CN109421498A - 车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆(1)，其包括：被构造成用于驱动车辆(1)的至少一个电动机；被构造成向电动机供应电力用于驱动所述车辆的电池组(2，2')；被构造成形成车辆的主支撑结构的车体框架结构(3，4，5)；以及被构造成在事故事件中吸收碰撞能量的碰撞能量吸收***(6，7，8，9，10，11，12，13)。本发明的特征在于，所述碰撞能量吸收***包括位于电池组和车辆的前部(1a)之间的第一吸收结构，其中所述第一吸收结构被构造成在车辆经受与物体正面碰撞的情况下起作用抵抗所述物体并吸收所述电池组的全部或大部分碰撞能量，而不会将所述电池组碰撞能量传递到车体框架结构。

Description

车辆
技术领域
本发明涉及一种车辆，其包括：被构造成用于驱动所述车辆的至少一个电动机；被构造成向所述电动机供应电力用于驱动所述车辆的电池组；被构造成形成所述车辆的主支撑结构的车体框架结构；以及被构造成在事故事件中吸收碰撞能量的碰撞能量吸收***，其中，所述碰撞能量吸收***包括位于所述电池组和所述车辆的前部之间的第一吸收结构。具体地，本发明涉及如何设计用于设置有重型电池组的电动车辆的碰撞能量吸收***。
背景技术
电动车辆即将成为设置有内燃发动机的车辆的广泛替代品。插电式电动车辆配备有可操作地连接到车辆的驱动轮的一个或多个电动机以及用于存储电能的电池组。
需要相当大且重的电池组用于在足够长的距离(例如超过100-200km)上以电能行驶车辆，以使插电式电动车辆成为真正让人感兴趣的替代品。电动车辆开发中的一个挑战是这种电池组的设计以及如何将其安装在车辆中。除了电池组的相当大的重量和尺寸之外，关于车辆的碰撞能量吸收等存在规定的安全要求，并且对于电动车辆，存在有关电池组的损坏和电危害(短路等)的进一步的安全问题。
用于电动汽车的电池组通常被布置在车辆底部中在乘员室的地板下方。这种布置的一个优点是它为车辆提供了低重心。已经存在各种布置用于如何设计用于这种车辆以及用于解决不同的安全方面(例如避免可能导致难以熄灭的火灾的电池组的刺穿)的车体框架结构。
US 2013/0252059公开了一种地板下电池组布置，该布置被陈述为在使用塑料复合物减轻重量的同时提供了各部分的尺寸稳定性。
US 2013/0119706公开了一种由车体框架支撑的安装在地板上的电池组，所述车体框架包括可变形的冲击吸收构件，所述冲击吸收构件当在例如正面碰撞的事件中屈曲时，造成刚性构件以某种方式定位使得可以避免短路/接地故障。
尽管针对电动车辆提出了许多设计方案解决特定的问题，但是仍然存在对总体上改进电动车辆的安全性、简化生产等的解决方案的需求。
发明内容
本发明涉及一种车辆，其包括：至少一个电动机，其被构造成用于驱动所述车辆；电池组，其被构造成向电动机供应电力以驱动车辆；车体框架结构，其被构造成形成车辆的主支撑结构；以及碰撞能量吸收***，其被构造成在事故事件中吸收碰撞能量。
碰撞能量吸收***包括位于电池组和车辆的前部之间的第一吸收结构，其中所述第一吸收结构被构造成在车辆经受与物体正面碰撞的情况下起作用抵抗所述物体并吸收电池组的全部或大部分碰撞能量而不将所述电池组碰撞能量传递到车体框架结构。
因此，在这种碰撞中电池组的大部分或全部碰撞能量将被分布在第一吸收结构和与车辆碰撞的物体之间。因此，车体框架结构暴露于源自电池组的碰撞能量为零或者仅一小部分(但是当然暴露于许多其它碰撞能量)。这意味着车体框架结构不是必须被设计成处理(重型)电池组的潜在地相当大的正面碰撞能量，这又意味着可以将车体框架结构的结构制得不那么复杂。这提供了减轻车体框架结构的重量并使电动车辆的生产更经济有效的可能性。
第一吸收结构可以在车辆的大致纵向方向上在电池组和车辆的前部之间延伸并且可包括一个或多个被构造成在变形(屈曲、弯曲、坍塌等)时吸收碰撞能量的变形部段/部分，并且第一吸收结构优选地被设计成还处理偏移正面碰撞。除了变形部段之外，第一吸收结构可包括气囊或其它碰撞能量吸收器。这种类型的部件是已知的。第一吸收结构还可包括一个或若干个刚性部段/部分，所述刚性部段/部分主要具有形成延伸部的功能以使第一吸收结构从电池组一直到达车辆的前部。
