企業(yè)qztb050422012前后防撞梁設(shè)計

1、Q/ZT企業(yè)標準眾泰控股Q/ZTB05.042-2012前后防撞梁設(shè)計規(guī)范2011-06-30 發(fā)布2011-07-10 實施眾泰控股發(fā)布Q/ZTB05.0422012前言本標準由眾泰汽車工程本標準由眾泰汽車工程本標準由眾泰汽車工程提出。標準科歸口管理。車身部負責(zé)起草。本標準主要起草人：朱小榮、張云峰。本標準為首次發(fā)布。IQ/ZTB 05.0422012前后防撞梁設(shè)計規(guī)范1目的、范圍1.1目的指導(dǎo)前后防撞梁總成設(shè)計；提供前后防撞梁總成設(shè)計的思路。范圍該規(guī)范適應(yīng)于 M1 類車輛前后防撞梁的設(shè)計。主要介紹了汽車開發(fā)過程中前后防撞梁總成的作用及1.2在整車中的影響。首先對前后防撞梁在整車中的功能進行

2、了概述，尤其是對前后防撞梁碰撞性能做了詳細的描述；同時對前后防撞梁總成設(shè)計要點作了描述；最后對前后防撞梁的制造性作了闡述。2規(guī)范性文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。乘用車正面碰撞時的乘員保護汽車前、后端保護裝置乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求GB GB GB11551-200317354-199820072-2006C-NCAP 中國新車評估程序 2012 版3前后防撞梁總成主要功能3.1 前后防撞梁總能概述前后防撞梁總成，是車身第一次承受撞擊力的裝置，也是車身中的一個重要構(gòu)件，其

3、功能主要有：a.b.c.保護保險杠在低速碰撞過程中盡量不要破裂或者發(fā)生變形。保護車身骨架前后端縱梁在行人保護或者可維修性碰撞時不發(fā)生變形或者破裂。在100%正面高速碰撞、后面高速碰撞時起到第一次的吸能作用，在偏置碰撞中不僅起到第一次吸能作用，還能起到碰撞過程中均衡傳遞受力的作用，防止車身左右兩側(cè)受力不均。3.2 前后防撞梁總成碰撞性能概述3.2.1 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部分的要求。其中，低速碰撞需滿足的要求為：GB 17354-1998 汽車前、后端保護裝置。高速碰撞需滿足的要求為：GB 11551-2003 乘用車正面碰撞時的乘員保護；C

4、-NCAP 標準，需滿足其 100%正面碰撞和 40%偏置碰撞要求。3.2.1.1 低速碰撞對前防撞梁設(shè)計的性能要求低速碰撞的標準GB l73541998規(guī)定的正撞速度為4kmh，車角碰撞速度為2.5 kmh，對車身的要求就是車身本體、前防撞梁和吸能盒等不能有任何損壞，最好前保險杠也不能破裂或者發(fā)生變形。目前國內(nèi)外都沒有可維修碰撞的標準。在國外，從事汽車保險業(yè)務(wù)的保險機構(gòu)，一般用15kmh的碰撞試驗來模擬最常見的可維修碰撞，試驗?zāi)康牡氖且蟊M量減少零部件的損壞以減少維修和保險費用。具體來說，一般要通過合理設(shè)計將損壞零件在翼子板、發(fā)罩蓋、前保險杠系統(tǒng)、前格1Q/ZTB 05.0422012柵、前

5、大燈等外表面零件和部分骨架件，比如前防撞梁以及吸能盒等零件范圍內(nèi)。車身零體，特別是縱梁不能產(chǎn)生任何變形。當然最好大燈支架、上橫梁等零件不要損壞，即使損壞，也要便于修復(fù)。從圖1可以看出，在可維修碰撞中，合理設(shè)計傳力路徑是非常重要的，以吸能盒的設(shè)計為例，來說明需注意的設(shè)計細節(jié)。a.b.將吸能盒設(shè)計成和縱梁在同一軸線上，避免產(chǎn)生彎曲變形。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)生壓潰進而吸收所有能量，從而不對包括前縱梁在內(nèi)的車身本體產(chǎn)生損害。將這些容易損壞的部分骨架件，如前防撞梁和吸能盒設(shè)計成用螺栓和車身本體聯(lián)結(jié)的可拆卸結(jié)構(gòu)，為減少維修和保險成本。c.圖1 可維修性碰撞前防撞梁吸能盒設(shè)計細節(jié)

