汽車前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南

1、<p>　　前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南</p><p><b>　　編制：</b></p><p><b>　　審核：</b></p><p><b>　　部門批準(zhǔn)：</b></p><p><b>　　技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)：</b></p>

2、<p>　　汽車工程研究院 </p><p><b>　　車身部</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章概述1</b></p><p>　　1.1 該指南的主要目的1</p><p&g

3、t;　　1.2 該指南的主要內(nèi)容1</p><p>　　第二章法規(guī)對(duì)比分析1</p><p>　　2.1 低速碰撞法規(guī)要求1</p><p>　　2.1.1 政府法規(guī)試驗(yàn)規(guī)范簡介1</p><p>　　2.1.2保險(xiǎn)協(xié)會(huì)試驗(yàn)規(guī)范簡介4</p><p>　　2.2 高速碰撞法規(guī)要求5</p>

4、<p>　　第三章前防撞橫梁的布置設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1前防撞橫梁離地高度布置要求6</p><p>　　3.2前防撞橫梁距前保蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣等部件的距離9</p><p>　　3.3前防撞橫梁長度要求12</p><p>　　第四章前防撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　4

5、.1前防撞橫梁的安裝方式13</p><p>　　4.2前防撞橫梁的工藝分類14</p><p>　　4.3前防撞橫梁的截面型式16</p><p>　　4.4前防撞橫梁的軌跡曲線19</p><p>　　4.5吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.5.1常見吸能盒結(jié)構(gòu)20</p>&l

6、t;p>　　4.5.2特殊吸能盒結(jié)構(gòu)22</p><p>　　4.6拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23</p><p>　　第五章前防撞橫梁的材料定義及減重24</p><p>　　5.1前防撞橫梁材料選用24</p><p>　　5.2前防撞橫梁減重設(shè)計(jì)25</p><p>　　第六章前防撞橫梁的CAE模擬分析

7、26</p><p>　　6.1 典型截面的CAE對(duì)比分析26</p><p>　　6.2 前防撞橫梁總成碰撞CAE模擬分析27</p><p>　　第七章前防撞橫梁的設(shè)計(jì)趨勢(shì)30</p><p>　　7.1高強(qiáng)度材料運(yùn)用30</p><p>　　7.2保護(hù)系統(tǒng)裝配集成、前端模塊輕量化30</p>

8、;<p><b>　　概述</b></p><p>　　保險(xiǎn)杠系統(tǒng)由保險(xiǎn)杠蒙皮、吸能塊、防撞橫梁及小腿保護(hù)梁所組成。防撞橫梁總成是保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的重要組成部分，也是車身結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它在汽車低速碰撞中起著決定性作用，同時(shí)在高速碰撞中也起著吸能和力量傳導(dǎo)的重要作用。</p><p>　　1.1 該指南的主要目的</p><p>　

9、　使大家對(duì)防撞橫梁總成的設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的思路，對(duì)需要滿足的各種條件有一個(gè)比較全面的基本認(rèn)識(shí)。該指南的撰寫主要解決以下兩個(gè)方面的問題: </p><p>　　1）防撞橫梁的設(shè)計(jì)需要滿足哪些法規(guī)方面的要求；</p><p>　　2）防撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到的因素，包括材料選用、橫梁截面設(shè)計(jì)、成型工藝選擇、拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。</p><p>　　1.2

10、該指南的主要內(nèi)容</p><p>　　該指南圍繞“防撞橫梁設(shè)計(jì)”這個(gè)中心環(huán)節(jié)，內(nèi)容主要從以下幾個(gè)方面展開：</p><p>　　1）法規(guī)對(duì)比分析（低速碰撞、高速碰撞）；</p><p>　　2）前期概念設(shè)計(jì)布置分析；</p><p>　　3）防撞橫梁、吸能盒、拖車鉤等部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并輔以Benchmark資料供參考；</p>&

11、lt;p>　　4）對(duì)于設(shè)計(jì)中涉及到的零部件材料、重量、成本、以及CAE模擬分析等問題，也給予相應(yīng)的簡要說明</p><p>　　5）最后對(duì)整個(gè)前防撞系統(tǒng)及其前端模塊的發(fā)展趨勢(shì)作一個(gè)簡單介紹。</p><p><b>　　法規(guī)對(duì)比分析</b></p><p>　　2.1 低速碰撞法規(guī)要求</p><p>　　針對(duì)不同

12、的市場(chǎng)，需要滿足不同的技術(shù)法規(guī)要求，因此在目標(biāo)市場(chǎng)確定以后，就應(yīng)針對(duì)相應(yīng)的市場(chǎng)進(jìn)行法規(guī)校核，前防撞橫梁布置與造型息息相關(guān)，在造型初期就應(yīng)該關(guān)注布置空間，并對(duì)布置空間進(jìn)行校核和提出要求。</p><p>　　法規(guī)體系主要包括政府法規(guī)和保險(xiǎn)協(xié)會(huì)評(píng)測(cè)兩部分。</p><p>　　學(xué)習(xí)法規(guī)重點(diǎn)關(guān)注其測(cè)試速度、碰撞器高度、碰撞器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、測(cè)試內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)考察重點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)車測(cè)試狀態(tài)。</p>

13、<p>　　2.1.1 政府法規(guī)試驗(yàn)規(guī)范簡介</p><p>　　不同銷售市場(chǎng)的法規(guī)代號(hào)見下表：</p><p>　　以上三種法規(guī)試驗(yàn)考察的內(nèi)容基本相同：</p><p>　　1)照明燈和信號(hào)燈裝置應(yīng)能持續(xù)正常工作并清晰可見；</p><p>　　2)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李箱蓋和車門能正常開閉，汽車的側(cè)門應(yīng)在碰撞的作用下不能開啟； <

14、;/p><p>　　3)供油和冷卻系統(tǒng)應(yīng)無泄漏，油路或水路不堵塞，其密封裝置與油箱和水箱蓋能正常工作；</p><p>　　4)排氣系統(tǒng)不應(yīng)損壞和錯(cuò)位；</p><p>　　5)傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)（包括輪胎）、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)保持良好的調(diào)整狀態(tài)并能正常工作。</p><p>　　各國法規(guī)對(duì)比見表2.1，GB17354-1998與ECE R42基本一

15、致，加拿大最新修訂標(biāo)準(zhǔn)CMVSS 215–June，26 2008與美國NHTSA Part 581—October，1 2006基本一致，表中未列出。 </p><p>　　表2.1 低速碰撞法規(guī)對(duì)比</p><p>　　備注：正向撞擊時(shí)前后兩次測(cè)試位置要求Y向≥300mm，具體撞擊點(diǎn)任意選取。</p><p>　　歐標(biāo)采用圖2.1所示擺錘，美標(biāo)采用圖2.1及圖2

