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CN104066643B - 具有凹槽的辅助框架 - Google Patents

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CN104066643B
CN104066643B CN201280054078.0A CN201280054078A CN104066643B CN 104066643 B CN104066643 B CN 104066643B CN 201280054078 A CN201280054078 A CN 201280054078A CN 104066643 B CN104066643 B CN 104066643B
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汉内斯·哈尔鲍尔
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的构成为轴支架的辅助框架(1)，所述辅助框架具有两个纵梁(2)以及设置在所述两个纵梁(2)之间的加固结构(3)，其中所述纵梁(2)基本上设计为空心型材并且具有至少一个的规定拐点(18、19)，所述规定拐点呈在所述纵梁(2)的纵向延伸方向上伸展的弯曲状。为了改进所述辅助框架(1)，使得所述辅助框架一方面保证在行驶时的良好的机械特性例如强度、刚性、声学特性和车身的加固并且另一方面在碰撞情况中充分地吸收变形能量并且在此还通过低的构件重量来制造并且同时能够简单且成本适宜地来制造，所述纵梁(2)在所述规定拐点(18、19)的区域中具有至少一个大致在所述纵梁(2)的纵向延伸方向上伸展的凹槽(16、17)。

Description

具有凹槽的辅助框架
技术领域
本发明涉及一种构成为轴支架的用于车辆的辅助框架。
背景技术
这类构成为轴支架的辅助框架，所述辅助框架也被称为副车架，用于安置和支撑辅助机组例如转向器传动机构或者差速传动机构以及马达支承件，并且主要在具有承载式车身的载客汽车中使用。此外所述辅助框架提供了用于车轮悬架的容纳点和铰接点。这类辅助支架不仅能够在车辆的前部范围中使用也能够在车辆的尾部范围中使用，其中所述辅助支架旋紧在具有车身的车辆的下侧上。
刚性旋紧的辅助框架此外用于加固车辆车身。在撞车的情况中，辅助框架能够作为附加的承重横梁至少部分地吸收在此因变形引起的对车辆产生作用的力。
DE 10 2009 041 771 A1公开了这种辅助框架。这种辅助框架基本上由两个不中断地成形的、管状的纵梁构成，所述纵梁在端部上经由横梁彼此连接。在横梁和纵梁的另一个相对置的端部之间，框架类的单壳的加固元件与这两个纵梁旋紧。这个加固元件具有呈横向凹槽状的规定拐点。在碰撞时，加固元件在这些规定拐点处向下弯曲，以便避免辅助框架构成妨碍。
在迄今为止已知的辅助框架中，在碰撞时产生如下问题，即加固元件虽然在所述辅助框架未变形的状态中在初始时针对变形施加高的阻力，以便能够实现相应的力水平进而随后能够消除作为变形能量的碰撞能量或者撞击能量。但是一旦加固元件开始弯曲，那么力水平快速地下降进而可能的能量水平快速地下降。辅助框架的碰撞特性因此在加固元件弯曲之后也不能够足够好地被控制。
发明内容
本发明的目的基于，改进现存的辅助框架，使得这些辅助框架一方面保证在行驶时的良好的机械特性例如强度、刚性、声学特性或者车身的加固并且另一方面在碰撞情况中充分地吸收变形能量并且在此还通过低的构件重量来制造并且同时能够简单且成本适宜地来制造。
