CN106132763A - 用于车辆车身前体结构的剪力板和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于车辆车身前体结构的剪力板(1)，其中，由金属制成的剪力板(1)包括具有固定机构的接纳区域(2)，所述固定机构用于机械固定用于对车辆的电蓄能器充电的感应式能量传输系统(20)的次级线圈(21)。

Description

用于车辆车身前体结构的剪力板和车辆
技术领域
本发明涉及一种用于车辆车身前体结构的剪力板以及一种车辆。尤其是，本发明涉及蓄电池运行的车辆或混合动力电动车辆，在此尤其是涉及所谓的插电式混合动力电动车辆(PHEV)组。
背景技术
这样的车辆具有用于对车辆的电蓄能器充电的感应式能量传输系统的次级线圈。向次级线圈的能量传输感应式借助能量传输系统的初级线圈进行，所述初级线圈例如在车库中或在车位上集成到地面中或安置到地面上。能量传输系统的次级线圈机械固定在车辆底部上。如果车辆例如停放在车库中或停放在特定车位上，则车辆的次级线圈与能量传输系统的初级线圈间隔开。如果保证车辆的次级线圈在预定公差范围内以预定方式相对于能量传输系统的初级线圈设置，则可以对车辆的与次级线圈电耦合的蓄能器进行充电。公差范围取决于所使用的能量传输系统技术。
为了可以能够实现车辆的尽可能经济的运行，一方面在从初级线圈至次级线圈的能量传输过程中需要尽可能大的效率。另一方面在车辆中集成的次级线圈必须为了尽可能简单的集成和有效的运行而尽可能小和轻。该需求例如由利用已知的磁共振技术的能量传输系统满足。
此外在感应式能量传输系统(即次级线圈)集成到车辆中时，需要单独的用于电磁屏蔽的措施，以便符合法律上的要求(ICNIRP)。这尤其是在包括非金属的车身或客舱(所谓的Life Unit)的车辆中适用。为了在能量传输时获得尽可能高的效率，此外需要用于优化共振器和谐振电路的总阻抗的措施。在此考虑多个边界条件：
按照车辆类型或结构，在后桥下方或行李舱下方比在前桥支架下方存在更多结构空间用于集成次级线圈。然而在集成在后桥本身下方的情况中，由于车身相比于前桥支架等的较高的底部自由度和较小的金属质量，电磁杂散场显著扩张超过车辆尾部。因此仅出于电磁(EM)屏蔽的原因，在内燃机设置在前部的大多车辆结构中有利的是，次级线圈装配在前桥下方或前桥的区域中。为此基于较小的底部自由度而获得其他优点，如较容易停车、较高能量传输效率等。
然而，集成在前桥下方或前桥的区域中基于几何结构的和热的框架条件而通常显著难于集成在后桥下方。
发明内容
本发明的任务是，提出使能量传输系统的次级线圈在功能上和/或在结构上更好地集成到车辆中。
该任务通过一种按照权利要求1所述的特征的剪力板以及一种按照权利要求14所述的特征的车辆解决。有利的设计由从属权利要求得出。
为了解决该任务，提出一种用于车辆、尤其是蓄电池运行的车辆(BEV)或插电式混合动力电动车辆(PHEV)的车身前体结构的剪力板，其中，由金属制成的剪力板包括具有固定机构的接纳区域，用于机械固定用于对车辆的电蓄能器充电的感应式能量传输系统的次级线圈。
如在开头时已经说明的那样，能量传输系统尤其是利用已知的磁共振技术。在这样的能量传输系统中，次级线圈具有铁氧体磁芯、用于对磁场进行场引导和屏蔽的由第一金属(铜)构成的第一板和用于对磁场进行阻抗适配和屏蔽的由第二金属(铝)构成的第二板。在这样的构造中，次级线圈能够以小尺寸提供，从而所述次级线圈可以集成在车辆车身前体结构的区域中，尽管在该区域中通常较少空间可供使用。基于磁共振技术的能量传输系统原则上对于错误定位(也就是说初级和次级线圈沿车辆纵向和/或沿车辆横向的侧向错位)比常规的基于变压器原理的能量传输系统较不易受影响。尽管如此依然在能量传输时能够获得高的效率。
