汽車前縱梁結構的製作方法

2023-10-09 15:35:24

專利名稱：汽車前縱梁結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能有效增加碰撞吸能量而且不增大汽車碰撞加速度的汽車前縱梁結構。
背景技術：
前縱梁是汽車前碰撞的主要吸能部件之一，它的設計對於汽車前碰撞安全性影響很大。對於汽車來說，由於考慮底盤、前置發動機的布置，前縱梁一般設計為S形形狀。為了增加前縱梁的碰撞吸能能力，通常要合理匹配前縱梁各段的強度，控制縱梁的壓潰順序和縱梁的變形模式，主要通過對縱梁結構尺寸、加強板、加強筋、誘導槽的設計和材料的選擇來實現。汽車前碰撞(正面碰撞剛性牆或偏置碰撞蜂窩鋁)時，一般碰撞加速度波形呈現雙梯形形狀，第一個梯形的加速度比第二個梯形的加速度值要小。在第一個梯形階段，主要是左右兩個前縱梁結構碰撞受力，而在第二個梯形階段，承受碰撞力的汽車部件較多，包括前縱梁、輪胎-門檻、發動機-中通道、上邊梁-A柱、副車架等。由於第一個階段，碰撞受力吸能的部件少，只有前縱梁，因而碰撞加速度比第二階段小，使碰撞加速度呈現前低後高的雙梯形形狀。汽車前碰撞安全性設計時，希望能把第一個梯形加速度值增大，第二個梯形加速度值減小，從而使整個碰撞加速度曲線更加接近理想的矩形波形。但是，增加第一個梯形的加速度值，需要增加整段前縱梁的強度，這又會使第二個梯形的加速度值增大，從而增大了整個加速度曲線的峰值，不利於乘員保護。汽車前縱梁公知了多種實施形式。如專利2008202384M. 2公開了一種分段拼焊式的汽車前縱梁，包括分別衝壓成型的縱梁前段、縱梁中段、縱梁後段，所述縱梁前段、縱梁中段和縱梁後段通過拼焊的形式連成一個整體，並且縱梁前段、縱梁中段到縱梁後段的材料厚度逐漸增厚。在滿足車身安全的前提下，可降低製造難度、節約成本。在吸能區採用較薄的板材，有利於車身輕量化。201020234587. X公開了一種階梯式前縱梁，所述的前縱梁整體呈階梯狀有漸變式截面，前端截面尺寸較小，後端截面尺寸較大，從前端到後端截面的中間部分為光滑過渡區域。採用階梯式結構，使前縱梁結構的剛度匹配難度大幅降低，提高前縱梁變形穩定性和碰撞能量吸收能力和汽車正面碰撞性能。20091019U63.4公開了一種汽車車身前縱梁結構，在前縱梁上段的槽內的前、中、 後部分別焊接有前部加強板、中部加強板和後部加強板，前部加強板前側和後側的前縱梁為緩衝吸能區，中部加強板和後部加強板分別與前縱梁合圍成型腔，中後部加強板之間留有間隙。前縱梁在整體上得到了強化，能夠有效地吸收、衰減車輛碰撞時的衝擊能量，而後部承力區的傳力性能大大增強，並且在變形時能夠吸收更多的衝擊能量。這些發明或實用新型提出的汽車前縱梁結構，各段之間的強度雖然經過了匹配， 能夠控制前縱梁的壓潰順序和前縱梁的變形模式，較好的吸收碰撞能量。但是這些前縱梁結構，是一種強度不隨時間變化的結構，造成前縱梁後段的強度必然大於前段的強度。而縱梁的結構在汽車前碰撞時又設計為前段先變形，後段再變形這種由前往後變形的順序，這種結構使得汽車前碰撞時，碰撞前期(發動機發生碰撞的時刻之前)的加速度小，碰撞後期 (發動機發生碰撞的時刻之後)的加速度大，因而需要設計一種自適應前縱梁結構，進一步降低汽車碰撞加速度，提高汽車碰撞安全性。

發明內容
本發明所解決的技術問題在於提供一種汽車前縱梁結構，這種前縱梁結構可以在碰撞前期保持整體較高的強度，而在碰撞後期適當的削弱前縱梁結構強度，起到提高碰撞前期加速度並減小碰撞後期加速度的作用，改善汽車前碰撞加速度波形的形狀，可有效地提高汽車的結構碰撞安全性。本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現
汽車前縱梁結構，包括前縱梁以及與前縱梁相連的可破壞性填充材料。其中，所述前縱梁縱向布置在汽車發動機艙內，前端連接汽車的前保險槓橫梁和吸能盒，後端延伸到汽車駕駛室下方的地板下，主要包括四段結構第一段為縱梁最前段，為碰撞時縱梁最先發生變形的區域；第二段為不變形區域；第三段為強度可變區域，碰撞時可變形；第四段為不變形區域，縱梁各段通過雷射拼焊接或通過相互材料的重疊搭接和點焊的方式連接成為一個整體。前縱梁各段均採用薄壁金屬、合金或複合材料製成，為閉合空腔薄壁材料結構，但各段採用不同的方式進行弱化、加強等處理。且各段可以使用不同厚度、不同強度的板材衝壓成形，再焊接而成閉合空腔結構，中間選擇性填充可破壞性填充材料，因而前縱梁各段強度各不相同，因而可以實現上述不同的效果。在本發明中，可破壞性填充材料其填充方案為