第一吸收结构的变形部段可包括碰撞坍塌盒、可折叠蜂窝结构、各种杆等。直杆或弯杆可以被设计成在压缩时在某些位置处弯曲和/或可以在与车辆的纵向方向和垂直于该纵向方向的竖直平面都呈现出角度的方向上延伸。
作为仅具有水平指向的直杆的基本示例，第一吸收结构可包括从电池组的相对侧部在对角线向前的方向上朝向车辆的中心线延伸的第一和第二杆使得两个杆和电池组的前部大致形成三角形且尖端/顶点指向车辆的前部。通过去除尖端部分、缩短第一和第二杆以及在第一和第二杆的前端处将第一和第二杆与另一个横向杆连接，可以避免尖锐的尖端。然后，如果车辆与物体正面碰撞并且第一和第二杆起作用抵抗物体并且由此变得经受纵向指向的碰撞力，则第一和第二杆将被引导以便能够变形/弯曲并吸收碰撞能量。
第一吸收结构不一定必须延伸到车辆的最前部。可以将仅吸收少量碰撞能量的部分(例如格栅或其它外部部分)放置在车辆的最前部。简单地在纵向方向上传递碰撞能量的刚性部分也可以被放置在第一吸收结构的前面。这种刚性部分可以是形成车体框架结构的一部分的横向延伸的保险杠横梁/横杆。而且，位于车辆的前部处在车体框架结构下方的子框架可包括类似的(次级)保险杠横梁/横杆。保险杠横梁/横杆可以在车辆的最前部处突出以防止在低能量碰撞时前灯、格栅或其它外部部分被损坏。
车体框架结构可包括连接到主保险杠横梁/横杆的两个纵向延伸的侧梁。通常将车辆的碰撞能量吸收***设计成使得在足够能量的正面碰撞的情况下保险杠横梁和侧梁之间的连接变形，或者使得侧梁的前部自身变形/坍塌/弯曲。在这种类型的事故中，保险杠横梁将因此更靠近车辆的后部。车辆的能量吸收***的这种设计对本公开的设计的功能没有特别的影响，因为第一吸收结构仍然可以经由保险杠横梁起作用抵抗碰撞的物体(如果保险杠横梁位于第一吸收结构与物体之间)，并且处理电池组的碰撞能量不涉及车体框架结构。
因此，在碰撞处在第一吸收结构和物体之间可能存在一些车辆部分，所以所述第一吸收结构不一定必须延伸到车辆的最前部。
当车辆设置有如上所述的碰撞能量吸收***时，即车体框架结构的前部可变形时，如果第一吸收结构被调整到车体框架的特性以及电池组的特定重量/尺寸使得在碰撞期间第一吸收结构以与车体框架类似的速率和类似的程度变形，则是有利的。如果是这样，在碰撞期间电池组不相对于车体框架移动(除了相对于车体框架的变形的前部)。这使得更容易布置电池组在车体框架中的支撑并且还降低了在碰撞期间损坏电池组的风险。
电池组以可释放的方式相对于车体框架结构布置以允许电池组朝向车辆的前部移动并且由此允许第一吸收结构独立于车体框架结构处理电池组的碰撞能量。通常应该防止电池组的这种相对移动，除非车辆暴露于超过某个阈值的碰撞力(以避免当严重破坏或者当碰撞能量可以被其它装置吸收的低能量碰撞时电池的移动)。
电池组可以被固定到或布置在子框架上，所述子框架可被可释放地附接到车体框架结构并且可形成第一吸收结构的一部分。子框架可以通过橡胶衬套与车体框架结构隔离并且可包括其自身的适于所使用的特定电池组的重量的碰撞结构。用于此目的的合适的子框架是用于例如前轮悬架的(修改的)前子框架。
原则上，只要第一吸收构件被适当地布置，电池组就几乎能被放置在车辆中的任何位置。然而，在本发明的一个特别有利的变型中，车辆是这样的乘用车，其中电池组被放置在通常被称为发动机舱的位置，即在乘用车的乘员室的前面。由于车体框架结构不用必须适于处理电池组的附加正面碰撞能量，这意味着当将车辆转换成包括电池组等的电动车辆时，也可以使用相同或接近相同的车体框架结构以及先前已经用于包括内燃发动机等的驾驶***的一般车辆结构。当然需要一些调整来容纳一个或多个电动机、电池和各种电子设备而不是发动机、排气***和燃料箱等，但是车辆的一般结构可以是相同的，这与电池组被布置在乘员室的地板下的设计形成对比。
这样的一个很大的优点是不需要开发用于生产特别适用于电动车辆的新的车体框架、底盘等的新平台。由于可以使用现有的车辆平台，因此生产电动车辆变得相当简单且成本更低。另一个优点是，即使希望开发新平台，也可以推迟几年直到对电池等的未来性能有了更好的了解。例如，如果电池更加高效具有更高的容量，则电池组的总重量和尺寸可能比现在小得多，这会影响车辆的设计并且从而影响平台的设计。