16、.2所示兩種擺錘，高位擺錘旨在考察防撞橫梁對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋及后蓋的保護(hù)情況，在布置防撞橫梁時(shí)，其截面需要高出發(fā)蓋或后蓋表面一定距離（X方向極值點(diǎn)），即圖中L4值，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.1低位擺錘（NHTSA PART 581、CMVSS 215、ECE R42）</p><p>　　圖2.2 高位擺錘（NHTSA PART 581、CMVSS 215）</p>

17、<p>　　圖2.3 高位擺錘碰撞示意圖</p><p>　　2.1.2保險(xiǎn)協(xié)會(huì)試驗(yàn)規(guī)范簡介</p><p>　　在低速碰撞法規(guī)中，除了上述國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)外還有保險(xiǎn)公司的檢測(cè)規(guī)范，對(duì)比見表2.2。</p><p>　　表2.2 低速碰撞保險(xiǎn)協(xié)會(huì)測(cè)試規(guī)范對(duì)比</p><p>　　表2.3 低速碰撞保險(xiǎn)協(xié)會(huì)新增測(cè)試內(nèi)容對(duì)比</p

18、><p>　　備注：政府法規(guī)原文中測(cè)試高度是地面與擺錘中心線的距離，而保險(xiǎn)協(xié)會(huì)的模擬保險(xiǎn)杠測(cè)試高度是地面與模擬保險(xiǎn)杠下端的距離（表2.3已經(jīng)轉(zhuǎn)化為地面與模擬保險(xiǎn)杠中心的距離）。IIHS剛性壁障測(cè)試是否被模擬保險(xiǎn)杠測(cè)試取代暫未查到明確文獻(xiàn)。</p><p>　　關(guān)于車輛質(zhì)量定義，請(qǐng)查閱其它相關(guān)資料，在此不予贅述。</p><p>　　目前各保險(xiǎn)協(xié)會(huì)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)存在一些差異，

19、在模擬保險(xiǎn)杠測(cè)試中，主要是模擬保險(xiǎn)杠的離地高度不一樣。IIHS正碰高度為457mm，角部15%重疊偏置碰撞高度為406；RCAR前部正碰高度為455mm，后部正碰高度一般取405mm或者455mm，其值可以結(jié)合銷售市場(chǎng)來定；RCAR(AZT)目前僅實(shí)施了前后正碰實(shí)驗(yàn)，而IIHS則將15%重疊偏置碰撞也引入了測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，顯然在模擬保險(xiǎn)杠測(cè)試中，IIHS較目前RCAR的要求高。但在剛性壁障碰撞中，AZT的速度卻比IIHS高7 Km/h。&l

20、t;/p><p>　　2.2 高速碰撞法規(guī)要求</p><p>　　在高速碰撞試驗(yàn)中前防撞橫梁也參與部分吸能作用，特別是在40%偏置碰撞中把部分碰撞力傳導(dǎo)到另一側(cè)縱梁。因此，在高速碰撞中前防撞橫梁的設(shè)計(jì)也是非常重要的。</p><p>　　下面簡單總結(jié)一下各種高速碰撞法規(guī)及非官方檢測(cè)規(guī)范的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),見表2.4～2.5：</p><p>　　表2

21、.4 高速碰撞法規(guī)</p><p>　　國家強(qiáng)制性法規(guī)檢測(cè)的試驗(yàn)方法有三種：完全正面與剛性壁碰撞，30°角與剛性壁碰撞，40%偏置與可變形壁障碰撞。除了國家強(qiáng)制法規(guī)外，還有非官方檢測(cè)規(guī)范，如：IIHS、各種NCAP等。</p><p>　　表2.5 非官方檢測(cè)規(guī)范</p><p>　　在各種試驗(yàn)規(guī)范中，40%偏置碰撞法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)主要有：C-NCAP、ECE

22、R94、EuroNCAP、IIHS。各法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的ODB是相同的，因此對(duì)前保橫梁的設(shè)置要求也是相同的，如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 40%偏置碰撞可變形壁障</p><p>　　前防撞橫梁的布置設(shè)計(jì)</p><p>　　前防撞橫梁的布置需要考慮各種法規(guī)試驗(yàn)規(guī)范要求，以達(dá)到最大的吸能效果，有效地保護(hù)車身其它部件。</p><

23、p>　　結(jié)合上述各種試驗(yàn)規(guī)范，前防撞橫梁的布置需要考慮的因素主要有：前防撞橫梁中心離地高度、前防撞橫梁橫的長度（Y向）、前防撞橫梁距前保蒙皮、冷凝系統(tǒng)等部件的距離、前防撞橫梁距發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣距離、前防撞橫梁距大燈表面距離等。</p><p>　　3.1前防撞橫梁離地高度布置要求</p><p>　　碰撞器主要有以下幾種類型：擺錘、模擬保險(xiǎn)杠、固定剛性壁障或移動(dòng)剛性壁障（移動(dòng)小車）。各種

24、法規(guī)的碰撞器中心離地高度存在差別，具體見表3.1。由于剛性壁障在高度方向都比較長，可以不予考慮，在進(jìn)行布置時(shí)，在高度方向主要考慮防撞梁是否與擺錘或模擬保險(xiǎn)杠達(dá)到一定的重疊量。</p><p>　　表3.1 各國法規(guī)碰撞器中心離地高度表</p><p>　　從上表可以看出，擺錘中心離地高度在406mm～508mm范圍內(nèi)；模擬保險(xiǎn)杠中心離地高度在455mm～507mm范圍內(nèi)。國標(biāo)及歐標(biāo)各種測(cè)

25、試高度保持不變，布置上一般比較好滿足，美國和加拿大標(biāo)準(zhǔn)高度在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，對(duì)布置空間要求明顯增加，汽車修理協(xié)會(huì)的模擬保險(xiǎn)杠高度取值也相對(duì)固定。</p><p>　　由于實(shí)車與數(shù)據(jù)存在一定的誤差（底盤懸架調(diào)校、整車重量誤差、制造誤差等），因此實(shí)際做布置時(shí)還需要考慮整車制造誤差。B平臺(tái)制造誤差取18mm，考慮兩種極限情況，則北美前防撞橫梁中心線離地高度為388mm≤H≤526mm，防撞橫梁布置在457mm附近比較合

