CN104776967B - 一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置及试验方法，包括试验驱动小车，试验驱动小车前端焊接固定有碰撞板，前纵梁总成通过前纵梁安装板安装在碰撞板上，纵梁前端约束板固定在前纵梁总成的前端面，前纵梁总成包括左右两个部分，左右两个部分关于试验驱动小车纵向中平面对称布置；试验时驱动试验小车以一定速度撞击前方壁障，通过设定在试验驱动小车和前方刚性壁障上的传感器采集动态数据实现对前纵梁总成的冲击抗弯能力检测。本装置和方法在满足前纵梁总成冲击试验可靠性的前提下，低成本实现前纵梁总成抗弯能力检测，应对当前正面碰撞法规及国内外NCAP标准对减小汽车防火墙侵入量，保障乘员生存空间和降低乘员损伤所提出日趋严峻的挑战。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车安全的试验装置，具体涉及前纵梁总成冲击抗弯的试验结构及其试验方法。
背景技术
随着城乡居民汽车保有量的迅猛增长，道路交通事故已经在全世界范围内成为威胁人类生命的严重公害。据WHO分析预测：到2020年，道路交通事故将成为世界上仅次于心血管疾病和忧郁症的第三大人身威胁，为此，世界各发达国都对汽车碰撞安全性做出了强制性要求，建立了各自的法规体系，并先后实施了新车评估体系（NCAP：New CarAssessment Program），旨在进一步促进汽车碰撞安全性的提高。
相关统计资料表明，前部碰撞造成的人员伤亡占主导。当前，前部碰撞试验法规和标准主要分为两大类-100%重叠刚性墙碰撞（简称“正碰”）和40%重叠可变形壁障碰撞（简称“偏置碰”）。当前，最为严格的正碰试验是美国US-NCAP，碰撞速度不低于56km/h；最为严格的偏置碰试验是Euro-NCAP和美国的IIHS，碰撞速度均不低于64km/h。2012版C-NCAP正碰试验速度不低于50km/h，偏置碰试验速度不低于64km/h。
相对于正碰，偏置碰试验偏重于车身结构考核，由于车辆前端主要只有一侧参与抵御碰撞冲击，并吸收能量，因此，车身前结构、前纵梁后部变形往往很大，造成汽车防火墙侵入量过大，挤压有限的乘员生存空间，从而危及乘员人身安全。
汽车前纵梁总成的后部结构抗弯能力直接影响整车在遭受前方碰撞冲击时引起的防火墙侵入量，从而影响乘员舱的结构完整性，进而关系乘员的碰撞生存空间。加之，汽车前纵梁通常为汽车承载负荷的主要部件，其基本特征是为汽车发动机舱和乘员舱零部件提供装配位置，为满足汽车在复杂路面行驶时各种载荷对前纵梁的影响提供足够的强度和适当的刚度，因此，能够在设计和制造过程中，充分了解和掌握前纵梁总成在各种复杂情况下的受力和变形特征，对汽车前纵梁结构的设计和制造具有重要的意义。
目前，国内汽车前纵梁总成的抗弯能力和变形分析还处于经验借鉴和计算CAE简单分析阶段。一般地，由于汽车前纵梁总成结构为空间“Z”字型，局部特征多式多样，汽车的受力状况极其复杂，不经过实际模拟实验，仅利用传统的经验公式和简化的CAE模型分析难以得到更为符合前纵梁在实际前碰工况中的各种抗弯能力数据。
公告号为CN 201310094768.5的中国专利公开了一种用于偏置碰撞试验的纵梁结构，纵梁为矩形截面方管，纵梁的两端各紧固连接一个纵梁接头，纵梁接头也为矩形截面的方管，纵梁通过其端部与纵梁端部连接；纵梁接头的纵向中心线与纵梁的中心线相交并形成一个小于180°的夹角。借助上述方法，使前纵梁前端在试验过程受到一个弯矩，模拟整车正面偏置碰撞中纵梁的表现，以验证整车正面偏置碰撞的安全性能。此法一定程度上可以替代目前的用整车进行正面偏置碰的试验方法，但因为纵梁接头的纵向中心线与纵向的中线夹角小于180°，此夹角具体如何来定并无切实解决方案，因此，不能用于汽车前纵梁总成“Z”字型结构的抗弯能力物理试。
