车辆横梁、用于车辆的保险杠支撑梁以及车辆结构构件的制作方法

本公开涉及车辆中的横梁，其提供改进的抵抗弯曲载荷和挤压载荷的反作用力。

背景技术：

车辆框架可包括组成车辆结构的各种横梁。横梁可在纵向车架纵梁之间延伸以提供对侧面碰撞的足够阻力。支柱是支撑车顶并抵抗挤压载荷的梁。保险杠支撑梁在车架和前部或后部保险杠之间延伸，以吸收与前部或后部碰撞相关的能量。更严格的燃料和排放标准需要降低车辆重量。但是，车辆安全标准和等级要求加强横梁以增加能量的吸收并提高碰撞性能。通过主要改变横梁的材料，将更强的较轻的材料加入到车辆中。但改用轻质材料可能不足以使重量最小化并提高耐撞性。

技术实现要素：

本公开旨在于车辆横梁和结构构件中实现燃料经济性驱动的重量减轻，同时在碰撞期间最大化弯曲强度和能量吸收。

根据本实用新型的实施例，提供了一种车辆横梁，包括：具有四个外壁的外管、在外管内并具有四个内壁的内管；第一组肋，第一组肋从每个内壁的中点延伸到每个外壁的中点；以及第二组肋，第二组肋从第一组肋中的每个的中点延伸到外管的一个拐角。

根据本实用新型的实施例，第一组肋和第二组肋以及外管的四个外壁限定多个三角形单元。

根据本实用新型的实施例，多个三角形单元是直角三角形单元。

根据本实用新型的实施例，进一步包括第三组肋，其中，第三组肋、内管和外管限定至少一个等腰梯形单元。

根据本实用新型的实施例，第三组肋从内管的拐角延伸到外管的其中一个拐角。

根据本实用新型的实施例，外管限定宽度Lxo并且内管限定宽度Lyo，其中，Lxo和Lyo的比率可介于之间。

根据本实用新型的实施例，外管限定高度Lyo并且内管限定高度Lyi，其中，Lyo和Lyi的比率可介于之间。

根据本实用新型的实施例，第一组肋包括具有长度Lab的第一肋和具有长度Lac的第二肋，其中，Lab和Lac的比率可介于之间。

根据本实用新型的实施例，提供了一种用于车辆的保险杠支撑梁，包括：形成外部矩形管的四个外壁；形成内部矩形管的四个内壁；设置在内周边和外周边之间的多个拐角肋，其中，拐角肋设置成限定多个梯形单元；以及多个内部肋，多个内部肋在每个梯形单元的中心处相交并限定多个三角形单元。

根据本实用新型的实施例，外部矩形管限定高度Lyo并且内部矩形管限定高度Lyi，其中，Lyo和Lyi的比率可介于之间。

根据本实用新型的实施例，外部矩形管限定宽度Lxo并且内部矩形管限定宽度Lxi，其中，Lxo和Lxi的比率可介于之间。

根据本实用新型的实施例，进一步包括第一组填隙腹板连杆，其中，第一组填隙腹板连杆在内部矩形管的四个内壁的中点与外部矩形管的四个外壁的中点之间延伸。

根据本实用新型的实施例，内部矩形管的四个内壁、多个内部肋和第一组填隙腹板连杆限定多个直角三角形单元。

根据本实用新型的实施例，第一组填隙腹板连杆包括具有长度Lab的第一腹板连杆和具有长度Lac的第二腹板连杆，其中，Lab和Lac的比率可介于之间。

根据本实用新型的实施例，进一步包括第二组填隙腹板连杆，其中，第二组填隙腹板连杆从第一组填隙腹板连杆中的每个的中点延伸至外周边的每个拐角。

根据本实用新型的实施例，第二组填隙腹板连杆和外部矩形管限定多个直角三角形单元。

根据本实用新型的实施例，提供了一种车辆结构构件，包括：形成外部矩形管的四个外壁；形成内部矩形管的四个内壁；从外部矩形管延伸的第一组拐角肋；以及从内部矩形管延伸的第二组拐角肋，其中，第一组拐角肋和第二组拐角肋汇聚以限定多个三角形单元。

