CN119262090B - 一种钢铝混合汽车前机舱结构及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢铝混合汽车前机舱结构及汽车，包括前纵梁结构、上纵梁结构、减振塔结构、扭力盒结构、前围结构、前围下板结构；前纵梁结构前部与上纵梁结构对位焊接固定；前纵梁结构中部与减振塔结构对位固定连接；上纵梁结构后部与减振塔结构对位固定连接；上纵梁结构后端、前纵梁结构后端与前围结构对位固定连接；前围结构与下方的扭力盒结构固定连接，且前围结构与其后端的前围下板结构固定连接；本发明钢铝混合前机舱汽车结构铝合金重量占比65％，可有效降低前机舱区域的重量；从而在有效降低前机舱重量的同时满足碰撞安全性能要求及强度要求。

Description

一种钢铝混合汽车前机舱结构及汽车

技术领域

本发明涉及车身结构技术领域，尤其涉及一种钢铝混合汽车前机舱结构及汽车。

背景技术

在汽车行业高速发展的今天及节能环保的大背景下，降低整体车身重量会有效降低能耗，所以汽车轻量化已经成为汽车行业发展的主流。

传统白车身结构多采用钢制材料，整体白车身重量较高，而铝合金的密度是钢的三分之一，全铝白车身结构会有效降低车身的整体重量；但是，全铝车身的连接工艺难以实现、维修成本高昂，碰撞安全性能难以达成。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种钢铝混合汽车前机舱结构，前机舱区域材料由高压铸铝、铝合金和高强钢构成；减震塔材质为高压铸铝，纵梁外板、纵梁加强板、前围挡板横梁等材质为铝合金，副车架补强板、左前地板、右前地板、中通道等重要承力点材质为高强钢，连接工艺采用FDS(热融自攻铆接)、SPR(自冲铆接)、铝点焊、气体保护焊等焊接工艺；钢铝混合前机舱汽车结构铝合金重量占比65％，可有效降低前机舱区域的重量；本发明通过使用高压铸铝、铝合金和高强钢混搭构建前机舱结构，从而在有效降低前机舱重量的同时满足碰撞安全性能要求及强度要求。

本发明提出一种钢铝混合汽车前机舱结构，包括前纵梁结构、上纵梁结构、减振塔结构、扭力盒结构、前围结构、前围下板结构；

前纵梁结构前部与上纵梁结构对位焊接固定，前纵梁结构与上纵梁结构通过气体保护焊方式连接；前纵梁结构中部与减振塔结构对位固定连接，前纵梁结构与减振塔结构通过FDS方式连接；上纵梁结构后部与减振塔结构对位固定连接，上纵梁结构与减振塔结构通过气体保护焊和点焊方式连接；上纵梁结构后端、前纵梁结构后端与前围结构对位固定连接，上纵梁结构、前纵梁结构与前围结构的连接方式为气体保护焊；前围结构与下方的扭力盒结构固定连接，且前围结构与其后端的前围下板结构固定连接，前围结构、扭力盒结构、前围下板结构这三者的连接方式为铝点焊和SPR。

所述前纵梁结构包括前纵梁及前纵梁加强结构；所述前纵梁为管状体，其横截面呈“目”字型结构，其材质为铝型材；参见图2所示，现有的前纵梁截面形状为几字形，其材质为高强钢；本发明前纵梁结构具有较好的防撞功能和明显的降重效果；前纵梁下端外侧壁中部设有避让豁口，为了避让转向轴而进行局部切豁口，该避让豁口的每个转角处固定设置有机加铝件加强筋，以满足碰撞安全及强度要求，机加铝件加强筋与避让豁口的连接方式为气体保护焊；本发明的前纵梁结构与现有钢制前纵梁结构相比，在相同的布置空间下可达到相同的性能要求，但重量减轻至少一半；所述前纵梁加强结构包括前副车架前固定点加强筋；所述前纵梁前副车架前固定点位置的腔体内壁固定有前副车架前固定点加强筋，该前副车架前固定点加强筋包括内外套接的大U字型筋片和小U字型筋片，小U字型筋片悬空套接于大U字型筋片内，大U字型筋片两侧壁触接于前纵梁前副车架前固定点位置对应的腔体内壁上，前纵梁和前副车架前固定点加强筋之间通过焊接螺栓与螺母相互固定连接，大U字型筋片和小U字型筋片的双U字型结构其作用之一是匹配焊接螺栓上套接的螺套长度，其作用之二是增强前纵梁在该位置的腔体Y向(宽度方向)和Z向(垂向)抗弯折强度，前副车架前固定点加强筋的材质为高强钢。

