CN114162218A - 一种提升汽车碰撞安全性能的车架总成 - Google Patents
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Abstract
一种提升汽车碰撞安全性能的车架总成，属于汽车车身结构技术领域，该车架总成，包括副车架，副车架的前端分别通过车架纵梁与小腿横梁总成和水箱框架总成相连，水箱框架总成的前端连接有前保横梁总成，水箱框架总成的顶端设置有发盖总成，前保横梁总成的前端设置在小腿横梁总成前端的后方和发盖总成的前方，本发明的有益效果是，该车架总成整体结构简单，强度高，稳定性高，降低了整车的制造成本，提升了整车的碰撞安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车身结构技术领域，尤其涉及一种提升汽车碰撞安全性能的车架总成。
背景技术
汽车前副车架是汽车底盘系统重要的承载元件，也是汽车底盘最大的结构件。由于汽车前副车架通常布置在汽车前舱内，因此，前副车架不仅需要满足各零部件的装配需要，而且需要足够的强度和刚度，以保证各向载荷输入下不至于发生变形，提高底盘整体性，从而保证汽车具有良好的高速行驶能力并提升整车的操纵稳定性。
现有的汽车前副车架包括两种，一种是全框式副车架，一种是蝶式副车架(半框式副车架)，由于这两种副车架适用于不同规格的车身上，全框式副车架适用在尺寸较大的车身上，而蝶式副车架适用在尺寸较小的车身上。目前对于尺寸较大的车型，价格较低的蝶式副车架无法使用，一般是使用全框式副车架，但是全框式副车架价格昂贵，则提高了整车的价格，而且安装全框式副车架的车架总成的碰撞性能虽然满足国标强制法规(GB)，但是相关指标无法满足中国新车测评规程(C-NCAP)和中国保险安全性能指数规程(C-IASI)的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提升汽车碰撞安全性能的车架总成，既可降低整车的成本，而且通过结构设计还提升了汽车的碰撞安全性，不仅满足国标强制法规(GB)的要求，而且也可满足中国新车测评规程(C-NCAP)和中国保险安全性能指数规程(C-IASI)的要求。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述提升汽车碰撞安全性能的车架总成，包括副车架，所述副车架的前端分别通过车架纵梁与小腿横梁总成和水箱框架总成相连，所述水箱框架总成的前端连接有前保横梁总成，所述水箱框架总成的顶端设置有发盖总成，所述前保横梁总成的前端设置在所述小腿横梁总成前端的后方和所述发盖总成的前方。
所述发盖总成的前端与所述前保横梁总成的前端之间沿着车身方向的距离设置为0～20mm，所述发盖总成的前端与所述小腿横梁总成的前端沿着车身方向的距离设置为80～100mm。
所述小腿横梁总成包括前横梁和后横梁，所述后横梁的两端分别通过吸能盒Ⅰ与所述前横梁相连，两个所述吸能盒Ⅰ的后端分别与两个车架纵梁相连。
所述前横梁设置为弧形横梁，所述后横梁设置为水平横梁。
所述吸能盒Ⅰ的后端焊接有端板Ⅰ，所述车架纵梁的前端焊接有端板Ⅱ，所述端板Ⅰ与对应的端板Ⅱ贴合后通过螺栓相连。
两个所述车架纵梁的前端与所述水箱框架总成的底部通过螺栓相连。
所述水箱框架总成包括上横梁、下横梁及之间连接的左竖板和右竖板，所述左竖板和右竖板的外侧均焊接有加强板，所述加强板上焊接有安装组件，所述水箱框架总成通过所述安装组件与车身纵梁总成、车架纵梁和前保横梁总成相连。
所述安装组件设置为柱状结构，所述安装组件的前侧与所述前保横梁总成相连，所述安装组件的后侧与车身纵梁总成配合后焊接相连，所述安装组件的底端与所述车架纵梁的前端焊接相连。
所述安装组件包括L形安装板和L形围板，所述L形安装板焊接固定在所述加强板的前侧，所述L形围板焊接固定在所述加强板的后侧且与所述L形安装板焊接相连；所述L形安装板的前侧与所述前保横梁总成相连，所述L形安装板的后侧与所述L形围板上端围成卡接空间，所述卡接空间与车身纵梁总成配合后焊接相连，所述L形安装板的底端与所述车架纵梁的前端通过螺栓相连。
