CN102390434A - 汽车前纵梁结构 - Google Patents

Abstract

汽车前纵梁结构，公开了一种新型自适应汽车碰撞吸能的前纵梁结构。它将前纵梁结构分成四段，具体为：第一段为纵梁最前段，为碰撞时纵梁最先发生变形的区域；第二段为不变形区域；第三段为强度可变区域，碰撞时可变形；第四段为不变形区域，并在其内部填充可破坏性填充材料。相对于传统的前纵梁结构，采用本发明的前纵梁结构可以提高前纵梁的吸能能力，减少车身侵入量，又可以减小汽车前碰撞的加速度，有效提高汽车前碰撞的安全性。

Description

汽车前纵梁结构

技术领域

本发明涉及一种能有效增加碰撞吸能量而且不增大汽车碰撞加速度的汽车前纵梁结构。

背景技术

前纵梁是汽车前碰撞的主要吸能部件之一，它的设计对于汽车前碰撞安全性影响很大。对于汽车来说，由于考虑底盘、前置发动机的布置，前纵梁一般设计为S形形状。为了增加前纵梁的碰撞吸能能力，通常要合理匹配前纵梁各段的强度，控制纵梁的压溃顺序和纵梁的变形模式，主要通过对纵梁结构尺寸、加强板、加强筋、诱导槽的设计和材料的选择来实现。

汽车前碰撞（正面碰撞刚性墙或偏置碰撞蜂窝铝）时，一般碰撞加速度波形呈现双梯形形状，第一个梯形的加速度比第二个梯形的加速度值要小。在第一个梯形阶段，主要是左右两个前纵梁结构碰撞受力，而在第二个梯形阶段，承受碰撞力的汽车部件较多，包括前纵梁、轮胎-门槛、发动机-中通道、上边梁-A柱、副车架等。由于第一个阶段，碰撞受力吸能的部件少，只有前纵梁，因而碰撞加速度比第二阶段小，使碰撞加速度呈现前低后高的双梯形形状。汽车前碰撞安全性设计时，希望能把第一个梯形加速度值增大，第二个梯形加速度值减小，从而使整个碰撞加速度曲线更加接近理想的矩形波形。但是，增加第一个梯形的加速度值，需要增加整段前纵梁的强度，这又会使第二个梯形的加速度值增大，从而增大了整个加速度曲线的峰值，不利于乘员保护。

汽车前纵梁公知了多种实施形式。如专利200820238454.2公开了一种分段拼焊式的汽车前纵梁，包括分别冲压成型的纵梁前段、纵梁中段、纵梁后段，所述纵梁前段、纵梁中段和纵梁后段通过拼焊的形式连成一个整体，并且纵梁前段、纵梁中段到纵梁后段的材料厚度逐渐增厚。在满足车身安全的前提下，可降低制造难度、节约成本。在吸能区采用较薄的板材，有利于车身轻量化。

201020234587.X公开了一种阶梯式前纵梁，所述的前纵梁整体呈阶梯状有渐变式截面，前端截面尺寸较小，后端截面尺寸较大，从前端到后端截面的中间部分为光滑过渡区域。采用阶梯式结构，使前纵梁结构的刚度匹配难度大幅降低，提高前纵梁变形稳定性和碰撞能量吸收能力和汽车正面碰撞性能。

200910191263.4公开了一种汽车车身前纵梁结构，在前纵梁上段的槽内的前、中、后部分别焊接有前部加强板、中部加强板和后部加强板，前部加强板前侧和后侧的前纵梁为缓冲吸能区，中部加强板和后部加强板分别与前纵梁合围成型腔，中后部加强板之间留有间隙。前纵梁在整体上得到了强化，能够有效地吸收、衰减车辆碰撞时的冲击能量，而后部承力区的传力性能大大增强，并且在变形时能够吸收更多的冲击能量。

这些发明或实用新型提出的汽车前纵梁结构，各段之间的强度虽然经过了匹配，能够控制前纵梁的压溃顺序和前纵梁的变形模式，较好的吸收碰撞能量。但是这些前纵梁结构，是一种强度不随时间变化的结构，造成前纵梁后段的强度必然大于前段的强度。而纵梁的结构在汽车前碰撞时又设计为前段先变形，后段再变形这种由前往后变形的顺序，这种结构使得汽车前碰撞时，碰撞前期（发动机发生碰撞的时刻之前）的加速度小，碰撞后期（发动机发生碰撞的时刻之后）的加速度大，因而需要设计一种自适应前纵梁结构，进一步降低汽车碰撞加速度，提高汽车碰撞安全性。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种汽车前纵梁结构，这种前纵梁结构可以在碰撞前期保持整体较高的强度，而在碰撞后期适当的削弱前纵梁结构强度，起到提高碰撞前期加速度并减小碰撞后期加速度的作用，改善汽车前碰撞加速度波形的形状，可有效地提高汽车的结构碰撞安全性。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

