一种可调刚度的纵梁变形保持结构和设计方法与流程

1.本发明涉及一种可调刚度的纵梁变形保持结构和设计方法，属于汽车防撞缓冲吸能设备技术领域。


背景技术：

2.随着高速的迅速发展和汽车技术的进步，车速也在不断提高，一旦行驶的汽车发生正面碰撞，汽车所携带的巨大动能将在碰撞瞬间以其他的能量形式释放出来，对车体和人员造成严重伤害，交通事故的发生率和破坏度也在加大，这种严重的状况引起了人们的重视，因此汽车的高速碰撞得到了汽车厂商、消费者、政府部门的高度关注。大大小小的交通事故已数不胜数，为了提高汽车在行驶过程中的安全性，其在制造生产时，其内部或外部都设置有必需的安全部件，以便于在事故发生时可以尽可能地保障车内人员的人身安全。
3.目前，乘用车的乘员安全标准不断提高，汽车厂商不断提升设计水平达成对驾驶员及乘客的碰撞安全保护要求。车身结构在是对乘员保护的最重要方面，起到了在碰撞发生时对撞击能力吸收和阻止对乘员侵害的重要作用。而车身前部的纵梁结构是车辆收到正面碰撞时最重要的吸能缓冲结构，优秀合理的纵梁结构直接影响碰撞结果和乘员的受伤害程度。
4.因此，如何设计出一种能够抵抗碰撞冲击的纵梁结构，尽可能充分的吸收碰撞过程中的冲击能量，保护乘员的人身安全成为本领域技术人员戳待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供了一种可调刚度的纵梁变形保持结构和设计方法，能够确保纵梁结构按照设计要求进行纵向溃缩变形，最大程度的保护车内驾驶员和乘客的生命安全。
6.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括前碰撞横梁、吸能盒和纵梁；所述吸能盒、纵梁依次安装于前碰撞横梁，所述吸能盒另一端依次连接有吸能盒后连接板和纵梁前连接板，所述纵梁前连接板另一侧连接有纵梁，所述纵梁内部靠近纵梁前连接板的一端内壁设置有刚性连接的后挡板和前挡板构成的腔体，所述腔体内部设置有压缩弹簧。
7.优选的，所述后挡板中部设置有导向孔，所述前挡板中部设置有导向柱穿过压缩弹簧和后挡板的导向孔。
8.优选的，所述吸能盒后连接板和纵梁前连接板横截面相同，并大于吸能盒横截面。
9.优选的，所述吸能盒后连接板和纵梁前连接板边缘部分设置有螺栓孔，并通过螺栓固定连接。
10.一种可调刚度的纵梁变形保持结构的设计方法，包括以下步骤：s1、获取车辆参数，设计本结构组件的整体尺寸，所述车辆参数包括车辆前端吸能盒及纵梁结构和车辆的载重情况；s2、对本结构和整车进行有限元建模，并进行正面碰撞和偏置碰撞的计算仿真分
析；根据计算结果调整前后挡板的间距和弹簧的刚度；s3、根据计算分析合格的方案进行锁定，进行零部件结构设计加工；s4、进行样件装车，实车试验验证，如果实车结构变形，则调整弹簧刚度，重复步骤s2—s3，直到实车满足碰撞安全的性能要求；对如果实车结构未变形，则设计完成。
11.本发明的优点在于：本发明的结构在车辆受到正面碰撞冲击时，能够确保纵梁结构按照设计要求进行纵向溃缩变形，最大程度的保护车内驾驶员和乘客的生命安全。
附图说明
12.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
13.图1为本发明实施例所述的前纵梁防撞结构示意图；图2为本发明实施例所述的无压缩弹簧状态前纵梁防撞结构示意图；图3为本发明实施例所述的前纵梁防撞结构在撞击后溃缩状态示意图；图4为本发明实施例所述的设计方法流程示意图；图中：1-前防撞梁；2-吸能盒；3-吸能盒端纵梁连接板；4-纵梁前端连接板；5-前挡板；6-压缩弹簧；7-后挡板；8-导向柱；9-前纵梁；10-吸能盒溃缩区，11-纵梁前端溃缩区。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.请参阅图1，本发明第一方面提供一种可调刚度的纵梁变形保持结构组件，包括前挡板5、后挡板7、导向柱8、压缩弹簧6；前挡板5与纵梁9前端刚性连接，碰撞过程中与纵梁9前端一同变形移动。导向柱8的一端刚性连接在前挡板5上，另一端穿过后挡板7的导向孔，在碰撞过程中，导向柱8连同前挡板5一同进行进行纵向移动，从而保证纵梁9和弹簧6沿着纵向进行溃缩变形。弹簧6整体穿在导向柱8上，后端安装在后挡板7上，保证其随着导向柱8进行轴向的压缩，不会出现侧向变形。
16.请同时结合参阅图2，根据设计计算分析确定其刚度和吸收碰撞能力效果，如纵梁结构可以提供在溃缩吸能，也可以取消弹簧。
17.所述的后挡板连接在纵梁中部，中心设有导向孔，作为弹簧座支撑结构和导向柱的纵向移动导向结构。
