CN101164818B - 用于汽车前端的双元可挤压接头 - Google Patents

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Abstract

一种结构接头,形成在向下弯曲形成基本上垂直的延伸部分的上部车架横杆和基本上纵向延伸的下部车架横杆之间,其能够增加下部车架横杆的悬臂部分的弯曲抵抗而不牺牲碰撞能量处理。该结构接头通过可挤压的管状加强部件加强,其以抓斗构造形成,包括向前延伸的支撑臂,该支撑臂位于悬臂部分的下方以降低该向下倾斜的悬臂部分的重心,从而阻止当遭遇由正面撞击产生的碰撞能量时悬臂部分的过早弯曲。悬臂部分以预先折叠的构造形成以增强该悬臂部分的碰撞能量处理。管状加强部件提供邻近该结构接头的双元结构构造,以提供可挤压的结构接头,从而提供碰撞能量的有效处理。

Description

用于汽车前端的双元可挤压接头
技术领域
[0001] 本发明总的涉及机动车辆的车架结构,特别是用于连接形成汽车前端结构一部分 的两个相交梁部件的一种车架构造。
背景技术
[0002] 机动车辆的前端结构设计成对车主提供视觉吸引力,而其功能为在正面和偏置碰 撞期间作为能量吸收结构。前端结构的尺寸,形状和结构都增加前端结构减弱碰撞脉冲的 能力并且限制其侵入车辆驾驶室。将前端结构设计成可吸收经过该车架组件的能量是很重 要的。所达到的重要程度是,车辆工程师会花费大量工作用来设计车辆车架,使得其吸收最 大能量时以一种可控方式挤压。
[0003] 车辆车架结构的一个设计目标是提供更好的结合以及在碰撞时能量的吸收。吸收 正面以及后部碰撞能量的主要组件是横杆。此外,在侧面碰撞中,如果车辆具有较软的前 端,其可以帮助减轻两车内人员的伤害。如果具有吸收更多能量并且延长挤压横杆的时间 的装置,将极大地减少进入车厢的碰撞脉冲和侵入。
[0004] 车辆车架通常包括上部横杆和基本上垂直隔开的下部横杆。优选地,上部横杆与 下部横杆相结合,如在车辆车架的最前(forwardmost)部,以形成整体连接的汽车车架结 构。在车辆上部结构部件和下部结构部件之间的结构接头连接按照惯例设计为刚性连接, 其在所有方向都保持较好的结构完整性。而,上部横杆部件和下部横杆部件的形成优选地 通过液压技术完成,其将上部横杆和下部横杆形成为管状部件,该上部横杆和下部横杆可 以采用任何材料或任何构造技术成形,包括冲压或轧辊成形的车身结构。
[0005] 布置和设计前横杆系统的装配限制会产生关于前端能量处理功能的问题。在汽车 的车架构造中,其中装配限制当悬臂部分接近保险杠时迫使横杆向下弯曲,其将允许汽车 的车架达到16-20英寸保险杠高度的要求,正面碰撞在保险杠的重心和副车架连接部的重 心之间产生偏移偏心距。这个偏移偏心距会导致在前横杆部分的重心产生充分的外加弯 曲,其可成为前横杆部分弯曲量的很大部分。因此,这个外加弯曲降低了该部分处理正常情 况下的由于下部车架横杆部件的悬臂部分的轴向折叠而产生的弯曲和折叠压力的能力。车 架构造的偏心距可导致悬臂部分在任何轴向碰撞开始时就发生过早向下弯曲。
[0006] 解决该装配和负载限制问题的一个方法是加强最靠近副车架连接部的悬臂部分 的后半部分或三分之一部分的横杆长度部分,在该部分的下部侧面,即弯曲压力最高的位 置,将导致该悬臂部分弯曲能力相应的增加。典型地,通过形成从悬臂部分向下延伸的垂直 方向的凸缘而提供这种加强。虽然这种加强凸缘解决方案的确实现了下部车架横杆部件的 悬臂部分弯曲能力所需要的增加,但是增加的弯曲能力却恶化了悬臂部分的可挤压性。其 结果是,该悬臂部分只能沿着前半部分或者是向前突出下部车架横杆连接部的悬臂部分的 长度有效地挤压,因而相当大地降低了汽车车架的碰撞能量处理能力。