汽车前纵梁结构，包括前纵梁以及与前纵梁相连的可破坏性填充材料。其中，所述前纵梁纵向布置在汽车发动机舱内，前端连接汽车的前保险杠横梁和吸能盒，后端延伸到汽车驾驶室下方的地板下，主要包括四段结构：第一段为纵梁最前段，为碰撞时纵梁最先发生变形的区域；第二段为不变形区域；第三段为强度可变区域，碰撞时可变形；第四段为不变形区域，纵梁各段通过激光拼焊接或通过相互材料的重叠搭接和点焊的方式连接成为一个整体。

前纵梁各段均采用薄壁金属、合金或复合材料制成，为闭合空腔薄壁材料结构，但各段采用不同的方式进行弱化、加强等处理。且各段可以使用不同厚度、不同强度的板材冲压成形，再焊接而成闭合空腔结构，中间选择性填充可破坏性填充材料，因而前纵梁各段强度各不相同，因而可以实现上述不同的效果。

在本发明中，可破坏性填充材料其填充方案为：

前纵梁第一段，通常为空心管状结构，也可在其中填充吸能材料；

前纵梁第二段，空心管状结构中间填充吸能材料，或用加强板进行加强，在碰撞时第二段不发生明显变形；

前纵梁第三段，空心管状结构内填满填充可燃材料，在汽车前碰撞中，当第一段变形结束后，填充材料会发生破坏，降低该段的强度，使该段发生碰撞变形；

前纵梁第四段，空心管状结构内填满填充吸能材料，或用加强板进行加强，在汽车前碰撞中，该段不发生明显变形。

因而，使用该前纵梁结构的汽车在不同的碰撞强度下，前纵梁的碰撞变形吸能情况不同，在碰撞强度较小（等效碰撞速度较低，小于大约25km/h）的情况下，只是纵梁第一段发生碰撞变形，第二、三、四段不发生变形。在碰撞强度较大（等效碰撞速度较高，大于大约30km/h）的情况下，纵梁第一段发生碰撞变形，然后纵梁第三段的填充材料发生破坏，使第三段纵梁强度降低，接着发生碰撞变形，降低碰撞加速度，并减小乘员舱的侵入量。

在本发明中，所述填充材料在高温的情况下，可以迅速燃烧（或爆炸）以破坏其原来结构，在碰撞后期减小前纵梁第三段的强度，且该填充材料在破坏原结构之前，与前纵梁第三段的薄壁板紧密结合，其材料特性需要具有很高的强度，燃烧（或爆炸）之后，强度显著降低，因而，该填充材料可为但不局限于可燃可爆合金材料、复合材料。

为保证可燃烧破坏的材料能在碰撞强度较大的情况下顺利破坏填充材料，前纵梁第三段内部空腔内除填充可燃烧破坏的材料外，还装有起爆装置和控制器，可燃填充材料是否发生破坏和开始破坏时刻由传感器和控制器确定；控制器检测到碰撞能量超过设定值时，将在前纵梁第一段即将变形结束时启动起爆装置，使可燃烧的材料瞬间燃烧，可燃材料丧失原有的强度，使纵梁第三段强度下降，这样，在汽车前碰撞时，纵梁第三段在第一段完全压溃变形后继续压溃变形，能增加加速度曲线第一个梯形的加速度值，同时减小第二个梯形的加速度值，使整个加速度曲线更加接近于矩形形状，用于更好地吸收碰撞能量。

在本发明中，应当注意的是：纵梁第一段后端位置应保持在发动机前端面之后20mm至40mm的范围内，且纵梁第二段末端位置应保持在发动机后端面之前20mm至40mm的范围内。

有益效果：本发明工艺简单，安装简便，能主动进行碰撞受力调整，均匀调节受力单元，相互补偿，提高前纵梁的吸能能力，减少车身侵入量，又可以减小汽车前碰撞的加速度，有效提高汽车前碰撞的安全性能。

附图说明

图1为前纵梁结构连接的前端示意图。

图2为自适应汽车碰撞吸能的前纵梁结构的主要结构。

图3为前纵梁第三段和第四段的主要结构示意图。

图中：1a - 纵梁第一段；1b - 纵梁第二段；1c - 纵梁第三段；1d - 纵梁第四段；2 - 前保险杠横梁；3 - 吸能盒；4 - 法兰；5 - 减震塔；6 - 防火墙；7 - 前部地板；8 - 发动机；9 - 控制器(ECU)；10 - 起爆装置；11 - 可燃填充材料。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的前纵梁结构如图1、图2所示，主要包括四段结构：纵梁第一段1a为前纵梁最前段，为碰撞时前纵梁最先发生变形的区域；纵梁第二段1b为不变形区域；纵梁第三段1c为强度可变区域，碰撞时可变形；纵梁第四段1d为不变形区域。

前纵梁结构纵向布置在汽车发动机舱内，前端连接汽车的前保险杠横梁2和吸能盒3，后端延伸到汽车驾驶室下方的前部地板7下，前纵梁结构的侧上方与减震塔5通过点焊方式连接。

