一种变曲率变截面的汽车防撞梁的制作方法

1.本实用新型涉及一种汽车安全部件，特别是变曲率变截面的汽车防撞梁，属汽车技术领域。


背景技术：

2.汽车正面碰撞事故会给乘坐人员带来了巨大的损失。2021年版c-ncap推出mpdb法规，规定测试车与碰撞台车各以50km/h相对速度，以50％的车身重叠率相撞，在考察自身乘员保护的同时，进一步考察对壁障车的侵略性，即考察碰撞的相容性。此外2018年中保研(c-iasi)推出极具挑战性的小偏置碰法规(sob)，规定测试车以64km/h速度正面撞击重叠率仅为25％的固定壁障，考察了一种发生率及死亡率很高的事故形态。为了达到mpdb法规要求，需要前碰撞系统与壁障车有更大的接触面积以及足够的总体刚度；为了满足sob法规要求，需要增加碰撞系统端部接触面积，尽可能增加碰撞吸能，减小对于乘员舱的冲击。防撞梁作为前防撞系统起到防护作用的主要结构在mpdb及sob中起到了举足轻重的作用，为了mpdb及sob法规的要求要求，需要尽可能增加横梁的y向及z向的跨度，同时尽可能提升横梁中部区域的抗弯性能。
3.现有技术存在下列问题：等曲率辊压防撞梁受材料及工艺的影响，曲率很难做到很大，考虑到汽车前缘造型的影响，y向跨度较小，sob实验中与固定壁障接触面积较小，起到的阻挡作用有限。变曲率辊压防撞梁较等曲率辊压防撞梁，横梁外弧面端部弯折角度有所增加，进而增加横梁y向跨度，但受到材料性能和成型工艺的限制，很难应用到超高强钢(抗拉大于1000mpa级别材料)，同时端部截形采用同等截形也压缩了吸能盒空间，导致碰撞吸能降低，因此很难满足sob和mpdb法规。


