专利名称：车辆的支柱结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及支柱结构，而更具体地是涉及应用于汽车车身的支柱结构。
背景技术：
图20显示应用于汽车车身的支柱结构的例子(WO92/11158)。
中间支柱70是挤压材料或铸造材料制成的。中间支柱70装有部件72、74、76、78、80及82，它们的高度被切成彼此间逐段地不相同。
在上述的结构中，构成支柱的零件的数量增多了，而因此支柱本身的重量不利地增大了。当功能件(例如肩带锚固件)被装在中间支柱70上时，需要通过焊接或类似方法来保证安装装置(例如支架)去把功能件支承在中间支柱70上。结果是零件的数量进一步增加而其质量加大了。
EP0836983A2公开了一种支柱结构，它能使功能件合并在支柱的截面内，并且具有朝乘坐舱的内部敞开的水平截面。
当诸如撞击的负荷从其侧面作用于支柱时，难于按所希望的变形模式来使支柱变形，并且在某些情况下不能有效地吸收冲击能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种支柱结构，它能降低重量并增强对冲击能量的吸收效果。
本发明的一方面是用于车辆的支柱的支柱结构，该支柱包括支柱体，支柱体具有装有功能件的功能件安装部分。该支柱结构的特征在于支柱体和功能件安装部分是一体地形成在一起的。
根据该方面，为把功能件安装在支柱体上无需单独地安装支架或类似物。因此可减少其质量。
图1是根据本发明第一实施例的支柱结构的侧视图，是从乘坐舱内部观察的；图2是沿图1的II-II线所取的剖视图；
图3是沿图1的III-III线所取的剖视图；图4是沿图1的IV-IV线所取的剖视图；图5是根据本发明第二实施例的支柱结构的侧视图，是从车辆的外部观察的；图6是沿图5的VI-VI线所取的剖视图；图7是沿图5的VII-VII线所取的剖视图；图8是沿图5的VIII-VIII线所取的剖视图；图9是沿图5的IX-IX线所取的剖视图；图10是表示第二实施例的支柱结构的变形状态的视图；图11是表示第二实施例的支柱结构的变形状态的视图；图12是第二实施例的支柱结构的剖视图，是从车辆的外部观察的；图13是第二实施例的支柱结构的剖视图，是从车辆的外部观察的；图14是根据本发明第三实施例的支柱结构的剖视图，是从车辆的外部观察的；图15是沿图14的XV-XV线所取的剖视图；图16是沿图14的XVI-XVI线所取的剖视图；图17是表示铝合金的拉伸负荷与位移量之间的关系的曲线图；图18是表示第三实施例中的变形状态与弯矩之间的关系的示图；图19是第三实施例中的车辆支柱的剖视图；和图20是表示传统的支柱结构的透视图。
具体实施例方式
首先，参考图1～3来解释本发明第一实施例的支柱结构。
在各图中，箭头FR标示车辆的向前方向，箭头UP标示车辆的向上方向，而箭头IN标示车辆宽度的向内方向。
如图1所示，本实施例的支柱结构被应用于车辆10每个左右中间支柱12中。每个中间支柱12的上端部12A连接于车顶侧轨14，而中间支柱12的下端部12B与摇摆器16连接。中间支柱12由轻合金(例如铝合金及镁合金)铸造而成。
高于中间支柱12的基本中间的部分(在图1中其位置以点划线表示)的中间支柱12的上部分12D于车辆的垂直方向上与肋30在其敞开的截面内制成一体而作为变形模式控制装置，此装置从侧边看是菱形格子形式的。多个(本实施例中是3个)功能件安装部分122形成在车身的纵向方向上位于中间支柱12的中央区域处的肋30交叉点上。
图2是沿图1的II-II线所取的(支柱上部分的)剖视图，而图3是沿图1的III-III线所取的(支柱下部分)的剖视图。
如图2及3中所示，中间支柱12具有敞开口的截面结构，该结构具有朝向乘坐舱内部的开口。
