CN103465965A - 一种高强度轻量化车架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度轻量化车架，所述车架主体为一体式框架结构，其包括盒式结构，位于盒式结构前部的驾驶舱以及盒式结构后部的斜拉结构。所述盒式结构包括上层长方形框架以及下层长方形框架，所述上层长方形框架与下层长方形框架通过若干竖杆及若干斜拉杆组成，所述驾驶舱设有弧状的驾驶舱底舱。该发明具有高强度、低重量的特点，并且抗冲击能力较强，特别适用于赛车、太阳能车、电动车等小型汽车制造领域。

Description

一种高强度轻量化车架

技术领域

本发明属于汽车制造领域，特别涉及一种低重量、高强度抗冲击的汽车车架，该车架主要应用在比赛用的太阳能汽车上。

背景技术

车架是整个汽车的基体，也是整车的核心部件，是汽车上各部件的安装基础，要给转向节、转向机、电池、电机控制器、驾驶员座舱等部件提供布置的空间，还要给车壳、悬架系统提供固定接口，所以现代汽车制造中不但要保证车辆的稳定运行，还要考虑整车的装配关系，不能与车壳等其他部件发生干涉。车架用来支承连接汽车的上述各零部件，并承受来自车内外的各种载荷，这造成了车辆行驶过程中受力情况的复杂性，一旦发生事故，车架的各个方向都可能受到冲击。所以，车架应具有足够的强度，合适的刚度，同时应尽量减轻重量，并使各部件不应发生干涉，以确保车辆发生事故时不变形或者变形量小，以保证驾驶员的人身安全。

中国专利文献CN201566702U公开了一种小型车车架，该车架沿纵向由前向后依次设有立式布置的防撞圈、前圈和主圈，并设有侧面防撞杆，该发明目的在于提高汽车正面及侧面的防撞能力，但缺乏对于驾驶人员的底舱保护，驾驶舱的底舱设计不能够降低驾驶人员腿部受伤的隐患，且驾驶舱底盘较高，车身的重心较高，转向时容易倾侧，同时，该车架结构过于复杂，不免会增加车架自身的重量。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够对驾驶员的腿部进行有效保护的车架。

本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种高强度、轻量化、安全性高的车架。

为解决上述技术问题，本发明的一种高强度轻量化车架，包括车架主体，所述车架主体为一体式框架结构，其包括盒式结构，所述盒式结构的沿着车辆运行方向的前部具有驾驶舱，所述驾驶舱具有从所述盒式结构的底面向着地面方向凹陷的驾驶舱底舱。

所述驾驶舱底舱包括若干个沿着车架前后方向并排设置的弧形棒状体。

所述驾驶舱底舱还包括从其底部并沿着车架前后方向连接所述弧形棒状体的加强件。

所述盒式结构包括上层长方形框架与下层长方形框架，所述上层长方形框架与所述下层长方形框架通过位于盒式结构左、右两侧的若干竖杆及若干斜拉杆连接起来。

若干所述斜拉杆在车辆运行的前后方向上位于所述竖杆之间，位于同一侧的相邻所述斜拉杆相向倾斜且对应所述驾驶舱，倾斜角度大于30度且小于75度。

所述盒式结构的沿着车辆运行方向的后部设置斜拉结构，所述斜拉结构包括与所述下层长方形框架连接的方形框架以及连接所述方形框架的横梁与所述上层长方形框架的横梁的斜拉管。

所述盒式结构包括辅助连接块，所述辅助连接块分别与位于所述盒式结构的边缘直角处的纵梁和横梁连接，所述辅助连接块的厚度大于所述横梁和纵梁的外直径。

所述盒式结构的所述下层长方形框架前端增加缓冲装置。

所述缓冲装置为一根或多根横梁。

所述加强件为一根依次穿过所述横向并排的弧形棒状体中部并与所述盒式结构的所述下层长方形框架连接的纵向弧形管；三个所述弧形棒状体中的位于车辆最前端的弧形棒状体固定在所述下层长方形框架的位于最前端的第一根横梁上，其他两根固定在所述下层长方形框架的纵梁上，并位于所述下层长方形框架的所述第一根横梁与第二根横梁之间。

