CN1874926B - 组合结构车架 - Google Patents

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Abstract

一种包括第一和第二车架部分的车架。第一车架部分具有多个支杆，这些支杆彼此相连，以形成第一框架。第二车架部分与第一车架部分以加强连接的方式相连，以显著提高第一车架部分的刚度。相连的第一和第二车架部分构造成支撑坐在车架上的骑乘者。相连的车架部分形成一个内腔，其尺寸用于容纳用于驱动车辆的驱动系统部件。相连的车架部分还包括用于支撑地连接车辆两个车轮的附件，布置在车架上的车座，及其它车辆附件和系统。

Description

组合结构车架
技术领域
本发明涉及一种车辆，更具体地涉及一种具有多个子组件的电动车辆车架。
发明背景
公知的小型摩托车通常包括一个用于支撑车辆部件和动力单元的管状车架。为了减轻个人交通对环境的影响，特别是在拥挤的城市中，电动小型摩托车得到了发展。电动小型摩托车通常由电池组提供动力。
美国专利US5613569说明了一种具有管状框架的小型摩托车，该管状框架通过将钢管部件焊接成一体的框架结构而形成。美国专利US4334589公开了一种具有壳形车架的摩托车车架，包括沿其外部边缘可分离地连接在一起的上半壳体和下半壳体。上半壳体包括一个用于容纳转向总成的转向管。该车采用了传统的汽油机。
美国专利US6047786说明了一种电动车辆，其车架具有上部和下部，每个部分都具有整体壁。这两个部分彼此相连，提供一个车架总成，该总成大大超过每一部分组装前的体积。
需要一种重量减轻，且结构简单的车架，其有利地可以易于进入封闭的内部。
发明概述
本发明涉及一种车架，例如小型摩托车、摩托车、四轮ATV，和其它车辆，特别是骑乘者坐在或骑跨在车架上的车辆。该车架的一个优选实施例包括一个具有多个支杆的第一车架部分，这些支杆彼此相连，以形成一个第一框架。第二车架部分与第一车架部分以加强连接的方式相连，以显著提高第一车架部分的刚度，并显著提高组装车架的总刚度。优选地，相连的第一和第二车架部分构造成支撑坐在其上的骑乘者，且相连的车架部分形成一个内腔，其尺寸适于容纳、封闭，且优选地大致隔离车辆部件或其部分部件。例如，容纳的部件可以包括用于驱动车辆的驱动系统。此外，在优选车架上还具有附件，用于连接支撑车架的两个车轮，且优选地与布置在车架上的车座，及诸如悬挂部件的其它附件相连。
在该实施例中，第一车架部分至少包括一个外壳部件，其在结构上与车架的支杆相连，以至少封闭部分，优选地大体封闭支杆间形成的整个开口，虽然可以具有诸如用于通气的孔。第一车架部分的外壳部件可以构造成并与车架连接成显著提高其强度，并可以包括多个与车架连接的外壳。此外，第一车架部分的外壳部件可以包括一个电池托盘，该托盘装在内腔内部中，并构造成支撑电池以向驱动系统提供动力。
电池托盘优选地与第一车架相连，以显著增大其刚度。第一和第二车架部分可以构造成当第一和第二车架部分分离时，允许从车架内部拆除电池托盘，例如通过抬起托盘，且有可能首先从车架上松开或分离托盘。在一个实施例中，支杆至少包括一个凹陷支架，构造成用于接合托盘的底部，以支撑和稳定电池组。
在优选车架中，一个或两个车架部分的多个支杆连接在一起以形成一个刚性框架。在一个优选实施例中，后支杆组铸造成单个的开口后壁，而形成框架剩余部分的其它支杆焊接到其上。优选的第二车架部分包括一个外壳部件，构造成显著增大车架的刚度。第二车架部分还可以包括多个与外壳部件相连的支杆，以显著加强外壳部件本身，且当第二车架部分与第一车架部分相连时，加强车架。在一个最优实施例中，第一车架部分的支杆可以由铝或其合金制成，而包括第二车架部分的外壳部件多个外壳，其可以由合成纤维加强材料制成。
