汽車防撞梁總成結構設計

2017-02-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

汽車車身前后防撞梁系統(tǒng)是汽車被動安全系統(tǒng)的一個重要組成部分,其作用是汽車在發(fā)生低速碰撞時(一般是15KM/h以下),吸能盒被壓潰而吸收能量,從而可以避免撞擊力對車身前后重量的傷害,降低維修成本;在高速偏置碰撞中,汽車防撞梁可以有效的將撞擊力通過前縱梁對保護翼子板,散熱器,發(fā)動機罩和燈具等部件起著一定作用,后橫梁則可以減少行李艙,尾門,后燈具等部件的傷害。

1.防撞梁總成設計要求

車身防撞梁總成是保存時上相對獨立的總成,能夠降低車輛低速碰撞后的維修成本,能夠提高車輛的安全性和經(jīng)濟性以及行人保護,同時在汽車設計過程中必須要滿足下列基本要求。

汽車防撞梁的設計必須符合相應的法規(guī)要求:汽車前、后端保護裝置《GB 17354》和行人保護法規(guī)《GB/T 24550》;
汽車防撞梁的合理選擇斷面結構,保證汽車防撞梁要有良好的強度和剛度,并且強度和剛度要分配均勻。
合理選擇加工工藝方式:成本相差較大,各有優(yōu)缺點,但在整車中體現(xiàn)的效果也有明顯不同,熱成型將是未來的發(fā)展形勢,并且隨著后期技術的不斷提升及大批量生產(chǎn),其制造成本會大幅度下降:
與周邊零部件搭接合理,防止與周邊零部件間隙過小或干涉;
控制對散熱器迎風面積的影響;
要滿足相關零部件的安裝性能要求,如前碰傳感器,拖車鉤等。
合理布局吸能盒壓潰槽,保證吸能盒足夠長度,保證吸能盒理想的壓潰變形狀態(tài)。

汽車防撞梁總成結構形式:

車身汽車防撞梁總成一般由汽車防撞梁本體,兩側(cè)吸能盒和安裝板及一些安裝用支架組成,汽車防撞梁本體要求屈服強度比較高,這樣才能有效的承載撞擊力,并有效的分散給整個車身,而兩側(cè)的吸能盒屈服強度要求比較低,這樣在低速碰撞時能有效的吸收能量,盡可能減小對縱梁的損害,從而減小維修成本,汽車防撞梁個零件結構相對簡單,汽車防撞梁本體與吸能盒,吸能盒和安裝板一般采用熔焊方式焊接而成。

2.汽車防撞梁本體

汽車防撞梁本體主要是冷沖壓成型,熱沖成型和滾壓成型三種加工方式,不同的加工方式對于的汽車防撞梁材料,斷面結構不盡相同。

3.吸能盒和安裝板

前汽車防撞梁吸能盒多為盒型結構,其盒體的四面根據(jù)CAE模擬分析設計多條凹凸壓潰槽,保證車輛在碰撞過程中,吸能盒能按照預定的壓縮模式來吸引撞擊力,一般吸能盒與安裝板焊接成一體,在于汽車防撞梁本體連接。

一般厚汽車防撞梁總成性能要求,沒有錢汽車防撞梁嚴格,汽車防撞梁本體多采用半封閉結構,加上后部空間的限制,多數(shù)都不涉及吸能盒,或者吸能盒設計簡單同時與安裝板做成一個零件。

汽車防撞梁總成設計

4. 汽車防撞梁總成的位置

前汽車防撞梁總成位于白車身前端,前保險杠內(nèi)部,前大燈下方,兩側(cè)與前縱梁想連接,后汽車防撞梁總成位于白車身后端,后保險杠內(nèi)部,后大燈下方,兩側(cè)與后縱梁想連接,

汽車防撞梁總成結構設計ansys分析案例圖片1

汽車防撞梁總成結構設計ansys分析案例圖片2

汽車防撞梁的高度位置是根據(jù)保險桿造型,車身強度,前后縱梁的高度來綜合評定的,并沒有一個明確的標準,同時還要考慮相容性原理,當兩輛車方式碰撞時,不合適的汽車防撞梁高度計保護不了自身,還會對對方車輛造成巨大傷害。一般轎車汽車防撞梁的設計高度為400-500mm,如果太高了,這會對C-NCAP等相關碰撞試驗的成績造成影響,太低了,起不到保護前散熱器,發(fā)動機罩,尾門和燈具等部件的作用。

汽車防撞梁總成結構設計ansys仿真分析圖片3

前汽車防撞梁

汽車防撞梁總成結構設計ansys仿真分析圖片4

汽車防撞梁總成結構設計ansys仿真分析圖片5

4.2 汽車防撞梁總成的材料選擇

汽車防撞梁的材料對總成強度和剛度起著關鍵性作用,加上汽車防撞梁的結構,-加工成型方式對材料要求也不同,根據(jù)汽車防撞梁總成的作用,汽車防撞梁本體要求屈服強度比較高,通常選用高強度和超高強度板,吸能要求屈服強度比較低,通常懸屈服強度較低一些不同鋼板,如H220YD+Z,HC260YD+Z等,通常安裝板的材料屈服強度要比吸能盒稍高一些,如H380LAD+Z等,當然,汽車防撞梁各零件的材料選用還需要工藝,CAE部分分析驗證認可,要合理控制制造成本,慎重選用個零件材料。

