УСТРОЙСТВО ЗАРЯДНОГО ПОРТА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE CHARGING POWER SYSTEM

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент Японии № 2009-168487, поданной 17 июля 2009 года. Все содержание заявке на патент Японии № 2009-168487 настоящим включается в нижеследующее описание путем отсылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область изобретения
Настоящее изобретение, в общем, относится к устройству зарядного порта транспортного средства, в котором в качестве источника мощности используется электродвигатель. Более конкретно, настоящее изобретение относится к зарядному порту, расположенному на передней концевой части транспортного средства.
Известный уровень техники
Среди таких транспортных средств, как гибридные автомобили и электромобили, в которых в качестве источника мощности применяются электродвигатели, существуют автомобили, которые используют внешний источник питания для зарядки находящегося на борту аккумулятора, служащего источником питания для электродвигателя. В некоторых из этих транспортных средств зарядный порт расположен на переднем концевом участке кузова транспортного средства и предназначен для приема вилки или соединителя внешнего источника питания. Один пример транспортного средства с таким зарядным портом раскрыт в японской выложенной патентной публикации № 2000-085626 (см. фиг.4). Бортовой аккумулятор заряжают, вставив вилку в зарядный порт и подавая электроэнергию от внешнего источника питания. В японской выложенной патентной публикации № 2000-085626 зарядный порт прикреплен к переднему концевому участку кузова транспортного средства с помощью коробчатой опоры. Эта коробчатая опора обычно крепится к верхнему поперечному элементу кузова транспортного средства кронштейнами с обеих боковых сторон. Дополнительно обращенный назад конец коробчатой опоры также прикреплен к кузову транспортного средства. Более конкретно, между верхним поперечным элементом и нижним поперечным элементом проходит опорная стойка, а обращенный назад конец коробчатой опоры прикреплен к опорной стойке кронштейном.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Было обнаружено, что в известной опорной конструкции, описанной в японской выложенной патентной публикации № 2000-085626, возникают проблемы из-за того, что жесткость опоры слишком высока.
Далее будут описаны конструктивные требования к крепежной конструкции зарядного порта (конструкции зарядного порта). Во-первых, конструкция зарядного порта типично должна иметь минимальную крепежную (опорную) жесткость для надежной поддержки зарядного порта при нормальном использовании. Во-вторых, когда вилку или соединитель вставляют в зарядный порт или извлекают из него, эту вилку или соединитель редко вставляют или извлекают строго соосно. Даже очень опытный пользователь обычно допускает некоторую степень несоосности сил, прилагаемых при установке или извлечении вилки или соединителя. Опорная структура зарядного порта должна быть способна поглощать такие несоосные силы, возникающие при подключении и отключении вилки. В-третьих, участок переднего конца транспортного средства по существу снабжают сминаемой зоной, которая сминается при фронтальном столкновении, чтобы поглотить энергию удара и предотвратить распространение деформации кузова транспортного средства на пассажирский отсек. Когда структуру зарядного порта устанавливают в передней сминаемой области кузова, ее предпочтительно выполняют сминаемой так, чтобы она могла поглощать энергию удара.
В известной структуре зарядного порта, например, описанной в японской выложенной патентной публикации № 2000-085626, крепежная (опорная) жесткость опоры типично слишком высока, как уже упоминалось выше. Следовательно, хотя первое требование к конструкции может быть выполнено, второе и третье требования невыполнимы. Когда структура зарядного порта не удовлетворяет второму требованию, несоосные силы, прилагаемые к вилке при соединении/разъединении, не поглощаются опорной структурой и передаются непосредственно на зарядный порт. Поэтому срок службы зарядного порта сокращается. Когда структура зарядного порта не удовлетворяет третьему требованию, такую структуру зарядного порта нельзя устанавливать в сминаемой области передней части транспортного средства. Поэтому степень свободы в отношении размещения структуры зарядного порта ограничена. В то же время, если третье требование к конструкции игнорируется и структура зарядного порта все равно устанавливается в сминаемой области, то при фронтальном столкновении структура зарядного порта сминаться не будет, и функция поглощения энергии сминаемой области будет менее эффективной.
