CN101152878A - 用于汽车前端的管状结构节点 - Google Patents

Abstract

在上车架梁和总体上纵向延伸的下车架梁之间形成结构节点，其中该上车架梁向下弯曲形成总体上垂直延伸的部分，该结构节点可以调整，以在冲击情况下管理撞击能量的流动。上车架梁制成传统的四面管件，但在与下车架梁交叉处变成多面构造，形成用于连接下车架梁的交接面。交接面的大小为20至40毫米之间的纵向宽度尺寸，并且可以调整，以选择性控制冲击过程中遇到的撞击力的管理。形成这种结构节点的上、下车架梁之间的焊接连接为车架功能提供充足的硬度和刚性，而在纵向上表现出减小的剪切强度。

Description

用于汽车前端的管状结构节点

技术领域

本发明总体上涉及机动车辆的车架结构，更具体地说，涉及一种用于将两个横梁构件连接起来形成汽车前端结构的一部分的车架构造。

背景技术

机动车辆的前端结构被设计用来向车主提供视觉吸引力，同时在前方和侧面撞击中发挥吸能结构的作用。前端结构的尺寸、形状和构造对前端结构减弱撞击冲击力和限制对车辆驾驶舱的侵害有贡献。设计前端结构来通过车架组件吸收撞击能量十分重要。为此，车辆工程师做出了极大的努力致力于设计以受控的方式撞击时吸收最大量的能量的车架。

车架结构设计的一个目标是在碰撞中提供更好的接合和吸能。在前方和后方撞击中吸能的主要组件是梁。此外，在侧面碰撞中，如果车辆具有更软的前端，那么就有助于减轻对双方车辆乘员的伤害。如果有一个吸收更多能量并延长撞到梁的时间的装置，撞击冲击力和侵害就会明显减轻。

车架典型地包括上梁和总体上垂直间隔的下梁。较佳地，上梁例如在车架的最前端部分与下梁连接，形成完整连接的车辆框架结构。车辆上、下梁之间的结构节点传统地被设计成坚固连接，其在所有方向上提供很好的结构整体性。管理撞击能量的一个途径是，在前后方向上减少上、下梁构件之间连接的结构效能，以使在经受安全负载条件时“断开(breakaway)”。通过适当地设计上、下梁之间的结构节点，下方加载路径相对于上方加载路径受到的撞击能量的量可以适当地调整，而且也可以调整各加载路径抵达乘客厢的相对时机。尽管上、下梁构件的形成最好通过液压成型技术完成，其使上、下梁形成管状构件，但是上、下梁也可以用任何材料或任何加工技术制成，包括冲压和辊轧成型车架结构。

在1995年10月3日授予詹姆斯·迈尔(James Meyer)，并转让给福特汽车公司的专利号为5,454,456的美国专利中，将断开支架的概念用于连接横向构件和车架梁，以使该支架在受到冲击时发生变形，防止对横向构件的损坏。在2001年9月25授予阿基洛·苏克加瓦(Akihiro Sukegawa)的专利号为6,293,618的美国专利中，公开了一种使中柱梁和侧栏形成连接的焊接法，其通过将中柱的下缘和侧栏相应的交接部位焊接起来，在该连接点提供足够的强度，以抵抗侧面冲击过程中的侵害，而不用使用T形构件。尽管苏克加瓦的专利公开可中柱和侧栏之间的焊接距离可以变化，以提供不同的强度，但是其并未显示该连接可以在冲击下断开的任何启示。

在2002年12月31日授予竹元由(Yorito Takemoto)的专利号为6,499,798的美国专利中，公开了一种车体结构，其中前侧构件和弯曲部分以一种可以在冲击下变形的方式相互焊接。2004年3月11日公布的2004/0046381号美国专利申请公开了一种通过边框式车架底座安装在车体上的边框式车架。某些边框式车架底座制成断裂应力低于其它边框式车架底座的断裂应力，以使得边框式车架从车身断开，防止边框式车架侵入乘客厢。

因此，需要提供一种机动车辆中两个主车架组件之间的结构节点，以使在受到冲击的情况下，可使该连接在前后方向上断离，以调整下方加载路径相对于上方加载路径受到的撞击能量的量，而且也可以调整各加载路径抵达乘客厢的相对时机。

发明内容

本发明的一个目的是，通过在车架的上、下车架梁之间提供结构节点，克服上述公知技术的缺点，其中该结构节点可以调整下方加载路径相对于上方加载路径受到的撞击能量的量。

本发明的另一个目的是，在车架的上、下车架梁之间提供结构节点，该结构节点可以调整上、下加载路径抵达乘客厢的相对时机。

本发明的另一个目的是，在机动车辆的两主车架构件之间提供结构节点，以在经受安全负载条件时，在两主车架构件之间的前后方向上提供“断开(break away)”

