汽車前后防撞梁設(shè)計(jì)規(guī)范

汽車前后防撞梁設(shè)計(jì)規(guī)范一、

目的：

指導(dǎo)汽車前后防撞梁總成設(shè)計(jì)；提供汽車前后防撞梁總成設(shè)計(jì)的思路。

二、

范圍：

該規(guī)范適應(yīng)于M1類車輛汽車前后防撞梁的設(shè)計(jì)。主要介紹了汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中汽車前后防撞梁總成的作用及在整車中的影響。首先對(duì)汽車前后防撞梁在整車中的功能進(jìn)行了概述，尤其是對(duì)汽車前后防撞梁碰撞性能做了詳細(xì)的描述；同時(shí)對(duì)汽車前后防撞梁總成設(shè)計(jì)要點(diǎn)作了描述；最后對(duì)汽車前后防撞梁的加工制造性作了闡述。

三、規(guī)范性引用文件：

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB11551-2003

乘用車正面碰撞時(shí)的乘員保護(hù)

GB17354-1998

汽車前、后端保護(hù)裝置

GB20072-2006

乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求

C-NCAP中國(guó)新車評(píng)估程序2012版

四、汽車前后防撞梁總成主要功能

1、汽車前后防撞梁總成功能概述

汽車前后防撞梁總成，是車身第一次承受撞擊力的裝置，也是車身中的一個(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%正面高速碰撞、后面高速碰撞時(shí)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(guò)程中均衡傳遞受力的作用，防止車身左右兩側(cè)受力不均。

2、汽車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)部分的法規(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

乘用車正面碰撞時(shí)的乘員保護(hù)；

C-NCAP標(biāo)準(zhǔn)，需滿足其100%正面碰撞和40%偏置碰撞要求。

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)GBl7354—1998規(guī)定的正撞速度為4km／h，車角碰撞速度為2.5km／h，對(duì)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(xiǎn)杠也不能破裂或者發(fā)生永久變形。

a、保證基本的許可變形量。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)始階段就必須綜合考慮確定。

b、保證基本的許可變形空間。保證許可變形空間是指汽車在發(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)程中車門打開(kāi)、碰撞后車門鎖死等狀況發(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剛度分配符合設(shè)計(jì)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)。

六、汽車前后防撞梁總成設(shè)計(jì)要點(diǎn)概述

1.汽車前后防撞梁總成設(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的定義、汽車前后防撞梁低速碰撞吸能、壓潰空間、CNCAP試驗(yàn)ODB碰撞標(biāo)準(zhǔn)、整車性能等。為滿足這些要求，我們需要對(duì)汽車前后防撞梁的碰撞性能的敏感性，如：汽車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)行研究。

2、整車碰撞對(duì)汽車前后防撞梁的布置要求

汽車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(shí)，不合適的防撞梁高度既保護(hù)不到自身，還會(huì)對(duì)對(duì)方車輛造成巨大傷害；還需要根據(jù)車身高度，輪轂直徑的大小來(lái)綜合評(píng)定，并沒(méi)有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)。一般車型的安裝高度在400-500mm左右，但如果超過(guò)520mm，則會(huì)對(duì)CNCAP等相關(guān)碰撞試驗(yàn)的成績(jī)?cè)斐捎绊憽?/p>

保證與周邊件間隙≧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、汽車前后防撞梁總成結(jié)構(gòu)形式

標(biāo)準(zhǔn)的汽車前后防撞梁總成一般由防撞梁本體和吸能盒組成，部分車型還包含拖車鉤螺紋管，為降低維修成本，防撞梁一般采用螺栓連接固定在車身上。

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)的優(yōu)化斷面，有不同程度的差別。

冷沖壓拼焊的前防撞橫梁保持了與車身其它鈑金相同的制造技術(shù)，不需要單獨(dú)生產(chǎn)線，故制造成本低廉，不足在于重量大，不便于車身輕量化。通常材料選用HC420/780DP或HC550/980DP，具體結(jié)構(gòu)、材料根據(jù)車型差異及CAE分析相應(yīng)選擇。

輥壓成形的前防撞橫梁，需要一條專用輥壓線，其斷面為箱體結(jié)構(gòu)，類似雙層板，重量方面優(yōu)勢(shì)不大。通常材料選用HC420/780DP或HC550/980DP，料厚1.8mm，具體根據(jù)車型差異及CAE分析相應(yīng)選擇。根據(jù)目前供應(yīng)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，需要一條專用熱成形加工線及專用模具，綜合成本較高，優(yōu)勢(shì)在于重量輕。

鋁制的前防撞橫梁，需要專用設(shè)備及工裝，綜合成本較高，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)車型差異及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條原則：

a.加強(qiáng)筋的軸線必須垂直于受力方向，否則在振動(dòng)時(shí)會(huì)引起扭轉(zhuǎn)；

b.必須沿支撐之間最短距離布置；

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?、X向長(zhǎng)度：A級(jí)車型吸能盒在X向長(zhǎng)度一般在120mm左右，A0級(jí)車型長(zhǎng)度約在100mm。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?？梢愿鶕?jù)鈑金材料級(jí)別、整車受力大小和整車安全星級(jí)等綜合因素而調(diào)整。

吸能盒Z向高度、Y向?qū)挾扰c縱梁截面基本一致，偏差不大于5mm。吸能盒和縱梁中心軸線一致。

7、前拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

前拖車裝置工作方式（如：螺接、掛鉤）和布置位置；一般前拖車裝置采用螺接方式。布置

位置，理論上希望拖車裝置對(duì)稱中心線與機(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)整車裝備質(zhì)量，確定拖車裝置所需要承受載荷，選擇合適的螺母套及拖鉤，公司現(xiàn)有M20螺紋規(guī)格，不同車型可以通用。

8、防撞梁和車身連接標(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、

吸能盒與防撞梁及安裝板連接必須可靠，保證連接強(qiáng)度。

中心柱碰撞及偏置碰撞時(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。

偏置碰及正碰時(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，增加焊接面及焊點(diǎn)。

4、

汽車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>120N/mm2兆帕）、強(qiáng)度鋼（Rp0.2>180兆帕）、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，其拉伸屈服強(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輥壓成型或者熱成型工藝來(lái)制作，國(guó)內(nèi)由于缺少可維修性成本碰撞法規(guī)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)缺點(diǎn)：

a.

輥壓成型：相對(duì)于普通沖壓工藝，