CN112441133B - 一种车辆门槛梁及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆门槛梁，包括铝型材的门槛梁本体，门槛梁本体的内部形成沿门槛梁本体的长度方向贯穿的中空腔，在中空腔内布置有加强筋；加强筋包括十字交叉的横向加强筋和纵向加强筋；横向加强筋包括第一端和第二端，第一端靠近门槛梁本体的外侧，横向加强筋自第一端至第二端分布有由大变小的多个等厚段，纵向加腔筋的厚度小于多个等厚段中的最大厚度。本发明还公开了该车辆门槛梁的设计方法。本发明相对于现有技术，通过对门槛梁的截面形貌、壁厚及加强筋的厚度进行优化改进，使门槛梁传力更合理，门槛梁的重量更轻，在同等碰撞工况下，既可以保证碰撞的安全性能要求，又可以最大限度地减轻门槛梁的重量。

Description

一种车辆门槛梁及其设计方法

技术领域

本发明涉及汽车白车身技术领域，尤其涉及一种车辆门槛梁及其设计方法。

背景技术

随着汽车行业的发展，人们对汽车的安全、可靠性要求也日益提高。汽车的整车安全性能是反映汽车设计水平的重要指标之一，也是影响消费者心理的关键因素，车辆的安全性、轻量化和低成本已成为各汽车制造商面临的重要课题，车辆(尤其是乘用车)在交通碰撞事故中最大程度地减少乘员的死亡率和受伤程度是整车研发和制造的核心设计技术。在交通事故中，汽车受到侧面撞击的概率非常高，因此，如何在汽车受到侧面撞击时保证乘员的安全尤为重要。

汽车门槛梁总成是侧围和地板主要连接结构之一，在车辆发生碰撞时能够有效传递碰撞力，在抵御侧面碰撞变形、保护乘员安全方面起着重要的作用，是保障汽车侧面碰撞安全性能的重要结构。随着汽车行业的发展，现在市场上新能源汽车越来越多，要求白车身的结构也要更轻、更强，铝型材逐渐进入了汽车设计的视野，尤其是对电动汽车来说，由于在门槛梁内部安装有新能源电池，门槛位置除了需要满足常规燃油车的驾驶员安全要求外，还需对电池进行保护，以满足碰撞时电池的安全要求。电动汽车的车辆门槛需保护电池，并且在碰撞时要求门槛梁提供良好的变形形式以提供吸能作用，故零件整体结构强度要求较高，容易造成重量超标，不利于车辆的轻量化设计。

因此，有必要对汽车门槛进行合理的设计，使得汽车门槛在侧面碰撞过程中合理充分地变形吸能，以减少对车内乘员造成的伤害，进而提高车辆的安全性能，同时满足车辆的轻量化设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆门槛梁，用以克服现有技术中的车辆门槛梁存在的难以同时满足车辆的轻量化及安全碰撞要求，进而影响车辆的安全性能的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种车辆门槛梁，包括铝型材的门槛梁本体，所述门槛梁本体的内部形成沿所述门槛梁本体的长度方向贯穿的中空腔，在所述中空腔内布置有加强筋；所述加强筋包括十字交叉的横向加强筋和纵向加强筋；所述横向加强筋包括第一端和第二端，所述第一端靠近所述门槛梁本体的外侧，所述横向加强筋自所述第一端至所述第二端分布有由大变小的多个等厚段，所述纵向加腔筋的厚度小于所述多个等厚段中的最大厚度。

进一步地，所述门槛梁本体包括顶壁、底壁以及连接所述顶壁和所述底壁的第一侧壁和第二侧壁；所述顶壁的宽度小于所述底壁的宽度；所述第一侧壁靠近车身外侧；所述底壁包括低壁段和高壁段，所述低壁段靠近所述第一侧壁，所述高壁段向上倾斜延伸至所述第一侧壁。

进一步地，所述横向加强筋的一端连接所述第一侧壁，所述横向加强筋的另一端连接所述第二侧壁；所述纵向加强筋的一端连接所述顶壁或所述横向加强筋，所述纵向加强筋的另一端连接所述高壁段。

