EA004829B1 - Несущая конструкция легкового автомобиля - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к автомобилестроению. Технический эффект настоящего изобретения заключается в создании такой несущей конструкции легкового автомобиля, конструктивное выполнение которой позволило повысить ее несущую способность, жесткость и прочность, что дало возможность использовать ее в трансформируемых легковых автомобилях. Предлагаемая несущая конструкция легкового автомобиля содержит кузов, в котором образованы моторный отсек, кабина, грузопассажирский отсек и который имеет скрепленные между собой панели, выполненные из полимерного композиционного материала, образующие обшивку кузова, и каркас, имеющий переднюю, среднюю и заднюю части, образованные продольными, поперечными и вертикальными элементами. Грузопассажирский отсек имеет съемный модуль, выполненный с возможностью его замены или изъятия без нарушения функционирования автомобиля, а каркас дополнительно содержит каркас крыши и лобового стекла, продольные, вертикальные, наклонные и ступенеобразные усилительные элементы, закрепленные на разных уровнях передней, средней и задней частей каркаса, при этом одна часть панелей обшивки закреплена на каркасе клеевым соединением и образует в местах соединения с элементами каркаса дополнительные усилительные элементы, а другая часть панелей закреплена на каркасе разъемным соединением и имеет с внутренней стороны усилительную часть, выполненную с ребрами жесткости.

Description

Настоящее изобретение относится к автомобилестроению, в частности к несущей конструкции легкового автомобиля.

В последние годы во всем мире возрастает потребность в малогабаритных легковых автомобилях, которые могут быть легко преобразованы из одной модификации в другую без ухудшения при этом комфортабельности автомобиля и его прочностных характеристик.

Несущие конструкции данных автомобилей могут быть выполнены на основе панельнокаркасного принципа.

В большинстве случаев данные несущие конструкции содержат каркас, на котором устанавливаются элементы обшивки кузова, как правило, выполненные из пластиковых материалов и закрепленные на каркасе при помощи разъемных соединений.

Несмотря на достигаемые при изготовлении таких несущих конструкций преимущества по сравнению с несущими конструкциями, изготовленными из металла, такие как меньшие капиталовложения в технологическую оснастку, высокая коррозионная стойкость и более высокая теплоизоляция, такие несущие конструкции обладают также определенными недостатками, к которым относятся их невысокая несущая способность, недостаточные жесткость и прочность.

Локально соединенные с помощью разъемных соединений элементы каркаса, а также неметаллические элементы обшивки кузова существующих несущих конструкций не способны воспринять в полной мере возникающие нагрузки из-за концентрации напряжений в зоне соединений их с металлическими элементами, что значительно снижает их несущую способность.

При этом в некоторых вариантах несущих конструкций их кузов выполняют составным из различных модулей, выполненных с возможностью установки, изъятия или замены модулей и трансформации кузова из пассажирского варианта в грузопассажирский вариант.

В этих конструкциях особенно важно обеспечить высокую несущую способность, а также достаточную жесткость и прочность, так как эти несущие конструкции должны выдерживать дополнительные нагрузки, связанные с перевозкой грузов.

Известна несущая конструкция легкового автомобиля, описанная в заявке Великобритании № 2 116126, класс Β26Ό 29/04, 1983 г., которая содержит каркас с закрепленным на нем кузовом, в котором размещены моторный отсек, кабина и грузопассажирский отсек. Кузов имеет скрепленные между собой панели, выполненные из полимерного композиционного материала, например пластмассы, образующие его обшивку. Каркас содержит лонжероны, соединенные между собой поперечными элементами, при этом панели обшивки кузова соединены с кар касом разъемными фланцевыми соединениями, а фланцы расположены на разных уровнях.

К недостаткам данной несущей конструкции легкового автомобиля следует отнести ее невысокую несущую способность, поскольку через локальные фланцевые соединения пластмассовых панелей с каркасом, а также через разъемные соединения элементов каркаса невозможно добиться передачи значительной нагрузки.

Кроме того, выполнение фланцев каркаса на различной высоте требует значительной точности изготовления и совмещения элементов обшивки, прикрепляемых к фланцам, что удорожает производство.

Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому эффекту к настоящему изобретению является несущая конструкция легкового автомобиля, описанная в патенте РФ № 2 093403, класс Β62Ό 29/04, 1997 г., и выбранная в качестве прототипа.

