一种模块化车辆结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种模块化车辆结构。所述车辆结构包括车体骨架，装在车体骨架上的车辆前桥和车辆后桥；所述车辆前桥包括前桥桥体及前桥悬架；所述车辆后桥包括后桥桥体及后桥悬架；所述后桥桥体包括前连接板和后连接板，以及多根纵梁；所述前连接板和后连接板通过多根纵梁固定连接在一起形成整体式笼状结构；所述前桥桥体包括有多块连接板和纵梁固定相连形成的左桥体单元和右桥体单元，对称设置的左桥体单元和右桥体单元之间通过多根横梁固定连接形成整体式笼状结构；本发明将模块化设计的前、后桥总成在整车构型中参与到车身承载中去，替代了部分车身骨架的功能，进一步实现了客车轻量化设计。
【专利说明】
一种模块化车辆结构
技术领域
[0001]本发明涉及一种模块化车辆结构，属于车辆结构技术领域，尤其涉及一种一种长轴距低地板轻量化客车。
【背景技术】
[0002]传统客车结构由方(矩)形钢管车身骨架，前双横臂(扭杆减震器)、后整体桥(板簧减震器)、燃油动力前驱或后驱动力系统组成，其结构形式导致有较高的地板设计，轴距较短，由于基本上采用钢或者铸铁材料，通过焊接或螺接而成，导致空间利用较低，重量较大，且油耗高，不节能环保。极少数客车采用了桁架结构的整体式车身，车身载荷由整个车架共同承载，前、后桥以总成的形式分别安装在相应位置，能够在一定程度上降低整车质量，提高整车行驶性能。
[0003]为了进一步实现轻量化目标，部分厂家采用铝合金作为主要车身材料制作承载式客车车身，但其实现手段主要为将铝材与钢材简单替换，付出了较大成本，但所实现的轻量化水平较低。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种模块化车辆结构，该车辆结构将模块化设计的前、后桥总成在整车构型中参与到车身承载中去，替代了部分车身骨架的功能，进一步实现了客车轻量化设计。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种模块化车辆结构，包括车体骨架，装在车体骨架上的车辆前桥和车辆后桥;所述车辆前桥包括前桥桥体及前桥悬架;所述车辆后桥包括后桥桥体及后桥悬架;其结构特点是，所述后桥桥体包括前连接板和后连接板，以及多根纵梁;所述前连接板和后连接板通过多根纵梁固定连接在一起形成整体式笼状结构;和/或所述前桥桥体包括左前连接板、左后连接板、右前连接板和右后连接板;其中左前连接板、左后连接板之间通过多根纵梁固定连接在一起形成左桥体单元，右前连接板和右后连接板之间通过多根纵梁固定连接在一起形成右桥体单元，对称设置的左桥体单元和右桥体单元之间通过多根横梁固定连接形成整体式笼状结构;优选每根横梁采用两个U型梁对接固定相连形成盒状元件和/或每根纵梁采用两个U型梁对接固定相连形成盒状元件。
[0006]根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案:
所述前桥悬架分作左前桥悬架单元和右前桥悬架单元，两者为对称结构，每个前桥悬架单元包括一根上摆臂、两根独立下摆臂和弹性元件;其中每组下摆臂的内端与前驱动桥支架连接，该组下摆臂的外端与相应的前转向节铰接连接;所述上摆臂与相应的前转向节铰接连接，该上摆臂之上设有弹性元件，该弹性元件的上端与一托盘连接，在托盘与同侧的其中一根下摆臂之间连接有减震器总成;优选弹性元件为空气弹簧;优选每个前桥悬架单元中，同组的两根下摆臂从内向外的方向通过弯曲变形逐渐收拢。
