BRPI0911369A2

BRPI0911369A2 - chassi de veículo bem como veículo

Info

Publication number: BRPI0911369A2
Application number: BRPI0911369-0A
Authority: BR
Inventors: Ian Gordon Murray
Original assignee: Gordon Murray Design Limited
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2020-08-04
Also published as: EP2265483B1; PL2265483T3; ES2407088T3; GB2458971B; CA2720481A1; GB2458956A; BRPI0911369B1; CA2720481C; US20110024221A1; GB0814274D0; US9211914B2; EP2578474A1; GB0806181D0; JP2011516329A; JP5568547B2; GB2458971A; MX2010010898A; WO2009122178A1; ES2546498T3; EP2265483A1

Abstract

CHASSI DE VEÍCULO BEM COMO VEÍCULO. A presente invenção refere-se a um chassi (10) para um veículo que combina rigidez, velocidade de fabricação e uma pequena área de cobertura ambiental. Tal chassi compreende uma armação de seções tubulares interligadas (12, 14, 16, 18, 20, 22, 28) e pelo menos uma chapa (50) ligada na armação. O corte a laser, curvatura CNC e soldagem controlada por computador significam que o tempo de produção requerido pode ser mantido em 120 segundos e a rigidez da estrutura como um conjunto é suficiente. Tal chassi também tem uma área de cobertura de carbono excepcionalmente baixa. A chapa pode ser metálica, tal como alumínio ou favo de alumínio, ou ela pode ser um material compósito, tal como um compreendendo um núcleo baseado em papel e um revestimento pIástico reforçado com fibra. A chapa pode não ser plana, e é preferivelmente de uma geometria côncava, tal como uma tina. Ela pode ser composta de uma pluralidade de seções, idealmente juntadas por um método que permite uma tolerância posicional, de modo que qualquer tolerância na construção da armação pode ser acomodada. A invenção refere-se também a um método correspondente de fabricação de um chassi.

Description

i \ Relatório Descritivo da Patente de lnvenção para "CHASSI DE VEÍCULO BEM COMO VEÍCULO".

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um chassi de veículo. 5 TÉCNICA PRECEDENTE Dificilmente é necessário dizer que o chassi é um componente crucial de um veículo. Ele é o núcleo do veículo, do qual todos os outros componentes são suportados direta ou indiretamente. Ele é responsável fi- nalmente pela absorção e transmissão das forças experimentadas pelo veí- lO culo; a sua rigidez determina (até uma grande extensão) o comportamento de manejo do veículo e seu comportamento de deformação é urn fator prin- cipaí na resistência ao impacto do veículo. Ele é também o maior componente único do veículo e (à parte o motor, em alguns casos) o mais pesado. lsso significa que os recursos ne- 15 cessários para construir o chassi e seu peso eventual serão uma parte signi- ficativa da área de cobertura circundante do ciclo de vida do veículo. A redução do peso e das exigências de material do chassi, por- tanto, levarão a benefícios no desempenho, economia de combustível e a área de cobertura circundante do veículo. Entretanto, isso precisa ser feito 20 sem afetar adversamente a rigidez necessária do chassi. Historicamente, um chassi tipo escada simples foi construído, usando duas seções longitudinais unidas por 'travessões que (na realidade) proporcionavam os "degraus" da escada. As seções longitudinais precisa- vam ser de um calibre muito grande a fim de produzir a resistência necessá- 25 ria. lsso resultou em um chassi que, pelos padrões atuais, é muito pesado e insuficientemente rígido na torção. Ele era entretanto, muito direto para a produção em massa. O uso de seções longitudinais adicionais juntadas por múltiplos travessões ou anteparos cria o que é geralmente citado como um chassi de 30 moldura tubular. Para veículos produzidos em massa, esses, entretanto, fo- ram descartados já que o tempo exigido para a fabricação é geralmente mui- to grande.

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Embora a rigidez de uma tal estrutura seja maior do que essa de

,, um chassi tipo escada, a fim de proporcionar a rigidez suficiente é geralmen- te necessário adicionar elementos diagonais adicionais na estrutura, de mo- do que os momentos de torção são evitados e todas as forças são absorvi- 5 das por meio da tensão longitudinal ou compressão de um elemento da mol- dura.

