CN105365543B - 电动汽车的后悬架和车身 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可提高空间利用率及碰撞安全的电动汽车的后悬架，所述后悬架为扭转梁式悬架，包括两根纵向托臂和连接纵向托臂的横梁，纵向托臂的前端与车轮支架连接，后端通过衬套支撑与后车身连接。本发明还提供了一种车身，在后悬架的横梁之前的车底增设有电池盒。本发明具有如下有益效果：突破常规设计，将纵向托臂反向设置，在后悬架的横梁之前的安全区域腾出新的空间以放置电池，大约增加35％的规则空间放置电池，增加电动汽车的续航里程，并且增加对于电池的碰撞安全保护。本发明同时还公开了一种反向布置的多连杆悬架，其中将多连杆悬架的纵向连杆反向布置，纵向连杆的前端与车轮之间连接，纵向连杆的后端与后移后的副车架连接。

Description

电动汽车的后悬架和车身

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种可提高空间利用率及碰撞安全的电动汽车的后悬架以及车身。

背景技术

非独立式悬架(车轴)以及半独立扭转梁式悬架(车轴)非常广泛地使用于小型、中小型的乘用车上。

如图5所示，常见的半独立扭转梁式悬架均由两根纵向托臂11以及一根连接它们的横梁12组成。如图5和图6所示，现有技术的扭转梁式悬架中，纵向托臂11的后端(本专利说明书中，前端、后端都是以正常的行驶方向为前方)与车轮支架(图中未示出)相连接，在靠近该端点的位置，纵向托臂11还通过相应托盘与弹簧及减震器(图中未示出)相连接；纵向托臂11的前端则通过衬套支撑14与车身15的底部相连接。这样，衬套支撑14都布置在后车轮13的轴线之前，该衬套支撑14固定连接在一个重要的车身结构节点上。这个节点一般是车身门槛梁与后座椅横梁或者与后底板横梁的连接部位。

在这种悬架中，后车轮13，更准确地说是后车轮13的车轮支架只拥有一个运动自由度。它是由于弹簧伸缩而产生的上下跳运动，可以近似理解为在Z方向(竖直方向)的平动，其它的两个平动自由度和三个转动自由度都因纵向托臂11和横梁12之间的连接而被限制了。经过多年发展，如今的半独立的扭转梁式悬架的运动性能已能达到多连杆独立悬挂的水平，但其价格远低于后者，因而得到非常广泛的应用。

随着电动汽车技术的发展，越来越多的汽车制造商开始制造纯电动汽车，现有技术的电动汽车，常常采用传统的扭转梁式悬架，通常情况下,将电池盒16布置在后车轮13的轴线之前的底板部位，以放置作为动力的电池，并在汽车门槛梁17与底板中部的电池盒16之间留出缓冲空间，在侧碰撞时，门槛梁17吸收能量变形，为电池提供保护，减少和避免电动汽车的电池在碰撞后起火及爆炸的危险。现有技术的缺点在于，由于设置保护空间使可铺设电池的空间进一步减少，也就降低了电动汽车的电池数量以及续航里程。

在上下轮跳的过程中，横梁能在垂直方向上有着最大+-100mm的运动。在传统的内燃机汽车中，尾气排放系统是通过底板坑道延伸到汽车尾部的。因此需要在后悬架的横梁和尾气排放系统之间有足够的空间来实现横梁的这一上下运动。也是因此，在传统汽车中，将悬架反向安装，即将衬套支撑布置在车轮之后，是没有空间可行性，同时也没有意义。在传统汽车的后车身底板与悬架之间的空间可以放置油箱，由于燃油是流体，油箱可以做成复杂的形状，来充分利用这一空间。

电动汽车没有传统的驱动系统以及尾气排放系统。因此在车身后底板区域能提供新增的可用空间来放置电池。考虑到电动汽车的电池在碰撞后起火及爆炸的危险，必须为电池提供一个足够的保护空间来吸收掉碰撞能量；特别是汽车门槛梁与底板中部电池盒之间的缓冲空间，在侧碰撞时，门槛梁吸收能量变形。由于该保护空间的存在，变形的门槛梁不会直接挤压电池盒造成危险。但这些保护的空间使本来就紧张的可铺设电池空间进一步减少，也就降低了电动车的电池数量以及续航里程。

