CN1646359A - 用于机动车辆的模组化车身底板 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车车架的模组件，包括一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构。所述模组件包括一对管状液压成形的侧梁元件，与一个横向延伸连接于该对侧梁元件之间的连接结构，以彼此横向间隔、固定的关系固定该对侧梁元件。每个侧梁元件的第一部分纵向延伸，每个第二部分具有一个端部，所述端部构建并设置为与相应的中心侧梁结构部分形成一个接合点，以使每个侧梁元件中的端部大体横向延伸穿过相应的中间侧梁结构的侧面。

Description

用于机动车辆的模组化车身底板
技术领域
本发明涉及结构性车架。尤其，本发明例示的具体实施方式涉及用于机动车辆的车架。
背景技术
用于汽车的车架一般地由一对延伸汽车整个长度的侧梁构成。因而，不同长度的汽车具有不同长度的车架。因而，用于一辆汽车的侧梁或许不能用于其他不同长度或尺寸的汽车。而且，汽车车架常常完全由冲压件形成，从而产生高制造成本，尤其是在试图增加车架的完整性时。
本发明例示的具体实施方式解决了这些问题与其他问题。
发明内容
本发明提供一种用于机动车辆的车架，其包括：一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构，每一个所述中心侧梁结构具有一个顶面及一个侧面；一对管状液压成形的第一侧梁元件，每一个所述第一侧梁元件在一第一接合点分别与所述中心侧梁结构中的一个的一第一端连接，以便每个所述一侧梁元件的一第二部分大体横向延伸穿过各个所述中心侧梁结构的侧面；及，一对第二侧梁结构，每一个所述第二侧梁结构在一第二接合点与所述中心侧梁结构中的一个的一第二端连接，所述各个相应的中心侧梁结构的每一个、第一侧梁元件及第二侧梁结构之一形成一对横向间隔的侧梁组件之一，并且在所述侧梁组件之间连接有一个横向延伸的连接结构，且所述连接结构构建并设置使所述侧梁组件彼此之间保持横向间隔。
本发明还提供用于机动车辆车架的模组件，所述车架包括：一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构，所述模组件包括一对管状液压成形的第一侧梁元件，该对侧梁元件的每一个都具有一个第一部分与一个第二部分；及一横向延伸连接结构，所述连接结构连接在该对侧梁元件之间，用于确保该对侧梁元件彼此为横向间隔、固定的关系；该对侧梁元件的每个第一部分纵向延伸，且该对侧梁元件的每个第二部分相对对应的第一部分横向延伸，该对侧梁元件的每个第二部分具有一个端部，该端部构建及设置形成一个与相应的中心侧梁结构的接合点，以便该对侧梁元件每个的端部大体横向延伸穿过相应中央侧梁的一侧面，从而使所述横向延伸的端部反向横向延伸。
本发明还提供一种制造一种车架组件的方法，其包括：提供一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构，每一个所述中心侧梁结构具有一个顶面及一个侧面；制造一对管状液压成形的第一侧梁元件，其制造方法包括，提供一个具有管状金属壁的管状金属坯料，将所述管状金属坯料放置到一个模具的模型腔中，所述模型腔具有模面，然后提供一高压流体到所述坯料的内部使所述坯料的金属壁向外膨胀成与所述模型腔的模面符合，形成一个纵向延伸的第一部分和一横向延伸的第二部分；把一横向延伸的连接结构和所述纵向延伸的第一部分连接在一起，所述连接结构构建并设置使所述纵向延伸的第一部分保持横向间隔关系；然后，将每个横向延伸的第二部分安装到相应的中央侧梁元件，使所述横向延伸的第二部分大体横向延伸穿过相应的中心侧梁结构的侧面。
本发明的其它方面、特征及优点将通过下面的例示的具体实施方式的说明、附图及所附的权利要求更为清楚。
附图说明
图1示出按照本发明的原则构建的车辆车架的具体实施方式的立体图；
图2示出图1中的车辆车架的部分分解图；
图3是车辆车架的侧梁元件的放大图，示出了组装在其上的若干车架元件；
图4是与图1所示类似的车架视图，另外示出了若干装设在车架上的金属板结构；
图5是与图4所示类似的车架视图，另外示出了装设在车架上的前端组件；
图6是分解示出的车辆车身侧板结构的正视图，其用于与图1中的具体实施方式一同使用；
图7是沿图6中7-7线的车身侧板的截面图，且示出了固定至车身侧板结构的部分侧梁元件的截面图；
图8是按照本发明原则构建的另一具体实施方式；
图9是与图8所示类似的视图，另外示出了安装到其上的上部车架组件；
图10是与图8中的车架一同使用的侧组件模组的立体图；
图11是与图10类似的另一个侧组件模组的视图；
图12是一个第一具体实施方式，图示说明穿过B柱及侧组件模组的B柱与安装在其上的侧梁元件之间的连接装置的截面图；
图13是一个第二具体实施方式，图示说明穿过B柱及侧组件模组的B柱与安装在其上的侧梁元件之间的连接装置的截面图；及
图14是用于形成具体实施方式中的模组件的液压成形模具的示意图。
具体实施方式
