CN204775483U - 一种汽车机舱总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种汽车机舱总成，包括上纵梁及位于所述上纵梁下方的前副车架，所述汽车机舱总成还包括中间纵梁和连接支撑部，所述中间纵梁设在所述上纵梁和所述前副车架之间，所述连接支撑部与所述中间纵梁、所述上纵梁和所述前副车架均相连接。本实用新型提供的汽车机舱总成通过在上纵梁和前副车架之间增设中间纵梁，并利用连接支撑部连接上纵梁、中间纵梁和前副车架，将机舱总成升级为稳定的“木”字型结构，使得车辆在高速碰撞时，可通过三条路径传递碰撞力，提高了汽车机舱总成的碰撞吸能作用。

Description

一种汽车机舱总成

技术领域

本实用新型涉及汽车的车身构造领域，尤其涉及一种汽车机舱总成。

背景技术

在汽车领域，汽车的发动机舱结构设计对碰撞的安全性能影响非常大，在应对不同角度、不同重叠率的碰撞时，车辆的机舱结构都需要能保持稳定，并能够高效吸能。从最近两年IIHS小偏置碰的评价结果来看，目前设计的大部分车型都不能满足车辆在不同角度、不同重叠率碰撞时保持良好碰撞性能的要求。且随着竞争的加剧，不同车型对车辆部件的通用性要求越来越高，但同一个机舱结构应用于不同车型时，特别是不同尺寸、不同重量的车型时，车辆的碰撞性能会有比较大的差异，因此，如何在保持机舱零部件高通用性的前提下，保证车辆的碰撞性能，甚至是面对例如IIHS小偏置碰撞这类不同重叠率、不同碰撞角度的碰撞试验时，仍然保持良好的碰撞性能，是整车结构设计的一个巨大挑战。

图1所示为现有的一种汽车机舱结构的示意图。如图1所示，该机舱结构包括前保险杠1、上纵梁2、前副车架3以及A柱4。前保险杠1与上纵梁2、前副车架3三者形成“人”字型搭接。上纵梁2和前副车架3的后端与汽车乘员舱的上A柱和下A柱形成“人”字型搭接。该结构是一种与汽车乘员舱具有较高搭接高度的拱形前纵梁结构，它能够通过变形吸收碰撞能量，并具有比较稳定的溃缩变形模式以及良好的正面碰撞性能。然而，该结构尚存在如下几点不足：

1.总体吸能能力不够。由于本结构只有前保险杠-上纵梁-A柱及前保险杠-前副车架-A柱两条传力路径，因此对单个传力路径的吸能要求较高，单个传力路径的结构通常会采用较大的横截面或者较厚的结构来解决吸能要求。

2.应对不同角度碰撞工况的能力不足。由于本结构只有两条传力路径，为保持结构的刚度和稳定性，上纵梁和副车架之间在车辆侧向(即车辆宽度方向)的间隔距离不能设计的过大，因此，在应对小重叠率偏置碰，或者承受车辆侧面倾斜方向的冲击时，结构稳定性就会变差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种具有良好吸能效果的汽车机舱总成。

另外，本实用新型还提供了一种可以应对不同角度碰撞工况的汽车机舱总成。

本实用新型提供的汽车机舱总成，包括上纵梁及位于所述上纵梁下方的前副车架，所述汽车机舱总成还包括中间纵梁和连接支撑部，所述中间纵梁设在所述上纵梁和所述前副车架之间，所述连接支撑部与所述中间纵梁、所述上纵梁和所述前副车架均相连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述汽车机舱总成还包括位于所述上纵梁前方的吸能盒及位于所述吸能盒前方的防撞梁，所述防撞梁、所述吸能盒、所述上纵梁、所述中间纵梁、所述连接支撑部及所述前副车架连成一由汽车的侧面看呈“木”字型的框架。

根据本实用新型的一个实施例，所述防撞梁、所述吸能盒、所述上纵梁、所述中间纵梁、所述连接支撑部及所述前副车架连成一由汽车的顶面看呈“品”字型的框架。

根据本实用新型的一个实施例，所述上纵梁在汽车的宽度方向上位于所述中间纵梁的外侧。

根据本实用新型的一个实施例，所述上纵梁的前部沿汽车的纵向悬空凸伸出所述中间纵梁，所述凸伸出所述中间纵梁的部分与汽车的吸能盒并排设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述上纵梁包括第一部分、第二部分及第三部分，所述第一部分与汽车的A柱相连，所述第三部分与汽车的吸能盒相连且所述第三部分的高度低于所述第一部分的高度，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间，所述连接支撑部与所述上纵梁的所述第三部分相连。

