文章來(lái)源：海馬新能源汽車(chē)有限公司

1前言

隨著我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(zhǎng)，各類(lèi)汽車(chē)碰撞事故不斷發(fā)生，車(chē)身碰撞安全顯得尤為重要。汽車(chē)前后防撞梁作為碰撞發(fā)生時(shí)首先接觸被撞物體的車(chē)身部件，其耐撞性對(duì)整車(chē)的被動(dòng)安全性起到了關(guān)鍵作用。隨著純電動(dòng)汽車(chē)保有量不斷增加，純電動(dòng)汽車(chē)的碰撞安全性也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。對(duì)千電動(dòng)汽車(chē)而言，輕量化技術(shù)能夠有效降低能耗，提高續(xù)駛里程。純電動(dòng)汽車(chē)前后防撞梁，不但要滿(mǎn)足車(chē)身碰撞要求，還需考慮輕量化，提高續(xù)駛里程?？梢酝ㄟ^(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和選用輕質(zhì)材料，減輕前后防撞梁的重量，同時(shí)滿(mǎn)足整車(chē)碰撞要求。

2前后防撞梁作用

前后防撞梁是用來(lái)減輕車(chē)輛受到碰撞時(shí)吸收碰撞能量的一種裝置，作用主要用于中低速碰撞時(shí)有效吸收碰撞能量，減少維修成本，并能在一定程度上減輕對(duì)成員的傷害。其功能主要有：
(1)保護(hù)保險(xiǎn)杠在低速碰撞過(guò)程中盡量不要破裂或者發(fā)生永久變形。
(2)保護(hù)車(chē)身骨架前后端縱梁在行人保護(hù)或者可維修性碰撞時(shí)不發(fā)生永久變形或者破裂。
(3)正面高速碰撞、后面高速碰撞時(shí)起到第一次的吸能作，用在偏置碰撞中不僅起到第一次吸能作，用還能起到碰撞過(guò)程中均衡傳遞受力的作用，防止車(chē)身左右兩側(cè)受力不均。

3前后防撞梁碰撞性能

3.1低速碰撞對(duì)前后防撞梁的性能要求
低速碰撞的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17354—1998規(guī)定的正撞速度為4km/h,角碰撞速度為2.5km/h,對(duì)車(chē)身的要求就是車(chē)身本體、前防撞梁和吸能盒等不能有任何損壞，最好前保險(xiǎn)杠不破裂或者發(fā)生永久變形。
乘用車(chē)15km/h低速后碰撞，后防撞梁總成抵擋損害，減?。ɑ蛘弑苊猓┖罂v梁、后地板損，害以減少維修成本。
3.2高速碰撞對(duì)前后防撞梁設(shè)計(jì)的性能要求
高速碰撞前吸能區(qū)主要由前防撞梁和吸能盒組成，利用強(qiáng)韌的吸能材料盡可能多地通過(guò)變形吸收因撞擊產(chǎn)生的巨大能量，同時(shí)利用結(jié)構(gòu)上的受力連續(xù)進(jìn)行左右分流并將能量向后面?zhèn)鬟f。
乘用車(chē)50km/h后碰撞，后防撞梁總成最大程度吸收碰撞能，量使得車(chē)輛后地板、后縱梁等各部分侵入量分布合理。

4前后防撞梁總成設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1前后防撞梁總成設(shè)計(jì)
主要是根據(jù)市場(chǎng)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義前防撞梁總成的性能。法如規(guī)前碰ODB的定義、汽車(chē)前后防撞梁低速碰撞吸能、壓潰空間、C-NCAP試驗(yàn)、ODB碰撞標(biāo)準(zhǔn)、整車(chē)性能等。為滿(mǎn)足這些要求，我們需要對(duì)汽車(chē)前后防撞梁的碰撞性能的敏感性，如：汽車(chē)前后防撞梁的布置高度、結(jié)構(gòu)、壓潰空間、截面面積、材料等進(jìn)行研究。
4.2整車(chē)碰撞對(duì)汽車(chē)前后防撞梁的布置要求
純電動(dòng)汽車(chē)前后防撞梁的布置高度由前縱梁的高度來(lái)決定，如果此高度匹配不合理會(huì)導(dǎo)致前縱梁在碰撞過(guò)程中壓潰失穩(wěn)，導(dǎo)致前縱梁后端彎曲變形乘員艙侵入量過(guò)大。前后防撞梁的安裝位置，除需滿(mǎn)足上述碰撞要求外，還需考慮對(duì)對(duì)方車(chē)輛造成的傷害；需要根據(jù)車(chē)身高度，輪骰直徑的大小來(lái)綜合評(píng)定，一般車(chē)型的安裝高度在400-500mm左右，但如果超過(guò)520mm,則會(huì)對(duì)C-NCAP等相關(guān)碰撞試驗(yàn)的成績(jī)?cè)斐捎绊憽Ｇ胺雷擦嚎偝梢话闶锹萁拥角翱v梁上，誤差積累大，同時(shí)車(chē)身前端安裝多個(gè)部件，故要求前防撞梁總成與周邊件的間隙在10mm以上。

5純電動(dòng)汽車(chē)前后防撞梁結(jié)構(gòu)形式

5.1前防撞橫梁結(jié)構(gòu)形式
純電動(dòng)汽車(chē)前后防撞梁總成一般由防撞梁本體、吸能盒、安裝板組成，部分車(chē)型還包含拖車(chē)鉤螺紋管，保險(xiǎn)杠支架、大燈支架、傳感器支架，等如圖1。為降低維修成本，防撞梁一般采用螺栓連接固定在車(chē)身上。

