CN110573679B - 用于车辆驾驶室的立柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆(1)的驾驶室(2)的立柱(201)，所述立柱具有：结构端(202)，其适于连接到驾驶室(2)的下部区域中的结构；和车顶端(203)，其适于连接到驾驶室(2)的车顶，所述立柱包括纵长的管状元件(204)，所述管状元件具有在立柱内纵向延伸的管状元件空腔(205)，其中，所述立柱还包括纵长的加强元件(211)，所述加强元件在管状元件的纵向方向上沿管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端(212)和自由端(213)，加强元件(211)的包括其自由端的锥形部(215)位于管状元件空腔(205)内并在从基部端(212)朝向自由端(213)的方向上渐缩，所述加强元件的基部(216)至少部分地位于管状元件空腔(205)内并从锥形部(215)延伸到基部端(212)，所述加强元件(211)的基部端(212)形成立柱的结构端，或者与自由端(213)相比更靠近立柱的结构端(202)，所述加强元件在锥形部(215)和基部(216)之间具有平滑过渡。

Description

用于车辆驾驶室的立柱

技术领域

本发明涉及一种用于车辆驾驶室的立柱，该立柱具有：结构端，其适于连接到驾驶室的下部区域中的结构；以及车顶端，其适于连接到驾驶室的车顶。本发明还涉及包括这种立柱的车辆。

本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域中的工程机械形式的车辆，特别是轮式装载机。虽然将针对轮式装载机来描述本发明，但本发明不限于这种特定机械，而是也可用于其它工程机械，例如铰接式翻斗车、挖掘机和反铲装载机。本发明还能够应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。本发明还可以用于其它车辆，例如轿车。

背景技术

工程机械形式的车辆，例如轮式装载机或铰接式卡车，通常设有铲斗、容器或其它类型的用于挖掘、搬运和/或运输物料的器具。例如，轮式装载机具有提升臂单元，用于升高和降低诸如铲斗的器具。提升臂包括用于移动负载臂的液压缸和附接到负载臂的器具。通常，一对液压缸被布置成用于升高负载臂，并且另一个液压缸被布置成用于使器具相对于负载臂倾斜。另外，工程机械通常是铰接式框架转向的，并且具有一对液压缸，以通过使工程机械的前部分和后部分相对于彼此枢转来使工程机械转弯/转向。液压系统通常还包括至少一个液压泵，该液压泵被布置成向液压缸供应液压动力，即液压流和液压压力。液压泵由动力源驱动，例如由内燃机或电动机驱动。

对于包括工程机械的车辆，已知有许多设计措施以避免或最小化发生事故时对车辆中的人员的伤害。例如，希望设计一种用于容纳工程机械中的驾驶员的驾驶室，以便保护驾驶员。为此，驾驶室的框架必须能够在经历变形时(例如，在工程机械的翻车事故中)吸收能量。

US2001005092描述了一种用于工程机械的驾驶室框架，其中，中空支柱被形成为彼此结合的外面板和内面板。薄板形式的加强构件结合到外面板或内面板，以分隔每个支柱的内部空间。JP2000234352A描述了一种固定至支柱部分和地板的L形加强构件，用于在工程机械中提高驾驶室支柱部分和地板之间的连接位置的刚性。然而，希望进一步改进车辆驾驶室结构，以便在发生事故时保护驾驶室内的人员。

发明内容

本发明的一个目的在于提高车辆驾驶室中的人员的安全性。另一目的在于增加车辆驾驶室的框架结构的能量吸收。

通过根据本发明的立柱实现了这些目的。因而，本发明提供了一种用于车辆的驾驶室的立柱，该立柱具有：结构端，其适于连接到驾驶室的下部区域中的结构；和车顶端，其适于连接到驾驶室的车顶，该立柱包括纵长的管状元件，该管状元件具有在立柱内纵向延伸的管状元件空腔，其中该立柱还包括纵长的加强元件，该加强元件在管状元件的纵向方向上沿管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端和自由端，加强元件的锥形部包括加强元件的自由端，该锥形部位于管状元件空腔内并在从基部端朝着自由端的方向上渐缩，加强元件的基部至少部分地位于管状元件空腔内并从锥形部延伸至基部端，加强元件的基部端形成立柱的结构端或者与自由端相比更靠近立柱的结构端，加强元件在锥形部和基部之间具有平滑过渡。

应理解，所述自由端位于立柱的结构端和车顶端之间。还应理解，加强元件可以完全或部分地位于管状元件空腔中。管状元件可以从立柱的结构端延伸到车顶端。在一些实施例中，加强元件可从管状元件突出，由此可以形成立柱的结构端。

应理解，立柱的结构端能够连接到所述结构。应理解，立柱的车顶端能够连接到车顶。应理解，立柱可支撑驾驶室的车顶。应理解，当安装该立柱时，所述结构端位于车顶端下方。该立柱可安装成竖直的或倾斜的。驾驶室可被设计成使得驾驶室中的平均体型的成年人的身体以任何合适的方式在驾驶室内伸展，例如，主要在驾驶室内部的下部伸展。加强元件的长度可以是立柱长度的例如33-50％。然而，加强元件的长度可以是相对于立柱的任何长度，这取决于其所针对的驾驶室的设计，例如，立柱是否具有一个或两个如下所述的加强元件。加强元件的锥形部的长度与加强元件的长度之比可以为30-70％，例如40-60％。加强元件的自由端位于立柱的结构端和车顶端之间，该结构端适于连接到驾驶室的下部区域中的结构。加强元件的基部端形成立柱的结构端或者与自由端相比更靠近立柱的结构端。由此，自由端可位于距立柱的车顶端一定距离处。由此，当立柱在侧向方向上变形时(例如，由于车辆的翻车事故)，可以在加强元件的自由端和车顶端之间提供变形的主要部分。即，加强元件可以在立柱的其中设置有加强元件的区域中避免大的变形。由于是立柱的下部区域被加强元件加强，所以变形的主要部分可能发生在该下部区域上方。由此，降低了立柱和驾驶室结构的其它部分干涉驾驶室中的人员的风险。

