CN114616166A - 具有可变强度的柱 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的柱包括具有不同抗拉强度的至少两个不同的局部区域。柱包括限定宽度的本体，该本体在过渡部处合并到侧壁中。本体具有第一抗拉强度并且过渡部具有第二抗拉强度，其中，第一抗拉强度小于第二抗拉强度。抗拉强度的变化由使材料处理变化和使规格变化中的至少一者而产生。柱被压制硬化直到柱达到1500MPa至2000MPa的抗拉强度为止。

Description

具有可变强度的柱

相关申请的交叉引用

该PCT国际专利申请要求于2019年10月30日提交的序列号为62/927,845并且题为“Variable Gauge B-Pillar(可变规格B柱)”的美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过参引合并于本文中。

技术领域

本发明涉及用于汽车的柱和组装柱的方法。更具体地，本发明涉及具有可变材料特性的柱和组装柱的方法。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，该背景信息并不一定是现有技术。

汽车是持续努力减轻重量和提高燃料效率的主题。这种持续努力已经驱使汽车行业开发具有改进的强度和延展性的金属，从而允许使用更薄的规格，同时保持安全标准。在生产期间，这些金属通常起初为金属坯料，这些金属坯料随后被冲压成汽车零件。根据最终用途，汽车零件需要不同等级的强度和延展性以满足由汽车行业设定的标准。此外，各个零件可能在一个方向上经受一种类型的应力，并且在另一方向上经受增加类型的应力。这些变化的定向应力最终可能使各个零件暴露于局部部分中的不一致的应力。例如，已知各种白车身(BIW)框架构件经历变化的定向应力。尤其暴露于变化应力的一个框架构件是柱，柱必须有足够强度以在滚动事件期间防止轴向压缩，并且也有足够强度以在侧面冲击事件期间防止横向屈曲。

尝试制造具有改进的可加工性的、具有包括不同等级的延展性和强度的局部区域的零件已经导致开发出可以对零件的局部区域进行处理的若干过程。这些处理过程通常涉及将零件加热至下述温度的一些方式：在该温度下，下层金属的物理特性以及在有些情况下的化学特性改变。根据所使用的金属合金的成分，当零件被加热至一定温度时，所述成分可以在冷却之前形成不间断的微观结构。尽管这些经处理的零件可以以较薄的规格制成以减轻重量，但是经处理的零件已经变得如此硬以至于经处理的零件不能适当地延展并且还可能难以成形和连接至其他相邻零件。

因此，存在对经受变化的定向应力的汽车零件的结构进行进一步开发和优化的持续期望，使得汽车零件在没有重量增加或重量增加极少的情况下满足强度和延展性要求。

发明内容

前文已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点以使本发明的以下详细描述可以被更好地理解。形成本发明的权利要求的主题的本发明的另外的特征和优点将在下文中描述。本领域的技术人员应该理解的是，所公开的概念和具体实施方式可以容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他实施方式的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等同实施方式没有脱离所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。该部分内容提供了本公开的总体概述并且不应被解释为与本公开相关联的所有目的、方面、特征和优点的完整且全面的列举。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于车辆的柱。该柱包括顶部部分和底板部分，顶部部分用于靠近车辆的顶部连接，底板部分用于靠近车辆的底板连接。本体在顶部部分与底板部分之间纵向地延伸并且在一对相反的纵向边缘之间侧向地延伸。顶部部分、底板部分和本体限定了中间部分。侧壁在过渡部处从纵向边缘横向地延伸。中间部分至少部分地具有第一抗拉强度，并且过渡部至少部分地具有第二抗拉强度，其中，第一抗拉强度小于第二抗拉强度。

根据本公开的另一方面，提供了一种构造用于车辆的柱的方法。该方法包括下述步骤：确定柱的最小规格；由最小规格形成柱，该柱包括本体和侧壁，侧壁在过渡部处从本体横向地延伸；以及修改过渡部的抗拉强度。

