具有可變形接頭的車輛和可用於駕駛室託架的變形結構的製作方法

2023-09-17 01:40:00

專利名稱：具有可變形接頭的車輛和可用於駕駛室託架的變形結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及如權利要求1前序部分所述的車輛。特別是，本發明涉及一種車輛，其包含通過駕駛室託架來支撐駕駛室的底盤，在前部發生碰撞的情況下，駕駛室會向後移動，同時駕駛室託架繞著迴轉接頭轉動，可變形接頭發生變形。本發明還涉及一種如權利要求11前序部分所述的變形結構。特別是，本發明涉及一種變形結構，其包含剛性託架，可變形板通過螺栓固定在所述剛性託架上，變形結構使該板與剛性託架分離，同時相對於所述螺栓的軸向和徑向發生相對移動。
背景技術：
為了減輕對駕駛員和乘客的壓力並且降低在發生碰撞時車輛對外部物體的撞擊，使用變形結構。變形結構表示一種在受到例如由碰撞產生的一定衝擊力時在給定載荷條件下旨在發生變形的結構。為使剛性結構在碰撞中較軟，並且適當地使兩個相互緊固在一起的元件在給定作用力下分離而使用變形結構。本發明涉及一種變形結構，其旨在使兩個相互緊固在一起的元件在受到給定作用力時分離。
JP 0828346中披露了一個包含用於可傾斜的駕駛室中的變形結構的車輛的實例。該車輛，如圖1所示，包含駕駛室1，其經上託架2受到框架3的支撐，所述上託架2被固定到駕駛室上並可轉動地連接到固定在所述框架上的下託架4上。下託架具有斷裂指示器8，駕駛室1在發生碰撞時脫離框架3並撞到止動元件9。根據JP 0828346所述的變形結構存在一個問題即駕駛室完全與框架脫離，降低了控制該過程的可能性。另一個問題是在分離過程中作用力分布由設置在下託架上的斷裂指示器控制。由於下託架是駕駛室的支承結構，這使得更加難以最優化託架產生屈服的作用力。這是基於以下事實，即由於託架是支承結構，因此託架必須一方面要滿足具有足夠剛性的需要；另外一方面因為託架在碰撞順序中必須斷裂，所以託架需要有足夠的薄弱性。在託架中使用斷裂指示器也帶來與疲勞失效相關的問題。巨大的應力集中出現在斷裂指示器上，由於託架為支承結構，因此負載通常很高。
圖2示出在通常的碰撞順序中駕駛室託架受到的應力。該曲線表明第一個峰對應於駕駛室的緊固件產生屈服和駕駛室被允許向後移動的位置，第二個峰對應於碰撞物體撞擊剛性更大的框架結構的位置。為了保證駕駛室和與駕駛室碰撞的物體上的應力受到限制，有必要以簡易的、可控制的方式設計變形結構，以使在碰撞順序中在低於最大應力的給定負荷下產生屈服，如圖2中第一和第二個峰所示。
如今也使用了根據本發明權利要求1前序部分所述的車輛。這些車輛包括傳統的底盤和支撐在所述底盤上的駕駛室，在駕駛室下端具有固定在駕駛室託架上的支承板。駕駛室託架是指支撐駕駛室的託架。駕駛室託架設有迴轉接頭。駕駛室託架和支承板通過在車輛方向上的前部剛性接頭和至少一個後部可變形接頭相互錨固在一起，所述駕駛室在發生來自前端的碰撞時會向後移動，同時駕駛室託架繞其迴轉接頭轉動以及至少一個後部可變形接頭發生變形。後部可變形接頭包括螺栓，其固定在所述託架上並穿過設置在所述支承板可變形區域內的貫穿孔，其中貫穿孔的幾何形狀使其在徑向方向上相對於穿過所述螺栓的縱向軸線呈直角地固定所述螺栓，所述螺栓有以頭部、墊圈或螺母形式存在的突出部，其承靠在所述板可變形的區域上，用於在軸向上固定該板。
這種已公知的接頭存在的一個問題是在足夠小的壓力下不能產生屈服，這導致不能通過接頭產生預期的應力-吸收效應。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種包括變形結構的車輛，通過該變形結構使上面提到的問題得到解決。本發明一個具體目的是提供一種車輛，其包含具有可變形接頭的駕駛室託架，為了得到預期變形力，可以通過簡單的方式改變所述可變形接頭。變形力是指使變形結構產生屈服時的力。
