CN111634250A - 一种车辆防护栏 - Google Patents

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田晓琳
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Abstract

本发明涉及载货汽车安全领域，具体地涉及一种车辆防护栏。所述车辆防护栏包括横杆，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。本发明中将防护栏的横杆设计为由幅宽面外凸的结构，外凸的部分与该幅宽面平行并被设置为迎撞面，该外凸结构的横杆使防护栏的整体刚度增强，并且，当车辆与该防护栏的横杆发生碰撞时，外凸的迎撞面可局部变形以有效吸收碰撞动能，使碰撞造成的横杆形变量小。

Description

一种车辆防护栏
技术领域
本发明涉及载货汽车安全领域，具体地涉及一种车辆防护栏。
背景技术
防护栏的主要作用，一是对装载在汽车侧面的汽车部件起到保护作用；二是避免在发生碰撞时其它车辆或者行人卷入车底造成二次伤害。目前，载货汽车的防护栏品类繁多、样式各异，但真正具有防护效果的较少。对于防护栏的防护作用，其主要集中在与障碍物发生碰撞的横杆上，因此横杆的结构直接影响防护栏吸收碰撞动能的效果。现有技术中缺少一种能够有效吸收碰撞动能，碰撞后形变较小的防护栏。
发明内容
本发明中通过对防护栏的横杆结构进行优化设计，旨在提供一种能够有效吸收碰撞动能，碰撞后形变较小的防护栏。
为了实现上述目的，本发明方案如下：
一种车辆防护栏，包括横杆，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。
优选地，所述横杆的迎撞面位于所述横杆的中间部分，所述横杆关于其迎撞面的中垂面对称；其中，自所述幅宽面的第一边缘部分向外延伸有第一辊弯面，自所述幅宽面的第二边缘部分向外延伸有第二辊弯面，所述迎撞面通过所述第一辊弯面与所述幅宽面的第一边缘部分连接，所述迎撞面还通过所述第二辊弯面与所述幅宽面的第二边缘部分连接。
优选地，所述第一辊弯面和所述第二辊弯面分别与所述幅宽面形成的辊弯角度R为135°-165°。
优选地，横杆总幅宽L为100-130mm。
优选地，横杆外凸幅宽K为20-60mm。
优选地，所述车辆防护栏还包括支撑杆，所述支撑杆的连接端用于与汽车大梁或副车架固接，所述支撑杆的悬空端用于与所述横杆连接。
优选地，所述支撑杆设置在所述横杆的内侧并与至少一根所述横杆垂直连接。
优选地，所述横杆的两端部均为C形辊弯件，每个所述C形辊弯件包括垂直衔接的第一连接面和第二连接面；其中，所述第一连接面与所述幅宽面连接；所述第二连接面与所述支撑杆连接。
优选地，所述C形辊弯件的辊弯件高度H1为18-20mm。
优选地，横杆辊弯高度H为25-30mm。
根据上述技术方案提供的防护栏，将防护栏的横杆设计为由幅宽面外凸的结构，外凸的部分与该幅宽面平行并被设置为迎撞面，该外凸结构的横杆使防护栏的整体刚度增强，并且，当车辆与该防护栏的横杆发生碰撞时，外凸的迎撞面可局部变形以有效吸收碰撞动能，并使碰撞造成的横杆形变量小。
附图说明
图1是本发明中的防护栏的结构示意图；
图2是原C形横杆的侧视图；
图3是本发明中的横杆的侧视图；
图4是仿真实验中横杆发生碰撞后的速度随时间的变化关系图；
图5是仿真实验中横杆发生碰撞后的位移随时间的变化关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明提供了一种车辆防护栏，如图1所示，所述车辆防护栏包括支撑杆10和横杆20，车辆防护栏通过其支撑杆10与车架固定连接，横杆20固定在支撑杆10上。车辆防护栏的支撑杆10包括连接端(A端)和悬空端(B端)，所述支撑杆10的连接端用于与汽车大梁或副车架相接，所述支撑杆10的悬空端用于与所述横杆20连接。
