用於側部碰撞保護的可變形橫向車梁的製作方法

2023-09-23 11:17:15

專利名稱：用於側部碰撞保護的可變形橫向車梁的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於汽車或其他車輛的側部碰撞保護系統和方法，更具體地， 涉及利用在側部結構之間延伸的橫向車梁的系統和方法，其中該橫向車梁在車輛側部碰撞期間是可變形的以利於保護乘客。
背景技術：
幾年來，汽車工業已經採取了重要的措施以提高車輛安全以及耐撞性。這些努力主要集中在客廂以及提高客廂在碰撞期間的完整性的方面。近幾年，汽車製造者集中於探討側部碰撞對客廂的影響。安全標準也已經被採用，以要求汽車製造者實現動態側部碰撞保護系統或用於通過使車輛的側部橫向地相互連接以響應於側部碰撞而保持車輛客廂的完整性的裝置。美國專利5，954，390中描述了符合這種標準的一個裝置，該裝置包括在客廂內、在客廂的相對側上的豎直延伸側部結構之間橫向延伸的橫向車梁。該美國專利 5，954，390中的橫向車梁意在提高車輛的側部強度。然而，即使在被設計成響應於側部碰撞而保持車輛客廂的完整性的系統中，側部碰撞事故也將導致車輛側部結構朝向位於客廂內的乘客凸入，同時使乘客朝向變形結構向外加速，從而容易導致乘客嚴重受傷。因此，需要利於在側部碰撞事故期間增大車輛結構與乘客之間的間隙並因此為乘客提供更高水平安全性的系統和方法。

發明內容
在本文中提供的各種實施例和示例總體上涉及利於在側部碰撞事故期間保護車輛乘客的系統和方法，更具體地，涉及在保持合理的車輛結構減速級的同時增大車輛側部結構與位於車輛客廂中的車輛乘客之間的生存空間的系統和方法。該系統和方法能夠通過將座位結構組件聯接到可變形的橫杆或橫梁上而使座椅結構組件在側部碰撞事故期間向內側運動。在一個實施例中，可變形的橫杆組件包括第一和第二共同延伸的剛性側部以及聯接在這些側部之間的可變形的共同延伸的中心部或「可斷裂」部。可變形的橫杆組件連接到車輛側部結構上。可變形的中心部設計成在側部不發生變形的情況下可承受的軸向橫向汽車碰撞力或載荷的作用下變形。在另外的實施例中，可變形的橫向車梁包括沿其長度的多個可調變形區域，多個可調變形區域利用表面幾何形狀的變化和/或材料的變化以在軸向橫向汽車碰撞力或載荷的作用下引發受控制的變形。在察看以下附圖以及詳細描述後，對於本領域的技術人員而言，本發明的其他系統、方法、特徵以及優勢將是明顯的或將變得明顯。本申請要求2009年3月25日提交的臨時申請No. 61/163，375的權益，其通過參引完全併入本文。


圖1是具有用於側部碰撞保護的可變形橫向車梁系統的局部車體結構的後視立體圖。圖IA是圖1中示出的可變形橫向車梁的立體圖。圖2是圖1中示出的具有可變形橫向車梁系統的局部車體結構的另一個後視立體圖。圖3和圖3A是圖1和圖IA中示出的可變形橫向車梁系統和可變形橫向車梁在發生側部碰撞事故後的立體圖。圖4提供了圖1中示出的可變形橫向車梁系統在側部碰撞事故之前以及之後的立體圖。圖5A到圖5D示出了圖IA中示出的可變形橫向車梁管在側部碰撞事故之前以及之後的平面圖。圖6和圖6A是圖1和圖IA中示出的可變形橫向車梁系統和可變形橫向車梁在發生IIHS側部碰撞事故後的立體圖。圖7和圖7A是圖1和圖IA中示出的可變形橫向車梁系統和可變形橫向車梁在發生FMVSS214動態側部碰撞事故後的立體圖。圖8和圖8A是圖1和圖IA中示出的可變形橫向車梁系統和可變形橫向車梁在發生傾斜電線桿側部碰撞事故後的立體圖。圖9是具有用於側部碰撞保護的可變形橫向車梁系統的局部車體結構的另一個實施例的後視立體圖。圖10是圖9中示出的可變形橫向車梁的立體圖。圖IlA和圖IlB是圖10和圖11中示出的可變形橫向車梁的橫截面形狀的平面圖。圖12和圖13是圖9和圖10中示出的可變形橫向車梁系統和可變形橫向車梁在發生側部碰撞事故後的立體圖。