所述驾驶舱的后方设置有倒U形头部保护装置，所述头部保护装置与驾驶者的头部相对应。

所述盒式结构采用圆形空心管材制成，材料为铝合金。

所述车架为太阳能赛车车架。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明的车架，所述驾驶舱增加了底舱设计，底舱从所述盒式结构的底面向着地面方向凹陷，加强对驾驶员的保护，降低质心，让车身更稳定，转向时不容易倾倒。 

（2）本发明的车架，所述驾驶舱底舱包括若干个沿着车架前后方向并排设置的弧形棒状体，若干个所述弧形棒状体使得所述驾驶舱底舱整体上为弧状，操控性更强，转向时的安全性好，在受到威胁时可以快速转向而不轻易伤害驾驶员腿部；并且通过弧形棒状体连接形成弧状底舱相对于通过整个面板形成底舱来说，降低了车辆的重量，并且所述驾驶舱底舱还包括从其底部并沿着车架前后方向连接所述弧形棒状体的加强件，又提高了底舱的强度，使得整个底舱轻量、高强度且安全性较高。

（3）本发明的车架，所述加强件为纵向弧形管，在发生撞击时，通过弧形管的缓冲性提高加强件本身的抗冲击性，进而提高驾驶员的安全性；三个所述弧形棒状体中的位于车辆最前端的弧形棒状体固定在所述下层长方形框架的位于最前端的第一根横梁上，其他两根固定在所述下层长方形框架的纵梁上，并位于所述下层长方形框架的所述第一根横梁与第二根横梁之间，该种设计使得底舱的弧形棒状体与下层长方形框架的前后端分别连为一体，使得底舱的抗冲击性与下层长方形框架相结合，抗冲击性更强。

（4）本发明所述的高强度轻量化车架主体采用盒式结构，所述盒式结构包括上层长方形框架与下层长方形框架，该种盒式结构使得车辆结构更加紧凑，便于合理布局空间，并且两层长方形框架使其结构强度大大增加，而上、下长方形框架通过若干竖杆及若干斜拉杆连接起来，进一步提高了盒式结构的强度，进一步地，若干所述斜拉杆在车辆运行的前后方向上位于所述竖杆之间，这增大了盒式结构整体的抗冲击性，位于同一侧的相邻所述斜拉杆相向倾斜，倾斜角度大于30度且小于75度，这使得相邻斜拉杆与上、下层长方形框架的纵梁形成梯形结构，在遇到撞击时，提高了盒式结构的缓冲性能，而将其对应所述驾驶舱设计时，就使得该种高缓冲以及高强度的性能在车辆遇到撞击时直接转化为对驾驶员的高效保护。

（5）本发明的车架，所述盒式结构的沿着车辆运行方向的后部设置斜拉结构，所述斜拉结构包括与所述下层长方形框架连接的方形框架以及连接所述方形框架的横梁与所述上层长方形框架的横梁的斜拉管，从而形成大致为三角形的斜拉结构，在车辆受到来自大致前方的撞击时，由斜拉管和方形框架组成的三角形斜拉结构降低了车辆向后变形的可能性，使整个结构更加稳定，而在车辆受到来自大致后方的撞击时，由于所述斜拉结构与盒式结构的上层长方形框架和下层长方形框架分别连接，此时，整个盒式结构成为斜拉结构的支撑，从而降低了其向前变形的可能性，综上所述，所述斜拉结构通过与盒式结构有机配合，大大提高了车辆的抗冲击性，有效保护驾驶员。

（6）本发明中在车架盒式结构的边缘，尤其是横梁与纵梁相连接的直角处采用辅助连接块进行连接，辅助连接块分别与横梁和纵梁连接，辅助连接块的厚度大于所述横梁和纵梁的外直径，相对于将横梁和纵梁之间连接的方式来说，通过辅助连接块可以将横梁和纵梁直接连接处的应力集中转化到辅助连接块上，而辅助连接块的厚度较大，从而有效缓解应力集中，提高连接处的强度。