[0007]所述左桥体单元和右桥体单元的纵梁均为自下而上间隙布置的三根纵梁，即下纵梁，中纵梁和上纵梁;其中上纵梁的中间位置被断开，在中间断开的位置设有用于安装弹性元件的安装座，所述安装座与上纵梁形成整体结构;优选所述左桥体单元和右桥体单元之间通过四根横梁固定相连，四根横梁的两端分别连接相应侧的中纵梁和上纵梁;优选上纵梁从安装座向两侧延伸的过程中有向中间收拢的趋势。由此，该上纵梁靠近弹簧安装座的中间位置，避免了梁体承受扭矩，简化了梁体的受力环境。
[0008]为了提高横梁的结构强度，每根横梁采用两个U型梁对接固定相连形成盒状元件。由此，通过该种对焊工艺在梁体中间形成了一个封闭的腔体，使该结构具备良好的力学性會K。
[0009]为了避开车轮的跳动包络范围，上纵梁从安装座向两侧延伸的过程中有向中间收拢的趋势。
[0010]所述后桥悬架为车辆后桥不等长的双横摆臂结构。所述的不等长双横臂结构是指组成该悬架的上下两根摆臂内外侧安装点间连线长度不等，其中上摆臂长度约占下摆臂长度的50%—90%，优选为60%—70%，该种设计有利于提升该悬架的整体性能，减少轮胎磨损。
[0011]所述后桥悬架包括对称设置的两个后桥悬架单元，每个后桥悬架单元包括上摆臂、位于上摆臂下方的下摆臂、以及设置在上摆臂和上摆臂旁侧的弹性元件;每个后桥悬架单元的上摆臂和下摆臂连接在相应的纵梁上，每个后桥悬架单元的弹性元件通过弹性元件安装座安装在相应的纵梁上。
[0012]所述左前连接板、左后连接板、右前连接板和右后连接板外壁上设有多个用于连接前桥桥体和车身骨架的连接支架;优选所述左前连接板、左后连接板、右前连接板和右后连接板均整体类似于钝角三角形结构。
[0013]所述前连接板和后连接板之间连接有五根纵梁；五根纵梁自下而上分为三层;优选下层的一根纵梁和中层的两根纵梁上设置有所述弹性元件安装座，上层的两根纵梁穿过所述弹性元件安装座的顶部，并与弹性元件安装座固定连接在一起。
[0014]在前桥桥体上安装前驱动电机，该前驱动电机的输出轴与前减速箱总成的输入端连接，前减速箱总成的两个输出端分别与两根前传动半轴的内端连接，所述前传动半轴的外端穿过对应的前转向节，并通过前轮毂单元分别与左前轮总成和右前轮总成连接。
[0015]在后桥桥体的左右两侧对称设置后转向节，在后桥桥体与后转向节之间设置后上摆臂和后下摆臂，后上摆臂的内端与后桥桥体连接，后上摆臂的外端与后转向节连接;后下摆臂的内端与后桥桥体连接，后下摆臂的外端与后转向节连接，在每根后上摆臂的前后侧分别设置第一后桥悬架弹性元件和第二后桥悬架弹性元件，各后桥悬架弹性元件的下端均与对应侧的后下摆臂连接，在第二后桥悬架弹性元件的旁侧设置后减震器总成。
[0016]所述后桥桥体上安装后驱动电机，该后驱动电机的输出轴与后减速箱总成的输入端连接，后减速箱总成的两个输出端分别与两根后传动半轴的内端连接，所述后传动半轴的外端穿过对应的后转向节，并通过前轮毂单元与后轮总成连接。
[0017]优选地，所述车辆为长轴距低地板客车。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明针对传统车辆，尤其是客车的结构特点，通过各系统的优化创新设计，通过模块化的开发，铝合金车身骨架设计，实有效解决了客车车身中的钢铝复合应用问题，避免了完全使用铝合金材料所造成的材料简单堆砌，应用了铝合金及高强钢两种轻量化材料，充分发挥了两种材料的性能。具有绿色节能、强度高、重量轻、模块化等特点，使客车具备较好的轻量化性能并大幅简化了客车的生产。
【附图说明】
[0019]图1是本发明一个实施例的结构原理图；
