汽车的前后防撞梁设计的规范

汽车前后防撞梁设计规X一、 目的：指导汽车前后防撞梁总成设计；提供汽车前后防撞梁总成设计的思路。二、 X围：该规X适应于M1类车辆汽车前后防撞梁的设计。主要介绍了汽车开发过程中汽车前后防撞梁总成的作用与在整车中的影响。首先对汽车前后防撞梁在整车中的功能进展了概述， 尤其是对汽车前后防撞梁碰撞性 能做了详细的描述；同时对汽车前后防撞梁总成设计要点作了描述； 最后对汽车 前后防撞梁的加工制造性作了阐述。三、规X性引用文件：如下文件对于本文件的应用是必不可少的。但凡注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。但凡不注日期的引用文件, 其最新版本包括所有的修改单适用于本文件。GB 11551-2003乘用车正面碰撞时的乘员保护GB 17354-1998汽车前、后端保护装置GB 20072-2006乘用车后碰撞燃油系统安全要求C-NCAP中国新车评估程序2012版四、汽车前后防撞梁总成主要功能1、汽车前后防撞梁总成功能概述 汽车前后防撞梁总成，是车身第一次承受撞击力的装置，也是车身中的一 个重要构件，其功能主要有：a. 保护保险杠在低速碰撞过程中尽量不要破裂或者发生永久变形。b. 保护车身骨架前后端纵梁在行人保护或者可维修性碰撞时不发生永久变形或者破裂。c. 在100%E面高速碰撞、后面高速碰撞时起到第一次的吸能作用，在 偏置碰撞中不仅起到第一次吸能作用，还能起到碰撞过程中均衡传递受力的作 用，防止车身左右两侧受力不均。2、汽车前后防撞梁总成碰撞性能概述前防撞梁总成碰撞性能前防撞梁总成的碰撞性能主要需满足低速碰撞和高速碰撞两个局部的法规要求。其中，低速碰撞需满足的法规要求为：GB17354-1998汽车前、后端保护装置:高速碰撞需满足的法规要求为：GB11551-2003乘用车正面碰撞时的乘员保护；C-NCA刖准，需满足其100%面碰撞和40喻置碰撞要求。3、低速碰撞对前防撞梁设计的性能要求低速碰撞的国家标准 GB l7354 1998规定的正撞速度为4km/h,车角碰撞速度为2.5 km/h,对车身的要求就 是车身本体、前防撞梁和吸能盒等不能有任何损坏，最好前保险杠也不能破裂或 者发生永久变形。在国外，从事汽车保险业务的保险机构，一般采用15km/h的碰撞试验来模 拟最常见的可维修碰撞，试验的目的是要求尽量减少零部件的损坏以减少维修和 保险费用。具体来说，一般要通过合理设计将损坏零件控制在翼子板、 发动机罩 盖、前保险杠系统、前格栅、前大灯等外外表零件和局部骨架件，比如前防撞梁 以与吸能盒等零件X围内。车身零体，特别是纵梁不能产生任何变形。当然最好 大灯支架、水箱上横梁等零件不要损坏，即使损坏，也要便于修复。在可维修碰 撞中，合理设计传力路径是非常重要的，重点来说说汽车防撞梁吸能盒的设计a、将吸能盒设计成和纵梁在同一轴线上，防止产生弯曲变形。b、在吸能盒上预设一些压溃筋，以便让吸能盒在轴向上发生压溃进而 吸收所有能量，从而不对包括前纵梁在内的车身本体产生损害。c、将这些容易损坏的局部骨架件，如前防撞梁和吸能盒设计成用螺栓 和车身本体联结的可拆卸结构，为减少维修和保险本钱。4、高速碰撞对前防撞梁设计的性能要求目前设计上普遍承受和采用的是将车身分为前中后3个吸能区，其中前吸能区主要由前防撞梁和吸能 盒组成，利用强韧的吸能材料尽可能多地通过变形吸收因撞击产生的巨大能量， 同时利用结构上的受力连续进展左右分流并将能量向后面传递。中吸能区主要由前纵梁和副车架组成，通过合理变形来吸收大局部能量。后吸能区主要为高强度 和刚度的驾驶舱，设计上通过避开可能发生对乘员不利的危险变形， 减少正面碰 撞导致的对驾驶舱的侵入和保持相对较低的碰撞减速度，以此保证乘员的安全。 前中后3个吸能区是设置正面碰撞多层传力路径的根底，设置正面碰撞多层传力 路径的目的也就是为表现3个吸能区的优势，使能量能合理有效地吸收和传递。 正面碰撞多层传力路径一般是3层。