用于機動車輛的保險杠加強系統的制作方法

本發明涉及用于機動車輛的保險杠加強系統。

背景技術：

存在對下述機動車輛車身結構的一般需求：該機動車輛車身結構在碰撞期間以及涉及由于作用在車輛上的沖擊力而引起的非常高的載荷的其他情況下為乘客提供高度的安全性。

為了獲得車輛乘客的高度安全性，車輛的車身結構必須設計成通過以有效的方式吸收和分布沖擊力來提供高強度和對沖擊力的抵抗。這通常借助于車輛中的各種加強結構和部件來實現。

特別地，前保險杠系統通常包括保險杠梁以及布置在保險杠梁的端部處的沖撞盒。沖撞盒又固定在機動車輛的縱向構件上。如果發生迎面碰撞，則碰撞能量經由保險杠梁轉移到沖撞盒，沖撞盒發生變形以至少部分地吸收碰撞能量。

最近，在美國引入了一種新的碰撞測試，該碰撞測試復制了當車輛的前角與另一車輛或物體如樹或電線桿碰撞時發生的情況(小型重疊剛性障礙物(smalloverlaprigidbarrier)或sorb測試)。

小型重疊正面碰撞主要影響車輛的未被前保險杠系統很好保護的外邊緣。碰撞力直達前車輪、懸架系統和防火墻中。并不罕見的是，車輪被向后迫壓進入到擱腳區域中，造成更多地侵入乘客車廂中并導致嚴重的腿部和腳部損傷。

因而，需要有助于減少在發生小型重疊正面碰撞的情況下對乘客車廂的侵入的加強的前保險杠系統。

同時，期望減小車輛的總重量，以便減少車輛的能量消耗，從而滿足未來的環境要求。因而，加強的前保險杠系統不應當影響減重目標的實現。

從wo2014/112596和wo2014/088117中已經了解到增加加強管，該加強管通過其第一端部連接至保險杠梁的端部區域并且通過其另一端部連接到車輛的前縱梁。然而，如果發生小型重疊正面碰撞，則保險杠梁的特定設計不允許維持其端部區域的結構完整性并且前縱梁被嚴重彎曲。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上文提到的問題，并且特別地，本發明的目的是提供一種保險杠加強系統，該保險杠加強系統有助于減少在發生小型重疊正面碰撞的情況下對乘客車廂的侵入。本發明的另一個目的是盡可能多地限制保險杠加強系統的重量增加。

為此，本發明涉及一種用于機動車輛的保險杠加強系統，該保險杠加強系統包括：

-保險杠梁，該保險杠梁具有帶有閉合橫截面的單件式長形輪廓，并且該保險杠梁包括至少在保險杠梁的寬度的一部分上延伸的中央區域以及位于保險杠梁的每個末端處的端部區域，

-兩個保險杠緊固件，所述兩個保險杠緊固件在保險杠梁的中央區域與端部區域之間的相交處連接至保險杠梁的后側部，

-兩個加強管，所述兩個加強管通過所述兩個加強管的第一端部連接至保險杠梁的端部區域的后側部，所述兩個加強管從保險杠梁延伸以便相對于保險杠梁的豎向對稱平面形成低于45°的角α并且適于通過所述兩個加強管的另一端部連接到設置保險杠加強系統的車輛的前縱梁上，

-兩個覆蓋件，所述覆蓋件具有帶有敞開橫截面的單件式長形輪廓，與保險杠梁的端部區域的后側部相接觸且至少從加強管中的一個加強管的第一端部延伸至保險杠緊固件中的一個保險杠緊固件。

根據本發明的其他有利方面，保險杠加強系統包括單獨考慮或根據任何技術上可能的組合考慮的以下特征中的一個或更多個特征：

-保險杠加強系統包括兩個前縱梁和兩個懸臂支架，所述兩個前縱梁連接至保險杠緊固件并且所述兩個懸臂支架從前縱梁向外延伸，

-加強管通過其另一端部連接在前縱梁與懸掛支架之間的接合部處，

-前縱梁包括由抗拉強度包括在450兆帕至1150兆帕之間并且總伸長率大于8％的鋼制成的前部；以及由通過模壓淬火獲得的、抗拉強度包括在1400兆帕至2000兆帕之間并且碳含量包括在0.15wt％至0.5wt％之間的完全馬氏體鋼制成的后部，

