CN113212344B - 一种前端正碰结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车配件技术领域，具体涉及一种前端正碰结构。一种前端正碰结构，包括前端横梁，在前端横梁的左右两侧分别设置一呈Z字型的翅膀结构，翅膀结构的上端横段与前端横梁固定，翅膀结构的竖段向后下方倾斜并弯折，翅膀结构的下端横段端面朝向汽车前轮胎。本发明能满足《C‑NCAP管理规则(2021年版)》碰撞要求，是一种简单、经济、高效的前端正碰结构，并且能够在批量制造中保持质量和性能的稳定。

Description

一种前端正碰结构

技术领域

本发明属于汽车配件技术领域，具体涉及一种前端正碰结构。

背景技术

自美国1979年最早采用NCAP(New Car Assessment Programme，新车评价规程)体系以来，汽车安全性能逐渐被广大的汽车消费者所了解。2006年，为了促进中国汽车产品安全技术水平的快速发展，降低道路交通安全事故中的伤亡率，实现构建和谐汽车社会的目的，在充分研究并借鉴其他国家NCAP发展经验的基础上，结合我国汽车标准、技术和经济发展水平，中国汽车技术研究中心有限公司正式建立了C-NCAP(中国新车评价规程)。

随着C-NCAP的顺利实施及研究的深入，中国汽车技术研究中心有限公司也对《C-NCAP管理规则》进行了多次完善和提升，经历了2006年版、2009年版、2012年版、2015年版和2018年版的变更。如今，随着中国道路交通事故研究、中国汽车市场车型基础数据研究、国际前沿汽车试验技术研究等一系列工作的不断深入，提出了《C-NCAP管理规则(2021年版)》，与《C-NCAP管理规则(2018年版)》相比，C-NCAP 2021版在原有的碰撞试验基础上，特别提出用相对速度100km/h正面50％车-车对撞测试代替了原来的相对速度64km/h偏置40％碰撞测试，这一工况考虑到大型乘用车与小型乘用车发生碰撞时，避免小型乘用车处于明显的劣势，而发生惨烈的交通事故和人员伤亡。提高了大小乘用车碰撞的兼容性，推动大小乘用车和谐一体的交通环境。

面对这一新型要求，如何设计出能够保证批量零件质量稳定的碰撞结构，如何保证实际试验结果与仿真结果的一致性，如何达到大小乘用车相对碰撞的兼容性，都是当前各大主机厂开发过程中的难题。

使用传统的燃油车型正面碰撞结构，单层前端横梁，覆盖车身宽度大约50％。由于正面50％车-车对撞测试相对速度高达100Km/h，而且传统前端横梁与试验壁障重叠量大约只有25％，在碰撞中无法形成有效的稳定结构，横梁从Y0到两侧迅速发生折叠，在横梁两端形成尖锐的突出物，迅速浸入碰撞壁障，很容易把碰撞壁障击穿，从而导致得分过低。此外在试验中的前端横梁的变形情况往往也不稳定，会导致车舱前排乘员假人受到过度挤压造成腿部严重伤害，产生不利影响和不合格的碰撞结果。

使用新能源车型碰撞结构，上下层前端横梁。新能源车型由于没有发动机部件，前舱空间不受发动机布置限制，在车身前端可以提供足够的空间布置车身下车架。通过车身下车架和车身前纵梁结构形成了上下双层布局，为前端横梁设计成上下双层结构创造了良好的基础。车身前纵梁，车身下车架，上下双层前端横梁组成一个大型的稳定结构。在相对速度100km/h正面50％车-车对撞测试过程中，上下同时进行缓冲吸收能量表现优异、从而大幅提高碰撞兼容性，实现了大车小车和谐一体的目的。

但是，传统燃油车型前舱需要布置众多零件，如发动机、冷却模块、水壶等零部件占据了绝大部分空间，无法像新能源车型一样在车身前端布置车身下车架，导致在碰撞中无法形成有效的稳定结构，缓冲吸收能力严重不足、碰撞兼容性成绩太差等结果，从而无法满足《C-NCAP管理规则(2021年版)》提出的这一新要求，实现车辆的五星碰撞。