前縱梁第一段，通常為空心管狀結構，也可在其中填充吸能材料； 前縱梁第二段，空心管狀結構中間填充吸能材料，或用加強板進行加強，在碰撞時第二段不發生明顯變形；
前縱梁第三段，空心管狀結構內填滿填充可燃材料，在汽車前碰撞中，當第一段變形結束後，填充材料會發生破壞，降低該段的強度，使該段發生碰撞變形；
前縱梁第四段，空心管狀結構內填滿填充吸能材料，或用加強板進行加強，在汽車前碰撞中，該段不發生明顯變形。因而，使用該前縱梁結構的汽車在不同的碰撞強度下，前縱梁的碰撞變形吸能情況不同，在碰撞強度較小(等效碰撞速度較低，小於大約25km/h)的情況下，只是縱梁第一段發生碰撞變形，第二、三、四段不發生變形。在碰撞強度較大(等效碰撞速度較高，大於大約 30km/h)的情況下，縱梁第一段發生碰撞變形，然後縱梁第三段的填充材料發生破壞，使第三段縱梁強度降低，接著發生碰撞變形，降低碰撞加速度，並減小乘員艙的侵入量。在本發明中，所述填充材料在高溫的情況下，可以迅速燃燒(或爆炸)以破壞其原來結構，在碰撞後期減小前縱梁第三段的強度，且該填充材料在破壞原結構之前，與前縱梁第三段的薄壁板緊密結合，其材料特性需要具有很高的強度，燃燒(或爆炸)之後，強度顯著降低，因而，該填充材料可為但不局限於可燃可爆合金材料、複合材料。為保證可燃燒破壞的材料能在碰撞強度較大的情況下順利破壞填充材料，前縱梁第三段內部空腔內除填充可燃燒破壞的材料外，還裝有起爆裝置和控制器，可燃填充材料是否發生破壞和開始破壞時刻由傳感器和控制器確定；控制器檢測到碰撞能量超過設定值時，將在前縱梁第一段即將變形結束時啟動起爆裝置，使可燃燒的材料瞬間燃燒，可燃材料喪失原有的強度，使縱梁第三段強度下降，這樣，在汽車前碰撞時，縱梁第三段在第一段完全壓潰變形後繼續壓潰變形，能增加加速度曲線第一個梯形的加速度值，同時減小第二個梯形的加速度值，使整個加速度曲線更加接近於矩形形狀，用於更好地吸收碰撞能量。在本發明中，應當注意的是縱梁第一段後端位置應保持在發動機前端面之後 20mm至40mm的範圍內，且縱梁第二段末端位置應保持在發動機後端面之前20mm至40mm的範圍內。有益效果本發明工藝簡單，安裝簡便，能主動進行碰撞受力調整，均勻調節受力單元，相互補償，提高前縱梁的吸能能力，減少車身侵入量，又可以減小汽車前碰撞的加速度，有效提高汽車前碰撞的安全性能。


圖1為前縱梁結構連接的前端示意圖。圖2為自適應汽車碰撞吸能的前縱梁結構的主要結構。圖3為前縱梁第三段和第四段的主要結構示意圖。圖中1a -縱梁第一段；Ib -縱梁第二段；Ic -縱梁第三段；Id -縱梁第四段； 2 -前保險槓橫梁；3 -吸能盒；4 -法蘭；5 -減震塔；6 -防火牆；7 -前部地板；8 -發動機；9 -控制器(EOT) ；10 -起爆裝置；11 -可燃填充材料。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。本發明的前縱梁結構如圖1、圖2所示，主要包括四段結構縱梁第一段Ia為前縱梁最前段，為碰撞時前縱梁最先發生變形的區域；縱梁第二段Ib為不變形區域；縱梁第三段Ic為強度可變區域，碰撞時可變形；縱梁第四段Id為不變形區域。前縱梁結構縱向布置在汽車發動機艙內，前端連接汽車的前保險槓橫梁2和吸能盒3，後端延伸到汽車駕駛室下方的前部地板7下，前縱梁結構的側上方與減震塔5通過點焊方式連接。縱梁第一段Ia前端通過法蘭4連接到前保險槓橫梁2和吸能盒3，後端連接縱梁第二段Ib前端，縱梁第一段Ia後端位置在發動機前端面之後約30mm ；縱梁第二段Ib末端連接縱梁第三段Ic前端，縱梁第二段Ib末端位置在發動機後端面之前27mm ；縱梁第三段 Ic末端連接縱梁第四段Id前端，縱梁第三段Ic末端位置大約在前縱梁的兩個彎曲點Pl和 P2的中間位置(偏近於Pl點)；縱梁第四段Id可在前部地板7之下並可延伸至前排座椅的之後。縱梁第一段Ia可開設誘導槽結構，控制其變形模式，使其碰撞時發生軸向壓潰變形；縱梁第二段Ib增加加強板或填滿填充材料做加強處理，安裝發動機並避免碰撞時縱梁第二段Ib發生明顯變形；縱梁第三段Ic填充可燃材料進行加強，可燃材料破壞後，該段結
