СТРУКТУРА КУЗОВА, В ЧАСТНОСТИ ДОННАЯ СТРУКТУРА, ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
VEHICLE BODY STRUCTURE, IN PARTICULAR, VEHICLE BODY BOTTOM

Изобретение касается структуры кузова, в частности донной структуры, для автомобиля согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
В области автомобилестроения существует постоянное стремление к тому, чтобы снизить общий вес транспортного средства или при усовершенствованном оснащении не допустить повышения общего веса транспортного средства. Это может реализовываться только тогда, когда вес определенных компонентов транспортного средства снижается. При этом, в частности, делаются попытки значительно снизить вес кузова транспортного средства по сравнению с прежними конструкциями кузова. Однако одновременно повысились также требования безопасности, в частности безопасности для людей, в автомобиле и к поведению структуры кузова в ситуации столкновения. Так, в частности, требуется, чтобы кузов при одновременно уменьшенном весе, как и прежде, обладал высокой или, соответственно, повышенной прочностью и жесткостью при заданных свойствах деформации. Чтобы удовлетворить этим требованиям, в современном транспортном машиностроении применяются кузова, в которых находят применение конструктивные элементы кузова, изготовленные как из легкого металла, так и из стального листа.
В этой связи также общеизвестно получение определенных конструктивных элементов кузова из листовой стали из горячештампованных листов, которые обладают более высокой прочностью по сравнению с холодноштампованными листовыми конструктивными элементами. С применением такого рода горячештампованных конструктивных элементов высокой или, соответственно, максимальной прочности для определенных областей кузова может обеспечиваться более высокая прочность. Такого рода горячештампованные листы в автомобилестроении также называются листовыми конструктивными элементами, закаленными в штампе. Поэтому ниже термины «закалка в штампе» и «горячая штамповка» применяются как синонимы, и под ними в широком смысле понимаются такие листовые конструктивные элементы, которые обладают более высокой прочностью по сравнению с холодноштампованными листами.
Например, применение такого рода горячештампованных или, соответственно, закаленных в штампе листовых конструктивных элементов известно уже из DE 10 2004 037 789 B3, где донная группа для кузова автомобиля включает в себя донную панель с пространством для ног, проходящим в продольном направлении транспортного средства туннелем, а также участки присоединения для передних и задних лонжеронов. Донная панель здесь изготовлена из цельной, штампованной листовой заготовки, при этом для регулирования свойств деформации предусмотрены определенные области, которые имеют более высокую прочность по сравнению с другими областями донной панели. Для этого области более высокой прочности частично подвергнуты горячей штамповке и улучшению. Области более высокой прочности могут при этом находиться в пространстве для ног или быть расположены у туннеля. В случае отформованных на донной панели боковых швеллеров, эти швеллеры также могут быть подвергнуты горячей штамповке и улучшению. То же самое относится к отформованным в донной панели поперечинам для сиденья. Также те области цельной листовой заготовки, к которым должны привязываться передние или, соответственно, задние лонжероны, могут подвергаться горячей деформации прокаткой для повышения прочности. Похожая на DE 10 2004 037 789 B3 конструкция известна также из DE 10 2004 044 925 B3.
Применение горячештампованных листов известно также из DE 10 2004 021 553 A1, где полый лонжерон составлен из двух отдельных профилей, причем эти отдельные профили имеют различную прочность.
Кроме того, из EP 1 382 514 A1 известна донная структура для автомобилей, у которой каждая поперечина для сиденья этой структуры состоит из расположенного поперек продольной оси транспортного средства центрального несущего профиля с концевыми, указывающими в продольном направлении транспортного средства и имеющими форму полого профиля, стаканообразными гнездами под сиденье, при этом каждое расположенное на туннеле гнездо под сиденье выполнено в виде усилительного элемента для центрального туннеля и проходит в наружный контур центрального туннеля.
В противоположность этому задачей настоящего изобретения является предоставление структуры кузова, в частности донной структуры, для автомобиля, которая в сочетании с применением выполненных с оптимальным весом конструктивных элементов кузова обладает по-прежнему отличными свойствами деформации в самых различных ситуациях столкновения.
Эта задача решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования являются предметом ссылающихся на него зависимых пунктов формулы изобретения.