Несущая конструкция данного легкового автомобиля содержит кузов, в котором размещены моторный отсек, кабина, грузопассажирский отсек и который имеет скрепленные между собой панели, выполненные из полимерного композиционного материала, образующие обшивку автомобиля, и каркас, имеющий переднюю, среднюю и заднюю части, образованные лонжеронами, а также продольными, поперечными и вертикальными элементами, включающими по меньшей мере две пары расположенных по ширине соответствующего проема двери стоек, из которых стойки каждой пары в нижней части соединены продольным порогообразующим элементом, а стойки разных пар в нижней части соединены поперечным элементом.

Данная несущая конструкция имеет небольшую массу, невысокую стоимость, однако, жесткость и прочность описанной выше несущей конструкции недостаточны для надежного функционирования легкового автомобиля, так как, в первую очередь, при продольном ударе лонжероны, на основе которых выполнен каркас данной конструкции, поглощая энергию удара, необратимо деформируются даже при незначительных ударах.

Каркас данной несущей конструкции содержит продольные и поперечные элементы, расположенные на одном уровне, что не обеспечивает равномерного распределения нагрузки, передаваемой от каркаса на панели обшивки кузова, а поверхность соединения каркаса с панелями обшивки кузова недостаточна для передачи значительных нагрузок от каркаса на панели обшивки кузова, что не позволяет частично разгрузить каркас за счет увеличения нагрузки на панели обшивки и обеспечить достаточную несущую способность и прочность.

Кроме того, отсутствие в данной несущей конструкции каркаса крыши приводит к тому, что стойки средней части кузова не имеют достаточно жесткой связи друг с другом, так как они связаны только тонкой панелью крыши, в результате чего не может быть обеспечена жесткая конструктивная связь элементов обшивки кузова с элементами каркаса.

Практически все элементы каркаса и обшивки кузова в несущей конструкции по прототипу соединены между собой при помощи разъемных фланцевых соединений, что снижает жесткость конструкции и ее несущую способность, так как разъемные соединения не способны воспринимать в полной мере возникающие нагрузки из-за концентрации напряжений в зоне соединений.

Таким образом, все вышеперечисленные недостатки не позволяют с высокой надежностью использовать данную несущую конструкцию в легковых автомобилях, в частности в трансформируемых грузопассажирских автомобилях, в которых задняя часть каркаса должна выполняться с повышенной жесткостью и надежностью, чтобы выдерживать дополнительные нагрузки, возникающие при перевозке груза в грузопассажирском отсеке.

В основу заявленного изобретения поставлена задача создать несущую конструкцию легкового автомобиля, конструктивное выполнение которой позволило бы повысить ее несущую способность, жесткость и прочность, что дало бы возможность использовать ее в трансформируемых легковых автомобилях.

Поставленная задача решена созданием несущей конструкции легкового автомобиля, содержащей кузов, в котором образованы моторный отсек, кабина, грузопассажирский отсек и который имеет скрепленные между собой панели, выполненные из полимерного композиционного материала, образующие обшивку кузова, и каркас, имеющий переднюю, среднюю и заднюю части, образованные продольными, поперечными и вертикальными элементами, включающими по меньшей мере две пары расположенных по ширине соответствующего проема двери стоек, из которых стойки каждой пары в нижней части соединены продольным порогообразующим элементом, а стойки разных пар в нижней части соединены поперечными элементами, в которой согласно изобретению грузопассажирский отсек имеет съемный модуль, выполненный с возможностью его замены или изъятия без нарушения функционирования автомобиля, а каркас дополнительно содержит продольные, поперечные и наклонные элементы, образующие каркас крыши и лобового стекла, и продольные, вертикальные и наклонные усилительные элементы, закрепленные на разных уровнях передней, средней и задней частей каркаса, а также ступенеобразные усилительные элементы, закрепленные на разных уровнях в нижней половине задней части каркаса, все элементы которого соединены между собой сварным соединением, причем верхние концы задних стоек каждой пары средней части до полнительно соединены между собой первым поперечным элементом каркаса крыши, наклонные элементы которого с одной стороны закреплены на верхних концах передних стоек каждой пары средней части, а с другой стороны соединены вторым поперечным элементом каркаса крыши, который соединен с первым поперечным элементом каркаса крыши его двумя продольными элементами, при этом одна часть панелей обшивки закреплена на каркасе клеевым соединением и образует в местах соединения с элементами каркаса дополнительные усилительные элементы, а другая часть панелей закреплена на каркасе разъемным соединением и имеет с внутренней стороны усилительную часть, выполненную с ребрами жесткости.

