CN102034992A - 汽车车用铝合金氢瓶框架 - Google Patents

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朱平
冯奇
郭永进
章斯亮
卢家海
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Abstract

一种汽车制造技术领域的汽车车用铝合金氢瓶框架，包括：承重框、冲击载荷支撑梁以及整体式安装定位孔，承重框为上下双层框架结构，冲击载荷支撑梁设置于承重框后方，整体式安装定位孔设置于框架梯形结构上用于连接车身。所述的承重框为上下双层框架结构的空间桁架；所述的冲击载荷支撑梁采用铝合金双层空间梁的框架结构。本发明此框架不仅能够保证框架对瓶体的承载能力，同时能够提高框架对氢瓶的保护作用，降低瓶体受到的变形挤压，大大提高氢瓶的碰撞安全性。

Description

汽车车用铝合金氢瓶框架
技术领域
本发明涉及的是一种汽车制造技术领域的装置，具体是一种汽车车用铝合金氢瓶框架。
背景技术
随着世界能源危机和环境保护问题的日益突出，新能源汽车的研发与汽车轻量化设计成为当前汽车领域的研究热点。氢气由于其在燃烧和化学反应过程中不产生有害物质，能量转换效率高等特点，成为燃油的理想替代燃料。相对与传统燃料的汽车，氢燃料电池车以高压氢瓶代替燃油箱，由于气体的不稳定性高于液体，而且处于高压状态下，因此，氢瓶的框架应该为氢瓶提供足够的保护，以保证车辆在发生碰撞等危险工况下，氢瓶不会由于周围零部件的变形而受到过度挤压，导致瓶体发生变形或刺穿，从而发生漏气甚至爆炸的危险情况，影响驾乘人员的安全。
经过对现有的发明专利检索发现，现有的框架主要分为整体式和独立式两种：整体式框架主要是依托原有车身结构，将瓶体的安装框架内嵌在车身或地板结构中。这种结构具有整体性好，瓶体固定稳定的优点。但同时由于框架内嵌在车身结构中，因此需要对原始车身结构进行重新设计，避免车身整体性能的降低；而独立式则对原始车身结构影响较小，不会影响原始车身整体性能。同时由于独立式框架独立于车身结构，因此瓶体拆卸简单、维修更换成本低。本发明专利主要应用于某新能源改型轿车中，车身结构已经确定，因此考虑选用独立式框架结构，从而可以避免原有车身结构性能的降低。
传统的框架设计中主要考虑框架对瓶体的安装支撑作用，在分析过程中主要以框架在瓶体重力载荷条件下的支撑刚度为设计目标。而实际轿车设计中，由于轿车通常受到碰撞冲击载荷的作用，瓶体容易受到惯性冲击和挤压变形。因此氢瓶框架在设计过程中需要同时考虑框架在碰撞条件下对瓶体的保护作用，避免瓶体由于受到过度挤压而发生刺穿爆炸的危险。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种汽车车用铝合金氢瓶框架，此框架不仅能够保证框架对瓶体的承载能力，同时能够提高框架对氢瓶的保护作用，降低瓶体受到的变形挤压，大大提高氢瓶的碰撞安全性。
本发明专利是通过以下技术方案实现的，本发明包括：承重框、冲击载荷支撑梁以及整体式安装定位孔，其中：承重框为上下双层框架结构，冲击载荷支撑梁设置于承重框后方，整体式安装定位孔设置于框架梯形结构上用于连接车身。
所述的承重框为上下双层框架结构的空间桁架，该空间桁架可以大幅提升结构的支撑刚度，从而保证结构对氢瓶的承载能力。
所述的冲击载荷支撑梁采用铝合金双层空间梁的框架结构，该结构的梯形内角为130°。此结构可以降低在冲击载荷作用下支撑梁的弯曲变形，提高框架对瓶体的保护。
所述的框架结构的前部冲击载荷支撑梁截面尺寸为25mm×14mm，重力承载梁截面尺寸为15mm×14mm，垂直支撑杆截面尺寸为15mm×14mm。此结构较传统直角结构可以有效地降低支撑梁的承载长度，同时梯形支撑结构可以有效提高支撑梁的支撑刚度，从而明显地提高了支撑梁抵抗冲击载荷的抗弯刚度。
所述的整体式安装定位孔为通孔结构，孔的直径为15mm，左右孔的定位间距为940mm。由于采用整体式的连接方式，从而避免了独立式框架连接耳片在碰撞过程中发生变形失效的情况，从而大幅提高了框架安装位置在碰撞过程连强度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)氢瓶框架采用铝合金材料。框架结构采用铝合金材料加工而成，有效的降低了框架结构自身的质量，有利于整车的轻量化设计。铝合金框架的加工过程主要是：①选择合适尺寸的原始铝合金型材，通过铣削方法加工出目标框架结构的支撑杆以及各边梁。②采用稀有气体保护焊焊接得到铝合金框架；
