集成的车辆结构和动力装置排气.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103921844 A (43)申请公布日 2014.07.16 C N 1 0 3 9 2 1 8 4 4 A (21)申请号 201410018049.X (22)申请日 2014.01.15 13/741,415 2013.01.15 US B62D 21/17(2006.01) B60K 13/06(2006.01) (71)申请人通用汽车环球科技运作有限责任公 司 地址美国密歇根州 (72)发明人 B.S.桑加 M.特科 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人王小京 (54) 发明名称 集成的车辆结构和动力装置排气 (57) 摘要 公开

2、了一种用于车辆的框架，该车辆包括车 身、车辆悬挂装置、和配置为产生扭矩以及排气气 流的动力装置。该框架包括管状框架轨道，其和动 力装置成流体连通，其中轨道由提供流体通道的 完全闭合的横截面限定。该框架轨道配置为支撑 车身和车辆悬挂装置。该流体通道被配置为将排 气气流引导通过框架轨道且离开车身。采用所述 框架的车辆也被公开。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103921844 A CN 103921844 A 1/1页 2

3、1.一种用于车辆的框架，该车辆包括车身、车辆悬挂装置、和配置为产生扭矩以及排气 气流的动力装置，所述框架包括： 管状框架轨道，其与动力装置成流体连通，其中所述框架轨道由提供流体通道的完全 闭合的横截面限定： 其中： 该框架轨道配置为支撑车身和车辆悬挂装置；且 该流体通道被配置为将排气引导通过框架轨道且离开车身。 2.如权利要求1所述的框架，其中所述框架轨道包括间隔开一距离的两个基本平行轨 道。 3.如权利要求1所述的框架，其中所述流体通道包括与排气气流直接接触的内表面， 该内表面包括施加至其且配置为将框架轨道的腐蚀最小化的涂层。 4.如权利要求3所述的框架，其中所述涂层经由电镀过程产生。 5.

4、如权利要求3所述的框架，其中所述涂层经由电镀退火过程产生。 6.如权利要求1所述的框架，其中所述框架轨道由镀铝不锈钢形成。 7.如权利要求1所述的框架，其中框架轨道横截面形成基本平行四边形“框式”形状。 8.如权利要求1所述的框架，其中框架轨道横截面形成基本圆形形状。 9.如权利要求1所述的框架，其中所述框架轨道通过挤压过程形成。 10.如权利要求1所述的框架，其中所述车辆动力装置是与氢燃料箱流体连通的氢燃 料电池，且其中所述框架被附加地配置为支撑该氢燃料箱。 权 利 要 求 书CN 103921844 A 1/4页 3 集成的车辆结构和动力装置排气 技术领域 0001 本发明涉及集成有动力装

5、置排气系统的车辆结构。 背景技术 0002 通常地，车辆包括将各种车辆系统以及车辆乘客容置在内且支撑其的结构。重载 车辆，诸如轻型货车和货车，通常采用框架以支撑车身以及车辆的动力传动系。在另一方 面，轻载车辆，诸如大部分乘客轿车，通常采用单体或一体式构造，其避免了分立的车身和 框架，而是更偏好更轻、更整体式的结构。此外，一些轻载车辆采用了单体式结构和用于承 载车辆的动力传动系的子框架的组合。经常地，附加的结构部件被用于支持车辆结构，以及 用于支撑各个底盘和动力传动子系统。 发明内容 0003 公开了一种用于车辆的框架，该车辆包括车身、车辆悬挂装置、和配置为产生扭矩 以及排气气流副产品的动力装置

6、。框架包括管状框架轨道，其与动力装置成流体连通，其中 轨道由提供流体通道的完全闭合的横截面限定。该框架轨道配置为支撑车身和车辆悬挂装 置。该流体通道被配置为将排气气流引导通过框架轨道且离开车身。采用所述框架的车辆 也被公开。 0004 该框架轨道包括间隔开一距离的两个基本平行轨道。 0005 流体通道包括与排气气流直接接触的内表面，其中该内表面包括施加至其的涂 层，该涂层被配置为将框架轨道的腐蚀最小化。 0006 涂层可经由电镀（galvanization）或电镀退火（galvanealing）过程产生。附加 地，涂层可为橡胶化化合物或环氧化合物。 0007 框架轨道可由镀铝不锈钢形成。 00