所述管状元件可具有基本恒定的横截面。管状元件空腔可具有基本恒定的横截面。由此，加强元件的锥形部可以与管状元件的内表面相距一定距离。这可以在与锥形部干涉之前允许管状元件的一些变形。在发生事故的情况下，例如当涉及车辆倾覆或翻车时，这种变形可以增加立柱的能量吸收。

所述加强元件的锥形部和基部之间的平滑过渡可允许所述过渡没有任何拐角，这种拐角可能引起管状元件破裂或屈曲。这种破裂或屈曲会降低管状元件的能量吸收能力。相反，由于所述平滑过渡，加强元件可以类似于锻造工具(例如，如冲压或其它冷加工)而工作，这允许对管状元件的“温和”处理，从而提高了立柱的变形能力和能量吸收能力。

因而，本发明提供了在锥形方向上逐渐减小的刚度。由于加强元件的锥形部和基部之间的平滑过渡，刚度减小将是连续的而不是步进的。由此，在加强元件完全有效地支撑管状元件之前，允许管状元件的一些预变形。这种性能是有益的，因为避免了由突然的刚度变化引起的破裂或屈曲触发效应。

所述加强元件优选沿着锥形部的至少一部分(该部分与基部相邻)具有凸弯曲形状。该基部可具有基本恒定的横截面。基部可以是纵长的并且与管状元件平行地延伸。由此，可以提供平滑的曲率，因此，锥形部轮廓的切线逐渐地并且连续地与立柱的纵向方向对齐。在有利实施例中，加强元件在基部端和自由端之间不具有相对于横向于加强元件纵向延伸部的轴线的半径，该半径低于加强元件的最大宽度。

应注意，在锥形部具有线性锥形的情况下，也可以提供加强元件的锥形部和基部之间的平滑过渡。由此，锥形部和基部之间的过渡可以是弯曲的，优选具有相对大的曲率半径。

所述加强元件优选具有在管状元件的纵向方向上笔直地延伸的侧面，锥形部的锥形由与该笔直侧面相反且逐渐更靠近该笔直侧面的侧面形成。管状元件可具有大致矩形的横截面。由此，该笔直侧面和逐渐更靠近该笔直侧面的所述侧面可面向管状元件的相对的内表面。由此，可以定向该立柱，使得逐渐更靠近该笔直侧面的所述侧面朝向以下方向：该方向与立柱在事故情况下的侧向变形的假定方向相反。由此，在管状元件与加强元件的自由端接触之前，可以提供管状元件的相对大的吸收能量的偏转。

应注意，在这些实施例中，可以提供特别受控且吸收能量的变形，其中逐渐更靠近该笔直侧面的所述侧面朝向与立柱的侧向变形的假定方向相反的方向。然而，也可以在其它方向上提供受控且吸收能量的变形。

应注意，本发明还可以提供灵活且成本有效的解决方案。例如，单个加强元件设计可以与多个管状元件设计相容，以适应多种车辆设计。而且，加强元件可以隐藏在管状元件中，使得它不会影响管状元件的外形。

优选地，在从自由端沿着加强元件的长度的至少75％、优选80％、85％、90％或95％延伸的区域中，加强元件不固定到管状元件。应理解，在这些实施例中，自由端不固定到管状元件。加强元件优选只在基部端处或在基部端附近固定到管状元件。加强元件可以在从基部端沿着加强元件长度的25％、优选20％、15％、10％或5％延伸的区域中固定到管状元件。“加强元件在基部端附近固定到管状元件”优选意味着加强元件在从基部端延伸的所述区域中固定到管状元件。在一些实施例中，加强元件在基部端或其附近焊接、螺栓连接或铆接到管状元件。在一些实施例中，加强元件只通过在驾驶室的下部区域中的结构固定到管状元件。在进一步的实施例中，加强元件只通过车辆的车架固定到管状元件。

由于加强元件在从自由端沿着加强元件的长度的至少75％延伸的所述区域中不固定到管状元件，所以允许在大的变形的情况下滑动，即管状元件和加强元件之间的相对纵向移动。这确保了所述元件的能量吸收性能。所述元件之间在离基部端一定距离处，例如借助于焊接、螺栓或铆钉进行的连接由于在连接处传递的离散力可能产生局部不稳定性，这可能导致屈曲。通过所述实施例，将有效降低其风险。

优选地，基部沿着管状元件空腔的主要部分在两个正交的侧向方向上侧向地延伸。基部可以在两个正交方向上侧向地延伸管状元件空腔的延伸部的至少90％。在管状元件具有对称横截面、例如矩形横截面的情况下，如横截面中所示，基部可与对称平面平行及垂直地在管状元件空腔的侧向延伸的主要部分、例如至少90％上延伸。在有利实施例中，在横截面中，基部的所有外侧与管状元件之间的间隙不超过4mm，优选为3mm或2mm。例如，所述间隙可以是1-2mm。优选地，在加强元件具有在管状元件的纵向方向上笔直地延伸的侧面的情况下，锥形部的锥形由与该笔直侧面相反的、逐渐靠近该笔直侧面的侧面形成，在管状元件和与该笔直侧面相反的所述侧面之间的间隙可大于4mm，并且管状元件与锥形部的其余侧面之间的间隙不超过4mm，优选为3mm或2mm。

由此，可以提供加强元件和管状元件之间的相对紧密配合。这将有助于确保立柱的高的能量吸收能力。

有利地，所述立柱在锥形部处具有对称横截面，其中，立柱具有在立柱的侧向方向上具有法线的对称平面，并且当沿对称平面的法线观察时，锥形部是渐缩的。由此，基部可以沿着对称平面从管状元件空腔的一端侧向地延伸到另一端。因而，锥形部可具有对称横截面。这种对称性可以在管状元件变形期间在对称平面的两侧上为管状元件提供基本相同的支撑量。因此，这些实施例可以提供管状元件的受控变形，这是因为降低了扭转变形的风险，特别是在产生变形的力基本上与对称平面平行的情况下。有利地，加强元件沿对称平面在自由端处的侧向延伸是加强元件沿对称平面在锥形部和基部之间的过渡处的侧向延伸的20-80％，优选为30-70％，更优选为40-60％。