具體實施例方式本文提供的各種實施例和示例總體上涉及用於側部碰撞保護的可變形橫向車梁系統，更具體地涉及在保持合理的車輛減速級的同時增大車輛側部結構與位於車輛客廂中的車輛乘客之間的生存空間的系統。側部碰撞事故趨於導致車輛側部結構朝向位於客廂中的乘客凸入，並同時使乘客朝向變形結構向外加速，從而導致乘客嚴重受傷。因此，使乘客的減速與凸入結構分離將允許增大車輛結構與乘客之間的間隙，從而為乘客提供更高水平的安全性。在本文中描述的實施例通過將座椅結構組件的後部附連到橫向車梁上實現該分離，其中該橫向車梁能夠在沿軸的橫向車輛碰撞力或載荷作用下在沿其長度的一個或更多位置處變形。儘管在如今的車輛中採用了其他構思以針對側部碰撞進行保護(參見，例如美國專利5，954，390)，但常規的橫向車梁在乘客安全中起到不同的作用。常規的橫向車梁用作相對的「B」柱或側部結構之間的加強構件，從而提高車輛的軸向剛度。本文中提供的實施例的可變形橫向車梁的功能是完全不同的。本文中描述的可變形橫向車梁的目的是要在保持合理的車輛減速級和凸入程度的同時增大車輛側部結構與乘客之間的生存空間。這通過使橫向車梁在沿其長度的一個或更多位置處變形來實現，從而允許加強特徵與乘客遠離變形側部結構的運動分離。詳細參考附圖，圖1、圖IA和圖2示出了包括可變形管組件30的可變形橫向車梁系統的優選實施例。圖1和圖2提供了限定客廂11的局部車體結構10或局部BIW的後視立體圖。如圖所示，客廂11由以下部件限定從聯接的下層車體結構的外框架軌1 和1 延伸的相對豎直側部結構或車輛B柱12和13 ；聯接到外框架軌1 和1 上並在外框架軌1 和1 之間延伸的底盤14 ；聯接到B柱12和13上並從B柱12和13延伸的相對頂部側軌18和19 ；以及在B柱12和13處聯接到頂部側軌18和19上並在頂部側軌18和19 之間延伸的頂部橫杆16。左側座椅結構組件20和右側座椅結構組件21定位在客廂中。在圖IA中更詳細示出的可變形管組件30包括第一和第二共同延伸的剛性側部32 和36以及聯接在側部32和36之間的可變形的共同延伸中心部34或「可斷裂」部。管組件30利用附連凸緣35和33在相對的B柱12和13的內部結構上的兩個位置處以及利用附連支架38和37在車輛底盤14上的兩個點處連接到車輛BIWlO上。管30設計成提供B 柱12和13的附連；後部座椅結構組件在調節軌22和23處的附連；以及在由側部32和36 不發生變形的情況下可承受的沿軸的橫向汽車碰撞力的作用下變形的可變形中心部34。如圖3和圖4所示，此預定的變形允許座椅20在側部碰撞事故期間沿遠離凸入的車輛側部結構12的方向M向內運動。這能夠使客廂11內的並且在客廂11內的凸入結構12與座椅20 上的乘客之間的間隔(生存空間)IlA增大。從管30延伸到車輛底盤14的附連支架38和 37設計成在限制豎直運動的同時允許沿軸的橫向車輛運動。參考圖5A到圖5D，示出了管組件30在碰撞之前的完整構型，以及管組件30在碰撞後具有由於IIHS、FMVSS214動態以及傾斜電線桿型側部碰撞事故變形的中心部34的碰撞構型。參考圖6到圖8A，示出了 IIHS、FMVSS214動態以及傾斜電線桿型側部碰撞事故之後的車體結構10和管組件30。管30設計成吸收由從管組件30上的任一側施加壓力的任意類型事故產生的壓力。圖5A到圖8A中的每一個示出在碰撞之後在從車體結構10的左側所施加的外部壓力作用下的可斷裂部34的壓縮。如果存在來自車體結構的右側的外部壓力，則圖像將被鏡像。圖6和圖7都示出了來自90度角的外部壓力。圖8示出了較小角度下的外部壓力，例如，好像車輛以斜角慢慢地碰上電線桿。管30的側部，在這些例子中，管30的左側部32的「碰撞後」角度是車輛吸收壓力所處角度的結果。側杆32和36不限於以特定的方式運動，只要響應於可斷裂部34的壓縮即可。