汽車(chē)的前后防撞梁設(shè)計(jì)的規(guī)范

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1、汽車(chē)前后防撞梁設(shè)計(jì)規(guī)X 一、 目的：指導(dǎo)汽車(chē)前后防撞梁總成設(shè)計(jì)；提供汽車(chē)前后防撞 梁總成設(shè)計(jì)的思路。 二、 X圍：該規(guī)X適應(yīng)于M1類(lèi)車(chē)輛汽車(chē)前后防撞梁的設(shè)計(jì)。 主要介紹了汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中汽車(chē)前后防撞梁總成的作用與在整車(chē)中的影響。首先 對(duì)汽車(chē)前后防撞梁在整車(chē)中的功能進(jìn)展了概述， 尤其是對(duì)汽車(chē)前后防撞梁碰撞性 能做了詳細(xì)的描述；同時(shí)對(duì)汽車(chē)前后防撞梁總成設(shè)計(jì)要點(diǎn)作了描述； 最后對(duì)汽車(chē) 前后防撞梁的加工制造性作了闡述。 三、規(guī)X性引用文件：如下文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。但 凡注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。但凡不注日期的引用文件, 其最新版本〔包括所有的修改單〕適用于

2、本文件。 GB 11551-2003乘用車(chē)正面碰撞時(shí)的乘員保護(hù) GB 17354-1998汽車(chē)前、后端保護(hù)裝置 GB 20072-2006乘用車(chē)后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求 C-NCAP中國(guó)新車(chē)評(píng)估程序2012版 四、汽車(chē)前后防撞梁總成主要功能1、汽車(chē)前后防撞梁總成功能概 述 汽車(chē)前后防撞梁總成，是車(chē)身第一次承受撞擊力的裝置，也是車(chē)身中的一 個(gè)重要構(gòu)件，其功能主要有： a. 保護(hù)保險(xiǎn)杠在低速碰撞過(guò)程中盡量不要破裂或者發(fā)生永久變形。 b. 保護(hù)車(chē)身骨架前后端縱梁在行人保護(hù)或者可維修性碰撞時(shí)不發(fā)生永 久變形或者破裂。 c. 在100%E面高速碰撞、后面高速碰撞時(shí)起到第一次的吸能作用，

3、在 偏置碰撞中不僅起到第一次吸能作用，還能起到碰撞過(guò)程中均衡傳遞受力的作 用，防止車(chē)身左右兩側(cè)受力不均。 2、汽車(chē)前后防撞梁總成碰撞性能概述前防撞梁總成碰撞性能 前防撞梁總成的碰撞性能主要需滿足低速碰撞和高速碰撞兩個(gè)局部的法規(guī) 要求。其中， 低速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB17354-1998汽車(chē)前、后端保護(hù)裝置: 高速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB11551-2003乘用車(chē)正面碰撞時(shí)的乘員保 護(hù)； C-NCA刖準(zhǔn)，需滿足其100%￡面碰撞和40喻置碰撞要求。 3、低速碰撞對(duì)前防撞梁設(shè)計(jì)的性能要求低速碰撞的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB l7354 — 1998規(guī)定的正撞速度為4km/h,車(chē)角

4、碰撞速度為2.5 km/h,對(duì)車(chē)身的要求就 是車(chē)身本體、前防撞梁和吸能盒等不能有任何損壞，最好前保險(xiǎn)杠也不能破裂或 者發(fā)生永久變形。 在國(guó)外，從事汽車(chē)保險(xiǎn)業(yè)務(wù)的保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，一般采用15km/h的碰撞試驗(yàn)來(lái)模 擬最常見(jiàn)的可維修碰撞，試驗(yàn)的目的是要求盡量減少零部件的損壞以減少維修和 保險(xiǎn)費(fèi)用。具體來(lái)說(shuō)，一般要通過(guò)合理設(shè)計(jì)將損壞零件控制在翼子板、 發(fā)動(dòng)機(jī)罩 蓋、前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)、前格柵、前大燈等外外表零件和局部骨架件，比如前防撞梁 以與吸能盒等零件X圍內(nèi)。車(chē)身零體，特別是縱梁不能產(chǎn)生任何變形。當(dāng)然最好 大燈支架、水箱上橫梁等零件不要損壞，即使損壞，也要便于修復(fù)。在可維修碰 撞中，合理設(shè)計(jì)傳力路徑是非常重

