CN109195862B - 用于车辆的模块化滚动底盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化方法，该模块化方法用以使用复合材料制造滚动底盘而无需定制成形，同时产生适当的重量分布(重心)和扭转和弯曲刚度。

Description

用于车辆的模块化滚动底盘

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年5月26日提交的题为“用于车辆的模块化滚动底盘”的美国临时申请序列号62/341,781的权益，该申请通过这一引用结合于本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的模块化滚动底盘。

背景技术

车辆的设计和制造可能是复杂的过程。通过模块化结构可以实现高效率，这允许每个模块在最具成本效益的情况下进行精制和制造，在此之后，模块能够最终组装在一起。

对于轻质但坚固耐用的车辆，例如电动车辆，复合材料可以是理想的材料选择；然而，复合材料可能要求形成定制零件，特别是对于小批量生产。这种轻质车辆可能需要特别注意重量分布(重心)以及扭转和弯曲刚度。

因此，需要的是一种模块化方法来使用复合材料构建滚动底盘而无需定制成形，并且同时产生适当的重量分布(重心)和扭转和弯曲刚度。

发明内容

本发明针对这种需要。

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆底盘，其具有平台框架，该平台框架具有前舱壁和后舱壁，能够安装到前舱壁的前部子框架，能够安装到后舱壁的后部子框架，以及控制模块，其通过前舱壁能够以可操作的方式联接到前部子框架，其中平台框架还包括一对横向电池隔室，其从前舱壁延伸到后舱壁，并且其适合于以可移除的方式接纳电池模块，用于至少电连接到后部子框架和前部子框架中的至少一个子框架。

平台框架可以由复合面板构造。

平台框架可以包括在该对横向电池隔室之间的驾驶舱部分，该对横向电池隔室可以具有至少一个冷却入口和至少一个冷却排口，并且该至少一个冷却入口可以连接，以从驾驶舱部分接收空气。驾驶舱部分可以形成结构支撑构件。

该至少一个冷却入口可位于所述前舱壁附近，并且该至少一个冷却排口可以位于后舱壁附近，同时该至少一个冷却排口包括排气扇，使得在冷却入口处接收到的空气向后流动穿过该对横向电池隔室并在靠近后舱壁的位置排出。在这方面，但是对于至少一个冷却入口，该对横向电池隔室将相对于驾驶舱部分热密封。从驾驶舱部分接收到的空气可能已经在驾驶舱部分中经过气候控制(climate controlled)。

底盘还可包括电池模块，该电池模块具有一对适于以可移除的方式接纳在平台框架的该对横向电池隔室内的伸长的托盘，以及多个电池，这些多个电池在电路中连接在一起，作为电源，并且被支撑在该对伸长的托盘上。该对伸长的托盘和多个电池中的至少一个或其组合可形成结构支撑构件。

后部子框架可以支撑：电动机控制器，其能够电连接，以接收来自接纳在横向电池隔室内的电池模块的电力；电动机，其电连接到电动机控制器；摆臂；从摆臂下垂的驱动轮；和动力传动系，其将电动机联接到驱动轮。电动机控制器还可以电连接到控制模块。后部子框架可以进一步支撑电动机和电动机控制器之间的冷却管道，以将由电动机推进的空气传导到电动机控制器，以进行冷却。

前部子框架可以支撑：独立悬架，处在独立悬架的相对两端处的一对自由轮轮毂，每个轮毂适合于保持前导轮，以及以可操作的方式连接到轮毂的转向连杆。

在一些情况下，控制模块可包括转向柱，转向连杆可包括单个中央万向节，并且转向柱可通过万向节以可操作的方式联接到转向连杆。转向柱可以安装到柱支撑架上，并且柱支撑架可以安装到前舱壁上，以形成结构支撑构件。

在一些情况下，前舱壁、后舱壁和在它们之延伸的该对横向电池隔室中的至少一个或其组合可形成结构支撑构件。

在一些情况下，前部子框架和后部子框架中的至少一个或其组合可形成结构支撑构件。

在考虑以下附图、说明书和权利要求书后，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

附图说明

通过以下结合附图的非限制性具体实施例的详细描述，将更全面地说明本发明。在附图中，类似的元件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，可以通过在该参考标记之后用区分相似元件的第二标记来区分相同类型的各个元件。如果在详细描述的特定段落中仅指出第一参考标记，则该段落描述具有相同的第一参考标记的任何一个相似元素，而不管第二参考标记。