根据本实用新型的实施例，进一步包括第一组填隙腹板连杆，第一组填隙腹板连杆从外部矩形管的中点延伸并终止于第一组拐角肋和第二组拐角肋的相交处。

根据本实用新型的实施例，进一步包括第二组填隙腹板连杆，第二组填隙腹板连杆从内部矩形管的中点延伸并终止于第一组拐角肋和第二组拐角肋的相交处。

根据本实用新型的实施例，进一步包括第三组填隙腹板连杆，第三组填隙腹板连杆从外部矩形管的拐角延伸到内部矩形管的拐角。

根据本公开的一个方面，提供了一种车辆横梁。该车辆横梁可以包括具有四个外壁的外管、在外管内并具有四个内壁的内管、第一组和第二组肋。第一组肋可以从每个内壁的中点延伸到每个外壁的中点。第二组肋可以从第一组肋中的每个的中点延伸到外管的一个拐角。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于车辆的保险杠支撑梁。该保险杠支撑梁包括形成外部矩形管的四个外壁和形成内部矩形管的四个内壁。保险杠支撑梁还可以包括多个拐角肋和多个内部肋。多个拐角肋设置在内周边和外周边之间并且设置成限定多个梯形单元。多个内部肋在每个梯形单元的中心处相交并限定多个三角形单元。

根据本公开的再一方面，提供了一种车辆结构构件。该结构构件包括形成外部矩形管的四个外壁和形成内部矩形管的四个内壁。结构构件还可以包括第一组和第二组拐角肋。第一组拐角肋可以从外部矩形管延伸并且第二组拐角肋可以从内部矩形管延伸。第一组拐角肋和第二组拐角肋可以汇聚以限定多个三角形单元。

本实用新型的有益效果在于：提供了车辆横梁、用于车辆的保险杠支撑梁以及车辆结构构件，以使得于车辆横梁和结构构件中实现燃料经济性驱动的重量减轻，同时在碰撞期间最大化弯曲强度和能量吸收。

附图说明

图1A至图1B是根据本公开的一个实施例的车辆的立体图。

图2A至图2B是具有相同质量的不同横截面的结构壁以及其示例性的轴向压溃的立体图。

图3是根据本公开的一个实施例的结构横梁的顶视图。

图4是根据本公开的一个实施例的示例结构横梁的顶视图。

图5A至图5G是根据本公开的一个或多个实施例的结构横梁的顶视图。

图6是比较具有对应于图2A至图2B的横截面的若干梁的挤压能量吸收的图表。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例按要求在此公开；然而，应当理解，在此公开的实施例仅为本实用新型的示例，其能够以各种替代方式实施。附图不一定是具体设计；可对一些图表放大或缩小以显示功能概况。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应视为限定，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本实用新型的代表性基础。

参考图1A，所示为车架8，特别是轿车的立体图。根据本公开的至少一个实施例，车架8包括多个双矩形单元梁10。图1B是根据本公开的至少一个实施例的包括多个双矩形单元梁10的车架9，特别是卡车的立体图。在每个车架8、9内，双矩形单元梁10可以各种部件实施，包括但不限于粉碎罐、前纵梁、前侧梁、后侧梁、后纵梁、车架横梁、枪型结构、铰链柱、A柱、B柱、C柱、门梁、横梁、前顶梁、后顶梁、前围顶板、车顶梁、横向车顶梁、纵向车顶梁、车身横梁、后板横梁、门槛、下车身横梁、腰线、仪表板横梁。

尽管多个双矩形单元梁10经示出为在车架内实现，但是横梁也可在其他应用中实施，包括但不限于飞机、太空飞行器、海上运载工具或需要高能量吸收以及轻巧结构的其他主要行进机构上。

