CN105539589B - 一种车身前纵梁结构及其减振吸能控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车身前纵梁结构及其减振吸能控制方法，包括纵梁前段(1)及纵梁后段(2)，所述纵梁前段(1)及纵梁后段(2)均为空腔结构，在所述纵梁前段内设有横截面为"Z"形的加强板(3)，所述纵梁后段(2)内设有对所述纵梁前段(1)起调节支撑作用的支撑气缸(5)，所述纵梁前段(1)可套接于所述纵梁后段(2)上，在所述纵梁前段(1)和纵梁后段(2)之间设有吸振弹簧(4)。本发明可根据碰撞的不同进行控制调节，以均衡车身前纵梁的强度及减振吸能作用，提高整车的使用及安全性能。

Description

一种车身前纵梁结构及其减振吸能控制方法
技术领域
本发明属于汽车领域，更具体地说，涉及一种车身前纵梁结构及其减振吸能控制方法。
背景技术
随着汽车产业的迅速发展，人们对整车的整体性能要求越来越高，汽车的碰撞安全性能已得到各大主机厂及普通消费者的广泛重视。前纵梁是车身前段关键的碰撞安全结构件，起到减振吸能效果，动力总成也安装在纵梁上，因此纵梁受到很大的载荷。传统的纵梁结构往往是通过增大料厚或增加加强板数量来提高整体纵梁结构的强度与承载能力，这样设计的纵梁刚度值是恒定的。而在不同形式的碰撞事故中，车身前纵梁需根据碰撞的力度及方向的不同，具有不同的强度及吸能效果，保证前纵梁有足够强度的同时又能达到一定的减振吸能效果，才可提高整车的使用性能及安全性能。现有技术中的车身前纵梁结构，无法同时适应各种不同形式的碰撞，制约了整车的整体性能。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种可根据碰撞的不同进行控制调节，以均衡车身前纵梁的强度及减振吸能作用，提高整车的使用及安全性能的车身前纵梁及其减振吸能控制方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种车身前纵梁结构，包括纵梁前段及纵梁后段，所述纵梁前段及纵梁后段均为空腔结构，在所述纵梁前段内设有横截面为"Z"形的加强板，所述纵梁后段内设有对所述纵梁前段起调节支撑作用的支撑气缸，所述纵梁前段可套接于所述纵梁后段上，在所述纵梁前段和纵梁后段之间设有吸振弹簧。
为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：
所述纵梁后段周向上设有夹层，在所述夹层内设有气囊。
所述纵梁后段上设有感应侧边冲击压力的压力传感器Ⅱ，控制器接收所述压力传感器Ⅱ压力信号控制所述气囊充放气速度。
所述支撑气缸前端设有感应前端冲击压力的压力传感器Ⅰ，控制器接收所述压力传感器Ⅰ压力信号控制所述支撑气缸运动。
所述纵梁后段上设有感应吸振弹簧4压缩位置的位置传感器，所述位置传感器连接至控制器。
所述纵梁后段的后端设有挡板，所述支撑气缸连接支撑于所述挡板上。
所述吸振弹簧一端连接于所述纵梁前段上，另一端连接推进板，在纵梁后段前端设有卡接所述推进板的限位槽，所述支撑气缸活塞杆端连接所述推进板，支撑气缸运动带动所述推进板沿限位槽移动。
所述吸振弹簧置于设在所述纵梁后段前端的凸台座内，所述纵梁前段外壁面上设有向后运动可压接于所述吸振弹簧上的卡环，所述支撑气缸活塞杆端连接所述纵梁前段。
一种车身前纵梁结构的减振吸能控制方法，包括如下步骤：
如汽车前端受轻微冲击碰撞，所述纵梁前段向后移位，所述吸振弹簧压缩吸能；如碰撞力增大，所述吸振弹簧瞬间被压缩至底位，所述控制器接收位置传感器的位置信号，控制所述支撑气缸活塞杆端向后运动，带动所述推进板向后移动，所述吸振弹簧伸缩释放，所述纵梁前段受惯性再次向后移动，所述吸振弹簧可再一次压缩吸能；所述压力传感器Ⅰ感应冲击压力信号，如冲击压力值大于设定值，控制器即进一步控制所述支撑气缸带动推进板移动至所述限位槽最底点后，所述支撑气缸锁紧，此时吸振弹簧处于拉伸状态，对所述纵梁前段产生一个向后的拉力，配合冲击惯性，所述吸振弹簧快速溃变吸能。