Одной из целей настоящего изобретения является создание структуры зарядного порта транспортного средства, которая удовлетворяет вышеперечисленным конструктивным требованиям и решает проблемы, описанные выше.
С учетом известного уровня техники одним из аспектов настоящего изобретения является создание устройства зарядного порта транспортного средства, содержащего кузов транспортного средства, опорный элемент зарядного порта и электрический зарядный порт. Кузов транспортного средства включает участок переднего конца транспортного средства. Опорный элемент зарядного порта установлен на участке переднего конца транспортного средства. Опорный элемент зарядного порта содержит энергопоглощающую структуру, которая выполнена и расположена с возможностью деформирования в сторону опорной структуры участка переднего конца транспортного средства и в энергопоглощающую область, расположенную перед опорной структурой участка переднего конца транспортного средства во время фронтального удара. Электрический зарядный порт прикреплен к опорному элементу зарядного порта и выполнен с возможностью принимать электрический зарядный соединитель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где
фиг.1 - упрощенный вид в перспективе передней части кузова транспортного средства, оснащенного структурой зарядного порта по одному варианту настоящего изобретения;
фиг.2 - упрощенный вид слева передней части кузова транспортного средства, показанного на фиг.1, с прикрепленным зарядным портом;
фиг.3 - упрощенный вид слева в увеличенном масштабе, аналогичный фиг.2, но со снятым зарядным портом для иллюстрации несоосных сил, возникающих при установке/извлечении вилки в зарядный порт и из него;
фиг.4 - упрощенный вид слева в увеличенном масштабе, аналогичный фиг.2, но со снятым зарядным портом для иллюстрации того, как зарядный порт сминается, когда на структуру зарядного порта действует сила фронтального столкновения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее со ссылками на чертежи следует подробное описание некоторых вариантов настоящего изобретения. Специалистам понятно, что нижеследующее описание является лишь иллюстративным и не имеет целью ограничить объем изобретения, определенный в приложенной формуле или в ее эквивалентах.
На фиг.1 показано транспортное средство V, имеющее конструкцию зарядного порта по одному из вариантов. На чертежах стрелка FR показывает направления вперед, стрелка UP показывает направление вверх, стрелка WD показывает поперечное направление транспортного средства V. Устройство зарядного порта транспортного средства включает часть переднего концевого участка кузова В транспортного средства V. Участок 2 переднего конца транспортного средства также включает различные известные компоненты, такие как капот, пару крыльев, передний бампер, модуль переднего конца, панель передней облицовки и пр.
Как показано на фиг.1 и 2, кузов В транспортного средства является унифицированным кузовом, в котором кузов и рама интегрированы в одно устройство. Таким образом, кузов В не является конструкцией "кузов на раме". Однако, если необходимо или желательно, конструкция зарядного порта может использоваться и в транспортных средствах рамной конструкции. Каркас кузова В содержит нижний щиток 1, левый передний элемент 2, правый передний элемент 3 и пару "чашек" 4 для амортизаторных стоек (показана только одна). Как показано на фиг.1, каркас кузова В транспортного средства далее содержит нижнюю поперечную балку 5, верхнюю поперечную балку 6 и вертикальную стойку 7. Поперечные балки 5 и 6 и вертикальная стойка 7 образуют опорную структуру участка переднего конца кузова В транспортного средства. Поперечные балки 5 и 6 являются разнесенными поперечно деформируемыми элементами, проходящими в поперечном направлении транспортного средства V. Поперечные балки 5 и 6 сконструированы так, что эффективная длина колонны каждой из поперечных балок 5, 6 в случае фронтального удара уменьшается. Левый и правый передние элементы 2 и 3 соединены друг с другом на своих передних концах нижней поперечной балкой 5 снизу и верхней поперечной балкой 6 сверху. Вертикальная стойка 7 проходит между средними частями поперечных балок 5 и 6. Поперечные балки 5 и 6 и стойка 7 являются жесткими металлическими элементами, которые являются элементами структурного каркаса участка переднего конца кузова В транспортного средства.