参考图2A至图2B，所示为具有不同的横截面的结构构件以及其示例性的轴向压溃的立体图。更确切地说，附图示出了加强构件的碰撞能量吸收的比较，例如，用于以35mph与刚性壁进行碰撞的正方形、六边形、圆形、八边形、双正方形和双矩形单元梁10。双矩形单元梁10表现出最短的压溃距离和最小的折叠长度。另外，双矩形单元梁10也显示出最稳定的轴向压溃和最高的能量吸收。事实上，双矩形单元梁10可以实现方形横截面上的碰撞能量吸收中约300-550％的增加以及八边形和圆形横截面上的平均碰撞力或碰撞能量吸收中的100-400％的增加。所示出的每个结构构件都具有相同的材料、材料厚度、周长、高度、质量、冲击器质量、冲击速度和边界条件。

参考图3，所示为根据本公开的一个实施例的双矩形单元梁10。双矩形单元梁10包括在四个拐角处相连的四个外壁12a-12d以及由四个拐角相连的四个内壁14a-14d。外壁和内壁或侧12a-12d和14a-14d可分别具有不同的长度和厚度以满足强度和重量的要求。在一个或多个实施例中，内壁14a和14c可比内壁14b和14d长，反之亦然。外壁12a和12c可比外壁12b和12d长，反之亦然。内壁和相邻的外壁(例如，14d和12d)可彼此大致平行(彼此相差10度以内)。

肋R1-R14设置在双矩形单元梁10的内壁14a-14d和外壁12a-12d之间。肋R1-R14也可称为部段、腹板、壁、腹板连杆、填隙腹板连杆。肋或部段R1-R14可改变厚度以改变横梁的压缩强度。除了厚度之外，肋的长度和定向是可调参数，其允许对横梁进行微调以控制压碎强度和抗弯曲性。也可对这些参数进行微调，以便为不均匀或不直的结构创建优选的挤压和弯曲模式。

肋R1和R2在外壁12b的中点到内壁14b的中点之间延伸。虽然经示出为两个肋R1和R2在内壁和外壁之间延伸，但是也可以只有一个肋R1或R2在内壁14b和外壁12b之间延伸而不是两个肋。肋R3和R6从由内壁14a、14b和14c限定的拐角延伸到肋R1和/或R2。肋R8和R14从由外壁12a、12b和12c限定的外拐角延伸到肋R1和/或R2。R10可在由外壁12b、12a和12c限定的外拐角与由内壁14a、14b和14c限定的内拐角之间延伸。

肋R1-R14、内壁14a-14d和外壁12a-12d设置成形成多个三角形单元C1-C6。C1和C6可是与内壁14b相邻的直角三角形。三角形单元可包括单元C2和C5，其由从外壁12a-12d的外拐角延伸的肋R8和R14以及连接肋R8和R14的肋R3和R6限定。单元C2和C5被肋R10分为两部分。单元C3和C4由肋R8和R14、外壁12b限定，并被肋R1分为两部分。等腰梯形单元由内壁14b、肋R10和外壁12b形成。这些单元以及肋、腹板连杆或部段的配置围绕双矩形单元梁10径向重复。

虽然示出了肋或部段，并且上面描述为围绕双矩形单元梁10径向地重复，但是一些肋和部段可以全部一起移除。例如，外壁12a和内壁14a之间的肋R1和R2可以被移除，以降低轴向加载的双矩形单元梁10的刚度，同时保持双矩形单元梁10在横向负载下的刚度。相反，外壁12b和内壁14b之间的肋R1和R2可以被移除，以降低双矩形单元梁在横向负载下的刚度，同时保持横梁在压缩负载下的压缩强度。

横梁或结构构件10可具有通过挤压工艺形成的固定的横截面轮廓。挤压工艺通常可包括加热库存材料，将其装载到压力机内的容器中并压制材料以将其推出模具。此外，本教导的侧长度和配置和/或内角和外角的角度可以实现与增厚的拐角类似的(如果没有更大)强度增加，同时最小化构件的每单位长度的质量并且保持较高的制造可行性，因为该构件可以通过冲压、冲压成形、液压成形、模制、压铸、3D打印和挤压而形成。横梁或结构构件10可由各种材料制成，包括但不限于铝合金、镁合金、聚合物和陶瓷。