发明内容

本发明针对上述技术问题，目的在于提供一种前端正碰结构。

一种前端正碰结构，包括前端横梁，在所述前端横梁的左右两侧分别设置一呈Z字型的翅膀结构，所述翅膀结构的上端横段与所述前端横梁固定，所述翅膀结构的竖段向后下方倾斜并弯折，所述翅膀结构的下端横段端面朝向汽车前轮胎。

左右两侧的所述翅膀结构与所述前端横梁的总长度大于汽车车身宽度的80％，优选90％以上。

所述翅膀结构上固定一缓冲吸能框，所述缓冲吸能框采用至少前侧面为敞开结构的中空的长方体结构，所述翅膀结构的下端横段端面插入所述缓冲吸能框的敞开结构内，所述缓冲吸能框将所述翅膀结构的下端横段端面包住，所述缓冲吸能框的后侧面朝向汽车前轮胎。

所述缓冲吸能框的后侧面中心与所述汽车前轮胎的中心重合。

所述缓冲吸能框的左右侧面分别与所述翅膀结构采用点焊焊接固定。

所述前端横梁包括位于前侧的主横梁、位于所述主横梁后侧的后横梁，所述主横梁和所述后横梁固定在一起形成所述前端横梁；

所述后横梁伸出于所述主横梁的左右两侧，所述翅膀结构与所述后横梁的左右两侧固定。

所述翅膀结构包括位于前侧的前辅助横梁、位于所述前辅助横梁后侧的后辅助横梁，所述前辅助横梁和所述后辅助横梁固定在一起形成所述翅膀结构。

所述前辅助横梁的上端横段端部延伸至所述主横梁侧边；

所述前辅助横梁的上端横段后侧面与所述后横梁左侧或右侧的前侧面固定，所述后辅助横梁的上端横段前侧面与所述后横梁左侧或右侧的后侧面固定，致使所述前端横梁的左右两侧分别固定一个所述翅膀结构。

所述前端横梁与所述翅膀结构采用点焊焊接固定。

所述前辅助横梁的上下端面延伸有向后弯折的端面盖板，位于所述前辅助横梁竖段和下端横段上的端面盖板与前辅助横梁垂直设置；

所述后辅助横梁的上下端面延伸设有向后弯折的端面耳板；所述端面耳板分布于所述后辅助横梁的竖段和下端横段上；

所述端面耳板与所述端面盖板固定。

所述主横梁、所述前辅助横梁均采用热成型高强度钢，所述热成型高强度钢的屈服极限为950Mpa-1250Mpa，抗拉强度为1350Mpa-1650Mpa，硬度为400HV-520HV。

所述后横梁、所述后辅助横梁均采用冷成型钢，所述冷成型钢的屈服极限为400Mpa-600Mpa，抗拉强度为550Mpa-800Mpa，硬度为170HV-210HV。

还包括下层横梁，所述下层横梁位于所述前端横梁下方，所述下层横梁的左右两侧分别与左右两个所述翅膀结构的竖段固定。

优选所述下层横梁的左右两侧分别与左右两个所述翅膀结构的竖段向后下方倾斜并弯折的弯折处固定。

还包括两个前纵梁，两个所述前纵梁分别固定在所述后辅助横梁上且位于所述后辅助横梁后方。

所述前纵梁与所述后辅助横梁的上端横段垂直设置。

有益效果：本发明针对传统燃油车型能满足《C-NCAP管理规则(2021年版)》碰撞要求，是一种简单、经济、高效的前端正碰结构，并且能够在批量制造中保持质量和性能的稳定。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1的另一侧结构示意图；

