CN106458267B - 车辆底盘结构 - Google Patents

Abstract

在例如WO2009/122178中所描述的结构中，必要的是在复合板和管状框架之间设置粘性结合部。本发明描述了底盘，其包括具有相互连接的管状截面的金属构件的框架以及多个复合板，每个板粘性地结合到多个金属构件，其中，在复合板和金属构件之间的至少一个结合部由弧形形成部和粘性层形成，该弧形形成部与复合板的平面区段的边缘整体形成并从复合板的平面区段的边缘延伸，并且所述弧形形成部安装在金属构件的外部周围，所述粘性层沿在复合板和金属构件之间的间隙大体上从平面区段的边缘延伸，跨过该弧形区段的一部分但小于该弧形区段的完整角度范围。本发明还描述了形成车辆底盘的方法，其包括如下步骤：组装管状截面的金属构件的框架；设置多个复合构件，多个复合构件的至少一个具有平面区段并且在平面区段的边缘处具有弧形形成部，弧形形成部大体上匹配金属构件的外部轮廓；沿弧形形成部涂敷粘性珠至预定深度并且覆盖比该弧形形成部的完整角度范围小的角度范围；将至少一个复合构件和金属构件结合到一起，使得金属构件置于弧形形成部内并且金属构件和弧形形成部之间的间距小于预定深度。

Description

车辆底盘结构

技术领域

本发明涉及用作车辆底盘的结构。

背景技术

在公布为WO2009/122178的本申请人的在先专利申请中，本申请人描述了用于车辆底盘的新颖的结构，在该结构中利用结合到管状框架（framework）的复合板来加强该框架。这产生轻量且刚性的底盘，然而其还具有良好的抗冲击性，其提供了用于悬架和发动机架（等）的稳定的设计硬点（hardpoints），并且能够被便宜地制造。

发明内容

在这样的结构中，必要的是在复合板和管状框架之间设置粘性结合部。为了使形成该框架的成本保持得低，至少一些管状元件具有圆形截面以便允许使用3D数字弯管方法来使它们成形。这意味着在该板和管之间的结合部必须沿着管的外表面的弧度。因为该结合部是底盘的整体机械强度的重要部分，所以改进该结合部的可靠性和强度将是有益的。

因此，本发明提供了一种车辆底盘，所述车辆底盘包括具有相互连接的管状截面的金属构件的框架以及多个复合板，每个板粘性地结合到多个所述金属构件，其中，在复合板和金属构件之间的至少一个结合部由弧形形成部和粘性层形成，所述弧形形成部与所述复合板的平面区段的边缘整体形成并从所述复合板的平面区段的边缘延伸，并且所述弧形形成部安装在所述金属构件的外部周围，所述粘性层沿着在所述复合板和所述金属构件之间的间隙大体上从所述平面区段的边缘延伸，跨过所述弧形区段的一部分但小于所述弧形区段的完整角度范围。

本发明还提供了一种形成车辆底盘的方法，所述形成车辆底盘的方法包括如下步骤：组装管状截面的金属构件的框架；提供多个复合构件，所述多个复合构件中的至少一个具有平面区段并且在所述平面区段的边缘处具有弧形形成部，所述弧形形成部大体上匹配金属构件的外部轮廓；沿所述弧形形成部涂敷粘性珠至预定深度并且覆盖比所述弧形形成部的完整角度范围小的角度范围；将所述至少一个复合构件和所述金属构件结合到一起以使得所述金属构件置于所述弧形形成部内，并且所述金属构件和所述弧形形成部之间的间距小于所述预定深度。

为了减少所述底盘的重量，所述管状区段能够是中空的。

通常，为了提供所要求的机械性质，所述复合板是相对厚的。在使用中，所述弧形形成部被粘结到所述金属管状构件并且因此能够比所述平面区段薄。

所述弧形形成部优选地具有第一自由边缘和第二边缘，所述第二边缘与所述平面区段邻接；在这种情况中，与第一边缘相比，本发明优选地将粘性珠涂敷到更接近所述第二边缘的弧形区段。

在所述管状金属构件和所述弧形形成部之间的间距优选地显著小于所述预定深度，例如是所述预定深度的50%或更小，更加优选地是所述预定深度的40%或更小，并且仍然更优选地，所述间距是小于所述预定深度的30%的标称值。

