CN103625555A - 一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，包括前纵梁外板、前纵梁内板、“十”字型碳纤维加强结构，其中前纵梁外板和前纵梁内板在翻边处通过点焊连接，“十”字型碳纤维结构与前纵梁外板、前纵梁内板通过粘胶连接。本发明的一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，充分利用高强钢材料的前纵梁外板、前纵梁内板和碳纤维材料的“十”字型结构的力学特性，使得在汽车发生碰撞时，前纵梁具备更高的吸能效果和良好的压溃模式。

Description

一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构
技术领域
本发明涉及汽车制造中的前纵梁设计技术领域，具体涉及一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构。
背景技术
前纵梁的设计对汽车碰撞安全至关重要。在汽车碰撞过程，所有车身部件中前纵梁吸收的碰撞能量最多，而且其吸能特性和变形模式决定了碰撞过程中的加速度响应和力的传递路径，因此前纵梁的设计是各大汽车生产厂商在车身安全和轻量化设计方面的重要环节。高强度钢由于屈服强度高，比吸能较大等特点，在传统的汽车前纵梁设计中，广泛采用。但是仅依靠高强钢板作为材料，来抵抗碰撞过程中的碰撞力，难以形成良好的压溃模式，从而难以进行有效的设计。根据碰撞试验统计结果和设计经验，若前纵梁板设计太薄，则溃缩模式不理想，若设计太厚又容易使得前纵梁在碰撞过程中发生弯折现象。传统的基于单一高强钢材质的前纵梁设计，无法满意地协调在碰撞安全设计过程中高吸能、低碰撞加速度峰值和良好的压溃模式三方面之间的矛盾。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，旨在实现比目前主流的单一高强钢材质的前纵梁结构具备更高的吸能效果、更低乘员碰撞加速度峰值和良好的压溃模式，解决前纵梁设计过程中的难题，达到三方面指标的平衡。
概况来说，本发明的技术方案从材料的选择和搭配角度看，选取比吸能大的碳纤维和高强钢材料作为前纵梁设计的材料，从压溃模式的角度看，由于碳纤维的高比吸能特点，高强钢可以适当减少厚度，使得压溃波长减短，从而得到更好的压溃模式。从装配方式上看，首先把前纵梁内外板和碳纤维用结构胶粘接，然后把前纵梁外板和前纵梁内板用点焊连接，粘胶和点焊交叉进行。从吸能角度看，碳纤维的高比吸能可以让前纵梁吸收更多的碰撞能量。
解决上述技术问题采取的技术构思为，本发明通过合理选择高强钢、碳纤维材料，充分结合两种材料在碰撞时能量吸收、变形模式方面的特性，采用将高强钢作为前纵梁内外板材料、将“十”字型碳纤维结构做加强板的结构，运用粘胶、点焊交叉分布的连接方式，具体是将前纵梁外板和前纵梁内板在翻边处通过点焊连接，“十”字型碳纤维结构与前纵梁外板、前纵梁内板通过粘胶连接，使得前纵梁结构具备更高的吸能效果、良好的压溃模式，进而获得更低乘员碰撞加速度峰值。
根据本发明的一个方面，一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，包括前纵梁内板、前纵梁外板和“十”字型碳纤维结构；其中所述前纵梁内板、前纵梁外板均采用高强钢材料，两者在翻边处通过点焊连接从而装配形成中部空腔体；所述“十”字型碳纤维结构装配在上述中部空腔体内，其上下边缘被夹在上述前纵梁外板的翻边和前纵梁内板的翻边之间，其中前纵梁外板和前纵梁内板在翻边处通过点焊连接，所述“十”字型碳纤维结构与前纵梁外板、前纵梁内板通过粘胶连接。
