本发明涉及汽车安全领域，特别是用于减少汽车前围板侵入量的结构设计领域。
背景技术
前围板是指发动机舱与车厢之间的隔板，它和地板、前立柱联接，安装在前围上盖板之下。前围板上有许多孔口，作为操纵用的拉线、拉杆、管路和电线束通过之用，还要配合踏板、方问机柱等机件安装位置。
车辆前部碰撞是现交通事故的主要形式之一，在交通事故中乘员受伤害比率较大。各国均把汽车的前部碰撞性能作为汽车安全性能评价指标之一。而在前部碰撞过程中，前机舱能否有效吸收及传递碰撞能量显得尤为关键。若传递到前围板上的碰撞能量过大，则会直接导致车内乘员的人身伤害。
传统的控制前围板侵入量的设计通常考虑依靠汽车纵梁的结构传递和吸收能量。例如申请号为201410648464.5的发明专利，通过在纵梁内部设置纵梁加强板，并且纵梁加强板和悬置加强板形成一个整体，将纵梁结构缺陷处焊接到一起，提高纵梁的抗弯能力，使得纵梁的结构缺陷处不再提前变形，能够很好地向后传递，提升了正面碰撞性能。
还有一些控制前围板侵入量的设计是从前围板周围进行横梁加固抵挡对前围板的冲击考虑。例如申请号为201320508228.2及其同日发明专利申请201310363564.7，公开了一种前纵梁后部加强结构，通过第一横梁连接在左右纵梁的根部之间，第二横梁连接在同侧的前纵梁根部与a柱之间，使得有效抵抗和分散碰撞力，减少前围板侵入量。
还有一些控制前围板侵入量的设计是从纵梁的kickdown区域进行形变和加固以减轻对前围板的冲击。例如申请号为201621481857.0，公开了在kickdown区域和前纵梁的前吸能区进行搭接加固并在kickdown区设置预变形凹筋，从而控制车辆前段和前纵梁上跳，同时控制前纵梁与壁障垂直角度接触，吸能充分。
上述各种设计均或多或少地对减少前围板入侵量有一定效果，但各自仅从相对独立的角度进行考虑，未能从影响前围板入侵量的综合角度考虑，因此未形成系统设计。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种减少前围板侵入量的系统结构，用于从系统设计角度充分考虑各方面因素，使得前围板侵入量能够得到合理控制。
为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种减少前围板侵入量的系统结构，包括前减震器塔支撑结构、前围板与a柱支撑结构、前围板横梁结构以及kickdown支撑结构；
所述前减震器塔支撑结构位于前减震器塔与前纵梁位置对应处，且同时贴合固定于前纵梁和前减震器塔上；
所述前围板与a柱支撑结构固定于前围板后方，且靠近a柱一侧与a柱固定连接，另一侧固定于前纵梁的根部位置并完全覆盖前纵梁根部的横截面；
所述前围板横梁结构在靠近前纵梁根部的一侧与前纵梁根部固定，并贯穿前纵梁根部搭接于前纵梁的外板上；
所述kickdown支撑结构设置于kickdown纵梁与前地板下方之间的腔体内，且kickdown支撑结构跨接于kickdown纵梁上的折弯区域的上方，并与kickdown纵梁上的折弯区域之间形成空腔。
进一步的，在本发明中，所述前减震器塔支撑结构与前纵梁搭接的位置处，在前纵梁宽度方向搭接的宽度大于等于前纵梁一半宽度、在前纵梁长度方向搭接的长度≥120mm；所述前减震器塔支撑结构与前减震器塔搭接的位置处，在前减震器塔高度方向搭接的高度大于等于前减震器塔一半的高度。
进一步的，在本发明中，所述前减震器塔支撑结构在车身左右方向的截面形状为“⊿”型。
进一步的，在本发明中，所述前减震器塔支撑结构为钣金件，且料厚为1.2mm以上，材料屈服强度为280mpa以上。