图1是按照本发明的原则的一个用于机动车辆的模组化车身底板架10的具体实施方式图示。图2示出了车架10的部分分解图。车架10包括一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构12、一对形成前组件76的前部侧梁结构及一对形成后模组件78的后部侧梁结构。
模组件76、78与中心侧梁结构12的一同使用，在形成车架10中或用于形成其它车架中具有很大的通用性。例如，在其他车架的生产中，模组件76与78可一起或单独与其他的中心侧梁结构一起使用。因而，将模组件76与78应用到其他机动车车架中可获得很大的节省。另外，模组件76和78可仅仅通过重新定位连接模组件76、78与中心侧梁结构12的接合点的位置，或通过将模组件76或78与较短或较长长度的中心测梁一同使用，而与不同尺寸的中心侧梁结构一同使用。
如图1所示，两个中心侧梁结构12彼此成镜像构建，但为了方便使用相同的标号12标注。通过一对管状液压成形的前部侧梁元件14提供前部侧梁结构对。通过一对管状液压成形的后部侧梁元件16提供后部侧梁结构对。元件14彼此成镜像构建，且元件16彼此成镜像构建，但分别以相同标号提及，以方便本发明的论述。
如下面所讨论的，在车架10的每侧，中心侧梁结构12每个都设有一个车门槛板结构164。该对管状的液压成形的前部侧梁元件14的每一个在一个前部接合点18(图中仅仅示出了一个前部接合点，而另一个相对接合点18镜像构建)处与相应的中心侧梁结构12的一个前部端部连接。每个前部侧梁元件14的向后部分19大体横向延伸穿过相应的中心侧梁结构12的侧面20。
每个后部侧梁元件16在一个后部接合点22(该接合点镜像构建，并以相同标号指出以方便讨论)处与相应的中心侧梁结构12的一个后部端部连接。每个后部侧梁元件16的相对直的、横向延伸的前部端部23大体横向延伸在接合点22穿过相关中心侧梁结构12的侧面20。在示例的车架10中，接合点18与22具有相似的结构，并在下面详细说明。
在车架10的每侧的中心侧梁结构12、前部侧梁元件14和向后地侧梁元件16包括一对横向间隔的侧梁组件24、26之一。一般以28指明的横向延伸的连接结构连接在侧梁组件24与26之间，并使侧梁组件24与26保持彼此横向间隔的关系。
横向延伸的连接结构28包括一个或多个冲压成形的金属板结构30，该金属板结构30连接于前部侧梁元件14之间。金属板结构30包括一个上部隔板支撑结构32及一个下部隔板支撑机构34。每个支撑结构32、34可以是单片或多片冲压成形的金属板构成，并通过焊接或其他适当的方式在该对前部侧梁元件14之间进行连接。在组装后的车辆中，结构32、34支撑部分隔板组件。
横向延伸的连接结构28还包括一对中间横联元件36、38及一个后部横梁元件40。中间横联元件36、38连接于该对中心侧梁结构12的中间部分之间。中间横联元件36在一对接合点42(其彼此成镜像构建)处连接在中心侧梁结构12之间。中间横联元件38在一对接合点44(在图中仅一个可见，而另一个与其成镜像构建)处连接在中心侧梁结构12之间。在示例的车架10中，中间横联元件36、38每一个由适当强度的金属材料构成，例如适当钢号的钢，并且每一个具有大体成管状的结构。每个中间横联元件36、38可通过管状液压成形形成，例如，通过滚轧成形与缝焊，或通过其他适当的方法。每个中间横联元件36、38具有一个向上拱起的中间部46、48，以安装已组装车辆的传动部分(图未示)。
接合点42的结构在下面说明。连接第二中间横联元件38与中心侧梁结构12的接合点44，通过将横梁元件38的每一端以焊接或其他适当方式固定至每个中心侧梁结构12的向内衬面50而形成。
一对纵向延伸的中心支撑元件52、54分别在接合点56、58处连接在第一、第二中间横联元件36、38之间。在例示的车辆车架10中，接合点56与58彼此是相同的。因此，在此仅详细说明其中一个接合点56。在中间横联元件36的相对壁上设有一对开口60，中心支撑元件52的一端部通过焊接或其他适当方式固定在其中。每个中心支撑元件52、54由适当强度的金属材料制成，如适当的钢，并具有大体为管状的结构。每个元件52、54通过例如滚轧成形与缝焊、液压、挤压或其他适当方法成形。
一对纵向延伸的前部支撑元件62、64每一个连接在第一中间横联元件36与一个相应的下部隔板支撑结构34之间。每个支撑元件62、64由适当强度的金属材料制成，如适当钢号的钢，其通过冲压或其他适当方法成型以具有大体成C型截面的结构。每个前部支撑元件62、64的后部端部通过焊接或其他适当方式固定到中间横联元件36的一个前部衬面68上。每个前部支撑元件62，64的一个前部端部(图未示)通过焊接或其他适当的方式固定到下部隔板支撑结构34的中间部分上。
后部横联元件40在接合点72处固定在后部侧梁元件16的中间部分之间。后部横联元件40由适当强度的金属材料制成，如适当钢号的钢，并具有大体为管状的结构。横联元件40通过例如液压成形，滚轧成形与缝焊，挤压，或其他适当方法形成。具体地说，在每个后部侧梁元件16的大体相对位置处设有一对开口74，后部横联元件40的一端部通过焊接或其他适当方式固定在相应的开口中。
