CN1820115A

CN1820115A - 一种汽车车门三维铰链系统

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Publication number: CN1820115A
Application number: CN200480003471.2A
Authority: CN
Inventors: 冯志德; 冯淑贞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: CN1820115B; CA2423826A1

Abstract

本发明涉及汽车车门与车体连接机构领域，提供了一种机构简单稳定，打开车门时占用空间小，适用各种类型汽车的汽车车门三维铰链系统。本发明包括车身本体和车门，车门铰接于车身本体的车门框上，本发明还包括：主连杆，主连杆包括一个第一端部和一个第二端部，所述主连杆的第一端部与车门框连接，第二端部与车门内侧连接；副连杆，副连杆包括一个第一端部和一个第二端部，所述副连杆的第一端部与车身本体连接，第二端部与车门连接。

Description

一种汽车车门三维铰链系统技术领域

本发明涉及汽车车门与车体连接机构领域，更具体的说是一种汽车车门三维铰链系统。技术背景

汽车工业界一直以来都在尽力解决开启和关闭汽车车门过程中带给用户的不便。现有技术绝大部分釆用单轴铰链系统或连杆很短的四连杆机构，在汽车工业界前者称为内让车门铰链，车门被打开后有一部分前边缘或后边缘进入车身轮廓以内；后者多数为外让车门铰链，车门被打开后没有任何部分进入车身轮廓以内。使用以上车门铰链的汽车停泊在旁边已停有其他汽车的停车场以后，而需打开车门时，常会发生本汽车车门与其他汽车相碰撞的事故。另外，当打开车门后，这些车门由汽车车身本体横向伸出也导致乘员出入汽车的不便。

现有技术中采用单轴铰链的美国专利包括美国 Joalto Design 公司 Townsend 等人的 US6247744, 和美国 Nania Adrian的 US2003097731。安装这些机构的车门开启和关闭时所作的运动只是单纯的转动。现有技术中釆用连杆很短的四连杆机构的包括美国 General Motors 公司 Siladke等人的 US5491875, 日本丰田汽车公司 Shiraishi Dai ichi等人的 US4700984, 美国 Daimler Chrysler 公司 Presley Willian T 的 US6647592₀ 安装这些机构的车门开启和关闭时所作的运动以转动为主，同时也作很少量的平移。该少量平移的目的主要是使车门被打开后没有任何部分进入车身轮廓以内。以上两种机构在车门打开时，车门基本上是绕转轴横向打开，占用很大空间。

另一个日本公司 Fuji Heavy Industry 的 Hara 等人提出的 US2003093878 (JP20010355519) 使用了转动连杆较长的四连杆机构，其连杆的机构特点包括： a) .两转动连杆（在 US2003093878中的零件序号为 (3)和 (4))的长度必定不等； b) .两转动连杆 (3 ) 和（4)只能置于车身本体（1 )的内部侧面和车门（2)之间； c) .两转动连杆中的主连杆（3) 必须带有一个避撞部分（10A， 10B) 以使车门在全开时避免主连杆（3) 与车身本体（1 ) 的碰撞。安装这些机构的车门开启和关闭时所作的运动依然以转动为主，同时也作一定的平移。当车门全开时车门依然有很大的横向伸出，而且机构复杂，从而影响了整体的机构稳定性，安装也较为困难。

现在许多面包车的后车门釆用车门滑动机构将车门沿设于车身本体的三条固定导轨滑动，开车门时车门紧贴车身本体；釆用这一技术的美国'专利包括德国 Grossbach 等人的

1 替换页（细则第 ² δ条） US3605338,日本日产汽车公司 Tanizaki等人的 US4152872,和德国 Porsche Aktiengesellschaft 公司 Kleemann的 US6550848。车门滑动机构的主要缺点是车身本体上需有足够的空间安装三条固定导轨，三条导轨特别是置于车身外侧的导轨及填于其中的润滑剂影响了汽车的美观，车门在运动和关闭时有较大的振动与噪声问题，另外，其制造成本较高。这一技术未见应用于轿车等小型车辆，也未见应用于任何汽车的前车门。

某些大客车的乘客侧的车门也采用两个较长且基本相等的转动连杆的四连杆机构， -该机构使车门的运动基本上以平移为主，车门在完全打开后被置于车门洞的旁边，紧贴汽车车身本体。但由于两转动连杆的四根转轴全部均采用垂直汽车车身地板的布置，为保持该四连杆机构在刚被打开时的稳定性，两转动连杆中的副连杆的固定转轴需要进入车身本体侧面较大的距离，因而，应用这一技术的大客车全部都将副连杆的固定转轴置于汽车车身地板的下侧，同时，两转动连杆中的主连杆也占用了较大的车身有效空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种机构简单稳定，打开车门时占用空间小，适用各种类型汽车（特别是小型汽车）的汽车车门三维铰链系统。本系统同时也可以用于一般门与门框结构的连接或容器与盖子的连接上。