所述前保横梁总成包括防撞梁及其后侧两端连接的吸能盒Ⅱ，所述吸能盒Ⅱ与对应的L形安装板的前侧通过螺栓固定相连。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过对蝶式副车架的结构进行改进，通过将设计的小腿横梁总成通过车架纵梁与蝶式副车架相连构成新的副车架结构，新的副车架结构代替了原有的全框式副车架，降低了制造成本，而且该副车架结构与水箱框架总成和前保横梁总成相配合，使前保横梁总成的前端在小腿横梁总成前端的后方和发盖总成的前方，当车身在被动碰撞的过程中，小腿横梁总成首先被碰撞，承担了一部分碰撞力，降低了对前保横梁总成的碰撞力，使小腿横梁总成和前保横梁总成共同承担碰撞力，能够更好地碰撞吸能，有效减小了车身结构的变形，提高了行车的安全性。
2、本发明设计的小腿横梁总成包括前横梁和后横梁，前横梁设置为与车身形状相适配的弧形横梁，可有效支撑车身壳体，后横梁为水平横梁，后横梁的两端分别通过吸能盒Ⅰ与前横梁相连，不仅提高了整个小腿横梁总成的刚度，而且提高了整个小腿横梁总成的溃变吸能效果。
3、本发明以车架纵梁的前端为安装点来安装水箱框架总成和小腿横梁总成，提高了车架纵梁前端的刚度和强度，可有效减小碰撞后蝶式副车架的变形；其中的前保横梁总成、小腿横梁总成和水箱框架总成均为可拆卸连接，便于前保横梁总成、小腿横梁总成和水箱框架总成与车架纵梁进行安装和拆卸。
4、本发明通过在水箱框架总成的两侧焊接加强板，在加强板上安装包括焊接相连的L形安装板和L形围板的安装组件，使L形安装板的前侧与前保横梁总成相连，L形安装板的后侧与L形围板之间形成卡接空间，使卡接空间与车身纵梁总成配合后焊接相连，提高了车身纵梁总成安装的强度和稳定性。
综上，该车架总成整体结构简单，强度高，稳定性高，降低了整车的制造成本，提升了整车的碰撞安全性。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图中的发盖总成、小腿横梁总成和前保横梁总成的位置关系的结构示意图；
图3为图1中小腿横梁总成的结构示意图；
图4为图1中水箱框架总成的结构示意图；
图5为本发明与采用全框式副车架结构的正面25％偏置碰撞试验结果比较的结构示意图；
图6为低速耐撞与维修经济性试验中在下车体左侧取点的结构示意图；
上述图中的标记均为：1.蝶式副车架，2.车架纵梁，21.端板Ⅱ，3.小腿横梁总成，31.前横梁，32.后横梁，33.吸能盒Ⅰ，34.端板Ⅰ，4.水箱框架总成，41.上横梁，42.下横梁，43.左竖板，44.右竖板，45.加强板，46.安装组件，461.L形安装板，462.L形围板，463.卡接空间，5.前保横梁总成，51.防撞梁，52.吸能盒Ⅱ，6.发盖总成，7.车身纵梁总成。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
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。
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。
本发明具体的实施方案为：如图1和图2所示，一种提升汽车碰撞安全性能的车架总成，包括蝶式副车架1，蝶式副车架1的前端分别通过车架纵梁2与小腿横梁总成3和水箱框架总成4相连，通过将设计的小腿横梁总成3通过车架纵梁2与蝶式副车架1相连构成新的副车架结构，新的副车架结构代替了原有的全框式副车架，降低了制造成本；水箱框架总成4的前端连接有前保横梁总成5，水箱框架总成4的顶端设置有发盖总成6，该副车架结构与水箱框架总成4和前保横梁总成5相配合，使前保横梁总成5的前端设置在小腿横梁总成3前端的后方和发盖总成6的前方，当车身在被动碰撞的过程中，小腿横梁总成3首先被碰撞，承担了一部分碰撞力，降低了对前保横梁总成5的碰撞力，使小腿横梁总成3和前保横梁总成5共同承担碰撞力，能够更好地碰撞吸能，有效减小了车身结构的变形，提高了行车的安全性。
具体地，如图2所示，其中的发盖总成6的前端与前保横梁总成5的前端之间沿着车身方向的距离设置为0～20mm，发盖总成6的前端与小腿横梁总成3的前端沿着车身方向的距离设置为80～100mm，使小腿横梁总成3和前保横梁总成5共同承担碰撞力，能够更好地碰撞吸能，有效减小了车身结构的变形，提高了行车的安全性。
具体地，如图3所示，其中的小腿横梁总成3包括前横梁31和后横梁32，前横梁31设置为与车身形状相适配的弧形横梁，可有效支撑车身壳体，后横梁32为水平横梁，后横梁32的两端分别通过吸能盒Ⅰ33与前横梁31相连，两个吸能盒Ⅰ33的后端分别与两个车架纵梁2相连，不仅提高了整个小腿横梁总成3的刚度，而且提高了整个小腿横梁总成3的溃变吸能效果。
