專利名稱：汽車前縱梁結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能有效增加碰撞吸能量而且不增大汽車碰撞加速度的汽車前縱梁結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
前縱梁是汽車前碰撞的主要吸能部件之一，它的設(shè)計對于汽車前碰撞安全性影響很大。對于汽車來說，由于考慮底盤、前置發(fā)動機(jī)的布置，前縱梁一般設(shè)計為S形形狀。為了增加前縱梁的碰撞吸能能力，通常要合理匹配前縱梁各段的強(qiáng)度，控制縱梁的壓潰順序和縱梁的變形模式，主要通過對縱梁結(jié)構(gòu)尺寸、加強(qiáng)板、加強(qiáng)筋、誘導(dǎo)槽的設(shè)計和材料的選擇來實(shí)現(xiàn)。汽車前碰撞(正面碰撞剛性墻或偏置碰撞蜂窩鋁)時，一般碰撞加速度波形呈現(xiàn)雙梯形形狀，第一個梯形的加速度比第二個梯形的加速度值要小。在第一個梯形階段，主要是左右兩個前縱梁結(jié)構(gòu)碰撞受力，而在第二個梯形階段，承受碰撞力的汽車部件較多，包括前縱梁、輪胎-門檻、發(fā)動機(jī)-中通道、上邊梁-A柱、副車架等。由于第一個階段，碰撞受力吸能的部件少，只有前縱梁，因而碰撞加速度比第二階段小，使碰撞加速度呈現(xiàn)前低后高的雙梯形形狀。汽車前碰撞安全性設(shè)計時，希望能把第一個梯形加速度值增大，第二個梯形加速度值減小，從而使整個碰撞加速度曲線更加接近理想的矩形波形。但是，增加第一個梯形的加速度值，需要增加整段前縱梁的強(qiáng)度，這又會使第二個梯形的加速度值增大，從而增大了整個加速度曲線的峰值，不利于乘員保護(hù)。汽車前縱梁公知了多種實(shí)施形式。如專利2008202384M. 2公開了一種分段拼焊式的汽車前縱梁，包括分別沖壓成型的縱梁前段、縱梁中段、縱梁后段，所述縱梁前段、縱梁中段和縱梁后段通過拼焊的形式連成一個整體，并且縱梁前段、縱梁中段到縱梁后段的材料厚度逐漸增厚。在滿足車身安全的前提下，可降低制造難度、節(jié)約成本。在吸能區(qū)采用較薄的板材，有利于車身輕量化。201020234587. X公開了一種階梯式前縱梁，所述的前縱梁整體呈階梯狀有漸變式截面，前端截面尺寸較小，后端截面尺寸較大，從前端到后端截面的中間部分為光滑過渡區(qū)域。采用階梯式結(jié)構(gòu)，使前縱梁結(jié)構(gòu)的剛度匹配難度大幅降低，提高前縱梁變形穩(wěn)定性和碰撞能量吸收能力和汽車正面碰撞性能。20091019U63.4公開了一種汽車車身前縱梁結(jié)構(gòu)，在前縱梁上段的槽內(nèi)的前、中、 后部分別焊接有前部加強(qiáng)板、中部加強(qiáng)板和后部加強(qiáng)板，前部加強(qiáng)板前側(cè)和后側(cè)的前縱梁為緩沖吸能區(qū)，中部加強(qiáng)板和后部加強(qiáng)板分別與前縱梁合圍成型腔，中后部加強(qiáng)板之間留有間隙。前縱梁在整體上得到了強(qiáng)化，能夠有效地吸收、衰減車輛碰撞時的沖擊能量，而后部承力區(qū)的傳力性能大大增強(qiáng)，并且在變形時能夠吸收更多的沖擊能量。這些發(fā)明或?qū)嵱眯滦吞岢龅钠嚽翱v梁結(jié)構(gòu)，各段之間的強(qiáng)度雖然經(jīng)過了匹配， 能夠控制前縱梁的壓潰順序和前縱梁的變形模式，較好的吸收碰撞能量。但是這些前縱梁結(jié)構(gòu)，是一種強(qiáng)度不隨時間變化的結(jié)構(gòu)，造成前縱梁后段的強(qiáng)度必然大于前段的強(qiáng)度。而縱梁的結(jié)構(gòu)在汽車前碰撞時又設(shè)計為前段先變形，后段再變形這種由前往后變形的順序，這種結(jié)構(gòu)使得汽車前碰撞時，碰撞前期(發(fā)動機(jī)發(fā)生碰撞的時刻之前)的加速度小，碰撞后期 (發(fā)動機(jī)發(fā)生碰撞的時刻之后)的加速度大，因而需要設(shè)計一種自適應(yīng)前縱梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低汽車碰撞加速度，提高汽車碰撞安全性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，這種前縱梁結(jié)構(gòu)可以在碰撞前期保持整體較高的強(qiáng)度，而在碰撞后期適當(dāng)?shù)南魅跚翱v梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，起到提高碰撞前期加速度并減小碰撞后期加速度的作用，改善汽車前碰撞加速度波形的形狀，可有效地提高汽車的結(jié)構(gòu)碰撞安全性。