CN107651021A - 一种电动汽车铝合金车身结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车铝合金车身结构，所述车身结构包括下车体结构和上车体结构，所述上车体结构设置在所述下车体结构上方，所述下车体结构具有动力电池框结构模块；所述动力电池框结构模块包括动力电池框,所述动力电池框位于所述下车体结构的中间位置，与所述下车体结构采用铝合金整体压铸一体化成型。本发明的车身结构主要由挤压铝型材和压铸铝制成，具有良好的轻量化效果；采用整体压铸成型的动力电池框结构为下车体结构的一部分，形成高强度、高刚性的结构；采用压铸工艺，可有效减少车身零部件数量，减少模具成本，提升生产效率。

Description

一种电动汽车铝合金车身结构
技术领域
本发明涉及电动汽车设计领域，具体涉及一种电动汽车铝合金车身结构。
背景技术
随着能源消耗和环境问题的日益严峻，电动汽车是汽车发展的必然趋势之一。对于电动汽车，续航里程是其推广普及的关键因素之一，而轻量化的设计有助于提高电动汽车的续航里程，同时对操控稳定性、能源利用率也有帮助。因此，针对电动汽车进行轻量化设计意义重大。
另外，电动汽车特别是纯电动汽车，动力电池的碰撞安全性至关重要，在汽车轻量化设计时，必须要考虑到碰撞性，特别是侧面碰撞和正面碰撞时动力电池的安全性。
如电动汽车车身设计采用铝合金，通过合理设计，可以满足轻量化和碰撞安全性的设计要求。但传统钢制汽车车身结构，零部件众多，如果简单替换成铝合金，在强度、刚度、碰撞安全性等方面很难达到较好性能，并且会引起车身成本的大幅度增加。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种电动汽车铝合金车身结构，车身采用挤压铝合金和压铸铝合金进行设计，实现电动汽车车身轻量化设计、良好的碰撞安全性设计，并且进一步减少铝合金车身零部件数量，实现电动汽车铝合金车身成本可控。
概括来说，本发明的技术方案从材料选择和搭配角度看，选取铝合金材料作为车身结构设计的材料，并主要采用低成本工艺的挤压铝合金，以及能够较好实现模块化设计并满足强度刚度要求的压铸铝合金，实现轻量化、高强度、高刚性、耐撞性设计以及成本可控的设计。铝合金具有低密度、可塑造性强、强度模量高等特点，相比传统钢制件，在满足强度和刚度等基本性能的条件下，可以减轻车身结构质量。挤压铝合金具有低成本的优势，并且挤压铝合金截面可设计性强，可以依据不同性能要求，实现不同截面设计的挤压铝合金设计。而整体压铸铝合金利于进行高强度高刚性的结构设计，并且通过合理集成，可以实现结构的模块化设计，减少零部件数量，便于降低压铸工艺成本。
本发明的具体技术方案如下：
一种电动汽车铝合金车身结构，所述车身结构包括下车体结构和上车体结构，所述上车体结构设置在所述下车体结构上方，其特征在于，所述下车体结构具有动力电池框结构模块；
所述动力电池框结构模块包括动力电池框，所述动力电池框位于所述下车体结构的中间位置，与所述下车体结构采用铝合金整体压铸一体化成型。
进一步地，所述动力电池框结构模块还包括电池框架吸能结构、侧边梁、电池框前端连接梁和电池框尾端封闭块；
所述动力电池框两侧分别安装所述电池框架吸能结构，所述电池框架吸能结构呈左右对称分布，位于所述动力电池框和所述侧边梁之间；所述侧边梁前端通过所述电池框前端连接梁与所述动力电池框相连，所述侧边梁后端通过所述电池框尾端封闭块与所述动力电池框相连。
进一步地，所述电池框架吸能结构由挤压铝合金制成。
进一步地，所述侧边梁采用截面为“日”字型结构的挤压铝型材制成。
进一步地，所述下车体结构还包括前防撞横梁、下防撞横梁、前纵梁、竖直连接梁结构、前舱下框架结构和前纵梁连接梁结构；
所述前防撞横梁采用截面为“目”字型的挤压铝型材制成；
所述下防撞横梁采用截面为“日”字型的挤压铝型材制成；
所述前纵梁呈左右对称分布，采用截面为“口”字型的挤压铝型材制成，其一端通过焊接与所述前防撞横梁相连，另一端与所述前纵梁连接梁结构通过螺栓连接，所述前纵梁连接梁结构通过焊接与所述动力电池框相连；