一种车身前纵梁结构的减振吸能控制方法，包括如下步骤：
如汽车前端受轻微冲击碰撞，所述卡环随所述纵梁前段向后移动抵压所述吸振弹簧，吸振弹簧压缩吸能；如碰撞力增大，所述吸振弹簧瞬间被压缩至底位后，控制器接收到位置传感器的位置信号，控制所述支撑气缸活塞杆向前运动，给所述纵梁前段一个向前的推力，所述吸振弹簧相应伸展开，所述压力传感器Ⅰ可感应压力信号，在所述支撑气缸向前推动所述纵梁前段的过程中，压力逐渐变大，当压力达到设定值时，所述支撑气缸的泄压阀打开，进行泄压，使得冲击力大于支撑力，所述纵梁前段向后移动，所述吸振弹簧再次被压缩实现吸能，在冲击振动过程中，如此反复几个行程。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明车身前纵梁结构及其减振吸能控制方法，采用新型结构既可以提升前总纵梁的承载强度又能保证整车碰撞安全性能，通过吸振弹簧和支撑气缸平衡结构强度及吸能作用，可得到较好的减振吸能效果；周向气囊7的设置可对侧向碰撞进行控制调节，起到增大其结构强度并均衡减振吸能的作用；本发明采用在纵梁前段的空腔区域内增加截面为Z字型的加强板，辅以端面塞焊相连方式，以提升汽车前纵梁强度与安全性能；采用错位交叉的焊接点可以有效降低焊接残余应力。本发明通过结构的改进，结合控制系统，在汽车发生前碰撞时，可根据冲击力的位置及大小的变化进行配合调整，以得到最佳的减振吸能效果，同时保证相应的结构强度，减小纵梁的变形对乘员舱的侵入，提高整车的安全性能。
附图说明
下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明车身前纵梁结构示意图；
图2为本发明第一种实施例结构示意图；
图3为第一种实施例图2中A-A剖面示意图；
图4为本发明结构示意图；
图5为图4中B-B剖面示意图；
图6为Z字形加强板结构示意图；
图7为本发明第二种实施例结构示意图；
图8为第二种实施例图7中A'-A'剖面示意图；
图中标记为：1、纵梁前段，11、前段本体，12、前段外板，2、纵梁后段，21、后段本体，22、后段外板，23、挡板，3、加强板，31、上翻边，32、下翻边，33、凸筋，4、吸振弹簧，5、支撑气缸，6、推进板，7、气囊，8、焊接点，9、卡环。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明车身前纵梁结构，如图1所示，包括纵梁前段1及纵梁后段2，纵梁前段1与前保险杠相连，纵梁后段2与前挡板相连。纵梁前段1及纵梁后段2均为空腔结构，在纵梁前段1内设有横截面为“Z”形的加强板3，纵梁后段2内设有对纵梁前段1起调节支撑作用的支撑气缸5，纵梁前段1可套接于纵梁后段2上，在纵梁前段1和纵梁后段2之间设有吸振弹簧4。
本发明中，如图4、5所示，图5为图4中B-B剖面示意图，纵梁前段1由前端本体11和前端外板12组成，在贴合处焊接固定；纵梁后段2由后段本体21和后段外板22在贴合处焊接固定，且在后端设有固定支撑气缸的挡板23。加强板3设在前端本体11和前端外板12围成的空腔结构内。
本发明中，如图5所示，加强板3由一整体钢板制成，包括设于中部的支撑板和在支撑板纵向的两边折弯的上翻边31和下翻边32，上翻边31与下翻边32平行反向，加强板横截面呈“Z”字型，上翻边31与前端本体11的上端面贴合固定相连，下翻边32与前端本体11的下端面贴合固定相连。