图1是根据本发明的方面的滚动底盘的实施例的俯视右前斜视图。

图2是图1的实施例的仰视右后斜视图。

图3是图1的实施例的俯视平面图。

图4是从图3上所示的切割平面4-4观察的图1的实施例的纵向剖视图。

图5是从图3上所示的切割平面5-5观察的图1的实施例的纵向剖视图。

图6是图1的实施例的前部子框架和控制模块的右视立面细节图。

图7是图6中所示的前部子框架和控制模块的顶部右前斜视图。

图8是图6中所示的前部子框架和控制模块的仰视右后斜视图。

图9是图1的实施例的右视立面分解图。

图10是图1的实施例的俯视右前斜视分解图。

图11是图1的实施例的仰视右后斜视分解图。

图12是用于紧固图1的实施例中的复合面板的紧固件的正视立面细节图。

图13是图12中所示的紧固件的右视立面细节图。

图14是图12中所示的紧固件的俯视平面细节图。

图15是图12中所示的紧固件的俯视右前斜视图。

图16是图12中所示的紧固件的俯视左前斜视图。

图17是图12中所示的紧固件的仰视右前斜视细节图。

图18是图12中所示的紧固件的仰视左前斜视图。

具体实施方式

(a)具体实施例的结构

现在将通过解释附图中所示并在本文中更详细描述的具体的非限制性的示例性实施例来说明本发明的结构。

图1-18示出了根据本发明的一个实施例的用于车辆的模块化滚动底盘，其总体上以100示出。

底盘形成在平台框架110上，并且还包括后部子框架140、前部子框架160和控制模块180。

已经发现，例如在铝蜂窝芯部上形成玻璃纤维表皮的复合面板是制造底盘100的部分的合适材料，如下面将进一步描述的那样。面板芯部也可以由Nomex^TM(间位芳香族聚合物)、泡沫、钛、塑料或木材形成。面板表皮也可以由例如碳纤维、Kevlar^TM(对位芳纶合成纤维)、铝、钛、钢、不锈钢或木材形成。此外，生物复合材料(例如具有亚麻或大麻纤维)、再循环碳纤维和再生玻璃纤维可以结合到用于这些应用的这种面板中。

这种复合面板提供拉伸和压缩强度，同时允许弯曲和折叠；它们可以通过铸造、切削和更普遍的加工形成，以实现所需的尺寸、形状、构造和特性。在这方面，这种面板可以容易地以标准尺寸和其他性能获得，或者根据规格进行定制制造。

这种复合面板的精心部署可以产生比传统钢制底盘轻一个量级的底盘100。可以类比由一张瓦楞纤维板形成的披萨盒，该瓦楞纤维板被切割成形，然后被折叠成三维盒子。

如图所示，平台框架110可以由容易获得或制造出来的复合面板112形成，其被切割或以其他方式形成为所需的尺寸和形状，并通过紧固件114(详见图12-18)连接在一起，例如，如图所示，通常用于例如航空航天制造的紧固件、或粘合剂或焊接。

平台框架110形成为平台116，该平台116支撑紧固到其上的多个纵向托梁118，并且两者固定有前舱壁120和后舱壁122。平台框架110还包括一对横向电池隔室124，该电池隔室124从前舱壁延伸到后舱壁，并且适合于以可移除的方式接纳电池模块200，用于电连接到后部子框架140和前部子框架160中的至少一个子框架。平台框架110还包括位于该对横向电池隔室124之间的驾驶舱部分126；驾驶舱部分126可以形成平台框架110的结构支撑构件，从而为底盘100提供额外的扭转和弯曲刚度。

前舱壁120、后舱壁122和在它们之间延伸的该对横向电池隔室124可单独地或以组合的方式形成平台框架的结构支撑构件，从而为底盘100提供额外的扭转和弯曲刚度。

该对横向电池隔室124具有至少一个冷却入口(未示出)和至少一个冷却排口130，冷却入口被连接用以接收来自驾驶舱部分126的空气，例如经过气候控制的空气。冷却入口可以位于前舱壁120附近并且冷却排口130可以位于后舱壁122附近，使得在冷却进口处接收到的空气可以向后流动通过该对横向电池隔室124并且在后舱壁122附近被排出；在这方面，冷却排口130可以包括排气扇132。但是对于冷却入口，该对横向电池隔室124可以相对于驾驶舱部分126热密封，使得电池模块200本身不需要相对于周围环境密封。

电池模块200包括一对伸长的托盘202，其适合于以可移除的方式接纳在平台框架110的该对横向电池隔室124内，以及多个电池204，其在电路中连接在一起，作为电源，并且其被支撑在该对伸长的托盘上。托盘202和电池204可以独自或以组合的方式形成结构支撑构件，从而为底盘100提供额外的扭转和弯曲刚度。重型电池204(和相对轻的复合面板112)也降低了底盘100的重心。

