副车架及其加强方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于加强副车架的方法，所述副车架包括一个或多个中空的金属板材件，所述方法包括：针对规定的条件确定所述副车架的中空的金属板材件上的至少一个区域的步骤；制备能够在所述区域处插入所述副车架的中空金属板材件中的加强件的步骤，其中，所述加强件包括用于支承所述金属板材件的轻质载体以及发泡材料的预发泡体，所述预发泡体能够在被加热后膨胀，所述轻质载体包括至少一个中空的容室，并且所述预发泡体与所述至少一个中空的容室隔离且至少部分地分布在所述载体的周围部上；以及在所确定的区域处将所述加强件安装在所述副车架的金属板材件中并且将热量供应至所述预发泡体使得其膨胀的步骤。本发明还涉及由所述方法加强的副车架。
【专利说明】
副车架及其加强方法
技术领域
[0001]本发明大体上涉及加强的副车架以及还有用于对所述副车架加强的方法。
【背景技术】
[0002]在当前的机动车中，副车架被广泛采用以便隔振并增加车辆的其它相关部件例如发动机、传动链、悬架系统等的连接强度。例如，副车架通常在汽车中设置。副车架附接至车体，并且在其上安装有悬架系统。这样，悬架系统与车体相关联，从而更少的振动从汽车的发动机或道路传递至悬架系统或者汽车的座舱。因为悬架系统经由副车架与车体间接地相连，所以悬架系统可以相对于车体更可靠地固定。
[0003]副车架大体上由金属板材件制成。为了降低车辆的总重量，副车架应当是轻的。例如，铝合金、钛合金等可以被用于制造副车架。此外，为了使得副车架变得更轻，副车架的金属板材件的厚度被设计为尽可能小。然而，如果副车架的金属板材件太薄的话，则副车架本身的刚度将不足以承载悬架系统并不足以附接至车体。因此，期望找到一种降低副车架本身的重量同时使得其具有足够刚度的方法。
[0004]专利公开文献EP2165919公开了一种加强的结构，其包括结构部件(2)以及加强件
[4]，所述加强件在结构部件的容腔内布置，所述加强件(4)包括支承件(5)以及连接器具(6)，后者可以是发泡的材料。然而，该公开文献并未涉及如何使得副车架减重并强化。实际上，该公开文献涉及了如何优化使用可激活的发泡的材料。具体地，优化是通过在部件的具有高变形的位置比在部件的具有低变形的位置使用更少量的可激活的发泡的材料来实现的。
[0005]专利公开文献US20120315414公开了一种由壳组成的复合部件，所述壳至少局部地且周围地限定了一空间，并且该专利公开文献还公开了一种结构部件，其中结构材料至少局部地设置在壳与结构部件之间。该专利公开文献也并未涉及如何使得副车架减重并强化。
[0006]专利公开文献W020120154大体上涉及如何加强副车架与车辆的主架的附接。该专利公开文献并未涉及使得副车架本身减重并强化。
[0007]如上所述，车辆的副车架应当被设计为具有高刚度和低重量，从而车辆可以更省油地行驶，并且能够以更低的成本被制造。为此目的，副车架应当通过减少金属板材件的使用并通过加入其它替代件的方式来被制造。然而，确定如何减少金属板材件的使用同时维持副车架的刚度是困难且未知的。
【发明内容】
[0008]本发明的一个目的是提出了一种用于车辆的副车架以及对副车架加强的方法，从而副车架重量更轻并且更硬，能够以更低的成本被制造。
[0009]在本发明的一个方面中，提供了一种用于加强副车架的方法，所述副车架包括一个或多个中空的金属板材件，所述方法包括:
[0010]针对规定的条件确定所述副车架的中空的金属板材件上的至少一个区域的步骤；[0011 ]制备能够在所述区域处插入所述副车架的中空金属板材件中的加强件的步骤，其中，所述加强件包括用于支承所述金属板材件的轻质载体以及发泡材料的预发泡体，所述预发泡体能够在被加热后膨胀，所述轻质载体包括至少一个中空的容室，并且所述预发泡体与所述至少一个中空的容室隔离且至少部分地分布在所述载体的周围部上；以及
[0012]在所确定的区域处将所述加强件安装在所述副车架的金属板材件中并且将热量供应至所述预发泡体使得其膨胀以将所述加强件固定在所述副车架中的步骤。
