一种电动汽车前纵梁变形引导机构的确定方法和装置与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车前纵梁变形引导机构的确定方法和装置。

背景技术：

能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

现有的小型电动车前纵梁多采用单纯的压溃筋或弱化孔来引导前纵梁的压溃变形。单纯的压溃筋或弱化孔虽然可以引导前纵梁的变形，但是在整车正面碰撞的复杂工况下不能有效阻止前纵梁发生弯折。由于压溃变形的能量吸收率远大于弯折变形，当发生正面碰撞时，需要前碰吸能结构能够最大程度地发生压溃变形。

基于造型和轻量化等方面的限制，目前的各种小型电动汽车难以设计出过长的前纵梁来吸收碰撞能量，因此需要设计合理的变形引导机构增强压溃吸能效果，实现最大的能量吸收率，并提高汽车安全性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车前纵梁变形引导机构的确定方法和装置，从而实现前纵梁合理压溃，并提高汽车安全性。

一种电动汽车前纵梁变形引导机构的确定方法，包括：

基于电动汽车的设计安全级别确定最大碰撞加速度，并确定前纵梁设计长度；

基于所述最大碰撞加速度和所述电动汽车的重量确定压溃时的最大轴向压缩力；

从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的一个变形引导机构及所述变形引导机构的设计参数，并在符合所述前纵梁设计长度的前纵梁上按照所述设计参数布置所述变形引导机构；或

从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及所述至少两个变形引导机构的各自设计参数，并在符合所述前纵梁设计长度的前纵梁上按照所述各自设计参数布置所述至少两个变形引导机构。

在一个实施方式中，所述多个变形引导机构包括变形引导槽，所述设计参数包括槽宽。

在一个实施方式中，所述多个变形引导机构包括变形引导棱角，所述设计参数包括棱角宽度。

在一个实施方式中，所述多个变形引导机构包括弱化孔，所述设计参数包括孔径。

在一个实施方式中，所述至少两个变形引导机构包括变形引导槽和变形引导棱角，所述变形引导槽的设计参数包括槽宽，所述变形引导棱角的设计参数包括棱角宽度，其中所述变形引导槽布置在所述前纵梁的前部，所述变形引导棱角布置在所述前纵梁的后部。

在一个实施方式中，该方法预先包括：

在刚性墙之间布置符合所述前纵梁设计长度的薄壁梁；

针对每个变形引导机构，在薄壁梁上设置具有不同设计参数的变形引导机构，分别执行所述薄壁梁的压缩变形仿真，获取每个变形引导机构的轴向压缩力曲线，所述轴向压缩力曲线包含轴向压缩力与设计参数的对应关系；

所述从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的一个变形引导机构及所述变形引导机构的设计参数包括：基于所述多个变形引导机构的多个轴向压缩力曲线，选择符合所述最大轴向压缩力的一个变形引导机构，并确定对应于所述最大轴向压缩力的设计参数；或

所述从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及所述至少两个变形引导机构的各自设计参数包括：

基于所述多个变形引导机构的多个轴向压缩力曲线，选择组合轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构，并确定每个变形引导机构对应于各自轴向压缩力的各自设计参数。

一种电动汽车前纵梁变形引导机构的确定装置，包括：

参数确定模块，用于基于电动汽车的设计安全级别确定最大碰撞加速度，并确定前纵梁设计长度；

轴向压缩力确定模块，用于基于所述最大碰撞加速度和所述电动汽车的重量确定压溃时的最大轴向压缩力；

变形引导机构确定模块，用于从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的一个变形引导机构及所述变形引导机构的设计参数，并在符合所述前纵梁设计长度的前纵梁上按照所述设计参数布置所述变形引导机构；或，用于从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合所述最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及所述至少两个变形引导机构的各自设计参数，并在符合所述前纵梁设计长度的前纵梁上按照所述各自设计参数布置所述至少两个变形引导机构。

