CN111942473B - 一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：包括两根边梁，至少一根纵梁，以及至少两根中横梁；所述纵梁位于两根边梁之间，所述中横梁两端分别与边梁榫接，中部与纵梁榫接；所述边梁、纵梁以及中横梁均包括中部截面呈“工”字型的腹板，以及上下两端截面分别呈矩形的上方管、下方管；边梁、纵梁以及中横梁之间形成能够用于容纳蓄电池的电池舱。本发明采用多舱式蜂窝结构的车架，重量轻且又有相当高的强度和刚度，能够形成既能承载又能减重的双重功能。

Description

一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架

技术领域

本发明涉及车身部件技术领域，具体是一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架。

背景技术

蜂窝结构是借鉴自然蜂窝宏观特征，进行仿生设计的一种结构。如附图1所示，自然蜂窝是一种多孔形状、背对背对称排列组合而成的结构，试验表明，蜂窝结构可以分散承担来自各方的外力,使得蜂窝结构对挤压力的抵抗性好，重量轻且又有相当高的强度和刚度，能够形成既能承载又能减重的双重功能。

在国家大力推广新能源客车的今天，越来越多的汽车企业相继推出了电动客车产品。客车行驶过程中，车身主要承受沿汽车坐标系Z轴方向的弯曲载荷及绕X轴的扭转载荷，现有全铝车身底架，为两大梁穿插(榫卯)众多小横梁组成，形成众多四边形桁架结构，但是该种结构形式的底架刚度往往不足。

目前多数客车企业推出的电动客车将动力电池布置在车架中间或外侧，轮眉中间、座椅底下，电池包的安装空间有限，且安装在车架上方的电池包会乘客的乘坐空间，影响乘坐感受；另外传统的车架重量较重，加装动力电池后进一步增加整车重量，使得整车的电耗较高，续航里程缩短，产品没有明显优势。而轻量化电动客车作为一种新能源车，其动力来源于电池，为了保证车辆续航里程，满足使用需求，电池通常占据整车很大一部分重量。

因此，如何解决轻量化车架的强度和合理化空间布局问题，在电动客车的开发进程中显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有缺陷，本发明目的在于提供一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，采用多舱式蜂窝结构的车架，重量轻且又有相当高的强度和刚度，能够形成既能承载又能减重的双重功能。

本发明的技术方案如下：

一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，包括两根边梁、至少一根纵梁、以及至少两根中横梁；

所述边梁、纵梁以及中横梁均包括中部截面呈“工”字型的腹板，以及上下两端截面分别呈矩形的上方管、下方管；

所述中横梁的上方管设置有与纵梁上方管匹配的第一开槽，所述中横梁的腹板上沿第一开槽向下开设有与纵梁的腹板匹配的第一半槽；所述纵梁的下方管设置有与中横梁下方管匹配的第二开槽，所述纵梁的腹板上沿第二开槽向上开设有与中横梁的腹板匹配的第二半槽；所述中横梁与纵梁之间通过第一开槽、第一半槽、第二开槽以及第二半槽相互榫接；所述中横梁与纵梁榫接处通过第一角码接头固定；

所述中横梁两端的腹板分别伸出中横梁的上方管、下方管外，所述中横梁两端的腹板分别与两边梁的腹板“工”字型侧面凹陷处相互榫接；所述中横梁与边梁榫接处通过第二角码接头固定。

具体的，所述第一角码接头包括长角码、支撑柱以及长连接片；所述长角码两端分别与中横梁和纵梁的上方管交接处、中横梁和纵梁的下方管交接处分别连接；所述支撑柱垂直设置在长角码两边的外沿面上，其两端分别支撑在中横梁或纵梁的上方管与下方管之间；所述长连接片的两端分别与长角码的内角两侧连接。