По п.1 формулы изобретения предлагается структура кузова, в частности донная структура, для автомобиля, включающая в себя несущие конструктивные элементы, образующие заданные траектории нагрузки для ситуаций столкновения, которая в соответствии с изобретением отличается тем, что находящиеся в области по меньшей мере одной заданной траектории нагрузки, в частности траектории нагрузки при лобовом столкновении, траектории нагрузки при боковом столкновении и/или траектории нагрузки при заднем столкновении, несущие конструктивные элементы по меньшей мере частично образованы высокопрочными несущими конструктивными элементами, предпочтительно полностью прокаленными или частично или, соответственно, частями прокаленными высокопрочными несущими конструктивными элементами, из горячештампованного или, соответственно, закаленного в штампе стального листа, которые непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединены друг с другом, в частности с силовым и/или с геометрическим замыканием и/или с замыканием материала, при этом предпочтительно предусмотрено также, что не находящиеся в области заданной траектории или заданных траекторий нагрузки конструктивные элементы кузова или элементы обшивки по меньшей мере частично изготовлены из менее прочного по сравнению с высокопрочными несущими конструктивными элементами стального материала, и/или из легкого металла, и/или при необходимости даже из полимерного материала, например упрочненного волокнами полимерного материала.
2
С помощью такого рода предлагаемого изобретением решения достигается, таким образом, последовательное применение горячештампованных или, соответственно, закаленных в штампе стальных листов в высоконагружаемых при столкновении областях с целью сокращения деформации в тех областях, где структура кузова не должна допускать никаких деформаций или только небольшие деформации при заданной ситуации столкновения. Одновременно с этим могут предпочтительно уменьшаться вес и многообразие деталей структуры кузова и тем самым достигаться благоприятные условия, в частности, в отношении выброса CO и затрат.
По предпочтительному конкретному первому варианту осуществления предусмотрено, что находящиеся в области траектории нагрузки при лобовом столкновении высокопрочные несущие конструктивные элементы образованы соответственно одним находящимся относительно поперечной оси транспортного средства на противоположных сторонах транспортного средства конструктивным элементом лонжерона и/или соответственно одним, находящимся относительно поперечной оси транспортного средства на противоположных сторонах транспортного средства конструктивным элементом швеллера, предпочтительно внутренним конструктивным элементом швеллера, и/или соответственно одним, находящимся относительно поперечной оси транспортного средства на противоположных сторонах транспортного средства конструктивным элементом стойки A и/или проходящим в продольном направлении транспортного средства конструктивным элементом центрального туннеля, и/или проходящей в продольном направлении транспортного средства поперечиной пространства для ног. В частности, комбинация всех или, соответственно, большинства из вышеназванных конструктивных элементов образует высокопрочную систему конструктивных элементов, которая замечательно подходит для того, чтобы при лобовом столкновении не допускать или допускать только небольшую деформацию.
Под внутренним конструктивным элементом здесь, а также далее понимается главным образом конструктивный элемент, который в смонтированном состоянии, относительно положения транспортного средства, больше смещен в направлении внутренней стороны транспортного средства, чем соединенная с ним наружная часть той же конструктивной группы.
Особенно предпочтительным при этом оказалось, чтобы высокопрочный конструктивный элемент лонжерона был образован продолжением лонжерона, которое примыкает к переднему лонжерону, предпочтительно к переднему лонжерону из менее прочного по сравнению с ним стального материала, и которое непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединено с высокопрочным конструктивным элементом стойки A, и/или с высокопрочным конструктивным элементом швеллера, и/или с высокопрочной поперечиной пространства для ног. Благодаря тому, что только продолжение лонжерона образовано из высокопрочного стального материала, примыкающий к нему впереди передний лонжерон может быть образован из обладающего оптимальным весом и заданными свойствами при короблении или, соответственно, столкновении лонжерона, посредством которого при лобовом столкновении замечательным образом воспринимаются усилия и могут вводиться в образованную большей частью из высокопрочных конструктивных элементов траекторию нагрузки при лобовом столкновении. В частности, в сочетании с такого рода конструкцией предпочтительно, если высокопрочный конструктивный элемент швеллера предпочтительно непосредственно соединен с высокопрочным конструктивным элементом стойки A и/или с поперечиной пространства для ног или, соответственно, если высокопрочный конструктивный элемент центрального туннеля непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединен с поперечиной пространства для ног.
С помощью такого рода конструкции кузова усилия лобового столкновения предпочтительным образом могут передаваться через передние лонжероны, соответственно, высокопрочный конструктивный элемент лонжерона на швеллер, а также через высокопрочную поперечину пространства для ног на высокопрочный конструктивный элемент центрального туннеля, благодаря чему обеспечивается замечательный отвод усилий и вместе с тем особенно благоприятные свойства деформации в случае лобового столкновения. В этой связи следует определенно упомянуть, что посредством горячей штамповки, соответственно закалки, в штампе отдельных высокопрочных несущих конструктивных элементов одновременно происходит значительное сокращение многообразия конструктивных элементов; так, высокопрочные конструктивные элементы, такие как, например, высокопрочный конструктивный элемент центрального туннеля, в рамках процесса изготовления методом прокатки «по размеру» (Tailored-Rolled-Blank), могут изготавливаться с различными толщинами материала, а также, прежде всего, цельно (за одно целое), так что можно обойтись без трудоемких листовых конструкций с дополнительными усилительными листами.
