CN113954970A - 一种车身前部框架结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车身前部框架结构，包括前保横梁，所述前保横梁设置在车身前纵梁前端，吸能盒设于所述前保横梁两侧，所述吸能盒的后部连接在车身前纵梁前端，其特征在于：所述前保横梁下方设有小腿防撞梁，所述小腿防撞梁通过前副车架左/右延伸梁连接至前副车架。本发明车身前部框架结构，结构简单，使碰撞能量传递更为顺畅，更加均衡，可提升碰撞性能及前舱前端的刚度和模态，具有较强的实用性和较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于汽车技术领域，更具体地说，涉及一种车身前部框架结构。
背景技术
随着社会的发展，车辆的类型越来越多，国内外法规、新车评价标准和消费者对汽车安全的要求也越来越高。碰撞性能是汽车安全因素的一个重要指标，因此与碰撞相关的结构也成为车身结构设计中值得研究的重要部分，尤其是2021版C-NCAP中的MPDB对碰标准更是重中之重。对于碰撞结构，在设计中我们的重点有刚柔两部分，刚的部分是在结构设计中，要有足够的强度，保证乘员舱变形最小；柔的部分是在结构设计中，有一定的变形吸能空间，减少直接传递到乘员舱的碰撞能量。车身的前部结构，主要是柔性部分，既起到吸能变形的作用，又能很好的分散碰撞能量将碰撞能量传递到车身后部。
车辆的安全是相对的，MPDB工况和车辆实际发生事故时的场景更相似，车辆在行驶过程中若发生两车相撞的情况，相撞车辆的质量、外形尺寸、结构强度和刚度等方面存在着一定的差异。车辆如何在碰撞中既能保护本车乘员的安全(耐撞性)，又能减少对另一方碰撞车辆造成的伤害(攻击性)，这是碰撞兼容性需要研究的内容。
美国NHTSA在2001年曾做过一项调查，在轿车与其他类型的车辆对碰的交通事故中，轿车驾驶员的死亡率要明显大于其他更重、更高、更坚硬的车。车辆碰撞相容性主要是指质量、尺寸、刚度三方面相容。质量：根据动量守恒定律，质量越大的车，速度变化量更小；尺寸：主要是前纵梁的离地高度，如果和对面车辆没有足够的重叠度，会发生上骑下钻或“叉子”效应，吸能结构发挥不到作用；刚度：刚度值越小的车辆，车辆变形会越大。
碰撞兼容性是车辆耐撞性和车辆兼容性的集合，目的是找到两者之间的平衡点。随着汽车被动安全技术的发展，碰撞兼容性的问题逐渐收到各主机厂的关注。
目前模拟车辆对车辆碰撞的试验，基本都是用试验车辆撞击碰撞壁，考核的也只是车辆保护本车乘员的能力(防御力)，至于对方受到的伤害(攻击性)如何，不是汽车安全设计的目标，也不是消费者买车的关注点，属于只顾自己不顾他人的单边思维。但是碰撞安全评价的初心是不断减少交通事故中的死伤率，拯救尽可能多的生命。如果车辆结构设计中仅仅考虑防御性设计，则会造成车辆结构越做越强，能量是守恒的，车身结构不变形吸能，碰撞中的能量就会传递到乘员这边来吸收和耗散，对乘员的伤害就更大。所以，车辆结构做的结实坚固的同时，也要考虑给对方车辆造成的伤害，做到软硬适度，攻守平衡，以碰撞双方伤害最小化为目的。
汽车前部结构是车辆高速对碰时的主要吸能部件，主要作用是用于高速情况下，两车碰撞时减少自身车辆结构的变形和对室内乘员的伤害同时，也要保证对方车辆结构的变形和室内乘员的伤害。目前国内汽车的前部结构主要靠前保横梁和前纵梁进行传递碰撞能量，传力路径单一，承载碰撞能量不均衡，不能满足21版C-NCAP中50％MPDB对碰性能的要求。50％MPDB对碰工况下，车辆与车辆对碰中的相对速度达到100km/h,现有的车身前部结构不能设计的太硬，需要设计更多的传力路径，所以50％MPDB对于车身各传递路径力的承载设计要求更高更均衡，避免某一部位设计过强传力过于集中，造成对方车辆的前结构被击穿或者损伤较大。
