用于电池电动机动车的横梁组件的制作方法

1.本发明涉及一种用于机动车的保险杠装置的横梁组件以及一种具有这种横梁组件的、用于例如电池电动运行的机动车的保险杠装置。


背景技术：

2.对于被动安全方面的车辆前端设计，设计了两条几乎冗余的载荷路径用于车辆中的能量耗散。
3.在完全重叠或部分重叠的载荷情况下，通过吸震器和与之相连的发动机支架吸收能量。在具有点状载荷施加点的载荷情况下(例如“柱-中心”载荷情况)，能量通过内燃机的或多或少刚性的发动机缸体传递到前壁中。
4.在没有内燃机的车辆(电池电动车辆，bev)中，在这个作用链中缺少发动机缸体。但有多种方法可在柱-中心载荷情况下确保等效的乘员保护。其中之一是设计具有抗弯强度的保险杠横梁，该抗弯强度能将载荷从横梁的中心(载荷施加点)充分地传递到在车辆横向方向上作为侧面变形元件的吸震器的位置。
5.对于碰撞重量约为2500公斤的车辆，这种由高强度钢制成的横梁重达20公斤，因为这样的抗弯强度需要较高的金属板厚度。但这样高的保险杠横梁重量是不希望的。


技术实现要素：

6.在此背景下，本发明的任务是改进保险杠的横梁组件。
7.所述任务通过具有权利要求1的特征的横梁组件和具有权利要求13的特征的保险杠装置来解决。从属权利要求涉及本发明的有利扩展方案。
8.根据一个方面，提供一种用于机动车的保险杠装置的横梁组件。所述横梁组件至少具有：
9.a)尤其是用于容纳设置在车辆纵向中心轴线的第一侧上的第一变形元件的第一变形元件容纳部以及尤其是用于容纳设置在车辆纵向中心轴线的第二侧上的第二变形元件的第二变形元件容纳部。所述变形元件容纳部可分别以板材弯曲件(blechbiegeteil)构造。机动车的变形元件可被贴靠在容纳部上或推入容纳部中并且随后由此例如与其焊接或螺钉连接，从而可传递来自容纳部处的碰撞载荷的力和可能的力矩。
10.b)前横梁型材，其与所述两个变形元件容纳部中的每一个变形元件容纳部尤其是固定、即尤其是非破坏不能分离地连接并且尤其是至少在第一变形元件容纳部和第二变形元件容纳部之间延伸。优选所述前横梁型材是封闭的或开放的空心型材，其尤其是与所述两个变形元件容纳部中的每一个变形元件容纳部焊接。
11.c)后横梁型材，其与所述两个变形元件容纳部中的每一个变形元件容纳部尤其是固定、即尤其是非破坏不能分离地连接并且尤其是至少在第一变形元件容纳部和第二变形元件容纳部之间延伸。优选所述后横梁型材是封闭的或开放的空心型材，其尤其是与所述两个变形元件容纳部中的每一个变形元件容纳部焊接。
12.d)至少一个连接型材，该连接型材将前横梁型材和后横梁型材相互支撑并且为此尤其是固定、即尤其是非破坏不能分离地与所述两个横梁型材中的每一个横梁型材连接。优选所述连接型材是箱形空心型材，其在其纵向端部上与前横梁型材或后横梁型材连接、尤其是焊接。
13.根据一种实施方式，所述前横梁型材和/或后横梁型材和/或连接型材是空心型材，尤其是矩形的、圆形的、椭圆形的空心型材或箱形的空心型材，它们分别具有开放或封闭的横截面。尤其是在该实施方式中所使用的空心型材已经过优化，目的是实现尽可能高的抗弯强度-重量比。
14.根据本发明的一个方面，提供一种用于电池电动运行的机动车的保险杠装置，该保险杠装置具有：
15.i)在机动车中心纵向轴线两侧分别用于将保险杠装置支撑在机动车的车辆前端上、尤其是用于吸收碰撞载荷和/或用于相对于前轴梁或车前端的另一部件支撑碰撞载荷的变形元件。
16.ii)根据前述权利要求中任一项所述的横梁组件，每个所述变形元件与所述横梁组件的变形元件容纳部之一尤其是固定连接。
17.本发明也基于以下考虑，即用由高强度钢制成的横梁代替内燃机的载荷传递作用，该横梁可将中心碰撞载荷支撑在沿横向方向设置在外侧的变形元件(如吸震器)上，但必须具有不希望高的重量来实现这一功能。
