專利名稱：車身框架支撐柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車車身框架的支撐柱，特別是公共汽車的側(cè)壁式支撐柱，該支撐柱的兩端分別與各自的一個(gè)框架部件相連，并且在該支撐柱的兩端之間有一個(gè)封閉的空心型鋼。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車中常用的車身框架是由多個(gè)側(cè)壁式支撐柱以及縱向支撐柱、橫向支撐柱、底部支架和頂部支架所組成的車身框架，在汽車制造業(yè)已公知，且在公共汽車中已多次使用。這種車身框架的基本組成部件是側(cè)壁式支撐柱，它的作用是支撐頂部和底部部件以及加固車窗和車體外殼。為使上部的車身外殼與行李箱蓋板的表面構(gòu)成同一個(gè)平面，側(cè)壁支撐柱要分開(kāi)安裝。其上面的部分起一個(gè)連接頂部支架和縱向型鋼的作用，而下面的部分則是稍稍后置，連接縱向型鋼和底部支架。另外，上下側(cè)壁支撐柱與縱向型鋼的節(jié)點(diǎn)處構(gòu)成了一個(gè)角撐架，對(duì)底部起到支撐作用。
側(cè)壁式支撐柱、頂部支架、底部支架和其它底部元件的橫向支架形成一個(gè)環(huán)形框架。汽車在行駛過(guò)程中特別是發(fā)生事故時(shí)，這個(gè)環(huán)形框架可能會(huì)受到振動(dòng)疲勞應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用。為了在汽車制造工藝越來(lái)越簡(jiǎn)單的同時(shí)符合各項(xiàng)安全性的要求，要在車身框架和側(cè)壁支撐柱/縱向型鋼/底部支架的節(jié)點(diǎn)處安裝一些特殊部件，以局部加固側(cè)壁，或者也可以在相鄰的支架之間安裝一個(gè)角度量規(guī)。
DE 199 29 219 A1中所提到的這種載重車車身框架的節(jié)點(diǎn)加固裝置是眾所周知的。按照該資料中的建議，應(yīng)在車身框架開(kāi)口處(包括車門或車窗)豎直相連的框架支架的側(cè)壁上焊有加固裝置。通過(guò)這種相鄰的框架支架之間的彼此相連來(lái)增強(qiáng)車身框架的穩(wěn)固性。該固定通過(guò)Anpunkten或焊接的方法實(shí)現(xiàn)。這種制造技術(shù)的缺點(diǎn)在于，需要有大量的節(jié)點(diǎn)作為加固部分，而且制做這些必要的焊接點(diǎn)要耗費(fèi)大量時(shí)間。
除了上面提到的問(wèn)題之外，汽車制造業(yè)還經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是，由于加固所需的空間不足，這些起加固作用的節(jié)點(diǎn)占用了乘客區(qū)的底部，故而會(huì)影響到車上的乘客。

發(fā)明內(nèi)容
基于這種技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在制造出一種符合安全性要求的機(jī)動(dòng)車車身框架支撐柱，特別是在乘客區(qū)要求有一個(gè)緊急避難區(qū)，同時(shí)還要求成本和技術(shù)耗費(fèi)盡可能地低。另外這個(gè)支撐柱還要盡可能地節(jié)約空間，以免占用可用空間。
本發(fā)明的這一目的是通過(guò)權(quán)利要求1中提到的側(cè)壁來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的其它優(yōu)越性可參見(jiàn)從屬權(quán)利要求及后面的說(shuō)明書和實(shí)施例。
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車特別是公共汽車車身框架的一個(gè)支撐柱，該支撐柱的兩端分別可以與至少一個(gè)車身部件相連，同時(shí)兩端之間有一個(gè)一體的帶縱向中軸的空心型鋼部件，這個(gè)縱向中軸要么是彎曲的，要么至少有兩段是不平行的，另外暴露在外部的支撐柱部分也是與支撐柱的兩端相連，位于它們之間的中間一段支撐柱，至少在一個(gè)應(yīng)力方向的彎曲阻力矩要大于外部支撐柱部分的阻力矩。