在一个实施方式中，所述多个变形引导机构包括变形引导槽，所述设计参数包括槽宽。

在一个实施方式中，所述多个变形引导机构包括变形引导棱角，所述设计参数包括棱角宽度。

在一个实施方式中，所述至少两个变形引导机构包括变形引导槽和变形引导棱角，所述变形引导槽的设计参数包括槽宽，所述变形引导棱角的设计参数包括棱角宽度，其中所述变形引导槽布置在所述前纵梁的前部，所述变形引导棱角布置在所述前纵梁的后部。

从上述技术方案可以看出，本发明实施方式包括：基于电动汽车的设计安全级别确定最大碰撞加速度，并确定前纵梁设计长度；基于最大碰撞加速度和电动汽车的重量确定压溃时的最大轴向压缩力；从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合最大轴向压缩力的一个变形引导机构及变形引导机构的设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照设计参数布置变形引导机构；或，从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及至少两个变形引导机构的各自设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照各自设计参数布置至少两个变形引导机构。由此可见，本发明实施方式基于前纵梁设计长度和设计安全级别确定压溃变形引导机构，可以增强压溃吸能效果，提高汽车安全性。

另外，本发明实施方式避免了在整车碰撞计算时由于前纵梁变形不合理而导致的繁杂局部优化工作。

还有，本发明实施方式提出的前弱后强前纵梁变形引导机构，梁前段易与变形，而且梁前段开始压溃时后端还可以承受较大的轴向载荷，不易于因为外界影响发生弯折变形。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明电动汽车前纵梁变形引导机构的确定方法的流程图。

图2为本发明变形引导槽的示范性结构图。

图3为本发明变形引导棱角的示范性结构图。

图4为本发明弱化孔的示范性结构图。

图5为本发明前弱后强的前纵梁变形引导机构的示范性结构图。

图6为本发明薄壁梁压缩变形仿真示意图。

图7为本发明引导槽的轴向压缩力与宽度的示范曲线图。

图8为本发明薄壁梁在不同变形引导机构下的轴向压溃力曲线。

图9为本发明电动汽车前纵梁变形引导机构的确定装置的结构图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

车架是汽车中最重要的承载部件，而车架纵梁又是其中的关键零件之一，纵梁在汽车上起到重要的承载作用，汽车的边梁式车架、中梁式车架等均含有纵梁。前纵梁相当于车的骨架，由两根位于两边的纵梁组合而成，纵梁多用低合金钢板冲压成，断面为槽形或工字形，车辆的纵梁前方属于吸能区，一旦发生碰撞就可能产生溃缩。

在本发明实施方式中，基于既定的前纵梁压溃长度、预期的正碰时整车加速度以及已知的整车满载重量，确定预期的纵梁压溃时的轴向力，并基于该轴向力确定合适的变形引导机构及其参数。

图1为本发明电动汽车前纵梁变形引导机构的确定方法的流程图。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：基于电动汽车的设计安全级别确定最大碰撞加速度，并确定前纵梁设计长度。

对于不同的安全等级(比如五星、四星、三星等)，电动汽车具有相应的碰撞加速度要求。比如，五星安全等级对应的加速度值不超过40G；四星安全等级对应的加速度值不超过50G。

在这里，对于已经确定安全等级的电动汽车，可以认为其加速度等级作为前期要求是已知的。另，基于电动汽车的造型和布置等需求，前纵梁的设计长度也是确定的。

步骤102：基于最大碰撞加速度和电动汽车的重量确定压溃时的最大轴向压缩力。

电动汽车的重量也是已知的参数。在这里，基于公式F＝M*a，可以计算出由最大碰撞加速度(a)和电动汽车重量(M)所共同确定的压溃时最大轴向压缩力(F)。

步骤103：从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合最大轴向压缩力的一个变形引导机构及变形引导机构的设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照设计参数布置变形引导机构；或，从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及至少两个变形引导机构的各自设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照各自设计参数布置至少两个变形引导机构。

在这里，可以预先对多种变形引导机构分别进行标定，以得到每个变形引导机构的设计参数与轴向力的变化曲线。最后，根据等同于步骤102中最大轴向压缩力的原则，从这些曲线中直接选择用哪一个变形引导机构及该变形引导机构的具体设计参数，或哪些变形引导机构的组合及这些变形引导机构的各自具体的设计参数。