本发明还涉及一种车辆，所述车辆包括如上面所陈述的底盘。

附图说明

现在将参照附图以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出了复合底盘结构；

图2更详细地示出了图1的底盘的一部分；

图3、图4、图5和图6示出了将复合板附接到管状区段的顺序步骤；

图7示出了复合板过于近地接近管状区段的效果；

图8示出了复合板不够近地接近管状区段的效果。

具体实施方式

图1示出了如在本申请人的在先公开文本WO2009/122178中所描述的、在车辆底盘的制造中使用的管状车架（frame）构造。车架结构10包括一系列的4个纵向构件：在车辆的左手侧上的两个构件12、14，以及在车辆的右手侧上的两个构件16、18。在每个相应侧上的构件经由各种立式元件20、22来连接，并且通过这两组构件的下纵向构件14、18朝向车的后部上升以便与对应的上构件12、16接触来连接。这种上升的轮廓还在车的后部处创建了空间24以便容纳后部驱动装置。同样地，在车的前部处，所有四个纵向构件包括弯曲部以使得这四个纵向构件朝着车的中心线向内转向，并且创建用于前部驱动装置的空间26。

为了使纵向构件12、14、16、18保持适合的间距，设置了例如在28处示出的横向构件，该横向构件附接到纵向构件并且横向地延伸跨过车辆。由此获得管状车架结构。

这些管是大直径薄壁钢管（或铝管），其由CNC（计算机数控）加工进行切割并弯曲。目前，管的端部能够由CNC激光设备构形，随后进行CNC弯曲以及机器人焊接。所以，底盘的钢结构能够由多段管材来构建，该管材自身从细长的窄钢带中获得。如与需要待锻造成必要形状的单个的、大的钢坯的常规压制钢底盘相反，从细长的窄钢带中获得管材本质上是直接制造、弯曲并焊接成钢管形式。因此，形成并组装该管状车架所需的材料和能量的耗费远小于等同的钢的压制过程。

以这种方式创建的多管状结构在很大程度上是自夹合的（self-jigging），因此需要极少的用于构造的附加零件。一旦该结构已经被焊接到一起，则能够经由适合的化学浴对暴露的钢涂敷内部和外部保护。

以示例的方式在本文中示出的底盘意图在关于三座私人运输车辆中使用，如在（例如）本申请人的在先专利申请WO2008/110814号中所示。因此，该结构为后部的两个乘客设置了搁脚区域30、32，并且为中间位置的驾驶员提供了就座区域34。然而，其他车辆设计和布局也可以在设计中得到满足。

钢辊箍（steel roll hoop）36被设置到底盘的后部，该钢辊箍36从框架10向上延伸并且形成框架10的一部分。一对上纵向构件38、40从钢辊箍36向后部延伸并且因此被支杆42、44支撑。辊箍36被容纳在一对托座46、48内，该托座46、48先前已经被焊到纵向构件12、16上；这为辊箍36提供了固定位置。侧构件38、40从辊箍向后部延伸并且提供安装后部车身板的机构。刚性薄板50随后被添加到该完整的管状车架结构。

刚性薄板50具有两个主要目的。一个是通过使载荷在管状构件之间传递来增强多管状结构，由此提高该结构的整体刚度并改善其耐撞性。为了这个目的，该薄板由适合的刚性复合材料制成。各种复合材料是适合的，其包括碳纤维复合材料、凯夫拉纤维复合材料、玻璃纤维复合材料以及例如金属基体复合材料的其他复合材料。尤其适合的复合材料是包括一种材料的芯和第二种材料的覆层的复合材料；适合的芯包括纸基材料并且适合的覆层包括纤维增强塑料材料。

为了支持其加强功能，该薄板还形成为非平坦的形状以使得其能够提供抗扭转的刚度。显然，平坦的薄板仅围绕一个轴线提供高扭转刚度，然而具有组合弯曲部（即，沿多于一个的非平行轴线的弯曲部）的薄板能够提供沿大体上所有维度的刚度。为了实现同样的效果，该薄板50能够由各自附接到框架10的一些较小的区段组成以便构建出非平坦的形状。

薄板50的第二个目的是设置车辆的内部结构，从而覆盖在管状构件之间的开口。因此，根据便于车辆的计划布局的组合形状来模制一个或多个薄板。从车辆的后部52开始，存在平坦的板54，该平坦的板54充当置物架或（在该情况中）充当在后置发动机舱之上的承载区域的底板，接着存在向下的曲形部56以便设置用于后座乘客的倾斜的座位靠背。在再次向上弯曲以便设置后座座垫（squab）60之后，该薄板50的外部部分随后向下弯曲以便设置用于后座乘客的搁脚处30、32。中间部分向前延伸为脊状形成部34以便支撑在中间安装的驾驶员座位；这个脊状形成部34与搁脚处的任一侧的竖立的侧板以及后座的任一侧的侧板一起设置了薄板50的三维组合弯曲。