图3为图1的主视图；

图4为图1的后视图；

图5为图1的侧视图；

图6为本发明翅膀结构的一种立体图；

图7为图6的主视图；

图8为图6的后视图；

图9为图6的侧视图；

图10为本发明与汽车前轮胎的位置关系图；

图11为本发明缓冲吸能框的轴心示意图；

图12为本发明形成的一种稳定框型吸能区示意图；

图13为正碰模拟图；

图14为正碰模拟结果图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1至图9，一种前端正碰结构，包括前端横梁1，在前端横梁1的左右两侧分别设置一呈Z字型的翅膀结构2，翅膀结构2的上端横段与前端横梁1固定，翅膀结构2的竖段向后下方倾斜并弯折，翅膀结构2的下端横段端面朝向汽车前轮胎。左右两侧的翅膀结构2与前端横梁1的总长度大于汽车车身宽度的80％，优选90％以上。

本发明充分根据传统燃油车型的特点及正碰过程中的受力情况，在现有车身前纵梁、前转向轴、前轮胎和前端框架等结构条件下，设计出一个全新的前端正碰结构。本发明的前端正碰结构相对传统燃油车，Y方向(左右方向)往车身两侧扩宽，能达到车身80％优选90％以上。Z方向(上下方向)往车身下侧拓宽，形成两侧Z字波浪形。通过上述结构，车身各结构彼此之间相互作用形成一个封闭的吸能区，用于相对速度100km/h正面50％车-车对撞测试过程中更好的缓冲能力，降低传统燃油车前端横梁对碰撞壁障的攻击性，同时也减少前纵梁的溃缩变形，降低乘员舱的假人的受伤指标。

具体的，本发明通过两个翅膀结构2使得在Y方向往车身两侧扩大，根据不同的车型，以及车身重量，可以有所不同。但是需要保证左右两侧的翅膀结构2与前端横梁1的总长度大于汽车车身宽度的80％以上，且翅膀结构2的下端横段端面朝向汽车前轮胎。这样的设计Z方向往车身下侧拓宽，形成Z字波浪形，增加前端横梁X方向(前后方向)的整体刚度，避免在发生碰撞时，较早的溃缩。

翅膀结构2上固定一缓冲吸能框3，缓冲吸能框3采用至少前侧面为敞开结构的中空的长方体结构，翅膀结构2的下端横段端面插入缓冲吸能框3的敞开结构内，缓冲吸能框3将翅膀结构2的下端横段端面包住，缓冲吸能框3的后侧面朝向汽车前轮胎4。如图9至图10中所示，优选缓冲吸能框3的后侧面中心与汽车前轮胎4的中心重合。缓冲吸能框3的左右侧面分别与翅膀结构2采用点焊焊接固定。

具体的，缓冲吸能框3可以采用钢板两端向前弯折后形成的U字型框型结构。缓冲吸能框3的两个弯折面分别与翅膀结构2的前后两侧侧面采用点焊焊接固定。本发明通过前端横梁两侧延伸的翅膀结构，与汽车前轮胎4进行相连，如图10中所示，本发明能够把碰撞过程中产生的高能量通过汽车前轮胎4诱导到车身，进行有效的缓冲分摊吸能。在左右两个翅膀结构2端部设计了一个缓冲吸能框3，Y方向和Z方向轴心与汽车前轮胎4对齐能达到最优的缓冲吸能结果。

前端横梁1包括位于前侧的主横梁11、位于主横梁11后侧的后横梁12，主横梁11和后横梁12通过点焊焊接固定在一起形成前端横梁1。后横梁12伸出于主横梁11的左右两侧，翅膀结构2与后横梁12的左右两侧固定。

