CN110696640B - 压铸铝制托架 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用的压铸铝制托架，设置在搭载物与车辆构造体之间。所述车辆用的压铸铝制托架包括：第1安装部，以与所述搭载物连接的方式构成；和第2安装部，以与所述车辆构造体连接的方式构成，所述第1安装部的在连接有所述搭载物时与所述搭载物接触的第一面具有露出了所述托架的内部的层的冷硬层除去部，所述第1安装部的与所述第一面相反的一侧的第二面具有冷硬层。

Description

压铸铝制托架
技术领域
本发明涉及压铸铝制托架。
背景技术
例如，在日本特开2017－074819中，公开了一种设置在搭载了燃料电池的组件框架与燃料电池车辆的车身之间的车辆用的安装构造。
对于这种安装构造而言，有时以在车辆的碰撞时成为设计上谋求的破坏模式的方式，要求在被施加了较大的载荷时发生断裂的功能。另一方面，也要求用于确保相对于在通常时施加的振动的强度的功能。因此，希望兼得上述的功能的安装构造。
发明内容
本发明的方式所涉及的压铸铝制托架是设置在搭载物与车辆构造体之间的车辆用的托架。上述压铸铝制托架包括：第1安装部，以与上述搭载物连接的方式构成；和第2安装部，以与上述车辆构造体连接的方式构成，上述第1安装部的、在连接了上述搭载物时与上述搭载物面对面的第一面具有露出了上述托架的内部的层的冷硬层除去部，上述第1安装部的与上述第一面相反的一侧的第二面具有冷硬层。
根据上述方式，既能够通过冷硬层来确保相对于在通常时施加的振动的强度，又能够在车辆的碰撞时施加了较大的载荷的情况下容易地从冷硬层除去部断裂，因此能够形成为设计上谋求的破坏模式。
在上述方式中，也可以构成为与上述第一面的冷硬层的面积相比，上述第二面的冷硬层的面积较大。另外，在上述方式中，也可以构成为在从与上述第一面垂直的方向观察上述第一面以及上述第二面时，与上述第一面的冷硬层的面积相比，上述第二面的冷硬层的面积较大。
根据上述结构，在车辆的碰撞时施加了较大的载荷的情况下，能够容易地从冷硬层较少的面断裂。
在上述方式中，也可以构成为，在上述第1安装部，设置有以供将上述第1安装部与上述搭载物连接的螺栓嵌合的方式构成的安装孔，上述冷硬层除去部以包围上述安装孔的外周的方式设置。
根据上述结构，能够减少刚度较低的安装孔周围的第1安装部的抗拉强度，因此在车辆的碰撞时施加了较大的载荷的情况下，能够使第1安装部更加容易地断裂。
本发明也能够以车辆用的压铸铝制托架以外的各种方式来实现。例如，能够以车辆用的安装构造等方式来实现。
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术以及工业意义，附图中相同的数字示出相同的部件。
附图说明
图1是表示燃料电池车辆的概略结构的说明图。
图2是表示前方安装部的概略结构的剖面示意图。
图3是表示后方安装部的概略结构的剖面示意图。
图4是表示后方托架的形态的说明图。
图5是表示投影时的冷硬层的面积的说明图。
图6是对后方安装部作用较大的下方向载荷的情况的说明图。
图7是对后方安装部作用较小的下方向载荷的情况的说明图。
图8是对后方安装部作用较小的上方向载荷的情况的说明图。
具体实施方式
A.第1实施方式
图1是表示搭载了第1实施方式中的车辆用压铸铝制托架的车辆10的概略结构的说明图。在图1中示出了相互垂直的3个方向X、Y、Z。X方向是车辆10的前后方向，Y方向是车辆10的宽度方向，Z方向是车辆10的上下方向。在其他图中也根据需要而图示出了这些方向。本实施方式的车辆10是燃料电池车辆。车辆10可以是汽油车，可以是柴油车，可以是混合动力车，也可以是电动汽车。
车辆10具备车身15、前轮FW、以及后轮RW。前轮FW以及后轮FW在左右分别各设有1个。车身15具备前室20、车室30、以及地板下部40。前室20、与车室30和地板下部40之间由仪表板DB划分。车室30与地板下部40之间由地板面板FP划分。
