用于機動車的車身支架的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于機動車的車身支架，該車身支架由纖維增強塑料制成并且構造為在機動車碰撞情況下吸收能量的支架。
【背景技術】
[0002]已知用于機動車的車身結構、尤其是車身支架設計成，使得該車身支架在機動車碰撞情況下吸收碰撞能量地失效。由金屬材料制成的車身支架在此設計成，使得這些車身支架在確定的力水平時在為此所設的路程上適當變形。對于在機動車、尤其是轎車中的由碳纖維增強塑料(CFK)或其它纖維增強塑料制成的車身結構而言，現(xiàn)今大多數(shù)使用具有多邊形的(例如矩形的)或圓形的輪廓的管狀支架，通常有變形元件(其又稱為碰撞吸能盒)與該管狀支架連接。碰撞吸能盒在其另一端部上與保險杠連接。在正面碰撞時首先是保險杠、然后是碰撞吸能盒用作能量吸收器。如果所述保險杠和碰撞吸能盒的能量吸收能力用盡而動能尚未完全耗散，則已變形/毀壞的保險杠或碰撞吸能盒撞擊到車身支架上，該車身支架在車前部區(qū)域中在具有前置發(fā)動機的機動車的情況下又稱為發(fā)動機支架。由此開始進行在車身支架上的失效。如果支架由CFK制成，則失效伴隨著所謂的破碎(Crushing)進行。在“破碎”失效機制中，支架的或多或少地完全的瓦解(也稱為粉碎或者說破碎或者碎裂)主要以脆性斷裂形式實現(xiàn)。破碎的另一種形式是CFK材料直接在碰撞表面上確定地轉向180°，該轉向也稱為剝開或剝離。在此為了耗散碰撞動能而使纖維斷裂機制與摩擦共同作用。這兩種失效機制在正面碰撞時有效地起作用，在該時力與支架橫截面垂直地作用于支架上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]現(xiàn)在，本發(fā)明的任務在于，提供一種用于機動車的車身支架，該車身支架在不顯著影響車身支架所需的結構空間的情況下能夠實現(xiàn)在機動車碰撞時失效在不同的力水平的情況下進行。
[0004]該任務通過具有權利要求1特征的用于機動車的車身支架解決。本發(fā)明的優(yōu)選擴展方案在從屬權利要求中給出。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的用于機動車、尤其是轎車的車身支架由纖維增強塑料、即纖維復合材料制成并且構造為在機動車碰撞情況下吸收能量的車身支架。這種類型的車身支架是車身的所謂“碰撞”結構的組成部分并且也稱為車身結構支架，因為該車身支架是車身的結構部分。車身支架具有至少一個壁，該壁設有凹部和/或突出部，使得在沿著車身支架的縱向施加預定的碰撞閾負荷(Kollis1nsschwelllast)時，壁的失效在凹部和/或突出部的區(qū)域中通過破碎實現(xiàn)。
[0006]如結合對現(xiàn)有技術的說明已經(jīng)提到地，通過破碎的失效是小體積脆性的失效，在該失效時纖維斷裂成或多或少的小部分并且因而壁在失效的部位上“碎裂”、即分解為多個小碎塊/小部分。該失效類型在相對大的力水平的情況下進行，從而可以在確定的失效路程上耗散相對多的碰撞能量。
[0007]根據(jù)車身支架的一種優(yōu)選的擴展方案，所述凹部和/或突出部在壁中構造成，使得壁的失效能夠在車身支架的失效路程上根據(jù)預定的力變化曲線進行控制或者說在壁/車身支架的在車身支架的失效路程上失效時的力變化曲線可以適合地、即尤其是根據(jù)規(guī)定力變化曲線進行控制。換言之，有利于實現(xiàn)破碎的凹部和/或突出部構造成，使得根據(jù)期望的預定的力變化曲線發(fā)生更小塊的破碎或更大塊的破碎或根本不發(fā)生破碎。與此對應地，車身支架可以在確定的路程上在大的力的情況下失效，由此吸收大的碰撞能量，并且在失效前進至另一部位或另一區(qū)域上時車身支架可以在較小的力的情況下失效，從而在所述另一部位上并且在車身支架于該另一部位上失效時吸收較小的碰撞能量。