7、08 框架轨道横截面可具有基本平行四边形“框式”形状或基本圆形形状。 0009 框架轨道可通过挤压或液压成型过程形成。 0010 采用该框架的车辆也被公开。 0011 动力装置可为氢燃料电池，而电池可继而还包括与该氢燃料电池流体连通的氢燃 料箱。在这样的情形中，框架还可被配置为支撑氢燃料箱。 0012 当结合附图和所附的权利要求时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势 从下文中用于实施本发明的实施例（一个或多个）以及最佳模式（一个或多个）的详尽描述 中是轻易地明显的。 附图说明 0013 图1是车辆结构的示意平面图，其包括框架、动力传动系以及排气通道，该动力传 动系包括动力装置、变速器、燃

8、料箱以及整体式车辆框架轨道。 0014 图2是由框架轨道支撑且连接至其的动力装置的放大视图，该轨道框架被配置为 说 明 书CN 103921844 A 2/4页 4 将动力装置排气引导出车辆，如图1所示。 0015 图3是图1和2中示出的轨道框架的横截面的示意图。 具体实施方式 0016 参见附图，其中相同的附图标记指向相同的构件，图1示出了相对于路面12布置 的机动车10的示意图。车辆10包括车辆结构14，其包括车身16和车辆框架18。车辆10 还包括配置为推进车辆的动力传动系20。框架18被配置为支撑车身16且还将排气气流从 车身引导出，如下文中关于图3详细地阐述的。 0017 如图1所示

9、，动力传动系20包括动力装置22，其配置为产生扭矩以向车辆10以及 变速器组件24提供动力。作为产生的扭矩的副产品，动力装置22产生排气气流25。在图 1中，车辆10示出为燃料电池类型车辆，且动力装置22示出为燃料电池。替换地，车辆10 可为汽油/电动混合动力车（未示出），且采用包括和内燃(IC)发动机结合的一个或多个电 机/发电机的动力传动系20。此外，车辆10可为仅由IC发动机提供动力的传统类型（未示 出）。尽管没有具体地示出汽油/电动混合动力或传统车辆类型，这样的构造是周知的，且 将被本领域技术人员容易地预见。 0018 继续参照图1，车辆10还包括多个车轮26和28。如所示，多个车轮2

10、6、28中的每 一个都可包括安装在其上的充气车胎30。尽管带有车胎30的四个车轮26、28在图1中示 出，也可预见具有更少或更多数量的车轮的车辆。取决于动力传动系20的具体构造，动力 装置22的扭矩可通过车轮26、车轮28、或通过全部车轮26和28传输到路面12。 0019 如图1所示，车辆悬挂装置32操作地将框架18连接至车轮26和28，用于保持车 轮和路面12之间的接触，且用于维持车辆10的操控。如所示，悬挂装置32可包括多个上 控制臂34以及下控制臂36，其中一个上控制臂以及一个下控制臂被连接至车轮26、28中的 一个。尽管图1中示出了悬挂装置32的具体的构造，可类似地预见其他车辆设计。

11、悬挂装 置32还包括弹簧38以及阻尼器40。每一个弹簧38和阻尼器40都被配置为在车辆10横 跨道路表面12时且在相关的车轮的后续反弹中控制相应的车轮26、28的偏向。 0020 如所示，框架18可从车身16分立，如在较重载荷的作业车辆中通常采用的（诸如 轻型货车和货车），或是一体式结构的一部分，如在较轻载荷的车辆中通常采用的。在分立 的车身16和框架18的情形中，框架附加地支撑车身，而在一体式结构的情形中，框架和车 身各自承载结构载荷的一部分。不论在分立的框架或在一体式的情形中，框架18被配置为 承受可观的应力，而不发生结构损坏，而同时支撑车辆动力传动系20，吸收其振动，以及承 受在推进中由

12、发动机18所产生的扭矩。此外，不论是在分立的框架或一体式的情形中，框 架18都被配置为支撑车辆乘客和货物的载荷以及通过悬挂装置32传递来的任意附加载 荷。框架18可通过任意已知的方式附连至车身16，诸如焊接或经由恰当的紧固件。 0021 在其中动力装置22是燃料电池的具体情形中，如图1和2所示，车辆10还包括一 个或多个氢燃料箱42。氢燃料箱42和动力装置22成流体连通，且配置为向其提供氢燃料。 当车辆10采用氢燃料箱42时，框架18可附加地支撑氢燃料箱。在其中动力装置22是汽 油/电力混合动力（未示出）且包括电机/发电机和/或IC发动机时，车辆10可包括IC发 动机用燃料箱以及诸如一个或多个