首先论述本发明的原理性：

本发明主要采用机械中的三维四连杆机构的结构原理来实现发明目的的， ' 图 ΊΌ-1所示，所讨论的四连杆机构由固定连杆 1 (代表车身本体 1)，相对杆 2 (代表车门 2)，主连杆 3和副连杆 4组成，固定连杆 1与主连杆 3由第一轴 311连接；主连杆 3与相对杆 2由第二轴 321连接；固定连杆 1与副连杆 4由第三轴 411连接；副连杆 4与相对杆 2由第四轴 421 连接。我们并假设以上四轴相互平行。

在一般情况下，相对杆（车门 2) 相对固定连杆（车身本体）产生位移时，既有平移，也有转动。而本发明对汽车的应用是希望以平移为主，允许少量的转动。

以上四个连杆的相互位置有如下几种情况：

a.如图 10-1所示当第三轴 411与第一轴 311的延长线重合，同时，由第一轴轴心线和第三轴轴心线中点所定义的固定连杆主平面与第二轴轴心线中点距离 La也很短. 这时本机构的运动等于由相对杆 2、主连杆 3和副连杆 4组成的立体三角形绕第一轴 311 (第三轴 411 ) 的转动，也就是说相对杆 2 (代表车门 2)也是绕第一轴 311 (第三轴 411)转动，因而失去了四连杆机构的意义，这不符合本发明在汽车上的应用以平移为主的出发点。这一情况的沿第一轴 311轴心线方向观看的平面图如图 10-2所示。 b.如图 11- 1所示，在以上四轴保持平行的基础上，四轴的轴心线中点的三维空间位置不变，四轴的轴心线上端向后 /向下（即沿 X坐标值增大 /Z坐标减少 /Y坐标不变）的方向作正向倾斜一个角度 α，第一轴 311的延长线和第三轴 411轴心线中点之间的距离由零变成 , 则本机构成为完整意义上的四连杆机构（即四个连杆的长度均不为零)。如保持其它不变， α在一定范围内（-45度至 45度）绝对值越大，则 1^就越大，本机构就越稳定。使第一轴 311和第三轴 411产生这一倾角既可使由无到有，也可使由小到大，因而都可使本机构更稳定。这一情况的沿第一轴 311轴心线方向的二维视图如图 11-2。如四轴的轴心线中点不动，而上端向前 /向下作负向倾斜，也可产生相同的效果。一般来说，比较推荐的是前车门安装在 A柱后时上述轴心线上端向后 /向下作正向倾斜，后车门安装在 C柱前时上述轴心线上端向前 /向下作负向倾斜，相反的话，车门被打开后容易发生车门与地面或路肩的干涉。

c如图 12-1所示，在上述第 b种情况的状态下四轴的轴心线中点三维坐标不变，而再令上端再向内 /向下，即向 X坐标不变 /Z坐标值减少 /Y坐标或增加（对左车门）或减少（对右车门）的方向倾斜一个角度 γ。这一情况的沿第一轴 311轴心线方向的二维视图如图 12 - 2，在第一轴 311的延长线和第三轴 411轴心线中点之间的距离为的基础上，由第一轴 311轴心线与第三轴 11轴心线中点定义的固定连杆主平面与第二轴 321轴心线中点的垂直距离再由接近零的距离变成较大的 L₂，以下分析结构如此设置的原因。

由情况 a'到情况 b , 即仅令第一轴 311轴心线上端倾斜角度 otr使本机构成为完整意义一 ' 上的四连杆机构，但因为各连杆并非刚体，各轴与各连杆的连接也有间隙，这样，当机构处于某些位置，如车门 2刚刚被打开时，由第一轴轴心线和第二轴轴心线中点定义的主连杆主平面与由第一轴轴心线和第三轴轴心线中点定义的固定连杆主平面接近重合，该机构的稳定性依然可能有较大问题。

为分析这时机构的稳定性，首先假设除副连杆外，其余各连杆和各轴是理想刚体，全部零件之间也没有间隙，则除固定连杆 1已固定外，再固定其它一个零件的一个自由度，就可以使本机构成为动力学意义上的静止结构。如被固定的另外一个零件是主连杆 3，则由主连杆 3和固定连杆 1所组成的亚系统可由假想刚体第五连杆 5等效代替就可以使本机构成为动力学意义上的静止结构。这时，上述系统成为由第五连杆 5 (完全固定的刚体）相对杆 2 (— 端固定的刚体）和副连杆 (一端固定的非刚体）组成的三角形结构，第四轴 421虽然在动力学意义上静止不动，但从材料力学意义上看会产生由副连杆 4的弹性变形引起的微小位移，相应地相对杆 2产生绕第二轴 321的微小的转动，副连杆 4产生长度改变和绕第三轴 411的微小的转动。下面来进一步分析由第五连杆 5、相对杆 2和副连杆 4组成的三角形结构的情况。以下是由第二轴 321轴心线和第四轴 421轴心线中点所定义的相对杆主平面和由第三轴 411轴心线和第四轴 421轴心线中点所定义副连杆主平面组成的夹角 β由接近于零的 β i (第 cl种情况) 增加到比较大的 β ₂(第 c2种情况)时的不同情况分析。