本发明的另一个特征是，上梁构件的形状从传统的四面横截面构造改进成多面横截面构造，该多面横截面构造具有与下车架梁抵靠的预定大小的表面，在其间提供可调的焊接表面。

本发明的一个优点是，结构节点可以用由不同制造工艺制成的构件形成。

本发明的另一个优点是，结构节点的形成可以与标准制造工艺兼容。

本发明的另一个优点是，上车架梁制成多面构造，其具有用于连接下车架梁构件的交接面，其具有20至40毫米之间的纵向宽度尺寸。

本发明的另一个优点是，上梁构件结构的交接面提供足够的整体性以支承汽车，同时充分减小剪切强度，以在受到撞击负载时容许上、下梁断开。

本发明的另一个优点是，上车架梁交接面的横截面积和焊缝的水平至垂直线的长度可以用于调整结构节点所需的安全性能。

本发明的另一个优点是，可以利用传统的焊接技术将上车架梁的交接面连接至下车架梁。

本发明的另一个优点是，下车架梁的前角部的撞击性能不受应用本发明原理的结构节点形成的影响。

本发明的另一个特征是，连接到下车架梁的下车架梁交接面的尺寸可以选择，以调整相对于下方加载路径指向上方加载路径的撞击能量的量。

本发明的另一个目的是，提供一种机动车辆两主车架构件之间的结构节点，通过车架组件调整撞击能量的管理，其构造耐用、制造低廉、维护轻松、组装简便，并且使用简单有效。

这些以及其它目的、特征和优点，根据本发明、通过在上车架梁和总体上纵向延伸的下车架梁之间提供结构节点而实现，其中该上车架梁向下弯曲形成总体上垂直延伸的部分，该结构节点可以调整，以在冲击情况下管理撞击能量的流动。上车架梁制成传统的四面管件，但在与下车架梁交叉处变成多面构造，形成用于连接下车架梁的交接面。交接面的大小为20至40毫米之间的纵向宽度尺寸，并且可以调整，以选择性控制冲击过程中遇到的撞击力的管理。形成这种结构节点的上、下车架梁之间的焊接连接为车架功能提供充足的硬度和刚性，而在纵向上表现出减小的剪切强度。

附图说明

考虑到以下对本发明的详细公开，特别是结合附图时，本发明的优点将变得显而易见。其中：

图1为结合了本发明原理的车架前部的透视图；

图2为结合了本发明原理的上车架梁垂直延伸部分和纵向延伸的下车架梁之间的结构节点的放大仰视图，其对应于图1中2-2线；

图3为对应于图2中3-3线的上车架梁水平延伸部分的横截面图；以及

图4为上车架梁与下车架梁形成结构节点的垂直延伸部分的横截面图。

具体实施方式

参照图1-4，可以最好地看到结合了本发明原理的车架的两主组件之间的结构节点。车架10的该两主组件为上车架梁12和下车架梁22。上车架梁12包括位于汽车两侧上方外部的总体上水平延伸的部分13。上车架梁12然后最好通过弯曲部分14向内及向下弯曲，形成总体上垂直延伸的部分15，在下车架梁22内侧通过。散热器支承件19连接上车架梁横向相对、垂直延伸的部分15，横向延伸穿过车架10的前部。下车架梁22向上车架梁12垂直延伸的部分15延伸，形成传统上安装保险杠(图中未表示)的角部18。

下车架梁22的角部18典型与“触发器(trigger)”(图中未表示)一起形成，以在冲击力负载到其上时引导其崩塌。因此，车架10的角部18在冲击情况下提供撞击力的首次处理。角部18崩塌之后，冲击力遭遇上车架梁12和下车架梁22之间的结构节点30。上、下车架梁12、22的传统焊接将会抵抗冲击力，并使撞击能量沿上、下车架梁12、22路径向后方朝车辆乘客厢传导。

上车架梁12典型地制成如图3所示的四面的、总体上为矩形的管件，其可以通过液压成型制造工艺形成如图1所示的弯曲和扭曲的结构。上车架梁还可以通过其它的制造技术制成，提供如图1所示的车架结构。根据本发明的原理，上车架梁通过水平延伸部分13、甚至弯曲部分14的横截面构造可以保持传统的四面矩形。通过与下车架梁22交接的垂直延伸部分15的横截面构造制成多面构造，其包括与下车架梁22抵靠以与其焊接的交接面32。其余横截面构造可以调整大小和形状以提供连接30所需的结构刚性和硬度，可以制成四面的或多于四面的构造。例如，通过结构节点30的上车架梁垂直延伸部分15的横截面构造的较佳实施方式示于图4中，由六面形状组成。

交接面32具有大约20至40毫米之间的纵向延伸宽度尺寸，约25毫米宽度尺寸为较佳实施方式。该宽度尺寸示于图2中，标记为33。可以通过传统的MIG焊接工艺制成的焊接线34的垂直长度也可以选择各异，以提供所需的结构节点30的剪切强度。通过选择预定的结构节点30的剪切强度，可以管理撞击能量的传递，其中撞击能量通过结构节点30传递至流动路径进入由各自上、下车架梁12、22所形成的乘客厢内。此外，撞击能量抵达乘客厢的时机，可以通过改变根据本发明的原理制成的结构节点30的剪切强度来调整。

