[发明专利]一种帽形截面的汽车前纵梁设计方法

说明书

本发明针对现有汽车前纵梁设计存在的不足，提出了一种帽形截面的汽车前纵梁设计方法，旨在通过规划纵梁的整体变形模式，使用截面分析和计算方法，实现前纵梁正面碰撞变形模式的可控设计。本发明的设计方法包括如下步骤：A：规划前纵梁在前碰工况下的总体变形模式：将前纵梁由前至后依次划分为前部叠缩压溃段、中部Y向折弯段、后部微变形支撑段及后部稳定延伸段；B：推导帽形截面前纵梁的平均压溃反力表达式；C：根据前纵梁各段的要求，由前至后依次对前纵梁各段进行设计；D：根据C步骤的设计结果，利用计算机进行模拟分析，并根据模拟结果对设计进行确认或更改。本发明的设计思路具有很好的实用性，亦可应用于汽车其它部件的设计。

技术领域

本发明属于汽车安全设计技术领域，涉及前纵梁前碰结构设计，具体地说，本发明涉及到一种帽形截面的汽车前纵梁设计方法。

背景技术

随着城乡居民汽车保有量的迅猛增长，道路交通事故已经在全世界范围内成为威胁人类生命的严重公害。据WHO分析预测：到2020年，道路交通事故将成为世界上仅次于心血管疾病和忧郁症的第三大人身威胁，为此，世界各发达国都对汽车碰撞安全性做出了强制性要求，建立了各自的法规体系，并先后实施了新车评估体系(NCAP：New CarAssessment Programme)，旨在进一步促进汽车碰撞安全性能的提高。

汽车被动安全性能指汽车发生交通事故时，车辆能够对车内的乘员或车外的行人进行保护，以防止发生伤害或使伤害降至最低程度的性能。设计人员采用各种方法力求汽车车身结构在碰撞中能够以预定的方式变形，从而有效地吸收碰撞能量，产生良好的碰撞波形以减轻乘员所受冲击伤害，为乘员约束系统的匹配奠定基础。车身结构的抗撞性主要是由薄壁梁形结构和接头组成的框架结构决定的，它们也是碰撞过程中吸收碰撞冲击能的主导，同时为乘员舱提供大部分的刚性。前纵梁是乘用车车身结构重要的纵向受力构件，其基本结构为薄壁梁形，一般地，安全车身要求前纵梁在正面碰撞中吸收30％-50％的能量，并具有一定的结构稳定性能，确保前端结构以特定的方式变形，保证乘员舱的结构完整性。因此，合理设计前纵梁使其能够以预定的方式变形和吸能，是车身结构抗撞性设计的主要内容。

针对乘用车前纵梁结构的设计，由于工程中碰撞设计相关的分析和理论目前不够完善，在设计上普遍存在耗时较多的试错式设计方法以及结构材料冗余现象。

公告号为CN 201310039923.3的中国专利公开了一种前纵梁的设计方法，包括：1、获取对标车正面碰撞时的加速度-时间曲线和压溃距离-时间曲线；2、目标车前纵梁最前端到动力总成前端的长度为X；结合压溃距离-时间曲线获取开始产生压溃时的第一时刻t₀，以及压溃距离为X时对应的第二时刻t₁；3、获取在t₀～t₁时间段内对标车的恒定等效加速度a；4、获取目标车试验质量m；获取目标车在t₀～t₁时间段内受到的等效平均碰撞力F；5、根据在前纵梁最前端到动力总成前端的吸能段内前纵梁所承担的碰撞力的比重，获取前纵梁在t₀～t₁时间段内受到的等效碰撞力；6、根据前纵梁在t₀～t₁时间段内受到的等效碰撞力获取前纵梁横截面的长度、宽度、壁厚及材料参数。此法在逆向设计领域确有一定参考价值，但对于全新正向开发没有太多指导意义。

公告号为201310388342.0的中国专利公开了一种乘用车前纵梁抗撞性设计方法，旨在克服现有技术传统的“试错法”，即设计汽车前纵梁时需要反复修改计算机仿真模型、反复进行试验测试等问题。所述的乘用车前纵梁抗撞性设计方法分为四步：1、推导多直角截面薄壁梁平均压溃反力表达式；2、设计前纵梁压溃变形部分截面；3、推导矩形截面薄壁梁平均弯矩表达式；4、设计前纵梁弯曲变形部分截面。此法仅适用于矩形截面的纵梁设计，事实上，当前，帽形截面前纵梁已经得到了广泛而成功的应用，而且此发明所述方法对前纵梁的整体变形模式缺乏总体规划，没有针对前纵梁变形模式的可控设计方案。

发明内容