进一步的，在本发明中，所述前围板与a柱支撑结构包括第一区域、第二区域以及第三区域，其中第一区域与a柱搭接，第二区域与前纵梁根部搭接，第三区域与第一区域、第二区域平滑过渡连接；其中第一区域的水平中心线与第二区域的水平中心线之间的高度差≤80mm。
进一步的，在本发明中，所述前纵梁根部位置处，在车身长度方向上，所述前围板与a柱支撑结构的截面完全覆盖前围板横梁结构的截面。
进一步的，在本发明中，在车身从后向前的方向上，所述第二区域与第三区域之间的夹角在水平面内略大于180°。
进一步的，在本发明中，所述前围板横梁结构与前纵梁根部搭接的位置处，搭接的高度≥60mm。
进一步的，在本发明中，所述前围板横梁结构在车身长度方向上的截面长度≥20mm。
进一步的，在本发明中，所述kickdown支撑结构包括底面和侧面，所述底面与kickdown纵梁的底面对应设置，所述侧面设置于底面的边缘且与kickdown纵梁的内外板适配，所述底面包括参照车身从前往后的顺序依次连接的第一底面、第二底面和第三底面，其中第一底面与第三底面与kickdown纵梁的底面固定，第二底面跨接在kickdown纵梁的折弯区的上方。
进一步的，在本发明中，所述第一底面和第三底面上设置有沉台，所述沉台深度≥5mm；所述第一底面与第三底面均通过沉台处与kickdown纵梁的底面固连。
进一步的，在本发明中，所述第二底面上设置有至少一条凸出第二底面上表面5mm以上的长条形肋条，所述肋条一端靠近第一底面、另一端靠近第三底面。
进一步的，在本发明中，所述第二底面的长度≥200mm。
本发明还公开了一种汽车，包括上述减少前围板侵入量的系统结构。
有益效果：
由以上技术方案可知，本发明提供了一种减少前围板侵入量的系统结构和汽车，该系统结构从与前围板相关的4个方面进行设计，包括前减震器塔支撑结构、前围板与a柱支撑结构、前围板横梁结构以及kickdown支撑结构。
其中，前减震器塔支撑结构在前纵梁的与前减震器塔对应的位置，能够加固该位置的前纵梁，防止在正面冲击时前纵梁根部发生外撇上翘现象，同时减少前纵梁后部的折弯量，进而达到减少前围板侵入量的效果。
前围板与a柱支撑结构、前围板横梁结构均与前纵梁的根部固定，并且前围板与a柱支撑结构覆盖前纵梁根部的横截面，前围板横梁结构贯穿前纵梁根部，前围板与a柱支撑结构、前围板横梁结构相互搭接形成整体，因此前围板与a柱支撑结构、前围板横梁结构共同对前纵梁的根部进行加固以阻挡正面冲击。
kickdown支撑结构采用悬空设计，将前纵梁后方的kickdown纵梁进行加固抗弯，从前纵梁的后方对其进行有效支撑。
本发明同时从部件的强度角度，根据冲击力方向，综合冲击吸收和抑制前围板入侵，给出了上述各个部件的不同强度和厚度的设计要求，实现了前方部件溃败吸能、后方部件抵抗入侵的工作形式，为舱内安全提供支持。
因此，本发明为围绕减少前围板侵入量的系统结构，产生了抑制前纵梁根部上翘和外撇、增加前纵梁根部阻挡能力、增加kickdown纵梁抗弯能力等3个方面有益效果，提供了减少前围板侵入的完整设计思路和方案，方便设计人员进行数据检查，避免设计上的遗漏；同时又能极大地减少前围板侵入，增加车辆在前部碰撞中的安全性。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中前减震器塔支撑结构的示意图；
图3为本发明中前减震器塔支撑结构的侧视图；
图4为本发明中前纵梁根部变形方向示意图；
图5为本发明中从前围板后侧方向前看的结构示意图；
图6为本发明中围板与a柱支撑结构处的示意图；
图7为图5去除前围板的结构示意图；
图8为前围板与a柱支撑结构的侧视图；
图9为前围板与a柱支撑结构的正视图；