所述目的通过根据本发明的、构成为轴支架的辅助框架来实现。所述辅助框架具有两个纵梁以及设置在所述两个纵梁之间的加固结构，其中所述纵梁基本上设计为空心型材并且具有至少一个的规定拐点，所述规定拐点呈在所述纵梁的纵向延伸方向上伸展的弯曲状，其中，在纵梁中，第一规定拐点关于力作用的方向设置在第二规定拐点之前，其中所述第一规定拐点具有比所述第二规定拐点更大程度的弯曲，并且所述纵梁在所述规定拐点的区域中具有至少一个大致在所述纵梁的纵向延伸方向上伸展的凹槽。
引入到纵梁中的大致在纵梁的纵向延伸方向上伸展的凹槽提供如下可能性，即符合要求地优化纵梁的平面转动惯量或者阻力矩。通过将凹槽安置在规定拐点的区域中，能够将整个纵梁上的力走向保持在预设的力通道之内。被吸收的能量均匀地由纵梁吸收并且均匀地分布在纵梁上。边线距离被稳定并且纵梁由于在车辆领域中所需要的轻型结构能够薄壁地来制造并且仅具有低的高度地来制造。因为凹槽被引入在构成为纵梁中的弯曲部的规定拐点的区域中，所以特别能够在碰撞情况中良好地影响纵梁的弯曲特性或者折弯特性。凹槽此外能够在纵梁的制造过程期间以简单的方式被引入到纵梁中。此外纵梁或者整个结构元件能够在结构上简单地形成。
可考虑的是，所述纵梁的每一个具有至少两个并且优选正好两个规定拐点。因此纵梁在碰撞情况中能够大致Z形地变形，以至于撞击能量被纵梁通过Z形腿的相反的支撑良好地转换为变形能量。此外因此能够有利地保护客舱防止变形。
可以考虑的是，相应的纵梁在各个规定拐点上具有至少一个凹槽。因此每个规定拐点的平面转动惯量能够尽可能彼此不相关地提高，这实现了对整个辅助框架的碰撞特性的良好的控制。
可能的是，在规定拐点的区域中多个凹槽能够并排设置在纵梁上。因此在碰撞时产生的力能够有利地分布地作用在多个凹槽上，由此纵梁的阻力矩能够被优化。
可选地，凹槽能够设置在纵梁的位于规定拐点的弯曲方向上的侧上和/或设置在纵梁的与规定拐点的弯曲方向相对置的侧上。根据凹槽位于纵梁的哪个侧上，辅助框架的变形特性能够有利地匹配于所期望的条件。
可能的是，凹槽的边框在规定拐点的弯曲方向上并且优选在与规定拐点的弯曲方向相反的方向上延伸。凹槽的造型因此适配于现存的结构空间，其中始终能够良好地影响碰撞特性。
可以考虑的是，在纵梁中第一规定拐点关于力作用的方向设置在第二规定拐点之前，其中所述第一规定拐点具有比第二规定拐点更大程度的弯曲。因此能够这样影响辅助框架的变形特性，使得靠近车辆前部的第一规定拐点先于在行驶方向上位于后部的第二规定拐点弯曲，这有助于提高客舱的安全性。
此外可以设想，凹槽具有沿着纵梁的纵向延伸要布置的长度，所述长度与规定拐点的弯曲的程度相关，其中在与第二规定拐点相比更大程度地弯曲的第一规定拐点的区域中设置的凹槽与在第二规定拐点的区域中设置的凹槽相比是更短的。因此尽管规定拐点的曲率较不明显但是相应纵梁的弯曲特性能够被良好地控制。此外纵梁的平面转动惯量能够通过凹槽的长度在相应规定拐点的区域中相应地适配于所期望的负载情况。
可以考虑的是，凹槽具有横向于纵梁的纵向延伸方向的要布置的宽度，其中凹槽的宽度具有大致纵梁的宽度，优选具有纵梁的宽度的大致四分之三，尤其优选具有纵梁的宽度的大致一半并且在特殊情况下具有纵梁的宽度的大致四分之一。因此能够简单并且良好地影响纵梁的边线距离。因此纵梁的平面转动惯量在相应规定拐点的区域中能够相应地匹配于在负荷情况中所期望的变形特性。
纵梁可能能够在规定拐点的区域中具有大致矩形的横截面。因此纵梁的抗扭性能够被较高地保持并且尽管结构高度较低但是纵梁能够具有根据在负荷情况中所期望的变形特性的良好的弯曲特性。
纵梁例如能够分别一件式地构成。因此纵梁可简单并且成本适宜地制造。
可以考虑的是，纵梁分别多件式地构成，特别是由两个半壳构成，其中这两个半壳由相同的材料制成并且优选由不同的材料质量和壁厚制成。整个纵梁的平面转动惯量或者阻力矩因此有利地能够与根据在负荷情况中所期望的变形特性的凹槽结合地被影响。
