CN207482007U - 一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，包括A、B、C、D功能区域，每个功能区域对应一个等厚度区，相邻两个功能区域通过厚度过渡区实现连续过渡连接，前纵梁内板结构还包括前端翻边、诱导槽、下侧翻边、上侧翻边及后端翻边，功能区域A设有前端翻边和诱导槽，前端翻边和防撞梁通过点焊工艺连接，诱导槽分布在功能区域A后端；功能区域D设有后端翻边，后端翻边和防火墙通过点焊工艺连接。本实用新型所采用的变厚度前纵梁内板结构能够根据各自功能区域的结构特点，发挥不同的功能作用；并充分利用前纵梁碰撞压溃区的变形空间，最大程度的吸收碰撞能量，实现对前纵梁最大程度的轻量化和耐撞性设计。

Description

一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构

技术领域

本实用新型涉及汽车被动安全结构设计领域，尤其涉及一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构。

背景技术

汽车前纵梁是整车碰撞工况中最重要的吸能部件和传力结构，前纵梁的吸能能力和变形模式决定了整车碰撞加速度响应的好坏以及乘员舱侵入量的大小，直接影响乘员的驾驶安全。因此，合理设计汽车前纵梁结构，在满足轻量化前提下提高其耐撞性成为新的重要研究课题。目前，将激光拼焊(Tailor welded blanks，TWB)或者连续变厚度轧制工艺(Tailor-Rolled Blank，TRB)引入前纵梁的结构设计成为解决该问题的重要手段。

中国专利200820238454.2公开了一种分段式激光拼焊汽车前纵梁，包括纵梁前段、纵梁中段和纵梁后段，三者厚度依次递增，这种前纵梁结构在满足碰撞安全性能的前提下，实现了轻量化设计；但是由于激光拼焊板的焊缝位置存在厚度突变，会导致TWB结构的焊缝区域碰撞变形模式的稳定性较差，同时还会造成激光拼焊板的回弹预测、模具设计以及制造困难等问题。

为克服TWB结构焊缝位置性能突变的不足，利用柔性轧制技术制造的连续变厚度结构(TRB结构)得到广泛应用，中国专利201320849799.2公开了一种变厚度汽车前纵梁结构，该前纵梁包括3个等厚区域，2个厚度过渡区，并利用连续变厚轧制工艺实现前纵梁过渡区的厚度连续变化，在满足了前纵梁轻量化的同时提高了其碰撞吸能能力。然而，该前纵梁结构没有根据汽车前舱的总布置边界条件进行合理分段划分，而且前纵梁结构的厚度呈依次递增趋势，从而导致在高速碰撞工况下传递到乘员舱的碰撞力过大、加速度峰值偏高以及防火墙侵入量过大等问题，不利于乘员安全。

尽管上述汽车前纵梁结构在一定程度上实现了轻量化设计，并提高了其碰撞吸能能力，但仍无法充分利用碰撞压溃区的变形空间，并且未能从乘员安全角度合理设计前纵梁结构，因此导致碰撞时传递到乘员舱的力过大、加速度峰值偏高等问题，不利于乘员的安全保护。

实用新型内容

为此，本实用新型结合汽车前舱的总布置边界条件以及前纵梁的实际变形特点，将前纵梁内板结构划分为4个功能区域，并利用连续变厚度柔性轧制技术，创新性的提出一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构；旨在充分利用前纵梁碰撞压溃区的变形空间，最大程度的吸收碰撞能量，实现对前纵梁最大化的轻量化和耐撞性设计。

本实用新型的技术方案是：

一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，包括功能区域A、功能区域B、功能区域C、功能区域D、上侧翻边以及下侧翻边，所述上侧翻边、下侧翻边和前纵梁外板均通过点焊工艺连接，并形成一个封闭的腔体，所述腔体分成A、B、C、D四个功能区域；所述功能区域A设有前端翻边和诱导槽，所述前端翻边和防撞梁通过点焊工艺连接，诱导槽分布在功能区域A后端；所述功能区域D设有后端翻边，所述后端翻边和防火墙通过点焊工艺连接；所述功能区域A、C的上侧翻边棱线和下侧翻边棱线均沿着整车坐标系 X方向延伸且形成直线状；所述功能区域B的上侧翻边棱线沿着整车坐标系X方向延伸且形成直线状，下侧翻边棱线沿着整车坐标系X方向向下延伸且形成直线状，使得功能区域 B的截面高度沿着整车坐标系X方向逐渐变大；所述功能区域D的上侧翻边棱线沿着整车前后方向延伸一段后再向下延伸且形成折直线状，下侧翻边棱线沿着整车坐标系X方向向下延伸且形成直线状。

