专利名称：机动车的混合承载车架的制作方法
技术领域：
本申请要求第60/272468号，2001年3月2日申请的美国临时申请的优先权，在此本申请参照其全文内容。
本发明一般涉及机动车车架，尤其是涉及由液压成形件构成的机动车承载车架(space frame)。
背景技术：
由于管状液压成形法为汽车制造者提供了许多商业利益，在车辆车架的结构中越来越多地采用管状液压成形法。管状液压成形法使制造者能更好地控制车架的刚度，尺寸的稳定性，疲劳寿命和在车辆原先的设计不变时更好地控制车辆的防撞性，同时减少车架的质量和成本。液压成形法是一种金属成形工艺，即利用高压液体，使一个与一个模具组件的一个阴模表面一致的管状金属毛坯扩大，成形为一个不规则形的管状件。液压成形件与其它的制造部件的方法相比能提供广泛的几何结构。每个液压成形件横截面能构造成沿其长度连续地变化，以达到所需的形状，并且每个车架件能被构成成曲线或沿其长度“弯曲”，以限定不同的车架部件，如车架纵梁和车架柱(frame pillars)。
根据特定的情况，某些“锐”弯由于某些机动车设计的特殊空间的约束可以是不利的或是不可能的。承载车架是笼形结构，其上安装有其它的车辆组件，包括发动机、动力传动系统、悬架和挂在车身上的部件。管状液压承载车架可以用在较大的车辆的结构中，如多用途运动车和较大的小客车和载货车。在较大的车架的车辆中，对管状液压件的结构的角度限制通常较少有问题。但是，在一些机动车如紧凑型或其它较小车架的机动车中可获得的空间是有限的，这会限制液压成形承载车架的使用。当机动车已设定了内外形状，并且车架必须安装在它们两者之间时这是尤其实际的。
需要一种车辆的承载车架，其能针对较小车架并具有有限的车架空间的车辆，提供管状液压成形结构的好处。
发明内容
为了满足上述的需求，本发明提供机动车的承载车架，其包括一对管状的、液压成形的纵向延伸的下纵梁件和一对管状、液压成形的上纵向件。每个上纵向件包括一个后柱形成部和一个梁形成部，每个柱形成部连接于一个相应的下纵梁件的一端，并从那儿向上延伸，限定机动车的一个最后的柱，每个梁形成部从柱形成部向前延伸，限定机动车的一个顶部支撑梁。承载车架还包括一对最前的柱组件，该对最前的柱组件的每个与该对下纵梁件的相应的一个连接，并从那儿向上延伸，与该上纵向件的相应的一个连接，每个最前柱组件由冲压的金属片制成。一个横向延伸的连接结构被安装在该对下纵梁件间，该连接结构被构造成并布置成保持该对下纵梁件彼此横向间隔开。
本发明还提供机动车的承载车架，包括一对管状、液压成形的纵向延伸的下纵梁件和一对管状、液压成形的上纵向件。每个上纵向件包括一个后柱形成部和一个梁形成部，每个柱形成部连接于一个相应的下纵梁件的一端，并从那儿向上延伸，限定机动车的一个最后的柱，每个梁形成部从柱形成部向前延伸，限定机动车的顶部支撑梁。承载车架还包括成对的柱支撑结构，每个柱支撑结构是冲压的金属片的结构，并且每个与一个相应的下纵梁件相连，在这个位置支撑一个最前的结构。该承载车架还包括一对最前的柱结构，每个柱结构的一个下端与一个相关的柱结构相连接，其一个上端与一个相关的上纵向件相连接。一个横向延伸的连接结构安装在该对下纵梁件间，该连接结构被构造成并布置成保持该对下纵梁件彼此横向间隔开。
本发明的其它目的，特性和优点将结合附图从下面的详细说明和权利要求变得明白。
图1-4是用于示例本发明的一个实施例的一个典型车辆的各个组装阶段，图1-4特别图示了车辆的一个承载车架的组装，和安装在该承载车架上的各个车身板。
图1示例本发明的一个实施例，其中只包括承载车架的一个下车架组件的。
图2表示图1的其上固定有各个车身板的下车架组件。
图3表示图2的其上安装有上车架组件的车架组件。
图4表示图3的其上装有额外的车身板结构件的承载车架。
图5是图1-4的组装的承载车架的一个液压成形部的隔离视图，其中包括可拆冲压的金属片部，并且它们没有图示出；图6是图1-4的承载车架的最前的柱组件的分解图；图7是沿图4所示的7-7线所取的横截面图；图8是沿图4所示的8-8线所取的横截面图；图9是图1-4的承载车架的一个柱支撑结构的分解图；图10是图1-4的承载车架上的一个柱支撑结构的组装图；图11是承载车架邻近图1-4的承载车架的一个B柱和一个纵梁件间的接头的部分的分解图；图12是沿图4所示的12-12线所取的横截面图；图13是沿图4所示的13-13线所取的横截面图，还示例了一个门和门密封件；图14是沿图4所示的14-14线所取的横截面图；图15是沿图4所示的15-15线所取的横截面图；图16是沿图4所示的16-16线所取的横截面图；图17是沿图4所示的17-17线所取的横截面图，还示例了一个门和门铰链组件；图18是沿图4所示的18-18线所取的横截面图，还示例了固定到C柱上的门密封件；图19是沿图4所示的19-19线所取的横截面图，还示例了车辆的提升式门和其相关的转动机构的局部横截面图；图20是图1-4的承载车架的一部分的分解图，片断地表示承载车架的一个上部纵向件和其上安装的车顶纵梁外结构，和处于一个过渡处附近的安装在承载车架上的各个构件，该过渡处处于该上纵向件的一个车顶纵梁部和一个柱形成部间；图21是沿图4所示的21-21线所取的横截面图；图22是图1-4的承载车架的部分和邻近一个接头，安装在此处的构件的分解图，其中该接头处于上纵向件的车顶纵梁部和承载车架的一个横件之间；图23是沿图4所示的23-23线所取的横截面图，示例车门的一部分；图24是沿图4所示的24-24线所取的横截面图；图25是沿图4所示的25-25线所取的横截面图；图26是一个管状液压成形模具组件的示意图，表示为了形成图1-4的车架中的某些部件而安装在其中的一个毛坯。
