CN111497940B - 用于汽车、尤其电动汽车的副车架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的副车架，其具有由多个金属薄板组成的纵向支架，其具有用于横向导臂连接的支承连接位置，其构造在纵向支架的朝轮架侧开放的、由单层的第一金属薄板和第二金属薄板构成的支承区段内，第二金属薄板借助焊缝与第一金属薄板相连，第一金属薄板和第二金属薄板分别具有支承连接位置中的至少一个。为使副车架在重力不变或仅少提高时具有明显更高的稳定性、弯曲强度和/或刚性，第一金属薄板在横截面内观察具有z轮廓形的壳区段，其具有向着轮架侧的轮廓区段、远离轮架侧的轮廓区段以及将两个轮廓区段一件式地彼此相连的、在副车架的安装状态下直立的轮廓区段，焊缝与直立的轮廓区段有间距地布置在远离轮架侧的轮廓区段上。

Description

用于汽车、尤其电动汽车的副车架

技术领域

本发明涉及一种用于汽车、尤其电动汽车的副车架、尤其前轴副车架，其具有由多个金属薄板组成的纵向支架，该纵向支架具有用于横向导臂连接的支承连接位置，其中，支承连接位置构造在纵向支架的朝向轮架侧开放的支承区段内，其中，支承区段由单层的第一金属薄板和单层的第二金属薄板构成，其中，单层的第二金属薄板借助焊缝与单层的第一金属薄板相连，其中，单层的第一金属薄板具有支承连接位置中的至少一个，并且其中，单层的第二金属薄板具有支承连接位置中的至少一个。

背景技术

以多种实施形式已知也称作轴支架的此种副车架(例如参见DE 10 2012 021 562A1和DE 10 2012 111 461 A1)。其应该在具有高强度和刚性的同时尽可能轻并通常具有用于车轮引导元件和其他设备的导臂连接处(支承容纳部)，从而作为预装配单元而实现具有驱动单元的整个前轴或后轴模块的组装件。

电动汽车的电机在汽车静止的状态下就已经能够输出其最大转矩，并因此不同于具有内燃机的汽车驱动装置而通常不需要变速器。电动汽车的高启动转矩尤其需要设计稳定的副车架结构，电机例如借助横桥而固定在其上。

由于可充电的牵引电池(蓄电池)相比于燃料填充的油箱仅能提供相对低的能量密度，电动汽车通常相比于具有内燃机的相应汽车更重。汽车重量大导致高有效和高动态的轴负载，这又导致底盘磨损增加。

因此，在实践中，使用用于内燃机汽车的传统副车架会在电机运行中导致零件失效。如果副车架设计得错误或不当，则尤其在焊缝连接处可能出现零件失效，因为焊缝相比于使用的钢板通常具有明显更低的强度。例如，在实践中，由屈服极限约为680MPa的多相复合钢CP800制成的传统单层横向导臂的强度被焊接的轴套的焊接处使用强度所限制，其中，该使用强度约为300MPa，该横向导臂在汽车侧借助平放焊接的轴套和竖立压入的支承连接。

发明内容

因此，本发明的目的在于，实现一种开头所述类型的副车架，其在重量不变或仅少量增加的条件下具有明显更高的稳定性、尤其更高的弯曲强度和/或刚性。

该目的通过一种具有权利要求1所述特征的副车架实现。根据本发明的副车架的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的副车架具有由多个金属薄板组成的纵向支架，用于横向导臂连接的支承连接位置。支承连接位置构造在纵向支架的朝向轮架侧开放的支承区段内，其中，支承区段由单层的第一金属薄板以及单层的第二金属薄板构成。单层的第二金属薄板借助焊缝与单层的第一金属薄板相连，其中，单层的第一金属薄板具有支承连接位置中的至少一个，并且其中，单层的第二金属薄板具有支承连接位置中的至少一个。

根据本发明，单层的上述第一金属薄板在横截面中观察具有基本上z轮廓形的壳区段，其具有向着轮架侧的轮廓区段、远离轮架侧的轮廓区段以及将这两个轮廓区段一件式地彼此相连的、在副车架的安装状态下基本上直立的轮廓区段，其中，焊缝与基本上直立的轮廓区段有间距地布置在远离轮架侧的轮廓区段上。