為了提高支撐柱中間部分的阻力矩，應(yīng)增大這一部分支撐柱的有效橫截面并且/或者對(duì)材料特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)母牧?。要做到這一點(diǎn)，可以采取下面的方法額外安裝一個(gè)加強(qiáng)部件、使用品質(zhì)更高的材料，并且/或者支撐柱中間部分的空心型鋼要選擇比外部的支撐柱部分更厚的壁厚。當(dāng)然，除了在支撐柱的中部使用品質(zhì)更高的材料之外，也可以通過(guò)改良材料的特性來(lái)改良空心型鋼這一部分已有的材料。
采用上面的特殊設(shè)計(jì)制成的機(jī)動(dòng)車車身框架支撐柱，一方面由于其特殊的結(jié)構(gòu)可以在空間有限的區(qū)域中使用；另一方面，空心型鋼一體設(shè)計(jì)和支撐柱中間部分的加強(qiáng)設(shè)計(jì)確保了在制造、安裝和固定車身框架時(shí)操作簡(jiǎn)單，同時(shí)不會(huì)損失其強(qiáng)度和剛性。另外，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的這種支撐柱還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是它的支架部件有一個(gè)特殊的一體設(shè)計(jì)，使其在連接節(jié)點(diǎn)處如公車車身框架的縱梁處不必被分隔，而可以順著支架延展。這樣一來(lái)，這種高強(qiáng)度的支撐柱就可以用于車身框架的各個(gè)位置，包括有特殊結(jié)構(gòu)要求的地方。
支撐柱兩端之間縱向延伸的空心型鋼采用的是一體化設(shè)計(jì)。所謂一體化設(shè)計(jì)，是指該空心型鋼只有一個(gè)部件構(gòu)成或者其在裝入車身框架之前由很多部件構(gòu)成，然后通過(guò)焊接等處理拼合成一個(gè)一體的部件。也就是說(shuō)，關(guān)鍵是要使該支撐柱在裝入車身框架時(shí)是作為一個(gè)整體部件的，以確保所述的支柱在裝入車身框架時(shí)操作簡(jiǎn)單，并且能夠和相應(yīng)的車身部件相連。支撐柱的兩端與車身部件如底部支架和頂部支架相連。當(dāng)然這并不影響支撐柱與其它的車身部件相連。比如在支撐柱的中間部分可以安裝一個(gè)支架來(lái)支撐中部的車身底部，或者至少在支撐柱的某一段可以安裝一個(gè)外殼。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，可以將支撐柱分成三段，其中支撐柱外端的兩部分最好至少有一部分處于彼此平行的平面中。剩下的中間部分則作為外端這兩段支撐柱之間的連接部件。另外這段中間部分的兩端分別與外端兩段支撐柱相連，并至少接觸到一個(gè)外端支撐柱(或至少是外端支撐柱朝向中部支撐柱的末端區(qū)域)所在的平面。
這種支撐柱的空心型鋼最好有一個(gè)長(zhǎng)方形或者至少接近長(zhǎng)方形(一般是60×40mm2)的橫截面。當(dāng)然，這個(gè)橫截面也可以是其它的多邊形或者是圓形的。另外一種特殊構(gòu)造的支撐柱其空心型鋼的橫截面是方形的，比較常見(jiàn)的尺寸是40×40mm2、50×50mm2或80×80mm2。
空心型鋼的壁厚最好大于2mm，材料則最好采用最小屈服點(diǎn)為420N/mm2的高強(qiáng)度鋼，特別是S460。當(dāng)然，也可以采用其它符合最小屈服點(diǎn)這一條件要求的類似鋼材的材料。
在本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施例中，支撐柱的中部至少有一部分型鋼的壁厚要大于其外端部分。這種支撐柱的中部至少在一個(gè)應(yīng)力方向上的彎曲阻力矩要大于外端部分，空心型鋼的壁厚也因此得到了加強(qiáng)。除了提高壁厚，還可以在支撐柱的中部、空心型鋼的外側(cè)(主要起密封圈的作用)或內(nèi)側(cè)額外安裝至少一個(gè)加強(qiáng)部件，同時(shí)在空心型鋼和加強(qiáng)部件之間至少有一段形成一個(gè)接觸面。甚至可以將加強(qiáng)部件設(shè)計(jì)成多層結(jié)構(gòu)，即把多個(gè)空心型鋼疊加或套在一起。不管采取哪種構(gòu)造，都要確保空心型鋼在接觸面區(qū)域與至少一個(gè)加強(qiáng)部件緊密連接，而幾乎所有的連接技術(shù)都可用于這種連接。比如既可以采用需要輔助材料的釬焊、粘合、熔悍或鉚接等方法，也可以采用彎曲、沖壓或壓縮等工藝在空心型鋼和加強(qiáng)部件之間形成一個(gè)形狀相似的連接點(diǎn)。本發(fā)明有一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其加強(qiáng)部件就是通過(guò)點(diǎn)焊的方法與空心型鋼相連的。