所述前纵梁加强结构还包括前悬置固定点加强筋；所述前纵梁前悬置固定点位置的腔体内壁固定有前悬置固定点加强筋，该前悬置固定点加强筋由两个截面呈L字型的片材叠加焊接构成“口”字型结构，前悬置固定点加强筋的材质为高强钢，前纵梁与前悬置固定点加强筋叠加位置之间通过焊接螺栓与螺母相互固定连接，前悬置固定点加强筋叠加位置结构其作用之一是匹配焊接螺栓上套接的螺套长度，其作用之二是增强前纵梁在该位置的腔体Y向(宽度方向)和Z向(垂向)支撑强度。

所述前纵梁加强结构还包括前副车架后固定点加强筋；前纵梁前副车架后固定点位置的腔体内壁固定有前副车架后固定点加强筋，该前副车架后固定点加强筋包括带内螺纹通道的T型杆和焊接垫圈，带内螺纹通道的T型杆由下向上限位穿设于前纵梁前副车架后固定点位置对应的腔体外底壁和外顶壁间，焊接垫圈焊接套设于带内螺纹通道的T型杆端头并与前纵梁外顶壁触接；带内螺纹通道的T型杆的材质为机加铝件，其内部设有内螺纹可与副车架相连，为增加副车架连接点的强度，带内螺纹通道的T型杆端头焊接有焊接垫圈，该焊接垫圈的材质为高强钢；前纵梁结构后端与对位的前围结构之间通过第一L型加强件固定连接，以加强前纵梁结构与前围结构的连接强度。

所述上纵梁结构包括上纵梁内板和上纵梁外板；上纵梁内板和上纵梁外板对位点焊固定，且上纵梁内板和上纵梁外板的材质均为铝合金，上纵梁内板对位与减振塔结构固定连接，上纵梁为大灯等布置件提供连接点；上纵梁外板通过第二L型连接件与前纵梁结构相连，连接形式为气体保护焊，上纵梁外板中间区域与减振塔结构固定连接，上纵梁外板后段可与车身侧围连接；上纵梁内板、上纵梁外板及减振塔结构通过增加过孔结构、气体保护焊、点焊的方式形成多层连接，达到紧密的连接结构，此外上纵梁内板与上纵梁外板通过铝点焊的方式连接，可将力传递到前围结构及侧围结构处。

所述减振塔结构的材质为高压铸铝，减振塔结构分别与上纵梁结构及前纵梁结构连接，连接方式为FDS、点焊以及气体保护焊，并通过第三L型连接件与前围结构固定连接；至此前端的力可通过前纵梁结构、上纵梁结构、减振塔结构共三条路径传递至前围结构处，并随着这三个结构的压溃有效降低前围结构的侵入量。

所述扭力盒结构整体由铝合金冲压构成凸字形结构，该凸字形结构内表面向上分别突设有左侧折边加强筋结构、中间折边加强筋结构和右侧折边加强筋结构；扭力盒结构外表面对应前副车架固定点位置设置有钢制加强件，以提升前副车架固定点位置的强度，左侧折边加强筋结构、中间折边加强筋结构和右侧折边加强筋结构分别连接扭力盒结构的前端和后端，扭力盒结构前端与前纵梁结构固定连接，当力传递至扭力盒结构时可通过左、中、右加强筋结构三条路径将力传递至扭力盒后端，增加力的传递路径，满足性能要求。

所述前围结构包括前围上部结构和前围下部结构，前围上部结构和前围下部结构的材质均为铝合金，为空调三箱、制动踏板等布置件提供固定点；前围下部结构由前围前横梁和前围后横梁固定构成，前围前横梁和前围后横梁之间构成中空的腔体结构，前围前横梁分别对位与前纵梁结构和扭力盒结构固定连接，连接方式为铝点焊、SPR和气体保护焊，以满足碰撞安全性能要求；前围后横梁分别对位与前围下板结构和前围上部结构固定连接，连接方式为SPR、铝点焊和气体保护焊，起到较强的支撑作用。

所述前围下板结构包括中通道结构、左前地板以及右前地板；中通道结构由中通道上板和中通道下板双层结构固定构成，中通道上板的材质为高强钢，中通道下板的材质为铝合金，为了使前围下板结构充分吸能，减少对乘员的伤害，中通道上板、左前地板、右前地板的材质均为高强钢；中通道结构与左前地板、右前地板的连接方式为SPR和点焊，中通道下板中部区域设置有钢制加强件，该钢制加强件对位与扭力盒结构固定连接，以提升前机舱部分的扭转刚度；左前地板和右前地板对应位置分别设置有鱼骨状加强筋，用于提升前机舱部分的强度及扭转刚度。

