CN109866833A - 用于客车的车顶架结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于客车的车顶架结构。该结构包括：沿客车的纵向方向彼此间隔开的多个弯梁构件，以及设置在多个弯梁构件之间的多个支承构件。各弯梁构件沿客车的横向方向延伸，并且多个支承构件中的至少一些支承构件相对于客车的纵向轴线以预定角度倾斜。

Description

用于客车的车顶架结构

技术领域

本发明涉及用于客车的车顶架(roof frame)结构，并且更具体地，涉及一种用于客车的车顶架结构，其显著减小结构的总重量并且改善结构的刚度。

背景技术

通常，与更紧凑型车辆相比，客车是设计为携载和移动大量乘客的车辆类型。典型的客车包括具有提供前方道路视野的挡风玻璃的前端、两个侧壁以及容纳发动机的后端、地板和车顶。车顶包括外部车顶面和车顶架结构。车顶架结构可具有多个车顶弯梁构件(bowmember)和多个车顶纵梁(stringer)，并且外部车顶面可覆盖车顶架结构。近来，引入了低地板客车。与常规客车相比，低地板客车的地板平坦且更低，因而消除了客车入口处的台阶，从而改善了老年人、残疾人和孕妇等乘客的通达性。

然而，由于低地板客车的地板降低，诸如CNG储罐的燃料箱可能设置在客车的车顶上。因此，低地板客车的重心高，并且侧翻的风险可增加。通过添加加固件或加强材料来加强车顶架结构，与典型客车相比，低地板客车的重量可增加约2吨。例如，低地板客车的燃油经济性可约为1.7km/m³，与典型客车的燃油经济性约2.2km/m³相比，减少了约23％。此外，由于低地板客车包括添加到车顶架结构中的大量加固件或加强材料，因此其制造和组装可能会复杂，并且因此其制造成本可增加。例如，低地板客车的成本可约为2.1亿韩元，这比典型客车的成本(例如，约1亿韩元)的两倍还大。

发明内容

本发明提供一种用于客车的车顶架结构，与常规结构相比，其重量轻并且具有改善的结构刚度，以降低侧翻风险并提高燃油经济性。

根据本发明的一方面，一种用于客车的车顶架结构可包括：沿客车的纵向方向彼此间隔开的多个弯梁构件；以及设置在多个弯梁构件之间的多个支承构件。各弯梁构件可沿客车的横向方向延伸，并且多个支承构件中的至少一些支承构件可相对于客车的纵向轴线以预定角度倾斜。

弯梁构件和支承构件可由具有不同刚度的材料制成，并且支承构件可由比弯梁构件刚度更大的材料制成。车顶架结构还可包括沿客车的纵向方向延伸的一对车顶边梁。车顶架结构还可包括沿客车的纵向方向连接多个弯梁构件的一对加强梁。加强梁可分别与车顶边梁平行。

多个支承构件可包括：多个第一支承构件，倾斜以连接于两个相邻的弯梁构件之间；多个第二支承构件，在两个相邻的弯梁构件之间相交，并且连接于两个相邻的弯梁构件之间；以及多个第三支承构件，倾斜以连接弯梁构件和与该弯梁构件相邻的车顶边梁的一部分。多个第一支承构件可具有不同的倾斜方向。多个第一支承构件可根据被支承部件的负载而具有不同的倾斜角度。

车顶架结构还可包括连接车顶边梁的一部分和与其相邻的两个弯梁构件的多个第四支承构件。另外，车顶架结构还可包括：沿客车的横向方向延伸的至少一个第五支承构件；以及连接成与第五支承构件相交的多个第六支承构件。第五支承构件可具有附接至其两端的一对弯曲端部，并且第五支承构件可经由一对弯曲端部连接至一对车顶边梁。第五支承构件的弯曲端部可由比第五支承构件刚度更低的材料制成。

车顶架结构还可包括多个弯梁构件和多个支承构件基于被支承部件的重量而不同地布置的多个支承区间，并且多个支承区间可沿车顶架结构的纵向方向布置成一行。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将会更加明显可见：