附图说明

本文中所描述的附图仅用于说明选定的实施方式的目的，而不是意在限制本公开的范围。通过参照结合附图的以下描述，将更容易地理解与本公开相关联的发明构思，在附图中：

图1是包括一系列结构柱的汽车的侧视图；

图2是根据第一实施方式的柱的俯视图，该柱包括具有可变规格的局部部分；

图3是图2的柱的立体图；

图4是根据第二实施方式的柱的俯视图，其图示了具有可变材料特性的局部部分；

图5是图4的柱的俯视图，其图示了与具有可变材料特性的局部部分相关联的可变规格；

图6是根据第三实施方式的柱的俯视图，其图示了具有可变材料特性的局部部分；以及

图7是图示了构造用于车辆的柱的步骤的方法。

具体实施方式

现在将参照附图对示例实施方式进行更充分地描述。总体而言，主题实施方式涉及用于汽车的B柱和组装B柱的方法。然而，提供示例实施方案仅是为了使得本公开将是透彻的，并且将向本领域技术人员全面地传达范围。阐述了许多特定细节，比如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员而言将明显的是，不需要采用特定细节，示例实施方式可以以许多不同的形式来实施，并且特定细节和示例实施方式都不应当被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施方式中，未对公知过程、公知装置结构和公知技术进行详细描述。

参照附图，其中，贯穿各视图，相同的附图标记表示对应的部分，用于汽车的柱和组装柱的方法旨在用于提供坚固且相对轻质的设计，以便保护乘客、吸收冲击和分配重量。

首先参照图1，示例汽车10被图示出为具有一对前门12和一对后门14的轻型货车。每个门12、14附接至位于顶部面板16与底板子框架18之间的门框架。在顶部面板16与底板子框架18之间大致竖向地延伸的是提供轴向支承和横向支承两者的一系列结构柱。这一系列结构柱包括在汽车的前窗与前门12之间延伸的第一柱或A柱29、在前门12与后门14之间延伸的第二柱或B柱31、以及位于后门14与后窗之间的第三柱或C柱33。这些柱29、31、33最终可以形成门框架的竖向部段。另外，应该理解的是，对于具有加长驾驶室的车辆而言可以包括各种其他结构柱(N柱)。每个结构柱通常由钢形成并且连接至门槛面板和顶部轨道，使得该结构柱大致延伸了汽车驾驶室的整个竖向高度。

现在参照图2，示出了根据第一实施方式的分离的柱30。柱30可以是B柱，并且包括用于连接至门槛面板的底板部分32和用于连接至顶部轨道的顶部部分34。长形的柱本体36在底板部分32与顶部部分34之间延伸。柱30还包括在安装于汽车10中时通常面向前窗的前边缘38和通常面向后窗的后边缘40。前边缘38和后边缘40限定柱30的宽度W。前边缘38和后边缘40各自在底板部分32处以径向向外的关系偏离彼此，以形成底板部分颈部42。在底板部分颈部42中，前边缘38以第一半径Rb径向地偏离并且后边缘40以第二半径rb径向地偏离，其中，第一半径大于第二半径。类似地，前边缘38和后边缘40各自在顶部部分34处以径向向外的关系偏离彼此，以形成顶部部分颈部44。在顶部部分颈部44中，前边缘38以第一半径rr径向地偏离并且后边缘40以第二半径Rr径向地偏离，其中，第一半径rr小于第二半径Rr。另外，应该理解的是，底板部分颈部的第一半径Rb和第二半径rb中的每一者可以大于顶部部分颈部的第一半径rr和第二半径Rr中的每一者。

