專利名稱：具有天窗加強(qiáng)總成的車頂結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及車輛天窗的組裝和制造技術(shù)，更為具體地，本實(shí)用新型的教導(dǎo)涉 及天窗加強(qiáng)總成以及制造該總成的方法。
背景技術(shù)：
一些常規(guī)的機(jī)動(dòng)車輛包括在車輛車頂內(nèi)有開口的太陽或月亮天窗。月亮天窗通常 具有可滑動(dòng)的金屬或玻璃門可以選擇性地打開和閉合開口。該車頂內(nèi)的開口可能需要在車 頂結(jié)構(gòu)內(nèi)有額外的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)來滿足車頂?shù)膭偠群头€(wěn)定性要求。而且，太陽天窗模塊可包括 重的部件例如電動(dòng)馬達(dá)、太陽天窗罩和門。現(xiàn)有的天窗結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部件包括由金屬板材成型的環(huán)形。為了空間穩(wěn)定性，這種加 強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常切割或沖壓成型為單件或環(huán)形，用于為天窗總成排出泄漏的風(fēng)或水。利用這種 設(shè)計(jì)，天窗加強(qiáng)環(huán)的材料利用率通常很差(例如在25%和40%之間)。與邊角料或回收材 料再使用相關(guān)的成本會(huì)十分顯著。題為“車頂內(nèi)車身結(jié)構(gòu)”的美國(guó)專利No. 2007/0228777教導(dǎo)了一種剪裁焊接坯料 的內(nèi)車頂框架，其具有多個(gè)加強(qiáng)車頂邊梁。該配置包括具有第一材料厚度的車頂中間梁和 多個(gè)從中間梁延伸開去的加強(qiáng)邊梁。雖然這種設(shè)計(jì)可以改進(jìn)該總成的整個(gè)結(jié)構(gòu)剛度，該結(jié) 構(gòu)與具有天窗的車輛車頂并不兼容，因?yàn)槠湫枰渌訌?qiáng)梁可以共同連接的中間梁。而且， 該設(shè)計(jì)顯得具有較低的材料利用率，因?yàn)槠湓牡?024段說明了“該777申請(qǐng)教導(dǎo)了從分 離的沖壓或一次沖壓中制造車頂結(jié)構(gòu)”。無論在那種沖壓中，未成型的材料邊角料將會(huì)成為 廢料。因此需要一種具有改進(jìn)的材料使用特性的天窗加強(qiáng)總成。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型可解決上述問題中的一個(gè)或多個(gè)。從下列說明中其他特征和/或優(yōu)點(diǎn) 將會(huì)顯而易見。本實(shí)用新型的一些實(shí)施例提供了例如一種車輛天窗加強(qiáng)總成的制造方法。該方法 包括將金屬板材切割為四個(gè)邊梁，將每個(gè)邊梁放置形成大于或等于天窗開口的開孔，并使 用搭接配置將這些邊梁固定地連接。本實(shí)用新型的特定實(shí)施例為具有天窗的車輛提供了一種車頂結(jié)構(gòu)，其具有以搭接 配置連接至第二邊梁和第三邊梁的第一邊梁；以及以搭接配置連接至第二和第三邊梁的第 四邊梁。該加強(qiáng)總成形成了大于或等于天窗開口尺寸的開孔。本教導(dǎo)提供了多種優(yōu)點(diǎn)。第一，由于天窗加強(qiáng)總成是剪切并點(diǎn)焊的壞料，該總 成相比于常規(guī)天窗結(jié)構(gòu)具有更好的材料利用性。在一些實(shí)施例中材料利用性大約為 80%-90%。因此，無需廢料回購。[0010]而且，由于點(diǎn)焊較激光焊接便宜得多，本教導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了其他顯著的成本節(jié)約。這些成 本可有例如取決于所采用的工藝每個(gè)焊接節(jié)省七至十六美分。激光焊接也會(huì)具有更低的 材料利用性特點(diǎn)，因?yàn)榻?jīng)常從兩個(gè)連接件的平坦表面上去除材料以滿足固體激光焊接的對(duì) 焊接點(diǎn)要求。搭接點(diǎn)激光焊接可實(shí)現(xiàn)更高的材料利用率，然而激光焊接較點(diǎn)焊是更為昂貴 的選擇。點(diǎn)焊通?？稍跇?biāo)準(zhǔn)制造工廠中完成而無需外包使用專業(yè)焊接設(shè)備；然而，激光焊接 通常需要外包，將零部件和材料運(yùn)送至外部工廠，這樣會(huì)增加管理成本。激光焊接帶來多種 負(fù)擔(dān)，然而，本實(shí)用新型的加強(qiáng)總成可以在(工廠)內(nèi)部制造。事實(shí)上，許多天窗制造工廠 現(xiàn)場(chǎng)就具有用于天窗總成和結(jié)構(gòu)部件的點(diǎn)焊工序。本天窗加強(qiáng)總成并非"縫補(bǔ)"焊接或坯料滾壓縫焊加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，它是一種剪切坯料 點(diǎn)焊。由于坯料并非從模具切割而來，因此無需坯料模具。這樣也可以節(jié)約大量成本。加強(qiáng)總成的焊接坯料是剪切的，以滿足車頂結(jié)構(gòu)的工程規(guī)范。在一個(gè)實(shí)施例中，為 了安全后車頂邊梁可具有更高強(qiáng)度，而為了節(jié)省成本側(cè)車頂邊梁可為較低規(guī)格的低碳鋼。 可以將金屬在角上"折疊"以對(duì)抗通常更高的應(yīng)力。焊接固定十分靈活。可以根據(jù)焊槍量身定制材料規(guī)格和等級(jí)。一旦構(gòu)建了固定結(jié) 構(gòu)，焊槍可配置為滑動(dòng)式的以配合任何大小/長(zhǎng)度的加強(qiáng)總成。而且，可以在產(chǎn)品改版(或 更新?lián)Q代)時(shí)在本地十分容易地變換規(guī)格，諸如可能需要不斷的更新，例如一觸即開需要 更高規(guī)格的材料，或者增加的安全性要求更高的強(qiáng)度。這些修改利用用于制造該加強(qiáng)總成 的靈活焊接設(shè)備十分容易實(shí)現(xiàn)。