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1、 奇瑞汽车股份XX前防撞横梁总成设计指南编制：审核：部门批准：技术委员会批准：汽车工程研究院 车身部 / 目 录第一章概述11.1 该指南的主要目的11.2 该指南的主要内容1第二章法规对比分析12.1 低速碰撞法规要求12.1.1 政府法规试验规X简介12.1.2保险协会试验规X简介42.2 高速碰撞法规要求5第三章前防撞横梁的布置设计63.1前防撞横梁离地高度布置要求63.2前防撞横梁距前保蒙皮、发动机盖前缘等部件的距离93.3前防撞横梁长度要求12第四章前防撞横梁结构设计134.1前防撞横梁的安装方式134.2前防撞横梁的工艺分类144.3前防撞横梁的截面型式164.4前防撞横梁的轨迹曲
2、线194.5吸能盒结构设计204.5.1常见吸能盒结构204.5.2特殊吸能盒结构224.6拖车钩结构设计23第五章前防撞横梁的材料定义及减重245.1前防撞横梁材料选用245.2前防撞横梁减重设计25第六章前防撞横梁的CAE模拟分析266.1 典型截面的CAE对比分析266.2 前防撞横梁总成碰撞CAE模拟分析27第七章前防撞横梁的设计趋势307.1高强度材料运用307.2保护系统装配集成、前端模块轻量化30第一章 概述保险杠系统由保险杠蒙皮、吸能块、防撞横梁及小腿保护梁所组成。防撞横梁总成是保险杠系统的重要组成部分，也是车身结构的重要组成部分，它在汽车低速碰撞中起着决定性作用，同时在高速碰
3、撞中也起着吸能和力量传导的重要作用。1.1 该指南的主要目的使大家对防撞横梁总成的设计有一个初步的思路，对需要满足的各种条件有一个比较全面的基本认识。该指南的撰写主要解决以下两个方面的问题: 1）防撞横梁的设计需要满足哪些法规方面的要求；2）防撞横梁结构设计需要考虑到的因素，包括材料选用、横梁截面设计、成型工艺选择、拖车钩结构设计、吸能盒结构设计等。1.2该指南的主要内容该指南围绕“防撞横梁设计”这个中心环节，内容主要从以下几个方面展开：1）法规对比分析（低速碰撞、高速碰撞）；2）前期概念设计布置分析；3）防撞横梁、吸能盒、拖车钩等部件结构设计，并辅以Benchmark资料供参考；4）对于设计
4、中涉及到的零部件材料、重量、成本、以及CAE模拟分析等问题，也给予相应的简要说明5）最后对整个前防撞系统及其前端模块的发展趋势作一个简单介绍。第二章 法规对比分析2.1 低速碰撞法规要求针对不同的市场，需要满足不同的技术法规要求，因此在目标市场确定以后，就应针对相应的市场进行法规校核，前防撞横梁布置与造型息息相关，在造型初期就应该关注布置空间，并对布置空间进行校核和提出要求。法规体系主要包括政府法规和保险协会评测两部分。学习法规重点关注其测试速度、碰撞器高度、碰撞器结构特点、测试内容、实验考察重点、实验车测试状态。2.1.1 政府法规试验规X简介 不同销售市场的法规代号见下表：销售市场法规标准
5、号备注欧洲ECE R42摆锤实验（一种摆锤）/滑车加拿大CMVSS 215 最新修订版本测试速度与ECE R42一致美国NHTSA Part 581摆锤实验（二种摆锤）+刚性壁障中国GB 17354沿袭ECE R42的相关规定以上三种法规试验考察的内容基本相同：1)照明灯和信号灯装置应能持续正常工作并清晰可见；2)发动机盖、行李箱盖和车门能正常开闭，汽车的侧门应在碰撞的作用下不能开启；3)供油和冷却系统应无泄漏，油路或水路不堵塞，其密封装置与油箱和水箱盖能正常工作；4)排气系统不应损坏和错位；5)传动系统、悬架系统（包括轮胎）、转向和制动系统保持良好的调整状态并能正常工作。 各国法规对比见表2
