CN112218789B - 车架 - Google Patents

Abstract

一种车体结构(12)，其包括：在车辆横向上延伸的第一结构构件(34)和在车辆纵向上延伸的第二结构构件(30)。第二结构构件(30)连接到第一结构构件(34)。偏心撞击结构(14)连接到第一结构构件(34)和第二结构构件(30)中的至少一者。偏心撞击结构具有接触表面(14c)。接触表面(14c)与第一结构构件(34)和第二结构构件(30)中的另一者横向间隔开。

Description

车架

技术领域

本发明总体上涉及一种车体结构。更具体地，本发明涉及附接到车架的一部分的偏心撞击结构，该偏心撞击结构在偏心撞击期间响应于并吸收撞击力。

背景技术

车辆结构通常包括吸收撞击事件期间产生的撞击力的结构特征。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种车体结构，该车体结构在偏心撞击期间吸收并重定向撞击能量。

鉴于已知技术的状态，本公开的一个方面在于提供一种车体结构，其包括：第一结构构件，其在车辆横向上延伸；第二结构构件，其在车辆纵向上延伸。第二结构构件连接到第一结构构件。偏心撞击结构与第一结构构件和第二结构构件中的至少一者连接。偏心撞击结构具有弯曲的接触表面。弯曲的接触表面与第一结构构件和第二结构构件中的另一者横向间隔开。

本发明的另一方面包括一种车体结构，其包括：第一结构构件，其在车辆横向上延伸；第二结构构件，其在车辆纵向上延伸并连接到第一结构构件。偏心撞击结构与第一结构构件和第二结构构件中的至少一者连接。偏心撞击结构具有弯曲的接触表面。载荷分配构件连接到偏心撞击结构。载荷分配构件与第一结构构件和第二结构构件中的另一者横向间隔开。加强构件布置在第二结构构件中，使得平行于第一结构构件延伸的线穿过偏心撞击结构和加强构件。

此外，根据以下详细说明，所公开的车体结构的其它目的、特征、方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，以下详细说明结合附图公开了车体结构的示例性实施方式。

附图说明

现在参照形成本原始公开的一部分的附图：

图1是根据本发明的示例性实施方式的包括偏心撞击结构的车辆的立体图；

图2是图1的车辆的框架的俯视图，其示出了附接到各框架侧梁的偏心撞击结构；

图3是图2的偏心撞击结构的放大俯视图；

图4是图2的偏心撞击结构的正视图；

图5是图2的偏心撞击结构的立体图；

图6是小型重叠撞击测试期间与障碍物接触之前的偏心撞击结构的俯视图；

图7-图11是小型重叠撞击测试期间偏心撞击结构的俯视图，其示出了与图6的障碍物的撞击；

图12是示出框架侧梁相对于偏心撞击结构的强度的曲线图；

图13是图2的偏心撞击结构的立体图；

图14是连接到车辆的框架侧梁的根据本发明的另一示例性实施方式的偏心撞击结构的俯视图；

图15是偏心撞击结构连接到侧梁的类似于图3的放大俯视图；以及

图16是偏心撞击结构连接到横梁并且偏心撞击结构连接到侧梁的类似于图3的放大俯视图。

具体实施方式

现在将参照附图解释所选的实施方式。根据本公开，对于本领域技术人员显而易见的是，实施方式的以下说明仅供例示，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明。

首先参照图1和图2，根据示例性实施方式示出了具有车体结构12的车辆10，车体结构12包括偏心撞击结构14(图2)。

在图1中，车辆10被描绘为包括车体结构12的皮卡车，并限定了例如发动机舱16、乘客舱18和货物区域20。车体结构12安装并置于框架22。在图2-图11中示出了从车辆10移除的框架22和/或框架22的部分。具体地，图2示出了框架22，框架22上安装有一对偏心撞击结构14。偏心撞击结构14布置于框架22的相反两侧。图3-图11仅示出了框架22的一侧的附接有偏心撞击结构14的前部区域。

