CN115009363A

CN115009363A - 车架、滑板式底盘以及电动汽车

Info

Publication number: CN115009363A
Application number: CN202210726129.5A
Authority: CN
Inventors: 龚刚; 苏亮; 黄生有; 占秀萍; 王蓉; 蔡鸿毅; 简福瀛; 罗斌
Original assignee: Xiamen King Long United Automotive Industry Co Ltd
Current assignee: Xiamen King Long United Automotive Industry Co Ltd
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2042-06-24
Also published as: CN115009363B

Abstract

本发明涉及车架、滑板式底盘以及电动汽车，车架包括包括固定连接的纵梁和横梁，所述纵梁包括第一空心管体和填充在第一空心管体内的第一填充体，所述第一填充体为多层嵌套结构，其中包括最外层的泡沫铝结构层，泡沫铝结构层之内设有一组合层，所述组合层是外层相比内层更为致密的多层结构，组合层之内设有雪花形管以及蜂窝芯体，横梁包括第二空心管体和填充在第二空心管体内的第二填充体，第二填充体为TPMS晶格结构。本发明所提供的车架具有优越的刚度、高效的吸能性和有效的抗弯能力，还具有良好的稳定性和轻量化特点，同时结构简单、安装方便、可持续性强。

Description

车架、滑板式底盘以及电动汽车

技术领域

本发明涉及车辆制造技术领域，具体涉及一种车架的改进。

背景技术

滑板式底盘，就是将电机、电池、电控、转向、制动、悬架等系统集成到一个独立底盘内而形成的高度集成的独立底盘；自从2002年美国通用汽车公司提出滑板式底盘概念车以来全球各地陆续涌现出了各式各样滑板式底盘；纵观各大新、老造车势力推出的滑板式底盘，大多具有底盘高度集成、非承载式车身、线控系统、分布式驱动、上下解耦这几个鲜明特点。其中非承载式车身这一特点有别于现今大多数乘用车；非承载式车身的车架一般由纵梁和横梁组成，其形式主要有边梁式和中梁式两种；其中中梁式车架通常是由一根位于中央而贯穿汽车全长的纵梁和若干根由铆接法或者焊接法的横梁组成。具有较大的前轮转向角，车轮的跳动空间和便于装用独立悬架等优点。与同吨位的汽车相比，其车架轻，整车质量小，质心较低，行驶稳定性好；然而，现有滑板式底盘车架强度较低、防撞效果不佳，且由于纵梁的长度尺寸较大，使得滑板式底盘的车架承载能力和抗机械冲击能力不能达到最优效果。

因此，在满足结构轻量化的前提下，为了提高汽车车架的承载能力及抗扭刚度，达到动力电池的安全工作和防护要求，设计出一种在承载能力以及防撞安全方面具有高校性能的新型滑板式底盘车架，具有十分重要的意义。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明提出一种结构优化的车架，还提出具有该车架的滑板式底盘以及电动汽车。

本发明采用如下技术方案实现：

本发明提出车架，包括纵梁，所述纵梁包括第一空心管体和填充在第一空心管体内的第一填充体，所述第一填充体为多层嵌套结构，其中包括一组合层，所述组合层是外层相比内层更为致密的多层结构。

其中，优选地，所述组合层包括同轴的第一圆管、第二圆管和第三圆管，第一圆管、第二圆管和第三圆管由外至内依次布置，第一圆管和第二圆管之间形成有第一夹层，第二圆管和第三圆管之间形成有第二夹层，在第一夹层和第二夹层中分别固定布置有数个小圆管，第一夹层中的数个小圆管和第二夹层中的数个小圆管均是沿圆周均匀布置，但第一夹层中的小圆管数量大于第二夹层中的小圆管数量，以使得作为外层的第一夹层相比作为内层的第二夹层更为致密。

