组合式车架

本发明涉及客车车身骨架，更具体来说，涉及包括若干独特模件 或分组件的车架。

客车车身骨架一般包括梯式结构或单体结构。这些结构已使用多 年，在本专业中是公知的。虽然传统结构已证实很适用，但是对现有 车辆结构仍需改进。

例如，汽车工业一直努力减轻车辆的重量以节约燃料又不降低或 牺牲结构的整体性。另外，需要提供更能承受冲击碰撞，对乘员更为 安全的车辆。为实现改善曾作过各种努力，例如为部分或全部车架更 换不同的材料。虽然如铝或复合材料那样的材料具有重量轻的优点， 但是一般都以牺牲结构刚度为代价。另外，许多替代材料价格高昂， 因而是不可行的。

传统车架的另一缺点是在组装过程中存在一定的难度和复杂性。 例如，车架包括向前延伸的中栏(midrail)，其穿过用作发动机室的 区域伸出。由于存在中栏，车辆的传动系和前悬挂系的装配更为困难。 例如，将其安装在车辆上之前能够完全装好悬挂系，那将是有利的。 但是，传统的车架使这种预组装不可实行或不可实现。

本发明提供一种对现有技术改进很大的车架，显著提高了车辆制 造的方便性，也提高了车架的结构刚度和耐用度。由于按照本发明的 车架结构，也提高了乘客的安全性。

一般来说，本发明涉及由若干分组件或模件构成的机动车车架。 乘座室组件包括一对沿乘座室下部和外部边缘延伸的侧栏。前悬挂模 件安装在乘座室组件的每个侧栏上。前悬挂模件在乘座室前端在两侧 栏之间延伸。顾名思义，前悬挂模件用于支承一个完整的前悬挂组件。 前悬挂模件也支承车辆的传动系。后悬挂模件在与前悬挂模件相反的 侧栏第二端安装在乘座室模件上。后悬挂模件也在两侧栏之间延伸。 前悬挂模件和后悬挂模件在乘座室模件侧栏上的安装为整个车架提供 了主要的抗扭刚度。由于前、后悬挂模件当适当连接于乘座室侧栏时 为车架提供了抗扭刚度，因而不需要其它的侧向加固件。

前部吸能模件最好连接于前悬挂模件和乘座室侧栏的最前端。前 部吸能模件最好包括8根吸能管，当冲击或碰撞时它们对准以预定模 式挤压。吸能管的对准和连接可保证冲击中的大部分能量被车架最前 部的模件所吸收，这可以显著提高乘客的安全性。同样，后吸能模件 连接于车架的后部。

通过对推荐实施例的详细描述，本专业技术人员可理解本发明的 各种其它特征和优点。详细说明所用的附图如下：

图1是简化车架的示意图，说明本发明的结构原理。

图2是带有附加吸能模件的图1实施例的示意图。

图3是经改进以提供前、后轮间隙的图2实施例的分解示意图。

图4是按照本发明设计的车架的示意立体图。

图5是图4实施例前端的分解图，表示车架包括若干模件的情况。

图6是图4和5所示车架部分间连接部的局部横剖图。

图7是按照本发明设计的车架使用的安装接头的示意图。

图8是推荐用于图5的车架的安装接头的示意图。

图9是用作本发明一部分的吸能管的推荐实施例的示意图。

图10是沿图9中10-10线的剖视图。

图11是图5实施例的后部的示意分解图，表示其包括若干模件的 情况。

图12是按照本发明设计的车架部分之间的推荐的连接部的示意 图。

图1示意地表示车架20的结构布置。乘座室22包括一对在基本 呈矩形的前部23和基本呈矩形的后部27之间延伸的侧栏32。前、后 部是刚性的，可抵抗挠曲或扭转。因此，侧栏32和前部23及后部27 之间的连接形成一个很刚性和稳定的车架20。基本矩形的前、后部23 和27是侧栏32间的主要车架侧向加固件，对车架20提供扭转刚度。

图2示意地表示在前部23上附装前部吸能模件26。前部吸能模件 26设计得可以按照下面将要描述的方式吸收冲击或碰撞能量。同样，在 后部28上附装后部吸能模件30。前部吸能模件26对车架20提供扭转刚 度。后部吸能模件30因其顶部必须敞开以存取行李而不提供扭转刚度。

图3示意地表示图2实施例的一个变型。前部23和后部27经改变而 为车轮提供间隙。但是，前、后部23和27仍是刚性的，可抵抗挠曲或扭 曲。图3也示意地表示改变的前、后部分成分组件的情形。前部23分成 一个前悬挂模件24和一个前部吸能模件26。后部27分成一个后部悬挂 模件28和一个后部吸能模件30。