13、电池的能量存储装置。因此，在汽油/电动混合动力车 辆中，框架18可附加地支撑燃料箱以及能量存储装置。在其中动力装置22是IC发动机的 说 明 书CN 103921844 A 3/4页 5 情形中，框架18可被配置为支撑发动机和燃料箱。 0022 如图3所示，框架18包括由完全闭合的横截面44所限定的管状框架轨道。如图1 所示，框架18包括两个基本平行的框架轨道46和8，其在车辆机构14中隔开一距离D。尽 管两个框架轨道被特别地示出且在此被描述，框架18可包括仅一个或任意其他数量的框 架轨道，在支撑上述车辆子系统觉得必要时。框架轨道46和48可由恰当的高强度材料（诸 如钢）通过任意恰当的方式（例

14、如挤压、液压成型、轧制成型、以及冲压和焊接）制成。 0023 如图2所示，轨道46、48中的每一个都限定沿特定的轨道的长度隔绝地密封的容 积。轨道46、48分别在第一远端端部46-1、48-1处连接至动力装置22。因此，每个轨道46 和48的整个长度和动力装置22成流体连通。轨道46、48也分别在第二远端端部46-2、48-2 处敞开至大气。当动力装置运行且产生扭矩时，排气气流25经由歧管50从动力装置22引 导通过框架轨道46、48且离开车身16至大气。因此，在作为为框架48的部分的结构部件 之外，框架46、48附加地作为用于将排气气流25从动力装置22引导出的流体通道。由此， 设置在框架轨

15、道46、48中的流体通道各自包括内表面46-3和48-3，其被配置为和排气气 流25直接接触。附加地，框架轨道46和48经由联接件51连接至交叉部件50-1和50-2。 联接件51可包括排水装置，其将在动力装置22的操作中从排气气流25积聚在轨道46、48 中的任意冷凝物排出。 0024 框架轨道46、48可由钢铁制成，其范围从通常的低等级碳钢至高等级类型（例如 GMW3032M-ST-S热轧HR550或冷轧CR560），而同时使用针对由车辆10的框架轨道所经受的 特定的载荷恰当的宽范围的材料规格。此外，框架轨道46、48可由坚固的材料制成，诸如镀 铝不锈钢。横截面44可具有基本平行四边形“框

16、状”（即闭合段）形状或基本圆形形状。框 架轨道46、48可被后续地弯折或设定路线（routed），以适应其他构件和子系统在车辆10中 的封装，而同时保持需要的承载特性。由此，上述的轨道46、48的材料选择和外部形状通常 是期望的车辆载荷、耐久性和封装要求的函数。 0025 在轨道46、48由镀铝不锈钢或不锈钢形成时，该镀铝不锈钢或不锈钢被电镀 （galvanized）或使用电镀退火（Galva aneal）过程处理，即被电镀退火（galvannealed）。 轨道的内表面46-3、48-3可包括施加至其的抗高温涂层52（如图3所示）。在这样的情形 中，排气气流25将沿轨道46、48的长度在至大

17、气的路径上跨过带有涂层的表面46-3、48-3。 涂层52可为聚氨酯橡胶或橡胶化化合物，其配置为保护内表面46-3和48-3不受由于排气 气流25中存在的各种颗粒的腐蚀和氧化。涂层52可为环氧树脂，由硅树脂形成，或配置为 实现相同结果的任意合适的抗高温化合物。此外，为了产生涂层52，锌质保护层可由电镀产 生，或相关表面可经由电镀和退火的组合过程被电镀退火。 0026 在其中动力装置22是氢燃料电池的实施例中，排气气流25的温度可低于100摄 氏度。另一方面，其中动力装置22是IC发动机，排气气流25的温度可超过800摄氏度。由 此，在内表面46-3、48-3上的热应力和腐蚀和IC发动机相比可能

18、在燃料电池的情形中显著 地低。因此，在其中动力装置22是氢燃料电池的情形中，轨道46、48的内表面46-3、48-3 可涂覆有高温橡胶化化合物，或环氧树脂。在其中动力装置22是IC发动机的情形中，轨道 46、48可由航空等级不锈钢制成，而涂覆有橡胶化化合物或环氧树脂的部件可经由任意已 知的方法被附加地热隔离。上述针对轨道46、48的不锈钢的选择可允许轨道耐久地经受在 排气气流25中存在的升高的温度，以及保持上述的车辆子系统的长期的结构性支撑。 说 明 书CN 103921844 A 4/4页 6 0027 该详尽的描述和附图或图表仅用于支持和描述本发明，但本发明的范围应仅由权 利要求书限定。尽管已经描述了用于执行所公开的发明的最佳模式（如果已知的话）以及其 他实施例，存在有各种可替换设计和实施例用于实施由所附的权利要求书限定的本发明。 说 明 书CN 103921844 A 1/2页 7 图1 说 明 书 附 图CN 103921844 A 2/2页 8 图3 图2 说 明 书 附 图CN 103921844 A