具体实施例方式
图1-4表示本发明的一个示例的实施例的组装的各个阶段，其中该实施例是一个机动车承载车架的形式。承载车架10一般示例有多个安装在其上的车身板。对于任何尺寸的车辆的车辆承载车架可以利用这个示例的实施例所教导的车辆构造的原理来构造。承载车架10尤其适合于一个紧凑的、次小型的或更小的商用车(一般指本申请中的“较小车架车辆”)。将更明白的，承载车架10采用大量的管状液压成形结构，而允许车辆的制造者得到管状液压成形技术的所带来的益处(如不需损害车辆的防撞性而使车架重量减少，减少车架部件的总数，减少车架组装所需的焊接点数，减少废物产生量等)，并且通过利用非液压成形结构，如冲压件，以优化能装入较小车架车辆中的管状液压结构量。当详细地考虑承载车架10上的结构时，这些优点将更为明白。液压成形的承载车架通常被公开，如，Jackel等申请的第6092865号的US专利，在此其参照其全文。
图1图示该承载车架10的一个下车架组件12。该下车架组件12包括一对纵向延伸的，横向间隔开的，管状液压结构的下纵梁件14、16。由于下纵梁件14、16是镜像结构，只详细地讨论梁件14，但是这个讨论也可相同地应用于梁件16。梁件14和16的相应的部分在本申请中用相同的附图标记标出，以便于讨论本发明，但是应理解为这些相应的部分是镜像结构。
梁件14是三构件结构，包括一个管状液压成形的前梁部18、一个中央梁部20和一个后部22。这些部18、20、22可伸缩地相互啮合，并分别在接头24和26焊接在一起。
梁件14的前部18包括一个前“碰撞尖端”段28和一个较直的纵向延伸后段30。梁件14的中央部20包括一个较直的纵向延伸的前段32，和普遍向外转动一个角度(沿车辆前到后的纵向)的中间段34，和一个纵向延伸地、较直的后段36。后梁部22包括一个纵向延伸的较直的前段38，一个向内转动一个角度(沿车辆前到后的纵向)的中间段40，和一个纵向延伸的较直的后段42。
一个保险杠组件45，能由冲压的金属片构成，安装在梁件14、16的最前端。梁件14的碰撞尖端段28被构造成和布置成在车辆头部发生碰撞时吸收冲击。一个柱支撑结构44、46，能由冲压金属片构成，分别通过焊接或其它适当的方法与梁件14或16的外表面连接，一般处于段34和36的过渡区内。由于柱支撑结构44、46是镜像结构，只详细讨论结构44，但是这样的讨论也同样应用于结构46。尽管结构44、46是镜像结构，它们的相应的部分用相同的附图标记标出。柱支撑结构44包括一个内支撑件48和一个外支撑件50。
梁件14的前段30、32、34和支撑结构44的内支撑件48一般限定一个前轮罩52。支撑结构44上的外支撑件50和梁件14的直的纵向延伸段36和38一般限定下车架组件12的一个车门槛板部54。梁件14的后段40和42一般限定一个后轮罩56。梁件14、16的前段30、32、34一般限定下车架组件12的一个发动机室区58。类似地，梁件14、16的段36和38一般限定组件12的一个乘客室区60，并且梁件14、16的段40和42一般限定车架组件12的一个后载货区62。
多个横向延伸的用64表示的连接结构连接在下纵梁件14、16间，并被构造成和布置成保持它们间的横向间隔固定关系。连接结构64包括一对第一和第二中央连接件66、68(具有封闭的横截面并可以是如液压成形或液轧成形结构)和第三中央连接结构70。第三连接结构70具有一个开口的，基本上是C形横截面的，可以是冲压金属片构成。连接件66、68的相对端分别在接头72、74处固定到梁14、16上。接头72、74在结构上基本相同，并且通过在每个梁件14、16的相对壁中切割孔洞，再通过焊接将连接件66、68的相对端固定至开口内而形成。通过将件70的相对端焊接于相应的梁件14、16的外表面部，而将连接件70连接在梁件14、16间。
一对向内间隔的，纵向延伸的梁件76、78分别连接在梁件14、16的成角度段34、40间。由于内梁件76、78是镜像结构，只详细讨论梁件76，而这些讨论同样应用于梁件78。梁件76最好是冲压的，开口的横截面，由金属片构成，并且具有一个开口的基本上是C形的横截面。最好梁件76通过将件76的相对端分别焊接到梁件14的段34和40上的朝内的外壁上，而固定于下车架组件12。横向延伸件66、68、70通过焊接或通过的适当的方法分别固定在形成在纵向延伸的梁件76中的槽口80、82、84内。
横向结构64还包括一对后连接结构86、88。每个后连接结构86、88最好具有一个开口的，基本上是C形的横截面，是一个通过冲压加工成的金属片结构。连接结构86通过焊接或其它适当的方法固定其相对端于内梁件76、78的朝内的外表面上，进而固定于车架组件。连接结构88通过将其相对端焊接于梁件14、16的相对段42的朝内的外表面上而固定于车架组件12。一个最后的连接件90在接头92处固定到梁件14、16间。最好该连接件90是管状结构(即具有一个封闭的横截面)，并可以通过液压成形法，滚轧成形法或任何其它适宜的方法形成。接头92类似于接头72的结构(见附图15接头92的横截面图)。
如图2-4所示，多个车辆构件，每个都能通过非液压成形的方法制成，如是冲压的金属片的结构，并且被固定到下车架组件12上。这些构件包括一个地板结构、一对最前柱组件94、96和一对后柱支撑组件98、99。尤其是，中央地板结构100通过焊接或其它适宜的方法固定到梁件14、16的中央部和横梁件66、68、70的部分上。一个后地板102通过焊接或其它适宜方法固定到梁件14、16的后部和横梁件88、90上。地板100、102可以是冲压金属片构成，并分别为乘客室60和载货室62提供地板结构。