-加強管不沿保險杠梁的縱向方向從保險杠梁的端部突出，

-加強管由抗拉強度在780兆帕至900兆帕之間的雙相鋼制成，

-加強管為具有圓形橫截面的中空管，

-保險杠梁具有b形橫截面，

-保險杠梁包括腹板以及從所述腹板基本上垂直地延伸的兩個腿部，

-保險杠梁由抗拉強度在1500兆帕至1900兆帕之間的完全馬氏體鋼制成，

-覆蓋件具有u形橫截面，

-覆蓋件包括腹板以及從所述腹板基本上垂直地延伸的兩個腿部，

-覆蓋件的腿部與保險杠梁的腿部相接觸，并且覆蓋件的腹板與保險杠梁的腹板相接觸，

-覆蓋件延伸超過保險杠緊固件，

-覆蓋件延伸到達保險杠梁的末端，

-覆蓋件由抗拉強度在1180兆帕至1320兆帕之間的雙相鋼制成，

本發明還涉及包括根據本發明的保險杠加強系統的機動車輛車身結構以及包括這種系統的機動車輛。

附圖說明

通過閱讀參照附圖給出的以下描述將更好地理解本發明的其他特征及優點，在附圖中：

-圖1是根據本發明的保險杠加強系統的立體圖，

-圖2是根據本發明的保險杠梁的橫截面圖，

-圖3是根據本發明的保險杠加強系統的一部分的立體圖，

-圖4是將加強管連接到前縱梁上的立體圖。

貫穿所有附圖，通常由相同的附圖標記指示相同或相應的元件。

在以下描述中，術語內、外、前、后、橫向、縱向、豎向和水平是參照圖示的元件、部件或結構當組裝在車輛結構上時的通常取向來解釋的。

具體實施方式

如圖1所示，保險杠加強系統1包括保險杠梁2、保險杠緊固件3、加強管4和覆蓋件5。

保險杠梁2包括具有閉合橫截面的單件式長形輪廓。保險杠梁2適于大致從車輛的一側沿橫向方向延伸至另一側。由于“單件式”特征，保險杠梁不具有局部薄弱點。這允許在碰撞期間維持保險杠梁的完整性。

優選地，該輪廓呈弓形，并且更特別地，該輪廓朝向采用保險杠加強系統1的車輛的外部部分凸出。這種凸出提高了保險杠梁的抗變形性。

保險杠梁2包括至少在保險杠梁的整個寬度的一部分上延伸的中央區域21以及位于保險杠梁的每個末端處的端部區域22。

由于閉合的橫截面，保險杠梁在沖擊期間不趨于向外打開。所產生的保險杠梁的高慣量有助于更好地吸收能量。

根據圖2示出的本發明的一個實施方式，保險杠梁2的閉合橫截面為“b形”橫截面。該橫截面基于u形溝槽6，該u形溝槽6朝向采用保險杠系統的車輛的內部部分凸出。

u形溝槽包括基本上豎向地延伸的腹板8以及分別從腹板的兩個末端沿大致水平方向延伸且沿縱向方向向前指向的兩個腿部9。u形溝槽6的深度沿著保險杠梁的長度是恒定的。

腹板8包括凹槽7，凹槽7橫跨溝槽的寬度的一部分并且朝向采用保險杠梁的車輛的外部部分的凸出。凹槽包括基本上豎向地延伸的腹板11以及分別從腹板11的兩個末端沿大致水平方向延伸且沿縱向方向向后指向的兩個腿部12。凹槽7的深度沿著保險杠梁的長度是恒定的。

u形溝槽的腿部9在其端部處由從腿部基本上豎向地延伸的凸緣10連續。凸緣從腿部向內延伸。優選地，腹板的末端與凹槽7相接觸，以便提高保險杠梁的抗變形性。優選地，兩個凸緣位于相同的平面中。

