CN102046448B

CN102046448B - 车架结构

Info

Publication number: CN102046448B
Application number: CN200980120409.4A
Authority: CN
Inventors: 鰺坂聡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: WO2009156819A1; US8393669B2; CN102046448A; US20110083923A1; WO2009156819A8; EP2291308A1; EP2291308B1; JP4525802B2; ATE552159T1; JP2010006102A

Abstract

一种车架结构，包括设置在底板(16)中的通道部(18)、以及左侧构件和右侧构件(14)。所述侧构件中的每一个均包括前侧构件(14F)、内构件(14A)、以及外构件(14B)。内构件和外构件从前侧构件沿朝向车辆后部的方向分支。内构件沿着通道部朝车辆后部延伸。左侧构件和右侧构件的内构件至少在对应于通道部的前部侧的位置处由沿车辆纵向方向的多个连接部(20)连接在一起。当前部撞击负载F1输入到其中至少一个侧构件时，这些连接部断裂。

Description

车架结构

技术领域

本发明涉及一种车架结构。

背景技术

日本专利申请公开No.2003-2248(JP-A-2003-2248)描述了这样一种结构，其中：由挤出材料形成的底板通道前部和底板通道后部由铸造接头连接在一起，所述挤出材料形成在车辆纵向方向上延伸的底板通道。在车辆前部碰撞的过程中，当前部撞击负载从车辆的前部输入到底板通道时，该接头(仅仅该接头)发生变形，从而吸收来自碰撞的能量。

然而，如JP-A-2003-2248所述的现有技术中那样，在车辆的前部碰撞过程中仅有底板通道的接头发生变形的结构中，底板在局部区域变形，使得难以将前部撞击负载分布到车架的广泛区域上。

发明内容

因此，本发明提供了一种能够在确保车辆的前部碰撞过程中的吸震能力的同时制造的更轻的车架结构。

本发明的第一方面涉及一种车架结构，包括：设置在底板中的通道部；左侧构件和右侧构件，所述左侧构件和所述右侧构件中的每一个均包括：i)前侧构件，所述前侧构件位于车辆的前部并且在车辆宽度方向上的相应的左侧或右侧沿车辆纵向方向延伸，其特征在于，所述左侧构件和所述右侧构件中的每一个均还包括：ii)朝向所述车辆宽度方向上的内侧的内构件，以及iii)朝向所述车辆宽度方向上的外侧的外构件，所述内构件和所述外构件从所述前侧构件沿朝向车辆的后部的方向分支，所述内构件沿着所述通道部朝车辆的后部延伸，所述左侧构件和所述右侧构件的所述内构件至少在对应于所述通道部的前部侧的位置处由沿所述车辆纵向方向的多个连接部连接在一起；左侧梁和右侧梁，所述左侧梁和所述右侧梁中的每一个均沿所述车辆纵向方向延伸，并且设置在车辆的相应的左侧部和右侧部的下部处，以及横向构件，所述横向构件将所述左侧梁和所述右侧梁的前端部连接在一起，其中，当前部撞击负载输入到所述左侧构件和所述右侧构件中的至少一个时，所述连接部断裂；并且所述外构件的后端连接于所述横向构件的前表面。

在根据该方面的车架结构中，每个侧构件都从车辆前部处的前侧构件沿朝向车辆后部的方向分支成朝向车辆宽度方向上的内侧的内构件和朝向车辆宽度方向上的外侧的外构件。因此，在车辆前部碰撞过程中输入到侧构件(即前侧构件)的前部撞击负载被分布和传递到内构件和外构件。另外，内构件沿着底板的通道部朝车辆的后部延伸，所以前部撞击负载也沿着该通道部朝车辆的后部传递。另外，内构件至少在对应于通道部的前部侧的位置处由沿车辆纵向方向的多个连接部连接在一起。这些连接部设计成当前部撞击负载输入到一个侧构件或两个侧构件时断裂。以这种方式使连接部因前部撞击负载而断裂使得侧构件不仅能够在前侧构件区域变形，而且能够在位于通道部的前部的内构件区域变形。其结果是，能够更好地吸收前部碰撞过程中的冲击。因此，能够抑制底板的局部变形，使得能够减少用于加强底板的加强件(未示出)的数量，这又使得能够减轻车架的重量。