（7）本发明的车架，所述盒式结构前端增设有缓冲装置，通过安装多重缓冲结构可以有效的避免事故对驾驶员造成的冲击，降低伤害。

（8）本发明的车架，所述驾驶舱的后方设置有倒U形头部保护装置，所述头部保护装置与驾驶者的头部相对应，从而保证驾驶员的头部安全。

（9）本发明的车架，采用空心铝管的型材，拥有更轻便的质量，同时材料强度能够得到有效的保证。

（10）本发明的车架，主要应用在太阳能赛车上，以轻量化和抗冲击为核心目标，大胆启用全新结构，在重新设计结构的同时，结合硬铝合金材料，使整个车架在保障强度的同时有很轻的质量。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1      是车架侧视图；

图2      是车架正视图；

图3      是车架立体图；

图4      是辅助连接块与横梁和纵梁连接的局部示意图；

图中附图标记表示为：1-盒式结构，11-上层长方形框架，11A-第一横梁，11B-第二横梁，11C-第三横梁，11D-第四横梁，11E-第五横梁，12-下层长方形框架，12A-第六横梁，12B-第七横梁，12C-第八横梁，12D-第九横梁，13-竖杆，14-斜拉杆，2-驾驶舱，21-第一圆弧管，22-第二圆弧管，23-第三圆弧管，24-纵向弧形管，3-斜拉结构，31-斜拉管，4-头部保护装置，5-缓冲装置，6-辅助连接块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的高强度轻量化车架进行详细描述。

在进行本实施例的描述之前对本申请中涉及的一些方位词进行明确，其中，“前端”是指沿着车辆正常行驶方向的前端，“后端”是指沿着车辆正常行驶方向的后端，“左”是指车辆正常行驶时驾驶员的左侧，“右”是指车辆正常行驶时驾驶员的右侧。

如图1所示，本实施例提供一种高强度轻量化太能能赛车车架，包括作为主体的盒式结构1、位于盒式结构1前端的驾驶舱2以及位于盒式结构后端的斜拉结构3。

如图3所示，所述盒式结构1由多根横梁、纵梁、竖杆和斜拉杆管材焊接而成，具体包括焊接形成的上层长方形框架11、下层长方形框架12以及连接上层长方形框架11和下层长方形框架12的竖杆13以及斜拉杆14。在本实施例中，所述上层长方形框架11由位于车辆左、右两侧的两个纵梁及五个横在所述纵梁上的横梁组成，所述横梁包括第一横梁11A、第二横梁11B、第三横梁11C、第四横梁11D以及第五横梁11E。所述下层长方形框架12由位于车辆左、右两侧的两个纵梁以及横在所述纵梁上的四个横梁组成，所述横梁包括第六横梁12A、第七横梁12B、第八横梁12C、第九横梁12D。所述上层长方形框架11与所述下层长方形框架12通过位于车辆左、右两侧的八个竖杆13及四个斜拉杆14连接起来，所述斜拉杆14在车辆运行的前后方向上位于所述竖杆13之间，位于同一侧的相邻所述斜拉杆14相向倾斜且对应所述驾驶舱，倾斜角度为60度，本实施例中，所述竖杆13以及所述斜拉杆14在车辆的左右两侧对称设置。

在本实施例中，所述盒式结构1的边缘直角处采用辅助连接块6连接纵梁与横梁，所述辅助连接块6的厚度大于所述纵梁和横梁的外直径，如图4所示，所述辅助连接块与所述纵梁和横梁连接后进行焊接固定，保证横纵梁的垂直度与焊接强度，车架其他所有需焊接处采用切合管面的圆弧形断面，减少焊接间隙，保证焊接强度；并且通过辅助连接块6可以将横梁和纵梁连接处的应力集中转化到辅助连接块上，而辅助连接块6的厚度较大，可以有效缓解应力集中，提高连接处的强度。

本实施例所述的高强度轻量化车架主体采用盒式结构1，所述盒式结构1包括上层长方形框架11与下层长方形框架12，该种盒式结构1使得车辆结构更加紧凑，便于合理布局空间，并且两层长方形框架使其结构强度大大增加，而上层长方形框架11和下层长方形框架12通过竖杆13及斜拉杆14连接起来，进一步提高了盒式结构1的强度，所述斜拉杆14在车辆运行的前后方向上位于所述竖杆13之间，这增大了盒式结构1整体的抗冲击性，位于同一侧的相邻所述斜拉杆14相向倾斜，倾斜角度为60度，这使得相邻斜拉杆14与上、下层长方形框架的纵梁形成梯形结构，在遇到撞击时，提高了盒式结构1的缓冲性能。

