Каркас кузова автомобиля Российский патент 2024 года по МПК B62D25/00 B60R21/13 

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к автомобилям с несущей пространственной рамой, преимущественно для спортивных соревнований.

Известен несущий пространственный каркас кузова автомобиля, который состоит из силовых элементов, изготовленных из металлических профилей различного сечения. Силовые элементы образуют нижнюю и боковые структуры. Нижняя структура состоит из двух продольных лонжеронов, расположенных по всей длине каркаса кузова и выполненных из неразъемно соединенных между собой гнутых деталей. Лонжероны соединены между собой поперечными элементами. Боковые структуры состоят из дверных проемов, выполненных из верхней Л-образной и нижней частей и порогов кузова, неразъемно соединенных между собой. Нижняя часть дверного проема и порог кузова имеют U-образную форму и выполнены в виде единой гнутой детали. Лонжероны соединены с порогами кузова соединительными элементами. Боковые структуры соединены между собой поперечными элементами, причем задние наклонные элементы Л-образных верхних частей дверных проемов и задние вертикальные элементы U-образных нижних частей дверных проемов соединены с задними продольными элементами, расположенными на уровне борта багажного отделения. Передние продольные элементы соединены между собой поперечными элементами, задние продольные элементы соединены между собой поперечными элементами (патент RU 168741 U1, опубл. 17.02.2017).

Недостатками известного каркаса кузова является низкая безопасность экипажа из-за малой его жесткости и прочности при ограниченной массе автомобиля, поэтому он не может быть использован для применения на спортивных гоночных автомобилях.

Известна также пространственная рама спортивного автомобиля Lotus Seven, выполненная из силовых элементов, изготовленных из металлических профилей и образующих переднюю часть рамы, включающую соединенные силовыми элементами нижнюю и верхнюю структуры, каждая из которых включает продольные и поперечные силовые элементы, образующие моторный отсек рамы, заднюю часть рамы, включающую заднюю стенку и соединенную с ней нижнюю структуру, и боковые структуры, соединяющие переднюю и заднюю части рамы, а также образующих карданный туннель, расположенный между боковыми структурами и соединенный силовыми элементами с передней и задней частями рамы. (см. https://www.drive2.ru/l/80322/)

Такой каркас имеет ограничения по крутильной жесткости, но в случае кратного увеличения мощности двигателей и увеличения скоростей и нагрузок он перестает удовлетворять весовой дисциплине гоночного автомобиля, и требованиям безопасности RAF.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является модернизированный вариант рамы Lotus Seven (патент RU №2672231 C1, опуб., 12.11.2018), дополненный силовым каркасом безопасности согласно требованиям RAF. Такой каркас формально удовлетворяет установленным требованиям безопасности, но общая конструкция имеет унаследованные проблемы с предельной крутильной жесткостью, не позволяющие эффективно и безопасно использовать эту раму в автомобилях с двигателями значительно увеличенной мощности.

Недостатками известного каркаса кузова являются недостаточная жесткость из-за конструктивного ограничения толщины и прочности профилей пространственных элементов. Кроме того, при необходимости установки гораздо более мощного двигателя и увеличения при этом скоростей и ускорений рама перестает справляться с эксплуатационными нагрузками, при этом увеличение толщины элементов приводит к обратно экспоненциальному росту прочности и жесткости рамы относительно ее массы, что неприемлемо, в частности, для гоночного автомобиля.

Технической проблемой является достижение требуемой жесткости и прочности рамы автомобиля при кратном росте мощности его двигателя и пропорциональном увеличении скоростей и нагрузок, с соблюдением высокой весовой культуры изделия и обеспечением безопасности экипажа.

Технический результат заключается в повышении безопасности экипажа за счет кратного повышения продольной, поперечной и крутильной жесткости и прочности пространственной несущей рамы автомобиля при незначительном увеличении ее массы.

