用于车辆的加强元件、用于制造该加强元件的方法以及门组件与流程

本发明涉及一种用于加强车辆的门结构件的加强元件，所述加强元件沿着主方向延伸并且包括至少一个主部，该至少一个主部具有沿大致垂直于主方向的平面延伸的加强截面。

背景技术：

对汽车车身结构件的一般要求是在碰撞期间和在由于冲击力作用在车辆上而涉及非常高的负载的其它情况下为乘车者提供高度的安全性。

为了为车辆的乘车者获得高度的安全性，车辆的车身结构件必须设计成通过以有效的方式吸收并分配冲击力而提供高强度和高抗冲击力。这通常借助于车辆中的各种加强结构件和部件来实现。

特别地，为了使在侧面碰撞事故中由于到乘客室中的侵入导致的安全隐患最小化，已知为车辆的门设置以适当地布置在门内部——即，门的内板与外板之间——的梁或其它加强部件形式的结构加强元件。以这种方式，结构加强件在碰撞——特别地涉及侧面碰撞门——期间，提供对冲击力的吸收及分配。

当设计这种加强元件时，必须遵守通常彼此冲突的若干要求。事实上，期望优化加强元件的性能，以确保在吸收冲击载荷——主要地吸收弯曲载荷——期间和在故障之前的明显偏移期间吸收大量的能量。同时，放置在门的内板与外板之间的加强元件应当具有相对小的截面，以避免干扰也设置在门内的其它结构件和机构，例如在门窗打开时的门玻璃和用于操作门玻璃的机构。

此外，期望减小车辆的总重量，以减少车辆的能量损耗，从而满足未来的环境要求。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题，并且特别地，提供一种具有减小的厚度和减小的重量并且仍然确保提高的抗侧面碰撞力的加强元件。

为此，本发明涉及一种用于加强车辆的门结构件的加强元件，所述加强元件沿着主方向延伸，并且包括至少一个主部，该至少一个主部具有沿大致垂直于主方向的平面延伸的加强截面，其特征在于，加强截面包括至少四个相邻的分支，每个分支沿不同的方向延伸，两个连续的分支形成非零角，所述非零角中的至少两个非零角具有相反的符号。

特别地，本发明涉及一种用于加强车辆的门结构件的加强元件，所述加强元件沿着主方向延伸，并且包括至少一个主部，该至少一个主部具有沿大致垂直于主方向的平面延伸的加强截面，其特征在于，加强截面包括至少四个相邻的分支，每个分支沿不同的方向延伸，两个连续的分支形成非零角，所述非零角中的至少两个非零角具有相反的符号，所述相邻的分支包括第一分支、第二分支和第三分支，所述第一分支与所述第二分支形成第一非零角，所述第二分支与所述第三分支形成第二非零角，所述第一非零角和所述第二非零角具有相同的符号，所述第一分支和所述第二分支通过第一弓形接合部接合在一起，所述第二分支和所述第三分支通过第二弓形接合部接合在一起，所述第一弓形接合部的曲率半径和所述第二弓形接合部的曲率半径大致包括在5mm与d/2之间，其中，d是所述第一分支与所述第三分支之间的距离。

第一分支大致沿第一平面延伸，第二分支大致沿第二平面延伸，以及第三分大致沿第三平面延伸，第一平面和第二平面沿着第一相交线相交，并且第二平面和第三平面沿着第二相交线相交，第一相交线和第二相交线大致平行，d是第一相交线与第二相交线之间的距离。

与平面的加强元件相比，加强元件由于主部段的几何形状，而可以在不需要大截面的情况下、于弯曲之前吸收大量的能量，并且因此提供提高的抗冲击力。

根据本发明的其它有利方面，加强元件包括经单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或更多个特征：