公告号为CN 201320126354.1 的中国专利公开了一种汽车前纵梁碰撞冲击试验装置，包括试验驱动车，设置在试验驱动车上的配重块，该试验驱动车的一端固定有安装前纵梁的前纵梁安装板；其中：所述前纵梁安装板的面板纵向方向上设置有两条纵向调整U型滑槽，穿过纵向调整U型滑槽的螺栓将前纵梁安装板固定在试验驱动车的端部；所述前纵梁安装板的面板横向方向上设置有两条横向调整U型滑槽，在横向调整U型滑槽上通过螺栓固定有吸能装置。此类试验装置适用于前端保险杠、吸能盒和“直”的纵梁前部结构组成的子系统，但是，对于汽车前纵梁总成空间“Z”字型结构，则由于冲击试验装置的可靠性问题：结构遭受来自正前方的碰撞冲击载荷时，前纵梁后端部与前纵梁安装板焊接位置将萌生裂纹，产生张开型（I型）断裂失效，从而导致试验失败。因此，将不再适用。
公告号为CN 201110149200.X 的中国专利提出了一种重型汽车边梁式车架总成弯曲试验方法。该法将被测试车架固定在试验台上，模拟被测试车架的各种受力情况，检测被测试车架的受力和形变情况，并根据在规定加载次数内被测试车架是否破损判定被测试车架弯曲试验是否合格。此法适于重型汽车承载时在重力方向上的抗弯特性，但不能用于检测汽车的前纵梁总成抵御前方碰撞冲击时的抗弯能力。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构合理，制作方便的汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置。在满足前纵梁总成冲击试验可靠性的前提下，低成本实现前纵梁总成抗弯能力检测，应对当前正面碰撞法规及国内外NCAP标准对减小汽车防火墙侵入量，保障乘员生存空间和降低乘员损伤所提出日趋严峻的挑战。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，包括试验驱动小车、碰撞板、前纵梁安装板、前纵梁总成、纵梁前端约束板和传感器，试验驱动小车前端焊接固定有碰撞板，前纵梁总成通过前纵梁安装板安装在碰撞板上，纵梁前端约束板固定在前纵梁总成的前端面，其特征在于：
前纵梁总成包括左右两个部分，左右两个部分关于试验驱动小车纵向中平面对称布置，左侧部分是以装车状态前纵梁纵向中心线为轴，遵照右手法则旋转90°，右侧部分是以装车状态前纵梁纵向中心线为轴，逆向旋转90°；
传感器设置在试验驱动小车和纵梁前端约束板对应的前方刚性壁障上。
前纵梁总成通过前纵梁安装板安装在碰撞板上的方式为：碰撞板上布置有多个圆角矩形通孔，前纵梁安装板布置有螺栓安装孔，螺栓穿过螺栓安装孔和圆角矩形通孔后将前纵梁总成固定在碰撞板上。
所述前纵梁总成左右两个部分完全相同。
碰撞板上位于前纵梁安装板的外侧布置有吸能筒安装板，吸能筒安装板上焊接固定有吸能筒。
吸能筒安装板上布置有螺栓安装孔，吸能筒安装板通过螺栓与碰撞板装配连接。
所述试验驱动小车的左右边梁上相对试验驱动小车纵向中平面对称布置有配重板安装孔，配重板安装孔上固定有配重板。
本发明的另一个目的是提供一种上述试验装置的试验方法，其技术方案为采用上述试验装置，驱动试验驱动小车以特定的速度撞击正前方的刚性壁障，布置在试验驱动小车和前方刚性壁障上的传感器采集系统动态数据实现前纵梁总成的冲击抗弯能力检测。
本发明具有的积极效果：本发明所述的试验装置具有稳定的撞击惯性力，等效的惯性载荷，能实现稳定可靠地检测前纵梁总成承受前方碰撞冲击时的抗弯能力；试验方法能保证结构冲击惯性力稳定，实现物理等效的惯性载荷，确保试验可靠性和稳定性。有效节省项目资源，低成本实现前纵梁结构开发验证工作，缩短整车项目技术开发周期，为主机厂提供了一种对整车前部碰撞安全性能做出有效预测的方法。
附图说明
图1是传统纵梁试验结构布置示意图；
图2 为本发明汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置结构示意图；
图3为本发明汽车前纵梁总成安装几何位置调整示意图；
