专利名称：具有可变形接头的车辆和可用于驾驶室托架的变形结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1前序部分所述的车辆。特别是，本发明涉及一种车辆，其包含通过驾驶室托架来支撑驾驶室的底盘，在前部发生碰撞的情况下，驾驶室会向后移动，同时驾驶室托架绕着回转接头转动，可变形接头发生变形。本发明还涉及一种如权利要求11前序部分所述的变形结构。特别是，本发明涉及一种变形结构，其包含刚性托架，可变形板通过螺栓固定在所述刚性托架上，变形结构使该板与刚性托架分离，同时相对于所述螺栓的轴向和径向发生相对移动。
背景技术：
为了减轻对驾驶员和乘客的压力并且降低在发生碰撞时车辆对外部物体的撞击，使用变形结构。变形结构表示一种在受到例如由碰撞产生的一定冲击力时在给定载荷条件下旨在发生变形的结构。为使刚性结构在碰撞中较软，并且适当地使两个相互紧固在一起的元件在给定作用力下分离而使用变形结构。本发明涉及一种变形结构，其旨在使两个相互紧固在一起的元件在受到给定作用力时分离。
JP 0828346中披露了一个包含用于可倾斜的驾驶室中的变形结构的车辆的实例。该车辆，如图1所示，包含驾驶室1，其经上托架2受到框架3的支撑，所述上托架2被固定到驾驶室上并可转动地连接到固定在所述框架上的下托架4上。下托架具有断裂指示器8，驾驶室1在发生碰撞时脱离框架3并撞到止动元件9。根据JP 0828346所述的变形结构存在一个问题即驾驶室完全与框架脱离，降低了控制该过程的可能性。另一个问题是在分离过程中作用力分布由设置在下托架上的断裂指示器控制。由于下托架是驾驶室的支承结构，这使得更加难以最优化托架产生屈服的作用力。这是基于以下事实，即由于托架是支承结构，因此托架必须一方面要满足具有足够刚性的需要；另外一方面因为托架在碰撞顺序中必须断裂，所以托架需要有足够的薄弱性。在托架中使用断裂指示器也带来与疲劳失效相关的问题。巨大的应力集中出现在断裂指示器上，由于托架为支承结构，因此负载通常很高。
图2示出在通常的碰撞顺序中驾驶室托架受到的应力。该曲线表明第一个峰对应于驾驶室的紧固件产生屈服和驾驶室被允许向后移动的位置，第二个峰对应于碰撞物体撞击刚性更大的框架结构的位置。为了保证驾驶室和与驾驶室碰撞的物体上的应力受到限制，有必要以简易的、可控制的方式设计变形结构，以使在碰撞顺序中在低于最大应力的给定负荷下产生屈服，如图2中第一和第二个峰所示。
如今也使用了根据本发明权利要求1前序部分所述的车辆。这些车辆包括传统的底盘和支撑在所述底盘上的驾驶室，在驾驶室下端具有固定在驾驶室托架上的支承板。驾驶室托架是指支撑驾驶室的托架。驾驶室托架设有回转接头。驾驶室托架和支承板通过在车辆方向上的前部刚性接头和至少一个后部可变形接头相互锚固在一起，所述驾驶室在发生来自前端的碰撞时会向后移动，同时驾驶室托架绕其回转接头转动以及至少一个后部可变形接头发生变形。后部可变形接头包括螺栓，其固定在所述托架上并穿过设置在所述支承板可变形区域内的贯穿孔，其中贯穿孔的几何形状使其在径向方向上相对于穿过所述螺栓的纵向轴线呈直角地固定所述螺栓，所述螺栓有以头部、垫圈或螺母形式存在的突出部，其承靠在所述板可变形的区域上，用于在轴向上固定该板。
这种已公知的接头存在的一个问题是在足够小的压力下不能产生屈服，这导致不能通过接头产生预期的应力-吸收效应。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种包括变形结构的车辆，通过该变形结构使上面提到的问题得到解决。本发明一个具体目的是提供一种车辆，其包含具有可变形接头的驾驶室托架，为了得到预期变形力，可以通过简单的方式改变所述可变形接头。变形力是指使变形结构产生屈服时的力。