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，包括前縱梁以及與前縱梁相連的可破壞性填充材料。其中，所述前縱梁縱向布置在汽車發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，前端連接汽車的前保險杠橫梁和吸能盒，后端延伸到汽車駕駛室下方的地板下，主要包括四段結(jié)構(gòu)第一段為縱梁最前段，為碰撞時縱梁最先發(fā)生變形的區(qū)域；第二段為不變形區(qū)域；第三段為強(qiáng)度可變區(qū)域，碰撞時可變形；第四段為不變形區(qū)域，縱梁各段通過激光拼焊接或通過相互材料的重疊搭接和點(diǎn)焊的方式連接成為一個整體。前縱梁各段均采用薄壁金屬、合金或復(fù)合材料制成，為閉合空腔薄壁材料結(jié)構(gòu)，但各段采用不同的方式進(jìn)行弱化、加強(qiáng)等處理。且各段可以使用不同厚度、不同強(qiáng)度的板材沖壓成形，再焊接而成閉合空腔結(jié)構(gòu)，中間選擇性填充可破壞性填充材料，因而前縱梁各段強(qiáng)度各不相同，因而可以實(shí)現(xiàn)上述不同的效果。在本發(fā)明中，可破壞性填充材料其填充方案為
前縱梁第一段，通常為空心管狀結(jié)構(gòu)，也可在其中填充吸能材料； 前縱梁第二段，空心管狀結(jié)構(gòu)中間填充吸能材料，或用加強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)，在碰撞時第二段不發(fā)生明顯變形；
前縱梁第三段，空心管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)填滿填充可燃材料，在汽車前碰撞中，當(dāng)?shù)谝欢巫冃谓Y(jié)束后，填充材料會發(fā)生破壞，降低該段的強(qiáng)度，使該段發(fā)生碰撞變形；
前縱梁第四段，空心管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)填滿填充吸能材料，或用加強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)，在汽車前碰撞中，該段不發(fā)生明顯變形。因而，使用該前縱梁結(jié)構(gòu)的汽車在不同的碰撞強(qiáng)度下，前縱梁的碰撞變形吸能情況不同，在碰撞強(qiáng)度較小(等效碰撞速度較低，小于大約25km/h)的情況下，只是縱梁第一段發(fā)生碰撞變形，第二、三、四段不發(fā)生變形。在碰撞強(qiáng)度較大(等效碰撞速度較高，大于大約 30km/h)的情況下，縱梁第一段發(fā)生碰撞變形，然后縱梁第三段的填充材料發(fā)生破壞，使第三段縱梁強(qiáng)度降低，接著發(fā)生碰撞變形，降低碰撞加速度，并減小乘員艙的侵入量。在本發(fā)明中，所述填充材料在高溫的情況下，可以迅速燃燒(或爆炸)以破壞其原來結(jié)構(gòu)，在碰撞后期減小前縱梁第三段的強(qiáng)度，且該填充材料在破壞原結(jié)構(gòu)之前，與前縱梁第三段的薄壁板緊密結(jié)合，其材料特性需要具有很高的強(qiáng)度，燃燒(或爆炸)之后，強(qiáng)度顯著降低，因而，該填充材料可為但不局限于可燃可爆合金材料、復(fù)合材料。為保證可燃燒破壞的材料能在碰撞強(qiáng)度較大的情況下順利破壞填充材料，前縱梁第三段內(nèi)部空腔內(nèi)除填充可燃燒破壞的材料外，還裝有起爆裝置和控制器，可燃填充材料是否發(fā)生破壞和開始破壞時刻由傳感器和控制器確定；控制器檢測到碰撞能量超過設(shè)定值時，將在前縱梁第一段即將變形結(jié)束時啟動起爆裝置，使可燃燒的材料瞬間燃燒，可燃材料喪失原有的強(qiáng)度，使縱梁第三段強(qiáng)度下降，這樣，在汽車前碰撞時，縱梁第三段在第一段完全壓潰變形后繼續(xù)壓潰變形，能增加加速度曲線第一個梯形的加速度值，同時減小第二個梯形的加速度值，使整個加速度曲線更加接近于矩形形狀，用于更好地吸收碰撞能量。在本發(fā)明中，應(yīng)當(dāng)注意的是縱梁第一段后端位置應(yīng)保持在發(fā)動機(jī)前端面之后 20mm至40mm的范圍內(nèi)，且縱梁第二段末端位置應(yīng)保持在發(fā)動機(jī)后端面之前20mm至40mm的范圍內(nèi)。有益效果本發(fā)明工藝簡單，安裝簡便，能主動進(jìn)行碰撞受力調(diào)整，均勻調(diào)節(jié)受力單元，相互補(bǔ)償，提高前縱梁的吸能能力，減少車身侵入量，又可以減小汽車前碰撞的加速度，有效提高汽車前碰撞的安全性能。