一种汽车，包括车辆钣金，还包括钢铝混合汽车前机舱结构，该钢铝混合汽车前机舱结构设置于车辆钣金前部。

有益效果

本发明前机舱区域材料由高压铸铝、铝合金和高强钢构成；减震塔材质为高压铸铝，纵梁外板、纵梁加强板、前围挡板横梁等材质为铝合金，副车架补强板、左前地板、右前地板、中通道等重要承力点材质为高强钢，连接工艺采用FDS、SPR、铝点焊、气体保护焊等焊接工艺；钢铝混合前机舱汽车结构铝合金重量占比65％，可有效降低前机舱区域的重量；本发明通过使用高压铸铝、铝合金和高强钢混搭构建前机舱结构，从而在有效降低前机舱重量的同时满足碰撞安全性能要求及强度要求。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是现有技术的前纵梁局部放大结构示意图。

图3是本发明前纵梁局部放大结构示意图。

图4是本发明前纵梁结构仰视放大结构示意图。

图5是本发明前纵梁结构前部剖视放大结构示意图。

图6是本发明前纵梁结构后部剖视放大结构示意图。

图7是本发明扭力盒结构俯视放大结构示意图。

图8是本发明扭力盒结构立体放大结构示意图。

图9是本发明前围结构和前围下板结构仰视结构示意图。

图10是本发明前围结构放大结构示意图。

图11是本发明前围下板结构仰视结构示意图。

图中：

1、前纵梁结构；11、前纵梁；111、避让豁口；112、机加铝件加强筋；12、前纵梁加强结构；121、前副车架前固定点加强筋；1211、大U字型筋片；1212、小U字型筋片；122、前悬置固定点加强筋；123、前副车架后固定点加强筋；1231、带内螺纹通道的T型杆；1232、焊接垫圈；13、第一L型加强件；

2、上纵梁结构；21、上纵梁外板；211、第二L型连接件；

3、减振塔结构；31、第三L型连接件；

4、扭力盒结构；41、左侧折边加强筋结构；42、中间折边加强筋结构；43、右侧折边加强筋结构；44、钢制加强件；

5、前围结构；51、前围上部结构；52、前围下部结构；521、前围前横梁；522、前围后横梁；

6、前围下板结构；61、中通道结构；611、中通道上板；612、中通道下板；6121、钢制加强件；62、左前地板；63、右前地板。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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；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连通。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。

实施例1

参见图1、图3-图11所示，一种钢铝混合汽车前机舱结构，包括前纵梁结构1、上纵梁结构2、减振塔结构3、扭力盒结构4、前围结构5、前围下板结构6；

前纵梁结构1前部与上纵梁结构2对位通过气体保护焊方式连接；前纵梁结构1中部与减振塔结构3对位通过FDS方式连接；上纵梁结构2后部与减振塔结构3对位通过气体保护焊和点焊方式连接；上纵梁结构2后端、前纵梁结构1后端与前围结构5对位气体保护焊；前围结构5与下方的扭力盒结构4通过铝点焊和SPR固定连接，且前围结构5与其后端的前围下板结构6通过铝点焊和SPR固定连接。

所述前纵梁结构1包括前纵梁11及前纵梁加强结构12；所述前纵梁11为管状体，其横截面呈“目”字型结构，其材质为铝型材；前纵梁11下端外侧壁中部设有避让豁口111，该避让豁口111的每个转角处通过气体保护焊固定设置有机加铝件加强筋112；所述前纵梁加强结构12包括前副车架前固定点加强筋121；所述前纵梁11前副车架前固定点位置的腔体内壁固定有前副车架前固定点加强筋121，该前副车架前固定点加强筋121包括内外套接的大U字型筋片1211和小U字型筋片1212，小U字型筋片1212悬空套接于大U字型筋片1211内，大U字型筋片1211两侧壁触接于前纵梁11前副车架前固定点位置对应的腔体内壁上，前纵梁11和前副车架前固定点加强筋121之间通过焊接螺栓与螺母相互固定连接，前副车架前固定点加强筋121的材质为高强钢。

所述前纵梁加强结构12还包括前悬置固定点加强筋122；所述前纵梁11前悬置固定点位置的腔体内壁固定有前悬置固定点加强筋122，该前悬置固定点加强筋122由两个截面呈L字型的片材叠加焊接构成“口”字型结构，前悬置固定点加强筋122的材质为高强钢，前纵梁11与前悬置固定点加强筋122叠加位置之间通过焊接螺栓与螺母相互固定连接。