附图说明
根据附图阐述本发明的可能的实施方式。附图示出：
图1示出根据本发明的辅助框架的立体图，
图2示出根据本发明的辅助框架的俯视图，
图3示出根据本发明的辅助框架从下方看的视图，
图4示出描绘现有技术的力-位移图，
图5示出根据本发明的辅助框架的力-位移图，
图6在俯视图中示出根据本发明的辅助框架的纵梁的局部图，
图7示出图6的纵梁的沿着剖面线B-B的剖视图，
图8在立体视图中示出纵梁的另一个剖视图，
图9示出图6的纵梁的沿着剖面线A-A的剖视图，以及
图10示出根据本发明的辅助框架的在碰撞后变形的纵梁。
具体实施方式
图1、2和3示出用于机动车辆的前部的根据本发明的辅助框架1。在图1中描绘的箭头A指向车辆的行驶方向进而说明了辅助框架1的安装位置。接下来所使用的术语“前”和“后”因此解释为，它们与通过箭头A描述的行驶方向有关。
辅助框架1具有两个在行驶方向上纵向延伸的纵梁2。在纵梁2的前部段上安置有横梁3，所述横梁在这两个纵梁2之间延伸。横梁3与纵梁2焊接在一起，或者优选与纵梁2旋紧。
为了加固目的，此外大致X形地构成的横桥5在这两个纵梁2之间延伸。横桥5因此通过其端部6、7在两侧分别与两个纵梁2中的一个优选经由焊接而连接。横桥5优选设计为双壳的板结构并且加固整个辅助框架1。
由于纵梁2与横桥5之间的连接，纵梁2与横桥5一起构成一件式的、多壳的结构元件100。
底盘保护装置4在横梁3和横桥5之间延伸。这个底盘保护装置4此外在横向延伸方向上在两个纵梁2之间延伸。底盘保护装置4能够由塑料构成并且优选与横梁3旋紧。但是也可以设想的是，底盘保护装置4与横梁3，优选以板结构的形式，一件式地构成。这个底盘保护装置因此同样能够安置在两个纵梁2上，优选焊接在纵梁上，并且因此附加地加固辅助框架1。
两个纵梁2中的每一个在其前端上具有节点元件8，并且在其后端上具有节点元件9。前部的节点元件8设计为铸件，特别是设计为铝铸件，并且经由连接点10与纵梁2旋紧。但是也可以设想的是，前部的节点元件8例如设计为钢板结构，并且例如与纵梁2焊接。
在远离纵梁2的，也就是说在上部的或者朝向车身的端部上，前部的节点元件8具有两个车身连接点11。经由这些车身连接点11，辅助框架1与在这里未示出的车辆的车身连接。在车身连接点11上，辅助框架1优选旋紧在其下方伸展的、在这里未示出的车身的纵梁上。
前部的节点元件8在两个连接点10之间具有大致隧道类的凹口12。通过这个凹口12，同样在这里未示出的车辆的转向器的横向地在辅助框架1上伸展的部件被向外引导。
在纵梁2的与前部的节点元件8相对置的后端上，这些纵梁分别具有后部的节点元件9。后部的节点元件9优选与纵梁2焊接。后部的节点元件9具有相对于车辆外侧大致弧形的以及向下也就是说朝向车行道的方向上伸展的形状。节点元件9的后部的连接元件13同样用于将辅助框架1安置到车身上。在连接元件13上，辅助框架1优选在车辆的侧裙板的区域中与所述侧裙板旋紧。
辅助框架1在后部的节点元件9的区域中具有后部的支架14用于容纳横向导臂的部段特别是用于容纳三角形横向导臂的部段。在前部的节点元件8的区域中，辅助框架1具有前部的支架15用于容纳横向导臂的另一个部段。
图2示出辅助框架1的俯视图。可以看出，纵梁2在后部的节点元件9的区域中具有大致圆形管状的横截面。在前部的节点元件8的区域中，纵梁2反之具有压缩的、大致矩形管状的横截面。从大致圆形管状的横截面到大致矩形管状的横截面的过渡优选连续地从后部的节点元件9的区域朝向前部的节点元件8在之间进行。
此外在图2中看出，纵梁2在其上侧上具有凹槽16，所述凹槽至少部分地设置在纵梁2的矩形的横截面的区域中。
图3示出辅助框架1的从下方看的视图。在这里可以看出，纵梁2在其下侧上具有第二凹槽17，所述第二凹槽至少部分地设置在纵梁2的大致矩形的横截面的区域中。