26、理；歐洲前防撞橫梁中心線離地高度為427mm≤H≤463mm，防撞橫梁布置在445mm附近比較合理；保險(xiǎn)協(xié)會(huì)前防撞橫梁中心線離地高度為437mm≤H≤525mm，防撞橫梁布置在481mm附近比較合理；各測(cè)試規(guī)范碰撞器中心離地高度見圖3.1。</p><p>　　圖3.1 各測(cè)試規(guī)范碰撞器中心離地高度（已考慮18mm誤差）</p><p>　　正面偏置碰撞可變形壁障高度設(shè)置見圖3.2，布置時(shí)

27、需將高速碰撞與低速碰撞結(jié)合在一起考慮。</p><p>　　圖3.2 40%重疊，正碰ODB壁障布置高度</p><p>　　下面以圖示的方式對(duì)前防撞橫梁的高度布置進(jìn)行相關(guān)說明（圖3.3～3.5）：</p><p>　　圖3.3前防撞橫梁的布置</p><p>　　H1隨測(cè)試法規(guī)和測(cè)試位置變化而變化；重疊量H2一般要求35～40mm，RCAR

28、建議重疊量要達(dá)到75mm以上，有效重疊量也與供應(yīng)商的設(shè)計(jì)能力有關(guān)，目前國內(nèi)防撞橫梁供應(yīng)商普遍不具備設(shè)計(jì)能力，國外供應(yīng)商一般要求重疊量H2至少達(dá)到28mm以上；H4值RCAR要求達(dá)到100mm以上，一般設(shè)計(jì)到100～120mm左右。</p><p>　　B平臺(tái)制造誤差取18mm（其它平臺(tái)結(jié)合自身車型特點(diǎn)選取合適值），實(shí)際校核和設(shè)計(jì)過程中需要將這一因素考慮在內(nèi)。取兩種極限情況進(jìn)行校核，第一種情況是實(shí)車的防撞橫梁中心離

29、地高度比理論值偏高，即整車相對(duì)抬高18mm，校核時(shí)需要將擺錘降低18mm（地面線和車身數(shù)據(jù)保持不變），3D數(shù)據(jù)中擺錘中心實(shí)際離地高度為H1—18 mm（H1取法規(guī)中擺錘的最低位置），由此可見，理論上重疊量減少18mm，如圖3.4所示；第二種情況是實(shí)車的防撞橫梁中心離地高度比理論值偏低，即整車相對(duì)降低18mm，校核時(shí)需要將擺錘升高18mm（地面線和車身數(shù)據(jù)保持不變），3D數(shù)據(jù)中擺錘中心實(shí)際離地高度為H1+18 mm（H1取法規(guī)中擺錘的最高

30、位置），如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.4 極小值擺錘重合度示意圖 圖3.5 極大值擺錘重合度示意圖</p><p>　　實(shí)際情況下，極小值位置容易出現(xiàn)擺錘重合度不夠的問題，在造型和布置允許的前提下，前期一定要盡量修改局部造型。</p><p>　　對(duì)于RCAR，針對(duì)有效重疊量特別制定了一套明確的測(cè)量方法，有效重疊量要求達(dá)到75mm以上

31、。有效重疊量的大小直接影響整個(gè)保險(xiǎn)杠系統(tǒng)對(duì)車輛的保護(hù)效果。具體測(cè)量方法請(qǐng)查閱Rcar bumper test procedure issue1 2007。</p><p>　　由于重合度受橫梁截面長度（Z向）、銷售市場(chǎng)（法規(guī)測(cè)試高度不一致）、碰撞器高度調(diào)整區(qū)間、車輛實(shí)驗(yàn)狀態(tài)（空載、加載等）影響，因此要找出適合所有市場(chǎng)的布置區(qū)間較難，現(xiàn)以北美市場(chǎng)舉例說明如何布置防撞橫梁截面Z向高度。</p><

32、p>　　先假定防撞橫梁截面Z向高度可做到110mm，利用CATIA草圖繪制功能，在整車坐標(biāo)下繪制出擺錘、模擬保險(xiǎn)杠和ODB壁障高度調(diào)整區(qū)間，再根據(jù)最低允許重合度來調(diào)整橫梁截面布置區(qū)間（該例按照最低重合度28mm來布置），從圖3.6可以看出，在優(yōu)先滿足擺錘測(cè)試要求前提下，模擬保險(xiǎn)杠的重合度最小可達(dá)到41mm，橫梁截面中心高度在442mm～472mm之間布置均可滿足要求。其他法規(guī)碰撞器中心高度基本也在該區(qū)間之類，因此布置時(shí)優(yōu)先在該區(qū)間

33、選取，然后進(jìn)行相關(guān)的法規(guī)校核，再不斷調(diào)整，選取最合適的位置。</p><p>　　圖3.6 北美市場(chǎng)防撞橫梁布置示意圖</p><p>　　由于造型和其他因素的限制，防撞橫梁截面不可能任意加大，進(jìn)氣格柵面積有相應(yīng)的技術(shù)要求，防撞橫梁高度太高將影響冷凝系統(tǒng)的散熱面積，兩者需要兼顧考慮。</p><p>　　3.2前防撞橫梁距前保蒙皮、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣等部件的距離</

34、p><p>　　在低速碰撞中，前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)應(yīng)具備最佳的吸能效果，以求最大程度保護(hù)車輛零部件不受損壞，保證車輛仍能順利行駛到維修或救護(hù)站。保險(xiǎn)公司也期望損壞的零件最少，以降低車輛的維修成本。</p><p>　　前大燈局部造型中，一般要求大燈陷入前保險(xiǎn)杠里面一定深度，以確保在</p><p>　　30 o角碰中前保系統(tǒng)有一定的吸能空間，不至于損壞較貴的前大燈。在造型上，要

35、避免所有信號(hào)燈直接暴露在碰撞部位；前防撞橫梁布置的有效空間也是至關(guān)重要的，在前防撞橫梁的前面需要足夠的空間布置吸能塊，在前防撞橫梁的后面與冷凝器之間需要有足夠的變形吸能空間，否則將會(huì)直接損壞冷凝系統(tǒng)，對(duì)這些區(qū)域在前期造型和后期設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。</p><p>　　前期數(shù)據(jù)校核和布置時(shí)，分別考察Y=0和30°角位置法規(guī)滿足性，見圖3.7、圖3.8。</p><p>　　圖3.