Uma estrutura desse tipo é geralmente citada como uma moldura es- pacial, e é de longe muito complexa para a produção em massa.

Veículos modernos produzidos em volume, portanto, universal- mente usam um chassi de aço prensado.

O chassi é formado por uma ope- lo ração de prensagem/estampagem que envolve uma ou mais etapas. lsso

, produz um chassi de aço que tem a rigidez necessária, mas que é muito pe- sado e exige usinagem muito substancial para a sua produção.

As partes è necessárias restantes da estrutura do veículo são então soldadas por pontos na montagem. 15 As ferramentas exigidas para formar o chassi são fisicamente grandes e precisam ser alojadas, portanto, em uma grande instalação.

Um custo de material substancial (com área de cobertura circundante conse- quente) está envolvido, portanto, no chassi, nas ferramentas e na instalação, o peso do chassi resultante impõe uma área de cobertura circundante contí- 20 nua substancial como um resultado das exigências de energia consequentes do veículo, e a grande instalação impõe uma área de cobertura circundante contínua correspondente em termos do seu aquecimento, sua iiuminação, sua manutenção e assim por diante.

A soldagem por pontos necessária en- volve consumo significativo de energia. 25 SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção busca proporcionar um chassi para um veí- culo que combina a rigidez necessária com velocidade de fabricação sufici- ente para permitir a produção em volume, mas com uma área de cobertura circundante que é uma fração dessa de um chassi de aço prensado conven- 30 cional.

Um chassi de aço prensado não pode satisfazer essas exigên- cias pelas razões esboçadas acima.

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3 3ê Um chassi de moldura tubular convencional não pode satisfazer Z" - a exigência quanto à velocidade de fabricação. Para a produção em volume, foi buscada uma exigência de tempo total da ordem de 120 segundos por chassi; um chassi de moldura tubular atual exige a atenção contínua de um 5 operador especializado e é, portanto, um processo muito consumidor de tempo. Portanto, é proposto um chassi para um veículo, que compreen- de uma armação de seções tubulares interligadas e pelo menos uma chapa ligada na armação. Através do uso de métodos de construção modernos, 10 tais como corte a laser, curvatura CNC e soIdagem controlada por computa- , dor, o tempo de produção exigido para um tal chassi pode ser mantido den- tro do alvo de 120 segundos. Enquanto isso, a chapa ligada na armação age z como uma parte estrutural do chassi e adiciona rigidez na estrutura como um todo que possibilita que ela satisfaça o grau de dureza requerido. 15 Tal chassi também tem uma área de cobertura de carbono ex- cepcionalmente baixa. O uso de seções tubulares (preferivelmente ocas), que podem ser de um material metálico, tais como aço ou alumínio, é muito mais econômico em uso de material do que um chassi de aço prensado e pode ser formado com ferramentas significativamente menores que, portan- 20 to, (elas próprias) têm uma área de cobertura menor. O espaço físico exigido para construir tal chassi é também muito menor, permitindo a redução nos custos de aquecimento, iluminação, de construção e outros e na área de cobertura do carbono da instalação na qual eles são construídos. A chapa pode ser metálica, tais como alumínio ou favo de alu- 25 mínio, ou ela pode ser de um material compósito. Vários materiais compósi- tos são adequados, incluindo compósito de fibra de carbono, compósito de fibra Kevlar, compósito de fibra de vidro e outros materiais compósitos, tal como compósitos da matriz de metal. Um material compósito especialmente adequado é um que compreende um núcleo de um material e um revesti- 30 mento de um segundo material; núcleos adequados incluem materiais base- ados em papel e revestimentos adequados incluem materiais plásticos refor- çados com fibra.