在前室20内，设置有包含作为燃料电池车辆的电力源的燃料电池110的燃料电池模块100。车室30成为供车辆10的驾驶员等搭乘的空间。在地板下部40，设置有存积了用于供给燃料电池110的发电的氢气的氢罐140。在左右的后轮RW之间设置有驱动用马达150。驱动用马达150从燃料电池110接受电力的供给，产生驱动力。由驱动用马达150产生的驱动力经由未图示的驱动轴向后轮RW传递，从而使车辆10驱动。此外，车辆10也可以是前轮驱动。驱动用马达150也可以构成为收容在后轮RW(或者前轮FW)中的轮内马达。
燃料电池模块100具备燃料电池110、电池组外壳120、以及支承框架130。燃料电池110与燃料电池110用的升压转换器等一同收容于箱状的电池组外壳120。对于电池组外壳120而言，其下表面由支承框架130支承。为了对收容有重量比较大的燃料电池110等的电池组外壳120进行支承，支承框架130的刚度较高。以使支承框架130的后端位于比支承框架130的前端靠下侧的方式，将支承框架130相对于水平方向倾斜地配置。
在支承框架130的前端附近设置有前方安装部200。支承框架130的前端由前方安装部200支承。在支承框架130的后端附近设置有后方安装部300。支承框架130的后端由后方安装部300支承。在后面对前方安装部200以及后方安装部300进行详细的叙述(参照图2以及图3)。
悬架构件160在前室20内分别设置于车辆10的左右。悬架构件160是构成车身15的一部分的部件。各个悬架构件160沿前后方向延伸。悬架构件160具有屈曲的形态，以使得悬架构件160的后端位于比悬架构件160的前端靠下侧的位置。在位于上侧的悬架构件160的前端附近，连接有前方安装部200，在位于下侧的悬架构件160的后端附近，连接有后方安装部300。
图2是表示本实施方式中的前方安装部200的概略结构的剖面示意图。车辆10具备一对前方安装部200，各个前方安装部200设置于车辆10的左侧和右侧。各个前方安装部200具备前方安装主体210与前方托架220。前方安装主体210的下侧与悬架构件160连接。前方安装主体210的上侧经由前方托架220与支承框架130连接。悬架构件160、前方安装主体210、前方托架220、支承框架130各自通过螺栓而连接。
前方安装主体210具备例如在钢、铝合金等金属制的壳体之中收容有橡胶等弹性部件的构造。也可以在弹性部件中封入有粘性流体。前方安装主体210具有经由前方托架220对支承框架130进行支承的功能，并且具有抑制振动从悬架构件160朝向支承框架130传递的功能。
前方托架220是用于将支承框架130与前方安装主体210连接的托架。前方托架220例如由钢、铝合金等金属形成。
图3是表示本实施方式中的后方安装部300的概略结构的剖面示意图。车辆10具备一对后方安装部300，各个后方安装部300设置于车辆10的左侧和右侧。各个后方安装部300具备后方安装主体310和后方托架320。后方安装主体310的下侧与悬架构件160连接。后方安装主体310的上侧经由后方托架320与支承框架130连接。悬架构件160、后方安装主体310、后方托架320、以及支承框架130各自通过螺栓而连接。
后方安装主体310具备例如在钢、铝合金等金属制的壳体之中收容有橡胶等弹性部件的构造。也可以在弹性部件中封入有粘性流体。后方安装主体310具有经由后方托架320对支承框架130进行支承的功能，并且具有抑制振动从悬架构件160朝向支承框架130传递的功能。
图4是表示本实施方式中的后方托架320的形态的立体图。在本实施方式中，车辆10中的分别设置于左右的后方托架320具有左右对称的形状。此外，车辆10中的分别设置于左右的后方托架320也可以不是左右对称的形状。在图4中，作为代表而示出了车辆10中的左侧的后方托架320。后方托架320是设置在搭载物与车辆构造体之间的压铸铝制的托架。在本说明书中，“搭载物”例如是指包含燃料电池模块100、驱动用马达150、其他的电子设备类在内的、搭载于车辆10的所有搭载物。在车辆10为汽油车等的情况下，作为搭载物当然还包含发动机、发动机辅机类。另外，“车辆构造体”例如是指包含车身15、底盘等在内的构成车辆10的所有构造体。
本实施方式中的后方托架320是用于将作为搭载物的燃料电池模块100的支承框架130、和作为车辆构造体的后方安装主体310连接的托架。本实施方式的后方托架320具备第1安装部321和第2安装部322。