图2示出图1的车架的部分分解图以说明车架10的模组化结构。具体地，车架10包括前模组件76与后模组件78。前模组件76包括前部侧梁元件14对及连接于侧梁元件14之间、以彼此横向间隔、固定关系连接前部侧梁元件的连接结构32、34。每个前部侧梁元件14包括横向延伸的后部端部19，其构建及设置以形成与相应的中心侧梁接结构12的前部端部连接的接合点18，以便每个前部侧梁元件14的后部端部19大体横向延伸穿过相应的中心侧梁结构12的侧面20。
类似的，后模组件78包括横向间隔的后部侧梁元件16，及连接于侧梁元件16之间、以彼此横向间隔、固定关系连接后部侧梁元件16的横联元件40。每个后部侧梁元件16包括构建及设置以形成与相应的中心侧梁结构12的接合点22的横向延伸的后部端部23，以便每个后部侧梁元件16的后部端部23大体横向延伸穿过相应的中心侧梁结构12的侧面。
中心侧梁结构12之一放大地示出在图3中。例示的车架10的每一中心侧梁结构12设有一个冲压成型的金属板结构的侧梁元件84。侧梁元件84具有一个大体为C形的开放的横截面，其包括竖直延伸的侧壁部20及分别由侧壁部20的上边缘和下边缘向外延伸的一个上部壁88与一个下部壁90。上部折边92、下部折边94分别由上部壁88与下部壁90的外部边缘大体向上、向下竖直延伸。
由图3中可理解接合点18、22、42的构成。接合点18、22、42彼此具有大体相似的结构。每一个接合点18、22、42分别包括一个侧部的支撑元件96、98、100。在由侧梁元件84的竖直侧壁部20横向向外间隔设置的位置，每个支撑元件96、98、100连接在侧梁元件84的上部壁88与下部壁90之间。每一个接合点18、22、42处的侧部的支撑元件96、98、100分别具有相应的开口102、104、106，侧梁元件84的竖直延伸的侧壁部20分别具有三个对应的开口108、110、112。每一个前部接合点18通过将每一个前部侧梁元件14的横向延伸的后部端部19固定到相关的开口108、102中而形成。每一个接合点42通过将中间横联元件36固定到相关的开口104、110中而形成。每一个后部接合点22通过将每一个后部侧梁元件16的横向延伸的后部端部23固定到相关的开口106、112中而形成。每一个侧梁元件84及每一个侧部的支撑元件96、98、100以适当强度的金属材料构建，如，适当钢号的钢，并通过焊接或其他适当方式固定。在例示的车架10中，每一个侧部的支撑元件96、98、100可焊接到相应的折边92、94上。
每一个前部侧梁元件14包括一个纵向延伸的前部114、一个有角度的中间部116及一个横向延伸、基本平直的后部19。每一个后部侧梁元件16包括一个纵向延伸的后部120及一个横向延伸、基本平直的前部23。在车辆车架10前部每一侧，前模组件76的前部114大体定义一个发动机室区域122，部114、116大体定义一个位于车架前面两侧的轮室区域124。后模组件78大体定义一个后舱室区域126及一对后轮室区域128。车架10在中间侧梁结构12之间的部份大体定义一个车架10的乘客室区域130。
在例示车架10中，每个前部侧梁元件14为两段式管状液压成形结构。元件14包括一个第一前部液压成形元件131及一个第二前部液压成形元件133。元件131、133在接合点135彼此连接。连接点135可通过液压元件131、133的套叠接合部分形成并通过焊接固定在一起(尽管也可使用其它适当的连接方法)而形成。
图4所示为图2的车架10具有若干连接在其上的金属板结构。底盘板132固定于横向延伸的连接结构28上并固定于侧梁结构12上，且为车架10的乘客室区域130提供一个底盘结构。底盘板132可以是单片或多片冲压板结构，并通过适当方法固定到车架上，例如通过焊接。一个后板结构134固定于车架10的后舱室区域126中。后板结构134可以是冲压金属板结构，并通过焊接固定于后部侧梁元件16和横向延伸的横联结构28上，尽管也可使用其它适当的方法进行固定。后板结构134定义一个用于储存备用轮胎的中心凹室136。一个第二底盘板结构138(其可作为座位升降器支撑组装后的车辆的乘客室中的一个或多个座位)在乘客室区域130的后部车架10上。底盘板结构138可以是冲压金属板结构，并通过焊接或其它适当方法固定到车架10上。
图5所示为图4的车架10，具有固定于其上的前端组件140。例示的车架10的前端组件140为一个彼此通过焊接或其他适当方式彼此固定的冲压成型的金属板的组合。前端组件140一般在发动机室区域122及乘客室区域130之间设有一个防火隔板，且为各种车辆的其他结构(图未示)提供支撑，所述的车辆的其他结构例如：车辆仪表板、前挡风玻璃、车辆前悬架、各种车身镶板(body panel)及悬挂着的车身部件(例如前挡泥板及发动机罩)等。
前端组件140大体包括一对用于安装车辆前悬架的振动塔结构142，一个隔板支撑结构144，一个压力通风结构146，一个上部压力通风加强结构148及一个下部压力通风加强结构150。一对内部支撑臂152安装于前端组件140上并大体从其上向前延伸。支撑臂152提供用于组装后的车辆的各部分的支撑结构，例如，在车辆的前挡泥板(图未示)。一个支架连接架(cradle attachment bracket)154安装在前模组件76的下部，一个保险杠安装架156安装在每一个前部侧梁元件14的前部端部。
