CN101259850B - 一种汽车前碰撞吸能装置及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车前碰撞吸能装置及该装置所采用的安装方法，前舱纵梁的后端设纵梁连接板、相互连接的门铰链柱安装支架和门槛安装支架，并分别与门铰链柱与门槛紧固连接；设扭转横梁，其两端分别与所述的门铰链柱安装支架和门槛安装支架连接，其连接的位置在门铰链柱安装支架和门槛安装支架的连接处；两个纵梁连接板与扭转横梁套装连接并沿扭转横梁的回转方向紧固。采用上述技术方案，将碰撞时的冲击载荷分散到车身上的多个部分，协调了车体左右的变形；扭转横梁以较小的变形将更多的动能转换成变形势能，进一步缓解车体的变形程度；解决了碰撞过程中能量吸收的问题，大幅提升了汽车在前部碰撞中的安全性能。

Description

一种汽车前碰撞吸能装置及其装配方法

技术领域

本发明属于汽车构造的技术领域，涉及汽车车身结构，更具体地说，本发明涉及一种汽车前碰撞吸能装置。另外，本发明还涉及所述的这种汽车前碰撞吸能装置采用的装配方法。

背景技术

随着汽车技术朝着更安全、更高速、更节能的方向发展，人们对汽车安全的要求也越来越高。

汽车发生碰撞的过程是一个将动能逐步转换成变形势能的能量转化过程，整个过程中各部件的能量吸收分布情况决定了碰撞结束后车身的变形效果。有效的控制碰撞过程中能量的分布是进行车身安全设计的基础。然而高速和节能的设计思路使得未来的安全法规在碰撞速度上的要求越来越高。单纯通过增加板厚和改变材料的方法越来越不能符合节能的要求。有效分散碰撞过程中的传递载荷，避免过大的载荷集中，并在车身关键部位增加高效的能量吸收装置可能是解决问题的有效办法。

对于承载式车身结构，由于受空间布置限制，其前舱纵梁14与车身地板纵梁在Z向上往往不能处于同一高度。一旦发生前部碰撞，前舱纵梁14很容易发生绕地板前端的弯曲变形。由于防火墙结构一般不能提供有效的支撑，也不能有效分散纵梁向后传递的载荷，导致纵梁后部对其有很大的侵入，严重影响乘员安全。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种汽车前碰撞吸能装置，其目的是使车辆在发生碰撞时产生的能量被车身分散吸收，减小变形，提高车辆的碰撞安全性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种汽车前碰撞吸能装置，包括车身上对称分布的前舱纵梁、门铰链柱和门槛，所述的前舱纵梁的后端设纵梁连接板，在所述的车身两边门铰链柱与门槛的连接处均设有相互连接的门铰链柱安装支架和门槛安装支架，并分别与门铰链柱与门槛紧固连接，设扭转横梁，其两端分别与所述的门铰链柱安装支架和门槛安装支架连接，其连接的位置在门铰链柱安装支架和门槛安装支架的连接处，所述的两个纵梁连接板与扭转横梁套装连接并沿扭转横梁的回转方向紧固。

为使本发明更加完善，还进一步提出了以下更为详尽和具体的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：

纵梁连接板结构的技术方案：所述的前舱纵梁向扭转横梁方向延伸的高度高于扭转横梁，所述的纵梁连接板为将两者连接的弯曲的构件，弯曲的方向是从前舱纵梁上向车身的后方和下方弯曲，直至与扭转横梁连接的一端。

纵梁连接板与扭转横梁的连接结构的技术方案：设纵梁连接板连接套筒，所述的纵梁连接板通过纵梁连接板连接套筒与扭转横梁，扭转横梁的断面的形状为花键，或齿形，或多边形，或椭圆形，所述的纵梁连接板连接套筒套在扭转横梁上的孔的断面为与扭转横梁的断面的形状相配合的形状。

门铰链柱安装支架和门槛安装支架的连接结构技术方案：设门铰链柱固定座和门槛固定座，所述的门铰链柱安装支架通过门铰链柱固定座与门铰链柱紧固连接；所述的门槛安装支架通过门槛固定座与门槛紧固连接。

汽车前碰撞吸能装置预加载荷的技术方案：所述的汽车前碰撞吸能装置在车身装配后，所述的扭转横梁上存在一个预加载荷，是一个向车身后方转动的扭矩。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的汽车前碰撞吸能装置所采用的装配方法，即所述的汽车前碰撞吸能装置在车身上装配时的工艺步骤为：