按照本发明，这样构成的并且由现有技术已知的次级线圈设置在剪力板上。剪力板是前体结构的加固部，其将前桥导杆的铰接点与底板总成连接。由此获得的加固效果引起精确的转向响应。除了用于机械保持次级线圈之外，剪力板可以在这里同时承担电磁屏蔽的任务，以用于满足对乘客内部空间中的场强在法律上和/或在医学上的要求。这尤其是在具有非金属车身的车辆中是有利的。
该操作方式的一个优点在于，剪力板此外可以用于车辆侧的磁场共振器或谐振电路的阻抗适配。由此剪力板构成感应式阻抗适配和集成构件。因此剪力板承担场引导、场屏蔽和机械集成的任务。这可以此外有利地用于使次级线圈的壳体更细长地构成，由此次级线圈可以再次较小和较轻地构造。
因此，按照一种适宜的设计，当次级线圈固定在剪力板的接纳区域上时，剪力板代替次级线圈的具有功能特性的构件并且承担其功能特性。例如，次级线圈的设置用于场引导和/或阻抗适配的板可以基于该功能的承担而由剪力板代替。
接纳区域可以按照第一实施变型方案与剪力板的邻接该接纳区域且包围该接纳区域的另外区域处于相同的平面中。换句话说，剪力板可以构成为直的板。
在一种备选的设计中，接纳区域可以与剪力板的邻接该接纳区域且包围该接纳区域的另外区域处于不同的平面中。剪力板的邻接该接纳区域且包围该接纳区域的另外区域在后续的说明中称为周围区域。接纳区域的平面在此以预定距离相对于剪力板的邻接该接纳区域且包围该接纳区域的另外区域的平面设置。所述预定距离也可以称为接纳区域相对于周围区域的深度或位错。换句话说，接纳区域相对于周围区域构成凹部。在剪力板的安装状态中，接纳区域距底部的距离比周围区域距底部的距离大。
接纳区域的平面和邻接该接纳区域且包围该接纳区域的另外区域(周围区域)的平面通过倾斜延伸的过渡区段连接，其中，在相应的周围区域的平面和过渡区段之间形成的角度α满足如下条件：20°<α<55°，尤其是25°<α<40°。过渡区段尤其是至少局部地环绕接纳区域并且可以甚至完全环绕该接纳区域。
在相应的周围区域的平面和过渡区段之间形成的角度大小的确定取决于不同因素：
适宜的是，角度α小到足以能够如下实现良好的场引导，即，最大化有效磁场在次级线圈内部的密度。有效场等于由初级线圈产生的场和由涡流在剪力板中感应产生的反向场(楞次定律)的矢量总和。只要角度α和其他参数可以优化地实现，则能量传输的效率相比于没有剪力板的集成变大。
实际的给定条件经常阻碍角度α的优化设计，例如在剪力板上方(例如基于油底壳等引起)的狭窄空间关系，由此只能够实现大角度α，例如α＝55°。为了场引导，这样的(陡的)大角度α是次优的，因为大的或陡的角度相比于较小的角度α减少能量传输的效率。
如果角度α基于几何框架条件必须比为了能量传输效率而优化的角度α选择得较大，则可以通过利用在次级线圈的输入/输出端上的附加铁素体进一步改善场引导。铁素体可以为此集成在剪力板的倾斜延伸的过渡区段和次级线圈下方的间隙中。
按照另一种设计，在接纳区域的平面和相应的周围区域之间的预定距离可以最多等于次级线圈的高度。借此在该设计中，如果剪力板设置在车身前体结构上，则次级线圈的朝向地面的一侧可以与相应的周围区域处于一个平面中或相比于周围区域距地面的距离较小。
就此而言可以适宜的是，预定距离在次级线圈的高度的25％和100％之间，并且尤其是25％和75％之间。如果距离为100％，则次级线圈的朝向地面的主侧面在剪力板的安装状态中处于剪力板的周围区域的平面中。在所有其他情况中，次级线圈的朝向地面的主面突出超过周围区域并且距地面的距离较小。