圖1為前縱梁結(jié)構(gòu)連接的前端示意圖。圖2為自適應(yīng)汽車碰撞吸能的前縱梁結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)。圖3為前縱梁第三段和第四段的主要結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1a -縱梁第一段；Ib -縱梁第二段；Ic -縱梁第三段；Id -縱梁第四段； 2 -前保險杠橫梁；3 -吸能盒；4 -法蘭；5 -減震塔；6 -防火墻；7 -前部地板；8 -發(fā)動機(jī)；9 -控制器(EOT) ；10 -起爆裝置；11 -可燃填充材料。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明的前縱梁結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，主要包括四段結(jié)構(gòu)縱梁第一段Ia為前縱梁最前段，為碰撞時前縱梁最先發(fā)生變形的區(qū)域；縱梁第二段Ib為不變形區(qū)域；縱梁第三段Ic為強(qiáng)度可變區(qū)域，碰撞時可變形；縱梁第四段Id為不變形區(qū)域。前縱梁結(jié)構(gòu)縱向布置在汽車發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，前端連接汽車的前保險杠橫梁2和吸能盒3，后端延伸到汽車駕駛室下方的前部地板7下，前縱梁結(jié)構(gòu)的側(cè)上方與減震塔5通過點(diǎn)焊方式連接?？v梁第一段Ia前端通過法蘭4連接到前保險杠橫梁2和吸能盒3，后端連接縱梁第二段Ib前端，縱梁第一段Ia后端位置在發(fā)動機(jī)前端面之后約30mm ；縱梁第二段Ib末端連接縱梁第三段Ic前端，縱梁第二段Ib末端位置在發(fā)動機(jī)后端面之前27mm ；縱梁第三段 Ic末端連接縱梁第四段Id前端，縱梁第三段Ic末端位置大約在前縱梁的兩個彎曲點(diǎn)Pl和 P2的中間位置(偏近于Pl點(diǎn))；縱梁第四段Id可在前部地板7之下并可延伸至前排座椅的之后?？v梁第一段Ia可開設(shè)誘導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，控制其變形模式，使其碰撞時發(fā)生軸向壓潰變形；縱梁第二段Ib增加加強(qiáng)板或填滿填充材料做加強(qiáng)處理，安裝發(fā)動機(jī)并避免碰撞時縱梁第二段Ib發(fā)生明顯變形；縱梁第三段Ic填充可燃材料進(jìn)行加強(qiáng)，可燃材料破壞后，該段結(jié)
5構(gòu)強(qiáng)度降低；縱梁第四段Id增加加強(qiáng)板或填滿填充材料做加強(qiáng)處理，碰撞該段不發(fā)生明顯變形?？v梁第一段Ia在汽車前碰撞時，最先發(fā)生變形；縱梁第二段Ib通過發(fā)動機(jī)懸置安裝有發(fā)動機(jī)8，縱梁第二段Ib在整個碰撞過程當(dāng)中不發(fā)生變形；縱梁第三段Ic采用填充可燃填充材料的方法進(jìn)行加強(qiáng)，在縱梁第一段Ia發(fā)生變形時，縱梁第三段Ic不發(fā)生變形，當(dāng)縱梁第一段Ia全部發(fā)生變形后，如果汽車速度還沒減為零，縱梁第三段Ic填充的可燃填充材料11會發(fā)生破壞，使縱梁第三段Ic的強(qiáng)度減弱，接著縱梁第三段Ic發(fā)生碰撞變形；縱梁第四段Id需要做加強(qiáng)處理，避免發(fā)生大的變形導(dǎo)致乘員艙侵入量過大。在本實(shí)施例中，若汽車前縱梁在碰撞時，能在縱梁第一段Ia結(jié)構(gòu)變形結(jié)束后，破壞縱梁第三段Ic的可燃填充材料11，使縱梁第三段Ic縱梁強(qiáng)度降低，接著發(fā)生碰撞變形。如果是在碰撞能量較小的情況下件，只是縱梁第一段Ia發(fā)生碰撞變形，縱梁第三段Ic不發(fā)生變形。