所述前舱下框架结构为整体压铸铝合金制成的闭环框架结构，位于所述前纵梁下方；所述前舱下框架结构通过所述竖直连接梁结构与所述前纵梁相连；所述前舱下框架结构的一端与所述动力电池框焊接连接，另一端与所述下防撞横梁焊接相连。
进一步地，所述上车体结构包括上弯梁、竖直支架、前减震器安装支座、前减震器安装支座支撑纵梁、前门安装点竖直梁结构；
所述上弯梁设置在所述上车体结构前端，所述上弯梁两端分别与两个对称设置的前门安装点竖直梁结构连接，所述上弯梁并通过所述竖直支架与所述下车体结构前纵梁焊接相连；
所述前减震器安装支座支撑纵梁设置在所述上弯梁上方，所述前减震器安装支座支撑纵梁为所述前减震器安装支座的上安装点支撑结构，所述前减震器安装支座的上安装点与所述前减震器安装支座支撑纵梁通过焊接相连；所述前减震器安装支座的下安装点通过螺栓连接方式与所述前纵梁连接梁结构相连。
进一步地，所述上车体结构还包括前舱横梁，所述前减震器安装支座在所述上弯梁两侧左右对称分布，所述前舱横梁连接对称分布的所述前减震器安装支座。
进一步地，所述前舱横梁由铝挤压型材制成。
进一步地，所述上弯梁采用铝合金整体压铸成型。
进一步地，所述上车体结构还包括后弯梁，所述后弯梁设置在所述上车体结构后端，所述后弯梁采用铝合金整体压铸成型。
采用本发明的技术方案所带来的技术效果是：
本发明的电动汽车车身主要由挤压铝型材和压铸铝制成，具有良好的轻量化效果；前舱合理的设计提升前舱扭转刚度和前减震器安装刚度，利于提升电动汽车车身刚性；采用整体压铸成型的动力电池框结构为下车体结构的一部分，形成高强度、高刚性的结构，辅以侧边的电池框架吸能结构，即提升了车身结构整体刚性，又有效地保护了在发生碰撞时动力电池的安全性；在电动汽车车身设计时，充分考虑模块化可行性，采用压铸工艺，有效减少车身零部件数量，减少模具成本，提升生产效率。
附图说明
图1为本发明电动汽车铝合金车身结构示意图；
图2为本发明电动汽车铝合金车身结构的下车体结构俯视图；
图3为本发明电动汽车铝合金车身结构的下车体结构底视图；
图4为本发明下车体结构中动力电池框结构模块组件图；
图5为本发明中动力电池框结构及断面图；
图6为本发明电动汽车铝合金车身结构中上车体结构图。
其中：
1-下车体结构、1-1-前防撞横梁、1-2-下防撞横梁、1-3-前纵梁、1-4-竖直连接梁结构、1-5-前舱下框架结构、1-6-前纵梁连接梁结构、1-7-动力电池框、1-8-电池框架吸能结构、1-9-侧边梁、1-10-电池框前端连接梁、1-11-座椅安装横梁、1-12-C柱与侧边梁连接梁、1-13-后减震器支座支撑纵梁、1-14-后减震器支座支撑斜梁焊合件、1-15-后减震器支座支撑纵梁连接梁、1-16-后减震器前支座、1-17-后纵梁连接结构、1-18-后减震器上支座、1-19-后纵梁、1-20-后防撞横梁、1-21-电池框尾端封闭块、2-上车体结构、2-1-上弯梁、2-2-竖直支架、2-3-前舱横梁、2-4-前减震器安装支座、2-5-前风挡横梁、2-6-顶盖纵梁、2-7-顶盖前横梁、2-8-前减震器安装支座支撑纵梁、2-9-前门安装点竖直梁结构、2-10-竖直梁、2-11-车身B柱结构、2-12-顶盖中间横梁、2-13-顶盖后横梁、2-14-车身C柱结构、2-15-C柱竖直连接梁、2-16-D柱竖直连接梁、2-17-车身D柱结构、2-18-后弯梁。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明公开了一种电动汽车铝合金车身结构，该车身结构主要采用压铸铝合金和挤压铝合金材料制成，在轻量化车身的同时，通过压铸铝合金材料可减少车身的零部件，增强车身的刚性，通过挤压铝合金材料可降低成本。如图1所示，由下车体结构1和上车体结构2组成完整的车身骨架结构，车体结构2设置在下车体结构1上方。
下车体结构1为铝合金结构，如图2至图4所示，下车体结构1包括前防撞横梁1-1、下防撞横梁1-2、前纵梁1-3、竖直连接梁结构1-4、前舱下框架结构1-5、前纵梁连接梁结构1-6、动力电池框1-7、电池框架吸能结构1-8、侧边梁1-9、电池框前端连接梁1-10、座椅安装横梁1-11、C柱与侧边梁连接梁1-12、后减震器支座支撑纵梁1-13、后减震器支座支撑斜梁焊合件1-14、后减震器支座支撑纵梁连接梁1-15、后减震器前支座1-16、后纵梁连接结构1-17、后减震器上支座1-18、后纵梁1-19、后防撞横梁1-20、电池框尾端封闭块1-21等结构。