图10为从前围板前方侧方向后看的结构示意图；
图11为前围板横梁结构的结构示意图；
图12为kickdown纵梁的结构示意图；
图13为kickdown纵梁的结构示意图；
图14为kickdown纵梁的俯视图；
图15为kickdown支撑结构的俯视图；
图16为kickdown支撑结构的侧视图；
图17为前纵梁根部的受力与折弯示意图；
图18为前纵梁根部及kickdown纵梁处的受力与折弯示意图。
图中，各附图标记的含义如下：
前围板1、前减震器塔支撑结构2、翻边2-1、前减震器塔3、前纵梁4、前围板横梁结构5、左右前减震器塔连接结构6、a柱7、前围板与a柱支撑结构8、kickdown纵梁9、kickdown支撑结构10、焊接点11、前纵梁外板12。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
如图1和图5所示的一种减少前围板1侵入量的系统结构，包括前减震器塔支撑结构2、前围板与a柱支撑结构8、前围板横梁结构5以及kickdown支撑结构10。上述4个结构处的设计均围绕前纵梁4的根部位置，起到减少折弯以及前围板1侵入的技术效果。
具体的，如图1方向所示，所述前减震器塔支撑结构2为新增加的结构，其位于前减震器塔3与前纵梁4位置对应处，且同时贴合固定于前纵梁4和前减震器塔3上。
上述前减震器塔支撑结构2主要用来抑制纵梁根部上翘量及外撇量。如图4所示，前纵梁4其前后不在一条直线上，存在一个角度α’，所以会导致前纵梁4本身在碰撞过程中存在外撇现象，如图5中斜向前减震器塔3一侧的箭头。另外，这种不在一条直线上的设计其目的是为了前纵梁4折弯，如图4中弯曲幅度较大的箭头，通过前纵梁4折弯吸收部分碰撞能量。但由于设计过程中的折弯变形量不好控制，所以需要增加一个控制变量。因而前减震器塔支撑结构2，可以有效减少这种前纵梁4的折弯量，进而进一步减少前围板1的变形量，进而有效提高车内前排乘员的安全性。
进一步的，在某些优选的实施例中，如图2-3所示，所述前减震器塔支撑结构2与前纵梁4搭接的位置处，在前纵梁4宽度方向搭接的宽度b大于等于前纵梁4一半宽度、在前纵梁4长度方向搭接的长度l≥120mm；所述前减震器塔3支撑结构2与前减震器塔3搭接的位置处，在前减震器塔3高度方向搭接的高度h大于等于前减震器塔3一半的高度。
进一步的，在某些优选的实施例中，综合考虑加固效果和占用空间，所述前减震器塔支撑结构2在车身左右方向的截面形状为“⊿”型。两个直角边对应的侧面中，其中一个侧面与前减震器塔搭接、另一个侧面与前纵梁上表面搭接，其中与前减震器塔搭接量较大。如此能够尽量多地加强前纵梁，能够利用前减震器塔对前纵梁进行支撑以抑制纵梁根部上翘量及外撇量。当然，加固效果足够的情况下，截面形状可选其他形状，如□形，但这种形状所占发动机舱的空间较大，不利于紧凑布置。
进一步的，在某些优选的实施例中，所述前减震器塔支撑结构2为钣金件，且料厚为1.2mm以上，材料屈服强度为280mpa以上。
通过上述前减震器塔3支撑结构2尺寸3个方向的限定，使得前减震器塔支撑结构2与前纵梁4、前减震器塔3之间的接触足够多，并且设定前减震器塔支撑结构2的截面形状，使得前减震器塔支撑结构2在前纵梁4的根部位置能够依靠前减震器塔3获得来自外侧上方方向的支撑，并且结合图1所示，由于左右两侧的前减震器塔3之间设置有左右前减震器塔连接结构6，因此，来自左右两侧的共同作用，前纵梁4不易发生向任意一侧的外撇和上翘。同时，前减震器塔支撑结构2在前纵梁4根部固连，能够有效控制前纵梁4根部处的折弯。
