Энергопоглощающий элемент и использующий его кузов автомобиля
Изобретение относится к кузову автомобиля. Кузов автомобиля с энергопоглощающим элементом имеет трубчатый участок в форме участка профиля, полученного роликовой формовкой из стальной ленты. Края стальной ленты сварены, и сварной шов лежит в вогнутости (9а) трубчатого участка. Продольный конец трубчатого участка вдвинут в открытый конец трубчатой части кузова. Достигается надежность и упрощение установки энергопоглощающего элемента при повышении его жесткости и незначительные габаритные размеры, при малом расходе материалов и незначительных затратах. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.
Данное изобретение относится к энергопоглощающему элементу и к кузову автомобиля, в котором он находит применение.
Энергопоглощающие элементы, часто называемые Crash-боксами, которые связывают продольные и поперечные балки рамы автомобиля, известны из различных источников. Документ DE 19751513 A1 описывает Crash-бокс, который получается из сваренной продольным швом алюминиевой трубы с прямоугольным сечением, в которой на концах трубы прорезают щели и отгибают полученные вследствие этого язычки, чтобы получать поверхности прилегания для обеспечения опоры на большой поверхности Crash-бокса на балку рамы. Эта техника рассчитана, по существу, для труб с прямоугольным поперечным сечением, поскольку, чем больше число углов на поперечном сечении трубы, тем больше число щелей, которые должны прорезаться, чтобы иметь возможность отгибать язычки, и больше число необходимых процессов изгиба. Кроме того, при не прямоугольных поперечных сечениях может возникать проблема с тем, что отогнутые язычки нельзя сразу разместить на балке, на которой они должны закрепляться.
Из полезной модели DE 20121532 U1 известен энергопоглощающий элемент, у которого трубчатый участок из алюминия или стали прямоугольного поперечного сечения для его усиления заполнен полиуретановой пеной. Хотя указывают на незначительный вес полиуретановой пены, является очевидным, что каждое достигнутое ее применением придание жесткости энергопоглощающему элементу неизбежно ведет также к увеличению веса и повышению затрат.
В DE 19540787 А1 раскрыты энергопоглощающие элементы для автомобиля, которые парно размещены с внутренней стороны поперечной балки бампера и выполнены из навитой стальной ленты, причем края стальной ленты сварены, и сварной шов находится в вогнутости энергопоглощающего элемента. Эти энергопоглощающие элементы должны быть соединены с продольной несущей балкой, однако в данной публикации не приведено никаких указаний на вид такого соединения.
Из ЕР 0637538 А1 известен энергопоглощающий элемент, собранный из нескольких металлических листов и имеющий вогнутости в поперечном сечении. В этой публикации тоже нет никаких указаний на то, каким целесообразным способом могло бы быть осуществлено соединение энергопоглощающего элемента с другими частями кузова автомобиля.
Задачей данного изобретения является предоставить кузов автомобиля, в котором просто и надежно может быть установлен энергопоглощающий элемент, который обеспечивает высокую жесткость при незначительных поперечных габаритных размерах и с малым расходом материалов и незначительными затратами.
Задача решается благодаря кузову автомобиля с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения.
Энергопоглощающий элемент согласно изобретению может быть просто и надежно установлен в кузове автомобиля за счет того, что продольный конец его трубчатого участка вдвигается в свободный конец продольной балки. Поскольку сварной шов располагается в вогнутости, то возможные неравномерности и выступы сварного шва не препятствуют монтажу энергопоглощающего элемента.
Вследствие вогнутости боковые стенки трубчатого участка в поперечном сечении являются более длинными, чем воображаемая обвитая вокруг поперечного сечения нить, которая связывает выступающие дальше всего наружу точки поперечного сечения друг с другом без погружения в вогнутость. Предпочтительно, длина боковых стенок трубчатого участка, по меньшей мере, на четверть больше, чем длина нити.
Сравнительно простой, но эффективной для придания жесткости формой поперечного сечения трубчатого участка являются два связанных перемычкой полых профиля.
Крепежный фланец для соединения энергопоглощающего элемента с частью кузова целесообразно приваривать на продольном конце трубчатого участка.
В автомобильном кузове энергопоглощающий элемент предпочтительно расположен между продольной балкой и поперечиной кузова, проходя в продольном направлении автомобиля, чтобы в случае лобового столкновения подаваться с меньшей скоростью и иметь возможность защитить продольную балку от деформации.
Энергопоглощающий элемент может быть закреплен в трубчатой части кузова, по меньшей мере, одним штыревым элементом, пересекающим часть кузова, как например, заклепка или болт.
