汽車的前后防撞梁設(shè)計的規(guī)范

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1、汽車前后防撞梁設(shè)計規(guī)X 一、 目的：指導(dǎo)汽車前后防撞梁總成設(shè)計；提供汽車前后防撞 梁總成設(shè)計的思路。 二、 X圍：該規(guī)X適應(yīng)于M1類車輛汽車前后防撞梁的設(shè)計。 主要介紹了汽車開發(fā)過程中汽車前后防撞梁總成的作用與在整車中的影響。首先 對汽車前后防撞梁在整車中的功能進(jìn)展了概述， 尤其是對汽車前后防撞梁碰撞性 能做了詳細(xì)的描述；同時對汽車前后防撞梁總成設(shè)計要點作了描述； 最后對汽車 前后防撞梁的加工制造性作了闡述。 三、規(guī)X性引用文件：如下文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。但 凡注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。但凡不注日期的引用文件, 其最新版本〔包括所有的修改單〕適用于

2、本文件。 GB 11551-2003乘用車正面碰撞時的乘員保護(hù) GB 17354-1998汽車前、后端保護(hù)裝置 GB 20072-2006乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求 C-NCAP中國新車評估程序2012版 四、汽車前后防撞梁總成主要功能1、汽車前后防撞梁總成功能概 述 汽車前后防撞梁總成，是車身第一次承受撞擊力的裝置，也是車身中的一 個重要構(gòu)件，其功能主要有： a. 保護(hù)保險杠在低速碰撞過程中盡量不要破裂或者發(fā)生永久變形。 b. 保護(hù)車身骨架前后端縱梁在行人保護(hù)或者可維修性碰撞時不發(fā)生永 久變形或者破裂。 c. 在100%E面高速碰撞、后面高速碰撞時起到第一次的吸能作用，

3、在 偏置碰撞中不僅起到第一次吸能作用，還能起到碰撞過程中均衡傳遞受力的作 用，防止車身左右兩側(cè)受力不均。 2、汽車前后防撞梁總成碰撞性能概述前防撞梁總成碰撞性能 前防撞梁總成的碰撞性能主要需滿足低速碰撞和高速碰撞兩個局部的法規(guī) 要求。其中， 低速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB17354-1998汽車前、后端保護(hù)裝置: 高速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB11551-2003乘用車正面碰撞時的乘員保 護(hù)； C-NCA刖準(zhǔn)，需滿足其100%￡面碰撞和40喻置碰撞要求。 3、低速碰撞對前防撞梁設(shè)計的性能要求低速碰撞的國家標(biāo)準(zhǔn) GB l7354 — 1998規(guī)定的正撞速度為4km/h,車角

4、碰撞速度為2.5 km/h,對車身的要求就 是車身本體、前防撞梁和吸能盒等不能有任何損壞，最好前保險杠也不能破裂或 者發(fā)生永久變形。 在國外，從事汽車保險業(yè)務(wù)的保險機(jī)構(gòu)，一般采用15km/h的碰撞試驗來模 擬最常見的可維修碰撞，試驗的目的是要求盡量減少零部件的損壞以減少維修和 保險費(fèi)用。具體來說，一般要通過合理設(shè)計將損壞零件控制在翼子板、 發(fā)動機(jī)罩 蓋、前保險杠系統(tǒng)、前格柵、前大燈等外外表零件和局部骨架件，比如前防撞梁 以與吸能盒等零件X圍內(nèi)。車身零體，特別是縱梁不能產(chǎn)生任何變形。當(dāng)然最好 大燈支架、水箱上橫梁等零件不要損壞，即使損壞，也要便于修復(fù)。在可維修碰 撞中，合理設(shè)計傳力路徑是非常重

5、要的，重點來說說汽車防撞梁吸能盒的設(shè)計 a、將吸能盒設(shè)計成和縱梁在同一軸線上，防止產(chǎn)生彎曲變形。 b、在吸能盒上預(yù)設(shè)一些壓潰筋，以便讓吸能盒在軸向上發(fā)生壓潰進(jìn)而 吸收所有能量，從而不對包括前縱梁在內(nèi)的車身本體產(chǎn)生損害。 c、將這些容易損壞的局部骨架件，如前防撞梁和吸能盒設(shè)計成用螺栓 和車身本體聯(lián)結(jié)的可拆卸結(jié)構(gòu)，為減少維修和保險本錢。 4、高速碰撞對前防撞梁設(shè)計的性能要求目前設(shè)計上普遍承受 和采用的是將車身分為前中后3個吸能區(qū)，其中前吸能區(qū)主要由前防撞梁和吸能 盒組成，利用強(qiáng)韌的吸能材料盡可能多地通過變形吸收因撞擊產(chǎn)生的巨大能量， 同時利用結(jié)構(gòu)上的受力連續(xù)進(jìn)展左右分流并將能量向后面?zhèn)鬟f