进一步地，所述横向加强筋的厚度范围为2.0～3.2mm。

进一步地，所述纵向加强筋为等厚度加强筋。

进一步地，所述纵向加强筋具有第三端和第四端，所述第三端靠近所述顶壁，所述第三端的厚度大于所述第四端的厚度。

进一步地，所述横向加强筋和所述纵向加强筋均为一体式结构。

进一步地，所述门槛梁本体的壁厚范围为2.0～3.0mm。

进一步地，所述门槛梁本体在与车身或车身零部件连接处设有加厚段。

相应地，本发明提供一种上述的车辆门槛梁的设计方法，包括以下步骤：

分析车辆门槛梁周边零件的布置要求、车辆门槛梁受力情况及外形特征，初步设计车辆门槛梁的形状、加强筋布局、壁厚及加强筋厚度；

建立车辆门槛梁的三维模型；

建立车辆碰撞的CAE有限元仿真模型，并设定设计变量和评价指标；

对三维模型进行CAE仿真分析、计算，根据设计变量与评价指标的变化关系，确定车辆门槛梁的截面形状、壁厚及加强筋的厚度。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的门槛梁及其设计方法，通过对门槛梁的截面形貌、壁厚及加强筋的厚度进行改进优化，使门槛梁传力更合理，门槛梁的重量更轻，在同等碰撞工况下，既可以保证碰撞的安全性能要求，又可以最大限度地减轻门槛梁的重量，能够同时满足车辆碰撞的安全性能及车辆的轻量化设计要求。相对于现有技术中通过增加壁厚以满足车辆门槛梁的强度要求的方案，本发明的车辆门槛梁，由于加强筋及壁厚的减薄设计，大大地减轻了车辆门槛梁的重量，更加有利于车辆的轻量化设计，节约了材料，降低了制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例的车辆门槛梁的截面示意图；

其中，图中附图标记对应为：1-门槛梁本体、11-顶壁、12-底壁、121- 低壁段、122-高壁段、13-第一侧壁、14-第二侧壁、2-横向加强筋、3-纵向加强筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例中，提供了一种车辆门槛梁，包括铝型材的门槛梁本体1，门槛梁本体1的内部形成沿门槛梁本体1的长度方向贯穿的中空腔，在中空腔内布置有加强筋；加强筋包括十字交叉的横向加强筋2和纵向加强筋3；横向加强筋2包括第一端和第二端，第一端靠近门槛梁本体1的外侧，横向加强筋2自第一端至第二端分布有由大变小的多个等厚段，纵向加腔筋3 的厚度小于多个等厚段中的最大厚度。

本实施例中，门槛梁本体1的材质为铝型材，采用该材质的门槛梁本体1，重量小，结构强度大，有利于汽车的轻量化设计。加强筋的设置使得门槛梁本体1的内部形成利于吸能的网格式盒状结构，从而增加了门槛梁本体1的强度，可以满足在车辆发生碰撞时对刚度和强度的需求，使得车辆的防撞性能更加突出、优异。CAE(Computer Aided Engineering计算机辅助工程)作为一种计算机仿真分析技术，被广泛应用于汽车的研究开发过程中。本实施例根据碰撞等工况时的传力路径，结合CAE优化分析，来确定加强筋的位置，使得门槛梁受力更均匀，更有利于变形吸能。另外，由于横向加强筋2对碰撞的贡献程度从门槛梁外侧至内侧由大变小，因此横向加强筋2的厚度由门槛梁外侧至内侧递减，在横向加强筋2上设置由大变小的多个等厚段；由于纵向加强筋3对碰撞的贡献程度小于横向加强筋2 对碰撞的贡献程度，因此，纵向加强筋3的厚度设置为小于横向加强筋2 的厚度，具体地，纵向加强筋3的厚度小于多个等厚段中的最大厚度。本实施例的车辆门槛梁，使加强筋在满足工艺的要求下尽可能薄，在同等碰撞工况下，既可以保证最小侵入量的性能要求，又可以最大限度地减轻门槛梁的重量，能够同时满足车辆碰撞的安全性能及车辆的轻量化设计要求。

本实施例中，横向加强筋2和纵向加强筋3的厚度均由CAE优化计算确定，以确保横向加强筋2和纵向加强筋3能够在减薄厚度的情况下，同时满足车辆的碰撞安全性能。

本实施例中，参阅图1，门槛梁本体1包括顶壁11、底壁12以及连接顶壁11和底壁12的第一侧壁13和第二侧壁14；顶壁11的宽度小于底壁 12的宽度；第一侧壁13靠近车身外侧；所述底壁12包括低壁段121和高壁段122，低壁段121靠近第一侧壁13，高壁段122向上倾斜延伸至第一侧壁13，该门槛结构使其侧面碰撞得传力路径完整并且能够引导周边结构充分变形吸能，以使门槛梁受力更均匀。另一方面，该结构有利于在门槛梁内部布置动力电池等结构，起到节省安装空间及保护电池的作用。