如图2所示，一个后悬架连接架158及一个后部弹性连接架160固定到后模组件78的每个后部侧梁元件16上。一个类似前安装156的后保险杠安装(未图示)可安装到每一个后部侧梁元件16的端部。
一对冲压成型的金属板结构的车身侧板结构162(仅示出其中一个，如图6，例如)可安装在组装后的车辆的车架10的相应侧。每一个车身侧板结构162可具有传统的结构，并可成形大体包括标示为164的较低的成形梁(rail-forming)结构及一个或多个柱结构166。每个车身侧板结构162安装在组装后的车辆的车架10的相应侧，以便(a)其上的结构164固定于相应的侧梁元件84(例如，如图7截面所示)上；以便(b)其上的若干柱结构166中的每一个从相关的侧梁组件22、24向上延伸。车身板结构162总的定义一个后部的挡泥板部170、一个燃料箱检修孔172、一个顶部梁部174、一个B柱部176、一对门开口178、180、一个前挡泥板结构182及一个车门槛板成形(或梁成形)结构164。车门槛板结构164包括若干具有大体成C形截面的部分。该结构可由图7中理解。侧梁元件84及固定在其上的梁成形结构164共同形成一个在车架10的相应侧具有一个封闭的横断面的车门槛板。更具体的是，每一个车身侧板结构162的梁形成结构包括一个C形部及一对大体从其竖直延伸的上、下折边186、188。在组装后的车辆中，折边186、188可通过焊接或其他适当方式分别固定到相关的侧梁元件84的折边92、94上。
另一个例示的车架200如图8所示，车架200与图1中的车架10相同，除了车架200的中心侧梁结构12提供一对彼此镜像构建的管状液压成形的中心侧梁元件202。因为管状液压成形的中心侧梁元件202是镜像构建的，为了方便其以相同的标号指示。车架200与车架10相同的部分以相同的标号指示，不做进一步描述。
每一个元件202具有单片式结构，且具有一个大体成矩形的截面。每个元件202的若干壁部被切割(通过激光切割或者其他适当的方法)并移除，从而在每个元件202上形成若干开口。具体地，在每个中心侧梁元件202的每一端部上的上、下壁部移除分别在每个中心侧梁元件202的每一端部处形成槽204、206。从每个元件202移除一个上壁部以在每个元件202中形成一中心开口208。在每一元件202的竖直侧壁对中形成若干对开口以形成接合点210、212、214、216。接合点210、212、214和216彼此间具有类似结构，因此仅仅详细说明接合点216。接合点216通过在每一个中心侧梁元件202的竖直壁中切割开口218，并使开口218的尺寸接收每个后部侧梁元件16的后部端部23而形成。后部端部23插入相应的开口218对中并通过焊接或其他适当方式固定于开口218内。
图9所示为车架200，其具有一个安装在其上的上部车架组件220。上部车架组件220包括安装在相应的中心侧梁元件202上的一对A柱222、一对B柱224、一对C柱226及一对最后部的(rearward-most)D柱228。每一个最后部的柱228安装在相应的后部侧梁元件16上。例示的车架200的上部车架组件220包括一对管状液压成形上部纵向元件230(彼此成镜像构建)，每一个具有一个成形柱部232及一个成形梁部234。
每一个上部纵向元件230的成形柱部包括一个管状液压成形的A柱元件236，其在车架200的相应侧上的中心侧梁元件202的接合点处固定于槽204内。每一个A柱元件236由相应的中心侧梁元件202向上延伸，在车架200的相应侧形成一个A柱222。每一个上部纵向元件230的成形梁部234包括一对液压成形梁元件238、240。每一个上部纵向元件230的成形梁部234由其上的成形柱部232向后延伸，在车架200的相应侧定义一个顶部支撑梁。
每一个柱元件236包括一对液压成形铰链安装结构242，用于安装车辆门(未图示)的铰链。元件236、238、240在接合点244、246处彼此固定。接合点244、246由套叠地相互接合相应的液压成形元件并通过焊接或其他适当的方式固定在一起而形成。
该对B柱224通过一对管状液压成形的B柱元件248(彼此成镜像构建)设置。每一个B柱元件248的下部在接合点250处固定于相应的中心侧梁元件202的中间部，并由其向上延伸。每一个B柱元件248的上部在接合点252固定于相关的上部纵向元件230的成形梁部234。每个柱元件248可通过以面到面的关系将一个元件焊接到另一个元件，在接合点252固定于相关的上部纵向元件230。接合点250通过固定(通过焊接或其他适当的方式)柱元件248的下端部于中心侧梁元件202的开口208中而形成。一个门密封接口结构254安装在接合点252附近，用于在组装后的车辆中接收门密封口，如Gabbianelli等申请人于2000年11月30日提交的第09/725457号美国专利申请所启示的，该申请的所有资料在此整体地接合于本申请中。