根据本发明的另一个方面，所述前纵梁内板在翻边处冲压有用于粘胶的粘胶凹槽和用于焊接的焊接凸台，所述粘胶凹槽和焊接凸台交叉分布，以便于在粘胶凹槽区域与“十”字型碳纤维结构进行粘胶连接，在焊接凸台区域与所述前纵梁外板进行点焊连接。
根据本发明的另一个方面，所述的前纵梁外板在翻边处冲压出与所述前纵梁内板翻边上的粘胶凹槽、焊接凸台分别相对应的粘胶凹槽和焊接凸台，使得所述前纵梁外板的粘胶凹槽和焊接凸台同样呈交叉分布。
根据本发明的另一个方面，所述“十”字型碳纤维结构的上下边缘开口呈对称分布，其在与焊接凸台相对应位置开有点焊区域，以便于前纵梁内板、前纵梁外板进行点焊，而其左右边缘未直接与前纵梁内板、前纵梁外板连接，所述“十”字型碳纤维结构的上下边缘的粘胶区域为双面粘胶，分别与前纵梁内板、前纵梁外板粘胶连接，所述点焊区域和粘胶区域在所述“十”字型碳纤维结构的上下边缘间隔分布。
采用本发明的技术方案所带来的技术效果是：该前纵梁结构采用高强钢和碳纤维等具有优良力学性能的材料，以高强钢材料做前纵梁内外板，以高吸能比的碳纤维作为加强结构，通过合理的装配方式，很好的协调压溃碰撞模式、高吸能和最小碰撞加速度峰值三者之间的矛盾，使汽车具备更好地碰撞安全性能；使用轻质材料，使得前纵梁结构质量相比单一普通高强钢结构有所下降，有利于白车身轻量化和降低油耗。
附图说明
现在将描述如本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：
图1是电动汽车外形及前纵梁位置图；
图2是前纵梁的爆炸图；
图3是前纵梁内板结构示意图；
图4是碳纤维加强板结构示意图；
图5是前纵梁粘胶和点焊交叉分布俯视示意图；
图6是前纵梁外板结构示意图
图7是前纵梁的装配图。
其中：
1-1表示前纵梁的位置；2-1表示前纵梁内板，2-2表示“十”字型碳纤维结构，2-3表示前纵梁外板；3-1表示粘胶凹槽，3-2表示焊接凸台；4-1表示粘胶处，4-2表示焊接口；5-1表示点焊区，5-2表示粘胶区，5-3是前纵梁内板，5-4是碳纤维结构，5-5是前纵梁外板；6-1表示粘胶凹槽，6-2表示焊接凸台
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
本发明所述前纵梁吸能结构适用于汽车前纵梁设计，前纵梁装配位置见图1。
如图2所示是前纵梁的爆炸图，本发明的一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构包括前纵梁内板2-1、“十”字型碳纤维结构2-2、前纵梁外板2-3；前纵梁内板2-1、前纵梁外板2-3均采用高强钢设计，两者在翻边处通过点焊连接从而装配形成中部空腔体；“十”字型碳纤维结构2-2为十字形交叉碳纤维板结构，装配在上述中部空腔体内，其在实际装配过程中通过粘胶与前纵梁内板2-1、前纵梁外板2-3连接，被夹在前纵梁内板2-1和前纵梁外板2-3之间，其中前纵梁外板2-3和前纵梁内板2-1在翻边处通过点焊连接，所述“十”字型碳纤维结构2-2与前纵梁外板2-3、前纵梁内板2-1通过粘胶连接。
如图3所示是前纵梁内板结构示意图，其中前纵梁内板2-1翻边区域冲压出粘胶凹槽3-1和焊接凸台3-2，以便于在粘胶凹槽3-1区域与“十”字型碳纤维结构2-2进行粘胶连接，在焊接凸台3-2区域与前纵梁外板进行点焊连接。
如图4所示是碳纤维加强板结构示意图，“十”字型碳纤维加强结构2-2通过粘胶连接，镶嵌在前纵梁内板2-1和前纵梁外板2-3之间；其上下两边边缘开口呈对称分布；图中4-1为粘胶区域，其位置对应前纵梁外板粘胶凹槽3-1区域和前纵梁内板粘胶凹槽6-1区域；图中4-2为点焊区域，前纵梁内板焊接凸台3-2和前纵梁外板焊接凸台6-2在此开口的点焊区域进行点焊连接。点焊区域4-2和粘胶区域4-1在“十”字型碳纤维结构的上下边缘间隔分布。