具体地，其中的吸能盒Ⅰ33的后端焊接有端板Ⅰ34，车架纵梁2的前端焊接有端板Ⅱ21，端板Ⅰ34与对应的端板Ⅱ21贴合后通过螺栓相连，便于对小腿横梁总成3进行拆卸和安装。两个车架纵梁2的前端与水箱框架总成4的底部通过螺栓相连，便于对水箱框架总成4进行拆卸和安装。
具体地，如图4所示，其中的水箱框架总成4包括上横梁41、下横梁42及之间连接的左竖板43和右竖板44，左竖板43和右竖板44的外侧均焊接有加强板45，提高了左竖板43和右竖板44的结构强度，该加强板45上焊接有安装组件46，水箱框架总成4通过安装组件46与车身纵梁总成7、车架纵梁2和前保横梁总成5相连。
其中的安装组件46设置为强度和稳定性较高的柱状结构，安装组件46的前侧与前保横梁总成5相连，安装组件46的后侧与车身纵梁总成7配合后焊接相连，安装组件46的底端与车架纵梁2的前端焊接相连。该安装组件46包括L形安装板461和L形围板462，L形安装板461焊接固定在加强板45的前侧，L形围板462焊接固定在加强板45的后侧且与L形安装板461焊接相连形成上端开口的柱状结构；L形安装板461的前侧与前保横梁总成5相连，L形安装板461的后侧与L形围板462上端围成卡接空间463，卡接空间463与车身纵梁总成7配合后焊接相连，提高了车身纵梁总成7安装的强度和稳定性，L形安装板461的底端与车架纵梁2的前端通过螺栓相连，便于对水箱框架总成4进行拆卸和安装。
具体地，如图1所示，其中的前保横梁总成5包括防撞梁51及其后侧两端连接的吸能盒Ⅱ52，该吸能盒Ⅱ52与对应的L形安装板461的前侧通过螺栓固定相连，便于对前保横梁总成5进行安装和拆卸。
对本发明设计的车架总成和采用全框式副车架的车架总成分别进行碰撞安全性能试验，该碰撞安全性能试验包括正面100％重叠刚性壁障碰撞试验、正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞试验、行人保护试验(aPLI腿型)中腿部碰撞试验、正面25％偏置碰撞试验、行人保护试验(Flex-PLI腿型)中腿部碰撞试验和低速耐撞与维修经济性试验。在上述碰撞安全性能试验中，其中的正面25％偏置碰撞试验和低速耐撞与维修经济性试验为中国保险安全性能指数规程(C-IASI)中规定的试验，其与的试验为中国新车测评规程(C-NCAP)中规定的试验，具体的试验过程不再赘述。
1)正面100％重叠刚性壁障碰撞试验
试验方法：试验按照C-NCAP试验程序进行，试验车辆100％重叠正面冲击固定刚性壁障，壁障上附以20mm厚胶合板。碰撞速度为
(试验速度不得低于50km/h)。试验车辆到达壁障的路线在横向任一方向偏离理论轨迹均不得超过150mm。
试验目标：左右侧整车加速控制ACC＜40g。
试验结果：采用全框式副车架结构时，此工况下左侧整车加速ACCFL＝42.3g，右侧整车加速度为ACCFR＝41.4g，两者均大于40g。然而当通过使用本发明的车架总成替换全框式副车架结构时，左侧整车加速度ACCFL＝38.7g，右侧整车加速度为ACCFR＝40.5g。因此，使用本发明的车架总成较使用全框式副车架结构在正面100％重叠刚性壁障碰撞试验中能够有效保证整车加速度ACC不增加，并起到一定的降低作用，达到项目之处设定的目标值。
2)正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞试验
试验方法：试验按照C-NCAP试验程序进行，试验车辆与MPDB台车分别以
的速度进行正面偏置对撞，车辆与渐进变形壁障碰撞重叠宽度应在50％车宽±25mm的范围内。
试验目标：台车前端壁障侵入深度的标准偏差SD≤90，台车上乘员载荷OLC≤34、左侧整车加速度ACCML≤42g。
试验结果：使用全框式副车架结构作为碰撞过程中支撑和传力路径时，SD＝34.4，OLC＝101.9，左侧整车加速度ACCML＝45.1g。使用本发明中的车架总成作为碰撞过程中支撑和传力路径时，SD＝33.9，OLC＝77.1，左侧整车加速度ACCML＝38.1g。因此，使用本发明中的车架总成较使用全框式副车架结构在正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞试验中能够有效保证SD和OLC、左侧整车加速度ACCML不但没有增加反而并起到一定的降低作用，且可以满足前期定义的目标值要求。