在下列描述中，本實(shí)用新型的具體方面和實(shí)施例將會(huì)更為顯而易見。應(yīng)理解的是 本實(shí)用新型從最寬泛的角度來看，可以實(shí)施而無需這些具體方面和實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè) 特征。應(yīng)理解的是這些具體方面和實(shí)施例僅為示例性和說明性的，而并非是對(duì)本實(shí)用新型 的限制。本實(shí)用新型將通過例子參考附圖在下文中詳細(xì)說明，附圖中相同的標(biāo)號(hào)用于指代 圖中相同或基本相同的零件。上述的特性和優(yōu)點(diǎn)以及本實(shí)用新型的其他特性和優(yōu)點(diǎn)聯(lián)系附 圖通過下列實(shí)施本實(shí)用新型的最佳方式的具體描述將會(huì)更為清楚。

圖1為具有天窗的車輛的立體圖。圖2a顯示了由金屬板材卷切割而成的常規(guī)天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2b顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施例的由金屬板材卷中切割而成的 天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)邊梁的俯視圖。圖3為流程圖，說明了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施例采購_運(yùn)輸-制造加 強(qiáng)總成的模式。圖4為具有根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的加強(qiáng)總成的車頂結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖5為根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)示例性實(shí)施例的加強(qiáng)總成的俯視圖。圖6為具有多個(gè)天窗開口的車輛車頂?shù)母┮晥D。圖7為配置用于圖6中的車輛車頂?shù)募訌?qiáng)總成的俯視圖。圖8為具有形成其中的縱向凸緣的另一個(gè)加強(qiáng)總成的俯視圖。圖9為圖8中的加強(qiáng)總成的立體圖。
4[0026]圖10為圖8中的加強(qiáng)總成的橫截面圖。圖Ila為用于示例性天窗加強(qiáng)總成的焊接裝置的俯視圖。圖lib為圖Ila中的焊接裝置配置用于另一種示例性天窗加強(qiáng)總成的俯視圖。圖12說明了制造根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的加強(qiáng)總成的方法。
具體實(shí)施方式
參考附圖，圖1和2b_12，其中多個(gè)視圖中類似的標(biāo)號(hào)代表相同或相應(yīng)的零件，其 中顯示了用于具有天窗的機(jī)動(dòng)車輛或汽車的天窗加強(qiáng)總成例子。所公開的天窗加強(qiáng)總成意 圖為具有開孔在其中的車輛車頂結(jié)構(gòu)的天窗提供額外的結(jié)構(gòu)支撐。雖然許多車輛天窗在車 頂上包括單個(gè)開口，一些車輛車頂可包括多個(gè)開孔或分階段打開的靈活開孔。例如，跨界 車、運(yùn)動(dòng)型多功能車和豪華車可包括多個(gè)天窗和方向不規(guī)則的天窗。所公開的天窗加強(qiáng)總 成顯著地增加了材料利用率，因?yàn)樘齑凹訌?qiáng)梁是由金屬板材卷沿著板材切割加工而成。常 規(guī)的在一次操作中沖壓而成的天窗加強(qiáng)總成具有的材料利用率大約為30%，因?yàn)樘齑伴_孔 是形成在總成的中間部位。利用剪裁點(diǎn)焊坯料，材料利用率可高達(dá)80%-90%。另外，由于 所公開的天窗加強(qiáng)總成是由剪裁焊接的坯料構(gòu)成，該總成可以構(gòu)造成與各種天窗設(shè)計(jì)相匹 配，包括但不限于這里所討論的天窗。參考圖1，顯示了車輛10的立體圖。車輛10為四門跨界車輛或全用途車輛，在車 輛10的車頂30內(nèi)有開孔(或開口)20。車頂30包括可收起蓋板40 (例如太陽或月亮天 窗)，其選擇性地延伸越過車頂30中的開孔20以封閉乘客乘坐的車輛內(nèi)部50。蓋板40可 手動(dòng)或電動(dòng)控制。雖然所示的車輛10描繪為小型車，該車輛可以為任何類型的運(yùn)輸設(shè)備， 包括大型車輛、轎車、活頂車輛、卡車、廂式貨車、小型廂式貨車、SUV和豪華轎車。參考圖2，其中顯示了常規(guī)天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80。顯示了在可成型這些加強(qiáng) 結(jié)構(gòu)的金屬材料卷90上的三種矩形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80。結(jié)構(gòu)60、70和80形成了包含 4個(gè)部件的環(huán)形。該環(huán)形為單體部件。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80配置成圍繞車輛車頂中的天 窗開口(例如圖1中20所示)。在所示實(shí)施例中，每個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80寬度均約為 1053mm，長(zhǎng)度為724mm且厚度為1mm。每個(gè)單元的周長(zhǎng)大約為5471mm，且每個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的表 面積大約為265190mm2。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80具有的角度為179度。每個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的凈重 量大約為3公斤。毛重量大約為8公斤。