Проявляемые при столкновении свойства предлагаемого изобретением кузова транспортного средства могут быть еще дополнительно повышены при лобовом столкновении за счет того, что на противоположных в поперечном направлении транспортного средства сторонах транспортного средства соответственно расположен первый передний лонжерон из низкопрочного стального материала, к которому соответственно примыкает высокопрочное продолжение лонжерона, которое присоединено к нижней в направлении вертикальной оси транспортного средства области высокопрочного конструктивного элемента стойки A, проходящего примерно на высоте двери, в то время как одновременно к верхней относительно нее области высокопрочного конструктивного элемента стойки A присоединен другой, второй, проходящий примерно в продольном направлении транспортного средства передний лонжерон. Этот передний второй лонжерон проходит предпочтительно в направлении вертикальной оси транспортного средства, находясь выше и/или, если смотреть в направлении поперечной оси транспортного средства, дальше снаружи, чем соответственно согласованный первый лонжерон. С помощью такого рода двойной системы лонжеронов на противоположных сторонах транспортного средства обеспечивается, в частности, в ситуациях лобового столкновения, происходящего сбоку, предпочтительный ввод усилий через два боковых лонжерона, причем сначала в направлении вертикальной оси транспортного средства, с верхней стороны, а также далее с нижней стороны конструктивного элемента стойки A, так что введенные усилия лобового столкновения уже здесь предпочтительно могут разделяться и затем передаваться на другие несущие, а также по существу высокопрочные конструктивные элементы.
Конкретно проходящие в области между двумя противоположными конструктивными элементами стойки A конструктивные элементы или элементы обшивки, предпочтительно торцевая стенка, наиболее предпочтительно присоединенная к высокопрочной поперечине пространства для ног торцевая стенка, и/или расположенная вблизи ветрового стекла поперечина, предпочтительно присоединенная к торцевой стенке поперечина, могут быть изготовлены из низкопрочного стального материала, и/или легкого металла, или, соответственно, при необходимости даже из полимерного материала, и непосредственно или опосредствованно соединены с высокопрочными конструктивными элементами стойки A, и/или высокопрочными продолжениями лонжеронов, и/или вторыми лонжеронами, и/или высокопрочной поперечиной пространства для ног, благодаря чему обеспечивается структура кузова, построенная с оптимальным весом и компактно, а также оптимизированная в отношении свойств, проявляемых при лобовом столкновении.
В этой связи также предпочтительно, чтобы предусмотренные или присоединенные в области между двумя лонжеронами или между лонжеронами и/или продолжением лонжерона конструктивные элементы или элементы обшивки, предпочтительно конструктивный элемент колесной ниши и/или конструктивный элемент свода амортизационной стойки, были выполнены из низкопрочного стального материала, и/или из легкого металла, или, соответственно, при необходимости даже из полимерного материала, например упрочненного волокнами полимерного материала.
Еще более оптимизированные свойства при столкновении обеспечиваются с помощью варианта осуществления, в котором к высокопрочному продолжению лонжерона примыкает проходящая в смонтированном состоянии внутрь области пассажирского салона область лонжерона, которая проходит примерно параллельно высокопрочному конструктивному элементу центрального туннеля и/или высокопрочным конструктивным элементам швеллера, и/или которая выполнена из низкопрочного стального материала, или из легкого металла, или из полимерного материала, и/или которая проходит примерно до расположенного в задней части автомобиля конструктивного элемента упора для пяток и/или расположенного в задней части автомобиля конструктивного элемента поперечины пассажирского салона, и/или которая пронизывает или проходит под поперечиной пространства для ног, в частности проходит под ней и поддерживает ее. С помощью такого рода оптимальной по весу расположенной со стороны пассажирского салона области лонжерона усилия лобового столкновения предпочтительно наряду с распределением на высокопрочный центральный туннель или, соответственно, высокопрочные конструктивные элементы швеллера дополнительно могут передаваться также еще на эти другие области лонжерона, так чтобы обеспечивался полноценный, распределенный по многочисленным путям силового потока отвод усилий посредством по существу всей донной конструктивной группы, без необходимости цельного изготовления этой донной конструктивной группы.
