前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南重點(diǎn)講義

1、設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.09.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 1 -奇瑞汽車股份有限公司奇瑞汽車股份有限公司前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制：編制：審核：審核：部門批準(zhǔn)：部門批準(zhǔn)：技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)：技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)：汽車工程研究院汽車工程研究院 車身部車身部設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.09.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- I -目目 錄錄第一章概述.11.1 該指南的主要目的.11.2 該指南的主要內(nèi)容.1第二章法規(guī)對(duì)比分析.12.1 低速碰撞法規(guī)要求.12.1.

2、1 政府法規(guī)試驗(yàn)規(guī)范簡(jiǎn)介.12.1.2 保險(xiǎn)協(xié)會(huì)試驗(yàn)規(guī)范簡(jiǎn)介.42.2 高速碰撞法規(guī)要求.5第三章前防撞橫梁的布置設(shè)計(jì).63.1 前防撞橫梁離地高度布置要求.63.2 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.93.3 前防撞橫梁長(zhǎng)度要求.12第四章前防撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).134.1 前防撞橫梁的安裝方式.134.2 前防撞橫梁的工藝分類.144.3 前防撞橫梁的截面型式.164.4 前防撞橫梁的軌跡曲線.194.5 吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).204.5.1 常見吸能盒結(jié)構(gòu).204.5.2 特殊吸能盒結(jié)構(gòu).224.6 拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).23第五章前防撞橫梁的材料定義及減重.245.1 前防撞橫梁材料選用

3、.245.2 前防撞橫梁減重設(shè)計(jì).25第六章前防撞橫梁的 CAE 模擬分析.266.1 典型截面的 CAE 對(duì)比分析.266.2 前防撞橫梁總成碰撞 CAE 模擬分析.27第七章前防撞橫梁的設(shè)計(jì)趨勢(shì).307.1 高強(qiáng)度材料運(yùn)用.307.2 保護(hù)系統(tǒng)裝配集成、前端模塊輕量化.30設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 1 -第一章第一章 概述概述保險(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

4、速碰撞中也起著吸能和力量傳導(dǎo)的重要作用。1.11.1 該指南的主要目的該指南的主要目的使大家對(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: 1）防撞橫梁的設(shè)計(jì)需要滿足哪些法規(guī)方面的要求；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。1.21.2 該指南的主要內(nèi)容該指南的主要內(nèi)容該指南圍繞“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：1）法規(guī)對(duì)比分析（低速碰撞、高速碰撞） ；2）前期概念設(shè)計(jì)布置分析；3）防撞橫梁、吸能盒、拖車鉤等部件結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計(jì)，并輔以 Benchmark 資料供參考；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(jiǎn)要說明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(jiǎn)單介紹。第二章第二章 法規(guī)對(duì)比分析法規(guī)對(duì)比分析2.12.1 低速碰撞法規(guī)要求低速碰撞法規(guī)要求 針對(duì)不同的市場(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。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。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

6、重點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)車測(cè)試狀態(tài)。2.1.12.1.1 政府法規(guī)試驗(yàn)規(guī)范簡(jiǎn)介政府法規(guī)試驗(yàn)規(guī)范簡(jiǎn)介 不同銷售市場(chǎng)的法規(guī)代號(hào)見下表：銷售市場(chǎng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)備注歐洲ECE R 42擺錘實(shí)驗(yàn)（一種擺錘）/滑車加拿大CMVSS 215 最新修訂版本測(cè)試速度與 ECE R42 一致美國NHTSA Part 581擺錘實(shí)驗(yàn)（二種擺錘）+剛性壁障中國GB 17354沿襲 ECE R42 的相關(guān)規(guī)定以上三種法規(guī)試驗(yàn)考察的內(nèi)容基本相同：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；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； 設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：200

7、9.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 2 -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；4)排氣系統(tǒng)不應(yīng)損壞和錯(cuò)位；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。 各國法規(guī)對(duì)比見表 2.1，GB17354-1998 與 ECE R42 基本一致，加拿大最新修訂標(biāo)準(zhǔn)CMVSS 215June，26 2008 與美國 NHTSA Part 581October，1 2006 基本一致，表中未列出。 表 2.1 低速碰撞法規(guī)對(duì)比備注：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。歐標(biāo)