第 cl种情况：其沿第四轴轴心线方向观看的分析图参看图 12-3, 相对杆主平面与副连杆主平面仅有一微少角度 β ₁₍₁ '

副连杆 4在没有受力时绕第三轴 11轴心 0„转动的活动端的轨迹是 nu- ，相对杆 2绕第二轴 321轴心 ο_ρ1转动的活动端的轨迹 _Pl- _Pl，因第四轴 421轴心将以上两活动端连接在一起，故第四轴 421轴心必须同时在^-！^和 _Pl上，在一般情形下（相对杆主平面和副连杆主平面不重合时）它们有两个交点，这里仅选靠下面的一个交点 ρ_π1。

当副连杆 4受到一沿其纵向的载荷 -Ν使其长度受弹性压缩缩短 Δ后，副连杆 4活动端的轨迹变成 - _ηι，第四轴 421轴心必须同时在 - 和 ₁- _Pl上.这一点最有可能是 _Ρη1，这点到点 ρ_π1的距离等于 r_u，它的量值等于第四轴 421轴心在副连杆受到一沿其纵向载荷 -N后的位移，这一量值比较大，这是因为角度很小引起轨迹 ¾- 1¾与轨迹 _Pl-_Pl比较相近的缘故。

第四轴 421轴心位于同时在 - n^B _Pl-_Pl上的另一点是 p_nl，，第四轴 421要越过死点 d 才能到达这一点，这点到点 p_nl的距离等于 r₁₂，它的量值比 r_u大但比较相近，因而第四轴 421 '越过死点（T到达这一点的可能也比较大， '这也是因为 β 角度很小引起轨迹 ffi- 与轨迹 Ρ~ϊ 比较相近的缘故。当角度为零，即此结构在初始时处于死点位置，则第四轴 421轴心在副连杆受到一沿其纵向载荷 - Ν后到达 ρ_η1或 _Ρη1，位置的机会相等。

第 c2种情况：参看图 12-4，相对杆主平面与副连杆主平面的夹角增加至较大角度 β ₂。副连杆 4在没有受力时绕第三轴 411轴心 0„转动的活动端的轨迹是 m₂-m₂,相对杆绕第二轴 321轴心 . o_p2转动的活动端的轨迹是 p₂- p₂，因第四轴 421轴心将以上两活动端连接在一起，故第四轴 421轴心必须同时在 m₂- m₂和 p₂-p₂上，由于一般情形下（相对杆主平面和副连杆主平面不重合时）有两个交点，这里仅选靠下面的一个交点。

当副连杆 4受到一沿其纵向的载荷- N使其长度受弹性压缩缩短 Δ后，副连杆 4活动端的轨迹变成 ¾-¾, 第四轴 421轴心必须同时在 - · 和 p₂- p₂上.这一点最有可能是 p_n2, 这点到点 ρ_π2的距离等于 r₂₁，它的量值等于第四轴 421轴心在副连杆受到一沿其纵向载荷 -N后的位移，这一量值比较小，这是因为 β ₂角度较大引起轨迹 m₂- m₂与轨迹 p₂- p₂相差较远的缘故。

第四轴 421轴心位于同时在 n₂-n₂和 p₂- p₂上的另一点是 _Pn2，，第四轴 421要越过死点 d 才能到达这一点，这点到点的距离等于 r₂₂,它的量值比上述 r₂₁比较大很多，因而第四轴 421越过死点 d到达这一点的可能也比较小，这也是因为 β ₂角度较大引起轨迹 m₂- m₂与轨迹 P2-P2比较相差较远的缘故。

如以上后两种情况下副连杆同时受到沿其纵向载荷在 -N至 +N的范围内变动，则第 cl种情况的第四轴 421轴心位置的变动范围不能超出以 r_u为半径的圆周外；而第 c2种情况的第四轴 421轴心位置的变动范围不能超出以 r₂₁为半径的圆周外.显然，第 c2种情况的变动范围比第 cl种情况的变动范围少，另外，第四轴 421轴心越过死点 d的可能性也是第 c2种情况比第 cl种情况要小。

也就是说，第 c2种情况要比第 cl种情况对相对杆，即对车门的约束更精确。

第一轴轴心线在上端向内倾斜（即第一轴轴心线与 X- Z平面的夹角在 Y-Z平面上的投影）角度 γ在一定范围内（如- 90度至 90度之间）与 β成正对应关系，即 β随 γ的增加而增加。

以上由情况 a到情况 b的作用是增加了第一轴轴心线或其延长线至第三轴轴心线中点的距离，即固定连杆的有效长度，由情况 b到情况 c的作用是增加初始状态 (车门关闭时)第二轴轴心线的中点到固定连杆主平面的垂直距离 1^。