可選地，凸緣可以由于加強筋而被加強。

腿部9和腿部12形成極其抗水平方向上的彎曲的水平壁。這種壁增大了保險杠梁的慣量。

根據本發明的另一些實施方式，保險杠梁2可以根據所要求的慣量而具有其他閉合的橫截面。橫截面可以例如包括一個主u形溝槽6和多個凹槽7。

保險杠梁2由具有高強度的第一材料制成，使得保險杠梁很好地抵抗變形。該第一材料可能是鋼。

在一個優選實施方式中，該第一材料是完全馬氏體鋼。例如，完全馬氏體鋼具有包括在1200兆帕至1700兆帕之間的屈服強度以及包括在1500兆帕至1900兆帕之間的抗拉強度。這種馬氏體鋼是通過壓型的易成形工藝、機械性能與重量減輕之間良好的折衷方案。閉合的橫截面與完全馬氏體鋼級的結合提高了保險杠梁的抵抗力，同時由于高慣量而允許吸收一部分碰撞能量。閉合橫截面與完全馬氏體鋼級的結合還改進了沖擊載荷在沖撞盒上的傳遞。

第一材料可以是未涂覆的或經涂覆的，例如，通過任何適當的工藝比如熱浸涂、電沉積、真空涂覆而被進行鍍鋅層擴散處理(galvannealed)或被電鍍鋅。

保險杠梁2優選地由均勻的材料制成以有利于保險杠梁2的成形。

保險杠梁2優選地通過輥軋成型而獲得。然而，與第一材料的等級相適合的任何其他適當的工藝也是可能的。

保險杠加強系統1還包括保險杠緊固件3，該保險杠緊固件3在保險杠梁2的中央區域21與端部區域22之間的相交處例如通過焊接連接至保險杠梁2的后側部。這些保險杠緊固件適于將保險杠梁優選地通過汽車的沖撞盒31或者在輕型貨車情況下通過擠壓稍端31連接至機動車輛的前縱梁32。

這些保險杠緊固件的形狀不受限制。根據圖3示出的本發明的一個實施方式，這些保險杠緊固件是具有沿縱向方向的長形壁的帽形件，以便將碰撞能量從保險杠梁更均勻地傳遞到沖撞盒的或擠壓稍端的頭部。根據本發明的另一些實施方式，保險杠緊固件可以是將保險杠梁通常通過沖撞盒而連接至前縱梁的螺栓或簡單地焊接點。

保險杠加強系統1還包括至少兩個加強管4，所述至少兩個加強管4由它們的一個端部優選地通過連接部分41連接至保險杠梁的每個端部區域的后側部。

加強管適于由其后端部例如通過焊接而連接到前縱梁32上。加強管優選地連接到前縱梁32的前部部分上，并且更優選地連接在前縱梁與采用保險杠加強系統1的機動車輛的懸架的a臂33之間的接合部處，如圖4所示。更優選地，加強管連接在前縱梁與懸臂支架34之間的接合部處。該支架從前縱梁向外延伸，使得前縱梁/支架的接合部呈l形，因此加強管連接在l型的凹陷部中。加強管的這種連接得益于該接合部的堅固性并且限制了重量增加。特別地，在碰撞的情況下，由加強管傳遞的作用力的橫向分量被懸臂支架34以及位于懸臂支架緊下方的彈簧托盤35吸收，而不會使前縱梁彎曲。

在一個優選實施方式中，加強管的前端部并未從保險杠梁的端部沿保險杠梁的縱向方向突出。這改進了從保險杠梁至加強管的載荷傳遞。

加強管4優選地是具有圓形橫截面的中空管。這種橫截面可以通過成型(profiling)容易地實現。加強管4還表現出高的抗壓縮性并且在壓縮中具有穩定表現。然而，在本發明的框架內其他橫截面也是可能的。