具体的，所述第二角码接头包括短角码以及短连接片；所述短角码两端分别与中横梁、纵梁的上方管或下方管交接处连接；所述短连接片的两端分别与短角码的内角两侧连接。

具体的，所述边梁的腹板侧面上设置有第一开口，所述纵梁的薄腹板侧面上设置有与第一开口对应的第二开口，所述第一开口和第二开口均位于两根相邻的中横梁之间。

具体的，在两根相邻的中横梁之间还设置有短纵梁。

具体的，纵梁在两根相邻中横梁之间设置有弯折部。

具体的，还包括前横梁和后横梁，前横梁、后横梁与中横梁的结构相同，所述前横梁设置在车架前端，后横梁设置在车架后端。

具体的，还包括前轮眉和后轮眉，所述前轮眉焊接于前横梁与中横梁之间的边梁上，所述后轮眉焊接于中横梁与后横梁之间的边梁上。

具体的，所述边梁、纵梁以及中横梁的上方管上表面位于同一平面。

本发明的有益效果：

1、本发明的车身底架采用中横梁与纵梁开半槽形成半榫，在榫接处四周用连接头连接，同时中横梁与边梁形成T形榫，在榫接处两侧用连接头连接，车架整体形成一种仿蜂窝多腔三维受力结构，结构稳定性更好，同时车身底架整体构成一个箱式结构的车架，极大增强车架的抗扭、抗弯、横向刚度和纵向刚度；

2、本发明的中横梁与纵梁开口半榫可以形成一个完整的地板平台面，可以给铺设地板以及车身其他附件提供便捷的安装平台；

3、本发明的车身底架中横梁与纵梁采用开口榫、T形榫连接，宏观上形成“多腔(舱) 结构”，相比较传统的轻量化铝车身底架的整体扭转刚度更高、更轻，同时更易于制造。

4、本发明及其有效的利用了车体地板下部空间，能够设置多箱动力电池，使得动力电池总容量达到40度，与同级别车型相比，大大提高了纯电动客车的续航里程，极大的提高了市场竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是背景技术中蜂窝结构图；

图2是实施例1的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架结构示意图；

图3是实施例1的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架结构俯视图；

图4是本发明边梁、纵梁以及中横梁的截面结构示意图；

图5是本发明中横梁与纵梁榫接的爆炸结构示意图；

图6是本发明第一角码接头与中横梁、纵梁之间的连接结构示意图；

图7是本发明第一角码接头的结构示意图；

图8是本发明第二角码接头与中横梁、边梁之间的连接结构示意图；

图9是实施例2的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架的整体结构图；

图10是实施例2的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架的整体结构俯视图。

图中，1-左边梁，2-右边梁，3-第一纵梁，4-第二纵梁，5-第一中横梁，6-第二中横梁， 7-第三中横梁，8-第四中横梁，9-腹板，10-上方管，11-下方管，12-第一开槽，13-第一半槽，14-第二开槽，15-第二半槽，16-第一角码接头，17-第二角码接头，18-蓄电池，19-支架，20-第一开口，21-第二开口，22-长角码，23-支撑柱，24-长连接片，25-短角码，26- 短连接片，27-弯折部，28-短纵梁，29-前横梁，30-后横梁，31-前轮眉，32-后轮眉。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图2、3所示的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，包括左边梁1和右边梁2，以及左边梁1和右边梁2之间设置的第一纵梁3、第二纵梁4，以及设置在车身中部的第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8；左边梁1、右边梁2、第一纵梁3、第二纵梁4 沿车长方向设置，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8沿车宽方向设置；左边梁1和右边梁2的结构相同，第一纵梁3、第二纵梁4的结构相同，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的结构相同，布置中横梁和纵梁的数量也可以根据实际需要确定；

第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的左端分别与左边梁1榫接，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的右端分别与右边梁2榫接，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的中部又分别与第一纵梁3、第二纵梁4榫接；

参考图4所示，上述的边梁、纵梁以及中横梁均包括中部截面呈“工”字型的腹板9，以及上下两端截面分别呈矩形的上方管10、下方管11；将梁设计为薄腹型材不仅避免了大型冲压模具的需求，而且容易实现车架的变腹面高度及变车架宽度的结构设计，有益于满足车辆对车架总成不同部位宽度不同的设计要求；

如图5所示，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的上方管10设置有与第一纵梁3、第二纵梁4的上方管10匹配的第一开槽12，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的腹板9上沿第一开槽12向下开设有与第一纵梁3、第二纵梁4的腹板9匹配的第一半槽13；第一纵梁3、第二纵梁4的下方管11设置有与第一中横5梁、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的下方管11匹配的第二开槽14，第一纵梁3、第二纵梁4的腹板9上沿第二开槽14向上开设有与第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的腹板9匹配的第二半槽15；第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8与第一纵梁3、第二纵梁4之间分别通过第一开槽12、第一半槽 13、第二开槽14以及第二半槽15相互榫接；每根中横梁与每根纵梁榫接处通过四个第一角码接头16固定；