一个前围板104的一个下部，能由冲压金属片构成，焊接于乘客室区60的前端的下车架组件12。前围板104在组装时支撑各种车辆结构件，包括一个仪表板(无图示)，车辆风档的一个下部(无图示)和各种车辆控制装置，并且也起乘客室与发动机室间的防火墙的作用。
从图6-8能看到最前柱组件94的结构和柱组件94、纵梁件14、柱支撑结构44和前围板104的相互连接方式。柱组件94、96的部件是镜像结构。只详细地讨论组件94，而这样的讨论也同样能应用于组件96。
最前柱组件94是一个由冲压金属片构成的多片组件，使承载车架10具有一个最前或A柱，并为管状液压成形上车架组件的一个液压成形的车顶纵梁106(如图6的片段视图所示)提供支撑和固定结构，这将在下面说明。柱组件94的结构最好从图6的分解图来理解。图6表示梁件14的与后部20分解开的中央部20的片断图。接头26内部接合的可伸缩特性能从图6的分解图看出。柱支撑结构44的内支撑件48的一个下面的、基本上水平延伸的壁部110的一个外边108被焊接到梁件14的一个朝下的表面上，邻近梁件14的一个车门槛板形成段36和梁件14的成角度段34间的过渡段。柱支撑结构44的内支撑件48的一个基本上竖直的壁部112限定前轮罩52的向后的范围。柱支撑结构44的外支撑件50最好通过焊接固定到内支撑件48上，以在纵梁件14的车门槛板部(即段36和38)和前轮罩间形成一个箱形支撑结构，以便支撑最前柱组件98的。外件50提供车门槛板54的一个前部。支撑结构44分别为柱组件98的内外柱件114、116提供一个支撑。内和外柱件114、116为承载车架10设置一个柱结构，限定该A柱。因此，内和外柱件114、116形成车辆的A柱，并为管状液压成形车顶纵梁106提供固定到A柱上的固定结构。
内和外柱件114、116能由冲压金属片构成，最好通过焊接固定它们彼此固定，并固定到周围的冲压金属片和管状液压成形构件上，但是任何适宜的方法也能用来固定这些结构件。
内柱114的一个下部118被焊接在箱形柱支撑结构44中(见图8的横截面图)。内柱件114的一个中间部120被固定到前围板104的一个边上。一个加强结构121能由冲压金属片构成，可以加强地焊接于前围板104和内柱件114间。内柱件114的一个上部122被分别固定到前围板104的一个上边和上下压力通风结构124、126。
外柱件116的一个下部128被固定到柱支撑结构44的外支撑件50的外部，和纵梁件14的一部分上，并且外柱件116的一个上部130在组装车辆承载车架10时被固定到内柱件114上。一个管状液压成形件的车顶纵梁部106一般被固定于其间。附图2图示柱支撑件44、内柱件114、前围板104和安装在下车架组件12上的上、下压力通风结构124、126。
附图2也图示了安装在下车架组件12上的柱支撑组件98、99。柱支撑组件98、99是类似的结构，可以是镜像结构。柱支撑组件98的结构被详细讨论，柱支撑组件99的结构被简单讨论，并且其结构可从组件98的讨论被理解。
柱支撑组件98如图9中的分解图所示。图9表示梁件14的限定后轮罩56的部分的片断图。柱支撑组件98包括一个后轮罩结构132、一个后侧板的内部结构134、一个内柱支撑结构136、一个外柱支撑结构138和一个外后侧板结构140。
后轮罩结构132的一个下边被焊接到梁件14的段40和42上。后轮罩结构132的一个下部限定后轮罩56的一部分。后侧板内部结构134最好通过焊接被固定到轮罩结构132和梁件14的一个后部上(见如附图2)。内柱支撑结构136最好通过焊接被固定到梁件14、后轮罩结构132和后侧板内部结构134。如所图示的，例如在图4中，内柱支撑结构136包括支撑结构144，其能由冲压加工而成，以接收管状液压成形件146的一个下端部(如图9的片断图所示)，该液压成形件146为承载车架10提供一个C柱。外柱支撑结构138最好通过焊接被固定到梁件14的一部分和内柱支撑结构1 36的一部分上。外柱支撑结构138包括冲压结构148，其被构造成和布置成支撑管状液压成形C柱146。结构134、136和138全部可由非液压成形地方法制成，如由冲压金属片构成。
任选地，在外柱支撑结构138内可以设置一对焊接开口150，以帮助C柱146固定于支撑结构138上。外后侧板结构140被焊接到内、外柱支撑结构136、138的部分、后侧板内部结构134、C柱146和相邻的D柱152(见，如图4)。从图4也能看到后侧板的内部和外部结构134、140每个都设置有开口154、156，以放置车辆的后灯。
部分组装的柱支撑组件99的放大图在图10中表示。柱支撑组件99包括一个后轮罩结构158、一个后侧板内部结构160、一个内柱支撑结构162和一个外柱支撑结构164。如图10所示，内和外柱支撑结构162、164共同合作，接收和支撑承载车架10的一个C柱146的一个下部。后侧板内部结构160的一部分连接后柱152、内柱支撑结构162和C柱146，其有助于保持C柱146刚性的处于原位。
从图2-4的比较能看到承载车架10可以被构造成，在下车架组件12上安装有地板100、102、前围板104、柱支撑结构44、46、内柱件114、上下压力通风结构124、126、后轮罩结构132、158、后侧板内部结构134、160、内柱支撑结构136、162和外柱支撑结构138、164(如图2所示)。
在结构这一点上，一个管状液压上车架组件，一般用170表示，可以安装在车架上。上车架组件170包括一对管状液压上纵向件174、176、一个第一管状液压成形的U形件178和一个第二管状液压成形的U形件180。