下车体结构1中前防撞横梁1-1、前纵梁1-3、前纵梁连接梁结构1-6组成下车体主要正面碰撞吸能结构。前防撞横梁1-1采用截面为“目”字型的挤压铝型材制成，提高碰撞时的吸能效果；前纵梁1-3呈左右对称分布，采用截面为“口”字型的挤压铝型材，其一端通过焊接与前防撞横梁1-1相连，另一端与前纵梁连接梁结构1-6通过螺栓连接；前纵梁连接梁结构1-6通过焊接与动力电池框1-7相连。
下防撞横梁1-2和前舱下框架结构1-5组成下车体正面碰撞辅助吸能结构，该结构能够更好的吸收正面碰撞时的能量。下防撞横梁1-2采用截面为“日”字型的挤压铝型材设计而成。该结构中前舱下框架结构1-5通过竖直连接梁结构1-4与前纵梁1-3相连。前舱下框架结构1-5在前纵梁1-3下方，为整体压铸铝合金设计而成的闭环框架结构，截面为“U”型，整体压铸设计集成了多个梁结构，有效减少了零部件数量，并且有助于前舱刚性提升。前舱下框架结构1-5为左右对称结构，前舱下框架结构1-5的一端与动力电池框1-7焊接，另一端通过类似于吸能盒的纵梁与下防撞横梁1-2焊接相连。
如图2和图4所示，下车体结构中动力电池框1-7、电池框架吸能结构1-8、侧边梁1-9、电池框前端连接梁1-10、电池框尾端封闭块1-21组成动力电池框结构模块。区别于传统的电池框模块与车体分离式的设计，本发明动力电池框1-7与下车体结构1采用铝合金整体压铸一体化成型，实现下车体结构1高强度和高刚性，其截面呈“U”型，并在内侧设置了直角三角形形状的加强筋，如图5所示。动力电池框1-7位于下车体结构1的中间位置，由多根内部梁结构构成多个矩形隔间，电池分装在动力电池框1-7的每一个矩形隔间里，由动力电池框1-7的内部梁结构为电池提供保护。在动力电池框1-7两侧分别安装截面呈多边形(如为双六边形)的挤压铝合金电池框架吸能结构1-8。如图4所示，电池框架吸能结构1-8呈左右对称分布，位于动力电池框1-7和侧边梁1-9之间，通过焊接电池框架吸能结构1-8与动力电池框1-7和侧边梁1-9相连。侧边梁1-9采用截面为“日”字型结构的挤压铝型材，前端通过电池框前端连接梁1-10与动力电池框1-7相连，后端通过电池框尾端封闭块1-21与动力电池框1-7相连。该动力电池框结构模块实现对动力电池在汽车发生侧面碰撞时的保护，获得优秀的碰撞安全性。
座椅安装横梁1-11安装在动力电池框结构模块上方，用于安装座椅，座椅安装横梁1-11两端与侧边梁1-9焊接连接。
如图2和图3所示，C柱与侧边梁连接梁1-12、后减震器支座支撑纵梁1-13、后减震器支座支撑斜梁焊合件1-14和后减震器支座支撑纵梁连接梁1-15采用截面为“日”字型挤压铝型材，通过焊接，组成后减震器上支座1-18的安装点支撑结构，且该安装点支撑结构对称设置。其中C柱与侧边梁连接梁1-12、后减震器支座支撑纵梁1-13和后减震器支座支撑纵梁连接梁1-15依次按预设角度相连，通过后减震器支座支撑斜梁焊合件1-14后减震器支座支撑纵梁1-13与后纵梁连接结构1-17相连；C柱与侧边梁连接梁1-12与侧边梁1-9焊接连接；后减震器支座支撑纵梁连接梁1-15与后防撞横梁1-20端部相连。后减震器上支座1-18采用铸造铝合金进行设计，其顶端通过焊接与后减震器支座支撑斜梁焊合件1-14相连；同时，后减震器上支座1-18通过焊接与后纵梁连接结构1-17相连，固定在后纵梁连接结构1-17侧面。后减震器前支座1-16同样采用铸造铝合金进行设计，并设计加强筋提升强度和局部刚度，通过螺栓连接与电池框尾端封闭块1-21相连。
如图2和图3所示，下车体结构1中后纵梁1-19采用截面为“口”字型的挤压铝型材，呈左右对称分布，通过后纵梁连接结构1-17与动力电池框1-7相连。后纵梁连接结构1-17与后纵梁1-19以及动力电池框1-7的连接方式均为焊接。后防撞横梁1-20采用截面“目”字型的挤压铝型材，通过焊接与呈左右对称分布的后纵梁1-19尾端相连。后防撞横梁1-20和后纵梁1-19组成电动汽车后碰时主要吸能结构。