Дальнейшие признаки и преимущества изобретения явствуют из следующего описания примеров выполнения со ссылками на приложенные чертежи. Они показывают:
фиг.1 - аксонометрическая проекция поперечины кузова автомобиля, которая связана двумя энергопоглощающими элементами согласно изобретению с двумя продольными балками;
фиг.2 - увеличенное изображение трубчатого участка энергопоглощающего элемента; и
фиг.3 - в разрезе, энергопоглощающий элемент и базирующая его продольная балка,
фиг.4 - альтернативное выполнение поперечины и воздействующих на нее энергопоглощающих элементов;
фиг.5 - выполнение поперечины и действующего на нее энергопоглощающего элемента, не входящее в рамки изобретения;
фиг.6 - иное измененное выполнение поперечины и воздействующего на нее энергопоглощающего элемента;
фиг.7 - вариант энергопоглощающего элемента;
фиг.8-11 - альтернативные поперечные сечения трубчатого участка соответствующего изобретению энергопоглощающего элемента.
Фиг.1 представляет схематический фрагмент рамы кузова автомобиля с двумя частично представленными продольными балками 2 и поперечиной 1, которые связаны друг с другом энергопоглощающими элементами 3. Поперечина 1 соединена из двух листов 4, 5, причем внутренний лист 4 отформован до примерно U-образного поперечного сечения с выступающими вверх и вниз краевыми перемычками, и, по существу, плоский внешний лист 5 прикрывает открытую сторону U-образного поперечного сечения и приварен по выступающим краям. Продольные балки 2 представлены на чертеже для простоты в качестве труб с прямоугольным поперечным сечением, тем не менее, они могут быть сварены тем же самым способом, что и поперечина 1, из отдельных листов.
Энергопоглощающие элементы 3 содержат по одному трубчатому участку 6, который получен роликовой формовкой стальной листовой полосы в полый профиль и отрезанием части от этого полого профиля. К одному концу трубчатого участка 6 приварены соответственно два крепежных фланца 7, из которых на фиг.1 соответственно можно видеть только один. Крепежные фланцы 7 прилегают соответственно к верхней и нижней полке U-образного поперечного сечения листа 4 поперечины 1 и удерживаются на ней болтами.
Обратные концы трубчатых участков 6 вдвинуты в соответствующие продольные балки 2 и закреплены в них болтами 8, которые проходят соответственно сквозь отверстия в стенках продольной балки 2 и введенного в нее трубчатого участка 6.
На фиг.3 показаны продольная балка 2 и находящийся там трубчатый участок 6, в разрезе на высоте болта 8.
Как можно видеть на фиг.2 и 3, форма поперечного сечения трубчатого участка 6 может пониматься как производная от прямоугольной в плане формы, причем в двух длинных сторонах этого прямоугольника образовано по одной вогнутости в форме канавки 9 с прямоугольным поперечным сечением. Донные части двух канавок 9 касаются друг друга, и в донной части одной из двух канавок 9, обозначенной 9а, стыкуются края 10 стальной ленты, из которой роликовой формовкой произведен трубчатый участок 6, так что форма поперечного сечения получается из двух прямоугольных полых профилей 11, связанных двустенной перемычкой 12. Края 10 сварены друг с другом и с донной частью противоположной канавки 9. Локализация сварки в донной части канавки 9а имеет таким образом, с одной стороны, то преимущество, что за одну единственную рабочую операцию края 10 могут связываться друг с другом и с донной частью противоположной канавки 9b, что придает большую жесткость трубчатому участку 6, чем если бы эти канавки не были связаны между собой. С другой стороны, выступы, возможно возникающие при сварке из-за расположения сварного шва в канавке 9а, не могут препятствовать подогнанному вводу трубчатого участка 6 в продольную балку 2.
Длина стенок трубчатого участка 6 в поперечном сечении, т.е. ширина металлической полосы, из которой отформован трубчатый участок 6, на величину двойной длины узкой стороны больше, чем длина воображаемой нити, обвитой вокруг трубчатого участка 6. При соотношении длин сторон прямоугольной в плане формы, например, 1 к 1,5 это означает, что длина стенок примерно на 40% больше, чем длина нити. Необходимая для реализации этой большой длины стенки многократно сложенная структура поперечного сечения, при в целом 12 кромках вместо четырех при простом прямоугольном поперечном сечении, ведет к улучшенной жесткости по сравнению с прямоугольным поперечным сечением, даже если площадь стенок поперечного сечения и вместе с тем израсходованное количество и вес материала соответствующего изобретению трубчатого участка не больше, чем при простом прямоугольном поперечном сечении профиля.
Фиг.4 показывает альтернативное выполнение поперечины 1 и закрепленных на ней энергопоглощающих элементов 3.
Горизонтальные фланцы 7 из фиг.1 здесь заменены двумя вертикальными фланцами 7а, 7b, из которых один фланец 7а приварен к U-образному листу 4 поперечины 1, а другой - к концу одного из энергопоглощающих элементов 3, и удерживаются болтами 14.