这些目的是通过根据权利要求1特征部分所述的车辆来实现。由于驾驶室托架配有前部刚性接头和至少一个后部可变形接头，因此在发生来自前部方向的碰撞时所述驾驶室会向后移动，同时驾驶室托架绕着回转接头转动，至少一个后部可变形接头发生变形，这样保证驾驶室不会完全脱离驾驶室托架。
根据本发明的后部可变形接头包括固定在所述驾驶室托架上并穿过设在形成部分驾驶室的支承板的可变形区域的贯穿孔的螺栓，其中贯穿孔的几何结构使得所述贯穿孔在径向上相对于穿过螺栓的纵向轴线成直角固定所述螺栓。所述螺栓还具有以头部、垫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变形区域上，用于在螺栓轴向上固定该支承板。可变形区域是指在这个区域支承板具有可使其在碰撞过程中产生屈服的厚度。
通过设计具有边缘部分的贯穿孔，所述边缘部分具有限定直径基本上对应于螺栓的直径的内切圆的中心部分，以及在所述中心部分外面径向延伸的外围部分，保证了支承板在正常载荷条件下被固定，也就是说在没有碰撞的情况下，允许支承板在预期的作用力水平下从驾驶室托架上分离。
由于这种设计，可以允许简单地改变支承板和驾驶室托架之间分离所需的作用力大小。这种变化是由距贯穿孔中心最远的外围部分的距离的改变以及中心部分宽度的改变带来的。中心部分越宽，所需分离作用力越大。只要涉及外围部分与贯穿孔中心之间的距离，这个距离越大，所需的分离作用力越小。因此变形结构可以设计成能够通过基于经验改变贯穿孔外围部分的深度以及产生支撑接触的中心部分的宽度来提供预期的分离作用力。通过把产生支撑接触的中心部分视为从外围部分上径向最外面的那些点延伸的梁元件，根据支承板的厚度和弹性模量，还有可能计算产生支撑接触的唇部所需的弯曲力。
本发明一个具体目的是提供一种变形结构，所述变形结构可以给出很好的改变预期变形力的可能性，即使变形结构产生屈服的力。该目的通过根据权利要求11特征部分所述的变形结构实现。
在从属权利要求中对优选实施方式作出了说明。
下面将参照附图对本发明的实施方式进行更具体的描述，其中图1示出了现有技术中受到驾驶室托架支承的驾驶室；图2示出了在正常碰撞顺序中典型的作用力/时间关系图；图3示出了根据本发明的包含在车辆方向上通过前部刚性接头和至少一个后部可变形接头相互间锚固在一起的驾驶室托架和驾驶室支承板的车辆；图4是根据本发明的变形结构的侧视图；图5示出了从上方观看到的支撑板；图6详细示出了根据本发明的贯穿孔；图7是根据本发明的变形结构的截面图；和图8是发生变形后的图3所示的车辆。
具体实施例方式
图3所示为传统类型的车辆1，包括受到包括框架4的底盘3支撑的驾驶室2，该框架支撑一组轮轴5，所述轮轴支撑相应的轮对6。在下端7，驾驶室2具有支承板8。支承板8固定在驾驶室托架9上。在所示的实施方式中，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线12处连接。在折线12处产生应力集中。为了减少裂纹沿折线扩展的危险，支承板的水平部分10设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的扭转刚度增加。
驾驶室托架9和支承板8在车辆的纵向方向15上通过前部刚性接头16和两个可变形的后部接头17、18彼此锚固在一起。根据本发明，驾驶室托架9和支承板8可以由任意数量的可变形接头17、18连接。刚性接头是指在明确的碰撞顺序中受到作用力的情况下不会产生屈服的接头，可变形接头是指在明确的碰撞顺序中会产生屈服的接头。对于图2所示的碰撞顺序，可变形接头适于在低于150kN，适当的低于125 kN力作用下产生屈服。根据图2所示的碰撞顺序，刚性接头在两个峰的位置都不产生屈服，因此在低于180kN，适当的低于200-300kN下不会产生屈服。通过所给出的作用力/时间关系图，本领域普通技术人员可以确定在其作用下部件变形结构应当产生屈服的合适的作用力水平。