因为燃油是液体，因而传统汽车的油箱可通过复杂的几何造型来充分利用车身与悬架之间的空间，而电池却无法高效利用这些空间。

此外，对于使用传统的扭转梁式悬架的电动汽车，还可以在横梁之后的车身后底板下面的空间中增加布置电池，但其缺陷在于，在发生尾部碰撞时，这样布置的电池几乎没有任何保护，电池受到碰撞可能会起火、爆炸，因此这种设计在实践中无法满足碰撞安全要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明要解决的一个技术问题是，提供一种用于电动汽车的悬架及车身，在满足对电池的提供足够的安全防护的条件下，提供更大的布置电池的规则空间，以布置更多的电池，提高续航里程。

为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种电动汽车的后悬架，所述后悬架为扭转梁式悬架，包括两根纵向托臂和连接所述纵向托臂的横梁，其改进点在于，所述纵向托臂的前端与车轮支架连接，后端通过衬套支撑与车身连接，所述横梁位于后车轮的轴线之后；所述横梁之前的车底新增安装电池的规则空间。

作为优选，该规则空间的纵向长度在300-450mm之间。

作为优选，所述横梁的材料选择高强度的材料以保护其前方的电池。作为进一步的优选方案，横梁的材料的抗拉强度高于600MPa，整个横梁的强度，以三点弯曲实验为基础，弯曲强度达到40KN以上，能为其前方的电池提供可靠的保护。

作为优选，所述纵向托臂的材料选用高强度的材料以保护位于两根纵向托臂之间的电池。作为进一步的优选方案，纵向托臂的材料的抗拉强度高于600MPa，并使整个纵向托臂的轴向压溃力达到30KN以上，能为两根纵向托臂之间的电池提供可靠的保护。

作为优选，在发生尾部碰撞时，高强度的纵向托臂推动车轮向前移动，直到车轮被门槛梁支撑住；此结构能减小底板和横梁向车身内部的挤入和变形，因而保护了位于两根纵向托臂之间的电池。同时，纵向托臂产生部分塑性变形，在50公里/小时后碰撞时，每一根纵向托臂可以吸收4KJ以上的能量。

作为优选，车轮与纵向托臂相连，纵向托臂与横梁相连，在发生侧面碰撞时，后悬架因此能对车轮提供侧向支撑而使位于其中的电池受到车轮的保护。

作为优选，其车轮的倾角/束角-轮跳性能需要通过设计调整，使该车轴具有良好的自转向性能。

作为优选，其横梁的位置及截面形状需要通过设计调整、使其剪切中心位于横梁的重心附近，(现有技术中，传统横梁的剪切中心都离重心较远)，纵向托臂的几何空间走向及截面位置需要通过设计调整，使该车轴具有良好的自转向性能。

上述调整与具体的车型有关，因此不限定具体参数，本领域的技术人员根据实际情况进行调整。

本发明还提供了一种与所述的后悬架相配合的车身，所述车身的后纵梁、车尾的碰撞管理系统(CMS)、后底板横梁相连接形成一个加强节点，所述加强节点还设有一个向上延伸的加强杆，所述加强节点通过衬套支撑与所述纵向托臂的后端连接。

本发明同时提供了另外一种电动汽车的后悬架电动汽车的后悬架，所述后悬架为多连杆悬架，其改进点在于，所述多连杆悬架包括与车身相连接的一根纵向连杆以及与副车架相连接的二到四根横向连杆，所述纵向连杆的前端与车轮支架连接，后端与车身连接。副车架因此可以向后移动100到200mm，增加规则的空间，增加电池的摆放量。

本发明的悬架及车身至少具有如下有益效果：

(1)本发明的悬架突破现有技术的常规设计，将纵向托臂(纵向连杆)反向设置，在后悬架的横梁之前的安全区域腾出新的规则空间以放置电池，增加电动汽车的续航里程。由于新增的布置电池的空间位于后悬架的横梁之前，在碰撞时，这些空间将受到周围部件的保护，提高安全性。在发生尾部碰撞时，悬架的高强度横梁能很好的保护电池，因为横梁通常具有高的刚度及强度；此外，在发生尾部碰撞中，车轮可以通过高强度的纵向托臂被向前挤入车身而被车身的门槛梁支撑住，减小底板的侵入或变形量，因而保护了其中的电池。而在侧碰撞中，电池可以受到车轮以及高强度的纵向托臂和高强度横梁的保护。高强度为600MPa以上的强度。