8、采用圖 2.1 所示擺錘，美標(biāo)采用圖 2.1 及圖 2.2 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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 3 -圖 2.1 低位擺錘（NHTSA PART 581、CMVSS 215、ECE R42）圖 2.2 高位擺錘（NHTSA PART 581、CMVSS 215）圖 2.3 高位擺錘碰撞示意圖說明：說明：L1：低位擺錘上端與發(fā)蓋距離

9、L2：高位擺錘上端與發(fā)蓋距離L3：擺錘下端與防撞橫梁距離L4：高位擺錘上端與發(fā)蓋實(shí)際距離(不含吸能泡沫)若采用低位擺錘，則擺錘上端與發(fā)蓋距離為 L1L3;若采用高位擺錘，則擺錘上端與發(fā)蓋距離為 L4;高位擺錘與低位擺錘的主要區(qū)別在于高位擺錘上端突出，減小了擺錘與車身之間的距離。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 4 -2.1.22.1.2 保險(xiǎn)協(xié)會(huì)試驗(yàn)規(guī)范簡(jiǎn)介保險(xiǎn)協(xié)會(huì)試驗(yàn)規(guī)范簡(jiǎn)介在低速碰撞法規(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。表 2.2 低速碰撞保險(xiǎn)協(xié)會(huì)測(cè)試規(guī)范對(duì)比表 2.3

10、 低速碰撞保險(xiǎn)協(xié)會(huì)新增測(cè)試內(nèi)容對(duì)比設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 5 -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)。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。目前各保險(xiǎn)協(xié)會(huì)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)存在一些差異，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

11、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。2.22.2 高速碰撞法規(guī)要求高速碰撞法規(guī)要求在高速碰撞試驗(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。下面簡(jiǎn)單總結(jié)一下各種高速碰撞法規(guī)及非官方檢

12、測(cè)規(guī)范的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),見表 2.42.5：表 2.4 高速碰撞法規(guī)法規(guī)名稱美國（FMVSS 208）歐洲（ECE R94）中國（CMVDR 294）碰撞形式1、 正面碰撞（剛性壁）2、30傾角傾斜剛性壁障40%重疊，可變形壁障正面碰撞（剛性壁）碰撞速度48.3 Km/h56 Km/h50Km/h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。表 2.5 非官方檢測(cè)規(guī)范法規(guī)名稱IIHSEuroNCAPC-NCAP碰撞形式40%重疊，ODB，040%重疊，ODB，0 1、

13、40%重疊，ODB，0，V12、完全重疊，剛性壁,V2碰撞速度64 Km/h64 Km/hV1=56 Km/h；V2=50 Km/h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 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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 6 -圖 2.4 40%偏置碰撞可變形壁障第三章第三章 前防撞橫梁的布置設(shè)計(jì)前防撞橫梁的布置設(shè)計(jì)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，

14、以達(dá)到最大的吸能效果，有效地保護(hù)車身其它部件。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(zhǎng)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。3.13.1 前防撞橫梁離地高度布置要求前防撞橫梁離地高度布置要求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(zhǎng)，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。表

15、3.1 各國法規(guī)碰撞器中心離地高度表碰撞器類型法規(guī)碰撞器中心離地高度(mm)ECE R42(歐洲)445(高度固定)GB17354-1998(中國)445(高度固定)NHTSA Part581(美國)406508(高度隨測(cè)試位置變化)擺錘CMVSS 215（加拿大）406508(高度隨測(cè)試位置變化)IIHS(美國)456(任意一側(cè))、507(中心位置)模擬保險(xiǎn)杠RCAR（汽車修理協(xié)會(huì)）455/505(根據(jù)銷售市場(chǎng)，結(jié)合其他法規(guī)選取)從上表可以看出，擺錘中心離地高度在 406mm508mm 范圍內(nèi)；模擬保險(xiǎn)杠中心離地高度在 455mm507mm 范圍內(nèi)。國標(biāo)及歐標(biāo)各種測(cè)試高度保持不變，布置上一般

16、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)的模設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 7 -擬保險(xiǎn)杠高度取值也相對(duì)固定。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 388mmH526mm，防撞橫梁布置在 457mm 附近比較合理；歐洲前防撞橫梁中心線離地高度為 427mmH463mm，防撞橫梁布置在 445mm 附近比