值得注意的是，作为本实施例的一种变形，所述上层长方形框架11与所述下层长方形框架12中的横梁的数量和位置是灵活可变的，并且连接所述上层长方形框架11与所述下层长方形框架12的竖杆13及斜拉杆14的数量与位置也是灵活可变的，只要整体上为盒式结构1结合斜拉杆14便可以从整体上提高车架的强度以及抗冲击性，例如，可以将所述横梁数量设计为10、11、12、13、14、15、16等等，将所述竖杆13的数量设置为10、11、12、13、14、15、16、17、18等等，将所述斜拉杆14的数量设置为6、7、8、9、10等等，但是，作为优选的变形，所述竖杆13以及所述斜拉杆14最好设置为偶数，且在车辆的左右两侧对称设置，并且，在进行斜拉杆14的位置变化时，最好使得位于同一侧的相邻所述斜拉杆14相向倾斜且倾斜角度位于30-75度之间，所述倾斜角度是指所述斜拉杆14与所述下层长方形框架12的纵梁形成的夹角。

为了提高驾驶员的安全性，在本实施例中，对所述驾驶舱2进行优化设计，例如将所述驾驶舱2的位置与相向设置的斜拉杆14对应，从而使得斜拉杆14与上层长方形框架11和下层长方形框架12的纵梁形成梯形增强结构，提高驾驶的安全性；另外，所述驾驶舱2增加了底舱设计，具体地，所述底舱位于所述盒式结构1的沿着车辆运行方向的前部且向着地面方向凹陷，如图1和图3所示，所述上层长方形框架11的所述第二横梁11B与所述第三横梁11C的间距以及所述下层长方形框架12的所述第六横梁12A与所述第七横梁12B的间距较大，用于驾驶舱2的设置，在所述第六横梁12A与所述第七横梁12B间设置有驾驶舱2的底舱，所述驾驶舱2的底舱采用弧形车架设计，在本实施例中，所述驾驶舱2的弧形底舱由三根弧形棒状体和一根纵向弧形管24焊接而成，在此，所述弧形棒状体具体设计为空心的横向圆弧管，即第一圆弧管21、第二圆弧管22以及第三圆弧管23，其中，位于车架前端的所述第一圆弧管21固定在车架前端的所述下层长方形框架12的所述第六横梁12A上，其他两根固定在车架的所述下层长方形框架12的所述纵梁上并位于所述第六横梁12A与所述第七横梁12B之间，所述纵向弧形管24依次通过三根横向圆弧形管和所述盒式结构1的所述第七横梁12B中部，将其连接起来，以保证底舱强度，弧形驾驶舱底舱的设计使得驾驶员腿部受伤的几率降低，加强了对驾驶员的保护，同时降低质心，让车身更稳定，转向时不容易倾倒，增加稳定性。

需要说明的是，在此，采用圆弧管使得车架的重量降低，便于赛车时提速，当然，所述弧形棒状体并不限于横向圆弧管，本领域技术人员根据实际需要，可以以轻量化、抗冲击等为设计目标，在具体的车架中对横向圆弧管作出其它变形设计，例如，在满足车辆轻量化的前提下，将弧形棒状体设置为实心结构，以进一步提高其抗冲击性。

另外，作为本实施例的一种变形，构成所述驾驶舱2的底舱的所述横向圆弧管的数量以及将所述盒式结构1与所述横向圆弧管连接起来的所述纵向弧形管24的数量和位置也是可变的。例如，横向圆弧管的数量可以变形为4、5、6、7、8、9等等，纵向弧形管24可以设置为2、3、4等等，其中，在纵向弧形管24的数量多于一个时，将多出的纵向弧形管24的设置位置上移，以在纵向上多层面提高所述底舱的强度。

为了加强对驾驶员的头部保护，如图1和图3所示，所述第三横梁11C上方设置有头部保护装置4，所述头部保护装置4位于驾驶舱的后方，当车辆受到正面碰撞时，降低驾驶员头部受到的冲击，从而保证驾驶员的头部安全，在本实施例中，所述头部保护装置4为一个倒“U”形的弯管。