图2是图1的主视图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明所述前桥的结构原理图；
图5是图4的俯视图；
图6是图4的正视图；
图7是图4的仰视图；
图8是图4的左视图。
[0020]图9是本发明所述后桥的结构原理图；
图10是图9的俯视图；
图11是图9的正视图；
图12是图9的仰视图；
图13是图9的左视图。
[0021]在图中
1-左前轮；2-右前轮；3，4-横梁;5-空气弹簧；6，7-前转向节;8-连接支架；11，12，13,21,22,23 -纵梁；14-左前连接板；15-左后连接板；24-右前连接板；25-右后连接板；16,17,26,27-下摆臂；18，28-安装座；19，29上摆臂；51-左后轮组;52-右后轮组;53-前连接板;54-后连接板;55,56,57,58,59-纵梁;60，61-上摆臂;62，63-下摆臂;64-安装构件;65-弹性元件安装座;100-车辆前桥;200-车辆后桥;300-车身骨架。
【具体实施方式】
[0022]以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
[0023]一种模块化客车结构，如图1-3所示，包括分别由铝合金制作的客车车身骨架300、车辆前桥100、车辆后桥200三部分模块。其中车身骨架300采用了全铝合金型材通过榫接及焊接的方式构成，前桥模块及后桥模块使用高强钢材料制成。
[0024]本发明具有以下特性:
(1)模块化设计
该客车主要由车身骨架、前桥模块、后桥模块三部分组成。作为优选，可根据情况选择不同的动力系统，包含纯电动、纯燃油、混合动力。通过该种模块化设计
(2)轻量化车身骨架
该客车车身骨架主体应用铝合金材料，主要承重件均为整体式结构，根据结构特点及要求局部加固，具有低地板设计特性、强度高、质量轻、工艺简单等优点。从结构上看，车身骨架在前后桥安装区域呈现了断开的特征，在该处的下侧骨架中无梁体结构，所空出的空间用于安装前后桥。
[0025]前、后桥分别通过四个连接件与车身骨架连接在一起，当前、后桥与车架安装后，前后桥骨架与车身骨架紧密连接为一个整体结构，充当了车身骨架断开出的结构组成。
[0026](3)高强钢支撑的车辆前桥和车辆后桥
本发明中，如图4-8所示，前桥的基本构成特点为:主要由前桥桥体及前桥悬架两大部分组成。其中，前桥桥体由六根纵梁11，12，13，21，22，23、四个连接板14，15，24，25、四根横梁3，4组成，其中每侧前桥悬架使用了三根纵梁分为用于连接前桥悬架下摆臂16，26内侧安装点、前桥悬架上摆臂29，29内侧安装点及空气弹簧5，六根纵梁从下到上分别命名为下纵梁11，21、中纵梁12，22及上纵梁13，23，该处3根梁分别与2个连接板14，15分别构成了左、右单元。前桥悬架为一种不同于普通客车双横臂前桥悬架的双球节独立前桥悬架，该前桥悬架由一根上摆臂、两根独立下摆臂及弹性元件、阻尼元件构成。
[0027]本发明中，前桥桥体的基本特征为:各个梁体均采用采用2个U型高强钢梁体对焊而成的盒形零件，通过该种对焊工艺在梁体中间形成了一个封闭的腔体，使该结构具备良好的力学性能。其中下纵梁11，21及中纵梁12，22为未断开的直梁，在梁体相应位置设置有前桥悬架摆臂的安装支座。本发明的上纵梁13，23为中间位置被断开，与前前桥悬架空气弹簧的杯形安装座焊接为一体，该上纵梁靠近空气弹簧安装座的中间位置，避免了梁体承受扭矩，简化了梁体的受力环境。该梁体从该杯形安装座往两侧延伸的过程中有向中间收拢的趋势，主要是用于避开车轮的跳动包络范围。