根据本实用新型的一个实施例，所述上纵梁的所述第一部分由汽车的侧面看为斜线状，所述上纵梁的所述第二部分由侧面看为弧线状，所述上纵梁的所述第三部分由侧面看为水平线状。

根据本实用新型的一个实施例，所述连接支撑部具有用于与上纵梁相连的第一连接部、用于与所述中间纵梁相连的第二连接部及用于与所述前副车架相连的第三连接部，所述第一连接部和所述第二连接部相互垂直，且所述第一连接部和所述第三连接部相互平行。

根据本实用新型的一个实施例，所述前副车架包括副车架前横梁、副车架纵梁及副车架后横梁，所述副车架前横梁、所述副车架纵梁及所述副车架后横梁形成一封闭的“口”字型框架。

根据本实用新型的一个实施例，所述前副车架还包括副车架连接支架，所述副车架连接支架位于所述副车架前横梁和所述副车架纵梁的连接处上方，所述前副车架通过所述副车架连接支架与所述连接支撑部螺接。

本实用新型提供的汽车机舱总成通过在上纵梁和前副车架之间增设中间纵梁，并利用连接支撑部连接上纵梁、中间纵梁和前副车架，将机舱总成升级为稳定的“木”字型结构，使得车辆在高速碰撞时，可通过三条路径传递碰撞力，提高了汽车机舱总成的碰撞吸能作用；另外，由于本实用新型的整体结构比较稳定，使得上纵梁与中间纵梁之间的距离可以设计的较大，从而使上纵梁在车辆的宽度方向更加靠外，使本实用新型的汽车机舱总成相对于现有技术可以应对更小角度的碰撞，并可以保证车辆在应对不同角度或较小重叠率的正面碰撞时，仍然有至少一条碰撞传力路径能充分变形吸能，且由于上纵梁与中间纵梁、前副车架形成的结构可以将碰撞力分散传递到其他传力通道，提高了上纵梁、中间纵梁及前副车架的抗弯能力，使得整体结构受力更合理，提高了汽车机舱总成的轴向溃缩吸能的水平，更有利于保持乘员舱的稳定，提高了车辆的安全性能。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为现有的一种汽车机舱结构的侧视示意图。

图2所示为本实用新型提供的汽车机舱总成的立体示意图。

图3所示为图2中的汽车机舱总成的侧视示意图。

图4所示为图2中的汽车机舱总成的俯视示意图。

图5所示为图2中的连接支撑部的立体示意图。

图6所示为图2中汽车机舱总成的上纵梁的受力情况示意图。

图7所示为图2中的汽车机舱总成在应对正面碰撞时的传力路径示意图。

图8所示为图2中的汽车机舱总成在应对小重叠率及不同角度的碰撞工况时的传力路径示意图。

图9a和图9b所示为图2中的汽车机舱总成在应用于不同重量的车型时的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型详细说明如下。

请参阅图2至图4，本实用新型的汽车机舱总成包括A柱10、前围板20、上纵梁30、中间纵梁40、地板纵梁50、连接支撑部60、前副车架70、吸能盒80及防撞梁90。

其中，A柱10为位于汽车乘员舱前部的两根立柱，是乘员舱前部的主要梁结构。

前围板20形成于两根A柱10之间，起到隔开发动机舱与乘员舱的目的。

上纵梁30焊接至A柱10的上部，由A柱10的上部沿纵向向前延伸。具体而言，上纵梁30包括三个部分，其中，上纵梁30的第一部分31由汽车的侧面看大致呈斜线状，其由A柱10的上部沿纵向向前并略微向下倾斜延伸。上纵梁30的第二部分32由汽车的侧面看大致呈弧线状，其由第一部分31的前端向前并逐渐向下弯曲延伸，以实现上纵梁30的第一部分31与第三部分33之间的光滑曲线连接，且使上纵梁30第三部分33的高度低于第一部分31的高度。上纵梁30的第三部分33由汽车的侧面看大致呈水平线状，其由第二部分32的前端水平向前延伸。

中间纵梁40在汽车的宽度方向上位于上纵梁30的内侧，且沿汽车机舱总成的纵向延伸。中间纵梁40由汽车的侧面看大致为直线状，且其横截面为倒L型，中间纵梁40的顶板下表面与上纵梁30的第三部分33的下表面相平齐。