(2)本发明的车身与反向设置的悬架相配合，进行重新布置，在后车轮的轴线之后的车身上构造一个新的坚固的加强节点，该加强节点由车身的后纵梁、车尾碰撞管理系统(CMS)、后底板横梁相连接而形成，保证纵向托臂(纵向连杆)的位置稳定性。

附图说明

图1为应用本发明的后悬架和车身的电动汽车(部分)的立体结构示意图。

图2为图1的另一个方向(从车底方向看)的立体结构示意图。

图3为图1中的电动汽车去掉车轮后的另一个方向的立体结构示意图。

图4为图1中的电动汽车的后悬架的立体结构示意图。

图5为现有技术的后悬架和车身(部分)的电动汽车的立体结构示意图。

图6为图5中的电动汽车去掉车轮后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

首先说明的是，在本专利的权利要求书和说明书中，前方均指的是汽车正常行驶的方向。

图1为应用本发明的后悬架和车身的电动汽车(部分)的立体结构示意图。图2为图1的另一个方向(从车底方向看)的立体结构示意图。图3为图1中的电动汽车去掉车轮后的另一个方向的立体结构示意图。图4示出了本发明的一个实施例的后悬架的立体结构，图4中的箭头方向为前方，即车辆的前进方向。

如图1-图4所示，本发明的一个实施例的电动汽车的后悬架，所述的后悬架为扭转梁式悬架，包括两根纵向托臂21和连接两根纵向托臂21的横梁22，本发明的改进点在于，将纵向托臂21反向布置，即纵向托臂21的前端与车轮支架(图中未示出)连接，纵向托臂21的后端通过衬套支撑24与车身(图中未示出)连接,横梁22位于后车轮的轴线之后，横梁22之前的车底新增安装电池的规则空间。与现有技术相比，应用本发明的反向布置的后悬架的电动汽车，可在后悬架的横梁22之前，腾出更多规则空间，以用于布置更多的电池，以提高电动汽车的续航里程。该规则空间可以受到刚度和强度都比较高的横梁22的保护，在发生尾部碰撞时，降低电池受到碰撞而发生起火、爆炸的危险。其中，如图4所示，纵向托臂21的前端设置有用于与车轮支架连接的连接法兰28，其设置方式与现有技术类似，为本领域的技术人员所熟知，因而不再赘述。如图1-图4所示，

此外，虽然图4中没有示出，纵向托臂11上还连接有减震器和弹簧等部件，其设置方式与现有技术类似，因而不再赘述。

如图1-图4所示，由于后悬架结构的改变，与本发明的后悬架相配合的车身也要进行改进，其重要改变在于，在横梁22之前的车底，将普通汽车用于放置油箱的不规则空间变成规则空间，因而增设新的附加的电池盒。所谓“增设”是与现有技术相比而言的。如图2所示，本发明的车身，电池盒有两个，其中第一电池盒201的位置与现有技术的电池盒的设置位置相同，第二电池盒202设置在由于采用本发明的后悬架而新增的规则空间上，该规则空间将受到周围部件的保护，具有良好的安全性。在发生尾部碰撞时，具有高的刚度及强度的后悬架的横梁21能很好地保护电池；此外高强度的纵向托臂将推动车轮向前移动，直到车轮被门槛梁支撑住，在此过程中，纵向托臂产生部分塑性变形，吸收能量，根据测算，在50公里/小时后碰撞时，每一根纵向托臂约可以吸收4KJ以上的能量。此结构能减小底板和横梁向车身内部的挤入和变形，因而保护了位于两根纵向托臂之间的电池。另外，在侧向碰撞中，车轮和纵向托臂将在侧面保护电池，其原理是由于车轮与纵向托臂相连，纵向托臂与横梁相连，在发生侧面碰撞时，后悬架的横梁与两根纵向托臂组成的平行四边形能对车轮提供侧向支撑而使位于其中的电池受到车轮的保护。

