CN106515859A - 一种轻量化电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻量化电动汽车的车身结构，所述车身结构包括上车体结构、下车体结构和车门结构，其特征在于：所述车身结构采用半承载式车身结构，有独立的下车体结构，上/下车体通过A/B/C柱连接。复合材料和新型复合材料通过螺钉与所述笼形车身骨架固定连接形成整个封闭车体。车架中部结构采用“五纵十横”式车架结构。车架中部结构与中部电池仓构成空间立体结构，同时电池仓借助大梁车架的中部结构，二者相辅相成，既保证了车架的刚度和强度，同时又保证了电池的安全性，同时又合理利用了座椅下部的空间，也保证了整车在侧碰时的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种乘用车，尤其涉及一种轻量化电动汽车。
背景技术
电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。
电动汽车与内燃机汽车相比，有其自身的许多特点。其中，最显著的一点是，电动汽车的功率小，承载能力受到及大的限制。为了提高电动汽车的承载能力，减轻车身的自重是有效的方法之一。然而，现有技术中电动汽车的车身和车门均采用钢板整体冲压制成，要想减轻其重量，维一的方法就是减小车身和车门的厚度，这样将会降低车身和车门的强度和刚度，不能显著地减轻车身和车门的重量。
现有技术的电动汽车没有大梁车架，它是靠承载车身实现承载的。电池舱和电动机置于车前部。现有技术的车架是采用整体钢板冲压而成和车身结构一起构成受力结构。承载式车身没有刚性车架，只是加强了车头、侧围、车尾、底板等部位，前后悬架、传动系统的一部分总成部件装配在车身上设计要求的位置。承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷力的作用。承载式车身的车身部分(侧围、立柱、车顶等)都在承受地面、悬挂传过来的震动、压力。现有技术中承载式车身结构有以下的缺陷：1、底盘的强度和刚度小，当四个车轮受力不均匀时，车身会发生变形。2、电池舱和电动机置于车前部，占用驾驶室空间，且使电池处于不安全的位置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轻量化电动汽车，不但可保证车身和车门的强度和刚度，显著地减轻车身和车门的重量，而且，可有效地提高底盘的强度和刚度，当四个车轮受力不均匀时，车身也不会发生变形，可将电池设置在最安全的位置，并扩大了驾驶室空间。
为了解决上述技术问题，本发明的轻量化电动汽车，包括上车体结构、下车体结构和车门结构，其特征在于：所述车身结构采用半承载式车身结构，有独立的下车体结构，上/下车体通过A/B/C柱连接。所述车门结构为骨架式结构车身结构分布有用于固定螺纹固定孔，内外饰均可以方便安装，同时内侧采用新型复合材料，外侧采用改性复合材料；所述下车体结构主要由车架中部结构和车架中部的电池舱结构两部分组成，所述车架中部的电池舱结构下部借助车架中部结构作为电池舱的底部，上部通过杆件焊接形成笼形框架结构；。
所述上车体结构由多个冲压杆件构成；多个所述冲压杆件通过焊接连为一体形成笼形车身骨架；笼形车身骨架的内、外表面分布有用于固定所述热塑板材的螺纹固定孔；所述热塑板材通过螺钉与所述笼形车身骨架固定连接形成整个封闭车体。
所述多个冲压杆件包括梁杆类工件、柱杆和支撑杆类工件；所述两个前部向下弯曲的纵梁杆纵向分布于车身顶部的两侧；所述四个横梁杆从前到后分布在所述两个前部向下弯曲的纵梁杆之间；每一个所述横梁杆的两端分别与所述两个前部向下弯曲的纵梁杆固定连接；前两个所述横梁杆与纵梁杆向下弯曲的前部构成前挡风玻璃的框架；后三个所述横梁杆与纵梁杆的后部构成车身顶部骨架；所述柱杆包括两个前柱杆、两个中柱杆和两个后柱杆；所述两个前柱杆的上端分别与所述两个前部向下弯曲的纵梁杆前端固定连接；所述两个前柱杆和横梁杆一和横梁杆二构成前档板的框架；所述两个后柱杆的上端分别与所述两个前部向下弯曲的纵梁杆后端固定连接；所述两个中柱杆的上端分别于横梁杆三两端焊接，组成中部龙门结构；所述两个后杆柱的上端分别于横梁杆四两端焊接，组成后部龙门结构；两道龙门式结构构成双龙门结构。