C柱通过一对管状液压成形的C柱元件256设置。每一个C柱元件256的下部在接合点258处(其与接合点237构成上相似)固定于相应的中心侧梁元件202的后部，并由其向上延伸。每一个C柱元件256的上部向后延伸并固定于相关的最后部的柱结构228的中间部。一个后部四分之一的板结构260固定(通过焊接或其他适当的方式)于在车架200每侧上的C柱元件256、D柱结构228及成形梁部234上。板结构260的边缘部设有一个门密封接口表面261。
例示的车架200的最后部的柱228通过一对管状液压成形的D柱元件262(彼此成镜像构建的)设置。每一个D柱元件262的下部在接合点264处固定于相应的后部侧梁元件16的后部，并由其向上延伸。每一个D柱元件262的上部在接合点266固定于相关的上部纵向元件230的成形梁部234的自由端。接合点264在构成上与接合点250相似，接合点266在构成上与接合点252相似。
在例示的车架200中，B柱元件248与D柱元件262每一个由一个相应的管状液压成形的U形元件268、270设置，该U形元件268、270具有一个中央部272、274及一对腿部276、278(每一对的腿部彼此成镜像构建)，由在腿部的上端部处的连接点280、282延伸。腿部276、278安装在相应的中央部272、274上，以便连接点280、282定位于中央部272、274的相应端部处。每一个腿部276的自由端固定于相应的中心侧梁元件202上。相似的，每一个腿部278的自由端固定于相应的后部侧梁元件16上，并由其向上延伸以形成一对最后部的柱结构。每一上部纵向元件230的中间部通过第一U形元件268的连接点280固定。每一个上部纵向元件230的成形梁部234的自由端固定于第二U形元件270的相应的连接点282。
每一个U形组件268、270可选择地为单片式结构(未图示)或多片式结构(如图所示)。当使用多片式结构时，每一个U形元件268、270的腿部及中央部可以是单独的管状液压成形片，其在液压成形后彼此组合。
上部车架组件220的液压成形的元件可在安装在车架200上之前，预组装一个管状液压成形的侧部装配模组件290中(如图10)。侧部装配模组件292的另一个例子如图11所示。侧部装配模组件292，除其包括一个固定于A、B与C柱元件236、248、262的底部的车门槛板外部结构294外，与侧部组件模组件290相同，该车门槛板外部结构294可以为冲压成形的金属板结构。车门槛板外部结构292包括梁成形结构295及若干总体以296指示的凹室，该凹室成形用于接收相应的柱元件236、248、262的下端部。车门槛板外部结构294的梁成形结构295具有一个大体成C形、向内开放的横断面。
每一个侧部装配模组件290、292的结构和元件提供车辆制造商在车辆车架结构和车辆车架组装方法以多种选择。侧部装配模组件290可组装到车架200上(例如图8所示)。
侧部装配模组件292可组装到车架200上，一个冲压成形的C形车门槛板与侧梁元件84相似，除了制造于其上用于侧部装配模组件292的开口。该结构可由图12的截面中了解。图12示出了穿过侧部装配模组件292的B柱及以固定于其上的冲压成形的金属板车门槛板的截面。元件297包括一个成槽299形式的顶部开口，以接收一个管状液压成形的B柱301。本例中，如图12所示，车门槛板外部结构294及侧部装配模组件292的B柱301组装到元件297上。折边302(一个车门槛板外部结构307的)、304(元件297的)通过焊接或其他适当的方式连接，柱301通过焊接或其他适当的方式固定于壁306(一个车门槛板外部结构307的)、308(元件297的)之间。
可选择地，一个侧部装配模组件可如图13中的部分截面所示构建，并组装到一个具有一液压成形的中心梁元件310的车架上，该中心梁元件310上没有做接收柱的开口。图13示出了穿过侧部装配模组件312的B柱311(如图所示，其可具有管状液压成形的结构)及固定于其上的车辆车架(图未示)的梁元件310。本例中，模组件312的一个车门槛板外部结构316与模组件312的柱311的下部安装到梁元件310的侧面318上。结构310、311、316可通过焊接或其他适当方式彼此固定。
可以理解，如图6，尽管已经说明用于四门车辆的车架与板体，但是，使用在此说明的概念构建用于任意数量门如两门车辆的模组化车架，仍在本发明的范围内。
                       液压成形方法
因为在液压成形操作中，形成每一个液压成形的元件的多个结构性特征，其产生相同，将考虑一种液压成形每一例示的车架10、200的管状液压成形的元件的例示方法。可从图14中了解用于形成一个中心侧梁元件202的液压成形操作。
