一种汽车车身前部结构的设计方法及其汽车的设计方法
【专利摘要】为解决传统的汽车车身前部结构设计方法中存在局部或全局的缺陷，导致后续开发中需反复做大量的结构优化及多批次的工程样车实验验证、导致开发成本较高等的问题。本发明公开了一种汽车车身前部结构的设计方法及其汽车的设计方法，其主要创新为以等效加速度为基础，结合能量分配，获取目标车的吸能部件的的吸收能量及其压溃长度，计算出吸能部件的理论平均通过力，再根据吸能部件实际平均通过力大于或等于理论平均通过力的原则，设计出吸能部件的设计参数。采用本发明的设计方法，获得的车身前部结构更加合理，缺陷更少，有利于汽车后续设计的进行。便于减少后续碰撞样车试制试验的次数，大大减少开发费用。
【专利说明】一种汽车车身前部结构的设计方法及其汽车的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车设计领域，尤其指汽车车身前部结构的设计领域。
【背景技术】
[0002]汽车的正面碰撞所造成的伤亡占据交通事故总伤亡的主要比例，而前部车身结构是决定汽车正面碰撞安全与否的基石。
[0003]汽车车身前部结构的设计主要指对汽车车身内主要吸能部件的设计参数的设计，设计参数指尺寸、材料等。
[0004]图1为轿车发动机舱的典型结构示意图，可将其划分为如下吸能段:第一吸能段D0、第二吸能段D1、第三吸能段D2、第四吸能段D3。
[0005]其中从保险杠I到前纵梁后段5(即前挡板6之前)的X方向总长为(1=(^+(^+4+(?,总长d由轿车的造型面决定，各段的布置由发动机舱的特征硬点(发动机尺寸、发动机悬挂位置、前轴中心等)控制。其中，第一吸能段DO的主要吸能部件(或称吸能结构)为保险杠I ;第二吸能段Dl的主要吸能部件为吸能盒2，且沿车身前后方向第二吸能段Dl的长度等于吸能盒的长度；第三吸能段D2的主要吸能部件为前纵梁前段3且沿车身前后方向第三吸能段D2的长度等于前纵梁前段3的长度，前纵梁前段是指沿车身的前后方向，从前纵梁的前端至发动机前端的纵梁部分，此段内还包括散热器总成和发动机罩盖端等次要吸能零部件；第四吸能段D3的主要吸能部件为前纵梁中后段且沿车身前后方向第四吸能段D3的长度等于前纵梁中后段的长度，前纵梁中后段5是指沿车身的前后方向，从发动机4前端至前纵梁后端的纵梁部分，该段内还包括发动机罩盖主体和翼子板主体等次要吸能零部件，上述D0-D3各段的具体长度在设计时未知。
[0006]如图2所示，当前国内外主流的汽车车身前部结构设计思路是“对标车参考一初版结构数模-结构改进”。该设计思路的具体方法步骤为:首先，整车集成工程师对目标车进行动力总成选型、底盘定型以及发动机舱布置等；其次，车身设计工程师参考大量同级别的汽车，选定某一具有代表性的汽车作为对标车，然后参考对标车的尺寸、材料，再辅以工程师以往的经验，设计出目标车的初版车身结构CAD三维数模。再综合获得工程样车CAD数模，并进行工程样车的试制试验，即在设计出工程样车后进行碰撞试验，如果不合格，再进行工艺性调整，重复进行工程样车CAD数模建立、工程样车试制试验；直至性能达标，获得可以进行量产的汽车车身数模，最终实现汽车量产。
[0007]然而，由于目标车与对标车在底盘、动力总成、造型等诸多方面的不同，导致基于经验和对标设计得出的目标车初版车身结构往往存在局部甚至全局的缺陷，例如碰撞性能不能满足要求等。因此，在设计出初版数模后仍需做大量的结构优化，导致后续仍需多批次的工程样车实验验证，整车开发成本较高。
[0008]为了减少汽车结构上的缺陷，通过借助仿真分析手段优化车身结构，逐步更新出多批次的工程样车三维 数模，通过多次的“仿真优化-实验验证”方式将汽车结构的缺陷消除。由于底盘总布置先于车身结构数模的具体设计，导致为了达到底盘总布置，后期的数模设计缺陷甚至是难以消除的。传统设计方法下，必须等全部数模设计完成后，才能进行结构碰撞仿真优化，此时由于发动机各总布置已经趋于完成，优化改动方案往往难以实施。此方法可简称为“先经验设计，后分析优化”模式，后期的结构(仿真)优化处于被动的地位。
