具有塑料外部车体和内部金属支架的汽车车体

摘要

一种汽车,其制造成包括一个整体塑料外部车体和一个在外部车体下面的金属支架。外部车体最好通过模制工艺或旋转铸造工艺制成,以便车体具有整体中空双壁部分,其强度相对较高并且抗弯曲或扭曲力。塑料车体包括各种内在特征,例如,通过模制工艺制成的整体的燃料箱。金属支架最好用纵向的或横向的管状支架元件制成。支撑基座安装在支架上选择好的点,用于使塑料车体与支架连接。

说明书

本发明涉及汽车，特别是，涉及一种包括塑料外部车体和用于塑料外部车体的内部金属支架的汽车。在本发明的优选实施例中，塑料外部车体为一体的塑料模制品，通过吹塑法工艺或离心铸造工艺一步制成。

这种模制工艺，能够很好地使塑料外部车体在选择好的位置具有中空壁区域，以便车体能够加强，抵抗弯曲、扭曲或变形。吹塑法工艺的优点在于：其具有相对快的周期时间。离心铸造工艺的优点在于：其能够产生光滑的表面没有模制痕迹；并且，离心铸造工艺在每一个模制周期之后能够改变塑料车体的颜色，这在少量生产中比较有利。

塑料外部车体的基本优点在于：其能够抵抗汽油、石油和其他化学材料的冲击。塑料容易清洗，并且抗腐蚀和紫外线。这里所使用的塑料，在车轮正常使用中遇到温度升高时，不产生裂缝、碎裂或断裂。

本发明试图改进硬壳式构造车辆的设计，其中主要载荷在塑料车体和金属支架(或底盘)之间传递。关于这一点，术语“硬壳式构造”指的是车体依靠重量轻的壳体承受主要的应力。在本发明中，强化的空壁塑料外壳与刚性金属支架结合以便壳体和支架分担主要应力。

本发明的组合车体结构进行装配，以便当塑料元件冷却时(即，塑料外部车体刚刚制成以后)，支架元件能够用作冷却固定物，用于支撑塑料外部车体。这个特征，大大简化了加工设备的材料处理工艺。

在本发明的优选实施例中，塑料车体元件为单一塑料元件，通过吹塑法操作或旋转铸造工艺制成。然而，塑料车体元件也能够通过将两个或三个可互换的车体部分通过机械方式或黏结剂以“莱格(LEGGO)”方式固定在一起制成。通过使用多个可互换的车体部分，可以使制造四座车辆很快改变为五座车辆(例如，在几小时之内)。这种特征提供了极大的市场灵活性。

组合车辆的金属支架最好完全位于塑料外部车体内。然而，在本发明的扩展实施例中，金属支架元件至少可以部分位于塑料元件之外。例如，车辆的前端和尾端金属部分可以位于塑料壳的外面，以形成前保险杠和后保险杠。

本发明得到的重要优点是：成本减少和重量减少。通过模制工艺得到的空壁部分使塑料外部车体极大地变硬和变刚性，因此，极大地减少了会增加整体车重量的外来强化结构的需要。

车体最好进行设计，以便塑料车体元件中没有金属插入物与塑料材料永久结合。如果需要回收报废的车辆废品(在其使用寿命以后)，金属支架能够从塑料外部车体上分开；在塑料车体上没有金属插入物能够使塑料材料容易再利用，不用再花费劳动力。

在本发明的优选实施例中，塑料车体元件用热塑性材料制造(而不是热硬化性塑料)。模制塑料为纯同质材料，如果需要的话，能够使用融化设备能够修复。在这个意义上，塑料车体材料，与迄今在塑料车辆结构和塑料船结构中使用的强化纤维塑料混合物不同。

塑料外部车体最好在挤压模型中使用热塑性聚烯烃材料通过吹塑法制成。然而，塑料外部车体也能够通过旋转铸造工艺制成。本发明的其它特征通过附图和本发明的实施例的描述将变得明白。

图1为体现本发明的车体结构的透视图。

图2为沿图1中线2-2的横向剖面图。

图3为沿图1中线3-3的横向剖面图。

图4为沿图1中线4-4的横向剖面图。

图5为图1车体结构中使用的金属支架的透视图。金属支架隐藏在图1中。

图6为示意图，显示了吹塑法的装置，其能够用于制造图1所示的车体结构中的塑料外部车体。

图7示出了一个旋转铸造装置，其能够用作图6的吹塑法装置的另一种方法。图6表示优选装置。

图8为图1的车体结构增添了柔软的帆布顶结构后的透视图。管状支架固定在车体上，以支撑帆布顶。在另一种没有示出的结构中，顶部结构为一块硬顶，用螺钉或其它方法固定在主车体结构上。