18.现在本发明还基于下述想法，即利用桁架结构的与自重相比高的抗弯强度。为了能够使用适合的桁架结构，在车辆纵向方向上需要较大的安装空间来设置横梁组件，这在具有内燃机的车辆中通常是不存在的。
19.然而，本发明利用在bev中沿车辆方向向后通常存在的安装空间并将横梁实现为桁架结构。
20.横梁组件为此具有两个型材(前横梁型材和后横梁型材)，它们将吸震器(变形元件)相互连接。在这两个型材之间设有描绘桁架结构的短型材。
21.实现横梁组件与吸震器的连接的“鞋部”(变形元件容纳部)例如可以是金属板弯曲件和/或构造为桁架结构的组成部分。
22.根据一种实施方式，这样选择横梁的深度(即尤其是前横梁型材和后横梁型材之间的最大距离加上相应的沿车辆纵向方向的型材横截面)，使得一旦吸震器和横梁的弹性塑性路径耗尽，车辆前端中的中心载荷路径就会被激活。为此，根据一种实施方式尤其是这样设计桁架结构的载荷水平，使得其高于变形元件的载荷水平并且低于车辆前端(即例如前轴梁)中的中心载荷路径的载荷水平。换言之，在相应强的柱-中心撞击下，保险杠的变形元件——保险杠的横梁组件支撑在其上——首先变形。当吸震器的减振距离耗尽并且还必须吸收进一步的碰撞载荷时，横梁组件的桁架随后在更高的载荷水平下变形。当横梁组件的桁架的减振距离耗尽并且仍需吸收更多的碰撞载荷时，车辆前端随后在其中心载荷路径上在进一步更高的载荷水平下变形。
23.因此，可确保从碰撞时刻起，连续的、尤其是随着变形增加而增加的碰撞载荷被转化为变形能量。例如如果根据一种实施方式后横梁型材正好在变形元件的变形路径耗尽时与前轴梁接触，则通过变形元件的载荷吸收可立即被通过横梁型材的桁架结构的变形的载
荷吸收所取代，横梁型材随后可通过其后横梁型材支撑前轴梁上。
24.根据应用情况，桁架式结构可在相同的功能下与已知的横梁相比节省超过50％，但至少是30％的重量。
25.根据一种实施方式，通过吸震器之间更大的构件深度，在完全重叠的碰撞中载荷与已知横梁的情况相比可更早地被引入发动机支架之间的结构中。
26.尤其是在“柱-中心”载荷情况下，可通过桁架结构的受控失效附加地耗散能量。
27.为了特定于应用地实现希望的载荷水平，根据一种实施方式设置多个连接型材，它们相对于横梁组件的中心纵向轴线对称地设置。
28.为了提高抗弯强度，根据一种实施方式，所述连接型材以倾斜角与所述两个横梁型材中的每一个横梁型材连接，尤其是关于由两个横梁型材的间距所形成的横截面。
29.为了提高横梁组件的抗弯强度-重量比，根据一种实施方式，所述两个横梁型材和连接型材共同形成桁架结构，即尤其是将由两个横梁型材的间距所形成的横截面至少在部分区域中划分为至少基本上具有三角形形状的部分横截面。
[0030]“桁架结构”在本文中尤其是也可理解为这样的结构，在其中各个桁架杆件也可构造为型材、尤其是空心型材和/或各个杆件或型材之间的连接不仅可传递力，还可传递力矩。例如当不同的型材被焊接在一起时，在本文中也称其为“桁架结构”。术语“桁架结构”在本文中尤其是指将整个横截面划分为三角形或类似三角形的部分横截面。尤其在实施例中所示的横梁组件在本文中应被理解为桁架结构。
[0031]
为了能够在碰撞情况下在变形元件完全变形后并在车前端发生变形前提供另外的变皱区(knautzone)，根据一种实施方式，所述两个横梁型材——尤其是沿其延伸部的一部分或沿其整个延伸部——在两个变形元件容纳部之间彼此间隔开。该间距优选——尤其是在两个变形元件容纳部之间的中心——是前和/或后横梁型材横截面的多倍。
[0032]
为了提高抗弯强度，根据一种实施方式，距离在两个变形元件容纳部之间的中心具有最大值。
[0033]
为了提供尽可能大的变皱区(并利用因缺少内燃机而在bev中可用的安装空间)，根据一种实施方式，前横梁型材设置在两个变形元件容纳部之间的假想的直线连接线之前并且后横梁型材设置在该直线连接线之后，尤其是沿其在变形元件容纳部之间的延伸部的一部分或基本上沿其在变形元件容纳部之间的整个延伸部。