Как уже упомянуто ранее в связи с высокопрочным конструктивным элементом центрального туннеля, особенно предпочтительно, чтобы методом горячей штамповки, соответственно, методом закалки в штампе могли изготавливаться высокопрочные несущие конструктивные элементы, многообразие деталей которых к тому же уменьшено. Это относится также к исполнению поперечины пространства для ног, конструкция которой, в принципе, является цельной, но предпочтительно состоит из двух проходящих между противоположными сторонами транспортного средства и/или соединенных друг с другом цельных частей поперечины. Альтернативно или дополнительно к этому высокопрочный конструктивный элемент стойки A также может быть выполнен, относительно положения в транспортном средстве, в виде внутреннего, а также проходящего ниже поясной линии цельного конструктивного элемента.
По предпочтительному второму варианту осуществления идеи настоящего изобретения предусмотрено, что находящиеся в области заданной траектории нагрузки при боковом столкновении высокопрочные несущие конструктивные элементы образованы каждый соответственно по меньшей мере одним, относительно поперечной оси транспортного средства, находящимся на противоположных сторонах транспортного средства, предпочтительно внутренним конструктивным элементом швеллера, и/или одной проходящей в поперечном направлении транспортного средства, относительно продольного направления транспортного средства, передней поперечиной пространства для ног и/или одной проходящей в поперечном направлении транспортного средства, относительно продольного направления транспортного средства, задней балкой, в частности упором для пяток, и/или проходящей в поперечном направлении транспортного средства поперечиной сиденья. При этом передняя высокопрочная поперечина пространства для ног, высокопрочная поперечина сиденья и/или высокопрочный упор для пяток могут быть непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединены с высокопрочным конструктивным элементом швеллера. Кроме того, альтернативно или дополнительно к этому может быть предусмотрено, чтобы поперечина сиденья была непосредственно или опосредствованно соединена с высокопрочным конструктивным элементом центрального туннеля, который, если смотреть в продольном направлении транспортного средства, проходит между поперечиной пространства для ног и упором для пяток и который непосредственно или опосредствованно соединен с поперечиной пространства для ног и/или с упором для пяток. Кроме того, альтернативно или дополнительно поперечина пространства для ног и/или конструктивный элемент швеллера могут быть непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединены с конструктивным элементом стойки A, который предпочтительно проходит от области швеллера до поясной линии транспортного средства.
С помощью этих мер, в частности комбинации всех или по меньшей мере большей части этих мер, усилия бокового удара могут предпочтительно разделяться, восприниматься и отводиться через соответствующий конструктивный элемент швеллера на поперечину пространства для ног или, соответственно, поперечину сиденья и упор для пяток.
Особенно предпочтителен в этой связи также конкретный вариант осуществления, в котором находящиеся в области траектории нагрузки при боковом столкновении высокопрочные несущие конструктивные элементы образуют проходящую со стороны дна и/или со стороны пассажирского салона, примерно кольцеобразную или прямоугольную раму из высокопрочных несущих конструктивных элементов. Предпочтительно в связи с такого рода кольцеобразной конструкцией предусмотрено, что для образования сетчатой или решетчатой конструкции при необходимости по меньшей мере один дополнительный, предпочтительно проходящий в поперечном направлении транспортного средства или в продольном направлении транспортного средства высокопрочный несущий конструктивный элемент, предпочтительно высокопрочный конструктивный элемент центрального туннеля и/или по меньшей мере одна высокопрочная поперечина сиденья, проходит подобно распорке в раме или, соответственно, внутри рамы и/или соединен с ней опосредствованно или непосредственно.
При такого рода конструкции, таким образом, предпочтительно находящиеся в области между противоположными конструктивными элементами швеллера, и/или между конструктивным элементом центрального туннеля и конструктивными элементами швеллера, и/или между поперечиной пространства для ног и задней балкой, в частности упором для пяток, конструктивные элементы или элементы обшивки, в частности донная стенка, могут быть также изготовлены из низкопрочного стального материла, и/или из легкого металла, и/или при необходимости даже из полимерного материала с оптимальным весом. Благодаря этому обеспечиваются вышеназванные преимущества оптимальной по весу конструкции кузова с оптимизированными свойствами при столкновении.
По другому предпочтительному конкретному варианту осуществления предлагается, чтобы находящиеся в области заданной траектории нагрузки при заднем столкновении высокопрочные несущие конструктивные элементы были образованы каждый по меньшей мере соответственно одним, относительно поперечной оси транспортного средства находящимся на противоположных сторонах транспортного средства, задним, соответственно, расположенным в задней части автомобиля лонжероном, и/или одной проходящей в направлении поперечной оси транспортного средства, относительно продольного направления транспортного средства задней, предпочтительно цельной, поперечиной, и/или одним проходящим в направлении поперечной оси транспортного средства, предпочтительно цельным упором для пяток, и/или соответственно одним, относительно поперечной оси транспортного средства находящимся на противоположных сторонах транспортного средства, предпочтительно внутренним конструктивным элементом швеллера.
