CN105539335A - 一种带有吸能结构的车架 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种带有吸能结构的车架，该吸能结构车架包括具有吸能结构的车头、顶架和底座，所述车头包括第一吸能区、第二吸能区和第三吸能区，所述第一吸能区、所述第二吸能区和所述第三吸能区设置在所述底座的前端，所述第一吸能区与所述顶架连接，所述第二吸能区、所述第三吸能区与所述底座连接，所述第一吸能区、第二吸能区和第三吸能区相互配接形成具有高度差且交错的塔状结构并且它们递进吸能。车辆在发生正面碰撞时，通过整个吸能区域的溃缩变形，吸收碰撞能量，减小了驾驶室变形，保证了乘员生存空间，从而提高了整车的碰撞安全性。

Description

一种带有吸能结构的车架

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种带有吸能结构的车架。

背景技术

传统的汽车采用钢结构车身骨架是通过对钢材冲压成型，然后进行焊接总成，得到用于承载汽车车身的骨架结构。但是传统的钢结构车身骨架由于采用钢材，自身重量较重，影响了整车整备质量，燃油消耗大，同时冲压成型工艺对模具有极高的要求，从而增加了生产成本；另一方面，焊接后焊缝附近的机械性能下降比较严重，导致车身骨架刚度不足，驾驶舱刚度不足，在碰撞时不能保证车内人身安全。

当前，节能环保与发展低碳经济已成为全球的主旋律。而在汽车领域，除了改进动力系统和使用清洁能源，汽车的轻量化是节约能源与降低CO2排放量较有效、较易实施的方法，而要减轻汽车重量就需要使用合适的轻质材料来代替常用的笨重的钢铁材料，在众多材料中，铝及铝合金型材具有质量轻、成型性优、强度高、耐腐蚀等优势，使铝型材在汽车领域能广泛应用。

目前，国内法规在汽车碰撞领域对防撞梁提出要求，故国内汽车通常不设置防撞梁结构，但是由于缺乏防撞梁，在汽车遇到正面碰撞时，很难保证车内人员，尤其是驾驶员及前排乘坐人员的安全。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种带有吸能结构的车架，在车辆遇到正面碰撞时可以最大限度地吸能，显著提高了汽车车身的强度，提高了车内人员的安全系数。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种带有吸能结构的车架，包括具有吸能结构的车头、顶架和底座，所述车头包括第一吸能区、第二吸能区和第三吸能区，所述第一吸能区、所述第二吸能区和所述第三吸能区设置在所述底座的前端，所述第一吸能区与所述顶架连接，所述第二吸能区、所述第三吸能区与所述底座连接，所述第一吸能区、第二吸能区和第三吸能区相互配接形成具有高度差且交错的塔状结构并且它们递进吸能。

优选地，所述第一吸能区包括第一前防撞梁，所述第一防撞梁通过沿X轴方向的安装梁连接到所述顶架上。

优选地，所述第二吸能区包括第二前防撞梁所述第二前防撞梁与吸能盒连接，所述吸能盒与连接在所述底座上的所述三角接头连接。

优选地，所述第三吸能区包括第三前防撞梁、吸能盒和前防撞梁安装板，所述第三防撞梁与所述吸能盒连接，所述吸能盒与所述前防撞梁安装板连接，所述前防撞梁安装板与所述底座连接。

本发明技术方案的优点主要体现在：

1、车辆在发生正面碰撞时，通过整个吸能区域的溃缩变形，吸收碰撞能量，减小了驾驶室变形，保证了乘员生存空间，从而提高了整车的碰撞安全性。

2、本发明结构简单，本发明的A柱及顶盖侧边梁集成了多个零件的功用于一身，且铝型材基础模具开发成本低，周期短。

3、自然环境中的铝合金材料，由于在其表面能形成一层致密的氧化膜，该氧化膜能够阻止氧气及其它气体、液体的侵入而侵蚀，一旦该氧化膜被损坏，在大多数环境中它能够较快地进行自我修复，即优异的自防腐性能。

4、铝的密度远低于钢，强度高于钢，在满足车身要求的前提下，铝车身的重量可以更轻，从而降低整车质量，降低由于车辆在自重上的燃油消耗，实现节能减排，同时降低养车成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明三角接头的结构示意图；