如果第一轴轴心线在上端向外倾斜，同样可使车门刚打开后具有更稳定的状态，但这会使车门被打开后产生向下的位移，而容易发生车门与地面或路肩的干涉。

综上所述，对于本发明对汽车的应用来说，第一轴轴心线在上端向后 (对安装于 A柱的前车 Π来说)或向前 (对安装于 C柱的后车门来说)倾斜 'Γ同时向内倾斜可使车门被打开后具有更稳定的状态。

本发明主要通过以下技术内容来实现其目的。

本发明是应用于连接汽车中的车身本体和车门的一种汽车车门三维铰链系统，该系统包括-一个包括一个第一端部和一个第二端部的主连杆，所述主连杆的第一端部与车身本体，通常是与属于车身本体的车门框的 Α柱 (或后柱)在打开车门时可见部分大约与车身本体的仪表台的高度相仿的位置相连接，第二端部与车门内侧板（车门内侧低于玻璃窗部分）连接；一个包括一个第一端部和一个第二端部的副连杆，所述副连杆的第一端部与车身本体的另一个位置相连接，第二端部与车门的另一个位置相连接。

本发明的主连杆和副连杆与汽车车身本体和车门构成了四连杆机构，结构稳定，在一定的参照系下车身本体作为固定件，而车门、主连杆和副连杆各有一个自由度。当打开车门时，由于车门受到主连杆和副连杆的约束，将作离开车身本体的以车门框为边界的车门洞的位移，而这一位移或仅仅是平移而没有转动，或主要是平移而略带转动. 从而在打开车门过程中，车门与车身本体之间的最大距离（即最大横向位移)基本不大于主连杆的有效长度 (第二端部轴孔的轴心线中点至第一端部轴孔的轴心线或其延长线的垂直距离)和副连杆的有效长度 (第四端部轴孔的轴心线中点至第三端部轴孔的轴心线或其延长线的垂直距离），此距离远小于现有外让式或内让式车门打开时所需的最大距离。本发明仅仅在车身本体和车门之间加装主连杆，副连杆和其它附属连接件，结构简单，并且加装的主连杆和副连杆仅占用少量的空间，并可隐藏于车身本体与车门之间的间隙内，不会影响到汽车的一般使用.

为使本发明机构有较好的稳定性，本发明的主连杆采用铰轴的方式铰接于车身本体和车门，主连杆的第一端部通过第一轴与固定于车门框的第一铰座铰接，第二端部通过第二轴与固定于车门内侧板的第二铰座铰接。为加强结构稳定性主连杆一般应有一定的高度，或者说主连杆在两端部与第一轴或第二轴配合的轴孔应有一定的长度，一般应不少于 100 mra。如使用两个或两个以上的高度较小的主连杆来代替以上的一个高度较大的主连杆，则最远两个连杆沿其共有的第一轴轴心线方向的距离一般应不少于 100 mm。

由于副连杆的作用主要是增加对车门的一个约束，所以将副连杆安装于车身本体的位置很多，为了方便汽车乘员通过车门洞进出车身本体，本发明可通过第三轴将副连杆的第一端部与车身本体的车门框的 A柱（或后柱)、门槛或车门框顶部连接，通过第四轴将副连杆的第二端相应地与车门的内侧板下部、下边缘，或窗框顶部连接。

为使本机构在具有较好的稳定性的前提下减少第三轴和副连杆对乘员出入车身本体时 '的甲 "根据土述的四连杆机构的原理分析「第轴的轴 Φ线或其延长线与第三轴轴心 '线中点的距离，即固点连杆有效长度不能太短，而将第一轴和第三轴在上端向后倾斜 (对前车门）可在保证上述距离的前提下使第三轴安装在 A柱或离 A柱较近的地方。

为减少车门在刚刚打开时的晃动，副连杆主平面和相对杆主平面（第二轴轴心线与第四轴轴心线中点所定义的平面，代表车门）的夹角不应太少，一般在车门关闭状态下应不少于 10度。当基本保持第一轴轴心线中点和第三轴的轴心线中点在三维空间的 X， y, z位置不变时，将第一轴和第三轴的上端同时向内倾斜可适当增加这一夹角。

副连杆与车身本体和车门的连接方式可以采用不同的形式，本发明的副连杆的第一端部可以通过第三轴与固定于车身本体的第三铰座铰接，也可以通过球式或十字轴式万向节与车身本体连接，副连杆的第二端部与车门的连接也可同样处理。为了保证机构的整体稳定性和制造的便利，比较推荐的方式是主连杆与副连杆两端均采用铰接的方式通过四根轴连接车身本体与车门。为尽量减少主连杆和副连杆在车身本体内的安装空间和打开车门时车门与车身本体之间的距离，本发明可将所述第二轴设置与第一轴相互平行。所以本发明的较佳方案是副连杆的第一端部通过第三轴与固定于车身本体的第三铰座铰接，第二端部通过第四轴与固定于车门的第四铰座铰接，且第一轴、第二轴、第三轴、第四轴相互平行，主连杆主平面 G 与副连杆主平面 H相互平行且不重叠。主、副连杆长度一般不小于车门横向宽度的 1/3，同时不大于车门横向宽度的 3/4，而且主、副连杆的有效长度基本相等，一般相差不大于 10%。

