馮先敬

（國機(jī)智駿汽車有限公司，江蘇 南京211100）

1 概述

汽車碰撞事故中正面碰撞最為普遍，且造成的人員傷亡最多[1-2]，因此，做好下車身的架構(gòu)設(shè)計，提高汽車正面碰撞性能，對汽車的安全性具有非常重要的意義。

2 汽車正面碰撞過程中力的傳遞路徑

汽車的碰撞試驗(yàn)顯示，碰撞過程就是通過車身架構(gòu)進(jìn)行吸收能量、分散能量和傳遞能量的過程。因此，汽車的整個前部結(jié)構(gòu)被分成了前吸能區(qū)、中吸能區(qū)和后吸能區(qū)3 個吸能區(qū)域[3]。碰撞能量經(jīng)過每個區(qū)域時，都有部分能量被吸收，剩余的能量繼續(xù)進(jìn)行傳遞和分散。其傳遞主要通過3 層[3]，上層：通過機(jī)艙上縱梁（即shotgun 結(jié)構(gòu)）進(jìn)行傳遞；中層：通過前縱梁進(jìn)行傳遞；下層：通過副車架進(jìn)行傳遞。

同時，以上的傳遞路徑表明，汽車正面碰撞的大部分的能量都是通過下車身的架構(gòu)進(jìn)行吸收、傳遞和分散的，也再次證明：下車身的架構(gòu)設(shè)計是決定汽車正面碰撞成功與否的關(guān)鍵因素。

圖1 正面碰撞3 層路徑傳遞示意圖[3]

3 典型的下車身架構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過對市場上成熟的、典型的車型進(jìn)行研究，下車體的傳遞路徑都是基于：前防撞梁/吸能盒→前縱梁→門檻梁/地板縱梁/中通道。主要架構(gòu)形式有以下幾種：

3.1 以地板縱梁為主的下車身架構(gòu)設(shè)計

典型架構(gòu)一：由于車身地板下有足夠的空間布置地板縱梁，因此，以地板縱梁為主進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計，前后縱梁以連通或者不連通的方式，將碰撞力通過地板縱梁進(jìn)行傳遞和分散給門檻梁、中通道和A 柱。

圖2 典型架構(gòu)一

典型架構(gòu)二的特點(diǎn)：前后縱梁通過地板縱梁直接連通，架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)清晰，力的傳遞效率高。

圖3 典型架構(gòu)二

3.2 以門檻梁為主的下車身架構(gòu)設(shè)計

典型架構(gòu)三：由于車身地板下的空間幾乎被電池包所占據(jù)，無法布置地板縱梁，因此，前后縱梁均將碰撞力傳遞到門檻梁，并分散到中通道和A 柱。

圖4 典型架構(gòu)三

3.3 由縱梁向A 柱傳力的架構(gòu)設(shè)計

典型架構(gòu)四：前縱梁直接同時傳遞給A 柱和門檻梁，且傳遞通道較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，傳遞力效率高。

圖5 典型架構(gòu)四

4 下車身的架構(gòu)設(shè)計要素

4.1 架構(gòu)設(shè)計原則

前后縱梁、門檻梁、地板縱梁、加強(qiáng)梁等各個梁通過架構(gòu)設(shè)計形成一條條連續(xù)的、分散型的、光滑順暢的傳遞路徑，且連接部位的截面盡可能的重疊，使碰撞力能順利傳遞。

4.2 縱梁位置的確定

（1）縱梁Y 向位置的確定。主要考慮在最惡劣情況下，與全輪跳和全轉(zhuǎn)向的最大輪胎包絡(luò)不干涉，且內(nèi)邊界與機(jī)艙內(nèi)的零部件布置滿足總布置的相關(guān)間隙要求。

（2）縱梁Z 向位置的確定。前縱梁的高度，主要由碰撞法規(guī)中碰撞器的高度和底盤傳動軸的高度位置確定。根據(jù)歐標(biāo)ECE R94 碰撞法規(guī)的要求[4]，在空載狀態(tài)下縱梁上表面的高度≤530mm，且根據(jù)經(jīng)驗(yàn)要求與轉(zhuǎn)動軸包絡(luò)的間隙≥25mm。

4.3 縱梁與門檻梁的距離

縱梁與門檻梁的距離主要是Z 向和Y 向的距離，一般要求他們之間的距離盡可能小，盡可能增加截面的重疊量。

（1）如果Y 向間距過大，需要設(shè)置斜向支撐結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個穩(wěn)定的三角形傳力結(jié)構(gòu)，并且三角形的端點(diǎn)要與后面的傳力通道保持連接的連續(xù)性。如下圖所示。

圖6 增加斜向支撐

（2）如果Z 向距離過大，需要考慮加強(qiáng)縱梁的根部或者增加縱梁在Z 向的截面高度，并且在傳動軸包絡(luò)處進(jìn)行局部避讓和局部加強(qiáng)，保證碰撞力的順利傳遞。

根據(jù)以上分析，對于汽車的正面碰撞性能而言，融會貫通以上典型架構(gòu)理念，明白各個設(shè)計理念的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行靈活運(yùn)用和衍變，才能更好更快的做好下車身的架構(gòu)設(shè)計。