這些目的是通過根據權利要求1特徵部分所述的車輛來實現。由於駕駛室託架配有前部剛性接頭和至少一個後部可變形接頭，因此在發生來自前部方向的碰撞時所述駕駛室會向後移動，同時駕駛室託架繞著迴轉接頭轉動，至少一個後部可變形接頭發生變形，這樣保證駕駛室不會完全脫離駕駛室託架。
根據本發明的後部可變形接頭包括固定在所述駕駛室託架上並穿過設在形成部分駕駛室的支承板的可變形區域的貫穿孔的螺栓，其中貫穿孔的幾何結構使得所述貫穿孔在徑向上相對於穿過螺栓的縱向軸線成直角固定所述螺栓。所述螺栓還具有以頭部、墊圈或螺母形式存在的突出部，所述突出部承靠在所述支承板的可變形區域上，用於在螺栓軸向上固定該支承板。可變形區域是指在這個區域支承板具有可使其在碰撞過程中產生屈服的厚度。
通過設計具有邊緣部分的貫穿孔，所述邊緣部分具有限定直徑基本上對應於螺栓的直徑的內切圓的中心部分，以及在所述中心部分外面徑向延伸的外圍部分，保證了支承板在正常載荷條件下被固定，也就是說在沒有碰撞的情況下，允許支承板在預期的作用力水平下從駕駛室託架上分離。
由於這種設計，可以允許簡單地改變支承板和駕駛室託架之間分離所需的作用力大小。這種變化是由距貫穿孔中心最遠的外圍部分的距離的改變以及中心部分寬度的改變帶來的。中心部分越寬，所需分離作用力越大。只要涉及外圍部分與貫穿孔中心之間的距離，這個距離越大，所需的分離作用力越小。因此變形結構可以設計成能夠通過基於經驗改變貫穿孔外圍部分的深度以及產生支撐接觸的中心部分的寬度來提供預期的分離作用力。通過把產生支撐接觸的中心部分視為從外圍部分上徑向最外面的那些點延伸的梁元件，根據支承板的厚度和彈性模量，還有可能計算產生支撐接觸的唇部所需的彎曲力。
本發明一個具體目的是提供一種變形結構，所述變形結構可以給出很好的改變預期變形力的可能性，即使變形結構產生屈服的力。該目的通過根據權利要求11特徵部分所述的變形結構實現。
在從屬權利要求中對優選實施方式作出了說明。


下面將參照附圖對本發明的實施方式進行更具體的描述，其中圖1示出了現有技術中受到駕駛室託架支承的駕駛室；圖2示出了在正常碰撞順序中典型的作用力/時間關係圖；圖3示出了根據本發明的包含在車輛方向上通過前部剛性接頭和至少一個後部可變形接頭相互間錨固在一起的駕駛室託架和駕駛室支承板的車輛；圖4是根據本發明的變形結構的側視圖；圖5示出了從上方觀看到的支撐板；圖6詳細示出了根據本發明的貫穿孔；圖7是根據本發明的變形結構的截面圖；和圖8是發生變形後的圖3所示的車輛。
具體實施例方式
圖3所示為傳統類型的車輛1，包括受到包括框架4的底盤3支撐的駕駛室2，該框架支撐一組輪軸5，所述輪軸支撐相應的輪對6。在下端7，駕駛室2具有支承板8。支承板8固定在駕駛室託架9上。在所示的實施方式中，支承板8包括基本垂直的部分11和基本水平的部分10。垂直部分和水平部分在折線12處連接。在折線12處產生應力集中。為了減少裂紋沿折線擴展的危險，支承板的水平部分10設有以三角脊的形式存在的突出部13、14。三角脊13、14也使水平部分10的扭轉剛度增加。
駕駛室託架9和支承板8在車輛的縱向方向15上通過前部剛性接頭16和兩個可變形的後部接頭17、18彼此錨固在一起。根據本發明，駕駛室託架9和支承板8可以由任意數量的可變形接頭17、18連接。剛性接頭是指在明確的碰撞順序中受到作用力的情況下不會產生屈服的接頭，可變形接頭是指在明確的碰撞順序中會產生屈服的接頭。對於圖2所示的碰撞順序，可變形接頭適於在低於150kN，適當的低於125 kN力作用下產生屈服。根據圖2所示的碰撞順序，剛性接頭在兩個峰的位置都不產生屈服，因此在低於180kN，適當的低於200-300kN下不會產生屈服。通過所給出的作用力/時間關係圖，本領域普通技術人員可以確定在其作用下部件變形結構應當產生屈服的合適的作用力水平。
