CN103874623A

CN103874623A - 轻型车辆

Info

Publication number: CN103874623A
Application number: CN201380002757.8A
Authority: CN
Inventors: 朗·R·巴拉德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-06-18
Also published as: EP2807074A4; WO2013112982A1; US9061716B2; EP2807074A1; US20130192916A1

Abstract

一种机动车辆，其包括刚性芯板板材，其接合在一起形成支撑结构，所述支撑结构具有外表面以及与所述外表面相对的内表面。所述支撑结构的内表面面对乘员舱。所述板材中的每个板材包括夹在相对的玻璃纤维增强片材之间的蜂窝芯。所述车辆包括安装在所述支撑结构的外表面上的能量吸收材料层和安装在所述支撑结构上的车轮。从所述乘员舱可操纵所述车轮中的至少一个车轮。马达安装在所述支撑结构上，并可操作地连接到所述车轮中的至少一个车轮。

Description

轻型车辆

相关技术交叉引用

本申请要求2012年1月26日提交的名称为“用于轻型车辆底盘的构造”的美国临时专利申请No.61/590,907的优先权，其全部内容通过引用并入本文。背景技术

本发明主要涉及车辆，更具体地涉及一种具有由芯板和冲击吸收泡沫构成的底盘和主体的轻型车辆。

传统的轻型机动车辆，如摩托车、电动自行车和机动三轮车，缺乏围住乘员的保护主体。由于它们缺乏保护主体和冲击吸收材料，所以涉及这些类型的车辆的事故经常导致严重的损害或者死亡。通常，这些轻型车辆的购买和维护成本较低，它们可在密集的城市环境中的较小空间中行驶，并且比封闭式的四轮车辆更省油。由于这些优势，尽管存在风险，传统的轻型车辆在许多地区仍然流行。因此，需要这样一种轻型车辆，其具有的主体或者封闭体在冲击过程为车辆提供结构性支撑并保护乘员和旁观者，但不会显著增加车辆的制造或运行成本。

出于美观的原因，一些顾客更喜欢定做他们的车辆。定做车辆的一种传统方式是喷涂主体，但是喷涂是昂贵且费时的过程。此外，损坏的主体经常影响车辆的外形美观，致使顾客想要维修主体。有利的是，用于主体的可替换的板材具有各种颜色和图形，以允许对损坏的板材的定做或更换。

省油和低运行成本是所需的特征。一般地，当驱动车辆上的横向隔开的一个车轮时，另一个车轮也被驱动，即使通过仅驱动横向隔开的一个车轮可实现相当多的重量减轻和降低的机械复杂程度。需要驱动两个车轮，这是因为已发现仅驱动一个车轮会有损于车轮的操作性和稳定性。因此，期望在不牺牲操作性和稳定性的情况下，仅驱动一个车轮以减少重量和复杂程度。

发明内容

在一方面，本发明公开了一种机动车辆，其包括多个刚性芯板板材，其接合在一起形成支撑结构，所述支撑结构具有外表面以及与所述外表面相对的内表面。所述支撑结构的内表面面对乘员舱。所述板材中的每个板材包括夹在相对的纤维增强片材之间的蜂窝芯。此外，所述车辆包括安装在所述支撑结构的外表面上的能量吸收材料层和安装在所述支撑结构上的多个车轮。从所述乘员舱可操纵所述车轮中的至少一个车轮。马达安装在所述支撑结构上，并可操作地连接到所述车轮中的至少一个车轮。

在另一方面，本发明公开了一种机动车辆，其包括具有纵向中心线和乘员舱的支撑结构。另外，所述车辆具有安装在所述支撑结构上的前轮。从所述乘员舱可操纵所述前轮。所述车辆还包括在所述纵向中心线的相对两侧彼此横向地隔开的一对后轮。此外，所述车辆包安装在所述支撑结构上并可操作地连接到所述后轮中的一个后轮的马达。

参考以下说明书和权利要求书，将更明白本发明的各个方面。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的轻型车辆的示意性侧视图；