18.请参阅图2，车辆正面碰撞中，吸能盒受冲击压溃10后，能量推动前挡板和导向柱严后挡板的导向孔进行纵向移动，压缩纵梁和刚性弹簧进行溃缩吸能。
19.请参阅图4，本发明第二方面提供一种可调刚度的纵梁变形保持结构设计方法，具体包括以下步骤：s1、首先根据车辆前端吸能盒及纵梁结构和车辆的载重情况，设计本结构组件的整体尺寸，其中尽量提高前后挡板之间的间距，增加纵梁压溃长度空间以及弹簧的受力吸能长度。
20.s2、根导向柱为纵梁及弹簧的变形导向结构，设计时要保证其提供足够刚度，不易弯曲，受到碰撞冲击后沿着后挡板的导向孔滑动，使纵梁和弹簧只能够进行纵梁的溃缩变形，不会产生侧向变形。
21.s3、压缩弹簧6为线性刚度，套装在导向柱上，后端坐在后挡板上，碰撞冲击时，其前端收到前挡板冲击，进行压缩承载，吸收碰撞冲击的能量；s4、安装结构设计完成后，对本结构和整车进行有限元建模，并进行正面碰撞和偏置碰撞的计算仿真分析。根据计算结果调整前后挡板的间距和弹簧的刚度，以保证本结构提供合适的刚度和吸能性能；通常，车辆载重较轻或前端纵梁结构强度足够时，可采用较小的弹簧刚度或取消弹簧即可满足车辆碰撞溃缩和吸能的要求；当车辆载重较重或前端纵梁结构强度不足时，可适当增加弹簧刚度（直径）以提升纵梁的刚度，增加对碰撞冲击能量的吸收。
22.s5、不同的纵梁结构形式和整车重量会对纵梁冲击变形产生较大影响，需要根据具体结构，合理设计结构；s6、根据计算分析合格的方案进行锁定，进行零部件结构设计，设计图纸并提供给供应商进行样件加工；s7、进行样件装车，实车试验验证，根据实车结构变形情况调整弹簧刚度（直径）。重复上述步骤s4—s6，直到实车满足碰撞安全的性能要求；s8、对实车满足试验要求的样件进行锁定，制作图纸和技术要求，进行批量生产和整车装配；最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种可调刚度的纵梁变形保持结构，其特征在于，包括前碰撞横梁（1）、吸能盒（2）和纵梁（9）；所述吸能盒（2）、纵梁（9）依次安装于前碰撞横梁（1），所述吸能盒（2）另一端依次连接有吸能盒后连接板（3）和纵梁前连接板（4），所述纵梁前连接板（4）另一侧连接有纵梁（9），所述纵梁（9）内部靠近纵梁前连接板（4）的一端内壁设置有刚性连接的后挡板（7）和前挡板（5）构成的腔体，所述腔体内部设置有压缩弹簧（6）。2.根据权利要求1所述的可调刚度的纵梁变形保持结构，其特征在于，所述后挡板（7）中部设置有导向孔，所述前挡板（5）中部设置有导向柱（8）穿过压缩弹簧（6）和后挡板（7）的导向孔。3.根据权利要求1所述的可调刚度的纵梁变形保持结构，其特征在于，所述吸能盒后连接板（3）和纵梁前连接板（4）横截面相同，并大于吸能盒（2）横截面。4.根据权利要求1所述的可调刚度的纵梁变形保持结构，其特征在于，所述吸能盒后连接板（3）和纵梁前连接板（4）边缘部分设置有螺栓孔，并通过螺栓固定连接。5.一种可调刚度的纵梁变形保持结构的设计方法，其结构为如权利要求1-3任一项所述的组件；其特征在于，包括以下步骤：s1、获取车辆参数，设计本结构组件的整体尺寸，所述车辆参数包括车辆前端吸能盒（2）及纵梁（9）结构和车辆的载重情况；s2、对本结构和整车进行有限元建模，并进行正面碰撞和偏置碰撞的计算仿真分析；根据计算结果调整前后挡板的间距和弹簧的刚度；s3、根据计算分析合格的方案进行锁定，进行零部件结构设计加工；s4、进行样件装车，实车试验验证，如果实车结构变形，则调整弹簧刚度，重复步骤s2—s3，直到实车满足碰撞安全的性能要求；对如果实车结构未变形，则设计完成。

技术总结
本发明提供了一种可调刚度的纵梁变形保持结构和设计方法，其结构可布置在汽车前纵梁前部或吸能盒中，在车辆碰撞过程中提供可靠的溃缩变形和能量衰减。其结构包括刚性弹簧、前挡板、后挡板、导向柱，整体结构安装在纵梁前端内部腔体内，前挡板与纵梁前端板刚性连接，后挡板焊接在纵梁内部，刚性弹簧两端连接在前后挡板上，导向柱前端安装在前挡板上，后部穿过后挡板导向孔。本发明在车辆正面碰撞中，吸能盒受冲击压溃后，能量推动前挡板和导向柱严后挡板的导向孔进行纵向移动，压缩纵梁和刚性弹簧进行溃缩吸能，最大限度的减少碰撞的冲击能量传递到车身，对乘员产生伤害。对乘员产生伤害。对乘员产生伤害。


技术研发人员：沙大亮
受保护的技术使用者：中国重汽集团济南动力有限公司
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/2/3