驾驶室托架也安装在回转接头19中。在所示的实施方式中，回转接头19通过连杆臂20与底盘3的框架4相连接。连杆臂20包括与驾驶室托架的回转接头19相互连接的第一端部21。连杆臂还包括具有第二回转接头23的第二端部22，所述第二端部22通过该回转接头以铰接的方式被固定到底盘的框架4上。当连杆臂20绕第二回转接头23转动时允许驾驶室2发生倾斜。液压缸24设置在框架4和驾驶室2之间用于实现驾驶室2的倾斜。
图4详细示出了驾驶室托架9和支承板8的透视图。支承板包括通过折线12与基本水平的部分10相连接的基本平面的垂直部分11。垂直部分10包括成形在凹进部26中的切口25。
另外，角铁17设于水平部分10的前部28。角铁旨在将支承板8连接到构成部分完整的驾驶室的其它结构部分上。
驾驶室托架9由基本平面的部分29构成，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。在所示的实施方式中，平面部分29包括贯穿孔32，螺栓34-36的杆33从中穿过。平面部分29还包括贴靠住每个螺栓34-36的头部38的下表面37。另一种可选方式是，代替头部38，螺母可以被拧到延伸穿过平面部分29的螺栓上。在另一种可选方式中，平面部分的贯穿孔32包括螺栓34-36可以直接进行固定的螺纹。平行设置的两个垂直的突出部，基本为三角形的突出部39、40从基本平面的部分29中延伸出来。三角形突出部39、40分别包括轴向设置并被用于形成回转接头19的相应的贯穿孔41、42。根据所示实施方式，支承板8借助以螺母43-45形式存在的突出部固定在驾驶室托架9上。在另一种可选方式中，螺栓34-36可以设置旨在承靠水平部分10的上表面46的相应头部。
图5所示为具有水平部分10的支承板8的俯视图。支承板8包括第一前部贯穿孔47和两个后部贯穿孔48、49。前部贯穿孔形成部分前部刚性接头，其由支承板8中的贯穿孔47、螺栓35、平面部分29中的贯穿孔、螺栓头部38和螺母43构成。贯穿孔47的直径与螺栓35的杆的直径相匹配。贯穿孔的直径略微大于杆的直径，且没有不必要的间隙。由此通过适当的扭矩紧固的螺母43形成在径向和轴向上的固定。
后部贯穿孔48、49形成部分两个后部可变形接头，其由支承板8中的贯穿孔48、49，螺栓36、37，平面部分29中的贯穿孔，螺栓头部和螺母44、45构成。这些贯穿孔设于支承板8的可变形区域中。
在所示的实施方式中，后部贯穿孔48、49包括内接于三角形62、63中的外围部分。根据上面的描述，支承板包括折线12，所述折线将基本垂直的部分11和基本水平的部分10分开。三角形62、63包括底面64、65，所述底面朝向所述折线12，并且与折线基本平行。由此，压痕58-60均不直接朝向折线，以致在折线上产生的应力集中不与在压痕处产生的应力集中相叠加。这种结构有助于减少构造受到疲劳失效的影响。
图6详细示出可变形接头的贯穿孔48、49的结构。贯穿孔48、49包括具有中心部分51-53和在所述中心部分外部径向延伸的外围部分54-56的边缘区域50，所述中心部分限定一个具有基本对应于螺栓直径的直径r的内切圆。由此边缘区域50由多个压痕58-60穿过的内圆57构成。设置中心部分51-53，使得螺栓固定在与螺栓的纵向轴线67成直角的径向69上。外围部分54-56从内圆57的圆心向外延伸最大径向距离R。在一个实施例中，压痕58-60包括外围70，所述外围由具有半径r’的半圆弧或更小的圆弧组成。在有利的实施例中，设置三个压痕。贯穿孔48、49基本为三叶草形状。在边缘区域50周围的部分，支承板8形成可变形的区域66。在图6中，可变形区域用点划线示出的圆表示。可变形区域66基本对应于螺母44、45承靠所述支承板的部分。当发生碰撞时，螺母将被拉动通过支承板，同时可变形区域66发生较大变形。
r/R和L/2πr的比值，其中L表示中心部分51-53的总长度，定性决定变形力的大小，即使变形结构产生屈服的力。比值小对应于较低的变形力。