首先将门铰链柱安装支架和门槛安装支架分别与门铰链柱与门槛紧固连接；

将扭转横梁套入纵梁连接板；

将扭转横梁的两端分别与门铰链柱安装支架和门槛安装支架紧固连接；

将纵梁连接板沿扭转横梁的轴向移动，对准前舱纵梁的位置；

在纵梁连接板预加载荷，其加载的方式是从扭转横梁的前部施加向车身后方的力，使其产生绕扭转横梁的轴线向车身后方转动的扭矩；

按加载后的位置将纵梁连接板与前舱纵梁紧固连接，在连接的过程中，保持该预加扭矩不变；连接结束后，撤去该预加载荷。

本发明采用上述技术方案，解决了发生前部碰撞时的载荷分布不均问题，建立一条有效的横向载荷传递途径，将碰撞时的冲击载荷分散到车身上的多个部分，协调了车体左右的变形；扭转横梁的扭转刚度可通过合理搭配来优化整车的碰撞效果；同时扭转横梁作为一个高效的储能元件，以较小的变形将更多的动能转换成变形势能，其变形势能在释放过程中，能进一步缓解车体的变形程度；解决了碰撞过程中能量吸收的问题，大幅提升了汽车在前部碰撞中的碰撞安全性能。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的剖视的结构示意图；

图3为本发明在正碰时的载荷传递的示意图；

图4为本发明在偏置碰撞时载荷传递的示意图。

图中标记为：1、纵梁连接板，2、扭转横梁，3、门铰链柱，4、门槛，5、前舱纵梁，6、门铰链柱安装支架，7、门槛安装支架，8、门铰链柱固定座，9、门槛固定座，10、纵梁连接板连接套筒。

具体实施方式

下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺方法及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2所表达的本发明的结构，本发明为一种汽车前碰撞吸能装置，其基本结构包括车身上对称分布的前舱纵梁14、门铰链柱3和门槛4。

为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现使车辆在发生碰撞时产生的能量分散吸收、减小变形、提高车辆的安全性能的发明目的，本发明采取的技术方案为：

采用扭转梁式吸能机构的方案：整个扭转梁式吸能机构由前舱纵梁5、纵梁连接板1、扭转横梁2、门铰链柱安装支架6、门槛安装支架7、门铰链柱固定座8、门槛固定座9、纵梁连接板连接套筒10构成如图1所示。在车身中的安装形式如图2。具体连接安装关系如下：

如图1和图2所示，本发明所提供的这种汽车前碰撞吸能装置，其前舱纵梁5的后端设纵梁连接板1；在所述的车身两边门铰链柱3与门槛4的连接处均设有相互连接的门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7，并分别与门铰链柱3与门槛4紧固连接；设扭转横梁2，其两端分别与所述的门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7连接，其连接的位置在门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7的连接处；所述的两个纵梁连接板1与扭转横梁2套装连接并沿扭转横梁2的回转方向紧固。

扭转横梁2的两端中的每一端都分别与门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7紧固连接。上述结构用来协调各部件之间的相对位移和运动。通过扭转横梁2的载荷传递，在碰撞过程中，前舱纵梁5的纵向载荷通过两个纵梁连接板1、扭转横梁2及门铰链柱安装支架6、门槛安装支架7，有效地分散到左右侧围上。

本发明是针对车辆前部碰撞(包括正碰和40％偏置碰)的特点，提供了一种新的扭转梁式碰撞吸能装置，可以一定程度地提高车辆在前碰撞工况下的安全性能。扭转式吸能机构置于地板纵梁前端，通过扭转横梁2连接固定在前舱纵梁5根部的纵梁连接板1和左右门铰链柱安装支架6，将载荷横向传递分散到车身各处，协调了车体左右的变形，缓解了车身的变形剧烈程度。

另外，扭转横梁2既是高效的储能元件，也是有效的能量转移部件。碰撞产生的动能首先通过扭转横梁2储蓄成弹性势能，通过适当设计纵梁连接板1、门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7的形状和位置，在弹性势能释放的同时，可以有效缓解乘员舱的变形。

另外，扭转横梁2作为车身的结构，在车身设计结构已经固化并受到局限的情况下，可以通过调节扭转横梁2的弹簧刚度以及预安装扭矩来优化碰撞结果，甚至可以通过扭梁弹簧2的刚度的合理匹配来改变加速度波形，与约束系统一起来优化整个碰撞的效果。