[0034]
为了改善行人保护，根据一种实施方式，前横梁型材围绕横梁组件的竖直轴线具有连续的、即尤其是无折弯的、沿其纵向延伸恒定或非恒定的曲率。
[0035]
为了改善连接型材在后横梁型材上的支撑并因此提高抗弯刚度，根据一种实施方式，后横梁型材具有一个或多个折弯点，在所述折弯点处后横梁型材围绕横梁组件的竖直轴线弯曲。为了提高横梁组件的刚度，根据一种实施方式，后横梁型材在所述折弯点之外至少相对于竖直轴线构造成直的，即尤其是没有曲率。尤其是在至少一个、尤其是在所有折弯点处连接型材与后横梁型材连接。
附图说明
[0036]
本发明的其它优点和应用可能性由下述结合附图的说明得出。附图如下：
[0037]
图1示出在与障碍物完全重叠的碰撞情况下具有根据本发明一种示例性实施方式
的横梁组件的保险杠装置；
[0038]
图2示出在另一种碰撞情况下——其中障碍物是一个中心撞击的柱子——图1的保险杠装置。
具体实施方式
[0039]
图1和2示出用于电池电动运行的机动车(bev)的下保险杠装置1，其中仅示出在车辆前部的前轴梁100。
[0040]
保险杠装置1在机动车(和因此保险杠装置1)的中心纵向轴线x两侧分别具有用于将保险杠装置1支撑在前轴梁100上的变形元件2.1或2.2。变形元件2.1是设置在中心纵向轴线x左侧的吸震器；变形元件2.2是设置在中心纵向轴线x右侧的吸震器。
[0041]
保险杠装置1还具有横梁组件4，每个所述变形元件2与横梁组件4的变形元件容纳部6.1或6.2焊接。
[0042]
变形元件容纳部6构造为金属板弯曲件，为了支持无错误的安装，优选首先将相应的变形元件2插入容纳部中直至止挡处，然后进行焊接。
[0043]
横梁组件4具有一个前横梁型材8，该前横梁型材构造为具有封闭的、倒圆的矩形横截面的空心型材并且与两个变形元件容纳部6.1和6.2中的每一个变形元件容纳部焊接。前横梁型材8至少大部分设置在两个变形元件容纳部6.1和6.2之间的假想的直线连接线v之前。此外，前横梁型材8围绕横梁组件的竖直轴线z具有连续的曲率，以便尤其是实现良好的行人保护。
[0044]
此外，横梁组件4具有一个后横梁型材10，该后横梁型材也构造为具有封闭的、倒圆的矩形横截面的空心型材并且与两个变形元件容纳部6.1和6.2中的每一个变形元件容纳部焊接。后横梁型材10至少大部分设置在两个变形元件容纳部6.1和6.2之间的假想的直线连接线v之后。
[0045]
因此，两个横梁型材8和10在两个变形元件容纳部2之间彼此间隔开，距离a在变形元件容纳部6之外随着逐渐接近中心纵向轴线而增加并且在中心纵向轴线m处(即在两个变形元件容纳部6之间的中心)具有最大值。
[0046]
此外，横梁组件4具有多个连接型材12.1、12.2、14.1和14.2，这些连接型材12或14中的每一个连接型材都将前横梁型材8和后横梁型材10相互支撑并且为此与两个横梁型材8和10焊接。连接型材12和14分别构造为具有封闭的、倒圆的矩形横截面的箱形空心型材。
[0047]
两个横梁型材8和10以及连接型材12和14以下述方式共同形成一个桁架结构16，即，将由两个横梁型材8和10的间距a所形成的横截面至少在部分区域中划分为至少基本上具有三角形形状的部分横截面。
[0048]
后横梁型材10具有两个折弯点18.1和18.2，在折弯点处后横梁型材围绕横梁组件4的竖直轴线z弯曲。每个折弯点18设置在桁架结构16的一个节点处。在折弯点18.1处连接型材12.1和14.1与后横梁型材10焊接，在折弯点18.2处连接型材12.2和14.2与后横梁型材10焊接。后横梁型材10在折弯点18之外至少关于竖直轴线z没有曲率。
[0049]
图1a至1c示出在与——沿横向方向y——完全重叠的障碍物200发生碰撞的情况下保险杠装置1相对于前轴梁100随时间的变形特性。图1a示出撞击时刻t1，图1b示出较晚的时刻t2(例如15ms(毫秒)之后)并且图1c示出更晚的时刻t3(例如30ms之后)。