在優選的實施例中，可斷裂部優選地為約IOOmm寬並且優選地可以承受在約15-20% 的範圍內的壓縮。在優選的實施例中，管組件30的可斷裂或可塌陷中心部34由諸如鋼、合成材料或類似物的材料形成，該材料用於在與側部管32和36不發生變形的情況下可承受的載荷相比低得多的載荷的作用下斷裂，其中側部管32和36從B柱12和13延伸到管組件30的中心部34。例如，在優選的實施例中，管組件30的中心可變形部34優選地由M000PSI鋼形成， 而側部管32和36優選地由不易變形的高強度鋼形成，例如，由鑄模成型140(140，000PSI) 以提供一種構型，其中該構型的中心可變形部34將在與側部管32和36不發生變形的情況下可承受的載荷相比低得多的載荷的作用下斷裂，其中側部管32和36從B柱12和13延伸到管組件30的中心部34。
參考圖9到圖15，示出了根據可替代的實施例的可變形橫向車梁系統側部碰撞保護系統。圖9提供限定客廂111的局部車體結構100或局部BIW的後視立體圖。如圖所示， 客廂111由以下部件限定從下層車體結構的外框架軌11 和11 豎直延伸的相對的豎直側部結構或車輛B柱112和113 ；聯接到外框架軌115a和115b上並在外框架軌115a和 115b之間延伸的底盤114 ；聯接到B柱112和113上並從B柱112和123向前延伸的相對頂部側軌118和119 ；在B柱112和113處聯接到頂部梁118和119上並在頂部梁118和 119之間延伸的第一頂部橫杆116 ；以及以與第一頂部橫杆116間隔開的關係在頂部梁118 和119之間延伸的第二頂部橫杆117。左側座椅結構組件120和右側座椅結構組件121定位在客廂111中。可變形橫向車梁系統包括以可控制的方式可變形的橫梁130，橫梁130在外框架軌11 和115b之間延伸並在B柱112和113處聯接到外框架軌115a和115b上。左側和右側座椅軌道連接器122、123、IM和125用於將左側和右側座椅結構組件120和121聯接到可變形橫梁130上，其中在圖10、圖IlA和圖IlB中更詳細地示出了可變形橫梁130。橫梁130包括具有頂壁141和側壁142的長形體132，頂壁141和側壁142形成具有倒角的C形橫截面輪廓140a或帽形橫截面輪廓140b。形式為沿長形體132的縱向軸線軸向延伸的空腔或凹槽的長形加強裝置131形成在頂壁141中。橫梁130包括凸緣端部 133和135，以在B柱112和113處附連到外框架軌115a和115b上。通過利用表面幾何形狀的變化和/或材料的變化將可變形橫梁130的長形體132 設計成包括沿其長度的、多個可調的變形區域，以在由於對車輛的側部碰撞而產生的載荷的作用下引發受控制的變形。可變形橫梁130的長形體132可以由單一的材料通過金屬板成型工藝或類似工藝形成，其中表面幾何形狀的變化決定橫梁130的長形體132將在何處變形以及如何變形。幾何形狀上的一個變化或多個變化通過它們獨特的並且可調的結構部分特性產生具有不同強度和特性的多個區域。可實現以控制變形的幾何形狀的示例包括凹槽(加強的和受控的變形引發部)。除了改變截面的特徵，可變形橫梁可以由預先結合到正在形成的部分上的多種材料形成或作為車輛組裝過程的一部分而形成。沿著梁30的材料的變化決定橫梁10的長形體132將在何處變形以及如何變形。可變形橫梁130的長形體132優選地設計成在變形區域處以摺疊的方式變形或彎曲。在可變形橫梁130的長形體 132每側或長形體132沿其長度的縱向的一半包括兩個或更多可變形的區域，變形區域優選地可調為使長形體132連續變形。詳細參照圖10，可變形的梁130的長形體132包括中心區域138，中心區域138用於附連座椅組件120和121與從中心區域138向外延伸的第一和第二側部137和139之間的車輛電子設備。