36、7 Section Y＝０ 位置</p><p>　　H0— 擺錘中心離地高度</p><p>　　L8— 擺錘與前大燈距離</p><p>　　圖3.8 Section 30°角位置(前大燈)</p><p>　　布置參考值可查閱表3.2，數(shù)據(jù)多來源于3D數(shù)據(jù)和拆車測(cè)量，僅供參考。</p><p>　　

37、表3.2 布置參考值（不完善，待補(bǔ)充）</p><p>　　在布置防撞橫梁截面時(shí)，截面在X方向的極值需要高出發(fā)蓋前緣一定距離（圖3.7中L6值），針對(duì)歐標(biāo)ECE R42 4Km/h碰撞速度，要求L6≥10mm，針對(duì)北美舊標(biāo)準(zhǔn)NHTSA PART 581 8Km/h碰撞速度，要求L6≥20mm。此值僅供參考，由于車輛和測(cè)試裝置的重量不同，需要吸收的能量大小也不盡相同，因此需要CAE分析驗(yàn)證。</p>

38、<p>　　由于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)才配備中冷器，并且布置位置比較靠下，一般來講擺錘測(cè)試的時(shí)候不會(huì)碰到，但剛性壁障測(cè)試時(shí)會(huì)碰到，前防撞橫梁與冷凝器距離L3、前保蒙皮與中冷器距離L4布置得越大越好，但受我司發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸影響，布置空間比較有限。表3.3列出了部分車型的布置數(shù)據(jù)，僅供參考。</p><p>　　表3.3 冷凝系統(tǒng)布置參考值（不完善，待補(bǔ)充）</p><p>　　吸能塊對(duì)低速碰撞

39、具有一定的貢獻(xiàn)，從保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的角度來講，吸能泡沫較硬比較好，但由于對(duì)行人保護(hù)的要求越來越高，吸能泡沫和前保蒙皮設(shè)計(jì)得偏軟比較有利。吸能塊厚度，前保蒙皮與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前沿距離，以及發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前沿的傾斜角度與行人上腿部保護(hù)息息相關(guān)，前期布置應(yīng)該預(yù)留充足的空間，如圖3.9所示，表3.4提供了一些參考值。</p><p>　　行人上腿彎曲角度、膝關(guān)節(jié)剪切位移及腿部加速度受造型影響較大（法規(guī)具體要求請(qǐng)查閱行人保護(hù)相關(guān)法規(guī)），同

40、時(shí)吸能泡沫采用不同的材料，對(duì)這幾個(gè)測(cè)量值影響也很大，因此供應(yīng)商介入得越早越好。</p><p>　　表3.4 吸能塊布置空間</p><p>　　圖3.9 行人腿部碰撞示意圖</p><p>　　要降低加速度，減少膝部剪切位移和上腿部彎曲角度，需要不斷調(diào)整吸能泡沫的材料性能，以調(diào)整其壓縮量和吸能比率，同時(shí)現(xiàn)在的車型大多都在小腿部位增加一個(gè)小腿保護(hù)梁，防止行人卷入車

41、輛底部造成更大的傷害，見圖3.10。</p><p>　　圖3.10 雪鐵龍凱旋行人保護(hù)結(jié)構(gòu)</p><p>　　對(duì)于S平臺(tái)的小車來講，30°角位置還需要關(guān)注橫梁與冷凝系統(tǒng)兩側(cè)的距離，B平臺(tái)車型一般來說此部位空間相對(duì)來說較充裕，如圖3.11所示。由于橫梁彎曲，散熱器的最左端離橫梁最近，最好也保持30mm左右的間距。受A面形狀限制，橫梁和保險(xiǎn)杠的間距在接近側(cè)碰位置時(shí)會(huì)減小。為了安裝

42、泡沫，此距離不能太小，這和泡沫的厚度有關(guān)系，泡沫的厚度在10mm以下很難生產(chǎn)成型，在15mm時(shí)可以成型，但泡沫很薄，容易斷裂，影響性能，不能達(dá)到好的吸能效果。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，最好讓此處的間距大于20mm。</p><p>　　圖3.11 30°角位置橫梁與冷凝系統(tǒng)距離</p><p>　　3.3前防撞橫梁長度要求</p><p>　　擺捶撞擊30°

43、角方向，過撞擊切入點(diǎn)與車輛X軸向呈30°角做一直線，要求前防撞橫梁在Y向左右延伸超過所作的直線100mm（此值偏大，由于造型影響，一般只有40mm），如圖3.12所示。</p><p>　　為了減重，實(shí)際長度應(yīng)該根據(jù)CAE分析進(jìn)行調(diào)整，力求設(shè)計(jì)到最短。</p><p>　　圖3.12 前防撞橫梁長度要求示意圖</p><p>　　為了有效保護(hù)大燈，橫梁前端

44、表面需要高出大燈表面一定距離。理論設(shè)計(jì)盡量按此布置，如果造型上大燈比較靠后，若吸能塊可以滿足要求，就不需要做出類似雅閣的結(jié)構(gòu)（30°角位置額外增加一塊凸出的橫梁），如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 雅閣30°角碰增強(qiáng)結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　前防撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在明確車型

45、需要滿足的市場(chǎng)范圍，確定前防撞橫梁的布置方案后，進(jìn)行前防撞橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在低速碰撞中，希望前防撞橫梁有充分的變形，最大限度的吸收能量，在40%偏置碰撞中，希望前防撞橫梁有足夠的強(qiáng)度，盡量多的傳導(dǎo)力到另一側(cè)縱梁上，使左右縱梁同時(shí)變形吸收能量。在某種意義上講，也就是前防撞橫梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.1前防撞橫梁的安裝方式</p><p>　　在發(fā)生低速碰撞時(shí)，前防撞橫梁發(fā)生損壞

46、，為了維修方便，前防撞橫梁要求設(shè)計(jì)成安裝件。目前公司已經(jīng)針對(duì)前防撞橫梁安裝制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，具體標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)查閱技術(shù)委員會(huì)制定的相關(guān)文件（關(guān)于規(guī)范各設(shè)計(jì)院保險(xiǎn)杠橫梁安裝方式的通知）。同時(shí)，盡量將左右安裝板，左右吸能盒設(shè)計(jì)成左右通用件，以降低成本。</p><p>　　安裝螺栓焊接于縱梁一端的安裝板上，因此所有螺柱的軸線要求與X軸平行，不允許出現(xiàn)夾角，因出現(xiàn)夾角后總成轉(zhuǎn)配困難。如圖4.1所示。</p>&l

47、t;p>　　圖4.1 裝配狀態(tài)示意圖</p><p>　　4.2前防撞橫梁的工藝分類</p><p>　　前防撞橫梁本體一般采用三種成型工藝：沖壓成型、滾軋成型和壓鑄成型，其中沖壓包括冷成型和熱成型兩種。也有部分車型采用鋼管梁的形式，還有少量車型采用玻璃鋼等材料，如圖4.2～4.6所示。</p><p>　　圖4.2沖壓冷成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)</p&g