â ' jk 4 ±· E A chapa pode ser não pIana e é preferivelmente assim desde ., que isso permitirá um maior grau de rigidez em uma variedade mais ampla de eixos geométricos. Uma geometria côncava, tal como uma tina, é preferi- da. Ela pode ser composta de uma pluralidade de seções, idealmente junta- 5 das por um método que permite uma tolerância de posição, de modo que qualquer tolerância na construção da armação pode ser acomodada. O chassi definido acima pode aceitar, naturalmente, um motor e outras engrenagens de marcha, corpo exterior do veículo e acessórios inte- riores que serão montados em uma localização adequada sobre ou sob o 10 chassi. A presente invenção ainda proporciona um veículo que compre- . ende um chassi como definido acima. Onde a montagem do veículo aconte- " ce distante da construção do chassi, o chassi como definido acima pode ser transportado muito mais economicamente devido ao grau de rigidez muito 15 elevado que é derivado não obstante a forma amplamente planar. Essa for- ma compacta para o chassi que é permitida pela presente invenção permite que um grande número de elementos de chassi (tal como 6-8) seja encaixa- do dentro de um único recipiente de transporte padrão. Dessa forma, os cus- tos de transporte e a área de cobertura circundante associada podem ser 20 . reduzidos significativamente. A presente invenção também se refere a um método para a fa- bricação de um chassi para um veículo, que compreende preparar uma plu- ralidade de seções tubulares, cortar as seções no comprimento, perfilar as extremidades das seções, curvar as seções como necessário, juntar as ex- 25 tremidades de pelo menos algumas das seções em outras seções, coiocar uma chapa na armação assim criada e ligar a chapa na armação. Os tubos podem ser cortados por um processo de corte a laser e são preferivelmente cortados e perfilados na mesma etapa. Eles podem ser curvados através de um processo de curvatura CNC e juntados através da 30 soldagem automática.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

' *- 5 ^ m ?' E Uma modalidade da presente invenção será agora descrita por ,, meio de exemplo, com referência às figuras acompanhantes nas quais: As figuras 1 a 4 mostram vistas em perspectiva, plana, Iateral e frontal respectivamente da moldura tubular antes da adaptação da chapa, 5 As figuras 5 a 8 mostram vistas em perspectiva, plana, lateral e frontal respectivamente da moldura tubular antes da adaptação da chapa, com um santantônio adaptado, As figuras 9 a 12 mostram vistas em perspectiva, plana, lateral e frontal respectivamente da chapa antes da adaptação na moldura tubular e 10 As figuras 13 a 16 mostram vistas em perspectiva, plana, lateral . e frontal respectivamente da moldura tubular adaptada com a chapa.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES * ., As figuras 1, 2, 3 e 4 mostram uma construção de moldura tubu- Iar usada na fabricação do chassi do veículo de acordo com a presente in- 15 venção. A estrutura da moldura 10 compreende uma série de 4 elementos longitudinais, dois elementos 12, 14 em um lado esquerdo do veículo e dois elementos 16, 18 no lado direito do veiculo- Os eiementos em cada lado respectivo são conectados através de vários elementos de elevação 20, 22 e pelo elemento Iongitudinal inferior 14, 18 dos dois se elevando para a trasei- 20 ra do carro, de modo a encontrar o elemento superior correspondente 12,

16. Esse perfil de elevação também cria um espaço 24 na traseira do carro para acomodar a engrenagem de marcha traseira. Da mesma forma, na frente do carro todos os quatro elementos longitudinais incluem curvas de modo a desviá-los para dentro em direção à linha central do carro e criar um 25 espaço 26 para a engrenagem de marcha frontal. Para manter os elementos longitudinais 12, 14, 16, 18 no espa- çamento correto, travessões tal como esses mostrados em 28 são forneci- dos, presos nos elementos Iongitudinais e se estendendo transversalmente através do veículo. Dessa forma, uma estrutura de moldura tubular é obtida. 30 Esses tubos são tubos de parede fina de aço (ou alumínio) de diâmetro grande que são cortados e curvados por processos com CNC (con- trole numérico por computador). As extremidades do tubo podem ser atual-

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mente perfiladas por apareího a laser com CNC seguido pela curvatura com

,, CNC e soldagem robótica.

Como resultado, a estrutura de aço do chassi po- de ser construída de seções da tubulação, que são elas próprias obtidas a partir de tira de aço estreita alongada. lsso é intrinsecamente direto para 5 produzir, curvar e soldar em uma forma de tubo de aço, em oposição a um chassi de aço prensado convencional que exige que um grande lingote único de aço seja forjado na forma necessária.

O desperdício de material e a e- nergia requerida para formar e montar a moldura tubular são, portanto, muito menores do que a prensagem equivalente do aço. 10 A estrutura de múltiplos tubos criada dessa maneira é ampla- mente automodeladora, portanto exigindo mínimas partes adicionais para a construção.