另外，在上述车架结构中，前侧构件和内构件可形成为当从车辆的侧面观察时呈大致直线形。

以这种方式将侧构件的前侧构件和内构件形成为当从车辆的侧面观察时呈大致直线形使得能够将在车辆的前部碰撞过程中输入到侧构件(即前侧构件)的前部撞击负载直接传递到沿着底板的通道部朝车辆的后部延伸的内构件。其结果是，能够抑制侧构件在车辆竖直方向上向上的弯曲变形，从而能够抑制底板的局部变形。

另外，在上述车架结构中，内构件可在通道部的内部连接在一起。

以这种方式将内构件在通道部的内部连接在一起使得能够有效地利用底板的通道部下方的空间以及底板的除通道部以外的部分下方的空间。

另外，在上述车架结构中，一个内构件可连接于通道部的位于车辆宽度方向上的一侧上的一个侧壁部，而另一个内构件可连接于通道部的位于车辆宽度方向上的另一侧上的另一个侧壁部。

以这种方式使一个内构件连接于通道部的位于车辆宽度方向上的一侧上的一个侧壁部、而另一个内构件连接于通道部的位于车辆宽度方向上的另一侧上的另一个侧壁部使得能够更加有效地利用底板的通道部下方的空间。

另外，在上述车架结构中，沿车辆纵向方向在内构件的后方布置有动力单元，所述动力单元在车辆纵向方向上与内构件的后端相对。

以这种方式沿车辆纵向方向在内构件的后方布置在车辆纵向方向上与内构件的后端相对的动力单元使得在车辆前部碰撞过程中能够将动力单元的惯性质量经由内构件朝侧构件的前方传递。因此，能够在确保在后部安装有动力单元的车辆的前部碰撞过程中的吸震能力的同时将车架制造的更轻。

附图说明

在结合附图的对本发明示例性实施方式的以下详细描述中，将描述本发明的特征、优点及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记指代相似的元件，并且其中：

图1是车架结构的立体图；

图2是车架结构的俯视图；

图3是车架结构的侧视图；

图4是内构件的连接部沿图2中的线IV-IV截取的放大立体图；

图5是内构件的连接部的修改示例沿图2的线V-V截取的放大立体图；

图6是修改示例的俯视图，其中内构件均连接于车架结构中的通道部的侧壁部；

图7是内构件的连接部沿图6中的线VII-VII截取的放大立体图；

图8是在车辆右前部与碰撞体相碰撞的偏置碰撞过程中，临撞击之前车辆前部的俯视图；

图9是在车辆右前部与碰撞体相碰撞的偏置碰撞过程中，撞击开始时车辆前部的俯视图；

图10是从图9所示的状态进一步变形的车辆的俯视图；

图11是从图10的状态进一步变形的车辆的俯视图；

图12是在全面前部碰撞(即整个宽度上的前部碰撞)过程中，与碰撞体临碰撞前车辆前部的俯视图；

图13是在全面正面碰撞(即整个宽度上的前部碰撞)过程中，撞击开始时车辆前部的俯视图；

图14是从图13所示的状态进一步变形的车辆的俯视图；以及

图15是示出来自动力单元的惯性质量的负载经由内构件朝侧构件的前方传递的俯视图。

具体实施方式

以下将参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施方式。在图1中，根据示例性实施方式的车架结构S涉及具有例如布置在后部的动力单元(见图2)的车辆12的车架结构。该车架结构S具有侧构件14。

如图1和图2所示，这些侧构件14是在车辆宽度方向上的两侧沿车辆纵向方向延伸的车架构件。这些侧构件14中的每一个都从位于车辆前部的前侧构件14F沿朝向车辆后部的方向分支成朝向车辆宽度方向上的内侧的内构件14A以及朝向车辆宽度方向上的外侧的外构件14B。内构件14A沿着底板16的通道部18(见图4)朝车辆后部延伸，并且至少在通道部18的前端部18F处在沿车辆纵向方向的多个连接部20处连接在一起。这些连接部20设计成当前部撞击负载输入到一个或两个侧构件14时断裂。顺带地提及，在示出的示例中，具有五个连接部20，但是当前部撞击负载输入到侧构件14时，这五个连接部20没有必要全部断裂。然而，优选地，例如朝车辆纵向方向上的前部的两个连接部20断裂，以确保允许内构件14变形(即确保内构件14的变形行程)，同时抑制底板16的变形。另外，连接部20还可以设置在除通道部18的前端部18F以外的其它部分处。