所述前纵梁加强结构12还包括前副车架后固定点加强筋123；前纵梁11前副车架后固定点位置的腔体内壁固定有前副车架后固定点加强筋123，该前副车架后固定点加强筋123包括带内螺纹通道的T型杆1231和焊接垫圈1232，带内螺纹通道的T型杆1231由下向上限位穿设于前纵梁11前副车架后固定点位置对应的腔体外底壁和外顶壁间，焊接垫圈1232焊接套设于带内螺纹通道的T型杆1231端头并与前纵梁11外顶壁触接；带内螺纹通道的T型杆1231的材质为机加铝件，该焊接垫圈1232的材质为高强钢；前纵梁结构1后端与对位的前围结构5之间通过第一L型加强件13固定连接。

所述上纵梁结构2包括上纵梁内板和上纵梁外板21；上纵梁内板和上纵梁外板21对位点焊固定，且上纵梁内板和上纵梁外板21的材质均为铝合金，上纵梁内板对位与减振塔结构3固定连接；上纵梁外板21通过第二L型连接件211与前纵梁结构1气体保护焊固定连接，上纵梁外板21中间区域与减振塔结构3通过气体保护焊和点焊固定连接，上纵梁外板21后段可与车身侧围连接。

所述减振塔结构3的材质为高压铸铝，减振塔结构3分别与上纵梁结构2及前纵梁结构1通过FDS、点焊以及气体保护焊连接，并通过第三L型连接件31与前围结构5通过FDS、点焊以及气体保护焊固定连接。

所述扭力盒结构4整体由铝合金冲压构成凸字形结构，该凸字形结构内表面向上分别突设有左侧折边加强筋结构41、中间折边加强筋结构42和右侧折边加强筋结构43；扭力盒结构4外表面对应前副车架固定点位置设置有钢制加强件44，左侧折边加强筋结构41、中间折边加强筋结构42和右侧折边加强筋结构43分别连接扭力盒结构4的前端和后端，扭力盒结构4前端与前纵梁结构1固定连接。

所述前围结构5包括前围上部结构51和前围下部结构52，前围上部结构51和前围下部结构52的材质均为铝合金；前围下部结构52由前围前横梁521和前围后横梁522固定构成，前围前横梁521和前围后横梁522之间构成中空的腔体结构，前围前横梁521分别对位与前纵梁结构1和扭力盒结构4通过铝点焊、SPR和气体保护焊固定连接；前围后横梁522分别对位与前围下板结构6和前围上部结构51通过SPR、铝点焊和气体保护焊固定连接。

所述前围下板结构6包括中通道结构61、左前地板62以及右前地板63；中通道结构61由中通道上板611和中通道下板612双层结构固定构成，中通道上板611的材质为高强钢，中通道下板612的材质为铝合金，中通道上板611、左前地板62、右前地板63的材质均为高强钢；中通道结构61与左前地板62、右前地板63的连接方式为SPR和点焊，中通道下板612中部区域设置有钢制加强件6121，该钢制加强件6121对位与扭力盒结构4固定连接；左前地板62和右前地板63对应位置分别设置有鱼骨状加强筋。

实施例2

一种汽车，包括车辆钣金，还包括钢铝混合汽车前机舱结构，该钢铝混合汽车前机舱结构设置于车辆钣金前部。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：包括前纵梁结构（1）、上纵梁结构（2）、减振塔结构（3）、扭力盒结构（4）、前围结构（5）、前围下板结构（6）；

前纵梁结构（1）前部与上纵梁结构（2）对位焊接固定；前纵梁结构（1）中部与减振塔结构（3）对位固定连接；上纵梁结构（2）后部与减振塔结构（3）对位固定连接；上纵梁结构（2）后端、前纵梁结构（1）后端与前围结构（5）对位固定连接；前围结构（5）与下方的扭力盒结构（4）固定连接，且前围结构（5）与其后端的前围下板结构（6）固定连接；