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что каркас кузова автомобиля содержит пространственную раму, выполненную в виде силовых элементов из металлических профилей и образующих переднюю часть кузова, включающую соединенные силовыми элементами нижнюю и верхнюю структуры, каждая из которых включает продольные и поперечные силовые элементы, ограничивающие карданно-агрегатный туннель, а также отсеки посадочных мест с размещением в них ног экипажа, при этом, согласно изобретению, отсек каждого посадочного места дополнительно ограничен металлическими листовыми элементами жесткости, соединенными с металлическими профилями с образованием частично замкнутого пространства каждого посадочного места и ограничением при этом наружных и внутренних боковых сторон каждого отсека посадочного места, ограничением их нижних сторон за счет соединения с элементами нижней структуры, ограничением передних и задних сторон каждого отсека с образованием передних и задних поперечных перегородок, а также ограничением верхних сторон каждого отсека за счет соединения с элементами верхней структуры, образуя при этом частично замкнутый объем для размещения ног.

Технический результат достигается также тем, что отсеки посадочных мест соединены между собой при помощи поперечных связывающих элементов, а отсек карданно-агрегатного туннеля может быть расположен между отсеками посадочных мест и ограничен соседними внутренними боковыми листовыми элементами отсеков и поперечными связывающими элементами.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показан выполненный в виде кессона отсек водителя;

на фиг. 2 - то же, отсек пассажира;

на фиг. 3 - дополнительный каркас безопасности автомобиля.

Предлагаемый каркас кузова автомобиля содержит пространственную раму, выполненную в виде силовых элементов из металлических профилей и образующих переднюю часть кузова, включающую соединенные силовыми элементами нижнюю 1 и верхнюю 2 структуры, каждая из которых включает продольные и поперечные силовые элементы 3, ограничивающие карданно-агрегатный туннель 4, а также отсеки посадочного места 5 водителя и посадочного места 6 пассажира. При этом отсек каждого посадочного места 5 и 6 дополнительно ограничен металлическими листовыми элементами жесткости, соединенными с металлическими профилями силовых элементов 3 с образованием частично замкнутого пространства каждого посадочного места 5 и 6. Листы 7 и 8 ограничивают, соответственно, наружные и внутренние боковые стороны каждого отсека посадочных мест 5 и 6. Листы 9 ограничивают нижние стороны отсеков посадочных мест 5 и 6 за счет соединения с элементами 3 нижней структуры 1. Переднюю сторону каждого отсека ограничивает лист 10, образующий переднюю поперечную перегородку. Лист 11 ограничивает заднюю сторону каждого отсека с образованием задней поперечной перегородки. Лист 12 ограничивает верхнюю сторону каждого отсека за счет соединения с элементами верхней структуры 2, образуя при этом частично замкнутый объем для размещения ног. По существу, листовые элементы 7 - 12 окружают каждое посадочное место 5 и 6, образуя коробчатую частично замкнутую структуру.

Отсеки посадочных мест 5 и 6 выполнены таким образом в виде отдельных кессонов или кокпитов, обладающих высокой жесткостью и прочностью, обеспечивая повышенную безопасность каждого члена экипажа. Отсеки соединены между собой при помощи поперечных и диагональных связывающих элементов 13, объединяя отсеки в общую силовую схему каркаса. Отсек карданно-агрегатного туннеля 4 расположен между отсеками посадочных мест 5 и 6 и ограничен соседними внутренними боковыми листовыми элементами 8 и поперечными связывающими элементами 13.

Кузов имеет также дополнительный силовой каркас 14 безопасности, выполненный из трубчатых элементов в составе дуги передней 15, дуги задней 16, боковых диагональных элементов 17 и 18, верхних продольных 19 и диагонального 20 элементов и заднего диагонального элемента (на чертеже не показан), неразъемным способом соединенных между собой и с силовыми элементами 3 кузова следующим образом. Передняя вертикальная дуга 15 опирается на нижнюю и боковую стороны левого и правого отсеков 5 и 6 с каждой внешней стороны соответственно. Задняя дуга 16 опирается на заднюю силовую стенку с перегородкой обоих отсеков 5 и 6 в верхней их части. Обе дуги 15 и 16 соединены в их нижних частях диагональными элементами 17 и дополнены диагональными элементами 18 от средней части передней дуги 15 к нижней части силовых отсеков 5 и 6, справа и слева соответственно. При этом верхняя часть передней 15 и задней 16 дуг соединена двумя продольными 19 и одним диагональным элементом 20, а задняя дуга дополнительно усилена поперечным диагональным элементом (на чертеже не показан).