[0007] 在申请人为Fadhel Aouadi等人,公告日为2004年2月24日,并转让给福特环 球技术公司(Ford Global Technologies, LLC)的美国专利6,695,393号中,公开了一种双元挤压横杆的概念,其具有将梁分成上部单元和下部单元的水平中间壁。这个双元车架 横杆吸收碰撞动能以防止侵入车厢。于2004年11月2日向TatsuoKasuga授权的美国专 利6,811,212号中,指出一种类似的前横杆结构,其具有将梁分为上部单元和下部单元的 水平中间壁。在均向Federico Jaekel等人授权的,于2001年10月16日公告的美国专利 6,302,478号,和于2002年7月2日公告的美国专利6,412,857号中,公开了一种车辆立体 车架,包括液压成形的管状部件,其通过使用在该液压成形的管状部件末端周围延伸的一 对分离的壁部分而形成接头。
[0008] 于2005年9月6日向Troy Cornell授权的美国专利6,938,948号中,公开了一 种能量吸收前车架结构,其中发动机支架侧横杆连接在该车辆前端并且包括可挤压的通过 不可变形的中间结构连接的连接部。这个构造允许车辆车架在正面碰撞时吸收碰撞能量以 增加乘员的安全。
[0009] 因此,需要提供一种在上部车架横杆部件与下部车架横杆部件之间的结构接头, 其能够阻止由于向下角度而强加在悬臂部分的过早的弯曲,同时允许下部前横杆部件的悬 臂部分沿着其整个长度折叠,从而有效地处理碰撞能量负载。
发明内容
[0010] 本发明的一个目的是克服前面提到的已知的现有技术缺陷,通过提供汽车车架中 上部车架横杆和下部车架横杆之间的结构接头,其阻止由于向下角度而强加在悬臂部分的 过早弯曲,并且不牺牲碰撞能量处理。
[0011] 本发明的另一目的是提供位于汽车车架中上部车架横梁和下部车架横杆之间的 结构接头,其将增加弯曲能力,同时允许下部前端横杆部件的悬臂部分沿着其整个长度折 叠,从而有效地处理碰撞能量负载。
[0012] 本发明的一个优点是使下部前端横杆部件的弯曲能力得到增强。
[0013] 本发明的另一个优点是降低了下部车架横杆部件的向下倾斜的悬臂部分的外加弯曲。
[0014] 本发明的一个特征是在上部车架横杆部件和下部车架横杆部件之间的结构接头 上增加可挤压的加强部件。
[0015] 本发明的另一个特征是加强部件是管状部件,其将在撞击下挤压以增强前端横杆 系统的碰撞能量处理。
[0016] 本发明还有一个优点是,加强部件不减损下部车架横杆部件的悬臂部分的挤压。
[0017] 本发明还有一个特征是,加强部件包括向前突出的支撑臂,其在悬臂部分的后面 部分下方,以增加对撞击中过早弯曲的抵抗。
[0018] 本发明还有一个优点是,位于上部车架横杆和下部车架横杆之间的结构接头的刚 度增加。
[0019] 本发明还有一个特征是,加强部件以抓斗构造形成。
[0020] 本发明还有一个优点是,支撑臂呈现双元可挤压结构,其增强碰撞能量处理。
[0021] 本发明还有一个特征是,下部车架横杆部件的悬臂部分以预先折叠的构造形成, 以在遭受冲击力时引导该悬臂部分的折叠。
[0022] 本发明的另一优点是,下部车架横杆部件的悬臂部分的碰撞能量处理得到增强。[0023] 本发明的另一个特征是,可挤压的加强部件移动前端横杆系统的重心,以阻止在 撞击情况下悬臂部分的过早弯曲。