5、要的，重點(diǎn)來(lái)說(shuō)說(shuō)汽車(chē)防撞梁吸能盒的設(shè)計(jì) a、將吸能盒設(shè)計(jì)成和縱梁在同一軸線上，防止產(chǎn)生彎曲變形。 b、在吸能盒上預(yù)設(shè)一些壓潰筋，以便讓吸能盒在軸向上發(fā)生壓潰進(jìn)而 吸收所有能量，從而不對(duì)包括前縱梁在內(nèi)的車(chē)身本體產(chǎn)生損害。 c、將這些容易損壞的局部骨架件，如前防撞梁和吸能盒設(shè)計(jì)成用螺栓 和車(chē)身本體聯(lián)結(jié)的可拆卸結(jié)構(gòu)，為減少維修和保險(xiǎn)本錢(qián)。 4、高速碰撞對(duì)前防撞梁設(shè)計(jì)的性能要求目前設(shè)計(jì)上普遍承受 和采用的是將車(chē)身分為前中后3個(gè)吸能區(qū)，其中前吸能區(qū)主要由前防撞梁和吸能 盒組成，利用強(qiáng)韌的吸能材料盡可能多地通過(guò)變形吸收因撞擊產(chǎn)生的巨大能量， 同時(shí)利用結(jié)構(gòu)上的受力連續(xù)進(jìn)展左右分流并將能量向后面?zhèn)鬟f

6、。中吸能區(qū)主要由 前縱梁和副車(chē)架組成，通過(guò)合理變形來(lái)吸收大局部能量。后吸能區(qū)主要為高強(qiáng)度 和剛度的駕駛艙，設(shè)計(jì)上通過(guò)避開(kāi)可能發(fā)生對(duì)乘員不利的危險(xiǎn)變形， 減少正面碰 撞導(dǎo)致的對(duì)駕駛艙的侵入和保持相對(duì)較低的碰撞減速度，以此保證乘員的安全。 前中后3個(gè)吸能區(qū)是設(shè)置正面碰撞多層傳力路徑的根底，設(shè)置正面碰撞多層傳力 路徑的目的也就是為表現(xiàn)3個(gè)吸能區(qū)的優(yōu)勢(shì)，使能量能合理有效地吸收和傳遞。 正面碰撞多層傳力路徑一般是3層。 正面碰撞3層傳力路徑一般分為上中下 3層，正面碰撞傳力路徑上層是由 發(fā)動(dòng)機(jī)艙上縱梁和前懸塔狀形罩板等零件組成，吸收了局部從前部傳來(lái)的碰撞能 量并把其余能量向A柱和前圍與其加強(qiáng)梁進(jìn)展分

7、散傳遞。中層主要是由前縱梁組 成，也包括了前防撞梁和吸能盒等，是主要的傳力路徑。前防撞梁和吸能盒將承 受到的碰撞能量進(jìn)展左右分流和初步吸收，并通過(guò)它們將能量往前縱梁延伸板、 門(mén)檻、中央通道等分散傳遞。下層主要是由前副車(chē)架組成，吸收了局部從前部傳 來(lái)的碰撞能量并把其余能量向前縱梁延伸板和門(mén)檻等分散傳遞。 五、汽車(chē)后防撞梁總成碰撞性能后防撞梁總成的碰撞性能主要需滿足 低速碰撞和高速碰撞兩個(gè)局部的法規(guī)要求。其中， 低速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB 17354-1998汽車(chē)前、后端保護(hù)裝置。］ 高速碰撞需滿足的法規(guī)要求為：GB 20072-2006乘用車(chē)后碰撞燃油系統(tǒng) 安全要求。 低速碰撞