翅膀结构2包括位于前侧的前辅助横梁21、位于前辅助横梁21后侧的后辅助横梁22，前辅助横梁21和后辅助横梁22固定在一起形成翅膀结构2。前辅助横梁21的上端横段端部延伸至主横梁11侧边；前辅助横梁21的上端横段后侧面与后横梁12左侧或右侧的前侧面固定，后辅助横梁22的上端横段前侧面与后横梁12左侧或右侧的后侧面固定，致使前端横梁1的左右两侧分别固定一个翅膀结构2。优选的，前端横梁1与翅膀结构2采用点焊焊接固定。即右侧的前辅助横梁21和后辅助横梁22分别通过点焊焊接固定在后横梁12右侧。左侧的前辅助横梁21和后辅助横梁22分别通过点焊焊接固定在后横梁12左侧。

前辅助横梁21的上下端面延伸有向后弯折的端面盖板，位于前辅助横梁21竖段和下端横段上的端面盖板与前辅助横梁21垂直设置。后辅助横梁22的上下端面延伸设有向后弯折的端面耳板。端面耳板分布于后辅助横梁22的竖段和下端横段上。端面耳板与端面盖板通过点焊焊接固定。

主横梁11、前辅助横梁21均采用热成型高强度钢，热成型高强度钢的屈服极限为950Mpa-1250Mpa，抗拉强度为1350Mpa-1650Mpa，硬度为400HV-520HV。述后横梁12、后辅助横梁22均采用冷成型钢，冷成型钢的屈服极限为400Mpa-600Mpa，抗拉强度为550Mpa-800Mpa，硬度为170HV-210HV。

本发明充分考虑传统燃油车型，综合考虑功能和成本因素，前端横梁1的主横梁11一般是使用热成型高强度钢，其他横梁部件均采用冷成型钢。为了满足C-NCAP 2021这一碰撞新要求，需要提高两侧的耐撞性，使用热成型高强度钢代替冷成型低强度钢。

还包括下层横梁13，下层横梁13位于前端横梁1下方，下层横梁13的左右两侧分别与左右两个翅膀结构2的竖段固定。优选下层横梁13的左右两侧分别与左右两个翅膀结构2的竖段向后下方倾斜并弯折的弯折处固定。

还包括两个前纵梁5，两个前纵梁5分别固定在后辅助横梁22上且位于后辅助横梁22后方。前纵梁5与后辅助横梁22的上端横段垂直设置。传统的前纵梁5是固定在前端横梁1上的，而本发明增设了翅膀结构2后，将前纵梁5固定于翅膀结构2上。

参照图12，本发明充分根据传统燃油车型的特点及正碰过程中的受力情况，在本发明的前端正碰结构与汽车前轮胎4、前转向轴61、前纵梁5，共同作用下形成一个封闭的稳定的框型吸能区，用于相对速度100km/h正面50％车-车对撞测试过程中更好的缓冲能力，降低前横梁对碰撞壁障的攻击性，减少前纵梁的溃缩变形，降低乘员舱的假人的受伤指标。

通过本发明的前端正碰结构与前端骨架62、大灯支架63、上纵梁64、前转向轴61、汽车前轮胎4，同时形成另一个稳固的闭环框型结构。此闭环框型结构能够在相对速度100km/h正面50％车-车对撞碰测试过程中降低前车头结构整体变形起到辅助支撑作用，降低碰撞壁障过早发生错位和翻转，从而提高测试成绩，更好的达到五星碰撞要求。

参照图13，通过大量的计算仿真验收对比，传统燃油车型前端横梁在相对速度100km/h正面50％车-车对撞测试过程中，由于横梁Y方向过短，强度偏低，也没有完整的封闭框型结构支撑，因此如图13(a)中所示，在模拟计算中较早的发生折叠，导致碰撞壁障浸入量整体偏大，在折叠区域甚至发生了击穿碰撞壁障，导致得分过低没有办法满足C-NCAP五星碰撞要求。

本发明的前端正碰结构由于形成了有两个稳定的闭环框型结构，如图13(b)所示，在碰撞模拟过程中发生折叠时间比传统的结构晚很多，而且侵入碰撞壁障整体偏小，更没有发生击穿碰撞壁障。