在图1中，所描绘的限定车辆10的皮卡车是旨在运送大和/或重的材料的重载车辆。因此，框架22是能够承受重载使用的刚性的坚固的结构。然而，从本文的附图和说明中应当理解的是，下述的框架22和偏心撞击结构14可以被构造为用于较小的车辆或较大的车辆，并且不限于与诸如车辆10的重载车辆一起使用。

换言之，在车体结构12附接到框架22并由框架22支撑的情况下，偏心撞击结构14能够用于包括诸如框架22的框架的任何尺寸的车辆。从附图和说明中还应当理解的是，偏心撞击结构14也可以与一体式车辆一起使用。一体式车辆是通常不包括诸如框架22的单独框架的车辆。而是，一体式车辆包括焊接在一起的各种结构元件。一体式车辆的元件用作在功能上与框架22的元件等效的框架元件。例如，转让给日产北美的美国专利No.8,870,267公开了一体式车体结构。在美国专利No.8,870,267中公开的前部结构支撑部30基本上是诸如(在下面更详细地说明的)框架22的车辆侧梁的车辆侧梁。同样转让给日产北美的美国专利No.9,180,913也公开了一体式车体结构，并且还公开了一种发动机架。偏心撞击结构14的元件可以安装到美国专利No.8,870,267中公开的一体式车辆的部分和美国专利No.8,870,267的发动机架的部分。美国专利No.8,870,267和美国专利No.9,180,913均通过引用而整体合并于此。由于一体式车辆是常规结构，因此为了简洁省略其进一步说明。

在图2中，示出了相对于框架22(和车辆10)的多个方向，以限定车辆10和偏心撞击结构14的各种特征的取向。具体地，车辆10和框架22限定沿着车辆10的中央部在车辆10的长度方向上延伸的纵向中心线CL。在图2的右手侧，向前方向F由绘出的箭头指示，并且在图2的左手侧，向后方向R由绘出的箭头指示。在图2中还示出了相对于纵向中心线CL的内侧方向I和外侧方向O。

如图2所示，框架22包括第一侧梁30(即第二结构构件)、第二侧梁32和第一横梁34(即第一结构构件)。框架可以包括在第一侧梁30和第二侧梁32之间布置在第一横梁34的后方的附加横梁，诸如第二横梁36和第三横梁38。框架22由重型规格钢制成，但是可以根据车辆10的整体设计可选地由其它材料制成。因此，应当理解的是，第一侧梁30沿着车辆10的乘客侧并在乘客侧的下方延伸，第二侧梁32沿着车辆10的驾驶员侧并在驾驶员侧的下方延伸。

第一侧梁30是具有多个轮廓和形状的长形梁(也称为结构构件)。第一侧梁30在车辆纵向上延伸。具体地，第一侧梁30具有前端30a和后端30b。第一侧梁30还具有第一部分30c、第二部分30d和第三部分30e。第一部分30c从前端30a沿向后方向R延伸到第一侧梁30向外弯曲的附近位置。第一部分30c总体上是直的。第二部分30d以使得第二部分30d在第一部分30c的正后方沿外侧方向O逐渐弯曲的方式具有弯曲形状。第三部分30e总体上是直的，但是根据车辆10的整体设计可以包括轮廓和曲线。

类似地，第二侧梁32是具有与第一侧梁30对称的多个轮廓和形状的长形梁。第二侧梁32在车辆纵向上延伸。具体地，第二侧梁32具有前端32a和后端32b。第二侧梁32还具有第一部分32c、第二部分32d和第三部分32e。第一部分32c从前端32a沿向后方向R延伸到第二侧梁32向外弯曲的附近位置。第一部分32c总体上是直的。第二部分32d以使得第二部分32d在第一部分32c的正后方沿外侧方向O逐渐弯曲的方式具有弯曲形状。第三部分32e总体上是直的，但是根据车辆10的整体设计可以包括轮廓和曲线。