17、較合理；保險(xiǎn)協(xié)會(huì)前防撞橫梁中心線離地高度為 437mmH525mm，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。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） 正面偏置碰撞可變形壁障高度設(shè)置見圖 3.2，布置時(shí)需將高速碰撞與低速碰撞結(jié)合在一起考慮。200mm330mm試驗(yàn)載荷狀態(tài)下的地面線圖 3.2 40%重疊，正碰 ODB 壁障布置高度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 3.33.5）：設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 8 -

18、圖 3.3 前防撞橫梁的布置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 3540mm，RCAR 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 100120mm 左右。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

19、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 H118 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)中擺錘的最高位置） ，如圖 3.5 所示。 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

20、修改局部造型。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。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。H1 擺錘中心離地高度H2 擺錘與防撞橫梁有效重疊量H3 擺錘撞擊面高度（114mm）H4 防撞橫梁截面高度設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 9 -由于重合度受橫梁截面長(zhǎng)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)

21、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。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442mm472mm 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)間選取，然后進(jìn)行相關(guān)的法規(guī)校核，

22、再不斷調(diào)整，選取最合適的位置。圖 3.6 北美市場(chǎng)防撞橫梁布置示意圖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。3.23.2 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。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30 o 角碰中前保系統(tǒng)有一定的吸能空間，不至

23、于損壞較貴的前大燈。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。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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 10 - 圖 3.7 Section Y 位置H0 擺錘中心離地高度L8 擺錘與前大燈距離圖 3.8 Se

24、ction 30角位置(前大燈) 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。表 3.2 布置參考值（不完善，待補(bǔ)充）參考值經(jīng)驗(yàn)值CAMERY（美標(biāo)）YARIS(美標(biāo))JD23A(美標(biāo))JD24A(美標(biāo))JD23S(美標(biāo))JD12A(歐標(biāo))碰撞器和發(fā)蓋間隙（L7）85901851024193234碰撞器和前大燈間隙（L8）7010585687271146參考值S18(S01)S12S11GM (MATIZ)TOTOTA (AYGO)碰撞器和發(fā)蓋間隙（L7）碰撞器和前大燈間隙（L8）46748060120H0 碰撞器中心離地高度L1 吸能塊厚度L2 前防撞橫梁截面寬

25、度L3 前防撞橫梁與冷凝器距離L4 前保蒙皮與中冷器距離L5 擺錘與小腿保護(hù)梁距離L6 防撞橫梁截面前端與發(fā)蓋前緣距離。L7 前保蒙皮與發(fā)蓋前沿距離A發(fā)蓋前端造型傾角（與行人膝部彎曲角相關(guān)）設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 11 -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 L610mm，針對(duì)北美舊標(biāo)準(zhǔn) NHTSA PART 581 8Km/h 碰撞速度，要求 L620mm。此值僅供參考，由于車輛和

26、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。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。表 3.3 冷凝系統(tǒng)布置參考值（不完善，待補(bǔ)充）參考值經(jīng)驗(yàn)值JD23A防撞橫梁與冷凝器距離（L3）128前保蒙皮與中冷器距離（L4）179吸能塊對(duì)低速碰撞具有一定的貢獻(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，

27、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。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。表 3.4 吸能塊布置空間加速度限值保護(hù)部位布置空間 L1（吸能塊厚度參考值）Tibia acc 200 g (Phase 1)上腿部45 Tibia acc 170 g (Phase 2 & Euro

28、NCAP)上腿部75 圖 3.9 行人腿部碰撞示意圖設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 12 -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，防止行人卷入車輛底部造成更大的傷害，見圖 3.10。圖 3.10 雪鐵龍凱旋行人保護(hù)結(jié)構(gòu)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

29、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。圖 3.11 30角位置橫梁與冷凝系統(tǒng)距離3.33.3 前防撞橫梁長(zhǎng)度要求前防撞橫梁長(zhǎng)度要求擺捶撞擊 30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

30、3.12 所示。為了減重，實(shí)際長(zhǎng)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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 13 -圖 3.12 前防撞橫梁長(zhǎng)度要求示意圖為了有效保護(hù)大燈，橫梁前端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。 圖 3.13 雅閣 30角碰增強(qiáng)結(jié)構(gòu)第四章第四章 前防撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前防撞橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在明確車型需要滿足的市場(chǎng)范圍，確定前防撞橫梁的布