第1安装部321具有与作为搭载物的燃料电池模块100的支承框架130连接的平板状的第1板状部位321P。在第1板状部位321P，形成有两个供用于与支承框架130连接的螺栓嵌合的第1安装孔327。第1安装孔327的数量可以是1个，也可以是3个以上。另外，在第1板状部位321P，在两个第1安装孔327之间，形成有减薄孔329。减薄孔329例如是设置用于实现后方托架320的轻型化、用于形成希望的剖面刚度的孔。在第1板状部位321P，也可以不形成减薄孔329。第1安装部321的上表面以沿着支承框架130的下表面的方式具有平坦的形态。
第2安装部322具有经由后方安装主体310与车身15的悬架构件160连接的平板状的第2板状部位322P。在第2板状部位322P，形成有供用于与后方安装主体310连接的螺栓嵌合的第2安装孔328。第2安装部322相对于第1安装部321设置于车辆10的宽度方向(Y方向)上的外侧。另外，第2安装部322相对于第1安装部321设置于下侧。第2安装部322的下表面具有沿着后方安装主体310的上表面的形态，该后方安装主体310以上表面朝向内侧的方式倾斜。因此，与支承框架130连接的左右一对后方托架320难以在左右一对后方安装主体310上产生朝向左右方向的位置偏移。
在第1安装部321与第2安装部322之间设置有主体部323。主体部323具有板状的形态。主体部323将第1安装部321支承于比第2安装部322靠上侧的位置。主体部323相对于铅直方向倾斜。主体部323的上端部和第1安装部321的车辆10的宽度方向(Y方向)上的外侧的端部相连。主体部323的下端部与第2安装部322的车辆10的宽度方向(Y方向)上的内侧的端部相连。因此，第1安装部321具有从主体部323的上端部朝向车辆10的宽度方向(Y方向)上的内侧突出的形状，第2安装部322具有从主体部323的下端部朝向车辆10的宽度方向(Y方向)上的外侧突出的形状。
在本实施方式的后方托架320，为了确保围绕与车辆10的前后方向(X方向)平行的轴的弯曲刚度，设置有将第1安装部321的下表面与主体部323连接的第1加强筋324a。第1加强筋324a具有板状的形态。第1加强筋324a设置于车辆10的前后方向(X方向)上的后方托架320的中央附近。另外，在后方托架320，设置有将第2安装部322的上表面与主体部323连接的第2加强筋324b和第3加强筋324c。第2加强筋324b以及第3加强筋324c具有板状的形态。第2加强筋324b设置于车辆10的前后方向(X方向)上的后方托架320的前侧端部。第3加强筋324c设置于车辆10的前后方向(X方向)上的后方托架320的后侧端部。
本实施方式的后方托架320中的第1板状部位321P、主体部323、第2板状部位322P、第1加强筋324a、第2加强筋324b、以及第3加强筋324c的板厚为10～15mm左右。另外，本实施方式的后方托架320的外表面除了后述的冷硬层除去部325之外由冷硬层覆盖。冷硬层是在压铸铝制品的制造过程中将熔融的铝合金注入至金属模时通过金属模快速冷却而在压铸铝制品的外表面形成有致密的组织的、与内部的层相比较硬的层。冷硬层的厚度取决于金属模温度等的制造条件，但为0.5mm左右。冷硬层与内部的层相比，抗拉强度、疲劳强度较高。
在本实施方式的后方托架320中，对于在连接了作为搭载物的燃料电池模块100的支承框架130时成为与支承框架130面对面的一侧的第1安装部321的表面(上表面)而言，具有露出了后方托架320的内部的材质的冷硬层除去部325。第1安装部321的下表面具有冷硬层。在本实施方式中，遍及第1安装部321的上表面的整个区域地设置有冷硬层除去部325。因此，以包围第1安装部321的上表面的第1安装孔327的外周的方式设置有冷硬层除去部325。本实施方式的冷硬层除去部325是通过使用铣床等对第1安装部321的上表面的冷硬层进行切削而形成的。对于是冷硬层还是冷硬层除去部325，能够通过维氏硬度试验(JISZ2244)比较各自的硬度来进行调查。这是因为冷硬层具有比冷硬层除去部325致密的组织，从而较硬。若将试验力设为10kgf(98N)，则冷硬层除去部325的维氏硬度为90HV～100HV，冷硬层的维氏硬度为120HV～130HV。即，冷硬层的维氏硬度是冷硬层除去部325的维氏硬度的1.20倍～1.44倍。