8、對(duì)后防撞梁設(shè)計(jì)的性能要求：后防撞梁總成需滿足的低速碰撞性能 要求同前防撞梁總成。 高速碰撞對(duì)后防撞梁設(shè)計(jì)的性能要求：國(guó)標(biāo) GB20072-2006規(guī)定：碰撞器撞 擊外表應(yīng)平坦，高度不小于800mm撞擊器外表下邊緣至地面的間隙應(yīng)為 175土 25mm后防撞梁對(duì)后碰的主要貢獻(xiàn)為利用吸能盒的壓潰變形吸收能量，緩解碰撞 剛性變形，保證燃油箱周?chē)踩淖冃慰臻g。因此在設(shè)計(jì)后防撞梁與吸能盒時(shí)， 需綜合考慮下面三方面： a、保證根本的許可變形量。許可變形量，決定了碰撞過(guò)程中的平均減速度。 汽車(chē)的縱向變形量與平均減速度是成反比的。 平均減速度作為汽車(chē)結(jié)構(gòu)耐碰撞性 的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段就必須綜合

9、考慮確定。 b、保證根本的許可變形空間。保證許可變形空間是指汽車(chē)在發(fā)生碰撞后， 變形區(qū)域不會(huì)對(duì)乘員和危險(xiǎn)部件〔如油箱、燃汽罐〕形成威脅和傷害，而且包括 后部許可變形區(qū)域內(nèi)的塑性變形不會(huì)導(dǎo)致在碰撞過(guò)程中車(chē)門(mén)打開(kāi)、碰撞后車(chē)門(mén)鎖 死等狀況發(fā)生。 c、調(diào)整截面形狀（通過(guò)吸能筋與加強(qiáng)筋的布置）、厚度、尺寸和結(jié)構(gòu)形式等 使結(jié)構(gòu)的變形阻力保持在適當(dāng)水平，并重視局部弱化使整車(chē)剛度分配符合設(shè)計(jì)原 如此與能量吸收曲線圖，增大撞擊吸收能量的腔型結(jié)構(gòu)。六、汽車(chē)前后防 撞梁總成設(shè)計(jì)要點(diǎn)概述J 1.汽車(chē)前后防撞梁總成設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)市場(chǎng)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義前防撞梁總成的 性能。如：法規(guī)前碰ODB勺定義、汽車(chē)前后防撞

10、梁低速碰撞吸能、壓潰空間、CNCAP 試驗(yàn)ODB1撞標(biāo)準(zhǔn)、整車(chē)性能等。為滿足這些要求，我們需要對(duì)汽車(chē)前后防撞梁 的碰撞性能的敏感性，如：汽車(chē)前后防撞梁的布置高度、結(jié)構(gòu)、壓潰空間、截面 面積、材料等進(jìn)展研究。2、整車(chē)碰撞對(duì)汽車(chē)前后防撞梁的布置要求汽車(chē)前 后防撞梁的布置高度由前縱梁的高度來(lái)決定，如果此高度匹配不合理會(huì)導(dǎo)致前縱 梁在碰撞過(guò)程中壓潰失穩(wěn)，導(dǎo)致前縱梁后端大彎曲變形很可能對(duì)乘員艙侵入量過(guò) 大。汽車(chē)前后防撞梁的安裝位置，除需滿足上述碰撞要求的相容性原理， 即 兩車(chē)發(fā)生正面相撞時(shí)，不適宜的防撞梁高度既保護(hù)不到自身， 還會(huì)對(duì)對(duì)方車(chē)輛造 成巨大傷害；還需要根據(jù)車(chē)身高度，輪轂直徑的大小來(lái)綜合評(píng)定

11、，并沒(méi)有一個(gè)明 確的標(biāo)準(zhǔn)。一般車(chē)型的安裝高度在 400-500mm^右，但如果超過(guò)520mm如此會(huì) 對(duì)C NCAP?相關(guān)碰撞試驗(yàn)的成績(jī)?cè)斐捎绊憽? 保證與周邊件間隙呈10mm前防撞梁總成一般是螺接到機(jī)艙縱梁上，誤差 積累大，同時(shí)車(chē)身前端安裝有很多子件，故要求前防撞梁總成與周邊件的間隙在 10mm以上。 在X向預(yù)留出70mm的行人保護(hù)緩沖空間。3、汽車(chē)前后防撞梁總成結(jié)構(gòu) 形式 標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)前后防撞梁總成一般由防撞梁本體和吸能盒組成， 局部車(chē)型還包含拖 車(chē)鉤螺紋管，為降低維修本錢(qián)，防撞梁一般采用螺栓連接固定在車(chē)身上。4、 前后防撞橫梁結(jié)構(gòu)形式前防撞橫梁的結(jié)構(gòu)主要有四種方式：冷沖壓不同技術(shù) 對(duì)應(yīng)