[0008]車身結構支架尤其是可沿著其縱向具有至少兩個相繼設置的不同的失效部段，這些失效部段在機動車碰撞情況下根據(jù)凹部和/或突出部的不同布置方式和/或構造在不同的力水平的情況下失效。車身結構支架也可沿著縱向具有多于兩個失效部段，這些失效部段分別在不同的或相互過渡的力變化的情況下失效。
[0009]大的力水平意味著，在機動車的相同的有效碰撞質量的情況下作用于車輛乘員的減速度/加速度相對大。小的力水平意味著，在相同的有效碰撞質量的情況下作用于乘員艙并且因而作用于車輛乘員的減速度/加速度相對小。假設在機動車碰撞過程中機動車的有效質量發(fā)生變化，則這對減速度/加速度也有影響，其中，當有效質量減小時，在相同的減速度/加速度的情況下甚至更大的力水平是可能的。就此而言，根據(jù)本發(fā)明可特別簡單地控制力變化曲線并且因而控制作用于乘員艙和車輛乘員的減速度/加速度并且尤其是可防止減速度/加速度超過確定的閾值，而不顯著改變車身支架的結構空間并且不顯著提高車身支架的重量。
[0010]優(yōu)選車身支架或壁的失效可以在車身支架的失效路程上在通過破碎的失效和通過剝離的失效之間進行控制。與通過破碎的失效的情況相比，在通過剝離的失效時纖維斷裂成明顯更大體積的。尤其是在完全平坦的壁表面的情況下有利于通過剝離的失效，在此纖維例如在壁的端部區(qū)域和與另一個壁的過渡部中斷裂并且隨后大面積地剝離。
[0011]在適當?shù)牟课簧嫌嗅槍π缘卦O置凹部和/或突出部在此阻礙通過剝離的失效并且有利于破碎，因為每個凹部和/或突出部意味著材料轉向、尤其是纖維轉向。在使得纖維轉向、即彎曲的部位上，有利于纖維在脆性失效時斷裂。換言之，壁具有越多的彎曲部/不平整部，就實現(xiàn)越小塊的失效，其中，凹部和/或突出部構成這種類型的彎曲部/不平整部。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的車身支架的一種擴展方案，所述壁除了凹部和/或突出部之外基本上構造成平坦的。術語“平坦”在這一點上意味著平面的、即所述壁在總體上不彎曲。因此，沿著負荷方向在不具有突出部或凹部并且使得纖維相應地布置為直的、即不彎曲的部位上特別有利于通過剝離的失效。通過在平坦的壁中構成有突出部和凹部，在這些部位上可以有利于通過破碎的失效。
[0013]優(yōu)選地，車身支架或車身支架的塑料借助連續(xù)纖維被增強。連續(xù)纖維顯著有利于車身支架的剛度和強度。優(yōu)選地，纖維以與凹部和突出部一致的方式跟隨具有凹部和/或突出部的壁的走向。換言之，連續(xù)纖維在與凹部或突出部的對應的過渡部上彎曲。如上已述，在這些部位上特別有利于破碎。
[0014]纖維可根據(jù)凹部和/或突出部經(jīng)由連續(xù)的制造工藝來布置。作為生產(chǎn)方法在此可考慮纏繞工藝、編織工藝和拉擠成型工藝。
[0015]借助這種類型的連續(xù)的生產(chǎn)方法可特別簡單地制造具有適合強度的車身支架。
[0016]借助這種類型的方法可特別簡單地構成凹部和突出部，其方式為:在纏繞工藝或編織工藝或拉擠成型工藝中增大直徑。
[0017]作為替代方案也可使用不連續(xù)的生產(chǎn)工藝來布置纖維。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴展方案，所述凹部和/或突出部沿著車身支架的縱向、即基本上平行于車身支架的縱向延伸。
[0019]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的車身支架中，凹部是平行于支架縱向構造的凹槽。特別地，凹部優(yōu)選構成在支架的壁的外側上。