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80由光滑的鋁合金構(gòu)成。在 所示實(shí)施例中，使用了沖壓用冷軋薄板(CRDQ)材料。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80可由任何材料 構(gòu)成，例如鈦、鋼或其他金屬或硬塑料。圖2a進(jìn)一步顯示了制造常規(guī)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80的方式。常規(guī)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、 70和80是環(huán)形部件，其是從長(zhǎng)卷的金屬板材90上切割而形成的。坯料模具(未顯示)一 次制造一個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在每個(gè)結(jié)構(gòu)坯料之間的距離大約為40mm。從板材卷邊緣110至隨后 的結(jié)構(gòu)/坯料之間的距離為40mm。未使用的材料不得不廢棄或回收。在結(jié)構(gòu)120、130和 140的內(nèi)環(huán)中的材料也將被廢棄或回收。由這種方法制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80，其工程廢 料或材料浪費(fèi)高達(dá)65 %。因此常規(guī)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)60、70和80所用的材料過半被浪費(fèi)了，材料 使用率僅有35%。參考圖2b，顯示了根據(jù)本實(shí)用新型制造天窗加強(qiáng)總成的一種不同的制造方法。使 用了一卷板材125，從該板材卷上切割下車頂邊梁135。在所示的實(shí)施例中，邊梁135具有非常相似的寬度和結(jié)構(gòu)。邊梁135已經(jīng)從板材卷125的一端145上切割下。其他的邊梁， 例如150，可以從板材125的145端成型。在從板材卷125切割下之后，將邊梁135組裝起 來以形成大于天窗的開孔(如圖1中的20所示)的洞。這樣，來自板材卷125的所有材料 均用于天窗加強(qiáng)總成。因此本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了較常規(guī)加強(qiáng)總成高出許多的材料利用率。圖3進(jìn)一步說明了在制造天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法中所體現(xiàn)的功效。圖3所示為 流程圖155，說明了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示例性實(shí)施例采購_運(yùn)輸-制造加強(qiáng)總成的模 式。該制造工序開始于160處，在板材制造商處加工板材。將板材成型為預(yù)定厚度的繞成 卷的板材。其厚度與用于天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的車頂邊梁的厚度相稱。在一個(gè)實(shí)施例中，車頂結(jié) 構(gòu)和天窗加強(qiáng)總成的其他部件的厚度相同，可使用具有相同材料厚度的板材卷。在這種情 況下，由于采購的一致性，從外部板材制造商處購買的板材總體價(jià)格可以最小化。天窗加強(qiáng)總成使用來自于板材制造商的材料。在步驟162處，將板材運(yùn)輸至外部 的天窗制造公司。在164處這些公司將板材卷切割成條片(或加強(qiáng)梁)，例如如圖2b所示。 在步驟166處，將條片成型為剪裁點(diǎn)焊坯料。坯料放置成其中形成開孔的矩形。該加強(qiáng)總 成包括連接至第二和第三邊梁的第一邊梁；以及連接至第二和第三邊梁的第四邊梁。該加 強(qiáng)總成形成了大于或等于天窗開口的開孔。在168處最終的處理工序中，沖壓加強(qiáng)環(huán)形。在所顯示的與制造天窗加強(qiáng)總成同時(shí)進(jìn)行的不同工序中，制造了車輛車頂。車頂 也使用來自板材制造商的材料制成。在170處將材料運(yùn)輸至第三方坯料公司。坯料是從板 材上切割而成。坯料可為車頂總成提供主要結(jié)構(gòu)支撐。在所示的實(shí)施例中，坯料在172處 在第三方工廠處切割。在174處將坯料從第三方工廠運(yùn)輸至車輛制造商。在176處車輛制 造商沖壓出加強(qiáng)環(huán)形可以連接的車頂外形，并在178處將車頂運(yùn)送至供應(yīng)商處。天窗供應(yīng) 商將天窗加強(qiáng)總成組裝成車頂面板。在180處將車頂運(yùn)輸至天窗供應(yīng)商處，在此將外形板 切割出洞。在步驟182處將加強(qiáng)總成組裝在車頂結(jié)構(gòu)的外面。組裝完成后在184處將其運(yùn) 輸至車輛制造商處以裝在車輛中。在常規(guī)天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)中是將坯料運(yùn)輸至天窗供應(yīng)商處?，F(xiàn)在參考圖4，其中顯示了改進(jìn)的天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)200。該天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)200配置用 于連接至已有的車頂結(jié)構(gòu)210。該車頂結(jié)構(gòu)210包括天窗開口 220。天窗或蓋板(例如圖 1中所示的40)可滑動(dòng)地連接至車輛車頂結(jié)構(gòu)210。如圖4所示，加強(qiáng)總成200是剪裁點(diǎn)焊的坯料。加強(qiáng)總成200包括多個(gè)邊梁230、 240,250和260。車頂邊梁230、240、250和260為四個(gè)簡(jiǎn)單的矩形坯料從一卷板材上直接 剪切而成。提供了一個(gè)前車頂邊梁230。前車頂邊梁230是最接近車輛前部270 (如圖1中 所示)的車頂邊梁。