还通过一种用于车辆的驾驶室的立柱实现了这些目的，该立柱具有：结构端，其适于连接到驾驶室的下部区域中的结构；以及车顶端，其适于连接到驾驶室的车顶，该立柱包括纵长的管状元件，该管状元件具有在立柱内纵向延伸的管状元件空腔，其中，该立柱还包括纵长的加强元件，该加强元件在管状元件的纵向方向上沿着管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端和自由端，加强元件的锥形部包括加强元件的自由端，该锥形部位于管状元件空腔内并在从基部端朝着自由端的方向上渐缩，其中，该立柱在锥形部处具有对称的横截面，所述加强元件的基部端形成该立柱的结构端或者与自由端相比更靠近该立柱的结构端，由此，该立柱具有在该立柱的侧向方向上具有法线的对称平面，并且当沿对称平面的法线观察时，该锥形部是渐缩的。

上文已经描述了立柱的这种对称横截面的优点，包括管状元件的受控变形。应理解，自由端位于立柱的结构端和车顶端之间。还应理解，加强元件的基部可以至少部分地位于管状元件空腔中并从锥形部延伸到基部端。

优选地，锥形部沿着对称平面的法线基本上从管状元件空腔的横截面的一端延伸到另一端。

管状元件可以具有彼此相对地定位的第一内表面和第二内表面，其中，加强元件的锥形部具有位于管状元件的第一内表面处的第一部分和位于第二内表面处的第二部分，在第一部分和第二部分之间形成有至少一个加强元件空腔。由此，加强元件可以在管状元件变形时为管状元件提供宽的支撑，同时，加强元件的重量可以保持相对较低。更具体地，第一部分和第二部分可以支撑管状元件内表面的相应侧向端，并且，形成在第一部分和第二部分之间的加强元件空腔有助于减轻重量。应注意，优选地，第一部分和第二部分位于管状元件的第一内表面和第二内表面附近。

还通过一种用于车辆的驾驶室的立柱实现了这些目的，该立柱具有：结构端，其适于连接到驾驶室的下部区域中的结构；以及车顶端，其适于连接到驾驶室的车顶，该立柱具有纵长的管状元件，该管状元件具有在立柱内纵向延伸的管状元件空腔，其中，该立柱还包括纵长的加强元件，该加强元件在管状元件的纵向方向上沿管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端和自由端，加强元件的锥形部包括加强元件的自由端，该锥形部位于管状元件空腔内并在从基部端朝着自由端的方向上渐缩，加强元件的基部端形成立柱的结构端或者与自由端相比更靠近立柱的结构端，其中，管状元件具有彼此相对的第一内表面和第二内表面，其中加强元件的锥形部具有位于管状元件的第一内表面处的第一部分以及位于第二内表面处的第二部分，至少一个加强件元件空腔形成在第一部分和第二部分之间。

上面已经描述了加强元件的这些第一部分和第二部分的优点，包括重量效率。应理解，自由端位于立柱的结构端和车顶端之间。应理解，加强元件的基部可以至少部分地位于管状元件空腔中并从锥形部延伸到基部端。如上所述，应理解，立柱的结构端可以连接到结构，并且立柱的车顶端可以连接到车顶。

优选地，在立柱在锥形部处具有对称横截面、由此立柱具有在立柱的侧向方向上具有法线的对称平面，并且当沿对称平面的法线观察时所述锥形部是渐缩的情况下，加强元件的第一部分和第二部分分布在对称平面的相反两侧。通过第一部分和第二部分的这种分布，可以进一步确保对管状元件变形的控制。

适当地，第一部分和第二部分通过至少一个连接部彼此连接。加强元件可包括具有U形横截面的芯。由此，“U”的“下”部分可以用作由“U”的“凸缘”形成的第一部分和第二部分之间的连接部。除了重量效率之外，该U形横截面还可以使加强元件制造简单且成本有效。

优选地，加强元件的锥形部的锥形由两个凸缘形成，这两个凸缘由所述芯的U形横截面形成，朝向加强元件的自由端逐渐变短。由此，可以以在制造中易于实施的方式提供所述锥形。

所述芯可以在由U形横截面形成的三个外表面处、例如在立柱的结构端处焊接到管状元件。由此，可以提供一种简单且成本有效的、组装所述管状元件和加强元件的方式。

优选地，所述芯和管状元件具有基本相同的壁厚度。例如，所述管状元件和加强元件的所述芯可以由相同厚度的钢板制成。这有助于降低立柱的制造成本。

优选地，所述加强元件包括在由所述芯的U形横截面形成的两个凸缘之间延伸的腹板。由此，可以确保当加强元件支撑变形的管状元件时防止所述凸缘的屈曲。

优选地，在所述芯具有连接由所述芯的U形横截面形成的两个凸缘的芯基部的情况下，所述腹板和芯基部之间的距离朝向加强元件的自由端比朝向加强元件的基部端小。因而，腹板可以与立柱的纵向方向成小角度。由此，腹板可适于所述芯的凸缘的锥形轮廓。

在一些实施例中，所述加强元件是第一加强元件，该立柱还包括纵长的第二加强元件，第二加强元件在管状元件的纵向方向上沿管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端和自由端，第二加强元件的自由端位于管状元件空腔中并位于第一加强元件的自由端与立柱的车顶端之间，第二加强元件的基部端形成立柱的车顶端或者与第二加强元件的自由端相比更靠近立柱的车顶端。

由此，管状元件的变形可以受到控制，以主要发生在加强元件的自由端之间。另外，第二加强元件可布置成提供立柱的进一步逐渐减小的刚度，例如如上所述，使得管状元件的能量吸收进一步减小。如上所述，管状元件可以从立柱的结构端延伸到车顶端。在可替选实施例中，第二加强元件可以从管状元件突出，由此可以形成立柱的车顶端。车顶端优选可连接到车顶。

