汽车车身的底板结构 技术领域 本发明涉及一种承载结构装置， 尤其是一种汽车车身的底板结构以及特别是一种 汽车或者汽车车身的布置在座舱下方的底部结构。 此外本发明涉及一种装备有该承载结构 装置的汽车。
背景技术 汽车车身的承载结构件， 例如前架、 后架、 纵梁以及前底部和后底部一方面通过承 受汽车重量或者各个汽车部件， 例如发动机部件的重量而满足静态功能。另一方面至少这 些部件中的一些在出现极端机械载荷的情况下， 例如在汽车碰撞的情况下具有确定的变形 特性。
汽车车身的各个承载结构件的几何设计以及它们相互间的机械连接确定了所谓 的载荷路径， 碰撞时出现的碰撞能量可以沿着该载荷路径以尽量确定的方式方法被引出。 此外载荷路径满足了这样的目的， 即不仅吸收碰撞引起的碰撞能量， 而且还使作用力远离 座舱， 使得座舱本身在严重的汽车碰撞时可以满足其作为汽车乘客生存空间的功能。
除了需要满足的机械载荷要求， 还不断追求为了减少燃料消耗而在整体上降低汽 车车身和汽车的质量。
因此例如从 DE 102006052381A1 已知一种用于轿车车身底部的纵梁， 该纵梁的至 少一个部分区段设计为滚压型材。在此， 可以在设计为滚压型材 (Rollprofil) 的部分区段 内形成一个带有两个小室的材料搭接， 该小室可以使纵梁得到加固。
此外， 可以考虑在车身结构中使用轻质结构材料作为减轻重量的措施。合适的轻 质结构材料可以考虑例如由钢或者钢板加压淬火制成的构件以及使用这样的金属板， 该金 属板具有较高的轻质金属， 例如镁或者铝的成分或者完全由这种较轻的低密度材料构成。
然而， 这样的轻质结构材料由于其普通的耐腐蚀性使其在汽车车身外部部件， 例 如前架、 后架、 纵梁或者横梁中的使用受到限制。
以铝或者镁的轻质构造方式制成的承载结构件以及加压淬火的钢板为了使用在 汽车外部区域中必须总是具有抗腐蚀的保护层。然而由于变形过程中的温度要求， 例如通 过镀锌的保护层涂覆例如几乎不能用于加压淬火的钢板。 此外金属保护层的涂覆总是伴随 着重量的增加以及成本的增加。
传统的汽车车身前架结构由于位于喷水区域内的框架型材以及其切边棱而非常 容易被腐蚀。框架型材的每个凸缘切边均需要额外的 ( 油漆 ) 蒙护。
此外， 为了优化汽车的声学特性， 特别是降噪特性， 汽车车身的底部结构需要具有 声音隔离层。该隔离层的厚度通过声音衰减要求预先规定， 因此只能有限地减小最终决定 前架型材高度的、 在潮湿或者喷水区域内在汽车底部下方延伸的前车架延长部的结构高 度。
此外在现有技术中表明不利的是， 为了制造底部结构， 需要将大量的单个结构件 和衬件分别单独地与汽车车身连接。 这样的制造和装配总是伴随着较高的生产耗费和生产
成本。 发明内容 因此本发明所要解决的技术问题在于， 提供一种汽车车身的承载结构装置， 该承 载结构装置足以承担机械载荷要求， 具有相对较小的重量， 可以用最少的成本制造并且可 以形成汽车内部的额外的结构空间。
该技术问题按本发明通过一种优选设计为底部结构的汽车车身承载结构装置解 决， 该承载结构装置具有至少一个基本上沿汽车纵向延伸的承载结构件， 该承载结构件设 置用于在所述汽车的内部区域或者干燥区域内构成汽车车厢前壁和车身后车架的一体式 连接。该技术问题还通过一种装备有按本发明的承载结构装置的汽车解决。