在上述技术方案的基础上，为了使本发明更为完善，还提供以下实施示例作为本发明在具体实施时的参考：

实施例一：

本实施例给出了纵梁连接板结构的具体形式。

即：所述的前舱纵梁5向扭转横梁2方向延伸的高度高于扭转横梁2，所述的纵梁连接板1为将两者连接的弯曲的构件，弯曲的方向是从前舱纵梁5上向车身的后方和下方弯曲，直至与扭转横梁2连接的一端。

上述结构的设置，使得纵梁连接板1与前舱纵梁5的结构形式相适应，保证其在受力后不会将负荷以力的形式直接作用到扭转横梁2上去，而是以力矩的形式向扭转横梁2加载，使其发生一定的扭转变形，让扭转横梁2一方面传递能量，一方面储存能量，减小碰撞后的受损程度。

实施例二：

本实施例是纵梁连接板1与扭转横梁2连接的具体结构形式。

设纵梁连接板连接套筒10，所述的纵梁连接板1通过纵梁连接板连接套筒10与扭转横梁2，扭转横梁2的断面的形状为花键，或齿形，或多边形，或椭圆形，所述的纵梁连接板连接套筒10套在扭转横梁2上的孔的断面为与扭转横梁2的断面的形状相配合的形状。

扭转横梁2的靠近两端的位置通过两个纵梁连接板连接套筒10分别与两个纵梁连接板1套装连接；两个纵梁连接板1分别焊接在前舱纵梁5的后端鹅颈件(即适应车身的弯曲位置)的加强内板上，其末端分别连接有一个纵梁连接板连接套筒10，套在扭转横梁2上，并形成传递扭矩的连接，即一种花键式的连接或多边形或者是齿形的连接。但其轴向可以滑动，以方便进行焊接位置的调节。

实施例三：

本实施例给出了门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7在门铰链柱3和门槛4上连接的具体结构形式。

设门铰链柱固定座8和门槛固定座9，所述的门铰链柱安装支架6通过门铰链柱固定座8与门铰链柱3紧固连接；所述的门槛安装支架7通过门槛固定座9与门槛4紧固连接。

上述结构，确保扭转横梁2能通过门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7与车身两边的门铰链柱3和门槛4紧固的连接，所以在发生碰撞时，能量向车身各部位均匀分散，减小碰撞损失。

实施例四：

本实施例是在车辆发生正面碰撞时的效果：

如图3所示，在车身发生前部正碰撞时，前舱纵梁5后端的鹅颈件(即适应车身的弯曲位置)因布置空间的限制，往往得不到足够的截面形状来抵抗弯曲变形，防火墙的结构形式也使得前舱纵梁5的前端传递来的载荷不能有效地分散开。采用上述结构后在正碰过程中，前舱纵梁5的前端传递来的载荷通过扭转横梁2分散到左右侧围上。

实施例五：

本实施例是在车辆发生前部偏置碰撞时的效果：

如图4所示，在车身发生前部偏置碰撞过程中，扭转横梁2的作用将更加明显。通过中间扭转横梁2将车体一侧的载荷有效的传递到车体另一侧，协调了车体左右的变形，能够有效的减小乘员舱的变形剧烈程度。

实施例六：

本实施例是利用预加载荷的方式，实现优化碰撞效果的目的：

所述的汽车前碰撞吸能装置在车身装配后，所述的扭转横梁2上存在一个预加载荷，是一个向车身后方转动的扭矩。

由于上述结构在安装装配时已对其构件设定了预加载荷，因此在发生碰撞时，载荷必定首先通过纵梁连接板1传至扭转横梁2，然后通过扭转横梁2来进行载荷的分散和能量的储存。

实施例七：

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的汽车前碰撞吸能装置所采用的装配方法，即所述的汽车前碰撞吸能装置在车身上装配时的工艺步骤为：