駕駛室託架也安裝在迴轉接頭19中。在所示的實施方式中，迴轉接頭19通過連杆臂20與底盤3的框架4相連接。連杆臂20包括與駕駛室託架的迴轉接頭19相互連接的第一端部21。連杆臂還包括具有第二迴轉接頭23的第二端部22，所述第二端部22通過該迴轉接頭以鉸接的方式被固定到底盤的框架4上。當連杆臂20繞第二迴轉接頭23轉動時允許駕駛室2發生傾斜。液壓缸24設置在框架4和駕駛室2之間用於實現駕駛室2的傾斜。
圖4詳細示出了駕駛室託架9和支承板8的透視圖。支承板包括通過折線12與基本水平的部分10相連接的基本平面的垂直部分11。垂直部分10包括成形在凹進部26中的切口25。
另外，角鐵17設於水平部分10的前部28。角鐵旨在將支承板8連接到構成部分完整的駕駛室的其它結構部分上。
駕駛室託架9由基本平面的部分29構成，所述部分29具有承靠在支承板8的水平部分10的下表面31上的上表面30。在所示的實施方式中，平面部分29包括貫穿孔32，螺栓34-36的杆33從中穿過。平面部分29還包括貼靠住每個螺栓34-36的頭部38的下表面37。另一種可選方式是，代替頭部38，螺母可以被擰到延伸穿過平面部分29的螺栓上。在另一種可選方式中，平面部分的貫穿孔32包括螺栓34-36可以直接進行固定的螺紋。平行設置的兩個垂直的突出部，基本為三角形的突出部39、40從基本平面的部分29中延伸出來。三角形突出部39、40分別包括軸向設置並被用於形成迴轉接頭19的相應的貫穿孔41、42。根據所示實施方式，支承板8藉助以螺母43-45形式存在的突出部固定在駕駛室託架9上。在另一種可選方式中，螺栓34-36可以設置旨在承靠水平部分10的上表面46的相應頭部。
圖5所示為具有水平部分10的支承板8的俯視圖。支承板8包括第一前部貫穿孔47和兩個後部貫穿孔48、49。前部貫穿孔形成部分前部剛性接頭，其由支承板8中的貫穿孔47、螺栓35、平面部分29中的貫穿孔、螺栓頭部38和螺母43構成。貫穿孔47的直徑與螺栓35的杆的直徑相匹配。貫穿孔的直徑略微大於杆的直徑，且沒有不必要的間隙。由此通過適當的扭矩緊固的螺母43形成在徑向和軸向上的固定。
後部貫穿孔48、49形成部分兩個後部可變形接頭，其由支承板8中的貫穿孔48、49，螺栓36、37，平面部分29中的貫穿孔，螺栓頭部和螺母44、45構成。這些貫穿孔設於支承板8的可變形區域中。
在所示的實施方式中，後部貫穿孔48、49包括內接於三角形62、63中的外圍部分。根據上面的描述，支承板包括折線12，所述折線將基本垂直的部分11和基本水平的部分10分開。三角形62、63包括底面64、65，所述底面朝向所述折線12，並且與折線基本平行。由此，壓痕58-60均不直接朝向折線，以致在折線上產生的應力集中不與在壓痕處產生的應力集中相疊加。這種結構有助於減少構造受到疲勞失效的影響。
圖6詳細示出可變形接頭的貫穿孔48、49的結構。貫穿孔48、49包括具有中心部分51-53和在所述中心部分外部徑向延伸的外圍部分54-56的邊緣區域50，所述中心部分限定一個具有基本對應於螺栓直徑的直徑r的內切圓。由此邊緣區域50由多個壓痕58-60穿過的內圓57構成。設置中心部分51-53，使得螺栓固定在與螺栓的縱向軸線67成直角的徑向69上。外圍部分54-56從內圓57的圓心向外延伸最大徑向距離R。在一個實施例中，壓痕58-60包括外圍70，所述外圍由具有半徑r』的半圓弧或更小的圓弧組成。在有利的實施例中，設置三個壓痕。貫穿孔48、49基本為三葉草形狀。在邊緣區域50周圍的部分，支承板8形成可變形的區域66。在圖6中，可變形區域用點劃線示出的圓表示。可變形區域66基本對應於螺母44、45承靠所述支承板的部分。當發生碰撞時，螺母將被拉動通過支承板，同時可變形區域66發生較大變形。