本领域技术人员将认识到，电池模块200可以具有电触点206，用于准备电连接到后部子框架140和前部子框架160中的至少一个子框架，例如所述一对伸长的托盘202上的触点206。本领域技术人员将进一步认识到，电池模块200还可包括安装硬件208，例如扎带，用于将电池204保持在该对伸长的托盘202中。

前舱壁120可以支撑挡风玻璃框架134，并且后舱壁122可以支撑车顶板136，顶板136能够折叠，以连接到挡风玻璃框架134，从而封闭驾驶舱部分126。

后部子框架140可安装到后舱壁122，并且可支撑部件，诸如电动机控制器142，该电动机控制器142可电连接，以从电池模块200接收电力；电动机144，其电连接到电动机控制器142；摆臂146，其可以是如在2017年3月10日提交的共同待审的国际申请PCT/CA2017/050321中公开的摆臂，该国际申请通过引用并入本文中；从摆臂146下垂的驱动轮148；以及将电动机144联接到驱动轮148的传动系150。电动机控制器142可以电连接到控制模块180，使得用户可以使用控制模块180来引导电动机控制器142。电动机控制器142在电动机144正上方安装于子框架140上。它调节进入电动机144的扭矩/功率，以控制车辆的速度和加速度。后部子框架140可以形成结构支撑构件，从而为底盘100提供额外的扭转和弯曲刚度。用于安装座椅安全带D形环的金属子框架141被支撑在后部子框架140上。

后部子框架140还可以支撑电动机144和电动机控制器142之间的冷却管道152，以将由电动机144推进的空气传导到电动机控制器142，以进行冷却。冷却管道152是将电动机控制器142连接到电动机的小管道。电动机144经由冷却管道152在电动机控制器142上方吸入空气。

后部子框架140可由能够容易获得或制造出来的复合面板112形成，其被切割或以其他方式形成为期望的尺寸和形状，并且例如通过紧固件114或焊接而连接在一起。

通过图6-8中所示的附加细节，前部子框架160可安装到前舱壁120并且可支撑部件，诸如独立悬挂162，在独立悬架162的相对两端处的一对自由轮轮毂164，每个轮毂164适合于保持前导轮166，以及转向连杆170，其以可操作方式连接到轮毂164，还有制动系统168，其以可操作的方式连接到轮毂164。转向连杆170可包括单个中央万向节172。前部子框架160可形成结构支撑构件，从而为底盘100提供额外的扭转和弯曲刚度。

前部子框架160可以由容易获得或制造出来的复合面板112形成，其被切割或以其他方式形成为期望的尺寸和形状，并例如通过紧固件114或焊接而连接在一起。

控制模块180包括转向柱182和可以安装转向柱182的柱支撑架184。柱支撑架184可安装到前舱壁120上，以形成结构支撑构件，例如代替跨梁。转向柱182通过万向节172以可操作的方式连接到转向连杆170。控制模块180可包括其他控制器，例如以可操作的方式联接到制动系统168的制动控制器186。

(b)具体实施例的操作

现在参考图1-18，现将描述滚动底盘100的组装。

平台框架110可以由复合面板112和紧固件114制成，而不是更高要求的定制成形的复合件。复合面板112仅需要切割成适当的尺寸和形状并根据需要钻孔，然后通过简单的紧固操作容易地组装成平台框架110。

电池模块200可以在别处制造并且被递送，用于随后组装到滚动底盘100中。类似地是，为了维护，可以容易地从电池隔室124向后移除过期电池模块200并且将替换的电池模块200插入到它的地方。在这方面，电池204将适当地接在一起并被支撑在该对伸长的托盘202上。电池204可以进一步利用安装硬件208保持在所述一对伸长的托盘202中。电池模块200可以放置成经由触点206与后部子框架140和前部子框架160中的至少一个子框架电连接。

后部子框架140和前部子框架160以及它们支撑的部件可以类似地在别处制造并且被递送，以便随后组装到滚动底盘100中。与电池模块200一样，这种模块化组件也可以有利于维护或修理。后部子框架140和前部子框架160可以用紧固件114分别简单地固定到后舱壁122和前舱壁120，复合面板112固定到复合面板112。紧固件114是标准面板紧固件，如由Witten公司制造的螺纹插件，其被封装到位。

控制模块180可以类似地在别处制造并且被递送，用于随后组装到滚动底盘100中。与电池模块200，后部子框架140和前部子框架160一样，这种模块化组件也可以有利于维护或修理。为了组装，柱支撑架184可以安装到前舱壁120，以形成结构支撑构件，并且转向柱182可以通过万向节172以可操作的方式联接到转向连杆170。类似地是，其他控制器，诸如制动控制器186可以以可操作的的方式联接到例如制动系统168。