相比于前述类型的传统副车架，根据本发明的副车架的特征在于在重量不变或仅少量提高的情况下更高的弯曲强度以及刚性。

本发明基于以下基本构思，借助优化负载的横向导臂连接而解决用于容纳高功率电机的副车架中的前述强度问题。由于对副车架横向导臂连接的刚性及强度的高要求，将横向导臂连接附近的一个或多个所需的焊缝设计得尽可能无应力。为此，涉及的焊缝布置或实施得距离横向导臂连接的力的引入处尽可能远或足够远。因此，焊缝位于弱负载区域内，尤其副车架的弱负载的应力区域内。此外，直接相邻于汽车侧的横向导臂连接的副车架贯穿的基体确保了副车架所需的强度和刚性。直接相邻于汽车侧的横向导臂连接的副车架贯穿的基体在根据本发明的副车架中通过单层的金属薄板实现，其具有基本上z轮廓形的壳区段。该单层的金属薄板也可称作副车架的主壳或副车架纵向支架的主壳。

单层的第一金属薄板(主壳)优选实施为深冲件。由此，能够低成本地制造形状精确度高的、基本上z轮廓形的壳区段。

此外，为了在副车架重量不变或仅少量提高的条件下实现横向导臂连接的高刚性和强度，有利的是，根据本发明的一种优选的设计方案，使单层的第一金属薄板(主壳)基本在纵向支架的整个长度范围内延伸。由此，能够减少焊缝的数量并因此减少可能的薄弱位置的数量。此外，由此也在生产副车架时实现了成本优势。

单层的金属薄板(主壳)的z轮廓形的壳区段的基本上直立的轮廓区段也可称作基本上竖直的轮廓区段、垂直的Z轮廓区段或者竖直的壁。

本发明的一种有利的设计方案的特征在于，前述焊缝与基本上直立的轮廓区段的间距为直立的轮廓区段的板厚的至少3倍、优选至少4倍、尤其优选至少6倍。由此可最大程度地降低焊缝处出现的机械应力。

例如，根据本发明的副车架实施得使焊缝与直立的轮廓区段的间距在10mm至30mm的范围内、优选在10mm至25mm的范围内、尤其优选在10mm至20mm的范围内。

根据本发明的副车架的一种优选的设计方案的特征在于，横向导臂连接、即相应横向导臂的连接处通过至少两个竖立的横向导臂支承实现。如果在纵向支架上仅构造竖立的横向导臂支承用于横向导臂连接，则无需在直接相邻于或接近于横向导臂连接的区域进行焊接，并因此消除了用于平放的轴套的焊接的支撑。

在此，竖立的横向导臂支承可例如由与横向导臂相连的橡胶或弹性体套筒构成，其分别环形地包围与纵向支架的两个彼此对准的支承连接位置、例如通孔相连的栓、优选螺栓。相应地，根据本发明的副车架的一种有利的设计方案规定，用于横向导臂连接的支承连接位置实施为至少两对彼此对准的通孔的形式，其中，彼此对准的通孔中的每对限定了竖立的或基本竖直的连接轴。

纵向支架的z轮廓形的壳区段的直立的轮廓区段实现了直接相邻于横向导臂连接地吸收大的力并获得高的刚度值。为此，本发明的一种有利的设计方案规定，支承连接位置中的至少两个构造为多个通孔的形式，该通孔限定了竖立的或基本竖直的连接轴，其中，基本上直立的轮廓区段与连接轴的最小间距在一个范围内，该范围的下阈值为通孔中的一个或每个的最小直径的2.8倍、优选3倍、尤其优选3.5倍，该范围的上阈值为通孔中的一个或每个的最小直径的5倍、优选4.5倍、尤其优选4.2倍。