3)行人保护试验(aPLI腿型)中腿部碰撞试验
试验方法：用aPLI腿型以
的速度按照规定的方向撞击保险杠，通过每次获得的腿部弯矩以及膝部韧带伸长量等性能指标进行评分。
试验结果：如表1所示，采用本发明中的车架总成较使用全框式副车架结构，其中的腿部弯矩以及膝部韧带伸长量数值有所降低，故使用此本发明的车架总成对保护行人腿部碰撞工况降低腿部弯矩与膝部韧带伸长量作用效果明显。
表1行人保护试验(aPLI腿型)中腿部碰撞试验的性能指标比较
4)正面25％偏置碰撞试验
试验方法：正面25％偏置碰撞试验为车辆以64.4km/h±1km/h的速度、25％±1％的重叠率(驾驶员侧)正面撞击固定刚性壁障。试验车辆驾驶员位置放置一个Hybrid III50％假人，用于测量碰撞过程中驾驶员的损伤情况。
对A柱下铰链、左侧搁脚板、左侧足板、制动踏板、驻车制动踏板、门槛、转向管柱、A柱上铰链、上仪表板、左下方仪表板标记点的侵入量进行测量，与设定的值对比，来设定“优秀”、“良好”、“一般”和“较差”四个等级指标。
试验结果：如图5所示，为采用本发明中的车架总成和使用全框式副车架结构，曲线上标记的点由左到右分别为A柱下铰链、左侧搁脚板、左侧足板、制动踏板、驻车制动踏板、门槛、转向管柱、A柱上铰链、上仪表板、左下方仪表板，图中由4种颜色表示四个等级指标，由下而上依次为“优秀”、“良好”、“一般”、“较差”。由图可以看出，其中的后转向管柱-A柱上铰链-上仪表板-左下方仪表板4项指标数值有明显的降低，且满足设计定义要求。
5)行人保护试验(Flex-PLI腿型)中腿部碰撞试验
试验方法：用Flex-PLI腿型以
的速度按照规定的方向撞击保险杠，通过每次获得的腿部弯矩以及膝部韧带伸长量等性能指标进行评分。
试验结果：如表2所示，采用本发明中的车架总成，在L3～L7碰撞点位得分列可以看出，实施本发明对Flex-PLI腿型的腿部碰撞试验基本无影响，在L0～L2碰撞点位得分列可以总结出实施本发明有利于提高整体行人保护腿部得分。另外通过运用本发明中的车架总成，能够减少针对行人保护试验(Flex-PLI腿型)中腿部碰撞试验开发下的专用零部件，如前保泡沫、小腿支撑板。
表2行人保护试验(Flex-PLI腿型)中腿部碰撞试验的性能指标比较
6)低速耐撞与维修经济性试验
试验方法：以15km/h车辆前端低速结构碰撞工况试验结构为研究对象，测量下车体左侧由纵梁前端面向车身后方取10个点(如图6所示)，分别测量各点位的变形量，当变形量≤3时代表基本无变形。
试验结果：如表3所示，采用本发明的车架总成，下车体除前端外，其他部分基本不需要进行维修，而采用全框式副车架结构的整个纵梁变形较大需要进行切割更换维修或整形维修。综合上述，采用本发明的车架总成与采用全框式副车架结构的下车体结构变形量和维修难度相比，采用本发明的车架总成的变形较小，难度较低，除L1点位需要进行优化外，基本满足前期设定定义的目标值。
表3低速耐撞与维修经济性试验各测量点变形量比较
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明可以替代全框式副车架在正面100％重叠刚性壁障碰撞试验和正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞试验中的作用。针对已上市量产且开发的是蝶式副车架的车型，在换代升级开发过程中既可以减少底盘的新开发范围又能够满足安全性能提升目标要求，最终实现高性能与低投入双赢。
2、本发明设计的车架总成满足C-NCAP和C-IASI中共计5中碰撞工况性能指标要求，减少寻找优化分析周期和人力资源投入。
3、本发明为总装件较车身结构这类焊装件，对焊装车间影响基本为零，以此避免焊装工装夹具的改动，降低了焊装固定资产的投入；又因为对焊装基本没有影响，从而避免了对现有量产车型大规模生产的影响，保证焊装、涂装生产节拍满足销售订单需求。
4、因本发明中的车架总成为总装件故可以定义为外协黑漆件，因此可以协调采购与供应商进行协商，确定根据量纲需求对模具开发费用进行分摊，从而有利于降低公司现资金投入。
5、实施本发明可以替代其他针对单一工况开发所需要的专用零部件，从而减少专用工况下的零部件开发。
