположенная со стороны нижнего обвязочного бруса 9, будет вовлечена в деформацию сжатия за счет управляемого коробления части поперечной балки 13 переднего пола, расположенной ближе всего к нижнему обвязочному брусу 9, а часть панели 11 переднего пола, расположенная ближе всего к туннелю 7, по существу, сохранит свою форму. В отличие от изобретения, часть поперечной балки 13 переднего пола, имеющая наибольшее сопротивление пластической деформации, не будет перемещаться в поперечном направлении во время бокового удара. Таким образом, панель 11 переднего пола не будет подвергаться комбинированному влиянию поперечного движения части поперечной балки 13 переднего пола и относительного отсутствия движения других частей, к которым она прикреплена. В результате, панель 11 переднего пола не будет растягиваться. Реализация такой конструкции приведет к гораздо меньшему вкладу в поглощение энергии панелью 11 переднего пола, чем в случае этого изобретения.
Во время бокового удара, в начале удара усилие F удара, создаваемое ударяющим элементом, концентрируется на нижнем обвязочном брусе 9 и прилегающей к нему области. Аналогичным образом, возникающее усилие R реакции сконцентрировано на туннеле 7 и прилегающей к нему области. Из-за этой очень высокой концентрации напряжений в начале удара существует риск образования трещин на обоих концах поперечной балки 13 переднего пола. В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 2, усиливающая конструкция 1 переднего пола оснащена элементом 15 усиления нижнего обвязочного бруса, который прикреплен к нижнему обвязочному брусу 9. Преимущественно упомянутый элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса поглощает часть локализованной концентрации напряжений в начале удара вследствие влияния усилия F удара, тем самым сводя к минимуму риск образования трещин в области поперечной балки 13 переднего пола, ближайшей к нижнему обвязочному брусу 9. В одном из конкретных вариантов осуществления, как показано на фиг. 2, усиливающая конструкция 1 переднего пола оснащена элементом 17 усиления туннеля, который прикреплен к туннелю 7. Преимущественно упомянутый элемент 17 усиления туннеля поглощает часть локализованной концентрации напряжений в начале удара вследствие влияния усилия R реакции, тем самым сводя к минимуму риск образования трещин в области поперечной балки 13 переднего пола, расположенной ближе всего к туннелю 7.
В одном из конкретных вариантов осуществления, показанном на фиг. 4, недеформируемая часть 14 поперечной балки дополнительно содержит усиленную недеформируемую часть 36 и не усиленную недеформируемую часть 37.
В начале удара концентрация напряжений будет находиться в усиленной недеформируемой части 36, которая расположена ближе всего к нижнему обвязочному брусу 9. Преимущественно тот факт, что упомянутая усиленная недеформируемая часть 36 имеет более высокое сопротивление пластической деформации, чем упомянутая не усиленная недеформируемая часть 37, сводит к минимуму риск образования трещин в недеформируемой части 14 поперечной балки во время бокового удара.
В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения, панель 11 переднего пола изготовлена из стали, имеющей предел текучести выше 210 МПа. Преимущественно, поскольку панель 11 переднего пола растягивается во время бокового удара, увеличение предела текучести упомянутой панели 11 переднего пола будет увеличивать энергию, поглощаемую упомянутой панелью 11 переднего пола во время бокового удара. Например, панель 11 переднего пола изготавливают из двухфазной стали, такой как HCT450X, соответствующей стандарту EuroNorm EN 10346 и имеющей толщину в диапазоне от 0,6 мм до 0,9 мм.
В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения, недеформируемая часть 14 поперечной балки 13 переднего пола изготовлена из закаленной под прессом стали, имеющей предел прочности на разрыв более 1300 МПа. В одном из вариантов осуществления в состав стали недеформируемой части 14 входят, например, в мас.%: 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, возникающие в процессе обработки стали. При таких диапазонах составных компонентов предел прочности недеформируемой части 14 после упрочнения под давлением составляет от 1300 до 1650 МПа. Например, недеформируемую часть 14 изготавливают из стали Usibor 1500. Например, недеформируемая часть 14 имеет толщину в диапазоне от 1,4 мм до 1,6 мм.
В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения, не усиленную недеформируемую часть 37 поперечной балки 13 переднего пола изготавливают из закаленной под прессом стали, имеющей предел прочности на разрыв более 1300 МПа. В одном из вариантов осуществления, в состав стали неусиленной недеформируемой части 37 входят, например, в мас.%: 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, возникающие в процессе обработки стали. При таких диапазонах составных компонентов предел прочности на разрыв неусиленной недеформируемой части 37 после упрочнения под прессом составляет от 1300 до 1650 МПа. Например, неусиленную недеформируемую часть 37 изготавливают из стали Usibor 1500. Например, не усиленная недеформируемая часть 37 имеет толщину в диапазоне от 1,4 мм до 1,6 мм.
В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения, усиленную недеформируемую часть 36 поперечной балки 13 переднего пола изготавливают из закаленной под прессом стали, имеющей предел прочности на разрыв более 1800 МПа. Например, в состав стали усиленной недеформируемой части 36 входят, в мас.%: 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, возникающие в процессе обработки стали. При таких диапазонах составных компонентов прочность на разрыв усиленной недеформируемой части 36 после упрочнения под прессом превышает 1800 МПа. Например, усиленную недеформируемую часть 36 изготавливают из стали Usibor 2000. Например, усиленная недеформируемая часть 36 имеет толщину в диапазоне от 1,4 мм до 1,6 мм.