例如，根据本发明的副车架实施为使基本上直立的轮廓区段与连接轴的最小间距在40mm至80mm的范围内、优选在50mm至70mm的范围内。替代连接轴，也可选择竖立的横向导臂支承的外径作为用于测量基本上直立的轮廓区段的最小间距的参考位置。基本上直立的轮廓区段相对于竖立的横向导臂支承外径的最小间距例如在20mm至40mm的范围内、优选在25mm至35mm的范围内。

本发明的另一优选的设计方案的特征在于，远离轮架侧的轮廓区段具有平面的连接区段，焊缝在该连接区段上实施为基本上平面的焊缝。该设计方案同样有利于降低焊缝内的机械应力。

根据另一有利的设计方案，焊缝实施为裸露的焊缝、优选实施为在搭接接头上的裸露的角焊缝。换而言之，焊缝不被安装件所覆盖。焊缝因此在制成的副车架上能够良好地查看。“可查看性”实现了质量管控领域内的生产技术优势。

单层的第二金属薄板优选(仅)在纵向支架的部分长度范围内延伸，该第二金属薄板与主壳一同限定了纵向支架朝向轮架侧开放的、用于横向导臂连接的支承区段。该设计方案对副车架低重量有利。单层的第二金属薄板优选布置或焊接在单层的第一金属薄板的底侧。由此有利于焊缝作为裸露的焊缝的实施，并因此有利于焊缝的“可查看性”。

根据本发明的副车架的另一设计方案的特征在于，在z轮廓形的壳区段上连接、优选焊接至少一个由包含横向支架、转向保护、连接塔和/或托架薄板的组件构成的安装件。因此，z轮廓形的壳区段用于接收至少一个此种安装件。由此，在副车架重量不变或仅略有提高的条件下进一步改善了横向导臂连接的刚性和强度。

根据本发明的另一设计方案，在单层的第一金属薄板的上侧上布置单层的第三金属薄板，其借助至少两个焊缝与单层的第一金属薄板(主壳)相连。通过该设计方案也可在副车架重量不变或仅略有提高的条件下进一步改善横向导臂连接的刚性和强度。在此，优选焊缝中的至少一个或至少两个实施为基本上平面的焊缝。该设计方案又有利于降低相关焊缝内的机械应力。

根据本发明的副车架优选不具有或几乎不具有被覆盖的焊缝。所有主要的安装件可放置在主壳的上侧上并与其焊接。

根据本发明的副车架实现了对不同功能的高度集成的方案，因为多个连接位置能够集成在根据本发明的副车架的一个零件(壳元件)或少量零件(多个壳元件)中。借助根据本发明的副车架尤其能够相对简单地实现低制造公差，因为所有主要的连接位置能够集成在单个零件(壳元件)内。

根据本发明的副车架的另一有利的设计方案的特征在于，单层的第一金属薄板(主壳)与横向支架的区段一件式地实施。由此实现了更高度的功能集成。尤其可以通过该设计方案降低副车架零件的数量并因此节约生产成本。如果在根据本发明的副车架的可选的替代性设计方案中将单层的第一金属薄板与相应的基本镜像对称的、第二纵向支架的单层的金属薄板一件式地实施，则能够实现更高度的功能集成。在此，尤其产生了单层的大零件或大主壳，其在纵向支架区段的外侧上具有两个基本z轮廓形的壳区段。该设计方案在生产成本方面尤其有利。

附图说明

下文中根据示出了实施例的附图进一步阐述本发明。附图中示出了：

图1以透视图示出了用于汽车、尤其电动汽车的副车架，其具有用于连接横向导臂的、朝向轮架侧开放的支承区段；

图2以俯视图示出了处于预制阶段的、图1中的副车架的彼此相连的金属薄板件；

图3以透视图示出了图2中所示的零件复合体的左上方的单层金属薄板，其具有基本上z轮廓形的壳区段；

图4a和4b示出了沿着图2中的剖线IVa-IVa和IVb-IVb的图2中的零件复合体的横剖图；

图5a和5b以底视图示出了图2中的零件复合体的区段，其具有上方左侧的单层的金属薄板，其中，在用于连接横向导臂的支承区段内插有横向导臂(图5a)，或支承区段由与上方的单层金属薄板焊接的单层的第二金属薄板覆盖(图5b)；并且

