CN110087976B - 车辆承载结构 - Google Patents

Abstract

一种车辆承载结构(100)，包括由隔室(1)，其由复合材料制成，并由多个部件(2、8、9、11、12)组成，这些部件通过至少一个连接系统彼此连接以形成单一结构；隔室(1)由在3和8之间的n个部件组成，即3<n<8。

Description

车辆承载结构

技术领域

本发明涉及一种车辆结构，更具体地说，涉及一种由复合材料制成的、旨在用作高功率超级跑车的“承载式车身”结构。

背景技术

众所周知，复合材料的承载式车身，特别是碳纤维增强聚合物，通常设计为单一结构，对其进行开发以用于马力范围为大约500HP至1200HP的超级跑车。

然而，大多数称为复合材料“承载式车身”的结构实际上是利用已知紧固技术组装以形成单一结构的不同的单独铸造部件组成。

因此，首先制造单独的部件，然后在稍后阶段组装以获得“承载式车身”，其构成承载车辆其他部件的负载的单一刚性结构。

与本申请的申请人相同的专利文献EP2683535涉及一种用于制造复合材料产品的方法，特别是用于机动车辆的承载式车身的壳体、或隔室和车顶。

从该文献可以推断出，即便是现代的承载式车身解决方案，其也是由在独立的阶段制造和组装以形成单一结构的多个部件组成的。

因此，现有技术中的承载式车身很复杂，并且它们的生产涉及又长又复杂的操作链。一旦该结构作为整体被设计完成，由于其制造需要大量部件，所以不能对其进行修改。

例如，如果已经制成了用于后置发动机汽车的承载式车身，针对前置发动机汽车就必须重新设计。

发明内容

在本文中，本发明的主要目的为提出一种克服上述缺点的车辆结构。

本公开的目的为提出一种易于适应不同车辆配置的车辆结构。

本说明书的另一个目的为提出一种与现有技术中的解决方案相比由数量显著减少的部件构成的车辆结构。

所指出的技术目的和所指定的目的基本上通过包括独立权利要求1中描述的特征的车辆结构来实现。

本说明书涉及一种车辆承载结构，其旨在用作具有两轮或四轮驱动、混合动力或内燃发动机以及两个或四个座椅的、高功率超级跑车(1000马力及以上)的承载式车身。

本说明书的一个方面在于减少单独的结构部件的数量，每个结构部件的特征在于单一模制方向，即，从模具中提取部件的单一方向。

在其一个实施例中，车辆承载结构包括由复合材料，优选碳纤维增强聚合物CFRP制成的隔室。

该隔室包括n个部件(n在3和8之间，即3<n<8)，以及用于将这些部件彼此连接以形成单一结构的至少一个系统。

在第一实施例中，该隔室包括复合材料的第一部件，其可以由盆状部件组成，所述盆状部件至少包括前壁、后壁、第一侧壁、第二侧壁和底壁，它们一起至少部分地界定了车辆内部；复合材料的第二部件，其可以由前支撑件组成，所述前支撑件在与车辆内部相对的一侧至少连接到盆状部件的前壁；复合材料的第三部件，其可以由后支撑件组成，所述后支撑件在与车辆内部相对的一侧至少连接到后壁；复合材料的第四部件，其可以由第一纵向构件组成，所述第一纵向构件在与车辆内部相对的一侧上至少连接到第一侧壁；复合材料的第五部件，其可以由第二纵向构件组成，所述第二纵向构件在与车辆内部相对的一侧上至少连接到第二侧壁。

因此，在一个实施方案中，隔室由总共五个彼此连接的部件组成。

由此产生的车辆结构的特征在于高度简单，由少量高度集成的部件组成，其中许多功能表面是直接在模制相应部件的单个操作中获得的。该特征可以使重量减轻，因为不需要诸如螺钉、支架或凸缘之类的紧固元件，这些紧固元件例如都是直接形成在脱模的原始部件上的。