В этом показанном варианте устройство зарядного порта, помимо участка переднего конца кузова В транспортного средства, далее содержит опорную пластину 11, служащую опорным элементом зарядного порта. Опорная пластина 11 (опорный элемент зарядного порта) установлена на участке переднего конца кузова В транспортного средства для формирования незакрытого пространства или открытой энергопоглощающей области 12, которая ориентирована в поперечном направлении WD транспортного средства. В этом показанном варианте опорная пластина 11 расположена рядом с передним концом кузова В транспортного средства, который служит сминаемой областью при фронтальном столкновении. Более конкретно, например, опорная пластина 11 расположена впереди относительно левого и правого боковых элементов 2 и 3, в центральном положении между левым и правым боковыми элементами 2 и 3. Левый и правый боковые элементы 2 и 3 являются энергопоглощающими структурами (структурами, сминаемыми при фронтальном столкновении), которые известным способом образуют сминаемые зоны для поглощения энергии удара за счет пластической деформации в продольном направлении транспортного средства. Дополнительно, поскольку опорная пластина 11 имеет незакрытое пространство или открытую энергопоглощающую область 12, сама структура зарядного порта является сминаемой при фронтальном ударе и не ухудшает функцию поглощения энергии удара передней части кузова В транспортного средства. Степень свободы выбора места установки структуры зарядного порта повышается, и вышеупомянутое третье требование к конструкции может быть выполнено.
В этом показанном варианте опорная пластина 11 (опорный элемент зарядного порта) имеет участок 11а горизонтальной верхней стенки, участок 11b нижнего конца и участок 11с стенки крепления зарядного порта, проходящий между участком 11а горизонтальной верхней стенки и участком 11b нижнего конца. В этом показанном варианте участки 11а, 11b и 11с сформированы как единая унитарная деталь путем штампования единого металлического листа и придания ему нужной формы. Опорная пластина 11 расположена дальше вперед относительно передней части поперечных балок 5 и 6 и вертикальной стойки 7.
Участок 11а верхней стенки и участок 11b нижнего конца опираются на участок переднего конца кузова В транспортного средства для образования незакрытого пространства или открытой энергопоглощающей области 12, которая ориентирована в поперечном направлении WD транспортного средства. В частности, незакрытое пространство или открытая энергопоглощающая область 12 расположена позади участка 11с стенки крепления зарядного порта, если смотреть в продольном направлении транспортного средства. В частности, в этом варианте опорная пластина 11, верхняя поперечная балка 6 (элемент каркаса кузова транспортного средства) и вертикальная стойка 7 (элемент каркаса транспортного средства) совместно определяют незакрытое пространство или открытую энергопоглощающую область 12, как показано на фиг.2. Незакрытое пространство или открытая энергопоглощающая область 12 не позволяет крепежной жесткости (опорной жесткости кузова транспортного средства) быть слишком высокой, в то же время обеспечивая минимально необходимую крепежную жесткость (опорную жесткость кузова транспортного средства). В этом варианте незакрытое пространство или открытая энергопоглощающая область проходит по всей ширине опорной пластины 11 и по всей высоте опорной пластины 11.
Участок 11а верхней стенки и участок 11b нижнего конца образуют энергопоглощающую структуру, которая выполнена с возможностью и расположена для деформации внутрь незакрытого пространства или открытой энергопоглощающей области 12 и в сторону переднего конца транспортного средства во время фронтального удара. Другими словами, опорная пластина 11 (опорный элемент зарядного порта) поддерживается на участке переднего конца кузова В транспортного средства на энергопоглощающей структуре (т.е. на участке 11а верхней стенки и на участке 11b нижнего конца), которая пластически деформируется внутрь незакрытого пространства или открытой энергопоглощающей области 12 и в сторону переднего конца транспортного средства во время фронтального удара. Таким образом, структура зарядного порта транспортного средства поглощает энергию во время фронтального столкновения за счет пластической деформации. В показанном варианте опорная пластина 11 имеет порог пластической деформации ниже порога деформации поперечных балок 5 и 6, поэтому опорная пластина 11 деформируется до начала деформации поперечных балок 5 и 6, поскольку на поперечные балки 5 и 6 направленная назад сила действует через опорную пластину 11. Кроме того, опорная пластина 11 имеет порог пластической деформации ниже, чем порог пластической деформации вертикальной стойки 7, поэтому опорная пластина 11 начинает деформироваться раньше, чем вертикальная стойка 7, поскольку направленная назад сила действует на вертикальную стойку 7 через опорную пластину 11. Таким образом, опорная пластина 11 за счет своей сминаемости может надежно поглощать энергию удара при фронтальном столкновении или при приложении ненормально большой силы.