r/R和L/2πr的比值，其中L表示中心部分51-53的總長度，定性決定變形力的大小，即使變形結構產生屈服的力。比值小對應於較低的變形力。
在所示的實例中，r/R＝1/2。在板厚3mm，貫穿孔尺寸r＝12mm和R＝22mm，螺母的接觸直徑D＝22.1mm剛好大於R的情況下，這使完全圓形的孔上的變形力從176kN減小到125kN。比值r/R的適當範圍是1/1.1到1/4之間。
圖7所示為固定在駕駛室託架9的平面部分29上的螺栓33的截面圖。螺栓33由突出部68錨固。突出部可由頭部、墊圈或螺母44、45形成。在所示的實施方式中，突出部由螺母44組成，其具有包括朝向支承板上表面46的下表面61的接觸表面。螺母35的下表面61的直徑D大於貫穿孔47、48的中心部分的半徑r。直徑D優選大於貫穿孔47、48外圍部分的半徑R，由此防止汙垢進入，減少腐蝕的發生。螺栓具有沿縱向軸線的延伸部，如箭頭67所示。
圖8所示為發生變形後的圖3所示車輛。下面僅描述相對於圖3情況所發生的改變。
駕駛室2在車輛縱向上已後移距離L。剛性接頭16仍然錨固在支承板8的水平部分10上。可變形接頭17、18由於螺母44、45通過支承板8而脫離支承板8的水平部分10。駕駛室託架9已繞著迴轉接頭19轉動。由此支承板8的水平部分10在剛性接頭16緊固件周圍的區域已產生輕微變形。
可變形接頭可用在駕駛室託架以外的地方。因此本發明還涉及一種變形結構，其包括剛性託架和固定在所述託架上並穿過設在可變形板中的貫穿孔的螺栓，其中貫穿孔的幾何結構使得所述貫穿孔在徑向上相對於穿過螺栓的縱向軸線成直角固定所述螺栓，所述螺栓包括以頭部、墊圈或螺母形式存在的突出部，承靠住所述支承板，用以在軸向上固定該支承板。貫穿孔包括具有中心部分和在所述中心部分外徑向延伸的外圍部分的邊緣區域，所述中心部分限定一個內切圓，其直徑基本對應於螺栓的直徑。
本發明並不限於上述的實施方式，可以在下面權利要求所限定的範圍之內自由變化。
權利要求
1.一種車輛(1)，包括底盤(3)和支撐在所述底盤(3)上的帶有支承板(8)的駕駛室(2)，支承板(8)固定在具有迴轉接頭(19)的駕駛室託架(9)上，所述駕駛室託架(9)和支承板(8)在車輛方向上通過前部剛性接頭(16)和至少一個後部可變形接頭(17、18)彼此錨固在一起，所述駕駛室(2)在發生來自前端的碰撞時會向後移動，同時駕駛室託架(9)繞著其迴轉接頭(19)轉動，至少一個後部可變形接頭(17、18)發生變形，後部可變形接頭包括螺栓(35、36)，所述螺栓固定在所述駕駛室託架(9)上並穿過設在所述支承板(8)的可變形區域(66)內的貫穿孔(47、48)，貫穿孔(47、48)的幾何結構使得所述貫穿孔在徑向(69)上相對於穿過螺栓(47、48)的縱向軸線(67)成直角固定所述螺栓(35、36)，所述螺栓(35、36)具有承靠住所述支承板(8)的所述可變形區域用以沿著螺栓縱向軸線固定支承板(8)的突出部(68)，其特徵在於，所述貫穿孔(47、48)包括帶有中心部分(51-53)和外圍部分(54-56)的邊緣區域(50)，所述中心部分限定一個內接圓(57)，其直徑基本相應於螺栓的直徑，所述外圍部分在所述中心部分外面徑向延伸。
2.如權利要求1所述的車輛，其特徵在於，駕駛室託架(9)通過迴轉接頭(19)以鉸接方式固定到連杆臂(20)的第一端(21)，其另一端(22)通過第二迴轉接頭(23)以鉸接方式固定到所述底盤(3)上，當所述連杆臂(2)繞著所述第二迴轉接頭(23)轉動時允許駕駛室(2)發生傾斜。