第一车架部分可以是下部车架部分，其布置在作为上部车架部分的第二车架部分下方。可选择地，车架部分相对于彼此可以具有不同的布置，但可以维修或拆除容纳在车架内部的元件。车架内部优选地具有能够容纳车辆操作部分的容积，优选地至少约为1000in3，更优选地至少约为2500in3，最优选地至少约为3050in3。最优选地，容积至少约为6000in3，更优选地至少为5000in3。一个优选实施例具有大约为6-10英寸的宽度，大约为25-40英寸的长度，和大约为15-25英寸的高度。
优选地，下部车架部分包括一个头管，其构造成旋转地容纳装有车辆转向轮的转向管。对于用于小型摩托车的车架，例如，车架，优选地，上部车架部分可以形成一个踏板贯通部分，使得当骑乘者坐在车上时，无需将腿抬高到超过车架，即能够使腿从车架的一侧穿到另一侧。最优选地，与第一车架部分的纵向扭转刚度相比，相连的第一和第二车架部分纵向扭转刚度的增大系数处于1.2-10之间。
根据本发明构造的车辆的一个优选实施例包括优选车架，还包括一个至少支撑地安装在车架部分之一上的车座，多个支撑地与车架相连的车轮，一个容纳在车架内腔中的动力源，及一个与动力源和至少一个车轮相连的，用于驱动车辆的电动机。尽管其它实施例具有更多车轮，但该优选车辆是一个两轮或三轮车辆，从而包括多达三个车轮，可移动地支撑车辆。还优选地具有将车轮连接到车架上的悬挂系统，且可以至少包括一个摆臂，以支撑地连接车架和至少一个车轮。
附图简述
图1是一个根据本发明构造的车架优选实施例的侧视图；
图2是其透视图；
图3是其分解透视图；
图4和5分别是另一个车架实施例下部车架部分的分解透视图和侧视图；
图6是其下部车架部分略去外壳部件的后视透视图；
图7和8分别是本发明又一个实施例的透视图和分解透视图；
图9是由车轮和悬挂系统支撑的另一个车架实施例的侧视图；
图10是图8中车架实施例自身的透视图；
图11和12分别是其分解透视图和侧视图；
图13是一个侧视图，表示一个采用本发明车架实施例的组装小型摩托车。
优选实施例详细说明
参考图1-3，本发明的优选实施例是一个具有车架10的小型摩托车，该车架10包括上部和下部车架部分12，14。下部车架部分14包括多个支杆16，这些支杆彼此相连，形成一个框架。优选地，支杆16彼此焊接在一起，但可选择地，也可以用螺栓连接、粘接，或用其它方法结合或连接在一起，优选地形成一个刚性框架。
支杆可以由任何合适的材料制成，优选地由铝或其合金制成，例如压延6061-T6铝合金。延伸的铝支杆优选地为箱形延伸，例如具有矩形横截面。其它支杆可以是铸造的，且多个支杆可以构造成一体地。
优选的车架包括相对于小型摩托车纵向延伸的侧水平支杆18，且优选地位于靠近车架底部的底部部分附近。侧支杆18与前后横支杆20及前后垂直支杆22，24相连。前垂直支杆22连接在头管26的上端，头管26构造成旋转地容纳一个与转向车轮相连的转向管。后横支杆20优选地较宽并且弯曲成保护车架内部的底部后边缘。后垂直支杆24也可以通过另一个优选地布置在后垂直支杆24底端附近的水平后支杆连接。