为了外形的美观及节省主连杆和副连杆占用车身本体内腔空间，本发明可以在车门内侧板设有容纳主连杆、副连杆的凹槽，第二铰座和第四铰座分别固定于凹槽的端部。

. 本发明的另一实现的方式是将副连杆设置于车身本体的顶部，这时也可令车'门框顶部设, 有内凹的凹位，相应地车门顶部向内延伸出一块挡板与凹位配合，副连杆的第一端通过轴或万向节与车身本体顶部连接，第二端通过轴或万向节与车门顶部的挡板连接。

在实际应用中，本发明同样可以安装于汽车的后车门框机构，其机构可以釆用与上述机构完全一致的机构也可以采用与上述机构对称的机构。采用对称的机构在打开车门时，车门产生由前向后的位移。

本发明可在主连杆，副连杆，车门和车身本体任何两者之间安装有一个弹性元件，当车门与车身本体之间发生相对运动，通常是关闭时，弹性元件储存更多的能量，相反在车门开启时可获得弹性元件释放的能量帮助而减少对车门所施的力。

本发明可在主连杆、副连杆、车门与车身本体任何两者之间安装有一个动力驱动装置，当该动力驱动装置被启动后，可导致车门与车身本体之间发生相对运动。该动力驱动装置可 -以选择电动机，'这时该电动机的定子可固定于车身本体或车门，一该电动机的转子可固定'于主' 连杆或副连杆。

相对于现有技术本发明具有以下显著的进步和实质性的特点：

1. 完全打开车门所需额外横向空间远小于现有技术的安装内让式车门和外让式车门机构所需的同样空间；

2. 车门完全打开后，本发明比现有技术中的普通内让车门铰链和外让车门铰链机构提供了更大的车门开放空间； '

3. 占用车身本体有效内腔空间小，不需安装固定导轨，可以安装于各类汽车，特别适用于轿车、跑车或越野车和小型货车等；

4. 铰链结构简单，成本低，稳定性好；

5. 与车门滑动机构相比，外形更美观，适应现有汽车工业设计的美观要求；

6. 振动和噪声低，润滑要求低，容易维护。

附图说明

图 1为本发明实施例 1车门闭合状态的机构示意主视图；图 2为本发明实施例 1车门打开状态前侧视图；

图 3为本发明实施例 1车门打开状态后侧视图；

图 4为本发明实施例 1车门打开状态后视图；

图 5为本发明实施例 1车门打开状态侧视图；

图 6为本发明实施例 2车门打开状态前侧视图

图 7为本发明实施例 3车门打开状态后侧视图

图 8为本发明实施例 3中主连杆的结构示意图

图 9-1为本发明实施例 4的空间示意图；

图 9-2为本发明实施例 4的侧视图；

图 10-1为四连杆机构第 1种位置情况的立体示意图

图 10-2为四连杆机构第 1种位置情况的平面示意图

图 11-1为四连杆机构第 2种位置情况的立体示意图

图 11-2为四连杆机构第 2种位置情况的平面示意图

图 12-1为四连杆机构第 3种位置情况的立体示意图

图 12-2为四连杆机构第 3种位置情况的平面示意图

图 12-3为四连杆机构第 3种位置情况 β为小角度的原理意图；

12"¾为四连杆机构第 3种位置情况为大角度的原理示意图 Γ 图 13-1为现有技术的内让铰链或外让铰链同时应用于前后车门的俯视图; 图 13- 2显示了本发明同时应用于前后车门的俯视图。

相关零部件编号及概念索引：

1 车身本体（固定连杆） 2 车门（或相对杆）

3 主连杆 4 副连杆

5 第五连杆 6 车顶盖

7 动力驱动装置 11 车门框

12 门槛 13 车门框顶部凹位

23 车门内侧板 2 车门窗框挡板

25车门下边缘延伸部分 31 主连杆第一端部

32主连杆第二端部 32Α主连杆第二端部上分支

32Β主连杆第二端部下分支 41 副连杆第一端部

42副连杆第二端部 61 车顶盖凹位 102 弹性元件 111 A柱下边柱

112 仪表台 113 C柱上部

241 311第一轴

312 第一铰座 321第二轴

322 第二铰座 322 A 第二铰座 (上)

322B 第二铰座 (下） 411第三轴

412 第三铰座 421第四轴

422 第四铰座

A柱汽车对前柱的定义

C柱四门汽车中的后柱

G平面由第一轴轴心线和第二轴轴心线中点所定义的平面，又称主连杆主平面 H平面由第三轴轴心线和第四轴轴心线中点所定义的平面，又称副连杆主平面第一轴轴心线和第三轴轴心线中点的垂直距离，又称固定连杆的有效长度车门关闭时第二轴轴心线的中点到固定连杆主平面的垂直距离