所述前围结构（5）包括前围上部结构（51）和前围下部结构（52），前围上部结构（51）和前围下部结构（52）的材质均为铝合金；前围下部结构（52）由前围前横梁（521）和前围后横梁（522）固定构成，前围前横梁（521）和前围后横梁（522）之间构成中空的腔体结构，前围前横梁（521）分别对位与前纵梁结构（1）和扭力盒结构（4）固定连接；前围后横梁（522）分别对位与前围下板结构（6）和前围上部结构（51）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述前纵梁结构（1）包括前纵梁（11）及前纵梁加强结构（12）；所述前纵梁（11）为管状体，其横截面呈“目”字型结构，其材质为铝型材；前纵梁（11）下端外侧壁中部设有避让豁口（111），该避让豁口（111）的每个转角处固定设置有机加铝件加强筋（112）；所述前纵梁加强结构（12）包括前副车架前固定点加强筋（121）；所述前纵梁（11）前副车架前固定点位置的腔体内壁固定有前副车架前固定点加强筋（121），该前副车架前固定点加强筋（121）包括内外套接的大U字型筋片（1211）和小U字型筋片（1212），小U字型筋片（1212）悬空套接于大U字型筋片（1211）内，大U字型筋片（1211）两侧壁触接于前纵梁（11）前副车架前固定点位置对应的腔体内壁上，前纵梁（11）和前副车架前固定点加强筋（121）之间通过焊接螺栓与螺母相互固定连接，前副车架前固定点加强筋（121）的材质为高强钢。

3.根据权利要求2所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述前纵梁加强结构（12）还包括前悬置固定点加强筋（122）；所述前纵梁（11）前悬置固定点位置的腔体内壁固定有前悬置固定点加强筋（122），该前悬置固定点加强筋（122）由两个截面呈L字型的片材叠加焊接构成“口”字型结构，前悬置固定点加强筋（122）的材质为高强钢，前纵梁（11）与前悬置固定点加强筋（122）叠加位置之间通过焊接螺栓与螺母相互固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述前纵梁加强结构（12）还包括前副车架后固定点加强筋（123）；前纵梁（11）前副车架后固定点位置的腔体内壁固定有前副车架后固定点加强筋（123），该前副车架后固定点加强筋（123）包括带内螺纹通道的T型杆（1231）和焊接垫圈（1232），带内螺纹通道的T型杆（1231）由下向上限位穿设于前纵梁（11）前副车架后固定点位置对应的腔体外底壁和外顶壁间，焊接垫圈（1232）焊接套设于带内螺纹通道的T型杆（1231）端头并与前纵梁（11）外顶壁触接；带内螺纹通道的T型杆（1231）的材质为机加铝件，该焊接垫圈（1232）的材质为高强钢；前纵梁结构（1）后端与对位的前围结构（5）之间通过第一L型加强件（13）固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述上纵梁结构（2）包括上纵梁内板和上纵梁外板（21）；上纵梁内板和上纵梁外板（21）对位点焊固定，且上纵梁内板和上纵梁外板（21）的材质均为铝合金，上纵梁内板对位与减振塔结构（3）固定连接；上纵梁外板（21）通过第二L型连接件（211）与前纵梁结构（1）相连，上纵梁外板（21）中间区域与减振塔结构（3）固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述减振塔结构（3）的材质为高压铸铝，减振塔结构（3）分别与上纵梁结构（2）及前纵梁结构（1）连接，并通过第三L型连接件（31）与前围结构（5）固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述扭力盒结构（4）整体由铝合金冲压构成凸字形结构，该凸字形结构内表面向上分别突设有左侧折边加强筋结构（41）、中间折边加强筋结构（42）和右侧折边加强筋结构（43）；扭力盒结构（4）外表面对应前副车架固定点位置设置有钢制加强件（44），左侧折边加强筋结构（41）、中间折边加强筋结构（42）和右侧折边加强筋结构（43）分别连接扭力盒结构（4）的前端和后端，扭力盒结构（4）前端与前纵梁结构（1）固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种钢铝混合汽车前机舱结构，其特征在于：所述前围下板结构（6）包括中通道结构（61）、左前地板（62）以及右前地板（63）；中通道结构（61）由中通道上板（611）和中通道下板（612）双层结构固定构成，中通道上板（611）的材质为高强钢，中通道下板（612）的材质为铝合金，中通道上板（611）、左前地板（62）、右前地板（63）的材质均为高强钢；中通道结构（61）与左前地板（62）、右前地板（63）的连接方式为SPR和点焊，中通道下板（612）中部区域设置有钢制加强件（6121），该钢制加强件（6121）对位与扭力盒结构（4）固定连接；左前地板（62）和右前地板（63）对应位置分别设置有鱼骨状加强筋。

9.一种汽车，包括车辆钣金，其特征在于：还包括如权利要求1-8中任一项所述的钢铝混合汽车前机舱结构，该钢铝混合汽车前机舱结构设置于车辆钣金前部。