图4是本发明三角接头的结构示意图；

图5是本发明三角接头的结构示意图，

图6是本发明吸能盒的结构示意图；

图7是本发明吸能盒的结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

如图1所示，一种带有吸能结构的车架，包括具有吸能结构的车头1、顶架2和底座3。所述车头1包括第一吸能区11、第二吸能区12和第三吸能区13，所述第一吸能区11设置在所述顶架2的前端；所述第二吸能区12、所述第三吸能区13设置在所述底座3的前端。所述第一吸能区11、所述第二吸能区12和所述第三吸能区13相互配接形成具有高度差且交错的塔状结构并且它们递进吸能。所述第一吸能区11与所述第二吸能区12分别通过支撑柱4固接，所述第二吸能区12与第三吸能区13分别通过支撑柱5固接。

在实际使用过程中，如果汽车发生碰撞，首先由第二吸能区、第三吸能区中的前防撞梁吸收撞击能量，前防撞梁变形后，再把能量传递到吸能盒，吸能盒通过溃缩变形，大幅度吸收撞击能量；接着再由第一吸能区继续吸收能量，它的作用是阻止在碰撞过程中，发动机侵入乘员舱。该吸能盒的设置在很大程度上减小了驾驶室变形，保证了乘员生存空间，从而提高整车碰撞安全性。

所述第一吸能区11包括第一前防撞梁111，所述第一防撞梁111通过沿X轴方向的安装梁112连接到所述顶架2上，车架的前纵梁设置在所述顶架2上。优选的，所述第一防撞梁111的后表面的左、右两侧分别通过沿X轴方向的安装梁112与车架的前纵梁连接，所述第一防撞梁111与安装梁之间有多种连接方式，例如：螺接、CO2保护焊焊接、固接，在本实施例中优选为所述第一防撞梁与安装梁通过CO2保护焊焊接连接。

所述第二吸能区12包括第二前防撞梁121，所述第二前防撞梁121与吸能盒122连接，所述吸能盒122与连接在所述底座3上的三角接头31连接。优选的，所述第二前防撞梁121的后表面的左、右两侧分别连接吸能盒122。所述第二防撞梁与吸能盒之间有多种连接方式，例如：螺接、CO2保护焊焊接、固接，在本实施例中优选为所述第二前防撞梁121与吸能盒122之间通过CO2保护焊焊接；所述三角接头31设置在所述底座3上，两个所述吸能盒的后表面分别与三角接头连接。所述三角接头包括两个对称设置的三叉型的连接片，两个连接片之间通过螺栓固定连接，两个连接片相向的内表面上设有筋，每个连接片的三叉上分别设有与前纵梁、上支撑梁和下支撑梁连接角度对应的向外开口槽，槽口上设有多个连接孔，槽口内分别套接于前纵梁、上支撑梁和下支撑梁的连接端的外表面，具体安装和位置、连接关系如专利2012200549077所述，在此不再赘述。所述三角接头的设计用于将车身驾驶舱与车头吸能区进行连接，避免了焊接给铝合金汽车车身性能带来的不利影响，保证了驾驶舱的刚度。在车辆发生碰撞时，由于该连接装置自身具有足够的刚度，将车身溃缩变形控制在此连接装置之前的吸能区，防止驾驶舱变形，进一步保证车内驾乘人员的安全，且该连接装置采用分体式的铸造形式，降低了单个零件的成型难度，便于加工的同时也使整体的制造成本大幅下降。

所述第三吸能区13包括第三前防撞梁131、吸能盒132和前防撞梁安装板133，所述第三防撞梁131与所述吸能盒132有多种连接方式，例如：螺接、CO2保护焊焊接、固接，在本实施例中优选为所述第三防撞梁与吸能盒之间通过CO2保护焊焊接。所述吸能盒132与所述前防撞梁安装板133连接，所述前防撞梁安装板133与所述底座3连接，优选的，所述第三防撞梁131的后表面的左、右两侧分别连接吸能盒132，两个所述吸能盒的后表面分别与一个前防撞梁安装板133的前表面连接。两个所述前防撞梁安装板33的后表面分别与两个前纵梁的前端连接，在本实施例中，所述前防撞梁安装板的后表面通过螺接的方式固定于车辆的前纵梁上。