辅助框架1此外用于，将在碰撞情况中出现的撞击能量至少部分地转换为变形能量。因此动能被转换为势能。辅助框架1在这里作用为弯梁。
在图4中描绘了从现有技术中已知的辅助框架的力-位移图。图在y轴上示出以牛顿为单位的力(Force)，所述力是必要的，以便使辅助框架的长度在变形情况中以在x轴上提供的以毫米为单位的值变化(移位)。在图4中示出的曲线图F1(x)示出在用于从现有技术中已知的辅助框架的等效负载情况中力和长度变化之间的这种关系。
这类辅助框架的所期望的变形特性借助于所谓的“碰撞窗(Crash-Windows)”来确定。图4示出第一碰撞窗O，所述碰撞窗通过虚线示出。可以看出，曲线图F1(x)至少部分地在碰撞窗O的内部伸展。通过曲线图F1(x)描述的、从现有技术中已知的辅助框架因此粗略地符合在碰撞情况中通过碰撞窗O所确定的对于变形特性的要求。
从坐标系统的零点开始观察，曲线图F1(x)具有非常陡的上升沿。因此在碰撞情况中初始时非常高的力是必要的，以便实现辅助框架的初始的长度变化。在达到最高点之后，曲线图F1(x)通过陡的下降沿而下降，这大致符合碰撞窗O的预先设定，虽然这个下降沿大部分不位于碰撞窗O的通道中。
曲线图F1(x)的另一个曲线示出，对于辅助框架的另一个长度变化，显著小的力是足够的。这由已知的辅助框架的加固元件具有规定拐点所造成，以至于加固元件在碰撞情况中向下弯曲。因此在初始时高的力是必需的，以便克服加固元件的阻力矩。但是一旦这个阻力矩被克服，那么加固元件开始弯曲并且阻力矩因此显著降低。因此整个辅助框架的另一个长度变化，如在图4中所示，通过显著小的力实现。
在图4中通过实线描绘了另一个碰撞窗N。这个碰撞窗N的通道示出新的所期望的碰撞特性。与碰撞窗O相比，在这里初始时较小的力对于辅助框架的较大的长度变化是足够的。但是其它的长度变化需要较大的力，这在碰撞窗N的沿着X轴平坦地伸展的通道中表现出来。
在图5中再次示出这个新的碰撞窗N。在这里描绘的曲线图F2(x)充分表现了本发明的辅助框架1。曲线图F2(x)完全地位于新的碰撞窗N的通道内部。与之相应，根据本发明的辅助框架1具有通过碰撞窗N描述的所期望的变形特性。如在下文中详细阐述的一样，这种变形特性能够显著地受引入到纵梁2中的凹槽16、17影响。
图6在俯视图中示出根据本发明的辅助框架1的纵梁2的凹口的局部图。凹槽16位于纵梁2的上侧20上。凹槽16大致在纵梁2的纵向延伸方向上延伸。
图7示出穿过纵梁2的沿着在图6中描绘的剖面线B-B的剖视图。纵梁2具有两个在纵梁2的纵向延伸方向上伸展的弯曲部18、19。弯曲部18从行驶方向A来看位于第二弯曲部19之前。这两个弯曲部18、19形成规定拐点，在所述规定拐点上纵梁2在碰撞情况中开始弯曲。因为在行驶方向A上设置在第二规定拐点19之前的第一规定拐点18具有比第二规定拐点19更大程度的弯曲，所以第一规定拐点18在碰撞情况中先于第二规定拐点19弯曲。
这样的碰撞情况在图10中示出。在通过矢量Fcrash描述的力起作用时，纵梁2首先在第一弯曲部18上弯曲并且紧接着在第二弯曲部19上弯曲。这两个弯曲部18、19因此形成一个规定拐点。在当前情况中，纵梁2大致Z形地一起弯曲，其中纵梁2的在第一规定拐点18的区域中的关于力作用Fcrash的方向(在这里：在行驶方向A上)位于前部的部段移动到纵梁2的位于第二规定拐点19的区域中的后部的部段上方。
在图7中示出这两个规定拐点18、19的弯曲方向。在碰撞时规定拐点18向上，也就是说在箭头S18的方向上弯曲。规定拐点19向下弯曲，也就是说在箭头S19的方向上。
应理解的是，在弯曲部18、19以180°在纵轴线中镜像的几何形状的情况下，弯曲方向S18、S19相应地反转。因此Z形可能在关于图10所阐述的碰撞情况中同样反转，并且纵梁2的前部的部段可能移动到纵梁2的后部的部段下方。