12、的優(yōu)化斷面，有不同程度的差異。 冷沖壓拼焊的前防撞橫梁保持了與車(chē)身其它鉞金一樣的制造技術(shù)，不需要 單獨(dú)生產(chǎn)線，故制造本錢(qián)低廉，不足在于重量大，不便于車(chē)身輕量化。通常材料 選用HC420/780DPIE HC550/980DP具體結(jié)構(gòu)、材料根據(jù)車(chē)型差異與 CAE分析相 應(yīng)選擇。 輾壓成形的前防撞橫梁，需要一條專(zhuān)用輾壓線，具斷面為箱體結(jié)構(gòu)，類(lèi)似 雙層板，重量方面優(yōu)勢(shì)不大。通常材料選用 HC420/780DP^ HC550/980DP料厚 1.8mni具體根據(jù)車(chē)型差異與CAE^析相應(yīng)選擇。根據(jù)目前供給商制造工藝限制， 目前合理的防撞梁半徑R> 2700mm 熱沖壓的前防撞橫梁，需要一條專(zhuān)用熱成

13、形加工線與專(zhuān)用模具， 綜合本錢(qián)較 高，優(yōu)勢(shì)在于重量輕。 鋁制的前防撞橫梁，需要專(zhuān)用設(shè)備與工裝，綜合本錢(qián)較高，優(yōu)勢(shì)在于重量 輕。5、后防撞橫梁結(jié)構(gòu)形 式后防撞橫梁的制造主要為冷沖壓和鋁制，冷沖壓橫梁一般為U形截面結(jié) 構(gòu)，通常材料選用 HC250/450DP HC340/590DP具體形狀、材料根據(jù)車(chē)型差異 與CAE分析相應(yīng)選擇。6、吸能盒設(shè)計(jì)要求吸能盒上一般需布置2至3 條吸能筋，主要目的是便于低速碰撞時(shí)吸收足夠的能量， 保證車(chē)身本體不被破壞。 同時(shí)設(shè)計(jì)吸能筋時(shí)需遵循以下4條原如此： a.加強(qiáng)筋的軸線必須垂直于受力方向，否如此在振動(dòng)時(shí)會(huì)引起扭轉(zhuǎn)； b.必須沿支撐之間最短距離布置；

14、c.采用交叉筋時(shí)，應(yīng)考慮在交叉點(diǎn)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，相對(duì)減小了交 叉點(diǎn)的剛性，所以在交叉點(diǎn)要注意圓角過(guò)渡，圓角半徑應(yīng)大于筋的寬度的兩倍； d.加強(qiáng)筋的形狀在平的或稍凸起的零件上，加強(qiáng)筋應(yīng)沿零件對(duì)角線布 置，在深彎曲的零件上應(yīng)垂直于零件的彎曲軸線。 定義防撞梁本體和吸能盒截面尺寸：Z向高度、Y向?qū)挾取向長(zhǎng)度：A級(jí)車(chē) 型吸能盒在X向長(zhǎng)度一般在120mm左右,A0級(jí)車(chē)型長(zhǎng)度約在100 mm橫梁本 體X向截面尺寸受吸能盒和保險(xiǎn)杠位置所限制， 故不能取值太大，一般在55mm 可以根據(jù)鉞金材料級(jí)別、整車(chē)受力大小和整車(chē)安全星級(jí)等綜合因素而調(diào)整。 吸能盒Z向高度、Y向?qū)挾扰c縱梁截面根本一致，偏差不大于