[0028]从正视图来看，每侧前桥悬架的三根纵梁以贯穿连接的方式分别连接在前、后连接板上，则每个桥单元具备左前、左后、右前、右后的四块连接板。该连接板从正视图来看，将以三角形分布的三根纵梁连接起来，总体呈现了类三角形形状。该板件采用高强钢制作而成，根据所适配车辆的载荷情况选择使用单侧板件，若针对载荷较大车辆可采用高强钢对焊而成的盒形零件制作而成。
[0029]四根横梁分别连接在纵梁13，23及纵梁12，22的两端，该梁体采用采用2个U型高强钢梁体对焊而成的盒形零件，通过该种对焊工艺在梁体中间形成了一个封闭的腔体，使该结构具备良好的力学性能。通过四根梁的连接，将左、右桥体单元连接为一个笼状结构的坚固整体。
[0030]本发明的前桥悬架在前驱动桥支架的左右两侧各设置一组前下摆臂，每组前下摆臂分为前后两根，各前下摆臂的内端通过橡胶衬套与前驱动桥支架连接，同组中两根前下摆臂从内向外的方向通过弯曲变形逐渐收拢，且前下摆臂的外端通过球头销与前转向节6，7连接，在每组前下摆臂的上方均设有前上摆臂，该前上摆臂为三角形，前上摆臂的一个角通过球头销与前转向节6，7连接，在所述前上摆臂上设置前前桥悬架弹性元件，该前前桥悬架弹性元件的下端与前上摆臂连接，前前桥悬架弹性元件的上端与托盘连接，在托盘与同侧的其中一根前下摆臂之间连接前减震器总成，在所述前驱动桥支架上安装前驱动电机，该前驱动电机的输出轴与前减速箱总成的输入端连接，前减速箱总成的两个输出端分别与两根前传动半轴的内端连接，所述前传动半轴的外端穿过对应的前转向节6，7，并通过前轮毂单元与前轮总成连接。
[0031]采用以上技术方案，同侧的前上摆臂和两根前下摆臂构成双球节独立前桥悬架，前上摆臂16，26、前下摆臂19，29均通过球头销与前转向节6，7连接，使得安装在球头销上的前转向节6，7具备多个方向的旋转自由度，这样虚拟传统结构的转向主销，更有利于提升车辆的转向性能。同侧的两根前下摆臂具有弯曲特征，不仅结构强度好，而且可以用来避开前轮在转向过程中的干涉。在前上摆臂上通过托盘设置前前桥悬架弹性元件，且托盘与同侧的其中一根前下摆臂之间连接前减震器总成，结构紧凑，易于布置及安装，使前驱动转向桥具有良好的减震性能。
[0032]在前桥桥体中，每个前桥悬架单元中，同组的两根下摆臂从内向外的方向通过弯曲变形逐渐收拢。所述左前连接板、左后连接板、右前连接板和右后连接板外壁上设有多个用于连接前桥桥体和车身骨架的连接支架;优选所述左前连接板、左后连接板、右前连接板和右后连接板均整体类似于钝角三角形结构;所述上摆臂整体呈三角形。所述上摆臂和下摆臂为锻钢件或锻铝件;优选所述上摆臂整体呈三角形;优选所述前桥桥体采用高强钢制成。
[0033]所述车辆前桥为客车前驱动转向桥。
[0034]本发明中，如图9-13所示，后桥的基本构成特点为:由后桥桥体及后桥悬架两大部分组成。其中，后桥桥体由五根纵梁、两个连接板组成，从下到上分别命名为纵梁55、左纵梁56、右纵梁57及左纵梁58、右纵梁59。该处纵梁I用于安装左、右后桥悬架的下摆臂，左纵梁56及右纵梁57分别用于连接后桥悬架上摆臂，左纵梁3及右纵梁3分别用于连接左右弹性元件安装座。该处后桥悬架为一种车辆后桥不同于普通客车的整体桥式后桥悬架，而采用了一种车辆后桥不等长的双横摆臂结构，该后桥悬架由一根上摆臂、一根下摆臂及弹性元件、阻尼原件构成。