[0024] 本发明的进一步目的是提供位于汽车车架中上部车架横杆部件和下部车架横杆 部件之间的结构接头,其将增加弯曲能力而不牺牲碰撞能量处理效力,其结构耐用,制造便 宜,不需要维护,易于组装,并且使用简单而有效。
[0025] 这些和其他的目的,特征和优点均在本发明中实现,通过提供位于向下弯曲以形 成基本上垂直的延伸部分的上部车架横杆,和基本上纵向延伸的下部车架横杆之间的结构 接头,其能够增加下部车架横杆的悬臂部分的弯曲抵抗,而不牺牲其碰撞能量处理。该结构 接头用可挤压的管状加强部件加强,该部件以抓斗构造形成,其包括向前延伸的支撑臂,该 支撑臂位于悬臂部分之下以降低该向下倾斜的悬臂部分的重心,从而阻止当遭遇正面撞击 产生的碰撞能量时悬臂部分的过早弯曲。悬臂部分以预先折叠的构造形成以增强该悬臂部 分的碰撞能量处理。管状加强部件提供邻近结构接头的双元结构构造以提供可挤压的结构 接头,而提供碰撞能量的有效处理。
附图说明
[0026] 本发明的优点将通过以下对于本发明的详细说明而显而易见,特别是当结合附图 时,其中:
[0027] 图1是结合本发明原理的汽车车架前部的透视图;
[0028] 图2是位于上部车架横杆部件的垂直延伸部分和纵向延伸的下部车架横杆部件 之间的结构接头的放大局部侧视图,观察该结构接头的内侧;以及
[0029] 图3是位于上部车架横杆部件的垂直延伸部分和纵向延伸的下部车架横杆部件 之间的结构接头的放大局部透视图,观察该结构接头的外侧。
具体实施方式
[0030] 参考图1-3,结合本发明的原理的位于汽车车架两个主要组件之间的结构接头被 最好地展现。汽车车架10的两个主要部件是上部车架横杆12和下部车架横杆22。上部车 架横杆12包括基本上水平的延伸部分13,其分别在两侧位于汽车的上部外侧。上部车架横 栏12优选地通过弯曲部分14向内以及向下弯曲,以形成基本上垂直的延伸部分15,其经过 下部车架横杆22的外侧。散热器支撑部件19连接在上部车架横杆12的侧面相对的、垂直 的延伸部分15,以横向延伸而穿过汽车车架10的前端。下部车架横杆22向上部车架横杆 12的垂直延伸部分15的前方延伸,以形成悬臂部分18,传统上,保险杠(未示)安装在其 上。
[0031] 下部车架横杆22的悬臂部分18以悬臂的方式向上部车架横杆部件12的垂直延 伸部分15的前方突出,以将保险杠(未示)定位在车辆的最前端,以及,当遭遇到撞击产生 的碰撞能量时,通过向后挤压而开始处理碰撞能量。在悬臂部分18折叠后,该冲击力碰到 位于上部车架横杆12和下部车架横杆22之间的结构接头25。当悬臂部分18具有相对结 构节点25向下的角度时,由于施加在悬臂部分18的重心的弯曲力的偏移偏心距,该悬臂部 分18遭受过早的向下弯曲。在这种情况下,悬臂部分18不能有效地处理碰撞力,并且使结 构节点25更大程度的暴露于碰撞能量中。[0032] 为了降低悬臂部分18的重心,并且去除向下倾斜的悬臂部分18的偏移偏心距,结 构接头25为以抓斗构造形成的管状加强部件30,其带有配置为容纳嵌套的外部部件33的 内部部件32。通过焊接在一起,内部部件32和外部部件33形成管状本体部分34,管状本 体部分34包括向前延伸的支撑臂35,支撑臂35位于悬臂部分18之下,紧邻于上部车架横 杆部件12的垂直延伸部分15之前。优选地,支撑臂35焊接到悬臂部分18。本体部分34 还形成腔(pocket) 36,用于容纳上部车架横杆部件12的垂直延伸部分15的末端。外部部 件33优选地由焊接凸缘37形成,其向外弯曲以与上部车架横杆部件12结合并且有利于两 者之间的焊接。