(2)氢瓶框架采用独立双层结构。框架采用独立双层框架结构，这样不仅提高了框架的承载能力，而且可以充分利用车身后部空间，便于车身其他部件的布置；
(3)氢瓶框架采用梯形承载结构。由于框架在设计过程中需要考虑碰撞冲击作用，因此在此框架中采用新型的梯形承载结构。此新型梯形承载结构有效地降低了承载长度，提高了支撑刚度，从而大幅降低了承载梁中部的抗弯刚度，因此框架在受到冲击作用时，可以大大提高承载横梁的抗弯能力，降低中部冲击变形量，从而降低在碰撞工况下框架对氢瓶的挤压作用，提高了对氢瓶的保护作用；同时框架在结构上综合考虑框架螺栓安装孔的位置，这样不仅可以减少额外安装部件，降低整体质量，而且可以保证螺栓安装孔在冲击变形条件下的连接强度；
(4)框架采用变截面设计，考虑到车身后部横梁是承受冲击载荷的主要部件，因此，增大横梁在冲击载荷方向的厚度，提高其沿冲击载荷方向抵抗变形的能力，减小框架沿冲击载荷方向的变形量，从而可以降低对氢瓶的挤压，增强对氢瓶的保护能力。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图。
图2为本发明的结构侧视图。
图3为本发明的结构立体示意图。
图4为本发明梯形承载结构的改进效果对比；
图中：(a)为传统直角形结构，(b)为改进的梯形承载结构。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：承重框1、冲击载荷支撑梁2以及整体式安装定位孔3，其中：承重框1为上下双层框架结构，冲击载荷支撑梁2设置于承重框1后方，整体式安装定位孔3设置于框架4梯形结构上用于连接车身。
所述的承重框1为上下双层框架结构的空间桁架4，该空间桁架4可以大幅提升结构的支撑刚度，从而保证结构对氢瓶的承载能力。
所述的冲击载荷支撑梁2采用铝合金双层空间梁的框架结构，该结构的梯形内角5为130°。此结构可以降低在冲击载荷作用下支撑梁2的弯曲变形，提高框架4对瓶体的保护。
所述的框架结构的前部冲击载荷支撑梁2截面尺寸为25mm×14mm，重力承载梁截面尺寸为15mm×14mm，垂直支撑杆截面尺寸为15mm×14mm。此结构较传统直角结构可以有效地降低支撑梁2的承载长度，同时梯形支撑结构可以有效提高支撑梁2的支撑刚度，从而明显地提高了支撑梁2抵抗冲击载荷的抗弯刚度。
所述的整体式安装定位孔3为通孔结构，孔的直径为15mm，左右孔的定位间距为940mm。由于采用整体式的连接方式，从而避免了独立式框架连接耳片在碰撞过程中发生变形失效的情况，从而大幅提高了框架安装位置在碰撞过程连强度。
与现有技术相比，本实施例优点在于：
1.梯形承载结构，此结构在碰撞冲击条件下可以大幅改进承载梁的变形情况，如图4所示，在冲击载荷支撑梁2中部施加相同冲击载荷F的作用下，(a)所示为传统直角结构的最大变形为11.37mm；而(b)所示的改进的梯形承载结构最大变形仅为3.59mm，较传统结构改进效果非常明显；
2.框架4采用上下双层的垂直承载结构，此结构在充分利用车身内部空间的前提下，大幅提升提高框架4在垂直方向载荷的承载能力，降低瓶体在汽车行驶过程中垂直方向上的扰度；
3.框架4采用变截面设计，此方法可以在综合考虑各种承载工况的前提下，有效降低框架4的整体质量。

Claims (4)

1.一种汽车车用铝合金氢瓶框架，包括：承重框、冲击载荷支撑梁以及整体式安装定位孔，其特征在于：承重框为上下双层框架结构，冲击载荷支撑梁设置于承重框后方，整体式安装定位孔设置于框架梯形结构上用于连接车身，所述的承重框为上下双层框架结构的空间桁架；所述的冲击载荷支撑梁采用铝合金双层空间梁的框架结构。
2.根据权利要求1汽车车用铝合金氢瓶框架，其特征是，所述的框架结构的梯形内角为130°。
3.根据权利要求1汽车车用铝合金氢瓶框架，其特征是，所述的框架结构的前部冲击载荷支撑梁截面尺寸为25mm×14mm，重力承载梁截面尺寸为15mm×14mm，垂直支撑杆截面尺寸为15mm×14mm。
4.根据权利要求1汽车车用铝合金氢瓶框架，其特征是，所述的整体式安装定位孔为通孔结构，孔的直径为15mm，左右孔的定位间距为940mm。
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