如图6所示，加强板3的支撑板上设有沿着支撑板纵向间隔分布的多条凸筋33，以起到增强加强板3结构强度的作用。在前端本体11上端面上设焊孔，与上翻边31塞焊相连；在前端本体11下端面上设焊孔与下翻边32塞焊相连。如图6中所示，在前端本体11上端面塞焊位置的焊接点5与相对应的前端本体11下端面塞焊位置的焊接点5错位交叉布置，采用错位交叉的焊接点5可以有效降低焊接残余应力，以得到稳定的焊接，进一步增加纵梁前段1的结构强度，保证碰撞的安全性。
本发明车身前纵梁结构，优选的，可在纵梁前段1与前保险杠连接端设置吸振块，进一步增大减振吸振效果。
设于纵梁前段1和纵梁后段2之间的吸振弹簧4，本发明中提供了两种吸振弹簧4的布置方式。
实施例一，如图2、3所示，吸振弹簧4一端连接在纵梁前段1上，另一端连接推进板6，在纵梁后段2前端设有卡接推进板6的限位槽，支撑气缸5可带动推进板6沿限位槽移动。且在纵梁后段2上设有感应吸振弹簧4压缩位置的位置传感器。
实施例一车身前纵梁结构的减振吸能控制方法，包括如下步骤：
自然状态下，推进板6位于限位槽前端，吸振弹簧4处于自然状态。如汽车前端受轻微冲击碰撞，纵梁前段1向后移位，靠吸振弹簧4压缩吸能；如碰撞力增大，吸振弹簧4瞬间被压缩至底位后，控制器接收位置传感器的位置信号，控制支撑气缸5开始运作，活塞杆端向后运动，带动推进板6向后移动，吸振弹簧4伸缩释放，此时纵梁前段1受惯性还会向后移动，吸振弹簧4可再一次压缩吸能；设于支撑气缸5前端的压力传感器Ⅰ感应冲击压力信号，如压力大于设定值，控制器即进一步控制气缸带动推进板6移动至限位槽最底点后，气缸锁紧，此时吸振弹簧4处于拉伸状态，对纵梁前段1产生一个向后的拉力，配合冲击惯性，可得到最大程度的溃变吸能效果；此过程中，纵梁前段1受冲击，根据冲击压力的大小变化，吸振弹簧4和支撑气缸5配合，可得到分级分层次减振吸能的效果。此结构在纵梁前段1内设有加强板3，使其具有较好的结构强度，且由于支撑气缸5的作用可相应增大纵梁后段2的支撑结构强度，前端受碰撞过程中，通过纵梁前段1和纵梁后段2之间的相互运动实现吸振吸能，且可防止纵梁受冲击变形。
实施例二，如图7、8所示，吸振弹簧4置于纵梁后段2前端凸台座内，处于自然状态，在纵梁前段1外壁面上设有可压接吸振弹簧4的卡环9。在纵梁后段2上设有感应吸振弹簧4压缩位置的位置传感器。
实施例二车身前纵梁结构的减振吸能控制方法，包括如下步骤：
如汽车前端受轻微冲击碰撞，卡环9随纵梁前段1向后移动抵压吸振弹簧4，吸振弹簧4压缩吸能；如碰撞力增大，吸振弹簧4瞬间被压缩至底位后，控制器接收到位置传感器的位置信号，控制支撑气缸5运作，支撑气缸5活塞杆向前运动，给纵梁前段1一个向前的推力，吸振弹簧4相应伸展开。设于支撑气缸5前端的压力传感器Ⅰ可感应压力信号，在支撑气缸5向前推动纵梁前段的过程中，由于受冲击力影响，压力会逐渐变大，当压力达到设定值时，支撑气缸5的泄压阀打开，进行泄压，使得冲击力大于支撑力，纵梁前段1向后移动，吸振弹簧4再次被压缩实现吸能，在冲击振动过程中，根据感应压力进行调节，如此反复几个行程，可得到较好的减振吸能效果。本发明中可根据纵梁前段1的结构强度，其能承载受力情况设定合适的压力值。此过程中，纵梁前段1受冲击，根据冲击压力的大小变化，吸振弹簧4和支撑气缸5配合，可实现多次衰减冲击力，得到较好的吸能效果。此结构在纵梁前段1内设有加强板3，使其具有较好的结构强度，且由于支撑气缸5的作用可相应增大纵梁后段2的支撑结构强度，前端受碰撞过程中，通过纵梁前段1和纵梁后段2之间的相互运动实现吸振吸能，且可防止纵梁受冲击变形。