进一步的，在本发明的具体实施例中，如图2和图3所示，前减震器塔支撑结构2的边缘位置设置有一圈翻边2-1，通过翻边2-1将前减震器塔支撑结构2与前纵梁4、前减震器塔3的表面贴合接触并固定连接。固定连接的方式包括但不限于电焊、激光焊。
如图5所示，所述前围板与a柱支撑结构8固定于前围板1后方，如图6至7所示，前围板与a柱支撑结构8中靠近a柱7一侧与a柱7固定连接，另一侧固定于前纵梁4的根部位置并完全覆盖前纵梁4根部的横截面。
进一步结合图7和图10，所述前围板横梁结构5在靠近前纵梁4根部的一侧与前纵梁4根部固定，并贯穿前纵梁4根部搭接于前纵梁4的外板12上。
上述前围板1与a柱支撑结构8、前围板横梁结构5的设计，使得前围板与a柱支撑结构8与前围板横梁结构5在前纵梁4的根部位置重合，区别于传统的前围板与a柱支撑结构8仅与a柱7以及前围板1固连、并未固定到前纵梁4与前围板横梁结构5上的设计。因此，本发明的具体实施例中的前围板与a柱7支撑结构、前围板横梁结构5能够共同对前纵梁4根部位置形成强有力的支撑，这种支撑在车身左右方向包括从a柱7至前纵梁4至前围板横梁结构5，因此，将车身左右方向的所有横向支撑加以相互连接，并且在前纵梁4根部处与前纵梁4固定，极大地增加了前纵梁4根部阻挡能力。
进一步的，如图9所示，在某些优选的实施例中，所述前围板与a柱支撑结构8包括第一区域、第二区域以及第三区域，其中第一区域与a柱搭接用于将力传递到a柱，第二区域与前纵梁4根部搭接，使得前围板与a柱支撑结构8、前围板横梁结构5在前纵梁4根部重叠加固，减少前围板1的向后变形量，第三区域与第一区域、第二区域平滑过渡连接；进一步的，考虑到提供尽量多的a柱区域的布线空间，需要将第一区域和第二区域的水平中心线高度错开，如图所示，第一区域的水平中心线略高于第二区域的水平中心线，在本实施例中，第一区域的水平中心线与第二区域的水平中心线之间的高度差h'≤80mm。上述高度差不能过大，否则容易导致前围板与a柱支撑结构8扭曲严重，抑制前围板1向后变形量的效果小。
进一步的，在某些优选的实施例中，所述前纵梁根部位置处，在车身长度方向上，所述前围板与a柱支撑结构8的截面完全覆盖前围板横梁结构5的截面。在后的前围板与a柱支撑结构8充分覆盖在前的前围板横梁结构5，使得越往后部支撑强度越大，前围板1向后变形量得以控制；并且上述强度逐渐增强的分布，使得变形从前向后传递，传递过程吸收冲击能量且变形越来越困难，确保了乘客安全。
进一步的，在某些优选的实施例中，如图8所示，在车身从后向前的方向上，所述第二区域与第三区域之间的夹角在水平面内略大于180°，即图中的α。第二区域与第三区域交界恰好在前纵梁4根部位置，因此第二区域与第三区域在车身前后方向上的投影在此处区域有部分重叠，即此处的前围板与a柱支撑结构8在前后方向上的截面尺寸较大，能够增加前围板与a柱支撑结构8的强度。
进一步的，由于前纵梁4的根部受力最大，因此，为了加强此处的抵挡效果，需保证前围板横梁结构5与前纵梁4根部的搭接位置的搭接高度。如图11所示，在某些优选的实施例中，所述前围板横梁结构5与前纵梁4根部搭接的位置处，搭接的高度h″≥60mm。
进一步的，同样由于前纵梁4的根部受力最大，因此，为了加强此处的抵挡效果，需保证前围板横梁结构5有足够的抗弯效果。如图11所示，在某些优选的实施例中，所述前围板横梁结构5在车身长度方向上的截面长度b″≥20mm。
进一步的，在某些优选的实施例中，所述所述前围板与a柱支撑结构8、前围板横梁结构5均为钣金件，且料厚为1.2mm以上，材料屈服强度为340mpa以上的高强度钢，实现强度高、料厚薄的设计要求。