[0035]本发明中，后桥桥体的基本特征为:各个梁体均采用采用2个U型高强钢梁体对焊而成的盒形零件，通过该种对焊工艺在梁体中间形成了一个封闭的腔体，使该结构具备良好的力学性能。其中各纵梁均为未断开的直梁，在纵梁55及左纵梁56、右纵梁57相应位置设置有后桥悬架安装支座。本发明中左纵梁58及右纵梁59，以贯穿的方式与弹性元件安装支座连接在一起，与弹性元件的安装支座焊接为一体，该纵梁靠近空气弹簧安装座的中间位置，避免了梁体承受扭矩，简化了梁体的受力环境。
[0036]在后桥桥体中，同一侧的后上摆臂和后下摆臂构成双横臂后桥悬架;优选后上摆臂和后下摆臂呈梯形；优选所述上摆臂和下摆臂为锻钢件或锻铝件。所述第一后后桥悬架弹性元件和第二后后桥悬架弹性元件为空气弹簧或螺旋弹簧。所述前连接板和后连接板均整体呈倒梯形;优选前连接板和后连接板为高强钢制成盒形元件。每根纵梁采用两个U型梁对接固定相连形成盒状元件;优选纵梁均为未断开的直梁。由此，通过该种对焊工艺在纵梁中间形成了一个封闭的腔体，使该结构具备良好的力学性能。
[0037]所述车辆后桥为客车后驱动桥。
[0038]从正视图来看，五根纵梁以贯穿连接的方式分别连接在前、后连接板上，通过该方式构成了一个整体结构。该连接板从正视图来看，将以三角形分布的五根纵梁连接起来，总体呈现了倒置梯形形状。该板件采用高强钢对焊而成的盒形零件制作而成，该前、后连接板与五根纵梁一同，构成了一个坚固的笼形结构，共同承受后桥悬架载荷。
[0039]本发明述及的高强钢的参数为:抗拉强度:TS2 340MPa(冷乳)；TS2 370MPa (热乳及酸洗);或屈服强度:YS2 210MPa。
[0040]上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
【主权项】
1.一种模块化车辆结构，包括车体骨架(300)，装在车体骨架上的车辆前桥(100)和车辆后桥(200);所述车辆前桥(100)包括前桥桥体及前桥悬架;所述车辆后桥(200)包括后桥桥体及后桥悬架;其特征在于， 所述后桥桥体包括前连接板(53)和后连接板(54)，以及多根纵梁;所述前连接板(53)和后连接板(54)通过多根纵梁固定连接在一起形成整体式笼状结构;和/或 所述前桥桥体包括左前连接板(14)、左后连接板(15)、右前连接板(24)和右后连接板(25);其中左前连接板(14)、左后连接板(15)之间通过多根纵梁固定连接在一起形成左桥体单元，右前连接板(24)和右后连接板(25)之间通过多根纵梁固定连接在一起形成右桥体单元，对称设置的左桥体单元和右桥体单元之间通过多根横梁固定连接形成整体式笼状结构； 优选每根横梁采用两个U型梁对接固定相连形成盒状元件和/或每根纵梁采用两个U型梁对接固定相连形成盒状元件。2.根据权利要求1所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述前桥悬架分作左前桥悬架单元和右前桥悬架单元，两者为对称结构，每个前桥悬架单元包括一根上摆臂、两根独立下摆臂和弹性元件;其中每组下摆臂的内端与前驱动桥支架连接，该组下摆臂的外端与相应的前转向节铰接连接;所述上摆臂与相应的前转向节铰接连接，该上摆臂之上设有弹性元件，该弹性元件的上端与一托盘连接，在托盘与同侧的其中一根下摆臂之间连接有减震器总成;优选弹性元件为空气弹簧;优选每个前桥悬架单元中，同组的两根下摆臂从内向外的方向通过弯曲变形逐渐收拢。3.