按照另一种适宜的设计，过渡区段的角度沿线圈轴线或振荡轴的方向小于横向于线圈轴线或振荡轴的方向。较小在这里表示，所述角度关于在剪力板的安装状态中大致平行于地面的平面较平。
为了提供尽可能好的场屏蔽，剪力板优选由铝形成。剪力板的材料厚度至少在次级线圈的接纳区域中为至少1mm。由此确保足够的场屏蔽。出于剪力板的稳定性的原因适宜的是，所述材料厚度为大于2mm。
按照另一种适宜的设计，在固定次级线圈的接纳区域的侧面上设置铜层。由此可能的是，也取消开头提到的由第一金属构成的第一板。省略在次级线圈中对磁场的引导和屏蔽，这导致次级线圈的较小的结构高度和较小的重量。
按照另一种设计设置，剪力板侧向突出超过次级线圈的界限。尤其是，剪力板可以在次级线圈的所有侧上都侧向突出超过次级线圈的界限，以便能够实现尽可能好的场屏蔽。此外，由于剪力板除了目前所希望的作为感应式阻抗适配和集成构件的任务之外还构成或可以构成车辆的在结构上的机械构件，所以为了提供预定的稳定性，剪力板必须具有对应的加固部，所述加固部尤其是环绕边缘地在结构上环绕次级线圈的接纳区域。
此外适宜的是，剪力板的突出超过次级线圈的界限的长度为次级线圈沿该方向的延伸距离的大约50％。这尤其是沿磁场(B场矢量)的方向适用。
本发明此外通过一种车辆、尤其是蓄电池运行的车辆或插电式混合动力电动车辆解决，所述车辆具有用于对电蓄能器充电的感应式能量传输系统的次级线圈和剪力板，所述剪力板设置在车辆的前体结构的区域中。按照本发明，次级线圈集成到按照以上所述类型构成的剪力板中。如所说明的那样，剪力板设置在车辆的前桥支架的区域中。
次级线圈可以关于车辆竖轴线设置在剪力板的朝行车道那边指向的一侧上。由此剪力板可以除了次级线圈的阻抗适配和固定之外也承担相对于乘客空间的电磁屏蔽的任务。
按照另一种设计，剪力板居中地处于车辆纵轴线上，其中，次级线圈关于剪力板定心。这对于驾驶员能够实现，将次级线圈以尽可能简单的方式定位在能量供应系统的初级线圈上方，所述初级线圈集成在车辆停放空间的地面上或中。
按照另一种设计，接纳区域的平面距要由车辆驶过的地面的距离比剪力板的周围区域的平面距要由车辆驶过的地面的距离大。
因此概括地提出，将用于传输电磁场能的次级线圈集成到车辆中到剪力板中并且将其用作为感应式阻抗适配和集成构件。除了机械地保持次级线圈之外，剪力板借此承担电磁屏蔽的任务以用于满足对乘客内部空间中的场强在法律上和/或在医学上的要求，以及承担车辆侧的磁场共振器或谐振电路的阻抗适配的任务。
车辆侧的磁场共振器或谐振电路的阻抗适配能够实现能量传输效率的优化和次级线圈的较小重量，因为至少一个在那里设置的金属板基于剪力板的功能性的利用而可以被取消，并且通过放弃次级线圈中的单独的阻抗适配措施能够实现较小的安装高度。阻抗适配措施可以完全通过剪力板实现，其方式为，对应地设计接纳区域以及过渡至周围区域的过渡区段。为此剪力板这样设计，使得剪力板承担场引导功能。由此可以优化谐振电路的总阻抗。
此外通过剪力板可以提高集成的次级线圈的热容量。剪力板在小于80℃的充分低的环境温度下作为冷却体起作用。即使在较高的环境温度下，剪力板基于剪力板的材料的高导热性而用于均匀的热量分布。以这种方式可以阻止热点、即局部过热区域。
附图说明
接着进一步借助附图中的实施例解释本发明。示出：
图1从上方观看的按照本发明的剪力板的透视图；
图2按照本发明的剪力板的剖视图；