第一侧梁30的第一部分30c和第二侧梁32的第一部分32c彼此相距第一距离D1，第三部分30e和32e彼此相距第二距离D2。第二距离D2大于第一距离D1。

第一侧梁30和第二侧梁32分别包括主体附接结构40和42(还被称为附接凸缘)。主体附接结构40和42焊接到第一侧梁30和第二侧梁32，并且尺寸和形状被设定成附接到车辆10的车体结构12。主体附接结构40和42在第一横梁34后方从第一侧梁30的第一部分30c和第二侧梁32的第一部分32c的外侧延伸。主体附接结构40和42在第一横梁34和第二横梁36之间从第一侧梁30的第二部分30d和第二侧梁32的第二部分32d的外侧延伸。如图2所示，主体附接结构40和42布置在偏心撞击结构14的后方。

尽管未在图2中示出，但是第一侧梁30的第三部分30e和第二侧梁32的第三部分32e还可以包括附加主体附接结构，附加主体附接结构被构造为附接到限定车辆10的货物区域20的结构。此外，第三部分30e和32e可以在地面上方与第一部分30c和32c处于同一高度，或者在第二部分30d和32d包括向上曲率的情况下，第三部分30e和32e可以以高于第一部分30c和32c的高度在地面上方升高。

如图2所示，第一侧梁30的第一部分30c和第二侧梁32的第一部分32c均还包括前悬架结构，诸如螺旋弹簧支撑件44和46。螺旋弹簧支撑件44和46诸如通过焊接而刚性地固定到第一侧梁30和第二侧梁32中的相应的一者。螺旋弹簧支撑件44和46的尺寸和形状被设定成以常规方式支撑前悬架螺旋弹簧的下端。因为前悬架螺旋弹簧是常规结构，所以为了简洁起见，省略进一步说明。

车体结构12的发动机舱16大致位于第一侧梁30的第一部分30c和第二侧梁32的第一部分32c之间的上方的空间中。乘客舱18的前部在发动机舱16的后方位于第一侧梁30的第二部分30d和第二侧梁32的第二部分32d之间的上方的空间中。乘客舱18的其余部分和车体结构12的货物区域20位于第一侧梁30的第三部分30e和第二侧梁32的第三部分32e上方。

第一横梁34焊接或以其它方式刚性地固定在第一侧梁30的前端30a和第二侧梁32的前端32a附近。第一横梁34在车辆横向上延伸。保险杠结构(未示出)可以附接到第一横梁34。第一横梁34在第一侧梁30的前端30a处或邻近于第一侧梁30的前端30a连接到第一侧梁30。第一横梁34包括从第一侧梁30沿外侧方向O延伸的第一外侧部分34a。第一横梁34包括从第二侧梁30沿外侧方向O延伸的第二外侧部分34b。响应于小型重叠撞击测试的撞击事件，第一横梁34的外侧部分34a变形，使得偏心撞击结构14接触第一侧梁30，如下面更详细地说明的。类似地，响应于小型重叠撞击测试的撞击事件，第一横梁34的外侧部分34b变形，使得偏心撞击结构14接触第二侧梁32。

现在具体参照图2-图11提供偏心撞击结构14的示例性实施方式的说明。如图2所示，一个偏心撞击结构14在第一侧梁30的外侧附接到第一横梁34，并且另一个偏心撞击结构14在第二侧梁32的外侧安装到第一横梁34。两个偏心撞击结构14相对于车辆10的纵向中心线CL对称地配置。两个偏心撞击结构14除了为彼此镜像以外基本相同。因此，一个偏心撞击结构14的说明同样适用于另一个偏心撞击结构14。因此，为简洁起见，在下文中仅说明一个偏心撞击结构14。在图3-图11中，示出和说明了连接到第一横梁34的第一外侧部分34a的偏心撞击结构14。以下说明同样适用于连接到第一横梁34的第二外侧部分34b的偏心撞击结构14。

如图15所示，可选地，偏心撞击结构14可以在第一横梁34的相应外侧部分34a和34b的后方连接到第一侧梁30和第二侧梁32中的每一者，而不是连接到第一横梁34的第一外侧部分34a和第二外侧部分34b。加强构件50可以布置在第一侧梁30和第二侧梁32两者中以及第一横梁34中，或者可以仅布置在侧梁和横梁中的一者中。