本发明中，优选的，在纵梁后段2周向上设有夹层，在夹层内设有气囊7。在纵梁后段2上设有感应侧边冲击压力的压力传感器Ⅱ，控制器接收压力传感器Ⅱ压力信号以控制气囊7充放气速度。在发生侧面碰撞时，压力传感器Ⅱ将检测的冲击压力传递至控制器，控制器接收信号控制气阀打开向气囊内充气，根据冲击力的大小增长速度控制充气的速度，保证在外部压力达最大值时气囊7处于充实状态，气囊中的气压为大气压的3～5倍，此时气囊7与纵梁后段2的夹层壁面贴合，以增加纵梁的结构强度。当压力达最大至时，气囊停止充气，此时打开可控的泄气阀，逐渐排放出气囊7内的气体，根据碰撞加速度的大小控制泄气的速度，以实现在保证足够的结构强度的同时达到较佳的吸能效果。
本发明车身前纵梁结构及其减振吸能控制方法，采用新型结构既可以提升前总纵梁的承载强度又能保证整车碰撞安全性能，通过吸振弹簧4和支撑气缸5平衡结构强度及吸能作用，可得到较好的减振吸能效果；周向气囊7的设置可对侧向碰撞进行控制调节，起到增大其结构强度并均衡减振吸能的作用；本发明采用在纵梁前段1的空腔区域内增加截面为Z字型的加强板3，辅以优选的端面塞焊相连方式，以提升汽车前纵梁强度与安全性能；采用错位交叉的焊接点5可以有效降低焊接残余应力。本发明通过结构的改进，结合控制系统，在汽车发生前碰撞时，可根据冲击力的位置及大小的变化进行配合调整，以得到最佳的减振吸能效果，同时保证相应的结构强度，减小纵梁的变形对乘员舱的侵入，提高整车的安全性能。
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 (5)

1.一种车身前纵梁结构，包括纵梁前段(1)及纵梁后段(2)，其特征在于：所述纵梁前段(1)及纵梁后段(2)均为空腔结构，在所述纵梁前段内设有横截面为"Z"形的加强板(3)，所述纵梁后段(2)内设有对所述纵梁前段(1)起调节支撑作用的支撑气缸(5)，所述纵梁前段(1)可套接于所述纵梁后段(2)上，在所述纵梁前段(1)和纵梁后段(2)之间设有吸振弹簧(4)；所述吸振弹簧(4)一端连接于所述纵梁前段(1)上，另一端连接推进板(6)，在纵梁后段(2)前端设有卡接所述推进板(6)的限位槽，所述支撑气缸(5)活塞杆端连接所述推进板(6)，支撑气缸(5)运动带动所述推进板(6)沿限位槽移动；所述支撑气缸(5)前端设有感应前端冲击压力的压力传感器Ⅰ，控制器接收所述压力传感器Ⅰ压力信号控制所述支撑气缸(5)运动；所述纵梁后段(2)上设有感应吸振弹簧(4)压缩位置的位置传感器，所述位置传感器连接至控制器。
2.按照权利要求1所述的车身前纵梁结构，其特征在于：所述纵梁后段(2)周向上设有夹层，在所述夹层内设有气囊(7)。
3.按照权利要求2所述的车身前纵梁结构，其特征在于：所述纵梁后段(2)上设有感应侧边冲击压力的压力传感器Ⅱ，控制器接收所述压力传感器Ⅱ压力信号控制所述气囊(7)充放气速度。
4.按照权利要求1至3任一项所述的车身前纵梁结构，其特征在于：所述纵梁后段(2)的后端设有挡板(23)，所述支撑气缸(5)连接支撑于所述挡板(23)上。
5.一种按照权利要求4所述的车身前纵梁结构的减振吸能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
如汽车前端受轻微冲击碰撞，所述纵梁前段(1)向后移位，所述吸振弹簧(4)压缩吸能；如碰撞力增大，所述吸振弹簧(4)瞬间被压缩至底位，所述控制器接收位置传感器的位置信号，控制所述支撑气缸(5)活塞杆端向后运动，带动所述推进板(6)向后移动，所述吸振弹簧(4)伸缩释放，所述纵梁前段(1)受惯性再次向后移动，所述吸振弹簧(4)可再一次压缩吸能；所述压力传感器Ⅰ感应冲击压力信号，如冲击压力值大于设定值，所述控制器即进一步控制所述支撑气缸(5)带动所述推进板(6)移动至所述限位槽最底点后，所述支撑气缸(5)锁紧，此时吸振弹簧(4)处于拉伸状态，对所述纵梁前段(1)产生一个向后的拉力，配合冲击惯性，所述吸振弹簧(4)快速溃变吸能。
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