在碰撞能量較大的情況下，縱梁縱梁第一段Ia發(fā)生碰撞變形，然后縱梁第三段Ic的可燃填充材料結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使縱梁第三段Ic強(qiáng)度降低，接著發(fā)生碰撞變形?？v梁第三段Ic泡沫填充材料或加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)是否發(fā)生破壞，和開始破壞時刻由傳感器和控制器(E⑶)9確定。圖3中，縱梁第三段Ic內(nèi)部空腔內(nèi)填充可燃填充材料11，并裝有起爆裝置10和控制器(EOT) 9 ；但控制器(Ε⑶)9檢測到碰撞能量超過設(shè)定值，將在縱梁第一段Ia即將變形結(jié)束時啟動起爆裝置10，使可燃填充材料11瞬間燃燒甚至爆炸，可燃填充材料11喪失原有的強(qiáng)度，使縱梁第三段Ic強(qiáng)度下降，這樣縱梁第三段Ic在縱梁第一段Ia完全壓潰變形后繼續(xù)壓潰變形，吸收碰撞能量。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，包括前縱梁以及與前縱梁相連的可破壞性填充材料，其特征在于， 所述前縱梁縱向布置在汽車發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，前端連接汽車的前保險杠橫梁和吸能盒，后端延伸到汽車駕駛室下方的地板下，主要包括四段結(jié)構(gòu)第一段為縱梁最前段，為碰撞時縱梁最先發(fā)生變形的區(qū)域；第二段為不變形區(qū)域；第三段為強(qiáng)度可變區(qū)域，碰撞時可變形；第四段為不變形區(qū)域；縱梁各段均采用薄壁金屬、合金或復(fù)合材料制成，通過激光拼焊接或通過相互材料的重疊搭接和點(diǎn)焊的方式連接成為一個整體，為閉合空腔薄壁材料結(jié)構(gòu)，并在閉合空腔結(jié)構(gòu)中選擇性填充可破壞性填充材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，可破壞性填充材料其填充方案為前縱梁第一段，通常為空心管狀結(jié)構(gòu)，也可在其中填充吸能材料；前縱梁第二段，空心管狀結(jié)構(gòu)中間填充吸能材料，或用加強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)；前縱梁第三段，空心管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)填滿填充可燃材料；前縱梁第四段，空心管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)填滿填充吸能材料，或用加強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述縱梁各段也可以使用不同厚度、不同強(qiáng)度的板材沖壓成形，再焊接而成閉合空腔結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，前縱梁第三段內(nèi)部空腔內(nèi)裝有起爆裝置和控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，其特征在于，縱梁第一段后端位置應(yīng)保持在發(fā)動機(jī)前端面之后20mm至40mm的范圍內(nèi)，且縱梁第二段末端位置應(yīng)保持在發(fā)動機(jī)后端面之前20mm至40mm的范圍內(nèi)。
全文摘要
汽車前縱梁結(jié)構(gòu)，公開了一種新型自適應(yīng)汽車碰撞吸能的前縱梁結(jié)構(gòu)。它將前縱梁結(jié)構(gòu)分成四段，具體為第一段為縱梁最前段，為碰撞時縱梁最先發(fā)生變形的區(qū)域；第二段為不變形區(qū)域；第三段為強(qiáng)度可變區(qū)域，碰撞時可變形；第四段為不變形區(qū)域，并在其內(nèi)部填充可破壞性填充材料。相對于傳統(tǒng)的前縱梁結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的前縱梁結(jié)構(gòu)可以提高前縱梁的吸能能力，減少車身侵入量，又可以減小汽車前碰撞的加速度，有效提高汽車前碰撞的安全性。
文檔編號B62D21/15GK102390434SQ20111031863
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者葉映臺, 楊濟(jì)匡, 王方, 肖志, 蔣小晴 申請人:湖南大學(xué)