6、.1，GB17354-1998与ECE R42基本一致，加拿大最新修订标准CMVSS 215June，26 2008与美国NHTSA Part 581October，1 2006基本一致，表中未列出。表2.1 低速碰撞法规对比备注：正向撞击时前后两次测试位置要求Y向300mm，具体撞击点任意选取。欧标采用图2.1所示摆锤，美标采用图2.1及图2.2所示两种摆锤，高位摆锤旨在考察防撞横梁对发动机盖及后盖的保护情况，在布置防撞横梁时，其截面需要高出发盖或后盖表面一定距离（X方向极值点），即图中L4值，如图2.3所示。图2.1低位摆锤（NHTSA PART 581、CMVSS 215、ECE R42
7、）图2.2 高位摆锤（NHTSA PART 581、CMVSS 215）说明：L1：低位摆锤上端与发盖距离L2：高位摆锤上端与发盖距离L3：摆锤下端与防撞横梁距离L4：高位摆锤上端与发盖实际距离(不含吸能泡沫)若采用低位摆锤，则摆锤上端与发盖距离为L1L3;若采用高位摆锤，则摆锤上端与发盖距离为L4;高位摆锤与低位摆锤的主要区别在于高位摆锤上端突出，减小了摆锤与车身之间的距离。图2.3 高位摆锤碰撞示意图2.1.2保险协会试验规X简介在低速碰撞法规中，除了上述国家强制标准外还有保险公司的检测规X，对比见表2.2。表2.2 低速碰撞保险协会测试规X对比表2.3 低速碰撞保险协会新增测试内容对比备
8、注：政府法规原文中测试高度是地面与摆锤中心线的距离，而保险协会的模拟保险杠测试高度是地面与模拟保险杠下端的距离（表2.3已经转化为地面与模拟保险杠中心的距离）。IIHS刚性壁障测试是否被模拟保险杠测试取代暂未查到明确文献。关于车辆质量定义，请查阅其它相关资料，在此不予赘述。目前各保险协会的测试标准存在一些差异，在模拟保险杠测试中，主要是模拟保险杠的离地高度不一样。IIHS正碰高度为457mm，角部15%重叠偏置碰撞高度为406；RCAR前部正碰高度为455mm，后部正碰高度一般取405mm或者455mm，其值可以结合销售市场来定；RCAR(AZT)目前仅实施了前后正碰实验，而IIHS则将15%
9、重叠偏置碰撞也引入了测试实验中，显然在模拟保险杠测试中，IIHS较目前RCAR的要求高。但在刚性壁障碰撞中，AZT的速度却比IIHS高7 Km/h。2.2 高速碰撞法规要求在高速碰撞试验中前防撞横梁也参与部分吸能作用，特别是在40%偏置碰撞中把部分碰撞力传导到另一侧纵梁。因此，在高速碰撞中前防撞横梁的设计也是非常重要的。下面简单总结一下各种高速碰撞法规及非官方检测规X的试验标准,见表2.42.5：表2.4 高速碰撞法规法规名称美国（FMVSS 208）欧洲（ECE R94）中国（CMVDR 294）碰撞形式1、 正面碰撞（刚性壁）2、30倾角倾斜刚性壁障40%重叠，可变形壁障正面碰撞（刚性壁）
10、碰撞速度48.3 Km/h56 Km/h50Km/h国家强制性法规检测的试验方法有三种：完全正面与刚性壁碰撞，30角与刚性壁碰撞，40%偏置与可变形壁障碰撞。除了国家强制法规外，还有非官方检测规X，如：IIHS、各种NCAP等。表2.5 非官方检测规X法规名称IIHSEuroNCAPC-NCAP碰撞形式40%重叠，ODB，040%重叠，ODB，01、40%重叠，ODB，0，V12、完全重叠，刚性壁,V2碰撞速度64 Km/h64 Km/hV1=56 Km/h；V2=50 Km/h在各种试验规X中，40%偏置碰撞法规或标准主要有：C-NCAP、ECE R94、EuroNCAP、IIHS。各法规和