N 副连杆沿其轴心线所受的纵向载荷量值

α 第一轴的轴心线与 Υ-Ζ平面之间的夹角在 Χ-Ζ平面上的投影

"γ · 第轴的轴心线与 X- Ζ平面之间的夹角在 Ύ Ζ平面上的投影

β 副连杆主平面与相对杆主平面组成的夹角

X - Υ-Ζ坐标系以汽车前轴的中心为原点，指向汽车后方的方向为 X正向，堉向汽车右方的方向为 Υ正向，指向汽车上方的方向为 ζ正向

X - Ζ平面汽车对称中心平面

具体实施方式

以下具体结合附图对本发明做进一步的说明- 本说明书中按照汽车工业界普遍采用的三维坐标定义所述发明相关零部件的坐标系，即以汽车前轴中心为原点，向后的方向为正 X方向（长)，向右的方向为正 Υ方向（宽或横)，向上的方向为正 ζ方向（高）。

实施例 1

如图 1， 2所示，本发明的一种汽车车门三维铰链系统，可将车门 2以铰轴形式连接于车身本体 1的车门框 11，受车门框 11包围的部分开有可供乘员进出车身本体 1的车门洞与关闭时的车门 2相配合。图中虚线部分为主视图不可见的部件。由图可见本发明包括：

主连杆 3，该主连杆 3包括一个第一端部 31和一个第二端部 32，该第一端部 31与车门框 11的 A柱（前柱)下段 111和仪表台 112高度相仿的位置连接，第二端部 32与车门 2内侧板 23的上部连接，如图 3，连接的高度可同样和仪表台 112髙度相仿（在车门 2关闭时），而与 23连接在长度方向的位置可以设在约为车门 2长度方向的中间；

副连杆 4，该副连杆 4包括一个第一端部 41和一个第二端部 42，该副连杆 4位于主连杆 3的下方，所述副连杆的第一端部 41与车门框 11的 A柱下段 111的接近门槛 12的位置，即主连杆 3第一端部 31的下方连接，第二端部 42与车门 2内侧板下部靠近车门 2下边缘的位置连接，副连杆 4的有效长度和主连杆 3的有效长度相等，如图 3所示。

结合图 2、图 3、图、及图 5，本实施例的主连杆 3的第一端部 31通过第一轴 311与固定于车门框 11的 A柱下段 111的第一铰座 312铰接，第二端部 32通过第二轴 321与固定于车门 2内侧板上部 23的第二铰座 322铰接。所述第一轴 311和第二轴 312相互平行，第一轴 311的上端向后倾斜，其轴心线与 Y- Z平面之间的夹角在 X- Z平面的投影 α为锐角，同时第一轴 311的上端向内倾斜，其轴心线与 Χ-Ζ平面之间的夹角在 Υ-Ζ平面的投影 γ为锐角。

副连杆 4的第一端部 41通过第三轴 411与固定于车门框 11的 Α柱下段 111的第三铰座 412铰接，第二端部 42通过第四轴 21与固定于车门 2内侧板下部的第四铰座 422铰接，且第轴 ³1'1、'第二轴 ³²1、第三轴 411、'第四轴 l相互平行 ς'如图' ¾所示，由第轴 311；- 第二轴 321所定义的主连杆 3的主平面 G与由第三轴 411、第四轴 421所定义的副连杆 4的主平面 Η相互平行且不重叠。

本发明的车身本体 1 (相当于固定连杆)、车门 2 (相当于相对杆）、主连杆 3和副连杆 4 构成了四连杆机构，当打开车门时，主连杆 3和副连杆 4分别绕固定于车门框 11的前柱（Α 柱）下段 111上部的第一轴 311和下部的第三轴 411转动，由于第一轴 311和第三轴 411的上端向后倾 α角，向内倾 γ角，所以主连杆 3和副连杆 4在带动车门 2向前位移的同时，也附带使其产生先向外后向内的位移、及向上的或者是先向上后向下的位移。车门 2内侧板 23 设有用于分别容纳主连杆 3、副连杆 4的凹槽 21和凹槽 22，第三铰座 322和第四铰座 422分别固定于凹槽 21和凹槽 22的端部。

由于车门 2受到主连杆 3和副连杆 4的约束而相对于车身本体 1仅产生平移而没有转动，所以在打开车门 2至占用最大横向（Υ向）空间时，车门 2与车身本体 1之间的横向距离远远小于一般的外让式车门或内让式车门结构的车门被打开（以转动为主）至占用最大横向空间时的横向距离。前者大约等于车门长度的一半，后者大约等于车门长度。因此，采用本发明的汽车大约节省单侧（左或右）等于车门长度的一半的开门空间。

而当车门 2被继续打开时，本发明显示出更大的优越性，车门 2与车身本体 1之间的横向距离会越来越少，至车门 2被完全打开时达到一个极小值，基本上可与车身本体 1贴紧。这时，乘员出入汽车时基本不受车门 2约束，而只受车门框 11本身的制约，因而为乘员进出车身本体 1提供了最大方便。