按本发明的承载结构装置设置用于汽车车身或者设计为汽车车身的组成部分。 在 此， 按本发明的承载结构装置可以具有多个已经模块化地相互接合或者相互固定连接的汽 车车身的单个部件， 例如纵梁和横梁、 前架和 / 或后架以及其框架区段、 A 柱、 B 柱、 C 柱或者 D 柱， 以及车门槛、 车厢前壁和 / 或脚踏板或者类似的承载结构件。
按本发明的承载结构装置的特征在于一个基本上在汽车纵向上延伸的承载结构 件， 该承载结构件设置在汽车的内部区域或干燥区域内用于形成汽车车厢前壁或前围板与 汽车车身的后架或后架接头 (Hinterrahmenknoten) 的一体式连接。
在此， 一体式设计的承载结构件从汽车的前架延伸到其后架， 通常从汽车车身的 前围板延伸到脚踏板。因此承载结构件跨过了汽车车身的位于座舱下方的整个底板部分。
在此， 按本发明的承载结构装置优选模块化地设计。其承载结构件优选可以直接 或者间接地通过将汽车的潮湿区域和干燥区域彼此分开的分隔元件连接在汽车车身的前 架上并且以相似的方式连接在汽车车身的后架上。
按本发明的第一种有利的设计方案特别规定， 承载结构件向下与汽车车身的底板 邻接。在此， 底板用作汽车车身的喷水区域或者外部区域与干燥区域或者内部区域之间的 密封分隔件。
通过将底板布置在承载结构件的下方， 按本发明的底板结构的承载构件可以被完 全布置在汽车的干燥区域或者内部区域内， 从而在其它情况下必需的防腐蚀措施对于这种 承载式结构件或者作为载荷传递路径的结构件是多余的。
因此对于承载结构件， 可以以有利的方式完全省去防腐蚀层。 此外， 通过底板在承 载结构件下方的固定可以实现只通过结构上的措施而有效地保护承载结构件不受潮湿和 其它的腐蚀作用以污染的影响。此后不用再担心损害承载结构件的功能适用性的腐蚀。
按本发明的一种有利的扩展设计， 至少一个承载结构件具有在纵向或者汽车横向 上分支的和 / 或相互连通的型材区段， 这些型材区段此外朝向底板设计为例如 U 形或者 V 形构造的开口的型材区段。通过承载结构件和位于其下的底板的相互固定， 承载结构件的 向下开口的型材区段可由底板封闭。
就这点而言底板可以用作承载结构件的型材区段的封闭板。 对于承载结构件特别 规定， 承载结构件朝向前围板具有与从外部与前围板邻接的前架对应的横截面并且基本上 与前架的横截面重叠地以形成载荷传递路径的方式布置在车厢前壁或者前围板上。
各个型材区段与行驶方向相反， 也就是指向后面地优选呈 Y 形地分支， 其中， 一个
分支向中间底槽区段延伸并且另一个分支向车门槛延伸。 通过承载结构件的与前架以形成 载荷传递路径的方式有效连接的型材区段的这样的分支结构， 可以将由碰撞引起的力最佳 地导入中间底槽中和车门槛区域中。
按本发明的一种优选的设计方案还规定， 承载结构件通过至少一个本身封闭的、 在底板平面内延伸的焊接凸缘与底板连接。 若例如承载结构件的一个型材区段分为两个分 支， 而它们沿汽车纵向又相互连通或者与另一个型材部件连通， 则承载结构件具有由分支 区域构成的凹处。
通过分支的型材区段向下朝向底板以贯通的焊接凸缘与底板连接， 在承载结构件 和底板相互固定时在承载结构装置内形成了一个向下封闭的槽， 该槽例如适用于容纳绝缘 材料。由此还可以增大汽车内部空间内的可用的结构空间。
此外， 按本发明的另一种有利的设计方案规定， 承载结构件当其到达汽车上的装 入位置时可以借助倾斜于或者横向于底板平面延伸的前连接区段通过底板的与该前连接 区段对应延伸的连接区段以形成载荷传递路径 (lastpfadübertragend) 的方式与汽车车 身的位于汽车潮湿区域内的前架部件连接， 优选焊接。