-所述主部的至少一部分由拉伸强度高于或等于1300MPa的压制硬化钢制成；

-压制硬化钢为

-在加强截面中，包括至少五个相邻的分支，每个分支沿不同的方向延伸，第一分支与第二分支形成第一非零角，第二分支与第三分支形成第二非零角，第三分支与第四分支形成第三非零角，第四分支与第五分支形成第四非零角，所述第一角和第二角具有相同的符号，所述第三角和第四角具有与第一角和第二角的符号相反的符号。

-所述非零角的绝对值大致包括在80°与90°之间；

-两个连续的分支通过弓形接合部接合在一起；

-弓形接合部的曲率半径大致包括在5mm与15mm之间；

-加强截面的分支中的至少一个分支的长度和/或角中的至少一个角的绝对值沿着主方向变化。

本发明还涉及一种车辆的门组件，所述门组件包括门结构件，该门结构件包括窗框和门板，其特征在于，所述门组件还包括延伸横过门板的根据本发明的加强元件。

根据本发明的其它有利方面，门组件包括经单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的以下特征中的一个或更多个特征：

-门结构件由与加强元件的材料不同的金属材料制成；

-门板由前边缘、大致平行于前边缘的后边缘、在前边缘的端部与后边缘的端部之间延伸的下边缘和上边缘界定，所述上边缘限定窗框的边缘，加强元件在上边缘与下边缘之间、从前边缘延伸至后边缘，并且加强元件大致平行于上边缘。

本发明还涉及一种包括根据本发明的门组件的车辆。

本发明还涉及一种用于制造根据本发明的加强元件的方法，包括以下步骤：

-对加强元件坯料进行热冲压以使主部的加强截面成形；

-以大于或等于27℃/s的冷却速率对加强元件进行冷却，以获得由马氏体构成的组织。

附图说明

通过阅读参照附图给出的以下描述将更好地理解本发明的其它特征和优点，在附图中：

-图1示出了根据特定实施方式的门组件；

-图2示出了图1的门组件的加强元件的立体图；

-图3示出了沿着图2的加强元件的线III-III的截面；

-图4至图8示出了用于制造图2的加强元件的方法的连续步骤。

具体实施方式

在下面的描述中，参照所示出的元件、部件或结构件的在组装在车辆结构件上时的通常取向来解释术语内、外、前、后、横向、纵向、竖向和水平。

图1示出了根据实施方式的汽车的门组件3。

该示例性实施方式的门组件3是载客车辆——例如，皮卡车——的前驾驶员侧门。

门组件3包括门结构件5和加强元件7。门组件3还包括铰链加强元件9和11以及腰部加强元件13。

门结构件5包括门板20和窗框22。

门板20是用于接合至门外板(未示出)的门内板。当接合在一起时，门内板20和门外板限定具有面向车辆前方的前部和面向车辆后方的后部的中央空间。

门内板20由前边缘20a、后边缘20b、下边缘20c和上边缘20d界定。前边缘20a和后边缘20b彼此大致平行，并且沿大致竖向方向延伸。下边缘20c和上边缘20d在前边缘20a的端部与后边缘20b的端部之间延伸。下边缘20c和上边缘20d彼此大致平行，并且沿大致水平方向延伸。

窗框22限定用于接纳门玻璃的开口24。窗框22由前边缘22a、后边缘22b、下边缘22c和上边缘22d界定。下边缘22c由门内板20的上边缘20d限定。下边缘22c和上边缘22d彼此大致平行，并且沿大致水平方向延伸。前边缘22a和后边缘20b在下边缘22c的端部与上边缘22d的端部之间延伸。后边缘20b沿大致竖向方向延伸。前边缘22a从上边缘22d的前端部沿斜方向向前并且向下延伸至下边缘22c的前端部。前边缘22a、后边缘22b、下边缘22c和上边缘22d限定开口24。