在上述实施例中也可令主连杆 3 '的有效长度和副连杆的有效长度略略不同，但相互之间的差别一般应不大于 10%。这时，车门 2的位移包括平移和转动两个部分，并以平移为主而附带少量的转动。以上描述的优先实施方式是以车门 2通过主连杆 3安装在 A柱 111的可见部分为例。

当其它车门安装在其它柱子，如后车门通过主连杆安装在后车门框 C柱在打开车门后的可见部分，与优先实施方式中的描述基本相符，但前后方向刚好相反，后车门被打开时有由前向后的位移。当本发明同时应用于前后车门时，比起普通内让铰链或外让铰链显示出更大的优越性，如图 13-1所示，应用普通内让铰链或外让铰链安装的前车门和后车门相互间的位置或如百叶窗的邻近两块叶片被打开时的关系，此时前后车门均顺开；或如倒转放漏斗状，此时前车门顺开，后车门逆开，无论那一种形式都令车门被完全打开时 (一般转动 75度)有接近于车门长度的横向伸出，因而较大地影响乘员出入汽车。如图 13-2所示，而应用本发明的汽车的车门被完全打开时有，前车门被置于 A柱前方-，后车门被置于 C'柱后方; ^¾前车门与后车门之间的距离约等于 A柱和 C柱之间的距离，且前车门和后车门的横向伸出均很小。因而给乘员出入汽车提供了很大的方便。

本发明中在主连杆和车身本体之间安装有一个弹性元件 102，当车门与车身本体之间发生相对运动，通常是关闭时，弹性元件储存更多的能量，相反在车门开启时可获得弹性元件释放的能量帮助而减少打开车门所施的力。本发明中在车身本体 1与副连杆之间安装有一个动力驱动装置 7，当该动力驱动装置 7被启动后，可导致车门 2与车身本体 1之间发生相对运动。该动力驱动装置 7可以是电动机，这时该电动机的定子可固定于车身本体 1，该电动机的转子固定于副连杆 4，如图 2所示。

实施例 2

如图 6所示，应用本发明时也可以使车身本体 1的车门框 11的顶部凹进一个凹位 13，车顶盖 6侧边缘凹进一个凹位 61,车门 2的车门窗框顶部则延伸出与之相吻合的挡板 24，在该挡板 24内可安装一个固定的玻璃窗 241以增加车身本体 1内的采光。这时主连杆 1两端的连接位置与实施例 1没有区别，伹第一轴 311轴心线和第二轴 321轴心线与 Z轴平行。连接副连杆 4的第一端部 41与车身本体 1的连接位置可设于车门框 11的顶部靠近凹位 13的位置或车顶盖 6的其他结构件，连接副连杆 4的第二端部 42与车门 2的连接位置则可相应设于上述挡板 24处。将副连杆 4置于车门窗框顶部的布置较适合于车顶盖较高的汽车。

实施例 3

如图 7和图 8所示，主连杆 3在第二端部 32也可做成带上下两个分支的型式，该两个分支分别记为 32A和 32B, 而相应的由铰座 322A和 322B以铰轴式分别连接于车门窗框顶部和车门 2内侧板上部。上分支 32A及其附近部分的形状可与 A柱及车门框 11的顶部相对应部分的形状相吻合，即这一形式的主连杆 3的上分支 32A在车门 2关闭时可藏于车门 11的窗框内侧面。这一形式的结构等于增加了第二轴的有效长度（第二轴和相关零件的配合长度)而增加了铰链机构的稳定性。连接副连杆 4第一端部 41的位置也可设于门槛 12的上面、侧面或下面，而第二端部 42也可连接于车门 2下边缘或下边缘延伸部分 25。副连杆 4第一端部 41 也可应用万向节（包括球式或十字轴式）的形式与车身本体 1连接，同样，副连杆 4第二端部 42也可应用万向节的形式与车门 2连接。

实施例 4

另一种增加铰链机构的稳定性的形式是使用两个或以上的主连杆。如图 9-1所示，第一主连杆 3' 通过第一轴 311，将其第一端 3 部铰接于 C柱上部 113靠近车顶盖 6的位置；第二主连杆 3，，通过第 '轴 -311， "将其第端' 31，，'部铰接于— C¾ 113中间高度的位置' Γ 其第一轴 31 与第二主连杆 3' ，的第一端部 3 ，的第一轴 311' ，应共有同一条轴心延长线；其第二端部 32，的第二轴 32 也应与第二主连杆 3' ，的第二端部 31，，的第二轴 32 ，共有同一条轴心延长线。连接副连杆 4第一端部 41的位置可设于门槛 12的上侧面，而第二端部 42可连接于车门 2下边缘或车门下边缘延伸部分。副连杆 4第一端部 41也可应用万向节（包括球式或十字轴式）的形式与车身本体 1连接，同样，副连杆 4第二端部 42也可应用万向节的形式与车门 2连接。