優選地，加強管并未在橫向方向上彎曲或向內成角度，以便使在碰撞期間由加強管傳遞到前縱梁上的作用力的橫向分量最小化。

優選地，加強管的表面不包括任何觸發件和/或加強筋，以便使在碰撞的早期階段發生管擠壓的風險最小化。

連接部分41例如通過焊接固定到加強管的一個端部上。根據圖3示出的本發明的一個實施方式，該連接部分主要由大于加強管的圓形橫截面的板構成，以允許將連接部分螺栓連接到保險杠梁上并且增大保險杠梁與加強管之間的接觸表面，以便將作用力分布在保險杠梁上。

加強管4從保險杠梁2沿大致水平方向延伸并且在縱向方向上向后指向。加強管4相對于保險杠梁的豎向對稱平面形成低于45°的角α，即相對于前縱梁成低于45°的角α。優選地，角α包括在20°與35°之間。由于加強管的這種取向，加強管在壓縮中更有效地起作用并且在碰撞期間發生早期擠壓的風險被最小化。此外，這種取向限制了在碰撞期間由加強管傳遞到前縱梁上的作用力的橫向分量。

在發生小型重疊剛性障礙物碰撞的情況下，由于保險杠梁的背面在每個端部處由加強管支承，因此能夠強烈地限制端部區域的彎曲。因此，端部區域在沖擊的早期階段不彎曲并且剛性障礙物與車輪之間的直接接觸得以避免，其中，剛性障礙物與車輪之間的直接接觸將允許剛性障礙物向后迫壓車輪進入防火墻中。此外，載荷被更好地傳遞到沖撞盒。因而，能夠有效地吸收由碰撞導致的沖擊。

加強管4由具有高強度的第二材料制成，以便加強保險杠梁2的抗變形性。第二材料可以是鋼。

在一個優選實施方式中，該第二材料是雙相鋼。例如，該雙相鋼具有包括在450兆帕至550兆帕之間的屈服強度以及包括在780兆帕至900兆帕之間的抗拉強度。這種等級是易成型與成型后的高強度之間的良好的折衷方案。此外，管狀形狀與該雙相鋼的結合是改進的抗變形性與有限的重量增加之間的良好的折衷方案。

第二材料可以是未涂覆的或經涂覆的，例如通過任何適當的工藝例如熱浸涂、電沉積、真空涂覆而被進行鍍鋅層擴散處理或被電鍍鋅。

每個端部區域22的背面至少部分地用覆蓋件5覆蓋，以便增大端部區域的慣量。覆蓋件為具有敞開橫截面的單件式長形型材。覆蓋件優選地具有u形橫截面，覆蓋件具有基本上豎向地延伸的腹板51以及分別從腹板的兩個末端沿大致水平方向延伸且在縱向方向上向前指向的兩個腿部52。覆蓋件的尺寸設計成使得覆蓋件51的腹板51和腿部52與保險杠梁相接觸。特別地，覆蓋件的腿部52與保險杠梁的腿部9相接觸，并且覆蓋件的腹板51與保險杠梁的腹板8相接觸。

腿部52形成與保險杠梁的腿部9和腿部12類似的附加水平壁，這增大了端部區域的慣量。

覆蓋件5至少從加強管的第一端部延伸至保險杠緊固件，特別地從管4的內邊緣、更特別地從管的連接部分41的內邊緣延伸達到保險杠緊固件3的內邊緣。

在碰撞的早期階段，由覆蓋件所提供的慣量增大改進了到沖撞盒或擠壓稍端的載荷傳遞。因而，能夠更有效地吸收由碰撞引起的沖擊。然后，覆蓋件維持端部區域的完整性并且允許端部區域與車輪的強接觸，以便在碰撞期間引導車輪路徑。這更好地限制了車輪侵入到乘客車廂中的風險。