根据权利要求1所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述左桥体单元和右桥体单元的纵梁均为自下而上间隙布置的三根纵梁，即下纵梁(11，21)，中纵梁(12，22)和上纵梁(13，23);其中上纵梁(13，23)的中间位置被断开，在中间断开的位置设有用于安装弹性元件的安装座(18，28)，所述安装座与上纵梁(13，23)形成整体结构;优选所述左桥体单元和右桥体单元之间通过四根横梁(3，4)固定相连，四根横梁的两端分别连接相应侧的中纵梁(12，22)和上纵梁(13，23);优选上纵梁(13，23)从安装座(18，28)向两侧延伸的过程中有向中间收拢的趋势。4.根据权利要求1所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述后桥悬架为车辆后桥不等长的双横摆臂结构。5.根据权利要求1所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述后桥悬架包括对称设置的两个后桥悬架单元，每个后桥悬架单元包括上摆臂、位于上摆臂下方的下摆臂、以及设置在上摆臂和上摆臂旁侧的弹性元件;每个后桥悬架单元的上摆臂和下摆臂连接在相应的纵梁上，每个后桥悬架单元的弹性元件通过弹性元件安装座(65)安装在相应的纵梁上。6.根据权利要求1-5之一所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述左前连接板(14)、左后连接板(15)、右前连接板(24)和右后连接板(25)外壁上设有多个用于连接前桥桥体和车身骨架的连接支架(8);优选所述左前连接板(14)、左后连接板(15)、右前连接板(24)和右后连接板(25)均整体类似于钝角三角形结构。7.根据权利要求1-5之一所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述前连接板(53)和后连接板(54)之间连接有五根纵梁(55,56,57,58,59)；五根纵梁自下而上分为三层;优选下层的一根纵梁(55)和中层的两根纵梁(56，57)上设置有所述弹性元件安装座(65)，上层的两根纵梁(58,59)穿过所述弹性元件安装座(65)的顶部，并与弹性元件安装座(65)固定连接在一起。8.根据权利要求1-5之一所述的模块化车辆结构，其特征在于，在前桥桥体上安装前驱动电机，该前驱动电机的输出轴与前减速箱总成的输入端连接，前减速箱总成的两个输出端分别与两根前传动半轴的内端连接，所述前传动半轴的外端穿过对应的前转向节(6，7 )，并通过前轮毂单元分别与左前轮总成和右前轮总成连接。9.根据权利要求1-5之一所述的模块化车辆结构，其特征在于，在后桥桥体的左右两侧对称设置后转向节，在后桥桥体与后转向节之间设置后上摆臂和后下摆臂，后上摆臂的内端与后桥桥体连接，后上摆臂的外端与后转向节连接;后下摆臂的内端与后桥桥体连接，后下摆臂的外端与后转向节连接，在每根后上摆臂的前后侧分别设置第一后桥悬架弹性元件和第二后桥悬架弹性元件，各后桥悬架弹性元件的下端均与对应侧的后下摆臂连接，在第二后桥悬架弹性元件的旁侧设置后减震器总成。10.根据权利要求9所述的模块化车辆结构，其特征在于，所述后桥桥体上安装后驱动电机，该后驱动电机的输出轴与后减速箱总成的输入端连接，后减速箱总成的两个输出端分别与两根后传动半轴的内端连接，所述后传动半轴的外端穿过对应的后转向节，并通过前轮毂单元与后轮总成连接。
【文档编号】B60G5/04GK105904923SQ201610402212
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】钟志华, 莫旭辉
【申请人】湖南大学