車頂邊梁230延伸跨過車輛的寬度。如圖4所示，車頂邊梁230以垂 直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁240、250。它們?yōu)樽髠?cè)邊梁240和右側(cè)邊梁250。左側(cè)邊梁 240和右側(cè)邊梁250每個(gè)均連接至前邊梁230的相對(duì)端。圖4中的天窗加強(qiáng)總成200也包括車頂后邊梁260。車頂后邊梁260最接近車輛 后部(例如圖1中所示的280)。車頂后邊梁260也延伸跨過車輛的寬度。車頂邊梁260 以垂直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁240、250。車頂后邊梁260連接至每個(gè)車頂側(cè)邊梁240、 250與車頂前邊梁230連接的相反一端。車頂后邊梁260布置成與車頂側(cè)邊梁240、250垂 直。在該實(shí)施例中，車頂邊梁230、240、250和260具有基本相同的大小、形狀和材料成分。 在所示實(shí)施例中，邊梁230、240、250和260由鋁合金構(gòu)成。當(dāng)連接后，邊梁230、240、250和260形成了一個(gè)開孔290，如圖4所示。該開孔290較天窗開口 220的尺寸更大或相同。天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)200的邊梁230、240、250和260環(huán)繞天 窗開口 220或勾畫出其輪廓。在其他實(shí)施例中，邊梁230、240、250和260形成了小于天窗 開口 220的大小的開孔，例如用于具有選擇性打開車廂的數(shù)個(gè)區(qū)域的靈活式天窗的車輛。在圖4所示的實(shí)施例中，邊梁230、240、250和260通過點(diǎn)焊連接起來。車頂邊梁 230在角300處點(diǎn)焊至邊梁240。邊梁230在角310處點(diǎn)焊至邊梁250。邊梁260在角320 處點(diǎn)焊至邊梁240。邊梁260在角330處點(diǎn)焊至邊梁250。天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)200的每個(gè)角300、 310、320、330均包括三個(gè)點(diǎn)焊點(diǎn)(如“X”所標(biāo)示)。在其他實(shí)施例中，邊梁230,240,250和 260通過兩個(gè)點(diǎn)焊點(diǎn)固定在一起，且在其他實(shí)施例中邊梁在每個(gè)角連接300、310、320、330 處可僅使用一個(gè)點(diǎn)焊點(diǎn)。這樣在平直坯料狀態(tài)將環(huán)形點(diǎn)焊在一起。在所示的實(shí)施例中，邊 梁230、240、250和260是用搭接點(diǎn)配置點(diǎn)焊連接的。邊梁在每個(gè)角300、310、320、330處互 相重疊。邊梁也可使用例如軟刺沖鉚的緊固件連接。也可使用扣緊固件來連接邊梁。在其 他實(shí)施例中，使用對(duì)接點(diǎn)焊接方式將邊梁連接起來，例如使用惰性氣體金屬焊(“MIG焊”)。 MIG焊可使用任何金屬例如鎂。采用對(duì)接點(diǎn)焊接結(jié)合邊梁只需互相鄰接以固定在一起。MIG 焊或激光焊接的搭接/對(duì)接連接可用于構(gòu)成圖4所示的天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)200。在所示的實(shí)施例中，邊梁230、240、250和260大約1050mm長(zhǎng)、300mm寬、1. 3mm厚。 在其他實(shí)施例中，邊梁的厚度在0. 65mm至1. 5mm范圍之內(nèi)。現(xiàn)在參考圖5，其中顯示了另一種天窗加強(qiáng)總成400。天窗加強(qiáng)總成400是剪裁點(diǎn) 焊的坯料總成400包括4個(gè)車頂邊梁410,420,430和400。車頂邊梁410,420,430和400 為四個(gè)簡(jiǎn)單的矩形坯料，從金屬板材卷中直接剪切而成。車頂前邊梁410配置成最接近車 輛前部，例如圖1中所示的270。車頂邊梁410延伸跨過車輛寬度。如圖5所示，車頂邊梁 410以垂直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁420、430。這是車頂左邊梁420和車頂右邊梁430。 車頂左邊梁420和車頂右邊梁430分別連接至車頂前邊梁410的相對(duì)端。圖5中的天窗加強(qiáng)總成400也包括車頂后邊梁440。車頂后邊梁440配置為最接 近車輛后部(例如圖1中所示的280)。如圖5所示，車頂后邊梁440也延伸跨過車輛的寬 度。車頂后邊梁440以垂直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁420、430。車頂后邊梁440連接至 每個(gè)車頂側(cè)邊梁420、430與車頂前邊梁410連接的相反一端。車頂后邊梁440布置成與車 頂側(cè)邊梁420、430垂直。在圖5所示的實(shí)施例中，車頂邊梁410、420、430和400具有基本不同的大小、形狀 和材料成分。車頂側(cè)邊梁420、430在尺寸上分別小于前、后邊梁410和440。車頂前邊梁 410小于車頂后邊梁440。由于在該種配置中所需的車頂側(cè)邊梁結(jié)構(gòu)支撐較少，車頂側(cè)邊梁 420、430在寬度上更小。車頂側(cè)邊梁420、430也可由與其他邊梁不同的材料構(gòu)成。例如，雖 然前、后邊梁410、440由鋼制成，車頂側(cè)邊梁420、430仍可以由鋁合金制成，反之亦然。在 該實(shí)施例中車頂后邊梁440是最大的邊梁。車頂后邊梁440為車輛的C柱提供橫向支撐， 車輛的C柱在第二排座椅和車輛的后部之間延伸。車頂后邊梁440具有更高的材料強(qiáng)度并 可由更堅(jiān)硬的材料(例如鈦合金或鋼)構(gòu)成。為進(jìn)一步節(jié)省成本，車頂側(cè)邊梁420、430由 較低規(guī)格的低碳鋼構(gòu)成?？梢远ㄖ栖図斶吜旱囊?guī)格和等級(jí)以滿足不同車輛的設(shè)計(jì)需要。車頂邊梁410、420、430和400連接后可形成開孔450，如圖5所示。開孔450較天 窗開口的尺寸更大或相同。加強(qiáng)總成的車頂邊梁410、420、430和400環(huán)繞天窗開口或勾勒 出其輪廓。在其他實(shí)施例中，例如為了用于具有選擇性打開車廂的數(shù)個(gè)區(qū)域的靈活式天窗
