專利名稱：汽車車用鋁合金氫瓶框架的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種汽車制造技術領域的裝置，具體是一種汽車車用鋁合金氫瓶 框架。
背景技術：
隨著世界能源危機和環境保護問題的日益突出，新能源汽車的研發與汽車輕量化 設計成為當前汽車領域的研究熱點。氫氣由于其在燃燒和化學反應過程中不產生有害物 質，能量轉換效率高等特點，成為燃油的理想替代燃料。相對與傳統燃料的汽車，氫燃料電 池車以高壓氫瓶代替燃油箱，由于氣體的不穩定性高于液體，而且處于高壓狀態下，因此， 氫瓶的框架應該為氫瓶提供足夠的保護，以保證車輛在發生碰撞等危險工況下，氫瓶不會 由于周圍零部件的變形而受到過度擠壓，導致瓶體發生變形或刺穿，從而發生漏氣甚至爆 炸的危險情況，影響駕乘人員的安全。
經過對現有的發明專利檢索發現，現有的框架主要分為整體式和獨立式兩種整 體式框架主要是依托原有車身結構，將瓶體的安裝框架內嵌在車身或地板結構中。這種結 構具有整體性好，瓶體固定穩定的優點。但同時由于框架內嵌在車身結構中，因此需要對 原始車身結構進行重新設計，避免車身整體性能的降低；而獨立式則對原始車身結構影響 較小，不會影響原始車身整體性能。同時由于獨立式框架獨立于車身結構，因此瓶體拆卸簡 單、維修更換成本低。本發明專利主要應用于某新能源改型轎車中，車身結構已經確定，因 此考慮選用獨立式框架結構，從而可以避免原有車身結構性能的降低。
傳統的框架設計中主要考慮框架對瓶體的安裝支撐作用，在分析過程中主要以框 架在瓶體重力載荷條件下的支撐剛度為設計目標。而實際轎車設計中，由于轎車通常受到 碰撞沖擊載荷的作用，瓶體容易受到慣性沖擊和擠壓變形。因此氫瓶框架在設計過程中需 要同時考慮框架在碰撞條件下對瓶體的保護作用，避免瓶體由于受到過度擠壓而發生刺穿 爆炸的危險。發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種汽車車用鋁合金氫瓶框架，此框 架不僅能夠保證框架對瓶體的承載能力，同時能夠提高框架對氫瓶的保護作用，降低瓶體 受到的變形擠壓，大大提高氫瓶的碰撞安全性。
本發明專利是通過以下技術方案實現的，本發明包括承重框、沖擊載荷支撐梁以 及整體式安裝定位孔，其中承重框為上下雙層框架結構，沖擊載荷支撐梁設置于承重框后 方，整體式安裝定位孔設置于框架梯形結構上用于連接車身。
所述的承重框為上下雙層框架結構的空間桁架，該空間桁架可以大幅提升結構的 支撐剛度，從而保證結構對氫瓶的承載能力。
所述的沖擊載荷支撐梁采用鋁合金雙層空間梁的框架結構，該結構的梯形內角為 130°。此結構可以降低在沖擊載荷作用下支撐梁的彎曲變形，提高框架對瓶體的保護。
所述的框架結構的前部沖擊載荷支撐梁截面尺寸為25mmX 14mm，重力承載梁截面 尺寸為15mmX14mm，垂直支撐桿截面尺寸為15mmX14mm。此結構較傳統直角結構可以有效 地降低支撐梁的承載長度，同時梯形支撐結構可以有效提高支撐梁的支撐剛度，從而明顯 地提高了支撐梁抵抗沖擊載荷的抗彎剛度。
所述的整體式安裝定位孔為通孔結構，孔的直徑為15mm，左右孔的定位間距為 940mm。由于采用整體式的連接方式，從而避免了獨立式框架連接耳片在碰撞過程中發生變 形失效的情況，從而大幅提高了框架安裝位置在碰撞過程連強度。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
(1)氫瓶框架采用鋁合金材料。框架結構采用鋁合金材料加工而成，有效的降低了 框架結構自身的質量，有利于整車的輕量化設計。鋁合金框架的加工過程主要是①選擇合 適尺寸的原始鋁合金型材，通過銑削方法加工出目標框架結構的支撐桿以及各邊梁。②采 用稀有氣體保護焊焊接得到鋁合金框架；
(2)氫瓶框架采用獨立雙層結構。框架采用獨立雙層框架結構，這樣不僅提高了框 架的承載能力，而且可以充分利用車身后部空間，便于車身其他部件的布置；
(3)氫瓶框架采用梯形承載結構。由于框架在設計過程中需要考慮碰撞沖擊作用， 因此在此框架中采用新型的梯形承載結構。此新型梯形承載結構有效地降低了承載長度， 提高了支撐剛度，從而大幅降低了承載梁中部的抗彎剛度，因此框架在受到沖擊作用時，可 以大大提高承載橫梁的抗彎能力，降低中部沖擊變形量，從而降低在碰撞工況下框架對氫 瓶的擠壓作用，提高了對氫瓶的保護作用；同時框架在結構上綜合考慮框架螺栓安裝孔的 位置，這樣不僅可以減少額外安裝部件，降低整體質量，而且可以保證螺栓安裝孔在沖擊變 形條件下的連接強度；