该车架还包括上部侧支杆32，其优选地与后垂直支杆24的上端相连，并与前垂直支杆22的中间相连。上部侧支杆32优选地大致沿着其长度的中间具有一个弯曲，在该弯曲的后方或在该弯曲处，上部侧支杆32与垂直支杆24相连，其与下部侧支杆18的中间相连。此外，该优选实施例具有多个底部托架支杆36，优选地具有三个，其沿着车架的横向延伸，连接下部侧支杆18。底部托架支杆36构造成形成一个向上对着车架内部的凹陷区域，以提供一个支撑车架内部的托架。
如图4中所示，支杆16可以作为彼此焊接在一起的单独部件制造，或者多个支杆组件可以作为单一或整体部件制造，然后与剩余支杆相连。例如，在图4实施例中，后支杆20，24，28，30作为一体的矩形件38铸造，其也可以包括小型摩托车其它部分的附件和枢轴，例如一个或多个摆臂。此外，该图中的实施例具有另一个支杆，其是一个横向延伸的前肋板40，该前肋板40垂直焊接在前垂直支杆22中间，优选地靠近支杆22的弯曲处，支杆22在该弯曲处向上朝着头管26向着彼此弯曲。前下部支杆42在该实施例中也是一个肋板或连接带，焊接到底部侧管18的前方。
如图5中所示，翼梁覆板44，例如腹板，可以焊接成加强其它支杆对之间的接头，例如侧支杆32和垂直支杆22之间。在该实施例中，采用了一个单独的底部托架46，其沿着车架底部的大部分或全部长度延伸。
再参考图1-3，下部车架部分还包括外壳部件48，50。外壳部件48，50中的一个或多个在结构上与车架相连，且优选地直接与支杆16相连，以大大并显著地增大其刚度，尽管在一个替代实施例中，下部车架部分的外壳不在结构上加强。
优选的外壳部件48，50包括法兰52，法兰52优选地与外壳部件的面板成一定角度延伸，优选地大约成直角。法兰52构造并布置成紧靠着并按照车架一个或多个支杆16的形状延伸，例如侧支杆18，32的上侧。这些外壳部件优选地附在车架上，并与车架相连，其中外壳部件紧挨着车架，且最优选地沿着法兰52。法兰52可以在沿着车架长度的多个位置上螺栓连接或附上，且优选地通过其它合适方法连接，但优选地可以为了维修从其上拆除。外壳部件48形成一个电池盒，并包括前、后、底和侧部54-57。外壳部件和车架之间的结构连接也可以通过扣合或紧配合提供，例如电池托盘48和下部车架之间。优选地，沿着外壳部件48的侧部和底部56，57延伸的凹槽58构造成容纳底部托架36，以提供一个连接，以支撑从而进一步稳定外壳部件48，并将外壳部件48连接到车架上。
电池盒或托盘构造成容纳并支撑多个电池，优选地这些电池紧凑地叠放在车架中。在优选车架中，可以暴露车架内部的空间，以在车辆需要维修时，允许整个电池盒与电池一起被拆除和更换。
框架在支杆16之间形成开口61，其被外壳部件大部分或基本上完全封闭。优选地，至少开口的75％封闭，更优选地大约为90％。如图6中所示，中空内部120包含多组电池70，这些电池优选地包围在电池外壳中。虽然在一个实施例中整套电池可以制成整块，优选地具有三层电池外壳，每层具有四块电池外壳。电池彼此相连，并与控制器132相连，控制器132根据在诸如车辆节气门的控制装置上做出的驾驶员输入，控制流至电动机的电流。优选的控制器包括散热片134，散热片134优选地排列在垂直方向上，以沿着散热片134向上拉动气流，而控制器组件可以用于封闭后车架部件之间的后开口61。此外，一组与控制器相连的电容136也可以布置在车架后方散热片的附近。空气循环装置，例如风扇组件138，优选地布置在车架内部120的流体循环中，从而位于上部车架部分的车座支撑外壳部件下方，和电池70上方，从而按照所述，在车架内部120中循环空气，例如用于冷却或通风。如图所示，电池70优选地纵向排列，从而其具有较窄的横向轮廓。电池也可以在车架内部120中垂直地叠放。