根据本说明书的一个方面，部件不具有死角部位，这使得工具作业得到极大的简化，从而通过使用短循环时间技术节省投资并减少处理时间，从而节省可变成本。

对于相同的刚度，由此获得的结构可减重达30％，并且可以节约制造时间44％，而且成本降低30％。

承载式车身优选地包括：内盆状部件，其限定用于车辆乘员的空间；前支撑件，其允许形成层叠部并将该结构连接到前框架；后支撑件，其也用作用于横向和后部冲击以及用于连接到后车架的吸震器；两个侧部元件，例如，侧围门槛，其不仅具有吸收横向冲击的结构功能，而且还具有在车辆的前部和后部之间传递载荷的结构功能；以及上部元件或组件，其例如用作车顶和/或用于挡风玻璃的支撑件和/或用于后窗的支撑件。

根据本说明书的一个方面，这些部件在制成之后，优选地通过特殊制造的接合表面组装在一起，并且例如通过胶合和/或共粘合和/或铆钉和/或螺钉或其他方法进行固定。

在一个实施例中，后支撑件可以通过在不同类型的汽车共用的模制元件上组装不同的吸收元件来制造。

这样，可以使用单个模制元件结合不同的吸收元件来制造具有不同吸收特性的汽车。

在一个实施例中，侧围门槛可以使用两个半壳体制成，每个半壳体具有单个模制轴。这样，由于闭合的横截面，可以获得更坚固的侧围门槛，并且该侧围门槛可以在没有凸缘等插入的情况下胶合或拧到盆状部件上。

根据本说明书的另一个方面，上部组件可以例如分解成两个不同的元件，一个内部和一个外部，两个元件都在单一方向上模制。

由于支柱的闭合横截面，该组件更加坚固，具有更好的内部表面光洁度。

根据本说明书的一个方面，前支撑件和侧围门槛可以预成型，以便也构成前框架。

根据本说明书的另一方面，后支撑件和侧围门槛可以预成型，以便也构成后框架。

根据本说明书的一个方面，该车辆结构允许通过仅修改组件的一些部件来制造两种或更多种车型：例如，修改上部组件允许获得用于双座跑车或敞篷车的承载式车身；修改前支撑件和侧围门槛允许获得前发动机车的承载式车身；修改侧围门槛可以获得长轴距车的承载式车身；修改后支撑件或前支撑件允许获得不同于原始设计的汽车的承载式车身，例如，可以获得GT汽车的承载式车身。

附图说明

根据本说明书的一个方面的车辆结构的其他特征和优点在如说明书附图所示的车辆结构的优选的、非排他性的实施例的近似且因此非限制性的描述中更加显而易见，其中：

-图1以示意性分解透视图示出了根据本说明书的车辆结构；

-图2以示意性透视图示出了根据本说明书的车辆结构；

-图3以示意性分解透视图示出了图2中所示类型的车辆结构；

-图4以示意性分解透视图示出了根据本说明书的车辆结构的细节；

-图5以示意性分解透视图示出了根据本说明书的车辆结构的第二细节；

-图6以示意性分解透视图示出了根据本说明书的车辆结构的第三细节。

具体实施方式

参考图1、图2和图3，数字100表示具有承载功能的车辆结构；在图1和图3中，为了描述的目的，结构100以分解的视图示出。

结构100优选地构成用于超级跑车，通常是马力范围为大约500HP到1200HP的汽车(未示出)的所谓的“承载式车身”。

在与本说明书相关的这种类型的汽车中，承载式车身是具有承载功能的单一刚性结构，并且优选地由碳纤维增强聚合物制成，碳纤维增强聚合物在该行业上通过首字母缩写CFRP熟知。