参照图4，所示出为肋或填隙腹板连杆的尺寸以及内部和外部矩形管的高度和宽度。肋R1在点a和点b之间延伸并且可具有长度Lab。肋R2可在其中一个内壁的中点(标记为“c”)至肋R1的连接端的点(标记为“a”)之间延伸。肋R2可具有长度Lac。长度Lab和Lac可以具有的比率。外部矩形管或壁可具有高度Lyo和宽度Lxo。内部矩形管或壁可具有高度Lyi和宽度Lxi。内管和外管的宽度可具有诸如的比率。同样，内管和外管的高度可具有诸如的比率。外管的高度和宽度可具有的纵横比。内管的高度和宽度可具有的纵横比。

参照图5A至图5G，所示为根据本公开的一个或多个实施例的各种双矩形单元梁10的顶视图。每个横梁10A-10G都包括由四个拐角连接的四个外壁12a-12d。四个侧部或壁12a-12d可具有不同的长度和厚度以满足强度和重量的要求。内周边的内壁14a-14d大致平行于外壁12a-12d。横梁10A-10G可具有更多或更少的肋，这取决于横梁所需的强度。肋的数量可根据所需强度增加或减少。改变肋的数量允许用于车辆的各种结构部件的具有相同外周边或直径的各种横梁。较少的肋提供较轻重量的横梁以及在负载下增加的压溃距离或偏转。更多的肋会使横梁更重并减少负载下的压溃距离或偏转量。

双矩形单元梁10A(图5A)包括以在横梁周围径向重复的图案设置的五个不同的肋。肋R1和R2在外壁12b的中点到内壁14b的中点之间延伸。虽然经示出为两个肋R1和R2在内壁和外壁之间延伸，但是也可以只有一个肋R1或R2在内壁14b和外壁12b之间延伸而不是两个肋。肋R3和R6从由内壁14a、14b和14c限定的拐角延伸到肋R1和/或R2。肋R1-R10、内壁14a-14d和外壁12a-12d设置成形成三角形单元C1和C6以及多边形单元C8和C10。单元C1和C6可是与内壁14b相邻的直角三角形。多边形单元C8和C10由肋R3、R6、R10和外壁12a-12d限定。

双矩形单元梁10B(图5B)包括以在横梁周围径向重复的图案设置的五个不同的肋。肋R1和R2在外壁12b的中点到内壁14b的中点之间延伸。虽然经示出为两个肋R1和R2在内壁和外壁之间延伸，但是也可以只有一个肋R1或R2在内壁14b和外壁12b之间延伸而不是两个肋。肋R8和R14从由外壁12a、12b和12c限定的外拐角延伸到肋R1和/或R2。R10可在由外壁12b限定的外拐角之间延伸。多边形单元C12和C16由内壁14b以及肋R8和R14限定。单元C3和C4由外壁12b以及肋R8和R14限定。

双矩形单元梁10C(图5C)包括以在横梁周围径向重复的图案设置的四个不同的肋。肋R3和R6从由内壁14a、14b和14c限定的拐角延伸到肋R8和R14，它们从外壁12a、12b和12c限定的拐角延伸。三角形单元C22和C20由肋R3和R6以及肋R8和R14限定。单元C24由肋R8和R14以及肋R3和R6限定。

双矩形单元梁10D(图5D)包括以在横梁周围径向重复的图案设置的六个不同的肋。肋R3和R6从由内壁14a、14b和14c限定的拐角延伸到肋R8和R14，它们从外壁12a、12b和12c限定的拐角延伸。三角形单元C1、C3、C4和C6由肋R3和R6以及肋R8和R14限定。单元C26由肋R8和R14以及肋R3和R6限定。肋R1和R2在外壁12b的中点到内壁14b的中点之间延伸。虽然经示出为两个肋R1和R2在内壁和外壁之间延伸，但是也可以只有一个肋R1或R2在内壁14b和外壁12b之间延伸而不是两个肋。