В этой связи особенно предпочтительно, если высокопрочные задние лонжероны непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединены с согласованным, высокопрочным конструктивным элементом швеллера, и/или с высокопрочной задней поперечиной, и/или с высокопрочным упором для пяток, и/или с расположенной со стороны пассажирского салона областью лонжерона, которая ниже будет описана подробнее. Альтернативно или дополнительно к этому упомянутый упор может быть непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединен с соответственно согласованным, высокопрочным конструктивным элементом швеллера, и/или с высокопрочной задней поперечиной, и/или с предпочтительно высокопрочной областью центрального туннеля, и/или с расположенной со стороны пассажирского салона областью лонжерона, которая ниже будет описана подробнее.
С помощью такого рода конструкции расположенной в задней части автомобиля области кузова достигается надежное разделение усилий и распределение усилий при заднем столкновении, так как усилия, возникающие при заднем столкновении, вводятся через задние лонжероны в конструктивные элементы швеллера или, соответственно, расположенные со стороны пассажирского салона области лонжерона, а также в упор для пяток, соответственно, заднюю поперечину, и при этом предпочтительно могут разделяться и распределяться самым разнообразным путем. Благодаря этому также восприятие больших усилий столкновения, как и в случае двух описанных выше траекторий нагрузки при боковом столкновении или, соответственно, лобовом столкновении, происходит предпочтительно только с небольшой деформацией и вместе с тем с оптимизированной защитой пассажиров.
Уже упомянутая выше, расположенная со стороны пассажирского салона область лонжерона предпочтительно образуется продолжением переднего конструктивного элемента лонжерона, в частности примыкающей к расположенному в передней части автомобиля высокопрочному конструктивному элементу лонжерона областью лонжерона, при этом предпочтительно предусмотрено, что расположенная со стороны пассажирского салона область лонжерона изготовлена из низкопрочного стального материала, и/или из легкого металла, и/или из полимерного материала. Высокопрочный, расположенный в передней части автомобиля конструктивный элемент лонжерона примыкает при этом, в свою очередь, предпочтительно к менее прочному по сравнению с ним, и/или изготовленному из легкого металла, и/или из полимерного материала переднему лонжерону, как это уже было подробно описано выше в связи с рассмотрением предпочтительной траектории нагрузки при лобовом столкновении.
По другому предпочтительному варианту осуществления предусмотрено, что высокопрочный конструктивный элемент швеллера, если смотреть в продольном направлении транспортного средства, а также назад в направлении задней части автомобиля, продолжен за упор для пяток посредством изготовленного из менее прочного по сравнению с ним стального материала, и/или из легкого металла, и/или при необходимости даже из полимерного материала продолжения конструктивного элемента швеллера, и этим продолжением конструктивного элемента швеллера непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, соединен с соответственно предусмотренным задним высокопрочным лонжероном и/или высокопрочной задней поперечиной. Благодаря этому обеспечивается особенно предпочтительная возможность крепления, которая при простой и недорогой, а также оптимальной по весу конструкции к тому же очень функционально надежна.
Кроме того, высокопрочный конструктивный элемент швеллера может быть соединен с высокопрочной задней поперечиной непосредственно или опосредствованно, предпочтительно непосредственно, для образования в целом очень высокопрочной системы конструктивных элементов. Особенно предпочтительно при этом в целом такая геометрия, при которой образующие траекторию нагрузки при заднем столкновении высокопрочные задние лонжероны вместе с высокопрочными расположенными со стороны пассажирского салона конструктивными элементами швеллера, с одной стороны, а также высокопрочной задней поперечной и/или высокопрочным упором для пяток, с другой стороны, образуют расположенную со стороны дна высокопрочную H-образную структуру.
Также в связи с такого рода конфигурацией траектории нагрузки при заднем столкновении, в свою очередь, предпочтительно, чтобы находящиеся и/или расположенные в области между противоположными задними высокопрочными лонжеронами, и/или высокопрочным упором для пяток, или, соответственно, задней поперечиной, или, соответственно, непосредственно или опосредствованно присоединенные там конструктивные элементы и/или элементы обшивки, в частности донная стенка и/или расположенная со стороны заднего сиденья поперечина сиденья, были изготовлены из менее прочного по сравнению с ними стального материала, и/или из легкого металла, и/или при необходимости даже из полимерного материала. Благодаря этому, в свою очередь, обеспечиваются преимущества, названные выше в связи с траекторией нагрузки при боковом столкновении или, соответственно, при лобовом столкновении в отношении оптимальной по весу конструкции.