(4)框架采用變截面設計，考慮到車身后部橫梁是承受沖擊載荷的主要部件，因 此，增大橫梁在沖擊載荷方向的厚度，提高其沿沖擊載荷方向抵抗變形的能力，減小框架沿 沖擊載荷方向的變形量，從而可以降低對氫瓶的擠壓，增強對氫瓶的保護能力。
圖1為本發明的結構俯視圖。
圖2為本發明的結構側視圖。
圖3為本發明的結構立體示意圖。
圖4為本發明梯形承載結構的改進效果對比；
圖中(a)為傳統直角形結構，(b)為改進的梯形承載結構。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。
如圖1所示，本實施例包括承重框1、沖擊載荷支撐梁2以及整體式安裝定位孔 3，其中承重框1為上下雙層框架結構，沖擊載荷支撐梁2設置于承重框1后方，整體式安 裝定位孔3設置于框架4梯形結構上用于連接車身。
所述的承重框1為上下雙層框架結構的空間桁架4，該空間桁架4可以大幅提升結 構的支撐剛度，從而保證結構對氫瓶的承載能力。
所述的沖擊載荷支撐梁2采用鋁合金雙層空間梁的框架結構，該結構的梯形內角 5為130°。此結構可以降低在沖擊載荷作用下支撐梁2的彎曲變形，提高框架4對瓶體的 保護。
所述的框架結構的前部沖擊載荷支撐梁2截面尺寸為25mmX 14mm，重力承載梁截 面尺寸為15mmX14mm，垂直支撐桿截面尺寸為15mmX14mm。此結構較傳統直角結構可以有 效地降低支撐梁2的承載長度，同時梯形支撐結構可以有效提高支撐梁2的支撐剛度，從而 明顯地提高了支撐梁2抵抗沖擊載荷的抗彎剛度。
所述的整體式安裝定位孔3為通孔結構，孔的直徑為15mm，左右孔的定位間距為 940mm。由于采用整體式的連接方式，從而避免了獨立式框架連接耳片在碰撞過程中發生變 形失效的情況，從而大幅提高了框架安裝位置在碰撞過程連強度。
與現有技術相比，本實施例優點在于
1.梯形承載結構，此結構在碰撞沖擊條件下可以大幅改進承載梁的變形情況，如 圖4所示，在沖擊載荷支撐梁2中部施加相同沖擊載荷F的作用下，(a)所示為傳統直角結 構的最大變形為11. 37mm ；而(b)所示的改進的梯形承載結構最大變形僅為3. 59mm，較傳統 結構改進效果非常明顯；
2.框架4采用上下雙層的垂直承載結構，此結構在充分利用車身內部空間的前提 下，大幅提升提高框架4在垂直方向載荷的承載能力，降低瓶體在汽車行駛過程中垂直方 向上的擾度；
3.框架4采用變截面設計，此方法可以在綜合考慮各種承載工況的前提下，有效 降低框架4的整體質量。
權利要求
1.一種汽車車用鋁合金氫瓶框架，包括承重框、沖擊載荷支撐梁以及整體式安裝定 位孔，其特征在于承重框為上下雙層框架結構，沖擊載荷支撐梁設置于承重框后方，整體 式安裝定位孔設置于框架梯形結構上用于連接車身，所述的承重框為上下雙層框架結構的 空間桁架；所述的沖擊載荷支撐梁采用鋁合金雙層空間梁的框架結構。
2.根據權利要求1汽車車用鋁合金氫瓶框架，其特征是，所述的框架結構的梯形內角 為 130° 。
3.根據權利要求1汽車車用鋁合金氫瓶框架，其特征是，所述的框架結構的前部沖擊 載荷支撐梁截面尺寸為25mmX14mm，重力承載梁截面尺寸為15mmX 14mm，垂直支撐桿截面 尺寸為 15mmX14mm。
4.根據權利要求1汽車車用鋁合金氫瓶框架，其特征是，所述的整體式安裝定位孔為 通孔結構，孔的直徑為15mm，左右孔的定位間距為940mm。
全文摘要
一種汽車制造技術領域的汽車車用鋁合金氫瓶框架，包括承重框、沖擊載荷支撐梁以及整體式安裝定位孔，承重框為上下雙層框架結構，沖擊載荷支撐梁設置于承重框后方，整體式安裝定位孔設置于框架梯形結構上用于連接車身。所述的承重框為上下雙層框架結構的空間桁架；所述的沖擊載荷支撐梁采用鋁合金雙層空間梁的框架結構。本發明此框架不僅能夠保證框架對瓶體的承載能力，同時能夠提高框架對氫瓶的保護作用，降低瓶體受到的變形擠壓，大大提高氫瓶的碰撞安全性。
文檔編號H01M8/02GK102034992SQ20101054309
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月13日 優先權日2010年11月13日
發明者馮奇, 盧家海, 朱平, 章斯亮, 郭永進 申請人:上海交通大學