如图8所示，第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8的两端的腹板9分别伸出各自中横梁的上方管10、下方管11外，中横梁两端的腹板9分别与第一边梁1、第二边梁2的腹板9“工”字型侧面凹陷处相互榫接；每一根中横梁与每根边梁榫接处通过四个第二角码接头17固定。

本实施例通过采用四根中横梁与两根纵梁开半槽形成半榫连接，在榫接处四周用四个连接头连接，同时四根中横梁与两根边梁形成T形榫，在榫接处用四个连接头连接，车架整体形成一种仿蜂窝多腔三维受力结构，结构稳定性更好，同时车身底架整体构成一个箱式结构的车架，极大增强车架的抗扭、抗弯、横向刚度和纵向刚度；相比较传统的轻量化铝车身底架的整体扭转刚度更高、更轻，同时更易于制造；边梁、纵梁以及中横梁之间形成的蜂窝多腔能够用于容纳蓄电池的电池舱，有效的利用了车体地板下部空间，如图3所示，可以放置六个蓄电池18，蓄电池18通过吊装放置在边梁、纵梁以及中横梁之间形成的蜂窝多腔内，蓄电池18具有四个支架19，蓄电池的支架19可以安装在边梁、纵梁、中横梁的上方管10 或下方管11上，与同级别车型相比，大大提高了纯电动客车的续航里程，极大的提高了市场竞争力。因此，本车架整体重量轻且又有相当高的强度和刚度，能够形成既能承载又能减重的双重功能，达到本发明的目的。

实施例2

如图9、10所示的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，也包括左边梁1、右边梁2、第一纵梁3、第二纵梁4、第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8，该实施例与上一个实施例的区别在于，在左边梁1、右边梁2的腹板9面上设置有位置相对的第一开口20，在第一纵梁3、第二纵梁4的腹板9面上设置有与第一开口20对应的第二开口21，使得电池仓设置为抽拉式，蓄电池18可以从侧面放置，无需吊装即可进行快速的更换或检修维护，当完成更换或检修以后，电池随电池滑轨推入车辆电池舱中，同时锁闭舱门，即可启动车辆行驶，六组蓄电池18分别布置在第一中横梁5和第二中横梁6、第二中横梁6和第三中横梁7、第三中横梁7和第四中横梁8组之间。蓄电池18的位置一端穿过纵梁，一端位于边梁的内侧。其余部分与上一个实施例相同。

作为上述实施例的进一步优选方案，结合图6、7所示，在第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8分别与第一纵梁3、第二纵梁4的榫接处的四个角上设置有第一角码接头16，第一角码接头16的具体结构如图7所示，包括长角码22、支撑柱23以及长连接片24；长角码22的两端中横梁、纵梁的上方管10交接处、中横梁、纵梁的下方管11交接处分别连接；支撑柱23垂直设置在长角码22两侧的外沿面上，使得支撑柱23的顶端和底端分别支撑在中横梁或纵梁的上方管10与下方管11之间；长连接片24的两端分别与长角码 22的内角两侧连接，与长角码22形成稳定的三角形结构。

作为上述实施例的进一步优选方案，如图8所示，在第一中横梁5、第二中横梁6、第三中横梁7、第四中横梁8与左边梁1、右边梁2的榫接处设置有四个第二角码接头17，第二件角码接头17包括短角码25以及短连接片26；短角码25的两外表面分别与中横梁、纵梁的上方管10或下方管11交接处连接；短连接片26的两端分别与短角码25的内角两侧连接，与短角码25形成稳定的三角形结构。

作为上述实施例的进一步优选方案，如图9、10所示，第一纵梁3和/或第二纵梁4在两根相邻的中横梁之间还可以设置弯折部27，弯折部27可以加强车身个方向承受的扭转载荷，弯折部25部位可以与纵梁一体成型，也可以与纵梁分开成型后焊接在一起。