上纵向件174、176是镜像结构，因此，只对上纵向件174进行详细讨论，而这一讨论同样应用于件176。每个纵向件174包括一个D柱形成部152和一个车顶纵梁形成部106。上纵向件174的柱形成部152的一个自由端在接头186处连接于纵梁件14，并且从那向上延伸，限定承载车架10的最后或D柱。上纵向件174的梁形成部106从柱形成部152向前延伸，以限定该承载车架10的车顶纵梁。上纵向件174最好由一个单管状毛坯液压成形，包括一个对接焊缝188。最好以一个液压成形操作来构造该纵向件174，使车辆纵向的叠加的公差(stacked tolerance)减至最小。
第一和第二U形件178、180都能是单片管状液压成形构造。件178和180每个分别包括横部190、192，和一对腿194、146，腿194、146分别在相应的横部190、192的相对端从接合点198、200一体的延伸。
第一U形件190的每个腿194的自由端被固定在朝上的开口202中，开口202形成在相应的梁件14、16中，构成接头204。车顶纵梁106在接头点198面对面地焊接到横件190上，构成一个接头206。第一U形横件190的腿194限定承载车架10的一对B柱。
类似地，车顶纵梁106面对面地重叠地焊接在第二横件192的接合点上，构成接头208，并且第二横件192的腿146的自由端被支撑，并分别被焊接在内和外柱支撑结构136、138的结构144和148内(如图9所示)。
从图3和4的比较能看出，外柱件116可以在管状液压成形的上车架组件170安装到承载车架上后焊接到柱组件94上。一个冲压的外支撑210(见图4)被固定到柱组件98上，并且一般从那向前延伸。外支撑210包括一个固定到内柱件114上的内部211，和一个固定到外柱件116上的外部215。外支撑210可以由冲压金属片构成，并可以通过焊接固定到柱组件98上。外支撑210能用于安装车辆翼子板和其它的车身结构件。
一个顶板212、外后侧板结构140和多个门密封接合结构，一般用214表示，被安装在车辆车架上，如图4所示。一个顶板外结构216能由冲压金属片构成，沿着车顶纵梁106安装在车辆的每一侧，然后沿D柱152的一个上部向下安装到外侧板结构140。
图7表示内和外柱件114、116沿缝215、217而焊接在一起，并成形为具有一个封闭横截面的A柱。图8是表示内和外柱件114、116、内和外支撑件48、50和前围板104固定到一起的方法的横截面图。特别是，外柱件116、外支撑件50和内支撑件48沿缝219焊接到一起。外支撑件50、内柱件114和前围板104沿缝221焊接在一起。图14表示外柱件116和地板100沿缝223焊接在一起。外柱件116和地板100也可以通过单侧点焊，焊接到梁件14上(示意地图示)，如在225处。
图11表示接头204和两个门密封接合结构214的分解图。C柱的开口202和一个焊接开口218可以在纵梁件14中激光切割出。图12表示组装接头204的横截面图。柱、纵梁件14、门密封接合结构214和地板100可以通过一系列焊接，如在220(示意地图示)的MIG焊，和一系列焊接，如在222(示意地图示)的单侧点焊。一个门密封件224(见图13)在组装车辆时安装在过渡结构214上，并且当门226处于关闭位置时与一个车门226啮合，以密封门。
图15表示承载车架10在接头92和186的区域的结构。接头92通过将管状连接件90插入穿过梁件14的相对侧内的开口228、230，并将件90、14焊接在一起而形成。接头186通过在上纵向件174的柱部152的一个自由端处切割和拆下几个壁部，使柱部152与梁件14的外表面接触，并将结构件焊在一起而形成。一个后柱密封过渡结构232焊接在上纵向件174的柱部152的一个下端和安装在后横件90的一个上表面上的一个上件234间。过渡结构232形成一个进入车辆承载车架10的载货室的后开口235的圆角。结构232和件234最好每个是金属结构件，通过冲压成形，并焊接到承载车架10上。
图16是一个表示后轮罩结构132和载货室内的地板102被安装到梁件14和彼此上的方式。轮罩结构132包括一个向下延伸的凸缘236，其通过焊接固定到梁件14上，如通过一系列单侧点焊(无图示)。载货室的地板102被焊接到梁件14的一个上表面和轮罩结构132的一个朝上的表面。
图17表示B柱的横截面图。B柱具有一个管状液压成形结构。朝外的表面240和242限定一个门密封件的密封啮合平面(在图17中没有图示出)。一个内螺纹的铰链固定衬套244插入B柱中，接收一个铰链螺栓246，而固定车门249的铰链248。图18图示出C柱横截面。C柱具有一个管状液压成形结构，并限定门密封件252的一个朝外的密封平面250。
图19表示穿过D柱的横截面图，并表示顶板外部216的横截面。顶板外部216沿着缝258固定到一个上支杆固定支架256。顶板外部216在缝260处被焊接到D柱上，并且固定支架256在262处焊接到D柱。支架256起气撞击组件264(示意地图示)的固定枢点的作用，其中气撞击组件安装在一个提升式车门266上(如图19片断图所示)。
图20表示承载车架10在邻近柱形成部152和上纵向件176的车顶纵梁形成部106间的过渡处区域的结构详图。承载车架10包括顶板212，一个提升车门铰链加强结构268、一个D柱头部270、和一个车顶纵梁到头部的支架272。图20也表示顶板外部216(也称为“A”级车顶纵梁)被安装到上纵向件174上的方式。图21表示D柱头部270固定到顶板212的方式的详图。头部270沿缝271焊接到顶板212上。