座椅組件安裝點或位置包括相鄰於凸緣端部133和135定位的側部安裝點1 和129以及相鄰於長形體132的中心區域138定位的中心安裝點127和128。如圖所示，長形體132包括形式為長形體132的表面中的空腔、凹槽或其他凹陷部的第一和第二橫向焊道(bead) 134和136，第一和第二橫向焊道形成沿長形體132的第一和第二變形區域。儘管示出為第一和第二橫向焊道134和136沿長形體132的縱向軸線對稱地設置在長形體132的中間平面的兩側上並且橫向於平行於長形體132的中間平面的縱向軸線，但第一和第二橫向焊道134和136可以相對於長形體132的中間平面以實現所需變形的任意角度不對稱地設置以及定位。然而，第一和第二橫向焊道134和136優選地比中心座椅組件
7安裝點127和1 更向內側或更靠近長形體132的縱向中間平面定位。如圖12和13所示，由於可變形橫梁130的長形體132在由第一橫向焊道134形成的變形區域中變形或彎曲，所以上述可變形橫梁132的長形體132的構型使得座椅組件 120在側部碰撞事故期間在客廂111內沿遠離凸入的車輛側部結構122的方向M向內運動。 這能使客廂111內的、凸入結構112與座椅組件120的座椅上的乘客之間的間隙(生存空間)IllA增大。如圖12和圖13所示，所示出的可變形的橫梁130的長形體132在由第一橫向焊道134形成的變形區域中以及在沿長形體132的左半部分137的長度的其他區域處已彎曲或變形。優選地，由第一橫向焊道134形成的變形區域調整為響應於側部碰撞而首先變形或彎曲或者在沿長形體132的其他可變形位置變形之前變形或彎曲。如果存在由於側部碰撞而施加到車體結構的右側的外部壓力，則圖12中的圖像將被鏡像。儘管本發明的特別示例已經在圖中示出並且進行了詳細描述，但是本發明允許各種修改以及可替代的形式。然而，應當理解的是，本發明不限於所公開的特別形式或方法， 相反，本發明要覆蓋落入隨附權利要求的精神和範圍內的所有修改、等同方案以及可替代方案。
權利要求
1.一種用於車輛側部碰撞保護的可變形橫向車梁，所述可變形橫向車梁包括長形體，所述長形體在其第一端部處和第二端部處能夠聯接到車輛客廂的側部結構上，以及一個或多個可變形區域，所述一個或多個可變形區域沿所述長形體的長度定位，所述一個或多個可變形區域在所述長形體的其他區域不發生變形的情況下能夠承受的軸向載荷的作用下是可變形的。
2.根據權利要求1所述的梁，其中，所述一個或多個可變形區域包括沿所述長形體的長度的幾何形狀的變化。
3.根據權利要求2所述的梁，其中，所述幾何形狀的變化包括橫向於所述長形體的縱向軸線定向的焊道。
4.根據權利要求3所述的梁，其中，所述焊道包括凹槽。
5.根據權利要求1所述的梁，其中，所述長形體具有C形輪廓。
6.根據權利要求1所述的梁，其中，所述長形體具有帽形輪廓。
7.根據權利要求1所述的梁，其中，所述一個或多個可變形區域包括形成在所述長形體的縱向中間平面的相對側的、位於長形體中的第一焊道和第二焊道，其中，所述第一焊道和所述第二焊道沿所述長形體的長度定位成比座椅組件連接點更靠近所述縱向中間平面。
8.根據權利要求1所述的梁，其中，所述長形體包括第一側部和第二側部，所述第一側部和所述第二側部在第一端處能夠聯接到車輛側部結構，以及中心部，所述中心部能夠聯接到所述第一側部和所述第二側部的第二端，並在所述第一側部和所述第二側部之間共同擴展地(co-extensively)延伸，其中，所述中心部在所述第一側部和所述第二側部不發生變形的情況下能夠承受的軸向載荷的作用下可變形。
9.根據權利要求8所述的梁，還包括第一凸緣和第二凸緣，所述第一凸緣和第二凸緣聯接到所述第一側部和所述第二側部的第一端並適於將所述梁聯接到車輛的側部結構。
10.根據權利要求1所述的梁，還包括第一支架和第二支架，所述第一支架和所述第二支架適於將所述梁聯接到車輛的底盤並限制所述梁相對於所述底盤的豎直運動。