[0009]随着汽车设计理论的不断发展，大量学者做的研究分析已经证明，驾驶者胸部加速度i与车体加速度a存在如下关系:
[0010]
【权利要求】
1.一种汽车车身前部结构的设计方法，所述汽车车身前部结构包括吸能段，所述吸能段内设有吸能部件，其特征在于，包括如下步骤: 获取对标车正面受力碰撞的实时加速度；根据对标车的实时加速度获得目标车的实时等效加速度； 根据上述目标车的实时等效加速度及设计重量，得到目标车的实时等效碰撞力；将所述目标车的实时等效加速 度对碰撞时间积分两次，获取所述车身前部结构的实时溃缩距离，然后获得吸能部件的压溃长度； 根据所述目标车的实时等效碰撞力及实时溃缩距离，获得吸能段的吸收能量； 根据吸能部件占所述目标车在对应吸能段内的吸收能量的吸能比例，获取吸能部件的吸收能量； 将吸能部件的吸收能量除以所述对应吸能部件的压溃长度，获取所述吸能部件的理论平均通过力； 根据吸能部件实际平均通过力大于或等于理论平均通过力的原则，设计出吸能部件的设计参数。
2.根据权利要求1所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，所述对标车的实时加速度为车身B柱与门槛梁相交处的实时加速度。
3.根据权利要求1所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，所述吸能部件的压溃长度通过如下步骤获得:通过实时溃缩距离获得溃缩距离-时间曲线，通过目标车的实时等效加速度获得实时等效加速度曲线，比对上述两条曲线，获得吸能部件的压溃长度。
4.根据权利要求1所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，所述吸能部件为管梁型结构，所述设计参数包括吸能部件横截面的长度、宽度、壁厚及材料。
5.根据权利要求4所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，所述汽车车身前部结构包括第一吸能段、第二吸能段、第三吸能段、第四吸能段； 第一吸能段内主要设有吸能部件:保险杠； 第二吸能段内主要设有吸能部件:吸能盒； 第三吸能段内主要设有吸能部件:前纵梁前段； 第四吸能段内主要设有吸能部件:前纵梁中后段。
6.根据权利要求5所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，所述吸能盒、前纵梁前段及前纵梁中后段的实际平均通过力获取自公式:
7.根据权利要求6所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，所述吸能盒、前纵梁前段和前纵梁中后段占所述目标车在各自吸能段的总吸收能量的比例分别为40~48%,36 ~50%和 14 ~22%。
8.根据权利要求7所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，前纵梁前段的实际平均通过力大于吸能盒的实际平均通过力，且前纵梁后段的实际平均通过力大于前纵梁前段的实际平均通过力。
9.根据权利要求1所述的汽车车身前部结构的设计方法，其特征在于，吸能段的吸收能量通过如下步骤获得:将目标车的实时等效碰撞力相对实时溃缩距离积分，获得整车实时吸收能量，然后获得吸能段的吸收能量。
10.一种汽车的设计方法，其特征在于，包括步骤: 采用权利要求1-9任一项所述的设计方法设计汽车车身前部结构； 将上述车身前部结构与动力总成、发动机舱布置和底盘定型进行结构细化设计和整车总布置，设计出合理初版的车身结构三维数模； 对合理初版的车身结构三维数模进行仿真分析，优化车身结构，设计出工程样车三维数模； 进行工程样车的试制试验，性能达标后 获得最终的汽车CAD数模。
【文档编号】B62D65/00GK103569236SQ201210269508
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】杨蔓, 王玉超, 岳鹏, 饶建鹏, 陈琪 申请人:广州汽车集团股份有限公司