底板的倾斜地， 优选向上伸出延伸的前连接区段用作位于喷水区域内的前架和与 之重叠地布置在内部区域或者干燥区域内的承载结构件之间的密封的分隔物。 在此可以特 别规定， 底板的前连接区段甚至用作前围板、 设计为前围板的延长部和 / 或与前围板连接。
按本发明的承载结构装置的位于内部的承载结构件在其前连接区段内的型材横 截面基本上相应于相对置的前架的型材横截面。在此， 位于内部的承载结构件可以特别地 设计为前架延长部的形式。
通过承载结构件和前架至少部分地， 优选几乎完全相互重叠的布置， 虽然位于内 部的承载结构件和位于外部的前架被密封地分隔， 还是可以构成延伸通过两个部件的载荷 路径。在此尤其规定， 对于底板在前架和位于内部的承载结构件之间延伸的连接区段进行 两面焊接， 即既焊接在前架的自由端部上又焊接在位于内部的承载结构件的前端部区段 上。
按本发明的另一种有利的设计方案， 位于内部的承载结构件具有在汽车纵向上在 承载结构件的整个长度上延伸的中间底槽区段。中间底槽区段具有向下开口的 U 形或者帽 形型材并且基本上呈直线地在承载结构件的整个长度上延伸。
中间底槽区段优选一体式地并且连贯地在汽车车身的车厢前壁或前围板和脚踏 板或后架接头之间延伸。相应于承载结构件的设计为底槽区段的压槽， 位于下方的底板也 可以具有相应的贯通的 U 形或者帽形型材状的压槽。
通过将中间底槽区段或者底槽加强件集成在位于内部的承载结构件中， 可以以简 单的方式方法实现对整个承载结构件和底板结构的额外的加强。
按本发明的另一种设计方案， 位于内部的承载结构件在其沿汽车横向的侧边缘上 具有相对于位于下方的底板的平面向上伸出或者竖起 (abgestellt) 的并且相对置的边缘 区段。这些边缘区段可以例如由承载结构件的型材区段形成或者与其一体式地连接。无论 如何这些边缘区段使承载结构件的扭转强度增大。
此外可以规定， 承载结构件具有至少一个在中间底槽区段和所述边缘区段之间延 伸的座椅横梁。 在此， 该座椅横梁可以和中间底槽区段相似地具有向内突起的或者向下， 即朝底板开口的 U 形或帽形型材。集成在位于内部的承载结构件内的座椅横梁额外地加固了 承载结构件。
此外， 通过将座椅横梁集成到位于内部的承载结构件中， 座椅横梁在汽车车身的 支承部件上的单独连接被节省成本和安装费用地省去。按本发明的一种扩展设计还规定， 位于内部的承载结构件的侧面的， 优选向上伸出的边缘区段和底板的与之对应的优选同样 向上伸出的边缘区段通过侧面的底部段相互连接。在此， 底部段起到车门槛或者车门槛加 强件的作用， 从而可以总体上在按本发明的底板结构的相对置的侧棱上形成一个在边缘侧 由位于内部的承载结构件的各个边缘区段、 底板以及单独与该底板连接的底部段组成的封 闭式型材区段。
在此起到车门槛加强件作用的底部段在车身结构中通常也被称为侧面底板。
在位于内部的承载结构件的型材区段区域内起封闭板作用的底板在很大程度上 设计为在按本发明的底板结构的整个长度上贯通的底部段或者平面段。 该底部段或平面段 通过待实现的与位于内部的承载结构件的连接利用大量承载结构件的型材区段与该承载 结构件焊接在一起。
为此， 位于内部的承载结构件的型材区段在其向下突起的自由端部上具有优选向 外突起的焊接凸缘区段。 按本发明的另一种变型设计还规定， 将底板划分为与前车架连接的前平面段和与 车身的后架连接的后平面段。 只要前平面段优选设计为带有用于固定在前架上的前连接区 段的深冲件， 而后平面段具有直到中间底槽区段为止基本上平坦的和平面的造型， 那么这 种划分在制造技术上表明是有利的。