管状液压成形是一种金属成形方法，该方法中流体用于将一个管状金属坯料向外膨胀成与一个模具腔的表面符合，以形成一个单独的液压成形的元件。管状坯料可在液压成形过程中成形为具有一个沿其长度连续变化的横断面。管状液压成形使制造商在减少部件质量与成本的同时，增加部件硬度、尺寸精确度、疲劳寿命及耐冲击性超过非液压成形部件(例如冲压成形部件)。某种程度上，由于发生在液压成形过程中的坯料壁的塑性变形，液压成形部件相对其质量来说具有高强度(例如，与冲压成形的金属板元件相比较)。更具体地，液压成形过程中，坯料中的流体压力引起的坯料管状金属壁的向外膨胀产生加工硬化(work-hardening)作用，其均匀的硬化产生的液压成形的元件的金属材料。液压成形产生的浪费的金属材料比冲压成形的少。因为液压成形相关的模具制造成本通常比与其他构建方法相关的模具制造成本低，对于车辆制造商，进行液压成形的部件生产相对经济。
所揭露的液压成形的元件通过将液压成形的部件结合至车辆车架可减少用于车架构建中的冲压成形的部件的数量，这降低了生产成本并提高了车架质量。
每一个液压成形元件可由适当地成形的管状坯料形成。一个例示的用于形成中心侧梁元件202的坯料350如图14所示。坯料350由适当的金属材料构成并具有一个封闭的横断面及开放的管状端部。例示的坯料350由适当钢号的材料构成，例如钢。每个坯料350可通过任意适当的方法形成。例如，一个连续的金属带材可通过滚轧成形为一个管子，然后再进行缝焊以具有封闭的横断面。可选择地，金属管形材料的连续长度可通过挤压形成。连续的管状结构可再切割为所需要的长度以形成坯料350
坯料350在放置在液压成形模具中之前，可弯折形成一个有角度的形状。坯料350包括一个前部352及一个后部354。坯料350可在放置在模具中之前在一个数控(CNC)弯折机上进行弯折，或可选择地，通过拉伸弯曲(stretch bending)进行弯折以获得有角度的形状。如果在坯料中形成一个相对“尖锐”的角(即，以大于30度的角)，每个角可按照名称为“METHOD AND APPARATUS FOR WRINKLE-FREEHYDROFORMING OF ANGLED TUBULAR PARTS”的美国专利第5,953,945号的启示形成，其在此通过完整地参考结合。’945专利参考的启示可用于避免在弯折的操作中形成皱纹，尤其在液压成形的部件中的每个弯曲的曲面部上。在放置到模具中之前，可在坯料的外部使用适当的润滑油。
在弯折后，管状坯料350可置于模具360的半模356、358之间，且模具360通过将两个半模356、358合在一起而封闭。坯料350优选地浸在液槽中，以便其由液压成形流体等(图14中未示)充填。一个液压成形活塞(ram)组件与管状坯料350的每端接合，以便每个组件362、364的活塞元件366、368密封管状坯料350的相应端部。活塞元件366、368包括可加强液压成形流体的液压增强器，因而增加在坯料350中的液压，以不规则的向外膨胀(或变形)管状坯料350的管状金属壁370，与模型腔(例如’945专利参考中所揭露的)的腔室表面372符合，从而形成一个具有固定为预定的不规则结构的外表面的中心侧梁元件202。
坯料350在液压成形过程中向外膨胀之前，可具有例如整个长度上基本相等的直径、基本圆形的截面。在液压成形后，液压成形的元件具有由模型腔的形状决定的截面。因此，每个用于形成中心侧梁元件202的模型腔的形状对应中心侧梁元件202的外部表面的形状。没有脱离本发明的原则可实现改变中心侧梁元件202的截面的构成。
液压成形过程可通过计算机进行控制。对液压成形流体的流量进行控制以控制坯料350的金属材料在液压成形过程中的膨胀(在径向方向)方式。也可控制活塞元件366、368使其在液压成形中在坯料350的相对端上轴向向内推动，以使向外膨胀过程中坯料内的金属流动(在轴向方向)。
液压及轴向压力可彼此独立的作用与控制。在液压成形过程中，坯料350的相对端可轴向向内推动以保持形成的液压成形元件的壁厚在初始的管状坯料350的预定的壁厚范围内。活塞元件366、368可操作，例如，保持管状坯料350的向外膨胀的壁部的壁厚，以便产生的液压成形的元件的壁厚在坯料350的初始壁厚的大约+/-10％(即，补偿在管的直径的向外膨胀过程中的壁的稀薄化)。
如果中心侧梁元件202中形成孔，这些孔可在液压成形操作过程中元件202在模具360中时形成，或在液压成形的元件202自模具中移除后，虽其他元件202的所需的进一步过程一同形成。孔或许在如美国专利第5,460,026号专利揭示的液压成形操作中带液压成形过程中形成，该专利在此通过其整体上地参考与本申请结合。可选择地，在液压成形操作完成后且液压成形的元件由模具移除后，可在元件202上切割(例如使用激光)各种尺寸或形状的孔(如孔208)或槽(如槽206)。
关于车架10、200及其元件的实施方式的变化在本发明的范围内。例如，车架可构建为，其中地上部纵向元件包括一个成形柱部即一个一体的成形梁部(即，这样么个上部纵向元件具有一片管状液压成形的结构)。可以理解，例如，在整个一个柱和顶梁由一个单独的液压成形的元件提供时，由一个单独的一体坯料，或可选择地，有一个由两个不同直径的、端对端焊接在一起形成再经弯折(可选择地)及液压成形的管状金属结构构成的坯料，形成上部纵向元件。为了由两个不同直径的管状结构构建坯料，坯料的小(或大)直径的一端可膨胀(或减少)到与大(或小)直径坯料具有相等的直径。小(或大)直径管状结构的已膨胀(或已减少)端在抵触焊接到大(或小)直径管状结构一端，以形成一个两片式坯料，其再进行弯折(可选择地)及液压成形，形成一个单片式的上部纵向元件。