中间支柱12包含敞开的截面结构的支柱体20和功能件安装部分122。支柱体20与功能件安装部分122是一体地制成在一起的。每个功能件安装部分是122是圆柱形的中空凸台，而螺纹部分124形成在圆柱形中空凸台的内周边上。作为功能件的可调节肩带锚固件的滑轨126利用安装件128(例如螺钉)通过垫圈127安装在螺纹部分124上。
图4是沿图1的IV-IV线所取的中间支柱12的(垂直)剖视图。
如图4所示，滑轨126及安装件128是这样容纳在中间支柱12的敞开的截面内，即它们不会从乘坐舱的内侧12I向乘坐舱内部突出。
可调节肩带锚固件的滑动连接件40安装在中间支柱12上。中间支柱12的下部分连接在底板42上。
在本实施例的支柱结构中，由于中间支柱12的支柱体20与功能件安装部分122是一体制成的，为把功能件安装在支柱体上，不需单独地安装支架或类似件。因此，可减小质量。
每个功能件安装部分122由其内设置有螺纹部分124的中空凸台制成。有可能有效地增强尽可能少的部分(紧固部分)。还有，由于功能件安装部分122被制成中空的凸台，和螺母不同，无需考虑标准外形就能保证所需的强度。结果是紧固部分用小的质量就能有效地得到加强。
根据本实施例的支柱结构，滑轨126及安装件128这样容纳于中间支柱12的敞开截面中，即它们不会从乘坐舱的内侧12I向乘坐舱内部突出(图2中的向下方向)。结果是增宽了乘坐舱的空间。
另外，由于肋30可控制对于侧面碰撞的中间支柱12变形模式，不需要单独提供带变形模式控制装置的支柱体20，就可能控制对于侧面冲击的支柱变形模式。通过改变厚度W，距离L1、L2，图1中所示的肋30的结构，以及图4中所示的肋30的高度H，就可容易地获得所希望的支柱变形模式。
在本实施例的支柱结构中，肋30只形成在中间支柱12的上部分12D上。结果，当负荷在车身的侧向从外部作用在中间支柱12上时(图4中的箭头F)，位于车身侧向外侧(图4中的左侧)的中间支柱12的下部分12E，相对于中间支柱12的上部分12D移向车身侧向的内侧。结果是可减小整个中间支柱12进入乘坐舱的量。
本实施例可应用一种不使用肋30作为变形模式控制装置的结构，支柱体20的上部分12D的厚度造得比下部分12E厚些，所以下部分12E比上部分12D更可能变形。另一种情况是，只是支柱体20的上部分12D进行过热处理，所以下部分12E比上部分12D更可能变形。此外，两部分可进行各自的不同热处理，如同稍后参考第三实施例所描述的。
另一种办法是，在上部分12D与下部分12E两部分上可以这样形成各肋，在上部分12D上的肋比在下部分12E上的更密集。肋30的外形不局限于从侧边看是菱形格子状，它可以是其它的形状，例如从侧边看是梯子形状的。
虽然已解释过滑轨126被安装在中间支柱12上作为本实施例的功能件，但另一个功能件，例如不是滑轨的室灯，也可装在本发明的支柱结构上。
另外，本实施例的支柱结构也可应用于其它的支柱，例如前支柱及后支柱。
其次，将解释本发明的第二实施例。
本实施例的中间支柱12示于图5中。
与第一实施例相同的部件用相同的符号标示，并省略了其解释。
如图6所示，第二实施例的中间支柱12包含支柱体的第一部分22和第二部分24以及截面转换部分26，截面转换部分26是使第一及第二部分互相连接的连接件。
支柱体的第一部分22具有帽状的敞开截面结构(图7)，该结构具有引向乘坐舱的内部的开口22A。
在截面转换部分26中，开口26A的方向从乘坐舱的内部转变到外部(图8)。
支柱体的第二部分24是帽状的敞开截面结构，该结构具有引向乘坐舱外部的开口24A(图9)。
如图5所示，截面转换部分26在支柱体20的纵向方向(车辆的垂直方向)上位于其基本中间的部分处，而高于截面转换部分26的支柱体20的部分是第一部分22。而低于截面转换部分26的支柱体20的部分是第二部分24。