Таким образом, в несущей конструкции легкового автомобиля обеспечено значительное повышение ее жесткости за счет введения каркаса крыши, обеспечивающего жесткую связь между стойками средней части, за счет введения усилительных наклонных, вертикальных, поперечных элементов, закрепленных на разных уровнях каркаса, а также за счет образования в местах склеивания пластиковых панелей обшивки с элементами каркаса и между собой дополнительных усилительных элементов в виде клеевых швов.

Кроме того, увеличение жесткости несущей конструкции обеспечивается также за счет того, что все элементы каркаса соединены между собой сварочными швами, а множество пластиковых панелей обшивки кузова выполнены с усилительной частью, на которой расположены ребра жесткости.

Выполнение грузопассажирского отсека кузова несущей конструкции со съемным модулем позволяет осуществлять трансформацию кузова несущей конструкции за счет замены или изъятия съемного модуля, что значительно расширяет функциональные возможности несущей конструкции без нарушения надежного функционирования автомобиля.

Кроме того, в задней части каркаса на нескольких уровнях расположены продольные, поперечные и наклонные усилительные элементы, обеспечивающие дополнительную жесткость задней части каркаса, особенно необходимую для трансформации несущей конструкции в грузопассажирскую модификацию.

Предпочтительно, чтобы в несущей конструкции легкового автомобиля все элементы каркаса, кроме элементов, образующих каркас крыши, представляли собой металлические трубчатые элементы прямоугольного сечения.

Целесообразно, чтобы в несущей конструкции легкового автомобиля все элементы каркаса крыши представляли собой металлические трубчатые элементы круглого сечения.

Такое выполнение элементов каркаса увеличивает поверхность склеивания каркаса с панелями обшивки.

Желательно, чтобы в несущей конструкции легкового автомобиля множество панелей, закрепленных на каркасе клеевым соединением, включали крышу, две боковины, два передних крыла и пол.

Предпочтительно, чтобы в несущей конструкции легкового автомобиля множество панелей, закрепленных на каркасе разъемным соединением, включали капот, передний и задний бамперы, две боковые двери, задний откидной борт, съемный модуль и перегородку, размещенную между средней и задней частями.

Целесообразно, чтобы в несущей конструкции легкового автомобиля съемный модуль был выполнен цельнонесущим и имел форму колпака, крыша и боковые стенки которого представляют собой единую П-образную панель, выполненную из полимерного композиционного материала, с которой соединена шарнирным соединением задняя дверь.

Желательно, чтобы в несущей конструкции легкового автомобиля съемный модуль имел модификацию, выбранную из группы «универсал», «фургон»,«хетчбек».

Выполнение нескольких съемных модулей различных модификаций позволяет получить кузова различных модификаций, заменяя один модуль на другой, что значительно расширяет функциональные возможности данной несущей конструкции.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в том, что значительно повышены несущая способность, жесткость и прочность за счет наличия дополнительных усилительных элементов в местах склеивания элементов каркаса с панелями обшивки, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки между элементами каркаса и панелями обшивки кузова.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведен конкретный пример его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, где фиг. 1 изображает несущую конструкцию легкового автомобиля со съемным модулем в виде модификации «универсал», выполненную согласно изобретению, общий вид, изометрия;

фиг. 2 - легковой автомобиль с несущей конструкцией без съемного модуля, с трансформированным сидением в задней части, выполненный согласно изобретению, общий вид, изометрия;

фиг. 3 - легковой автомобиль с несущей конструкцией со съемным модулем «универсал», выполненный согласно изобретению, общий вид, изометрия;

фиг. 4 - съемный модуль модификации «универсал», выполненный согласно изобретению, общий вид, изометрия;

фиг. 5 - съемный модуль, выполненный в виде модификации «фургон» с перегородкой, выполненный согласно изобретению, общий вид, изометрия;

фиг. 6 - съемный модуль, выполненный в виде модификации «хетчбек», выполненный согласно изобретению, общий вид, изометрия;

фиг. 7 - сечение УП-УЛ на фиг. 3; фиг. 8 - сечение У111-У111 на фиг. 3;

фиг. 9 - панель колпака съемного модуля, выполненная согласно изобретению, общий вид, изометрия.

Несущая конструкция 1 легкового автомобиля содержит кузов 2, в котором размещены моторный отсек 3, кабина 4 и грузопассажирский отсек 5. Кузов 2 выполнен из скрепленных между собой панелей 6, выполненных из полимерного композиционного материала и образующих обшивку кузова 2, который смонтирован на каркасе 7, имеющем переднюю часть 8, среднюю часть 9 и заднюю часть 10.