6、。中吸能區(qū)主要由 前縱梁和副車架組成，通過合理變形來吸收大局部能量。后吸能區(qū)主要為高強(qiáng)度 和剛度的駕駛艙，設(shè)計上通過避開可能發(fā)生對乘員不利的危險變形， 減少正面碰 撞導(dǎo)致的對駕駛艙的侵入和保持相對較低的碰撞減速度，以此保證乘員的安全。 前中后3個吸能區(qū)是設(shè)置正面碰撞多層傳力路徑的根底，設(shè)置正面碰撞多層傳力 路徑的目的也就是為表現(xiàn)3個吸能區(qū)的優(yōu)勢，使能量能合理有效地吸收和傳遞。 正面碰撞多層傳力路徑一般是3層。 正面碰撞3層傳力路徑一般分為上中下 3層，正面碰撞傳力路徑上層是由 發(fā)動機(jī)艙上縱梁和前懸塔狀形罩板等零件組成，吸收了局部從前部傳來的碰撞能 量并把其余能量向A柱和前圍與其加強(qiáng)梁進(jìn)展分

7、散傳遞。中層主要是由前縱梁組 成，也包括了前防撞梁和吸能盒等，是主要的傳力路徑。前防撞梁和吸能盒將承 受到的碰撞能量進(jìn)展左右分流和初步吸收，并通過它們將能量往前縱梁延伸板、 門檻、中央通道等分散傳遞。下層主要是由前副車架組成，吸收了局部從前部傳 來的碰撞能量并把其余能量向前縱梁延伸板和門檻等分散傳遞。 五、汽車后防撞梁總成碰撞性能后防撞梁總成的碰撞性能主要需滿足 低速碰撞和高速碰撞兩個局部的法規(guī)要求。其中， 低速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB 17354-1998汽車前、后端保護(hù)裝置。］ 高速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB 20072-2006乘用車后碰撞燃油系統(tǒng) 安全要求。 低速碰撞

8、對后防撞梁設(shè)計的性能要求：后防撞梁總成需滿足的低速碰撞性能 要求同前防撞梁總成。 高速碰撞對后防撞梁設(shè)計的性能要求：國標(biāo) GB20072-2006規(guī)定：碰撞器撞 擊外表應(yīng)平坦，高度不小于800mm撞擊器外表下邊緣至地面的間隙應(yīng)為 175土 25mm后防撞梁對后碰的主要貢獻(xiàn)為利用吸能盒的壓潰變形吸收能量，緩解碰撞 剛性變形，保證燃油箱周圍安全的變形空間。因此在設(shè)計后防撞梁與吸能盒時， 需綜合考慮下面三方面： a、保證根本的許可變形量。許可變形量，決定了碰撞過程中的平均減速度。 汽車的縱向變形量與平均減速度是成反比的。 平均減速度作為汽車結(jié)構(gòu)耐碰撞性 的主要設(shè)計指標(biāo)，在設(shè)計開始階段就必須綜合

9、考慮確定。 b、保證根本的許可變形空間。保證許可變形空間是指汽車在發(fā)生碰撞后， 變形區(qū)域不會對乘員和危險部件〔如油箱、燃汽罐〕形成威脅和傷害，而且包括 后部許可變形區(qū)域內(nèi)的塑性變形不會導(dǎo)致在碰撞過程中車門打開、碰撞后車門鎖 死等狀況發(fā)生。 c、調(diào)整截面形狀（通過吸能筋與加強(qiáng)筋的布置）、厚度、尺寸和結(jié)構(gòu)形式等 使結(jié)構(gòu)的變形阻力保持在適當(dāng)水平，并重視局部弱化使整車剛度分配符合設(shè)計原 如此與能量吸收曲線圖，增大撞擊吸收能量的腔型結(jié)構(gòu)。六、汽車前后防 撞梁總成設(shè)計要點概述J 1.汽車前后防撞梁總成設(shè)計，主要是根據(jù)市場法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來定義前防撞梁總成的 性能。如：法規(guī)前碰ODB勺定義、汽車前后防撞

