一種縱梁加強板結構優化

陸毅初（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

一種縱梁加強板結構優化

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板存在的碰撞性能不佳，制造工藝性差等問題進行分析，并對縱梁內腔加強板結構進行優化，從而提高縱梁加強板結構強度、碰撞性能及制造工藝性能。

加強板；結構優化；碰撞；強度

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安全帶來了嚴重的災難。汽車被動安全技術研究已成為當今世界汽車科技研究的一大嚴峻課題。縱梁加強板具有有效吸收、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度的特點，被廣泛應用于車身的結構設計中。通過在縱梁內腔增加加強板結構，可以在有限的車長內盡量增加車內空間，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，對微型客車及經濟型轎車具有重大的理論意義和現實意義。

本文針對某車型縱梁加強板存在的碰撞性能不佳，制造工藝性差等問題，通過對縱梁內腔加強結構進行優化，從而提高縱梁加強板結構強度、碰撞性能及制造工藝性能。通過這一實例，總結了縱梁加強板結構的設計經驗，為今后進一步優化車身零件結構強度和功能的設計提供一些借鑒和參考。

2 縱梁加強板結構特點及分析

2.1 縱梁加強板功能及結構特點

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

圖1 縱梁加強板及周邊零件示意圖

2.2 縱梁加強板結構分析

通過對現在縱梁加強板的結構特點進行CAE模擬分析，以及零件在制造過程中的驗證，發現該結構存在以下缺點：

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

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

（3）沖壓工藝不佳：加強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，影響與縱梁側面的匹配；

（4）結構強度不佳：縱梁加強板結構單一，無筋條、沉臺等加強結構，結構強度弱；

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

圖2 縱梁加強板吸能結構對正碰的影響

3 結構優化措施

為解決現有縱梁加強板結構存在的缺陷，在不影響周邊零件結構的前提下，從以下兩個方面對縱梁加強板的結構進行優化：

（1）縱梁加強板U型中部增加沉臺加強結構，及增開“腰型”漏液孔，如圖 3所示，解決結構強度不足和涂裝工藝不佳問題，及達到零件減重、降低成本的效果；

圖3 縱梁加強板及周邊零件截面

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

①解決焊接工藝不佳問題:凸筋結構可以有效規范焊點的位置分布及數量，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入縱梁內腔及氣體的排出，及提高大梁內腔的電場，可以有效的提高縱梁內腔的電泳漆膜厚度；

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，加強板與縱梁的貼合面減少有利于提高與縱梁側面的匹配精度；

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

圖4 縱梁加強板及周邊零件截面

4 縱梁加強板結構優化實踐結果

通過對縱梁加強板新結構進行分析及實車驗證，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，新增焊點防錯標識，即有焊點處加強板與大梁貼合，無焊點處加強板與大梁離空，可以有效的控制焊點的位置和數量，解決焊點間距過近的問題，大大優化焊接工藝，及保證其碰撞性能；

（3）零件的強度、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度；

（5）有利于加強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

本文通過對目前縱梁加強板存在的一些結構缺陷進行分析，并針對缺陷進行對應的結構改進，最終達到優化結構、制造工藝的目的。在車身結構開發設計過程中，要充分考慮零件的使用功能、邊界條件等因素，及結合在實際制造過程當中出現的問題對其進行優化，這對產品質量提升和優化設計有著重要的意義。

[1] 黃天澤,黃金陵.汽車車身結構與設計[M].北京:機械工業出版社,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構設計與開發。