通过一种用于车辆的驾驶室的立柱实现了这些目的，该立柱具有：结构端，其适于连接到驾驶室的下部区域中的结构；以及车顶端，其适于连接到驾驶室的车顶，该立柱包括纵长的管状元件，该管状元件具有在该立柱内纵向延伸的管状元件空腔，其中，该立柱还包括纵长的第一加强元件，该第一加强元件在管状元件的纵向方向上沿管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端和自由端，该自由端位于管状元件空腔内并处于立柱的结构端和车顶端之间，第一加强元件的基部端形成立柱的结构端或者与自由端相比更靠近立柱的结构端，该立柱还包括位于管状元件空腔中的第二加强元件，第二加强元件在管状元件的纵向方向上沿管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端和自由端，第二加强元件的自由端位于管状元件空腔内并处于第一加强元件的自由端与立柱的车顶端之间，第二加强元件的基部端形成立柱的车顶端或者与第二加强元件的自由端相比更靠近立柱的车顶端。

上面已经提到了这种双加强元件布局的优点，包括：能够将管状元件的变形控制成主要发生在加强元件的自由端之间。应理解，第一加强元件和第二加强元件可以完全或部分地位于管状元件空腔中。

优选地，第一加强元件的锥形部包括第一加强元件的自由端，该锥形部位于管状元件空腔内，并在从第一加强元件的基部端朝向第一加强元件的自由端的方向上渐缩。类似地，第二加强元件的锥形部包括第二加强元件的自由端，该锥形部可位于管状元件空腔内并在从第二加强元件的基部端朝向第二加强元件的自由端的方向上渐缩。由此，第二加强元件的基部可以至少部分地位于管状元件空腔中，并且可以从第二加强元件的锥形部延伸到第二加强元件的基部端，第二加强元件在锥形部和基部之间具有平滑过渡。

由此，与上文所述的类似，立柱在第二加强元件的锥形方向上的刚度逐渐减小。在第一加强元件如上所述地具有在第一加强元件的锥形部和第一加强元件的基部之间的平滑过渡的情况下，可以进一步增强立柱在发生事故的情况下(例如，涉及车辆倾覆或翻车时)的能量吸收。

优选地，该立柱在第二加强元件的锥形部处具有对称横截面，由此，立柱具有在立柱的侧向方向上具有法线的对称平面，并且当沿对称平面的法线观察时，第二加强元件的锥形部是渐缩的。与上文所述的类似，由此，第二加强元件的基部可以沿着对称平面从管状元件空腔的一端侧向地延伸到另一端。因而，第二加强元件的锥形部可具有对称横截面。由此，如上所述，可以提供管状元件的受控变形，这是因为降低了扭转变形的风险，特别是在产生变形的力基本上与对称平面平行的情况下。

在立柱在第一加强元件的锥形部处具有对称横截面、由此该立柱具有在立柱的侧向方向上具有法线的对称平面，并且当沿对称平面的法线观察时第一加强元件的锥形部是渐缩的情况下，在第一加强元件的锥形部处的对称平面和在第二加强元件的锥形部处的对称平面可基本平行，第一加强元件和第二加强元件可被定向成当沿任一对称平面的法线观察时都成镜像。

如下面举例说明的，加强元件的镜像可以通过将第二加强元件相对于第一加强元件绕垂直轴线旋转180°来提供。由此，沿着第一加强元件的锥形部的凸弯曲形状和沿着第二加强元件的锥形部的凸弯曲形状被沿相反方向定向。由此，加强元件的锥形部可具有基本相同的几何形状。然而，在一些实施例中，加强元件的锥形部可具有基本不同的几何形状。

所述加强元件的这种镜像布置使得能够提供立柱的有利的s形变形。因此，可以避免管状元件的屈曲，并且作为代替，可以提供管状元件的剪切破坏。这种变形在事故期间，例如在涉及车辆的翻车事故时，特别能够吸收能量。

优选地，所述自由端被设置成彼此相距一定距离。由此可以确保所述有利的s形变形。

通过根据本发明的用于车辆的驾驶室的结构框架也实现了这些目的。优选地，立柱的加强元件的锥形部位于驾驶室的下部区域中的结构上方。

通过根据本发明的车辆也实现了这些目的。优选地，在车辆的立柱在加强元件的锥形部处具有对称横截面、由此该立柱具有在立柱的侧向方向上具有法线的对称平面，并且当沿对称平面的法线观察时所述加强元件的锥形部是渐缩的情况下，所述对称平面被定向成与变形方向平行地延伸，该变形方向是在车辆翻车事故的情况下假定的主要变形方向。该变形方向适当地具有在立柱的侧向方向上的分量。由于变形的方向基本上与对称平面平行，因此降低了扭转变形的风险，这些实施例可以提供管状元件的受控变形。

该变形方向可以平行于车辆的侧向方向。由此，在车辆的翻车事故的情况下假定的主要变形在车辆的侧向方向上时，可以通过被定向成平行于车辆的侧向方向的对称平面来优化立柱的能量吸收能力。可替选地，该变形方向可以平行于车辆的纵向方向。因此，在车辆的翻车事故的情况下假定的主要变形在车辆的纵向方向上时，可以通过被定向成平行于车辆的纵向方向的对称平面来优化立柱的能量吸收能力。

在以下描述中公开了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1是轮式装载机形式的车辆的侧视图。

图2示出了用于图1中的车辆的驾驶室的结构框架的透视图。

图3示出了图2中的结构框架的侧视图，其中一些被另一部分遮挡的部分用虚线表示。

图4示出了如图3中的箭头A所示的细节。

图5示出了图3中的结构框架中的加强元件的侧视图。

图6示出了图5中的加强元件的透视图。

图7示出了如图3中的箭头B-B所示的剖视图。

图8示出了如图3中的箭头C-C所示的剖视图。

图9示出了如图3中的箭头D-D所示的剖视图。

图10示出了如图3中的箭头E-E所示的剖视图。

图11示出了当变形时的图3中的结构框架的一部分的透视图。

图12示出了具有根据本发明的可替选实施例的立柱的结构框架的透视图。

图13示出了具有根据本发明的另一实施例的立柱的结构框架的侧视图。

具体实施方式

图1是工程机械1形式的、更具体地是轮式装载机形式的车辆的视图。该轮式装载机是其中能够应用根据本发明的适当实施例的立柱的工程机械的示例。

轮式装载机1具有器具101。术语“器具”旨在包括由液压控制的任何类型的工具，例如铲斗、叉子或抓持工具。图1中所示的器具101是铲斗101，其布置在用于提升和降低铲斗101的负载臂102上。此外，铲斗能够相对于负载臂倾斜。在图1中所示的示例中，轮式装载机1的液压系统包括两个用于操作负载臂102的液压缸103和一个用于使铲斗101相对于负载臂倾斜的液压缸104。