布置在“发动机舱”中的电池组可以被给定与先前布置在相同位置的发动机类似的尺寸、形状和重量。这意味着例如变形区可以被布置在电池组的前面，第一吸收结构位于该处并且在该处车体框架结构被布置成可变形的。变形区也可以被布置在电池组的后部，即在电池后部和乘员室之间。
将电池组放置在“发动机舱”中的进一步优点，并且特别是在电池组被设计成至少大致类似于先前发动机的形状和重量的情况下，是从与配备有发动机的车辆有关的测试和真实案例获得的大量碰撞经验可用于各种目的。这与电池组被布置在地板下并且碰撞经验很少的新的车辆平台设计形成对比。
放置在发动机舱中的发动机在(足够大的)正面碰撞以及与冲向的物体碰撞的情况下通常允许从其安装到车体框架结构的安装件松动。不能允许简单地从框架结构释放电池组，因为其可能导致电池组的危险损坏。因此，第一吸收结构被布置在电池组和车辆的前部之间。
为了进一步降低刺穿电池组的风险，冲击载荷分配器优选地被布置成至少覆盖电池组的前侧。作为示例，冲击载荷分配器可包括50mm蜂窝铝结构和具有约2mm的厚度的高强度钢板。
这样的电池组优选地被制成刚性的以防止穿透和变形。这可以通过将电池组设计成由布置在彼此顶部以便限定多个剪切平面的刚性盒构成来实现。多个较小的电池单元可以被布置在每个电池盒中。这提供了具有可扩展属性的模块化概念。
电池盒优选地被布置成使得竖直布置的盒的数量可以变化。因此如果例如希望在电池组下方的车辆前轮处为电动机腾出空间，能容易地提供具有较低高度的电池组。
附加电池可以被布置在先前发动机驱动车辆的先前排气通道中。这些附加电池可以被布置在与“发动机舱”中的电池组相同的子框架上。
在本发明的一个实施例中，第一吸收结构在车辆的大致纵向方向上在电池组和车辆的前部之间延伸。
在本发明的一个实施例中，第一吸收结构包括变形结构，该变形结构能够吸收碰撞能量同时在经受指向车辆的纵向方向的压缩力时变形。
在本发明的一个实施例中，电池组被布置在车辆的前部中与车辆的前轮相关联。
在本发明的一个实施例中，车辆包括乘员室并且其中电池组被布置在乘员室的前面。
根据本发明，电池组被可释放地附接到车体框架结构以便能够在事故事件中从车体框架结构分离。
在本发明的一个实施例中，电池组被布置在子框架上。这可以是支撑车辆的(前)车轮悬架的子框架。优选地，子框架被可释放地附接到车体框架结构以便能够在事故事件中与电池组一起从车体框架结构分离。优选地，第一吸收结构包括至少一个也形成子框架一部分的部分。
在本发明的一个实施例中，车体框架结构包括在车辆的纵向方向上在车辆的前部和后部之间延伸的第一和第二横向间隔的纵梁，其中所述框架结构还至少包括在车辆的前部处的纵梁之间延伸的第一横梁。
在本发明的一个实施例中，电池组被布置在第一横梁的后方。
在本发明的一个实施例中，电动机被可操作地连接到车辆的至少一个驱动轮。
在本发明的一个实施例中，电池组包括多个布置在彼此顶部以便限定多个剪切平面的刚性盒。
在本发明的一个实施例中，电池组的前侧设置有冲击载荷分配器。
术语车体框架结构旨在表示所有(或大多数)其它部件都附接到其的车辆主支撑结构。车体框架的主要功能是支撑各部件和车身并处理各种静态和动态载荷。
术语子框架旨在表示用于加强或补充车体框架结构的特定部段的结构框架部件。子框架通常用于将悬架附接到车辆。
附图说明
在下面给出的本发明的描述中参考了以下附图，其中：
图1示出了根据本发明的设置有电池组、框架结构和碰撞能量吸收***的电动车辆的一个实施例。
图2a示出了根据图1的电池组、框架结构和碰撞能量吸收***。
图2b示出了根据图2a的框架结构和碰撞能量吸收***，其中移除了电池组。
图3显示了电池组的一种变型。
图4示出了根据图3的电池组的局部剖视图。
具体实施方式
图1示出了具有前部1a和后部1b的电动车辆1的一个实施例。车辆1包括可操作地连接到车辆1的驱动轮的电动机(图中未示出)和构造成向所述电动机供应电力用于驱动车辆1的电池组2。
车辆还包括车体框架结构，车体框架结构包括在车辆的纵向方向上在车辆的相对侧延伸的第一和第二侧梁3、4，其中，侧梁3、4通过在车辆1的前部1a处横向延伸的主保险杠横梁5连接。车体框架结构被构造成形成车辆1的主支撑结构并且包括比示意图中所示的更多的部分；图中仅示出了几个前部部分。