现有的车身前部结构设计中，车身前纵梁作为最重要的一条缓冲、传导、吸能作用的路径，此时由于50％MPDB对碰中车辆与车辆对碰中的相对速度达到100km/h，前纵梁的变形吸能也较传统的40％ODB偏置碰少，变形吸能时刻较40％ODB偏置碰提前33ms,导致MPDB工况下被撞车辆的前纵梁变形时间提前，结束时间提前。车身前部结构变形吸能变少(MPDB和ODB相比整车吸能少1100J)，碰撞中的能量就会往后传递到乘员这边来吸收和耗散，导致了乘员舱变形大，乘员伤害几率加大。再加上车辆对碰的重叠率为50％，导致前保横梁较早折弯，碰撞能量难以通过前保横梁本体传递到吸能盒和前纵梁上，导致吸能盒和前纵梁不压溃或者压溃较少(纵梁单路径结构，吸能盒、前纵梁整体强度高，容易出现击穿)。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单，使碰撞能量传递更为顺畅，更加均衡，可提升碰撞性能及前舱前端的刚度和模态的车身前部框架结构。
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部框架结构，包括前保横梁，所述前保横梁设置在车身前纵梁前端，吸能盒设于所述前保横梁两侧，所述吸能盒的后部连接在车身前纵梁前端，其特征在于：所述前保横梁下方设有小腿防撞梁，所述小腿防撞梁通过前副车架左/右延伸梁连接至前副车架。
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：
所述前副车架左/右延伸梁前端与所述小腿防撞梁通过螺栓连接，所述前副车架左/右延伸梁后端与所述前副车架螺栓连接。
所述车身前纵梁包括左前纵梁和右前纵梁，所述左前纵梁和右前纵梁的前端分别设有前保横梁左安装板和前保横梁右安装板。
所述左前纵梁和右前纵梁外侧分别设有左前纵梁侧向连接梁和右前纵梁侧向连接梁。
所述左前纵梁侧向连接梁和右前纵梁侧向连接梁前端分别搭接在所述前保横梁左安装板和前保横梁右安装板上，所述左前纵梁侧向连接梁和右前纵梁侧向连接梁后端分别和左前轮罩上加强梁外板和右前轮罩上加强梁外板搭接。
所述小腿防撞梁包括小腿防撞梁本体，及设于所述小腿防撞梁本体后方的安装座。
所述小腿防撞梁本体为弧形结构。
所述安装座设有间隔布置的两个，在两个所述安装座之间设有加强横梁。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明车身前部框架结构，结构简单，使碰撞能量传递更为顺畅，更加均衡，可提升碰撞性能及前舱前端的刚度和模态，具有较强的实用性和较好的应用前景。
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为现有技术中一种汽车前舱前部框架结构示意图；
图2为现有技术中一种汽车前舱前部框架传力路径结构示意图；
图3为现有技术中一种汽车前舱前部框架传力路径结构示意图；
图4为现有技术中一种汽车前舱前部框架传力路径结构示意图；
图5为本发明实施例中汽车前舱前部框架结构示意图；
图6为本发明实施例中汽车前舱前部框架传力路径结构示意图；
图7为本发明实施例中汽车前舱前部框架传力路径结构示意图；
图8为本发明实施例中汽车前舱前部框架传力路径结构示意图；
图9为本发明实施例中第二条传力路径示意图；
图10为本发明实施例中第二条传力路径示意图；
图11为本发明实施例中第三条传力路径示意图；
图12为本发明实施例中第三条传力路径示意图；
图13为本发明汽车前舱前部框架中前保横梁安装板结构示意图；
图14为本发明汽车前舱前部框架中小腿防撞梁结构示意图；
图15为本发明汽车前舱前部框架前副车架延伸梁结构示意图。
图中标记为：101-第一左前纵梁；102-第一右前纵梁；103-第一左前轮罩上加强梁外板；104-第一右前轮罩上加强梁外板；105-第一前保横梁；106-第一左吸能盒；107-第一右吸能盒；108-第一前保横梁左安装板；109-第一前保横梁右安装板；