图1示出根据本发明的示例性实施例的结合至客车车身的用于客车的车顶架结构的立体图；

图2示出根据本发明的示例性实施例的用于客车的车顶架结构的立体图；

图3示出根据本发明的示例性实施例的用于客车的车顶架结构的俯视图；

图4示出根据本发明的示例性实施例的图3中的A部分的详细视图；

图5示出根据本发明的示例性实施例的图3中的B部分的详细视图；并且

图6示出根据本发明的示例性实施例的图3中的C部分的详细视图。

附图标记说明

5：客车车身，

10：车顶架结构，

11：弯梁构件，

18：加强梁，

19：车顶边梁，

21：第一支承构件，

22：第二支承构件，

23：第三支承构件，

24：第四支承构件，

25：第五支承构件，

26：第六支承构件，

31：第一支承区间，

32：第二支承区间，

33：第三支承区间。

具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、客车、货车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。

本文所使用的术语仅用于说明特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指明。还应理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文明显可见，本文所使用的词语“约”应理解为在本领域的正常容差范围内，例如在平均值的2倍标准偏差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文另外明确，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。

在下文中，将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记将始终用于表示相同或等同的元件。此外，将排除与本发明相关联的公知技术的详细说明，以免不必要地模糊本发明的要旨。

诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)的词语可用于说明本发明的示例性实施例中的元件。这些词语仅用于区分一个元件与另一个元件，并且相应元件的固有特征、顺序或次序等不受这些词语的限制。在通常使用的词典中定义的那些术语应被解释为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，并且不应被解释为具有理想或过于正式的含义，除非在本申请中明确定义。

参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于客车的车顶架结构10可设置在客车车身5的顶部。用于客车的车顶架结构10可包括多个弯梁构件11和多个支承构件21、22、23、24、25、26。外部车顶面(未示出)可设置在用于客车的车顶架结构10的顶部。各弯梁构件11可在客车的横向方向上延伸，并且多个弯梁构件11可在客车的纵向方向上彼此间隔开。各弯梁构件11可由重量轻且相对便宜的诸如铝的金属材料制成。因此，车顶架结构10的重量和成本可显著降低。

基于后述的支承区间31、32、33，弯梁构件11之间的间隙或间隔可不同。例如，垂直负载最大化地施加于弯梁构件11的支承区间由于弯梁构件11之间的间隙变窄或减小而包括大量的弯梁构件11，并且垂直负载最小化地施加于弯梁构件11的支承区间由于弯梁构件11之间的间隙增大或变宽而包括最少数量的弯梁构件11。各弯梁构件11可具有与外部车顶面的横向方向的形状相对应的形状。此外，各弯梁构件11可具有在其中央部分的横向部11a，和在其两端的一对弯曲端部11b。横向部11a可沿客车车身5的横向方向直线地延伸。各弯曲端部11b可朝向客车车身5弯曲。由于这些弯曲端部11b，各弯梁构件11的刚度可增加。

车顶架结构10可包括沿客车的纵向方向延伸的一对车顶边梁(cant rail)19。一对车顶边梁19可在客车的横向方向上彼此间隔开，以在车顶架结构10的左右边缘对称地布置。弯曲端部11b的底部可分别通过焊接、使用紧固件等与车顶边梁19结合。车顶边梁19可与客车车身5结合。此外，车顶架结构10可包括沿客车的纵向方向延伸的一对加强梁18。一对加强梁18可与一对车顶边梁19平行地设置，以沿客车的纵向方向使一对加强梁18与多个弯梁构件11连接。左侧加强梁18可与左侧车顶边梁19隔开预定间隙，并且右侧加强梁18可与右侧车顶边梁19隔开预定间隙。

根据示例性实施例，加强梁18可沿客车的纵向方向连接弯梁构件11的横向部11a的相应端部。由于多个弯梁构件11由一对加强梁18沿客车的纵向方向连接，因此可加强车顶架结构10的纵向刚度。

另外，多个支承构件21、22、23、24、25、26可设置在多个弯梁构件11之间，并且多个支承构件21、22、23、24、25、26中的至少一些支承构件可相对于客车的纵向轴线X1以预定角度倾斜。各支承构件21、22、23、24、25、26可由比弯梁构件11的材料刚度更大的例如钢的刚性材料制成。因此，多个支承构件21、22、23、24、25、26可更稳定地支承安装在客车的车顶的例如CNG储罐的燃料箱1、空调装置2等的负载。

由于弯梁构件11和支承构件21、22、23、24、25、26可由具有不同刚度的材料制成，因此可增加结构刚度，并可显著降低重量和制造成本。多个支承构件21、22、23可包括倾斜以连接于两个相邻的弯梁构件11之间的多个第一支承构件21，在两个相邻的弯梁构件11之间彼此交叉的多个第二支承构件22，以及倾斜以连接弯梁构件11和与其相邻的车顶边梁19的一部分的多个第三支承构件23。各第一支承构件21可在两个相邻的弯梁构件11之间相对于客车的纵向轴线X1以预定角度倾斜，从而沿倾斜方向连接两个相邻的弯梁构件11。因此，可实现相邻弯梁构件11之间的结构刚度。