按照图示由模件构制车架，这样就能够用多个分组件或模件来生产车 架。例如，乘座室22最好作为一个完整的模件来组装。同样，前悬挂模 件24和车辆前悬挂的构件最好作为一个完整的模件预组装，然后安装在 乘座室模件22的前部上。然后将已预组装的前部吸能模件26装在乘座室 22和前悬挂模件24的前部。同样，最好在将后悬挂模件28和悬挂构件 连接于乘座室模件22之前就将其完成，从而组装车架后部。然后将后部 吸能模件30安装在后部悬挂模件28和乘座室22上。

上面的描述及图1至3说明了按照本发明的车身设计的原理。独特的 模件的组合极大地便利和改善了车架的制造过程，提高了车辆结构的有效 性和乘客的安全性。

图4表示按照上述原理设计的组合式车架20。乘座室模件22在一端 安装在前部悬挂模件24上。前部吸能模件26分别安装在乘座室模件22 和前部悬挂模件24上。后部悬挂模件28连接于乘座室模件22的第二端。 后部吸能模件30分别连接于后部悬挂模件28和乘座室模件22。各模件 间连接的细节将在下文中描述。

乘座室模件22包括一对侧栏32。侧栏32最好由几件构成。摆槽或 主栏部34最好由具有基本呈U形横截面的制成的敞口槽部构成。前部铰 链支柱36连接于摆槽34的一端。前栏延伸部或第一端栏部38连接于前 部铰链支柱36的另一端。摆槽34的另一端连接于后部锁销支柱40，后 部锁销支柱也连接于后栏延伸部或第二端栏部42。主栏部34最好基本平 行于端栏部38和42。取决于特定的应用，这种对准可在0°至20°的范围 内变化。

侧栏32的各个部分最好与铸造节点44相连接。铸造节点44将在下 文中描述。

乘座室22具有在两个侧栏32之间延伸的下板46。如图所示，下板 46包括一个驾驶室前壁48、地板52、座位后部53和行李架54。下板 46在两侧栏32之间延伸。车架20的结构稳定性是通过前部悬挂模件24、 后部悬挂模件28和下板46的结合提供的。下板46增强了车架20的剪切 刚度，而前、后悬挂模件则提供了耐压强度和侧向刚度。

乘座室模件22也包括一个在摆槽34和顶栏58之间延伸的中间立柱 56。顶栏的一端通过立柱60与侧栏32接合。顶栏的另一端通过C立柱 62连接于侧栏32的后部。倾斜的后窗立柱63在有关的C立柱62和后栏 延伸部42之间延伸。挡风玻璃头部64和后窗头部66分别在顶栏、A立 柱和C立柱的连接部之间延伸。

在上栏构件38和前铰链支柱36之间的连接部附近，在上栏构件38 之间延伸有车颈梁68。一对斜撑杆70从车颈梁68的中部向前斜伸。一 对斜撑杆72从上栏构件38伸至斜撑杆70。第三组斜撑杆73在上栏构件 38的前端和斜撑杆70的端部之间延伸。所有三个斜撑杆在每侧相交于连 接点74。

整个乘座室模件22最好在车架其余部分与乘座室模件连接之前组装 成一个完整的分组件。

乘座室模件22的构件最好由不锈钢制成。推荐使用不锈钢的原因是 其单位重量强度高、塑性或韧性高及价格适中等综合特性。其它材料如碳 钢、铝或复合材料也可用来制造按照本发明设计的车架。在一个实例中， 槽部如上栏构件38、成形板如下板46和管形件如顶栏58是用称为Armco Nitronic 30的奥氏体不锈钢制成的。构件如侧栏32最好具有1mm至 2mm范围的厚度。较大的平板及地板52最好具有1/2至1mm的厚度。

前悬挂模件24，顾名思义承载着车辆的前悬挂。本发明的一个显著 优点在于，整个前悬挂组件可以在安装在车辆其余部分上之前组装在一个 完成的前悬挂模件上。这个优点极大地简化了制造工艺并具有缩短人工及 工装成本的经济上的优点。重要的是，完成的前悬挂模件24和完成的前 悬挂系(未画出)是从上栏构件38下面移动就位并连接在乘座室模件上 的。在现有技术中，不可能预先组装一个完整的前悬挂系，这是因为一般 的车架包括向前延伸的中栏，这样就不可能进行上述的组装过程。本发明 使车身不再需要传统的中栏，这是另一个显著的优点。