在替代实施例中，可以使用其他材料或其他基质或其他增强纤维。

根据本说明书的结构100包括隔室1，其由n个部件组成，n在3和8之间，即3<n<8。

隔室1包括用于将单独的部件彼此连接以形成单一或整体结构的至少一个系统。

用于将碳纤维增强聚合物部件彼此连接的系统基本上都是已知的，不再详细描述。

一般而言，在本说明书中，对彼此连接的部件或元件的引用是指部件或元件通过相应的连接系统连接。

在这些连接系统中，部件彼此之间例如可以胶合、铆接或螺纹连接或通过称为“共粘合”的方法连接。

在一个实施例中，隔室1本身就构成了车辆的整个承载式车身。

特别参考图1和图3，可以注意到在一个实施例中，隔室1通过连接五个部件制成。

如上所述，这些部件优选地由碳纤维增强聚合物制成，单独模制，但也可以使用其他材料。

隔室1的第一部件2由盆状部件组成，其限定车辆的内部101，即，其限定或划分车辆内部的由驾驶员和乘客占用的空间。

第一部件或盆状部件2包括前壁3、后壁4、第一侧壁5、第二侧壁6和底壁7。

壁3、4、5和6从底壁延伸以限定盆状部件2的结构。

第一部件2具有单一模制方向并且没有死角部位。

在本说明书中，表述“单一模制方向”用于表示通过相应的压件关闭和打开相应模具的单个移动来制造各个部件，而不需要诸如托架等配件或类似部件的任何额外的移动，也就是表示各个部分没有死角部位。