К передней части отсеков с внешней стороны передних перегородок крепится передний силовой подрамник (на чертежах не показан), несущий двигатель и/или переднюю подвеску.

С внешней стороны задних перегородок может быть пристыкован задний подрамник, несущий заднюю подвеску и/или двигатель.

Силовые элементы 3 могут быть выполнены стальными, а листовые элементы 7-12 могут быть выполнены алюминиевыми.

Элементы 3 могут быть соединены с элементами 7-12 при помощи неразъемных соединений.

Предлагаемый каркас представляет собой автомобильную раму смешанного типа. Так, каркасные конструктивные элементы выполнены в виде отдельных отсеков 5 и 6 (кессонов авиационного типа с несущей обшивкой), значительно повышающей крутильную жесткость всего шасси. По существу, два конструктивно зеркальных отсека 5 и 6 соединены общими жесткими элементами 13, увязывающими их в единую силовую схему. При этом пространства для размещения членов экипажа заключены в индивидуальные полузамкнутые конструкции кессонного типа с работающей обшивкой. Кроме того, отсеки 5 и 6 соединены между собой каркасными элементами, так что совокупные изгибающие нагрузки рамы воспринимаются обшивкой кессонов. При сохранении общих габаритов рамы ее жесткость повышается прямо экспоненциально увеличению массы. Каждое посадочное место экипажа замкнуто в отдельный силовой кессон таким образом, чтобы весь кокпит автомобиля состоит из отдельных взаимно увязанных силовых капсул, что повышает безопасность экипажа. При этом не нарушаются условия обитаемости кокпита. Проведена силовая увязка отсеков 5 и 6 с помощью каркасных элементов автомобильной рамы для дополнительного повышения крутильной и деформационной жесткости конструкции.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить безопасность экипажа за счет кратного повышения продольной, поперечной и крутильной жесткости и прочности пространственной несущей рамы автомобиля при незначительном увеличении ее массы.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Каркас кузова автомобиля содержит пространственную раму, выполненную из металлических профилей, образующих часть кузова, включающую соединенные силовыми элементами нижнюю и верхнюю структуры. Каждая структура включает продольные и поперечные силовые элементы, ограничивающие карданно-агрегатный туннель. Отсек каждого посадочного места дополнительно ограничен металлическими листовыми элементами жесткости, соединенными с металлическими профилями с образованием частично замкнутого пространства каждого посадочного места, а также ограничением их нижних сторон, передних и задних сторон каждого отсека с образованием передних и задних поперечных перегородок, а также ограничением верхних сторон каждого отсека за счет соединения с элементами верхней структуры. Достигается повышение безопасности экипажа за счет кратного повышения продольной, поперечной и крутильной жесткости и прочности пространственной несущей рамы автомобиля. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1. Каркас кузова автомобиля, содержащий пространственную раму, выполненную в виде силовых элементов из металлических профилей, образующих переднюю часть кузова, включающую соединенные силовыми элементами нижнюю и верхнюю структуры, каждая из которых включает продольные и поперечные силовые элементы, ограничивающие карданно-агрегатный туннель, а также отсеки посадочных мест для размещения в них ног экипажа, отличающийся тем, что отсеки посадочных мест соединены между собой при помощи поперечных связывающих элементов, при этом отсек каждого посадочного места дополнительно ограничен листовыми элементами жесткости, соединенными с металлическими профилями с образованием частично замкнутого пространства каждого посадочного места и ограничением при этом наружных и внутренних боковых сторон каждого отсека посадочного места, их нижних сторон за счет соединения с элементами нижней структуры, передних и задних сторон каждого отсека с образованием передних и задних поперечных перегородок, а также верхних сторон каждого отсека за счет соединения с элементами верхней структуры, образуя при этом частично замкнутый объем для размещения ног, причем каркас кузова автомобиля дополнительно содержит силовой каркас безопасности, выполненный из трубчатых элементов, соединенных между собой и с силовыми элементами неразъемным способом.

2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что отсек карданно-агрегатного туннеля расположен между отсеками посадочных мест и ограничен соседними внутренними боковыми листовыми элементами отсеков и поперечными связывающими элементами.