6、3.2.1.2 高速碰撞對前防撞梁設(shè)計的性能要求目前設(shè)計上普遍接受和采用的是將車為前中后3個吸能區(qū)，如圖2所示。圖2 車身前中后3個吸能區(qū)其中前吸能區(qū)主要由前防撞梁和吸能盒組成，利用強韌的吸能材料盡可能多地通過變形吸收因撞擊產(chǎn)生的巨大能量，同時利用結(jié)構(gòu)上的受力連續(xù)進行左右分流并將能量向后面?zhèn)鬟f。中吸能區(qū)主要由前縱梁和副車架組成，通過合理變形來吸收大部分能量。后吸能區(qū)主要為高強度和剛度的駕駛艙，設(shè)計上通過避開可能發(fā)生對乘員不利的變形，減少正面碰撞導(dǎo)致的對駕駛艙的侵入和保持相對較低的碰撞減速度，以此保證乘員的安全。前中后3個吸能區(qū)是設(shè)置正面碰撞多層傳力路徑的基礎(chǔ)，設(shè)置正面碰撞多2Q/ZTB 05.

7、0422012層傳力路徑的目的也就是為體現(xiàn)3個吸能區(qū)的優(yōu)勢，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，圖3為正面碰撞3層傳力路徑，由圖3可以看出，正面碰撞傳力路徑上層是由發(fā)艙上縱梁和前懸塔狀形罩板等零件組成，吸收了部分從前部傳來的碰撞能量并把其余能量向A柱和前圍及其加強梁進行分散傳遞。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接受到的碰撞能量進行左右分流和初步吸收，并通過它們將能量往前縱梁延伸板、門檻、通道等分散傳遞。下層主要是由車架組成，吸收了部分從前部傳來的碰撞能量并把其余能量向前縱梁

8、延伸板和門檻等分散傳遞。圖3 正面碰撞3層傳力路徑3.2.2 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部分的要求。其中，低速碰撞需滿足的要求為：GB 17354-1998 汽車前、后端保護裝置。高速碰撞需滿足的要求為：GB 20072-2006 乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求。3.2.2.1 低速碰撞對后防撞梁設(shè)計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，詳見3.2.1.1條論述。3.2.2.2 高速碰撞對后防撞梁設(shè)計的性能要求國標 GB 20072-2006 規(guī)定：碰撞器撞擊表面應(yīng)平坦，高度不小于 800mm，撞擊器表面下邊緣至地面的間隙應(yīng)

9、為 175±25mm，圖 4 至圖 5 為后碰前后狀態(tài)對比圖。后防撞梁對后碰的主要貢獻為利用吸能盒的壓潰變形吸收能量，緩解碰撞剛性變形，保證燃油箱周圍安全的變形空間。因此在設(shè)計后防撞梁及吸能盒時，需綜合考慮下面面：a.保證基本的變形量。變形量，決定了碰撞過程中的平均度。汽車的縱向變形量與平均度是成反比的。平均度作為汽車結(jié)構(gòu)耐碰撞性的主要設(shè)計指標，在設(shè)計開始階段就必須綜合考慮確定。b.保證基本的變形空間。保證變形空間是指汽車在發(fā)生碰撞后，變形區(qū)域?qū)Τ藛T和部件（如油箱、燃汽罐）形成威脅和，而且包括后部變形區(qū)域內(nèi)的塑性變形導(dǎo)致在碰撞過程中車門打開、碰撞后車門鎖死等狀況發(fā)生。c.調(diào)整截面形狀

10、(通過吸能筋與加強筋的布置)、厚度、和結(jié)構(gòu)形式等使結(jié)構(gòu)的變形阻力保持3Q/ZTB 05.0422012在適當水平，并重視局部弱化使整車剛度分配符合設(shè)計原則及能量吸收曲線圖，增大撞擊吸收能量的腔型結(jié)構(gòu)。圖4 后碰前狀態(tài)圖5后碰后狀態(tài)4前后防撞梁總成設(shè)計要點概述4.1 前后防撞梁總成設(shè)計要點概述前后防撞梁總成設(shè)計，主要是根據(jù)市場和標準來定義前防撞梁總成的性能。如：前碰 ODB的定義、前后防撞梁低速碰撞吸能、壓潰空間、C NCAP 試驗 ODB 碰撞標準、整車性能等。為滿足這些要求，我們需要對前后防撞梁的碰撞性能的敏感性，如：前后防撞梁的布置高度、結(jié)構(gòu)、壓潰空間、截面面積、材料等進行研究。4.1.1