隔室1包括第二部件8，其由前支撑件组成，前支撑件在与内部101相对的一侧至少连接到盆状部件2的前壁3。

第二部件或前支撑件8有助于形成前壁3的层叠部，用于支撑车辆其他部分的前框架(例如，前轴总成)在车辆构造过程中例如连接到层叠部。

第二部件8具有单一模制方向并且没有死角部位。

在一个实施例中，前壁3在内部101的外侧上具有接合表面3a，用于连接到第二部件8。

类似地，第二部件8具有接合表面8a，用于连接到第一部件2。

第一和第二部件2和8借助于相应的接合表面2a、8a通过上述连接系统之一连接。

在该行业术语中，第二部件8也可以称为前阻焰器。

隔室1包括第三部件9，其由后支撑件构成，后支撑件在与内部101相对的一侧上至少与盆状部件2的后壁4连接。

由第三部件9限定的后支撑件还优选地用作用于后部和横向冲击的吸震器。

后支撑件还构成了隔室的、在车辆构造过程中用于连接到后框架的一部分。

后框架例如用于支撑和连接车辆的后轴总成与发动机和变速箱组件。

第三部件9具有单一模制方向并且没有死角部位。

在一个实施例中，后壁4在内部101的外侧上具有接合表面4a，用于连接到第三部件9。

类似地，第三部件9具有接合表面9a，用于连接到第一部件2。

第一和第三部件2和9借助于相应的接合表面2a、9a通过上述连接系统之一连接。

在该行业的术语中，第三部件9也可以称为后阻焰器。

参考图4，可以观察到，在一个实施例中，第三部件9包括主元件10，其优选地由碳纤维增强聚合物复合材料模制；以及至少一个吸收元件10a，其组装在元件10上。

元件10a赋予元件10以及部件9预定的吸收震动的性能。

例如，这种结构使得可以制造一种元件10，这种元件10对于多种不同的车辆是共用的，并且根据要制造的车辆的类型借助于元件10a赋予必要的吸收性能。

在隔室1的未示出实施例中，将第二和第三部件8和9制成为单一部件，其优选地由碳纤维增强聚合物模制，并且又连接到盆状部件2。

这样，随着该描述的继续，将变得更清楚，隔室1由总共四个彼此连接的部件限定。

隔室1包括分别由第一纵向构件和第二纵向构件组成的第四和第五部件11、12。

在行业术语中，第四和第五部件被称为“侧围门槛”并且允许吸收横向冲击并在车辆的前部和后部之间传递载荷。

在优选实施例中，侧围门槛具有闭合的主横截面。

参考图5，可以观察到，在一个实施例中，侧围门槛11和12仅示出了其中一个，其每个都由彼此连接的第一和第二半壳体13、14组成。

因此，第四和第五部件11和12具有闭合的主横截面(未详细示出)。

由此获得的侧围门槛11和12很坚固并且可以直接胶合或拧到盆状部件2上。

第四和第五部件11、12的第一和第二半壳体13、14各自具有相应的单一模制方向并且没有死角部位。

参考图3，在一个实施例中，第四和第五部件11、12具有开放的主横截面。

优选地，侧围门槛11和12具有单一模制方向并且没有死角部位。

第四部件或侧围门槛11在与内部101相对的一侧上至少连接到上述第一侧壁5，并且第五部件或侧围门槛12在与内部101相对的一侧上至少连接到上述第二侧壁6。

在优选实施例中，侧壁5和侧壁6各自具有相应的接合表面5a、6a。

类似地，侧围门槛11和侧围门槛12具有相应的接合表面11a和12a。

盆状部件2通过接合表面5a、6a和第四和第五部件11、12的接合表面11a、12a连接到侧围门槛11和12上。

部件11和12也可以通过未示出的凸缘连接到盆状部件2。

应当注意，基于侧围门槛11、12的主横截面是打开还是闭合，接合表面相应地以不同方式进行调整。

更具体地，在侧围门槛11、12具有开放的横截面的情况下，例如，如图3所示，壁5和6的表面5a和6a优选地成形为有助于制造一旦连接到相应的侧围门槛主横截面就会闭合的结构。

在一个实施例中，隔室1因此由彼此连接的五个部件限定，即，通过前支撑件8、后支撑件9以及侧围门槛11和12连接到其上的盆状部件2限定。

在不同的实施例中，如上所述，隔室1由彼此连接的四个部件限定，即，由侧围门槛11和12以及共同模制成单一部件的前支撑件8和后支撑件9限定的第四部件连接到其上的盆状部件2限定。

在未示出的实施例中，第二部件8与第四和第五部件11、12一起构成具有一对突出部的单元，突出部远离第一部件延伸并限定前述前框架。

在实践中，前支撑件8和侧围门槛11、12可以成形或预成形，以便也构成前框架。

该实施例中的结构100虽然仍然由有限数量的部件限定，但也集成了前框架。

在一个实施例中，第三部件9以及第四和第五部件11、12构成具有一对突出部的单元，突出部远离第一部件2延伸并限定上述后框架。

在实践中，后支撑件9和侧围门槛11、12可以成形或预成形，以便也构成前框架。

该实施例中的结构100虽然仍然由有限数量的部件限定，但也集成了后框架。

特别是在图2和图3所示的实施例中，结构100包括上部组件15，其由复合材料，例如，碳纤维增强聚合物CFRP制成。

在一个实施例中，上部组件15在单一部分中并且在单一模制方向上模制。

组件15连接到隔室1以限定单一结构；组件15例如通过胶合连接到隔室1。

在实践中，车辆的承载式车身由构成底部的隔室1和上部组件15组成。

组件15包括覆盖元件或车顶16，第一和第二前支柱17、18以及从车顶16的相对侧延伸的后单元19。

覆盖元件16通过支柱17和18以及后单元19分别在盆状部件2的壁3和壁4处连接到隔室1。

组件15设置有用于接合到隔室1的接合元件。

在图6所示的实施例中，上部组件15包括第一内部元件20和第二外部元件21，第一内部元件20在上部组件15连接到隔室1时指向内部101，第二外部元件21在上部组件15连接到隔室1时相对于内部元件20设置在与内部101相对的一侧上。