[0013]优选地，确定区域的步骤是在计算机中通过拓扑优化技术来实现的。
[0014]优选地，所述区域被定义为所述副车架的金属板材件的、在静态或动态载荷施加至所述副车架的情况中最大的应力或失效有可能出现的区域。
[0015]优选地，所施加的载荷大致与实际行驶车辆的副车架上施加的载荷相同。
[0016]优选地，所述副车架的金属板材件在所确定的区域处被减薄。
[0017]优选地，所述轻质载体由聚酰胺制成。
[0018]优选地，所述载体形成有多个薄壁区段，以便形成所述至少一个中空的容室。
[0019]优选地，在制备加强件的步骤中，所述载体被置于一模具中，所述模具与所确定的区域类似地被制造，并且然后所述预发泡体被注入到所述模具中，使得所述预发泡体能够至少部分地分布在所述载体的周围部上。
[0020]优选地，在所述加强件被输送经过设计用于所述副车架的涂覆线后热量被供应至所述预发泡体。
[0021]在本发明的另一个方面中，提供了一种副车架，所述副车架包括一个或多个中空的金属板材件，所述副车架在其至少一个预确定的区域中由加强件加强，所述加强件包括用于支承金属板材件的内表面的轻质载体以及发泡材料的预发泡体，所述预发泡体能够在被加热之后膨胀，所述载体包括至少一个中空的容室，使得所述载体变轻，所述预发泡体与所述至少一个中空的容室隔离并且至少部分地位于所述载体的周围部上，在所述加强件在所述区域处布置在所述金属板材件中之后，热量被供应至所述预发泡体使得其膨胀以将所述加强件固定在所述副车架中。
[0022]优选地，所述区域经由计算机通过拓扑优化技术被确定。
[0023]优选地，所述区域被定义为所述副车架的金属板材件的、在静态或动态载荷施加至所述副车架的情况中最大的应力或失效有可能出现的区域。
[0024]优选地，所施加的载荷大致与实际行驶车辆的副车架上施加的载荷相同。
[0025 ]优选地，所述副车架的金属板材件在所确定的区域处被减薄。
[0026]优选地，所述轻质载体由聚酰胺制成。
[0027]优选地，所述载体形成有多个薄壁区段，以便形成所述至少一个中空的容室。
[0028]在权利要求书中将描述其它独特的特征或者与其它特征相组合来被认为属于本发明特性的那些特征。
[0029]本发明的构造及其其它客观的以及有利的效果将通过优选实施例的描述结合附图更好理解。
【附图说明】
[0030]为了提供本发明的进一步解释，附图作为说明书的一部分示出了本发明的优选实施例，并且它们被用于与说明书一起来解释本发明的原理。在各附图中:
[0031]图1示意性示出了适用于机动车的副车架的计算模型的立体图；
[0032]图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的加强件的分解立体图；
[0033]图3示意性示出了图2的加强件的放大剖视图；并且
[0034]图4示意性示出了流程图，其表明了根据本发明的用于加强如图1所示的副车架的方法。
【具体实施方式】
[0035]在各附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。
[0036]图1示意性使用了适合于机动车的副车架I。应当清楚的是，该副车架I仅仅出于解释本发明的基本原理的目的被示出为一个实例。适合于机动车的副车架能够以各种不同的形式被构造。本发明的原理并不限于以下将描述的任何示意性实施例。也就是说，本领域技术人员在阅读本发明的上下文之后应当清楚，以下解释的原理或方法适合用于任何类型的副车架。
[0037]副车架I大体上包括多个金属板材件。例如，每个金属板材件可以由诸如铝合金、钛合金等的轻质金属制成。为了副车架I尽可能地轻，金属板材部件大体上被成形为是中空的。在图1中，四个金属板材件被示出，它们组装在一起以形成大致为矩形形状的副车架I。例如，这些金属板材件可以在它们各自的端部处被焊接或被铆接。应当清楚的是，副车架I的形状可以针对不同要求的车辆被调整。