10、梁低速碰撞吸能、壓潰空間、CNCAP 試驗ODB1撞標(biāo)準(zhǔn)、整車性能等。為滿足這些要求，我們需要對汽車前后防撞梁 的碰撞性能的敏感性，如：汽車前后防撞梁的布置高度、結(jié)構(gòu)、壓潰空間、截面 面積、材料等進(jìn)展研究。2、整車碰撞對汽車前后防撞梁的布置要求汽車前 后防撞梁的布置高度由前縱梁的高度來決定，如果此高度匹配不合理會導(dǎo)致前縱 梁在碰撞過程中壓潰失穩(wěn)，導(dǎo)致前縱梁后端大彎曲變形很可能對乘員艙侵入量過 大。汽車前后防撞梁的安裝位置，除需滿足上述碰撞要求的相容性原理， 即 兩車發(fā)生正面相撞時，不適宜的防撞梁高度既保護(hù)不到自身， 還會對對方車輛造 成巨大傷害；還需要根據(jù)車身高度，輪轂直徑的大小來綜合評定

11、，并沒有一個明 確的標(biāo)準(zhǔn)。一般車型的安裝高度在 400-500mm^右，但如果超過520mm如此會 對C NCAP?相關(guān)碰撞試驗的成績造成影響。 保證與周邊件間隙呈10mm前防撞梁總成一般是螺接到機(jī)艙縱梁上，誤差 積累大，同時車身前端安裝有很多子件，故要求前防撞梁總成與周邊件的間隙在 10mm以上。 在X向預(yù)留出70mm的行人保護(hù)緩沖空間。3、汽車前后防撞梁總成結(jié)構(gòu) 形式 標(biāo)準(zhǔn)的汽車前后防撞梁總成一般由防撞梁本體和吸能盒組成， 局部車型還包含拖 車鉤螺紋管，為降低維修本錢，防撞梁一般采用螺栓連接固定在車身上。4、 前后防撞橫梁結(jié)構(gòu)形式前防撞橫梁的結(jié)構(gòu)主要有四種方式：冷沖壓不同技術(shù) 對應(yīng)

12、的優(yōu)化斷面，有不同程度的差異。 冷沖壓拼焊的前防撞橫梁保持了與車身其它鉞金一樣的制造技術(shù)，不需要 單獨(dú)生產(chǎn)線，故制造本錢低廉，不足在于重量大，不便于車身輕量化。通常材料 選用HC420/780DPIE HC550/980DP具體結(jié)構(gòu)、材料根據(jù)車型差異與 CAE分析相 應(yīng)選擇。 輾壓成形的前防撞橫梁，需要一條專用輾壓線，具斷面為箱體結(jié)構(gòu)，類似 雙層板，重量方面優(yōu)勢不大。通常材料選用 HC420/780DP^ HC550/980DP料厚 1.8mni具體根據(jù)車型差異與CAE^析相應(yīng)選擇。根據(jù)目前供給商制造工藝限制， 目前合理的防撞梁半徑R> 2700mm 熱沖壓的前防撞橫梁，需要一條專用熱成

13、形加工線與專用模具， 綜合本錢較 高，優(yōu)勢在于重量輕。 鋁制的前防撞橫梁，需要專用設(shè)備與工裝，綜合本錢較高，優(yōu)勢在于重量 輕。5、后防撞橫梁結(jié)構(gòu)形 式后防撞橫梁的制造主要為冷沖壓和鋁制，冷沖壓橫梁一般為U形截面結(jié) 構(gòu)，通常材料選用 HC250/450DP HC340/590DP具體形狀、材料根據(jù)車型差異 與CAE分析相應(yīng)選擇。6、吸能盒設(shè)計要求吸能盒上一般需布置2至3 條吸能筋，主要目的是便于低速碰撞時吸收足夠的能量， 保證車身本體不被破壞。 同時設(shè)計吸能筋時需遵循以下4條原如此： a.加強(qiáng)筋的軸線必須垂直于受力方向，否如此在振動時會引起扭轉(zhuǎn)； b.必須沿支撐之間最短距離布置；

14、c.采用交叉筋時，應(yīng)考慮在交叉點容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，相對減小了交 叉點的剛性，所以在交叉點要注意圓角過渡，圓角半徑應(yīng)大于筋的寬度的兩倍； d.加強(qiáng)筋的形狀在平的或稍凸起的零件上，加強(qiáng)筋應(yīng)沿零件對角線布 置，在深彎曲的零件上應(yīng)垂直于零件的彎曲軸線。 定義防撞梁本體和吸能盒截面尺寸：Z向高度、Y向?qū)挾?、X向長度：A級車 型吸能盒在X向長度一般在120mm左右,A0級車型長度約在100 mm橫梁本 體X向截面尺寸受吸能盒和保險杠位置所限制， 故不能取值太大，一般在55mm 可以根據(jù)鉞金材料級別、整車受力大小和整車安全星級等綜合因素而調(diào)整。 吸能盒Z向高度、Y向?qū)挾扰c縱梁截面根本一致，偏差不大于