7的車輛，車頂邊梁410、420、430和400可形成小于天窗開口大小的開孔。在所示的圖5的實(shí)施例中，車頂邊梁410、420、430和400通過點(diǎn)焊連接起來。邊 梁410在角460處點(diǎn)焊至邊梁420。邊梁410在角470處點(diǎn)焊至邊梁430。邊梁440在角 480處點(diǎn)焊至邊梁420。邊梁440在角490處點(diǎn)焊至邊梁430。天窗加強(qiáng)總成400的每個(gè)角 460、470、480、490均包括四個(gè)點(diǎn)焊點(diǎn)(如"X"所表示)。在其他實(shí)施例中，車頂邊梁410、 420,430和400通過七個(gè)焊點(diǎn)固定在一起，且在其他實(shí)施例中邊梁在每個(gè)連接處使用十個(gè) 焊點(diǎn)連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，如在參考圖8-10進(jìn)行的討論中，加強(qiáng)總成的每個(gè)角可通過 額外的金屬加強(qiáng)(或重疊)以對(duì)抗在角上的更高應(yīng)力。在圖5所示的實(shí)施例中，車頂邊梁410、420、430和400使用搭接點(diǎn)焊配置。在每 個(gè)角460、470、480和490上各邊梁互相重疊。邊梁可使用例如軟刺沖鉚的緊固件連接。也 可使用扣緊固件連接邊梁。在其他實(shí)施例中，使用MIG焊的對(duì)接點(diǎn)焊接方式連接邊梁。采 用對(duì)接點(diǎn)焊接結(jié)合邊梁只需互相鄰接以固定在一起。點(diǎn)焊或激光焊接的搭接/對(duì)接連接可 用于構(gòu)成圖5所示的天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)400?，F(xiàn)在參考圖6，其中顯示了具有多個(gè)天窗開口 510和520的示例性車輛車頂500 的俯視圖。所示的車輛530為運(yùn)動(dòng)型多功能車輛。然而有多種車輛可包括帶有多個(gè)天窗的 頂部系統(tǒng)，例如，全尺寸轎車、跨界車、運(yùn)動(dòng)型多功能車輛以及豪華車。所示的車輛530具有 延長(zhǎng)的乘客廂。天窗540使得光線能夠進(jìn)入乘客廂的前部一這里可以乘坐駕駛者和前排乘 客；天窗550使得乘客廂的后排部分也能夠接受到陽光。在所示的實(shí)施例中，天窗540明顯 小于天窗550的大小。這樣，在第二排和第三排的乘客可以共享陽光。車頂結(jié)構(gòu)500包括 兩個(gè)分別相應(yīng)于天窗540和550的開孔510和520。天窗540和550包含可選擇性封閉開 孔510和520的可收起蓋板。在天窗540和天窗550之間是車頂結(jié)構(gòu)部分560。該附加的 車頂結(jié)構(gòu)560能夠?yàn)檐図斶吜禾峁╊~外的支撐，即可以天窗加強(qiáng)總成中包括有多于四個(gè)的 邊梁。圖7顯示了配置用于圖6中的車輛車頂500的示例性加強(qiáng)總成600的俯視圖。該 總成600包括5個(gè)加強(qiáng)梁610、620、630、640和650，從而形成了兩個(gè)開孔660和670，其分 別等于或大于車頂500(如圖6中所示)的開孔510和520的大小。加強(qiáng)總成600是剪切 點(diǎn)焊的坯料。車頂邊梁610、620、630、640和650是從板材卷中直接剪切下的五個(gè)簡(jiǎn)單的矩 形坯料。車頂前邊梁610配置為最接近車輛前部，例如圖6中所示的680。車頂邊梁610延 伸跨過車輛的寬度。如圖7所示，車頂邊梁610以垂直角度連接至兩個(gè)側(cè)邊梁620和630。 他們?yōu)樽髠?cè)邊梁620和右側(cè)邊梁630。左側(cè)邊梁620和右側(cè)邊梁630分別連接在車頂前邊 梁610的相對(duì)端。圖7中的天窗加強(qiáng)總成也包括車頂后邊梁640。車頂后邊梁640配置為最接近車 輛后部(例如圖6中所示的690)。如圖7所示，車頂后邊梁640也延伸跨過車輛的寬度。 車頂后邊梁640以垂直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁620、630。車頂后邊梁640連接至每個(gè) 車頂側(cè)邊梁620、630與車頂前邊梁610連接的相反一端。在圖7中也顯示了車頂中梁650。車頂中梁650在車頂側(cè)邊梁620和630之間延 伸。梁650配置為在乘客廂的前部和后部之間延伸跨過車輛寬度，即在開孔510和520之 間，560部分(如圖6所示)之下。車頂中梁650以垂直角度連接至兩個(gè)側(cè)邊梁620和630。在圖7所示的實(shí)施例中，車頂梁610、620、630、640和650是由基本上相同的材料成分剪裁而成。車頂梁610、640和650剪裁成基本上相同的尺寸，車頂梁620、630較車頂 梁610、640和650更長(zhǎng)，且剪裁成不同的尺寸。側(cè)邊梁620和630也可由與其他邊梁不同 的材料組成。例如，雖然前邊梁610和后邊梁640分別由鋼構(gòu)成，側(cè)邊梁620和630和/或 中梁650可由鈦合金組成，或者正相反。車頂中梁650為車輛的C柱(未顯示，其在車輛第 二排桌椅和后部之間延伸)提供橫向支撐。車頂梁610、620、630、640和650的規(guī)格和等級(jí) 可以定制以滿足不同車輛的設(shè)計(jì)需求。如圖7所示，車頂梁610、620、630、640和650形成了兩個(gè)開孔660和670。開孔 660大于或等于天窗開孔510 (如圖6所示)的尺寸。加強(qiáng)總成600的車頂梁610、620、630 和650圍繞天窗開口 510或構(gòu)成其輪廓。開孔670大于或等于天窗開孔520 (如圖6所示) 的尺寸。