图9为三块模制的外部车体的分解透视图，其能够使用图5所示的形式的金属支架。

图10为模制的塑料外部车体的透视图，其通过将图9示出的两块塑料车体元件合并制成。

图11为与图10相同方向的视图，只是示出了通过将图9示出的全部三块车体元件合并制成的塑料外部车体。

参考图1到图5，在此示出了汽车10的一部分，汽车10包括一个塑料外部车体12和一个金属支架14。支架在图1的视图中被遮盖。图2到图4示出了支架沿车辆长度方向选择好的位置的剖面图。图5示出了从塑料外部车体上分开的金属支架。

塑料外部车体12包括两个模制的前挡泥板16，两个模制的后挡泥板18，和两个与所述挡泥板相互连接的整体侧板20。塑料车体的前部形成整体的前部保险杠22；同样地，塑料车体的尾部形成整体的尾部保险杠(在图1中看不到)。 

塑料车体的前部中心部分被切掉形成发电机空间24。塑料车体前端的横梁区域26为没有示出的冷却器和前部格窗提供了一个支撑面。此外，前挡泥板16的向前表面具有用于前灯的孔28。

应当明白，空间24通常安装一个铰链覆盖(或盖子)，从而将发动机保护和隐藏起来。在塑料外部车体安装在金属支架14上以后，没有示出的覆盖安装在车体上。本发明主要涉及塑料外部车体12与内部支架14的结合关系。

前挡泥板16和后挡泥板18通过模制的侧板20相连。如图2所示，模制的侧板为中空双壁结构用于增加强度和防止扭曲。车辆的乘客区域由模制的地板32形成，地板通过一个整体管道34和分别置于管道两侧的两个整体中空横梁36强化，如图2所示。管道34形成一个托架将乘客部分分隔成左右乘座区域。没有示出的座位分别安装在地板区域32上。

另一个有利的特点是，整体模制的燃料箱38位于后挡泥板18之间，与管道34成一直线。燃料箱的前端通过在管道34上形成一个分隔壁封闭，如图6中的40所示。燃料箱的尾端同样地通过位于车辆后壁44上的分隔壁42封闭。如图6所示，后壁44为中空双壁结构，用于增加强度和刚性。

图1到图4所示的塑料外部车体12最好为一块塑料成形品，通过一步模制操作形成。一种优选的成形装置为图6所示的吹塑机。或者，车体通过旋转铸造工艺形成，如图7所示。

图6所示的机器包括一个挤压机46，其接受来自漏斗48的合适树脂(最好为聚烯烃材料)的珠粒(颗粒)。树脂通过挤压机向前进入加热器50，在此树脂转化为熔化状态，并且被泵入储存器52。储存器上的活塞54对熔化树脂施加合适的压力(例如两百五十磅/平方英寸)，以便树脂进入排出头56。

排出头56将树脂形成具有合适壁厚的圆环管状型坯58，以便传递到由模型部分60和62形成的型腔中。当模型部分分开后，圆环状型坯依靠重力落到模型部分60和62之间。如图6中的箭头所示，当模型部分合到一起时，压缩空气通过中心管64向下泵入由树脂型坯包围的空间；此时，树脂壁处于可流动的液体状态，因此作用在树脂壁上的空气压力使树脂膜膨胀或偏斜，靠在相对的型腔表面。这种作用形成了图2，3和6所示的各种中空壁。如果需要，可以监测壁厚。

在模制壁结构形成过程中，模型部分60和62可以被加热，以便确保加压的树脂与型腔表面完全一致。当模制的车体12形成以后，模型部分可以转换成冷却形态，以便冷却并且至少部分固化模制的物品。

模型部分60和62在64和66包括配合刀刃，用于分开(或基本分开)交错的树脂壁区域68。分开的树脂壁被取走，制成图1所示的发动机空间容纳开口。

吹塑法已经被用于制造各种中空塑料结构，例如塑料瓶，广口瓶和大的容器。吹塑法工艺在本发明的操作中的有利之处在于，复杂的中空双壁结构能够应用于如图2,3,4和6所示的汽车外部车体，提供坚固的外部车体。使用模制操作以便管状树脂部分能够通过重力进入型腔，如图6所示。模制汽车外部车体在型腔中为垂直“直立”取向。

正如前面提到的那样，塑料外部车体12支撑在一个金属支架14上。如图5所示，金属支架包括两个与车辆中心轴平行地纵向延伸的外部支架元件65，两个沿纵向延伸与支架元件65基本平行的内侧支架元件66，以及两个在塑料外部车体12的前端和尾端、连接支架元件65和66的横向支架元件68。考虑到成本因素，每一个支架元件最好为具有圆形截面的管状钢元件。也可以使用其它截面形状，但是会增加一些成本。