铝合金上车体结构2如图6所示，包括上弯梁2-1、竖直支架2-2、前舱横梁2-3、前减震器安装支座2-4、前风挡横梁2-5、顶盖纵梁2-6、顶盖前横梁2-7、前减震器安装支座支撑纵梁2-8、前门安装点竖直梁结构2-9、竖直梁2-10、车身B柱结构2-11、顶盖中间横梁2-12、顶盖后横梁2-13、车身C柱结构2-14、C柱竖直连接梁2-15、D柱竖直连接梁2-16、车身D柱结构2-17以及后弯梁2-18等结构。
上车体结构2中上弯梁2-1和后弯梁2-18分别设置在上车体结构2的前后两端，均采用铝合金整体压铸成型设计，减少零部件数量，截面均呈“U”型，在上弯梁2-1和后弯梁2-18凹的一侧，设有阻断式加强板结构，增强上弯梁2-1和后弯梁2-18的抗弯能力。上弯梁2-1两端分别与两个对称设置的前门安装点竖直梁结构2-9通过焊接连接，并通过铝挤压型材竖直支架2-2与下车体结构1中前纵梁1-3焊接连接；铝挤压型材前减震器安装支座支撑纵梁2-8设置在上弯梁2-1上方，前减震器安装支座支撑纵梁2-8为前减震器安装支座2-4上安装点支撑，提高前减震器上安装点强度和刚度。前减震器安装支座2-4的上安装点与前减震器安装支座支撑纵梁2-8通过焊接相连。前减震器安装支座2-4的下安装点通过螺栓连接方式与前纵梁连接梁结构1-6相连。
前减震器安装支座2-4在上弯梁2-1两侧呈左右对称分布，采用铸造铝合金设计，提升局部强度。左右对称分布的前减震器安装支座2-4由铝挤压型材前舱横梁2-3连接，提升前舱扭转刚度。
顶盖纵梁2-6采用“口”字型挤压铝型材设计，由前减震器安装支座2-4的上安装点位置延伸到车身D柱结构2-17上端；顶盖纵梁2-6呈左右对称分布，与前风挡横梁2-5、顶盖前横梁2-7、顶盖中间横梁2-12、顶盖后横梁2-13组成顶盖骨架结构，其中前风挡横梁2-5、顶盖前横梁2-7、顶盖中间横梁2-12、顶盖后横梁2-13的两端分别与顶盖纵梁2-6相连。前风挡横梁2-5、顶盖前横梁2-7、顶盖中间横梁2-12、顶盖后横梁2-13均采用截面为“口”字型的挤压铝型材设计而成。
前门安装点竖直梁结构2-9下端与侧边梁1-9相连，上端与前减震器安装支座支撑纵梁2-8相连，竖直梁2-10一端与前减震器安装支座支撑纵梁2-8相连，另一端与顶盖纵梁2-6相连，且竖直梁2-10一侧面与前减震器安装支座支撑纵梁2-8端面和前门安装点竖直梁结构2-9一侧面平齐。车身B柱结构2-11采用截面为“目”字型的挤压铝型材设计而成，顶端与顶盖纵梁2-6相连，下端与侧边梁1-9相连，下端采用分叉结构设计，分叉结构两端焊接在侧边梁1-9上。前门安装点竖直梁结构2-9和竖直梁2-10与车身B柱结构2-11组成前车门安装支撑结构，用于安装前车门。
呈对称分布的车身C柱结构2-14采用截面为“口”字型的挤压铝型材，车身C柱结构2-14与顶盖纵梁2-6、后弯梁2-18相连；车身C柱结构2-14与顶盖中间横梁2-12以及C柱竖直连接梁2-15组成“U”型结构。呈对称分布的车身D柱结构2-17采用截面为“口”字型的挤压铝型材设计，与顶盖纵梁2-6、后弯梁2-18相连。车身C柱结构2-14和车身D柱结构2-17均与后弯梁2-18焊接连接。C柱竖直连接梁2-15以及D柱竖直连接梁2-16上端均与后弯梁2-18相连，下端与后减震器支座支撑纵梁1-13相连。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车铝合金车身结构，所述车身结构包括下车体结构(1)和上车体结构(2)，所述上车体结构(2)设置在所述下车体结构(1)上方，其特征在于，所述下车体结构(1)具有动力电池框结构模块；
所述动力电池框结构模块包括动力电池框(1-7)，所述动力电池框(1-7)位于所述下车体结构(1)的中间位置，与所述下车体结构(1)采用铝合金整体压铸一体化成型。
2.根据权利要求1所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述动力电池框结构模块还包括电池框架吸能结构(1-8)、侧边梁(1-9)、电池框前端连接梁(1-10)和电池框尾端封闭块(1-21)；