该模块化制造和随后的组装支持并行的生产和模块级封装、优化和测试。

(c)说明摘要

因此，从前面的实施例和示例中将看出，已经描述了模块化方法，用以使用复合材料构建滚动底盘，而无需定制成形，并且同时产生适当的重量分布(重心)和扭转和弯曲刚度。

虽然已经描述和说明了本发明的特定实施例，但是这些实施例应该仅被认为是对本发明的说明，而不是对根据所附权利要求书解释的本发明的限制。

本领域技术人员将理解，在不脱离本文中所作的权利要求书中表述的本发明的原理和范围的情况下，可以对前面的实施例进行各种改变、修改和替换。

Claims (22)

1.一种车辆底盘装置，包括：

a.平台框架，具有：

i.前舱壁，

ii.后舱壁，和

iii.中央的驾驶舱部分，其在所述前舱壁与所述后舱壁之间纵向地延伸，

b.前部子框架，其能够安装到所述前舱壁，

c.后部子框架，其能够安装到所述后舱壁，和

d.控制模块，其能够通过所述前舱壁以可操作方式联接到所述前部子框架，

其中所述平台框架还包括一对横向电池隔室，所述一对横向电池隔室分别位于所述中央的驾驶舱部分的每个外侧面并且从所述前舱壁纵向地延伸到所述后舱壁，并且适合于以可移除的方式接纳电池模块，用于电连接到所述后部子框架和所述前部子框架中的至少一个子框架；并且

其中所述后部子框架支撑：

a.电动机控制器，其能够电连接，以从容纳在所述横向电池隔室内的电池模块接收电力，

b.电动机，与所述电动机控制器电连接，

c.摆臂，

d.从所述摆臂下垂的驱动轮，和

e.将所述电动机联接到所述驱动轮的传动系。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述一对横向电池隔室具有至少一个冷却入口和至少一个冷却排口，并且

所述至少一个冷却入口被连接，用以从所述驾驶舱部分接收空气。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述驾驶舱部分形成结构支撑构件。

4.根据权利要求2所述的装置，其中：

所述至少一个冷却入口位于所述前舱壁附近，并且

所述至少一个冷却排口位于所述后舱壁附近，

由此，在所述冷却入口处接收到的空气向后流动通过所述一对横向电池隔室并在靠近所述后舱壁的位置排出。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，但是对于所述至少一个冷却入口，所述一对横向电池隔室相对于所述驾驶舱部分热密封。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，从所述驾驶舱部分接收到的所述空气已经经过气候控制。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述冷却排口包括排气扇。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括电池模块，所述电池模块包括：

a.一对伸长的托盘，其适合于以可移除的方式容纳在所述平台框架的所述一对横向电池隔室内，和

b.多个电池，作为电源在电路中连接在一起，并且被支撑在所述一对伸长的托盘上。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述一对伸长的托盘和所述多个电池中的至少一个或其组合形成结构支撑构件。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电动机控制器还能够电连接到所述控制模块。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述后部子框架还支撑所述电动机与所述电动机控制器之间的冷却管道，以将由所述电动机推进的空气传导到所述电动机控制器以用于冷却。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述前部子框架支撑：

a.独立悬挂，

b.处在所述独立悬挂的相对两端处的一对自由轮轮毂，所述轮毂中的每个轮毂适于保持前导轮，和

c.转向连杆，其以可操作的方式连接到所述轮毂。

13.根据权利要求12所述的装置，其中：

a.所述控制模块包括转向柱，

b.由所述前部子框架支撑的所述转向连杆包括单个中央的万向节，和

c.所述转向柱能够通过所述万向节以可操作的方式联接到所述转向连杆。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述转向柱被安装到柱支撑架。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述柱支撑架能够安装到所述前舱壁，以形成结构支撑构件。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平台框架至少部分地由复合面板构造。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述前舱壁、所述后舱壁和在它们之间延伸的所述一对横向电池隔室中的至少一个或其组合形成结构支撑构件。

18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述前部子框架和所述后部子框架中的至少一个或其组合形成结构支撑构件。

19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述复合面板包括覆盖面板芯部的面板表皮。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述复合面板包括覆盖铝蜂窝芯部的玻璃纤维表皮。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述复合面板包括由选自由以下材料组成的组中的材料形成的表皮：碳纤维、对位芳纶合成纤维、铝、钛、钢、不锈钢和木材。

22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述复合面板包括选自由以下材料组成的组中的材料形成的芯部：间位芳香族聚合物、泡沫、钛、塑料和木材。

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