在对应于框架10中的管状区段的位置处，在薄板50中形成凹部。这些凹部允许薄板50跟随并适应框架10的多个部分的形状，并且例如经由适合的工程粘合剂（例如，环氧树脂）结合到该框架10。这允许力在框架10和薄板50之间传递，由此允许该薄板50有助于底盘的刚度和耐撞性。因此，薄板50中的凹部在框架10的管周围弯曲并且结合到相关的管以使得薄板50和框架10形成单个承载结构，发动机、驱动装置、内饰和外饰等可以安装到该单个承载结构。

图2更详细地示出了用于左前下部区段62的一段底盘，其以有助于组装的颠倒的定向示出。该区域中的钢框架10包括被弯成必要形状的圆形截面的纵向构件12、14；连同方形截面的立式元件64，该立式元件64带有用于辅助装置（例如，制动部件、转向部件以及车身）的多个固定点66；以及方形截面的顶部构件68，该顶部构建与上述部件一起形成了框架的局部部分。

覆盖框架10的该部分的复合板50是在纵向构件12、14之间延伸的竖立区段。该复合板50具有总体成平面的中心区段70，因为该中心区段70径直地从一个纵向构件12延伸到另一个构件14，但该中心区段70还具有平滑的曲形部以便匹配纵向构件12、14中的弯曲部72。邻近于纵向构件12、14延伸的板50的边缘形成为弧形区段74、76，该弧形区段74、76是弧形的以使得其与管状截面的纵向构件12、14的外圆柱面是大体上同心的。每个弧形区段围绕该纵向构件的外表面成在90°和135°的角度之间的弧形。为了有助于此，每个弧形区段以45°的弯曲部78开始向外离开中心区段70所在的（局部）平面。

中心区段70包括加厚的部分80以给该板提供必要的硬度。该加厚部分可以包括例如蜂窝结构的空隙以便使该板的重量最小化。为了给该板创建整齐且耐环境的边缘，形成了围绕该边缘的较细的非蜂窝边沿（rim），并且弧形区段74、76被模制在该较细的边沿中。

在弧形区段74、76和纵向构件12、14的外面之间维持小的间距，环氧树脂粘合剂层82以下面所描述的方式被夹在该间距中。这使板50结合到框架10并且有助于底盘的刚度和强度。

图3-图6示出了将板50粘接到纵向构件12、14的顺序步骤，其示出了在板50和构件12之间的附接部。环氧树脂粘合剂珠84被涂敷到弧形区段76的内面86。重要的是，该珠84仅覆盖内面86的部分区段而没有覆盖整个内面。该珠略微高于该珠在其基部处的宽度，并且朝向其露出的尖端渐细以使得在其尖端处的宽度是其基部处的宽度的一半。所示出的珠具有如下标称尺寸：在基部处是10mm宽、在其尖端处是5.4mm宽、以及11.5mm深，但是显然，由于树脂的粘性性质，在实践中将会存在一些变化。与自由边缘88相比，珠84定位在更靠近弯曲部78的弧形区段76上。

在粘性珠84就位的情况下，板50沿箭头90的方向朝着纵向构件12被带动。图4示出了珠84的尖端接触纵向构件12的外表面处的点。由于该珠相对大的深度以及相对窄的宽度，该尖端在纵向构件12上的角度位置92处接触该外表面，该角度位置92从珠的基部在弧形区段76上的角度位置偏移。因此，随着板50继续沿箭头90的方向上移动，珠84被涂抹在纵向构件12的外表面和弧形区段76的内表面上。与接触相对的表面的简单的粘合剂的平坦层相反，该涂抹过程自然地排除了空气，并且因此创建了与两个表面的良好的结合。

一旦板50已经被移动到其标称位置（图6）中，则先前的珠84已经被涂抹成粘合剂层82，该粘合剂层82随后能够保留以便固化。理想地，在该固化过程的至少起始阶段期间，板50将被支撑就位。由该组装方法创建的在树脂层82和邻近的表面之间的紧密接触确保了牢固的结合。

图6示出了处于其标称位置或意图位置的已组装的接合部，其中在弧形区段76和纵向构件12之间（在该示例中）具有3mm的间隙，该间隙部分地填充有树脂层82。板50和纵向构件12之间的重叠部的大致上一半的角度范围填充有树脂粘合剂层82，在两个部件之间的90°的重叠部的大约一半留有空气间隙94。