正面碰撞3层传力路径一般分为上中下 3层，正面碰撞传力路径上层是由 发动机舱上纵梁和前悬塔状形罩板等零件组成，吸收了局部从前部传来的碰撞能 量并把其余能量向A柱和前围与其加强梁进展分散传递。中层主要是由前纵梁组 成，也包括了前防撞梁和吸能盒等，是主要的传力路径。前防撞梁和吸能盒将承 受到的碰撞能量进展左右分流和初步吸收，并通过它们将能量往前纵梁延伸板、 门槛、中央通道等分散传递。下层主要是由前副车架组成，吸收了局部从前部传 来的碰撞能量并把其余能量向前纵梁延伸板和门槛等分散传递。五、汽车后防撞梁总成碰撞性能后防撞梁总成的碰撞性能主要需满足低速碰撞和高速碰撞两个局部的法规要求。其中，低速碰撞需满足的法规要求为：GB 17354-1998汽车前、后端保护装置。高速碰撞需满足的法规要求为：GB 20072-2006乘用车后碰撞燃油系统安全要求。低速碰撞对后防撞梁设计的性能要求：后防撞梁总成需满足的低速碰撞性能 要求同前防撞梁总成。高速碰撞对后防撞梁设计的性能要求：国标 GB20072-2006规定：碰撞器撞 击外表应平坦，高度不小于800mm撞击器外表下边缘至地面的间隙应为 175土 25mm后防撞梁对后碰的主要贡献为利用吸能盒的压溃变形吸收能量，缓解碰撞刚性变形，保证燃油箱周围安全的变形空间。因此在设计后防撞梁与吸能盒时， 需综合考虑下面三方面：a、保证根本的许可变形量。许可变形量，决定了碰撞过程中的平均减速度。 汽车的纵向变形量与平均减速度是成反比的。 平均减速度作为汽车结构耐碰撞性 的主要设计指标，在设计开始阶段就必须综合考虑确定。b、保证根本的许可变形空间。保证许可变形空间是指汽车在发生碰撞后， 变形区域不会对乘员和危险部件如油箱、燃汽罐形成威胁和伤害，而且包括 后部许可变形区域内的塑性变形不会导致在碰撞过程中车门打开、碰撞后车门锁死等状况发生。c、调整截面形状（通过吸能筋与加强筋的布置）、厚度、尺寸和结构形式等 使结构的变形阻力保持在适当水平，并重视局部弱化使整车刚度分配符合设计原 如此与能量吸收曲线图，增大撞击吸收能量的腔型结构。六、汽车前后防撞梁总成设计要点概述J1.汽车前后防撞梁总成设计，主要是根据市场法规和标准来定义前防撞梁总成的 性能。如：法规前碰ODB勺定义、汽车前后防撞梁低速碰撞吸能、压溃空间、CNCAP 试验ODB1撞标准、整车性能等。为满足这些要求，我们需要对汽车前后防撞梁 的碰撞性能的敏感性，如：汽车前后防撞梁的布置高度、结构、压溃空间、截面 面积、材料等进展研究。2、整车碰撞对汽车前后防撞梁的布置要求汽车前后防撞梁的布置高度由前纵梁的高度来决定，如果此高度匹配不合理会导致前纵 梁在碰撞过程中压溃失稳，导致前纵梁后端大弯曲变形很可能对乘员舱侵入量过 大。汽车前后防撞梁的安装位置，除需满足上述碰撞要求的相容性原理， 即两车发生正面相撞时，不适宜的防撞梁高度既保护不到自身， 还会对对方车辆造 成巨大伤害；还需要根据车身高度，轮毂直径的大小来综合评定，并没有一个明 确的标准。一般车型的安装高度在 400-500mm右，但如果超过520mm如此会 对C NCAP?相关碰撞试验的成绩造成影响。保证与周边件间隙呈10mm前防撞梁总成一般是螺接到机舱纵梁上，误差 积累大，同时车身前端安装有很多子件，故要求前防撞梁总成与周边件的间隙在 10mm以上。在X向预留出70mm的行人保护缓冲空间。3、汽车前后防撞梁总成结构 形式标准的汽车前后防撞梁总成一般由防撞梁本体和吸能盒组成， 局部车型还包含拖 车钩螺纹管，为降低维修本钱，防撞梁一般采用螺栓连接固定在车身上。4、前后防撞横梁结构形式前防撞横梁的结构主要有四种方式：冷冲压不同技术 对应的优化断面，有不同程度的差异。冷冲压拼焊的前防撞横梁保持了与车身其它钺金一样的制造技术，不需要 单独生产线，故制造本钱低廉，不足在于重量大，不便于车身轻量化。通常材料 选用HC420/780DPIE HC550/980DP具体结构、材料根据车型差异与 CAE分析相 应选择。辗压成形的前防撞横梁，需要一条专用辗压线，具断面为箱体结构，类似 双层板，重量方面优势不大。通常材料选用 HC420/780DP HC550/980DP料厚 1.8mni具体根据车型差异与CAE析相应选择。