[0038]在现有技术中，研究主要专注于副车架I与车辆其它部件的附接区域的加强。但是，本发明关注如何加强副车架I本身。为此目的，拓扑优化被引入到副车架的设计中。
[0039]在机械设计领域，拓扑优化属于使用广泛以借助于计算机对机械部件进行造型、模拟和设计的技术。诸如ANSYS、HYPEW0RK、ABAQUS等的多种商用软件可以在市场上找到以实现拓扑优化。应当清楚的是，本发明并不关注由计算机来对副车架进行建模、模拟以及分析的算法;而是关注拓扑技术的应用。因此，本发明的上下文并不描绘任何具体的算法。认为与具体算法有关的知识由本领域中可以熟练采用上述任何软件之一的技术人员所了解。
[0040]当静态或动态载荷被施加至副车架I时，不同的应力可以出现在副车架的不同区域中。然而，根据我们的观点，没有必要对整个副车架进行加强，从而使得制造副车架简化。所引入的拓扑优化被用于找出副车架的需要被高效加强的一个或多个区域。
[0041]例如，在副车架I在车间内被制造之前，其在计算机内被创建为一计算模型，例如经由ANSYS来实现。然后，基于拓扑优化技术，副车架I的计算模型在计算机内被分析。例如，与在实际行驶的车辆中出现的相同的载荷可以被施加至计算模型。在计算之后，可以确定副车架的最大的应力和/或失效将最有可能出现的一个或多个区域。例如，在图1中，区域
1.1被视为是副车架I的最大的应力和/或失效将最有可能出现的这样一个区域。也就是说，确定副车架I的区域1.1应当被加强。
[0042]图2示意性示出了副车架I的区域1.1的分解立体图，在其中，根据本发明的实施例的加强件2被用于对该区域进行加强。加强件2在该区域1.1处被接收在副车架I的金属板材件的中空内部中。
[0043]根据本发明，加强件2大体上包括聚酰胺(PA)载体2.1以及发泡材料的预发泡体
2.2。预发泡体2.2以固体的状态被部分地固定在PA载体2.1的表面上。加强件2被整体插入到副车架I的中空内部中、尤其在区域I.I处被插入副车架的金属板材的中空内部中，从而预发泡体2.2可以与区域I的内表面紧密接触。替代地，可以想到的是，载体可以是由比金属板材件更轻且更硬的材料制成的任何轻质载体。
[0044]PA载体2.1例如被形成为如图2所示的形状。在该图中，PA载体2.1由两个平行的端部区段2.1.1以及多个薄壁区段形成，所述多个薄壁区段位于所述两个端部区段2.1.1之间。替代地，每个端部区段2.1.1尺寸设置成它们的边缘可以与金属板材件的内表面牢固接触。此外，两个端部区段2.1.1之间的纵向距离大致等于区域1.1的纵向长度。
[0045]在所述薄壁区段中，一些薄壁区段2.1.2与两个端部区段2.1.1平行，两个薄壁区段2.1.3(在图2中仅仅可见其中一个)与第一薄壁区段2.1.2和端部区段2.1.1垂直，并且两个薄壁区段2.1.4是侧向限定了 PA载体2.1的区段。朝向端部区段2.1.1观看，所有的薄壁区段位于端部区段2.1.1的周边内，并且特别地，薄壁区段2.1.4与相关的端部区段2.1.1的相关边缘隔开。这样，PA载体2.1可以设置有至少一个中空的容室。例如，在所示的实施例中，多个中空的容室2.1.5分别在薄壁区段之间交替地设置。因此，PA载体2.1可以被制造为尽可能地轻并且同时可以为副车架I的金属板材件提供足够的支承。这些中空的容室2.1.5可以被形成为彼此连通。
[0046]在所示的实施例中，在两个相邻的中空的容室2.1.5之间，浅凹部可以由附加的薄壁区段2.1.6形成，所述附加的薄壁区段与形成两个中空容室的对应的薄壁区段一体地形成。该浅凹部被用于接收预发泡体2.2。
[0047]图2示出了仅有PA载体2.1的状态、仅有预发泡体2.2的状态、以及PA载体2.1与预发泡体2.2的组合状态。为了清楚，在该附图中省略了对应的金属板材件。可以看出，中空的容室2.1.5在最终的加强件2中留出，从而该加强件仍是轻且硬的。加强件2将以PA载体2.1和预发泡体2.2的组合状态被提供。在加强件2在区域1.1处被插入副车架I的金属板材件中之后，区域1.1将被加热。在被加热之后，预发泡体2.2将膨胀，从而加强件2可以在副车架I的金属板材件中被可靠地固定。为此目的，本发明中所提到的预发泡体2.2可以是能够在加热之后膨胀的任何合适的结构预发泡体。