此外，各加强梁18可穿过第一支承构件21。根据示例性实施例，至少一对第一支承构件21可对称地设置在两个相邻的弯梁构件11之间。另外，多个第一支承构件21可基于其在车顶架结构10中的位置而具有不同的倾斜方向。如图2中所示，位于车顶架结构10的前侧的一对第一支承构件21可具有使第一支承构件21的前端之间的间隙减小的倾斜方向，并且位于车顶架结构10的后侧的一对第一支承构件21可具有使第一支承构件21的后端之间的间隙减小的倾斜方向。

另外，多个第一支承构件21可基于由其支承的部件的负载而具有不同的倾斜角度或相同的倾斜角度。例如，第一支承构件21可倾斜以连接于第一弯梁构件11的横向部11a和与其相邻的第二弯梁构件11的弯曲端部11b之间。加强梁18可穿过第一支承构件21。作为另一示例，第一支承构件21可倾斜以连接于第一弯梁构件11的弯曲端部11b和与其相邻的第二弯梁构件11的弯曲端部11b之间。加强梁18可穿过第一支承构件21。在另一示例中，第一支承构件21可倾斜以连接于第一弯梁构件11的横向部11a和与其相邻的第二弯梁构件11的横向部11a之间。

两个或更多个第二支承构件22可在两个相邻的弯梁构件11之间相互交叉，并且各第二支承构件22可相对于客车的纵向轴线X1以预定角度倾斜。第二支承构件22可连接于两个相邻的弯梁构件11之间以加强相邻弯梁构件11之间的结构刚度。第二支承构件22的结构、形状等可与第一支承构件21相同或相似。

各第三支承构件23可相对于客车的纵向轴线X1以预定角度倾斜，以连接弯梁构件11和与其相邻的车顶边梁19的一部分。例如，第三支承构件23可倾斜以连接于第一弯梁构件11的弯曲端部11b和与其相邻的车顶边梁19的一部分之间。作为另一示例，第三支承构件23可倾斜以连接第一弯梁构件11的弯曲端部11b、与其相邻的车顶边梁19的一部分和第二弯梁构件11的弯曲端部11b。在另一示例中，第三支承构件23可倾斜以连接第一弯梁构件11的横向部11a和与其相邻的车顶边梁19的一部分。作为另一示例，第三支承构件23可倾斜以连接第一弯梁构件11的横向部11a、与其相邻的车顶边梁19的一部分和第二弯梁构件11的弯曲端部11b。

另外，根据本发明的示例性实施例的车顶架结构10还可包括多个第四支承构件24。各第四支承构件24可附接至车顶边梁19的一部分，并且第四支承构件24的端部可分别附接至与其相邻的弯梁构件11的弯曲端部11b，以将第四支承构件24与两个相邻的弯梁构件11和车顶边梁19连接。通过将车顶边梁19的一部分和两个相邻的弯梁构件11连接，第四支承构件24可增加车顶架结构10的边缘刚度。第四支承构件24可相对于客车的纵向轴线X1以预定角度倾斜，或者可与客车的纵向轴线X1平行。

此外，根据本发明的示例性实施例的车顶架结构10可包括至少一个第五支承构件25。第五支承构件25可沿客车的横向方向延伸。例如，第五支承构件25可在与客车的纵向轴线X1正交的方向上延伸。一对弯曲端部25b可结合于第五支承构件25的两端，并且弯曲端部25b可分别附接至车顶边梁19。第五支承构件25可经由一对弯曲端部25b与车顶边梁19连接。另外，第五支承构件25可由比弯梁构件11的材料刚度更大的诸如钢或复合材料的刚性材料制成。因此，第五支承构件25可用作增加车顶架结构10的支承刚度的加强构件。一对弯曲端部25b可由与弯梁构件11相同的例如铝的金属材料制成。

第五支承构件25可设置在支承诸如CNG储罐的重型部件的支承区间(例如，图3和图4中的车顶架结构10的第一支承区间31)内，从而增加车顶架结构10的支承刚度。多个第六支承构件26可连接成与第五支承构件25相交，并且各第六支承构件26可相对于客车的纵向轴线X1以预定角度倾斜。第五支承构件25的支承刚度可通过第六支承构件26进一步增加。另外，多个第六支承构件26可设置为彼此交叉。

