CN113022709A - 车身顶棚结构的开发方法以及车身顶棚结构 - Google Patents

Abstract

本方案提供一种车身顶棚结构的开发方法和车身顶棚结构，开发方法包括如下步骤：搭载整车模型，并进行翻滚仿真；根据翻滚仿真，提取顶棚结构的最大翻滚载荷；将所述最大翻滚载荷施加至整车模型的顶棚结构，并同时设置对应整车模型的整车模态、整车刚度、整车强度；识别顶棚结构的结构承载路径；根据结构承载路径，设计顶棚结构的承载结构。该开发是先翻滚仿真提取最大翻滚载荷，再将该最大翻滚载荷作为条件输入进行再次模拟，获得的承载路径更为接近现实，而再次模拟过程中加入其它边界条件时，不再进行翻滚模拟，可以节省仿真模拟的难度，大大降低运算时间。

Description

车身顶棚结构的开发方法以及车身顶棚结构

技术领域

本发明涉及车体设计技术领域，具体涉及一种车身顶棚结构的开发方法以及车身顶棚结构。

背景技术

汽车车身作为乘客和货物的重要载体，需要合理设计其结构，要求其具有一定的刚强度。与对传统轿车的要求不同，对于客车车辆，除了需要满足常规的结构刚度(弯曲刚度、扭转刚度等)要求外，还需满足客车翻滚法规要求，以保证车内乘客安全，比如针对宽体轻型客车。

基于传统的上部车身结构的设计方法，车身的结构性能难以达到翻滚法规要求。在翻滚实验中，变形后的钣金侵入乘客生存空间值超标100％。进行设计优化时，主要是通过做多次翻滚法规试验来验证车身上部结构的结构可靠性，但此种方式的试验时间长，且花费的试验成本很高。

发明内容

本方案提供一种车身顶棚结构的开发方法，包括如下步骤：

搭载整车模型，并进行翻滚仿真；

根据翻滚仿真，提取顶棚结构的最大翻滚载荷；

将所述最大翻滚载荷施加至整车模型的顶棚结构，并同时设置对应整车模型的整车模态、整车刚度、整车强度；

识别顶棚结构的结构承载路径；

根据结构承载路径，设计顶棚结构的承载结构。

可选地，对所述整车模态、整车刚度、整车强度，通过加权系数设置权重。

可选地，所述顶棚结构包括位于顶部的顶盖外板和连接于所述顶盖外板侧面的侧围板，对所述侧围板进行开孔优化，避让所述承载结构。

本发明还提供一种车身顶棚结构，通过如上任一项所述的车身顶棚结构的开发方法形成，其特征在于，所述承载结构包括多根沿所述顶棚结构的长度方向分布的横梁，位于前端的所述横梁为X型或H型横梁。

可选地，所述顶棚结构包括位于顶部的顶盖外板和连接于所述顶盖外板侧面的侧围板，所述顶盖外板的内侧设有多条减震膨胀胶条，所述减震膨胀胶条横向延伸；所述横梁设有胶槽，所述减震膨胀胶条设于所述胶槽内。

可选地，所述侧围板的内侧设有加强板。

可选地，所述顶盖外板和所述侧围板通过转接支架连接，所述转接支架和所述顶盖外板、所述侧围板同时通过点焊和螺栓连接。

可选地，所述顶棚结构包括主体段和相接于所述主体段前端的坡度段；所述X型横梁位于所述坡度段；在相接的位置设有一根所述横梁，且所述横梁呈开口朝向后方的V型。

可选地，所述顶棚结构包括主体段和相接于所述主体段前端的坡度段；所述H型横梁的两根横梁本体分别位于坡度段和相接的位置。

本发明还提供一种车身顶棚结构，其承载结构包括多根沿所述顶棚结构的长度方向分布的横梁，位于前端的所述横梁为X型或H型横梁。

该开发方法是基于计算机仿真优化，在车辆开发前期可以有效识别载荷路径提前发现潜在失效风险，开发后期可以有效减少法规试验车辆数和试验轮次，节省实验开发费用，运用该方法开发的车身顶棚结构可以满足法规GB17578/ECE R66中关于车身上部结构的强度要求，在翻滚试验过程中和翻滚后生存空间无侵入现象。而且，该方法是先翻滚仿真提取最大翻滚载荷，再将该最大翻滚载荷作为条件输入进行再次模拟，获得的承载路径更为接近现实，而再次模拟过程中加入其它边界条件时，不再进行翻滚模拟，可以节省仿真模拟的难度，大大降低运算时间。

附图说明

图1为上部车身结构的示意图；

图2为顶棚结构的承载路径示意图；

图3为一种顶棚结构的具体示意图；

图4为另一种顶棚结构的具体示意图；

图5为图4中顶棚结构的完整示意图，且为爆炸图。

图1-5中附图标记说明如下：

20顶棚结构；211第一横梁；212第二横梁；213第三横梁；214第四横梁；215a第一横梁本体；215b第二横梁本体；215c连接纵梁；216V型横梁；217X型横梁；22尾梁边板；23侧围板；23a开孔；23b加强板；24顶盖外板；24a减震膨胀胶条；24b转接支架。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，图1为上部车身结构的示意图，该示意图仅仅是一种简化的示例说明。