保险杠加强件24通过所谓的冲撞盒22设置在侧构件14的前侧构件14的末端。侧构件14的前侧构件14F和内构件14A之间没有缝。

前侧构件14F是侧构件14的在车辆前部沿车辆纵向方向延伸的部分。另外，内构件14A是这样的部分：其从前侧构件14F的后端部朝位于底板16的车辆宽度方向上的中央处的通道部18的前端部18F斜向向后延伸，然后从该前端部18F沿着通道部18朝车辆后部延伸。因此，前侧构件14F与内构件14A的结合部形成为弯曲部14D，并且内构件14A的在车辆纵向方向上紧邻连接部20的前方的区域形成为弯曲部14E。如图3所示，当从车辆侧部观察时，侧构件14的前侧构件14F和内构件14A呈直线形。

侧构件14的外构件14B例如形成为与内构件14A和前侧构件14F分开的构件。外构件14B的前端在前侧构件14F的后端部附近的位置处连接于前侧构件14F的朝向车辆宽度方向上的外侧的表面，而外构件14B的后端连接于横向构件26的前表面。如图1所示，横向构件26在车辆竖直方向上布置在侧构件14的下方。因此，如图3所示，侧构件14的外构件14B均布置成当从车辆侧面观察时从前端朝后端在车辆竖直方向上向下倾斜。

如图2所示，在车辆的下侧部上布置有沿车辆纵向方向延伸的侧梁28。这些侧梁28是中空的并具有大致矩形的封闭横截面。侧梁28的前端部28A在车辆纵向方向上布置在前轮30的后方(见图1)。两侧的侧梁28由沿车辆宽度方向延伸的多个横向构件26、32、34和36连接在一起。横向构件26是将侧梁28的前端部28A连接在一起的构件。图1示出了横向构件26的两端朝车辆后部弯曲，而图2示出了横向构件26的两端是直的。横向构件26的端部形状是任意的。

朝车辆后部延伸的一对后侧构件38以在车辆宽度方向上彼此分开的方式设置在位于底板16后部的横向构件34和36上。在这种情况下，横向构件36将侧梁28的后端部28B与后侧构件38相连的构件。后侧构件38布置成比横向构件36朝车辆后部伸出得更远。后侧构件38的后端部由沿车辆宽度方向延伸的横向构件40连接在一起。由后侧构件38和横向构件40形成的基本方形的区域用作安装动力单元10的空间。动力单元10布置成在车辆纵向方向上与内构件14A的后端14G相对。

如图4所示，侧构件14通过连接已经压制成形的钢板而以基本方形的封闭横截面形成。内构件14A通过焊接或粘接等在相对的竖直壁部14C处结合在一起。其结果是，内构件14A在通道部18中连接在一起。在这种情况下，通道部18是在车辆的车辆宽度方向上的中部沿车辆竖直方向向上伸出的脊状部，并沿车辆纵向方向延伸。

顺带地提及，侧构件的结构不限于此。例如，还可将具有基本方形横截面的中空的挤出材料用于各个侧构件14，如图5所示。在图5所示的示例中，内构件14A利用螺母44和螺栓42在相对的竖直壁部14C处紧固在一起。螺母44例如固定于车辆左侧上的内构件14A的竖直壁14C的内侧表面，且车辆右侧上的内构件14A的车辆宽度方向上的外侧的竖直壁部14H中设有工作孔14J。螺栓42穿过该工作孔14J插入到车辆右侧的内构件14A中，并拧入到螺母44中。顺带地提及，工作孔14J可用作用于在车辆12的碰撞过程中控制侧构件14的变形的薄弱部。

另外，在图6和图7所示的示例中，内构件14A连接于通道部18的在车辆宽度方向上的侧部的侧壁部18A。更具体地，每个内构件14A连接于通道部18的侧壁部18A之一的在车辆宽度方向上的外侧表面。换言之，内构件14A经由通道部18彼此连接。在该示例中，侧构件14的内构件14A并不穿过通道部18，所以排气管45等能够布置在通道部18中。