11、标准规定的ODB是相同的，因此对前保横梁的设置要求也是相同的，如图2.4所示。图2.4 40%偏置碰撞可变形壁障第三章 前防撞横梁的布置设计前防撞横梁的布置需要考虑各种法规试验规X要求，以达到最大的吸能效果，有效地保护车身其它部件。结合上述各种试验规X，前防撞横梁的布置需要考虑的因素主要有：前防撞横梁中心离地高度、前防撞横梁横的长度（Y向）、前防撞横梁距前保蒙皮、冷凝系统等部件的距离、前防撞横梁距发动机盖前缘距离、前防撞横梁距大灯表面距离等。3.1前防撞横梁离地高度布置要求碰撞器主要有以下几种类型：摆锤、模拟保险杠、固定刚性壁障或移动刚性壁障（移动小车）。各种法规的碰撞器中心离地高度存在差别，
12、具体见表3.1。由于刚性壁障在高度方向都比较长，可以不予考虑，在进行布置时，在高度方向主要考虑防撞梁是否与摆锤或模拟保险杠达到一定的重叠量。表3.1 各国法规碰撞器中心离地高度表碰撞器类型法规碰撞器中心离地高度(mm)摆锤ECE R42(欧洲)445(高度固定)GB17354-1998(中国)445(高度固定)NHTSA Part581(美国)406508(高度随测试位置变化)CMVSS 215（加拿大）406508(高度随测试位置变化)模拟保险杠IIHS(美国)456(任意一侧)、507(中心位置)RCAR（汽车修理协会）455/505(根据销售市场，结合其他法规选取)从上表可以看出，摆锤中
13、心离地高度在406mm508mmX围内；模拟保险杠中心离地高度在455mm507mmX围内。国标及欧标各种测试高度保持不变，布置上一般比较好满足，美国和加拿大标准高度在一定X围内浮动，对布置空间要求明显增加，汽车修理协会的模拟保险杠高度取值也相对固定。由于实车与数据存在一定的误差（底盘悬架调校、整车重量误差、制造误差等），因此实际做布置时还需要考虑整车制造误差。B平台制造误差取18mm，考虑两种极限情况，则北美前防撞横梁中心线离地高度为388mmH526mm，防撞横梁布置在457mm附近比较合理；欧洲前防撞横梁中心线离地高度为427mmH463mm，防撞横梁布置在445mm附近比较合理；保险协
14、会前防撞横梁中心线离地高度为437mmH525mm，防撞横梁布置在481mm附近比较合理；各测试规X碰撞器中心离地高度见图3.1。图3.1 各测试规X碰撞器中心离地高度（已考虑18mm误差） 正面偏置碰撞可变形壁障高度设置见图3.2，布置时需将高速碰撞与低速碰撞结合在一起考虑。图3.240%重叠，正碰ODB壁障布置高度下面以图示的方式对前防撞横梁的高度布置进行相关说明（图3.33.5）：H1 摆锤中心离地高度H2 摆锤与防撞横梁有效重叠量H3 摆锤撞击面高度（114mm）H4 防撞横梁截面高度图3.3前防撞横梁的布置H1随测试法规和测试位置变化而变化；重叠量H2一般要求3540mm，RCAR建
15、议重叠量要达到75mm以上，有效重叠量也与供应商的设计能力有关，目前国内防撞横梁供应商普遍不具备设计能力，国外供应商一般要求重叠量H2至少达到28mm以上；H4值RCAR要求达到100mm以上，一般设计到100120mm左右。B平台制造误差取18mm（其它平台结合自身车型特点选取合适值），实际校核和设计过程中需要将这一因素考虑在内。取两种极限情况进行校核，第一种情况是实车的防撞横梁中心离地高度比理论值偏高，即整车相对抬高18mm，校核时需要将摆锤降低18mm（地面线和车身数据保持不变），3D数据中摆锤中心实际离地高度为H118 mm（H1取法规中摆锤的最低位置），由此可见，理论上重叠量减少18mm，如图3.4所示；第二种情况是实车的防撞横梁中心离地高度