凹槽16设置在第一弯曲部18的区域中并且凹槽17设置在第二弯曲部19的区域中。在所描绘的实施例中，凹槽16、17分别位于纵梁2的位于相应的规定拐点18、19的弯曲方向S18、S19上的侧上。凹槽16因此位于纵梁2的上侧20上并且凹槽17位于纵梁2的下侧21上。
也可以设想的是，凹槽16、17设置在纵梁2的与相应的规定拐点18、19的弯曲方向S18、S19相对置的侧上。此外可能的是，在纵梁2的这两个侧20、21上设置有凹槽。
特别是如在图7和8中可见，凹槽16的边框22在与弯曲方向S18相反的方向上延伸。凹槽17的边框23同样在与弯曲方向10相反的方向上延伸。在所述实施例中，边框22、23因此在构成为空心型材的纵梁2的内腔24中延伸。
但是边框22、23也能够在弯曲方向S18、S19上延伸。在此相应的凹槽16、17是否位于纵梁2的上侧20上或者下侧21上是无关紧要的，或者一个或多个凹槽在每个规定拐点18、19上是否分别位于上侧20和下侧20上是无关紧要的。凹槽的设置和成型在碰撞情况中取决于所期望的变形特性。
在图7中此外可以看出，凹槽16、17分别具有沿着纵梁2的纵向延伸方向要布置的长度L1、L2，所述长度与相应的规定拐点18、19的弯曲的程度相关联。也就是说，规定拐点的弯曲越强，在这个部位上成形的凹槽的长度就越短。在当前的实施例中，第一规定拐点18具有比第二规定拐点19更强的弯曲。与之相应，凹槽16的长度L1比凹槽17的长度L2更小。
图9示出纵梁2的沿着在图6中描绘的剖面线A-A的横截面视图。在纵梁2的上侧20上引入凹槽16，所述凹槽的边框22在纵梁2的内腔24中延伸。
相应地在边框22到上侧20的过渡部上测量凹槽16的宽度W1。纵梁2具有宽度W2。在图9中描绘的实施例中，凹槽16的宽度W1大约为纵梁2的宽度W2的一半。
通过这个比W1：W2，能够设定构成为弯梁的纵梁2的边线距离进而设定所述纵梁的克服变形的挠性。凹槽16的宽度W1越接近纵梁2的宽度W2，边线距离就越小并且纵梁2的平面转动惯量上升。因此通过确定凹槽16、17的尺寸能够影响纵梁2的在其规定拐点18、19上的变形特性，使得所述变形特性例如符合根据在图5中描绘的碰撞窗N的所期望的预先设定。
特别地，在图7和9中可以看出，纵梁2构成为空心型材。纵梁2具有上带25和下带26，所述上带和下带分别构成为半壳。上带25和下带26彼此连接，例如如在图9中所示，彼此压紧。但是上带25和下带26也能够彼此焊接、旋紧或者根据其它常见的接合方法彼此连接。
在图9中描绘的半壳25、26由不同的材料构成。因此上带25例如能够由高强度的铝制成并且下带26由钢板制成或者反之亦然。也可以设想的是，上带25由高强度的钢制成，例如用于满足所期望的强度特性，并且下带26由成本适宜的钢板制成或者反之亦然。但是也可以设想的是，构成为空心型材的纵梁2一件式地构成并且例如通过爆炸成形或者液压成形来制造。
根据能安装在前部区域中的，也就是说在车辆的前轴的区域中的辅助框架1示例性地讨论了上述实施方式。但是如一开始所提到的，也可将辅助框架1安置在尾部区域中，也就是说在车辆的后轴的区域中。
在这里对于本领域技术人员显而易见的是，通过方向箭头A示出的行驶方向在这样的情况中关于辅助框架1的安装位置反转。这示例性地在图2、7和10中通过方向箭头Z示出。但是此外在图10中示出的在碰撞情况中对辅助框架1产生作用的力Fcrash保持不变。

Claims (12)

1.一种用于车辆的构成为轴支架的辅助框架(1)，所述辅助框架具有两个纵梁(2)以及设置在所述两个纵梁(2)之间的加固结构(4、5)，