5構強度降低；縱梁第四段Id增加加強板或填滿填充材料做加強處理，碰撞該段不發生明顯變形。縱梁第一段Ia在汽車前碰撞時，最先發生變形；縱梁第二段Ib通過發動機懸置安裝有發動機8，縱梁第二段Ib在整個碰撞過程當中不發生變形；縱梁第三段Ic採用填充可燃填充材料的方法進行加強，在縱梁第一段Ia發生變形時，縱梁第三段Ic不發生變形，當縱梁第一段Ia全部發生變形後，如果汽車速度還沒減為零，縱梁第三段Ic填充的可燃填充材料11會發生破壞，使縱梁第三段Ic的強度減弱，接著縱梁第三段Ic發生碰撞變形；縱梁第四段Id需要做加強處理，避免發生大的變形導致乘員艙侵入量過大。在本實施例中，若汽車前縱梁在碰撞時，能在縱梁第一段Ia結構變形結束後，破壞縱梁第三段Ic的可燃填充材料11，使縱梁第三段Ic縱梁強度降低，接著發生碰撞變形。如果是在碰撞能量較小的情況下件，只是縱梁第一段Ia發生碰撞變形，縱梁第三段Ic不發生變形。在碰撞能量較大的情況下，縱梁縱梁第一段Ia發生碰撞變形，然後縱梁第三段Ic的可燃填充材料結構發生破壞，使縱梁第三段Ic強度降低，接著發生碰撞變形。縱梁第三段Ic泡沫填充材料或加強板結構是否發生破壞，和開始破壞時刻由傳感器和控制器(E⑶)9確定。圖3中，縱梁第三段Ic內部空腔內填充可燃填充材料11，並裝有起爆裝置10和控制器(EOT) 9 ；但控制器(Ε⑶)9檢測到碰撞能量超過設定值，將在縱梁第一段Ia即將變形結束時啟動起爆裝置10，使可燃填充材料11瞬間燃燒甚至爆炸，可燃填充材料11喪失原有的強度，使縱梁第三段Ic強度下降，這樣縱梁第三段Ic在縱梁第一段Ia完全壓潰變形後繼續壓潰變形，吸收碰撞能量。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.汽車前縱梁結構，包括前縱梁以及與前縱梁相連的可破壞性填充材料，其特徵在於， 所述前縱梁縱向布置在汽車發動機艙內，前端連接汽車的前保險槓橫梁和吸能盒，後端延伸到汽車駕駛室下方的地板下，主要包括四段結構第一段為縱梁最前段，為碰撞時縱梁最先發生變形的區域；第二段為不變形區域；第三段為強度可變區域，碰撞時可變形；第四段為不變形區域；縱梁各段均採用薄壁金屬、合金或複合材料製成，通過雷射拼焊接或通過相互材料的重疊搭接和點焊的方式連接成為一個整體，為閉合空腔薄壁材料結構，並在閉合空腔結構中選擇性填充可破壞性填充材料。
2.根據權利要求1所述的汽車前縱梁結構，其特徵在於，可破壞性填充材料其填充方案為前縱梁第一段，通常為空心管狀結構，也可在其中填充吸能材料；前縱梁第二段，空心管狀結構中間填充吸能材料，或用加強板進行加強；前縱梁第三段，空心管狀結構內填滿填充可燃材料；前縱梁第四段，空心管狀結構內填滿填充吸能材料，或用加強板進行加強。
3.根據權利要求1所述的汽車前縱梁結構，其特徵在於，所述縱梁各段也可以使用不同厚度、不同強度的板材衝壓成形，再焊接而成閉合空腔結構。
4.根據權利要求1所述的汽車前縱梁結構，其特徵在於，前縱梁第三段內部空腔內裝有起爆裝置和控制器。
5.根據權利要求1所述的汽車前縱梁結構，其特徵在於，縱梁第一段後端位置應保持在發動機前端面之後20mm至40mm的範圍內，且縱梁第二段末端位置應保持在發動機後端面之前20mm至40mm的範圍內。
全文摘要
汽車前縱梁結構，公開了一種新型自適應汽車碰撞吸能的前縱梁結構。它將前縱梁結構分成四段，具體為第一段為縱梁最前段，為碰撞時縱梁最先發生變形的區域；第二段為不變形區域；第三段為強度可變區域，碰撞時可變形；第四段為不變形區域，並在其內部填充可破壞性填充材料。相對於傳統的前縱梁結構，採用本發明的前縱梁結構可以提高前縱梁的吸能能力，減少車身侵入量，又可以減小汽車前碰撞的加速度，有效提高汽車前碰撞的安全性。
文檔編號B62D21/15GK102390434SQ20111031863
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者葉映臺, 楊濟匡, 王方, 肖志, 蔣小晴 申請人:湖南大學