该轮式装载机的液压系统还包括两个液压缸105(转向缸)，其布置在轮式装载机1的相反两侧，以通过前车身部分106和后车身部分107的相对运动而使轮式装载机转弯。换句话说：轮式装载机1是铰接式的并且通过转向缸105进行车架转向。存在一个枢转接头，其连接轮式装载机1的前车身部分106和后车身部分107，使得这些部分彼此枢转地连接以绕大致竖直轴线枢转。

轮式装载机1设置有四个车轮108，即每个车身部分106、107上各有两个车轮。轮式装载机1具有包括内燃机(未示出)的推进系统，该推进系统被布置成通过包括变速器的传动系来驱动车轮108。

该轮式装载机还包括驾驶室2。驾驶室2被布置成容纳轮式装载机1的驾驶员、以及用于驾驶员控制该轮式装载机的各种控制装置。

参考图2，其示出了驾驶室2的结构框架。该驾驶室框架包括由两个立柱201支撑的车顶207，所述两个立柱201相对于车辆1的向前行进方向布置在驾驶室2的后部中。驾驶室2的前部分中的两个支柱206为车顶207提供了额外的支撑。立柱201和支柱206大致竖直地延伸。立柱201和支柱206在其下端处安装到驾驶室2的下部区域中的结构208。结构208固定到后车身部分107的框架(图1)。

还参考图3和图4。每个立柱201都在各自的下端处固定到结构208，该下端在这里也被称为结构端202。每个立柱201都在各自的上端处固定到车顶207，该上端在这里也被称为车顶端203。

图3示出了相对于车辆的预期向前行进方向的左立柱201。图2中所见的右立柱201与左立柱201相同。立柱201包括纵长且笔直的管状元件204，该管状元件204具有在该立柱内纵向延伸的管状元件空腔205。管状元件204的管状元件空腔205具有如图4中可见的大致矩形横截面。管状元件空腔205的横截面沿着该管状元件204是恒定的。

该立柱还包括位于管状元件空腔205中的纵长的第一加强元件211。该立柱还包括下面进一步描述的纵长的第二加强元件241。

第一加强元件211在管状元件204的纵向方向上沿着该管状元件的一部分纵向延伸。第一加强元件211具有基部端212和自由端213。该自由端位于立柱201的结构端202和车顶端203之间。第一加强元件211的基部端212位于该立柱的结构端202处，并且与该管状元件一起形成立柱的结构端。

在结构端202处，通过在管状元件的外部的一部分处焊接而将该管状元件连接到结构208。第一加强元件211固定到管该状元件。更具体地，如图4所示，在结构端202处，第一加强元件211在该第一加强元件的三个外表面231处焊接到管状元件204。此外，在从自由端213延伸到所述焊接固定位置的区域中，第一加强元件211不固定到管状元件204。

可替选地，该立柱可以通过任何其它合适的紧固方法固定到结构208，例如通过螺栓连接或铆接。在一些实施例中，例如在其中第一加强元件211从该管状元件突出并形成立柱201的结构端202的情况下，第一加强元件可以直接紧固到结构208。

还参考图5。第一加强元件211的包括其自由端213的锥形部215在从基部端212朝向自由端213的方向上渐缩。第一加强元件的基部216从锥形部215延伸到基部端212。在本实施例中，该锥形部在第一加强元件211的大约一半长度上延伸。

第一加强元件在锥形部215和基部216之间具有平滑过渡。第一加强元件211沿着该锥形部具有凸弯曲形状214。基部216具有基本恒定的横截面。

第一加强元件211具有在第一加强元件的纵向方向上笔直地延伸的第一侧面221。第一侧面221与管状元件204平行地延伸。锥形部215的锥形由第二侧面222形成，第二侧面222与笔直的第一侧面221相反，并且逐渐靠近第一侧面。在基部216处，第二侧面222是笔直的并且平行于第一侧面221。在本示例中，沿着该锥形部的凸弯曲形状214的曲率是恒定的。如图5中可见，随着与第二侧面222的笔直部分的距离逐渐减小，第二侧面222的弯曲部分的切线逐渐地且无任何不连续性地与第二侧面222的笔直部分成一条线。

还参考图6和图7。该立柱具有对称的横截面，由此，该立柱具有第一对称平面SP1，第一对称平面SP1在该立柱的侧向方向上具有第一法线N1。因而，第一加强元件211的锥形部215具有对称的横截面，并且当沿着第一对称平面SP1的第一法线N1观察时，锥形部215是渐缩的。第一法线N1在图6和图7中由箭头表示。例如图7中可见，锥形部215沿着第一对称平面SP1的第一法线N1基本上从管状元件空腔205的横截面的一端延伸到另一端。

还参考图8和图9。如从图8中能够理解的，基部216沿着第一对称平面SP1从管状元件空腔205的一端侧向地延伸到另一端。如图8中可见，基部216沿着矩形横截面的长边并且沿着其短边在管状元件空腔205的侧向延伸的主要部分上侧向地延伸。优选地，该基部的所有外侧与管状元件之间的间隙不超过4mm。

如图9中所示，管状元件204由于其矩形横截面而具有彼此相对的第一内表面2041和第二内表面2042。如图8中所示，第一加强元件具有位于该管状元件的第一内表面2041处或附近的第一部分226、以及位于第二内表面2042处或附近的第二部分227。第一加强元件211的第一部分226和第二部分227分布在第一对称平面SP1的相反两侧。加强元件空腔232形成在第一部分226和第二部分227之间。第一部分226和第二部分227通过两个连接部228、229彼此连接。