图6以透视图示出了图5a和5b中的横向导臂。

具体实施方式

图1示出了用于机动车、尤其电动汽车的副车架1。在此示例性地实施为前轴副车架的副车架1由纵向支架和横向支架构成。概念“纵向支架”在此理解为副车架的支承元件或支承元件的区段，其在副车架1的安装状态下基本上沿着相关机动车的纵轴延伸。与此相反，横向支架在副车架1的安装状态下基本上横向于机动车的纵轴延伸。

纵向支架和横向支架由金属薄板(钣金壳)制成。在图1中尤其示出了左纵向支架2、右纵向支架2′、前横向支架3和用作横向支架的上壳4。此外，还可见用作转向保护的钣金壳5、碰撞吸收器连接薄板6,6′和用于将副车架1连接到汽车车身上的所谓的塔形壳7,7′。此外，副车架1设有至少一个(在此未示出的)横桥，其在纵向支架2,2′上借助螺纹连接固定在连接孔8,8′上。横桥用于汽车驱动设备、例如电机的支承。但是替代地，也可将内燃机或传动装置支承在横桥上。

各个纵向支架2,2′由多个金属薄板(钣金壳)组成。其具有用于横向导臂连接的支承连接位置9.1,9.2。支承连接位置9.1,9.2构造在相应纵向支架2,2′的朝向轮架侧开放的支承区段10,10′内(图1)。左纵向支架2上的支承区段10由单层的第一金属薄板2.1和单层的第二金属薄板2.1构成。金属薄板2.2设置在金属薄板2.1的底侧上(参见图4a和5b)。

两个单层的金属薄板2.1,2.2借助焊缝11彼此相连。第一金属薄板2.1也可称作主壳，而第二金属薄板2.2也可称作下壳或盖板。第一金属薄板(主壳)2.1实施为深冲件并优选基本上在纵向支架2的整个长度范围内延伸(参见图1和2)。第二金属薄板(盖板)2.2在纵向支架2的部分长度范围内延伸，并像金属薄板2.1那样优选在纵向支架2的前端或者直接在碰撞吸收器连接薄板6的后方开始或终止。

第一金属薄板(主壳)2.1在横截面内观察具有基本上为z轮廓形的壳区段2.11，其具有向着轮架侧的轮廓区段2.111、远离轮架侧的轮廓区段2.113以及将两个轮廓区段2.111,2.113一件式地彼此相连的、在副车架1的安装状态下基本上直立的轮廓区段2.112(尤其参见图3,4a和4b)。将第二金属薄板(盖板)2.2与第一金属薄板2.1相连的焊缝11与基本上直立的轮廓区段2.112有间距(A)地布置在远离轮架侧的轮廓区段2.113上。焊缝11在此位于副车架1的弱负载区域内。

金属薄板2.1的远离轮架侧的轮廓区段2.113优选具有平面的连接区段2.114，焊缝11在其上实施为平面的焊缝。而且焊缝11不被安装件覆盖。焊缝11因此实施为裸露的焊缝，优选实施为在由两个金属薄板2.1,2.2限定的搭接接头上的裸露的角焊缝。

焊缝11与直立的轮廓区段2.112的间距例如为直立的轮廓区段2.112的板厚d的至少3倍、优选至少4倍、尤其优选至少6倍。轮廓区段2.112的板厚d可例如在1.8mm至3.5mm的范围内，尤其在2.0mm至3.0mm的范围内。焊缝11与直立的轮廓区段2.112的间距A例如在10mm至30mm的范围内，优选在10mm至20mm的范围内。

用于横向导臂连接的支承连接位置9.1,9.2构造在第一金属薄板2.1和第二金属薄板2.2上。用于横向导臂连接的支承连接位置9.1,9.2实施为至少两对彼此对准的通孔的形式，其中，每对彼此对准的通孔限定一个直立的或基本垂直的连接轴(横向导臂连接轴)12。其中至少一对的通孔在此优选构造为长形孔。尤其在图1和2中可见，长形孔的纵轴基本平行于相应纵向支架2的纵轴，或者平行于将前、后支承连接位置9.1,9.2相连的直线延伸。

