一種汽車車身前部結構的設計方法及其汽車的設計方法
2023-04-28 10:36:36 2
一種汽車車身前部結構的設計方法及其汽車的設計方法
【專利摘要】為解決傳統的汽車車身前部結構設計方法中存在局部或全局的缺陷，導致後續開發中需反覆做大量的結構優化及多批次的工程樣車實驗驗證、導致開發成本較高等的問題。本發明公開了一種汽車車身前部結構的設計方法及其汽車的設計方法，其主要創新為以等效加速度為基礎，結合能量分配，獲取目標車的吸能部件的的吸收能量及其壓潰長度，計算出吸能部件的理論平均通過力，再根據吸能部件實際平均通過力大於或等於理論平均通過力的原則，設計出吸能部件的設計參數。採用本發明的設計方法，獲得的車身前部結構更加合理，缺陷更少，有利於汽車後續設計的進行。便於減少後續碰撞樣車試製試驗的次數，大大減少開發費用。
【專利說明】一種汽車車身前部結構的設計方法及其汽車的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車設計領域，尤其指汽車車身前部結構的設計領域。
【背景技術】
[0002]汽車的正面碰撞所造成的傷亡佔據交通事故總傷亡的主要比例，而前部車身結構是決定汽車正面碰撞安全與否的基石。
[0003]汽車車身前部結構的設計主要指對汽車車身內主要吸能部件的設計參數的設計，設計參數指尺寸、材料等。
[0004]圖1為轎車發動機艙的典型結構示意圖，可將其劃分為如下吸能段:第一吸能段D0、第二吸能段D1、第三吸能段D2、第四吸能段D3。
[0005]其中從保險槓I到前縱梁後段5(即前擋板6之前)的X方向總長為(1=(^+(^+4+(?,總長d由轎車的造型面決定，各段的布置由發動機艙的特徵硬點(發動機尺寸、發動機懸掛位置、前軸中心等)控制。其中，第一吸能段DO的主要吸能部件(或稱吸能結構)為保險槓I ;第二吸能段Dl的主要吸能部件為吸能盒2，且沿車身前後方向第二吸能段Dl的長度等於吸能盒的長度；第三吸能段D2的主要吸能部件為前縱梁前段3且沿車身前後方向第三吸能段D2的長度等於前縱梁前段3的長度，前縱梁前段是指沿車身的前後方向，從前縱梁的前端至發動機前端的縱梁部分，此段內還包括散熱器總成和發動機罩蓋端等次要吸能零部件；第四吸能段D3的主要吸能部件為前縱梁中後段且沿車身前後方向第四吸能段D3的長度等於前縱梁中後段的長度，前縱梁中後段5是指沿車身的前後方向，從發動機4前端至前縱梁後端的縱梁部分，該段內還包括發動機罩蓋主體和翼子板主體等次要吸能零部件，上述D0-D3各段的具體長度在設計時未知。
[0006]如圖2所示，當前國內外主流的汽車車身前部結構設計思路是「對標車參考一初版結構數模-結構改進」。該設計思路的具體方法步驟為:首先，整車集成工程師對目標車進行動力總成選型、底盤定型以及發動機艙布置等；其次，車身設計工程師參考大量同級別的汽車，選定某一具有代表性的汽車作為對標車，然後參考對標車的尺寸、材料，再輔以工程師以往的經驗，設計出目標車的初版車身結構CAD三維數模。再綜合獲得工程樣車CAD數模，並進行工程樣車的試製試驗，即在設計出工程樣車後進行碰撞試驗，如果不合格，再進行工藝性調整，重複進行工程樣車CAD數模建立、工程樣車試製試驗；直至性能達標，獲得可以進行量產的汽車車身數模，最終實現汽車量產。
[0007]然而，由於目標車與對標車在底盤、動力總成、造型等諸多方面的不同，導致基於經驗和對標設計得出的目標車初版車身結構往往存在局部甚至全局的缺陷，例如碰撞性能不能滿足要求等。因此，在設計出初版數模後仍需做大量的結構優化，導致後續仍需多批次的工程樣車實驗驗證，整車開發成本較高。
[0008]為了減少汽車結構上的缺陷，通過藉助仿真分析手段優化車身結構，逐步更新出多批次的工程樣車三維 數模，通過多次的「仿真優化-實驗驗證」方式將汽車結構的缺陷消除。由於底盤總布置先於車身結構數模的具體設計，導致為了達到底盤總布置，後期的數模設計缺陷甚至是難以消除的。傳統設計方法下，必須等全部數模設計完成後，才能進行結構碰撞仿真優化，此時由於發動機各總布置已經趨於完成，優化改動方案往往難以實施。此方法可簡稱為「先經驗設計，後分析優化」模式，後期的結構(仿真)優化處於被動的地位。