當(dāng)然，如果不采用上面提到的各種構(gòu)造，還要保證與支撐柱外端部分相比能夠至少部分提高支撐柱中部的彎曲阻力矩，也可以在支撐柱的中部安裝一個(gè)加強(qiáng)部件，并選擇壁厚恒定不變的空心型鋼。在該特定實(shí)施例中，同樣可以采用上面提到的各種連接技術(shù)來(lái)連接空心型鋼和加強(qiáng)部件。
另一優(yōu)選實(shí)施例的特征是，支撐柱中部的加強(qiáng)部件位于空心型鋼的內(nèi)部，也是空心型鋼的，特別是它有一個(gè)長(zhǎng)方形或正方形的橫截面。當(dāng)然，這種空心型鋼加強(qiáng)部件也可以選擇其它多邊形甚至是圓形的橫截面。另一實(shí)施例中，所述支撐柱的加強(qiáng)部件可為T型、雙T型、I型、U型或L型型鋼。其中，該加強(qiáng)部件至少有一部分是最低屈服點(diǎn)為420N/mm2的高強(qiáng)度鋼材(特別是S460)。在這種情況下，最好是整個(gè)支撐柱特別是空心型鋼和加強(qiáng)部件都能采用同樣的材料。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，在支撐柱中安裝了前面提到的各種加強(qiáng)部件或是將這些加強(qiáng)部件組合在一起，從而可以對(duì)彎曲阻力矩進(jìn)行非常精確的調(diào)整。


下面將通過(guò)本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)這種機(jī)動(dòng)車的車體支撐柱進(jìn)行說(shuō)明，一般發(fā)明中的局限性在這些應(yīng)用實(shí)例中并不存在。這些圖中圖1 帶加固部件的支撐柱；圖2 中區(qū)已加固的一體性支撐柱；圖3 常見(jiàn)的支撐柱示意圖；圖4 在負(fù)載狀態(tài)下的環(huán)形車身框架。
具體實(shí)施例方式
1a)和圖2a)是該支撐柱的側(cè)視圖，圖1b)和圖2b)是它的三維立體圖。該支撐柱雖然也有一個(gè)S型沖擊裝置，但是它和圖3中目前我們常見(jiàn)的支撐柱不同的地方在于，在它的內(nèi)部有一個(gè)空心型鋼，從底部支架一直貫穿到頂部支架。其它示意圖中帶有同樣編碼的是同樣的部件。
圖1是裝有該支撐柱1的公共汽車車身框架的一部分，它在這里相當(dāng)于一個(gè)側(cè)壁式支撐柱。側(cè)壁式支撐柱作為汽車車身的外部框架，在其一端有一個(gè)頂部支架，另外一端有一個(gè)底部支架(圖中未畫出這兩個(gè)部分)，所以當(dāng)車身處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)它是一個(gè)非常關(guān)鍵的部件。另外在乘客區(qū)9還裝有一些鐵外殼5和圓片(未畫出)，它們是通過(guò)適當(dāng)?shù)募庸淘b上去的。與圖3中分體式側(cè)壁支撐柱1不同，圖1中的側(cè)壁支撐柱是一體的，在它的中部有一個(gè)反彈式的S型沖擊裝置。通過(guò)內(nèi)部的這個(gè)反沖裝置就確保了側(cè)壁支撐柱的一體化結(jié)構(gòu)同時(shí)也使鐵外殼5和組成行李箱10的行李箱蓋板4的表面形成一個(gè)水平的外表面。
為了在使用中能夠確保一體式的側(cè)壁支撐柱1制造技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)以及公共汽車車身框架的安全性，在該支撐柱1的中部裝有一個(gè)加固部件3。它是一個(gè)空心的型鋼，裝在空心型鋼2中，它的上下部分分別通過(guò)兩個(gè)電鉚焊的接口13與空心型鋼2相連。
