运载工具车轮与车桥系统的制作方法

专利名称：运载工具车轮与车桥系统的制作方法
技术领域：
本发明大体来说涉及增加轻量级运载工具的乘客安全性。更特定来说，呈现用于实施于通过添加经战略性定位的可挤压空间且通过改变标的物运载工具与另一物体之间的撞击类型或啮合模式而减小运载工具乘客的峰值加速度的此运载工具中的结构。
背景技术：
建造极轻运载工具中的初始问题由以下事实所致与当今大街上看到的普通汽车相比，极轻运载工具具有大量缺点。关于此问题的直觉是经添加质量(其在采取相同速度的情况下产生更多动量及能量)形成所述运载工具中的乘客的额外安全等级。较大动量有助于通过“冲撞”其它运载工具而减小其乘客在特定碰撞中产生的加速度，借此将被撞到的物体移向旁边。赶上较重型汽车的经添加安全性的此固有感觉实际上是错误看法。由于其较高质量，SUV及小型卡车(马路上的一些最重运载工具由非商业性驱动器驱动)比汽车及小型货车给其它运载工具的驾驶员造成更多死亡。然而，当前仅可通过构造具有低重量及极小空气动力学拖曳的运载工具而获得燃料效率的大量增加。此运载工具必须也经设计以克服伴随着其低质量的缺点且提供对其乘客的保护。物理定律是不可协商的。减小运载工具的乘客的峰值加速度既可通过吸收穿过可挤压空间的能量又可通过改变两个运载工具或物体在碰撞时具有的撞击类型或啮合模式而实现。重要的是，将可塌缩空间视为运载工具中的可挤压结构及运载工具内部的缓冲材料两者。需要的是一种可在给当今马路上的其它较重型汽车及SUV提供乘客安全性上竞争成功的极轻型运载工具构造。此目标可通过为当今在大多数汽车中不可达到的适当能量吸收及/或偏转提供空间而实现。

发明内容
本发明涉及一种用于多车轮运载工具的车轮与车桥系统。在根据本发明的原理构造的运载工具的一个实施例中，运载工具的车轮在其中驻留乘客的运载工具的主车身底盘外部间隔开且远离所述主车身底盘。每一车轮的悬架系统至少部分地位于每一车轮内。可挤压车桥在至少一个地点中在结构上附接到所述主车身底盘且远离所述主车身底盘延伸一距离，其中所述车桥在一端上附接到车轮中悬架系统。空气动力学形状的可挤压流线型外壳在一端处附接到所述主车身底盘且覆盖所述车桥的延伸于所述主车身底盘外部的所述部分。空气动力学形状的可挤压导流罩覆盖每一车轮。在一个实施例中，提供一种可挤压车桥，其在汽车的一侧上附接到车轮内的悬架且在汽车的另一侧上不间断地运行到车轮内悬架。在一个实施例中，此车桥在两个点处在结构上附接到所述主车身底盘，所述运载工具的每一侧上接近相应车轮的点处有一个点。


参考图式，依据下文对本发明的详细描述将更佳地理解本发明的上述及其它目的、方面及优点，其中图I是体现本发明的原理的极轻型运载工具的前面透视图。图2是体现本发明的原理的极轻型运载工具的后面透视图。图3是体现本发明的原理的极轻型运载工具的俯视图。图4是体现本发明的原理的极轻型运载工具的仰视图。图5是体现本发明的原理的极轻型运载工具的侧视图。·
图6是按比例绘制的体现本发明的原理的极轻型运载工具的管道结构的透视图。图7是按比例绘制的体现本发明的原理的极轻型运载工具的俯视横截面图。图8是按比例绘制的根据本发明的原理构造的运载工具的前鼻的横截面俯视图。图9是按比例绘制的根据本发明的原理构造的运载工具的前挤压区的透明视图。图10是按比例绘制的从根据本发明的原理构造的运载工具的后面的透明视图。图11是按比例绘制的根据本发明的原理构造的运载工具的透明侧视图。