Как показано на фиг.1, участок 11а верхней стенки имеет вырез 11d так, что участок 11а верхней стенки имеет по существу С-образную форму, которая ориентирована в продольном заднем направлении транспортного средства V. Другими словами, участок 11а верхней стенки имеет пару направленных назад ножек 11е и 11f, которые определяют вырез 11d. Ножки 11е и 11f прикреплены к верхней поперечной балке 6 (элементу каркаса кузова транспортного средства) парой болтов 13. Участок 11b нижнего конца опорной пластины 11 прикреплен к вертикальной стойке 7 (элементу каркаса кузова транспортного средства) парой болтов 14. Таким образом, энергопоглощающая структура (т.е. участок 11а верхней стенки и участок 11b нижнего конца) опорной пластины 11 (опорного элемента зарядного порта) крепится к переднему концу транспортного средства в трех точках, которые разнесены друг от друга и расположены в вершинах треугольника. В этом показанном варианте участок 11с стенки крепления зарядного порта, проходящий между участком 11а верхней стенки и участком 11b нижнего конца опорной пластины 11, расположен с наклоном назад и вверх, т.е. так, что угол θ пересечения (см. фиг.2) между участком 11а верхней стенки и участком 11с стенки крепления зарядного порта являлся тупым углом.
В этом показанном варианте в дополнение к участку переднего конца кузова В транспортного средства и опорной пластине 11 конструкция зарядного порта содержит по меньшей мере один электрический зарядный порт 15. Электрический зарядный порт 15 прикреплен к опорной пластине 11 (опорному элементу зарядного порта) и выполнен с возможностью принимать электрический зарядный соединитель (не показан). В частности, участок 11с стенки крепления зарядного порта имеет пару отверстий 11g для установки двух зарядных портов 15 (на фиг.2 показан только один). Зарядные порты 15 расположены горизонтально рядом друг с другом. Один из зарядных портов 15 предназначен для медленной зарядки (например, от источника напряжением 100 или 200 В), а другой - для быстрой зарядки (например, от источника напряжением 400 В), которую можно производить за короткий период времени по сравнению с медленной зарядкой.
В устройстве зарядного порта по настоящему варианту зарядные порты 15 установлены на опорной пластине 11, которая прикреплена к верхней поперечной балке 6 (элементу каркаса кузова транспортного средства) и вертикальной стойке 7 (элементу каркаса кузова транспортного средства). Бортовой аккумулятор (не показан) транспортного средства V заряжается, когда зарядная вилка или соединитель внешнего источника питания (не показан) вставляют в один из зарядных портов 15 и подают электроэнергию от этого внешнего источника питания. Когда бортовой аккумулятор полностью заряжен или достиг заданного состояния заряда, зарядка автоматически или вручную прекращается, и зарядную вилку извлекают из зарядного порта 15. В устройстве зарядного порта по настоящему варианту зарядные порты 15 прикреплены к верхней поперечной балке 6 (элементу рамы кузова транспортного средства) и вертикальной стойке 7 (элементу рамы кузова транспортного средства) через опорную пластину 11 (опорный элемент), при этом зарядные порты 15 частично расположены в незакрытом пространстве или открытой энергопоглощающей области 12.