6、本发明设计的新的副车架结构与全框式副车架相比总重量基本相同，故从重量角度分析，在相同重量下全框式副车架只有利于满足正面100％重叠刚性壁障碰撞试验和正面50％重叠移动渐进变形壁障碰撞试验，同时减少小腿支撑板和塑料泡沫。因此采用本发明较采用全框式副车而言可以简单减少优化方案实施满足安全性能需要，最终通过不增加优化方案达到降低整车重量和优化方案开发费用投入。
7、在整车尺寸上，特别是前悬尺寸无法加长(前吸能空间不足)的情况下，通过实施本设计控制方案能够解决不增加前悬(不增加前吸能空间不足)调节下，满足安全性能提升目标需要。
综合上述，本发明可以实现在不改变整车尺寸(长、宽、高和前悬尺寸)、不增加更多优化方案、对现有量产车型更改范围最小、投入的项目开发费用最少以及对其他性能影响较低的情况下满足安全性能提升要求。从项目合作和开发的角度，达到了项目开发、其他部门及性能开发以及与安全性能开发共赢的结果，降低了项目开发工作量和难度。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (10)
1.一种提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于，包括蝶式副车架，所述蝶式副车架的前端分别通过车架纵梁与小腿横梁总成和水箱框架总成相连，所述水箱框架总成的前端连接有前保横梁总成，所述水箱框架总成的顶端设置有发盖总成，所述前保横梁总成的前端设置在所述小腿横梁总成前端的后方和所述发盖总成的前方。
2.根据权利要求1所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述发盖总成的前端与所述前保横梁总成的前端之间沿着车身方向的距离设置为0～20mm，所述发盖总成的前端与所述小腿横梁总成的前端沿着车身方向的距离设置为80～100mm。
3.根据权利要求1所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述小腿横梁总成包括前横梁和后横梁，所述后横梁的两端分别通过吸能盒Ⅰ与所述前横梁相连，两个所述吸能盒Ⅰ的后端分别与两个车架纵梁相连。
4.根据权利要求1所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述前横梁设置为弧形横梁，所述后横梁设置为水平横梁。
5.根据权利要求3所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述吸能盒Ⅰ的后端焊接有端板Ⅰ，所述车架纵梁的前端焊接有端板Ⅱ，所述端板Ⅰ与对应的端板Ⅱ贴合后通过螺栓相连。
6.根据权利要求1所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：两个所述车架纵梁的前端与所述水箱框架总成的底部通过螺栓相连。
7.根据权利要求1所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述水箱框架总成包括上横梁、下横梁及之间连接的左竖板和右竖板，所述左竖板和右竖板的外侧均焊接有加强板，所述加强板上焊接有安装组件，所述水箱框架总成通过所述安装组件与车身纵梁总成、车架纵梁和前保横梁总成相连。
8.根据权利要求7所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述安装组件设置为柱状结构，所述安装组件的前侧与所述前保横梁总成相连，所述安装组件的后侧与车身纵梁总成配合后焊接相连，所述安装组件的底端与所述车架纵梁的前端焊接相连。
9.根据权利要求7所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述安装组件包括L形安装板和L形围板，所述L形安装板焊接固定在所述加强板的前侧，所述L形围板焊接固定在所述加强板的后侧且与所述L形安装板焊接相连；所述L形安装板的前侧与所述前保横梁总成相连，所述L形安装板的后侧与所述L形围板上端围成卡接空间，所述卡接空间与车身纵梁总成配合后焊接相连，所述L形安装板的底端与所述车架纵梁的前端通过螺栓相连。
10.根据权利要求7所述的提升汽车碰撞安全性能的车架总成，其特征在于：所述前保横梁总成包括防撞梁及其后侧两端连接的吸能盒Ⅱ，所述吸能盒Ⅱ与对应的L形安装板的前侧通过螺栓固定相连。
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