在图1和图8中，在车辆前部设有悬挂前轮30的悬架系统46。该悬架系统46例如是双叉臂式悬架系统。如图1所示，在各个前侧构件14F上设有悬架臂48，当从车辆前方观察时该悬架臂48例如呈大致U形。在设于每个悬架臂48的一个端部处的支撑部48A上支撑有上臂50，使得上臂50能够在车辆竖直方向上枢转，并且在设于每个悬架臂48的另一个端部处的支撑部48B上支撑有内端臂52A，内端臂52A位于下臂52前方且朝向车辆宽度方向上的内侧，使得内端臂52A能够在车辆竖直方向上枢转。例如在下臂52与悬架臂48之间连接有具有同轴设置的螺旋弹簧54的吸震器56。如图8所示，位于下臂52后方的朝向车辆宽度方向上的内侧的内端部52B支撑在侧构件14的各外构件14B的后端部附近，使得内端部52B能够在车辆竖直方向上枢转。

用于附按前轮30的轮毂58由上臂50在车辆宽度方向上的外端部和下臂52在车辆宽度方向上的外端部支撑。每个轮毂58连接于转向齿轮箱60的横拉杆62，因此能够通过转动方向盘(未示出)、进而使横拉杆62沿车辆宽度方向移动而使轮毂58绕位于车辆竖直方向上的旋转轴线枢转。另外，如图1所示，例如，每个轮毂58设有沿车辆宽度方向向外伸出的柱螺栓64，用于将前轮30固定在位。转向齿轮箱60例如固定于前侧构件14F。

(操作)接下来，将描述根据上述该示例性实施方式的车架结构的操作。首先，将参照图8至图11描述在偏置碰撞中车辆12的例如右前部与碰撞体66相碰撞的情况。当发生这种偏置碰撞时，如图9所示，前部撞击负载F1经由保险杠加强件24和冲撞盒22输入到车辆右侧的前侧构件14F。此时，冲撞盒22的轴向压缩和变形吸收了一定程度的冲击。另外，随着车辆前部继续变形，来自碰撞体66的前部撞击负载F2被输入到车辆右侧的前轮30。另外，此时，前部撞击负载F1还经由保险杠加强件24、悬架臂48以及转向齿轮箱60等传递到车辆左侧，即与撞击侧相对的一侧。

如上所述，在根据该示例性实施方式的车架结构S中，侧构件14从位于车辆前部的前侧构件14F沿朝向车辆后部的方向分支成内构件14A和外构件14B。因此，此时，输入到侧构件14(即前侧构件14F)的前部撞击负载F1被分布到内构件14A(沿箭头A的方向)和外构件14B(沿箭头B的方向)。前部撞击负载F1例如传递到横向构件26并在车辆纵向方向上沿着通道部18传递到内构件14A的后部。传递到横向构件26的负载还传递到侧梁28。

并且此时，在根据该示例性实施方式的车架结构S中，如图3所示，侧构件14的前侧构件14F和内构件14A形成为当从车辆的侧面观察时呈直线形，所以在车辆12的前部碰撞过程中输入到侧构件14(即前侧构件14F)的前部撞击负载F1(见图9)直接传递到沿着底板16的通道部18朝车辆后部延伸的内构件14A。其结果是，能够抑制侧构件14在车辆竖直方向上朝上方弯曲变形，从而能够抑制底板16的局部变形。

此外，内构件14A通常至少在通道部18的前端部18F处在沿车辆纵向方向的多个连接部20处连接在一起。然而，随着车辆的前部由于前部撞击负载F1而继续变形(见图9)，一些连接部(例如最前方的两个连接部20)发生断裂，如图10和图11所示，并且沿车辆宽度方向分离(见图11)。使连接部20以这种方式断裂和分离使得能够吸收来自撞击的能量。另外，侧构件14不仅能够在前侧构件14F的区域变形，而且还能够在位于通道部18的前端部18F处的内构件14A的区域变形。即，能够扩大缓冲区。其结果是，能够有效地吸收前部碰撞过程中的冲击。结果，能够抑制底板16的局部变形，使得能够减少用于加强底板16的加强件(未示出)的数量，这又使得能够减轻车架的重量。顺带地提及，当侧构件14的前侧构件14F、内构件14A和外构件14B变形时，能够产生抵抗碰撞体66的反作用力，直到连接部20断裂。另外，连接部20的位置并不限于通道部18的前端部18F。即，连接部20也可以设置在除前端部18F之外的部分。