Разумеется, что рассмотренные выше и заявленные в пунктах формулы изобретения отдельные признаки могут произвольным образом взаимно заменяться и/или комбинироваться друг с другом, чтобы обеспечивать конструкцию кузова, оптимизированную для соответствующего случая применения. Но, в принципе, в кузове транспортного средства может быть также реализована только одна из описанных выше конструкций траектории нагрузки или две из описанных выше конструкций траектории нагрузки, например конструкция траектории нагрузки при лобовом столкновении и при боковом столкновении, или конструкция траектории нагрузки при боковом столкновении и при заднем столкновении, или же конструкция траектории нагрузки при лобовом столкновении и при заднем столкновении. Особенно предпочтительна, однако, конструкция кузова, в которой реализованы все рассмотренные выше конструкции траектории нагрузки, так как благодаря этому в целом высокопрочная конструкция несущих конструктивных элементов обеспечивается точно в тех высоконагружаемых при столкновении областях, в которых деформации там, где структура кузова не должна допускать никакую или только небольшую деформацию при столкновении, могут быть сокращены, при одновременном уменьшении веса и многообразия деталей, и вместе с тем затрат.
Изготовление высокопрочных несущих конструктивных элементов, которые выше были подробно рассмотрены по отдельности, может, например, осуществляться так называемым методом прокатки «по размеру» (Tailored-Blank), с помощью которого могут получаться высокопрочные конструктивные элементы с различным качеством материала или толщиной листа. Особенно предпочтительно при этом применение метода прокатки «по размеру» (Tailored-Rolled-Blank) для производства прецизионных листовых деталей.
Предпочтительно высокопрочные, горячештампованные, соответственно, закаленные в штампе конструктивные элементы при этом изготавливаются так, что плоские стальные заготовки или предварительно формованные стальные детали подвергаются горячей штамповке в раскаленном состоянии и затем охлаждаются в течение нескольких секунд. Быстрое охлаждение вызывает изменение структуры в материале и придает деталям кузова чрезвычайную прочность. Снижение веса, высокая безопасность при столкновении и положительный баланс энергии являются другими преимуществами технологии такого рода. Конкретно при изготовлении предлагаемых изобретением высокопрочных несущих конструктивных элементов в рамках закалки в штампе соответствующая стальная деталь или, соответственно, листовая деталь в печи, например в печи с роликовым подом, нагревается до температуры свыше 900°C. Затем рука робота захватывает подкатывающуюся раскаленную деталь и кладет ее в охлаждаемый водой инструмент. Пресс закрывается, в течение заданного промежутка времени, например, от 10 до 15 секунд деталь охлаждается, например, до 170°C. После этого робот вынимает охлажденную и закаленную деталь и передает ее на транспортировочные стеллажи.
При этом благодаря полному или, соответственно, по меньшей мере частичному прокаливанию конструктивных элементов другие предпочтительные свойства конструктивных элементов могут устанавливаться точно там, где это необходимо, например на высокопрочном конструктивном элементе могут быть выполнены области с различной твердостью или, соответственно, степенями твердости или могут быть выполнены высокопрочные конструктивные элементы с различной твердостью или, соответственно, степенями твердости.
Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью чертежей, где
фиг.1 - схематичное покомпонентное изображение предлагаемой изобретением донной группы кузова автомобиля;
фиг.2 - показанный на фиг.1 в покомпонентном изображении кузов транспортного средства в собранном состоянии;
фиг.3 - донная группа кузова транспортного средства, показанного на фиг.2, при лобовом столкновении;
фиг.4 - донная группа кузова транспортного средства, показанного на фиг.2, при боковом столкновении, и
фиг.5 - донная группа кузова автомобиля, показанного на фиг.2, при заднем столкновении.
На фиг.1 показан один из вариантов осуществления предлагаемой изобретением донной структуры 1 для кузова автомобиля в покомпонентном изображении, на котором очень хорошо видны отдельные конструктивные элементы. На фиг.2 показано собранное состояние этой донной структуры 1 на изображении в перспективе.
В частности, донная структура 1 имеет следующую конструкцию.
В передней области 2 автомобиля донная структура 1 имеет два передних первых лонжерона 3 из низкопрочного, например, холодноштампованного, стального материала, к которым, если смотреть в направлении x продольной оси транспортного средства, примыкает горячештампованное или, соответственно, закаленное в штампе и поэтому высокопрочное продолжение 5 лонжерона.
К выгибающемуся здесь, в качестве примера при необходимости также наружу (фиг.2), продолжению 5 лонжерона примыкает в смонтированном состоянии проходящая внутрь области 4 пассажирского салона область 6 лонжерона, которая в качестве примера выполнена из низкопрочного стального материала.