图22表示承载车架10在邻近上纵向件174的车顶纵梁部106和第一横件190间的接头206处的结构的分解图。图22图示出顶板212、上纵向件174的车顶纵梁部106、横件190、一个门密封过渡结构214和门梁外部216。图23表示这些结构件在组装承载车架10中的关联方式。特别是，车顶纵梁部106与横件190的接合点198面对面地焊接在一起。门密封过渡结构214被焊接到上纵向件174的车顶纵梁部106和横件190的一部分上。车顶纵梁外部216在276处焊接到过渡结构214上，在278处焊接到车顶纵梁部上。顶板212在278处焊接到车顶纵梁外部216。图示了一个车门279的片断图。
图24是穿过上纵向件174的车顶纵梁部106的横截面图，表示一个风挡头部固定结构280和焊接到上纵向件174的车顶纵梁部106的车顶纵梁外部216。
图25表示保险杠组件45的横截面图和其安装到梁件14上的方式。特别是，保险杠组件45包括一个弓形的内保险杠件284和一个焊于其上的外保险杠件286。一个保险杠固定结构290被焊接于内保险杠件284上。一对保险杠连接件292、294焊接于固定结构290和梁件14的最前端之间，以将保险杠组件45固定到纵梁件14上。一个固定支架296固定于保险杠件284的一个外部和梁件14的一个侧部间。
由于每个液压成形件的许多结构特性是在液压成形操作和制造的过程中形成的，因此，将考虑液压形成承载车架10的管状液压成形构件的最佳方法。从图26能理解一个更佳的形成液压支撑件10的液压成形操作。用件190来给出一个液压成形操作的实例。每个液压成形件，如液压成形的U形件190，可以从一个管状毛坯302制成。毛坯302由一个适当的金属材料构成，并且有一封闭的横截面和开口的管端。最好，毛坯302由一个适当级度的钢构成。每个毛坯302可以由任何适当的方法制成。例如，一个连续的金属材料条可以通过滚轧和滚焊成形，以便具有一个封闭的横截面。备选地，通过挤压形成连续长度的金属管。然后，可以切割该连续管状结构，到所需的长度，形成一个U形件190。
毛坯302最好在放在液压成形模具组件中之前被弯成“U”形。件302的每个腿部最好与其中央横形部成较尖的角。由于在U表件190内的角度是较“尖的角”(即角度大于30°)，这些角度需要毛坯302有较尖的角的弯曲。最好本发明根据第5953945名称为成角度的管状部件的免皱的液压成形的方法和装置的美国专利教导弯曲毛坯302，在此参照上述专利的全文。参照5953945专利的教导能避免在弯曲操作过程中形成皱折，尤其是在一个液压成形部件的每个弯点的凹入部分上。一个毛坯302可以在放置在模具组件前在一个计算机数字控制的弯曲机中弯曲，或备选地可以通过拉弯弯曲，以形成“U”形。U形毛坯302包括一个基本上直的、纵向延伸的中央部和一对从中央部的相对端延伸的腿。中央部和每个腿间的接合点或“肘”的一侧上限定一个凹入的外表面部，另一侧限定一个凸起的外表面部。在放置毛坯于模具组件中前，一个适合的润滑剂可以施加于毛坯302的外部。
再见图26，然后放U形管毛坯302于模具组件308的半模304、306间，再关闭模具组件。管状毛坯302最好浸入液槽中，以便充入液压成形液。一个液压成形柱塞组件310、312(ram assembly)与管状毛坯302的每一端啮合，以便每个组件310、312的一个柱塞件314、316密封一个管状毛坯302的一个相应端。柱塞件314、316包括能增强液压成形液的液压增强器，从而增加毛坯302内的液压，使管状毛坯302的管状金属壁，一般用318表示，向外变形，使其与型腔的模表面320(参见’945专利公形的)相一致，从而形成使所形成的液压成形件的外表面具有预定的规则或不规则形状(依赖于型腔的形状)。
管状毛坯302在液压成形处理的过程的向外膨胀之前具有，如，直径基本相同，基本上环形的横截面。液压成形处理可以由计算机控制。液压成形液的动流可以被控制，以控制，毛坯302的金属材料(沿径向)的“流动”和在液压成形处理中的膨胀的方式。最好，柱塞件314、316在毛坯302的相对端轴向向内推，使金属在向外膨胀时在毛坯内流动。液压和轴向压力被独立地控制。最好，管状毛坯302的端部在液压成形操作的过程中被轴向向内推，维持全部形成的液压成形件190的壁厚处于初始管状毛坯302的壁厚的预定范围内。由于每个接合点限定一个直的管状毛坯在其内以一个较尖的角的弯曲区域，因此毛坯302的外表面的相对侧上有一个凹入表面部和一个凸起表面部。最好每个柱塞件314、316向毛坯302的相关端加力，以便使金属材料在毛坯302内纵向流动，而维持毛坯的壁厚在一个预定范围内，并且最好与施加到纵向对准毛坯的凹入表面部分的力的大小相比，柱塞件施加到与管状毛坯的凸起表面部分对准的力的量较大，这样金属流向毛坯302的邻近凸起表面部分的量大于流向邻近毛坯302的邻近凹入表面部分的量。如前述的’945专利详细讨论的，这防止了在邻近毛坯的凹入表面部分形成皱折。最好柱塞件314、316共同作用，补充或维持毛坯302向外膨胀的壁部的厚度，以便最终的液压成形件的壁厚在毛坯302的原始厚度+/-10％之内(即在管子直径向外膨胀的过程中补偿壁的变薄)。
管状毛坯302膨胀成与液压成形型腔所限定的表面一致，以便不规则的向外膨胀毛坯302的金属壁，使之与模具组件的表面相一致，提供具有相应于U形件190形状的金属壁。每个用于形成支撑件10的型腔的形状因此与U形件190的形状相应。