15、5mm吸 能盒和縱梁中心軸線一致。7、前拖車(chē)鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求前拖車(chē)裝置工作方式 〔如：螺接、掛鉤〕和布置位置；一般前拖車(chē)裝置采用螺接方式。布置 [ 位置，理論上希望拖車(chē)裝置對(duì)稱(chēng)中心線與機(jī)艙縱梁中心重合，或偏離距離越小越 好。 掛鉤或螺母套主要配合尺寸；根據(jù)整車(chē)裝備質(zhì)量，確定拖車(chē)裝置所需要承 受載荷，選擇適宜的螺母套與拖鉤，公司現(xiàn)有M20螺紋規(guī)格，不同車(chē)型可以通 用。8、防撞梁和車(chē)身連接標(biāo)準(zhǔn)件采用 8.8級(jí)M8螺栓。七、防撞梁總成設(shè) 計(jì)經(jīng)驗(yàn)1、吸能盒螺栓固定點(diǎn)分布要求盡量靠近吸能盒，均勻分布。四 個(gè)螺栓連接點(diǎn)分布距吸能盒偏遠(yuǎn)，碰撞中受到扭轉(zhuǎn)力或拉力作用導(dǎo)致前縱梁前安 裝板和前防撞梁安

16、裝板連接處開(kāi)口。優(yōu)化方案：將螺栓安裝點(diǎn)靠近吸能盒 安裝。2、 吸能盒與防撞梁與安裝板連接必須可靠，保證連接強(qiáng)度。中 心柱碰撞與偏置碰撞時(shí)由于吸能盒與安裝板點(diǎn)焊強(qiáng)度不足，導(dǎo)致吸能盒脫 落， 優(yōu)化方案：加強(qiáng)連接強(qiáng)度，將點(diǎn)焊改為二保焊，并增加焊接點(diǎn)。3、前 縱梁前安裝板與縱梁連接必須可靠，保證強(qiáng)度。偏置碰與正碰時(shí)，前縱梁 前安裝板與縱梁焊點(diǎn)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致防撞梁車(chē)身連接板從縱梁脫落。優(yōu)化 方案：加強(qiáng)安裝板和縱梁連接強(qiáng)度，增加焊接面與焊點(diǎn)。4、汽車(chē)前后防撞 梁的工藝制造性能冷沖壓鋼板按照其拉伸屈服強(qiáng)度 Rp0.2可分為：普通鋼 〔Rp0.2>120 N/mmZK帕〕、強(qiáng)度鋼〔Rp0.2>1

17、80 兆帕〕、高強(qiáng)度鋼板〔Rp0.2>260 兆帕〕、特高強(qiáng)度鋼板〔Rp0.2>340兆帕〕和超高強(qiáng)度鋼板〔Rp0.2>620兆帕〕。 另外還有超高強(qiáng)度熱成型鋼板，具拉伸屈服強(qiáng)度達(dá)到1000兆帕以上，這相當(dāng)于 在一平方厘米面積上承受10000公斤的壓力。汽車(chē)前后防撞梁本體在高速碰撞時(shí) 由于需要承受較大的沖擊載荷，一般需采用屈服強(qiáng)度620兆帕以上的超高強(qiáng)度鋼 板或者更高的超高強(qiáng)度熱成型鋼板；吸能盒一般需采用強(qiáng)度稍低的特高強(qiáng)度鋼 板。根據(jù)材料選擇不同，防撞梁本體一般采用輾壓成型或者熱成型工藝來(lái)制作， 國(guó)內(nèi)由于缺少可維修性本錢(qián)碰撞法規(guī)約束， 有些車(chē)型后防撞梁本體也采用普通沖 壓工藝。下面分別列出上述兩種制作工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：a. 輾壓成型：相對(duì) 于普通沖壓工藝，輾壓成型材料利用率較高、零件剛性好，可實(shí)現(xiàn)制作的零件屈 服強(qiáng)度高，可達(dá)620兆帕以上；但是輾壓成型模具投入較大，批量生產(chǎn)量不大時(shí) 單件本錢(qián)會(huì)較高，同時(shí)由于輾壓工藝先沖孔再成型的工藝特點(diǎn)，零件孔位、型面 精度一般比普通沖壓零件會(huì)差。b.熱成型：相對(duì)于普通沖壓工藝，熱 成型工藝零件剛性好，強(qiáng)度大，可實(shí)現(xiàn)制作的零件屈服強(qiáng)度高，可達(dá) 1000兆帕 以上；但是熱成型一次性設(shè)備投入很大，批量生產(chǎn)量不大時(shí)單件本錢(qián)很高。