壳区段2.11的基本直立的轮廓区段2.112与直立的或基本垂直的横向导臂连接轴12的最短间距Ak例如在一个范围内，该范围的下阈值为两个通孔中的一个或每个的最小直径D的2.8倍、优选3倍、尤其优选3.5倍，而该间距范围的上阈值为两个通孔中的一个或两个的最小直径D的5倍、优选4.5倍、尤其优选4.2倍。

额外地，纵向支架2可具有至少一个单层的、另外的或第三金属薄板2.3，其布置在第一金属薄板2.1的上侧上并与第一金属薄板限定了空腔。该金属薄板2.3也可称作上壳。其与第一金属薄板2.1刚性地相连，例如借助至少两个焊缝13,14相连。优选该焊缝中的至少一个实施为基本上平面的焊缝。第三金属薄板(上壳)2.3例如从纵向支架2或者第一金属薄板2.1的背离碰撞吸收器连接薄板6的、或后方的末端延伸至后方的横向支架4，并优选既与横向支架4、又与金属薄板2.1的z轮廓形的壳区段2.11借助弧形的或者说非平面的焊缝15,16相连。

纵向支架2的z轮廓形的壳区段2.10的直立的轮廓区段2.112实现了与横向导臂17的支承连接直接相邻地吸收大的力以及取得高的副车架刚性，该支承连接在此优选实施为橡胶或弹性体套筒18的旋合形式。尤其通过z轮廓形的壳区段2.11实现了，避免在接近横向导臂连接的直立的轮廓区段的区域内设置关键的焊缝，该横向导臂连接在该区域承受在电动汽车驱动时出现的高应力，并将焊缝向内转移至z轮廓形壳区段2.11的远离轮架侧的下部轮廓区段2.113处。额外地，z轮廓形壳区段2.11用于接收安装件，例如横向支架3,4、转向保护5、连接塔7和/或托架薄板19。

金属薄板(金属壳)2.1,2.2,2.3优选由钢板制成并优选具有不同的板厚和/或不同的材料特性，尤其屈服极限和抗拉强度。因此，例如金属薄板(上壳)2.3可具有小于金属薄板(主壳)2.1的板厚。

本发明的实施不限于附图所示的示例。反之，本发明包含其他实施变体，其也可用于权利要求书描述的发明的与所示示例不同的设计方案中。因此，例如单层的第一金属薄板2.1能够与中间零件的区段、例如横向支架或转向保护5的区段一件式地实施。单层的第一金属薄板2.1与第二纵向支架2′的相应的、基本镜像对称的单层的金属薄板2.1′一件式地实施也落入本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.用于汽车的副车架(1)，该副车架具有

由多个金属薄板组成的纵向支架(2)，该纵向支架具有用于横向导臂连接的支承连接位置(9.1,9.2)，

其中，支承连接位置(9.1,9.2)构造在纵向支架的朝向轮架侧开放的支承区段(10)内，

其中，支承区段(10)由单层的第一金属薄板(2.1)和单层的第二金属薄板(2.2)构成，

其中，单层的第二金属薄板(2.2)借助焊缝(11)与单层的第一金属薄板(2.1)相连，

其中，单层的第一金属薄板(2.1)具有支承连接位置(9.1,9.2)中的至少一个，并且

其中，单层的第二金属薄板(2.2)具有支承连接位置(9.1,9.2)中的至少一个，

其特征在于，

单层的第一金属薄板(2.1)在横截面内观察具有基本上z轮廓形的壳区段(2.11)，该壳区段具有向着轮架侧的轮廓区段(2.111)，远离轮架侧的轮廓区段(2.113)以及将两个轮廓区段一件式地彼此相连的、在副车架(1)的安装状态下基本上直立的轮廓区段(2.112)，其中，焊缝(11)与基本上直立的轮廓区段(2.112)有间距(A)地布置在远离轮架侧的轮廓区段(2.113)上，