所述动力电池框(1-7)两侧分别安装所述电池框架吸能结构(1-8)，所述电池框架吸能结构(1-8)呈左右对称分布，位于所述动力电池框(1-7)和所述侧边梁(1-9)之间；所述侧边梁(1-9)前端通过所述电池框前端连接梁(1-10)与所述动力电池框(1-7)相连，所述侧边梁(1-9)后端通过所述电池框尾端封闭块(1-21)与所述动力电池框(1-7)相连。
3.根据权利要求2所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述电池框架吸能结构(1-8)由挤压铝合金制成。
4.根据权利要求2所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述侧边梁(1-9)采用截面为“日”字型结构的挤压铝型材制成。
5.根据权利要求1或2所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述下车体结构(1)还包括前防撞横梁(1-1)、下防撞横梁(1-2)、前纵梁(1-3)、竖直连接梁结构(1-4)、前舱下框架结构(1-5)和前纵梁连接梁结构(1-6)；
所述前防撞横梁(1-1)采用截面为“目”字型的挤压铝型材制成；
所述下防撞横梁(1-2)采用截面为“日”字型的挤压铝型材制成；
所述前纵梁(1-3)呈左右对称分布，采用截面为“口”字型的挤压铝型材制成，其一端通过焊接与所述前防撞横梁(1-1)相连，另一端与所述前纵梁连接梁结构(1-6)通过螺栓连接，所述前纵梁连接梁结构(1-6)通过焊接与所述动力电池框(1-7)相连；
所述前舱下框架结构(1-5)为整体压铸铝合金制成的闭环框架结构，位于所述前纵梁(1-3)下方；所述前舱下框架结构(1-5)通过所述竖直连接梁结构(1-4)与所述前纵梁(1-3)相连；所述前舱下框架结构(1-5)的一端与所述动力电池框(1-7)焊接连接，另一端与与所述下防撞横梁(1-2)焊接相连。
6.根据权利要求5所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述上车体结构(2)包括上弯梁(2-1)、竖直支架(2-2)、前减震器安装支座(2-4)、前减震器安装支座支撑纵梁(2-8)、前门安装点竖直梁结构(2-9)；
所述上弯梁(2-1)设置在所述上车体结构(2)前端，所述上弯梁(2-1)两端分别与两个对称设置的前门安装点竖直梁结构(2-9)连接，所述上弯梁(2-1)并通过所述竖直支架(2-2)与所述下车体结构前纵梁(1-3)焊接相连；
所述前减震器安装支座支撑纵梁(2-8)设置在所述上弯梁(2-1)上方，所述前减震器安装支座支撑纵梁(2-8)为所述前减震器安装支座(2-4)的上安装点支撑结构，所述前减震器安装支座(2-4)的上安装点与所述前减震器安装支座支撑纵梁(2-8)通过焊接相连；所述前减震器安装支座(2-4)的下安装点通过螺栓连接方式与所述前纵梁连接梁结构(1-6)相连。
7.根据权利要求6所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述上车体结构(2)还包括前舱横梁(2-3)，所述前减震器安装支座(2-4)在所述上弯梁(2-1)两侧左右对称分布，所述前舱横梁(2-3)连接对称分布的所述前减震器安装支座(2-4)。
8.根据权利要求7所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述前舱横梁(2-3)由铝挤压型材制成。
9.根据权利要求6所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述上弯梁(2-1)采用铝合金整体压铸成型。
10.根据权利要求1或6所述的电动汽车铝合金车身结构，其特征在于，所述上车体结构(2)还包括后弯梁(2-18)，所述后弯梁(2-18)设置在所述上车体结构(2)后端，所述后弯梁(2-18)采用铝合金整体压铸成型。
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