如图3中最佳所示，柱30具有中间部分46，该中间部分46在其附接至汽车10时在汽车10的前后方向上延伸。一对侧壁48、49从中间部分46的相反的前后边缘朝向汽车10的内部延伸。所述一对侧壁48、49包括面向前的侧壁48和面向后的侧壁49(图2)，面向前的侧壁48和面向后的侧壁49两者均在横跨车的方向上延伸以限定深度D。中间部分46在过渡部50处合并到侧壁48、49中的每一者中。在中间部分46与每个侧壁48、49之间的过渡部50可以是倒圆的。每个侧壁48、49从过渡部50延伸至位于具有深度D的相反侧部上的凸缘52。侧壁48、49可以大致垂直于中间部分46。侧壁48还可以各自包括从底板部分颈部42延伸至凸缘52的倒圆部分54。每个倒圆部分54在宽度W方向和深度D方向上都被倒圆。底板部分颈部42附近的过渡部50可以由于侧壁48的倒圆部分48而相对于深度D变窄，但是沿着整个相应的倒圆部分46延续。

现在参照图1和图2两者，柱30可以包括至少两个具有不同规格(即，厚度)和/或抗拉强度的局部部分。在一些实施方式中，过渡部分50包括从顶部部分34延伸至底板部分颈部42的具有第一规格G1的增强部段56。包括倒圆部分54的侧壁48具有第二规格G2。中间部分46和凸缘52具有第三规格G3。在一些实施方式中，第一规格G1比第二规格G2更大(即，更厚)，并且第二规格G2比第三规格G3厚。在图2和图3中以灰度标度呈现了柱的形成各个规格G1、G2、G3的部分。符号说明位于图2和图3中的每一者的旁边，并且基于不同的硬化技术比如回火为不同的规格G1、G2、G3提供变化的抗拉强度可用性。在一些实施方式中，柱是具有1500MPa的抗拉强度的压制硬化钢，并且第一规格G1为2.5mm，第二规格G2为.8mm，并且第三规格G3为.8mm。在一些实施方式中，柱30是具有2000MPa的抗拉强度的压制硬化钢，并且第一规格G1为2.3mm，第二规格G2为.8mm，并且第三规格G3为.8mm。各个规格可以变化，其中，G2大于G3但小于G1，或者其中，G2小于G3和G1两者。在中间部分46和侧壁48上定位有不同形状的孔口58。在一些实施方式中，成品柱被单一且均匀地回火。在一些实施方式中，规格可以在.7mm与3mm之间。

图4和图5图示了根据第二实施方式的柱100。柱100可以是B柱。出于简单的目的，柱100与柱30之间的共用元件将被指定为相同的。应该理解的是，整体形状可以与图2和图3中所呈现的整体形状主要相同，但是具有针对局部区域定位、规格和抗拉强度的改变。

图4图示了柱100上的抗拉强度的分布，其中，柱100是具有在500MPa和1200MPa之间的抗拉强度的压制硬化钢。抗拉强度的分布可以包括各自位于如在灰度标度中呈现的局部区域中的至少十二个变化的抗拉强度。对应于过渡部50的区域可以包括增加的抗拉强度，其中，过渡部的在顶部部分颈部44附近的部分和面向车辆向后部分的倒圆部分54与过渡部50的其他部分相比包括较小的抗拉强度。在一些实施方式，凸缘52与过渡部50和中间部分46的区域相比包括较小的抗拉强度。在一些实施方式中，中间部分46的位于顶部部分34附近的部分与中间部分46的位于底板部分32附近的部分相比具有更大的抗拉强度。在一些实施方式中，中间部分46的围绕孔口58中的至少一个孔口的部分与中间部分46的其他部分相比可以具有较低的抗拉强度。在一些实施方式中，底板部分颈部42和顶部部分颈部44与沿着长形的柱本体36的其他部分相比具有更大的抗拉强度，但是与过渡部50的部段相比也可以更小。在图4中呈现了抗拉强度的其他变化的分布。

图5图示了在柱100上的规格的分布。在一些实施方式中，柱100可以包括在2.1mm与2.9mm之间变化的九个不同规格，从而通常导致图4中提供的抗拉强度分布。变化的规格以灰度标度呈现。在一些实施方式中，相比与顶部部分34和底板部分32相关联的中间部分46，长形的本体36上的中间部分46主要为更窄的规格。在一些实施方式中，围绕孔口58的中间部分46是比柱100的周围区域更大(更厚)的规格。在一些实施方式中，凸缘52主要具有比中间部分46更大的规格。在一些实施方式中，倒圆部分54中的每个倒圆部分54主要具有比中间部分46更大的规格。在图5中呈现了规格的其他变化的分布。