前防撞橫梁的結(jié)構(gòu)主要有鋼板沖壓拼焊結(jié)構(gòu)和鋁合金型材結(jié)構(gòu)。
鋼板沖壓拼焊結(jié)構(gòu)主要有冷沖壓拼焊的前防撞橫梁、輾壓成形的前防撞橫梁、熱成型的前防撞橫梁。
吸能盒上一般需布置2至3條吸能筋，保證車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)，吸能盒能按預(yù)定的軌跡被破壞而吸收撞擊力。A級(jí)車(chē)型吸能盒在X向長(zhǎng)度一般120mm左右，A0級(jí)車(chē)型長(zhǎng)度約在100mm。吸能盒Z向高度、Y向?qū)挾扰c縱梁截面基本一致，偏差不大于5mm。吸能盒和縱梁中心軸線(xiàn)一致。
一般前拖車(chē)裝置采用螺接方式。理論上拖車(chē)裝置對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)與機(jī)艙縱梁中心重合，或偏離距離越小越好。掛鉤或螺母套主要配合尺寸，根據(jù)整車(chē)裝備質(zhì)量，確定拖車(chē)裝置所需要承受載荷，選擇合適的螺母套及拖鉤，不同車(chē)型可以通用。
鋁合金防撞梁總成，主要包括防撞橫梁、左右吸能盒、左右安裝基板、拖鉤套筒及支架等，如圖2。防撞橫梁主要將碰撞能量傳遞到吸能盒上，所以對(duì)橫梁強(qiáng)度要求比較高。通常鋁合金防撞橫梁斷面多為多腔形，以“日”字形(、“田”字形居多，料厚多為2.5mm,材料多采用6系鋁合金擠壓型材。吸能盒要選用具備較好吸能性的材料，例如常用的6063、6060，典型斷面為＂口”字形、“H”字形、六邊形等?；玖虾?.2mm至3.0mm。基板和拖鉤套要求具有較高的承載能，力多采用6063、6082、6060等材料，基本料厚約4mm至5mm。


6前后防撞梁結(jié)構(gòu)及碰撞仿真

前后防撞梁為滿(mǎn)足碰撞性能要，求需隨整車(chē)進(jìn)行CAE建模，模擬仿真正面碰撞和后面碰撞，如圖4和圖5。根據(jù)碰撞前圍及地板侵人量和碰撞加速度值，判斷乘員艙和電池包安全，調(diào)整優(yōu)化防撞橫梁和吸能盒結(jié)構(gòu)，使其滿(mǎn)足整車(chē)碰撞要求。

7前后防撞梁的工藝對(duì)比

橫梁冷沖壓拼焊：結(jié)構(gòu)形式多為內(nèi)板、外板焊接構(gòu)成，可采用等截面或者不等截面設(shè)計(jì)，按需求靈活變化。
橫梁輾壓成型：相對(duì)于普通沖壓工藝，輾壓成型材料利用率較高、零件剛性好，可實(shí)現(xiàn)制作的零件屈服強(qiáng)度高，可達(dá)620兆帕以上；但是棍壓成型模具投人較大，批量生產(chǎn)量不大時(shí)單件成本會(huì)較高，同時(shí)由于輥壓工藝先沖孔再成型的工藝特點(diǎn)，零件孔位、型面精度一般比普通沖壓零件會(huì)差。
橫梁熱成型：相對(duì)于普通沖壓工藝，熱成型工藝零件剛性好，強(qiáng)度大，可實(shí)現(xiàn)制作的零件屈服強(qiáng)度高，可達(dá)1000兆帕以上；但是熱成型一次性設(shè)備投人很大，批量生產(chǎn)量不大時(shí)單件成本很高。
鋁合金型材工藝：鋁合金防撞橫梁主要是將擠壓型材經(jīng)過(guò)鋸切、彎曲、銑削等工序加工成型后，再進(jìn)行熱處理，最后焊接或螺栓連接而成。鋁合金防撞梁總成具體工藝過(guò)程如下：型材還料一鋸切一彎曲圖5后面碰撞仿真圖成型一沖孔修邊一焊接—清洗一時(shí)效處理一鉆洗切削一焊／裝接配一成品檢驗(yàn)。鋁制的前防撞橫，需梁要專(zhuān)用設(shè)備及工，裝綜合成本較高，優(yōu)勢(shì)在于重量輕。

8純電動(dòng)汽車(chē)前后防撞梁選擇

因純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)重量比同級(jí)別燃油車(chē)，且重增加了電池包等電安全部件，考慮到輕量化，提高續(xù)駛里程，A00、A0級(jí)車(chē)型，受成本影響，前后防撞梁建議采用高強(qiáng)鋼冷沖壓拼焊結(jié)構(gòu)，A級(jí)及以上級(jí)別車(chē)型，建議優(yōu)先選用鋁合金前后防撞梁。

9結(jié)束語(yǔ)

純電動(dòng)汽車(chē)前后防撞梁，在根據(jù)市場(chǎng)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、整車(chē)布置、性能要求的前提下，還需參考整車(chē)級(jí)別、成本因素，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選用輕質(zhì)材料，減輕前后防撞梁的重量，增加純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程，同時(shí)滿(mǎn)足車(chē)身碰撞安全和電安全要求。