在所示的实例中，r/R＝1/2。在板厚3mm，贯穿孔尺寸r＝12mm和R＝22mm，螺母的接触直径D＝22.1mm刚好大于R的情况下，这使完全圆形的孔上的变形力从176kN减小到125kN。比值r/R的适当范围是1/1.1到1/4之间。
图7所示为固定在驾驶室托架9的平面部分29上的螺栓33的截面图。螺栓33由突出部68锚固。突出部可由头部、垫圈或螺母44、45形成。在所示的实施方式中，突出部由螺母44组成，其具有包括朝向支承板上表面46的下表面61的接触表面。螺母35的下表面61的直径D大于贯穿孔47、48的中心部分的半径r。直径D优选大于贯穿孔47、48外围部分的半径R，由此防止污垢进入，减少腐蚀的发生。螺栓具有沿纵向轴线的延伸部，如箭头67所示。
图8所示为发生变形后的图3所示车辆。下面仅描述相对于图3情况所发生的改变。
驾驶室2在车辆纵向上已后移距离L。刚性接头16仍然锚固在支承板8的水平部分10上。可变形接头17、18由于螺母44、45通过支承板8而脱离支承板8的水平部分10。驾驶室托架9已绕着回转接头19转动。由此支承板8的水平部分10在刚性接头16紧固件周围的区域已产生轻微变形。
可变形接头可用在驾驶室托架以外的地方。因此本发明还涉及一种变形结构，其包括刚性托架和固定在所述托架上并穿过设在可变形板中的贯穿孔的螺栓，其中贯穿孔的几何结构使得所述贯穿孔在径向上相对于穿过螺栓的纵向轴线成直角固定所述螺栓，所述螺栓包括以头部、垫圈或螺母形式存在的突出部，承靠住所述支承板，用以在轴向上固定该支承板。贯穿孔包括具有中心部分和在所述中心部分外径向延伸的外围部分的边缘区域，所述中心部分限定一个内切圆，其直径基本对应于螺栓的直径。
本发明并不限于上述的实施方式，可以在下面权利要求所限定的范围之内自由变化。
权利要求
1.一种车辆(1)，包括底盘(3)和支撑在所述底盘(3)上的带有支承板(8)的驾驶室(2)，支承板(8)固定在具有回转接头(19)的驾驶室托架(9)上，所述驾驶室托架(9)和支承板(8)在车辆方向上通过前部刚性接头(16)和至少一个后部可变形接头(17、18)彼此锚固在一起，所述驾驶室(2)在发生来自前端的碰撞时会向后移动，同时驾驶室托架(9)绕着其回转接头(19)转动，至少一个后部可变形接头(17、18)发生变形，后部可变形接头包括螺栓(35、36)，所述螺栓固定在所述驾驶室托架(9)上并穿过设在所述支承板(8)的可变形区域(66)内的贯穿孔(47、48)，贯穿孔(47、48)的几何结构使得所述贯穿孔在径向(69)上相对于穿过螺栓(47、48)的纵向轴线(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)的所述可变形区域用以沿着螺栓纵向轴线固定支承板(8)的突出部(68)，其特征在于，所述贯穿孔(47、48)包括带有中心部分(51-53)和外围部分(54-56)的边缘区域(50)，所述中心部分限定一个内接圆(57)，其直径基本相应于螺栓的直径，所述外围部分在所述中心部分外面径向延伸。
2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，驾驶室托架(9)通过回转接头(19)以铰接方式固定到连杆臂(20)的第一端(21)，其另一端(22)通过第二回转接头(23)以铰接方式固定到所述底盘(3)上，当所述连杆臂(2)绕着所述第二回转接头(23)转动时允许驾驶室(2)发生倾斜。
3.如权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，所述外围部分(54-56)具有小于所述朝向所述支承板(8)的所述突出部(68)的接触表面(61)半径的径向长度。
4.如权利要求1、2或3所述的车辆，其特征在于，所述边缘区域(50)由多个压痕(58-60)穿过的内圆(57)构成。