[0033] 悬臂部分18以预先折叠的构造形成以当遭遇碰撞力时,增强该悬臂部分18的挤 压性。该预先折叠的构造是通过悬臂部分18的褶皱表面来界定的,以选择地增加和减小悬 臂部分18的有效横截面。褶皱形成凹部41降低脊部43之间的悬臂部分18的横截面,而 脊部43增加悬臂部分18的横截面。因此,当撞击产生的碰撞能量遭遇悬臂部分18时,该 悬臂部分18将均勻地在凹部41处弯折以及在脊部43处向外扩张。
[0034] 一旦该碰撞能量到达悬臂部分18的后面部分,加强部件30的支撑臂35将作为第 二单元来增加悬臂部分18处理碰撞力的效力。如果必要,上部车架横杆部件12的垂直延 伸部分15和下部车架横杆部件22连同加强部件30之间的焊接,特别是外部部件33的焊 接凸缘37,可以设计成在遭遇足够的碰撞力时脱离,并引导碰撞能量如所需要的沿对应于 上部车架横杆部件12和下部车架横杆部件22的路径传递。
[0035] 加强部件30的管状构造为下部车架横杆部件22的悬臂部分18提供可挤压的增 强,其并不减损悬臂部分18对碰撞能量的有效处理。事实上,与加强支架30的支撑臂35结 合的悬臂部分18的双元构造增加了碰撞能量处理的效力。此外,向前延伸的支撑臂35降 低了向下倾斜的悬臂部分18的重心,从而大幅增加了对弯曲力的抵抗,以允许悬臂部分18 按照设计折叠。即使加强部件30增加了悬臂部分的弯曲抵抗,该加强部件30的可挤压管 状构造并没有减损悬臂部分18所需要的挤压。
[0036] 可以理解的是,对于所描述和说明的用于解释本发明的特性的这些零件,可以改 变其细节,材料,步骤和排列,并且本领域技术人员可以在阅读本发明的原理和范围之内的 公开内容的情况下完成上述变化。前面的描述说明本发明的优选实施例,然而,本发明的基 础原理可以应用在其他实施例中,而不超出本发明的范围。
[0037] 例如,加强部件30的优选构造是两片式抓斗结构,其具有内部部件32和被容纳于 该内部部件32内的外部部件33。加强部件30可以由通过液压成形制造工艺形成的单个管 状部件替代。在这个替换中,加强部件30可以由包含管状支撑臂35的内部部件32和在该 支撑臂35之后容纳在该内部部件32之中的外部部件33形成。任何这种构造,以及其他实 施例,将提供可挤压的加强部件30,其将增加悬臂部分18的弯曲性能,而不影响悬臂部分 的挤压性能以及相关的对于碰撞能量的有效处理。
7

Claims (15)

  1. 一种汽车车架中的结构接头,包括:具有垂直延伸部分的第一车架部件;具有纵向延伸部分的第二车架部件,其位置邻近所述第一车架部件的垂直延伸部分,所述第二车架部件包括从所述第一车架部件以悬臂方式纵向延伸的突出部分;以及管状加强部件,其具有与所述第一和第二车架部件结合的本体部分,以及处于所述第二车架部件的突出部分下方的纵向延伸支撑臂,所述支撑臂连接到所述第二车架部件的突出部分上,以降低该突出部分的重心。
  2. 2.根据权利要求1所述的结构接头,其特征在于,所述加强部件的本体部分形成腔,所 述第一车架部件的垂直延伸部分位于其中。
  3. 3.根据权利要求2所述的结构接头,其特征在于,所述加强部件以抓斗构造形成,其中 第一部件形成所述加强部件的一个侧边,容纳于所述第一部件内的第二部件形成所述加强 部件的一个相对侧边。
  4. 4.根据权利要求3所述的结构接头,其特征在于,所述第一车架部件是上部车架横杆, 而所述第二车架部件是下部车架横杆,所述突出部分为悬臂部分,其以悬臂的方式从所述 下部车架横杆与所述上部车架横杆的连接处延伸,所述悬臂部分用来安装保险杠。