另外，如图10所示，随着车辆的前部变形，前轮30被朝后方迫压并与侧梁28的前端部28A相接触，从而将前部撞击负载F2(见图9)沿箭头C的方向传递到侧梁28。因此，前部撞击负载F2能够高效地传递到侧梁28。

在该示例性实施方式中，当内构件14A在通道部18内部连接在一起时，如图4和图5所示，能够有效地利用底板16的通道部18下方的空间、以及底板16的除通道部18之外的部分18B下方的空间。例如，该空间可用来安装用于混合动力车的电池或安装燃料箱等。

另外，在该示例性实施方式中，当内构件14A连接于通道部18的侧壁部18A时，如图6和图7所示，内构件14A并不穿过通道部18。因此，能够更加有效地利用底板16的通道部18下方的空间。例如，能够将排气管45等布置在通道部18内部。

接下来，将参照图12和图14描述全面前部碰撞(即整个宽度上的前部碰撞)中车辆的整个前部与碰撞体66碰撞的情况。当发生这种全面前部碰撞时，前部撞击负载F1经由保险杠加强件24和冲撞盒22输入到两个前侧构件14F，如图13所示。此时，冲撞盒22的轴向压缩和变形吸收了一定程度的冲击。另外，随着车辆前部继续变形，来自碰撞体66的前部撞击负载F2被输入到前轮30。

此时，输入到侧构件14(即前侧构件14F)的前部撞击负载F1被分布到内构件14A(沿箭头A的方向)和外构件14B(沿箭头B的方向)。前部撞击负载F1例如传递到横向构件26并在车辆纵向方向上沿着通道部18传递到内构件14A的后部。传递到横向构件26的负载还传递到侧梁28。侧构件14的前侧构件14F和内构件14A形成为当从车辆的侧面观察时呈直线形，所以正如上述偏置碰撞的情况一样，能够抑制底板的局部变形。

另外，随着车辆的前部由于前部撞击负载F1而继续变形(见图13)，内构件14的一些连接部20(例如最前方的两个连接部20)发生断裂并沿车辆宽度方向分离，如图14所示。使连接部20以这种方式断裂和分离使得侧构件14不仅能够在前侧构件14F的区域变形，而且还能在位于通道部18的前端部18F处的内构件14A的区域变形。其结果是，能够有效地吸收前部碰撞过程中的冲击。因此，还能够抑制底板16的局部变形，使得能够减少用于加强底板16的加强件(未示出)的数量，这又使得能够减轻车架的重量。

另外，随着车辆的前部变形，前轮30被朝后方迫压并与侧梁28的前端部28A相接触，从而将前部撞击负载F2(见图13)沿箭头C的方向传递到侧梁28。因此，前部撞击负载F2能够高效地传递到侧梁28。

在根据该示例性实施方式的车架结构S中，动力单元10在车辆纵向方向上布置在内构件14A的后方并在车辆纵向方向上与内构件14A的后端14G相对。因此，在车辆12的前部碰撞过程中，来自动力单元10的惯性质量的负载FI能够经由内构件14A向侧构件14的前方传递。无论碰撞是偏置碰撞或是全面前部碰撞，该负载都能以这种方式传递。因此，即使在动力单元10安装在后部的车辆12中，也能够在确保前部碰撞过程中的吸震能力的同时将车架制造得更轻。

此外，在根据该示例性实施方式的车架结构中，侧构件14的内构件14A沿着通道部18在车辆纵向方向上延伸。这些内构件14A轻且刚硬，所以它们能够抑制例如在动力单元10空转时产生的振动。另外，还能够改善对来自侧部碰撞的冲击的吸收能力。

顺带地提及，位于通道部18的前端部18F处的内构件14A的连接部20的数量并不限于五个。例如，可以仅设置车辆纵向方向上最靠前的那两个连接部。另外，优选地将多个连接部20中的一些连接部20，例如前方两个连接部20，定位在横向构件26的前方。这是因为当这些连接部20断裂并且内构件14A变形时，减小了对底板16的影响，从而能够进一步抑制底板16的局部变形。