如图16所示，可选地，偏心撞击结构14可以连接到第一横梁34的两个外侧部分34a和34b以及第一侧梁30和第二侧梁32。加强构件50可以布置在第一侧梁30和第二侧梁32两者中以及第一横梁34中，或者可以仅布置在侧梁和横梁中的一者中。

如图2-图11所示，偏心撞击结构14连接到第一横梁34。如图13所示，偏心撞击结构14具有第一表面或上表面14a和第二表面或下表面14b。弯曲的接触表面14c在第一表面14a和第二表面14a之间延伸。弯曲的接触表面14c优选地具有渐开线形状。第一附接表面14d由第一表面14a和第二表面14b以及弯曲的接触表面14c形成。第二附接表面14e由第一表面14a和第二表面14b以及弯曲的接触表面14c形成，并且被布置为基本上垂直于第一附接表面14d。如图3所示，第一附接表面14d连接到第一横梁34。第二附接表面14e与第一侧梁30横向间隔开。弯曲的接触表面14c与第一侧梁30间隔开。换言之，当偏心撞击结构14连接到第一横梁34时并且在撞击事件之前，偏心撞击结构14的任何部分都没有直接接触第一侧梁30。偏心撞击结构14优选地由诸如不锈钢的钢制成。优选地，偏心撞击结构14诸如通过冲压被整体形成为一件式构件。

如图3所示，载荷分配构件48连接至第二附接表面。载荷分配构件48具有连接到偏心撞击结构14的第二附接表面14e的第一表面48a。如图6-图11所示，载荷分配构件48的第二表面48b被构造为在小型重叠撞击测试期间接触第一侧梁30。如图6所示，第二表面48b优选地面向与第一表面48a相反的方向。载荷分配构件48优选地由诸如不锈钢的钢制成。载荷分配构件48优选地被整体形成为一件式构件。载荷分配构件48以诸如通过焊接的任何合适的方式连接到偏心撞击结构14。

如图3和图6-图12所示，第一侧梁30限定中空内部。如图3所示，加强构件50布置在第一侧梁30的中空内部。优选地，加强构件50基本上是U字形的。加强构件50具有中间部分50a，第一腿部50b和第二腿部50c从中间部分50a延伸。第一腿部50b的第一端50d连接到第一侧梁30的内部的内横向侧。第二腿部50c的第二端50e连接到第一侧梁30的内部的内横向侧。中间部分50a连接到第一侧梁30的内部的外横向侧。如图3所示，加强构件50的中间部分50a被布置成比第一端50d和第二端50e靠近偏心撞击结构14和载荷分配构件48。加强构件的中间部分50a、第一端50d和第二端50e以诸如通过焊接的任何合适的方式刚性地连接到第一侧梁30的内部。加强构件50优选地由诸如不锈钢的钢制成。加强构件50优选地被整体形成为一件式构件。

参照图3，偏心撞击结构14以使得第一附接表面14d直接接触第一横梁34的方式连接到第一横梁34，从而将偏心撞击结构14的第一表面14a和第二表面14b刚性地固定到第一横梁34。偏心撞击结构14从第一横梁34向后延伸。优选地，第一附接表面14d焊接到第一横梁34，从而将偏心撞击结构14刚性地连接到第一横梁34。如图2所示，第一侧梁30在车辆的横向上布置在偏心撞击结构14和车辆的纵向中心线CL之间。如图3所示，弯曲的接触表面14c与第一侧梁30间隔开。偏心撞击结构14的高度优选地至少与第一侧梁30的高度一样大。

如图3所示，载荷分配构件48以诸如通过焊接的任何合适的方式连接到偏心撞击结构14的第二附接表面14e。载荷分配构件48在车辆纵向上比偏心撞击结构14进一步向后延伸。如图4所示，载荷分配构件48在偏心撞击结构14的上方和下方延伸。如图3所示，载荷分配构件48在俯视图中在车辆的横向上布置在撞击结构14与第一侧梁30之间。当偏心撞击结构14连接到第一横梁并且在撞击事件之前时，载荷分配构件48与第一侧梁30横向地间隔开。通过偏心撞击结构14的第一表面14和第二表面14b以及弯曲的接触表面14c、第一横梁34和载荷分配构件48在偏心撞击结构14内限定中空内部。