  5. 5.根据权利要求4所述的结构接头,其特征在于,所述第二部件由焊接凸缘形成,其由 所述本体部分向侧面弯曲以结合所述上部车架横杆。
  6. 6.根据权利要求2所述的结构接头,其特征在于,所述加强部件形成为单个管状部件。
  7. 7.根据权利要求2所述的结构接头,其特征在于,所述第二车架部件的突出部分以预 先折叠的构造形成,其具有界定凹部和脊部的褶皱表面,所述凹部和脊部相对所述纵向延 伸的突出部分横向设置。
  8. 8. 一种汽车车架,具有包括水平延伸部分,垂直延伸部分和连接所述水平延伸部分和 垂直延伸部分的弯曲部分的上部车架横杆,和位于所述上部车架横杆的下方垂直隔开的纵 向延伸的下部车架横杆,所述上部车架横杆的垂直延伸部分邻近所述下部车架横杆,所述 下部车架横杆包括向前突出的悬臂部分,其从所述上部车架横杆的垂直延伸部分与所述下 部车架横杆之间的结构接头以悬臂方式延伸,改进包括:所述悬臂部分以预先折叠的构造形成,其具有界定与所述纵向延伸的悬臂部分横向的 凹部和脊部的褶皱表面;管状加强部件,其具有与所述上部车架横杆的垂直延伸部分和所述下部车架横杆结合 的本体部分,以及位于所述下部车架横杆的悬臂部分下方的纵向延伸的支撑臂,且所述加 强部件以抓斗构造形成,其中第一部件形成所述加强部件的一个侧边且第二部件形成所述 加强部件的一个相对侧边并且容纳于所述第一部件中。
  9. 9.根据权利要求8所述的汽车车架,其特征在于,所述第二部件由焊接凸缘形成,其从 所述本体部分向侧面弯曲以结合所述上部车架横杆。
  10. 10.根据权利要求9所述的汽车车架,其特征在于,所述加强部件的本体部分形成腔, 所述上部车架横杆的垂直延伸部分位于其中。
  11. 11.根据权利要求10所述的汽车车架,其特征在于,所述支撑臂焊接在所述悬臂部分 上以降低所述悬臂部分的重心。
  12. 12.根据权利要求8所述的汽车车架,其特征在于,所述加强部件形成为单个管状部件,其通过液压成形制造工艺形成。
  13. 13. 一种汽车车架,包括:包括水平延伸部分,垂直延伸部分和连接所述水平延伸部分和垂直延伸部分的弯曲部 分的上部车架横杆;位于所述上部车架横杆下方垂直隔开的纵向延伸的下部车架横杆,所述上部车架横杆 的垂直延伸部分邻近所述下部车架横杆,所述下部车架横杆包括向前突出的悬臂部分,其 从所述上部车架横杆的垂直延伸部分与所述下部车架横杆之间的结构接头以悬臂方式延 伸;所述悬臂部分以预先折叠的构造形成,其具有界定与所述纵向延伸的悬臂部分横向的 凹部和脊部的褶皱表面;以及管状加强部件,其具有与所述上部车架横杆的垂直延伸部分和所述下部车架横杆结合 的本体部分,以及纵向延伸的支撑臂,所述支撑臂焊接在所述下部车架横杆的悬臂部分的 下方以降低所述悬臂部分的重心,且所述加强部件以抓斗构造形成,其中内部部件形成所 述加强部件的一个侧边而外部部件形成所述加强部件的一个相对侧边并且容纳于所述内 部部件中。
  14. 14.根据权利要求13所述的汽车车架,其特征在于,所述加强部件的内部部件形成腔, 所述上部车架横杆的垂直延伸部分位于其中,所述外部部件包括焊接凸缘,其从所述本体 部分向侧面弯曲以结合所述上部车架横杆,以确保所述上部车架横杆位于所述内部部件和 所述外部部件的焊接凸缘之间。
  15. 15.根据权利要求13所述的汽车车架,其特征在于,所述加强部件形成为单个管状部 件,其通过液压成形制造工艺形成。
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