图5是表示将后方托架320的第1安装部321的上表面以及与第1安装部321的上表面相反的一侧的面(下侧的面)沿与第1安装部321的上表面垂直的方向投影(从与第1安装部321的上表面垂直的方向观察)时的冷硬层的面积的说明图。此外，在投影而成的第1安装部321的下侧的面，也包含形成在第1安装部321的下表面与主体部323之间的倒角部被投影而成的部分、第1加强筋324a被投影而成的部分。在本实施方式的后方托架320中，第1安装部321的上表面遍及整个区域地形成有冷硬层除去部325，因此不具有冷硬层。另一方面，第1安装部321的下侧的面遍及整个区域地形成有冷硬层。即，第1安装部321的下侧的面与第1安装部321的上表面相比，冷硬层的面积较大。另外，在将第1安装部321的上表面以及第1安装部321的下侧的面沿与第1安装部321的上表面垂直的方向投影时，与第1安装部321的上表面相比，第1安装部321的下侧的面的冷硬层的面积较大。
图6是相对于后方安装部300作用有向下的较大的载荷(例如，30kN左右)的情况的说明图。例如，在车辆10发生了正面碰撞时，后方安装部300因悬架构件160的变形而被朝下方向拉伸。在相对于后方安装部300作用有向下的载荷的情况下，后方托架320的第1安装部321在图6中以向上凸出的方式弯曲，因此在第1安装部321的上表面作用拉伸应力，在第1安装部321的下表面作用压缩应力。在被施加拉伸应力的第1安装部321的上表面，设置有抗拉强度比冷硬层小的冷硬层除去部325，在被施加压缩应力的第1安装部321的下表面设置有冷硬层，因此第1安装部321容易在冷硬层除去部325断裂。因此，本实施方式的后方托架320例如在车辆10发生了正面碰撞时，在包含第1安装孔327的截面(图6所示的希望断裂截面)处断裂。
图7是相对于后方安装部300作用有向下的较小的载荷(例如，1～3kN左右)的情况的说明图。图8是相对于后方安装部300作用有向上的较小的载荷(例如，1～3kN左右)的情况下的说明图。在车辆10的行驶中等通常时，因来自路面的突起、作用于燃料电池模块100的惯性，从而后方安装部300通过悬架构件160与支承框架130被反复沿上下方向拉伸、沿上下方向压缩。在相对于后方安装部300作用有向下的载荷的情况下，后方托架320的第1安装部321与上述的正面碰撞时相同地，在图7中以向上凸出的方式弯曲，因此在第1安装部321的上表面作用拉伸应力，在第1安装部321的下表面作用压缩应力。另一方面，在相对于后方安装部300作用有向上的载荷的情况下，后方托架320的第1安装部321与上述的正面碰撞时的变形相反地，在图8中以向下凸出的方式弯曲，因此在第1安装部321的上表面作用压缩应力，在第1安装部321的下表面作用拉伸应力。在第1安装部321的上表面，设置有抗拉强度、疲劳强度比冷硬层小的冷硬层除去部325，在第1安装部321的下表面设置有冷硬层。因此，与在第1安装部321的两面均设置有冷硬层除去部325的情况相比，抑制第1安装部321的抗拉强度、疲劳强度的降低。因此，对于本实施方式的后方托架320而言，与在第1安装部321的两面均设置有冷硬层除去部325的情况相比，不易因通常时作用的振动而断裂。
根据作为以上说明的本实施方式的车辆用的压铸铝制托架的后方托架320，既能够通过冷硬层来确保相对于在通常时施加的振动的强度，又能够在车辆10的碰撞时施加了较大的载荷的情况下容易从冷硬层除去部325断裂，因此能够实现设计上谋求的破坏模式。特别是，在本实施方式中，当车辆10发生了正面碰撞时，后方托架320的第1安装部321断裂，因此抑制前方安装部200与后方安装部300之间的悬架构件160因支承框架130的支撑而难以被压溃的情况。因此，能够抑制利用悬架构件160的变形实现的对于碰撞的能量吸收被阻碍的情况。
