汽车前副车架脱落设计

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1、钿牆jgi十2017-01-1602:45:32汽车工程学报2016年5期王月+肖海涛+杜汉斌+周大永+刘卫国副车架和车身金FZK31Z-IZKJzyl9焊接螺母脱團螺母计划在碰撞中脱落在固定焊接螺母的O52400oO5O11002O5oO5O33(s・E)/b«®^加速度a/(m•s'2)h—£▲摘要：为解决车辆短前悬在正面碰撞中能量吸收不足导致整车加速度波形增高，对乘员的伤害增大的问题，对汽车前副车架脱落设计进行研究分析，包含零部件试验设计和CAE模拟分析及系统级试验验证。实现了副车架在碰撞中的脱落，碰撞能量得到释放，动力总成可以下沉，增加了机舱的变形吸能空间。为碰撞加速度波形的控制提

2、供了一种新的方法，同时也为新车型被动安全性能的开发提供了一种新的思路。关键词：前副车架；脱落设计；试验研究；正而碰撞；加速度波形中图分类号：U467.1+4文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.05.10副车架是轿车底盘屮非常重要的安全及承载部件，作为轿车前部的承载基体，承受和传递汽车行驶过程中所产生的各种力和力矩。因此，副车架的刚度、强度、疲劳寿命等对车辆整体的强度、操纵稳定性及安全性至关重要［1-2］。前副车架在被动安全研究中作为正面碰撞的下传力路径，其强度的要求对碰撞力的传递和吸收及整车碰撞川加速度波形的控制具有重要作用［3-4

3、］o1副车架脱落设计研究的意义正面碰撞吸能空间是碰撞安全性能的主要部分。机舱的吸能空间大，则碰撞安全性能的开发难度不大，但冃前车型向看短前悬轻量化的方向发展，机舱的变形空间和对变小，势必导致车辆的前端吸能空间缩短，同时考虑轻量化要求尽可能减少加强板的运用。从碰撞吸能角度分析，机舱纵梁材料强度不能过髙，材料强盛过高，材料的延展性差，碰撞中易出现折弯变形，压溃吸能效果反而降低。这就导致碰撞能量不能被前端结构有效地吸收，会产生较高的加速度波形，而加速度波形直接表现为对乘员的冲击作用效果，波形越高，对乘员的作用越大，受到的伤害越严重。为解决该问题，设计副车架脱落，使其在碰撞过程屮，受到动力总成的冲

4、击挤压，与车身连接结构发生脱离失效。这样动力总成由于重力作用会发生下沉，这样就增加了前纵梁的变形吸能空间，在惯性作用下动力总成就可以继续向驾驶员方向运动，直至与车身前围横梁接触后，运动停止。由于副车架连接点失效部分的碰撞能量得到释放，同时动力总成下沉，前纵梁的变形吸能空间增加，对乘员舱的整体冲击作用降低，从而将加速度波形控制在相对合理的范围内。2副车架脱落总体研究2.1对标分析实现羊角位置及副车架后安装点脱落设计主要有两个方式：一是通过飯金件在碰撞中的撕裂來实现，二是通过螺栓的剪断来实现。图1为不同车型副车架脱落方式的对比分析，其中车盘1（图心）副车架套管通过螺栓连接固定到车身上，在车身侧

5、固定焊接螺母的支架上开卩「I槽。在碰撞过程中，动力总成受到壁障撞击，推动副车架向后运动（乘员舱方向），副车架与车身的连接点在冲击力的作用下，形成向下的拉拔力，焊接螺母从安装支架的凹槽处脱落，从而实现副车架和车身的分离。但焊接螺母在脱离前，必须首先撕裂镀金，飯金撕裂力的波动性很大，导致脱落过程不稳定。此外，在焊接螺母的安装支架上开缺II,导致副车架安全套管与车身的结合面减小,从而减少副车架与车身女装螺栓摩擦副的力矩，容易导致安装螺栓松脱。副车架脱落可以有效控制碰撞中波形脉宽的变化，即加速度在392m/s2脉宽持续时间较短，仅为3ms,约束系统对此不敏感，因此对乘员保护有利。车型2（图1b）前

6、连接点采用变直径螺栓，与车身螺母的结合部位螺纹规格为M8：后连接点车身螺母的结合部位螺纹规格为M12。同时，前后连接点套筒都比较长，目的是增加螺栓碰撞失效力矩，使其更容易脱落，同时前连接点弱化，采用M8的螺纹，降低碰撞失效力，进而在碰撞中实现前后点脱开。副车架脱落，使加速度波形得到控制，加速度峰值控制在343m/s2以内，约束系统匹配压力降低。车型3（图1c）前连接点在羊角位置螺栓剪断，后连接点处车身撕裂。在这两个位置断开，车体加速度波形得以控制在343m/s2以内，约束系统对乘员的保护作用更好，对乘员有利。通过对不同车型的分析研究，设计羊角位置的脱落为螺栓剪断或者通过羊角处套筒拉脱，可以

7、避免飯金撕裂的不稳定性。副车架后固定点设计为螺栓剪断，更便于零部件性能设计的一致性。而且设计副车架脱落还可以更好地控制碰撞中波形的变化，对乘员保护更为有利。2.2零部件试验研究副车架与车身的连接主要为羊角位辺的连接以及副车架后安装点与车身的连接，全副车架还有在副车架左右纵梁前端的连接点，如图2所示。对于碰撞，机舱纵梁前部要发牛•压溃或者折弯的变形,同时副车架纵梁也将发生折弯的变形，使副车架纵梁前部的安装位置整体发生后移。