201-左前纵梁；202-右前纵梁；203-左前轮罩上加强梁外板；204-右前轮罩上加强梁外板；205-前保横梁；206-左吸能盒；207-右吸能盒；208-前保横梁左安装板；209-前保横梁右安装板；210-小腿防撞梁；211-左前纵梁侧向连接梁；212-右前纵梁侧向连接梁；213-前副车架左延伸梁；214-前副车架右延伸梁。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明这种车身前部框架结构，如图5中所示，包括前保横梁205，所述前保横梁205设置在车身前纵梁前端，吸能盒设于前保横梁205两侧，吸能盒的后部连接在车身前纵梁前端，前保横梁205下方设有小腿防撞梁210，小腿防撞梁210通过前副车架左/右延伸梁连接至前副车架。增加小腿防撞梁210，增加前部与壁障接触面积，提升碰撞性能及前舱前端的刚度和模态。
本发明中，前副车架左/右延伸梁前端与所述小腿防撞梁210通过螺栓连接，所述前副车架左/右延伸梁后端与所述前副车架螺栓连接，便于安装连接。
本发明中，车身前纵梁包括左前纵梁201和右前纵梁202，所述左前纵梁201和右前纵梁202的前端分别设有前保横梁左安装板208和前保横梁右安装板209。左前纵梁201和右前纵梁202外侧分别设有左前纵梁侧向连接梁211和右前纵梁侧向连接梁212。左前纵梁侧向连接梁211和右前纵梁侧向连接梁212前端分别搭接在前保横梁左安装板208和前保横梁右安装板209上，左前纵梁侧向连接梁211和右前纵梁侧向连接梁212后端分别和左前轮罩上加强梁外板203和右前轮罩上加强梁外板204搭接，通过焊接连接。
本发明中，小腿防撞梁210包括小腿防撞梁本体，及设于小腿防撞梁本体后方的安装座。小腿防撞梁本体为弧形结构，均匀分散受力。安装座设有间隔布置的两个，在两个所述安装座之间设有加强横梁，提升小腿防撞梁210整体结构强度。
如图1、2、3、4所示，是现有技术中一种汽车前舱前部框架结构，适用于电动车和燃油车型，包括：第一左前纵梁101；第一右前纵梁102；第一左前轮罩上加强梁外板103；第一右前轮罩上加强梁外板104；第一前保横梁105；第一左吸能盒106；第一右吸能盒107；第一前保横梁左安装板108；第一前保横梁右安装板109；除传力路径1外，传力路径2和传力路径3碰撞能量传递路径不顺畅，大大减弱了能量路径的有效传递。
本发明提供一种新型的MPDB车身前部框架结构，包括前保横梁205、吸能盒、前纵梁、小腿防撞梁210、前纵梁侧向连接梁、前副车架延伸梁、前轮罩上加强梁外板总成，这些组件形成了多层级多方向的吸能框架结构，多个框架结构能够有效吸收碰撞过程中产生的能量，多路径分散并传递碰撞过程中产生的冲击力，从而提升前舱对于碰撞能量的吸收能力，并解决车辆在50％MPDB工况下，最大限度减小乘员舱变形、降低对乘员伤害的同时，尽量的弱化车辆的攻击性能并且增加多条传力路径，使碰撞能量传递更为顺畅，使得承载碰撞能量更高更均衡。
如图4、6、7、8所示，本发明提供了一种实施例中汽车前舱前部框架结构，适用于电动车和燃油车型，包括：左前纵梁201；右前纵梁202；左前轮罩上加强梁外板203；右前轮罩上加强梁外板204；前保横梁205；左吸能盒206；右吸能盒207；前保横梁左安装板208；前保横梁右安装板209；小腿防撞梁210；左前纵梁侧盖板211；右前纵梁侧盖板212；前副车架左延伸梁213；前副车架右延伸梁214；三条传力路径分布均匀、顺畅，整条路径完整贯通，保证证MPDB对碰时能量的有效传递。
本发明车身前部框架结构，包括上、中、下三条传力路径：第一吸能传力路径、第二吸能传力路径和第三吸能传力路径。
如图7、8中所示，第一吸能传力路径：由前保横梁205传递至左吸能盒206和右吸能盒207，再由左吸能盒206和右吸能盒207分别传递至前保横梁左安装板208和前保横梁右安装板209，再由前保横梁左安装板208和前保横梁右安装板209分别传递至左前纵梁201和右前纵梁202。前保横梁205设置在车身前纵梁前端，吸能盒的后部与前纵梁前端的前保横梁左/右安装板螺母连接。