5.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述压痕(58-60)具有由半圆弧或更小的圆弧组成的外围(70)。
6.如权利要求4或5所述的车辆，其特征在于，压痕的数量为三个。
7.如权利要求1-6中任一项所述的车辆，其特征在于，贯穿孔(47、48)基本为三叶草形状。
8.如权利要求6或7所述的车辆，其中所述外围部分内接于一个三角形(62)中，所述支承板(8)具有分离基本垂直的部分(11)和基本水平的部分(10)的折线(12)，水平部分(10)包括所述贯穿孔(47、48)，其特征在于，所述三角形(62、63)具有朝向所述折线(12)并基本平行于折线(12)设置的底面(64、65)。
9.如权利要求1-8中任一项所述的车辆，其特征在于，驾驶室托架(9)和支承板(8)通过两个后部可变形接头彼此锚固在一起。
10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述支承板(8)具有基本上在车辆横向方向上延伸并定位在车辆的纵向方向上两个后部可变形接头(17、18)之间的脊(14)，贯穿孔(47、48)之间的所述可变形接头的裂纹扩展被阻止。
11.一种变形结构，包括刚性托架(9)和固定在所述托架(9)上并穿过设在可变形板(8)内的贯穿孔(47、48)的螺栓(35、36)，贯穿孔(47、48)的几何结构使得所述贯穿孔在径向上相对于穿过螺栓的纵向轴线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)用以沿轴线方向固定支承板的突出部(68)，其特征在于，所述贯穿孔(47、48)包括带有中心部分(51-53)和外围部分(54-56)的边缘区域(50)，所述中心部分限定一个内接圆(57)，其直径基本相应于螺栓的直径，所述外围部分在所述中心部分外面径向延伸。
12.如权利要求11所述的变形结构，其特征在于，所述外围部分(54-56)具有小于所述朝向所述板的所述突出部的接触表面(61)半径的径向长度。
13.如权利要求11或12所述的变形结构，其特征在于，所述边缘区域(50)由多个压痕(58-60)穿过的内圆构成。
14.如权利要求13所述的变形结构，其特征在于，所述压痕(58-60)具有由半圆弧或更小的圆弧组成的外围。
15.如权利要求13或14所述的变形结构，其特征在于，压痕的数量为三个。
16.如权利要求11-15中任一项所述的变形结构，其特征在于，贯穿孔(47、48)基本为三叶草形状。
全文摘要
车辆(1)，所述车辆包括底盘(3)和支撑在所述底盘(3)上且在下部带有支承板(8)的驾驶室(2)，支承板(8)固定在具有回转接头(19)的驾驶室托架(9)上，所述驾驶室托架(9)和支承板(8)在车辆方向上通过前部刚性接头(16)和至少一个后部可变形接头(17、18)彼此锚固在一起，以及一种变形结构，所述变形结构包括刚性托架(9)和固定在所述托架(9)上并穿过设在可变形板(8)内的贯穿孔(47、48)的螺栓(35、36)，贯穿孔(47、48)的几何结构使得所述贯穿孔在径向上相对于穿过螺栓的纵向轴线成直角固定所述螺栓(35、36)，所述螺栓(35、36)具有以头部、垫圈或螺母形式存在的突出部(68)，所述突出部承靠住所述板，用以在轴向上固定该板。
文档编号B62D21/15GK1659076SQ03812902
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月3日 优先权日2002年6月3日
发明者J·－O·博丁, R·滕哈宁, U·格拉朗, S·施特罗贝里, B·科内尔 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司