其中所述纵梁(2)基本上设计为空心型材并且具有至少一个的规定拐点(18、19)，所述规定拐点呈在所述纵梁(2)的纵向延伸方向上伸展的弯曲状，
其特征在于，
在纵梁(2)中，第一规定拐点(18)关于力作用(Fcrash)的方向设置在第二规定拐点(19)之前，其中所述第一规定拐点(18)具有比所述第二规定拐点(19)更大程度的弯曲，并且
所述纵梁(2)在所述规定拐点(18、19)的区域中具有至少一个大致在所述纵梁(2)的纵向延伸方向上伸展的凹槽(16、17)。
2.根据权利要求1所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述纵梁(2)中的每一个具有至少两个规定拐点(18、19)。
3.根据权利要求2所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
相应的纵梁(2)在每个规定拐点(18、19)上具有至少一个凹槽(16、17)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
在规定拐点(18、19)的区域中，多个凹槽(16、17)并排设置在所述纵梁(2)上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述凹槽(16、17)分别设置在所述纵梁(2)的位于所述规定拐点(18、19)的弯曲方向(S18、S19)上的侧上和/或设置在所述纵梁(2)的与所述规定拐点(18、19)的所述弯曲方向(S18、S19)相对置的侧上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述凹槽(16、17)的边框(22、23)在所述规定拐点(18、19)的弯曲方向(S18、S19)上延伸。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述凹槽(16、17)的边框(22、23)在与所述规定拐点(18、19)的弯曲方向(S18、S19)相反的方向上延伸。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述凹槽(16、17)具有沿着所述纵梁(2)的纵向延伸要布置的长度(L1、L2)，所述长度与所述规定拐点(18、19)的弯曲的程度相关，
其中在比第二规定拐点(19)更大程度地弯曲的第一规定拐点(18)的区域中设置的第一凹槽(16)与在所述第二规定拐点(19)的区域中设置的第二凹槽(17)相比是更短的。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述凹槽(16)具有横向于所述纵梁(2)的纵向延伸方向的要布置的宽度(W1)，其中所述凹槽(16)的宽度选自如下组，所述组由如下组成：大致所述纵梁(2)的宽度(W2)，所述纵梁(2)的宽度(W2)的大致四分之三，所述纵梁(2)的宽度(W2)的大致一半和所述纵梁(2)的宽度(W2)的大致四分之一。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述纵梁(2)在所述规定拐点(18、19)的区域中具有大致矩形的横截面。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述纵梁(2)分别一件式地构成。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的辅助框架(1)，
其特征在于，
所述纵梁(2)分别多个部件式地构成，其中所述多个部件由相同的材料制成或者由不同的材料制成。
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