48、t;<p>　　1、橫梁本體 2、吸能盒 3、安裝板</p><p>　　圖4.3沖壓熱成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4.4滾壓成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4.5壓鑄成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)（合金材料）</p><p>　　圖4.6鋼管焊接前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)（長安鈴木雨燕）</p>

49、<p>　　沖壓成型是由鈑金沖壓后再焊接而成，優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)靈活，可變截面設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是材料利用率低，由多個(gè)零件焊接而成，工序多，工裝多，重量較重。高強(qiáng)度鈑金沖壓成型困難，不利于選用具有高屈服強(qiáng)度的材料。為了解決這個(gè)難題，目前一些車型開始采用熱成型件。熱成型工藝可以成型屈服強(qiáng)度在1200MPa以上的材料，由于解決了高強(qiáng)度鋼板沖壓成型的問題，因此整個(gè)前防撞橫梁的結(jié)構(gòu)可以相對(duì)簡化，達(dá)到減重和提高強(qiáng)度的雙重要求。但是熱成型件工藝相對(duì)冷

50、成型要復(fù)雜得多，投入工裝費(fèi)用也很高。</p><p>　　滾軋成型是由鈑金等截面由滾軋模具滾壓成型，優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率高，可設(shè)計(jì)成單個(gè)零件，重量輕，可適用于特高強(qiáng)度的鈑金成型。滾軋成型已經(jīng)被越來越廣泛的應(yīng)用，缺點(diǎn)在于難于實(shí)現(xiàn)變截面設(shè)計(jì)。</p><p>　　各種工藝有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)車型銷售市場(chǎng)和定價(jià)，選用合適的工藝。</p><p>　　4.3前防撞橫梁的截面

51、型式</p><p>　　前防撞橫梁的截面形式多樣，沖壓成型對(duì)截面限制較少，可以變截面設(shè)計(jì)，熱成型鈑金型面設(shè)計(jì)比冷成型更靈活，可以根據(jù)需要調(diào)整型面。滾壓成型由于等截面的要求，截面形狀相對(duì)規(guī)整，常見的截面形狀如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 滾壓成型截面形狀</p><p>　　一般采用第一種截面形式的比較多，其強(qiáng)度也比較高，因此也被廣泛采用。在保證冷凝

52、器與前防撞橫梁、前保蒙皮與前防撞橫梁之間的空間足夠的前提下，前防撞橫梁的截面設(shè)計(jì)得越大越好。在Z方向的高度不能影響迎風(fēng)面積，在設(shè)計(jì)截面大小時(shí)可參考樣車的截面大小，設(shè)計(jì)時(shí)可初步設(shè)計(jì)為H=120mm，B= 85mm，根據(jù)CAE碰撞分析的結(jié)果適當(dāng)調(diào)整截面高度和寬度，在滿足要求的情況下盡量減小截面，以節(jié)約成本和減重。</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)擺錘重合度不夠的情況后，可采用圖4.8所示的結(jié)構(gòu)，在橫梁本體下端燒焊擺錘捕捉板

53、。</p><p>　　圖4.8 擺錘捕捉板示意圖（B22 Rear Bumper Beam）</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)與其他部件干涉的情況時(shí)，可考慮滾壓成型后再切除或壓扁干涉部位，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 干涉處理方法</p><p>　　橫梁本體截面一般設(shè)計(jì)成封閉截面，這樣可以大大提高強(qiáng)度，增加吸能比率。表4.1

54、、4.2列出了部分車型的橫梁本體截面形式和尺寸，可供參考。</p><p>　　表4.1 B平臺(tái)前防撞橫梁截面（Y=0 Section）</p><p>　　表4.2 其它車型前防撞橫梁截面（Y=0 Section）</p><p>　　圖4.10～4.12為幾款前防撞橫梁總成，結(jié)構(gòu)可供參考。</p><p>　　圖4.10 熱成熱防撞橫梁

55、（Benter Design）</p><p>　　圖4.11 滾壓成型防撞橫梁</p><p>　　圖4.12 壓鑄成型防撞橫梁（Hydro Design）</p><p>　　備注：此節(jié)僅列出常見橫梁截面形狀，未對(duì)各種截面進(jìn)行對(duì)比分析，不同的截面，以及不同的截面尺寸設(shè)計(jì)，其性能存在較大差異。關(guān)于截面分析，請(qǐng)參閱本指南第六章—前防撞橫梁的CAE模擬分析。<

56、/p><p>　　4.4前防撞橫梁的軌跡曲線</p><p>　　橫梁Y方向引導(dǎo)線主要受外部造型和行人保護(hù)吸能泡沫厚度兩個(gè)因素影響，引導(dǎo)線的設(shè)計(jì)的一般思路如下：</p><p>　　1、布置好前防撞橫梁中心線高度后，在此高度作一平行于XY平面的輔助平面β，用此平面與前保蒙皮相交，得出一條交線，將該交線沿+X方向偏移足夠距離（吸能塊的厚度），一般可初步設(shè)計(jì)為95mm，吸能

57、塊空間可適當(dāng)減?。ǜ鶕?jù)CAE分析不斷調(diào)整），偏移后的交線與XZ平面相交得出交點(diǎn)A。</p><p>　　2、30°角碰撞區(qū)域吸能塊厚度一般要求不小于60mm，將擺錘與前保蒙皮的接觸點(diǎn)沿?cái)[錘撞擊面的法線方向移動(dòng)60mm，得到點(diǎn)B(點(diǎn)B有可能不在輔助平面β上，此時(shí)需要將其沿Z向投影到該平面上)，然后以XZ平面鏡像得出點(diǎn)C，在輔助平面β內(nèi)作一個(gè)圓，使A、B、C三點(diǎn)在圓周上，即得出引導(dǎo)線?？蛇m當(dāng)調(diào)整A、B兩點(diǎn)位

58、置，使圓的半徑盡可能為整數(shù)，以方便制造。</p><p>　　3、根據(jù)選擇好的截面沿引導(dǎo)線掃掠，即可得到橫梁的主體數(shù)據(jù)。注意為滿足30°角碰撞，引導(dǎo)線需要延伸超過碰撞點(diǎn)100mm（實(shí)際上由于造型的影響往往很難達(dá)到100mm，盡可能做大）。</p><p>　　備注：對(duì)于滾壓或壓鑄件，一般均采用等曲率弧線作為引導(dǎo)線，為了避讓其他部件或其他需要，后期再采用切除和壓扁等工序作進(jìn)一步加工