Незакрытое пространство или открытая энергопоглощающая область 12 не позволяет крепежной жесткости (опорной жесткости кузова транспортного средства) зарядных портов 15 быть слишком высокой, в то же время обеспечивая минимально необходимую крепежную жесткость (опорную жесткость кузова транспортного средства). Энергопоглощающая структура (т.е. участок 11а верхней стенки и участок 11b нижнего конца) опорной пластины 11 (опорного элемента зарядного порта) также упруго деформируется под действием несоосной силы, воздействующей на участок 11с монтажной стенки зарядного порта, когда в зарядный порт вставляют или из зарядного порта извлекают зарядную вилку. Таким образом, за счет упругой деформации структура зарядного порта транспортного средства поглощает несоосную силу, возникающую, когда в зарядный порт вставляют или из зарядного порта извлекают зарядную вилку. Другими словами, поскольку устройство зарядного порта транспортного средства имеет незакрытое пространство или открытую энергопоглощающую область 12, несоосная сила, возникающая при установке или извлечении зарядной вилки, может поглощаться за счет упругой деформации опорной пластины 11 и такая несоосная сила установки/извлечения не приведет к сокращению срока службы зарядного порта 15.
Эксплуатационные эффекты этого варианта также достигаются в результате за счет того, что опорная пластина 11 сконфигурирована так, чтобы иметь незакрытое пространство или открытую энергопоглощающую область 12, ориентированную в поперечном направлении транспортного средства. Если зарядную вилку вставляют в зарядный порт 15 или извлекают из него (см. фиг.2), как показано сплошной стрелкой на фиг.2, она вставляется и извлекается с нулевым усилием. Однако такая ситуация возникает не всегда. Когда зарядную вилку вставляют в зарядный порт 15 или извлекают из него (см. фиг.2), существует возможность, что усилие установки/извлечения отклонится от прямого направления, показанного незаштрихованной стрелкой на фиг.3. В этом случае, как показано на фиг.3, несоосная сила при установке/извлечении вилки действует на вилку в направлениях, показанных на фиг.3 штриховыми стрелками, и может поглощаться за счет упругой деформации опорной пластины 11. В результате опорная жесткость кузова транспортного средства на зарядном порте не является слишком большой и несоосная сила установки/извлечения действует не только на зарядный порт 15 (см. фиг.2), что позволяет не допустить сокращения срока его службы. Таким образом, устройство зарядного порта транспортного средства удовлетворяет второму требованию к конструкции.
По той же причине, как показано на фиг.4, опорная пластина 11 может легко доминаться при фронтальной ударной нагрузке α при фронтальном столкновении транспортного средства так, чтобы выполнять функцию поглощения энергии удара. В этом иллюстративном варианте опорная пластина 11 пластически деформируется так, чтобы в ответ на действие силы фронтального удара смещаться вверх и назад, как показано на фиг.4. Таким образом, устройство зарядного порта транспортного средства по этому варианту может быть расположено в сминаемой области участка переднего конца кузова В транспортного средства, т.е. на участке перед "чашками" 4 для амортизаторных стоек. Другими словами, степень свободы при выборе положения структуры зарядного порта можно повысить и выполнить вышеописанное третье требование к конструкции. Следовательно, устройство зарядного порта по настоящему изобретению можно устанавливать даже рядом с передним концом переднего участка кузова В транспортного средства так, чтобы зарядную вилку можно было легко вставлять в зарядный порт 15 и извлекать из него на передней части транспортного средства V.
Как описано выше, устройство зарядного порта транспортного средства по настоящему изобретению может быть расположено в передней сминаемой области кузова В транспортного средства, которая находится перед "чашками" 4 для амортизаторных стоек. Однако поскольку устройство зарядного порта обеспечивает минимальную крепежную жесткость (опорную жесткость кузова транспортного средства) для зарядных портов 15, структуру зарядного порта допустимо устанавливать и в несминаемой области переднего конца кузова В транспортного средства, расположенной сзади от "чашек" 4 для амортизаторных стоек.