具体实施例方式为获得极轻型运载工具(VLV)中固有的优点同时维持其乘客的安全，在建造运载工具时使用的形状、配置及构造技术必须全部考虑在内。图I呈现根据本发明构造的极轻型运载工具的外部的前面透视图。所述运载工具由三个互连区段构成前区段5、中间区段10及后区段15。第一流线型外壳20从前车轮导流罩25延伸到前区段5，而第二流线型外壳30从第二前车轮导流罩35延伸到前区段5。中间区段10为乘客区域，所述乘客区域包含若干窗口及至少一个门以用于进入运载工具或从运载工具出去。如图2中所展示，第三流线型外壳40将第一后车轮导流罩45连接到后区段15，而第四流线型外壳50将第二后车轮导流罩55连接到后区段15。车轮位于车轮导流罩中的每一者内。与其它运载工具相t匕，前区段5的形状具有相对窄的圆形边缘与最小前表面区域。此为准许气流贴附到汽车车身借此减小形式拖曳的真正空气动力学形状。另外，由于运载工具沿主要纵向轴相对于中心平面对称(由图3及图4中的中心线A-A所指示)，因此小的前面宽度减小汽车曝露于可能碰撞的向前表面，从而导致增加以下可能在发生碰撞的情况下，只要在运载工具中心线的一侧或另一侧发生碰撞，撞击就将沿X轴及Y轴远离汽车车身而偏转。在此碰撞中，被撞到的前车桥及前车轮导流罩经设计而使牺牲结构部件断裂，以使得减小撞击的速度，同时减小由运载工具乘客所经历的峰值力。此外，如图3中所展示，当从上面观看时，体现本发明的原理的VLV的总体配置具有大体上泪珠形状。此形状已被发现具有极有利的空气动力学特性。此外，如图5中所展示，由于前区段5的表面经构造以便朝向运载工具的后面扫掠，因此发生碰撞时所涉及的力也将沿垂直Z轴远离运载工具而偏转。由于这些特征，减小碰撞脉冲(其为测量碰撞严重程度时使用的标准)，所述碰撞脉冲为运载工具乘客的峰值加速度或若干加速度。前区段5还并入有挤压区作为进一步的安全增强物。图6呈现体现本发明的原理的运载工具的管状框架结构105的透视图。在任何前面撞击中，不仅通过使撞击力偏转而且通过减小由运载工具乘客所经历的加速度的构造来增强安全性。极轻型运载工具的前管道结构由附接到前隔板的底部的下部环箍构成，且由将所述环箍的前面连接到所述前隔板的顶部的两个管支撑。由于前框架几何结构，前面撞击将可能使下部环箍向上弯曲，使上部支撑管道处于压缩状态，导致在计划好的故障起始器(failure initiator)处使所述管压弯。此管道为运载工具乘客提供内部保护屏板。前结构管道由用经加压材料制成的车身补充，所述经加压材料可为复合、钢、铝、塑料或树脂加强混凝纸或能够维持前鼻的刚度的任何其它材料。此以数种方式辅助能量吸收。第一种益处是车身辅助能量吸收，这是因为按需要将结构隆脊及加强型区段添加到车身。第二种益处是车身远离管道及车身的内壳层而间隔开。所述内壳层可通过在配合点处的能量吸收泡沫或块料而附接到外壳层，或替代地，内壳层与外壳层之间的一些或全部空间可大致填充有例如泡沫或多个能量吸收块料的能量吸收材料。当放置在前区段5中时，此能量吸收材料的使用将尤其有益处。车身及相应能量吸收材料为运载工具乘客提供中间保护屏板。
