汽車前后防撞梁設(shè)計規(guī)范

汽車前后防撞梁設(shè)計規(guī)范一、

目的：

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

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。主要介紹了汽車開發(fā)過程中汽車前后防撞梁總成的作用及在整車中的影響。首先對汽車前后防撞梁在整車中的功能進行了概述，尤其是對汽車前后防撞梁碰撞性能做了詳細的描述；同時對汽車前后防撞梁總成設(shè)計要點作了描述；最后對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

乘用車正面碰撞時的乘員保護

GB17354-1998

汽車前、后端保護裝置

GB20072-2006

乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求

C-NCAP中國新車評估程序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，也是車身中的一個重要構(gòu)件，其功能主要有：

a.

保護保險杠在低速碰撞過程中盡量不要破裂或者發(fā)生永久變形。

b.

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)生永久變形或者破裂。

c.

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。

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

乘用車正面碰撞時的乘員保護；

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

3、低速碰撞對前防撞梁設(shè)計的性能要求

低速碰撞的國家標(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)計指標(biāo)，在設(shè)計開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)域不會對乘員和危險部件（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(通過吸能筋與加強筋的布置)、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)計要點概述

1.汽車前后防撞梁總成設(shè)計，主要是根據(jù)市場法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來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ODB碰撞標(biāo)準(zhǔn)、整車性能等。為滿足這些要求，我們需要對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、材料等進行研究。

2、整車碰撞對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。

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，不合適的防撞梁高度既保護不到自身，還會對對方車輛造成巨大傷害；還需要根據(jù)車身高度，輪轂直徑的大小來綜合評定，并沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)。一般車型的安裝高度在400-500mm左右，但如果超過520mm，則會對CNCAP等相關(guān)碰撞試驗的成績造成影響。

保證與周邊件間隙≧10mm。前防撞梁總成一般是螺接到機艙縱梁上，誤差積累大，同時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吸收足夠的能量，保證車身本體不被破壞。同時設(shè)計吸能筋時需遵循以下4條原則：

a.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)；

b.必須沿支撐之間最短距離布置；

c.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；

d.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。

定義防撞梁本體和吸能盒截面尺寸：Z向高度、Y向?qū)挾?、X向長度：A級車型吸能盒在X向長度一般在120mm左右，A0級車型長度約在100mm。橫梁本體X向截面尺寸受吸能盒和保險杠位置所限制，故不能取值太大，一般在55mm?？梢愿鶕?jù)鈑金材料級別、整車受力大小和整車安全星級等綜合因素而調(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稱中心線與機艙縱梁中心重合，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M8螺栓。

七、防撞梁總成設(shè)計經(jīng)驗

1、

吸能盒螺栓固定點分布要求盡量靠近吸能盒，均勻分布。

四個螺栓連接點分布距吸能盒偏遠，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口。

優(yōu)化方案：將螺栓安裝點靠近吸能盒安裝。

2、

吸能盒與防撞梁及安裝板連接必須可靠，保證連接強度。

中心柱碰撞及偏置碰撞時由于吸能盒與安裝板點焊強度不足，導(dǎo)致吸能盒脫落，

優(yōu)化方案：加強連接強度，將點焊改為二保焊，并增加焊接點。

3、

前縱梁前安裝板與縱梁連接必須可靠，保證強度。

偏置碰及正碰時，前縱梁前安裝板與縱梁焊點強度不足，導(dǎo)致防撞梁車身連接板從縱梁脫落。

優(yōu)化方案：加強安裝板和縱梁連接強度，增加焊接面及焊點。

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度Rp0.2可分為：普通鋼（Rp0.2>120N/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(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：

a.

輥壓成型：相對于普通沖壓工藝，