更具体地，第一加强元件211包括具有U形横截面的芯225。由此，所述第一部分226和第二部分227由通过该U形横截面形成的凸缘形成。第一加强元件211的锥形部215的锥形由这两个凸缘226、227形成，这两个凸缘226、227朝向第一加强元件211的自由端213逐渐变短。如上所述，在立柱201的结构端202处，芯225在由所述U形横截面形成的三个外表面231处焊接到管状元件204(图4)。

在本实施例中，芯225和管状元件204具有基本相同的壁厚度。芯225和管状元件204可由任何合适的材料制成，例如钢。芯225和管状元件204可以由适当厚度的金属板制成，如3-10mm，例如6mm。

所述连接部228、229中的一个连接部由芯225所具有的芯基部229形成。芯基部229连接由芯225的所述U形横截面形成的两个凸缘226、227。所述连接部228、229中的另一个连接部由在凸缘226、227之间延伸的腹板228形成。在本示例中，该腹板从第一加强元件211的自由端213延伸到第一加强元件的基部端212。应注意，该腹板呈小角度，使得腹板228和芯基部229之间的距离朝向自由端213比朝向基部端212小。

参考图9。优选地，所述加强元件的锥形部的U形横截面的外侧与管状元件204之间的间隙不超过4mm。

如下面的说明所阐明的，图3中所示的第二加强元件241与第一加强元件211大致相似。第二加强元件241位于管状元件空腔205中，并且具有基部端242和自由端243。第二加强元件241的自由端位于第一加强元件的自由端213与立柱201的车顶端203之间。自由端213、243被设置成彼此相距一定距离。第二加强元件241的基部端242与管状元件204一起形成该立柱的车顶端203。

类似于第一加强元件211，第二加强元件241的锥形部245包括第二加强元件241的自由端243，锥形部245在从第二加强元件的基部端242朝向第二加强元件的自由端243的方向上渐缩。第二加强元件241的基部246从第二加强元件241的锥形部245延伸到第二加强元件241的基部端242，并且第二加强元件241在锥形部245和基部246之间具有平滑过渡。

在该实施例中，管状元件204从立柱201的结构端202延伸到车顶端203。在可替选实施例中，加强元件211、241中的一个或两者可从管状元件204的相应端突出，由此可分别形成结构端202和/或车顶端203。

如图3中所示，在车顶端203处，通过在管状元件204的外部的一部分处焊接，将该管状元件连接到车顶207的水平梁2071。可替选地，该立柱可通过任何其它合适的紧固方法固定到车顶207，例如通过螺栓连接或铆接。在一些实施例中，例如在第二加强元件241从管状元件突出并形成立柱201的车顶端202的情况下，第二加强元件241可以直接紧固到车顶。

还参考图10。与上文已关于第一加强元件211所述的类似，该立柱在第二加强元件241的锥形部245处具有对称的横截面，由此，该立柱具有第二对称平面SP2，第二对称平面SP2在该立柱的侧向方向上具有第二法线N2。当沿对称平面的第二法线N2观察时，第二加强元件241的锥形部245是渐缩的。

第一加强元件211的锥形部215处的对称平面SP1和第二加强元件241的锥形部245处的对称平面SP2基本平行。由此，第一加强元件211和第二加强元件241被定向成：当沿对称平面SP1、SP2中的任一对称平面的法线N1、N2观察时都成镜像。如图3中可见，在该实施例中，第二加强元件241相对于第一加强元件211绕垂直轴线旋转180°。由此，沿着第一加强元件211的锥形部215的凸弯曲形状214和沿着第二加强元件241的锥形部245的凸弯曲形状244被沿相反方向定向。

如图3中所示，两个对称平面SP1、SP2都被定向成与变形方向DD平行地延伸，变形方向DD是在车辆翻车事故的情况下假定的主变形方向。在该示例中，变形方向DD平行于车辆的纵向方向，即车辆的直行方向。

在可替选实施例中，该变形方向可平行于车辆的侧向方向。由此，上述对称平面SP1、SP2的法线N1、N2优选沿着车辆的纵向方向定向。

参考图11，其中示出了当受到沿变形方向DD的力时、上文参考图1至图10所述的驾驶室框架结构的一部分。应注意，立柱204的第一加强元件211的锥形部215位于驾驶室的下部区域中的结构208(包括结构208的水平梁2081)上方。如图11中可见，在与加强元件211、241的锥形部215、245干涉之前，允许管状元件204的一些变形。这种变形增加了立柱的能量吸收。此外，锥形部215、245与加强元件的基部216、246之间的平滑过渡允许过渡无任何拐角，这种拐角可能引起管状元件破裂或屈曲。由此，锥形部的所述平滑过渡和凸弯曲形状214、244与锻造工具类似地工作，增加了立柱的变形和能量吸收能力。加强元件211、241的镜像布置提供了立柱201的s形变形。因而，避免了管状元件204的屈曲，而是提供了管状元件的剪切破坏，由此提供了特别吸收能量的过程。

参考图12。在参考图1至图11所述的实施例中，变形方向DD平行于车辆的纵向方向。可替选地，如图12中所示，该变形方向可以平行于车辆的侧向方向。

图12中的实施例类似于参考图1至图11所述的实施例。例如，立柱201具有平行对称平面，平行对称平面在立柱201的平行侧向方向上具有法线N，并且当沿对称平面的法线N观察时，加强元件211、241的锥形部是渐缩的。而且，当沿法线N观察时，每个立柱201中的加强元件211、241被定向为成镜像。另外，立柱201被定向成相对于彼此镜像。即其中一个立柱201相对于另一个立柱201绕垂直轴线旋转180°。在每个立柱中，下部第一加强构件211的凸弯曲形状都从驾驶室面向外。在每个立柱中，上部第二加强构件211的凸弯曲形状都面向内。

与参考图1至图11所述的实施例不同，所述对称平面被定向成平行于车辆的侧向方向延伸。即，法线N指向车辆的纵向方向。因此，驾驶室框架结构特别适合于从车辆侧向方向的变形吸收能量。

