【正文】 H340LAD+Z/車型 B13 B14 B22 B23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/歐洲材料料厚橫梁本體B340/590DP/橫梁本體B340/590DP/橫梁本體DOC190M(1300Mpa)安裝板 HSLA steel（344Mpa）外板 H260YD+Z 100/2S/內(nèi)板 H260YD+Z 100/2S/吸能盒本體 H260YD+Z 100/2S/橫梁總成安裝板 B340LA/ 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 編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期： 編者：張鋒 楊金秀 版次：（00） 頁次： 26 第六章 前防撞橫梁的 CAE 模擬分析 典型截面的 CAE 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，討論了截面形狀和板厚對(duì)截面抗彎系數(shù)的影響。圖 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 各種典型的保險(xiǎn)杠橫梁截面形狀 圖 優(yōu)化前的截面 圖 優(yōu)化后的截面圖 中各截面均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，截面的參數(shù)如圖 所示，A 為半截面的高，C 為截面的寬度，D 為焊接邊的寬度，VV2 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 A＝45mm，C＝45mm，D＝15mm，V1＝20mm，V2＝30mm，板厚 t＝。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 編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期： 編者：張鋒 楊金秀 版次：（00） 頁次： 27 表 所示。表 幾種保險(xiǎn)杠橫梁截面的截面參數(shù)a b c d eIZ (mm4) 100888 194354 185723 150111 182251ymax (mm) WZ (mm3) S (mm2) 315 495 585 495 540WZ/S(mm) 其中，I Z為繞 z 軸的慣性矩，y max為截面在 y 方向上離形心的最長(zhǎng)距離，W Z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。W Z/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 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)。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。 前防撞橫梁總成碰撞 CAE 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 所示的 CAE 模擬分析。設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期： 編者：張鋒 楊金秀 版次：（00） 頁次： 28 圖 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)生部分變形而參與部分能量的吸收，前縱梁變形力求做到最小，吸能盒可以完全壓潰，但不能損傷到前縱梁的主體結(jié)構(gòu)。前防撞橫梁設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要適當(dāng)，可以使部分能量傳遞到另一側(cè)吸能盒，使其變形而吸收掉部分能量，參見圖 所示的CAE 模擬分析。圖 碰撞后發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)件的變形情況而 IIHS 的試驗(yàn)規(guī)范分別是與剛性壁完全正面碰撞及 30176。碰撞、與模擬橫梁完全正面碰撞及 15%重疊碰撞。兩者碰撞形式和速度完全不一樣，但同樣也是以碰撞后的維修成本為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。因此，和 Allianz 一樣要求發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、前翼子板、前格柵、前大燈、前霧燈等重要零部件主體不被損壞，在碰撞區(qū)域內(nèi)盡量不要布置貴重的零件，以避維修費(fèi)用的提高。8Km/h 完全正面與剛性壁碰撞及 10Km/h 完全正面與模擬保險(xiǎn)杠碰撞，重點(diǎn)在于提高吸能塊、前防撞橫梁及吸能盒的吸能效果。前防撞橫梁變形后不可碰到冷凝器，需要較高的強(qiáng)度要求，同時(shí)要求前縱梁一般不產(chǎn)生變形損傷，參見圖 所示的 CAE 模擬分析。圖 8Km/h 正面剛性壁障碰撞前防撞橫梁變形形式8Km/h 以 30176。角與剛性壁碰撞及 15%重疊 5Km/h 與模擬保險(xiǎn)杠碰撞，重點(diǎn)設(shè)計(jì)前保險(xiǎn)設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期： 編者：張鋒 楊金秀 版次：（00） 頁次： 29 杠系統(tǒng)角部的吸能效果。與擺捶 30176。角撞擊試驗(yàn)一樣，要求前防撞橫梁向左右延伸超過碰撞區(qū)域，吸能盒在 Y 方向有足夠的強(qiáng)度支撐角部的撞擊力，吸能塊在角部有足夠的厚度吸收撞擊能量。以免損壞前翼子板、前大燈、前霧燈等重要零部件。前保橫梁并不能完全吸收整個(gè)碰撞的能量，理論能量吸收效率一般在 60%左右，能量主要依靠吸能盒和橫梁的變形來吸收，作用于保險(xiǎn)杠的功主要由加載力和變形位移兩個(gè)參數(shù)決定。 作用于保險(xiǎn)杠的功：W = F*S理論能量吸收效率：理論吸收效率 = 沖擊時(shí)車輛動(dòng)能/(允許最大沖擊力 * 允許最大變型量)理論能量吸收效率一般在 40～65% （順普經(jīng)驗(yàn)值）在前保系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮行人保護(hù)，往往需要增加下橫梁（習(xí)慣稱作小腿保護(hù)梁） 。當(dāng)車輛撞到行人時(shí)，同時(shí)兩點(diǎn)接觸行人小腿，可減小行人小腿骨折傷害程度，同時(shí)也可以更好的使行人頭部落到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋位置，有利于行人保護(hù)頭部傷害值的通過性，如圖、 所示。圖 車輛撞擊行人過程圖 圖 車輛與行人小腿兩點(diǎn)接觸圖設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期： 編者：張鋒 楊金秀 版次：（00） 頁次： 30 圖 車輛與行人小腿兩點(diǎn)接觸圖前防撞橫梁的正確布置，只能保證在現(xiàn)有的造型及車頭布置空間以內(nèi)達(dá)到最好的吸能效果，而并不能代表一定就能通過法規(guī)試驗(yàn)。法規(guī)的通過性與車頭部分的造型及車頭布置空間有非常緊密的關(guān)系，甚至決定了車輛能否順利通過法規(guī)要求。比如，前大燈局部的造型中，一般要求大燈陷入前保險(xiǎn)杠里面一定深度，以確保在30176。角碰中前保有一定的吸能空間，不至于損壞前大燈。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)直接損壞冷卻系統(tǒng)。第七章 前防撞橫梁的設(shè)計(jì)趨勢(shì)現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)汽車安全性要求越來越高，各大汽車廠家也不斷將碰撞安全性作為銷售的賣點(diǎn)，因此將會(huì)有更多的消費(fèi)者在選車時(shí)特別關(guān)注車輛的碰撞安全性。鑒于此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如何提高車輛的碰撞安全性。 高強(qiáng)度材料運(yùn)用前防撞橫梁在高速碰撞中能量吸收比率一般在 4%以內(nèi)，雖然所占比例小，但在能量傳遞過程中起著較大的作用，尤其是偏置碰撞。若橫梁自身強(qiáng)度較高，則可以將更多的能量分配到縱梁的另一側(cè)，增加吸能部件，以減小乘員艙的變形。提高其強(qiáng)度，目前普遍采用屈服強(qiáng)度在 1000Mp 以上的高強(qiáng)度鋼板，同時(shí)采用封閉的橫梁截面。 保護(hù)系統(tǒng)裝配集成、前端模塊輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，為了減小低速碰撞的維修費(fèi)用和維修方便性，前防撞橫梁均設(shè)計(jì)成安裝件。同時(shí)，整個(gè)前端零部件向模塊化方向發(fā)展，將前防橫梁與小腿保護(hù)梁集成在一起（如圖 所示） ，或者將小腿保護(hù)梁安裝在副車架上（如圖 所示） 。設(shè)計(jì)指南 編號(hào)：前防撞橫梁總成設(shè)計(jì)指南編制日期： 編者：張鋒 楊金秀 版次：（00） 頁次： 31 圖 前防撞橫梁與小腿保護(hù)梁集成模塊（B22） 圖 小腿保護(hù)梁安裝于副車架上(雪鐵龍凱旋)