Depois que a estrutura foi soldada em conjunto, a proteção ex-

= terna e interna para o aço exposto pode ser aplicada através de um banho químico adequado. 15 O chassi ilustrado aqui por meio de exemplo é planejado para uso em relação a um veículo de transporte pessoal de três assentos como ilus- trado no (por exemplo) pedido de patente anterior número PCT/GB08/000892. Dessa maneira, a estrutura proporciona áreas de colocação dos pés 30, 32 para os dois passageiros traseiros e uma área de assento 34 para o motoris-

20 ta centralmente posicionado.

Entretanto, outros projetos de veículo e leiautes poderiam ser dispostos para o projeto.

As figuras 1-3 mostram o estado inicial da construção na qual a metade inferior do chassi do veículo é fornecida, oferecendo os elementos básicos de uma trajetória de carga que oferece gerenciamento de impacto 25 previsível, maior rigidez e dureza de curvatura.

Entretanto, mesmo quando comparado com as dimensões finais desse veículo, o chassi resultante é extremamente compacto e ele pode ser acondicionado em um recipiente de transporte padrão (sem paredes laterais de uma seção de teto preso) com eficiência muito maior do que um chassi convencional de aço prensado e 30 soldado por pontos. lsso significa que o chassi e o corpo podem ser fabrica- dos em locais separados com a montagem acontecendo em qualquer local ou em um terceiro local, e também significa que muitos mais chassis podem

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W ser transportados em um recipiente de transporte padrão relativo a um pe- b queno carro padrão, dessa maneira reduzindo os custos de transporte e as emissões de CO2 associadas com ele. lsso se torna possÍvel pela estrutura de múltiplos tubos, cuja montagem pode ser suspensa em um estado inter- 5 mediário, porém estável, tal como esse mostrado nas figuras 1-4, em oposi- ção a uma estrutura de aço prensado. As figuras 5-8 mostram a estrutura de múltiplos tubos 10 nas fi- guras 1-4 na qual um arco cilíndrico de aço 36 foi adicionado. Um par de elementos longitudinais superiores 38, 40 se estende para trás do arco cilín- 1O drico 36 e assim suportado por escoras 42, 44. O arco cilíndrico 36 é aco- , modado dentro de um par de soquetes 46, 48 que foram previamente solda- dos sobre os elementos longitudinais 12, 16; isso oferece uma localização 5- segura para o arco cilíndrico 36. Elementos laterais 38, 40 se estendem para trás do arco cilíndrico e propiciam um meio de montagem dos painéis do 15 corpo traseiro. Nessa estrutura de moldura tubular completa, uma chapa ri- gida 50 é então adicionada, isso sendo mostrado nas figuras 9-14. A chapa rígida 50 tem duas finalidades principais. Uma é refor- çar a estrutura de múltiplos tubos transmitindo cargas entre os elementos tubulares, dessa maneira aumentando a rigidez da estrutura como um todo e 20 melhorando a sua resistência ao impacto. Para esse fim, a chapa é feita de um material rígido adequado, tais como aço, alumínio, favo de alumínio e materiais compósitos. Como mencionado acima, vários materiais compósitos são adequados incluindo compósito de fibra de carbono, compósito de fibra Kevlar, compósito de fibra de vidro e outros materiais compósito, tal como 25 compósitos de matriz de metal. Um material compósito especialmente ade- quado é um que compreende um núcleo de um material e um revestimento de um segundo material; núcleos adequados incluem materiais baseados em papel e revestimentos adequados incluem materiais plásticos reforçados com fibra. 30 Pode ser necessário ajustar a seleção do material dependendo do mercado nacional planejado do veículo. Por exemplo, veículos para o mercado europeu ocidental poderiam ser fornecidos com um material com-

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FZ 'J posto de núcleo de papel a fim de minimizar o impacto ambiental da fabrica- ,~ =" ção, enquanto que os veículos planejados para climas úmidos quentes, tal como o Sudeste da Ásia poderiam ser fornecidos com um núcleo termoplás- tico para proporcionar longevidade suficiente. 5 Em defesa da sua tarefa de reforço, a chapa é também formada em uma forma não plana de modo que ela pode oferecer rigidez contra a torção. Uma chapa pIana somente oferece obviamente uma alta rigidez de torção ao redor de um eixo geométrico, enquanto que uma chapa com cur- vas compostas (isto é, curvas em mais do que um eixo geométrico não para- lO lelo) pode oferecer rigidez substancialmente em todas as dimensões.