Возможность выполнить второе и третье требования к конструкции, упомянутые выше, является еще более выраженной, когда, как показано на фиг.1-4, участок 11а верхней стенки опорной пластины 11 имеет по существу С-образную форму, благодаря формированию прямоугольного выреза 11d, наличию ножек 11е и 11f, прикрепленных к верхней поперечной балке 6 (элементу каркаса кузова транспортного средства) болтами 13, и нижнему концевому участку 11b опорной пластины 11, прикрепленной к радиальной стойке 7 (элементу каркаса кузова транспортного средства) болтами 14.
Дополнительно, способность выполнить второе и третье требования к конструкции, упомянутые выше, является еще более выраженной, когда, как показано на фиг.1-4, участок 11с монтажной стенки зарядного порта, проходящий между участком 11а верхней стенки и участком 11b нижнего конца опорной пластины 11, расположен так, что участок 11с монтажной стенки зарядного порта наклонен назад и вверх, т.е. так, что угол θ пересечения участка 11а верхней стенки и участка 11с монтажной стенки зарядного порта является тупым углом. Когда участок 11с монтажной стенки зарядного порта наклонен назад и вверх, соединительное отверстие зарядного порта 15 также может быть направлено вверх, как показано на фиг.2, что повышает удобство установки и извлечения зарядной вилки.
В устройстве зарядного порта, показанном на фиг.1-4, опорная пластина 11 имеет по существу U-образное (открытое) сечение, и когда опорная пластина 11 прикреплена к участку переднего конца кузова В транспортного средства, эта опорная пластина 11 вместе с верхней поперечной балкой 6 (элементом каркаса кузова транспортного средства) и вертикальной стойкой 7 (элементом каркаса транспортного средства) определяет незакрытое пространство или открытую энергопоглощающую область 12. В результате устройство зарядного порта является недорогим, содержит минимальное количество дополнительных деталей, создает минимальное увеличение веса и дает различные другие эксплуатационные эффекты, описанные выше.
В опорной структуре зарядного порта, показанной на фиг.1-4, незакрытое пространство или энергопоглощающая область 12 определена опорной пластиной 11, верхней поперечной балкой 6 (элементом каркаса кузова транспортного средства) и вертикальной стойкой 7 (элементом каркаса кузова транспортного средства). Однако некоторые из эксплуатационных эффектов, описанных выше, можно получить за счет придания сечению опорной пластины 11 замкнутой конфигурации (т.е. по существу круглой или прямоугольной) так, чтобы незакрытое пространство или энергопоглощающую область, ориентированную в поперечном направлении транспортного средства, определяла одна только опорная пластина, прикрепленная к элементам каркаса кузова транспортного средства в той же области, которая показана на фиг.1-4.
В описании настоящего изобретения термин "содержащий" и его производные является термином с открытым значением, который указывает на наличие перечисленных признаков, элементов, компонентов, групп, значений и/или этапов и не исключает наличия других, не указанных признаков, элементов, компонентов, групп, значений и/или этапов. Вышеизложенное также относится к терминам, имеющим подобное значение, таким как термины "включая", "имеющий" и их производные. Кроме того, используемые в описании следующие термины, обозначающие направление "вперед", "назад", "вверх", "вниз", "вертикальный", "горизонтальный", "над", "под" и "поперечно" и любые другие термины, обозначающие направление, относятся к направлениям транспортного средства, оснащенного устройством зарядного порта. Соответственно, эти термины, применяемые в описании настоящего изобретения, следует толковать относительно транспортного средства, оснащенного устройством зарядного порта.
Хотя для иллюстрации настоящего изобретения были выбраны только некоторые варианты, специалистам понятно, что в него могут быть внесены различные изменения и модификации, не выходящие за пределы объема, определенного в приложенной формуле изобретения. Каждый отличительный признак также должен считаться описанием дополнительных изобретений и включать конструктивную и/или функциональную концепцию, реализованную в этом признаке. Таким образом, вышеприведенное описание вариантов настоящего изобретения приведено длишь для иллюстрации, а не для целей ограничения настоящего изобретения, определенного приложенной формулой и ее эквивалентами.