这样，优选车架中的电池不会横向突出超过踏脚122。外壳部件50包括侧板，构造成用于封闭车架内部空腔的侧面，就像外壳部件50封闭侧面或后面的前步、底部和下部，以保护电池，其可以是镍氢电池或其它合适并且最好是可充电的电池。在另一个实施例中，可以在车架中容纳不同的动力源，例如燃料电池，燃料箱，或多种动力源的结合，其可以包括电池。后外壳部分优选地连到车架的后部，以封闭后支杆20，24，28，30之间的间隙。组装车架及连接到车架上的部分优选地将电池和灵敏的电子部件或其它部件隔离在车架内部。
上部车架部分12包括结构外壳62，该外壳62包括整体的顶板62和侧板64，及用于与下部框架部分相连的法兰52。可以在上部外壳部件或其它外壳部件需要的地方提供一个检修门。优选地，上部车架部分12具有足够的硬度和刚度，以提供车座支撑，其构造成与车座相连，一个或多个骑乘者支撑在车座上。在上部车架部分12的前部中，形成一个凹陷的踏板贯通部分66，便于骑乘者登上摩托车或下车，并允许骑乘者的腿穿过踏板贯通部分66。从而形成踏板贯通部分66的上部外壳部件60的板凹陷在车架外侧，且当车架组装完时，优选地从车座支撑上部板62和头管26上延伸出来。
如图1中所示，可以在上部外壳部件60和下部车架部分14之间维持一个或多个间隙，例如在上部外壳部件60的顶部前边缘提供间隙68。这些间隙可以促进车架内部的通风。
更优选地，上部车架部分12和下部车架部分14的连接，使得上部车架部分12显著增大了下部车架部分14的刚度。上部和下部车架部分12和14的外壳部件可以用相同或不同的材料制造。外壳部件优选地由合成纤维增强材料制造，例如玻璃纤维、碳纤维，或其它承载材料。可选择地，外壳部件可以由铝或其它金属或其它能够受压或承受载荷，优选地为扭转框架载荷的材料制造。
参考图7和8，另一个车架实施例包括上部车架部分72，其沿着车架侧面垂直高度的2/3延伸。此外，下部车架部分74在底部水平支杆18上方不包括任何其它侧支杆。图9-12中的实施例也具有沿着车架侧面大部分垂直延伸的上部车架部分76。此外，上部车架部分76包括外壳部件78，其可以包括一个或多个分离部件，且其固定到纵向或垂直侧支杆80，82上。侧支杆80，82使上部车架部分的横向侧部变硬，并提供与下部车架部分84的连接。下部车架部分84优选地包括柄脚86，其构造成用于直接螺纹连接到上部车架部分76的侧支杆80，82端部上，以使上部和下部车架部分彼此提高刚度。
图9表示车架安装到悬挂组件88上，悬挂组件88将车架与支撑车架的车轮96，116相连。通过头管26可旋转地容纳转向管90，且转向管90与车把92相连，使骑乘者转动车辆，转向管90还与叉94相连，其可以包括减震器，叉94安装到车轮96上，其具有轮胎98。可以提供制动器100，其可以由制动杆102控制。
可以在车架上提供附加螺纹孔104或其它附加部件，以连接整流罩或其它车辆部件。安装托架106，108位于车架后部，优选地位于后垂直支杆24上，以支撑地与悬挂系统相连，其优选地包括一个或多个摆动臂110和减震器112。电动机114优选地安装一个摆动臂110中，且优选地与车轮116同轴，其由电动机114驱动，且其上装有轮胎118。在图示的组装中，车架包围并保护电池和其它布置在车架内部120中的部件，其还可以包括电子部件，例如用于车辆驱动和制动的控制器。制动器也可以布置在后轮116上。车架底部，包括外壳部件48，也提供保护，防止与道路碎片的撞击。一对踏脚122也焊接到车架上，例如下部纵向侧支杆18上，以支撑骑乘者的脚。
