一种轻量化腔梁式电动汽车车架.pdf

本发明涉及汽车技术领域，特指一种轻量化腔梁式电动汽车车架；包括前腔体总成、中心腔、后腔体总成、纵横梁架和副车架，前腔体总成包括前马鞍腔、前行李腔和前悬挂腔，中心腔位于底盘中心与纵横梁架胶接为一体，作为结构主承载件是动力包和电池包的安装基础，后腔体总成包括后马鞍腔、后行李腔和后悬挂腔，纵横梁架分为两层，上层横梁架通过帽形件与前腔体总成和后腔体总成胶接，下层纵横梁架通过帽形件与中心腔胶接；本发明采用碳纤维腔体复合铝合金梁式结构，在保证结构强度和刚度的条件下实现了汽车的轻量化，同时将车架分为五大模块，方便车架的高效设计和便捷制造，该结构也易于动力包和电池包的安装和快速更换。

权利要求书
1.  一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：包括前腔体总成、中心腔、后腔体总成、纵横梁架和副车架，所述前腔体总成、所述纵横梁架和所述后腔体总成依次固定连接，所述副车架设置在所述纵横梁架的左右两侧，所述前腔体总成包括前马鞍腔、前行李腔和前悬挂腔；所述中心腔位于底盘中心，与所述纵横梁架胶接为一体，作为车架的主承载部件，并且是动力包和电池包的安装基础；所述后腔体总成包括后马鞍腔、后行李腔和后悬挂腔；所述纵横梁架分为上层横梁架和下层纵横梁架，所述上层横梁架通过帽形件与所述前腔体总成和所述后腔体总成胶接，所述下层纵横梁架通过帽形件与所述中心腔胶接。

2.  如权利要求1所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述前马鞍腔有两个，分为左前马鞍腔和右前马鞍腔，所述左前马鞍腔和所述右前马鞍腔分别对称胶接在所述中心腔的左右两侧；所述前行李腔放置于所述前马鞍腔的上方，胶接于与所述中心腔和所述前马鞍腔的上侧；所述前悬挂腔分为左前悬挂腔和右前悬挂腔，所述左前悬挂腔和所述右前悬挂腔与所述纵横梁架穿插的横梁和副车架胶接固定。

3.  如权利要求1所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述中心腔呈方形，采用“L”形件将各腔板胶接拼合而成；所述中心腔前后贯穿于所述前腔体总成和所述后腔体总成，是整个 车架的承载中心，也是动力包和电池包的安装基础。

4.  如权利要求1所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述后马鞍腔有四个，分别对称地胶接于所述中心腔的左右两侧；所述后行李腔放置于所述后马鞍腔的上方，胶接于所述中心腔和所述后马鞍腔的上侧；所述后悬挂腔分为左后悬挂腔和右后悬挂腔，所述左后悬挂腔和所述右后悬挂腔与所述纵横梁架穿插的横梁和所述副车架胶接固定。

5.  如权利要求1所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述上层横梁架包括若干条横梁，通过帽形件与所述前行李腔和所述后行李腔胶接；所述下层纵横梁架包括若干条纵梁和若干条横梁，所述横梁分别榫接于所述纵梁的不同纵向位置，构成“井”字形支架，所述“井”字形支架与所述中心腔的下腔板通过帽形件胶接。

6.  如权利要求1所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述副车架内侧分别设置有若干个榫接孔，所述榫接孔周边预埋有金属加强件，通过所述榫接孔与所述纵横梁架中的横梁相榫接。

7.  如权利要求3所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述“L”形件采用碳纤维复合材料，采用热压罐成型工艺或模压工艺加工。

8.  如权利要求1～7任意一项所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述前腔体总成、中心腔和后腔体总成中的 腔体腔壁都采用碳纤维层合板制成，所述碳纤维层合板采用模压成型工艺加工；所述帽形件采用碳纤维复合材料，采用热压罐成型工艺或模压工艺加工。