上车架梁12垂直延伸部分15的形状，可以设计成可例如通过图2所示的紧固件19a连接散热器支承件19。由于触发器仍然可以结合到角部18中以控制其在冲击情况下崩塌，所以下车架梁22的角部18处理撞击能量的效能不受结构节点30形成的影响。

应该理解，所属技术领域的技术人员阅读本公开后，可以在本发明的原理和范围内想到并做出对上述用来说明和解释本发明实质的各部件细节、材料、步骤和安排上的改变。以上描述用于对本发明的较佳实施方式进行说明，但是，基于该描述的理念可以用于其它不脱离本发明范围的实施方式。

Claims (19)

1.一种车架中的结构节点，包含：

具有垂直延伸部分的第一车架构件；

具有纵向延伸部分的第二车架构件，其具有位于第一主车架构件垂直延伸部分邻接位置的纵向延伸部分；

第一车架构件设置成多面横截面形状，形成用于与第二车架构件焊接的交接面，该交接面具有20至40毫米之间的纵向延伸宽度尺寸。

2.根据权利要求1所述的结构节点，其特征在于，第一车架构件为具有水平延伸部分和弯曲部分的上车架梁，其中该弯曲部分将水平延伸部分转变为垂直延伸部分。

3.根据权利要求2所述的结构节点，其特征在于，上车架梁的水平延伸部分具有四面横截面形状，上车架梁的垂直延伸部分制成具有至少五个面的横截面形状，其中一个面为交接面。

4.根据权利要求3所述的结构节点，其特征在于，交接面的纵向延伸宽度尺寸为约25毫米。

5.根据权利要求4所述的结构节点，其特征在于，上车架梁的垂直延伸部分连接有一个散热器支承件。

6.根据权利要求5所述的结构节点，其特征在于，下车架梁包括一个从上车架梁的垂直部分向前突出的角部。

7.根据权利要求3所述的结构节点，其特征在于，交接面沿垂直延伸的焊接线焊接到下车架梁构件上，每个具有选择长度的焊接线和交接面纵向延伸的宽度尺寸联合提供预先选定的剪切强度，以使上车架梁在遭受撞击能量负载时能从下车架梁断开。

8.一种在具有包括水平延伸部分、垂直延伸部分和使水平延伸部分及垂直延伸部分互相连接的弯曲部分的上车架梁；垂直间隔、位于上车架梁下方的纵向延伸的下车架梁，上车架梁的垂直延伸部分位于与下车架梁邻接的位置的机动车车架中的、位于垂直延伸的上车架梁和下车架梁之间的改进的结构节点，包含：

上车架梁的垂直延伸部分，其制成用于形成与下车架梁交接的交接面的横截面构造，交接面具有20至40毫米范围的纵向延伸宽度尺寸，交接面与下车架梁以纵向间隔焊接，垂直延伸焊接线具有预定的长度。

9.根据权利要求8所述的车架，其特征在于，每个垂直延伸的焊接线的长度结合交接面的宽度尺寸进行选择，以提供预先选择的剪切强度，使上车架梁在遭受撞击能量负载时能从下车架梁断开。

10.根据权利要求9所述的车架，其特征在于，上车架梁的水平延伸部分具有四面横截面形状，上车架梁垂直延伸部分的横截面构造具有至少四个面，其中一个面为交接面。

11.根据权利要求10所述的车架，其特征在于，上车架梁垂直延伸部分的横截面构造具有至少五个面，包括交接面。

12.根据权利要求10所述的车架，其特征在于，交接面的纵向延伸宽度尺寸约为25毫米。

13.根据权利要求12所述的车架，其特征在于，上车架梁的垂直延伸部分连接有一个散热器支承件，下车架梁包括一个从上车架梁的垂直部分向前突出的角部。

14.根据权利要求13所述的车架，其特征在于，上车架梁通过液压成型工艺制造，其将上车架梁从水平延伸部分的四面横截面形状重新改造成形成交接面的垂直延伸部分的横截面构造。

15.一种在管状上车架梁构件和纵向延伸的下车架梁构件之间形成结构节点的方法，其中该上车架梁构件具有垂直延伸部分，下车架梁构件位于与上车架梁构件垂直延伸部分邻接的位置，包含以下步骤：

将与下车架梁邻接的上车架梁构件的垂直延伸部分成型，形成具有20至40毫米之间的纵向延伸宽度尺寸的交接面的横截面构造；以及

将交接面以垂直延伸、纵向间隔的焊接线焊接到下车架梁上，每个焊接线具有一个垂直长度。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，成型步骤中使垂直延伸部分的横截面构造形成具有至少五个面的形状。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，焊接步骤中为结构节点形成一个剪切强度，其使上车架梁构件在遭受撞击能量负载时能从下车架梁构件断开。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，上车架梁构件具有水平延伸部分和使水平延伸部分与垂直延伸部分相互连接的弯曲部分，成型步骤可操作地将上车架梁构件从水平延伸部分的矩形横截面构造重新改造成形成交接面的横截面构造。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，成型步骤中形成纵向延伸宽度尺寸约为25毫米的交接面。

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