金属支架14在许多间隔开的点通过基座70与塑料外部车体12连接。每一个基座包括一个焊接到相关管状支架元件上的金属板，以便与塑料车体12的表面部分成面接触。每一个基座70的上表面与相关塑料表面的外形一致，以便每一个基座有较大的区域与塑料车体啮合。在此，塑料车体的接触表面有一个曲率，基座也有一个相似的曲率，以便达到所需要的啮合区域范围。其目的是在基座-塑料车体连接点减少一些受力集中。

根据车辆的大小和重量，基座70的位置和数目可以变化。如图所示，有十个车体支撑基座70。四个基座位于挡泥板的顶表面，两个基座位于车辆的前端横梁26的下面，并且两个基座位于车辆的尾端靠近后壁44。

塑料车体必须很好地设计，以便基座接触表面容易与基座70靠近而不改变塑料车体的侧面和角度。最佳的安装工艺为：只通过垂直向下运动将塑料车体放在金属支架上(或将支架提升到塑料车体上)。在一个设想的情况中，车轮、轴、车轮悬挂装置和发动机在塑料车体下放到支架14上之前安装或连接到金属支架14上。

塑料外部车体能够从打开的型腔直接传递到金属支架上，由此，支架对塑料车体起冷却固定作用。

将塑料车体12固定在安装基座70上可以使用许多形式的固定物。所选择的固定物应当允许塑料车体在不同环境范围内工作时热膨胀和收缩。

车轮传递齿轮(包括发动机、车轮悬挂装置、制动器和方向盘)首先安装在金属支架上。路面作用力通过车轮悬挂装置传递到金属支架上。车轮载荷(人和货物)由塑料车体承载。塑料车体和支架在一定程度上相互增强。

图1到图4表示优选的包括单一模制体的塑料车体。然而，在本发明扩展的应用中，塑料车体可以为两个或两个以上的模制部分，通过螺钉、螺栓、黏结剂或其它紧固装置固定在一起形成车体。图10示出了一个由两部分形成的塑料外部车体。图11示出了一个由三部分形成的塑料车体，如图9所示，塑料外部车体被分段(模制)为前部车体部分90、中心车体部分92、和尾部车体部分94。车体部分90和94可以用莱格(leggo)方式固定在一起形成图10的车体。三个车体部分可以固定在一起形成图11的加长车体。每一种车体都能够用于运送乘客和/或货物。图10表示四座型，而图11表示六座型。

图10或图11的多块塑料外部车体能够安装在图5所示的类型的金属支架上，属于本发明的范围之内。在安装在金属支架之前，多块塑料车体最好安装成一个结构。

图7示出了另一种成形装置，其能够用于制造塑料车体(或塑料车体部件)。该装置为旋转铸造(或离心铸造)机，在关闭模型部分之前，在型腔内预先填入预定量的树脂粉。整个装置应当放置在烘炉内以熔化型腔内的树脂粉。同时，模型装置在两个不同平面内在控制电压(两个旋转平面不必一样)作用下旋转，以便树脂粉在型腔表面熔化在一起。当物品(例如塑料车体)全部形成时，整个装置冷却，以得到模制物品。

为了得到所需要的模型旋转运动组合，可以使用多种机器。如图7所示，模型部分支撑在支架72上，其有一个对准的枢轴74与模型部分或一个相关联的支撑架连接，马达76安装在支架72上用于使模型部分围绕水平轴旋转。该支架被两个配合安装在一个固定结构80上的对准的轴(支撑架)78支撑；马达82与一个轴78连接，以便围绕垂直轴旋转支架72(和模型部分)。

旋转铸造机的特点在于：非常平滑的产品表面，以及在每一个模制循环之后改变颜色的能力(通过选择树脂粉末原材料)。图6的吹塑法装置的优点是周期短。

图1,10和11所示的塑料外部车体和金属支架，既能够安装一个硬顶结构(没有示出)，也能够安装一个软帆布顶结构，例如如图8所示。参考图8，一个分开的管状构架84安装在塑料外部车体12的上边表面，随后一个帆布盖86可以放置在构架84上。挡风玻璃可以与外部车体12连接，随后一个帆布盖86可以放置在构架84上。挡风玻璃可以以任何需要的方式与外部车体12连接。

本发明主要涉及塑料外部车体12及其与金属支架14的关系。图8只是描述了一个能够用于车体的具体顶结构。也可以使用其它顶结构。

应该认识到，在实施本发明时，塑料外部车体的形式可以变化或改动。模制工艺的实施可以提供许多整体的内在特征，例如，燃料箱，电池箱，挡泥板，前或后座，座位通道，前灯壳，尾灯壳，仪表板，复式方向盘支座(左和右)，顶帽保持器，备用轮胎槽，货物固定锚，以及支架连接表面。在某些情况下，为了在模制的外部车体上得到下凹的表面，模型部分不得不有一些活块。本发明可以用于不同的车体形状和设计。