11.一種車輛，包括車體下層結構，所述車體下層結構包括第一側軌和第二側軌，第一側部結構和第二側部結構，所述第一側部結構和所述第二側部結構在所述下層結構的相對側從所述下層結構向上延伸，以及橫梁，所述橫梁聯接到所述第一側部結構和所述第二側部結構並在所述第一側部結構和所述第二側部結構之間延伸，所述橫梁包括響應於施加到所述第一側部結構或所述第二側部結構的碰撞力而向內軸向地變形的構型。
12.根據權利要求11所述的車輛，其中，所述橫梁包括中心變形區域。
13.根據權利要求11所述的車輛，其中，所述橫梁包括第一側部和第二側部以及在所述第一側部和所述第二側部之間延伸的中心部，其中，所述中心部在所述第一側部和所述第二側部不發生變形的情況下能夠承受的軸向載荷的作用下可變形。
14.根據權利要求13所述的車輛，還包括第一支架和第二支架，所述第一支架和所述第二支架將所述橫梁聯接到耦接到所述側梁的底盤，並且，所述第一支架和所述第二支架適於在允許所述橫梁的橫向運動的同時限制所述橫梁相對於所述底盤的向上運動。
15.根據權利要求11所述的車輛，其中，所述橫梁包括具有一個或多個可變形區域的長形體，所述一個或多個可變形區域在所述長形體的其他區域不發生變形的情況下能夠承受的軸向載荷的作用下可變形。
16.根據權利要求15所述的車輛，其中，所述一個或多個可變形區域包括沿所述長形體的長度的幾何形狀或材料的變化。
17.根據權利要求16所述的車輛，其中，所述幾何形狀的變化包括橫向於所述長形體的縱向軸線定向的焊道。
18.根據權利要求17所述的車輛，其中，所述焊道包括凹槽。
19.根據權利要求15所述的車輛，其中，所述長形體具有C形輪廓或帽形輪廓。
20.根據權利要求1所述的梁，其中，所述一個或多個可變形區域包括沿所述長形體的長度的材料的變化。
21.根據權利要求15所述的車輛，其中，所述一個或多個可變形區域包括形成在所述長形體的縱向中間平面的相對側的、位於所述長形體中的第一焊道和第二焊道，其中，所述第一焊道和所述第二焊道沿所述長形體的長度定位成比座椅組件連接點更靠近所述縱向中間平面。
22.一種用於在側部碰撞事故期間保護乘客的方法，所述方法涉及一種車輛，所述車輛具有包括第一下層結構側軌和第二下層結構側軌的客廂；在所述第一下層結構側軌和所述第二下層結構側軌之間延伸的底盤；從所述第一下層結構側軌和所述第二下層結構側軌豎直地延伸的第一側部結構和第二側部結構；在所述第一側部結構和所述第二側部結構之間延伸的橫向車梁；以及聯接到所述橫向車梁的第一座椅組件和第二座椅組件，所述方法包括以下步驟使所述橫向車梁的一個或多個區域響應於由於側部碰撞事故施加到所述橫向車梁上的軸向力而變形，以及朝向所述客廂的中心使所述第一座椅組件和所述第二座椅組件中的一個向內運動。
全文摘要
一種便於在側部碰撞事故期間保護車輛乘客的系統和方法，更具體地，是一種在保持合理的車輛結構減速度級的同時增大車輛側部結構與位於客廂中的車輛乘客之間的生存空間的系統和方法。該系統和方法在側部碰撞事故期間能夠通過將座椅結構組件聯接到可變形橫杆或橫梁上而使座椅結構組件向內運動。實施例包括可變形橫向車梁，該可變形橫向車梁通過利用幾何形狀的變化和/或材料的變化在沿其長度的一個或更多位置處是可變形的，以在由於側部碰撞事故而產生的橫向載荷的作用下引發受控的變形。
文檔編號B62D21/15GK102438881SQ201080013751
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月25日 優先權日2009年3月25日
發明者保羅·埃利奧, 博戈柳布·韋蘭諾維奇, 哈裡·S·耶爾, 弗蘭克·加比亞內利, 弗蘭克·瓦拉薩諾, 傑羅爾德·拉文, 愛德華·庫斯奇克, 愛資古·N·S·蘇布拉馬尼安, 羅伯特·格拉斯皮, 麥可·德沃爾 申請人:奈克斯特汽車製造公司