图2是图1所示的轻型车辆的示意性俯视图；

图3是本发明的第二实施方式的轻型车辆的示意性侧视图；

图4是第三实施方式的轻型车辆的立体图；

图5是沿着停放方向示出图4所示的轻型车辆的侧视图；

图6是示例性轻型车辆的支撑结构的立体图；

图7是图6所示的支撑结构的局部立体图，其示出了增强的马达支架；

图8是图6所示的结构的局部立体图，其示出了增强的转向架和仪表盘组件。

在所有附图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

参考附图1和2，本发明的第一实施方式的轻型车辆整体上用标记20表示。车辆20包括支撑结构，一般用22表示，在其上安装有能量吸收材料24。在支撑结构22上还安装有三个车轮30、32、34。在图1和图2所示的车辆20的实施方式中，前轮30由轮毂式马达40驱动。前轮30可旋转地安装在叉状组件42上，叉状组件42可枢转地安装在支撑结构22上，因此可使用操纵杆44来操作车轮，该操纵杆44从叉状组件的顶端向后延伸到一般用46表示的形成于支撑结构中的乘员舱。后轮32、34可旋转地安装在摆臂48上，摆臂48可枢转地安装在支撑结构22上，使得车轮相对于支撑结构能够向上和向下移动。在一些实施方式中，在摆臂48和支撑结构22之间设置有弹簧、减震器以及弹性元件（未图示），以提高乘员的舒适性。以上所提及的元件中的许多元件在2011年9月15日提交的名称为“增强的泡沫车辆底盘”的美国专利申请No.13/256,762中有更详细的描述，其全部内容通过引用并入本文。

支撑结构22由接合在一起的刚性芯板板材50形成。尽管可使用其它方式来接合板材50而不脱离本发明的范围，然而在一个实施方式中，通过焊接来接合板材。此外，在使用紧固件（例如，螺钉）的装配过程中，板材50可以一开始便被保持在一起。可选择地，可使用诸如环氧树脂和树脂、以及纤维增强材料等粘合剂，使板材被保持在一起。

在不脱离本发明的范围下，可用各种方式形成板材50。板材50的一个实施方式是蜂窝芯板材料，其具有约8.0mm的内核芯直径、约80kg/m³至约90kg/m³的能力、2.3MPa的压缩强度以及0.5MPa的剪切强度。这样一种材料可以是玻璃纤维型芯板。在其它实施方式中，该板材可由夹在具有纤维增强的聚丙烯片材之间的聚丙烯蜂窝芯制成。可想象的是，可使用多种不同的纤维来增强片材。在一个特定的实施方式中，使用织物玻璃纤维来增强片材，因此聚丙烯构成片材体积的约40%至约60%。在另一个实施方式中，板材可包括聚乙烯泡沫和由聚乙烯制成的蜂窝芯板。类似地，在不脱离本发明的范围下，除了玻璃纤维之外还可使用纤维材料。例如，在不脱离本发明的范围下，可使用碳纤维、防弹纤维（例如，凯芙拉纤维（Kevlar fiber）和芳纶纤维（Aramid fiber））、或竹纤维。

支撑结构22由芯板形成具有优点。例如，芯板可被切成不同的尺寸以改变车辆尺寸和形状。如本领域技术人员所预期的，不需要新模具就可改变支撑结构22的长度和/或宽度。如果在特定的应用中需要更结实的支撑结构22来承受更大的载荷，那么可选择更为结实的芯板（例如，较厚的芯板或具有增加的纤维增强的芯板）。此外，相比形成支撑结构的许多常规方法，使用刚性芯板板材50形成支撑结构22可提供若干制造优势，包括减少时间、更简化、低成本、增加安全性和提高可靠性。

如果发生事故，刚性芯板板材50为乘员提供保护。例如，乘员舱46中的座椅靠背52可由连接到形成支撑结构22的侧边54和底部55的芯板板材50的芯板形成。因此，座椅靠背52形成支撑结构22的刚性部分。通过将座椅靠背52延伸而高于就座的乘员的头部，若出现翻车事故，那么该座椅靠背会作为保护杆。为进一步提高座椅靠背52的性能，如果需要的话，包括座椅靠背的芯板的上边缘可被增强（例如，通过额外的玻璃纤维层）或被加固（例如，通过钢管套），以提高保护杆的强度或者紧固保护肩带（未图示）。因为座椅靠背52用作保护杆，因而添加到车辆20的顶棚可由更轻、更低强度且更低成本的材料制成。可选择地，如果车辆20被配置成没有刚性顶棚结构的敞篷车，则座椅靠背52提供了更多的安全性。另外，可想象的是，座椅靠背52与前挡风玻璃支柱58形成的保护杆相结合，可构成承受高速翻车事件的安全车箱。

