陸毅初（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

一種縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

陸毅初
（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

通過對目前某車型縱梁加強(qiáng)板存在的碰撞性能不佳，制造工藝性差等問題進(jìn)行分析，并對縱梁內(nèi)腔加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、碰撞性能及制造工藝性能。

加強(qiáng)板；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；碰撞；強(qiáng)度

1 引言

隨著汽車保有量的增長，道路交通事故已成為世界性的一大社會問題，給人類的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重的災(zāi)難。汽車被動安全技術(shù)研究已成為當(dāng)今世界汽車科技研究的一大嚴(yán)峻課題?？v梁加強(qiáng)板具有有效吸收、衰減車輛碰撞時的沖擊能量，提高車型安碰性能及增加主梁的抗扭強(qiáng)度的特點，被廣泛應(yīng)用于車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。通過在縱梁內(nèi)腔增加加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)，可以在有限的車長內(nèi)盡量增加車內(nèi)空間，不僅可以增加載客載貨量及乘坐舒適性，而且可以使其造型得到更大的自由度，對微型客車及經(jīng)濟(jì)型轎車具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義。

本文針對某車型縱梁加強(qiáng)板存在的碰撞性能不佳，制造工藝性差等問題，通過對縱梁內(nèi)腔加強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、碰撞性能及制造工藝性能。通過這一實例，總結(jié)了縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)驗，為今后進(jìn)一步優(yōu)化車身零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和功能的設(shè)計提供一些借鑒和參考。

2 縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)特點及分析

2.1 縱梁加強(qiáng)板功能及結(jié)構(gòu)特點

為提高縱梁的碰撞吸能能力，及增加縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度，在縱梁內(nèi)腔增加加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)是一種常用的方法?？v梁加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)特點是：縱梁加強(qiáng)板通過點焊與縱梁側(cè)面連接，分別與縱梁和地板組成兩個封閉的腔體結(jié)構(gòu)。某車型的縱梁加強(qiáng)板設(shè)計為“U”型結(jié)構(gòu)，與縱梁側(cè)面無縫隙搭接，布置在前縱梁前端，如圖1所示：

圖1 縱梁加強(qiáng)板及周邊零件示意圖

2.2 縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)分析

通過對現(xiàn)在縱梁加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行CAE模擬分析，以及零件在制造過程中的驗證，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)存在以下缺點：

（1）涂裝工藝不佳：縱梁加強(qiáng)板與縱梁內(nèi)腔側(cè)面無縫隙搭接，與縱梁、地板形成一個封閉腔體，縱梁內(nèi)腔電場弱，且不利于涂裝液的進(jìn)入及氣體的排出，造成縱梁腔體的電泳漆膜厚度不達(dá)標(biāo)；

（2）焊接工藝不佳：加強(qiáng)板與縱梁的焊接邊為一條平直面，無焊點防錯標(biāo)識，不利于焊點位置和數(shù)量的控制，焊接工藝性不佳，進(jìn)而影響其碰撞性能；

（3）沖壓工藝不佳：加強(qiáng)板翻邊缺少凹凸筋特征，零件在沖壓過程中易回彈，不利于零件型面精度的控制，影響與縱梁側(cè)面的匹配；

（4）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不佳：縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)單一，無筋條、沉臺等加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱；

（5）碰撞性能不佳：縱梁加強(qiáng)板無吸能結(jié)構(gòu)，缺少引導(dǎo)縱梁“彈簧”式壓潰的結(jié)構(gòu)，吸能效果不佳，如圖2所示。

圖2 縱梁加強(qiáng)板吸能結(jié)構(gòu)對正碰的影響

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

為解決現(xiàn)有縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)存在的缺陷，在不影響周邊零件結(jié)構(gòu)的前提下，從以下兩個方面對縱梁加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：

（1）縱梁加強(qiáng)板U型中部增加沉臺加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，及增開“腰型”漏液孔，如圖 3所示，解決結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足和涂裝工藝不佳問題，及達(dá)到零件減重、降低成本的效果；

圖3 縱梁加強(qiáng)板及周邊零件截面

（2）縱梁加強(qiáng)板與縱梁焊接邊更改為“波浪”型，新增焊點防錯標(biāo)識，即有焊點處加強(qiáng)板與縱梁貼合，無焊點處加強(qiáng)板與大梁離空，如圖4所示。此結(jié)構(gòu)可以解決以下問題：

①解決焊接工藝不佳問題:凸筋結(jié)構(gòu)可以有效規(guī)范焊點的位置分布及數(shù)量，焊點按凹面布置，可以有效的解決焊點位置分布不均、多焊和漏焊的問題，提高制造工藝性；

②涂裝工藝差：凸筋特征有利于涂裝液進(jìn)入縱梁內(nèi)腔及氣體的排出，及提高大梁內(nèi)腔的電場，可以有效的提高縱梁內(nèi)腔的電泳漆膜厚度；

③沖壓工藝不佳：凹凸筋特征可以改善零件在沖壓過程中的回彈，加強(qiáng)板與縱梁的貼合面減少有利于提高與縱梁側(cè)面的匹配精度；

④碰撞性能不佳：凹凸筋特征有利于加強(qiáng)板在安全碰撞過程中壓潰變形，吸收碰撞動能，及有效的引導(dǎo)縱梁“彈簧”式壓潰，從而提高安碰性能。

圖4 縱梁加強(qiáng)板及周邊零件截面

4 縱梁加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化實踐結(jié)果

通過對縱梁加強(qiáng)板新結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及實車驗證，其效果如下：

（1）大梁腔體漆膜厚度大幅提升，由不足6μm提高至15μm；

（2）通過“波浪形”搭接邊，新增焊點防錯標(biāo)識，即有焊點處加強(qiáng)板與大梁貼合，無焊點處加強(qiáng)板與大梁離空，可以有效的控制焊點的位置和數(shù)量，解決焊點間距過近的問題，大大優(yōu)化焊接工藝，及保證其碰撞性能；

（3）零件的強(qiáng)度、剛度得到有效提升；

（4）改善零件的沖壓性能，提高零件與大梁的匹配進(jìn)度；

（5）有利于加強(qiáng)板在安全碰撞過程中壓潰變形，吸收碰撞動能，及有效的引導(dǎo)縱梁“彈簧”式壓潰，從而提高安碰性能；

（6）通過增開漏液孔，減少零件重量，降低成本。

5 小結(jié)

本文通過對目前縱梁加強(qiáng)板存在的一些結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行分析，并針對缺陷進(jìn)行對應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，最終達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)、制造工藝的目的。在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計過程中，要充分考慮零件的使用功能、邊界條件等因素，及結(jié)合在實際制造過程當(dāng)中出現(xiàn)的問題對其進(jìn)行優(yōu)化，這對產(chǎn)品質(zhì)量提升和優(yōu)化設(shè)計有著重要的意義。

[1] 黃天澤,黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[2] 張小虞.汽車工程手冊[M].北京:人民交通出版社,200l.

An optimization design about the reinforcing plate of carling

By analyzing the problem of poor crashworthiness and poor manufacturability on the reinforcing plate of carling, we invent a new structure to optimize the reinforcing plate of carling, which is improved structural strength, crashworthiness and manufacturability of the reinforcing plate of carling.

reinforcing plate; structure optimization; crashworthiness; strength

U463

A

1008-1151(2016)11-0036-02

2016-10-13

陸毅初（1985－），男，廣西南寧人，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，從事車體工程車架結(jié)構(gòu)設(shè)計與開發(fā)。