59、處理。橫梁中間一段設(shè)計(jì)成弧形或者與Y軸平行，誰更有利于碰撞吸能，并沒有確鑿的數(shù)據(jù)可以證明，因此設(shè)計(jì)時(shí)建議主要根據(jù)布置空間來定。</p><p>　　4.5吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　由于低速碰撞要求車身部件發(fā)生碰撞以后可維修，因此前縱梁不允許有大的變形。也即只允許防撞橫梁和吸能盒發(fā)生變形，這就要求吸能盒的抗載能力低于前縱梁。針對(duì)每個(gè)車型，由于前縱梁的截面大小，材料選用以及車身質(zhì)量等

60、因素不一致，因此縱梁抗載能力存在差別，需要結(jié)合CAE對(duì)該車型縱梁的抗載能力分析來設(shè)計(jì)吸能盒。</p><p>　　4.5.1常見吸能盒結(jié)構(gòu)</p><p>　　吸能盒截面形式多樣，有正方形、長方形、多邊形等，其長度主要結(jié)合整車布置來設(shè)定，部分車型由于布置的影響，沒有了吸能盒的布置空間，這不利于低速碰撞。因此布置上要盡量避免出現(xiàn)這種情況。初始設(shè)計(jì)截面大小可根據(jù)縱梁截面來確定，后期根據(jù)CAE分

61、析結(jié)果調(diào)整材料、料厚以及潰縮引導(dǎo)筋，為了利于壓潰，吸能盒一般設(shè)計(jì)成倒金字塔形狀，吸能盒的理想壓潰狀態(tài)如圖4.13所示。</p><p>　　圖4.13 吸能盒理想變形模式</p><p>　　表4.3列出了部分車型的吸能盒結(jié)構(gòu)供參考</p><p>　　4.5.2特殊吸能盒結(jié)構(gòu)</p><p>　　新Audi A6保險(xiǎn)杠由一個(gè)鋁制橫梁構(gòu)成，該

62、橫梁通過新開發(fā)的專用安全支架用螺栓固定在縱梁上。專用安全支架也稱為剪力匣，它在車輛發(fā)生正面碰撞和稍呈對(duì)角方向的碰撞時(shí)，通過剪切作用來吸收碰撞能量。在車速不超過15 Km/h的情況下，專用安全支架可以防止位于其后的車輛焊接結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p壞。在發(fā)生對(duì)角方向的碰撞時(shí)，撞擊的能量通過保險(xiǎn)杠的彎曲和變形來吸收，如圖4.14～4.15所示。</p><p>　　圖4.14 Audi A6前碰吸能盒</p>&

63、lt;p>　　圖4.15 Audi A6 And A4 后碰吸能盒</p><p>　　Audi A4前碰撞吸能盒采用可退縮式結(jié)構(gòu),具體是采用液壓缸或擠壓式機(jī)械結(jié)構(gòu)還不明確，如圖4.16所示。該結(jié)構(gòu)作用與A6相同，在車速不超過15 Km/h的情況下，該退縮機(jī)構(gòu)可以防止位于其后的車輛焊接結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p壞，在發(fā)生對(duì)角方向的碰撞時(shí)，撞擊的能量通過保險(xiǎn)杠的彎曲和變形來吸收，如圖4.16。</p>&

64、lt;p>　　圖4.16 Audi A4前碰吸能盒</p><p>　　4.6拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　拖車鉤有相應(yīng)法規(guī)要求（77/389/EEC），拖鉤沿車身縱向受拉力或壓力，受力大小要求最少大于車身滿載重量的一半，拖車鉤安裝套管不超出車身，在牽引過程中，不能對(duì)拖鉤或拖繩造成損壞，結(jié)構(gòu)上要求快速安裝，方便快捷，拖鉤開口尺寸不得小于25mm。為了盡量降低防撞橫梁的變形，拖車

65、鉤安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)盡量靠近吸能盒一側(cè)，目前多數(shù)車型設(shè)計(jì)在吸能盒位置，前拖車鉤也常設(shè)計(jì)在副車架上（與副車架結(jié)構(gòu)有關(guān)）。概念數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)后需要CAE分析其強(qiáng)度是否滿足要求，如圖4.17所示?，F(xiàn)在大多數(shù)車型拖鉤安裝以后，鉤子部位均位于前保蒙皮以外，因此掛鉤不會(huì)與蒙皮干涉，當(dāng)掛鉤位于蒙皮里面以后，需要校核牽引繩索是否與蒙皮干涉（Y、Z向各30°）。表4.4列出了其他車型拖鉤布置情況，供參考。</p><p>　　圖4.

66、17 CAE模擬分析工況</p><p>　　表4.4 其它車型前拖車鉤結(jié)構(gòu)</p><p>　　拖鉤安裝螺紋管優(yōu)先考慮沿用其他車型，螺紋直徑大小根據(jù)車輛重量，參照各平臺(tái)其他車型選取。目前公司大部分車型安裝螺紋管結(jié)構(gòu)不合理，一方面導(dǎo)致螺母焊接易變形，拖車鉤難以擰入；另一方面拖車鉤受力條件不好，容易彎曲。建議后序車型將螺紋孔設(shè)計(jì)成階梯孔，如圖4.18所示。在安裝時(shí)光孔部位可以用來導(dǎo)向和定位

67、，當(dāng)拖車存在一定角度時(shí)，通過該孔與拖車鉤圓柱體外壁配合，受力情況將得到改善，不會(huì)出現(xiàn)從螺紋根部彎曲的現(xiàn)象，如圖4.19所示。</p><p>　　圖4.18 螺紋管結(jié)構(gòu) 圖4.19 拖車鉤變形情況</p><p>　　前防撞橫梁的材料定義及減重</p><p>　　前防撞橫梁總成主要由橫梁本體和吸能盒兩部分組成，材料定義沒有明確的規(guī)

68、定，需要根據(jù)銷售市場(chǎng)、成本以及CAE分析來定。在此僅羅列一些車型的Benchmark數(shù)據(jù)供參考。</p><p>　　5.1前防撞橫梁材料選用</p><p>　　前防撞橫梁強(qiáng)度，是保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的焦點(diǎn)。主橫梁的作用是將任何形式的偏置碰撞產(chǎn)生的能量，盡可能均勻地分布到兩個(gè)吸能元件上，使能量最大限度均勻地被吸能元件吸收，并將碰撞力均勻傳遞到兩個(gè)縱梁。</p><p&

69、gt;　　顯而易見，高強(qiáng)度的橫梁更有利于碰撞能量的均勻分布。但在設(shè)計(jì)中，不可能通過無限制增加鋼材厚度達(dá)到增加強(qiáng)度的目的。出于節(jié)油考慮，目前各個(gè)汽車生產(chǎn)廠商對(duì)整車重量控制越來越嚴(yán)格。一般情況下，前防撞橫梁的分配重量占整車重量的0.3％左右。</p><p>　　如何找到這個(gè)平衡點(diǎn)，需要通過CAE計(jì)算來決定。在歐洲，橫梁的鋼材普遍使用抗拉強(qiáng)度高達(dá)1200～1300MPa的鋼材。例如大眾保羅、途安前橫梁用的是熱成型13