所述吸能盒122包括吸能盒上板123和吸能盒下板124，所述吸能盒上板和所述吸能盒下板通过焊接连接，所述吸能盒上板设置有至少一个的第一压溃筋125，在本实施例中，所述吸能盒上板设置有二个第一压溃筋；所述吸能盒下板设置有至少一个的第二压溃筋126，在本实施例中，所述吸能盒下板设置有二个第二压溃筋。所述第一压溃筋的位置与所述第二压溃筋的位置匹配对应，所述压溃筋的深度为3-6mm，长度为8-16mm。该压缩筋的设计使得在汽车在遇到强烈碰撞时，能够显著吸收能量且有效降低车身碰撞加速度，进而减小乘员各部位的伤害值，所述压溃筋设置于所述吸能盒的横向和/或纵向方向上。

汽车的前防撞梁是汽车的重要部件，其必须具有一定的强度、韧性、刚度，还要具有一定的塑性，使汽车在受到撞击时具有缓冲能力，使人和车少受损失，起到防护作用。在本实施例中，所述前防撞梁为一体成型，呈中间平直、两端弯折的长条状，所述前防撞梁采用高强度封闭截面铝材设计，材料屈服强度超过300兆帕，厚度在2.2~2.6mm之间，尽管使用铝合金成本提高了一些，但可以在保持强度一致的前提下，大幅度地降低车身重量，所述前防撞梁的横断面呈具有两个中空腔体的“日”字形结构，所述前防撞梁的边缘设有倒角；防撞梁安装板的前、后侧面分别涂有结构胶，所述吸能盒与防撞梁安装板之间通过结构胶粘接以及CO2保护焊焊接固定，防撞梁安装板与前纵梁之间通过结构胶粘接以及CO2保护焊焊接固定。

前防撞梁是用来减轻车辆受到震动力的一种装置，它的两端连接的是屈服强度很低的吸能盒，吸能盒可以在车辆发生低速碰撞时有效吸收碰撞能量尽可能较小撞击力对车身纵梁的损害，这样可以降低维修成本。在高速偏置碰撞中，前防撞梁可以有效的将撞击力从车身左侧（或右侧）传递到右侧（或左侧）。尽可能让整个车体去吸收碰撞能量。在发生低速碰撞时（一般为15km/h以下），前防撞梁可以避免撞击力对车身前后纵梁的损害，降低维修成本。

所述顶架2和底座3连接在一起构成乘员保护区，所述乘员保护区以高强度和刚度使驾驶室变形最小，最终保证乘员的安全空间。如图所示，所述顶架2包括铝型材制备的顶盖侧边、前风窗下横梁；所述底座3包括钢型材制备的A柱32、B柱33、C柱34、前梁35、中梁36和后梁37。所述顶架和底座的具体结构和连接关系如专利2014104570790所述，在此不再赘述。

所述A柱、B柱、C柱不仅仅是撑起驾驶舱车顶的金属柱子，而且对驾驶舱内的成员有重要的保护作用，在车辆发生翻滚或倾覆的时候，A柱、B柱、C柱的强度对车内的生命来说有重要意义，该设计使得汽车的安全性大大提高。另一方面，A柱、B柱、C柱也是照明音响装置、安全气囊等装置的必经之路。

在本实施例中，所述防撞梁、所述吸能盒、所述顶盖侧边梁、所述前风窗下横梁的材质均为铝合金；自然环境中的铝合金材料，由于在其表面能形成一层致密的氧化膜，该氧化膜能够阻止氧气及其它气体、液体的侵入而侵蚀，一旦该氧化膜被损坏，在大多数环境中它能够较快地进行自我修复，即优异的自防腐性能。铝的密度远低于钢为钢的三分之一，强度高于钢，在满足车身要求的前提下，铝车身的重量可以更轻，从而降低整车质量，降低由于车辆在自重上的燃油消耗，实现节能减排，同时降低养车成本，且在保证强度的前提下，最大限度地提高行人保护性能。

在本实施例中，B柱外板用热成型超高强度铝，材料强度及延展性极高且有效减重，在降低B柱外板厚度的同时，提高B柱的强度和抗弯能力。在发生碰撞时，汽车的安全与否，主要是看它对乘员舱的保护程度如何，本实施中的汽车车身采用一体化车身结构，由热成型高强钢制造的A、B、C柱和车门防撞梁所构成的乘员舱，通过焊接形成稳定的环形结构，在B柱、门槛梁、地板横梁等关键位置施加高强度结构胶，增大链接强度，以保障在碰撞中结构的稳定性，同时有助于提升隔音性能和密封性。