在这个实施例中，为了减缓对支柱的冲击，例如侧面冲击，用于使前后壁部分22B、22C和24B、24C彼此基本成水平地连接的侧向肋130(加强装置)和在支柱体20的纵向方向延伸的垂直肋132被形成在支柱体20的第一部分22及第二部分24的截面内。
如图6所示，凹入部分56从乘坐舱的内部形成在支柱体20的第一部分22的截面内。座椅安全带锚固支架54(功能件)容纳在该凹入部分56中。因此，座椅安全带锚固支架54不会从中间支柱12的乘坐舱的内侧向乘坐舱内部突出。一对上下圆柱形中空凸台58形成在凹入部分56的底部，而螺纹被形成在中空凸台58的内周边上。座椅安全带锚固支架54借助于例如螺栓的安装件60而装在中空凸台的螺纹上。
装饰层压板61设置在支柱体20第二部分24的下部分及截面转换部分26的外侧(见图6)，装饰层压板61不会在强度上影响中间支柱12的变形。装饰层压板61由树脂、薄金属板或类似材料制成，并盖住了开口以保证向外的外观质量。
根据本实施例的支柱结构，在支柱体20的纵向方向上高于其基本中间的部分的中间支柱12的部分可被制成为第一部分22，而当例如侧面冲击的大负荷作用时希望其变形并且在支柱体20的纵向方向上低于基本中间的部分的中间支柱12的部分可被制成为第二部分24。支柱体20的第一部分22及第二部分24可通过截面转换部分26而相互连接，在转换部分26处开口从乘坐舱的外部转变到内部。
结果，可通过把座椅安全带锚固支架54设置在支柱体20的第一部分22的凹入部分56内而增大乘坐舱的空间。另外，在侧面冲击的时刻，示于图10中的其它车辆的保险杠66首先与支柱体20的第二部分24进入接触，该第二部分可如图11所示以所希望变形模式变形，并因此可增强撞击能量的吸收效果。结果，支柱结构变得高度地实用。
此外，由于侧向肋130及垂直肋132分别形成在支柱体20的第一部分22及第二部分24的截面中，可以通过调节侧向肋130及垂直肋132的加强程度，尤其特别是侧向肋130及垂直肋132的高度、厚度、距离、位置及类似参数，而容易地获得所希望的变形模式。
就是说，如图10所示，在侧面冲击时刻，车辆的保险杠66贴靠在支柱体20的第二部分24上，而当负荷在车辆的侧向方向上从外部作用于支柱体20的第二部分24时，侧向肋130能防止垂直肋132下落(见图11)。结果，垂直肋132大大地变形，并增强了冲击能量的吸收效果。还有，因为垂直肋132在形成侧向肋130与垂直肋132之间的交叉点SS的上下相对侧边处大大地变形，变形点的数量增加了，而冲击能量的吸收效果进一步增强。
根据本实施例，支柱体20的第一部分22造有凹入部分56，用以把座椅安全带锚固支架54容纳在第一部分22的截面内，并且侧向肋130及垂直肋132还可设置在除了支柱体20第一部分22的凹入部分56以外的部分(凹入部分56的底部)中。因此，座椅安全带锚固支架54可容纳在截面内而同时保持支柱的所需强度。
虽然本实施例中造有侧向肋130及垂直肋132，但侧向肋130和垂直肋132两者可以不形成在支柱体20的第一部分22中。
增强装置可以是倾斜肋68，以斜交地互相连接前后壁部分22B、22C和24B、24C(图12)。另一种办法，倾斜肋68及倾斜肋69可构成增强装置(图13)。
增强装置不局限于肋，而它可以是其它结构，例如厚的部分，只要它至少是设置在用于连接前后壁部分24B及24C的支柱体20第二部分24的截面上。
本发明的支柱结构也可应用于其它支柱，例如前支柱及后支柱。截面转换部分的位置不局限于纵向方向上支柱体的基本中间的部分。还有，第二部分24可以是高于截面转换部分的支柱体20的部分并具有敞开的截面结构，该结构的开口是朝向乘坐舱的外部的。支柱体的第一部分可以是低于截面转换部分的支柱体20的部分并具有敞开的截面结构，该结构的开口是朝向乘坐舱的内部的。
其次，将解释本发明的第三实施例。
图14显示第三实施例的中间支柱12。