参考图13，表示车架10的一个优选实施例连接到整流罩，车身板和车辆的附件124上。向骑乘者提供节气门128，仪表，和控制器130，以操作和控制车辆的不同功能，并监测车辆的状态，例如电池充电情况。
优选实施例的上部车架部分优选地向车架的总刚度提供显著的贡献。图1-3中所示的有限实施例元件模型用于确定合成上部外壳部件60对车架的结构贡献，其中支杆由铝合金制成。模型限制在摆动臂枢轴106上，且力载荷作用在头管26的上部和下部转向头轴承上。100磅向右的载荷作用在下部轴承上，而100磅向左的载荷作用在上部轴承上。这些载荷在头管上总计为1100in-lb的力矩。首先仅对铝制下部框架进行分析，然后对具有附加电池盒48的框架进行分析，最后对连接有电池托盘48和上部车架部分的铝制框架进行分析。在该实施例中，电池托盘48和上部外壳部件60由五层0.010英寸的玻璃纤维/环氧树脂材料制成，总厚度为0.050英寸。
在该分析中，在铝制框架自身中测量到0.537°的偏移。铝制框架与玻璃纤维电池托盘组合后，测量到0.265°的偏移。最后，铝制框架组合了电池托盘和上部车架部分后，测量到0.0863°的偏移。此外，可以确定，与仅有下部车架部分自身的扭转刚度相比，该实施例的上部车架部分使车架的扭转刚度增大了大约3倍。
在优选实施例中，当其与下部车架部分相连时，上部车架部分增大车架的刚度，且优选地是扭转刚度，而不是优选地围绕从前向后延伸的实际纵向轴线。与单独下部车架部分的扭转刚度相比，车架的扭转刚度优选地至少增大了大约1.2倍，更优选地至少增大了大约1.5倍，更优选地至少增大了大约2.0倍，更优选地至少增大了大约2.5倍。最优选地，由上部车架部分提供的扭转刚度的增加大约少10倍，更优选地，大约少6倍。
在特定实施例中，车架的弯曲刚度也可以大体上由组合的上部车架部分提高。在一个替代实施例中，上部车架部分可以包括支杆的刚性框架，其优选地由外壳部件加强扭转刚度。
优选车架的总构造包括完全水平，且上表面优选地为平面的上部车架部分，车座连接并支撑在上表面上。踏板贯通和车架提供成使得包括整流罩的完整踏板贯通和组装的小型摩托车的重量比车座位于踏脚上方时的重量少大约75％。优选的后部和前部垂直支杆分别向后上方和前上方倾斜，且头管向后下方倾斜。此外，上部侧支杆的后部向着车架后部向上倾斜，而且前部大致水平。包括踏脚在内的车架内部优选宽度优选地至少为4英寸，更优选地至少为6英寸，最优选地大约为10英寸，在踏板贯通处更优选地最多大约为9英寸。装有整流罩时，优选宽度大约为7英寸，而在骑乘者坐着或其腿部放置的踏板贯通处优选地最多大约为12英寸。由于优选的电池布置和车架内部的上部杆将电池向车架后部布置，因此前部垂直支杆也优选地构造成在车架顶部比在车架底部具有更窄的宽度。
上面说明的实施例用于小型摩托车。虽然优选地用于具有三个或更少轮子的车辆，但在其它实施例中，该车架可以用于摩托车，三轮车辆，甚至四轮车辆。此外，该车架实施例优选地使骑乘者坐在车架的顶部，骑乘在其侧面。
尽管这里公开了本发明的示例性实施例，但可以理解，本领域的普通技术人员可以想出无数种修改和其它实施例。因此，应当理解下面的权利要求将覆盖所有这些反映本发明的实质和落入本发明的范围内的修改和实施例。

Claims (16)

1.一种车架，包括：
一个第一车架部分，其具有第一车架部分刚度，所述第一车架部分构造成与至少一个车轮连接；