[0050]
这样选择桁架结构16的载荷水平，使得其高于变形元件2的载荷水平并低于前轴梁100中的中心载荷路径的载荷水平。
[0051]
因此，从图1b可以看出，在障碍物200撞击之后(与图1a比较)，桁架结构16最初保持基本上不变形。相反，变形元件2——横梁组件4的桁架结构16支撑在其上——已经吸收了碰撞载荷并且从图1a中可见的额定失效部位(收缩部)开始通过形成折叠凹陷(faltenbeulen)相应地变形。
[0052]
图1c示出载荷吸收的进一步过程：当变形元件2的变形可能性耗尽时，横梁组件4的桁架结构16开始吸收载荷并且因此变形。
[0053]
在该实施例中这样选择横梁组件4的深度(即前横梁型材8和后横梁型材10之间的距离a加上相应的型材延伸)，使得一旦横梁组件4的变形可能性耗尽，后横梁型材10就会碰撞在前轴梁100上。
[0054]
由此，必要时前轴梁100可立即(即至少基本上没有时间延迟地)进一步吸收碰撞载荷。
[0055]
图2a至2c示出在与中心撞击的柱300发生碰撞的情况下保险杠装置1相对于前轴梁100随时间的变形特性。图2a示出撞击时刻t1，图2b示出较晚的时刻t2(例如18ms之后)并且图2c示出更晚的时刻t3(例如36ms之后)。
[0056]
在这种碰撞情况下也这样选择桁架结构16的载荷水平，使得在柱300撞击之后(与图2a比较)桁架结构16最初保持基本上不变形，而变形元件2在此期间已经了吸收碰撞载荷并且变形。
[0057]
图2c示出在“柱-中心”碰撞情况下载荷吸收的进一步过程：当变形元件2的变形可能性耗尽时，横梁组件4的桁架结构16开始吸收载荷并且因此变形。
[0058]
这样选择横梁组件4的深度(即前横梁型材8和后横梁型材10之间的距离a加上相应的型材延伸)，使得一旦横梁组件4的变形可能性通过柱300耗尽，后横梁型材10在此碰撞情况下也会碰撞在前轴梁100上。
[0059]
因此，在柱碰撞的情况下，也可在必要时立即(即至少基本上没有时间延迟地)通过前轴梁100的中心载荷路径进一步吸收碰撞载荷。
[0060]
在相应强的柱-中心碰撞下，保险杠装置1的变形元件2——横梁组件4以其桁架结构16支撑在其上——首先发生变形。当变形元件2的减振距离耗尽并且还必须吸收进一步的碰撞载荷时，横梁组件4的桁架结构16随后在其更高的载荷水平下变形。当桁架结构16的减振距离耗尽并且仍需吸收更多的碰撞载荷时，车前端100随后在其中心载荷路径上在其进一步更高的载荷水平下发生变形。
[0061]
在保险杠装置1作为下保险杠的实施方式中——如在所示的实施例中，在变形元件2变形期间，横梁组件4会围绕车辆横向轴线y倾斜。因此，保险杠装置1在车辆竖直方向z上也可比中心载荷路径上方的保险杠在更大的区域中起作用。
[0062]
附图标记列表
[0063]1ꢀꢀꢀꢀ
保险杠装置
[0064]2ꢀꢀꢀꢀ
变形元件
[0065]4ꢀꢀꢀꢀ
横梁组件
[0066]6ꢀꢀꢀꢀ
变形元件容纳部
[0067]8ꢀꢀꢀꢀ
前横梁型材
[0068]
10
ꢀꢀꢀ
后横梁型材
[0069]
12
ꢀꢀꢀ
连接型材
[0070]
14
ꢀꢀꢀ
连接型材
[0071]
16
ꢀꢀꢀ
桁架结构
[0072]
18
ꢀꢀꢀ
折弯点
[0073]
100
ꢀꢀ
前轴梁
[0074]
200
ꢀꢀ
完全重叠的障碍物
[0075]
300
ꢀꢀ
柱
[0076]aꢀꢀꢀꢀ
距离
[0077]mꢀꢀꢀꢀ
中心纵向轴线
[0078]
t
ꢀꢀꢀꢀ
时刻
[0079]vꢀꢀꢀꢀ
两个变形元件容纳部之间的假想的直线连接线
[0080]wꢀꢀꢀꢀ
倾斜角
[0081]
x
ꢀꢀꢀꢀ
纵向方向
[0082]yꢀꢀꢀꢀ
横向方向
[0083]zꢀꢀꢀꢀ
竖直方向