图4为本发明碰撞板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，传统前纵梁试验结构装置包括试验驱动小车8、试验驱动小车8的前端固定有前纵梁安装板4，前纵梁安装板4上焊接固定前纵梁总成3，前纵梁总成3的前端为纵梁前端约束板，传统前纵梁试验结构装置的特点为：汽车前纵梁总成3以装车状态呈空间“Z”字型布置在纵向平面内。该结构存在可靠性问题：前纵梁总成3在试验驱动小车8的驱动作用下，以一定的速度Ｖ撞击正前方刚性壁障１，前纵梁总成3后端部与前纵梁安装板4焊接位置将萌生裂纹并迅速扩展，产生张开型（I型）断裂失效，从而导致试验失败。
如图2-4所示，为本发明所述的汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，包括刚性壁障1，前纵梁总成3，碰撞板7，试验驱动小车8，配重板9；其中：所述前纵梁总成3前端面对称焊接在纵梁前端约束板2上，其后端部通过前纵梁安装板4上的内六角螺栓孔12，对称安装在碰撞板7的圆角矩形通孔11位置，碰撞板7焊接在试验驱动小车8前方。前纵梁总成3在试验驱动小车8的驱动作用下以特定的速度撞击正前方的刚性壁障1。此方案通过布置在试验驱动小车8和前方刚性壁障1上的传感器采集到的动态特性数据，实现检测前纵梁总成3承受前方冲击抗弯能力之目的。特别地，方案所述前纵梁总成3分左右两个部分，并且关于试验驱动小车8纵向中心线对称布置；左侧部分是以装车状态前纵梁纵向中心线为轴，遵照右手法则旋转90°；右侧部分是以装车状态前纵梁纵向中心线为轴，逆向旋转90°。前纵梁总成的截面可以采用传统的帽形结构、四边形结构或者多边形结构等。配重板9通过预留在试验驱动小车8上的配重板安装孔10与试验小车8装配在一起，试验驱动小车8的前端焊接固连着碰撞板7，所述碰撞板7上制作有17列纵向均匀布置的圆角矩形通孔11。圆角矩形通孔11的列间距为90mm，行间距为95mm。
在该实施例的具体试验操作中，汽车前纵梁总成的安装分三步：一）首先，根据前纵梁总成3的实际几何尺寸，选择关于试验驱动小车8纵向中平面对称布置的四列圆角矩形通孔11用以确定左右两部分前纵梁分总成的横向位置；二）然后，根据M1类车目标车纵梁与实车重心空间几何相对位置，在第一步中所述的四列圆角矩形通孔11中选定12只，用以进一步确定前纵梁安装板4与碰撞板7的纵向相对位置；三）最后，通过上下微调内六角螺栓在碰撞板7上圆角矩形通孔11内的位置，纵向调节前纵梁安装板4中纵面与试验驱动小车8的重心平面之间的距离，以实现等效试验纵梁总成与实际车辆重心平面的几何相对位置关系，达到能够保证该试验装置与前纵梁总成3正前方刚性壁障1碰撞时的受力矢量方向与实车试验时的惯性力方向一致，使得试验装置能够再现等效的惯性载荷，同时为前纵梁总成提供稳定的撞击惯性力，从而确保试验的可靠性和稳定性。
上述实施例中，优选地：所述碰撞板7尺寸为：长度：1500mm，宽度：440mm，厚度：20mm。所述碰撞板7上布置的圆角矩形通孔11半径为10mm，长度为40mm。在该实施例中，通过上下调整前纵梁安装板4的安装内六角螺栓在圆角矩形通孔11内的位置，能有效保证试验前纵梁总成3的安装位置与实车装配位置物理等效，并根据不同试验条件配置不同长度的前纵梁总成3。
该实施例中，前纵梁安装板4的外侧，布置有吸能筒安装板6用以焊接固连吸能筒5，所述吸能筒安装板6上对称布置有6个直径为20mm的内六角螺栓安装孔12，吸能筒安装板通过M16的内六角螺栓与碰撞板7装配连接。
所述吸能筒安装板6尺寸均为：长度：230mm，宽度：220mm，厚度：10mm。吸能筒5是由壁厚为1.6mm，内径为76mm，长度为200mm的不锈钢（材料：0Cr18Ni9）圆筒制作而成，通过吸能筒5吸收前纵梁总成3在碰撞过程中完成折弯变形后的剩余能量，能有效避免因系统碰撞冲击能量过大导致试验驱动小车受损，保障设备运行和使用安全。
在该实施例中，试验驱动小车8主体框架由方管和槽钢焊接而成，左右边梁上相对驱动小车纵向中平面对称布置共计有10个直径为20mm的配重板安装孔10（孔间距：300mm），以便按照试验的实际情况实时调整小车的重心位置与前纵梁总成前段轴心线的相对位置，保障试验在物理意义上的等效。