本实施例中，加强筋与门槛梁本体1一体成型，以增强车辆门槛梁的强度。

在一个具体的实施方式中，横向加强筋2有2条，纵向加强筋3有2 条。横向加强筋2的一端连接第一侧壁13，横向加强筋2的另一端连接第二侧壁14；其中一条纵向加强筋3的一端连接顶壁11，另一条纵向加强筋 3的一端横向加强筋2，纵向加强筋3的另一端均连接高壁段122。采用该连接方式，将门槛梁本体1的内部分为9个型腔，更有利于门槛梁的变形与吸能，以更好地满足车辆的碰撞安全要求。

需要说明的是，门槛梁本体1的内部结构不限于上述的9个型腔，在其他的一些实施例中，门槛梁的截面也可以重新确定，以满足不同车型的设计需要。

本实施例中，考虑到碰撞安全性能及轻量化设计要求，横向加强筋2 的厚度范围设置为2.0～3.2mm。

在一个具体的实施方式中，位于上部的横向加强筋2设有3个等厚段，从内侧至外侧分别为2.0mm、2.8mm、3.0mm；位于下部的横向加强筋2相应地也设有3个等厚段，从内侧至外侧分别为2.0mm、3.0mm、3.2mm，以保证门槛梁的碰撞安全性能，当其内部安装有动力电池时，能够对其内部安装的动力电池起到较好的保护作用。

在一个具体的实施方式中，纵向加强筋3为等厚度加强筋，纵向加强筋3的厚度设置为2.0mm。

在一个可选的实施方式中，纵向加强筋3具有第三端和第四端，第三端靠近顶壁11，第三端的厚度大于所述第四端的厚度。例如，第四端的厚度设置为2.0mm，第三端的厚度设置为2.5mm。当然在其他的一些实施方式中，纵向加强筋3也可以采用其他的厚度值，只要能够实现相同的功能即可。

在一个具体的实施方式中，横向加强筋2和纵向加强筋3均为一体式结构，以保证加强筋的强度，对车辆门槛梁起到更好的加固支撑效果。

在一个具体的实施方式中，考虑到碰撞安全性能及轻量化设计要求，门槛梁本体1的壁厚为2.0～3.0mm。

优选地，门槛梁本体1的壁厚为2mm。

在一个具体的实施方式中，门槛梁本体1在与车身或车身零部件连接处设有加厚段，以保证连接处的强度，使门槛梁与车身的连接更加稳固可靠。

本实施例中的车辆门槛梁，门槛梁传力合理，门槛梁重量较轻，一方面，解决了车辆碰撞时门槛梁变形严重，导致侵入量过大的问题，降低了可能对乘员造成的伤害，从而提高车辆发生侧碰时的安全系数。另一方面，相对于现有技术中增加壁厚以满足车辆门槛梁的强度要求的方案，本实施例的车辆门槛梁，由于壁厚的减薄，大大地减轻了车辆门槛梁的重量，有利于车辆的轻量化设计。

实施例2

本实施例提供了一种车辆门槛梁的设计方法，包括以下步骤：

分析车辆门槛梁周边零件的布置要求、车辆门槛梁受力情况及外形特征，初步设计车辆门槛梁的形状、加强筋布局、壁厚及加强筋厚度；

建立车辆门槛梁的三维模型；

建立车辆碰撞的CAE有限元仿真模型，并设定设计变量和评价指标；

对三维模型进行CAE仿真分析、计算，根据设计变量与评价指标的变化关系，确定车辆门槛梁的截面形状、壁厚及加强筋的厚度。

本实施例中，分析车辆门槛梁周边零件的布置要求、车辆门槛梁受力情况及外形特征，初步设计门槛的截面形状，再应用CAE对车辆门槛进行优化。其中，对门槛截面进行形貌优化的方式为：调整每条筋的位置，并进行排列组合，确定特征最佳位置及走向。锁定截面形貌及各加强筋的位置后，根据各加强筋对碰撞性能的贡献程度，调整各加强筋的壁厚，使得门槛在满足碰撞要求的前提下重量更轻。