其中，优选地，所述第一夹层中设有十二个小圆管，所述第二夹层中设有八个小圆管。

其中，优选地，所述小圆管为碳纤维管。

其中，优选地，所述第一圆管为40Cr调制钢圆管。

其中，优选地，所述第二圆管为HT200灰铸铁圆管。

其中，优选地，在所述第三圆管之内还嵌入设有雪花形管。

其中，优选地，所述雪花形管的截面形状是在六边形的每一个边均向外延伸出一个具有三个叉开尖端的三叉延伸部的形状，每个三叉延伸部的居中的一尖端和第三圆管内圆面相抵。

其中，优选地，在所述雪花形管内部填充有蜂窝芯体。

其中，优选地，所述第三圆管、雪花形管和蜂窝芯体都是铝合金材料制成的。

其中，优选地，所述第一填充体还包括最外层的泡沫铝结构层。

其中，优选地，还包括横梁，所述横梁和纵梁固定连接，所述横梁包括第二空心管体和填充在第二空心管体内的第二填充体。

其中，优选地，所述纵梁设有一支，所述横梁设有两支，两支横梁间隔的固定连接在所述纵梁上以形成“艹”字型结构。

其中，优选地，所述第一空心管体和第二空心管体均包括内层的铝合金层和外层的碳纤维层。

其中，优选地，所述第二填充体为TPMS晶格结构。

其中，优选地，所述第二填充体由IWP和FRD两种类型的晶格结构混合而成。

基于上述的车架，本发明还提出一种滑板式底盘，所述滑板式底盘包括如上所述的车架。

基于上述的滑板式底盘，本发明还提出一种电动汽车，所述电动汽车包括如上所述的滑板式底盘。

本发明具有以下有益效果：本发明所提供的车架具有优越的刚度、高效的吸能性和有效的抗弯能力，还具有良好的稳定性和轻量化特点，同时结构简单、安装方便、可持续性强。

附图说明

图1是实施例1中车架的示意图；

图2是实施例1中第一填充体的结构示意图；

图3是实施例1中第二填充体的结构示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1：

参阅图1所示，作为本发明的优选实施例，提供一种车架，包括纵梁1和横梁2，横梁2设有两支，两支横梁2间隔地和纵梁1固定连接以组成“艹”字型的车架结构。本实施例中纵梁1和横梁2是铆接以实现固定连接，在其他实施例中也可以采用焊接等其他固定连接手段。纵梁1包括第一空心管体和填充在第一空心管体内的第一填充体，横梁2包括第二空心管体和填充在第二空心管体内的第二填充体，第一空心管体和第二空心管体均包括内层的铝合金层400和外层的碳纤维层300，内层的铝合金层400和外层的碳纤维层300采用环氧树脂胶接固定。铝合金层强度比较大，塑性好，具有良好的耐压性能但抗拉性不足，而碳纤维层强度高且具有良好的抗拉能力，两者结合刚好可以优势互补，使纵梁1和横梁2都具有足够的结构强度。

接下来着重说明纵梁1和横梁2的填充体结构。如图2，纵梁1的第一填充体为多层嵌套结构，包括最外层的泡沫铝结构层101，该泡沫铝结构层101可以有效地抵消来自横向方向(横向即横梁2的延伸方向)的冲击，在其他实施例中，泡沫铝结构层101也可以被替换为碳纳米管增强泡沫铝、泡沫镍、泡沫铁铬铝等泡沫金属材料。泡沫铝结构层101之内设有一组合层，该组合层是外层相比内层更为致密的多层结构，本实施例中该组合层包括同轴的第一圆管102、第二圆管103和第三圆管104，第一圆管102、第二圆管103和第三圆管104由外至内依次布置，第一圆管102和第二圆管103之间形成有第一夹层，第二圆管103和第三圆管104之间形成有第二夹层，在第一夹层和第二夹层中分别固定布置有数个小圆管106，第一夹层中的数个小圆管106和第二夹层中的数个小圆管106均是沿圆周均匀布置，但第一夹层中的小圆管106数量大于第二夹层中的小圆管106数量，如在本实施例中，第一夹层设有沿圆周均匀布置的十二个小圆管106，第二夹层中设有沿圆周均匀布置的八个小圆管106，以使得相对处于外层的第一夹层相对致密，而相对处于内层的第二夹层相对疏松，使得该组合层具有很高的抗弯变形能力和良好的稳定性。小圆管106在第一夹层和第二夹层中布置的数量可以是其他的数量，比如在其他实施例中也可以是第一夹层中布置有八个小圆管106，第二夹层中布置有六个小圆管106，只要小圆管106在第一夹层和第二夹层中都是沿圆周均匀布置的且第一夹层中的小圆管106数量大于第二夹层中的小圆管106数量即可。

本实施例中优选该小圆管106是碳纤维管，碳纤维材料具备很好的抗拉性能和良好的稳定性，而且质量轻、应变能力强，在制造组合层时工艺灵活性更高。其他实施例中，小圆管106还可以是玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、玄武岩纤维复合材料等树脂基复合材料制成，或者是填充碳纳米管、石墨烯纳米颗粒等纳米增强材料制成。