进一步地，所述支撑杆10设置在所述横杆20的内侧并与至少一根所述横杆20垂直连接。横杆20的外侧作为迎撞侧。
本发明中的横杆是由原C形横杆改进得到的，如图2所示，原C形横杆由两端的C形辊弯件和中间的幅宽面组成。在原C形横杆的基础上，请参阅图3，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。车辆防护栏的横杆通过该迎撞面与障碍物接触并吸收碰撞动能。
如图3所示，所述横杆为对称结构。所述横杆的迎撞面位于所述横杆的中间部分，所述横杆关于其迎撞面的中垂面对称。本横杆的幅宽面实际由其第一边缘部分和第二边缘部分共同组成。
其中，自所述幅宽面的第一边缘部分向外延伸有第一辊弯面，自所述幅宽面的第二边缘部分向外延伸有第二辊弯面，所述迎撞面通过所述第一辊弯面与所述幅宽面的第一边缘部分连接，所述迎撞面还通过所述第二辊弯面与所述幅宽面的第二边缘部分连接。
在实际应用中，辊弯成型是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面的型材。该第一辊弯面和第二辊弯面可以由辊弯成型工艺制作得到。
在本发明中，根据一个具体的实施方式，所述第一辊弯面和所述第二辊弯面分别与所述幅宽面形成的辊弯角度R为135°-165°。也即，所述第一辊弯面与所述幅宽面的第一边缘部分形成的辊弯角度，以及所述第二辊弯面与所述幅宽面的第二边缘部分形成的辊弯角度相同，并从135°-165°的范围内取一任意值。
根据一个具体的实施方式，横杆总幅宽L为100-130mm。如图3所示，在本发明中，横杆总幅宽L即为横杆的幅宽面从其第一边缘部分到第二边缘部分沿竖直方向的总宽度。
根据一个具体的实施方式，横杆外凸幅宽K为20-60mm。如图3所示，在本发明中，横杆外凸幅宽K即为横杆的迎撞面的幅宽，也就是该迎撞面的总宽度。
在本发明中，所述横杆的两端部均为C形辊弯件，每个所述C形辊弯件包括垂直衔接的第一连接面和第二连接面。其中，所述第一连接面与所述幅宽面连接，所述第二连接面与所述支撑杆连接。如图3所示，该第一连接面、第二连接面与幅宽面的第一边缘部分/第二边缘部分共同构成“C”形。需要说明的是，图2所示的原C形横杆也具有与本发明中相同的C形辊弯件。
根据一个具体的实施方式，辊弯件高度H1为18-20mm。如图3所示，在本发明中，辊弯件高度H1即为C形辊弯件的高度，也就是该C形辊弯件的第一连接面的宽度。
根据一个具体的实施方式，横杆辊弯高度H为25-30mm。如图3所示，在本发明中，横杆辊弯高度H即为横杆的整体外凸高度，也就是从横杆的迎撞面所在平面到C形辊弯件的第二连接面的垂直距离。
按照实际需求，上述辊弯角度R、横杆总幅宽L、横杆外凸幅宽K、辊弯件高度H1、横杆辊弯高度H取各自区间中的任意值。
本发明方案中通过数值优化软件HYPERWORKS/OPTISTRUCT对防护栏的横杆进行结构设计，应用HyperWorks/OptiStruct模块对横杆的结构进行拓扑优化，与原C形横杆相比较，本发明提供的横杆由于幅宽面外凸并形成一迎撞面，这种结构形式的横杆强度高、抗弯性较好，该横杆在与汽车发生碰撞时，横杆局部变形以有效吸收碰撞动能，因而碰撞造成的形变量小。
原理分析：根据材料力学挠曲线近似微分方程，即
Figure BDA0002526526520000051
在上述方程中，ω为挠度，M(x)为弯矩，EI为弯曲刚度，I为截面惯性矩，C和D为常数。图2所示的原C形横杆与图3所示的本发明提供的横杆，在加载工况相同情况下，这两种横杆结构的弯矩M(x)相同，当采用相同材料制作时，弹性模量E也相同。
在上述方程中，弯曲刚度EI反映的是横杆抗弯曲变形的能力，弯曲刚度EI越大，横杆形变量越小，由于弹性模量E相同，因此截面惯性矩I越大，横杆的形变量越小。
结合一具体实例进行对比说明：
对于如图2所示的原C形横杆，计算其绕负载轴向的截面惯性矩Iy1＝6.41-7m4；
对于如图3所示的优化后的横杆，计算其绕负载轴向的截面惯性矩Iy2＝6.49-7m4；