加強(qiáng)總成600的車頂梁620、630、640和650圍繞天窗開口 520或構(gòu)成其輪廓。在圖7所示的實(shí)施例中，車頂梁610、620、630、640和650通過點(diǎn)焊連接起來。邊梁 610在角700處點(diǎn)焊至邊梁620。邊梁610在角710處點(diǎn)焊至邊梁630。邊梁640在角720 處點(diǎn)焊至邊梁620。邊梁640在角730處點(diǎn)焊至邊梁630。邊梁650在中間部分740和750 處每個(gè)均分別點(diǎn)焊至邊梁620和630。天窗加強(qiáng)總成600的每個(gè)角均包括兩個(gè)點(diǎn)焊。在其 他實(shí)施例中，車頂邊梁610、620、630、640和650通過一個(gè)焊點(diǎn)固定在一起，且在其他實(shí)施例 中邊梁在每個(gè)連接處使用六個(gè)焊點(diǎn)連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，如在參考圖8-10進(jìn)行的討論 中，加強(qiáng)總成的焊接區(qū)域可通過額外的金屬來加強(qiáng)(或重疊)以對(duì)抗在角上的更高應(yīng)力。在圖7所示的實(shí)施例中，車頂梁610、620、630、640和650使用搭接點(diǎn)焊配置。在 每個(gè)角700、710、720和730上以及在邊梁的中間部分740和750處車頂梁610、620、630、 640和650互相重疊。邊梁可使用例如軟刺沖鉚的緊固件連接。也可使用扣緊固件連接邊 梁。在其他實(shí)施例中，使用MIG焊的對(duì)接點(diǎn)焊接方式連接車頂梁610、620、630、640和650。 采用對(duì)接點(diǎn)焊接結(jié)合邊梁只需互相鄰接以固定在一起。點(diǎn)焊或激光焊接的搭接/對(duì)接連接 可用于構(gòu)成圖7所示的天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)600。具有多于五個(gè)邊梁的天窗加強(qiáng)總成的其他配置也在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。例 如，一些車輛可包含三個(gè)或多個(gè)天窗開口。這樣天窗加強(qiáng)總成可包含六個(gè)或多個(gè)邊梁。邊 梁可通過除垂直以外的其他角度關(guān)系連接。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在兩個(gè)邊梁的夾角處可 增加一個(gè)邊梁，并布置成與其他兩個(gè)邊梁構(gòu)成45度角。由于加強(qiáng)總成是剪裁的坯料，該總 成結(jié)構(gòu)上十分靈活可以適配各種車輛車頂和天窗?，F(xiàn)在參考圖8-10，其中顯示了另一個(gè)示例性天窗加強(qiáng)總成800。該天窗加強(qiáng)總成 的焊接區(qū)域810、820、830和840利用額外的加強(qiáng)金屬進(jìn)行了加強(qiáng)(或重疊“doubled up”) 以對(duì)抗角上更高應(yīng)力。加強(qiáng)總成800安裝在車頂結(jié)構(gòu)850中。車頂結(jié)構(gòu)850包括用于適配 天窗870 (顯示了處于伸展或打開位置)的開孔860?？偝?00包括四個(gè)加強(qiáng)梁880、890、 900和910，從而形成了等于或大于車頂850中的開孔860(如圖8所示)的大小的開孔920。 加強(qiáng)總成800是剪裁點(diǎn)焊的坯料。車頂梁880、890、900和910為從板材卷上直接剪切下的 四個(gè)復(fù)雜矩形坯料。從板材卷上切下后或切割時(shí)，將坯料成型為包括從坯料一端向另一端 延伸的縱向凸緣(bead)。例如，如圖9所示，邊梁900包括從邊梁900的一端延伸至另一端 的三個(gè)凸緣930。凸緣930是成型在邊梁900表面的突起，配置用于增加邊梁的剛度。凸緣 930成型在每個(gè)邊梁880、890、900和910上以改進(jìn)天窗加強(qiáng)總成800的整體結(jié)構(gòu)剛度。車 頂外圍940插在總成中以將車頂結(jié)構(gòu)850連接至加強(qiáng)總成800。[0060]再次參考圖8，車頂前邊梁890配置成最接近車輛前部，例如圖1中所示的270。車 頂邊梁890延伸跨過車輛寬度。車頂邊梁890以垂直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁880、910。 這里具有車頂左邊梁910和車頂右邊梁880。車頂左邊梁910和車頂右邊梁880分別連接 至車頂前邊梁890的相對(duì)端。圖8中的天窗加強(qiáng)總成800也包括車頂后邊梁900。車頂后邊梁900配置為最接 近車輛后部(例如圖1中所示的280)。車頂后邊梁900也延伸跨過車輛的寬度。車頂后邊 梁900以垂直角度連接至兩個(gè)車頂側(cè)邊梁880、910。車頂后邊梁900連接至每個(gè)車頂側(cè)邊 梁880、910與車頂前邊梁890連接的相反一端。在圖8-10所示的實(shí)施例中，車頂梁880、890、900和910由基本上相同的材料構(gòu)成 剪裁而成。側(cè)邊梁880和910也可由與其他邊梁890、900不同的材料組成。例如，雖然前邊 梁890和后邊梁900分別由鋼構(gòu)成，側(cè)邊梁880和910可由鈦合金組成，或者正相反。車頂 梁900為車輛的C柱(未顯示，其在車輛第二排座椅和后部之間延伸)提供橫向支撐。車 頂梁880、890、900和910的規(guī)格和等級(jí)可以定制以滿足不同車輛的設(shè)計(jì)需求。在圖10所示的實(shí)施例中，車頂梁900和910通過點(diǎn)焊連接起來。邊梁900在角 830處點(diǎn)焊至邊梁910。在圖10中加強(qiáng)總成800的每個(gè)焊接區(qū)域包括兩個(gè)焊點(diǎn)(如"X" 所標(biāo)示)。第一個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)用在950處。