本实施例中，第一圆管102为40Cr调制钢圆管，其具备很好的抗拉能力，弹性较高，能够提高纵梁1的抗变形能力。第二圆管103为HT200灰铸铁圆管，其能够承受较大的载荷，防止第二圆管103内外侧的碳纤维小圆管106发生位置移动。当然在其他实施例中第一圆管102和第二圆管103也可以采用其他的材料制成，如第一圆管102的材料还可以是40CrMo、45MnB、42SiMn等钢种，第二圆管103的材料还可以是6系铝合金，但本实施例采用40Cr调制钢和HT200灰铸铁具有更优的效果。

在第三圆管104之内还嵌入设有雪花形管105。雪花形管105是指其截面形状呈类似于雪花的形状，具体本实施例中该雪花形管105的截面形状是在六边形的每一个边均向外延伸出一个具有三个叉开尖端的三叉延伸部的形状，每个三叉延伸部的居中的一尖端和第三圆管104内圆面相抵。第三圆管104和雪花形管105的组合结构具有很高的能量吸收能力，可以有效地承受轴向载荷。在雪花形管105内部还填充有蜂窝芯体107，蜂窝芯体107是蜂窝状结构，以进一步加强纵梁1的吸能性能。本实施例中第三圆管104、雪花形管105和蜂窝芯体107都是铝合金制的，以在保证一定强度的基础上满足轻量化需求。在其他实施例中，第三圆管104、雪花形管105也可以是镁铝合金材料制成，蜂窝芯体107也可以是316L不锈钢或树脂基复合材料制成。

横梁2的第二填充体如图3所示，横梁2的第二填充体为TPMS晶格结构201，TPMS即triply periodic minimal surfaces，三重周期最小曲面，它由IWP和FRD两种类型的晶格结构混合而成，图中以标号202示出了TPMS晶格结构的单个混合晶胞，此TPMS晶格结构的曲面公式为：

0.8*4*(cos(2*pi/7.5*x)*cos(2*pi/7.5*y)*cos(2*pi/7.5*z))-0.8*(cos(2*pi/7.5*2*x)*cos(2*pi/7.5*2*y)+0.8*cos(2*pi/7.5*2*y)*cos(2*pi/7.5*2*z)+0.8*cos(2*pi/7.5*2*z)*cos(2*pi/7.5*2*x))+0.2*cos(2*pi/7.5*x)*cos(2*pi/7.5*y)+0.2*cos(2*pi/7.5*y)*cos(2*pi/7.5*z)+0.2*cos(2*pi/7.5*z)*cos(2*pi/7.5*x)+0.03

对于横梁2，其主要起到抗横向冲击和承载作用，这种新型的晶格结构可以在各个方向上满足其要求。IWP晶格结构，在受到冲击时，没有明显的初始峰值力，具备较高的稳定性能；FRD晶格结构，在载荷冲击下，具有很高的能量吸收能力，大大的降低冲击载荷的影响作用。这种新型的TPMS晶格结构同时具有IWP和FRD两种晶格结构的优势，在保证轻量化的前提下，具有很高的能量吸收性能和较高的稳定性能，当本实施例的车架用于电动汽车的滑板式底盘时，可以提高底盘的承载能力，还可以在碰撞发生时很好的保护滑板式底盘内电池的安全。

本实施例虽然以一种“艹”字型的车架结构对纵梁1和横梁2做出了具体说明，但显然本实施例所提供的纵梁1和横梁2在其他实施例中还可以组合其他形式的车架，如“丰”字型、“井”字型的车架都是可行的方案。

本实施例具有以下的优点：

1.优越的刚度、高效的吸能性和有效的抗弯能力。纵梁1和横梁2采用铝合金和碳纤维材料配合使用，研究表明，金属铝材压溃变形模式稳定，以折叠波层层溃缩，但整体吸能量低，且效率略低。而碳纤维复合纤维材料的碰撞吸能是钢或铝的4-5倍，非常适用于车身结构部件，而且纤维复合材料主要是靠撕裂变形来吸收能量，其变形可控性低，稳定性差。纵梁1和横梁2所采用的混合材料可以结合两者的优点，即一方面通过铝的良好延展性诱导纤维复合材料稳定变形来吸收更多能量，另一方面由于碳纤维密度小，强度高，新型混合材料能在一定程度提高整体结构的刚度，提高碰撞效率。纵梁1的填充结构包括最外层的泡沫铝结构层101和外层相比内层更为致密的组合层，使得这种新型纵梁的设计具备很高的抗轴向冲击载荷和抗弯曲变形能力，应用在底盘上时，对车辆底盘以及电池起到很好的保护作用。横梁2的填充结构是一种新型的TPMS晶格结构，具备FRD晶格结构的高效能量吸收性能。