结合图5、图7、图12所示，所述kickdown支撑结构10设置于kickdown纵梁9与前地板下方之间的腔体内，且kickdown支撑结构10跨接于kickdown纵梁9上的折弯区域的上方，并与kickdown纵梁9上的折弯区域之间形成空腔。
通过空腔结构，对kickdown纵梁9上的折弯区域上方进行了加固，使得kickdown纵梁9发生折弯趋势时，由于kickdown支撑结构10的存在产生抵抗折弯的效果，从而kickdown纵梁9无法发生折弯，增加kick-down纵梁的抗弯能力，进而达到减少前围板1侵入量的效果。
进一步的，如图12和图13所示，在某些优选的实施例中，所述kickdown支撑结构10包括底面和侧面，所述底面与kickdown纵梁9的底面对应设置，所述侧面设置于底面的边缘且与kickdown纵梁9的内外板适配，并通过侧面与kickdown纵梁9的内外板固连，连接方式包括但不限于点焊、激光焊。所述底面包括参照车身从前往后的顺序依次连接的第一底面、第二底面和第三底面，其中第一底面与第三底面与kickdown纵梁9的底面固定，第二底面跨接在kickdown纵梁9的折弯区的上方。kickdown支撑结构10通过第一底面与第三底面形成对第二底面的支撑，同时配合侧面的固定，使得第二底面能够抵抗kickdown纵梁9的折弯。
进一步的，如图14所示，在某些优选的实施例中，所述第一底面和第三底面上设置有沉台，所述沉台深度≥5mm；所述第一底面与第三底面均通过沉台处与kickdown纵梁9的底面固连。沉台使得第二底面与kickdown纵梁9的底面之间形成腔体，腔体相比于片体具有更好的抗弯能力。并且通过沉台与kickdown纵梁9固连，固连方式包括但不限于焊接，这样获得了更强的抗弯能力。
进一步的，在某些优选的实施例中，所述第二底面上设置有至少一条凸出第二底面上表面5mm以上的长条形肋条，所述肋条一端靠近第一底面、另一端靠近第三底面。肋条上述设置方向恰好能够与抵抗折弯的方向一致，因而能够加强第二底面抗折弯的能力，有效防止kickdown纵梁9发生折弯现象。
进一步的，第二底面的长度直接影响所形成的腔体的长度，由于腔体越短则抗折弯能力越弱，因此为了保证一定的抗折弯能力，在某些优选的实施例中，所述第二底面的长度l'≥200mm。
进一步的，由于kickdown支撑结构10位于前纵梁4的后部，而前纵梁4的后部与前纵梁4的前部具有一定的高度差，因此，要求kickdown支撑结构10具有相比于其他部件更强的强度，在某些优选的实施例中，所述kickdown支撑结构10为钣金件，且料厚为1.5mm以上，材料屈服强度为420mpa以上。
上述各个实施例中的焊接点11参见附图1、6、12～15等。
进一步的，本发明的具体实施例还公开了一种汽车，包括上述减少前围板1侵入量的系统结构。采用具有上述四个结构的设计的汽车，如图17和18所示，在受到汽车前部的冲击力的时候，冲击力传递到前纵梁4的根部位置时，前减震器塔支撑结构2的存在明显减少了根部位置处的外撇、上翘以及折弯现象；随着前纵梁4继续向汽车后方传递，前围板横梁结构5、前围板与a柱支撑结构8共同对前纵梁4进行阻挡，防止前纵梁4进一步向后入侵；同时在kickdown纵梁9的位置的kickdown支撑结构10能够有效提高kickdown纵梁9的抗折弯能力，使得前纵梁4无法进一步向后运动。
综上所述，通过抑制前纵梁4根部外撇、上翘和折弯现象、增加前纵梁4根部阻挡能力、增加kick-down纵梁9抗弯能力，进而达到减少前围板1侵入量的效果。通过对数据设计时按此要求检查来确认设计是否达标，能够有效避免设计中的缺漏，确保安全达标。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。