因此后平面段优选设计为滚轧成型件， 该构件在汽车纵向上观察具有不变的横截 面轮廓。
前平面段和后平面段优选通过一个基本上沿汽车横向延伸的焊缝相互连接。 以这 种方式方法构成的双组件式底板可以在此后作为整体与一体式设计的并且位于汽车内部 区域或者干燥区域中的承载结构件连接， 特别是与之焊接。
按另一个有利的方面， 规定为位于内部的承载结构件使用高强度钢板或者使用由 轻质金属， 特别是由铝或镁制成的铸件。位于内部的承载结构件尤其通过应用轻质结构材 料， 特别是加压淬火的高强度钢板以及应用铝或者镁制成。
在此， 位于内部的承载结构件尤其设计为没有防腐蚀保护的， 并且有利地设计为 无涂层的。通过选择合适的轻质结构材料和省去对于承载结构件很普遍的防腐蚀层， 可以 相对于现有技术以有利的方式减少承载结构件的重量和为此所必需的制造费用。 使用高强 度的、 如加压淬火的钢板还可以使其壁厚或者板厚设计得相对更小， 这总体上可以进一步 地减轻质量和节省材料。
此外， 可以为承载结构件和底板设置增强结构或者加固结构的元件。这些元件可 以例如加工为加强筋或者加强卷边， 如通过相应的压印或深冲加工为加固卷边或加强卷边 的形式。
最后本发明按另一个独立的方面还涉及一种具有上述按本发明的承载结构装置 的汽车。
附图说明 本发明其它的目的、 特征以及有利的应用方案和设计方案在以下参照附图对实施 例的说明中阐述。在此， 在文字中描述的和在图中图示出的所有特征在单独使用以及在每 个合理的相互组合中均构成本发明的主题。在附图中 ：
图 1 示出带有位于内部的承载结构件和位于其下方的底部的按本发明的承载结 构装置的分解立体视图 ；
图 2 示出位于内部的承载结构装置的单独立体视图 ；
图 3 示出底板相应的单独立体视图 ；
图 4 示出沿按图 2 的剖切线 A-A 剖切承载结构件的横截面 ；
图 5 示出通过按图 2 的横向剖切线 B-B 剖切的横截面以及
图 6 示出沿按图 2 的剖切线 C-C 剖切的横截面。
具体实施方式
在图 1 中示出汽车车身的底板结构 10， 该底板结构在前端， 也就是在按图 1 的图 示中在左侧与前架 16、 18 邻接， 并且在后端， 也就是在右侧与后架， 通常与汽车车身的脚踏 板或后架接头邻接。在此， 底板结构 10 基本上由一个位于内部的， 也就是布置在汽车车身 的干燥区域中的承载结构件 12 以及一个位于其下方的， 与承载结构件 12 连接的底板 14 构 成。 位于内部的承载结构件 12 具有大量相互连通或者分支的型材区段 20、 23、 24、 26、 34、 40。几乎所有的型材区段 20、 23、 24、 26、 34、 40 均设计为在横截面内呈 U 形并且向下开 口。各个型材区段 20、 23、 24、 26、 34、 40 利用侧面突出的焊接凸缘区段 30 分别与位于其下 方的底板 14 的平面段 28、 32 焊接。
各个焊接点或者焊缝在图 5 和图 6 中通过在各个型材件或者承载结构件的重叠区 域内的单独的十字进行说明。
底板 14 向前地， 也就是朝向汽车车身的车厢前壁或前围板地具有向上设置的连 接区段 22、 42， 在最终装配位置中， 位于内部的承载结构件 12 的相应竖立的连接区段 20、 40 贴靠在连接区段 22、 42 上。