另外在支撐柱1的中部外側(cè)還裝有一個(gè)縱向支撐柱6，它的作用是確保車身縱向的穩(wěn)固性。在這一區(qū)域的內(nèi)側(cè)則是一個(gè)橫向支撐柱7，它的作用是支撐乘客區(qū)9的底部8。此外，為了將乘客區(qū)9與車身框架隔開(kāi)還安裝了一個(gè)內(nèi)殼12，它同樣固定在支撐柱1上，作用是確保乘客區(qū)的清潔。
圖2和圖1一樣，都是乘客區(qū)9和行李箱10之間那一部分的車身框架圖。其中整個(gè)車身的構(gòu)造，包括支撐柱、地板、行李箱蓋板和鐵外殼，都與圖1一致。所不同的是，圖2中的側(cè)壁支撐柱1只有一個(gè)從支撐柱一端連到另一端的空心型鋼2，并且它的中部壁厚較厚。通過(guò)這種特殊構(gòu)造設(shè)計(jì)，可以在支撐柱中安裝一個(gè)反彈式的S型沖擊裝置，然后再通過(guò)這個(gè)沖擊裝置在車身側(cè)壁安裝一個(gè)一體式的側(cè)壁支撐柱1。這樣的構(gòu)造不會(huì)破壞汽車的安全性、舒適度或外觀美感。
與圖1、2相比，圖3中是汽車側(cè)壁支撐柱比較常見(jiàn)的兩種構(gòu)造。這種側(cè)壁支撐柱的特點(diǎn)(如圖3a和3b所示)就是由兩部分組成。也就是說(shuō)，為了使鐵殼5和行李箱蓋板4的表面形成一個(gè)平面，必須將側(cè)壁支撐柱1分成上下兩部分。
在圖3b中，支撐柱上除了上下兩部分1a和1b之外，還有一個(gè)加固部件3。它的作用是一旦發(fā)生事故，可以起到抓握作用。一方面，這個(gè)加固部件必須與支撐柱的下部元件1b相連；另外，在制造車身框架時(shí)，要在加固部件和支撐柱上部元件1a之間做一個(gè)焊縫。而由于在負(fù)重狀態(tài)下這一焊縫會(huì)處于最大的彎曲應(yīng)力區(qū)域，所以這種焊縫的成本是相當(dāng)高。
所以，3a和3b中所示的傳統(tǒng)的側(cè)壁支撐柱無(wú)論從安全性還是從制造成本來(lái)講，都不能令人十分滿意。
圖4是公共汽車在發(fā)生翻車事故后車身環(huán)形框架的負(fù)重情況。圖中行李箱10在下方，在它上面有很多條支桿11起到支撐和加固車身的作用。行李箱10的上方是一個(gè)橫向支撐柱7，乘客區(qū)的底部就是固定在這個(gè)支撐柱上面的。它的兩側(cè)分別與一根側(cè)壁支撐柱1相連。而所有這些側(cè)壁支撐柱1又通過(guò)一個(gè)頂部支架15在上端彼此連接。
另外圖中還標(biāo)示出乘客區(qū)9內(nèi)部的一個(gè)緊急避難區(qū)14。這個(gè)緊急避難區(qū)14須按照法律規(guī)定的尺寸制造，并且要確保發(fā)生事故時(shí)不會(huì)有其它物體侵入其中。如果對(duì)圖4中的環(huán)形車身框架施加一個(gè)力F，或者當(dāng)發(fā)生翻車時(shí)，車身框架就會(huì)以圖中所示的方式發(fā)生傾斜。此時(shí)沿著側(cè)壁支撐柱1會(huì)出現(xiàn)彎曲應(yīng)力，如果不采取相應(yīng)的保護(hù)措施，這些側(cè)壁支撐柱就會(huì)在橫向支撐柱7的固定點(diǎn)的位置形成最大彎曲應(yīng)力，從而在負(fù)重狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致這些側(cè)壁支撐柱1在該區(qū)域發(fā)生彎曲并可能會(huì)進(jìn)入緊急避難區(qū)14。因此，應(yīng)該在橫向支撐柱7的固定點(diǎn)的位置安裝一個(gè)加固部件3，這樣在負(fù)重狀態(tài)下出現(xiàn)的彎曲力矩與其阻力矩之間的比例的最大值就會(huì)上移，也就是向頂部支架的方向偏移。這樣如果側(cè)壁支撐柱一旦發(fā)生彎曲，也只會(huì)在橫向支撐柱的固定點(diǎn)所在位置的上方，而且?guī)缀跏桥c緊急避難區(qū)14的邊緣框架平行彎曲的。
綜上所述，通過(guò)安裝一個(gè)帶加固部件3的一體式側(cè)壁支撐柱這一方式所制成的支撐柱1，既便于生產(chǎn)和安裝，同時(shí)也滿足了對(duì)乘客區(qū)安全性的各項(xiàng)要求。

1支撐柱1a支撐柱上部元件1b支撐柱下部元件2空心型鋼3加固部件4行李箱蓋板5鐵外殼6縱向支撐柱7橫向支撐柱8底部9乘客區(qū)10行李箱11行李箱支桿12內(nèi)殼13電鉚焊接口14緊急避難區(qū)15頂部支架
權(quán)利要求