Указанные части 8, 9, 10 образованы продольными элементами 11, поперечными элементами 12 и вертикальными элементами 13, включающими по меньшей мере две пары расположенных по ширине соответствующего проема двери стоек 14. Стойки 14 каждой пары в нижней части соединены продольным порогообразующим элементом 15, а стойки разных пар в нижней части соединены поперечными элементами 12.

Грузопассажирский отсек 5 имеет съемный модуль 16, выполненный с возможностью его замены или изъятия без нарушения функционирования автомобиля. Каркас 7 дополнительно содержит продольные элементы 17, поперечные элементы 18 и наклонные элементы 19, образующие каркас крыши 20 и лобового стекла. Кроме того, каркас 7 дополнительно содержит усилительные продольные элементы 21, вертикальные элементы 22, наклонные элементы 23, закрепленные на разных уровнях каркаса 7, причем верхние части 24 задних стоек 14 каждой пары дополнительно соединены поперечным элементом 18 каркаса крыши 20, наклонные элементы 19 которого закреплены на верхних концах передних стоек 14 каждой пары, при этом все элементы 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 21, 22, 23 каркаса 7 соединены между собой сварным соединением.

Как было описано выше, обшивка автомобиля содержит множество панелей 6, закрепленных на каркасе клеевым соединением и образующих в местах соединения дополнительные усилительные элементы 25.

Съемный модуль 16 выполнен цельнонесущим и имеет форму колпака 26, крыша и боковые стенки которого представляют собой единую П-образную панель, выполненную из полимерного композиционного материала, с которой соединена шарнирным соединением задняя дверь 27, которая может быть выполнена с задним окном 28.

Съемный модуль 16 может иметь множество различных кузовных модификаций, например «универсал» (фиг. 4), «фургон» (фиг. 5),

Ί «хетчбек» (фиг. 6), при установке которых получают различные модификации кузовов несущей конструкции.

Панель колпака 26, имеющая П-образную форму, имеет усилительную часть 29, которая может быть выполнена с ребрами жесткости 30.

Аналогичным образом, с усилительной частью и ребрами жесткости могут быть выполнены и любые другие панели 6 каркаса 7.

При изъятии съемного модуля 16 получают несущую конструкцию с кузовом модификации «ландо», а при трансформации сидения 32 из грузопассажирского отсека и последующей установке между кабиной 4 и грузопассажирским отсеком 5 перегородки 31 получают несущую конструкцию с кузовом модификации «пикап».

Перегородка 31 может быть выполнена из полимерного композиционного материала и иметь со стороны кабины усилительную часть, а в верхней половине окно 33. Перегородку 31 также устанавливают вместе со съемным модулем 16 модификации «фургон» (фиг. 5). Перегородка 31 разделяет кабину 4 и грузопассажирский отсек 5 в грузовых модификациях выполнения несущей конструкции «пикап» и «фургон» и предотвращает возможность попадания перевозимых грузов в кабину 4, что улучшает комфортность перевозки.

Все элементы каркаса 7 несущей конструкции 1 легкового автомобиля, кроме элементов, образующих каркас крыши 20, представляют собой металлические полые трубчатые элементы прямоугольного сечения, что увеличивает поверхность склеивания.

В предлагаемой несущей конструкции 1 панели 6, закрепленные на каркасе 7 клеевым соединением, включают панель пола 34, панели двух боковин 35, панели двух передних крыльев 36 и панель крыши 37.

При этом панели 6, закрепленные на каркасе 7 разъемным соединением, включают панель капота 38, панели переднего и заднего бамперов 39, панели двух боковых дверей 40, панель заднего откидного борта 41 и панель съемного модуля 16.

Несущая конструкция 1 легкового автомобиля, собирается следующим образом.

Предварительно монтируют каркас 7, имеющий переднюю 8 , среднюю 9 и заднюю 10 части, на котором крепят кузов 2, образующий моторный отсек 3, кабину 4 и грузопассажирский отсек 5.

Каркас 7 сваривают из металлических трубчатых элементов прямоугольного или квадратного сечения, а каркас крыши 20 и лобового стекла сваривают из металлических элементов круглого сечения, при этом кузов выполняют из множества панелей 6, выполненных из полимерного композиционного материала и образующих обшивку кузова. При этом сначала на элементы каркаса 7 наклеивают панели пола 34, крыши 37, двух передних крыльев 36 и двух боковин 35.