图13示出了具有根据本发明另一实施例的立柱201的驾驶室框架结构的一部分。图13中的实施例与参考图1至图11所述的实施例类似。然而，与参考图1至图11所述的实施例中的立柱不同的是，图1中所示的立柱201仅具有一个加强元件211，其对应于上文参考图1至图11的描述中的被称为第一加强元件211的元件。

应理解，可以提供所述实施例的大量替选方案。例如，加强元件211、241的腹板228可仅沿加强元件211、241的一部分延伸，例如仅沿加强元件211、241的锥形部215、245延伸。在一些实施例中，在加强元件包括具有U形横截面的芯225的情况下，所述加强元件可不设有腹板228。

加强元件211、241可具有与上文所述的加强元件不同的横截面。在一些实施例中，所述加强元件的横截面可以是H形的。因此，与上文参考图8所述的示例中的凸缘226、227类似的两个凸缘可通过单个连接部或腹板连接在该横截面的中心部分中。与上文参考图5、图6和图8所述的示例中的腹板228类似，具有H形横截面的加强元件中的腹板可成小角度，使得腹板228与在加强元件的纵向方向上笔直地延伸的侧面221之间的距离朝着加强元件的自由端213比朝着加强元件的基部端212小。

如上所述，本发明不仅适用于工程机械，而且能够用于其它车辆类型，例如卡车、公共汽车和轿车。应理解，在一些实施例中，驾驶室可布置成由多人占用。除了车辆驾驶员之外，这些人员还可包括一个或多个乘客。

应理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员应明白，可在本发明的范围内做出许多修改和变型。

Claims (27)

1.一种用于车辆(1)的驾驶室(2)的立柱(201)，所述立柱具有：结构端(202)，所述结构端(202)适于连接到所述驾驶室(2)的下部区域中的结构；和车顶端(203)，所述车顶端(203)适于连接到所述驾驶室(2)的车顶，所述立柱包括纵长的管状元件(204)，所述管状元件具有在所述立柱内纵向延伸的管状元件空腔(205)，其中，所述立柱还包括纵长的加强元件(211)，所述加强元件在所述管状元件的纵向方向上沿着所述管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端(212)和自由端(213)，所述加强元件(211)的锥形部(215)包括所述加强元件的所述自由端，所述锥形部(215)位于所述管状元件空腔(205)内并在从所述基部端(212)朝向所述自由端(213)的方向上渐缩，所述加强元件的基部(216)至少部分地位于所述管状元件空腔(205)内并从所述锥形部(215)延伸到所述基部端(212)，所述加强元件(211)的所述基部端(212)与所述自由端(213)相比更靠近所述立柱的所述结构端(202)，所述加强元件在所述锥形部(215)和所述基部(216)之间具有平滑过渡，

其特征在于，所述加强元件(211)具有在所述管状元件的纵向方向上笔直地延伸的侧面(221)，所述锥形部(215)的锥形由与笔直侧面(221)相反且逐渐靠近所述笔直侧面的侧面(222)形成，其中，所述加强元件的所述笔直侧面(221)和与所述笔直侧面相反的所述侧面(222)面向所述管状元件的相应内表面。

2.根据权利要求1所述的立柱，其特征在于，所述管状元件空腔(205)具有恒定的横截面。

3.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，所述基部(216)具有恒定的横截面。

4.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，所述加强元件(211)沿着所述锥形部的至少一部分具有凸弯曲形状(214)，该部分与所述基部(216)相邻。

5.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，在从所述自由端(213)沿着所述加强元件(211)的长度的至少75％延伸的区域中，所述加强元件(211)不固定到所述管状元件(204)。

6.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，所述基部(216)沿着所述管状元件空腔(205)的主要部分在两个正交方向上侧向地延伸。

7.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，在横截面中，所述基部的所有外侧与所述管状元件(204)之间的间隙不超过4mm。

8.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，在所述管状元件(204)和与所述笔直侧面(221)相反的所述侧面(222)之间的间隙大于4mm，并且所述管状元件(204)和所述锥形部的其余侧面之间的间隙不超过4mm。

9.根据权利要求1或2所述的立柱，其特征在于，所述立柱在所述锥形部(215)处具有对称横截面，由此，所述立柱具有对称平面(SP1)，所述对称平面(SP1)具有在所述立柱的侧向方向上的法线(N1)，并且当沿所述对称平面(SP1)的所述法线(N1)观察时，所述锥形部(215)是渐缩的。

10.根据权利要求9所述的立柱，其特征在于，所述基部(216)沿着所述对称平面(SP1)从所述管状元件空腔(205)的一端侧向地延伸到另一端。

11.一种用于车辆的驾驶室(2)的立柱，所述立柱具有：结构端(202)，所述结构端(202)适于连接到所述驾驶室(2)的下部区域中的结构；以及车顶端(203)，所述车顶端(203)适于连接到所述驾驶室(2)的车顶，所述立柱包括纵长的管状元件(204)，所述管状元件具有在所述立柱内纵向延伸的管状元件空腔(205)，其中，所述立柱还包括纵长的加强元件(211)，所述加强元件在所述管状元件的纵向方向上沿着所述管状元件的一部分纵向延伸，并且所述加强元件具有基部端(212)和自由端(213)，所述加强元件(211)的锥形部(215)包括所述加强元件(211)的所述自由端，所述锥形部(215)位于所述管状元件空腔(205)内并在从所述基部端(212)朝向所述自由端(213)的方向上渐缩，所述加强元件(211)的所述基部端(212)形成所述立柱的所述结构端或者与所述自由端(213)相比更靠近所述立柱的所述结构端(202)，其中，所述立柱在所述锥形部(215)处具有对称横截面，由此，所述立柱具有对称平面(SP1)，所述对称平面(SP1)具有在所述立柱的侧向方向上的法线(N1)，并且当沿所述对称平面(SP1)的所述法线(N1)观察时，所述锥形部(215)是渐缩的，