特别规定， 位于内部的承载结构件 12 的前连接区段 20 以其横截面轮廓至少局部 地， 优选完全地与前架 18 的与之对应的横截面重叠， 其中， 在连接区段 20 和前架 18 之间， 底板竖立的连接区段 22 用作汽车车身的喷水区域和干燥区域之间的密封分隔件。
如按图 4 示出的那样， 连接区段 20 和前架 18 大部分相互重叠， 因此承载结构件 12 的连接区段 20 基本上以形成载荷传递路径的方式与前架 18 有效连接。在此还规定， 前架 18 在其下端部具有起到容纳腔作用的突起 29， 底板 14 利用其前平面段 28 贴靠在该突起上 并且优选在此处与容纳腔 29 焊接。
此外， 弯曲的连接区段 42 连接在底板竖直的前连接区段 22 上， 这从按图 5 的横截 面中可以看出。与此对应地， 前架 18 具有起到侧面容纳腔作用的侧面延长部 44， 该延长部 在底板 14 的弯曲的连接区段 42 的重叠区域内并且相对置地与位于内部的承载结构件 12 的竖直的连接区段 20 的向外伸出的焊接凸缘区段焊接。
以类似的方式方法， 位于前部的在图 2 的左侧描述的中间底槽 26 的型材区段
以及在图 2 中单独示出的承载结构件 12 的位于更外侧的连接区段 40 也固定在底板 14 竖 直 的 区 域 22、 42 上。 此 外， 从 图 1 和 图 5 的 概 览 得 知， 可以在驾驶员侧用作放脚面 ( ) 的前连接区段 40 向前地， 也就是在图 5 中向上指向地固定， 优选焊接 在底板 14 的弯曲的连接区段 42 上， 而侧面固定在分开布置在底板 14 以及位于内部的承载 结构件 12 上的加固件 38 上。
每个加强部件 38 在底板结构 10 的边缘区域内都在一定程度上起到封闭板的作 用。加强部件 38 尤其设计为侧前部的底部。同样起到封闭板作用的车门槛加强件 39 沿与 行驶方向相反的方向连接在侧面的加强板 38 上， 如从图 1 和图 6 的概览中得知的那样。车 门槛加强件 39 通常也称为侧面底部。
在图 6 中示出的沿按图 2 的剖切线 C-C 剖切的横截面说明， 位于内部的承载结构 件 12 的设计为 U 形型材的连接区段 20 在与行驶方向相反的方向上并且向外或者向内指向 地划分为两个分支 23、 24， 其中， 分支 24 向外朝车门槛加强件 39 延伸并且分支 23 向内朝中 间底槽区段 26 延伸。在位于外部的边缘区域中， 分支 24、 底板 14 和车门槛加强件 39 共同 构成封闭的横截面型材。
朝向中间底槽区段 26 的分支 23 与底板 14 相应的向内突起的底槽区段 33 构成一 个相似的封闭型材区段， 如从图 6 的横截面得知的那样。
沿汽车纵向观察， 向外朝车门槛加强件 39 延伸的分支 24 优选一体式地过渡为座 椅横梁 34。座椅横梁 34 同样以 U 形型材的形式在汽车横向上延伸。在此， 座椅横梁 34 在 汽车横向上从上观察设计为双 T 形并且以基本上在汽车纵向上延伸的、 向前指向的型材区 段 49 优选一体式地过渡为型材分支 24。
座椅横梁 34 以与此相应设计的、 向后即在与行驶方向相反的方向上延伸的型材 区段 50 过渡为位于内部的承载结构件 12 的向上伸出的边缘区段 48。在按图 1 和图 2 的图 示中， 位于内部的承载结构件 12 在其右侧示出的自由端部上具有连接型材 36， 用于将承载 结构件 12 固定在未在图中示出的汽车车身的后架或者后架接头上。