所述电池舱采用空间桁架结构，下部利用车架中部结构。
所述车架中部结构包括型材和折弯件，两者通过焊接固定连接，构成“五纵十横”式车架结构。还可以充分发挥型材和折弯件的机械性能确保下车体结构的强度和刚度，增加承载能力。
下车体结构的前部设置有驾驶室，所述驾驶室外部的前面设置有防撞吸能装置。
所述前防撞吸能结构为三级防撞结构，中部为溃缩结构，上部为刚性防变形结构，
下部为传递碰撞能量结构。
所述轻量化复合材料由一般复合材料和改性复合材料构成。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本技术方案由于采用了车身和车门由骨架和覆盖于骨架表面的热塑板材构成的技术手段，所以，不但可保证车身和车门的强度、刚度和安全性，而且可显著地减轻车身和车门的重量。又由于采用了电动汽车车架结构的主体是由大梁车架构成的技术手段，所以，可有效地提高底盘的强度和刚度，当四个车轮受力不均匀时，车身也不会发生变形。还由于采用了大梁车架的中部设置有电池舱的技术手段，所以，可将电池设置在最安全的位置，并扩大了驾驶室空间。
2、本技术方案由于采用了骨架由多个冲压杆件构成；多个冲压杆件通过焊接连为一体形成笼形车身骨架的技术手段，所以，可提高车身和车门的强度和刚度。又由于采用了热塑板材通过螺钉与骨架固定连接形成整个封闭车体的技术手段，所以，制造简单，有利于降低生产成本。
3、本技术方案由于采用了多个梁杆、柱杆和支撑杆对车身骨架的整体结构进行了优化，所以，在保证了车身和车门的强度、刚度和安全性的同时，大大减少了车身和车门的零部件的数量，大大减少了生产工序、大大降低了制造成本。
4、本技术方案由于采用了电池舱是借助车架中段结构作为电池舱的舱底通过杆件焊接形成的笼形框架结构的技术手段，所以，不但可节省电池舱的用料，降低电池舱的制造成本，减小电池舱的重量，而且，还可以提高车架的强度和刚度。
5、本技术方案由于采用了车架中部结构前面的中部向前凸出，形成车架的前部，车架前部的两侧分别设置有车轮，车架的后部为向上隆起的弧形车架，向上隆起的弧形车架两侧的下方分别设置有车轮的技术手段，所以，不但可降低车架和车身的高度，而且还有利于增大车内的空间。又由于采用了车架与车身之间为分体组装结构，所以，可在不改变车架结构的条件下，设计出多种适合于该车架结构的车身和配件，便于改装，降低新产品开发成本。
6、本技术方案由于采用了两个吸能板用薄板冲压而成，吸能板的边部向一侧折弯90°，吸能板的中部设置有多个吸能孔，所以，吸能板较易变形，不但可以节省防撞吸能装置的用料，减轻防撞吸能装置的重量，而且，还可以大大提高防撞吸能装置的吸能效果。又由于采用了两个吸能板纵向、立置、对称地分布于所述驾驶室外部前面的两侧，两个吸能板前侧的中部向前凸出，传力杆的两端分别与两个吸能板前侧的中部固定连接的技术手段，所以，传力杆位于电动汽车的最前面，可以确保在发生碰撞时，传力杆先受到冲力，并将能量通过吸能板的变形吸收，以避免电动汽车其它部位的损坏。
7、本技术方案由于采用了新型复合材料和改性复合材料的技术手段，所以，可以充分发挥复合材料的优势，对于相同部件，采用复合材料制作后，重量较钢材减轻20-30％，同时由于采用整体内板结构，使车门结构比传统汽车结构更简化，质量更轻。又由于采用复合材料用模压成型法制造而成的技术手段，所以，集成化程度高，设计自由度大，料的流动性及成型工艺决定了诸多零部件可实现一次性成型，可减少模具、工装的数量及焊接、组装等工序，从而显著降低成本。在由于车门外板采用新型复合材料，具有耐腐蚀性能，抗变形性好，有一定的自修复能力，在轻微坑碰过程中不会损伤车身本体。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作一步的详细描述。
图1为本发明轻量化电动汽车的车身立体结构示意图。
图2是本发明轻量化电动汽车的上车体立体结构示意图。
图3是本发明轻量化电动汽车的车架中部结构的立体结构示意图。
图4是本发明轻量化电动汽车的下车体结构的立体结构示意图。
图5是本发明轻量化电动汽车的防撞吸能装置的立体结构示意图。
具体实施方式
如图1所示一种轻量化电动汽车，包括电动汽车的车身结构，所述车身结构包括上车体结构1、下车体结构2和车门结构3。