如果孔形成在U形件190内，当在液压成形操作过程中件处于模具组件内时就可以形成这些孔，或者可以在将液压件190从模具组件拆下后与件190的任何其它所需的处理一起形成。尤其是，孔可以在液压成形工序过程中形成，在这个工序中公知的是一种液压冲孔操作。在美国第5460026专利中公开了一种液压冲孔操作，在此本申请参照上述专利的全文。备选地，在液压成形操作完成后，可以在件190内切割(最好用激光)各种尺寸和形状的孔和槽口。
能看到，由于在液压成形操作过程中毛坯302膨胀，U形件190的横截面沿长度变化，这样件190的中部可以是较小，稍微有点矩形的的横截面，每个腿部可以是较大基本上是矩形的横截面。也可以使U形件190的各个部分具有其它的截面形状(包括其它的尺寸和形状)。因此能理解管状液压成形件190的横截面形状可以改变，而不脱离本发明的原理。
承载车架10由于装有非液压成形件，因此指一种“混合”承载车架，即件能使用除液压成形外的方法制成，如通过冲压金属片(即包括A柱及C柱的柱支撑组件98、99的最前的柱组件94、96)，这些件状装在主要的管状液压成形的车架组件内(包括下车架组件12和上车架组件170)。这种混合车架结构允许汽车制造者实现在内部与外部间的空间有限的车辆中的承载车架的概念。非液压成形构件与一个另外的液压成形车辆的集成使车辆制造者能以成套设备的形式提供一种重量最经济的车辆承载车架，它安装在某种车辆设计所固有的空间约束内尤其是，如从图1-4能看到，前和后轮(在附图中没有示出，但一般分别布置在组装的车辆的轮罩52和56内)沿纵向与乘客室区60十分接近。例如，前轮的最后的区域与前围板104间纵向间隔只有几毫米(也许相当于30-40mm)，其中前围板一般限定乘客室区60的最前区域。类似地，后轮的最前区域与乘客室区60的最后区域间的纵向间隔是十分接近的。相对乘客室区60的纵向长度，这个轴距短(即前后轮间的纵向长度)，并且随之而来的前后轮与乘客室区60的纵向间隔较近要求制成两个近似90°的过渡，以限定前后轮罩52、56。管状液压梁件14、16不能容易地被弯曲成形，或从车门槛板形成部(如段36、38)以近似90°角向内过渡(横向地)，然后纵向以近似90°角向内，形成轮罩52、56。能从图1看到，如梁件14的中央部20的纵向延伸段36和成角度段34间的过渡角没有尖到足以限定车辆承载车架的车门槛板和前轮罩52的后部的全部范围。非液压成形柱支撑结构44提供车门槛板的最前端，并在承载车架10的车门槛板部54与前轮罩52的后部间提供一个较尖(近似90°)的过度角。因此，这种混合设计允许车辆制造者装有一对延长车辆长度的管状液压成形的下纵梁件14、16，而仍然符合制造一个紧凑车辆的封装要求。
这种混合结构的好处能从图5看到，图示出单独的承载车架10的液压成形部，其带有拆下的但未图示出的非液压成形部。从这个视图能看到A柱(图5中没有示出，一般位于车顶纵梁106的向下延伸的自由端之下，并与之成一直线)，C柱向外横向间隔开，以使乘客室区60的宽度最大。由于液压成形下纵梁件14、16在前后部有角度的过渡，以帮助限定前后轮罩52、56，因此车顶纵梁106的自由端和C柱的自由端从液压成形梁件14、16的下面的部分向外间隔开。非液压成形或冲压的最前柱组件94、96和柱支撑组件98、99分别提供A柱和支撑C柱，但仍安装在紧凑车辆设计包装中。
梁段34、36、38、40、非液压成形或冲压的柱支撑结构44、46、内梁76、78和相连结构66、68、70、86一般包括一个“抗扭的箱形断面元件”，其包括下车架组件12处于乘客室区60反应碰撞载荷的部分下的一段。通过制造A柱和箱形柱支撑结构44、46成为非液压成形的或冲压结构，承载车架10能对外液压成形纵向延伸纵梁件14、16和内冲压纵梁76、78上的碰撞载荷起作用。由于连接件66和68是管状液压成形结构，因此具有较高的强度，如支撑负荷和在防碰撞时的变形，这些横件66、68在意义上是建筑学的，它们支撑座椅载荷，并通过使车辆具有扭转刚性而改善车辆的抗扭性。
A柱组件94、96的非液压形成结构改进的将各种车架构件安装在一个完全液压成形设计上。例如，由于每个A柱能是非液压成形结构，如冲压结构，它能更好的装入周围的金属片结构中，包括前围板、一个滑柱塔形支承299(如见图3)，上下压力通风结构等。滑柱塔形支承299可以设置为一个前悬的支撑组件，如MacPherson支撑组件。
应理解到所示例的实施例对焊接到连接件的说明只是一种将件连接在一起的可能的方式，其它的紧固机构或紧固件能替代或与焊接一起使用。同样，应理解到在此讨论非液压成形件能由任何非液压成形工艺制成，包括冲压和其它类型的工艺。关于“冲压”和“冲压的”金属片结构的产生是由于它是制造示例实施例中的非液压成形件最好的方法，但是，能在这个示例的实施例中采用其它类型的非液压成形工艺。
能理解到在此图示和说明的车辆承载车架的实施例只是一个实例，并且并不想限制本发明的范围。例如，混合承载车架可以用于其它尺寸的车辆和其它类型的车辆，包括多用途运动车、所有类型的箱式车和载货车。也能改变承载车架结构。如承载车架10的示例实施例表示的A柱由处于每一侧的前柱组件提供。它并不想要限定本发明的范围于这种结构。例如，可形成A柱的一个上部，或备选的，整个A柱都采用管状液压件。每个上纵向件可以被制成包括一个前柱形成部，其从梁形成部向下一体延伸而成。每个上纵向件的前柱形成部可以向下延伸，以便提供形成整个A柱的柱结构，或备选地，前柱形成部可以向下延伸，只形成一个柱结构的上部，从而只形成相连的A柱的一个上部。当上纵向件的前柱形成部形成整个A柱时，前柱形成部的下端可以利用一个冲压的金属片组件，如柱支撑结构44固定到相连的下侧件上。当上纵向件的前柱形成部只形成相连A柱的一个上部分时，A柱的下部可以通过冲压金属片构件的一个组件来提供。例如，一个除竖直较短外类似于前柱组件94的前柱组件能被构造成提供相连A柱的一个下部，并与相连的上纵向件的前柱形成部连接。然后，在这个实例中，每个A柱的一个下部是冲压金属片结构，其上部是管状液压成形结构。