9.  如权利要求1～7任意一项所述的一种轻量化腔梁式电动汽车车架，其特征在于：所述纵横梁架中的纵梁采用铝合金型材梁，横梁采用铝合金空心方管或型材梁。

说明书一种轻量化腔梁式电动汽车车架
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特指一种轻量化腔梁式电动汽车车架。
背景技术
随着现代社会的发展，能源匮乏和环境污染等问题日益凸显，电动汽车以其能量利用率高和零排放等优势受到广泛的关注。轻量化技术可以在目前动力电池储能密度有限、价格高的现状下，通过减轻自重来提高电动汽车的续航里程，因此，轻量化技术已成为电动汽车产业发展的关键技术之一。
碳纤维等复合材料相对于传统金属材料比强度更高，同时具有设计自由度大，耐腐蚀，吸能性好，且加工成本低等优点，已被宝马等运用于电动汽车的产业化生产中，取得了良好的轻量化效果并能保证汽车安全。
然而采用新型复合材料的电动汽车该如何设计，仍是电动汽车领域的难题。因此本发明根据电动汽车承载特点和碳纤维材料的成形特性，创新地设计出一种轻量化腔梁式电动汽车车架，实现电动汽车轻量化，提高设计效率并降低生产成本。
发明内容
本发明针对电动汽车结构设计的难题，提出了一种轻量化腔梁式结构的车架，其采用腔梁式结构，在保证结构强度和刚度的条件下实现了汽车的轻量化；同时将车架分为五大模块，有利于车架的高效设计和便捷制造；另外，承载式中心腔的设计也易于动力包和电池包的安装和快速更换。
为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
一种轻量化腔梁式电动汽车车架，包括前腔体总成、中心腔、后腔体总成、纵横梁架和副车架，所述前腔体总成、纵横梁架和所述后腔体总成依次固定连接，所述副车架设置在所述纵横梁架的左右两边，所述前腔体总成包括前马鞍腔、前行李腔和前悬挂腔；所述中心腔位于底盘中心，与所述纵横梁架胶接为一体，作为车架的主承载部件，并且是动力包和电池包的安装基础；所述后腔体总成包括后马鞍腔、后行李腔和后悬挂腔；所述纵横梁架分为上层横梁架和下层纵横梁架，所述上层横梁架通过帽形件与所述前腔体总成和所述后腔体总成胶接，所述下层纵横梁架通过帽形件与所述中心腔胶接。
作为优选，所述前马鞍腔有两个，分为左前马鞍腔和右前马鞍腔，所述左前马鞍腔和所述右前马鞍腔分别对称胶接在所述中心腔的左右两侧；所述前行李腔放置于所述前马鞍腔的上方，胶接于与所述中心腔和所述前马鞍腔的上侧；所述前悬挂腔分为左前悬挂腔和右前悬挂腔，所述左前悬挂腔和所述右前悬挂腔与所述纵横梁架 穿插的横梁和副车架胶接固定。
作为优选，所述中心腔呈方形，采用“L”形件将各腔板胶接拼合而成；所述中心腔前后贯穿于所述前腔体总成和所述后腔体总成，是整个车架的承载中心，也是动力包和电池包的安装基础。
作为优选，所述后马鞍腔有四个，分别对称地胶接于所述中心腔的左右两侧；后行李腔放置于所述后马鞍腔的上方，胶接于所述中心腔和所述后马鞍腔的上侧；所述后悬挂腔分为左后悬挂腔和右后悬挂腔，所述左后悬挂腔和所述右后悬挂腔与所述纵横梁架穿插的横梁和所述副车架胶接固定。
作为优选，所述上层横梁架包括若干条横梁，通过帽形件与所述前行李腔和后行李腔胶接；所述下层纵横梁架包括若干条纵梁和若干条横梁，所述横梁分别榫接于所述纵梁的不同纵向位置，构成“井”字形支架，所述“井”字形支架与所述中心腔的下腔板通过帽形件胶接。
作为优选，所述副车架内侧分别设置有若干个榫接孔，所述榫接孔周边预埋有金属加强件，通过所述榫接孔与所述纵横梁架中的横梁相榫接。
作为优选，所述“L”形件采用碳纤维复合材料，采用热压罐成型工艺或模压工艺加工。
作为优选，其特征在于：所述前腔体总成、中心腔和后腔体总成中的腔体腔壁都采用碳纤维层合板制成，所述碳纤维层合板采用模压成型工艺加工；所述帽形件采用碳纤维复合材料，采用热压罐 成型工艺或模压工艺加工。
作为优选，所述纵横梁架中的纵梁采用铝合金型材梁，横梁采用铝合金空心方管或型材梁。
本发明的有益效果在于：(1)本发明采用了腔梁式结构，在保证结构强度和刚度的条件下，从结构角度实现了汽车的轻量化；(2)本发明将车架分为前腔体总成、中心腔、后腔体总成、纵横梁架和副车架五大模块，有利于车架的高效设计和模块化制造；(3)本发明设计了承载式中心腔，易于动力包和电池包的安装和快速更换；(4)本发明中腔体材料选用了碳纤维增强复合材料，纵横梁架选用了铝合金材料，从材料角度实现了汽车的轻量化。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的分解结构示意图；
图3是本发明中心腔安装动力包和电池包示意图；