可使用额外的刚性芯板层来增强支撑结构22的关键区域。例如，安装有前轮叉44和操作杆46的前舱壁60可能需要这种额外的芯板层。其它的这种关键区域包括悬挂部件、动力传动系统部件和乘员座位的安装位置。关键区域也可具有钢筋，如紧固到板材50的板62和管（未图示）。

芯板板材50的内芯吸收冲击能量，为车辆乘员提供首要的保护层。第二级保护层由覆盖板材50的露出表面（例如，面对乘员舱46的板材的内表面和相对于内表面的外表面）的能量吸收材料24提供。在一些实施方式中，能量吸收材料24包括吸收能量以减少传递到乘客或旁观者的冲击的回弹泡沫层或填料。此外，在一些实施方式中，理想的是，能量吸收材料24可被选择性地从板材50的表面拆卸。能量吸收材料24将提供前边、后边和侧边冲击保护，以及车辆造型和空气动力学。可想象的是，材料24可被涂覆有柔软的紫外线保护表皮，如乙烯基涂料、织物或橡胶。该表皮可为接触它的那些人提供柔软的表面。

在一些实施方式中，可拆卸的能量吸收材料24通过诸如钩-环（例如维可牢（Velcro））紧固件、按扣或钩连接件等连接装置与板材50连接，以便于容易地拆卸和更换。可拆卸的材料24的提供使消费者能容易地改变车辆20的外形美观。在一个实施例中可想象的是，本发明的轻型车辆可被用作商业配送车辆，例如快递用，在营业时间内其外表面显示合适的广告和商业图形，并当不用于商业时，通过将外部可拆卸的板材替换为没有广告和商业图形的板材，该轻型车辆可被迅速地转变成个人使用。

在一些实施方式中，能量吸收材料24包括聚乙烯泡沫，其反弹而不留凹痕且相对便宜。示例的闭孔泡沫是聚亚安酯泡沫，其密度为40kg/m³、闭孔率为95%、抗压强度为约32.9磅/平方英寸（per square inch,psi）、抗拉强度为约50psi、剪切强度为40psi并且挠曲强度为60psi。在不脱离本发明的范围下，本领域的普通技术人员在车辆20的表面上可使用其它类型的泡沫和填料。例如，在外表面可使用乙烯基和氨纶布以获得耐候化的表面，在内表面可使用覆盖有乙烯基或布的更软的开孔泡沫。

可想象的是，在低于250牛顿的载荷下压缩泡沫可具有特定的优势。在以20英里/小时(miles per hour)的一次偏心碰撞测试中，覆盖有这种泡沫的车辆只有很少的外表损伤，无结构损伤，且不大可能造成伤害。此外，由于使用了这种材料，修复外表损伤的成本非常低。在以40mph的高速碰撞测试中，已观察到的是，外部的乙烯基和泡沫会拉伸然后分裂以吸收冲击能量，车辆20的支撑机构22将乘员在碰撞中经历的安全带g-载荷(g-loads)限制到约6g，这低于传统汽车中的一半。在更高速的测试中，轮毂马达没有被损坏，支撑结构承受了约25g的载荷，车辆是可修复的而不是全部损坏。

当能量吸收材料24由泡沫制成时，刚性芯板支撑结构22可由平板制成，因为泡沫的外层提供了造型、外体美观和空气动力学形状。这极大地减少了成本并省去了凝胶涂料，这是因为芯板支撑结构的表面上的粗糙的加工涂层在视野中可被该泡沫隐藏起来。当一侧抵住芯板支撑结构22的平的支撑表面时，可容易地制造泡沫并设计成所需的外形。

在一些实施方式中，刚性板材50被配置为使车辆20具有大致的楔形构造，其适于单个的转向前轮30和在车辆中心线C的相对两侧横向地隔开的一对独立的后轮32、34。如图2所示，车头狭窄的楔形构造倾向于转移正面冲击、减少损坏量和车辆吸收的冲击能量，并增加乘员和旁观者的安全性。

图1所示的轻型车辆20的一个显著优势是其可由小型、低功率的马达来驱动以实现合适的行驶速度。车辆20的轻重量也使得能够使用电动马达或者电动混合动力马达，只需更少的动力便能驱动车辆，并相应地减少所需的能量储存单元（例如电池）的尺寸和驱动马达的尺寸，因此能减少车辆排放以及对环境的影响。