图6示出了根据第三实施方式的柱150。柱100可以是B柱。出于简单的目的，柱100和先前实施方式之间的共用元件将被指定为相同的。应该理解的是，整体形状可以与先前实施方式所呈现的整体形状主要相同，但是具有针对局部区域定位、规格和抗拉强度的改变。抗拉强度的分布可以包括各自位于以灰度标度呈现的局部区域中的至少十二个变化的抗拉强度。对应于过渡部50的区域可以包括超过柱150的其他部分的增加的抗拉强度，其中，过渡部的在顶部部分颈部44附近的部分和面向车辆向后部分的倒圆部分54与过渡部50的其他部分相比包括较小的抗拉强度。在一些实施方式中，凸缘52与过渡部50和中间部分46的区域相比包括较小的抗拉强度。在一些实施方式中，中间部分46的位于顶部部分34附近的部分与中间部分46的位于底板部分32附近的部分相比具有更大的抗拉强度。在一些实施方式中，中间部分46的围绕孔口58中的至少一个孔口的部分与中间部分46的其他部分相比可以具有较低的抗拉强度。在一些实施方式中，底板部分颈部42和顶部部分颈部44与沿着长形的柱本体36的其他部分相比具有更大的抗拉强度，但是与过渡部50的部段相比也可以更小。在图6中呈现了抗拉强度的其他变化的分布。在一些实施方式中，柱150的规格可以均匀地确定，并且变化的抗拉强度值可以是根据需要针对局部区域采用的变化的回火技术的结果。回火技术可以包括压制硬化、热处理至临界温度或淬火中的一者或更多者。回火过程还可以包括使抗拉强度增加的那些区域的微观结构改变，使得对应于增加的抗拉强度的区域与马氏体或奥氏体中的至少一者的增加的分布对应。

尽管上述实施方式可以是B柱，但应该理解的是，实施方式可以是A柱、C柱或N柱。

在图7中呈现了根据本公开的构造柱的过程200。该过程开始于基于车辆类型或其他条件来确定用于柱的强度标准202。柱可以是A柱、B柱、C柱……N柱。在202处，标准可以由汽车行业来设定。

方法200以形成203柱继续，使得柱在两个不同的局部区域中具有至少两种不同的抗拉强度。方法在203处可以包括：选择204柱的最小规格，以及向至少一个局部区域添加材料206和对至少一个局部区域进行处理208中的至少一者。在一些实施方式中，在206处，柱由具有超过2mm的重型规格和1mm以下的轻型规格的钢材料形成。在一些实施方式中，在206处，将材料添加至柱的中间部分与侧壁之间的过渡部的至少一部分(所述至少一个局部区域)。在一些实施方式中，步骤206可以包括下述各者中的至少一者：利用电弧使线材熔融的电弧喷涂流程；冷喷涂流程，其中，通过受迫穿过收敛-发散拉伐尔型喷嘴(converging-diverging de Laval type nozzle)的载体气体而使颗粒以非常高的速度加速；将熔融材料放置在其上并使熔融材料冷却；激光金属沉积过程，其中，经由位于零件的表面上的半控制熔池将金属以连续的层施加至部件的表面，一种或更多种金属粉末通过喷嘴被喷涂至该零件上；电阻区域焊接，其中，使用旋转电极将一个金属零件的表面区域焊接至另一金属零件的表面区域；或者超声焊接，其中，夹紧力施加在两个金属零件之间并以高频率振动。步骤206还可以包括如具有2019年9月12日的国际提交日、国际申请号为PCT/US19/50753的国际申请中所述的电磁辅助喷涂过程的使用，该国际申请通过参引整体并入本文。