前悬挂模件24包括两个悬挂塔80(如图5所示)和一个车辆横梁 82。设有侧撑杆84以提高结构刚度并使悬挂塔80的前下端定位。一水 平板最好在横梁82和侧撑杆84之前延伸。或者，也可以使用一个或多个 斜撑。一组斜撑杆85在悬挂塔80的中点和横梁82的侧向端之间延伸。 悬挂塔80包括一个弹簧安装部分86，其用于容纳传统的弹簧和构件。弹 簧安装部分86邻近一个连接器87，该连接器准备连接于连接点74。一 个螺栓最好穿过连接器87、斜撑杆70，72和73以完成在该点的连接。 悬挂塔在安装件88处连接于横梁82。悬挂塔80最好包括悬挂塔三角形 部分80A和80B。这些三角形部分形成负载分配路径并提高结构刚性和 强度。

前悬挂模件24也可称为副车架，这个为车辆发动机和传动系提供支 承的副车架在与节点44的连接点90处连接于乘座室模件。这种连接在图 6中以局部横剖图表示。每个前、下节点44包括一个延伸安装臂91。安 装臂91包括一个圆锥形凸台92。一个带内螺纹的安装凸座94与铸造节 点44整体形成。带内螺纹的安装凸座94的下部(如图所示)具有一个圆 锥形凸台95。横梁82最好包括一个凹座96，它分别配合地嵌置圆锥形 凸台92和95。一个螺栓98拧入安装凸座94内。穿过横梁82中的孔设 置一个金属套筒99。螺栓98最好不与穿过套筒99或横梁82的孔螺纹啮 合。

圆锥形凸台92和95及横梁82上的凹座96的结合在铸造节点44(以 及乘座室22)和前悬挂模件24之间提供了高强度的连接。

现在再参阅图5，前部吸能模件26包括保险支承杠102和两组吸能 管104A，104B，104C和104D。吸能管104最好具有方形横截面。一 根横撑杆106基本平行于保险支承杆102设置。一根直立撑杆107在上、 下安装接头108之间延伸。安装接头108是为了将吸能管分别连接于前悬 挂和乘座室模件而设置的。在点109处形成螺栓连接。吸能管104的相对 端部通过在连接点109A和109B处的安装接头108连接于保险支承杠 102。

安装接头108是双枢轴万向接头或枢轴挠性接头。接头108最好是由 不锈钢制成。枢轴挠性接头的一个实例表示在图7中，具有两个臂部158 和159。一个臂部连接于吸能管，另一臂部包括一枢轴160，可沿一个方 向活动。在臂部158和159交点处的挠性接头或挠性部分162允许基本垂 直于枢轴方向的运动。因此，吸能管104和前悬挂及乘座室模件之间的连 接提供了沿两个方向的运动。

作为上述实施例的简化，可限定单一的轴线，从而在前部碰撞中可挠 曲。来自前部直接碰撞的适中偏差一般可被金属的塑性容纳，因而并非总 是需要在安装接头处的两个方向运动。

本推荐实施例包括一个如图8所示的安装接头108。该安装接头108 包括一块基本平的板部210和两个管座212和214。管座212包括一个臂 部216，其与喇叭形部分217重合并在板部210和挠性部分218之间延 伸。装管臂220从挠性部分218沿着与臂部216相反的方向延伸。吸能管 最好借助多处点焊221连接于装管臂。挠性部分218使管座212例如在保 险支承杠102上有冲击力时可以变形。取决于冲击力的方向吸能管104B 当挠性部分218相应变形时能相对于板部210摆转，使臂220相对于安装 接头108的其余部分摆转。同样，管座214包括第一臂部222、挠性部分 224和装管部分226。

板部210最好螺接在车架的适当连接点109上。具体来说，上部的安 装接头的板部最好螺接在上栏构件38上的连接点109上，下部的安装接 头的板部最好螺接在悬挂模件24下、前端的连接点109上。螺接是通过 孔228形成的，最好使板部210仍保持相对于连接点109固定。

连接点109A(见图5)最好包括如图8所示的安装接头108，因为 两根管104的端部是相互靠近设置的。在连接点109B(见图5)处，接 头108稍有改变。如图所示，两根管104B和104D的前端是相互隔开的。 因此，板部210和喇叭形部分217是长形的，使装管臂因而隔开。其余方 面安装接头与前面所述相同。

在装管部分226上可见安装接头的装管臂包括4个垂直指向的翼部 230，232，234和236。图9表示吸能管104的一个推荐实施例。管 104的每端包括4个基本垂直指向的槽238，240，242和246。安装接 头108上的翼部例如可装在图8所示管104上的槽中。