第二個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)用在960處，其更接近車頂850的開孔 860。焊點(diǎn)沿著邊梁900和910連接或交叉而形成的直角的斜邊對(duì)齊。在圖10所示的實(shí)施 例中，其中顯示了加強(qiáng)總成通過額外的金屬來加強(qiáng)(重疊)以對(duì)抗在角上的更高應(yīng)力。在 邊梁900和910的夾角處點(diǎn)焊有加強(qiáng)材料970。該加強(qiáng)材料為方形坯料其具有較邊梁900 和910交叉形成的夾角830更小的橫截面面積。加強(qiáng)材料970可與邊梁900和910的材料 組成相同或不同。焊接設(shè)置可以調(diào)節(jié)以配合置于邊梁900和910之間的加強(qiáng)材料970。焊 接點(diǎn)下面是頂部控制臺(tái)系統(tǒng)980，其在焊接之后安裝在車頂結(jié)構(gòu)850上。在圖10所示的實(shí)施例中，邊梁900和910使用搭接點(diǎn)焊配置。邊梁900和910在 角830處重疊。在其他實(shí)施例中，也可對(duì)接點(diǎn)接方式連接邊梁。邊梁也可使用例如軟刺沖 鉚的緊固件連接。也可使用扣緊固件連接邊梁?，F(xiàn)在參考圖lla-b，其中顯示了適合用于制造一些這里所描述的示例性天窗加強(qiáng) 總成的焊接裝置1000。這里所描述的加強(qiáng)總成可使用靈活焊接固定裝置1000來焊接。例 如，一種制造方法包括帶有至少一個(gè)配置成關(guān)于坯料滑動(dòng)的焊槍的焊接總成。焊槍放置在 一組軌道或?qū)к壣?。車頂邊梁在焊接前夾持到位。焊接設(shè)備可適配不同大小和長(zhǎng)度的焊槍。 焊接設(shè)備也可用于構(gòu)造不同尺寸和配置的加強(qiáng)總成?？稍谝獩_壓前完成焊接，作為天窗總 成設(shè)備的最終工序。圖Ila是用于示例性天窗加強(qiáng)總成(圖4中的總成)的焊接裝置1000的俯視圖。 該焊接裝置包括焊接設(shè)備1010例如焊槍，配置用于關(guān)于天窗加強(qiáng)總成例如200滑動(dòng)。焊接 設(shè)備1010放置在具有至少五個(gè)引導(dǎo)軌道1020、1030、1040、1050和1060導(dǎo)軌的上，相同的 焊接設(shè)備可用于總成(例如200和600，如圖lib所示)的每個(gè)焊接之上。前導(dǎo)軌1020使 得焊接設(shè)備1010能夠到達(dá)邊梁230的角焊接區(qū)域300和310。包括中間導(dǎo)軌1060用于使 得設(shè)備1010能夠接近后邊梁260的每個(gè)角焊接區(qū)域320和330。焊接設(shè)備1010能夠靈活地構(gòu)造不同結(jié)構(gòu)的天窗加強(qiáng)總成。例如，圖lib是圖Ila 中的焊接裝置1000(其配置用于圖7中的另一個(gè)示例性天窗加強(qiáng)總成600)的俯視圖。焊接設(shè)備1010放置在具有至少五個(gè)引導(dǎo)軌道1020、1030、1040、1050和1060導(dǎo)軌的上，相同 的焊接設(shè)備1010可用于總成的每個(gè)焊接上。前導(dǎo)軌1020使得焊接設(shè)備1010能夠到達(dá)前 邊梁610的角焊接區(qū)域700和710。包括中間導(dǎo)軌1060用于使得焊接設(shè)備1010能夠接近 中梁650的每個(gè)焊接區(qū)域740和750。后導(dǎo)軌1050使得焊槍1010能夠到達(dá)后邊梁640的 角焊接區(qū)域720和730。優(yōu)選地使用點(diǎn)焊技術(shù)來構(gòu)架剪裁焊接的坯料。在一個(gè)實(shí)施例中，車頂梁由鋁組成 且使用75千伏特安培(KVA)的焊接設(shè)置來連接邊梁。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用了 150KVA 來連接邊梁。雖然所說明的實(shí)施例涉及使用了單階段焊接，也可使用多階段焊接。現(xiàn)在參考圖12，其公開了關(guān)于制造車輛天窗的加強(qiáng)總成的方法1200的更多細(xì)節(jié)。 方法包括在1210處將金屬板材切割成至少四個(gè)邊梁的步驟；在1220處將每個(gè)邊梁放置在 位以形成大于或等于天窗開口大小的開孔；以及在1230處通過點(diǎn)焊固定連接邊梁?？墒褂?金屬板材卷來構(gòu)造加強(qiáng)總成。該板材可沿著板材的寬度剪切以分割邊梁。每個(gè)車頂邊梁可 具有相同或不同的寬度。隨后將邊梁放置在它們各自的位置上并點(diǎn)焊在一起。使用這種技 術(shù)，無需坯料模具。邊梁是直接從板材卷上剪切而成。這能夠在沖壓工廠完成以避免激光 焊接坯料的需要。在一些實(shí)施例中材料利用率接近90%。因此，無需廢料回購。加強(qiáng)總成是剪切的點(diǎn)焊坯料。這些坯料是考慮到根據(jù)設(shè)計(jì)要求和成本原因這些坯 料可以轉(zhuǎn)換而進(jìn)行設(shè)計(jì)剪切的。該加強(qiáng)總成無需由完整的材料構(gòu)成。每個(gè)車頂邊梁可以是 不同的大小、材料組成或形狀。而且，雖然所示的實(shí)施例顯示了四個(gè)車頂邊梁，本實(shí)用新型 還有其他的實(shí)施例包含多于或少于四個(gè)邊梁用于加強(qiáng)總成。在一種設(shè)置中使用了五個(gè)邊 梁。天窗延伸跨過C柱并可從C柱之前或之后打開。在另一種設(shè)置中使用了七個(gè)邊梁。加 強(qiáng)總成可以量身設(shè)計(jì)以滿足設(shè)計(jì)要求。這樣，本加強(qiáng)總成較常規(guī)形式的切割加強(qiáng)環(huán)具有更 高的靈活性。這里所說明的示例性邊梁是矩形金屬板材或條片。邊梁可以為其他的配置和材料 選擇。例如，邊梁可由管狀部件、工字梁配置或C型鋼管配置而成型。邊梁可以作為任何加 強(qiáng)部件，且可由各種不同的金屬構(gòu)成，例如，鋁或鈦合金。也可使用例如硬塑料或其他合成 材料來構(gòu)造邊梁。