Затем на каркасе 7 устанавливают при помощи разъемных соединений панели переднего и заднего бамперов 39, после чего устанавливают на каркасе 7 при помощи шарнирного соединения панели капота 38, двух боковых дверей 40, заднего откидного борта 41.

При установке между кабиной 4 и грузопассажирским отсеком 5 панели перегородки 31, которая может быть выполнена с верхним окном 33, получают кузовную модификацию «пикап» с открытым верхом в грузопассажирском отсеке.

При установке на каркас 7 съемного модуля 16 модификации «фургон» с перегородкой 31 при помощи разъемного соединения получают модификацию «фургон» с закрытым верхом.

При установке на каркас 7 съемного модуля 16 модификации «универсал» при помощи разъемного соединения получают кузовную модификацию «универсал» с закрытым верхом в грузопассажирском отсеке.

При установке на каркас 7 съемного модуля модификации «хетчбек» при помощи разъемного соединения получают кузовную модификацию «хетчбек» с закрытым верхом в грузопассажирском отсеке.

Таким образом, настоящая несущая конструкция легкового автомобиля позволяет повысить ее несущую способность, жесткость и прочность, что дает возможность использовать ее в трансформируемых легковых автомобилях.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Несущая конструкция легкового автомобиля, содержащая кузов, в котором образованы моторный отсек, кабина, грузопассажирский отсек и который имеет скрепленные между собой панели, выполненные из полимерного композиционного материала, образующие обшивку кузова; каркас, имеющий переднюю, среднюю и заднюю части, образованные продольными, поперечными и вертикальными элементами, включающими по меньшей мере две пары расположенных по ширине соответствующего проема двери стоек, из которых стойки каждой пары в нижней части соединены продольным порогообразующим элементом, а стойки разных пар в нижней части соединены поперечными элементами; грузопассажирский отсек имеет съемный модуль, выполненный с возможностью его замены или изъятия без нарушения функционирования автомобиля; каркас дополнительно содержит продольные, поперечные и наклонные элементы, образующие каркас крыши и лобового стекла; продольные, вертикальные и наклонные усилительные элементы, закрепленные на разных уровнях передней, средней и задней частей каркаса; ступенеобразные усилительные элементы, закрепленные на раз9 ных уровнях в нижней половине задней части каркаса, все элементы которого соединены между собой сварным соединением; верхние концы задних стоек каждой пары средней части дополнительно соединены между собой первым поперечным элементом каркаса крыши, наклонные элементы которого с одной стороны закреплены на верхних концах передних стоек каждой пары средней части, а с другой стороны соединены вторым поперечным элементом каркаса крыши, который соединен с первым поперечным элементом каркаса крыши его двумя продольными элементами; одна часть панелей обшивки закреплена на каркасе клеевым соединением и образует в местах соединения с элементами каркаса дополнительные усилительные элементы; другая часть панелей закреплена на каркасе разъемным соединением и имеет с внутренней стороны усилительную часть, выполненную с ребрами жесткости.
2. 2. Несущая конструкция легкового автомобиля по п.1, отличающаяся тем, что все элементы каркаса, кроме элементов, образующих каркас крыши, представляют собой металлические трубчатые элементы прямоугольного сечения.
3. 3. Несущая конструкция легкового автомобиля по п.1, отличающаяся тем, что все элементы каркаса крыши представляют собой металлические трубчатые элементы круглого сечения.
4. 4. Несущая конструкция легкового автомобиля по п.1, отличающаяся тем, что панели, закрепленные на каркасе клеевым соединением, включают крышу, две боковины, два передних крыла и пол.
5. 5. Несущая конструкция легкового автомобиля по п.1, отличающаяся тем, что панели, закрепленные на каркасе разъемным соединением, включают капот, передний и задний бамперы, две боковые двери, задний откидной борт, съемный модуль и перегородку, размещенную между кабиной и грузопассажирским отсеком кузова.
6. 6. Несущая конструкция легкового автомобиля по п.1, отличающаяся тем, что съемный модуль выполнен цельнонесущим и имеет форму колпака, крыша и боковые стенки которого представляют собой единую П-образную панель, выполненную из полимерного композиционного материала, с которой соединена шарнирным соединением задняя дверь.
7. 7. Несущая конструкция легкового автомобиля по п.1 или 5, отличающаяся тем, что съемный модуль имеет модификацию, выбранную из группы «универсал», «фургон», «хетчбек».