双矩形单元梁10E(图5E)包括以在横梁周围径向重复的图案设置的六个不同的肋。肋R3和R6从由内壁14a、14b和14c限定的拐角延伸到肋R8和R14，它们从外壁12a、12b和12c限定的拐角延伸。三角形单元C22和C20分别由肋R3和R6以及肋R8和R14限定。单元C2和C5由肋R8、R10、R14和肋R3和R6限定。肋R10从由外壁12a-12d限定的拐角延伸到内壁14a-14d。

除了肋R1之外，双矩形单元梁10F(图5F)几乎与双矩形单元梁10E相同。肋R1在外壁12b的中点与肋R3和R6之间延伸。双矩形单元梁10G(图5G)与图3中所示的双矩形单元梁10相同。

然而，本领域技术人员将会理解，图5A至图5G仅是示例性的，并且仅被提供来说明如何利用设计参数来调节图3的示例性实施例的横截面。因此，如上所述，本教导考虑了具有各种形状和尺寸(即，角弯曲半径、边长和/或厚度)的各种双六边形单元横截面构造，其可以基于空间要求进行调节和/或用于控制构件压溃模式。

在一些示例性实施例中，示例性单元结构的单元的一些或全部可部分或全部填充有各种填料。此外，可提供多于一个单元结构，并且一个或多个单元结构中的一些或全部具有一些或全部给定结构的单元，其部分或全部用一种或多种类型的填料填充。例如，当需要温度控制时，一些或全部单元可部分或全部用绝热填料填充。示例性的绝热填料包括各种泡沫(例如，吹制玻璃纤维泡沫、聚氨酯泡沫)、矿棉、纤维素、聚苯乙烯气凝胶、软木及其组合。另外或替代地，在需要声音控制的其它各种示例性实施例中，示例性单元结构的单元的一些或全部可部分或全部用隔音填料填充。示例性的隔音填料包括海绵三聚氰胺隔音棉、矿棉、开孔橡胶泡沫及其组合。在其他各种示例性实施例中，在进一步需要结构加固的情况下，单元可以部分或全部地用强化填料填充。示例性的强化填料包括结构泡沫，例如热塑性结构泡沫、泡沫铝、玻璃或碳纤维增强结构泡沫、闭孔聚合物泡沫及其组合。在一些示例性实施例中，多于一种类型的填料可结合到单元中。在一些其它示例性实施例中，填料可提供多于一种，或者甚至全部的绝热、隔音和强化功能，并且可部分或完全填充示例性单元结构的单元的一些或全部。或者，一些或全部单元可能未被填充(即，空心或空白)。

参考图6，压溃能量图由附图标记100标识。压溃能量图提供了根据图2A至图2B的实施例制造的横梁的比较。被测试的横梁具有相同的材料厚度、材料厚度、周长和高度，但是有不同的形状。在压溃能量图100中，线114说明了正方形横梁的性能，其指示了响应于27,500kN.mm的位移约为520mm。线116说明了六角形横梁的性能，其在27,500kN.mm处约为475mm。线118说明了测试中的圆形横梁，并且指示了在27,500kN.mm处导致约415mm的位移。线120说明了八边形横梁的压溃能量性能，其在27,500kN.mm处位移约为400mm。线122指示了在相同的测试中没有单元结构的双正方形横梁提供27500kN.mm的能量吸收，位移约为375mm。线124说明了根据图3和图4制造的管的性能，其提供的27,500kN.mm的能量吸收具有约100mm的位移。

尽管上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本实用新型的所有可能形式。相反，本说明书里的词语仅仅是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可进行多种变化而不背离本实用新型的精神和范围。此外，可将各种可执行实施例的特征组合在一起来形成本实用新型的进一步实施例。