将传统燃油车型前端横梁未优化状态和本发明前端横梁优化状态通过正碰MPDB仿真模拟，两者的仿真模拟结果进行对比，得到如下对比表格：

可见，本发明的前端正碰结构，对前端横梁进行了优化，碰撞成绩表现优异，能够满足C-NCAP五星碰撞要求，并且在样车中进行了验证，与仿真结果一致。由此可见，本发明前端正碰结构加大碰撞结构的Y方向和Z方向尺寸，扩大整个前端正碰结构的车身覆盖面。增加与碰撞壁障的Y方向和Z方向的重叠区域。在碰撞的时候能够避免产生尖锐结构，避免击穿碰撞壁障而降低测试得分，从而满足试验要求，实现五星安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种前端正碰结构，包括前端横梁，其特征在于，在所述前端横梁的左右两侧分别设置一呈Z字型的翅膀结构，所述翅膀结构的上端横段与所述前端横梁固定，所述翅膀结构的竖段向后下方倾斜并弯折，所述翅膀结构的下端横段端面朝向汽车前轮胎；

所述翅膀结构上固定一缓冲吸能框，所述缓冲吸能框采用至少前侧面为敞开结构的中空的长方体结构，所述翅膀结构的下端横段端面插入所述缓冲吸能框的敞开结构内，所述缓冲吸能框将所述翅膀结构的下端横段端面包住，所述缓冲吸能框的后侧面朝向汽车前轮胎；

左右两侧的所述翅膀结构与所述前端横梁的总长度大于汽车车身宽度的80％以上；

所述缓冲吸能框的后侧面中心与所述汽车前轮胎的中心重合；

所述前端横梁包括位于前侧的主横梁、位于所述主横梁后侧的后横梁，所述主横梁和所述后横梁固定在一起形成所述前端横梁；

所述后横梁伸出于所述主横梁的左右两侧，所述翅膀结构与所述后横梁的左右两侧固定；

所述翅膀结构包括位于前侧的前辅助横梁、位于所述前辅助横梁后侧的后辅助横梁，所述前辅助横梁和所述后辅助横梁固定在一起形成所述翅膀结构；

所述前辅助横梁的上端横段端部延伸至所述主横梁侧边；

所述前辅助横梁的上端横段后侧面与所述后横梁左侧或右侧的前侧面固定，所述后辅助横梁的上端横段前侧面与所述后横梁左侧或右侧的后侧面固定，致使所述前端横梁的左右两侧分别固定一个所述翅膀结构；

还包括两个前纵梁，两个所述前纵梁分别固定在所述后辅助横梁上且位于所述后辅助横梁后方。

2.如权利要求1所述的一种前端正碰结构，其特征在于，所述缓冲吸能框的左右侧面分别与所述翅膀结构采用点焊焊接固定。

3.如权利要求1所述的一种前端正碰结构，其特征在于，所述前辅助横梁的上下端面延伸有向后弯折的端面盖板，位于所述前辅助横梁竖段和下端横段上的端面盖板与前辅助横梁垂直设置；

所述后辅助横梁的上下端面延伸设有向后弯折的端面耳板；所述端面耳板分布于所述后辅助横梁的竖段和下端横段上；

所述端面耳板与所述端面盖板固定。

4.如权利要求1所述的一种前端正碰结构，其特征在于，所述主横梁、所述前辅助横梁均采用热成型高强度钢，所述热成型高强度钢的屈服极限为950Mpa-1250Mpa，抗拉强度为1350Mpa-1650Mpa，硬度为400HV-520HV；

所述后横梁、所述后辅助横梁均采用冷成型钢，所述冷成型钢的屈服极限为400Mpa-600Mpa，抗拉强度为550Mpa-800Mpa，硬度为170HV-210HV。

5.如权利要求1所述的一种前端正碰结构，其特征在于，还包括下层横梁，所述下层横梁位于所述前端横梁下方，所述下层横梁的左右两侧分别与左右两个所述翅膀结构的竖段固定。