如图2所示，多个所述冲压件包括前风档下托梁外板4、前风挡下托梁内板5、右侧AC柱外板前段6、右侧AC柱内板前段7、左侧AC柱外板前段8、左侧AC柱内板前段9、车顶前横梁外板10、车顶前横梁内板11、右后侧围骨架下横梁12、右侧B柱内板13、右侧B柱外板14、右后侧围骨架上横梁内板15、右后侧围骨架上横梁外板16、顶盖中横梁17、左侧B柱外板18、左侧B柱内板19、右侧AC柱外板后段20、右侧AC柱内板后段21、右侧C柱内板22、右侧C柱外板23、左侧C柱内板24、左侧C柱外板25、顶盖后横梁外板26、顶盖后横梁内板27、左后侧围骨架上横梁内板28、左后侧围骨架上横梁外板29、左后侧围骨架下横梁30、
左侧C柱内板31、左侧C柱外板32、左侧车门下部止口边33、左侧A柱外板34、左侧A柱内板35、左侧车门下部止口边36、右侧A柱外板37、右侧A柱内板38。
上车体采用“龙门式结构”与“笼形结构”相结合，“龙门式结构”又分为“中部龙门式结构”和“后部龙门式结构”，“中部龙门式结构”由右侧B柱内板13、右侧B柱外板14、顶盖中横梁17、左侧B柱外板18、左侧B柱内板19组成中部龙门结构；“后部龙门式结构”由右侧C柱内板22、右侧C柱外板23、左侧C柱内板24、左侧C柱外板25、顶盖后横梁外板26、顶盖后横梁内板27组成后部龙门结构；两道龙门式结构构成双龙门结构。“双龙门结构”与左右侧AC柱边梁焊接，形成“笼形结构”。
如图3所示，所述车架中部结构包括型材和折弯件，两者通过焊接固定连接，构成“五纵十横”式车架结构。所谓“五纵”包括“一纵”由车架左纵梁35，车架左纵梁四43构成；“二纵”由车架右纵梁36，，车架纵梁右纵梁四49构成；“三纵”由车架纵梁三41构成；“四纵”由车架左边梁39构成；“五纵”由车架右边梁48构成。“十横”由车架横梁一34，车架中横梁二37，车架左横梁二38，车架右横梁二50，车架中横梁三40，车架中横梁四42，车架中横梁五45，车架左横梁五44，车架右横梁五47，车架中横梁六46构成。车架横梁与纵梁依次焊接，最终形成桁架式结构。
如图4所示，所述下车体结构包括前舱防撞骨架总成51，前围骨架焊接总成52，车架中部结构53，中部设置有电池舱54，车架后段总成55构成。
本技术方案由于采用了车身和车门由骨架和覆盖于骨架表面的热塑板材构成的技术手段，所以，不但可保证车身和车门的强度、刚度和安全性，而且可显著地减轻车身和车门的重量。又由于采用了电动汽车车架结构的主体是由大梁车架构成的技术手段，所以，可有效地提高底盘的强度和刚度，当四个车轮受力不均匀时，车身也不会发生变形。还由于采用了大梁车架的中部设置有电池舱的技术手段，所以，可将电池设置在最安全的位置，并扩大了驾驶室空间。
本实施方式由于采用了骨架由多个冲压件构成；多个冲压件通过焊接连为一体形成笼形车身骨架的技术手段，所以，可提高车身和车门的强度和刚度。又由于采用了热塑板材通过螺钉与骨架固定连接形成整个封闭车体的技术手段，所以，制造简单，有利于降低生产成本。
作为本实施方式的还进一步的改进，如图4所示，所述电池舱64是借助所述车架中部结构63作为电池舱焊接形成的笼形框架结构。
本实施方式由于采用了电池舱借助车架中部结构作为电池舱底通过杆件焊接形成的笼形框架结构的技术手段，所以，不但可节省电池舱的用料，降低电池舱的制造成本，减小电池舱的重量，而且，还可以提高车架的强度和刚度。
作为本实施方式更进一步的改进，所述车架中部结构53与车身之间为分体组装结构。也就是说，车架中部结构53与车身之间是分体的，并可通过焊接、铆接和/或螺栓连接组装在一起。
本实施方式由于采用了车架与车身之间为分体组装结构，所以，可在不改变下车体结构的条件下，设计出多种适合于该下车体结构的车身和配件，便于电动汽车的改装，降低新产品开发成本。
作为本实施方式再更进一步的改进，如图5所示，下车体结构2的前面设置有防撞吸能装置51。
本实施方式由于采用了驾驶室外部的前面设置有防撞吸能装置的技术手段，所以，可有效地保证行驶中发生碰撞的安全性。