在发生碰撞时运载工具驾驶员及乘客经历的峰值加速度中的一者源自前车轮塌缩到不可塌缩的下围板中且被卡在所述不可塌缩下围板上，从而将强烈冲击传送到客舱。如图I及图2中所展示，本发明的极轻型运载工具的车轮在主车身底盘外部间隔开且远离所述主车身底盘，显著偏离标准汽车设计且借此大致消除先前运载工具设计的此危险方面。另外，所揭示的车轮/车轮导流罩配置在中间区段10外部提供不危险的可挤压空间且使得能够将可挤压材料放置于所揭示的运载工具的车轮与中间区段10之间。在每一前车轮导流罩与前隔板之间存在至少12英寸。至少需要此空间量以避免产生由于空气穿过原本过窄的间隙的不必要大的加速度所产生的拖拽及其它反产生力。另一方面，必须注意不要使运载工具过宽。因此，每一车轮导流罩的内表面靠近其中所包含的车轮的外部面处而定位。每一导流罩与运载工具的车身之间的空间通常将包含可挤压铝管车桥及覆盖所述车桥的约12英寸宽且约12英寸长的可挤压前流线型外壳，其可填充有能量吸收泡沫。每一后车轮导流罩与后隔板之间的距离稍微较长以使前车轮与后车轮遵循相同轨道。经组合的所有这些特征给运载工具乘客提供空前保护，以免受到前面及侧面撞击碰撞中的车轮的伤害，如下文进一步描述。如上文所揭示，车轮中的每一者由车轮导流罩围封。由于车轮从运载工具的机身位移，因此这既是法律要求又是空气动力学要求。法律上，导流罩的大小可相当小，但对空气动力学效率的需要强制要求流畅且圆形的前部和长拖曳边缘在导流罩后面的一点处交汇。由于VLV的每一侧上的车轮导流罩的组合长度小于运载工具的主车身的长度，因此存在主要运载工具车身支配气流方向的趋势。因此，尽管每一导流罩近似泪珠形状，但后导流罩45及55借助向内弯曲而端接以抵消所述趋势。为实现此设计，导流罩25、35、45及55的长度为约4英尺且沿运载工具的侧面形成外保护势垒。其沿运载工具的每一侧的至少60%延伸，在运载工具的每一侧上的两个导流罩之间留下不多于4英尺的间隙。此外保护屏板在侧面撞击能量吸收及偏转中担任重要部分。导流罩内部的空间中介于40%与50%之间的空间是空的，从而允许其填充有可挤压泡沫以在客舱与另一物体之间挤压车轮导流罩的情况下辅助能量吸收。在替代实施例中，可去除前流线型外壳与后流线型外壳且导流罩可直接邻近运载工具车身处而定位。
如图9中所展示，前车桥70从第一前车轮悬架75分别经第一流线型外壳20、前区段5及第二流线型外壳30延伸到达前车轮悬架80。后车桥85从第一后车轮悬架90分别经第三流线型外壳40、后区段15及第四流线型外壳50延伸到达第二后车轮悬架95。每一车桥可为单件或多件式单元。每一车轮悬架刚性地安装到相应车桥且经配置以使自由旋转的车轮轴承相对于所述车桥的端部分悬吊。车轮单独地安装到车轮悬架中的每一个。车桥可由铝或刚性足以充当车桥而且适用于断裂配置的任何其它材料构造且为大体上圆形的，每一车桥具有约4英尺的直径。用作车桥的任何材料的所需尺寸可依据欧拉屈曲荷载(Euler’ s Buckling Load)公式以已知方式容易地计算。首先，依据车桥的已知内尺寸及外尺寸计算面积矩。然后，基于制成车桥的材料的弹性模数、面积矩及车桥的已知长度及表示列有效长度因数的常数而计算欧拉荷载。为获得可挤压性，欧拉荷载应大致超过依据屈服应力除以材料的面积而计算的材料的轴向压缩限制。因此，在本案中，对于铝车桥(其从附接到底盘的点到悬架为12英寸长)来说，管状铝车桥的直径为4英寸，而所述材料的厚度为O. 049英寸。此情况中的欧拉荷载是轴向压缩限制的约8倍，借此产生符合需要的可挤压性。相同计算可应用于期望用作车桥的任何其它材料。当与车轮导流罩25、35、45及55成对时，此配置沿运载工具的纬向外围形成撞击偏转屏板，且另外提供出色的能量吸收质量。车桥为结构部件，将车轮及导流罩连接到底盘。由前区段5、中间区段10及后区段15 构成的运载工具底盘的不足40%横向曝露。因此，在发生侧面撞击碰撞的情况下，车轮或导流罩中的至少一个将可能为初始接触点。初始接触将形成待传输到车桥中且最终传输到运载工具的力。