根据目前供给商制造工艺限制， 目前合理的防撞梁半径R 2700mm热冲压的前防撞横梁，需要一条专用热成形加工线与专用模具， 综合本钱较 高，优势在于重量轻。铝制的前防撞横梁，需要专用设备与工装，综合本钱较高，优势在于重量 轻。5、后防撞横梁结构形式后防撞横梁的制造主要为冷冲压和铝制，冷冲压横梁一般为U形截面结构，通常材料选用 HC250/450DP HC340/590DP具体形状、材料根据车型差异 与CAE分析相应选择。6、吸能盒设计要求吸能盒上一般需布置2至3条吸能筋，主要目的是便于低速碰撞时吸收足够的能量， 保证车身本体不被破坏。 同时设计吸能筋时需遵循以下4条原如此：a.加强筋的轴线必须垂直于受力方向，否如此在振动时会引起扭转；b.必须沿支撑之间最短距离布置；c.采用交叉筋时，应考虑在交叉点容易产生应力集中，相对减小了交 叉点的刚性，所以在交叉点要注意圆角过渡，圆角半径应大于筋的宽度的两倍；d.加强筋的形状在平的或稍凸起的零件上，加强筋应沿零件对角线布 置，在深弯曲的零件上应垂直于零件的弯曲轴线。定义防撞梁本体和吸能盒截面尺寸：Z向高度、Y向宽度、X向长度：A级车 型吸能盒在X向长度一般在120mm左右,A0级车型长度约在100 mm横梁本 体X向截面尺寸受吸能盒和保险杠位置所限制， 故不能取值太大，一般在55mm 可以根据钺金材料级别、整车受力大小和整车安全星级等综合因素而调整。吸能盒Z向高度、Y向宽度与纵梁截面根本一致，偏差不大于 5mm吸 能盒和纵梁中心轴线一致。7、前拖车钩结构设计要求前拖车装置工作方式如：螺接、挂钩和布置位置；一般前拖车装置采用螺接方式。布置 位置，理论上希望拖车装置对称中心线与机舱纵梁中心重合，或偏离距离越小越好。挂钩或螺母套主要配合尺寸；根据整车装备质量，确定拖车装置所需要承 受载荷，选择适宜的螺母套与拖钩，公司现有M20螺纹规格，不同车型可以通用。8、防撞梁和车身连接标准件采用 8.8级M8螺栓。七、防撞梁总成设计经验1、吸能盒螺栓固定点分布要求尽量靠近吸能盒，均匀分布。四个螺栓连接点分布距吸能盒偏远，碰撞中受到扭转力或拉力作用导致前纵梁前安装板和前防撞梁安装板连接处开口。优化方案：将螺栓安装点靠近吸能盒安装。2、 吸能盒与防撞梁与安装板连接必须可靠，保证连接强度。中心柱碰撞与偏置碰撞时由于吸能盒与安装板点焊强度不足，导致吸能盒脱 落， 优化方案：加强连接强度，将点焊改为二保焊，并增加焊接点。3、前纵梁前安装板与纵梁连接必须可靠，保证强度。偏置碰与正碰时，前纵梁前安装板与纵梁焊点强度不足，导致防撞梁车身连接板从纵梁脱落。优化方案：加强安装板和纵梁连接强度，增加焊接面与焊点。4、汽车前后防撞梁的工艺制造性能冷冲压钢板按照其拉伸屈服强度 Rp0.2可分为：普通钢Rp0.2120 N/mmZK帕、强度钢Rp0.2180 兆帕、高强度钢板Rp0.2260 兆帕、特高强度钢板Rp0.2340兆帕和超高强度钢板Rp0.2620兆帕。 另外还有超高强度热成型钢板，具拉伸屈服强度达到1000兆帕以上，这相当于在一平方厘米面积上承受10000公斤的压力。汽车前后防撞梁本体在高速碰撞时 由于需要承受较大的冲击载荷，一般需采用屈服强度620兆帕以上的超高强度钢 板或者更高的超高强度热成型钢板；吸能盒一般需采用强度稍低的特高强度钢 板。根据材料选择不同，防撞梁本体一般采用辗压成型或者热成型工艺来制作， 国内由于缺少可维修性本钱碰撞法规约束， 有些车型后防撞梁本体也采用普通冲 压工艺。下面分别列出上述两种制作工艺的优缺点：a. 辗压成型：相对于普通冲压工艺，辗压成型材料利用率较高、零件刚性好，可实现制作的零件屈 服强度高，可达620兆帕以上；但是辗压成型模具投入较大，批量生产量不大时 单件本钱会较高，同时由于辗压工艺先冲孔再成型的工艺特点，零件孔位、型面精度一般比普通冲压零件会差。b.热成型：相对于普通冲压工艺，热成型工艺零件刚性好，强度大，可实现制作的零件屈服强度高，可达 1000兆帕 以上；但是热成型一次性设备投入很大，批量生产量不大时单件本钱很高。