当车辆正面发生碰撞时，前防撞梁所承受的碰撞里由吸能盒引导缓冲，从而消弱碰撞力，降低正面碰撞给车辆和乘员带来的伤害。现有技术中，为了确保吸能盒的吸能性能，吸能盒的板材通常采用重量较大，厚度较厚且均匀的材料作为板材材料，因此，现有车辆的防撞梁吸能盒，重量较大，成本较高，无法达到轻量化的目的。

在本实施例中，所述吸能盒的板材厚度从固接于车辆前防撞梁的一端向固接于车辆前纵梁的另一端依次增加。所述吸能盒的板材厚度从左至右依次增加，吸能盒的最左端板材厚度为1.6mm，吸能盒的最右端板材厚度为3mm。在本实施例中吸能盒板材的最小厚度与最大厚度的厚度差在1-2mm范围内即可，吸能盒材料的屈服强度大于等于200MPa，在这里不做具体限定。该设计保证吸能盒吸能性能的同时，降低了吸能盒的重量，达到了吸能盒轻量化和降低成本的目的。

在低速碰撞事故中，前防撞梁通过吸能盒完全吸收能力，保护汽车中重要且昂贵的零部件不受损害，降低财产损失。在高速碰撞中，前防撞梁通过吸能盒有效吸收和分散能量，最大程度减少对乘员舱的伤害，其整体结构强度高。

通过碰撞实验数据和计算机辅助工程CAE分析碰撞能量在吸能盒上的能量衰减过程，确定吸能盒在碰撞过程中易发生严重变形的区域，并在吸能盒上板和吸能盒下板上的所述易发生严重变形区域分别设置第一压溃筋和第二压溃筋，并使得吸能盒上板和吸能盒下板相应位置上的第一压溃筋和第二压溃筋一一匹配对应，进而达到有效引导力传递的目的，第一压溃筋和第二压溃筋为吸能盒盒壁向吸能盒内部冲压形成的。

本发明通过增加防撞梁结构后，与传统汽车相比，在车辆遇到正面碰撞时，防撞梁结构可以最大限度的吸能，显著提高了车身骨架尤其是底部骨架的强度，从而保障车内人员的安全，同时，由于防撞梁与吸能纵梁的材料均为铝合金，该材料强度高、重量轻，对车辆自身重量产生的影响很小。

本发明的铝合金汽车车身连接装置采用螺栓连接的接合方法，用于将车身驾驶舱与车头吸能区进行连接，避免了焊接给铝合金汽车车身性能带来的不利影响，保证了驾驶舱的刚度。在车辆发生碰撞时，由于该连接装置自身具有足够的刚度，将车身溃缩变形控制在此连接装置之前的吸能区，防止驾驶舱变形，进一步保证车内驾驶员、乘坐员的安全，同时，该连接采用分体式的铸造形式，虽然增加了零件数量，但是降低了单个零件的成型难度，便于加工，使整体的制造成本大幅下降。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有吸能结构的车架，包括具有吸能结构的车头（1）、顶架（2）和底座（3），其特征在于：所述车头（1）包括第一吸能区（11）、第二吸能区（12）和第三吸能区（13），所述第一吸能区（11）、所述第二吸能区（12）和所述第三吸能区（13）设置在所述底座（3）的前端，所述第一吸能区（11）与所述顶架（2）连接，所述第二吸能区（12）、所述第三吸能区（13）与所述底座（3）连接，所述第一吸能区（11）、第二吸能区（12）和第三吸能区（13）相互配接形成具有高度差且交错的塔状结构并且它们递进吸能。

2.根据权利要求1所述的一种带有吸能结构的车架，其特征在于：所述第一吸能区（11）包括第一前防撞梁（111），所述第一防撞梁（111）通过沿X轴方向的安装梁（112）连接到所述顶架（2）上。

3.根据权利要求1所述的一种带有吸能结构的车架，其特征在于：所述第二吸能区（12）包括第二前防撞梁（121）所述第二前防撞梁（121）与吸能盒（122）连接，所述吸能盒（122）与连接在所述底座（3）上的三角接头（31）连接。

4.根据权利要求1所述的一种带有吸能结构的车架，其特征在于：所述第三吸能区（13）包括第三前防撞梁（131）、吸能盒（132）和前防撞梁安装板（133），所述第三防撞梁（131）与所述吸能盒（132）连接，所述吸能盒（132）与所述前防撞梁安装板（133）连接，所述前防撞梁安装板（133）与所述底座（3）连接。