例示的车架200的每一个U形液压成形部为三片式结构(尽管可使用一片式结构制造每一个U形元件)。具体地，尽管可使用任意适当数量的的元件，该每个U形组件268、270分别包括三个元件(一对管状液压成形的腿元件248、262及一个管状液压成形的横联元件272、274)。第一U形组件268的腿元件248可以彼此间是相同的(这样它们可用相同的液压成形模具形成)或其彼此间成镜像构建。类似地，第二U形组件270的腿元件262可以彼此间是相同的或彼此间成镜像构建。每一个横联元件在其每端部可伸缩地与相关的腿元件248、262的一个元件互相连接，并在接合点390、392分别通过焊接固定。应当指出，在此所述的各种车架的每个液压成形的元件可作为一个单独的、单元式液压成形的元件形成，或作为一个具有彼此间通过焊接或其他适当卡合结构连接的多个元件的多片式液压成形的元件形成。
U形组件268、270的三片式结构使车架200的液压成形的部分容易并经济地构建，并提供具有宽范围的宽度的车架。更具体地，车架可以通过将横联元件272、274(每个结构包括横向延伸的连接结构28)做的相对较长而做的相对较宽，且车架可以通过将横联元件272、274做的相对较短(每个结构包括相对较短的横向延伸的连接结构28)而作的详对较窄。可以理解，每个组件268、270的横联元件272、274构成相应的U形组件的弯曲部。每个横联元件基本上是平直的且略成弓形。横联元件272、274的长度分别定义B柱与D柱之间的横断距离，并因此决定车架的宽度。横向延伸的连接结构28构建为具有所需的长度以跨过侧梁组件之间的距离。
可以理解，在具体实施方式的说明中，作为参考的以“焊接”将元件连接在一起仅仅为连接元件的一种可能方式，可使用其它的固定机构或固定件代替焊接或与焊接一同使用。而且，可以理解，在此讨论的非液压成形的元件可通过包括冲压成形机其它方法的任何非液压成形的方法形成。因为冲压成形在具体实施方式中是一种制造非液压成形的元件的优选方法，所以采用参考的“冲压成形”及“冲压成形的”金属板结构。但是，本实施方式中也可使用其它类型的非液压成形方法。
应当指出，尽管将车架10、200的不同部分作为“模组件”，该特征旨在更广泛的构建而并不旨在限定车架构建的方式。可组装每一个车架10、200的前模组件76与后模组件78，再组装每一个车架10、200一包括已组装的模组件76、78。但是，可以考虑以多种方式构建每一个车架10、200，并因此可以理解，由本申请所示及说明的内容推断的不同液压成形的元件及/或金属板结构或其他结构元件连接在一起以形成每个车架的次序没有限制。
因而，可以理解，例如，尽管在图2中车架10以与车架10其它结构分解的关系示出了组装在其上的前、后模组件76、78，其简单地示出了在模组件连接到其他车架组件而形成车架10之前，完全可以分离地组装每一个模组件76、78。
可以理解，模组化方式允许特定的模组件用于宽范围地车架的构建。例如，车架地前模组件一般定义车辆的发动机室。可构建几个不同的前模组件，与一个特定的后模组件一同使用以构建具有不同结构及/或不同长度的车架。例如，可构建前模组件的范围以容置宽范围的车辆前车身结构、车辆长度及发动机尺寸。类似地，可将后模组件配置为提供一个车架长度(从而不同车辆长度)、各种车辆车身式样及外观范围及一个储存室范围。因此，可以理解，示出的在此说明的车辆车架的模组化构建在车辆构建中为制造商提供灵活性。
也可理解，示出的在此说明的车辆车架是仅仅旨在说明本发明各种实施方式的例子，并不旨在限制本发明的范围。也可考虑其它的实施方式。
在发明结合有限数量的实施方式进行揭露和描述同时，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对其进行变化和修改。因此，所附的权利要求旨在覆盖按照所指出的原则与优点进行的所有修改、变化及等同物。

Claims (20)

1.一种用于机动车辆的车架，其包括：
一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构，每一个中心侧梁结构具有一个顶面及一个侧面；
一对管状液压成形的第一侧梁元件，每个所述第一侧梁元件在一个第一接合点处与相应的所述中心侧梁结构之一的一个第一端部连接，以便每个所述第一侧梁元件的一个第二部分大体横向延伸穿过相应的所述中心侧梁结构的侧面；及
一对第二侧梁结构，每个所述的第二侧梁结构在一个第二接合点处与相应的所述中心侧梁结构之一的一个第二端部连接，
每个所述中心侧梁结构、所述第一侧梁元件及所述第二侧梁结构的其中一个构成一对横向间隔的侧梁组件的其中一个，及
一个连接于所述侧梁组件之间的横向延伸的连接结构，其构建并设置使所述侧梁组件保持彼此横向间隔的关系。
2.一种如权利要求1所述的车架，其特征在于：所述的一对第二侧梁结构包括一对管状液压成形的第二侧梁元件，所述第二侧梁元件中每一个在一个第二接合点处与相应的所述中心侧梁结构之一的一个第二端部连接，以便每个所述第二侧梁元件的一个第一部分大体横向延伸穿过相应的所述中心侧梁结构的侧面。