在图 2 中单独示出的位于内部的承载结构件 12 在座椅横梁 34 和位于后部的连接 型材 36 之间以及侧面边缘区段 48 和中间的底槽区段 26 之间具有自由空间 51 或直接通向 位于其下方的底板 14 的后平面段 32 的通道。座椅横梁 34、 边缘区段 36、 38 以及中间底槽 区段 26 优选一体式地相互过渡并且具有连续环绕容纳腔 51 的焊接凸缘 30。
在两个型材区段分支 23、 24 和座椅横梁 34 之间构成的容纳槽 52 与此相似。在这 里位于内部的承载结构件 12 也通过至少一个本身封闭的、 在底板 14 的平面内延伸的焊接 凸缘 30 与底板 14 或者与其前平面段 28 和 / 或后平面段 32 焊接。 通过汽车车身底板结构的承载结构件的位于内部的布置， 可以以有利的方式将底 板 14 和汽车底部至少下降相应于承载结构件 12 的型材高度的一段距离。由此形成了例如 用于容纳绝缘材料的自由空间 51、 52。
此外， 可以通过位于汽车的内部区域或者干燥区域内的承载结构件 12 毫无问题 地使用轻质结构材料， 特别是高强度钢以及铝铸件或者镁铸件， 由于这些材料布置在干燥 区域内所以不需要为其设置抗腐蚀措施。 此外通过基本上完全在前围板和脚踏板或者前架 16、 18 和后架之间延伸的承载结构件 12 的一体式设计， 减少了待装配的单个承载结构件的 总数。
通过位于内部的承载结构件 12 在装入汽车或者在形成前架部件和后架部件之间 的载荷传递路径的连接之前与底板 14 以及优选与在侧面起到底部作用的车门槛加强件 38、 39 相连， 可以形成底板结构模块 10， 该模块可以以很少的工序与其它的承载结构部件， 例如前架 16、 18 和 / 或后架或者后架接头以形成载荷传递路径的方式连接。
此外， 位于内部的承载结构件 12 的一体式设计提高了整个底板结构 10 的结构强 度和连接强度。
形成载荷传递路径的位于内部的承载结构件 12 优选由单个的板状剪裁件冲压、 铸造和 / 或深冲而成， 而可以将布置在其下方的底板 14 划分为两部分， 即一个前面的， 优 选深冲的底部段 28 和一个后面的平面段 32， 其中， 后面的平面段如图 3 中所示由于具有在 汽车纵向上基本上不变的横截面轮廓而可以以节约成本的方式设计为滚轧成型件。此外， 两个平面段， 即前平面段 28 和后平面段 32 具有在整个底板 14 上延伸的加固或者加强卷边 35。
如图 4 中说明的那样， 前平面段 28 和后平面段 32 局部重叠地布置并且沿着基本 上在汽车横向上延伸的焊缝 46 相互焊接。在此尤其规定， 后平面段 32 在重叠区域凹进， 从 而从外观察可以形成两平面段 28、 32 的基本上平面平齐的连接， 这可以有利地影响汽车的 空气动力学特性。
附图标记清单
10 底板结构
12 位于内部的承载结构件
14 底板
16 前架
18 前架
20 连接区段
22 连接区段
23 型材分支
24 型材分支
26 中间底槽加强件
28 前平面段
29 型材延长部
30 焊接凸缘
32 后平面段
33 中间底槽
34 座椅横梁
35 加强卷边
36 连接型材
38 车门槛加强件
39 车门槛加强件
40 连接区段
42 弯曲的连接区段44 48 49 50 51 52侧面型材延长部 边缘区段 型材区段 型材区段 容纳腔 容纳腔