31、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)。4.14.1 前防撞橫梁的安裝方式前防撞橫梁的安裝方式在發(fā)生低速碰撞時(shí)，前防撞橫梁發(fā)生損壞，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

32、右通用件，以降低成本。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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 14 - 圖 4.1 裝配狀態(tài)示意圖4.24.2 前防撞橫梁的工藝分類前防撞橫梁的工藝分類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 4.24.6 所示。圖 4.2 沖壓冷成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)1、橫

33、梁本體 2、吸能盒 3、安裝板圖 4.3 沖壓熱成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 15 -圖 4.4 滾壓成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)圖 4.5 壓鑄成型前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)（合金材料）圖 4.6 鋼管焊接前防撞橫梁總成結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)安鈴木雨燕）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

34、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(jiǎn)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)冷成型要復(fù)雜得多，投入工裝費(fèi)用也很高。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)。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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 16 -4.34.3 前防撞橫梁

35、的截面型式前防撞橫梁的截面型式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。圖 4.7 滾壓成型截面形狀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

36、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。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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 17 - 圖 4.8 擺錘捕捉板示意圖（B22 Rear Bumper Beam）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。 圖 4.9 干涉處理方法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、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。表

37、 4.1 B 平臺(tái)前防撞橫梁截面（Y=0 Section）車型B12B13B14B21B22B23截面示意圖成型沖壓滾壓滾壓沖壓滾壓沖壓表 4.2 其它車型前防撞橫梁截面（Y=0 Section）車型CamryLexusM11截面示意圖設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 18 -圖 4.104.12 為幾款前防撞橫梁總成，結(jié)構(gòu)可供參考。圖 4.10 熱成熱防撞橫梁（Benter Design）圖 4.11 滾壓成型防撞橫梁設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者

38、：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 19 -圖 4.12 壓鑄成型防撞橫梁（Hydro Design）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。4.44.4 前防撞橫梁的軌跡曲線前防撞橫梁的軌跡曲線橫梁 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：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 ，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）

39、，一般可初步設(shè)計(jì)為 95mm，吸能塊空間可適當(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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 20 -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 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 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)位置，使圓的半徑

40、盡可能為整數(shù)，以方便制造。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） 。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。4.54.5 吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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

41、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。4.5.14.5.1 常見吸能盒結(jié)構(gòu)常見吸能盒結(jié)構(gòu)吸能盒截面形式多樣，有正方形、長(zhǎng)方形、多邊形等，其長(zhǎng)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

42、 所示。 圖 4.13 吸能盒理想變形模式設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 21 -表 4.3 列出了部分車型的吸能盒結(jié)構(gòu)供參考序號(hào)車型材料1雪鐵龍凱旋鋁合金2本田雅閣（無吸能盒）3雷諾新風(fēng)景二代鋼材（材料信息不詳）（通過螺栓與橫梁本體連接）4雪佛蘭科魯茲鋁合金5寶馬 E60材料信息不詳（通過螺栓與鋁合金橫梁本體連接）6奔馳 Smart鋼材（材料信息不詳）7沃爾沃 C70鋼材（材料信息不詳）設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁

43、次：- 22 -4.5.24.5.2 特殊吸能盒結(jié)構(gòu)特殊吸能盒結(jié)構(gòu)新 Audi A6 保險(xiǎn)杠由一個(gè)鋁制橫梁構(gòu)成，該橫梁通過新開發(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 4.144.15 所示。圖 4.14 Audi A6 前碰吸能盒圖 4.15 Audi A6 And A4 后碰吸能盒Audi A4 前碰撞吸能盒采用可退縮式結(jié)構(gòu),具體是采用

44、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。圖 4.16 Audi A4 前碰吸能盒設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 23 -4.64.6 拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拖車鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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

45、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。 加載工況（滿載質(zhì)量的 1/2）目標(biāo)值F1=0o壓應(yīng)力F2=0

46、o拉應(yīng)力殘余變形 3mm拖鉤強(qiáng)度要求F3=30o拉應(yīng)力殘余變形6mm圖 4.17 CAE 模擬分析工況表 4.4 其它車型前拖車鉤結(jié)構(gòu)車型M11B22B21/B12/B25圖片位置布置在吸能盒位置橫梁本體上副車架上車型雪鐵龍凱旋斯柯達(dá)明銳奔馳 Smart雪鐵龍凱旋圖片設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 24 -位置橫梁本體上靠近吸能盒吸能盒靠近吸能盒拖鉤安裝螺紋管優(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