第一内部元件20包括第一支柱17的内部部分22，第二支柱18的内部部分23和后单元19的内部部分24。

部分22和23通过横档25彼此连接并通过相应的连接元件26、27连接到后部部分24，连接元件26、27也可以被认为是相应部分22和23的延伸部分。

上部组件15的内部元件20模制成单一部分并且在单一模制方向上模制。

第二外部元件21包括覆盖元件或车顶28、支柱17和18的外部部分29、30以及后单元19的外部部分31。

上部组件15的内部元件21模制成单一部分并且在单一模制方向上模制。

除了其他方面之外，连接元件20和21允许获得支柱17和18的闭合横截面，与具有开放横截面的支柱相比，赋予了支柱17和18更大的刚度。

在未示出的实施例中，上部组件15包括第一和第二前支柱以及连接支柱的一对横档，以限定用于车辆挡风玻璃的框架。

在这种情况下，当组件连接到隔室1时，基本上在盆状部件2的前壁3处，限定了双座车的承载体100。

在未示出的实施例中，除了用于挡风玻璃的框架之外，上部组件15还包括用于支撑车辆后窗的后单元。

在这种情况下，当组件15连接到隔室1时，通过将挡风玻璃框架基本上连接在盆状部件2的前壁3上，将后单元基本上连接在盆状部件的后壁4上，限定了敞篷车的承载体100。

使结构100具有彼此连接的有穷的有限数量的部件使得结构100易于修改，从而通过仅改变整个结构的几个部件可以制造不同类型的汽车。

由于根据本说明书的结构的部件均具有单一模制方向，因此用于制造它们的机器也相对得到了简化。

例如，如上所述，修改上部组件允许获得用于双门跑车或双座跑车或敞篷车的承载结构。

修改第二、第四和第五部件，即所述实施例中的前支撑件和侧围门槛，允许获得例如用于前发动机车的承载结构。

修改第四和第五部件，即所述实施例中的侧围门槛，允许获得例如用于长轴距车的承载结构。

修改第三部件，即所述实施例中的后支撑件，允许获得例如用于所谓的GT的承载结构。

如上所述，这些部件由复合材料制成并通过模制获得。

赋予这些部件预定技术性能的优选模制方法包括称为“树脂传递模塑(RTM)”、“编织”和“预浸渍”的那些方法。

这些方法的生产工艺的不同之处在于所用的碳纤维的类型，所用的合成树脂的相应交织和化学组成。

在RTM方法中，碳纤维卷筒预先形成并用预定量的树脂浸渍。然后在组件处于加工过程中的同时对它们进行热硬化。

与本申请的申请人相同的专利文献EP2574449提出了对该成型方法的研究。

在预浸渍方法中，碳纤维卷筒用液态热固性树脂预浸渍，并且必须在低温下储存。接下来，将卷筒层压在模具中并在高压釜中在合适的热和压力下硬化。采用预浸渍方法制造的部件可确保高质量的表面光洁度，因此构成了安装在可见位置的部件的优选解决方案。

编织方法用于制造用于特殊应用的管状部件，例如结构支柱和底部的轮廓；通过在不同层中对角交联纤维来完成交织。

Claims (16)

1.一种车辆承载结构，其包括由复合材料制成的隔室(1)，所述隔室包括多个部件(2、8、9、11、12)和用于将所述部件(2、8、9、11、12)彼此连接以形成单一结构的至少一个系统，其中，隔室(1)由n个部件组成，n在3和8之间，即，3<n<8，所述车辆承载结构包括由复合材料制成并连接到所述隔室(1)以限定单一结构的上部组件(15)，其特征在于，

-所述上部组件(15)包括覆盖元件(16、28)，第一和第二前支柱(17、18、22、23、29、30)以及从覆盖元件(16、28)的相对端延伸的后单元(19、24、31)，所述上部组件(15)通过第一和第二前支柱(17、18、22、23、29、30)以及后单元(19、24、31)分别在第一部件(2)的前壁(3)和后壁(4)处连接到隔室(1)，或者，其特征在于，

-所述上部组件(15)包括后单元，所述后单元用于支撑车辆的后窗并且在形成隔室(1)的一部分的盆状部件(2)的后壁(4)处连接到所述隔室，或者，其特征在于，

-所述上部组件(15)包括第一和第二前支柱以及连接所述第一和第二支柱以限定用于车辆的挡风玻璃的框架的至少一个横档，将所述挡风玻璃在形成隔室(1)的一部分的盆状部件(2)的前壁(3)处连接到隔室(1)。

2.根据权利要求1所述的结构，其中所述隔室(1)包括：

第一部件(2)，其由盆状部件(2)组成，所述盆状部件至少包括前壁(3)、后壁(4)、第一侧壁(5)、第二侧壁(6)和底壁(7)，它们一起至少部分地界定了车辆的内部(101)；