地板纵梁50由汽车的侧面看大致为弧线状，其焊接至中间纵梁40的后部，由中间纵梁40的后部向后并向下弯曲延伸至乘员舱的地板下方，在中间纵梁40与乘员舱地板之间形成光滑的曲线连接，并且，地板纵梁50与前围板20下部和乘员舱地板焊接在一起。

上纵梁30的第三部分33沿纵向向前延伸出中间纵梁40的前端，且在汽车的宽度方向上与中间纵梁40间隔一定的距离，从而使上纵梁30的第三部分33悬置于中间纵梁40的外侧。中间纵梁40的前端与吸能盒80螺接，吸能盒80的前端与防撞梁90焊接在一起。中间纵梁40前端的外侧通过连接支撑部60与上纵梁30的第三部分33相连，连接支撑部60的下部则与前副车架70相连。

如图5所示，连接支撑部60由其侧面(汽车的前面)看为直角梯形，其包括用于与上纵梁30相连的第一连接部61、用于与中间纵梁40相连的第二连接部62及用于与前副车架70相连的第三连接部63。其中，第一连接部61和第二连接部62相互垂直，且第一连接部61和第三连接部63相互平行。具体连接时，上纵梁30位于连接支撑部60的上方，且其第三部分33的下表面与连接支撑部60的第一连接部61焊接在一起，而中间纵梁40也位于连接支撑部60的上方，其内侧板的外表面与连接支撑部60的第二连接部62焊接在一起，前副车架70位于连接支撑部60的下方，其顶面与连接支撑部60的第三连接部63螺接在一起。

请继续参阅图2，前副车架70包括副车架前横梁71、副车架纵梁72、副车架后横梁73及副车架连接支架74。其中，副车架前横梁71位于防撞梁90的下方且相对于防撞梁90更加靠近汽车的乘员舱。副车架前横梁71与副车架纵梁72和副车架后横梁73焊接成一“口”字型的封闭框架结构。副车架连接支架74设于副车架前横梁71与副车架纵梁72的搭接处上方，且通过螺栓与连接支撑部60相连。副车架后横梁73横跨副车架纵梁72的后部，副车架纵梁72的后端与地板纵梁50在乘员舱地板的下方焊接在一起。

在上述汽车机舱总成中，防撞梁90、吸能盒80、上纵梁30、中间纵梁40、连接支撑部60及前副车架70由汽车机舱总成的侧面看形成一类似于“木”字型的稳定框架结构，如图3所示。由于防撞梁90和吸能盒80位于前副车架70的前方，上纵梁30位于中间纵梁40的外侧，且中间纵梁40与上纵梁30和前副车架70之间通过连接支撑部60和副车架连接支架74相连，故从汽车机舱总成的顶面来看，它们构成一类似“品”字型的稳定框架结构，如图4所示。

上文所述为本实用新型汽车机舱总成的具体结构，下面从理论的角度讨论本实用新型的汽车机舱总成结构对压溃性能的提升：

在梁结构的轴向压溃过程中，其平均载荷如公式1：

$p_m=9.5675{\left(\frac{b+d}{2t}\right)}^{\frac{1}{3}}{t}^2{\mathrm{\σ}}_b---\left(1\right)$

其中：

b为矩形薄壁管梁的横截面长度；

d为矩形薄壁管梁的横截面宽度；

t为矩形薄壁管梁的壁厚；

σb为矩形薄壁管梁的极限拉伸强度。

当梁发生折弯变形时，其平均载荷大约为纯轴向压溃时载荷的40％，因此，保证梁结构的轴向压溃能力，能极大地提升其吸能效果。

为保证梁结构的轴向压溃能力，需要提高其抗弯能力，而梁的弯曲失效判定依据为：

Mf＝FL≤[M]＝Wσy，(2)

其中：

F为作用力；

L为作用距离；

σy为材料弯曲应力；

W为抗弯截面系数，且

$W=\frac{2I_z}{b}$

$I_z=\frac{b{d}^3}{12}-\frac{(b-2t){(d-2t)}^3}{12}---\left(3\right)$

其中：

b为矩形薄壁管梁的横截面长度；

d为矩形薄壁管梁的横截面宽度；

t为矩形薄壁管梁的壁厚；

从公式2和公式3可以看出，截面抗弯能力与截面自身的长度、宽度、厚度等因素相关，同时截面是否失效与作用在截面上的力的大小以及力臂的长度直接相关。因此，为提高机舱结构的吸能效率，应尽量提高机舱结构的轴向溃缩变形能力及抗弯能力，或者有反作用力抵消作用到机舱结构上的弯矩。