图2a和图2b示出了图1的主要部分。在图2b中省略了电池组2。
电池组2被布置到子框架上，子框架包括在车辆的纵向方向上在车辆的相对侧在主侧梁3、4下方延伸的第一和第二次级侧梁6、7(参见图2a和图2b)。次级侧梁6、7通过在车辆1的前部1a处在主保险杠横梁5下方横向延伸的次级保险杠横梁8连接。
子框架设置有用于将电池组2保持就位的框架16。
在该示例中，子框架以可释放的方式被附接到车体框架结构使得当车体框架结构经受超过阈值的减速时，子结构被分离并且能在相对于车体框架结构向前的方向上移动。
车辆还设置有碰撞能量吸收***，碰撞能量吸收***被构造成在事故(特别是正面碰撞)事件中吸收碰撞能量。该***包括：分别与第一和第二主侧梁3、4一体形成的第一和第二碰撞坍塌盒9、10(参见图2a和图2b)；分别与第一和第二次级侧梁6、7一体形成的第三和第四碰撞坍塌盒11、12(参见图2a和图2b)；以及布置在电池组2的前侧14处朝向主保险杠横梁5的后侧延伸的吸收构件13。
碰撞能量吸收***当然可包括各图中未示出的其它部分，例如侧梁3、4、6、7的被设计成在暴露于碰撞力时弯曲的部段以及位于例如车辆的侧部和位于后部1b处的各种部分。该***在各图中仅被示意性地示出。
碰撞能量吸收构件13在该示例中包括第一和第二可变形杆13a、13c，第一和第二可变形杆13a、13c从电池组2的相对侧部在对角向前的方向上朝向车辆1的中心线延伸使得两个杆13a、13c和电池组2的前侧14大致形成三角形且该三角形尖端/顶点指向车辆1的前部1a。然而，所述三角形的尖端部分并不存在。相反，第一和第二杆13a、13c被稍微缩短并且在它们的前端处与另一个横杆13b连接。
在车辆1的大致纵向方向上在车辆1的电池组2和前部1a之间延伸的第一吸收结构在该示例中由碰撞能量吸收构件13与子框架的前部部分一起形成，所述子框架是次级保险杠横梁8与第一和第二次级侧梁6、7的形式，包括与第一和第二次级侧梁6、7一体形成的第三和第四碰撞坍塌盒11、12。
第一吸收结构被构造成在车辆1经受与物体正面碰撞的情况下起作用抵抗所述物体并吸收电池组2的碰撞能量而不会将电池组碰撞能量传递到车体框架结构。也就是说，车体框架结构不必被设计成处理电池组2的附加碰撞能量。
现在将描述与竖直壁形式的物体正面碰撞的示例。首先，壁将作用于且碰撞车辆的位于保险杠横梁5、8前面的任何外部部分(在该示例中例如是格栅)。在接下来的阶段中，物体将作用在主(上)和次级(下)保险杠横梁5、8上并将它们压向车辆1的后部1b。这将导致碰撞坍塌盒9、10、11、12变形/塌缩使得保险杠横梁5、8向后移动。(保险杠横梁5、8本身也可以变形并吸收碰撞能量，例如通过给予它们横向方向上弯曲的形状使得它们在碰撞期间通过拉直而变形。)在几毫秒之后，主保险杠横梁5与吸收构件13的前部(即横杆13b)接触。在接下来的阶段中，物体/壁将经由主保险杠横梁5作用在吸收构件13上(并且吸收构件13将因此也经由保险杠横梁5作用在物体/壁上)使得第一和第二杆13a、13c开始变形/弯曲同时吸收能量。在这个阶段，四个侧梁3、4、6、7也可能以某种方式开始变形，即使在它们没有被特别地设计成以受控的方式变形的情况下也是如此。如果车辆的主要部分(即车体框架结构)在此阶段停止但是吸收构件13仍然没有完全变形，则子结构可以从车体框架结构分离(取决于为分离和碰撞的细节设定的阈值)使得能通过吸收构件13和次级侧梁6、7的进一步变形进一步减慢电池组2的移动。
因此，电池组2的碰撞能量被次级侧梁6、7及其碰撞盒11、12(并且可能地还被次级保险杠横梁8)以及被吸收构件13吸收；该碰撞能量不被传递到车体框架结构。
图3示出了电池组2'的一种变型并且图4示出了根据图3的电池组2'的局部剖视图。如图3和图4所示，电池组2'由布置在彼此顶部上以便限定多个剪切平面的(在该示例中五个)刚性盒18a、18b、18c构成。这使得电池组2'作为整体是刚性的。多个较小的电池单元19能被布置在每个电池盒18a、18b、18c中。
电池组2'被布置成使得竖直布置的盒的数量可以变化。因此，如果例如希望在车辆1前轮处电池组2'下方为电动机提供空间，则能容易地提供具有较低高度的电池组。