图9所示的吸能管104是为用于图5和8所示的安装接头而构制的， 仍保留着下述的需要的吸能特性。沿着吸能管104长度的大部分保持着图 10所示的横截面。

最有利的是将吸能管104以基本如图所示的布置来安装，使对车辆前 部的冲击力沿着吸能管104轴向传递。直接的或实际的轴向负载使方形横 截面的管104以可预见的方式变形。具体来说，只要负载实际上仍接近于 真实的轴向，管将以堆迭方式在自身上折叠起来。从图中可以看出当保险 支承杠102移向乘座室22时，吸能管104应基本向内移动。也就是说， 顶部的吸能管104A和104B根据附图将理想地向内向下移动，而吸能管 104D和104C根据附图将向内向上移动。

如上所述，安装接头108将摆转或挠曲，使吸能管104以一种类似上 述理想模式的方式移动。由于挠性部分218和224，吸能管104可以摆转。 这种摆转运动使管104以类似于理想模式的方式移动。因此，安装接头 108有利于维持在管104上的轴向负载。

使吸能管104形成可预见的变形模式，这可以大量吸收冲击或碰撞的 能量。否则，不可预见的变形将导致必须由乘座室吸收的剩下的能量，这 并非总是需要的。按照本发明设计和安装的吸能模件可提供结构上和乘员 安全性方面的显著优点。

如图11所示，后悬挂模件28包括两个悬挂塔110。一侧向撑杆112 在悬挂塔的下后端之间延伸。一对斜撑杆114连接于塔110和侧向撑杆 114。车辆横梁116基本与车辆横梁82相同。一水平板最好在横梁116 和侧向撑杆114之间延伸。两根斜撑杆117在横梁116的前侧缘和悬挂塔 110前部中点之间延伸。

悬挂塔110象其相应零件前悬挂模件24的悬挂塔80一样，用于支承 完成的后悬挂组件。整个悬挂组件最好用一完成的后悬挂模件28组装， 然后，将整个单元安装在乘座室模件22的后部上。用于与节点44连接的 安装点118与关于前悬挂模件所述的情形相同，因而这里不再赘述。安装 点120类似于前悬挂模件的连接点74处的安装点。在乘座室后端附近的 车架每侧设有端栏部分42的三角形装置121和撑杆121A和121B。三角 形撑杆形成悬挂塔110的结构，支承在第二端栏部分42上。

后部吸能模件30包括一保险支承杠122和两组吸能管124A，124B 和124C。在模件30的每个侧向端设有一撑杆126。连接点128和130 最好包括如图8所示且如关于前部吸能模件26所述的安装接头。点129 处的安装接头是不同的，因为无需两根管在端部相邻。该安装点只有一个 装管臂部分。在其它方面，点129处的安装接头的结构和功能与上面的描 述是相同的。后部吸能模件30与乘座室模件22及后悬挂模件28的连接 是在点127处完成的。类似于前部吸能模件，因而这里不再赘述。

现在参阅图12，至少下部4个铸造节点44包括负载路径134的三角 形装置132。负载路径134主要是三角形装置132的腿部。负载路径134 或腿部相交于节点138。

铸造节点44最好在一个铸造过程中整体形成。例如，可以使用公知 的Hitchner或FM工艺。铸造节点44的推荐材料是不锈钢合金。但是， 可以使用多种材料，在一个实例中，推荐使用的材料是Armco Nitronic 19D，这是一种二相不锈钢。铸件厚度最好为大约3-4mm。

铸造节点44连接于槽形截面梁构件如摆槽34和前铰链支柱36。插 片140沿垂直方向从三角形装置132伸出。插片装在槽形构件的臂142 上轧制成的槽部中。凸缘144重叠于槽形构件的腹板部分146。插片140 通过点焊或激光焊接技术焊接在轧制成的槽部上。点焊如点147处所示。 同样，凸缘144焊接在腹板部分146上。

虽然在铸造后三角形装置中的空间是敞形的，但是当将节点44装入 完整的车架20时，它最好被盖住、塞住或填充、本专业技术人员能够选 择适当的盖子或填充装置使得通过节点44不产生泄漏。

可以看出，负载路径134形成一条路径，以便改变作用在侧栏槽形构 件上的力或负载的方向。例如，沿着臂部142在力的箭头148方向上的负 载被改变成沿负载路径134之一的箭头150所示方向。因此，原来会引起 车架断裂或严重变形的剪切应力和冲击力或负载，由于沿着负载路径134 之一的负载改向而被分散和减弱。因此，按照本发明设计的铸造节点提供 了结构整体性，以及在碰撞或冲击时可提高结构稳定性。

以上的描述是举例而并非限定性的。本专业技术人员显然可对推荐实 施例作各种修改和改变而并不超出本发明的范围。为确定本发明的保护范 围必须研究权利要求书。