[0009]隨著汽車設計理論的不斷發展，大量學者做的研究分析已經證明，駕駛者胸部加速度i與車體加速度a存在如下關係:
[0010]
【權利要求】
1.一種汽車車身前部結構的設計方法，所述汽車車身前部結構包括吸能段，所述吸能段內設有吸能部件，其特徵在於，包括如下步驟: 獲取對標車正面受力碰撞的實時加速度；根據對標車的實時加速度獲得目標車的實時等效加速度； 根據上述目標車的實時等效加速度及設計重量，得到目標車的實時等效碰撞力；將所述目標車的實時等效加速 度對碰撞時間積分兩次，獲取所述車身前部結構的實時潰縮距離，然後獲得吸能部件的壓潰長度； 根據所述目標車的實時等效碰撞力及實時潰縮距離，獲得吸能段的吸收能量； 根據吸能部件佔所述目標車在對應吸能段內的吸收能量的吸能比例，獲取吸能部件的吸收能量； 將吸能部件的吸收能量除以所述對應吸能部件的壓潰長度，獲取所述吸能部件的理論平均通過力； 根據吸能部件實際平均通過力大於或等於理論平均通過力的原則，設計出吸能部件的設計參數。
2.根據權利要求1所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，所述對標車的實時加速度為車身B柱與門檻梁相交處的實時加速度。
3.根據權利要求1所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，所述吸能部件的壓潰長度通過如下步驟獲得:通過實時潰縮距離獲得潰縮距離-時間曲線，通過目標車的實時等效加速度獲得實時等效加速度曲線，比對上述兩條曲線，獲得吸能部件的壓潰長度。
4.根據權利要求1所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，所述吸能部件為管梁型結構，所述設計參數包括吸能部件橫截面的長度、寬度、壁厚及材料。
5.根據權利要求4所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，所述汽車車身前部結構包括第一吸能段、第二吸能段、第三吸能段、第四吸能段； 第一吸能段內主要設有吸能部件:保險槓； 第二吸能段內主要設有吸能部件:吸能盒； 第三吸能段內主要設有吸能部件:前縱梁前段； 第四吸能段內主要設有吸能部件:前縱梁中後段。
6.根據權利要求5所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，所述吸能盒、前縱梁前段及前縱梁中後段的實際平均通過力獲取自公式:
7.根據權利要求6所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，所述吸能盒、前縱梁前段和前縱梁中後段佔所述目標車在各自吸能段的總吸收能量的比例分別為40~48%,36 ~50%和 14 ~22%。
8.根據權利要求7所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，前縱梁前段的實際平均通過力大於吸能盒的實際平均通過力，且前縱梁後段的實際平均通過力大於前縱梁前段的實際平均通過力。
9.根據權利要求1所述的汽車車身前部結構的設計方法，其特徵在於，吸能段的吸收能量通過如下步驟獲得:將目標車的實時等效碰撞力相對實時潰縮距離積分，獲得整車實時吸收能量，然後獲得吸能段的吸收能量。
10.一種汽車的設計方法，其特徵在於，包括步驟: 採用權利要求1-9任一項所述的設計方法設計汽車車身前部結構； 將上述車身前部結構與動力總成、發動機艙布置和底盤定型進行結構細化設計和整車總布置，設計出合理初版的車身結構三維數模； 對合理初版的車身結構三維數模進行仿真分析，優化車身結構，設計出工程樣車三維數模； 進行工程樣車的試製試驗，性能達標後 獲得最終的汽車CAD數模。
【文檔編號】B62D65/00GK103569236SQ201210269508
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月30日 優先權日:2012年7月30日
【發明者】楊蔓, 王玉超, 嶽鵬, 饒建鵬, 陳琪 申請人:廣州汽車集團股份有限公司