1.用于機(jī)動(dòng)車特別是公共汽車車身框架的一種支撐柱，其兩端可分別與至少一個(gè)車身部件相連，并且其兩端之間有一個(gè)空心型鋼部件(2)，其特征在于，該空心型鋼部件(2)是一體的并且有一個(gè)縱向中軸，這個(gè)縱向中軸是彎曲的，或者至少有兩段是不平行的，外部的支撐柱部分與支撐柱的兩端相連，在它們之間設(shè)有一段中間支撐柱，該中間支撐柱至少在一個(gè)應(yīng)力方向的彎曲阻力矩要大于外部支撐柱部分的阻力矩。
2.如權(quán)利要求1所述的支撐柱，其特征在于特征在于，空心型鋼部件(2)有一個(gè)長(zhǎng)方形或者至少是接近長(zhǎng)方形的橫截面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的支撐柱，其特征在于，空心型鋼部件(2)的壁厚至少為2mm。
4.如權(quán)利要求1至3其中之一所述的支撐柱，其特征在于，空心型鋼部件(2)至少有一部分是由最低屈服點(diǎn)為420N/mm2的高強(qiáng)度鋼材，特別是S460組成的。
5.如權(quán)利要求1至4其中之一所述的支撐柱，其特征在于，支撐柱中部的空心型鋼部件(2)至少有一部分的壁厚要大于支撐柱外端部分的壁厚。
6.如權(quán)利要求1至5其中之一所述的支撐柱，其特征在于，在支撐柱的中部至少安裝有一個(gè)加強(qiáng)部件(3)，并且該加強(qiáng)部件至少有一段是和空心型鋼(2)形成一個(gè)接觸區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)是安裝在空心型鋼(2)內(nèi)部的。
8.如權(quán)利要求6或7所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)是空心型鋼材料。
9.如權(quán)利要求6至8其中之一所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)有一個(gè)長(zhǎng)方形或者至少是接近長(zhǎng)方形的橫截面。
10.如權(quán)利要求6至9其中之一所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)有一個(gè)圓形的橫截面。
11.如權(quán)利要求6所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)分別為T型、雙T型、I型、U型或L型型鋼。
12.如權(quán)利要求6至11其中之一所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)至少有一部分是由最低屈服點(diǎn)為420N/mm2的高強(qiáng)度鋼材，特別是S460組成的。
13.如權(quán)利要求1至12其中之一所述的支撐柱，其特征在于，支撐柱中部的空心型鋼部件(2)由一個(gè)S型沖擊裝置或兩個(gè)彎折。
14.如權(quán)利要求7至13其中之一所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)是通過(guò)焊接或鉚接的方法固定在空心型鋼(2)上的。
15.如權(quán)利要求7至14其中之一所述的支撐柱，其特征在于，加強(qiáng)部件(3)至少通過(guò)一處點(diǎn)焊點(diǎn)(13)與空心型鋼(2)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車特別是公共汽車車身框架的支撐柱。這個(gè)支撐柱的兩端分別可以與至少一個(gè)車身部件相連，同時(shí)兩端之間有一個(gè)空心型鋼部件。這一支撐柱的特征在于，它的空心型鋼部件(2)是一體的并且有一個(gè)縱向中軸，這個(gè)縱向中軸要么是彎曲的，要么至少有兩段是不平行的。另外暴露在外部的支撐柱部分也是與支撐柱的兩端相連，位于它們之間的中間一段支撐柱，至少在一個(gè)應(yīng)力方向的彎曲阻力矩要大于外部支撐柱部分的阻力矩。
文檔編號(hào)B62D31/02GK1640747SQ20041004716
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者J·榮金格, C·舒特爾, L·里貝克 申請(qǐng)人:德國(guó)曼商用車輛股份公司