另外，在本实施方式中，在沿与第1安装部321的上表面垂直的方向投影时，与第1安装部321的上表面相比，第1安装部321的上表面的相反的一侧的面(下侧的面)的冷硬层的面积较大。因此，在车辆10的碰撞时对后方托架320施加了较大的载荷的情况下，能够容易地从冷硬层的面积较少的第1安装部321的上表面断裂。
另外，在本实施方式中，在刚度较低的第1安装孔327的周围，设置有抗拉强度较低的冷硬层除去部325。因此，在车辆10的碰撞时对后方托架320施加了较大的载荷时，能够使第1安装部321更加容易地断裂。
B.另一实施方式1
作为上述的实施方式中的车辆用的压铸铝制托架的后方托架320在第1安装部321的上表面具有冷硬层除去部325。与此相对地，在车辆用的压铸铝制托架中，也可以在第1安装部321的上表面的相反侧的面(下侧的面)的一部分具有冷硬层除去部325。即使在该情况下，也能够通过冷硬层而对后方托架320确保相对于在通常时施加的振动的强度，同时在车辆10的碰撞时对后方托架320施加有较大的载荷的情况下，能够使后方托架320容易地从冷硬层除去部325断裂。
C.另一实施方式2
在作为上述的实施方式中的车辆用的压铸铝制托架的后方托架320中，遍及第1安装部321的上表面的整个区域地设置有冷硬层除去部325。与此相对地，在车辆用的压铸铝制托架中，也可以不在第1安装部321的上表面的整个区域，而在第1安装部321的上表面的至少一部分具有冷硬层除去部325。即使在该情况下，在车辆10的碰撞时对后方托架320施加了较大的载荷的情况下，也能够使后方托架320容易地从冷硬层除去部325断裂。
D.另一实施方式3
在作为上述的实施方式中的车辆用的压铸铝制托架的后方托架320中，以包围第1安装部321的上表面的第1安装孔327的外周的方式设置有冷硬层除去部325。与此相对地，车辆用的压铸铝制托架也可以不以包围第1安装孔327的外周的方式设置冷硬层除去部325，只要在第1安装部321的上表面的至少一部分设置有冷硬层除去部325即可。即使在该情况下，在车辆10的碰撞时对后方托架320施加了较大的载荷的情况下，也能够使后方托架320容易地从冷硬层除去部325断裂。
E.另一实施方式4
在作为上述的实施方式中的车辆用的压铸铝制托架的后方托架320中，在第1安装部321与第2安装部322之间设置有主体部323。与此相对地，车辆用的压铸铝制托架也可以不在第1安装部321与第2安装部322之间设置主体部323，而使得第1安装部321与第2安装部322直接相连。
F.另一实施方式5
作为上述的实施方式中的车辆用的压铸铝制托架的后方托架320具有第1加强筋324a、第2加强筋324b、以及第3加强筋324c。与此相对地，车辆用的压铸铝制托架也可以不具有第1加强筋324a、第2加强筋324b以及第3加强筋324c。
本实施方式中的技术的特征能够适当地进行替换、组合。另外，也能够适当地删除。

Claims (4)

1.一种压铸铝制托架，在车辆中使用，被设置在搭载物与车辆构造体之间，其特征在于，包括：
第1安装部，以与所述搭载物连接的方式构成；和
第2安装部，以与所述车辆构造体连接的方式构成，
所述第1安装部的、在连接了所述搭载物时与所述搭载物面对面的第一面具有露出了所述托架的内部的层的冷硬层除去部，
所述第1安装部的、与所述第一面相反的一侧的第二面具有冷硬层，
所述冷硬层是通过金属模在压铸铝制托架的外表面形成的层，
所述冷硬层除去部是除去压铸铝制托架的外表面的冷硬层而使所述托架的内部的层露出的部分。
2.根据权利要求1所述的压铸铝制托架，其特征在于，
与所述第一面的冷硬层的面积相比，所述第二面的冷硬层的面积较大。
3.根据权利要求1所述的压铸铝制托架，其特征在于，
在从与所述第一面垂直的方向观察所述第一面以及所述第二面时，与所述第一面的冷硬层的面积相比，所述第二面的冷硬层的面积较大。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的压铸铝制托架，其特征在于，
在所述第1安装部设置有安装孔，将所述第1安装部与所述搭载物连接的螺栓与所述安装孔嵌合，
所述冷硬层除去部以包围所述安装孔的外周的方式设置。
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