Фиг.5 показывает в увеличенном масштабе фрагмент другого (не подпадающего под объем защиты данного изобретения) варианта выполнения поперечины 1 и одного из закрепленных на ней энергопоглощающих элементов 3. Энергопоглощающий элемент 3 закреплен на поперечине 1, как показано на фиг.4, двумя свинченными друг с другом вертикальными фланцами 7а, 7b. Энергопоглощающий элемент 3 здесь не входит с зацеплением в продольную балку 2, а обращенные друг к другу концы энергопоглощающего элемента 3 и продольной балки 2 соответственно закрыты приваренными пластинами фланцев 7с и соответственно 7d, которые связаны болтами 14, как и пластины фланцев 7а, 7b. Сварные швы между U-образным листом 4 и пластиной фланца 7а и соответственно, между энергопоглощающим элементом 3 и пластиной фланца 7 с обозначены позицией 15.
Как показывает фиг.6, это соединение с помощью фланцев 7 или 7а, 7b между энергопоглощающим элементом 3 и поперечиной 1 может заменяться также непосредственной сваркой со сварными швами 15.
Внутренний лист 4 поперечины не имеет здесь простого U-образного профиля как в рассмотренных выше вариантах выполнения, однако имеет повышенную жесткость из-за одного двойного профиля, причем канавки 9 энергопоглощающего элемента 3 находятся на одной прямой с промежутком 6 между двумя перемычками U-образных профилей внутреннего листа 4. Такой двойной U-образный профиль может комбинироваться, само собой разумеется, также с описанными выше вариантами выполнения.
Приваренные к трубчатому участку 6 энергопоглотителя 3 фланцы 7b или 7с могут также быть заменены фланцами 7', которые, как показано во фрагменте энергопоглощающего элемента на фиг.7, получены за счет выполнения прорези в трубчатом участке 6 вдоль его кромок и отгибания под прямым углом.
Само собой разумеется, в рамках изобретения возможны многочисленные альтернативные формы поперечного сечения трубчатого участка 6, например, с плоскими канавками 9, 9а, которые не касаются друг друга, как показано на фиг.8, выполненная "в талию" форма поперечного сечения как на фиг.9, или форма поперечного сечения по фиг.10, которая, по существу, одинакова с фиг.2 и 3, за исключением того, что для экономии веса края 10 сварены друг с другом не в донной части канавки 9а, а каждый сам по себе, только с донной частью противоположной канавки 9b. Также является возможной S-образная форма поперечного сечения, как показано на фиг.11, при которой края 10 приварены соответственно с различных сторон к центральной области 13 металлической полосы. Также, само собой разумеется, посредством роликовой формовки металлической полосы может выполняться известное прямоугольное поперечное сечение.
1. Кузов автомобиля с энергопоглощающим элементом (3), имеющим трубчатый участок (6) в форме участка профиля, полученного роликовой формовкой из стальной ленты, причем края стальной ленты сварены, и сварной шов лежит в вогнутости (9а) трубчатого участка (6), отличающийся тем, что продольный конец трубчатого участка (6) вдвинут в открытый конец трубчатой части (2) кузова.
2. Кузов по п.1, отличающийся тем, что боковые стенки трубчатого участка (6) в поперечном сечении имеют длину, которая, по меньшей мере, на одну четверть больше, чем длина обвитой вокруг поперечного сечения нити.
3. Кузов по п.1, отличающийся тем, что трубчатый участок (6) в поперечном сечении имеет больше, чем четыре кромки.
4. Кузов по п.1, отличающийся тем, что трубчатый участок отформован как два полых профиля (11), связанных перемычкой (12).
5. Кузов по п.1, отличающийся тем, что к продольному концу трубчатого участка (6) приварен крепежный фланец (7, 7b, 7с) для стыковки с частью кузова.
6. Кузов по п.1, отличающийся тем, что на продольном конце трубчатого участка (6) крепежный фланец для стыковки с частью кузова отогнут как выполненная в виде единого целого деталь.
7. Кузов по п.1, отличающийся тем, что энергопоглощающий элемент (3) расположен между продольной балкой (2) и поперечиной (1) кузова, проходя в продольном направлении автомобиля.
8. Кузов по п.1 или 7, отличающийся тем, что энергопоглощающий элемент (3) закреплен в трубчатой части кузова, по меньшей мере, одним стержневым элементом (8), пересекающим часть кузова (2).
9. Кузов по п.1, отличающийся тем, что трубчатый участок (6) имеет прямоугольную форму поперечного сечения, причем в каждой из длинных сторон прямоугольника выполнено по одной вогнутости (9, 9а).