例如，窗框22与门内板20一体地制成。

门内板20和窗框22由钢——例如，高成形性钢——制成。钢可以是涂覆的或未涂覆的。

例如，门内板20的厚度为0.65mm。

例如，窗框22的厚度为1.1mm。

门结构件5例如通过对经由焊接组装几个坯料而形成的激光焊接了的坯料进行冲压来制造。

腰部加强元件13在前边缘20a处例如通过焊接或螺栓连接而附接至门内板20。

腰部加强元件13由钢制成，例如由具有包括在390MPa与450MPa之间的拉伸强度和包括在300MPa与360MPa之间的屈服强度的冷成型钢制成。

铰链加强元件9和11包括上铰链加强元件9和下铰链加强元件11。上铰链加强元件9和下铰链加强元件11在门内板20的外侧部上附接至门内板20，以被接纳在形成在门内板20与门外板之间的中央空间内。

上铰链加强元件9和下铰链加强元件11在将门组件3接合至车身的铰链的区域中为门内板20提供加强。

上铰链加强元件9和下铰链加强元件11由钢制成，优选地由压制硬化钢制成，所述压制硬化钢一旦被压制，就具有高于或等于1300MPa的拉伸强度。

例如，压制硬化钢具有一种组成，该组成包含以重量％计的：0.10％≤C≤0.5％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤1％、0.01％≤Cr≤1％、Ti≤0.2％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％、0.0005％≤B≤0.010％、余量由铁和制造时产生的不可避免的杂质组成。

压制硬化钢例如是特别地是或

钢可以是涂覆的或未涂覆的。

加强元件7是门梁的形式。

在侧面冲击碰撞的情况下，加强元件7用于吸收来自冲击力的能量，以防止门组件3的其它部分塌陷和故障，从而保护车辆的乘车者。

当加强元件7附接至门内板20时，其在前边缘20a与后边缘20b之间纵长地延伸横过门内板20。当门内板20和门外板接合在一起时，加强元件7在形成在门内板20与门外板之间的中央空间的前部和后部之间纵长地延伸横过。

加强元件7沿着主方向——例如，沿着大致水平的纵向方向——在前边缘20a与后边缘20b之间延伸。

加强元件7因此大致平行于上边缘20d或门内板20。

加强元件7包括主部30和两个端部，即前端部32a和后端部32b。主部30在前端部32a与后端部32b之间延伸。

加强元件7用于借助于前端部32a和后端部32b例如通过焊接附接至门内板20。

主部30通常包括用于在加强元件7附接至门内板20时朝向门内板20定向的内面、和用于朝向门外板定向的外面。

如图2和图3中更详细地示出的，主部30具有沿大致垂直于主方向的平面延伸的加强截面40。

加强截面40通常包括至少四个相邻的分支42，每个分支沿不同的方向延伸，每组两个连续的分支形成非零角，所述非零角中的至少两个非零角具有相反的符号。

加强截面40因此具有折叠的形状。

由于该折叠的形状，当加强元件7遭受冲击时，加强元件7在弯曲之前首先展开。因此，加强元件7通过避免到乘客室中的侵入来保护车辆的乘车者，并且可以首先通过展开然后通过弯曲来吸收大量的能量。

优选地，非零角的绝对值大致包括在80°与90°之间，优选地在85°与90°之间。

由于非零角的较高的值，因此展开加强元件7需要大量的能量，使得在冲击期间，加强元件7可以在弯曲之前吸收大量的能量。

此外，如下面进一步详细解释的，相邻的分支42包括第一分支、第二分支和第三分支，第一分支与第二分支形成第一非零角，第二分支与第三分支形成第二非零角，第一非零角和第二非零角之间的符号相同。第一分支大致沿第一平面延伸，第二分支大致沿第二平面延伸，以及第三分支大致沿第三平面延伸，第一平面、第二平面和第三平面是不同的。

第一分支和第二分支通过第一弓形接合部接合在一起，并且第二分支和第三分支通过第二弓形接合部接合在一起。

这种弓形接合部确实提供了比尖锐的接合部低的应力集中系数Kt。

第一弓形接合部的曲率半径和第二弓形接合部的曲率半径大致包括在5mm与d/2之间，其中，d是第一分支与第三分支之间的距离。该距离d是如沿第二平面测量的第一平面与第三平面之间的距离。