在一些实施例中，在两根相邻的中横梁之间还设置有短纵梁28，如图9、10所示，短纵梁28用于将蓄电池18固定在这些短纵梁28上，图10是安装在短纵梁28上的蓄电池18结构，该蓄电池18与安装在上方管10或下方管11上的蓄电池18不同之处是无需设置向外延伸的支架19。短纵梁28为方管或圆管型材，可以节省空间，减轻重量，短纵梁28可以是两根相邻的中横梁之间设置一条，也可以是一整条从第一中横梁5延伸至第四中横梁8，也可以根据实际情况两者结合布置。

在一些实施例中，车架还包括前横梁29、后横梁30、前轮眉31以及后轮眉32，前横梁 29设置在车架前端，后横梁30设置在车架后端，前轮眉31焊接于前横梁29与第一中横梁5 之间的左边梁1或右边梁2上，后轮眉32焊接于第四中横梁8与后横梁30之间的左边梁1或右边梁2上。

在一些实施例中，边梁、纵梁以及中横梁的上方管10上表面位于同一平面，形成一个完整的地板平台面，地板采用激光熔透焊接在平台面上，可以给铺设地板以及车身其他附件提供便捷的安装平台。

本说明书中针对“一些实施例”、或“上述实施例”等的参考指代的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构、或性质包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一些实施例中”、或“上述实施例”等在整个说明书中各地方的出现并非必须指代相同的实施例。此外，特定特征、结构、或性质可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。因此，结合一个实施例中所示出或描述的特定特征、结构或性质可以整体地或部分地与一个或多个其他实施例的特征、结构、或性质无限制地组合，只要该组合不是非逻辑性的或不能工作。另外，本申请附图中的各个元素仅仅为了示意说明，并非按比例绘制。

虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：包括两根边梁、至少一根纵梁、以及至少两根中横梁；

所述边梁、纵梁以及中横梁均包括中部截面呈“工”字型的腹板，以及上下两端截面分别呈矩形的上方管、下方管；

所述中横梁的上方管设置有与纵梁上方管匹配的第一开槽，所述中横梁的腹板上沿第一开槽向下开设有与纵梁的腹板匹配的第一半槽；所述纵梁的下方管设置有与中横梁下方管匹配的第二开槽，所述纵梁的腹板上沿第二开槽向上开设有与中横梁的腹板匹配的第二半槽；所述中横梁与纵梁之间通过第一开槽、第一半槽、第二开槽以及第二半槽相互榫接；所述中横梁与纵梁榫接处通过第一角码接头固定；

所述中横梁两端的腹板分别伸出中横梁的上方管、下方管外，所述中横梁两端的腹板分别与两边梁的腹板“工”字型侧面凹陷处相互榫接；所述中横梁与边梁榫接处通过第二角码接头固定。

2.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：所述第一角码接头包括长角码、支撑柱以及长连接片；所述长角码两端分别与中横梁和纵梁的上方管交接处、中横梁和纵梁的下方管交接处分别连接；所述支撑柱垂直设置在长角码两边的外沿面上，其两端分别支撑在中横梁或纵梁的上方管与下方管之间；所述长连接片的两端分别与长角码的内角两侧连接。

3.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：所述第二角码接头包括短角码以及短连接片；所述短角码两端分别与中横梁、纵梁的上方管或下方管交接处连接；所述短连接片的两端分别与短角码的内角两侧连接。

4.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：所述边梁的腹板侧面上设置有第一开口，所述纵梁的薄腹板侧面上设置有与第一开口对应的第二开口，所述第一开口和第二开口均位于两根相邻的中横梁之间。

5.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：在两根相邻的中横梁之间还设置有短纵梁。

6.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：纵梁在两根相邻中横梁之间设置有弯折部。

7.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：还包括前横梁和后横梁，前横梁、后横梁与中横梁的结构相同，所述前横梁设置在车架前端，后横梁设置在车架后端。

8.根据权利要求7所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：还包括前轮眉和后轮眉，所述前轮眉焊接于前横梁与中横梁之间的边梁上，所述后轮眉焊接于中横梁与后横梁之间的边梁上。

9.根据权利要求1所述的一种仿蜂窝结构拓扑的轻量化车架，其特征在于：所述边梁、纵梁以及中横梁的上方管上表面位于同一平面。

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