上述方案中，所述功能区域A和功能区域B用于使前纵梁产生稳定的轴向压溃变形，是主要的碰撞吸能区；功能区域C与发动机的布置空间有关，用于传递碰撞力；功能区域D用于吸收剩余碰撞能量，抵抗前纵梁根部位置发生弯曲变形。

上述方案中，每个功能区域对应一个等厚度区，相邻两个功能区域通过厚度过渡区实现连续过渡连接，即前纵梁内板包括4个等厚度区和3个厚度过渡区。

上述方案中，所述功能区域A的厚度T_A、功能区域B的厚度T_B、功能区域C的厚度 T_C以及功能区域D的厚度T_D之间的大小关系为T_A<T_B>T_C<T_D。

上述方案中，所述前纵梁内板结构采用的材料为高强钢，该结构通过柔性轧制工艺轧制而成。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型根据汽车前舱的总布置边界条件、前纵梁的实际变形特点以及乘员安全角度，合理划分前纵梁内板功能区域，充分发挥不同功能区域的功能作用，提高前纵梁碰撞吸能能力。

2)本实用新型结构采用柔性轧制技术，避免了前纵梁内板表面由于焊缝引起的厚度突变，其表面质量好、连接强度高、应力分布连续。

3)本实用新型结构采用合理的厚度分布形式，提高了材料利用率，实现了前纵梁的轻量化设计。

附图说明

图1是本实用新型一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构示意图；

图2是前纵梁在发动机舱内的布置情况示意图；

图3是本实用新型变厚度前纵梁内板结构厚度分布示意图；

图4是本实用新型变厚度前纵梁内板结构与传统前纵梁内板结构的厚度分布对比示意图；

图5是本实用新型前纵梁结构与传统前纵梁结构的加速度波形对比示意图；

其中：1-前端翻边，2-诱导槽，3-上侧翻边，4-下侧翻边，5-后端翻边，6-防撞梁，7-散热器，8-发罩，9-流水槽，10-发动机，11-防火墙，12-前纵梁，13-前纵梁外板。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。然而，附图仅是用以对本实用新型提供参考和说明之用，并非对本实用新型加以限制。

图1是本实用新型一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构示意图，包括四个功能区域A、B、C和D，前端翻边1、诱导槽2、上侧翻边3、下侧翻边4及后端翻边5，上侧翻边3、下侧翻边4和前纵梁外板13通过点焊工艺连接，并形成一个封闭的腔体，腔体分成A、B、C、D四个功能区域，前纵梁内板结构所采用的材料为高强钢，通过柔性轧制工艺轧制而成：首先利用TRB轧制出与前纵梁内板厚度分布一致的变厚度钢板，再利用冲压工艺将变厚度钢板冲压成为变厚度前纵梁内板结构；功能区域A具有前端翻边 1和两个诱导槽，前端翻边1和防撞梁6通过焊点工艺连接，两个诱导槽2平行分布于功能区域A后端，功能区域A的上侧翻边3棱线和下侧翻边4棱线沿着整车坐标系X方向延伸且形成为直线状；功能区域B的上侧翻边3棱线沿着整车坐标系X方向延伸且形成为直线状，下侧翻边4棱线沿着整车坐标系X方向向下延伸且形成为直线状，使得功能区域B 的截面高度沿着整车坐标系X方向逐渐变大；功能区域C的上侧翻边3棱线和下侧翻边4 棱线沿着整车坐标系X方向延伸且形成为直线状；功能区域D设有后端翻边5，后端翻边 5和防火墙11通过点焊工艺连接，所述功能区域D的上侧翻边3棱线沿着车辆前后方向延伸一段后再向下延伸且形成为折直线状，下侧翻边4棱线沿着车辆X方向向下延伸且形成为直线状。

图2是前纵梁在发动机舱内的布置情况示意图，其中功能区域A为防撞梁6的最前端到散热器7的区域，功能区域B为散热器7到发动机10前端的区域，功能区域C为发动机10前端到发动机10后端的区域，功能区域D为发动机10后端到防火墙11之间的区域。功能区域A和功能区域B用于使前纵梁产生相对稳定的轴向压溃变形，是主要的碰撞吸能区；功能区域C与发动机的布置空间有关，由于发动机在正面碰撞过程中几乎不吸收碰撞能量，并可视为刚体，因此功能区域C用于传递碰撞力；功能区域D用于吸收剩余碰撞能量，抵抗前纵梁根部位置发生弯曲变形。