纵梁第一段1a前端通过法兰4连接到前保险杠横梁2和吸能盒3，后端连接纵梁第二段1b前端，纵梁第一段1a后端位置在发动机前端面之后约30mm；纵梁第二段1b末端连接纵梁第三段1c前端，纵梁第二段1b末端位置在发动机后端面之前27mm；纵梁第三段1c末端连接纵梁第四段1d前端，纵梁第三段1c末端位置大约在前纵梁的两个弯曲点P1和P2的中间位置（偏近于P1点）；纵梁第四段1d可在前部地板7之下并可延伸至前排座椅的之后。

纵梁第一段1a可开设诱导槽结构，控制其变形模式，使其碰撞时发生轴向压溃变形；纵梁第二段1b增加加强板或填满填充材料做加强处理，安装发动机并避免碰撞时纵梁第二段1b发生明显变形；纵梁第三段1c填充可燃材料进行加强，可燃材料破坏后，该段结构强度降低；纵梁第四段1d增加加强板或填满填充材料做加强处理，碰撞该段不发生明显变形。

纵梁第一段1a在汽车前碰撞时，最先发生变形；纵梁第二段1b通过发动机悬置安装有发动机8，纵梁第二段1b在整个碰撞过程当中不发生变形；纵梁第三段1c采用填充可燃填充材料的方法进行加强，在纵梁第一段1a发生变形时，纵梁第三段1c不发生变形，当纵梁第一段1a全部发生变形后，如果汽车速度还没减为零，纵梁第三段1c填充的可燃填充材料11会发生破坏，使纵梁第三段1c的强度减弱，接着纵梁第三段1c发生碰撞变形；纵梁第四段1d需要做加强处理，避免发生大的变形导致乘员舱侵入量过大。 

在本实施例中，若汽车前纵梁在碰撞时，能在纵梁第一段1a结构变形结束后，破坏纵梁第三段1c的可燃填充材料11，使纵梁第三段1c纵梁强度降低，接着发生碰撞变形。

如果是在碰撞能量较小的情况下件，只是纵梁第一段1a发生碰撞变形，纵梁第三段1c不发生变形。在碰撞能量较大的情况下，纵梁纵梁第一段1a发生碰撞变形，然后纵梁第三段1c的可燃填充材料结构发生破坏，使纵梁第三段1c强度降低，接着发生碰撞变形。

纵梁第三段1c泡沫填充材料或加强板结构是否发生破坏，和开始破坏时刻由传感器和控制器（ECU）9确定。

图3中，纵梁第三段1c内部空腔内填充可燃填充材料11，并装有起爆装置10和控制器（ECU）9；但控制器（ECU）9检测到碰撞能量超过设定值，将在纵梁第一段1a即将变形结束时启动起爆装置10，使可燃填充材料11瞬间燃烧甚至爆炸，可燃填充材料11丧失原有的强度，使纵梁第三段1c强度下降，这样纵梁第三段1c在纵梁第一段1a完全压溃变形后继续压溃变形，吸收碰撞能量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.汽车前纵梁结构，包括前纵梁以及与前纵梁相连的可破坏性填充材料，其特征在于，所述前纵梁纵向布置在汽车发动机舱内，前端连接汽车的前保险杠横梁和吸能盒，后端延伸到汽车驾驶室下方的地板下，主要包括四段结构：第一段为纵梁最前段，为碰撞时纵梁最先发生变形的区域；第二段为不变形区域；第三段为强度可变区域，碰撞时可变形；第四段为不变形区域；纵梁各段均采用薄壁金属、合金或复合材料制成，通过激光拼焊接或通过相互材料的重叠搭接和点焊的方式连接成为一个整体，为闭合空腔薄壁材料结构，并在闭合空腔结构中选择性填充可破坏性填充材料。

2.根据权利要求1所述的汽车前纵梁结构，其特征在于，可破坏性填充材料其填充方案为：

前纵梁第一段，通常为空心管状结构，也可在其中填充吸能材料；

前纵梁第二段，空心管状结构中间填充吸能材料，或用加强板进行加强；

前纵梁第三段，空心管状结构内填满填充可燃材料；

前纵梁第四段，空心管状结构内填满填充吸能材料，或用加强板进行加强。

3.根据权利要求1所述的汽车前纵梁结构，其特征在于，所述纵梁各段也可以使用不同厚度、不同强度的板材冲压成形，再焊接而成闭合空腔结构。

4.根据权利要求1所述的汽车前纵梁结构，其特征在于，前纵梁第三段内部空腔内装有起爆装置和控制器。

5.根据权利要求1所述的汽车前纵梁结构，其特征在于，纵梁第一段后端位置应保持在发动机前端面之后20mm至40mm的范围内，且纵梁第二段末端位置应保持在发动机后端面之前20mm至40mm的范围内。

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