本实施例的开发设计是为了满足车辆的翻滚安全要求，而碰撞翻滚时上部车身结构首先会受到地面的冲击，其结构形式将直接影响整个车身结构的整体刚度。在开发选定优化目标时，是将上部车身的顶棚结构20作为优化目标，上部车身包括发动机舱10的其他位置多属于功能性开口，不作为设计目标。顶棚结构即图1中所示的上部车身结构的顶部，以剖面线形式示出，包括相对平直的主体段20a，以及过渡连接发动机舱10和主体段20a的坡度段20b。

开发的具体步骤如下：

S1、搭载整车模型，并进行翻滚仿真；

搭建的模型可根据具体的车型开发需求设置，然后仅仅模拟翻滚工况的过程，具体即将整车模型仿真在一个倾斜的平台上，让其自动翻转砸向地面；

S2、根据翻滚仿真，提取顶棚结构的最大翻滚载荷；

在整个翻滚过程中，根据仿真输出的结果，可以获得顶棚结构的最大翻滚载荷；

S3、将所述最大翻滚载荷施加至整车模型的顶棚结构，并同时设置对应整车模型的整车模态、整车刚度、整车强度；

相较于S1的单一工况，步骤S3属于综合工况，设置边界条件时，不同工况设置的边界条件有所区别，比如，整车模态工况下不施加任何约束和载荷，整车刚度工况下，可以约束前后弹簧座，在车身硬点施加载荷。

S4、识别顶棚结构的结构承载路径；

S5、根据结构承载路径，设计顶棚结构的承载结构。

该开发方法是基于计算机仿真优化，在车辆开发前期可以有效识别载荷路径提前发现潜在失效风险，开发后期可以有效减少法规试验车辆数和试验轮次，节省实验开发费用，运用该方法开发的车身结构可以满足法规GB17578/ECE R66中关于车身上部结构的强度要求，在翻滚试验过程中和翻滚后生存空间无侵入现象，该开发方法尤其适用于宽体轻客车型，对翻滚安全要求较高，当然，也可以作为通用车身结构优化的方法，在新车型开发中推广应用。而且，该方法是先翻滚仿真提取最大翻滚载荷，再将该最大翻滚载荷作为条件输入进行再次模拟，获得的承载路径更为接近现实，而再次模拟过程中加入其它整车工况时，不再进行翻滚模拟，可以节省仿真模拟的难度，大大降低运算时间。可见，步骤S3是将翻滚力、刚度、强度、模态集成到一个模型中进行集成分析，并最终通过后续步骤实现优化。

另外，针对上述S3中多种工况，在仿真过程中，可以通过加权系数(0-1之间)设置权重，以更符合实际的开发需求。即对整车模态、整车刚度、整车强度三种工况，可以有所侧重，并非均等对待，而具体的加权系数可以根据实验或经验数据获得。

请参考图2，图2为顶棚结构的承载路径示意图，即示意出顶棚结构最佳的传力路径，通过步骤S4得出，沿该传力路径设置承载结构，力即沿此种承载结构进行路径传递，即图2同时示意为具体的承载结构。根据该承载路径设计顶棚结构时，显然，可以为顶棚结构配设多根横梁，多根横梁沿顶棚结构的长度方向(也是车辆的长度方向)分布，其中，与图2所示的承载路径相对应，位于前端的横梁可以设计为X型横梁216。文中所述的“前”、“后”以车辆为基准，车头方向为前，车尾方向为后，前后即X向，车辆宽度方向为Y向，高度方向为Z向。由前至后，分别是第一横梁211、第二横梁212、第三横梁213、V型横梁216、X型横梁217。

如前所述，顶棚结构包括主体段20a和相接于主体段20a前端的坡度段20b，坡度段20b过渡连接主体段20a与发动机机舱10。其中，与图2所示传力路径对应，X型横梁217位于坡度段20b，经过承载路径分析，如此设置可以更好地满足翻滚工况下的强度需求，保证乘客的安全。

请继续参考图2，设计的承载结构在主体段20a和坡度段20b相接的位置也设有一根横梁，且该横梁对应地可呈开口朝向后方的V型，即图2所示的V型横梁216，这种设置同样是满足安全需要。