为了进一步提高抗冲击性，如图3所示，所述盒式结构1的所述下层长方形框架12前端设置有缓冲装置5，在本实施例中，所述缓冲装置5为一根横梁（当然，作为本实施例的一种变形，所述缓冲装置5还可以设置其他数量的横梁，例如2、3、4、5等等）。所述横梁上还可以增加其他缓冲材料，从而最大程度减少正面冲击以保证驾驶员人身安全。

如图3所示，所述盒式结构1的沿着车辆运行方向的后端设置斜拉结构3，所述斜拉结构3包括与所述下层长方形框架12连接的方形框架以及连接所述方形框架的横梁与所述上层长方形框架11的横梁的斜拉管31，斜拉结构3大致为三角形，在车辆受到来自大致前方的撞击时，由斜拉管31和方形框架组成的三角形斜拉结构3降低了车辆向后变形的可能性，使整个结构更加稳定，而在车辆受到来自大致后方的撞击时，由于所述斜拉结构3与盒式结构1的上层长方形框架11和下层长方形框架12分别连接，此时，整个盒式结构1成为斜拉结构3的支撑，从而降低了其向前变形的可能性，综上所述，所述斜拉结构3通过与盒式结构1有机配合，大大提高了车辆的抗冲击性，有效保护驾驶员。

本实施例中，所述车架采用圆形空心管材制成，材料为铝合金，当然，其还可以采用其它轻质材料制成。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种高强度轻量化车架，包括车架主体，其特征在于：所述车架主体为一体式框架结构，其包括盒式结构（1），所述盒式结构（1）的沿着车辆运行方向的前部具有驾驶舱（2），所述驾驶舱（2）具有从所述盒式结构（1）的底面向着地面方向凹陷的驾驶舱底舱。

2.根据权利要求1所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述驾驶舱底舱包括若干个沿着车架前后方向并排设置的弧形棒状体。

3.根据权利要求2所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述驾驶舱底舱还包括从其底部并沿着车架前后方向连接所述弧形棒状体的加强件。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述盒式结构（1）包括上层长方形框架（11）与下层长方形框架（12），所述上层长方形框架（11）与所述下层长方形框架（12）通过位于盒式结构（1）左、右两侧的若干竖杆（13）及若干斜拉杆（14）连接起来。

5.根据权利要求4所述的高强度轻量化车架，其特征在于：若干所述斜拉杆（14）在车辆运行的前后方向上位于所述竖杆（13）之间，位于同一侧的相邻所述斜拉杆（14）相向倾斜且对应所述驾驶舱，倾斜角度大于30度且小于75度。

6.根据权利要求4或5所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述盒式结构（1）的沿着车辆运行方向的后端设置斜拉结构（3），所述斜拉结构（3）包括与所述下层长方形框架（12）连接的方形框架以及连接所述方形框架的横梁与所述上层长方形框架（11）的横梁的斜拉管（31）。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述盒式结构（1）包括辅助连接块（6），所述辅助连接块（6）分别与位于所述盒式结构（1）的边缘直角处的纵梁和横梁连接，所述辅助连接块（6）的厚度大于所述横梁和纵梁的外直径。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述盒式结构（1）的所述下层长方形框架（12）前端增加缓冲装置（5）。

9.根据权利要求8所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述缓冲装置（5）为一根或多根横梁。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述加强件为一根依次穿过所述横向并排的弧形棒状体中部并与所述盒式结构（1）的所述下层长方形框架（12）连接的纵向弧形管（24）；三个所述弧形棒状体中的位于车辆最前端的弧形棒状体固定在所述下层长方形框架（12）的位于最前端的第一根横梁上，其他两根固定在所述下层长方形框架（12）的纵梁上，并位于所述下层长方形框架（12）的所述第一根横梁与第二根横梁之间。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述驾驶舱（2）的后方设置有倒U形头部保护装置（4），所述头部保护装置（4）与驾驶者的头部相对应。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述盒式结构（1）采用圆形空心管材制成，材料为铝合金。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的高强度轻量化车架，其特征在于：所述车架为太阳能赛车车架。

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