此外，如附图中所示，第一支承构件21、第二支承构件22、第三支承构件23、第四支承构件24、第五支承构件25和第六支承构件26可相对于客车的纵向轴线X1倾斜，但是该结构不限于此。根据示例性实施例，还可包括与客车的纵向轴线X1平行的支承构件(未示出)。如图3中所示，车顶架结构10可包括多个支承区间31、32、33，其中多个弯梁部件11和多个支承构件21、22、23、24、25、26可基于被支承部件的重量而不同地布置。多个支承区间31、32、33可沿车顶架结构10的纵向方向布置成一行。

各支承区间31、32、33可基于安装在客车上的部件的类型、重量、尺寸、形状、布置等而变化。例如，当诸如CNG储罐的燃料箱1安装在车顶架结构10的前侧并且空调装置2安装在车顶架结构10的后侧时，车顶架结构10可分成支承例如燃料箱1的较重部件的第一支承区间31、支承例如空调装置2的较轻部件的第二支承区间32以及未安装部件的第三支承区间33。

如图4中所示，第一支承区间31可支承例如燃料箱1的较重(例如，约一吨)的部件。考虑到客车的结构特征，第一支承区间31可设置在车顶架结构10的前侧。第一支承区间31可包括多个弯梁构件11，以及选择性地设置在多个弯梁构件11之间的多个第一支承构件21、多个第二支承构件22和多个第三支承构件23。

特别地，第一支承区间31还可包括第五支承构件25以支承较大且较重的燃料箱1(例如，可支承重量比诸如空调器的第二部件更重的诸如燃料箱的第一部件)，并且第五支承构件25可与车顶架结构10的前端相邻。多个第六支承构件26可连接成与第五支承构件25相交。特别地，第一支承区间31可稳定地支承较重的部件，使得可通过第五支承构件25和多个第六支承构件26来提高支承刚度。

如图5中所示，第二支承区间32可支承例如空调装置2的与安装在第一支承区间31内的部件相比较轻(例如，约270kg)的部件。考虑到客车的结构特征，第二支承区间32可设置在车顶架结构10的后侧。第二支承区间32可包括多个弯梁构件11，以及选择性地设置在多个弯梁构件11之间的多个第一支承构件21、多个第二支承构件22和多个第三支承构件23。

同时，由于与第一支承区间31相比，第二支承区间32支承例如空调装置2的相对较轻的部件，因此可从第二支承区间32内消除第五支承构件25和第六支承构件26。然而，第二支承区间32内所需的弯梁构件11的数量可大于第一支承区间31内所需的弯梁构件11的数量。例如，第一支承区间31可包括三个弯梁构件11，而第二支承区间32可包括六个弯梁构件11。然而，本发明不限于此。

如图6中所示，由于诸如燃料箱1或空调装置2的部件未安装在第三支承区间33内(例如，第三支承区间33是空闲的)，因此可省略关于垂直负载的支承结构。由于第三支承区间33仅通过多个弯梁构件11获得支承刚度，因此第三支承区间33可包括多个弯梁构件11，并且第三支承区间33可消除第一支承构件21、第二支承构件22、第五支承构件25和第六支承构件26。然而，第三支承区间33可选择性地包括多个第三支承构件23和多个第四支承构件24，以补充扭转刚度、纵向刚度、横向刚度等。

根据示例性实施例，在通过铸造或模制分别地形成多个弯梁构件11和多个支承构件21、22、23、24、25、26之后，可通过焊接、使用紧固件等将多个弯梁构件11、多个支承构件21、22、23、24、25、26、车顶边梁19和加强梁18彼此连接，以制造车顶架结构10。

根据另一示例性实施例，可通过嵌入成型形成多个支承构件21、22、23、24、25、26和多个弯梁构件11，使得可将车顶架结构10制造成具有多个支承构件21、22、23、24、25、26与多个弯梁构件11一体形成的结构。另外，在按照支承区间31、32、33将这些构件通过嵌入成型形成为多个模块之后，可将多个模块与车顶边梁19和加强梁18组装，以制造车顶架结构10。

下表1示出根据本发明的示例性实施例和根据现有技术的变形量的测试结果。

表1

表1示出关于分别组装至客车车身的根据现有技术的常规车顶架结构(网格结构)和根据本发明的示例性实施例的本发明的车顶架结构的以下测试的结果：在横向施加负载的测试、侧翻测试、在左方向施加扭转的测试以及在右方向施加扭转的测试。

