正面碰撞车身设计基本思路

2023年12月8日发(作者：微蓝6 phev)

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正面碰撞车身设计基本思路张路　杨志刚　林祥辉极氪汽车（宁波杭州湾新区）有限公司 浙江省宁波市 315336摘 要： 本文以正面碰撞的结构设计为出发点，阐述正面碰撞设计的基本思路。包含：由外向内逐级加强的设计，以保证生存空间的设计基本要点；整车受力传递路径的规划与截面力规划的设计要点；同时，还阐述了材质及料厚的选取、焊接质量对于碰撞安全的影响以及设计或选取的方法。关键词：正面碰撞　耐撞性　逐级溃缩　截面力规划Basic ideas for front collision strap designZhang Lu　Yang Zhigang　Lin XianghuiBased on the structural design of frontal collision, this paper expounds the basic idea of frontal collision design. It includes: the design that is

Abstract：

strengthened step by step from the outside to the inside to ensure the basic design points of the living space; the design points of the planning of the force

transmission path of the whole vehicle and the planning of the section force; at the same time, the selection of materials and material thickness, and the

welding quality are also described. The impact on crash safety and the method of design or words：Positive collision, Croppedness, Crossing step by step, Section planning1　前言被动安全设计开发涉及两个主要方面：车身结构耐撞性和约束系统开发。车身耐撞性结构设计是整车被动安全设计的基础，其中，车身结构刚度和强度这两个指标是车身耐撞性考察的重要指标。车身刚度指的是车身的抗冲击能力或抗变形能力，指在低速碰撞过程中零部件不损坏的特性，这一点能够保证维修经济性；强度是抵抗外力的塑性变形或抵抗车身被破坏的能力。在碰撞安全中，刚度影响低速碰、强度影响高速碰。车身的这两个指标，主要是由车身的结构设计、材料强度、钣金料厚、焊接工艺和粘胶连接质量决定。本文是以高速碰撞下车身结构设计为重点进行阐述。域；而乘员舱之外的部分（发舱、后备箱）主要用于碰撞变形吸能。乘员舱内外需要共同作用、相互配合，才能在汽车发生高速碰撞时，为乘员提供安全的提前（生存空间），后由约束系统约束住乘员，确保人员低损伤或不受损伤。高速碰撞中，决定汽车的安全因素不是车身外部钢板的厚度，而是带有逐级吸能及具有良好抗变形能力的车身结构，使乘员舱不发生形变(见图1)。同时，良好的变形形式，是确保整车加速度曲线及曲线走势的基础，也就是整个碰撞过程都需要进行有序控制。仪表板区域可划分为三大块，如下图2所示。前部为主要吸能区域；中间为不可变形刚性区（一般为发动机或者是电机类的不可变形物）；动力总成后部到乘员舱的仪表板部位为次要变形区或不可变形区域，变形区域一般是Kickdown处的弯曲变形、防火墙、前地板及IP横梁的变形，但此处变形需重点关注，不可因变形过大而过分损失生存空间[1]，很多碰撞安全性能不好图2　前部结构总体布局前吸能区刚性区后吸能区图1　吸能车身结构示意图2　生存空间与变形区域车身结构设计，首先要保证的是车内乘员的有效生存空间，也就是要将车内乘员舱设计成整个车身骨架结构中最强的区事故对于正面高速碰设计，发动机舱加上AUTO TIME

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的车辆，出问题多数处在Kickdown结构处。架。类似结构可参看图4c费翔车型的前部吸能结构。图5　界面力规划图3　力传递当车身正面碰撞时，前保险杠将正面传递来的碰力传到前纵梁上（有些车辆还会有shotgun和副车架结构参与吸能）。碰撞冲击力的吸收和分散如下：一般车辆的碰撞吸能，首先是由发动机舱部位的前纵梁溃缩吸能，前纵梁沿纵向进行逐级溃缩，吸收大部分能量；剩下的正面冲击力和能量将分散至车身骨架的其他区域。如下图3a和图3b，源自马自达CX5的车身结构，就能很好的诠释这一要点。马自达CX5正面碰撞，力传递分配特性类似下图4a所示，都为三层力传递结构，有图可以看出，主要的承力结构还是纵梁。而现阶段，有将副车架参与碰撞时刻迁移并强化副车架传力的趋势，如图4b所示。图4b相比图4a在副车架前端进行了伸长，并在前段增设吸能盒，同时还需加强副车4　截面力与结构布局由前面章节所述，正面碰撞的设计要点，从车身的结构变形要求来看，需要由外向内逐级溃缩[2]F1F2F3F4。这就要求整个车身的结构设计强度，需要由外向内逐步强化。乘员舱要求结构完整、保留有效的生存空间，乘员舱外部的变形则是需要有序变形来吸收碰撞产生的能量；同时，还要保证部分件的变形不能过多影响成员舱内的结构变化，特别是相关约束系统比如转向管柱。转向管柱的变形，会比较容易受乘员舱外部变形而牵扯，同步引起到乘员舱内方向盘的上下、前后的位移变化，这时候就需要重点去考量。本文的重点是阐述车身结构设计思路，转向系统作为约束系统的一部分，不是本文阐述的重点。碰撞变形既然是有序变形，则需要将车辆的前部结构进行划分，一般可划分为五个区域，如图5所示。具体车型按需灵活进行划分，但总体思路是由前向后逐步加强。S1到S4这四个受力区域，截面力的规划如下所述：