对比可知，Iy2>Iy1，因此在相同负载工况下，与原C形横杆相比，本发明提供的横杆抗弯曲变形的能力更强，碰撞后不易发生变形。
进一步地，本发明还采用数值仿真软件ABAQUS对原C形横杆以及本发明涉及的横杆进行碰撞模拟分析，图4为仿真实验中横杆发生碰撞后的速度随时间的变化关系图，图5为仿真实验中横杆发生碰撞后的位移随时间的变化关系图。其中，图5中横杆的位移可以看作是横杆发生碰撞后产生的弯曲变形量。
设置碰撞条件如下：
碰撞车型：电动车；
碰撞速度：36km/h；
碰撞角度：90°；
车重：100kg。
仿真模型说明：
1、假设防护栏的支撑杆为不变形的刚性杆，因此不对支撑杆进行建模；
2、在横杆内侧设置四个固定约束点，等同于实际应用中横杆与支撑杆的连接部位；
3、以圆柱代替电动车，圆柱以36km/h的速度与防护栏的横杆相碰；
4、本方案中考察横杆结构的优化设计，因此只建立了单个横杆的数值仿真模型。
下面以不同实施例的方式进行具体说明。
实施例1
实施例1中对如图2所示的原C形横杆进行碰撞模拟与分析。原C形横杆由两端的C形辊弯件和中间的幅宽面组成。原C形横杆的幅宽面即为碰撞面。
在本实施例中，原C形横杆的辊弯角度R为0°，横杆外凸幅宽K与横杆总幅宽L在数值上相等，可选为120mm，辊弯件高度H1与横杆辊弯高度H相等，可选为19mm。
在实施例1中，根据图4可知，原C形横杆在与车辆发生碰撞后的初速度最大值为10.1m/s，且降速较慢。根据图5可知，碰撞后原C形横杆产生的弯曲变形量最大值为185mm。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2中对本发明中如图3所示的横杆进行碰撞模拟与分析。实施例2中的横杆是在原C形横杆的基础上，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。车辆防护栏的横杆通过该迎撞面与障碍物发生碰撞。
在本实施例中，横杆的辊弯角度R为136°，辊弯件高度H1为19mm，横杆辊弯高度H为26mm，横杆总幅宽L为120mm，横杆外凸幅宽K为32mm。
在实施例2中，根据图4可知，横杆在与车辆发生碰撞后的初速度最大值为10.5m/s，且降速比实施例1中的快。根据图5可知，实施例2中的横杆产生的弯曲变形量比实施例1中的小，且弯曲变形量的最大值为110mm。
实施例3
与实施例1不同的是，实施例3中对如图3所示的横杆进行碰撞模拟与分析。实施例3中的横杆是在原C形横杆的基础上，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。车辆防护栏的横杆通过该迎撞面与障碍物接触。
在本实施例中，横杆的辊弯角度R为145°，辊弯件高度H1为19mm，横杆辊弯高度H为28mm，横杆总幅宽L为120mm，横杆外凸幅宽K为35mm。
在实施例3中，根据图4可知，横杆在与车辆发生碰撞后的初速度最大值为11.2m/s，且降速比实施例1中的快。根据图5可知，实施例3中的横杆产生的弯曲变形量比实施例1中的小，且弯曲变形量的最大值为105mm。
实施例4
与实施例1不同的是，实施例4中对如图3所示的横杆进行碰撞模拟与分析。实施例4中的横杆是在原C形横杆的基础上，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。车辆防护栏的横杆通过该迎撞面与障碍物接触。
在本实施例中，横杆的辊弯角度R为150°，辊弯件高度H1为19mm，横杆辊弯高度H为28mm，横杆总幅宽L为120mm，横杆外凸幅宽K为38mm。
在实施例4中，根据图4可知，横杆在与车辆发生碰撞后的初速度最大值为9.8m/s，且降速比实施例1中的快。根据图5可知，实施例2中的横杆产生的弯曲变形量比实施例1中的小，且弯曲变形量的最大值为105mm。
实施例5