11、 整車碰撞對前后防撞梁的布置要求前后防撞梁的布置高度由前縱梁的高度來決定，如果此高度匹配不合理會導(dǎo)致前縱梁在碰撞過程中壓潰失穩(wěn)，導(dǎo)致前縱梁后端大彎曲變形很可能對乘員艙侵入量過大。圖 6 至圖 8 為某車型前防撞梁偏置碰變形圖；圖 9 至圖 10 為某車型后防撞梁吸能盒后碰變形前后對比圖。圖6CNCAP偏置碰撞布置高度4Q/ZTB05.0422012圖7C NCAP偏置碰撞30毫秒壓潰圖片圖8C NCAP偏置碰撞100毫秒壓潰圖片圖9 后碰前吸能盒狀態(tài)圖10 后碰后吸能盒狀態(tài)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，即兩車發(fā)生正面相撞時，不合適的防撞梁高度既保護不到自身，還會對對方

12、車輛造成巨大；還需要根據(jù)車身高度，輪轂直徑的大小來綜合評定，并沒有一個明確的標準。一般車型的安裝高度在 400-500mm 左右，但如果超過 520mm，則會對 C NCAP 等相關(guān)碰撞試驗的成績造成影響。4.1.2 前后防撞梁結(jié)構(gòu)設(shè)計簡述前后防撞梁總成一般由防撞梁本體和吸能盒組成，現(xiàn)在開發(fā)的新車型還包含拖車鉤，如圖11所示。其中防撞梁一般為抵抗碰撞變形，需要采用熱成型或者輥壓工藝來實現(xiàn)。采用熱成型工藝時，防撞梁一般設(shè)計成開口法蘭結(jié)構(gòu)；采用輥壓工藝時，一般設(shè)計成封閉截面結(jié)構(gòu)，如圖12所示。吸能盒上面一般需布置 2 至 3 條吸能筋，主要目的是便于低速碰撞時吸收足夠的能量，保證車身本5Q/ZTB

13、 05.0422012體不被破壞。同時設(shè)計吸能筋時需遵循以下 4 條原則：a.b.c.加強筋的軸線必須垂直于受力方向，否則在振動時會引起扭轉(zhuǎn)； 必須沿支撐之間最短距離布置；采用交叉筋時，應(yīng)考慮在交叉點容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，相對減小了交叉點的剛性，所以在交叉點要注意圓角過渡，圓角半徑應(yīng)大于筋的寬度的兩倍；加強筋的形狀在平的或稍凸起的零件上，加強筋應(yīng)沿零件對角線布置，在深彎曲的零件上應(yīng)垂直于零件的彎曲軸線。d.為降低維修成本，前防撞梁一般采用螺栓連接固定在車身上。因此為滿足安裝工具空間及保證足夠的吸能要求，吸能盒的長度一般要求達到 100150mm。吸能盒前防撞梁圖11 某車型前防撞梁結(jié)構(gòu)圖12 a.

14、開口法蘭截面b.封閉截面5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度 Rp0.2 可分為：普通鋼（Rp0.2>120 N/mm2 兆帕）、強度鋼（Rp0.2>180 兆帕）、高強度鋼板（Rp0.2>260 兆帕）、特高強度鋼板（Rp0.2>340 兆帕）和超高強度鋼板（Rp0.2>620兆帕）。另外還有超高強度熱成型鋼板，其拉伸屈服強度達到 1000 兆帕以上，這相當于在一平方厘米面積上承受 10000 公斤的。前后防撞梁本體在高速碰撞時由于需要承受較大的沖擊載荷，一般需采用屈服強度 620 兆帕以上的超高強度鋼板或者更高的超高強度熱成型鋼板；吸能盒一般需采用強度稍低的特高強度鋼板。根據(jù)材料選擇不同，防撞梁本體一般采用輥壓成型或者熱成型工藝來制作，國內(nèi)由于缺少可維修性成本碰撞缺點：約束，有些車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)a. 輥壓成型：相對于普