如图5所示是前纵梁粘胶和点焊交叉分布俯视示意图，前纵梁内板5-3（2-1）、前纵梁外板5-5（2-3）分别与碳纤维结构5-4（2-2）进行粘胶，前纵梁内板5-3与前纵梁外板5-5进行点焊，粘胶和点焊交叉分布；粘胶为斜线区域用5-2指示，点焊区域用5-1指示。
如图6所示是前纵梁外板结构示意图，前纵梁外板2-3在翻边区域冲压出来的粘胶凹槽6-1和焊接凸台6-2的位置与前纵梁内板2-1相应的粘胶、点焊位置一一对应。通过上述安装过程从而装配出本发明的前纵梁结构，如图7所示。
本发明所述的前纵梁结构装配简单，主要采用粘胶和点焊，装配成本较低。首先把前纵梁内外板和碳纤维用结构胶粘接，然后将前纵梁外板和前纵梁内板用点焊相连,完成前纵梁的装配。前纵梁外板、内板由具有良好塑性的高强钢冲压而成，容易冲压出形状复杂的前纵梁内板、外板，但是采用单一高强钢材料的前纵梁在碰撞过程中压溃模式不够好，比吸能较小。配合具有高吸能比的碳纤维“十”字型结构作为加强结构，使得前纵梁结构相比采用单一高强钢材料的前纵梁质量更轻，在汽车碰撞过程中具备更好的吸能效果。

Claims (4)

1.一种基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，包括前纵梁内板（2-1）、前纵梁外板（2-3）和“十”字型碳纤维结构（2-2）；其中所述前纵梁内板（2-1）、前纵梁外板（2-3）均采用高强钢材料，两者在翻边处通过点焊连接从而装配形成中部空腔体；所述“十”字型碳纤维结构（2-2）装配在上述中部空腔体内，其上下边缘被夹在上述前纵梁外板（2-3）的翻边和前纵梁内板（2-1）的翻边之间，其中前纵梁外板（2-3）和前纵梁内板（2-1）在翻边处通过点焊连接，所述“十”字型碳纤维结构（2-2）与前纵梁外板（2-3）、前纵梁内板（2-1）通过粘胶连接。
2.如权利要求1所述的基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，其特征在于：所述前纵梁内板（2-1）在翻边处冲压有用于粘胶的粘胶凹槽（3-1）和用于焊接的焊接凸台（3-2），所述粘胶凹槽（3-1）和焊接凸台（3-2）交叉分布，以便于在粘胶凹槽（3-1）区域与“十”字型碳纤维结构（2-2）进行粘胶连接，在焊接凸台（3-2）区域与所述前纵梁外板（2-3）进行点焊连接。
3.如权利要求1或2所述的基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，其特征在于：所述的前纵梁外板（2-3）在翻边处冲压出与所述前纵梁内板（2-1）翻边上的粘胶凹槽（3-1）、焊接凸台（3-2）分别相对应的粘胶凹槽（6-1）和焊接凸台（6-2），使得所述前纵梁外板（2-3）的粘胶凹槽（6-1）和焊接凸台（6-2）同样呈交叉分布。
4.如权利要求3所述的基于内嵌碳纤维的高强钢汽车前纵梁吸能结构，其特征在于：所述“十”字型碳纤维结构（2-2）的上下边缘开口呈对称分布，其在与焊接凸台（3-2、6-2）相对应位置开有点焊区域（4-2），以便于前纵梁内板（2-1）、前纵梁外板（2-3）进行点焊，而其左右边缘未直接与前纵梁内板（2-1）、前纵梁外板（2-3）连接，所述“十”字型碳纤维结构（2-2）的上下边缘的粘胶区域（4-1）为双面粘胶，分别与前纵梁内板（2-1）、前纵梁外板（2-3）粘胶连接，所述点焊区域（4-2）和粘胶区域（4-1）在所述“十”字型碳纤维结构（2-2）的上下边缘间隔分布。
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