电池组2'设置有覆盖电池组2'的前侧14'的冲击负载分配器20。这降低了在正面碰撞的情况下刺穿电池组2'的风险。作为示例，冲击载荷分配器可包括50mm蜂窝铝结构和具有约2mm的厚度的高强度钢板。
本发明不限于上述各实施例，而是可以在权利要求的范围内以各种方式进行修改。例如，电池组2不是必须被布置在子框架上，而是可以以不同的方式被安装到车体框架结构。所述安装优选地是可破坏/可释放的使得电池组可以在需要时分离。重要的是第一吸收结构被布置在电池组和车辆前部之间使得第一吸收结构可以吸收电池组的碰撞能量。
此外，第一吸收结构不是必须包括任何子框架的部分，而是可包括位于电池组和车辆前部之间的一个或多个单独的吸收构件。这种吸收构件可包括如上所例示的可变形/可弯曲杆，但是各种设计都是可能的。
此外，车体框架结构和子框架可以具有与以上例示的不同的设计。
这样的电池组2、2'可以以不同的方式设计。

Claims (14)

1.车辆(1)，其包括：
-被构造成用于驱动所述车辆(1)的至少一个电动机，
-电池组(2，2')，其被构造成向所述电动机供应电力用于驱动所述车辆(1)，
-车体框架结构(3，4，5)，其被构造成形成所述车辆(1)的主支撑结构，以及
-被构造成在事故事件中吸收碰撞能量的碰撞能量吸收***(6，7，8，9，10，11，12，13)，
其中，所述碰撞能量吸收***包括位于所述电池组(2，2')和所述车辆(1)的前部(1a)之间的第一吸收结构，
其特征在于，所述电池组(2，2')被可释放地附接到所述车体框架结构(3，4，5)。
2.根据权利要求1所述的车辆(1)，其中，所述第一吸收结构在所述车辆(1)的大致纵向方向上在所述电池组(2，2')和所述车辆(1)的前部(1a)之间延伸。
3.根据权利要求1或2所述的车辆(1)，其中，所述第一吸收结构包括变形结构。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述电池组(2，2')被布置在所述车辆(1)的前部中与所述车辆(1)的前轮相关联。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述车辆(1)包括乘员室，并且其中所述电池组(2，2')被布置在所述乘员室的前面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述电池组(2，2')被布置在子框架上。
7.根据权利要求6所述的车辆(1)，其中，所述子框架支撑所述车辆(1)的车轮悬架。
8.根据权利要求6或7所述的车辆(1)，其中，所述子框架经由橡胶衬套被可释放地附接到所述车体框架结构(3，4，5)。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的车辆(1)，其中，所述第一吸收结构包括也形成子框架一部分的至少一个部分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述车体框架结构包括在所述车辆(1)的纵向方向上在所述车辆(1)的前部(1a)和后部(1b)之间延伸的第一和第二横向间隔的纵梁，其中，所述框架结构还至少包括在所述车辆(1)的前部处在所述纵梁之间延伸的第一横梁。
11.根据权利要求10所述的车辆(1)，其中，所述电池组(2，2')被布置在所述第一横梁的后方。
12.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述电动机被可操作地连接到所述车辆(1)的至少一个驱动轮。
13.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述电池组(2，2')包括多个刚性盒(18a，18b，18c)，所述多个刚性盒布置在彼此的顶部上以限定多个剪切平面。
14.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(1)，其中，所述电池组(2，2')的前侧(14，14')设置有冲击载荷分配器(20)，所述冲击载荷分配器(20)包括50mm蜂窝铝结构和具有约2毫米的厚度的高强度钢板。
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