其特征在于，所述加强元件(211)具有在所述管状元件的纵向方向上笔直地延伸的侧面(221)，所述锥形部(215)的锥形由与笔直侧面(221)相反且逐渐靠近所述笔直侧面的侧面(222)形成，其中，所述加强元件的所述笔直侧面(221)和与所述笔直侧面相反的所述侧面(222)面向所述管状元件的相应内表面。

12.根据权利要求11所述的立柱，其特征在于，所述锥形部(215)沿着所述对称平面(SP1)的所述法线从所述管状元件空腔(205)的横截面的一端延伸到另一端。

13.根据权利要求11或12所述的立柱，其特征在于，所述管状元件(204)具有彼此相对地定位的第一内表面(2041)和第二内表面(2042)，其中，所述加强元件的所述锥形部(215)具有位于所述管状元件的所述第一内表面(2041)处的第一部分(226)和位于所述第二内表面(2042)处的第二部分(227)，在所述第一部分(226)和所述第二部分(227)之间形成有至少一个加强元件空腔(232)。

14.一种用于车辆的驾驶室(2)的立柱，所述立柱具有：结构端(202)，所述结构端(202)适于连接到所述驾驶室(2)的下部区域中的结构；以及车顶端(203)，所述车顶端(203)适于连接到所述驾驶室(2)的车顶，所述立柱包括纵长的管状元件(204)，所述管状元件具有在所述立柱内纵向延伸的管状元件空腔(205)，其中，所述立柱还包括纵长的加强元件(211)，所述加强元件在所述管状元件的纵向方向上沿着所述管状元件的一部分纵向延伸，并且所述加强元件具有基部端(212)和自由端(213)，所述加强元件(211)的锥形部(215)包括所述加强元件的所述自由端，所述锥形部(215)位于所述管状元件空腔(205)内并在从所述基部端(212)朝向所述自由端(213)的方向上渐缩，所述加强元件(211)的所述基部端(212)形成所述立柱的所述结构端或者与所述自由端(213)相比更靠近所述立柱的所述结构端(202)，其中，所述管状元件(204)具有彼此相对地定位的第一内表面(2041)和第二内表面(2042)，其中，所述加强元件的所述锥形部具有位于所述管状元件的所述第一内表面(2041)处的第一部分(226)和位于所述第二内表面(2042)处的第二部分(227)，在所述第一部分(226)和所述第二部分(227)之间形成有至少一个加强件元件空腔(232)，

其特征在于，所述加强元件包括具有U形横截面的芯；并且其中，所述加强元件包括在由所述芯的所述U形横截面形成的两个凸缘之间延伸的腹板。

15.根据权利要求14所述的立柱，其特征在于，所述立柱在所述锥形部(215)处具有对称横截面，由此，所述立柱具有对称平面(SP1)，所述对称平面(SP1)具有在所述立柱的侧向方向上的法线(N1)，并且当沿所述对称平面(SP1)的所述法线(N1)观察时，所述锥形部(215)是渐缩的，并且所述加强元件(211)的所述第一部分(226)和所述第二部分(227)分布在所述对称平面(SP1)的相反两侧。

16.根据权利要求14或15所述的立柱，其特征在于，所述第一部分(226)和所述第二部分(227)通过至少一个连接部彼此连接。

17.根据权利要求14所述的立柱，其特征在于，所述加强元件(211)的所述锥形部(215)的锥形由两个凸缘形成，所述两个凸缘由所述芯(225)的所述U形横截面形成，朝向所述加强元件(211)的所述自由端(213)逐渐变短。

18.根据权利要求14所述的立柱，其特征在于，所述芯(225)在由所述U形横截面形成的三个外表面(231)处焊接到所述管状元件(204)。

19.根据权利要求14所述的立柱，其特征在于，所述芯(225)和所述管状元件(204)具有相同的壁厚度。

20.根据权利要求14所述的立柱，其特征在于，所述芯(225)具有芯基部(229)，所述芯基部(229)连接由所述芯(225)的所述U形横截面形成的所述两个凸缘，并且所述腹板(228)和所述芯基部(229)之间的距离朝向所述加强元件(211)的所述自由端(213)比朝向所述加强元件的所述基部端(212)小。

21.根据权利要求14或15所述的立柱，其特征在于，所述加强元件(211)是第一加强元件，所述立柱还包括纵长的第二加强元件(241)，所述第二加强元件在所述管状元件的纵向方向上沿着所述管状元件的一部分纵向延伸并具有基部端(242)和自由端(243)，所述第二加强元件(241)的所述自由端位于所述管状元件空腔(205)内并位于所述第一加强元件的所述自由端(213)与所述立柱(201)的所述车顶端(203)之间，所述第二加强元件(241)的所述基部端(242)形成所述立柱的所述车顶端(203)或者与所述第二加强元件的所述自由端相比更靠近所述立柱的所述车顶端。

22.一种用于车辆的驾驶室的结构框架，所述结构框架包括根据权利要求1-21中的任一项所述的立柱。

23.根据权利要求22所述的结构框架，其特征在于，所述立柱的所述加强元件(211)的所述锥形部(215)位于所述驾驶室的下部区域中的所述结构(208、2081)上方。

24.一种车辆，其包括根据权利要求1至21中的任一项所述的立柱或根据权利要求22至23中的任一项所述的结构框架。

25.根据权利要求24所述的车辆，其特征在于，所述立柱在所述加强元件(211)的所述锥形部(215)处具有对称横截面，由此，所述立柱具有对称平面(SP1)，所述对称平面(SP1)具有在所述立柱的侧向方向上的法线(N1)，并且当沿所述对称平面(SP1)的所述法线(N1)观察时，所述加强元件(211)的所述锥形部(215)是渐缩的，所述对称平面(SP1)被定向成与变形方向(DD)平行地延伸，所述变形方向是在所述车辆的翻车事故的情况下假定的主要变形方向。

26.根据权利要求25所述的车辆，其特征在于，所述变形方向平行于所述车辆的侧向方向。

27.根据权利要求25所述的车辆，其特征在于，所述变形方向平行于所述车辆的纵向方向。

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