更具体地，第一平面和第二平面沿着第一相交线相交，并且第二平面和第三平面沿着第二相交线相交。第一相交线和第二相交线大致平行。距离d因此是第一相交线与第二相交线之间的距离。

例如，如上限定的第一分支与第三分支之间的距离d为30mm。在该示例中，第一弓形接合部的曲率半径和第二弓形接合部的曲率半径大致包括在5mm与15mm之间。

由于曲率半径的该值，可以获得具有满意且均匀的机械性能的加强元件7。

事实上，如下面进一步详细公开的，加强元件7例如通过热冲压大致平面的加强元件坯料来制造。在冲压期间，由于所选择的曲率半径的值，使模具与加强元件坯料的尚未成形的区域之间的接触表面最小化。因此，使还可能会发生在这些区域与模具之间的热传递减少，从而防止这些区域以不受控的方式冷却，这可能会导致差的和/或不均匀的机械性能。

相邻的分支42还包括与第三分支形成第三非零角的第四分支，第三非零角具有与第一非零角和第二非零角的符号相反的符号。优选地，第三分支和第四分支也通过弓形接合部43接合在一起。

主部30可以具有可变的截面。例如，加强截面40的分支42中的至少一个分支的长度和/或角中的至少一个角的绝对值可以沿着主方向变化。

在图2和图3中所示的示例中，加强截面40包括七个分支：第一分支42a、与第一分支42a相邻的第二分支42b、与第二分支42b相邻的第三分支42c、与第三分支42c相邻的第四分支42d、与第四分支42d相邻的第五分支42e、与第五分支42e相邻的第六分支42f和与第六分支42e相邻的第七分支42f分支。

加强截面还包括两个腿部44a、44b，两个腿部44a、44b分别接合至第一分支42a和第七分支42g并分别与第一分支42a和第七分支42g形成非零角。

例如，加强截面40关于进入第四分支42d的中间部的大致水平线对称。

分支42a、42b、42c、42d、42e、42f沿不同的方向延伸。

事实上，每个分支42与每个相邻的分支形成非零取向角。因此，第一分支42a与第二分支42b形成第一角α_ab，第二分支42b与第三分支42c形成第二角α_bc，第三分支42c与第四分支42d形成第三角α_cd，第四分支42d与第五分支42e形成第四角α_de，第五分支42e与第六分支42f形成第五角α_ef，以及第六分支42f与第七分支42g形成第六角α_fg，这些角是非零角。

第一分支大致沿第一平面延伸，第二分支大致沿第二平面延伸，第三分支大致沿第三平面延伸，第四分支大致沿第四平面延伸，第五分支大致沿第五平面延伸，第六分支大致沿第六平面延伸，以及第七分支大致沿第七平面延伸。

例如，第一分支42a、第三分支42c、第五分支42e和第七分支42g分支是大致水平的，并且第二分支42b、第四分支42d和第六分支42f分支是大致竖向的。因此，第一平面、第三平面、第五平面和第七平面是大致平行的。第二平面和第六平面是大致相同的，并且平行于第四平面。

每个分支优选地通过弓形接合部接合至相邻的分支(多个分支)。

第一分支42a和第二分支42b通过第一弓形接合部接合在一起，第二分支42b和第三分支42c通过第二弓形接合部接合在一起，第三分支42c和第四分支42d通过第三弓形接合部接合在一起，第四分支42d和第五分支42e通过第四弓形接合部接合在一起，第五分支42e和第六分支42f通过第五弓形接合部接合在一起，以及第六分支42f和第七分支42g通过第六弓形接合部接合在一起。

第一α_ab角、第二α_bc角、第五α_ef角和第六α_fg角具有相同的符号，而第三α_cd角和第四α_de角具有与第一α_ab角、第二α_bc角、第五α_ef角和第六α_fg角相反的符号。