如图3所示，加强构件50刚性地固定在第一侧梁30的内部，使得加强构件50在横向上加强第一侧梁30，而在纵向上基本上不加强第一侧梁30。平行于第一横梁34延伸的虚拟线L穿过偏心撞击结构14、载荷分配构件48和加强构件50。

如图6-图11所示，在车辆10运动的情况下，偏心撞击结构14被构造成响应于与固定障碍物B的接触而吸收撞击能量。具体地，图6示出了快到撞击事件之前的偏心撞击结构14，并且图7-图11示出了撞击事件期间的偏心撞击结构14。偏心撞击结构14在撞击事件期间以下面更详细说明的方式吸收能量并分配应力。

图6-图11顺序示出了在小型重叠撞击测试期间偏心撞击结构14与固定障碍物B的撞击事件。如图6所示，在小型重叠撞击测试的撞击事件期间，车辆10(图1)以预定速度朝向障碍物B移动。最初，固定障碍物B撞击框架22的第一横梁34的第一外侧部分34a。如图7所示，第一外侧部分34a被构造成弯曲或变形，使得偏心撞击结构14与载荷分配构件48一起移动成与第一侧梁30的外侧30f接触。如图8-图11所示，车辆朝固定障碍物B的继续运动导致第一横梁34的第一外侧部分34a的进一步弯曲，使得偏心撞击结构14的接触表面14c沿着第一侧梁30滚动。车辆朝固定障碍物B的继续运动导致弯曲的接触表面14c和载荷分配构件48沿着第一侧梁30的进一步滚动。弯曲的接触表面14c在整个撞击事件期间通过连续改变与第一侧梁30的接触面积使该接触面积在撞击事件期间增加，从而限定了动态接触面积，以有助于应力分配并更有效地吸收能量。载荷分配构件48有助于在撞击事件期间将载荷有效地分配在第一侧梁30上。加强构件50在小型重叠撞击测试期间抵抗横向变形，使得框架22(图2)在撞击事件期间更有效地吸收能量。包括载荷分配板48和加强构件50的偏心撞击结构14在撞击事件期间减慢了车辆10(图1)，并且如图11所示有助于将车辆推离固定障碍物B。

如图12的右手侧的曲线图所示，第一侧梁30的顶部和底部最坚固。偏心撞击结构14的高度优选地至少与第一侧梁30的高度一样大，以接合第一侧梁30的最坚固部分，从而更有效地将撞击事件的载荷分配在第一侧梁30上。偏心撞击结构14通过在撞击事件期间保持线接触载荷而不是点载荷来允许偏心撞击测试的撞击事件期间的变形。

偏心撞击结构114的另一示例性实施方式在图14中示出。与图2-图13的偏心撞击结构的特征基本上相似的图14的偏心撞击结构114的特征被提供与偏心撞击结构14的特征相同的附图标记。另外，为了简洁，省略偏心撞击结构114的与偏心撞击结构14相同的部分的说明。

如图14所示，偏心撞击结构114包括与第一横梁34的上表面重叠的第一重叠部分114d。与第一重叠部分114d相反的第二重叠部分(未示出)与第一横梁34的下表面重叠。第一重叠部分和第二重叠部分增大了与第一横梁34的接触表面积，从而加强了与第一横梁34的连接。

如图14所示，弯曲的接触表面114c与第一侧梁30横向间隔开。弯曲的接触表面114c优选地具有渐开线形状。载荷分配构件148以诸如通过焊接的任何合适的方式连接到弯曲的接触表面114c。载荷分配构件148具有与偏心撞击结构114的弯曲的接触表面114c相对应的形状。载荷分配构件148比偏心撞击结构114进一步向后延伸。载荷分配构件148与第一侧梁30横向地间隔开。第一横梁34和载荷分配构件148基本上限定了偏心撞击结构114的中空内部。在小型重叠撞击测试期间，偏心撞击结构114的性能与上述的图2-图11的偏心撞击结构的性能基本相似。