对应于图2，除了位于顶棚结构前部的X型横梁217和V型横梁216，其余横梁均为相对平直的梁体，呈川字型分布。

请参考图3，图3为一种顶棚结构的具体示意图，主要示出承载结构的横梁、侧围板和加强板，并未示出顶盖外板。

根据图2的承载路径分析，顶棚结构具有X型横梁217和V型横梁216，以达到较佳的横梁组合，满足翻滚工况下的安全要求，为了兼顾安全标准，和便于实际加工生产，图3实施例中，在顶棚结构的前部位置设置H型横梁，顶棚结构自后向前依次布置第一横梁211、第二横梁212、第三横梁213、第四横梁214以及H型横梁，第一至第四横梁大致平直延伸，呈川字型分布。H型横梁包括两根横梁本体(即第一横梁本体215a、第二横梁本体215b)和连接两根横梁本体的一根连接纵梁215c，H型横梁和X型横梁217的结构虽然不同，但都存在加强连接的结点，具有近似的承载效果，且相较于X型横梁217而言，更易于实际生产加工。进一步地，H型横梁的一根横梁本体位于坡度段20b，一根横梁本体位于坡度段20b和主体段20a相接的位置，如图3所示，第一横梁本体215b位于坡度段20b，第二横梁本体215a位于相接位置。这种分布方式起到上述实施例中X型横梁217和V型横梁216的承载效果。另外，对于侧围板23进行了开孔设计，如图3所示，侧围板23设有多个开孔23a，开孔23a主要是用于整车线束的通过，设置的开孔23a应当避让承载的横梁结构。

请继续参考图4和图5，图4为另一种顶棚结构的具体示意图，同样未示出顶盖外板；图5为图4中顶棚结构的完整示意图，且为爆炸图。

在图3基础上，可以对顶棚结构进一步详细设计，如图4所示，侧围板23的开孔23a进一步优化，主要是根据线束走向调整开孔23a的大小，另外还增加如下所述的加强板23b，第三横梁213和第四横梁214也进行了局部加强设计，第一横梁211附加尾梁边板22。另外，图4示出两个纵梁支架215c’，两个纵梁支架215c’焊接形成H型横梁的连接纵梁。

此外，顶盖外板24的内侧设有多条减震膨胀胶条24b，减震膨胀胶条24b横向延伸，横跨顶盖外板24，可以起到较好的减震作用，进一步降低碰撞翻滚时的冲击，提高安全系数。具体地，承载结构的横梁设有胶槽，减震膨胀胶条24b设于胶槽内，应当说明，图5中为爆炸图，所以示意的减震膨胀胶条24b与横梁有一定间距，实际上布置于横梁，还起到连接横梁和顶盖外板24的作用。另外，侧围板23的内侧设有加强板23b，进一步提高强度。

顶盖外板24的侧边还可以设有转接支架24a，用于连接侧围板23，转接支架24a与顶盖外板24、侧围板23点焊连接，同时还通过螺栓连接，加强连接强度。

以上仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.车身顶棚结构的开发方法，其特征在于，包括如下步骤：

搭载整车模型，并进行翻滚仿真；

根据翻滚仿真，提取顶棚结构的最大翻滚载荷；

将所述最大翻滚载荷施加至整车模型的顶棚结构，并同时设置对应整车模型的整车模态、整车刚度、整车强度；

识别顶棚结构的结构承载路径；

根据结构承载路径，设计顶棚结构的承载结构。

2.如权利要求1所述的车身顶棚结构的开发方法，其特征在于，对所述整车模态、整车刚度、整车强度，通过加权系数设置权重。

3.如权利要求1或2所述的车身顶棚结构的开发方法，其特征在于，所述顶棚结构包括位于顶部的顶盖外板和连接于所述顶盖外板侧面的侧围板，对所述侧围板进行开孔优化，避让所述承载结构。

4.车身顶棚结构，通过权利要求1-3任一项所述的车身顶棚结构的开发方法形成，其特征在于，所述承载结构包括多根沿所述顶棚结构的长度方向分布的横梁，位于前端的所述横梁为X型或H型横梁。

5.如权利要求4所述的车身顶棚结构，其特征在于，所述顶棚结构包括位于顶部的顶盖外板和连接于所述顶盖外板侧面的侧围板，所述顶盖外板的内侧设有多条减震膨胀胶条，所述减震膨胀胶条横向延伸；所述横梁设有胶槽，所述减震膨胀胶条设于所述胶槽内。

6.如权利要求5所述的车身顶棚结构，其特征在于，所述侧围板的内侧设有加强板。

7.如权利要求5所述的车身顶棚结构，其特征在于，所述顶盖外板和所述侧围板通过转接支架连接，所述转接支架和所述顶盖外板、所述侧围板同时通过点焊和螺栓连接。

8.如权利要求4-7任一项所述的车身顶棚结构，其特征在于，所述顶棚结构包括主体段和相接于所述主体段前端的坡度段；所述X型横梁位于所述坡度段，且在相接的位置设有一根所述横梁，且所述横梁呈开口朝向后方的V型。

9.如权利要求4-7任一项所述的车身顶棚结构，其特征在于，所述顶棚结构包括主体段和相接于所述主体段前端的坡度段；所述H型横梁的两根横梁本体分别位于坡度段和相接的位置。

10.车身顶棚结构，其特征在于，其承载结构包括多根沿所述顶棚结构的长度方向分布的横梁，位于前端的所述横梁为X型或H型横梁。

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