70、00MPa高強(qiáng)度鋼。根據(jù)CAE計(jì)算結(jié)果，如果用420MPa的中等強(qiáng)度鋼等效替代厚度至少要達(dá)到6mm，其重量將大大增加。由此可見，為了解決強(qiáng)度和重量的矛盾，高強(qiáng)度鋼在前防撞橫梁中的應(yīng)用具有非常積極的意義。表5.1列出了奇瑞部分車型前防撞橫梁總成的材料定義，可供設(shè)計(jì)參考。</p><p>　　表5.1 B平臺(tái)部分車型前防撞橫梁總成材料定義</p><p>　　5.2前防撞橫梁減重設(shè)計(jì)</

71、p><p>　　前防撞橫梁減重主要從材料厚度入手，由于冷成型的局限性，材料屈服強(qiáng)度越高，成型越困難，因此選材一般都在B400/780DP以下，要提高整個(gè)橫梁的性能，往往需要增加加強(qiáng)板，由內(nèi)板、外板、加強(qiáng)板構(gòu)成封閉截面，由于零件多，因此減重困難。熱成型可以加工屈服強(qiáng)度更高的材料，在減小材料厚度的情況下，同時(shí)可以提升橫梁的性能。滾壓成型也可以加工屈服強(qiáng)度較高的材料，滾壓成型后通過焊接形成封閉的截面，同樣可以在減薄料厚的情

72、況下達(dá)到提升橫梁性能的目的。從結(jié)構(gòu)上入手，可以考慮開設(shè)部分減重孔。</p><p>　　減重需要CAE的分析指導(dǎo)，是個(gè)不斷優(yōu)化的過程，在滿足性能的前提下，將料厚調(diào)整到最佳值。</p><p>　　前防撞橫梁的CAE模擬分析</p><p>　　6.1 典型截面的CAE對(duì)比分析</p><p>　　CAE部對(duì)幾種常見的保險(xiǎn)杠橫梁截面的力學(xué)特性作

73、了對(duì)比分析，并結(jié)合車輛輕量化的要求，對(duì)其中一種典型截面參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析，討論了截面形狀和板厚對(duì)截面抗彎系數(shù)的影響。</p><p>　　圖6.1為幾種常見的保險(xiǎn)杠橫梁的截面形狀，其中a、b、c采用沖壓工藝實(shí)現(xiàn)，d采用輥壓工藝實(shí)現(xiàn)，e采用壓鑄工藝實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。╝） （b） （c） （d） （e）&

74、lt;/p><p>　　圖6.1 各種典型的保險(xiǎn)杠橫梁截面形狀</p><p>　　圖6.2 優(yōu)化前的截面 圖6.3 優(yōu)化后的截面</p><p>　　圖6.1中各截面均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，截面的參數(shù)如圖6.2所示，A為半截面的高，C為截面的寬度，D為焊接邊的寬度，V1、V2為內(nèi)板凸起的高度和寬度。一般情況下，參數(shù)A和C受造型、總布置的

75、限制，設(shè)計(jì)時(shí)這兩個(gè)參數(shù)都是確定下來的。在上述的幾種截面中，對(duì)應(yīng)的參數(shù)都相同。取A＝45mm，C＝45mm，D＝15mm，V1＝20mm，V2＝30mm，板厚t＝1.5mm。應(yīng)用Hypermesh軟件中的Hyperbeam功能，計(jì)算出上述幾種保險(xiǎn)杠橫梁截面的截面參數(shù)如表6.1所示。</p><p>　　表6.1 幾種保險(xiǎn)杠橫梁截面的截面參數(shù)</p><p>　　其中，IZ為繞z軸的慣性矩，y

76、max為截面在y方向上離形心的最長距離，WZ為抗彎截面系數(shù)，S為圍成截面的材料的面積。x，y，z為過形心的主軸，其中，高度方向?yàn)閦軸，寬度方向?yàn)閥軸，截面關(guān)于y軸對(duì)稱。WZ/S可以簡單的理解為單位面積上的抗彎截面系數(shù)。</p><p>　　從表6.1中的數(shù)據(jù)可以看出，截面e的抗彎截面系數(shù)最大，但考慮到工藝方面的因素，截面b和c在實(shí)際中的使用要比截面e廣泛一些，其中截面b的應(yīng)用最為普遍。</p>&l

77、t;p>　　通過上述的計(jì)算分析，可以得到下面的結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　在相同的布置空間和板厚下，截面e的抗彎截面系數(shù)最大，截面a最小。因此在設(shè)計(jì)截面時(shí)，盡可能的設(shè)計(jì)成封閉截面。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工藝的簡便性和容易實(shí)現(xiàn)輕量化，截面b和c的應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　6.2 前防撞橫梁總成碰撞CAE模擬分析</p><p>　　前防撞橫梁的設(shè)計(jì)并

78、不是單獨(dú)的，它是前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。因此，前防撞橫梁需要和吸能泡沫結(jié)合在一起考慮，設(shè)計(jì)出前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)最大的吸能效果，最大限度地保護(hù)照明燈、信號(hào)裝置及冷系統(tǒng)等，滿足低速碰撞和行人保護(hù)的法規(guī)要求。要做到這些，需要CAE部門和供應(yīng)商的大力支持和協(xié)作，在此僅對(duì)涉及到的相關(guān)問題作一個(gè)簡要說明。</p><p>　　前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)滿足法規(guī)設(shè)計(jì)中，以加拿大CMVSS 215要求最高，其次是NHTSA Part581，最后是

79、ECE 42。因此，在針對(duì)不同的市場(chǎng)前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成不一樣，這樣可以節(jié)省成本。</p><p>　　前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)滿足保險(xiǎn)公司規(guī)范設(shè)計(jì)中，無論是Allianz還是IIHS的試驗(yàn)規(guī)范，都是以前保險(xiǎn)系統(tǒng)最大吸能效果為設(shè)計(jì)原則，最大限度保護(hù)車輛其它零部件的損傷程度最小，從而最大限度地減小維修成本。</p><p>　　Allianz是40%偏置以16Km/h的速度與剛性壁障碰撞，碰撞后車體不