其中，焊缝(11)实施为搭接接头上的裸露的焊缝，并且

其中，用于横向导臂连接的支承连接位置(9.1,9.2)实施为至少两对彼此对准的通孔的形式，其中，彼此对准的通孔中的每对限定竖立的或基本上竖直的连接轴(12)。

2.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，所述副车架(1)是前轴副车架。

3.根据权利要求1或2所述的副车架，其特征在于，所述副车架(1)是用于电动汽车的副车架。

4.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，焊缝(11)与基本上直立的轮廓区段(2.112)的间距(A)为直立的轮廓区段(2.112)的板厚(d)的至少3倍。

5.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，焊缝(11)与基本上直立的轮廓区段(2.112)的间距(A)为直立的轮廓区段(2.112)的板厚(d)的至少4倍。

6.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，焊缝(11)与基本上直立的轮廓区段(2.112)的间距(A)为直立的轮廓区段(2.112)的板厚(d)的至少6倍。

7.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，支承连接位置(9.1,9.2)中的至少两个构造为多个通孔的形式，该通孔限定了竖立的或基本上竖直的连接轴(12)，其中，基本上直立的轮廓区段(2.112)与该连接轴(12)的最小间距(Ak)位于一个范围内，该范围的下阈值为通孔中的一个或每个的最小直径(D)的2.8倍，并且该范围的上阈值为通孔中的一个或每个的最小直径(D)的5倍。

8.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，支承连接位置(9.1,9.2)中的至少两个构造为多个通孔的形式，该通孔限定了竖立的或基本上竖直的连接轴(12)，其中，基本上直立的轮廓区段(2.112)与该连接轴(12)的最小间距(Ak)位于一个范围内，该范围的下阈值为通孔中的一个或每个的最小直径(D)的3倍，并且该范围的上阈值为通孔中的一个或每个的最小直径(D)的4.5倍。

9.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，支承连接位置(9.1,9.2)中的至少两个构造为多个通孔的形式，该通孔限定了竖立的或基本上竖直的连接轴(12)，其中，基本上直立的轮廓区段(2.112)与该连接轴(12)的最小间距(Ak)位于一个范围内，该范围的下阈值为通孔中的一个或每个的最小直径(D)的3.5倍，并且该范围的上阈值为通孔中的一个或每个的最小直径(D)的4.2倍。

10.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，远离轮架侧的轮廓区段(2.113)具有平面的连接区段(2.114)，在该连接区段上将焊缝(11)实施为基本上平面的焊缝。

11.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，单层的第一金属薄板(2.1)实施为深冲件。

12.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，单层的第一金属薄板(2.1)基本上在纵向支架(2)的整个长度范围内延伸。

13.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，单层的第二金属薄板(2.2)在纵向支架(2)的部分长度范围内延伸。

14.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，在z轮廓形的壳区段上连接至少一个由包含横向支架(3,4)、转向保护部件(5)、连接塔(7)和/或托架薄板(19)的组件构成的安装件。

15.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，在z轮廓形的壳区段上焊接至少一个由包含横向支架(3,4)、转向保护部件(5)、连接塔(7)和/或托架薄板(19)的组件构成的安装件。

16.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，单层的第二金属薄板(2.2)布置在单层的第一金属薄板(2.1)的底侧上。

17.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，在单层的第一金属薄板(2.1)的上侧上布置单层的第三金属薄板(2.3)，该第三金属薄板借助至少两个焊缝(13,14)与单层的第一金属薄板(2.1)相连。

18.根据权利要求17所述的副车架，其特征在于，所述至少两个焊缝(13,14)中的至少一个或至少两个实施为基本上平面的焊缝。

19.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，单层的第一金属薄板(2.1)与横向支架(4)的或用作转向保护部件(5)的薄板的区段一件式地实施。

20.根据权利要求1所述的副车架，其特征在于，单层的第一金属薄板(2.1)与第二纵向支架(2′)的相应的单层的金属薄板(2.1′)一件式地实施。

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