所述隔室(1)还包括：

第二部件(8)，其由前支撑件组成，所述前支撑件在与内部(101)相对的一侧至少连接到前壁(3)；

第三部件(9)，其由后支撑件组成，所述后支撑件在与内部(101)相对的一侧至少连接到后壁(4)；

第四部件(11)，其由第一纵向构件组成，所述第一纵向构件在与内部(101)相对的一侧至少连接到第一侧壁(5)；

第五部件(12)，其由第二纵向构件组成，所述第二纵向构件在与内部(101)相对的一侧至少连接到第二侧壁(6)，所述隔室由总共五个彼此连接的部件(2、8、9、11、12)组成。

3.根据权利要求2所述的结构，其中所述第一部件(2)和/或所述第二部件(8)和/或所述第三部件(9)和/或所述第四部件(11)和/或所述第五部件(12)通过模制制成并且各自具有相应的单一模制方向。

4.根据权利要求2或3所述的结构，其中所述前壁(3)具有接合表面(3a)，所述第二部件(8)具有接合表面(8a)，所述第一部件(2)和所述第二部件(8)通过前壁(3)的接合表面(3a)和第二部件(8)的接合表面(8a)连接。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的结构，其中所述后壁(4)具有接合表面(4a)，所述第三部件(9)具有表面(9a)，所述第一部件(2)和所述第三部件(9)通过后壁(4)的接合表面(4a)和第三部件(9)的接合表面(9a)连接。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的结构，其中所述第一侧壁(5)和所述第二侧壁(6)各自具有相应的接合表面(5a、6a)，所述第四部件(11)具有接合表面(11a)，第五部件(12)具有接合表面(12a)，第一部件(2)与第四和第五部件(11、12)分别通过第一侧壁(5)的接合表面(5a)和第四部件(11)的接合表面(11a)以及第二侧壁(6)的接合表面(6a)和第五部件(12)的接合表面(12a)连接。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的结构，其中，所述第三部件(9)包括复合材料的主模制元件(10)和组装到主元件(10)的至少一个吸收元件(10a)，所述吸收元件(10a)赋予第三部件(9)预定的吸收性能。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的结构，其中所述第四和第五部件(11、12)具有闭合的横截面。

9.根据权利要求8所述的结构，其中所述第四和第五部件(11、12)各自由彼此连接的第一和第二半壳体(13、14)构成，所述第一和第二纵向构件具有闭合的横截面。

10.根据权利要求9所述的结构，其中所述第四和第五部件(11、12)的所述第一和第二半壳体(13、14)各自具有相应的单一模制方向。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的结构，其中所述第二部件(8)、所述第四和第五部件(11、12)构成包括第一和第二突出部的单元，第一和第二突出部远离前壁(3)延伸并限定前框架。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的结构，其中，所述第三部件(9)、所述第四和第五部件(11、12)构成包括第三和第四突出部的第二单元，所述第三和第四突出部远离后壁(4)延伸并限定后框架。

13.根据权利要求2至12中任一项所述的结构，其中，将所述第二和第三部件(8、9)制成为单一的第六部件，所述第六部件模制为单一部分，所述隔室(1)由总共四个彼此连接的部件限定。

14.根据权利要求1所述的结构，其中所述上部组件(15)模制为单一部分。

15.根据权利要求1所述的结构，其中所述上部组件(15)包括彼此连接的第一内部元件(20)和第二外部元件(21)，所述第一内部元件(20)包括第一和第二支柱(17、18)的至少一个内部部分(22、23)和后单元(19)的内部部分(24)，第二外部元件(21)至少包括第二覆盖元件(28)、第一和第二支柱(17、18)的外部部分(29、30)和后单元(19)的外部部分(31)，第一内部元件(20)和第二外部元件(21)均模制成单一部分并且在相应的单一模制方向上模制。

16.根据权利要求1所述的结构，其中所述第一和第二支柱(17、18、22、23、29、30)各自具有闭合的横截面。

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