[0020]同樣優(yōu)選的是，在根據(jù)本發(fā)明的車身支架中，突出部是平行于支架縱向構造的脊部。特別地，脊部優(yōu)選構成在支架的壁的內(nèi)側上。
[0021]由此可特別簡單地通過未顯著改變結構空間的解決方案來提高在碰撞情況下的力水平。換言之，無須設置具有更厚的壁厚或更大的直徑的車身支架。相反地，僅需在車身支架的壁中構成有附加的凹部和/或突出部，這些凹部和/或突出部不改變結構空間并且不顯著改變支架的重量，其中，車身支架的壁厚優(yōu)選基本保持相同。以凹槽/脊部形式的凹部/突出部可特別簡單地構成。
[0022]優(yōu)選地，對應于在壁的一側上的凹部，在壁的另一側上設有突出部，使得車身支架的壁厚在其周向上基本保持相同。
[0023]由此，支架未被凹部減弱并且支架的重量僅相對微小地增加。
[0024]凹槽優(yōu)選可構造為沿著縱向逐漸變細和/或變寬的。優(yōu)選地，凹槽的幾何形狀變化根據(jù)期望的失效力變化曲線進行構造。
[0025]由此可簡單且未顯著改變結構空間地形成在剝開和很細小的破碎之間的失效力變化曲線。
[0026]優(yōu)選地，車身支架是具有開放輪廓和/或封閉輪廓的異形支架。這種類型的輪廓具有多個壁，其中，在一個或多個壁中可構成有凹部和/或突出部。
[0027]凹部和/或突出部在具有多個壁的車身支架中尤其是構成在較寬的壁部段上。凹部和/或突出部在具有多個壁的車身支架中尤其是構成在車身支架的較寬的壁上。橫截面為矩形且非正方形的車身支架例如具有兩個寬壁和兩個窄壁。
[0028]在寬壁中可根據(jù)凹部和/或突出部的存在性和構造方式來實現(xiàn)在小塊失效和大體積失效之間的特別大的差別并且因而實現(xiàn)在失效力變化曲線中的特別大的差別。因此在本發(fā)明意義中將凹部和/或突出部設置在較寬的壁中比設置在較窄的壁中更為有效。
[0029]優(yōu)選地，車身支架是空心支架、即具有封閉輪廓且橫截面為多邊形、優(yōu)選大致為矩形的支架。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的車身支架可在其所有方案中由碳纖維增強塑料(其也稱為碳纖維增強塑料或碳纖維復合材料)制成。作為替代方案，也可使用玻璃纖維增強塑料或芳香尼龍纖維增強塑料或借助其它任何適合的纖維增強的塑料/復合材料。
[0031]根據(jù)一種優(yōu)選擴展方案，車身支架的壁的壁厚可以是基本恒定的。這意味著，壁厚即使在具有凹部和/或突出部的部位上也是基本恒定的。特別地，壁的壁厚至少可在橫向于支架縱向的方向上是恒定的。
[0032]優(yōu)選地，車身支架設置在針對機動車正面碰撞的前部負荷路徑中和/或設置在針對機動車尾部碰撞的后部負荷路徑中。車身支架可直接或間接地例如經(jīng)由變形元件、即碰撞吸能盒與保險杠橫梁連接。變形元件例如設計成可更換的并且用于在機動車的低速范圍內(nèi)吸收碰撞能量，同時避免設置在該變形元件后方的車身支架的不可逆的損壞。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的車身支架可以是前部的縱向支架(其在具有前置發(fā)動機的機動車中又稱為發(fā)動機支架)或后部的縱向支架。前部的縱向支架可在車前部的絕大部分上延伸、例如從保險杠橫梁或變形元件延伸到車廂前壁，該車廂前壁將機動車的車前部與乘員艙隔開。
[0034]但車身支架例如也可以是A柱或車頂框架或車身門檻或類似物。
[0035]優(yōu)選地，車身支架可以沿著其縱向具有至少一個高碰撞能量吸收部段，在該高碰撞能量吸收部段中在壁中構造有凹部和/或突出部。車身支架同樣也可具有低碰撞能量吸收部段，在該低碰撞能量吸收部段中在壁中未構成有凹部和/或突出部。由此車身支架具有至少兩個不同的失效部段。
[0036]本發(fā)明的上述的進一步改進的特征彼此間可盡可能任意地組合。