和第一实施例相同的部件用相同的符号标示，而省略了其解释。
如图14所示，中间支柱12的纵宽WP基本上是均匀的。因此，与传统的本体结构相比，在中间支柱12下端部12B附近的前侧门开口18的部分18B比较宽，而在中间支柱12下部分12B附近的后侧门开口19的部分19B也是比较宽。
如图15所示，中间支柱12具有矩形的并基本上是敞开口的截面，而中间支柱12沿车身的侧向方向在其内侧形成有朝前及朝后的法兰12F及12R。
图16是从图14的左侧所见的支柱12的剖视图。摇摆器16形成有在车辆侧向方向上向内延伸的法兰16B，而在车辆侧向方向上的底板42的每个相对的端部边缘42B连接于法兰16B。
高于中间部分12C的中间支柱12的部分(下文为上部分或第一部件)12D经过T6热处理(即铝合金经过固溶热处理并且之后经过人工时效处理)，而这部分对于负荷有小的伸长。在纵向方向上低于基本中间的部分12C的中间支柱12的部分(下文为下部分或第二部件)12E经过T4热处理(即铝合金经过固溶热处理并且之后经过室温下时效处理)。结果这部分对负荷具有大的伸长。虽然未在图14～16中表示，中间支柱12的上部分12D设置有功能件安装部件，例如其形式为参照第一及第二实施例所描述的。
图17显示了经过T4或T6热处理的铝合金的拉伸试验结果。直到分叉点P1为止，伸长量(位移量)S与负荷的关系保持不变，在P1点负荷W变为W1，而位移量S变为S1，但如果负荷超过交叉点P1，经过T4热处理的铝相对于负荷增量的位移增量变得比经过T6热处理的铝的位移增量大。T4热处理的断裂点P2处的位移量S2比T6热处理的断裂点P3处的位移量S3大(S2＞S3)，而T4热处理的断裂点P2的负荷W2小于T6热处理的断裂点P3的负荷W3(W2＜W3)。
根据本实施例的车辆支柱，在中间支柱12中，下部分12E与上部分12D相比较对负荷具有更大的伸长。结果如图18所示，当其它车辆的保险杠40撞向了目标车时，受到大的弯矩M1的中间支柱12的下部分12E在变形时刻产生大的位移量(图17中的S4)，并因此下部分12E可承受大的负荷(图17中的W4)。因此，可能使中间支柱12的下部分12E以所希望的变形模式变形。结果，可加强冲击能量的吸收效果。
还有，在车辆碰撞的情况下，受到相对小的弯矩M2作用的中间支柱12的上部分12D在变形时刻产生小的位移量(图17中的S5或更小的量)。相应地，上部分12D可承受负荷(图5中的W5)而不会变形太多。结果如图18所示，可能使中间支柱12的上部分12D以所希望的变形模式变形。于是，可能减小上部分12D朝向乘坐舱内部的移动。
在本实施例中，有可能通过T4热处理容易地形成对于负荷具有大的伸长的部分，该T4热处理是通用的处理，并可能通过T6热处理容易地形成对于负荷具有小的伸长的部分(与经过T4热处理的部分相比)，该T6热处理是通用的处理。
还有，在本实施例中，通过提供具有所希望的变形模式的中间支柱12的下部分12E，可做到使中间支柱12的纵向宽度W在垂直方向上基本是均匀的。因此，可以使中间支柱12下部分12B附近的前侧门开口18的部分18B以及中间支柱12下部分12A附近的后侧门开口19的部分19B都加宽，使乘客便于容易上下车辆。
在本实施例中，中间支柱12可具有如图19所示的封闭的截面形状。
中间支柱12的上部分12D可经过T8热处理(即铝合金经过固溶热处理并且之后经过例如锻打、加压或类似方法的冷处理，然后经过人工时效处理)，以便减小对于负荷的伸长。
还有，除了对于负荷具有大的伸长的部分之外的中间支柱部分可通过冷加工而变硬。对于负荷具有大的伸长的中间支柱的部分与具有小的伸长的中间支柱的部分之间的边界不局限于支柱纵向方向上的基本中间的部分。
在以上解释的每个实施例中，因为中间支柱12是由轻合金制成的，容易使支柱变轻和一体地制成支柱的零件，并提高支柱的生产率。