与实施例1不同的是，实施例5中对如图3所示的横杆进行碰撞模拟与分析。实施例5中的横杆是在原C形横杆的基础上，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。车辆防护栏的横杆通过该迎撞面与障碍物接触。
在本实施例中，横杆的辊弯角度R为155°，辊弯件高度H1为19mm，横杆辊弯高度H为28mm，横杆总幅宽L为120mm，横杆外凸幅宽K为54mm。
在实施例5中，根据图4可知，横杆在与车辆发生碰撞后的初速度最大值为10.1m/s，且降速比实施例1中的快。根据图5可知，实施例2中的横杆产生的弯曲变形量比实施例1中的小，且弯曲变形量的最大值为104mm。
实施例6
与实施例1不同的是，实施例6中对如图3所示的横杆进行碰撞模拟与分析。实施例6中的横杆是在原C形横杆的基础上，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。车辆防护栏的横杆通过该迎撞面与障碍物接触。
在本实施例中，横杆的辊弯角度R为162°，辊弯件高度H1为19mm，横杆辊弯高度H为28mm，横杆总幅宽L为120mm，横杆外凸幅宽K为24mm。
在实施例6中，根据图4可知，横杆在与车辆发生碰撞后的初速度最大值为10.2m/s，且降速比实施例1中的快。根据图5可知，实施例2中的横杆产生的弯曲变形量比实施例1中的小，且弯曲变形量的最大值为105mm。
实施例1-6的仿真结果对比如下：
Figure BDA0002526526520000091
结合图4、图5，以及上述对比列表可知，当车辆以36km/h，即10m/s的初速度与防护栏的横杆相撞时，实施例1中原C形横杆降速缓慢，碰撞后原C形横杆发生弯曲变形的速度快，且变形量最大值达到185mm，说明其会迅速发生凹陷，吸收碰撞动能的效果较差，因此原C形横杆的防护效果差；而实施例2至实施例6中的横杆在碰撞后降速快，发生弯曲变形量的速度明显比原C形横杆慢，且变形量基本都能控制在110mm以下，说明本发明提供的横杆吸收碰撞动能的效果更好，防护效果更佳。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆防护栏，其特征在于，所述车辆防护栏包括横杆，自所述横杆的幅宽面向外凸出有一迎撞面，且所述迎撞面与所述幅宽面平行。
2.根据权利要求1所述的车辆防护栏，其特征在于，所述横杆的迎撞面位于所述横杆的中间部分，所述横杆关于其迎撞面的中垂面对称；
其中，自所述幅宽面的第一边缘部分向外延伸有第一辊弯面，自所述幅宽面的第二边缘部分向外延伸有第二辊弯面，所述迎撞面通过所述第一辊弯面与所述幅宽面的第一边缘部分连接，所述迎撞面还通过所述第二辊弯面与所述幅宽面的第二边缘部分连接。
3.根据权利要求2所述的车辆防护栏，其特征在于，所述第一辊弯面和所述第二辊弯面分别与所述幅宽面形成的辊弯角度R为135°-165°。
4.根据权利要求1或2所述的车辆防护栏，其特征在于，横杆总幅宽L为100-130mm。
5.根据权利要求1或2所述的车辆防护栏，其特征在于，横杆外凸幅宽K为20-60mm。
6.根据权利要求1所述的车辆防护栏，其特征在于，所述车辆防护栏还包括支撑杆，所述支撑杆的连接端用于与汽车大梁或副车架固接，所述支撑杆的悬空端用于与所述横杆连接。
7.根据权利要求6所述的车辆防护栏，其特征在于，所述支撑杆设置在所述横杆的内侧并与至少一根所述横杆垂直连接。
8.根据权利要求7所述的车辆防护栏，其特征在于，所述横杆的两端部均为C形辊弯件，每个所述C形辊弯件包括垂直衔接的第一连接面和第二连接面；
其中，所述第一连接面与所述幅宽面连接；
所述第二连接面与所述支撑杆连接。
9.根据权利要求8所述的车辆防护栏，其特征在于，所述C形辊弯件的辊弯件高度H1为18-20mm。
10.根据权利要求1所述的车辆防护栏，其特征在于，横杆辊弯高度H为25-30mm。
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