应理解到，尽管已经参照有限量的实施例公开和说明了本发明的示例的实施例，明显可以在此作出变型和变化，而不脱离本发明的精神和范围。因此，下面的权利要求想要覆盖根据在此指出的原理和优点所作出的这样的变型，变化和其等同物。
权利要求
1.一种机动车的承载车架，包括一对液压成形的纵向延伸的下纵梁件；一对液压成形的上纵向件，每个所述上纵向件包括一个后柱形成部和一个梁形成部，每个所述的柱形成部连接于一个相应的所述下纵梁件的一端，并从所述的相应的下纵梁件向上延伸，限定机动车的一个最后的柱，每个所述梁形成部从所述柱形成部向前延伸，限定机动车的一个顶部支撑梁；一对最前的柱组件，所述最前的柱组件的每个与所述对下纵梁件的相应的一个连接，并从所述相应的下纵梁件向上延伸，与所述上纵向件的相应的一个连接，每个所述最前柱组件由冲压的金属片制成；和一个横向延伸的连接结构被安装在所述对下纵梁件间，所述连接结构被构造成并布置成保持所述对下纵梁件彼此横向间隔开。
2.根据权利要求1的承载车架，其特征在于，每个液压成形的上纵向件还包括一个从一个相连的顶部支撑梁的一个前端延伸的前柱形成部，每个所述上纵向件的前柱形成部与一个相连的最前柱组件限定一对所述机动车的A柱，每个最前柱组件限定相关的A柱的一个下部，每个上纵向件的前柱形成部限定相关A柱的一个上部。
3.根据权利要求1的承载车架，其特征在于，每个最前柱结构连接于相关上纵向件的梁形成部的一个前端，每个所述最前柱组件限定所述机动车的一个A柱。
4.根据权利要求3的承载车架，其特征在于，每个所述对下纵梁的一个前部限定一个相应的前轮罩(wheel well)的第一部分。
5.根据权利要求4的承载车架，其特征在于，每个所述最前柱结构的一个下部形成所述相应的前轮罩的第二部分。
6.根据权利要求3的承载车架，其特征在于，每个所述最前的柱组件连接于所述相应的下纵梁件的一个外侧部分。
7.根据权利要求6的承载车架，其特征在于，每个下纵梁件的一个中央部在所述机动车的一个相应侧上限定一个车门槛板的一部分，每个下纵梁件的前部从其相应的中央部向内弯曲，限定每个所述的前轮轮罩，每个最前柱组件连接于相关下纵梁件的中央间，这样每个最前柱组件限定相关车门槛板(rocker panel)的一个前部。
8.根据权利要求7的承载车架，其特征在于，由每个最前柱组件限定的A柱的横截面是封闭的。
9.根据权利要求1的承载车架，其特征在于，每个所述下纵梁件包括三个独立的构件。
10.一种机动车的承载车架，包括一对液压成形的纵向延伸的下纵梁件；一对液压成形的上纵向件，每个所述对上纵向件包括一个后柱形成部和一个梁形成部，每个所述柱形成部连接于相应的一个所述下纵梁件的一端，并从所述相应的下纵梁件向上延伸，限定所述机动车的一个最后柱，每个所述梁形成部从所述后柱形成部向前延伸，限定所述机动车的一个顶部支撑梁；一对柱支撑结构，每个柱支撑结构由冲压的金属片构成，并且每个所述柱支撑结构连接于一个相应的下纵梁件，在此处支撑一个最前柱结构；一对最前柱结构，每个柱结构的一个下端连接于一个相关的柱支撑结构，并在一个上端连接于一个相关的上纵向件；和一个横向延伸连接结构，安装在所述对下纵梁件间，所述连接结构被构造和排列成使所述对下纵梁件彼此横向间隔开。
11.根据权利要求10的机动车的承载车架，其特征在于，每个上纵向件还包括一个前柱形成部，每个前柱形成部从相关上纵向件的梁部的一个前端延伸，每个前柱形成部的下端连接于一个相应的柱支撑结构，提供一个处于所述机动车的一个相应侧上的最前柱结构。
12.根据权利要求10的机动车的承载车架，其特征在于，每个上纵向件还包括一个前柱形成部，每个前柱形成部从相关上纵向件的梁刀的前端延伸，每个最前柱结构是冲压的金属片构成，连接于相关的上纵向件的前柱形成部、每个最前柱形成结构和每个上纵向件的相关前柱形成部从而限定所述机动车相应侧的一个A柱。
13.根据权利要求12的机动车的承载车架，其特征在于，所述最前柱结构的横截面是封闭的。
14.根据权利要求10的机动车的承载车架，其特征在于，每个最前柱结构是冲压的金属片构成，每个所述最前柱结构的一个上端连接于相关的上纵向件的梁形成部，由此每个最前柱结构在所述机动车的一个相应侧限定一个A柱。
15.根据权利要求14的机动车的承载车架，其特征在于，所述最前柱结构的横截面是封闭的。
16.一种机动车的承载车架，包括一对液压成形的纵向延伸的下纵梁件；一对液压成形的上纵向件，每个所述对上纵向件包括一个后柱形成部和一个梁形成部，每个所述柱形成部连接于相应的一个所述下纵梁件的一端，并从所述相应的下纵梁件向上延伸，限定所述机动车的一个最后柱，每个所述梁形成部从所述后柱形成部向前延伸，限定所述机动车的一个顶部支撑梁；一对前柱结构，每个所述前柱结构连接于相应的一个所述下纵梁件的前部，并从那向上延伸，形成所述机动车的一个最前柱，每个最前柱结构的一个上端连接于一个相应的上纵向件；一个液压成形的中央U形横件有一个横部和一对腿部，每个腿部从与所述横件的每端的接合点处延伸；和一对柱支撑结构，每个柱支撑结构由冲压的金属片构成，并连接于一个相应的所述下纵梁件的一个相应的中央部，所述中央横件的每个所述腿部连接于一个相应的所述对柱支撑结构，并从那向上延伸，形成所述机动车的一对中央柱。