如图7、8、9、10中所示，第二吸能传力路径：由前保横梁左/右安装板总成通过左/右左前纵梁外侧的左/右前纵梁侧向连接梁传递至左/右前轮罩上加强梁外板总成。如图13中所示，前保横梁左/右安装板总成结构加宽，前保横梁左/右安装板和左/右左前纵梁外侧的左/右前纵梁侧向连接梁前端搭接，左/右前纵梁侧向连接梁后端再和左/右前轮罩上加强梁外板搭接。
如图6、8、11、12中所示，第三吸能传力路径：增设小腿防撞梁210，如图14、15中所示，由小腿防撞梁210经前副车架左/右延伸梁传递至前副车架总成，所述前副车架左/右延伸梁前端与小腿防撞梁210通过螺栓螺母连接，前副车架左/右延伸梁后端与前副车架总成螺栓连接。
本发明的主要目的在于优化现有的前舱前部框架结构，提升碰撞性能及前舱前端的刚度和模态。具体的通过以下两点改善：①增加前部与壁障接触面积(增加小腿防撞梁，增加考察区域与壁障Z向整体接触边界)；②增加车辆前部刚度，增加多条传力路径，整体SD值均低于80mm(增加左前轮罩上加强梁外板与左前纵梁本体，增加延伸部分的支撑强度)；对于第二吸能传力路径shotgun总成的结构强度，搭接方式，尤其是shotgun总成和前纵梁之间的连接。以及第三吸能传力路径前副车架延伸梁总成的结构强度，搭接方式，尤其是前副车架延伸梁与小腿防撞梁之间的连接。
本发明车身前部框架结构，结构简单，使碰撞能量传递更为顺畅，更加均衡，可提升碰撞性能及前舱前端的刚度和模态，具有较强的实用性和较好的应用前景。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用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直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种车身前部框架结构，包括前保横梁，所述前保横梁设置在车身前纵梁前端，吸能盒设于所述前保横梁两侧，所述吸能盒的后部连接在车身前纵梁前端，其特征在于：所述前保横梁下方设有小腿防撞梁，所述小腿防撞梁通过前副车架左/右延伸梁连接至前副车架。
2.按照权利要求1所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述前副车架左/右延伸梁前端与所述小腿防撞梁通过螺栓连接，所述前副车架左/右延伸梁后端与所述前副车架螺栓连接。
3.按照权利要求1所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述车身前纵梁包括左前纵梁和右前纵梁，所述左前纵梁和右前纵梁的前端分别设有前保横梁左安装板和前保横梁右安装板。
4.按照权利要求3所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述左前纵梁和右前纵梁外侧分别设有左前纵梁侧向连接梁和右前纵梁侧向连接梁。
5.按照权利要求4所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述左前纵梁侧向连接梁和右前纵梁侧向连接梁前端分别搭接在所述前保横梁左安装板和前保横梁右安装板上，所述左前纵梁侧向连接梁和右前纵梁侧向连接梁后端分别和左前轮罩上加强梁外板和右前轮罩上加强梁外板搭接。
6.按照权利要求1所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述小腿防撞梁包括小腿防撞梁本体，及设于所述小腿防撞梁本体后方的安装座。
7.按照权利要求6所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述小腿防撞梁本体为弧形结构。
8.按照权利要求7所述的车身前部框架结构，其特征在于：所述安装座设有间隔布置的两个，在两个所述安装座之间设有加强横梁。
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