需要指出的是，本发明的反向布置的后悬架的结构，由于横梁能从后方提供保护，纵向托臂能从侧面提供保护，并且横梁与两根纵向托臂组成的平行四边形又能使对车轮提供侧向支撑，故而能够对于位于横梁之前规则空间所布置的电池提供足够的安全保护，避免碰撞中发生起火、爆炸。作为优选方案，将横梁和纵向托臂均采用高强度的材料制作，能够提供较高等级的防护，推荐横梁和纵向托臂的材料的抗拉强度均高于600MPa。整个横梁的强度，以三点弯曲实验为基础，弯曲强度达到40KN以上。整个纵向托臂的轴向压溃力达到30KN以上。

为了保证汽车的动力学性能，后悬架的纵向托臂21与车身的连接点应该是一个非常稳固的点。如图1-图3所示，与本发明的与本发明的后悬架相配合的车身25，车身25的后纵梁31、车尾的碰撞管理系统(CMS)32、后底板横梁33相连接形成一个加强节点301，该加强节点在图3中用虚线圆圈圈出，加强节点301处还设有一个向上延伸的加强杆35，加强节点301通过衬套支撑24与纵向托臂21的后端连接。碰撞管理系统(英文名为Crash ManagementSystem，缩写为CMS)，用来描述一组零部件组成的模块，它们被安装在车身的前脸部以及后脸部，其作用是在前后碰撞时通过变形吸收能量，以保护车辆的其它部分。碰撞管理系统通常包括两个纵向布置的吸能盒(Crash Box)以及一个横向梁。吸能盒的一端通过横向梁相连，吸能盒的另一端和车身前后纵梁相连，碰撞管理系统通常都是采用金属制成。

为了进一步加强车身的强度，本实施例的车身还包括两根后底板加强杆34，后底板加强杆34的一端与后底板横梁33连接，另一端与上述新增加强节点相连。后底板加强杆34可进一步增强车身的强度，减小在受到尾部撞击时的变形。作为优选方案，本实施例中，两根后底板加强杆34呈V字形，并且其后端与上述的加强节点301连接，进一步提高加强节点301的稳固性，保证在发生碰撞时，与加强节点301连接的纵向托臂21的基本不发生变形和位移。

关于本发明所带来的有益效果，请参考图2，并对照图5所示的现有技术的方案，现有技术中，电池盒16位于横梁12之前的车门槛梁17之间的位置，而本发明中，如图2所示，除了可以布置与现有技术中的电池盒16相同大小的第一电池盒201之外，由于轴套支撑布置于后车轮之后，新构建出一块适合布置电池的规则空间，用于布置第二电池盒202，该新增的空间的纵向长度在300至450mm间，其具体数值取决于车型，横向长度大致与后轮轮距相等，通过这种布置所带来的空间提升，能提高25％到35％的电池携带量，提高电动汽车的续航里程。尤为重要的是，这种布置结构，在尾部碰撞中，车轮可以被向前挤向车身而被车身的门槛梁支撑住，减小底板的侵入或变形量，因而保护了其中的电池。由于车轮与纵向托臂相连，纵向托臂与横梁相连，在侧碰撞中，悬架能对车轮提供侧向支撑，从而使电池可以受到车轮的保护。

请继续参考图1-图3，需要指出的是，若后悬架不加修改地反向布置，车辆的行驶动力学性能将被降低；如自转向性能、乘坐舒适性等。因此在设计该新型后悬架时，后悬架的各部件，特别是纵向托臂和横梁需要相应的调整，以优化行驶动力学性能。在设计该新型的悬架时，其横梁和纵向托臂必须进行相应的调整，以保证悬架的行驶动力学性能不会降低。对于横梁，主要是通过改变它的位置和截面形状来调节其刚度及剪切中心的空间位置，使其剪切中心位于横梁的重心附近,从而使该后悬架具有良好的自转向性能。对于纵向托臂，主要通过改变它的空间走向和截面形状来调节它的刚度。具体设计的改变应按具体车型的情况而进行，通过改变相应的参数，构建不同的模型，并进行复杂的计算和试验可得出最优结果，其具体的截面形状和参数选择根据车型的不同而不同，由于这些以上所讲的调整取决于每一款汽车的具体情况，所以，在此不能给出更为具体的数据。此外，由于悬架的结构改变，车轮的几何参数，即车轮的倾角/束角均需要通过设计调整，使该悬架具有良好的自转向性能。