如图3所示，第二实施方式的轻型车辆整体上用附图标记120来表示。第二实施方式的车辆120与以上描述的第一实施方式的车辆类似，除了马达140被可操作地连接到其中一个后轮134而不是连接到前轮130之外。当由一个后轮134为车辆120提供动力时，偏心驱动力推动车辆转向相对于传动轮的一侧。为了容纳偏移车辆中心线C的单个传动后轮134，车辆120的转向轮130通常被设置在车辆的纵轴上且为了稳定而倾斜。如图1所示，前转向轮130倾斜约20°到约30°的角度，类似于摩托车，这被认为是当加速时与更少的倾斜情况相比，最适于稳定性且产生更少的横向转向拉力。长的转向操作杆144也能减轻保持车辆120直行所需的力。如果受到冲击，转向操作杆144可被配置为弯曲或者折叠。可选择地，将能量吸收泡沫（未图示）放置在转向操纵杆144的中空核心可进一步缓和冲击。

此外，为了补偿来自单个的传动后轮134的偏心驱动力，车辆支撑结构122在传动轮的同一侧配置有更大的挡泥板170或者外扩部。更大的挡泥板170将增加的气动阻力施加在车辆120的相应侧上，以补偿偏心驱动力。在更高的速度下，具有更大的偏心驱动力。由更大的挡泥板170提供的空气力也随着车辆速度而增加以偏移驱动力，并能有助于减少轮胎磨损，以及悬挂部件和轴承的磨损。

其它装置可与更大的挡泥板170一起使用或者分开使用以补偿单个的驱动后轮134的偏心驱动力。这样一个装置使后轮132、134远离具有马达140的一侧而呈某个预定的推力角A。在一个特定的实施方式中，后轮132、134相对于车辆中心线C呈约2°的角度。

补偿偏心驱动力的另一种方式是在车辆120的车头形成能量吸收材料层124，以相对于纵向中心线C具有不对称的形状，其被配置为对在车辆120上施加偏心阻力以至少部分地抵消由马达140施加在车辆上的转动力。如图3所示，安装在支撑结构122的前端的能量吸收材料层124横向地呈一定角度，使得车头上的最前点P横向地偏移纵向中心线C。

图4示出了车辆220的第三实施方式，其中能量吸收层在车辆的不同区域由不同材料构成。根据车辆220的特定区域上的预期载荷，可为车辆220的特定区域选择不同的材料。例如，应用到支撑结构222的前端的能量吸收材料层224a可被选择为具有高冲击和能量吸收能力。在一个实施方式中，层124a可由闭孔聚亚安酯构成。车辆220的其它区域例如侧边可包括较便宜且更美观的能量吸收材料。例如，应用到支撑结构222的侧边的能量吸收材料层224a可由覆盖有聚碳酸酯的聚苯乙烯构成。车辆的需要吸收更少能量的其它区域可由较少的能量吸收材料制成。例如，在一个实施方式中，车辆220的顶部280和挡泥板270由聚丙烯制成。

图5示出了第三实施方式的车辆220的进一步的优势。车辆220的整体构造和重量分布适于使车辆能够旋转以停靠在后表面28上。该取向使得车辆存放或运送的占地更小。可以增强后表面282以防止当车辆停靠在其上时损坏表面。

为制造支撑结构22，将芯板切成板材。在一个特定的优选实施方式中，使用单个芯板来制造支撑结构22。芯板被切成一定尺寸并被部分地全厚度打磨而形成拐角。打磨机穿过其中一个片材并穿过蜂窝芯而相对的片材保持完整。尽管可手动地来切割芯板，但是在一个实施方式中，使用数控机床来自动地切割并打磨。如图6所示，将切割并被打磨过的芯板折叠成形。可使用临时的紧固件（例如螺钉）或者夹具将芯板保持在期望的构造中，板材被永久的固定在一起。在一些实施方式中，邻近的板材的边缘（即，通过使用传统的塑料焊接枪来熔化板材以融合在一起）可被焊接以将支撑结构22保持在一起。当板材接合时，可安装各种增强元件。例如，如图7所示，在座椅靠背52的后方位置，可粘附地接合金属管300，以保持马达（未图示）。此外，如图8所示，金属板302可被紧固到座椅靠背52前方的板材，以保持收容叉状组件（未图示）的轴承组件。在适当的位置也可粘接其它元件。例如，如图8所示，可安装具有仪表板304的仪表盘组件。随着继续构建，可利用传统方法和技术将泡沫和填料安装在板材的表面、其它硬件以及车辆系统上。

已经详细描述了本发明，显然在不脱离由随附的权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。

当介绍本发明或其优选实施方式的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”以及“所述”意在表示一个元件或者多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”意在包容并表示除了列举的元件之外，还存在额外的元件。