为确保试验数据的可信度，达到试验负载与实车碰撞条件下的负载物理等效。上述实施例中，优选地：所述试验驱动小车8的质量为950±20kg；试验驱动小车8和碰撞板7的质量总和为1100±20kg；配重板9根据实际试验情况制作和安装，确保试验驱动小车8、碰撞板7和配重板9组成的系统质心位置和质量达到试验要求。
所述纵梁前端约束板2尺寸为：长度：500mm，宽度：500mm，厚度为：10mm。
前纵梁安装板4和碰撞板的厚度为20mm，吸能筒安装板的厚度为10mm，可以进一步增大板厚，减小冲击形变，确保试验的可靠性。
综上所述，本发明具有稳定的撞击惯性力，等效的惯性载荷，能实现稳定可靠地检测前纵梁总成承受前方碰撞冲击时的抗弯能力。
该试验方法能保证结构冲击惯性力稳定，实现物理等效的惯性载荷，确保试验可靠性和稳定性。有效节省项目资源，低成本实现前纵梁结构开发验证工作，缩短整车项目技术开发周期，为主机厂提供了一种对整车前部碰撞安全性能做出有效预测的方法。
以上实施例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，而不是以任何方式限制本发明的范围，在不脱离本发明范围的前提下，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范围内。
Claims (7)
1.一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，包括试验驱动小车、碰撞板、前纵梁安装板、前纵梁总成、纵梁前端约束板和传感器，试验驱动小车前端焊接固定有碰撞板，前纵梁总成通过前纵梁安装板安装在碰撞板上，纵梁前端约束板固定在前纵梁总成的前端面，传感器设置在试验驱动小车和纵梁前端约束板对应的前方刚性壁障上，其特征在于：
前纵梁总成包括左右两个部分，左右两个部分关于试验驱动小车纵向中平面对称布置，左侧部分是以装车状态前纵梁纵向中心线为轴，遵照右手法则旋转90°，右侧部分是以装车状态前纵梁纵向中心线为轴，逆向旋转90°。
2.如权利要求1所述的一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，其特征在于，前纵梁总成通过前纵梁安装板安装在碰撞板上的方式为：碰撞板上布置有多个圆角矩形通孔，前纵梁安装板布置有螺栓安装孔，螺栓穿过螺栓安装孔和圆角矩形通孔后将前纵梁总成固定在碰撞板上。
3.如权利要求1所述的一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，其特征在于，所述前纵梁总成左右两个部分完全相同。
4.如权利要求1所述的一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，其特征在于,碰撞板上位于前纵梁安装板的外侧布置有吸能筒安装板，吸能筒安装板上焊接固定有吸能筒。
5.如权利要求4所述的一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，其特征在于，吸能筒安装板上布置有螺栓安装孔，吸能筒安装板通过螺栓与碰撞板装配连接。
6.如权利要求1所述的一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验装置，其特征在于,所述试验驱动小车的左右边梁上相对试验驱动小车纵向中平面对称布置有配重板安装孔，配重板安装孔上固定有配重板。
7.一种汽车前纵梁总成冲击抗弯试验方法，其特征在于，采用权利要求1所述的试验装置，驱动试验驱动小车以特定的速度撞击正前方的刚性壁障，布置在试验驱动小车和前方刚性壁障上的传感器采集系统动态数据实现前纵梁总成的冲击抗弯能力检测。
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