在其他實(shí)施例中，邊梁并非由實(shí)心材料構(gòu)成，且包含開孔以減輕重量。邊 梁無需具有光滑表面，而是可以包含(例如)成型在其中的筋來改進(jìn)邊梁的性能。點(diǎn)焊是將加強(qiáng)總成的車頂邊梁連接起來的優(yōu)選方法。點(diǎn)焊較激光焊接便宜得多。 雖然點(diǎn)焊是連接的優(yōu)選方法，車頂邊梁也可使用其他已知的連接構(gòu)造連接。例如，車頂邊梁 可以激光焊接、壓合、粘合、鉚接或螺栓連接起來。各種示例性實(shí)施例給出了天窗加強(qiáng)總成和制造該總成的方法。本實(shí)用新型的一些 實(shí)施例可用于各種類型的機(jī)動(dòng)車，包括那些具有較大天窗的車輛，例如豪華車輛和大客車。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對(duì)本說明書的方法可作出各種變化和修改而不背離本 教導(dǎo)的范圍。通過對(duì)這里所公開的說明書和實(shí)踐方法的思考，本實(shí)用新型的其他實(shí)施例對(duì) 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。本說明書和例子應(yīng)當(dāng)僅僅理解為是示例。雖然詳細(xì)描述了實(shí)施本實(shí)用新型的最佳方式，本實(shí)用新型所涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員 在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)將會(huì)認(rèn)識(shí)到多種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例來實(shí)施本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種具有天窗的車輛車頂結(jié)構(gòu)，所述車頂結(jié)構(gòu)包含加強(qiáng)總成，所述加強(qiáng)總成包括以搭接配置連接至第二邊梁和第三邊梁的第一邊梁；和以搭接配置連接至所述第二邊梁和所述第三邊梁的第四邊梁；其特征在于所述加強(qiáng)總成形成了大于或等于天窗開口的尺寸的開孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁、所述第二邊梁、所 述第三邊梁和所述第四邊梁中的至少一個(gè)是從板材卷上剪切下的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁、所述第二邊梁、所 述第三邊梁和所述第四邊梁中的至少一個(gè)具有與所述第一邊梁、所述第二邊梁、所述第三 邊梁和所述第四邊梁中的至少其他一個(gè)不同的寬度、材質(zhì)規(guī)格和/或長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁、所述第二邊梁、所 述第三邊梁和所述第四邊梁中的至少一個(gè)具有與所述第一邊梁、所述第二邊梁、所述第三 邊梁和所述第四邊梁中的至少其他一個(gè)相同的寬度、材質(zhì)規(guī)格和/或長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁、所述第二邊梁、所 述第三邊梁和所述第四邊梁中的至少一個(gè)具有和所述第一邊梁、所述第二邊梁、所述第三 邊梁和所述第四邊梁中的至少其他一個(gè)不同的材料組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁是在所述第二邊梁 的一個(gè)角上點(diǎn)焊至所述第二邊梁的；且所述第四邊梁是在所述第二邊梁的另一個(gè)角上點(diǎn)焊 至第二邊梁的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁、所述第二邊梁、所 述第三邊梁和所述第四邊梁中的至少兩個(gè)是點(diǎn)焊連接的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁是使用兩個(gè)焊點(diǎn)點(diǎn) 焊至所述第二邊梁的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁是使用至少三個(gè)焊 點(diǎn)點(diǎn)焊至所述第二邊梁的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一邊梁是使用至少四個(gè) 焊點(diǎn)點(diǎn)焊至所述第二邊梁的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于進(jìn)一步包含點(diǎn)焊在所述第一邊梁、所述第二邊梁、所述第三邊梁和所述第四邊梁中的至少兩個(gè)形 成的角上的加強(qiáng)材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛車頂結(jié)構(gòu)，其特征在于進(jìn)一步包含在所述第二邊梁和所述第三邊梁之間的第五邊梁。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有天窗的車輛的車頂結(jié)構(gòu)。該車頂結(jié)構(gòu)包括加強(qiáng)總成，或加強(qiáng)環(huán)，其中設(shè)計(jì)有數(shù)個(gè)邊梁圍繞天窗開口。邊梁可點(diǎn)焊在一起。同時(shí)也討論了制造該加強(qiáng)總成的方法。天窗加強(qiáng)總成是剪切并點(diǎn)焊的壞料，較常規(guī)天窗結(jié)構(gòu)具有更好的材料利用性。在一些實(shí)施例中材料利用性大約為80％-90％。
文檔編號(hào)B60J7/00GK201777106SQ201020128659
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者斯考特·麥克耐特, 邁克·詹姆斯·弗里曼 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司