在不脱离本发明范围的情况下，可对上述结构、产品和方法做出各种改变，包含在上面的描述和附图中显示的所有内容意在将被解释为说明性的而不是限制性的。

Claims

1.一种机动车辆，其包括：

多个刚性芯板板材，其接合在一起形成支撑结构，所述支撑结构具有外表面以及与所述外表面相对的内表面，所述支撑结构的内表面面对乘员舱，所述板材中的每个板材包括夹在相对的玻璃纤维增强片材之间的蜂窝芯；

能量吸收材料层，其安装在所述支撑结构的外表面上；

多个车轮，其安装在所述支撑结构上，从所述乘员舱可操纵所述多个车轮中的至少一个车轮；以及

马达，其安装在所述支撑结构上，并可操作地连接到所述多个车轮中的至少一个车轮。

2.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述蜂窝芯包括聚丙烯。

3.根据权利要求2所述的机动车辆，其中所述纤维增强片材包括聚丙烯。

4.根据权利要求3所述的机动车辆，其中所述纤维增强片材包括至少部分地被所述聚丙烯包围的织物玻璃纤维。

5.根据权利要求4所述的机动车辆，其中所述纤维增强片材包括约40%至约60%体积的聚丙烯。

6.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层可拆卸地安装在所述支撑结构的外表面上。

7.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层包括闭孔泡沫，所述闭孔泡沫包括选自聚亚安酯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯中的至少一种材料。

8.根据权利要求7所述的机动车辆，其中所述闭孔泡沫包括聚丙烯。

9.根据权利要求7所述的机动车辆，其中所述闭孔泡沫包括层压有聚碳酸酯的聚苯乙烯。

10.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述多个刚性芯板板材通过将所述板材焊接在一起而接合。

11.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述车辆具有纵向中心线和三个车轮，该三个车轮包括一个转向前轮和在所述纵向中心线的相对两侧彼此横向地隔开的两个后轮。

12.根据权利要求11所述的机动车辆，其中所述马达仅被可操作地连接到一个后轮。

13.根据权利要求12所述的机动车辆，其中所述后轮相对于所述纵向中心线呈预定的推力角，以至少部分地抵消由所述马达施加在所述车辆上的转动力。

14.根据权利要求13所述的机动车辆，其中所述预定的推力角为约2°。

15.根据权利要求12所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层相对于所述纵向中心线具有不对称的整体形状，其被配置为在所述车辆上施加偏心气动阻力以至少部分地抵消由所述马达施加在所述车辆上的转动力。

16.根据权利要求15所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层包括安装在所述支撑结构的前端的车头，所述车头横向地呈一定角度，使得所述车头上的最前点横向地偏移所述纵向中心线。

17.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层在低于约250牛顿的力的作用下压缩。

18.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述支撑结构包括后表面，所述车辆具有允许所述车辆在所述后表面上保持平衡以便存放的重量分布。

19.一种机动车辆，其包括：

支撑结构，其具有纵向中心线和乘员舱；

前轮，其安装在所述支撑结构上，从所述乘员舱可操纵所述前轮；

一对后轮，其在所述纵向中心线的相对两侧彼此横向地隔开；以及

马达，其安装在所述支撑结构上，并可操作地连接到所述一对后轮中的一个后轮。

20.根据权利要求19所述的机动车辆，其中所述后轮相对于所述纵向中心线呈预定的推力角，以至少部分地抵消由所述马达施加在所述车辆上的转动力。

21.根据权利要求20所述的机动车辆，其中所述预定的推力角为约2°。

22.根据权利要求20所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层相对于所述纵向中心线具有不对称的整体形状，其被配置为在所述车辆上施加偏心阻力以至少部分地抵消由所述马达施加在所述车辆上的转动力。

23.根据权利要求22所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层包括安装在所述支撑结构的前端的车头，所述车头横向地呈一定角度，使得所述车头上的最前点横向地偏移所述纵向中心线。

24.根据权利要求19所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层相对于所述纵向中心线具有不对称的整体形状，其被配置为在所述车辆上施加偏心阻力以抵消由所述马达施加在所述车辆上的转动力。

25.根据权利要求24所述的机动车辆，其中所述能量吸收材料层包括安装在所述支撑结构的前端的车头，所述车头横向地呈一定角度，使得所述车头上的最前点横向地偏移所述纵向中心线。