因此，第一分支42a、第二分支42b和第三分支42c一起形成朝向第一方向——例如，朝向门内板20——定向的凹曲线。第三分支42c、第四分支42d和第五分支42e一起形成朝向与第一方向相反的第二方向——即，朝向门外板——定向的凹曲线。第五分支42e、第六分支42f和第七分支42g一起形成朝向第一方向定向的凹曲线。

接合第一分支42a、第二分支42b和第三分支42c的弓形接合部——即，第一弓形接合部和第二弓形接合部——朝向第一方向定向。类似地，接合第五分支42e、第六分支42f和第七分支42g的弓形接合部——即，第五弓形接合部和第六弓形接合部——朝向第一方向定向。

接合第三分支42c、第四分支42d和第五分支42e的弓形接合部朝向第二方向定向。

第一弓形接合部的曲率半径和第二弓形接合部的曲率半径大致包括在5mm与d₁/2之间，d₁是第一分支42a与第三分支42c之间的距离。该距离d₁是如沿第二平面测量的第一平面与第三平面之间的距离。具体地，如上所解释，第一平面和第三平面沿着两条大致平行的相交线与第二平面相交，距离d₁是这两条相交线之间的距离，如图3中所示。

类似地，第五弓形接合部的曲率半径和第六弓形接合部的曲率半径大致包括在5mm与d₂/2之间，d₂是第五分支42e与第七分支42g之间的距离。该距离d₂是如沿第六平面测量的第五平面与第七平面之间的距离。具体地，第五平面和第七平面沿着两条大致平行的相交线与第六平面相交，距离d₂是这两条相交线之间的距离。

具体地，在距离d₁和d₂为约30mm的情况下，第一弓形接合部、第二弓形接合部、第五弓形接合部和第六弓形接合部优选地具有包括在5mm与15mm之间的曲率半径。

例如，第三弓形接合部的曲率半径和第四弓形接合部的曲率半径也包括在5mm与15mm之间。

例如，朝向门内板20定向的弓形接合部的——即，第一弓形接合部、第二弓形接合部、第五弓形接合部和第六弓形接合部的——曲率半径大于朝向门外板定向的弓形接合部——即，第三弓形接合部和第四弓形接合部——的曲率半径。

例如，朝向车辆内部定向的弓形接合部的曲率半径大致等于11mm，而朝向车辆外部定向的弓形接合部的曲率半径大致等于8mm。

主部30具有包括在0.6mm与3mm之间——例如，包括在1mm与1.5mm之间——的限定为主部的沿着横向方向的尺寸的厚度。

由于加强截面40的折叠的几何形状，主部30具有限定为主部30凸包络的厚度的总厚度，该总厚度大于主部30的沿着横向方向的厚度，例如包括在30mm与40mm之间，例如，36mm。

然而，该总厚度保持足够小，使得加强元件可以在不干扰也放置在中央空间内的其它结构件和机构的情况下配装在由门内板20与门外板之间限定的中央空间中。

优选地，加强元件7的主部30由压制硬化钢制成，压制硬化钢一旦被压制，就具有高于或等于1300MPa的拉伸强度。

例如，压制硬化钢具有一种组成，该组成包含以重量％计的：0.10％≤C≤0.5％、0.5％≤Mn≤3％、0.1％≤Si≤1％、0.01％≤Cr≤1％、Ti≤0.2％、Al≤0.1％、S≤0.05％、P≤0.1％、0.0005％≤B≤0.010％、余量由铁和制造时产生的不可避免的杂质组成。