在一个实施方式中，该方法预先包括：

在刚性墙之间布置符合前纵梁设计长度的薄壁梁；针对每个变形引导机构，在薄壁梁上设置具有不同设计参数的变形引导机构，分别执行薄壁梁的压缩变形仿真，获取每个变形引导机构的轴向压缩力曲线，其中轴向压缩力曲线包含轴向压缩力与设计参数的对应关系。

步骤103中从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合最大轴向压缩力的一个变形引导机构及变形引导机构的设计参数包括：基于多个变形引导机构的多个轴向压缩力曲线，选择符合最大轴向压缩力的一个变形引导机构，并确定对应于最大轴向压缩力的设计参数。

在这里，基于多个变形引导机构的多个轴向压缩力曲线选择一个变形引导机构，该变形引导机构的轴向力区间包含最大轴向压缩力。而且，确定出当变形引导机构的轴向力等于最大轴向压缩力时的设计参数。

步骤103中从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及至少两个变形引导机构的各自设计参数包括：基于多个变形引导机构的多个轴向压缩力曲线，选择组合轴向压缩力符合最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构，并确定每个变形引导机构对应于各自轴向压缩力的各自设计参数。

在这里，基于多个变形引导机构的多个轴向压缩力曲线选择至少两个变形引导机构，其中每个变形引导机构的轴向力区间都包含最大轴向压缩力。而且，分别确定出每个变形引导机构的轴向力等于最大轴向压缩力时的设计参数，以作为该变形引导机构的设计参数。

可见，本发明实施方式通过与仿真软件的配合使用可以较为精准的设计出用于压溃吸能的前纵梁，从而可以增强压溃吸能效果，提高汽车安全性，为整车碰撞通过正面碰撞法规打下结构基础。

在一个实施方式中，多个变形引导机构包括变形引导槽，变形引导槽的设计参数包括槽宽。

在一个实施方式中，多个变形引导机构包括变形引导棱角，变形引导棱角的设计参数包括棱角宽度。

在一个实施方式中，多个变形引导机构包括弱化孔，弱化孔的设计参数包括孔径。

基于成本和工艺可实现角度考虑，示范性地列举几种常用的压溃变形引导机构。

(1)、变形引导槽

图2为本发明变形引导槽的示范性结构图。

变形引导槽的宽度和形状对于梁的承载能力影响不大，根据经验可知，引导槽对于薄壁梁的引导变形能力最强。在图2中，b表示薄壁梁的宽度尺寸，δb表示变形引导槽的深度；

(2)、变形引导棱角

图3为本发明变形引导棱角的示范性结构图。

变形引导棱角对于梁的承载能力影响不大，薄壁梁上布置适当数量的引导棱角却可以有效的破坏薄壁方梁的“V”型面，大大增强其压溃变形能力。在图3中，δn表示引导棱角V型面宽度，b表示薄壁梁的宽度尺寸；

(3)、弱化孔

图4为本发明弱化孔的示范性结构图。弱化孔工艺可实现性较强，其实质为在梁表面设置人为的缺陷引导梁的变形，其引导能力大小直接与孔径大小有关。在图4中，ф表示孔径，b表示薄壁梁的宽度尺寸。

以上详细描述了一些具体的压溃变形引导机构。本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明的保护范围。

在一个实施方式中，步骤103中至少两个变形引导机构包括变形引导槽和变形引导棱角，变形引导槽的设计参数包括槽宽，变形引导棱角的设计参数包括棱角宽度，其中变形引导槽布置在前纵梁的前部，变形引导棱角布置在前纵梁的后部。此结构既可以使梁前段易与变形，并且梁前段开始压溃时后端还可以承受较大的轴向载荷，且不易于因为外界影响发生弯折变形。

图5为本发明前弱后强的前纵梁变形引导机构的示范性结构图。图5所示结构既可以使梁前段易与变形，并且梁前段开始压溃时后端还可以承受较大的轴向载荷，且不易于因为外界影响发生弯折变形。

可见，通过在在薄壁梁上设置不同宽度或者直径的变形引导机构，根据计算结果即可得到不同类型梁开始压溃时的轴向载荷，依次类推，不同级压溃时的压溃力即可通过设置不同的引导槽或引导菱角的宽度来实现。此外，通过不同变形引导机构的配合使用，可以将纵梁人为的处理为“前弱后强”的结构。