15、5mm吸 能盒和縱梁中心軸線一致。7、前拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計要求前拖車裝置工作方式 〔如：螺接、掛鉤〕和布置位置；一般前拖車裝置采用螺接方式。布置 [ 位置，理論上希望拖車裝置對稱中心線與機(jī)艙縱梁中心重合，或偏離距離越小越 好。 掛鉤或螺母套主要配合尺寸；根據(jù)整車裝備質(zhì)量，確定拖車裝置所需要承 受載荷，選擇適宜的螺母套與拖鉤，公司現(xiàn)有M20螺紋規(guī)格，不同車型可以通 用。8、防撞梁和車身連接標(biāo)準(zhǔn)件采用 8.8級M8螺栓。七、防撞梁總成設(shè) 計經(jīng)驗1、吸能盒螺栓固定點分布要求盡量靠近吸能盒，均勻分布。四 個螺栓連接點分布距吸能盒偏遠(yuǎn)，碰撞中受到扭轉(zhuǎn)力或拉力作用導(dǎo)致前縱梁前安 裝板和前防撞梁安

16、裝板連接處開口。優(yōu)化方案：將螺栓安裝點靠近吸能盒 安裝。2、 吸能盒與防撞梁與安裝板連接必須可靠，保證連接強(qiáng)度。中 心柱碰撞與偏置碰撞時由于吸能盒與安裝板點焊強(qiáng)度不足，導(dǎo)致吸能盒脫 落， 優(yōu)化方案：加強(qiáng)連接強(qiáng)度，將點焊改為二保焊，并增加焊接點。3、前 縱梁前安裝板與縱梁連接必須可靠，保證強(qiáng)度。偏置碰與正碰時，前縱梁 前安裝板與縱梁焊點強(qiáng)度不足，導(dǎo)致防撞梁車身連接板從縱梁脫落。優(yōu)化 方案：加強(qiáng)安裝板和縱梁連接強(qiáng)度，增加焊接面與焊點。4、汽車前后防撞 梁的工藝制造性能冷沖壓鋼板按照其拉伸屈服強(qiáng)度 Rp0.2可分為：普通鋼 〔Rp0.2>120 N/mmZK帕〕、強(qiáng)度鋼〔Rp0.2>1

17、80 兆帕〕、高強(qiáng)度鋼板〔Rp0.2>260 兆帕〕、特高強(qiáng)度鋼板〔Rp0.2>340兆帕〕和超高強(qiáng)度鋼板〔Rp0.2>620兆帕〕。 另外還有超高強(qiáng)度熱成型鋼板，具拉伸屈服強(qiáng)度達(dá)到1000兆帕以上，這相當(dāng)于 在一平方厘米面積上承受10000公斤的壓力。汽車前后防撞梁本體在高速碰撞時 由于需要承受較大的沖擊載荷，一般需采用屈服強(qiáng)度620兆帕以上的超高強(qiáng)度鋼 板或者更高的超高強(qiáng)度熱成型鋼板；吸能盒一般需采用強(qiáng)度稍低的特高強(qiáng)度鋼 板。根據(jù)材料選擇不同，防撞梁本體一般采用輾壓成型或者熱成型工藝來制作， 國內(nèi)由于缺少可維修性本錢碰撞法規(guī)約束， 有些車型后防撞梁本體也采用普通沖 壓工藝。下面分別列出上述兩種制作工藝的優(yōu)缺點：a. 輾壓成型：相對 于普通沖壓工藝，輾壓成型材料利用率較高、零件剛性好，可實現(xiàn)制作的零件屈 服強(qiáng)度高，可達(dá)620兆帕以上；但是輾壓成型模具投入較大，批量生產(chǎn)量不大時 單件本錢會較高，同時由于輾壓工藝先沖孔再成型的工藝特點，零件孔位、型面 精度一般比普通沖壓零件會差。b.熱成型：相對于普通沖壓工藝，熱 成型工藝零件剛性好，強(qiáng)度大，可實現(xiàn)制作的零件屈服強(qiáng)度高，可達(dá) 1000兆帕 以上；但是熱成型一次性設(shè)備投入很大，批量生產(chǎn)量不大時單件本錢很高。