图3从下方观看的按照本发明的剪力板；以及
图4在图3中的剪力板沿线IV-IV截取的横截面。
具体实施方式
图1示出按照本发明的剪力板1的透视图。剪力板1设置用于布置在同样未示出的车辆的车身的未示出的前体结构上。剪力板1的外部结构基本上跟随车身前体结构的结构造型。一般而言，剪力板1是用于加固前体结构的构件，因此剪力板1在其整个周边上具有变形或压印，以便建立需要的刚度。剪力板1具有多个分布在外部边缘上的固定夹板5，从而剪力板1以已知的方式例如通过螺钉或螺栓而可以固定在车辆车身的前体结构上。在此前体结构导杆的铰接点与车身的底板总成连接。由此可以以已知的方式基于前体结构的加固获得较精确的转向响应。为了可以以希望的程度获得加固，剪力板1由具有在2和3mm之间的厚度的铝制成。在此材料厚度可以在剪力板的不同区域中不同。一般而言，剪力板1可以一件式地或由多个相互连接的部件制造。
在图1中示出的剪力板1的安装位置借助在图1中示出的坐标系可看出。在此，x表示车辆纵轴线，y表示车辆横轴线，z表示车辆竖轴线。换句话说，沿车辆的行驶方向，x向前指向，y向右指向，z向上指向。
剪力板1具有仅示例性为矩形的接纳区域2，其中，接纳区域2的平面相对于剪力板的包围接纳区域的另外区域(所谓的周围区域7)位错地设置。所述位错例如通过剪力板1的原材料的变形、例如通过压印制造。接纳区域2的变形方向在此对应于变形边缘4的变形方向。周围区域7可以处于共同的平面中，这不是强制的。
接纳区域2的大小和形状大致对应于用于对车辆的电蓄能器充电的感应式能量传输系统20的次级线圈21的大小。在图1的示图中，次级线圈21从下面引入加深的接纳区域2中并且在其上固定。为此目的，固定机构3设置在接纳区域2上。固定机构3可以是设有螺纹的孔，从而次级线圈21通过孔可以与剪力板1螺纹连接。所述固定机构也可以是螺栓，从而次级线圈21的固定借助螺母进行。
接纳区域2设有空隙或开口8，其中，用于电触点接通次级线圈21的线圈接头22和控制接头23通过开口8深入。
如所说明的那样，通过环绕的一个或多个过渡区段6与相应配置的周围区域7连接的接纳区域2可以是剪力板1的一件式的组成部分。在一种备选的设计中，接纳区域也可能作为单独的构件力锁合和/或形锁合和/或材料锁合地与剪力板1连接。
图2示出剪力板在y-z平面中的剖视图。在这里良好可看出，整体上未进一步示出的能量传输系统的板形的次级线圈21设置在加深的接纳区域2中。接纳区域2相对于周围区域7的平面的深度e(也就是说在接纳区域2的平面和周围区域7a、7b之间的距离)优选为0.5d至d，其中，d是次级线圈21的高度。7a表示在图2中在接纳区域2左边设置的周围区域，7b表示在图2中在接纳区域2右边设置的周围区域。周围区域7a和7b处于共同的平面(环境平面)中。它们原则上也可以设置在不同的平面中。在最极端的情况中，即d＝e时，次级线圈的主侧面24处于周围区域7的平面中，所述主侧面在剪力板1在车辆中的安装状态中朝向地面(行车道)。
原则上可以选择e＝0，即接纳区域2的平面和周围区域7的平面处于共同的平面中。然而在该情况中放弃剪力板的或设置有次级线圈的凹部的场引导特性。
接纳区域2的宽度大致对应于次级线圈21的宽度b。如所说明的那样，接纳区域2通过相应的一个或多个过渡区段6(在图中左边的过渡区段以6a表明，在图中右边的过渡区段以6b表明)与配置的周围区域7a、7b连接。在周围平面7和相应的过渡区段6a、6b之间形成的角度α结合距离e和横向延伸的过渡区段f确定车辆侧的磁场共振器的阻抗。在图3中，这些典型参数只对于凹部的左侧示出。所述角度α可以在10°和45°之间、尤其是15°和35°之间。该角度尤其是取决于侧向的过渡区段f的长度。原则上适用的是，f选择地越大，则角度α越陡。f、e和角度α的准确选择特别是取决于车辆中的安装情况。通过过渡区段6的走向，可以影响B场30的走向，以便获得与能量传输系统20的初级线圈(未示出)的尽可能好的耦合。尤其是在这里调节与初级线圈的耦合效率。