图6为本发明薄壁梁压缩变形仿真示意图。

在图6中，采用仿真计算软件LS-DTNA中进行薄壁梁的压缩变形仿真。如图6所示，在刚性墙之间布置符合前纵梁设计长度的薄壁梁。针对每个变形引导机构，在薄壁梁上设置具有不同设计参数的变形引导机构，分别执行薄壁梁的压缩变形仿真，获取每个变形引导机构的轴向压缩力曲线，其中轴向压缩力曲线包含轴向压缩力与设计参数的对应关系。

在薄壁梁上设置不同宽度或者直径的变形引导机构，根据就算结果即可得到薄壁梁在不同变形引导机构下的轴向压溃力曲线。通过统计不同尺寸的变形引导机构所对应的压溃力大小可以得到：(1).变形引导槽:宽度-轴向力曲线；(2).引导棱角：宽度-轴向力曲线；(3).弱化孔：孔径-轴向力曲线。

图7为本发明引导槽的轴向压缩力与宽度的示范曲线图。图8为本发明薄壁梁在不同变形引导机构下的轴向压溃力曲线。

本发明实施方式可以在压溃变形引导机构的宽度选择时更为快捷，避免在整车碰撞计算时由于前纵梁变形的不合理而进行繁杂的局部优化工作。整车工况下的防撞梁优化计算每轮计算通常需要耗费大量时间且建模工作量较大，应用本发明之后，更加直观且快捷。

本发明实施方式还提出了一种电动汽车前纵梁变形引导机构的确定装置。

图9为本发明电动汽车前纵梁变形引导机构的确定装置的结构图。

如图9所示，该确定装置900包括：

参数确定模块901，用于基于电动汽车的设计安全级别确定最大碰撞加速度，并确定前纵梁设计长度；

轴向压缩力确定模块902，用于基于最大碰撞加速度和所述电动汽车的重量确定压溃时的最大轴向压缩力；

变形引导机构确定模块903，用于从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合最大轴向压缩力的一个变形引导机构及变形引导机构的设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照设计参数布置变形引导机构；或，用于从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及至少两个变形引导机构的各自设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照各自设计参数布置至少两个变形引导机构。

在一个实施方式中，多个变形引导机构包括变形引导槽，变形引导槽的设计参数包括槽宽。在一个实施方式中，多个变形引导机构包括变形引导棱角，变形引导棱角的设计参数包括棱角宽度。在一个实施方式中，多个变形引导机构包括弱化孔，弱化孔的设计参数包括孔径。

在一个实施方式中，至少两个变形引导机构包括变形引导槽和变形引导棱角，所述变形引导槽的设计参数包括槽宽，变形引导棱角的设计参数包括棱角宽度，其中变形引导槽布置在前纵梁的前部，变形引导棱角布置在前纵梁的后部。

综上所述，本发明实施方式包括：基于电动汽车的设计安全级别确定最大碰撞加速度，并确定前纵梁设计长度；基于最大碰撞加速度和电动汽车的重量确定压溃时的最大轴向压缩力；从多个变形引导机构中确定轴向压缩力符合最大轴向压缩力的一个变形引导机构及变形引导机构的设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照设计参数布置变形引导机构；或，从多个变形引导机构中确定组合轴向压缩力符合最大轴向压缩力的至少两个变形引导机构及至少两个变形引导机构的各自设计参数，并在符合前纵梁设计长度的前纵梁上按照各自设计参数布置至少两个变形引导机构。由此可见，本发明实施方式基于前纵梁设计长度和设计安全级别确定压溃变形引导机构，可以增强压溃吸能效果，提高汽车安全性。

另外，本发明实施方式避免了在整车碰撞计算时由于前纵梁变形不合理而导致的繁杂局部优化工作。

还有，本发明实施方式提出的前弱后强前纵梁变形引导机构，梁前段易与变形，而且梁前段开始压溃时后端还可以承受较大的轴向载荷，不易于因为外界影响发生弯折变形。

在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。