В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения, деформируемую часть 16 поперечной балки 13 переднего пола изготавливают из закаленной под прессом стали, имеющей предел прочности на растяжение более 500 МПа, деформацию разрушения не менее 0,6 и критический угол изгиба не менее 75°. Например, в состав такой стали может входить, в мас.%: 0,04%≤C≤0,1%, 0,3%≤Mn≤2%, Si≤0,3%, Ti≤0,08%, 0,015%≤Nb≤0,1%. Al≤0,1%, S≤0,05%, P ≤0,1%, менее 0,1% Cu, Ni, Cr и Mo, остальное – железо и неизбежные примеси, возникающие в процессе обработки стали. При таких диапазонах составляющих компонентов предел прочности деформируемой части 16 после упрочнения под прессом превышает 500 МПа. Например, деформируемую часть 16 изготавливают из стали Ductibor 500. Например, деформируемая часть 16 имеет толщину в диапазоне от 1,5 мм до 1,7 мм.
Описанная выше усиливающая конструкция переднего пола транспортного средства с аккумуляторным блоком в туннеле обладает множеством преимуществ, среди которых возможность задействования части панели пола со стороны нижнего обвязочного бруса в поглощении энергии столкновении во время бокового удара. Ниже приводится описание способа изготовления такой усиливающей конструкции переднего пола.
Способ включает в себя этап обеспечения наличия панели 11 переднего пола. Например, панель 11 переднего пола изготавливают из листовой металлической заготовки способом холодной штамповки.
Способ дополнительно включает в себя этап обеспечения наличия туннеля 7. Например, туннель изготавливают путем сварки вместе нескольких различных частей, изготовленных индивидуально путем штамповки или гибки.
Способ дополнительно включает этап обеспечения наличия нижнего обвязочного бруса 9. Например, нижний обвязочный брус 9 изготавливают путем сварки вместе нескольких различных частей, изготовленных индивидуально путем штамповки или гибки.
Способ дополнительно включает этап обеспечения наличия поперечной балки 13 переднего пола. В одном из конкретных вариантов осуществления, поперечную балку 13 переднего пола изготавливают путем горячей штамповки индивидуально сваренной по выкройке заготовки или прокатанной по выкройке заготовки, имеющей первую часть, соответствующую недеформируемой части 14 после горячей штамповки, и вторую часть, соответствующую деформируемой части 16 после горячей штамповки. В одном из конкретных вариантов осуществления, поперечную балку 13 переднего пола изготавливают путем горячей штамповки индивидуально сваренной по выкройке заготовки или прокатанной по выкройке заготовки, имеющей первую часть, соответствующую усиленной недеформируемой части 36 после горячей штамповки, и вторую часть, соответствующую неусиленной недеформируемой части 37 после горячей штамповки, и третью часть, соответствующую деформируемой части 16 после горячей штамповки.
Способ дополнительно включает в себя этап прикрепления туннеля 7, нижнего обвязочного бруса 9 и поперечной балки 13 переднего пола к панели 11 переднего пола. Например, туннель 7 прикрепляют путем приваривания фланцев 10 туннеля к панели 11 переднего пола. Например, поперечную балку 13 переднего пола крепят посредством приваривания фланцев 20 поперечной балки к панели 11 переднего пола.
В одном из конкретных вариантов осуществления, способ дополнительно включает этап обеспечения наличия элемента 15 усиления нижнего обвязочного бруса и этап крепления этого элемента 15 усиления к нижнему обвязочному брусу 9. Например, элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса изготавливают штамповкой или гибкой. Например, элемент 15 усиления нижнего обвязочного бруса крепят путем приваривания фланцев 30 этого элемента усиления к нижнему обвязочному брусу 9.
В одном из конкретных вариантов осуществления, способ дополнительно включает в себя этап обеспечения наличия элемента 17 усиления туннеля и этап крепления упомянутого элемента 17 усиления к туннелю 7. Например, элемент 17 усиления туннеля изготавливают штамповкой или гибкой. Например, элемент 17 усиления туннеля крепят путем приваривания фланцев 40 этого элемента усиления к туннелю 7.
В одном из конкретных вариантов осуществления, способ дополнительно включает этап обеспечения наличия по меньшей мере одного поперечного элемента 18 усиления и этап крепления упомянутого поперечного элемента 18 усиления к панели 11 переднего пола. Например, упомянутый поперечный элемент 18 усиления изготавливают штамповкой или гибкой. Например, поперечный элемент 18 усиления крепят путем приваривания к упомянутой панели 11 переднего пола.
В одном из конкретных вариантов осуществления, способ дополнительно включает в себя этап обеспечения наличия по меньшей мере одного продольного элемента 28 усиления и этап крепления упомянутого продольного элемента 28 усиления к панели 11 переднего пола. Например, этот продольной элемент 28 усиления изготавливают путем штамповки или гибки. Например, продольный элемент 28 усиления крепят путем приваривания к упомянутой панели 11 переднего пола.