图3示出从下方观看的剪力板1。在这里再次良好可看出剪力板1内的在中央设置的接纳区域2。同样良好可看出的是用于供线圈接头穿过的开口8和次级线圈21的控制接头。
图4示出沿线IV-IV的剖视图，由此再次得出相对于剪力板1的包围区域加深的接纳区域2。
未进一步示出的能量传输系统基于磁共振技术。由此次级线圈21能够以相对小的尺寸和小的重量提供。一般而言，次级线圈21具有由未进一步示出的绕组环绕的铁氧体磁芯，以及具有用于对磁场进行场引导和屏蔽的铜板和处于其上的用于对磁场进行阻抗适配和屏蔽的铝板。两个层的至少一层可以通过将次级线圈21集成到剪力板1中置换。如果在接纳区域2的配置给次级线圈21的一侧上设置对应的铜层，则可以代替次级线圈21的两个层。由此减少次级线圈21的重量和厚度。
次级线圈21沿B场方向的宽度b为例如25cm。剪力板1的宽度a沿B场方向为次级线圈21的宽度的大约两倍，即a＝2*b。这表示，次级线圈21沿车辆横向方向(y轴线)大致在中央集成到剪力板1中。次级线圈21的高度为大约2cm。这表示，距离e为大约10至20mm。在次级线圈21的相应的侧边缘和过渡区段6之间的距离取决于B场30的希望的走向。该值可以通过试验或模拟计算确定。同样，优化的距离e可以通过试验或模拟计算确定。在实际中，角度α的底边和次级线圈1的配置的侧边缘之间的距离允许在15和85mm之间。
用于传输电磁场能的次级线圈21到车辆中的集成利用剪力板1作为感应式阻抗适配和集成构件。一方面，剪力板1作为用于次级线圈21的支架使用。基于剪力板的材料(铝)和厚度(在2和3mm之间)，沿车辆横向(y轴线)分别延伸在次级线圈21的宽度b的大致50％的剪力板承担电磁屏蔽的任务，以用于满足对乘客内部空间中的场强在法律上和/或在医学上的要求。
一般而言，材料厚度必须至少在接纳区域2的区域中、但也优选沿侧向这样选择，使得所述材料厚度大于电磁场到剪力板中的伸入深度。原则上在此所述厚度或材料厚度取决于选择的能量传输频率。
通过接纳区域2和过渡区段6的造型可以进行车辆侧的磁场共振器或谐振电路的阻抗适配。由此产生更有效率的能量传输。因为可以取消在次级线圈中的特定构件，原因在于其功能通过剪力板提供，所以次级线圈可以以较小的安装高度和较小的重量提供。阻抗适配通过接纳区域2和过渡区段6的造型实现，从而它们承担场引导功能并且由此以希望的方式影响谐振电路的总阻抗。
最后由金属制成的剪力板1提高在其上固定的次级线圈21的热容量。剪力板借此在充分低的环境温度(<80℃)下作为冷却体起作用。此外保证均匀的热量分布和导出，从而可以避免热点。这同样地适用于在能量传输系统运行中移离热量而且适用于移离内燃机的热量。在后一种情况中，由内燃机产生的热量、尤其是在停放车辆之后从次级线圈导出，这阻止或至少减少热量到次级线圈的电子构件中的附加引入。
附图标记列表
1 剪力板
2 接纳区域
3 固定机构
4 变形边缘
5 固定夹板
6 过渡区段
7 周围区域
7a 周围区域
7b 周围区域
8 用于线圈接头和控制接头的开口
20 能量传输系统
21 次级线圈
22 线圈接头
23 控制接头
24 次级线圈的主侧面