К продолжениям 5 лонжеронов из высокопрочного стального материала, как это, в частности, видно из фиг.2, на противоположных в поперечном направлении y транспортного средства сторонах транспортного средства присоединено по одному конструктивному элементу 7 стойки A из горячештампованного или, соответственно, закаленного в штампе стального материала, который проходит в направлении z вертикальной оси транспортного средства вверх. Присоединение продолжения 5 лонжерона происходит при этом в нижней относительно направления вертикальной оси транспортного средства области стойки (сравните, в частности, фиг.2), в то время как к верхней относительно нее области стойки присоединен второй передний лонжерон 8 из менее прочного по сравнению с высокопрочным конструктивным элементом 7 стойки A стального материала, который проходит в направлении x продольной оси транспортного средства вперед и расположен примерно параллельно, соответственно, на расстоянии от первого переднего лонжерона, будучи более смещенным в боковом направлении транспортного средства.
В области между двумя лонжеронами 3, 8 или, соответственно, конструктивными элементами 7 стойки A расположена, прежде всего, торцевая стенка 9, а кроме того проходящая над торцевой стенкой 9, соответственно, соединенная с ней, расположенная вблизи ветрового стекла поперечина 10, причем обе эти детали предпочтительно изготовлены из легкого металла, например, алюминия.
Кроме того, в области 2 передней части автомобиля, соответственно, в области между первым лонжероном 3 и вторым лонжероном 8, расположены другие конструктивные элементы донной структуры, а именно свод 11 колесной ниши амортизаторной стойки, который, например, может быть изготовлен из цельного материала, из алюминия или низкопрочного стального материала, или же в смешанной конструкции из алюминиевой части 12 и стальной части 13, как это лишь схематично изображено на фиг.2.
В области торцевой стенки 9 или, соответственно, в области между двумя конструктивными элементами 7 стойки A проходит, здесь в качестве примера, состоящая из двух частей поперечина 14 пространства для ног из горячештампованного, соответственно, закаленного в штампе, высокопрочного стального материала, при этом обе части 15, 16 поперечины жестко соединены друг с другом и проходят каждая в виде цельных конструктивных элементов по существу по всей ширине кузова, если смотреть в поперечном направлении транспортного средства.
В области поперечины 14 пространства для ног или, соответственно, в области конструктивных элементов 7 стойки A, кроме того, расположен, соответственно присоединен, проходящий в продольном направлении x транспортного средства через область 4 пассажирского салона внутренний швеллер 17, который также изготовлен из высокопрочного, горячештампованного, соответственно, закаленного в штампе материала. Этот высокопрочный внутренний швеллер 17 проходит, если смотреть в продольном направлении транспортного средства, до выполненного на фиг.1 составного упора (для пяток) 20. Этот упор 20 может быть также, однако, как изображено на фиг.2, выполнен цельным и состоять из высокопрочного, горячештампованного или, соответственно, закаленного в штампе стального материала.
Другое отличие между двумя изображенными на фиг.1 и фиг.2 вариантами в том, что внутренний швеллер 17 в показанном на фиг.2 варианте осуществления на своем, если смотреть в продольном направлении транспортного средства, заднем, расположенном в задней части автомобиля, конце имеет также соединенное с ним продолжение 18 швеллера из, например, низкопрочного стального материала.
Как это видно также на обеих фигурах, в области 4 пассажирского салона предусмотрен, кроме того, цельный центральный туннель 19 из высокопрочного, горячештампованного, соответственно, закаленного в штампе стального материала, который проходит между поперечиной 14 пространства для ног и упором 20 или, соответственно, присоединен там.
К центральному туннелю 19 с обеих сторон от соответствующего швеллера 17 примыкают донные панели 21 из низкопрочного стального материала.
Также, если смотреть в поперечном направлении y транспортного средства, в области между центральным туннелем 19 и внутренним швеллером 17 могут быть соответственно расположены поперечины 22 сиденья или, соответственно, соединены с ними опосредствованно или непосредственно, которые предпочтительно также могут быть изготовлены из закаленного в штампе, горячештампованного и поэтому высокопрочного материала или же из низкопрочного стального материала.
В расположенной в задней части автомобиля области 23 транспортного средства расположена также проходящая примерно параллельно упору 20 задняя поперечина 24 из горячештампованного, соответственно, закаленного в штампе и поэтому высокопрочного стального материала, которая проходит в области между двумя задними, расположенными на противоположных сторонах транспортного средства лонжеронами 25, которые также изготовлены из горячештампованного, соответственно, закаленного в штампе и поэтому высокопрочного стального материала.