首先将门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7分别与门铰链柱3与门槛4紧固连接；

将扭转横梁2套入纵梁连接板1；

将扭转横梁2的两端分别与门铰链柱安装支架6和门槛安装支架7紧固连接；

将纵梁连接板1沿扭转横梁2的轴向移动，对准前舱纵梁5的位置；

在纵梁连接板1预加载荷，其加载的方式是从扭转横梁2的前部施加向车身后方的力，使其产生绕扭转横梁2的轴线向车身后方转动的扭矩；

按加载后的位置将纵梁连接板1与前舱纵梁5紧固连接，在连接的过程中，保持该预加扭矩不变；连接结束后，撤去该预加载荷。

在上述方法步骤中，最关健的是对连接构件施加预加载荷，即将实施例六中所述的结构通过该方法得以实现。

本发明为适应前部碰撞的强制性法规，提供一种可经受前部碰撞的车辆前舱纵梁5的后部加强吸能装置，并通过预加载荷的方式提高吸能效果。由于纵梁连接板1和扭转横梁2已预加载荷，在车辆发生前部冲击时，首先受力的一定是扭转横梁2，所以前舱纵梁5的后部上的纵梁连接板1会发生绕下铰点的弯转变形，与纵梁连接板1固结的扭转横梁2在扭转过程中将车身动能转换成弹簧势能，在增加前舱纵梁5后部弯曲刚度的同时，将碰撞载荷分散到车身的多处位置，协调了车身左右部分的变形和位移，减少了由纵梁弯曲变形所造成的防火墙侵入。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车前碰撞吸能装置，包括车身上对称分布的前舱纵梁(14)、门铰链柱(3)和门槛(4)，其特征在于：

所述的前舱纵梁(5)的后端设纵梁连接板(1)；

在所述的车身两边门铰链柱(3)与门槛(4)的连接处均设有相互连接的门铰链柱安装支架(6)和门槛安装支架(7)，并分别与门铰链柱(3)与门槛(4)紧固连接；

设扭转横梁(2)，其两端分别与所述的门铰链柱安装支架(6)和门槛安装支架(7)连接，其连接的位置在门铰链柱安装支架(6)和门槛安装支架(7)的连接处；

所述的两个纵梁连接板(1)与扭转横梁(2)套装连接并沿扭转横梁(2)的回转方向紧固。

2.按照权利要求1所述的汽车前碰撞吸能装置，其特征在于：所述的前舱纵梁(5)向扭转横梁(2)所在的一侧延伸的高度高于扭转横梁(2)，所述的纵梁连接板(1)为将两者连接的弯曲的构件，弯曲的方向是从前舱纵梁(5)上向车身的后方和下方弯曲，直至与扭转横梁(2)连接的一端。

3.按照权利要求1或2所述的汽车前碰撞吸能装置，其特征在于：设纵梁连接板连接套筒(10)，所述的纵梁连接板(1)通过纵梁连接板连接套筒(10)与扭转横梁(2)，扭转横梁(2)的断面的形状为齿形，或多边形，或椭圆形，所述的纵梁连接板连接套筒(10)套在扭转横梁(2)上的孔的断面为与扭转横梁(2)的断面的形状相配合的形状。

4.按照权利要求3所述的汽车前碰撞吸能装置，其特征在于：设门铰链柱固定座(8)和门槛固定座(9)，所述的门铰链柱安装支架(6)通过门铰链柱固定座(8)与门铰链柱(3)紧固连接；所述的门槛安装支架(7)通过门槛固定座(9)与门槛(4)紧固连接。

5.按照权利要求4所述的汽车前碰撞吸能装置，其特征在于：所述的汽车前碰撞吸能装置在车身装配后，所述的扭转横梁(2)上存在一个预加载荷，是一个向车身后方转动的扭矩。

6.一种装配如权利要求4所述的汽车前碰撞吸能装置所采用的装配方法，其特征在于：

所述的汽车前碰撞吸能装置在车身上装配时的工艺步骤为：

首先将门铰链柱安装支架(6)和门槛安装支架(7)分别与门铰链柱(3)与门槛(4)紧固连接；

将扭转横梁(2)套入纵梁连接板(1)；

将扭转横梁(2)的两端分别与门铰链柱安装支架(6)和门槛安装支架(7)紧固连接；

将纵梁连接板(1)沿扭转横梁(2)的轴向移动，对准前舱纵梁(5)的位置；

在纵梁连接板(1)预加载荷，其加载的方式是从扭转横梁(2)的前部施加向车身后方的力，使其产生绕扭转横梁(2)的轴线向车身后方转动的扭矩；

按加载后的位置将纵梁连接板(1)与前舱纵梁(5)紧固连接，在连接的过程中，保持该预加扭矩不变；连接结束后，撤去该预加载荷。

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