通常，有许多要安装在中间支柱上的功能件，在侧面冲击时刻需有良好的变形模式。因此，如果本发明的支柱结构被应用于中间支柱12，其适用性是大的，而质量可大为减小。
虽然已经描述了本发明的各实施例，本发明不局限于这些实施例，并且在本发明的目标范围内可能有各种变型。
权利要求
1.一种车辆支柱的支柱结构，该支柱包括支柱体，该支柱体具有安装功能件的功能件安装部分，其特征在于支柱体及功能件安装部分是一体地形成在一起的。
2.根据权利要求1所述的支柱结构，其还包括至少一种敞开的截面结构，其中该结构的开口引向乘坐舱的内侧。
3.根据权利要求1所述的支柱结构，其特征在于功能件安装部分是中空的凸台，该凸台在其内侧设置有螺纹部分。
4.根据权利要求2所述的支柱结构，其特征在于功能件容纳于支柱的敞开截面内。
5.根据权利要求1或2所述的支柱结构，其特征在于支柱还包括用于控制对于侧面冲击的支柱变形模式的变形模式控制装置，其中支柱体和变形模式控制装置是一体地形成在一起的。
6.根据权利要求5所述的支柱结构，其特征在于变形模式控制装置是设置在支柱的截面内的肋。
7.根据权利要求6所述的支柱结构，其特征在于沿垂直方向从支柱基本中间的部分起形成在支柱的上部分中的肋比形成在支柱的下部分中的肋更密集。
8.根据权利要求2所述的支柱结构，其特征在于支柱体包括具有敞开截面结构的第一部件，具有敞开截面结构的第二部件，其中该结构的开口引向乘坐舱的外侧，和用于使第一及第二部分互相连接的连接部件。
9.根据权利要求8所述的支柱结构，其特征在于连接部件在支柱体的纵向方向上位于支柱体的基本中间部分处，和第一部件设置在连接部件的上侧。
10.根据权利要求8所述的支柱结构，其特征在于支柱体还包括用于连接至少第二部件的各相对部分的增强装置。
11.根据权利要求10所述的支柱结构，其特征在于增强装置是侧向肋。
12.根据权利要求11所述的支柱结构，其特征在于支柱体还包括在第二部件的截面内沿支柱体的纵向方向延伸的垂直肋。
13.根据权利要求8～12中任一项所述的支柱结构，其特征在于第一部件具有凹入部分，在该凹入部分中容纳有功能件。
14.根据权利要求1或2所述的支柱结构，其特征在于支柱体包括第一部件和第二部件，其中第二部件对于负荷的位移量大于第一部件的位移量。
15.根据权利要求14所述的支柱结构，其特征在于第二部件在纵向方向上从支柱的基本中间的部分起构成车辆的下部分。
16.根据权利要求14或15所述的支柱结构，其特征在于第一部件已经用第一种热处理进行处理，并且第二部件已经用第二种处理进行处理。
17.根据权利要求16所述的支柱结构，其特征在于第二种热处理是T4热处理。
18.根据权利要求16所述的支柱结构，其特征在于第一种热处理是T6热处理。
19.根据权利要求16所述的支柱结构，其特征在于第一种热处理是T8热处理。
20.根据权利要求1～19中任一项所述的支柱结构，其特征在于支柱是由轻合金铸造材料制成的。
21.根据权利要求1～20中任一项所述的支柱结构，其特征在于该支柱构成用于车辆的中间支柱。
全文摘要
提供了对冲击能量具有高吸收效果的一种低重量支柱结构。轻合金制成的中间支柱(12)包括一体地形成在一起的支柱体(20)及功能件安装部分(22)。功能件安装部分(22)是圆柱形的中空凸台，而滑轨(126)安装于形成在圆柱形中空凸台的内周边的螺纹部分上。滑轨(126)被制成不会从乘坐舱的中间支柱(12)的内侧面向乘坐舱内部突出。作为变形控制装置的肋(30)是一体地形成在中间支柱(12)的上部分(12D)上面。肋(30)控制中间支柱(12)对侧面冲击的变形模式。
文档编号B62D29/00GK1414916SQ00817970
公开日2003年4月30日 申请日期2000年10月19日 优先权日1999年10月28日
发明者藤井淳司 申请人:丰田自动车株式会社