所得碰撞力将开始使VLV远离撞击的运载工具或物体而移动，借此使VLV偏转并脱离危险，或由于上文所描述的能量吸收特征，在撞击的运载工具或物体到达VLV的主要底盘结构前通过减速减小VLV与撞击的运载工具或物体之间的速度差。如果是后一种情况，那么所述物体最可能必须经过车轮导流罩、流线型外壳及车桥以到达底盘。在此情况下，车桥将放置成压缩状态。构造车桥的材料必须为在曝露于侧面撞击的压缩力时易于挤压的一种材料。另外，故障起始器可适当地放置于每一车桥中以确保故障模式吸收尽可能多的能量。替代地，可使用例如碳、钢或开发出的铸件的不同可挤压结构，只要外侧悬架设计提供具有用于乘客保护的可挤压车桥的能力即可。此外，请注意，框架105为大体上菱形的，具有宽的中间区段及相对小的前隔板与后隔板。此结构通过塌缩来为中间区段10的乘客产生增加的空间，从而提供额外乘客保护。在发生特定巨大撞击时，可避免在碰撞情况中使框架105啮合。在发生前面撞击时，所述菱形的长度将变得较短，但在包含运载工具乘客的中间区段10中变得较宽。在发生侧面撞击的情况中，由于形状被压迫得较窄，因此中间区段10将变得较长，从而继续为运载工具乘客提供额外空间。图7到11呈现根据本发明的原理构造的VLV的实施例的结构的其它信息视图。图7是体现本发明的原理的极轻型运载工具的俯视横截面图。其展示在能量吸收中担任重要部分借此增加运载工具的安全性的车桥的位置。图8展示根据本发明的原理构造的运载工具的前鼻的横截面俯视图。前车桥70在点110及115处在结构上附接到底盘。鼻形状有利于在发生碰撞期间偏转而非啮合。图9提供根据本发明的原理构造的运载工具的前挤压区的透明视图。图10是从根据本发明的原理构造的运载工具的后面的透明视图。此图展示车轮脱离任何下围板，借此有助于增加乘客安全性。图11是根据本发明的原理构造的运载工具的透明侧视图。其展示车轮导流罩25、35、45及55覆盖运载工具的侧面的超过60%，借此改进发生侧面撞击的情况下的安全性。通过在中间区段10中使用经加压蜂窝状底板来提供进一步的保护。所述底板可由铝或既可支撑运载工具内的乘客又仍以可预测方式塌缩的任何其它材料制成。当框架105经历来自撞击的力时，那些相同力将被传送到底板结构，也尝试变更其形状。所述底板针对相对小的力向底盘添加刚度，且由于其蜂窝状内部结构而在更猛烈撞击期间将无法以渐进抵抗的方式添加刚度。通过用低密度材料构造VLV，获得重量极其轻且低质量的运载工具，此产生数个未料到的优点。与预期相反，低质量实际上增强运载工具的安全方面，这是因为在发生广泛多种(举例来说，包含其它运载工具、行人与自行车)的碰撞时，VLV对其自身的组件产生的内部力小于较大较重的运载工具将产生的内部力。当VLV撞到静止物体、另一轻障碍物或行人时，这些减小的力变得有利。可能的结果是给物体及VLV造成较少损害，同时将大大增加被撞到的行人的生存机会。此外，VLV的较轻重量导致具有优良操控与制动功能从而使其成为全方位方便驾驶汽车的运载工具。因此，驾驶员具有更多控制且能够避免许多可能 发生的碰撞。尽管已图解说明及描述了本发明的优选实施例，但所属领域的技术人员将理解，可做出各种改变及修改且可用等效物替换其中的要素，此并不背离本发明的范围。因此，本文中所揭示的配置原理可同样适用于例如卡车等较大货运型运载工具且适用于较小型乘客运载工具。另外，可做出许多修改以使本发明的教示适于特定情况，此并不背离本发明的中心范围。因此，打算是本发明不限于本文中所揭示的特定实施例。
权利要求