图 9-2表示了一种汽车在车顶盖 6处收窄比较明显时的侧视图，对这种汽车使用上述两个主连杆的布置可充分利用车门框 11上部较倾斜的特点，使得在第一轴 31 (311' ， ) 保持有较大的内倾角 γ时第一主连杆的第一端部 31' 和第一轴 31 ，可方便地连接于侧柱，如 C柱上部 113靠近车顶盖 6处。这时第一轴 311' (31 ，）的轴心线与第三轴 411 轴心线的中点的垂直距离在 Υ-Ζ平面上的投影 D也较大，它的量值与 γ成正对应关系，即靠 D增加而引起 γ和 β增加，从而保证了机构在车门刚打开时的稳定性。

Claims

权利要求书

1.一种汽车车门三维铰链系统，连接在车身本体（1)和车门（2)之间，其特征是该系统至少包括：

主连杆（3)，主连杆 (3)包括第一端部（31)和第二端部（32)，所述第一端部（31) 与车身本体（1 )连接，第二端部（32)与车门（2)连接；

副连杆（4)，副连杆（4)包括第一端部（41)和第二端部（42)，所述第一端部（41) 与车身本体（1)连接，第二端部（42)与车门（2)连接。
2.根据权利要求 1所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是主连杆 (3)的第一端部 (31)通过第一轴（311)与在车身本体（1)车门框（11)上的第一铰座（312)铰接，第二端部 (32)通过第二轴（321)与.在车门（2) 内侧的第二铰座 (322)铰接。
3.根据权利要求 1或 2所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述副连杆（4)的第一端部（41)可以与车身本体（1 ) 的车门框（11) 的边柱（111)或门槛（12)或车门框的顶部连接，第二端部（42)与车门（2)上的相应位置连接。
4.根据权利要求 1或 2所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述副连杆（4)的第一端部（41)可以与车身本体（1)的车顶盖或车身底板连接，第二端部（42)与车门（2) 上的相应位置连接。
5.根据权利要求 2所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述第一轴（311)和第二轴（312)相互平行，并且第一轴（311)与车门框（11) 的边柱（111)之间的夹角 α为锐角。
6.根据权利要求 2或 5所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是副连杆 (4)的第一端部（41)通过第三轴 (411)铰接在车身本体（1)的第三铰座 (412)上或通过万向节与车身本体（1)铰接，第二端部（42)通过第四轴（421)铰接在车门（2) 的第四铰座 (422) 上或通过万向节与车身本体（1)铰接。
7.根据权利要求 2或 5所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是副连杆（4)的第一端部（41)通过第三轴（411)铰接在车身本体（1) 的第三铰座 (412)上，第二端部（42) 通过第四轴（421)铰接在车门（2)的第四铰座 (422)上，且第一轴（311)、第二轴（321)、第三轴（411)、第四轴（421)相互平行， '主连杆（3) 的主平面 G与副连杆的主平面 Η相互平行且不重叠。
8.根据权利要求 7所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述第一轴（311)、第三轴 (411)与车门框（11)所在平面的夹角 γ为锐角。
9.根据权利要求 8所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述主连杆 (3)与副连杆（4)有效长度相差不大于 10%，
10.根据权利要求 8所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述主连杆 (3) 与副连杆（4)有效长度为车门宽度的 1/4〜3/4。
11.根据权利要求 8所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是车门（2) 内侧设有分别容纳主连杆（3)、副连杆（4)的凹槽（21)和凹槽（22)，第三铰座（322)和第四铰座（422) 分别固定于凹槽（21)和凹槽（22) 的端部。
12.根据权利要求 8所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述第一轴（311)、第二轴（321)、第三轴 (411)和第四轴（421) 的有效长度不小于 100mm。
13.根据权利要求 8所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是在车身本体（1)、车门 (2)、主连杆（3)和副连杆 (4)任何两者之间安装有动力驱动装置（7)或弹性元件（8)。
14.根据权利要求 2所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述车门框（11)的顶部向内凹入一个凹位（13)，车门（2)顶部向内延伸出一块挡板（24)与凹位（13 )配合，副连杆（4) 的第一端部（41 )通过轴或万向节与车身本体（1 )顶部连接，第二端部（42) 通过轴或万向节与车门（2)顶部的挡板（24)连接。
15.根据权利要求 14所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是在所述挡板（24)上设有玻璃窗 ·'（2'41
16.根据权利要求 1所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述主连杆 (3) 的第二端部（32)包括有上下两个分支 (32A) (32B), 上分支（32A)与车门（2) .的窗框上部连接，下分支（32B)与车门（2) 的窗框下部连接。
17.根据权利要求 1所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述主连杆 (3 )也由两根或两根以上的连杆构成，每根连杆分别包括有与汽车本体（1)连接的第一端和与车门（2) 连接的第二端。
18.根据权利要求 1所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述车门（2) 为后车门，主连杆 (3) 的第一端部（31 )与车门框（11 )后柱连接，副连杆（4) 的第一端部（41 ) 与车身本体（1 )连接。

- 19.根据权利要求 1所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述一种汽车车门三维铰链系统用于轿车、面包车、越野车、跑车或货车上。
20.根据权利要求 1所述的一种汽车车门三维铰链系统，其特征是所述一种汽车车门三维铰链系统用客车上。