压制硬化钢例如是具体地是或

钢可以是涂覆的或未涂覆的。

优选地，压制硬化钢在钢被压制之前具有基本上由铁素体和珠光体构成的组织，并且在压制之后具有由马氏体构成的组织。

因此，加强元件7的主部30由具有由马氏体构成的组织的钢制成。

加强元件7例如通过热冲压加强元件坯料来制造。加强元件坯料是具有适于使得其可以被热冲压以形成加强元件7的形状的大致平面的坯料。

图4至图8示出了用以成形加强元件7的热冲压过程。

加强元件坯料50首先被加热到合适的温度，例如900℃，并且放置在包括下模54、下坠模(whipper die)56和冲头58的双动压力机52中。

最初(图4)，坯料50位于下模54上，下模54的形状与将要形成的加强元件7的形状互补。由于在下模54中反映加强元件7的曲率半径，使尚未成形的坯料50与下模54之间的接触最小化，使得从坯料50至下模54的热传递减少。

具有与加强元件7的第二分支至第六分支的部分大致互补的形状的冲头58压制在坯料50上，以成形这些分支(图5和图6)。

如图5和图6中所示，由于在下模54和冲头58中反映加强元件7的曲率半径，一方面的坯料50与另一方面的冲头58和下模54之间的接触表面事实上减小至坯料的已经成形或正在成形的区域。因此，在该步骤期间，使从坯料50尚未成形的区域至下模54和冲头58的热传递减少。

然后将下坠模56压制在坯料50上，以成形第一分支与第一弓形接合部、并且成形第七分支与第六弓形接合部。在该步骤期间，如图7和图8中所示，坯料50与下坠模56之间的接触表面也事实上减少至坯料50的已经成形或正在成形的区域。

在热冲压之后，使加强元件以大于或等于27℃/s的冷却速率冷却至室温，以获得由马氏体构成的组织。

具体地，冷却速率选择成避免在形成分支42之间的接合部的区域中形成铁素体。事实上，这些区域是在热冲压期间变形最大的区域，因此这些地区中会出现铁素体的形成。

由于减少了压力机52与经加热的坯料50的尚未成形的区域之间的热传递，因此加强元件7的显微组织、并且因此的机械性能是受控且均匀的。

例如，可以通过冲压坯料、并且然后切割经冲压的坯料以形成加强元件来制造多个加强元件7，切割线位于两个不同的加强元件7的两个相邻腿部44a、44b之间。

替代性地，腿部44a、44b具有包含马氏体、贝氏体并且可选地包含铁素体的组织，主部30的剩余部分具有由马氏体构成的组织。因此，具有带有包含马氏体、贝氏体并且可选地包含铁素体的组织的腿部44a、44b使切割更容易。

事实上，当通过冲压坯料、并且然后切割经冲压的坯料来制造多个加强元件7时，具有带有包含马氏体、贝氏体并且可选地包含铁素体的组织的腿部44a、44b使切割更容易。

加强元件7内的不同组织可以通过在冲压期间向腿部44a、44b施加与向主部30的剩余部分施加的温度不同的温度来获得。

使用具有高于或等于1300MPa的拉伸强度的钢允许提高通过加强元件7所提供的对侧面碰撞的保护。此外，使用压制硬化钢既为坯料提供良好的可成形性，使得坯料可以被热冲压以在不获得钢的颈缩或增厚的情况下成形加强元件7，又在加强元件7被热冲压了的情况下，为加强元件7提供高强度。

由于主部的折叠的几何形状，当加强元件7遭受冲击时，加强截面40在加强元件7弯曲之前首先在冲击部位处展开。因此，加强元件可以在弯曲之前吸收大量的能量。

尽管示例性实施方式的门组件3是载客车辆的前驾驶员侧门，但是门组件可以替代地被构造成用作为乘客侧门或用于后车门。门组件3还可以构造成应用于全区段范围的载客车辆以及包括例如皮卡车、运动型多用途车、卡车、个人运输车辆的其它类型的车辆。

根据另一实施方式，由两个连续的分支形成的每个角具有与每个相邻角的符号相反的符号。也就是说，与两个其它分支相邻的每个分支42与这两个分支形成具有相反符号的两个角。加强截面可以例如具有W形状。