本实施例的车辆门槛梁的设计方法，能够在满足强度需要和车辆侧面碰撞承受力要求的情况下，很好地降低门槛的重量并提高轻量化水平，制造成本更低，可以广泛适用于各种新能源车辆的门槛结构设计。

本实施例的车辆门槛梁的设计方法，通过对门槛梁的截面形貌、壁厚及加强筋的厚度进行改进优化，使门槛梁传力更合理，门槛梁的重量更轻，在同等碰撞工况下，既可以保证最小侵入量的性能要求，又可以最大限度地减轻门槛梁的重量。

本发明的上述实施例，具有如下有益效果：本发明的门槛梁及其设计方法，通过对门槛梁的截面形貌、壁厚及加强筋的厚度进行改进优化，使门槛梁传力更合理，门槛梁的重量更轻，在同等碰撞工况下，既可以保证碰撞的安全性能要求，又可以最大限度地减轻门槛梁的重量，能够同时满足车辆碰撞的安全性能及车辆的轻量化设计要求。相对于现有技术中通过增加壁厚以满足车辆门槛梁的强度要求的方案，本发明的车辆门槛梁，由于加强筋及壁厚的减薄设计，大大地减轻了车辆门槛梁的重量，更加有利于车辆的轻量化设计，节约了材料，降低了制造成本。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种车辆门槛梁，其特征在于，包括铝型材的门槛梁本体(1)，所述门槛梁本体(1)的内部形成沿所述门槛梁本体(1)的长度方向贯穿的中空腔，在所述中空腔内布置有加强筋，应用CAE优化所述车辆门槛梁的结构；

所述加强筋包括十字交叉的横向加强筋(2)和纵向加强筋(3)；

所述横向加强筋(2)包括第一端和第二端，所述第一端靠近所述门槛梁本体(1)的外侧，所述横向加强筋(2)自所述第一端至所述第二端分布有由大变小的多个等厚段，所述纵向加强筋(3)的厚度小于所述多个等厚段中的最大厚度；

所述纵向加强筋(3)为等厚度加强筋或所述纵向加强筋(3)具有第三端和第四端，所述门槛梁本体(1)包括顶壁(11),所述第三端靠近所述顶壁(11)，所述第三端的厚度大于所述第四端的厚度；

所述门槛梁本体(1)还包括底壁(12)以及连接所述顶壁(11)和所述底壁(12)的第一侧壁(13)和第二侧壁(14)；

所述顶壁(11)的宽度小于所述底壁(12)的宽度；所述第一侧壁(13)靠近车身外侧；

所述底壁(12)包括低壁段(121)和高壁段(122)，所述低壁段(121)靠近所述第一侧壁(13)，所述高壁段(122)向上倾斜延伸至所述第一侧壁(13)。

2.根据权利要求1所述的车辆门槛梁，其特征在于，所述横向加强筋(2)的一端连接所述第一侧壁(13)，所述横向加强筋(2)的另一端连接所述第二侧壁(14)；

所述纵向加强筋(3)的一端连接所述顶壁(11)或所述横向加强筋(2)，所述纵向加强筋(3)的另一端连接所述高壁段(122)。

3.根据权利要求2所述的车辆门槛梁，其特征在于，所述横向加强筋(2)的厚度范围为2.0～3.2mm。

4.根据权利要求1所述的车辆门槛梁，其特征在于，所述横向加强筋(2)和所述纵向加强筋(3)均为一体式结构。

5.根据权利要求1所述的车辆门槛梁，其特征在于，所述门槛梁本体(1)的壁厚范围为2.0～3.0mm。

6.根据权利要求5所述的车辆门槛梁，其特征在于，所述门槛梁本体(1)在与车身或车身零部件连接处设有加厚段。

7.一种权利要求1-6中任一项所述的车辆门槛梁的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

分析车辆门槛梁周边零件的布置要求、车辆门槛梁受力情况及外形特征，初步设计车辆门槛梁的形状、加强筋布局、壁厚及加强筋厚度；

建立车辆门槛梁的三维模型；

建立车辆碰撞的CAE有限元仿真模型，并设定设计变量和评价指标；

对三维模型进行CAE仿真分析、计算，根据设计变量与评价指标的变化关系，确定车辆门槛梁的截面形状、壁厚及加强筋的厚度。

Images