一个第二车架部分，其具有第二车架部分刚度，所述第二车架部分构造成支承骑乘者的车座，第二车架部分可分离地与第一车架部分以加强连接的方式连接，以配合提供一组装的车架，其车架刚度分别显著地大于第一和第二刚度；
其中，组装的车架被构造成使第二车架部分由第一车架部分支承；
组装车架的第一和第二车架部分配合地：
形成和基本上封闭一个内腔，其尺寸可容纳电源，以对驱动系统提供驱动能量，以驱动车辆，以及
包括具有一组支承支杆的支杆框架，该支杆各有第一和第二端部，其各与另一支杆的至少一个端部相连，从而使框架提供骑乘者在车轮上的主要支承部分；
支杆布置在第一和第二侧支杆组中，其设置在并形成了内腔的相对的横向两侧。
2.如权利要求1所述的车架，其特征在于：各侧支杆组包括上支杆和下支杆，其一个设置在另一个之上，并沿第一和第二侧大致纵向延伸。
3.如权利要求2所述的车架，其特征在于：组装的车架被构造成支承在第一车轮和第二车轮上，其从第一车轮设置在车架的纵向两侧，从而使上支杆被压缩，第二车架部分在内腔上延伸并跨越内腔，并构造成与上支杆相连，以显著增加其刚度。
4.如权利要求2所述的车架，其特征在于：上支杆沿内腔上半部设置，下支杆沿内腔下半部设置。
5.如权利要求1所述的车架，其特征在于：第一和第二侧支杆组通过其他的支杆相互连接，该其他的支杆大致横向延伸，并设置在且限定空腔的至少纵向一侧。
6.如权利要求1所述的车架，其特征在于：第一车架部分包括支杆框架。
7.如权利要求1所述的车架，其特征在于：第一车架部分包括框架的一些支杆，第二车架部分形成框架的其他支杆，其中，至少一些第一车架部分支杆的端部连接于组装车架的第二车架部分至少一些支杆的端部。
8.如权利要求1所述的车架，其特征在于：组装的车架包括一组结构外壳部件，其在结构上连接于多个不同的支杆，以显著地增加其扭转刚度，并封闭在多个支杆之间形成的开口的至少一部分。
9.如权利要求8所述的车架，其特征在于：第一车架部分的外壳部件包括一位于内腔中的电池托盘，其构造成支承足够大的电池，以对驱动系统提供驱动能量，电池托盘与第一框架相连，以显著地加强第一框架，
第一和第二车架部分连接于组装的车架中，使第二车架部分与第一车架部分分离，以允许接近电池托盘中的电池。
10.如权利要求1所述的车架，其特征在于：一组支杆在第一和第二端部相互焊接。
11.如权利要求1所述的车架，其特征在于：在组装的车架中，第一车架部分是布置在第二车架部分下方的下部车架部分，第二车架部分是上部车架部分，其中，第一车轮是后车轮，第一车架部分被构造成连接前车轮，以支承第二车架部分，并在前车轮和后车轮上支承骑乘者。
12.如权利要求11所述的车架，其特征在于：第一车架包括前和后连接部分，其被分别构形以安装前和后车轮；
其中在前和后连接部分之间测量，在组装的车架中的第二车架部分增加了第一车架部分的1.2-10倍之间的扭转刚度。
13.如权利要求1所述的车架，其特征在于：内腔具有至少15英寸的高度，至少6英寸的宽度，和至少25英寸的长度。
14.如权利要求1所述的车架，其特征在于：组装车架的第一和第二车架部分相配合，基本上封闭内腔的至少顶部、底部、前部和侧边。
15.一种电动车辆，包括：
权利要求12中的车架；
一个支承安装在第二车架部分上的车座；
通过连接部分被支承连接于组装车架的车轮；
容纳在内腔中的动力源；以及
与动力源相连并由动力源供电的电动机，其连接于至少一个车轮，以驱动车辆。
16.如权利要求15所述的车辆，其特征在于：车轮包括高达三个车轮。
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