另外，在该示例性实施方式中，悬架系统46是双叉臂式悬架系统，但本发明不限于此。例如，悬架系统46也可以是麦弗逊式(MacPhersonstut)悬架系统或其它类型的悬架系统。

动力单元10并不局限于安装在车辆后部。如果动力单元10较小，则也可以安装在车辆前部。

虽然已经结合本发明的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明并不局限于这些示例性实施方式或结构。相反，本发明意在涵盖各种变型和等同布置。此外，虽然以多种示例性的组合和构造示出了示例性实施方式的多种元件，但是包括更多、更少或仅仅单个元件的其它组合和构造也在本发明的精神和范围内。

Claims

1.一种车架结构(S)，包括：

设置在底板中的通道部(18)；

左侧构件(14)和右侧构件(14)，所述左侧构件(14)和所述右侧构件(14)中的每一个均包括：i)前侧构件(14F)，所述前侧构件(14F)位于车辆的前部并且在车辆宽度方向上的相应的左侧或右侧沿车辆纵向方向延伸，

其特征在于，

所述左侧构件(14)和所述右侧构件(14)中的每一个均还包括：ii)朝向所述车辆宽度方向上的内侧的内构件(14A)，以及iii)朝向所述车辆宽度方向上的外侧的外构件(14B)，所述内构件(14A)和所述外构件(14B)从所述前侧构件(14F)沿朝向车辆的后部的方向分支，所述内构件(14A)沿着所述通道部(18)朝车辆的后部延伸，所述左侧构件(14)和所述右侧构件(14)的所述内构件(14A)至少在对应于所述通道部(18)的前部侧的位置处由沿所述车辆纵向方向的多个连接部(20)连接在一起；

左侧梁(28)和右侧梁(28)，所述左侧梁(28)和所述右侧梁(28)中的每一个均沿所述车辆纵向方向延伸，并且设置在车辆的相应的左侧部和右侧部的下部处；以及

横向构件(26)，所述横向构件(26)将所述左侧梁(28)和所述右侧梁(28)的前端部连接在一起，

其中，当前部撞击负载输入到所述左侧构件(14)和所述右侧构件(14)中的至少一个时，所述连接部(20)断裂；并且

所述外构件(14B)的后端连接于所述横向构件(26)的前表面。

2.如权利要求1所述的车架结构(S)，其中：

所述前侧构件(14F)和所述内构件(14A)形成为当从车辆的侧面观察时呈大致直线形；

所述内构件设置在所述横向构件(26)上方；并且

所述外构件(14B)布置成当从车辆的侧面观察时从前端朝向后端沿车辆竖直方向向下倾斜。

3.如权利要求1所述的车架结构(S)，其中，所述内构件(14A)在所述通道部(18)内连接在一起。

4.如权利要求1所述的车架结构(S)，其中，所述内构件(14A)经由所述通道部(18)连接在一起，一个内构件(14A)连接于所述通道部(18)的位于所述车辆宽度方向上的一侧上的一个侧壁部，而另一个内构件(14A)连接于所述通道部(18)的位于所述车辆宽度方向上的另一侧上的另一个侧壁部。

5.如权利要求1所述的车架结构(S)，其中，沿所述车辆纵向方向在所述内构件(14A)的后方布置有动力单元，所述动力单元在所述车辆纵向方向上与所述内构件(14A)的后端相对。

6.如权利要求1所述的车架结构(S)，其中，所述通道部(18)定位于所述底板的在所述车辆宽度方向上的中央部中。

7.如权利要求6所述的车架结构(S)，其中，在各前侧构件(14F)与各内构件(14A)之间的结合部处设有弯曲部(14D)，并且在各内构件(14A)的位于所述结合部与所述连接部(20)之间的部分处设有弯曲部(14E)。

8.如权利要求6所述的车架结构(S)，其中，所述内构件(14A)中的每一个从相应的前侧构件(14F)的相应的后端斜向后朝所述通道部(18)的前部延伸，然后从所述通道部(18)的前部沿所述通道部(18)的方向朝后方延伸。