Эти задние лонжероны 25 жестко соединены, например, с упором 20, соответственно, с задней поперечиной 24 и/или с внутренним швеллером 17, соответственно, его продолжением 18 детали швеллера.
В области задних лонжеронов 25 расположены также колесные ниши 26, например, из легкого металла, такого как, например, алюминий, в то время как в области между обоими задними лонжеронами 25 проходит донная панель 27, например, из низкопрочного стального материала. Эта донная панель 20 в смонтированном состоянии, как это изображено на фиг.2, отдельной областью перекрывает заднюю поперечину 24 от упора 20 и может предпочтительно соответственно поддерживаться им снизу.
Обе расположенные со стороны пассажирского салона области 6 лонжеронов проходят в смонтированном состоянии предпочтительно до упора 20 и соединены с ним опосредствованно или предпочтительно непосредственно.
При этом в целом образуется донная структура 1, которая выполнена с оптимальным расчетом на лобовое столкновение 28, боковое столкновение 29 и заднее столкновение 30 так, что заданные для каждой из этих ситуаций столкновения траектории нагрузки, по которым направляются основные нагружающие усилия, в частности, максимумы усилий, возникающих при столкновении, большей частью или, соответственно, при необходимости даже полностью состоят из горячештампованных, соответственно, закаленных в штампе и поэтому высокопрочных несущих конструктивных элементов, что поясняется подробнее ниже в связи с фиг.3-5.
На фиг.3 показан схематичный вид в перспективе снизу донной структуры 1 для случая лобового столкновения, при котором вводимые через оба передних лонжерона 3, 8 усилия сначала передаются через продолжение 5 лонжерона в нижнюю область стойки конструктивного элемента 7 стойки A, и оттуда дальше к внутреннему швеллеру 17, соответственно, исходя от продолжения 5 лонжерона, к поперечине 14 пространства для ног и к расположенной со стороны пассажирского салона области 6 лонжерона. Исходя от поперечины 14 пространства для ног, дальше происходит также отвод усилий через высокопрочный центральный туннель 19.
Это изображено на фиг.3 стрелками, которые очень схематично и в качестве примера показывают силовой поток.
Как это видно также из фиг.3, вводимое через второй передний лонжерон 8 усилие вводится в конструктивный элемент 7 стойки A, а именно либо вверх, в непоказанную здесь верхнюю стойку A, либо вниз, в направлении продолжения 5 лонжерона, к поперечине 14 пространства для ног и/или к внутреннему швеллеру 17.
Эта показанная на фиг.3 возможность распределения усилий создает, таким образом, оптимизированный силовой поток и вместе с тем оптимизированный отвод усилий в ситуации лобового столкновения по существу через высокопрочные несущие конструктивные элементы донной структуры 1, в то время как остальные элементы обшивки, соответственно, конструктивные элементы кузова, которые не лежат в основном силовом потоке, могут вследствие этого изготавливаться с более оптимальным весом и ценой из низкопрочного стального материала и/или из алюминия.
То же самое относится, в принципе, к изображенной на фиг.4 ситуации бокового столкновения, при которой вводимое через внутренний швеллер 17 усилие может отводиться кольцеобразно через поперечину 14 пространства для ног или, соответственно, упор 20, а также поперечину 22 сиденья.
Сказанное выше о ситуации лобового столкновения здесь идентично имеет силу.
Также сказанное выше относится к показанной на фиг.5 ситуации заднего столкновения, при которой вводимые через задние лонжероны 25 усилия, если смотреть в продольном направлении x транспортного средства, могут распределяться и отводиться по существу H-образно через внутренний швеллер 17 или, соответственно, расположенные со стороны пассажирского салона области 6 лонжерона, а также через упор 20 или, соответственно, заднюю поперечину 24.
Список ссылочных позиций
1 Донная структура
2 Область передней части автомобиля
3 Первый передний лонжерон
4 Область пассажирского салона
5 Продолжение лонжерона
6 Область лонжерона
7 Конструктивный элемент стойки A
8 Второй передний лонжерон
9 Торцевая стенка
10 Поперечина
11 Свод колесной ниши амортизационной стойки
12 Алюминиевая часть
13 Стальная часть
14 Поперечина пространства для ног
15 Первая часть поперечины
16 Вторая часть поперечины
17 Внутренний швеллер
18 Продолжение швеллера
19 Центральный туннель
20 Упор (для пяток)
21 Донная панель
22 Поперечина сиденья
23 Область транспортного средства, расположенная в задней части
24 Задняя поперечина
25 Задний лонжерон
26 Колесная ниша
27 Донная панель
28 Лобовое столкновение
29 Боковое столкновение
30 Заднее столкновение