3.如權利要求1或2所述的車輛，其特徵在於，所述外圍部分(54-56)具有小於所述朝向所述支承板(8)的所述突出部(68)的接觸表面(61)半徑的徑向長度。
4.如權利要求1、2或3所述的車輛，其特徵在於，所述邊緣區域(50)由多個壓痕(58-60)穿過的內圓(57)構成。
5.如權利要求4所述的車輛，其特徵在於，所述壓痕(58-60)具有由半圓弧或更小的圓弧組成的外圍(70)。
6.如權利要求4或5所述的車輛，其特徵在於，壓痕的數量為三個。
7.如權利要求1-6中任一項所述的車輛，其特徵在於，貫穿孔(47、48)基本為三葉草形狀。
8.如權利要求6或7所述的車輛，其中所述外圍部分內接於一個三角形(62)中，所述支承板(8)具有分離基本垂直的部分(11)和基本水平的部分(10)的折線(12)，水平部分(10)包括所述貫穿孔(47、48)，其特徵在於，所述三角形(62、63)具有朝向所述折線(12)並基本平行於折線(12)設置的底面(64、65)。
9.如權利要求1-8中任一項所述的車輛，其特徵在於，駕駛室託架(9)和支承板(8)通過兩個後部可變形接頭彼此錨固在一起。
10.如權利要求9所述的車輛，其特徵在於，所述支承板(8)具有基本上在車輛橫向方向上延伸並定位在車輛的縱向方向上兩個後部可變形接頭(17、18)之間的脊(14)，貫穿孔(47、48)之間的所述可變形接頭的裂紋擴展被阻止。
11.一種變形結構，包括剛性託架(9)和固定在所述託架(9)上並穿過設在可變形板(8)內的貫穿孔(47、48)的螺栓(35、36)，貫穿孔(47、48)的幾何結構使得所述貫穿孔在徑向上相對於穿過螺栓的縱向軸線成直角固定所述螺栓(35、36)，所述螺栓(35、36)具有承靠住所述支承板(8)用以沿軸線方向固定支承板的突出部(68)，其特徵在於，所述貫穿孔(47、48)包括帶有中心部分(51-53)和外圍部分(54-56)的邊緣區域(50)，所述中心部分限定一個內接圓(57)，其直徑基本相應於螺栓的直徑，所述外圍部分在所述中心部分外面徑向延伸。
12.如權利要求11所述的變形結構，其特徵在於，所述外圍部分(54-56)具有小於所述朝向所述板的所述突出部的接觸表面(61)半徑的徑向長度。
13.如權利要求11或12所述的變形結構，其特徵在於，所述邊緣區域(50)由多個壓痕(58-60)穿過的內圓構成。
14.如權利要求13所述的變形結構，其特徵在於，所述壓痕(58-60)具有由半圓弧或更小的圓弧組成的外圍。
15.如權利要求13或14所述的變形結構，其特徵在於，壓痕的數量為三個。
16.如權利要求11-15中任一項所述的變形結構，其特徵在於，貫穿孔(47、48)基本為三葉草形狀。
全文摘要
車輛(1)，所述車輛包括底盤(3)和支撐在所述底盤(3)上且在下部帶有支承板(8)的駕駛室(2)，支承板(8)固定在具有迴轉接頭(19)的駕駛室託架(9)上，所述駕駛室託架(9)和支承板(8)在車輛方向上通過前部剛性接頭(16)和至少一個後部可變形接頭(17、18)彼此錨固在一起，以及一種變形結構，所述變形結構包括剛性託架(9)和固定在所述託架(9)上並穿過設在可變形板(8)內的貫穿孔(47、48)的螺栓(35、36)，貫穿孔(47、48)的幾何結構使得所述貫穿孔在徑向上相對於穿過螺栓的縱向軸線成直角固定所述螺栓(35、36)，所述螺栓(35、36)具有以頭部、墊圈或螺母形式存在的突出部(68)，所述突出部承靠住所述板，用以在軸向上固定該板。
文檔編號B62D21/15GK1659076SQ03812902
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月3日 優先權日2002年6月3日
發明者J·－O·博丁, R·滕哈寧, U·格拉朗, S·施特羅貝裡, B·科內爾 申請人:沃爾沃拉斯特華格納公司