3.一种如权利要求1所述的车架，其特征在于：所述管状液压成形的第一侧梁元件中的每一个是一个整体单片式元件。
4.一种如权利要求2所述的车架，其特征在于：所述管状液压成形的第一及第二侧梁元件中的每一个的至少一部分在所述的一对中心侧梁结构之间延伸，并大体平行于所述的一对中心侧梁结构。
5.一种如权利要求1所述的车架，其特征在于：每个中心侧梁结构由一个冲压成形的金属板结构的侧梁单元组成，所述侧梁单元具有一开放的横断面，其包括一个竖直延伸的侧壁部及分别由所述侧壁部的上、下边缘向外延伸的上壁部与下壁部，其中，所述上壁部形成每个相应的中心侧梁结构的顶面。
6.一种如权利要求5述的车架，进一步包括一对侧部支撑元件，在一个从所述竖直壁部横向向外间隔的位置处，每个侧部支撑元件连接于相应的侧梁单元的上壁部与下壁部之间，每个侧部支撑元件及竖直延伸的壁部具有一个开口，且每个第一接合点通过将所述每个第一侧梁元件的横向延伸的第二部分固定于设于相应的竖直延伸壁部与侧部支撑元件上的一对开口中而形成。
7.一种如权利要求5述的车架，进一步包括：
一对冲压成形的金属板结构的车身侧板结构，每个车身侧板结构包括一个固定于相应中心侧梁结构上的下部成形梁结构，以便为每个相应的中心侧梁结构提供一个封闭的横断面。
8.一种如权利要求7述的车架，其特征在于：每个侧梁单元具有一个大体成C形的截面，且当固定在一起时，每个相应的中心侧梁结构共同形成大体的管状结构。
9.一种如权利要求5所述的车架，其特征在于：每个中心侧梁结构的所述上壁部包括若干开口以接收柱结构。
10一种如权利要求1所述的车架，其特征在于：每个中心侧梁结构为一个管状液压成形的元件。
11.一种如权利要求1所述的车架，其特征在于：所述的一对第二侧梁结构包括一对管状液压成形的后部侧梁元件。
12.一种用于机动车车架的模组件，所述车架包括一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构，所述模组件包括：
一对管状液压成形的侧梁元件，所述的一对侧梁元件中每一个具有一个第一部分和一个第二部分；及
一个横向延伸的、连接于所述的一对侧梁元件之间的连接结构，使所述的一对侧梁元件保持彼此横向间隔、固定的关系；
所述的一对侧梁元件的第一部分中的每一个纵向延伸，所述的一对侧梁元件的第二部分中的每一个相对于相应的第一部分横向延伸，所述的一对侧梁元件的第二部分中的每一个具有一个端部，所述端部构建并设置与相应的中心侧梁结构部分形成一个接合点，以使所述的一对侧梁元件中每一个的所述端部大体横向延伸穿过相应的中间侧梁结构的侧面，从而使所述横向延伸的端部反向横向延伸。
13.如权利要求12所述的模组件，其特征在于：每个管状液压成形的侧梁元件是一个整体单片式元件。
14.如权利要求12所述的模组件，其特征在于：所述横向延伸的连接结构包括一个整体单片式管状液压成形的元件。
15.如权利要求12所述的模组件，其特征在于：所述横向延伸的端部中的每一个向外延伸，远离所述连接结构延伸。
16.如权利要求12所述的模组件，其特征在于：所述的一对侧梁元件中的每一个的第二部分是一个后部部分。
17.如权利要求12所述的模组件，其特征在于：所述的一对侧梁元件中的每一个的第一部分基本平行。
18.如权利要求1所述的模组件，其特征在于：所述的一对管状液压成形的第一侧梁元件中的每一个通过固定在一个预设的外部表面结构的一个向外变形的管状金属壁限定。
19.一种形成车架组件的方法，其包括：
提供一对横向间隔、纵向延伸的中心侧梁结构，所述中心侧梁结构每一个具有一个顶面及一个侧面；
形成一对管状液压成形的第一侧梁元件，其形成方法包括，
提供一个具有管状金属壁的管状金属坯料，
将所述管状金属坯料放置到一个模具的模型腔中，所述模型腔具有模面，及
提供一高压流体到所述坯料的内部，所述坯料的金属壁向外膨胀成与所述模型腔的模面符合，形成一个纵向延伸的第一部分和一横向延伸的第二部分；
将一横向延伸的连接结构与所述纵向延伸的第一部分连接在一起，所述连接结构构建并设置使所述纵向延伸的第一部分保持横向间隔关系；及
将每个横向延伸的第二部分安装到相应的中央侧梁元件，使所述横向延伸的第二部分大体横向延伸穿过相应的中心侧梁结构的侧面。
20.如权利要求19所述的模组，进一步包括：
形成一对管状液压成形的第二侧梁元件，其形成方法包括，
提供一个具有管状金属壁的管状金属坯料，
将所述管状金属坯料放置到一个模具的模型腔中，所述模型腔具有模面，及
提供一高压流体到所述坯料的内部，所述坯料的金属壁向外膨胀成与所述模型腔的模面符合，形成一个纵向延伸的第一部分和一横向延伸的第二部分；
将一横向延伸的连接结构和所述纵向延伸的第二部分连接在一起，所述连接结构构建并设置使所述纵向延伸的第二部分保持横向间隔关系；及
将所述的一对第二侧梁元件的每个横向延伸的第二部分安装到相应的中央侧梁元件，使所述横向延伸的第二部分大体横向延伸穿过相应的中心侧梁结构的侧面。
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