80、可避免的會(huì)產(chǎn)生變形，涉及到外表件損壞一般會(huì)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、前翼子板、前格柵、前大燈、前霧燈等，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)零部件包括：冷凝器、散熱器、布置在縱梁前部的部分發(fā)動(dòng)機(jī)附件及電器元件等。參見圖6.4所示的CAE模擬分析。</p><p>　　圖6.4碰撞后發(fā)動(dòng)機(jī)艙零件的損傷情況</p><p>　　在維修方面，要求發(fā)動(dòng)機(jī)蓋及前翼子板變形小，維修方便，前大燈及前霧燈等重要電器元件在車體形變后，電器主體

81、元件不被損壞，這是由電器元件自己結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝點(diǎn)設(shè)計(jì)決定的。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)碰撞區(qū)域內(nèi)盡量不要布置貴重的零件，以避免維修費(fèi)用的提高。</p><p>　　在吸能方面主要考察前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)及前縱梁的吸能效果，特別是吸能盒充分變形吸收能量，允許前縱梁的前部發(fā)生部分變形而參與部分能量的吸收，前縱梁變形力求做到最小，吸能盒可以完全壓潰，但不能損傷到前縱梁的主體結(jié)構(gòu)。前防撞橫梁設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要適當(dāng)，可以使部分能量傳遞到另一側(cè)吸能

82、盒，使其變形而吸收掉部分能量，參見圖6.5所示的CAE模擬分析。</p><p>　　圖6.5碰撞后發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)件的變形情況</p><p>　　而IIHS的試驗(yàn)規(guī)范分別是與剛性壁完全正面碰撞及30°碰撞、與模擬橫梁完全正面碰撞及15%重疊碰撞。兩者碰撞形式和速度完全不一樣，但同樣也是以碰撞后的維修成本為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。因此，和Allianz一樣要求發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、前翼子板、前格柵、前大燈、

83、前霧燈等重要零部件主體不被損壞，在碰撞區(qū)域內(nèi)盡量不要布置貴重的零件，以避維修費(fèi)用的提高。</p><p>　　8Km/h完全正面與剛性壁碰撞及10Km/h完全正面與模擬保險(xiǎn)杠碰撞，重點(diǎn)在于提高吸能塊、前防撞橫梁及吸能盒的吸能效果。前防撞橫梁變形后不可碰到冷凝器，需要較高的強(qiáng)度要求，同時(shí)要求前縱梁一般不產(chǎn)生變形損傷，參見圖6.6所示的CAE模擬分析。</p><p>　　圖6.6 8Km/

84、h正面剛性壁障碰撞前防撞橫梁變形形式</p><p>　　8Km/h以30°角與剛性壁碰撞及15%重疊5Km/h與模擬保險(xiǎn)杠碰撞，重點(diǎn)設(shè)計(jì)前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)角部的吸能效果。與擺捶30°角撞擊試驗(yàn)一樣，要求前防撞橫梁向左右延伸超過碰撞區(qū)域，吸能盒在Y方向有足夠的強(qiáng)度支撐角部的撞擊力，吸能塊在角部有足夠的厚度吸收撞擊能量。以免損壞前翼子板、前大燈、前霧燈等重要零部件。</p><p&

85、gt;　　前保橫梁并不能完全吸收整個(gè)碰撞的能量，理論能量吸收效率一般在60%左右，能量主要依靠吸能盒和橫梁的變形來吸收，作用于保險(xiǎn)杠的功主要由加載力和變形位移兩個(gè)參數(shù)決定。 </p><p>　　作用于保險(xiǎn)杠的功：W = F*S</p><p><b>　　理論能量吸收效率：</b></p><p>　　理論吸收效率 = 沖擊時(shí)車輛動(dòng)能/(允許

86、最大沖擊力 * 允許最大變型量)</p><p>　　理論能量吸收效率一般在40～65% （順普經(jīng)驗(yàn)值）</p><p>　　在前保系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮行人保護(hù)，往往需要增加下橫梁（習(xí)慣稱作小腿保護(hù)梁）。當(dāng)車輛撞到行人時(shí)，同時(shí)兩點(diǎn)接觸行人小腿，可減小行人小腿骨折傷害程度，同時(shí)也可以更好的使行人頭部落到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋位置，有利于行人保護(hù)頭部傷害值的通過性，如圖6.7、6.8、6.9所示。</p&

87、gt;<p>　　圖6.7 車輛撞擊行人過程圖</p><p>　　圖6.8 車輛與行人小腿兩點(diǎn)接觸圖</p><p>　　圖6.9 車輛與行人小腿兩點(diǎn)接觸圖</p><p>　　前防撞橫梁的正確布置，只能保證在現(xiàn)有的造型及車頭布置空間以內(nèi)達(dá)到最好的吸能效果，而并不能代表一定就能通過法規(guī)試驗(yàn)。法規(guī)的通過性與車頭部分的造型及車頭布置空間有非常緊密的關(guān)系，

88、甚至決定了車輛能否順利通過法規(guī)要求。</p><p>　　比如，前大燈局部的造型中，一般要求大燈陷入前保險(xiǎn)杠里面一定深度，以確保在30°角碰中前保有一定的吸能空間，不至于損壞前大燈。在造型上，要避免所有信號(hào)燈直接暴露在碰撞部位。前防撞橫梁布置的有效空間也是至關(guān)重要的， 在前防撞橫梁的前面需要足夠的空間布置吸能塊，在前防撞橫梁的后面與冷凝器之間需要有足夠的變形吸能空間，否則將會(huì)直接損壞冷卻系統(tǒng)。</

89、p><p>　　前防撞橫梁的設(shè)計(jì)趨勢(shì)</p><p>　　現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)汽車安全性要求越來越高，各大汽車廠家也不斷將碰撞安全性作為銷售的賣點(diǎn)，因此將會(huì)有更多的消費(fèi)者在選車時(shí)特別關(guān)注車輛的碰撞安全性。鑒于此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何提高車輛的碰撞安全性。</p><p>　　7.1高強(qiáng)度材料運(yùn)用</p><p>　　前防撞橫梁在高速碰撞中能量吸收比率

90、一般在4%以內(nèi)，雖然所占比例小，但在能量傳遞過程中起著較大的作用，尤其是偏置碰撞。若橫梁自身強(qiáng)度較高，則可以將更多的能量分配到縱梁的另一側(cè)，增加吸能部件，以減小乘員艙的變形。提高其強(qiáng)度，目前普遍采用屈服強(qiáng)度在1000Mp以上的高強(qiáng)度鋼板，同時(shí)采用封閉的橫梁截面。</p><p>　　7.2保護(hù)系統(tǒng)裝配集成、前端模塊輕量化</p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，為了減小低速碰撞的維修費(fèi)用和維修方