17.根据权利要求16的承载车架，其特征在于，每个下侧梁件的一个后部向内弯曲，限定一个后轮罩，每个所述柱支撑结构位于一个所述后轮单处。
18.根据权利要求16的承载车架，其特征在于，每个所述最前柱的一个下端，与所述相应的下纵梁件相连，并向上延伸，形成所述的A柱，并与所述相应的下纵梁件一起构成一个相应的前轮罩的一部分。
19.根据权利要求16的承载车架，其特征在于，每个所述对下纵梁件是三构件结构。
20.根据权利要求16的承载车架，其特征在于，每个所述对前柱结构由冲压的金属片材料制成。
21.根据权利要求16的承载车架，其特征在于，还包括一对由冲压的金属片材料制成的后侧板，每个所述后侧板延伸部连接所述U形横件的一个相应的所述腿部。
22.一种制造机动车承载车架方法，包括在一个相应的液压成形工序中制成一对液压成形上纵向件的每一个，每个上纵向件包括一个柱形成部和一个梁形成部；在相应的液压成形工序中制成一对下纵梁件的每一个；；冲压金属材料，形成多个能构造和布置成组装在一对最前柱组件中的构件；提供一个延长的连接结构；和组装所述构件、所述液压成形件和所述连接结构，达到(a)每个上纵向件的柱形成部连接于一个相应的所述下纵梁件，其上形成一个最后柱，(b)每个上纵向件的梁形成部从相关的柱形成部向前延伸，在所述机动车的一个相应侧限定于一个车顶支撑梁，(c)每个最前柱组件连接在一个相应的所述下纵梁件和一个相关的上纵向件间，和(d)所述连接结构连接在所述对下纵梁件间，以保持所述下纵梁件彼此横向间隔开。
23.根据权利要求22的制造机动车承载车架的方法，其特征在于，每个所述液压成形上纵向件包括一个从梁形成部前延伸的前柱形成部，每个最前柱组件与相关的上纵向件的前柱形成部连接，每个最前柱组件和相关的前柱形成部在所述机动车的一个相应侧上限定一个A柱。
24.根据权利要求22的制造机动车承载车架的方法，其特征在于，每个最前柱组件连接于相关的上纵向件的梁形成部，每个最前柱组件在所述机动车的一个相应侧上限定一个A柱。
25.根据权利要求22的制造机动车承载车架的方法，其特征在于，对每个上纵向件的制作包括提供一个具有金属壁的角形的毛坯，将毛坯放入其模具表面限定有一个型腔的模具组件中，向毛坯的内部注入加压液体，使所述壁膨胀成与所述模具表面一致，其中制作每个下纵梁件的步骤包括(a)提供多个具有金属壁的毛坯，(b)放每个所述毛坯于一个相应的模具组件中，每个模具组件的模具表面限定了一个型腔，(c)向每个所述毛坯的内部注入加压流体，使所述壁膨胀成与所述模具表面一致，每个下纵梁件的每个所述多个毛坯形成一个相应的下纵梁件的液压成形部，和(d)连接多个所述下纵梁件的液压成形部。
26.一种制造机动车的承载车架的方法，包括在一个液压成形工序中制成一个液压成形横件，所述横件包括一个横部和一对柱形成腿部，每个腿部从处于横部的一个相应端处的一个接合点延伸；在一个液压成形工序中制作一对液压成形上纵向件的每个，每个上纵向件包括一个柱形成部和一个梁形成部；在一个相应的液压成形工序中制作一对液压成形的下纵梁件的每一个，所述下纵梁件的前和后部分别限定前和后轮罩；冲压金属材料，形成多个被构造和布置成能安装在一对最前柱组件内的构件；冲压金属材料，形成多个被构造和布置成能安装在一对柱支撑组件内的构件；提供一个延伸的连接结构；和组装所述组件、所述液压成形件和所述连接结构，达到(a)每个上纵向件的柱形成部连接于相应的一个所述下纵梁件，以在其上形成一个最后柱，(b)每个上纵向件的梁形部从相关的柱形成部向前延伸，在所述机动车的一个相应侧限定一个车顶支撑梁，(c)每个最前柱组件连接在相应的一个所述下纵梁件和一个相关的上纵向件间，(d)每个柱支撑组件在邻近后轮罩处连接一个相应的下纵梁件，(e)所述横件的每个接合点连接一个相关的上纵向件的车顶梁部的一个中央部，并且所述中央横件的每个腿部连接相应的一个所述对柱支撑组件，并从该处向上延伸，形成所述机动车的中柱，和(f)所述连接结构连接在所述对下纵梁件间，保持所述下纵梁件彼此横向间隔开。
27.根据权利要求26的制造机动车承载车架的方法，其特征在于，形成所述横件，包括(a)提供一个具有金属壁的角形毛坯，(b)放毛坯于其模具表面限定有一个型腔的模具组件中，和(c)提供加压液体注入毛坯的内部，使所述壁膨胀成与所述模具表面一致，其中形成每个所述上纵向件，包括(a)提供一个具有金属壁的角形毛坯，(b)放毛坯于其模具表面限定有一个型腔的模具组件中，和(c)在毛坯内部注入加压液体，使所述壁膨胀成与模具表面一致，其中形成每个下纵梁件包括(a)提供多个具有金属壁的毛坯，(b)放置每个所述毛述于一个相应的模具组件中，每个模具组件的模具表面限定一个型腔，(c)向每个所述毛坯的内部注入加压液体，使所述壁膨胀成与模具表面一致，每个下纵梁件的所述多个毛坯的每个形成一个相应的下纵梁件的液压成形部，和(d)连接所述下纵梁件的多个液压成形部。
全文摘要
一种机动车的承载车架包括液压成形的上(174，146)和下(14，16)纵向件和液压成形的横件。每个上纵向件通过冲压金属片制成的构件(52，62，104)在车架的前和后与一个相应的下纵向件连接。冲压的构件能构成部分前后轮罩。连接液压成形件的冲压构件的使用允许液压成形件在车架部件的空间量最小的机动车中使用。
文档编号B62D25/20GK1494501SQ02805898
公开日2004年5月5日 申请日期2002年3月1日 优先权日2001年3月2日
发明者詹弗兰科·加比亚内利, 理查德·阿什利, 阿什利, 詹弗兰科 加比亚内利 申请人:麦格纳国际公司