术语的一般解释

在理解本发明的范围时，如这里所使用的术语“包括”及其衍生项旨在是规定存在所声明的特征、元件、组件、组、整数和/或步骤、但不排除存在其它未声明的特征、元件、组件、组、整数和/或步骤的开放式术语。以上也适用于具有类似含义的词，诸如术语“包含”、“具有”及其衍生项。另外，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或“元件”在以单数形式使用时可以具有单个部件或多个部件的双重含义。本文中还用来说明以上一个或多个实施方式的以下方向术语“向前”、“向后”、“上方”、“向下”、“竖直”、“水平”、“下方”和“横向”以及任何其它类似的方向性术语是指配备有车体结构的车辆的那些方向。因此，这些用于描述本发明的术语应当相对于配备有车体结构的车辆进行解释。

本文中所使用的诸如“基本上”、“约”和“近似”的程度术语是指修改后的术语使得最终结果不会发生重大变化的合理偏差量。

虽然只有选定实施方式被选择来说明本发明，但本领域技术人员根据本公开内容可以显而易见的是，在不背离所附权利要求书所定义的本发明的范围的情况下，可以在此作出各种改变和修改。例如，可以根据需要和/或期望来改变各种组件的尺寸、形状、位置或定向。被示出为直接连接或彼此接触的组件可以具有设置在其间的中间结构。一个元件的功能可以由两个元件进行，并且反之亦然。一个实施方式的结构和功能可以在另一实施方式中采用。特定实施方式中无需同时存在所有优点。相对于现有技术中独特的每个特征单独地或与其它特征相结合地也应被视为申请人对进一步发明的单独描述，包括这些一个或多个特征所体现的结构和/或功能概念。因此，以上对根据本发明的实施方式的描述仅是为了说明而提供的，而不是为了限制所附权利要求及其等同项所限定的本发明。

Claims (15)

1.一种车架，其包括：

第一结构构件，其在车辆横向上延伸；

第二结构构件，其在车辆纵向上延伸，所述第二结构构件连接到所述第一结构构件；

偏心撞击结构，其与所述第一结构构件和所述第二结构构件中的至少一者连接，所述偏心撞击结构具有弯曲的接触表面；

载荷分配构件，其与所述偏心撞击结构连接，所述载荷分配构件与所述第一结构构件和所述第二结构构件中的另一者横向间隔开；以及

加强构件，其布置在所述第二结构构件中，使得平行于所述第一结构构件延伸的虚拟线穿过所述偏心撞击结构和所述加强构件。

2.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述弯曲的接触表面为渐开线形状。

3.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

在俯视图中，所述载荷分配构件布置在所述偏心撞击结构与所述第二结构构件之间。

4.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述加强构件具有连接到所述第二结构构件的内横向侧的第一端和第二端以及布置在所述第一端和所述第二端之间的连接到所述第二结构构件的外横向侧的中间部分。

5.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述第二结构构件在横向上布置在所述偏心撞击结构和所述车辆的纵向中心线之间。

6.根据权利要求5所述的车架，其特征在于，

所述偏心撞击结构的第一高度至少与所述第二结构构件的第二高度一样大。

7.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述载荷分配构件具有所述偏心撞击结构的所述弯曲的接触表面的形状。

8.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，所述车架还包括：

所述偏心撞击结构与所述第一结构构件和所述第二结构构件中的另一者横向间隔开。

9.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述第二结构构件在所述偏心撞击结构的前方延伸。

10.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述载荷分配构件在所述车辆纵向上比所述偏心撞击构件进一步向后延伸。

11.根据权利要求10所述的车架，其特征在于，

所述偏心撞击结构基本上是中空的。

12.根据权利要求11所述的车架，其特征在于，

所述偏心撞击结构不被整体地形成为一件式构件。

13.根据权利要求1所述的车架，其特征在于，

所述虚拟线穿过所述载荷分配构件。

14.根据权利要求4所述的车架，其特征在于，

所述第二结构构件的外横向侧被布置为比所述第二结构构件的内横向侧接近所述偏心撞击结构。

15.根据权利要求14所述的车架，其特征在于，

所述偏心撞击结构的上表面和下表面刚性地固定到所述第一结构构件和所述第二结构构件中的至少一者。

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