在本实用新型中，通过在上纵梁30和中间纵梁40之间增加连接上纵梁30和中间纵梁40的连接支撑部60，可以将上纵梁30的受力形式变成如图6所示的形式。依照图6所示的受力形式，连接支撑部60不仅可以为上纵梁30提供支撑反力，还可以减小产生弯矩M的作用，从而提高了上纵梁30的抗弯能力。同理，前副车架70由于通过连接支撑部60与中间纵梁40相连而可以提高其抗弯能力，进而保证前副车架70的稳定性，提高碰撞过程中的轴向溃缩变形能力，进而提高汽车机舱总成的总体吸能能力和吸能效率。

本实用新型的汽车机舱总成在应对正面碰撞时的工作原理：

如图7所示，当汽车发生正面碰撞时，碰撞力首先撞击防撞梁90，防撞梁90将碰撞力传递到吸能盒80及中间纵梁40的前段，同时，中间纵梁40通过连接支撑部60将碰撞力传递至上纵梁30和副车架纵梁72，使得正面碰撞时，碰撞力可以在纵向通过三条传力路径传递至汽车机舱总成后部的梁结构，这种传力方式可以使碰撞力通过框架结构整体传递，避免单一梁结构因承受过大的碰撞载荷而失稳，同时，也能够使碰撞能量在三条传力路径上合理分布。也就是说，本实用新型通过“木”字型的结构使得正面碰撞力能合理分配到三条碰撞传力路径。由于“木”字型结构的连接能始终保持稳定，从而可以避免其中某条传力路径发生折弯失稳而丧失碰撞传力及吸能作用，亦即“木”字型结构因为其结构的稳定性，可以使得单个传力路径基本实现轴向压溃。

本实用新型的汽车机舱总成在应对小重叠率及不同角度的碰撞工况时的工作原理：

如图8所示，当汽车发生小重叠率或不同角度的正面碰撞时，即车辆前段只有少部分结构碰撞到障碍物时，障碍物首先撞击到位于“品”字型结构外侧的上纵梁30，上纵梁30通过连接支撑部60将碰撞力传递到中间纵梁40以及副车架纵梁72上，此时上纵梁30承受大部分的碰撞力，但中间纵梁40和副车架纵梁72也能承受部分碰撞力，在此过程中，由于连接支撑部60的作用，使上纵梁30与中间纵梁40及前副车架70形成封闭的框架结构，避免形成悬臂梁受力所造成的结构失稳，使汽车在遭受小重叠率或不同角度的正面碰撞时，三条传力通道都能够承受碰撞力，从而使机舱结构能够吸收大部分的碰撞能量，而可以保证乘员舱结构的稳定，更有利于保护乘员免受侵入伤害。

本实用新型的汽车机舱总成沿用于不同车型时的原理：

图9a所示为本实用新型的汽车机舱总成应用于车型A上时的示意图，图9b所示则为本实用新型的汽车机舱总成应用于车型B上时的示意图，假设车型B的重量大于车型A的重量，当本实用新型的汽车机舱总成由车型A沿用至车型B上时，为了应对碰撞性能的改变，可通过理论计算结合仿真技术，提高上纵梁30的吸能量，而将上纵梁30的横截面适当扩大，其他结构则作为通用零件不做更改。这样既可以满足碰撞性能的改变，同时也可以保证左右两侧的上纵梁30在车辆横向的距离不变，为动力总成的布置预留更多的空间，提高布置的灵活性，同时也可达到不同车型沿用相同结构的效果。

由上面的叙述可以知道，本实用新型的汽车机舱总成至少具有如下优点的其中之一：

1.本实用新型汽车机舱总成在上纵梁30和前副车架70之间增设了中间纵梁40，并利用连接支撑部60连接上纵梁30、中间纵梁40和前副车架70，从而将现有技术中的“人”字型结构升级为“木”字型结构，加强了机舱总成的框架结构，使得车辆在高速碰撞时，三条碰撞传力路径形成的稳定整体可以提高汽车机舱总成的碰撞吸能作用，从而使该机舱结构在车辆前部发生碰撞时其结构相对稳定，不至于因为某条传力路径承受不同比例的碰撞力而折弯失稳。

2.本实用新型汽车机舱总成中，“品”字型的稳定结构使得上纵梁30与中间纵梁40之间的距离可以设计的较大，从而使上纵梁30在车辆的宽度方向更加靠外而更够较早地与子弹车相碰，因而使得本实用新型的汽车机舱总成相对于现有技术可以应对更小角度的碰撞，并可以保证车辆在应对不同角度或较小重叠率的正面碰撞时，仍然有至少一条碰撞传力路径能充分变形吸能，且由于上纵梁30与中间纵梁40、前副车架70形成的“品”字型结构可以将碰撞力分散传递到其他传力通道，提高了上纵梁30、中间纵梁40及前副车架70的抗弯能力，使得整体结构受力更合理，提高了汽车机舱总成的轴向溃缩吸能的水平，更有利于保持乘员舱的稳定，提高了车辆的安全性能。