技术实现要素：

4.本实用新型针对解决现有技术的弊端，提供一种变曲率变截面的汽车防撞梁及其制备方法，所述防撞梁的横梁能够实现横梁外弧面变曲率，最大程度的增加了横梁y向跨度，有利于小偏置碰法规的通过。
5.本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
6.一种变曲率变截面的汽车防撞梁，包括横梁和对称安装在横梁两侧的吸能盒，所述横梁的截形为闭合形状，横梁外侧面在xy平面投影为变曲率曲线，横梁由五段构成，横梁中部为中部段，中部段两侧对称连接过渡段，各过渡段分别连接对称设置的两个端部段，中部段曲率半径较大，过渡段的曲率半径自中部段至端部段逐渐减小，端部段的曲率半径较大或为直段，横梁的截形由中间至两端横梁的高度尺寸逐渐减小，横梁的宽度尺寸逐渐增加。
7.上述变曲率变截面的汽车防撞梁，横梁端部切线与横梁中间切线的夹角为γ，γ的取值范围为15
°‑
45
°
；中部段与过渡段的连接位置设有外弧面压型区。
8.上述变曲率变截面的汽车防撞梁，所述所述横梁的中间的截形为内外弧面均内凹
的纺锤形，由中间向两侧外侧面的凹部逐渐变浅，直至横梁两侧截形为凹形，在横梁端部，横梁内侧面凹部与外侧面贴合。
9.上述变曲率变截面的汽车防撞梁，所述横梁中间的截形为凹形，凹部位于横梁外弧面，由中间向两侧截形的凹部逐渐变浅，直至横梁两侧截形为矩形。
10.上述变曲率变截面的汽车防撞梁，横梁中部段高度尺寸40mm-70mm，横梁中部段宽度尺寸110mm-150mm。
11.上述变曲率变截面的汽车防撞梁，吸能盒连接在横梁两侧端部段。
12.相比现有技术本实用新型的主要优点如下：1、该防撞梁的横梁能够实现横梁外弧面变曲率，较变曲率辊压防撞梁大大提升了端部与中部区域的弯折角度，能够最大程度的匹配横梁蒙皮边界，最大程度的增加了横梁y向跨度，有利于小偏置碰法规的通过；2、横梁的外弧面对应点位法平面与之相交截形能够实现形状及尺寸随y向位置改变，能够根据横梁各位置变形调整截形尺寸。通过截形的合理设计提升了横梁中部区域的抗弯性能及端部外弧面面积，有利于mpdb及小偏置碰法规的通过根据侧边梁的受力特点灵活设计侧边梁结构，通过结构设计，可提升横梁中部段的强度；3、横梁外弧压型区设置能够有效的协调mpdb碰撞工况中横梁的变形，引导横梁弯折位置，降低横梁弯折变形对于远端吸能盒及纵梁的y向分力，降低mpdb碰撞实验中纵梁及吸能盒失稳的风险。同时增加的u形区域也能够有效的降低rcar bumper实验中横梁中部变形量，降低汽车低速碰撞维修成本。综上所述，本实用新型所述防撞梁能够更好的满足mpdb及小偏置碰法规工况，该种变曲率变截面的汽车防撞梁较之传统辊压防撞梁具有更高的y向跨度，更高的材料强度，更好的变形模式，较传统热成型冲压防撞梁和组合式防撞具有更好的一致性及轻量化优势。
附图说明
13.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
14.图1是本实用新型所述防撞梁的结构示意图(横梁为第一实施方案)；
15.图2是图1的仰视图；
16.图3是图1的俯视图；
17.图4-图8依次为图1中a-a、b-b、c-c、d-d、e-e截面的剖视图；
18.图9是横梁第二实施方案的结构示意图；
19.图10是图9的主视图；
20.图11是图9的俯视图；
21.图12是图9的仰视图；
22.图13-图17依次为图10中a-a、b-b、c-c、d-d、e-e截面的剖视图。
23.图中各标号清单为：1、横梁，1-1、中部段，1-2、过渡段，1-3、端部段，1-4、外弧面压型区，2、吸能盒。
具体实施方式
24.参看图1-图3，本实用新型所述防撞梁包括横梁1和对称安装在横梁两侧的吸能盒2，本实用新型的一项主要改进体现在横梁上。横梁的截形为闭合形状，横梁外侧面在xy平面投影为变曲率曲线，尽可能匹配汽车蒙皮造型。横梁由五段构成，横梁中部为中部段1-1，
中部段两侧对称连接过渡段1-2，各过渡段分别连接对称设置的两个端部段1-3。中部段曲率半径较大，走势平缓，有利于mpdb工况时壁障均匀受力。端部段横梁外弧面曲率及造型取决于蒙皮造型，基于有利于增加y向跨度的原则，横梁端部段可设计成曲率半径较大甚至平直结构，亦可设计成较大曲率形式。过渡段的曲率半径自中部段至端部段逐渐减小，过渡段曲率为连续改变方式，具体根据周边造型以及碰撞仿真分析横梁的变形形式而定。横梁端部切线与横梁中间切线的夹角为γ，γ的取值范围为15
°‑
45
°
；中部段与过渡段的连接位置设有外弧面压型区1-4，外弧面压型区设有内凹的u形槽。外弧面压型区u形槽的宽度为30-80mm，深度为3-15mm。设置外弧面压型区能够有效的协调mpdb碰撞工况中横梁的变形，引导横梁弯折位置，降低横梁弯折变形对于远端吸能盒及纵梁的y向分力，降低mpdb碰撞实验中纵梁及吸能盒失稳的风险。同时增加的u形区也能够有效的降低rcar bumper实验中横梁中部变形量，降低汽车低速碰撞维修成本。两吸能盒连接在横梁两侧端部段。
25.横梁的截形由中间至两端横梁的高度尺寸(x向尺寸)逐渐减小，横梁的宽度尺寸(y向尺寸)逐渐增加。横梁中部截形到端部截形厚度尺寸逐渐减小，主要目的是为了增加横梁中部抗弯性能，同时端部截形厚度尺寸的降低有利于增加吸能盒长度，增加吸能空间；从横梁中部截形到端部截形宽度尺寸逐渐增加，主要目的在于增加防撞梁与壁障的接触面积，降低mpdb工况时与壁障接触压强，减小壁障侵入量，同时增加了端部的z向尺寸，有利于sob碰撞实验中与壁障的接触面积，达到较为有效的阻挡，进而将碰撞力更为有效的传递给纵梁。参看图1和图4-图8，这是横梁第一实施方案的截形示意图。该实施方案横梁中间a-a截面的截形为图4所示，横梁内、外侧弧面均内凹呈纺锤形。由横梁中间向两侧，横梁外侧面的凹部逐渐变浅，如图5、图6所示，直至横梁截形为凹形如图7所示，在横梁端部，横梁内侧面凹部与外侧面平部贴合，如图8所示。从横梁中部截形到端部截形周长尺寸保持不变。上述横梁截形设计能够进一步提升横梁在整个碰撞变形过程中的抗弯性能，同时提升整体的吸能效果；横梁端部外弧面几乎与内弧面贴合，能够提升横梁端部刚度和强度，提升其抗撞击能力，尤其在sob实验时对壁障起到更大的阻挡作用。
26.图9-图12是横梁第二实施方案的结构示意图，图13-图17是横梁第二实施方案中a-a、b-b、c-c、d-d、e-e截面的剖视图。该实施方案，横梁中间的截形为凹形，外弧面设置u形加强筋。由横梁中间向两侧截形u形加强筋的凹部逐渐变浅，如图15、图16所示，直至横梁两侧截形为矩形，如图16、图17所示。横梁中部截形到端部截形周长尺寸保持不变。第二实施方案的截形较第一实施方案简单，其设计构思与第一实施方案类同。
27.本实用新型所述变曲率变截面的汽车防撞梁的横梁制备先后通过辊压工艺和热气胀成型两种工艺实现，一方面满足横梁的几何形状要求，另一方面达到超高强度的性能要求，还可以满足较高的加工精度要求。制备的横梁组装吸能盒即制成变曲率变截面的汽车防撞梁。