4.3 汽車防撞梁總成結構設計

-汽車防撞梁的設計應遵循先主斷面后具體結構,先周邊布置設計后內(nèi)部細節(jié)設計,先汽車防撞梁本體后吸能盒和安裝板的原則。

4.3.1汽車防撞梁本體設計: (快速回復本帖即可了解更多關于汽車防撞梁設計介紹)

前保外表面CAS,前端冷凝系統(tǒng)邊界以及縱梁位置確定了,就可以初步布置汽車防撞梁,再根據(jù)實際空間的大小,車型等級,車身重量等要求。并參考標桿車的汽車防撞梁,開始確定汽車防撞梁截面大小,吸能盒長度,汽車防撞梁的工藝成型方式,并進行主斷面草圖的設計,主斷面開始階段,在沿著Y平面等距離平行平面繪制等截面汽車防撞梁本體主斷面,確定汽車防撞梁本體軌跡,通過主斷面和本體軌跡形成初步的結構數(shù)據(jù),在特需配合還需要作出相應的避讓,如前后霧燈,大燈洗滌器,倒車雷達邊界等。

汽車防撞梁總成結構設計ansys仿真分析圖片6

4.3.2 吸能盒設計
吸能盒是縱梁和汽車防撞梁本體中間的連接體,也是縱梁的延伸。其截面應從縱梁截面過度到汽車防撞梁截面,二端截面大小均不能超過縱梁,汽車防撞梁截面,當然也不能過小,中間在適當增加潰槽結構。前汽車防撞梁吸能盒多為盒型結構,考慮工藝成型問題,一般分成上板和下板焊接而成,后汽車防撞梁吸能盒比較簡單通常與安裝板作為一體,有的車型甚至沒有吸能盒。

汽車防撞梁總成結構設計ansys workbanch圖片7

國內(nèi)車型開發(fā)基本上都是在標桿車逆向開發(fā),所有性能指標參考標桿車,開發(fā)過程中所有性能指標還不能夠分散到具體零部件中,因此,在汽車防撞梁總成的設計過程中,通常會做出幾種不同的結構方案,通過CAE計算分析對比,各方案成本,重量對比,工藝性等綜合考慮來選定汽車防撞梁的結構類型。

關鍵配合和細節(jié)設計:

1. 與吸能泡沫的配合設計:

在低速碰撞過程中,未來更好的保護車身和行人,通常保險桿與汽車防撞梁之間設計有吸能泡沫塊,吸能塊與防撞梁配合很重要,配合不到位會影響保險桿總成的安裝,吸能盒作用的發(fā)揮等。吸能塊一般安裝在保險桿本體上,與防撞梁五安裝連接配合,設計時,需要注意的是:
吸能塊位于防撞梁正前方,特殊情況下,其截面與防撞梁本體截面上下錯位不能超過吸能盒快截面的三分之一。根據(jù)以往的設計積累及市場上成熟車型數(shù)據(jù)分析,防撞梁設計時,與保險桿之間一般預留80mm間隙來設計吸能塊(車身后部碰撞沒有前部嚴重,一般預留間隙可稍小一些,有時允許設計到50~60mm),如下圖所示,由于防撞梁成形性影響,兩側(cè)與保險桿預留間隙可以小一些,但是也不能小于35mm.

為了方便安裝,以及車身制造誤差帶來的裝配影響,吸能快于防撞梁配合要預留5mm以上的間隙,但間隙不能過大,會影響吸能塊作用的發(fā)揮,如下圖所示:

汽車防撞梁總成結構設計ansys workbanch圖片8

與縱梁配合設計

為了維修,更換方便,前后防撞梁總成基本上都是通過螺接的方式安裝在白車身總成上,前汽車防撞梁總成通常設計8~12個螺栓裝配,后防撞梁總成結構相對簡單,重量輕,通常設計4~6個螺栓裝配。設計時考慮兩個裝配牢固性同時,還需要考慮螺栓裝配可操作性,因此與縱梁配合設計有一定要求。

前防撞梁吸能盒通常為盒型,安裝點一般布置在吸能盒外圍四周,這樣安裝板設計比較大,與吸能盒焊合后相當于吸能盒的法蘭邊,同樣縱梁的端面也需要設計安裝與之配合,同時需要校核安裝控件是否滿足要求。如圖,車身前部機艙內(nèi)線路,管路比較多,有些車型總布置限制所致,防撞梁總成和縱梁總成配合出統(tǒng)計有限,布置不下螺栓裝配,則只能改成焊接配合,也需要校核焊槍的操作控件是否滿足要求,如圖:

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