需要强调的是，本专利所表述的反向布置的后悬架，并不仅仅是简单的反向安装，还包含了车身和后悬架的结构调整，以达成优秀的碰撞安全及行驶动力学性能。

以上是以常见的扭转梁式悬架为例进行说明的，本发明的创新思路，同样可应用于多连杆悬架上。因而，本发明还提供了一种用在电动汽车上的后悬架，所述后悬架为多连杆悬架；所述多连杆悬架包括一根纵向连杆，其与车身相连接；以及二到四根横向连杆，其与副车架相连接，这与现有技术类似，不再赘述，其改进点在于，纵向连杆改为前端与车轮支架连接，后端与车身相连接，如上述扭转梁式轴中的纵向托臂的设置方式相类似。同时，将此这样，后移的副车架和反向安装的纵向连杆将腾出一块新的规则空间，可以用于布置电池，也就是说在所述后悬架之前的车底可以增设电池盒。用于布置电池的空间在后碰撞时，受到副车架的保护；在侧碰撞中，受到各连杆的保护，因而比较安全。

在传统的内燃机汽车中，将悬架的反向设计，即将扭转梁式悬架的纵向托臂的衬套支撑布置在后车轮的轴线之后，不具有空间可行性，因为该空间需要布置尾气排放系统。此外，在传统的内燃机汽车的后车身底板与车轮的轴线之间的空间可以放置油箱，由于燃油是流体，油箱可以做成复杂的形状，来充分利用这一空间。因此，本领域的技术人员，缺少将悬架反向设计的动机；同时悬架反向设计也没有意义，因为多出的空间没有用处。本发明的技术方案是发明人经过探索后，在突破常规设计的情况下实现的，将悬架的反向安装后，需要改变车身结构，并需要改变悬架的横梁的结构与材料，具体的材料选择和结构设计，本领域技术人员可通过计算和试验来确定。本发明的技术方案可广泛应用于轿车、SUV等小型、中型乘用车上。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.可提高空间利用率及碰撞安全的电动汽车的后悬架，所述后悬架为扭转梁式悬架，包括两根纵向托臂和连接所述纵向托臂的横梁，其特征在于，所述纵向托臂的前端与车轮支架连接，后端通过衬套支撑与车身连接，所述横梁位于后车轮的轴线之后；

所述横梁之前的车底新增安装电池的规则空间。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的后悬架，其特征在于，该规则空间的纵向长度在300-450mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车的后悬架，其特征在于，所述横梁的材料选择高强度的材料以保护其前方的电池。

4.根据权利要求1或2所述的电动汽车的后悬架，其特征在于，所述纵向托臂的材料选用高强度的材料以保护位于两根纵向托臂之间的电池。

5.根据权利要求4所述的电动汽车的后悬架，其特征在于，在发生尾部碰撞时，高强度的纵向托臂推动车轮向前移动，直到车轮被门槛梁支撑住，纵向托臂产生部分塑性变形吸收能量；此结构能减小底板和横梁向车身内部的挤入和变形，因而保护了位于两根纵向托臂之间的电池。

6.根据权利要求4所述的电动汽车的后悬架，其特征在于，车轮与纵向托臂相连，纵向托臂与横梁相连，往发生侧面碰撞时，后悬架因此能对车轮提供侧向支撑而使位于其中的电池受到车轮的保护。

7.根据权利要求1或2所述的电动汽车的后悬架，其特征在于，其车轮的倾角/束角需要通过设计调整，使后悬架具有良好的自转向性能。

8.根据权利要求1或2所述的电动汽车的后悬架，其横梁的位置及截面形状、纵向托臂的几何空间走向及截面位置需要通过设计调整，使其剪切中心位于横梁的重心附近，从而使该后悬架具有良好的自转向性能。

9.与权利要求1-6任一项所述的后悬架相配合的车身，其特征在于，所述车身的后纵梁、车尾的碰撞管理系统、后底板横梁相连接形成一个加强节点，所述加强节点还设有一个向上延伸的加强杆，所述加强节点通过衬套支撑与所述纵向托臂的后端连接。

10.电动汽车的后悬架，所述后悬架为多连杆悬架，其特征在于，所述多连杆悬架包括与车身相连接的一根纵向连杆以及与副车架相连接的二到四根横向连杆，所述纵向连杆的前端与车轮支架连接，后端与车身连接。