3.本实用新型汽车机舱总成在撞击类似于货车等较高的碰撞壁障时，“木”字型结构的上纵梁30部分可以充分起到溃缩吸能作用，且由于其整体结构可以将碰撞力传递到其他碰撞传力通道，从而可以保证乘员舱结构的整体性。

4.由于“木”字型结构在正碰时三条传力通道均可以很好地起到稳定的溃缩吸能效果，因此可以通过合理分配三条碰撞传力通道在正碰时的吸能比例，根据吸能比例更改三条传力通道的截面尺寸，从而在满足机舱布置的前提下，拥有更好的设计灵活性。

5.本实用新型的汽车机舱总成可以在保持中间纵梁40不变的前提下，通过增大上纵梁30或前副车架70的横截面尺寸，合理增加上纵梁30或者前副车架70可吸收的能量，以满足不同重量车辆的碰撞性能要求，实现更多零件在不同车型上通用的平台化效果。

6.本实用新型汽车机舱总成的前端伸出的吸能盒80可以充分吸收汽车在低速碰撞时的碰撞能量，并保证中间纵梁40、上纵梁30及前副车架70不损坏，当吸能盒80损坏时通过更换拆除螺栓连接的方式即可修复，达到良好的低速碰撞可维修性。

7.本实用新型汽车机舱总成中，上纵梁30的前端沿纵向悬空凸伸出中间纵梁40，使得上纵梁30在正碰工况中能够更早的参与碰撞吸能。

8.本实用新型汽车机舱总成形成的由左侧看呈“木”字型，由顶部看呈“品”字型的框架有利于提升机舱整体刚度，改善机舱结构的NVH性能和提高其轻量化水平。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种汽车机舱总成，包括上纵梁及位于所述上纵梁下方的前副车架，其特征在于：所述汽车机舱总成还包括中间纵梁和连接支撑部，所述中间纵梁设在所述上纵梁和所述前副车架之间，所述连接支撑部与所述中间纵梁、所述上纵梁和所述前副车架均相连接。

2.根据权利要求1所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述汽车机舱总成还包括位于所述上纵梁前方的吸能盒及位于所述吸能盒前方的防撞梁，所述防撞梁、所述吸能盒、所述上纵梁、所述中间纵梁、所述连接支撑部及所述前副车架连成一由汽车的侧面看呈“木”字型的框架。

3.根据权利要求2所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述防撞梁、所述吸能盒、所述上纵梁、所述中间纵梁、所述连接支撑部及所述前副车架连成一由汽车的顶面看呈“品”字型的框架。

4.根据权利要求1所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述上纵梁在汽车的宽度方向上位于所述中间纵梁的外侧。

5.根据权利要求1所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述上纵梁的前部沿汽车的纵向悬空凸伸出所述中间纵梁，所述凸伸出所述中间纵梁的部分与汽车的吸能盒并排设置。

6.根据权利要求1所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述上纵梁包括第一部分、第二部分及第三部分，所述第一部分与汽车的A柱相连，所述第三部分与汽车的吸能盒相连且所述第三部分的高度低于所述第一部分的高度，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间，所述连接支撑部与所述上纵梁的所述第三部分相连。

7.根据权利要求6所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述上纵梁的所述第一部分由汽车的侧面看为斜线状，所述上纵梁的所述第二部分由侧面看为弧线状，所述上纵梁的所述第三部分由侧面看为水平线状。

8.根据权利要求1所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述连接支撑部具有用于与上纵梁相连的第一连接部、用于与所述中间纵梁相连的第二连接部及用于与所述前副车架相连的第三连接部，所述第一连接部和所述第二连接部相互垂直，且所述第一连接部和所述第三连接部相互平行。

9.根据权利要求1所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述前副车架包括副车架前横梁、副车架纵梁及副车架后横梁，所述副车架前横梁、所述副车架纵梁及所述副车架后横梁形成一封闭的“口”字型框架。

10.根据权利要求9所述的汽车机舱总成，其特征在于：所述前副车架还包括副车架连接支架，所述副车架连接支架位于所述副车架前横梁和所述副车架纵梁的连接处上方，所述前副车架通过所述副车架连接支架与所述连接支撑部螺接。