2.具有良好的稳定性和轻量化特点。由铝合金和碳纤维材料制成的车架横、纵梁，其材质密度都较小，质量轻且抗拉性能强，具有轻量化的效果。纵梁的填充结构是由泡沫铝、薄壁圆管和蜂窝构成，这种结构的设计能大大减轻车身的重量，同时由于薄壁圆管采用的不同材料以及碳纤维管的疏密分布，使得纵梁具备很好的稳定性。横梁的填充结构具有IWP晶格结构的优点，使得在受到冲击时，具备较高的稳定性能，既能保证优异的吸能性，又可以弥补铝合金金属材料和碳纤维非金属材料的缺点。

3.结构简单、安装方便、可持续性强。本实施例提出的车架仅有一支纵梁两支横梁，安装方便。同时横、纵梁内层是铝合金管，外层是用环氧树脂胶接碳纤维构成，加工工序少，便于成型。横、纵梁材料采用铝合金板作为内层，碳纤维板作为外层，同时用环氧树脂胶接，铝合金具有良好的抗腐蚀性、抗氧化性好，耐久度高，能有效地提高本吸能装置的可持续使用性。

实施例2：

本实施例提出一种滑板式底盘，包括了实施例1中的车架，并具有同等结构相同的技术效果。

实施例3：

本实施例提出一种电动汽车，包括了实施例2中的滑板式底盘，并具有同等结构相同的技术效果。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均落入本发明的保护范围。

Claims

1.车架，包括纵梁，其特征在于：所述纵梁包括第一空心管体和填充在第一空心管体内的第一填充体，所述第一填充体为多层嵌套结构，其中包括一组合层，所述组合层是外层相比内层更为致密的多层结构。

2.根据权利要求1所述的车架，其特征在于：所述组合层包括同轴的第一圆管、第二圆管和第三圆管，第一圆管、第二圆管和第三圆管由外至内依次布置，第一圆管和第二圆管之间形成有第一夹层，第二圆管和第三圆管之间形成有第二夹层，在第一夹层和第二夹层中分别固定布置有数个小圆管，第一夹层中的数个小圆管和第二夹层中的数个小圆管均是沿圆周均匀布置，但第一夹层中的小圆管数量大于第二夹层中的小圆管数量，以使得作为外层的第一夹层相比作为内层的第二夹层更为致密。

3.根据权利要求2所述的车架，其特征在于：所述小圆管为碳纤维管，所述第一圆管为40Cr调制钢圆管，所述第二圆管为HT200灰铸铁圆管。

4.根据权利要求2所述的车架，其特征在于：在所述第三圆管之内还嵌入设有雪花形管，所述雪花形管的截面形状是在六边形的每一个边均向外延伸出一个具有三个叉开尖端的三叉延伸部的形状，每个三叉延伸部的居中的一尖端和第三圆管内圆面相抵。

5.根据权利要求4所述的车架，其特征在于：在所述雪花形管内部填充有蜂窝芯体。

6.根据权利要求5所述的车架，其特征在于：所述第三圆管、雪花形管和蜂窝芯体都是铝合金材料制成的。

7.根据权利要求1所述的车架，其特征在于：所述第一填充体还包括最外层的泡沫铝结构层。

8.根据权利要求1所述的车架，其特征在于：还包括横梁，所述横梁和纵梁固定连接，所述横梁包括第二空心管体和填充在第二空心管体内的第二填充体。

9.根据权利要求8所述的车架，其特征在于：所述第一空心管体和第二空心管体均包括内层的铝合金层和外层的碳纤维层。

10.根据权利要求8所述的车架，其特征在于：所述第二填充体是IWP和FRD两种类型的晶格结构混合而成的TPMS晶格结构。

11.滑板式底盘，其特征在于：所述滑板式底盘包括如权利要求1-10任一所述的车架。

12.电动汽车，其特征在于：所述电动汽车包括如权利要求11所述的滑板式底盘。