47、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，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。 圖 4.18 螺紋管結(jié)構(gòu) 圖 4.19 拖車鉤變形情況第五章第五章 前防撞橫梁的材料定義及減重前防撞橫梁的材料定義及減重 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)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。5.15.1 前防撞橫梁材料選用前防撞橫

48、梁材料選用前防撞橫梁強(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。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。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) 12001300MPa 的鋼材。例如大眾保羅、途安前橫梁用的是熱成型 1300M

49、Pa 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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 25 -表 5.1 B 平臺(tái)部分車型前防撞橫梁總成材料定義車型B12B21截面示意圖成型工藝?yán)錄_壓冷沖壓目標(biāo)市場(chǎng)中國/歐洲中國/歐洲材料料厚1、 外板 B340/590DP/1.52、 內(nèi)板 B34

50、0/590DP/2.03、 加強(qiáng)板 B400/780DP/1.84、 吸能盒本體 SPHE/1.85、 橫梁總成安裝板 QSTE420/3.51、 外板 H340LAD+Z/1.82、 內(nèi)板 H340LAD+Z/1.53、 吸能盒本體 H340LAD+Z/3.04、 橫梁總成安裝板 H340LAD+Z/1.8車型B13B14B22B23截面示意圖成型滾壓滾壓滾壓沖壓目標(biāo)市場(chǎng)中國/歐洲中國/歐洲中國/歐洲中國/歐洲材料料厚1、橫梁本體B340/590DP/2.01、橫梁本體B340/590DP/2.01、橫梁本體DOC190M(1300Mpa)2、安裝板 HSLA steel（344Mpa）1、

51、外板 H260YD+Z 100/2S/1.22、內(nèi)板 H260YD+Z 100/2S/1.83、吸能盒本體 H260YD+Z 100/2S/1.54、橫梁總成安裝板 B340LA/2.05.25.2 前防撞橫梁減重設(shè)計(jì)前防撞橫梁減重設(shè)計(jì)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

52、過焊接形成封閉的截面，同樣可以在減薄料厚的情況下達(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。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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 26 -第六章第六章 前防撞橫梁的前防撞橫梁的 CAECAE 模擬分析模擬分析6.16.1 典型截面的典型截面的 CAECAE 對(duì)比分析對(duì)比分析 CAE 部對(duì)幾種常見的保險(xiǎn)杠橫梁截面的力學(xué)特性作了對(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

53、面形狀和板厚對(duì)截面抗彎系數(shù)的影響。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)。 （a） （b） （c） （d） （e）圖 6.1 各種典型的保險(xiǎn)杠橫梁截面形狀 圖 6.2 優(yōu)化前的截面 圖 6.3 優(yōu)化后的截面圖 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 A45mm，C45mm，D1

54、5mm，V120mm，V230mm，板厚 t1.5mm。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)如設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 27 -表 6.1 所示。表 6.1 幾種保險(xiǎn)杠橫梁截面的截面參數(shù)abcdeIZ (mm4)100888194354185723150111182251ymax (mm)28.928626.454523.923123.863622.5WZ (mm3)3487.57346.717763.36290.368100.03S

55、 (mm2)315495585495540WZ/S(mm)11.0714.8413.2712.7115.00其中，IZ為繞 z 軸的慣性矩，ymax為截面在 y 方向上離形心的最長(zhǎng)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)?z 軸，寬度方向?yàn)?y 軸，截面關(guān)于 y 軸對(duì)稱。WZ/S 可以簡(jiǎn)單的理解為單位面積上的抗彎截面系數(shù)。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。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)。

56、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(jiǎn)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。6.26.2 前防撞橫梁總成碰撞前防撞橫梁總成碰撞 CAECAE 模擬分析模擬分析前防撞橫梁的設(shè)計(jì)并不是單獨(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(jiǎn)要說明。前保險(xiǎn)杠系

57、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 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。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。Allianz 是 40%偏置以 16Km/h 的速度與剛性壁障碰撞，碰撞后車體不可避免的會(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

58、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。設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期：2009.06.10編者：張鋒 楊金秀版次：（00）頁次：- 28 - 圖 6.4 碰撞后發(fā)動(dòng)機(jī)艙零件的損傷情況在維修方面，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。 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