在一個優選實施方式中，覆蓋件5延伸超過保險杠緊固件3的內邊緣，該延伸是沿橫向方向向內的。延伸的長度優選地是保險杠梁的高度的數量級。由于該延伸，保險杠梁的在沖撞盒或擠壓稍端31的末端區域中的彎曲和失效被更好地抵消。此外，由于該延伸，保險杠緊固件3例如通過焊接連接至覆蓋件而不是連接至保險杠梁，使得保險杠梁的完整性在保險杠緊固件的高度處不受損害。此外，覆蓋件因而可以在保險杠緊固件的內邊緣以外連接至保險杠梁，在這種情況下，保險杠緊固件的內邊緣較少暴露于碰撞力。

在一個優選實施方式中，覆蓋件5還延伸到達保險杠梁的末端。由于該延伸，保險杠梁在加強管的末端區域中的彎曲和失效被更好地抵消。在這種情況下，覆蓋件置于保險杠梁2與管4的末端之間。

在一個優選實施方式中，覆蓋件5不沿保險杠梁的縱向方向從保險杠梁端部突出。這改進了該端部的抵抗性并且改進了從保險杠梁到加強管的載荷傳遞。

覆蓋件5由具有高強度的第三材料制成，以便加強保險杠梁2的抗變形性。第三材料可以是鋼。

在一個優選實施方式中，該第三材料是雙相鋼。例如，該雙相鋼具有包括在900兆帕至1100兆帕之間的屈服強度以及包括在1180兆帕至1320兆帕之間的抗拉強度。這種鋼級結合了高抗變形性與高延展性和高總伸長率。此外，覆蓋件的設計與這種雙相鋼的結合是改進的抗變形性與有限的重量增加之間的良好的折衷方案。

第三材料可以是未涂覆的或經涂覆的，例如通過任何適當的工藝比如熱浸涂、電沉積、真空涂覆而被進行鍍鋅層擴散處理或被電鍍鋅。

覆蓋件5可以通過輥軋成型或通過任何其他適當的工藝例如彎曲或沖壓獲得。

根據本發明的一個實施方式，保險杠加強系統1包括前縱梁32，前縱梁32優選地通過沖撞盒或擠壓稍端連接至保險杠緊固件。這些前縱梁是沿采用保險杠加強系統的車輛的縱向方向延伸的長形型材。優選地，每個前縱梁通過焊接兩個不同的可硬化鋼板而獲得。每個前縱梁主要包括由有效地吸收通過沖撞盒或擠壓稍端傳遞的殘余沖擊能量的鋼級制成的前部、以及由提供高的防侵入保護的鋼級制成的后部。前部和后部由通過激光焊接組裝且通過熱沖壓成形的兩個坯料而制成。

前部件優選地由抗拉強度包括在450兆帕至1150兆帕之間并且總伸長率高于8％、優選地在8％至25％之間的鋼制成。更優選地，鋼顯微組織包含至少75％的等軸鐵素體、5％至25％的馬氏體以及小于10％的貝氏體。還更優選地，鋼組分包含0.04wt％至0.1wt％的c、0.3wt％至2wt％的mn、小于0.3wt％的si、小于0.08wt％的ti以及0.015wt％至0.1wt％的nb。這種鋼的示例是500。

由于該鋼級，前縱梁更有效地吸收未通過保險杠梁的端部區域傳遞到沖撞盒或擠壓稍端上的能量以及通過加強管傳遞到前縱梁上的能量。

后部優選地由通過熱沖壓/模壓淬火獲得的完全馬氏體鋼制成，該馬氏體鋼具有包括在1400兆帕至2000兆帕之間的抗拉強度以及包括在0.15wt％至0.5wt％之間的碳含量。這種鋼的示例是1500。

由于該鋼級，侵入乘客車廂中的風險顯著降低。

盡管已經結合僅有限數量的實施方式詳細描述了本發明，但是應當容易理解的是，本發明不局限于這些公開的實施方式。盡管本說明書主要涉及橫過機動車輛的前部而使用的保險杠加強系統，但是該保險杠加強系統可以替代地構造成橫過機動車輛的后部而使用。在這種情況下，所有描述的特征分別相對于縱向方向反轉。