图4是本发明的仰视图；
图5是副车架上预埋金属加强件示意图；
图6是本发明帽形件的胶接方式；
图7是本发明“L”形件的胶接方式；
图8是本发明腔体填充泡沫的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至附图8对本发明作进一步阐述：
实施例一：
如图1、图2和图4所示，本发明由前腔体总成1、中心腔2、后腔体总成3、纵横梁架4和副车架5五大模块组成。所述前腔体总成1包括前马鞍腔11、前行李腔12和前悬挂腔13。前马鞍腔11有两个，分为左前马鞍腔111和右前马鞍腔112，分别对称胶接在中心腔2的左右两侧；前行李腔12放置于前马鞍腔11的上方，与中心腔2前端和前马鞍腔11采用面面胶接成一体；前马鞍腔11和前行李腔12都根据汽车部件的安装需要开有相对应的孔；前悬挂腔13分为左前悬挂腔131和右前悬挂腔132，分别对称胶接于前行李腔12左右两侧，前悬挂腔13前后两侧穿插有两根限位横梁422，实现前悬挂腔13与车身的固定连接。
如图2、图3和图7所示，本实施例中中心腔2呈方形，采用“L”形件7将各四块腔板胶接拼合而成，位于底盘中心，与下层纵横梁架42胶接为一体，前后贯穿于前腔体总成1和后腔体总成3，是车架结构的主承载部件，也是实际动力包21和电池包22的安装基础。动力包21包括差速器211、联轴器212、电机213和电机控制箱214，可在车外集成安装于固定支架23上，电池包22包括若干电池和电池箱体。安装动力包21和电池包22时，将集成有动力包21的固定支架23从中心腔2前端插入，将集成有电池包22的立体电池箱从后中心腔2后端插入，分别采用螺栓固定，可实现动力包21和电池包22的固定与快速更换。中心腔2的上腔板开有方孔或圆孔，左右腔板开有螺栓孔，也便于动力包21和电池包22在腔内安装、调试和固定。
如图1、图2和图4所示，本实施例中所述后腔体总成3包括后马鞍腔31、后行李腔32和后悬挂腔33。后马鞍腔31有四个，两两分别对称地胶接于中心腔2的左右两侧；后行李腔32放置于后马鞍腔31的上方，与中心腔2后端和后马鞍腔31采用面面胶接为一体；后悬挂腔33分为左后悬挂腔331和右后悬挂腔332，分别对称胶接于后行李腔32左右两侧，后悬挂腔33前后两侧穿插有两根限位横梁422，实现了后悬挂腔33与车身的固定连接。
如图1、图4和图6所示，本实施例中纵横梁架4分为两层，上层横梁架41包括若干条横梁422，由涂胶后的帽形件6胶接在前行李腔12和后行李腔32上，实现上层横梁架41和前腔体总成1和后腔体总成3的固定连接；下层纵横梁架42则包括若干条纵梁421和若干条横梁422，若干条横梁422分别榫接于纵梁421的不同纵向位置以构成“井”字形支架，并且在榫接处预埋金属加强件9，进行焊接固定，实现横梁422和纵梁421的牢固连接及提高“井”字形支架的强度。中心腔2下腔板平铺于“井”字形支架上，采用帽形件6扣住横梁422，把帽形件6的帽缘部分和中心腔2下腔板的粘接面进行表面粗化处理，后将涂胶粘接在中心腔2下腔板上，实现中心腔2与下层纵横梁架42的紧密连接。下层纵横梁架42还加装有前短纵梁423和后长纵梁424，前短纵梁423穿过帽形件6胶接于中心腔2下侧，后长纵梁424穿过帽形件6胶接于中心腔2下侧，增加了车架前端和后端的结构强度。
如图2和图5所示，本实施例中副车架5内侧分别设置有若干 个与横梁截面相同的榫接孔，纵横梁架中的横梁422通过榫接孔与副车架5相榫接，副车架5与横梁422的榫接孔周边都预埋有金属加强件9，以起到局部加强和结构支撑的作用。
作为优选，本实例的纵梁421采用铝合金型材梁，横梁422采用铝合金空心方管或型材梁。前腔体总成1、中心腔2和后腔体总成3中的腔体腔壁都采用碳纤维层合板8制成，所述碳纤维层合板8采用模压成型工艺加工；帽形件6和“L”形件7采用碳纤维复合材料，采用热压罐成型工艺或模压工艺加工。
实施例二：
如图8所示，在本实施例一的基础上，本实施例采用填充发泡材料100的方式对吸能要求较高的位置，如前马鞍腔11、后马鞍腔31和中心腔2内侧进行了填充加强。该方案的特点是在产品固化成型后，对中空区域采用泡沫发泡填充的方式，形成泡沫填充三明治结构。对于中心腔2，在不影响动力包21和电池包22安装和快速更换的前提下，该方案可缓解动力包21和电池包22对中心腔2可能产生的刚性碰撞，同时也能降低电机213产生的噪音和震动。对前马鞍腔11和后马鞍腔31，该方案能够提高腔体结构的刚度和缓冲吸能能力。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。