[0048]图3示意性示出了沿图2的箭头A-A所得到的剖视图。可以看出，为了确保PA载体2.1的硬度是足够的，两个薄壁区段2.1.3彼此相对垂直地延伸。预发泡体2.2在PA载体2.1的相关薄壁区段与副车架I的金属板材件的内表面之间填充，从而将PA载体2.1牢固地与金属板材件固定在一起。替代地或者优选地，还可以想到的是，预发泡体可以被充入中空的容室中，从而将载体固定至副车架的金属板材件。
[0049]大体上，如果区域1.1被视为失效将会出现的区域的话，那么副车架I的金属板材件在该区域处将传统地被加厚。实际上，为了减少副车架I的总重量，副车架I的金属板材件在设置有根据本发明的加强件2的该区域处可以被减薄。因此，本发明提出了一种为车辆的副车架减重的新的技术方案，由此，副车架的总重量可以被降低并且副车架可以被更低成本地制造。
[0050]尽管如图2所示的结构被用作为一个具体实例来解释加强件2，但是应当理解的是，加强件2并不限于该结构。替代地，更多的薄壁区段2.1.3可以在PA载体2.1中以不同的方位被设置，从而它们可以为副车架I的金属板材件提供合适的和可靠的支承。此外，加强件2可以替代地被形成为蜂窝形结构，所述蜂窝形结构在其周边上具有凹部。凹部被用作为与副车架的金属板材件的内表面协作来形成预发泡体可以充入其中的容腔。
[0051]最后，附图4是流程图，示意性说明了根据本发明的用于加强车辆的副车架的方法。该方法大体上包括以下步骤。
[0052]步骤1:创建车辆的副车架的计算模型。
[0053]在该步骤中，任何商业可用的计算机辅助工程(CAE)软件可以在计算机内采用。因此，副车架可以具有满足制造车辆要求的任何形状。
[0054]步骤2:分析副车架的计算模型并且确定失效有可能出现的一个或多个区域。
[0055]例如，该区域可以被定义为在模拟静态或动态载荷施加在副车架上时最大的应力和/或断裂将最有可能出现的区域。载荷可以被模拟为副车架中实际出现的载荷。
[0056]步骤3:针对步骤2中发现的区域设计并制造加强件。
[0057]因为不同的车辆配备有不同的副车架并且同一副车架可以在不同的区域被不同地成形，所以加强件应当针对步骤2中发现的区域被定制处理。然而，无论副车架的该区域被如何成形，设计加强件的基本原理是与图2和3所示如上所解释相同的。也就是说，加强件应当包括轻质的载体，以便在该区域支承副车架的金属板材件；以及用于将载体固定至金属板材件的预发泡体。轻质载体首先被制造。然后，该载体被置于一模具内，该模具被事先制造为类似于所确定的区域。PA载体应当被构造为中空的结构并且在其周围部上具有凹部，从而在PA载体被布置就位后，预发泡体以液体的状态被注入到凹部中，然后预发泡体至少部分地覆盖在载体的周部上。由此，加强被制造。应当清楚，预发泡体可以通过其它合适的高分子聚合物处理技术被设置在载体的周围部上。
[0058]替代地，在该步骤中，同一或其它的商业可用的CAE软件可以适用于验证副车架的区域是否由加强件足够加强。此外，这种设计以及验证可以在副车架的金属板材件在给定的区域被减薄的情况中实现。
[0059]步骤4:将基于步骤3结果的加强件安装到副车架中。
[0060]在该步骤中，加强件首先在确定的区域处被插入副车架的金属板材件的中空内部中。然后，副车架与加强件一起将被传输经过被设计用于副车架的涂覆线。在涂覆线中，副车架将经历诸如喷漆、烘烤等的处理。在烘烤的过程中，热量被供应至预发泡体，从而该预发泡体膨胀并因此加强件在副车架的金属板材件中被可靠地固定。应当清楚的是，热量供应并不限于仅仅在涂覆线中实现。替代地，附加的且独立的步骤可以被提供用于加热副车架，尤其加热能够使得预发泡体膨胀的区域。
[0061]尽管本发明通过具体的实施例被示出和解释，但是本发明并不限于这些解释的具体情况。相反，本发明的各种改型在权利要求书及其等价物的范围内是可行的。
【主权项】