作为本实施方式还更进一步的改进，如图5所示，所述防撞吸能装置包括前舱防撞骨架左侧立柱64，前舱防撞骨架右侧立柱58，前防撞梁左侧连接板62，前防撞梁右侧连接板57，前防撞梁59，前舱防撞骨架下安装梁60，前舱防撞骨架连接板61，前舱防撞骨架左侧加强梁63，前舱防撞骨架左侧加强梁56。前防撞梁59、前防撞梁左侧连接板62，前防撞梁右侧连接板57共同组成前部防撞梁结构，前舱防撞骨架左侧立柱64和前舱防撞骨架右侧立柱58，两防撞梁立柱采用薄板冲压而成，中部设置有多个吸能孔，两个吸能板纵向、立置、对称分布于防撞吸能装置两侧，两侧与前防撞梁左侧连接板62，前防撞梁右侧连接板57连接，主要作用为在碰撞过程中吸能。在发生碰撞时，前防撞梁左侧连接板62，前防撞梁右侧连接板57先受到冲击，并将能量通过吸能板的变形吸收，以避免电动汽车其它部位的损坏。同时防撞吸能装置与车身采用螺栓连接，在碰撞后可以方便更换，方便后期维修。
作为本实施方式进一步的改进，所述车身整体结构的设计，所述骨架结构的设计均采用Hypermesh有限元前处理软件和Optistruct拓扑优化软件进行设计。
本实施方式由于采用了车身整体结构的设计，骨架结构的设计均用Hypermesh有限元前处理软件和Optistruct拓扑优化软件进行设计的技术手段，所以，可获得最轻结构设计。
Claims (8)
1.一种轻量化电动汽车，包括电动汽车的车身结构，所述车身结构包括上车体结构、下车体结构和车门结构，其特征在于：所述车身结构采用半承载式车身结构，有独立的下车体结构，上/下车体通过A/B/C柱连接。所述车门结构为骨架式结构。所述车身结构分布有用于固定螺纹固定孔，内外饰均可以方便安装，同时内侧采用新型复合材料，外侧采用改性复合材料；所述下车体结构主要由车架中部结构和车架中部的电池舱结构两部分组成，所述车架中部的电池舱结构下部借助大梁车架作为电池舱的底部，上部通过杆件焊接形成笼形框架结构。
2.根据权利要求1所述的轻量化电动汽车，其特征在于：所述车身结构由多个冲压件构成；多个所述冲压件通过焊接连为一体形成笼形车身骨架；笼形车身骨架的内、外表面分布有用于固定所述复合材料和新型复合材料的螺纹固定孔；所述复合材料和新型复合材料通过螺钉与所述笼形车身骨架固定连接形成整个封闭车体。
3.据权利要求2所述的轻量化电动汽车，其特征在于：多个所述冲压杆件包括梁杆类工件、柱杆和支撑杆类工件；所述梁杆类工件包括两个前部向下弯曲的纵梁杆和四个横梁杆；所述两个前部向下弯曲的纵梁杆纵向分布于车身顶部的两侧；所述四个横梁杆从前到后分布在所述两个前部向下弯曲的纵梁杆之间；每一个所述横梁杆的两端分别与所述两个前部向下弯曲的纵梁杆固定连接；前两个所述横梁杆与纵梁杆向下弯曲的前部构成前挡风玻璃的框架；后三个所述横梁杆与纵梁杆的后部构成车身顶部骨架；所述柱杆包括两个前柱杆、两个中柱杆和两个后柱杆；所述两个前柱杆的上端分别与所述两个前部向下弯曲的纵梁杆前端固定连接；所述两个前柱杆和横梁杆一和横梁杆二构成前档板的框架；所述两个后柱杆的上端分别与所述两个前部向下弯曲的纵梁杆后端固定连接；所述两个中柱杆的上端分别于横梁杆三两端焊接，组成中部龙门结构；所述两个后杆柱的上端分别于横梁杆四两端焊接，组成后部龙门结构；两道龙门式结构构成双龙门式结构。
4.根据权利要求1所述的轻量化电动汽车，其特征在于：所述车架中部结构包括型材和折弯件，两者通过焊接固定连接，构成“五纵十横”式车架结构。
5.根据权利要求1所述的轻量化电动汽车，其特征在于：所述车架中部结构与中部电池舱构成空间立体结构，同时电池舱借助大梁车架的中部结构，二者相辅相成，即保证了车架的刚度和强度，同时又保证了电池的安全性，同时又合理利用了座椅下部的空间，也保证了整车在侧碰时的安全性，由于中部电池舱采用笼形结构，可以抵挡A/B柱在侧碰过程中的侵入量，最大程度的保证驾乘人员的生存空间。
6.根据权利要求1所述的轻量化电动汽车，其特征在于：大梁车架的前部设置有驾驶室，所述车架前端设置有防撞吸能装置。
7.根据权利要求6所述的轻量化电动汽车，其特征在于：所述前防撞吸能结构为三级防撞结构，中部为溃缩结构，上部为刚性防变形结构，下部为传递碰撞能量结构。
8.根据权利要求1所述的轻量化电动汽车，其特征在于：所述轻量化复合材料由新型复合材料和改性复合材料构成。
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