1.一种用于具有主车身底盘的多车轮运载工具的车轮与车桥系统，其包括 至少两个车轮，其位于所述底盘外部且远离所述底盘，每一车轮在所述底盘的相对侧上； 悬架系统，其用于每一车轮；及 至少一个可挤压车桥，其在至少一个位置中在结构上安装到所述底盘且在至少一个其它位置中附接到所述悬架中的至少一个，每一所述车桥延伸超过所述底盘边缘到达所述悬架。
2.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其进一步包括 空气动力学形状的可挤压流线型外壳，其用于每一所述车轮，每一所述流线型外壳在一端上附接到所述车身或底盘，所述流线型外壳完全地覆盖所述车桥延伸超过所述底盘边缘的所述部分；及 空气动力学形状的可挤压导流罩，其覆盖每一所述车轮。
3.根据权利要求2所述的车轮与车桥系统，其中每一所述流线型外壳内的空间未被所述车桥占用的剩余部分填充有可挤压能量吸收材料。
4.根据权利要求2所述的车轮与车桥系统，其中每一所述导流罩内的空间未被所述车轮之一占用的剩余部分填充有可挤压能量吸收材料，同时仍允许所述车轮在不阻碍任何所述悬架的情况下自由旋转。
5.根据权利要求2所述的车轮与车桥系统，其中每一所述导流罩定位在远离所述主车身底盘的已知距离处。
6.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中所述车桥为单件或多件式单元，其在一端上连接到所述运载工具的一侧上的一个所述悬架，且在另一端上连接到所述运载工具的相对侧上的另一所述悬架，所述车桥在两个位置处在结构上安装到所述底盘，所述运载工具的每一侧上有一个位置。
7.根据权利要求5所述的车轮与车桥系统，其中所述已知距离为至少12英寸。
8.根据权利要求5所述的车轮与车桥系统，其中每一流线型外壳具有等于所述已知距尚的长度。
9.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中每一所述车桥由可挤压铝制成。
10.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中每一车桥具有大体上圆形横截面形状且沿其长度为大体上管状的。
11.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中每一所述导流罩为约4英尺长。
12.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中每一所述车桥与故障起始器一起构造。
13.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中每一所述悬架系统至少部分地安装于所述车轮之一内。
14.根据权利要求I所述的车轮与车桥系统，其中每一所述车桥为空心的。
全文摘要
本发明涉及一种用于增强运载工具的乘客安全性的车桥与车轮系统。提供经工程设计以在撞击后可即刻挤压的车桥结构。所述车桥在结构上附接到所述运载工具的底盘且在其两侧上延伸超过所述底盘。每一车桥端附接到车轮悬架。所述车桥延伸超过所述底盘的部分由空气动力学形状的可挤压流线型外壳覆盖，且每一车轮由空气动力学形状的可挤压导流罩覆盖。
文档编号B62D21/18GK102892664SQ201180020444
公开日2013年1月23日 申请日期2011年4月20日 优先权日2010年4月23日
发明者奥利弗·克里斯托弗·费迪南德·库特纳, 罗纳德·克里斯托弗·马西斯 申请人:爱迪生2有限责任公司