1.一种用于加强副车架的方法，所述副车架包括一个或多个中空的金属板材件，所述方法包括: 针对规定的条件确定所述副车架的中空的金属板材件上的至少一个区域的步骤； 制备能够在所述区域处插入所述副车架的中空金属板材件中的加强件的步骤，其中，所述加强件包括用于支承所述金属板材件的轻质载体以及发泡材料的预发泡体，所述预发泡体能够在被加热后膨胀，所述轻质载体包括至少一个中空的容室，并且所述预发泡体与所述至少一个中空的容室隔离且至少部分地分布在所述载体的周围部上；以及 在所确定的区域处将所述加强件安装在所述副车架的金属板材件中并且将热量供应至所述预发泡体使得其膨胀以将所述加强件固定在所述副车架中的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定区域的步骤是在计算机中通过拓扑优化技术来实现的。3.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述区域被定义为所述副车架的金属板材件的、在静态或动态载荷施加至所述副车架的情况中最大的应力或失效有可能出现的区域。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所施加的载荷大致与实际行驶车辆的副车架上施加的载荷相同。5.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述副车架的金属板材件在所确定的区域处被减薄。6.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述轻质载体由聚酰胺制成。7.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，所述载体形成有多个薄壁区段，以便形成所述至少一个中空的容室。8.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在制备加强件的步骤中，所述载体被置于一模具中，所述模具与所确定的区域类似地被制造，并且然后所述预发泡体被注入到所述模具中，使得所述预发泡体能够至少部分地分布在所述载体的周围部上。9.根据前述权利要求任一所述的方法，其特征在于，在所述加强件被输送经过设计用于所述副车架的涂覆线后热量被供应至所述预发泡体。10.—种由根据前述权利要求任一所述的方法所加强的副车架，所述副车架包括一个或多个中空的金属板材件，所述副车架在其至少一个预确定的区域中由加强件加强，所述加强件包括用于支承金属板材件的内表面的轻质载体以及发泡材料的预发泡体，所述预发泡体能够在被加热之后膨胀，所述载体包括至少一个中空的容室，使得所述载体变轻，所述预发泡体与所述至少一个中空的容室隔离并且至少部分地位于所述载体的周围部上，在所述加强件在所述区域处布置在所述金属板材件中之后，热量被供应至所述预发泡体使得其膨胀以将所述加强件固定在所述副车架中。11.根据权利要求10所述的副车架，其特征在于，所述区域经由计算机通过拓扑优化技术被确定。12.根据权利要求10或11所述的副车架，其特征在于，所述区域被定义为所述副车架的金属板材件的、在静态或动态载荷施加至所述副车架的情况中最大的应力或失效有可能出现的区域。13.根据权利要求12所述的副车架，其特征在于，所施加的载荷大致与实际行驶车辆的副车架上施加的载荷相同。14.根据权利要求10至13任一所述的副车架，其特征在于，所述副车架的金属板材件在所确定的区域处被减薄。15.根据权利要求10至14任一所述的副车架，其特征在于，所述轻质载体由聚酰胺制成。16.根据权利要求10至15任一所述的副车架，其特征在于，所述载体形成有多个薄壁区段，以便形成所述至少一个中空的容室。
【文档编号】B62D29/00GK105848991SQ201380080200
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2013年10月16日
【发明人】Q·冯, 张敬芬
【申请人】汉高股份有限及两合公司