, A finalidade secundária da chapa 50 é proporcionar uma estrutu- ra interna para o veículo, cobrindo as aberturas entre os elementos tubula- ¶ res. Dessa maneira, a chapa é moldada de acordo com uma forma compos- ta que é conveniente para o Ieiaute pIanejado do veícuio. lniciando da parte 15 traseira 52 do veículo, existe um painel pIano 54 que age como uma pratelei- ra de pacote ou (nesse caso) como o piso de uma área de carga sobre um compartimento do motor montado na traseira, depois uma curva descenden- te 56 para produzir um encosto de banco inclinado 58 para os passageiros do banco traseiro. Depois de curvar para cima novamente para produzir as 20 almofadas do banco traseiro 60, as partes externas da chapa 50 então se curvam para baixo para proporcionar os apoios de pé 62 para os passagei- ros do banco traseiro. Uma parte central se estende para frente como uma formação de aresta 64 para suportar um banco do motorista centralmente montado; isso, junto com painéis laterais eretos 66 em qualquer lado do a- 25 poio de pé 62 e painéis laterais 68 em qualquer lado dos bancos traseiros 58 proporciona uma curvatura composta tridimensional para a chapa 50. Recessos são formados na chapa 50 nas localizações 70, 72, 74, 76 que correspondem com seções tubulares na armação 10. Essas per- mitem que a chapa 50 siga e se conforme com a forma das partes da arma- 30 ção 10 e seja ligada a ela, por exemplo, através de um adesivo de engenha- ria adequado, tal como uma resina de epóxi. lsso permite que as forças se-

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1 jam transferidas entre a armação 10 e a chapa 50, dessa maneira permitindo

,, que a chapa 50 contribua para a rigidez e resistência ao impacto do chassi.

As figuras 13 a 16 mostram a chapa 50 instalada em e ligada na armação 10 para formar o chassi completo, no qual o arco cilíndrico 36 foi 5 preso.

Os recessos 70, 72, 74, 76 na chapa 50 agora curvam ao redor de um tubo da armação 10 e foram ligados no tubo relevante, de modo que a chapa 50 e a armação 10 formam uma única estrutura de suporte de carga na qual o motor, engrenagem de marcha, equipamento interno e externo, etc. podem ser adaptados. 10 Naturalmente, será entendido que muitas variações podem ser

. feitas na modalidade acima descrita sem se afastar do escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Chassi para um veículo, que compreende: uma armação de seções tubulares interligadas tendo elementos longitudinais unidos por travessões, incluindo pelo menos um elemento lon- 5 gitudinal do qual pelo menos um travessão se estende em uma primeira di- reção para um segundo elemento longitudinal e pelo menos um travessão adicional se estende em uma segunda direção que não é paralela à primeira direção para um terceiro elemento longitudinal, para definir, dessa maneira, uma estrutura tridimensional e pelo menos uma chapa que inclui uma seção côncava que se estende para dentro da armação e é unida nos elementos longitudinais da estrutura tubular.

2. Chassi, de acordo com a reivindicação 1, em que as seções tubulares são metálicas.

3. Chassi, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que as se- ções tubulares são ocas.

4. Chassi, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a chapa é um material compósito.

5. Chassi, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a chapa é um material compósito que compreende um núcleo de um material e um revestimento de um segundo material.

6. Chassi, de acordo com a reivindicação 5, em que o núcleo é de papel.

7. Chassi, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, em que o re- vestimento é um material plástico reforçado com fibra.

8. Chassi, de acordo com a reivindicação 1, em que a chapa compreende uma tina.

9. Chassi, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, em que a chapa é composta de uma pluralidade de seções.

10. Chassi, de acordo com a reivindicação 9, em que as seções são unidas por um método permitindo uma tolerância posicional.

11. Chassi, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, ainda compreendendo um motor montado sobre ele.

12. Chassi, de acordo com a reivindicação 11, em que o motor é montado em um lado inferior do chassi.

13. Veículo compreendendo um chassi como definido em qual- quer uma das reivindicações precedentes.

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