特别地，在横向施加1G(重力加速度)负载的测试中，常规的车顶架结构示出12mm的变形量，而本发明的车顶架结构示出11.4mm的变形量。如表中所示，与现有技术相比，在本发明的示例性实施例中横向刚度得到提高。

在侧翻测试中，常规的车顶架结构示出32mm的变形量，而本发明的车顶架结构示出31.6mm的变形量。如所示，与现有技术相比，在本发明的示例性实施例中对侧翻的抵抗力得到改善。另外，在左向施加扭转的测试中，常规的车顶架结构示出12mm的变形量，而本发明的车顶架结构示出11.7mm的变形量。因此，如所示，与现有技术相比，在本发明的示例性实施例中对左向施加的扭转的抵抗力得到改善。在右向施加扭转的测试中，常规的车顶架结构示出22mm的变形量，而本发明的车顶架结构示出21.6mm的变形量。因此，该表示出，与现有技术相比，在本发明的示例性实施例中对右向施加的扭转的抵抗力得到改善。

根据本发明的示例性实施例，多个弯梁构件11和多个支承构件21、22、23、24、25、26可由不同材料制成，从而减轻重量并有效提高结构刚度等。因此，可显著提高纵向刚度、横向刚度、扭转刚度等。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，由于至少一些支承构件布置成在多个弯梁构件之间倾斜，因此用于客车的车顶架结构可重量轻并可具有改善的结构刚度，从而降低侧翻风险并提高燃油经济性。另外，由于弯梁构件和支承构件由不同材料制成，因此可提高结构刚度，并可显著降低重量和制造成本。

在上文中，虽然已参照示例性实施例和附图说明了本发明，但是本发明不限于此，而是在不脱离所附权利要求中要求保护的本发明的思想和范围的情况下，可由本发明所属领域的技术人员进行各种修改和改变。

Claims (13)

1.一种用于客车的车顶架结构，包括：

多个弯梁构件，沿所述客车的纵向方向彼此间隔开；以及

多个支承构件，设置在所述多个弯梁构件之间，

其中，各弯梁构件沿所述客车的横向方向延伸，并且

所述多个支承构件中的至少一些支承构件相对于所述客车的纵向轴线以预定角度倾斜。

2.根据权利要求1所述的车顶架结构，其中所述弯梁构件和所述支承构件由具有不同刚度的材料制成，并且所述支承构件由比所述弯梁构件刚度更大的材料制成。

3.根据权利要求1所述的车顶架结构，还包括沿所述客车的纵向方向延伸的一对车顶边梁。

4.根据权利要求3所述的车顶架结构，还包括沿所述客车的纵向方向连接所述多个弯梁构件的一对加强梁。

5.根据权利要求4所述的车顶架结构，其中所述加强梁分别与所述车顶边梁平行。

6.根据权利要求3所述的车顶架结构，其中所述多个支承构件包括：

多个第一支承构件，倾斜以连接于两个相邻的弯梁构件之间；

多个第二支承构件，在两个相邻的弯梁构件之间相交，并且连接于两个相邻的弯梁构件之间；以及

多个第三支承构件，倾斜以连接弯梁构件和与该弯梁构件相邻的车顶边梁的一部分。

7.根据权利要求6所述的车顶架结构，其中所述多个第一支承构件具有不同的倾斜方向。

8.根据权利要求6所述的车顶架结构，其中所述多个第一支承构件根据被支承部件的负载而具有不同的倾斜角度。

9.根据权利要求6所述的车顶架结构，还包括连接车顶边梁的一部分和与其相邻的两个弯梁构件的多个第四支承构件。

10.根据权利要求6所述的车顶架结构，还包括：

沿所述客车的横向方向延伸的至少一个第五支承构件；以及

连接成与所述第五支承构件相交的多个第六支承构件。

11.根据权利要求10所述的车顶架结构，其中所述第五支承构件包括连接至其两端的一对弯曲端部，并且所述第五支承构件经由所述一对弯曲端部连接至所述一对车顶边梁。

12.根据权利要求11所述的车顶架结构，其中所述第五支承构件的弯曲端部由比所述第五支承构件刚度更低的材料制成。

13.根据权利要求1所述的车顶架结构，还包括所述多个弯梁构件和所述多个支承构件根据被支承部件的重量而不同地布置的多个支承区间。