30 B场的走向
a 剪力板沿y方向的宽度
b 次级线圈21沿y方向的宽度
b 次级线圈21的高度
e 接纳区域2相对于周围平面7的距离(深度)

Claims (17)

1.一种用于车辆车身前体结构的剪力板(1)，其中，由金属制成的剪力板(1)包括具有固定机构的接纳区域(2)，用于机械固定用于对车辆的电蓄能器充电的感应式能量传输系统(20)的次级线圈(21)。
2.按照权利要求1所述的剪力板，其特征在于，当次级线圈(21)固定在剪力板(1)的接纳区域(2)上时，剪力板(1)代替次级线圈(21)的具有功能特性的构件并且承担其功能特性。
3.按照权利要求1或2所述的剪力板，其特征在于，接纳区域(2)与剪力板(1)的邻接该接纳区域(2)且包围该接纳区域的另外区域处于相同的平面中。
4.按照权利要求1或2所述的剪力板，其特征在于，接纳区域(2)与剪力板(1)的邻接该接纳区域(2)且包围该接纳区域的另外区域处于不同的平面中，其中，接纳区域(2)的平面以预定距离相对于剪力板(1)的邻接该接纳区域(2)且包围该接纳区域的另外区域的平面设置。
5.按照权利要求4所述的剪力板，其特征在于，接纳区域(2)的平面和邻接该接纳区域(2)且包围该接纳区域的另外区域(周围区域(7))的平面通过倾斜延伸的过渡区段(6)连接，其中，在相应的周围区域(7)的平面和过渡区段(6)之间形成的角度(α)满足如下条件：
20°<α<55°，尤其是
25°<α<40°。
6.按照权利要求4或5所述的剪力板，其特征在于，在接纳区域(2)的平面和周围区域(7)的平面之间的预定距离最多等于次级线圈(21)的高度。
7.按照权利要求6所述的剪力板，其特征在于，所述预定距离在次级线圈(21)的高度的25％和100％之间、尤其是25％和75％之间。
8.按照权利要求5至7之一所述的剪力板，其特征在于，过渡区段(6)的角度(α)沿线圈轴线/振荡轴的方向小于横向于线圈轴线/振荡轴的方向。
9.按照上述权利要求之一所述的剪力板，其特征在于，剪力板(1)由铝形成。
10.按照权利要求9所述的剪力板，其特征在于，剪力板(1)的材料厚度至少在次级线圈(21)的接纳区域(2)中为至少1毫米、尤其是大于2毫米。
11.按照上述权利要求之一所述的剪力板，其特征在于，在固定次级线圈(21)的接纳区域(2)的侧面上设置铜层。
12.按照上述权利要求之一所述的剪力板，其特征在于，剪力板(1)侧向突出超过次级线圈(21)的界限。
13.按照权利要求12所述的剪力板，其特征在于，剪力板(1)的突出超过次级线圈(21)的界限的长度为次级线圈(21)沿该方向的延伸距离的大约50％。
14.一种车辆，尤其是蓄电池运行的车辆或插电式混合动力电动车辆，该车辆包括用于对电蓄能器充电的感应式能量传输系统(20)的次级线圈(21)和剪力板(1)，所述剪力板设置在车辆的前体结构的区域中，其特征在于，次级线圈(21)集成到按照上述权利要求之一所述的剪力板(1)中。
15.按照权利要求14所述的车辆，其特征在于，次级线圈(21)关于车辆竖轴线设置在剪力板(1)的朝行车道指向的一侧上。
16.按照权利要求14或15所述的车辆，其特征在于，剪力板(1)居中地处于车辆纵轴线上，其中，次级线圈关于剪力板(1)定心。
17.按照权利要求14至16之一所述的车辆，其特征在于，接纳区域(2)的平面距要由车辆驶过的地面的距离大于周围区域(7)的平面距要由车辆驶过的地面的距离。
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