车身框架及碰撞力传递设计规范

汽车工程研究院设计技术规范

车身框架及碰撞力传递设计规范

20xx- xx - xx制订20 xx - xx - xx发布

汽车工程研究院

前言

车身框架就是俗称的“白车身”，它包含车身的骨架结构。为了提高轿车碰撞的被动安全性、减少车身的净质量、优化零件及改善工艺，车身结构一直向承载式的方向发展。本设计规范涵盖车身本体的静态评价指标、一般设计原则、碰撞力的传递等内容，旨在指导车身本体设计和开发工作，在今后的设计开发中不断修正和完善。

本规范由汽车工程研究院车身所负责起草；

本规范由汽车工程研究院项目处进行管理和解释；

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本规范的版本记录和版本号变动与修订记录

白车身框架及碰撞力传递的设计规范

1 适用范围

本规范规定了白车身框架及碰撞力传递设计及评价内容。

本范适用于M1类承载式车身的设计及布置。

2 .专业术语

车身框架就是俗称的“白车身”，他包含车身的骨架结构，车身本体主要零如图1所示。

图1

3. 白车身的静态评价指标

3．1、白车身是轿车的关键总成，结构必需具有足够的强度以保证其疲劳寿命，YH内部标准是中级轿车其白车身的弯曲刚度应不小4300N/mm。

3．2、白车身要有足够的刚度以保证其装配和使用要求，YH内部标准是中级轿车其白车身的扭转刚度应不小于480000 N·m/rad。

4、车身框架的基本设计原则

4．1、没有物理学上或理论力学上的“平面性”的承载结构，而是力直接作用于骨架构件的承载形式。

4．2、所有承载骨架构件必须互相连接，分布于整个车身范围，形成承载结构的网络，它们之间息息相关，一旦承载结构处受力，应通过承载结构的网络，将力迅速传递至整个车身。

4．3、在前、中、后立柱处要构成刚性节点，这种节点的体积或截面比其它部分要大一些。

4．4、采用粘贴的前风窗玻璃及后风窗玻璃，它们承受了抗扭刚度相当大的一部分，最大能达到25%。

4．5、对车身承载结构进行分析，尽量避免存在不会受力的非承载构件，即没有多余的不受力构件。

4．6、所有机组，如发动机、变速器及其他部件，必须尽量悬置于车身承载结构的几何节点处。

4．7、当考滤车身结构总刚度的所有因素时，所设计的承载结构既要取尽量大的构件截面，以便有足够的刚度，又要顾及车身不宜过重，而且车身承载结构上要有一个合理的力传递。

5、车体结构设计的过程：车身设计过程可以归结为图2所示的6个阶段，

图2

5．1

3所示。

图3

5．2根据现有车型的数据或者是参照车解析数据确定白车身典型截面位置和尺寸，如门槛、车顶横梁 、A-B-C 柱 、纵梁等部位。对这些截面要尽可能分析详细，具体的分析过程和要求见相应的规范。

图4

5．3对典型截面作特性分析

图5

特性分析的主要内容有：横截面（材料填充区）面积分析，惯性矩分析，惯性积分析等。

5．4、接点刚度分析，接点位置因车型而定，如下图所示

图6

接头结构设计得不合理必然导致整车刚性的下降，因此必须保证每个接头的刚度达到一定的参考数值。 通常是通过累积竞争车型，或相近车型的接头结构性能参数构成数据库而获得。接头必须按结构尺寸的一致性原则来截取。接头的结构要求相对详尽，有限元模型与实际模型较接近

Z

Y

图7接头结构CAD模型

图8接头结构CAE分析模型

评价指标：变形分析、应力分析、应变分析

5．4、以上分析达到目标值后，接下来就可作白车身的初步工程化设计，初步工程化设计完成数据

6、一些车型车身结构的介绍

6．1YH 一车型结构介绍

图9

上图所示为YH 一车型的白车身结构，序号1、2、3、4、5、6、7 的横梁贯穿了整个下车体，序号9的加强件与前、后地板中间鼓包形成了下车体的中间加强梁， 序号8、10、11构成了一个相对完整的左、右纵梁。顶上四根横梁是上左、右侧围的连接梁 ，在车的侧面则由A 、B 、C 、D 柱构成了主要受力结构，这些受力结构互相连接，分布于整个车身范围，形成承载结构的网络，它们之间息息相关，一旦承载结构处受力，应通过承载结构的网络，将力迅速传递至整个车身 。 6．2国内一公司承载式车身结构图

图10

1

2

3

4

5

6 7

11

8

9

10

该承载式车身结构与上面提到的车型结构大部分是相似的，只有尾部轿车和

MPV 的结构有所不同。 7、车身碰撞力的传递

7．1前、后碰撞吸能变形区，整车一般分为前碰吸能区、乘员区和后碰吸能区，如下图11所示。

图11

7、2正面碰撞的力传递如图12所示

图12

上传力路径是翼子板加强梁、前门加强件、A 立柱，中传力路径是前大梁、地板边梁、地板中间加强梁，下传力路径是发动机托架、地板加强梁

前碰吸能区

乘员区

后碰吸能区

上力传递路径

中力传递路径

下力传递路径

7．3正面碰撞能量的吸收如图13所示：

图13

前壁障（蜂窝铝）吸收35%的能量，前纵梁吸收28%的能量，发动机托架吸收22%的能量，下车体吸收5%的能量，侧围吸收3%的能量。

7．4侧面碰撞的力传递如图14所示：

图14

图14

侧碰的力首先作用于侧围，通过地板边梁传递到座椅加强梁、B柱加强横梁、后地板前加强梁，通过A柱力传递到前壁板下加强梁、风窗下横梁，通过B柱力传递到风窗上横梁、顶盖撑条。

7．5侧碰撞能量的吸收如图15示