图3是本实用新型变厚度前纵梁内板结构厚度分布示意图，前纵梁内板结构的每个功能区域对应一个等厚度区，相邻两个功能区域通过厚度过渡区实现连续过渡连接，即前纵梁包括4个等厚度区和3个厚度过渡区，功能区域A的厚度T_A、功能区域B的厚度T_B、功能区域C的厚度T_C以及功能区域D的厚度T_D之间的大小关系为T_A<T_B>T_C<T_D。

为验证本实用新型前纵梁内板结构的优越性，以前纵梁内板结构为研究对象，将等厚度前纵梁内板替换为本实用新型变厚度前纵梁内板结构，在相同正面100％碰撞工况下，对两种前纵梁结构的碰撞性能进行对比。

图4是本实用新型前纵梁内板结构与传统前纵梁内板结构的厚度分布对比示意图，其中，传统前纵梁结构的内板和外板均为等厚度板，厚度为1.6mm；本实用新型前纵梁结构的外板与传统前纵梁外板相同，厚度为1.6mm，本实用新型前纵梁结构的内板为变厚度板，其中，T_A＝1.19mm、T_B＝1.65mm、T_C＝1.03mm、T_D＝1.71mm，过渡区域厚度呈线性变化，实现各功能区域连续过渡连接。

如图5所示是本实用新型前纵梁结构与传统前纵梁结构的加速度波形对比示意图，表1 列举了本实用新型前纵梁结构与传统前纵梁结构性能对比。根据表1和图5的对比结果可知：本实用新型前纵梁内板相对传统前纵梁结构内板实现了15.21％的轻量化效果(质量由初始6.77kg减为5.74kg)，同时本实用新型前纵梁的车身加速度峰值、第一台阶的加速度水平G₁、第二台阶的加速度水平G₂、左右前纵梁的吸能量相对传统前纵梁结构分别获得了 6.28％、11.61％、4.52％、4.21％性能改善。

表1本实用新型前纵梁结构与传统前纵梁结构性能对比

综上所述，本实用新型前纵梁内板结构相对于传统前纵梁内板结构能够根据各自功能区域的结构特点，发挥不同的功能作用；能够利用连续变厚度柔性轧制技术以及前纵梁碰撞压溃区的变形空间，最大程度地提高前纵梁结构的碰撞吸能能力、改善变形模式，从而实现对汽车前纵梁结构的轻量化和耐撞性设计。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的设计人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进方案，都应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，包括功能区域A、功能区域B、功能区域C、功能区域D、上侧翻边(3)以及下侧翻边(4)，所述上侧翻边(3)、下侧翻边(4)和前纵梁外板(13)均通过点焊工艺连接，并形成一个封闭的腔体，所述腔体分成A、B、C、D四个功能区域。

2.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述功能区域A设有前端翻边(1)和诱导槽(2)，所述前端翻边(1)和防撞梁(6)通过点焊工艺连接，诱导槽(2)分布在功能区域A后端；所述功能区域D设有后端翻边(5)，所述后端翻边(5)和防火墙(11)通过点焊工艺连接。

3.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述功能区域A、C的上侧翻边(3)棱线和下侧翻边(4)棱线均沿着整车坐标系X方向延伸且形成直线状。

4.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述功能区域B的上侧翻边(3)棱线沿着整车坐标系X方向延伸且形成直线状，下侧翻边(4)棱线沿着整车坐标系X方向向下延伸且形成直线状，使得功能区域B的截面高度沿着整车坐标系X方向逐渐变大。

5.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述功能区域D的上侧翻边(3)棱线沿着整车前后方向延伸一段后再向下延伸且形成折直线状，下侧翻边(4)棱线沿着整车坐标系X方向向下延伸且形成直线状。

6.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述功能区域A和功能区域B用于使前纵梁产生稳定的轴向压溃变形，是主要的碰撞吸能区；功能区域C与发动机的布置空间有关，用于传递碰撞力；功能区域D用于吸收剩余碰撞能量，抵抗前纵梁根部位置发生弯曲变形。

7.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，每个功能区域对应一个等厚度区，相邻两个功能区域通过厚度过渡区实现连续过渡连接，即前纵梁内板包括4个等厚度区和3个厚度过渡区。

8.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述功能区域A的厚度T_A、功能区域B的厚度T_B、功能区域C的厚度T_C以及功能区域D的厚度T_D之间的大小关系为T_A<T_B>T_C<T_D。

9.根据权利要求1所述的一种满足功能定制要求的汽车变厚度前纵梁内板结构，其特征在于，所述前纵梁内板结构采用的材料为高强钢，该结构通过柔性轧制工艺轧制而成。