图7示出了弧形区段76和纵向构件12的更近地接近的效果，其形式为确保粘合剂的正常工作的两个部件之间的最小间隙（在该示例中是1.5mm）。该近的接近将树脂挤压到先前未使用的重叠部的区段中，从而消除了空气间隙94并且替代地用粘合剂来填充该空气间隙94。该粘合剂刚好不能从接合区域被排出。作为结果，通过将珠84的尺寸设计成仅以两个部件之间的间隔的最小公差来填充该间隙，则是否存在来自该重叠区域的泄露提供了是否已遵守该公差的清晰可见的两种指示状态。

图8示出了允许弧形区段76和纵向构件12之间的间隙的最大公差的结果，在该情况中该间隙是4.5mm。重要地是，珠84已与两个零件始终保持接触，并且尽管珠84没有如图6或7中所示那样在重叠区域上展开那么远，但是珠84具有对该接合的结构要求而言足够的结合面积。

因此，必要的结合强度决定了最小的结合面积，该最小的结合面域与最大的间隙公差一起决定了珠84的横截面面积。然后，最小的间隙公差（与珠84的横截面面积一起）决定了重叠部的长度并且因此决定了其角度范围。给出必要的珠84的横截面面积，于是这允许用公式得出精确的形状，该形状是标称间隙的倍数（在2倍和4倍之间），并且理想地是略微渐细的。

因此，以下述这种方式组装该接合部得出用于粘性珠84的设计策略：（通过设计）使弧形区段和纵向构件12之间的重叠部的一部分上具有空气间隙94，并且该重叠部的其余部分上具有粘合剂；该设计策略在两个表面和树脂之间创建紧密接触，并且在定位这些物件中考虑到完整的公差范围。作为结果，确保了该结合部的质量和可再现性。

当然将理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下可以对上面所描述的实施例做出许多改变。

Claims (13)

1.一种车辆底盘，所述车辆底盘包括相互连接的管状截面的金属构件的框架以及多个复合板，每个板粘性地结合到多个所述金属构件，其中，在复合板和金属构件之间的至少一个结合部由弧形形成部和粘性层形成，所述弧形形成部与所述复合板的平面区段的边缘整体形成并从所述复合板的平面区段的边缘延伸，并且所述弧形形成部安装在所述金属构件的外部周围，所述粘性层沿着在所述复合板和所述金属构件之间的间隙大体上从所述平面区段的边缘延伸，跨过所述弧形区段的一部分但小于所述弧形区段的完整角度范围。

2.如权利要求1所述的车辆底盘，其中，所述管状区段是中空的。

3.如权利要求1所述的车辆底盘，其中，所述复合板的平面区段比所述复合板的弧形形成部厚。

4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆底盘，其中，所述弧形形成部具有第一自由边缘和第二边缘，所述第二边缘与所述平面区段邻接。

5.一种车辆，所述车辆包括如前述权利要求的任一项所述的底盘。

6.一种形成车辆底盘的方法，所述方法包括如下步骤：

组装管状截面的金属构件的框架；

提供多个复合构件，所述多个复合构件中的至少一个具有平面区段并且在所述平面区段的边缘处具有弧形形成部，所述弧形形成部大体上匹配金属构件的外部轮廓；

沿所述弧形形成部涂敷粘性珠至预定深度并且覆盖比所述弧形形成部的完整角度范围小的角度范围；

将所述至少一个复合构件和所述金属构件结合在一起，使得所述金属构件置于所述弧形形成部内并且在所述金属构件和所述弧形形成部之间的间距小于所述预定深度。

7.如权利要求6所述的形成车辆底盘的方法，其中，所述管状区段是中空的。

8.如权利要求6所述的形成车辆底盘的方法，其中，所述复合板的平面区段比所述复合板的弧形形成部厚。

9.如权利要求6至8的任一项所述的形成车辆底盘的方法，其中，所述弧形形成部具有第一自由边缘和第二边缘，所述第二边缘与所述平面区段邻接。

10.如权利要求9所述的形成车辆底盘的方法，其中，与第一边缘相比，所述粘性珠被涂敷到更接近所述第二边缘的弧形区段。

11.如权利要求6至8中任一项所述的形成车辆底盘的方法，其中，所述间距小于所述预定深度的50%。

12.如权利要求11所述的形成车辆底盘的方法，其中，所述间距小于所述预定深度的40%。

13.如权利要求12所述的形成车辆底盘的方法，其中，所述间距小于所述预定深度的30%。