在一些实施方式中，在步骤208处，方法200可以包括下述各者中的至少一者：对至少一个局部区域进行压制硬化、热处理、淬火。在208处，这些处理技术可以包括使所述至少一个局部区域的微观结构改变，使得所述至少一个局部区域包括增加量的马氏体和奥氏体中的至少一者。在210处，方法200包括通过冲压或铸造中的一者而使柱成形。步骤210可以在步骤206和208之前或之后发生，这取决于形成的方法。在一些实施方式中，如果柱在210处铸造而成，则步骤206和208可以在之后发生。在一些实施方式中，如果柱在210处冲压而成，则步骤206和208可以在之前或之后发生。在步骤203期间、之后或之前，柱可以被压制硬化212，直到柱达到至少1500MPa或至少2000MPa的抗拉强度为止。

应理解的是，对实施方式的前述描述是出于说明的目的而提供的。换言之，本主题公开本身并不旨在穷举或限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下可互换并且可以在选定的实施方式中使用，即使没有具体地示出或描述亦是如此。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式进行变型。这种变型不应被视为背离本公开，并且所有这种修改均意在被包含于本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种用于车辆的柱，所述柱包括：

顶部部分和底板部分，所述顶部部分用于靠近车辆的顶部连接，所述底板部分用于靠近车辆的底板连接；

本体，所述本体在所述顶部部分与所述底板部分之间纵向地延伸并且在一对相反的纵向边缘之间侧向地延伸；

所述顶部部分、所述底板部分和所述本体限定中间部分；

侧壁，所述侧壁在过渡部处从所述纵向边缘横向地延伸；

所述中间部分至少部分地具有第一抗拉强度，并且所述过渡部至少部分地具有第二抗拉强度；并且

其中，所述第一抗拉强度小于所述第二抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的柱，其中，所述中间部分具有第一规格，并且所述过渡部至少部分地具有第二规格，并且其中，所述第二规格大于所述第一规格。

3.根据权利要求2所述的柱，其中，所述第二规格是所述第一规格的至少两倍大。

4.根据权利要求3所述的柱，其中，所述第一规格小于1mm，并且所述第二规格大于2mm。

5.根据权利要求2所述的柱，其中，每个侧壁从所述纵向边缘中的一个纵向边缘延伸至凸缘，其中，所述凸缘至少部分地具有小于所述第二规格的凸缘规格。

6.根据权利要求2所述的柱，其中，每个侧壁包括与所述底板部分相邻的倒圆部分，其中，每个倒圆部分都是倒圆的并且至少部分地包括小于所述第二规格但大于所述第一规格的倒圆部分规格。

7.根据权利要求2所述的柱，其中，每个侧壁至少部分地具有小于所述第二规格但大于所述第一规格的侧壁规格。

8.根据权利要求1所述的柱，其中，所述中间部分至少部分地具有第一微观结构，并且所述过渡部至少部分地具有第二微观结构，并且其中，所述第一微观结构与所述第二微观结构相比包括马氏体和奥氏体中的至少一者的更少分布。

9.根据权利要求1所述的柱，其中，所述柱是B柱。

10.一种构造用于车辆的柱的方法，所述方法包括下述步骤：

确定所述柱的最小规格；

由所述最小规格形成所述柱，所述柱包括本体和侧壁，所述侧壁在过渡部处从所述本体横向地延伸；以及

修改所述过渡部的抗拉强度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，修改所述过渡部的所述抗拉强度的步骤包括向所述过渡部添加材料并且增加所述抗拉强度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，向所述过渡部添加材料的步骤包括使所述材料的规格至少变为两倍。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，添加材料的步骤还包括添加与所述柱相同的材料。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，修改所述抗拉强度的步骤包括改变所述过渡部区域的微观结构，以增加马氏体和奥氏体中的至少一者的分布。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，修改所述抗拉强度的步骤包括使所述抗拉强度至少变为两倍。

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