一种分段式电动汽车前纵梁及其电动汽车的制作方法

本发明涉及电动汽车被动安全技术领域，尤其涉及一种分段式电动汽车前纵梁及其电动汽车。

背景技术：

随着时代的发展，纯电动汽车在市场上占据越来越大的份额。然而整车质量的居高不下限制了行驶里程，是纯电动车发展的一个瓶颈，汽车轻量化研究迫在眉睫。在提高轻量化水平的同时，也要保证汽车的安全性。

现在电动车的前纵梁基本采用钢板冲压成型，工艺繁琐且重量较大，发生正面碰撞(包括正面100％重叠碰撞、偏置碰撞、柱碰)时的吸能表现差，难以满足耐撞性和轻量化的要求。而现有的铝合金前纵梁，虽然比钢制前纵梁质量轻，且大多对轴向压溃吸能进行了设计，但当汽车发生正面100％重叠碰撞或正面偏置碰撞时，前纵梁双侧或单侧受到轴向压力，前纵梁的变形模式为轴向压溃；当发生正面偏置碰撞或中心柱碰时，前纵梁单侧或双侧受到侧向弯曲力，纵梁前端会发生侧向弯曲，现有技术中没有同时考虑轴向压溃和侧向弯曲两种破坏工况。

技术实现要素：

针对现有的技术问题，本发明提供一种分段式电动汽车前纵梁结构及其电动汽车，在实现电动车轻量化的同时，提高抵抗轴向压溃与侧向弯曲的能力。

本发明采用以下技术方案实现：

一种分段式电动汽车前纵梁，所述前纵梁采用三段式分体设计且每段内设置对应设计的嵌入体，所述前纵梁包括：

第一段梁体，其一端安装在电动汽车的吸能盒上，第一段梁体的内部设置第一嵌入体，在第一段梁体的横截面中所述第一嵌入体呈现“八”字形结构，且“八”字形结构的窄角指向所述电动汽车内侧；第一段梁体与所述第一嵌入体为一体成型结构；

第二段梁体，其内部设置第二嵌入体，在第二段梁体的横截面中所述第二嵌入体呈现“#”字形结构；第二段梁体与所述第二嵌入体为一体成型结构；

第三段梁体，其内部设置第三嵌入体，在第三段梁体的横截面中所述第三嵌入体呈现“＝”字形结构，且“＝”字形结构平行于所述前纵梁的横向方向；第三段梁体的外侧壁上设置有一体成型的过渡连接梁，过渡连接梁安装在所述电动汽车的前地板纵梁上；

多块连接板，第一段梁体的两个端面上、第二段梁体的两个端面上、第三段梁体的其中一个端面上均固定一块所述连接板，第一段梁体、第二段梁体与第三段梁体通过相应的连接板依次顺接，第一段梁体和所述吸能盒之间通过相应的连接板连接。

进一步的，所述第一嵌入体为呈“八”字形排布并与第一段梁体一体成型的两块第一隔板。

进一步的，所述第二嵌入体为呈“#”字形排布并与第二段梁体一体成型的四块第二隔板。

进一步的，四块第二隔板一体成型为所述第二嵌入体。

进一步的，所述第三嵌入体为呈“＝”字形排布并与第三段梁体一体成型的两块第三隔板。

进一步的，第一段梁体中平行于所述前纵梁的横向方向的两个侧壁的壁厚均为3.0mm，而第一段梁体在平行于所述前纵梁纵向方向的两个侧壁中，靠近所述电动汽车内侧的侧壁壁厚为3.4mm，靠近所述电动汽车外侧的侧壁壁厚为3.8mm；

第一嵌入体的壁厚为3.4mm。

进一步的，第二段梁体和第二嵌入体的壁厚均为3mm；

第三段梁体和第三嵌入体、过渡连接梁的壁厚均为3mm。

进一步的，连接板上开设连接用的至少一个螺孔，每个螺孔能螺接一个螺栓。

进一步的，第一段梁体、第二段梁体与第三段梁体均采用多胞铝合金材料，同时第一段梁体、第二段梁体均采用铝合金挤出成型工艺。

进一步的，所述前纵梁为上述任意所述的分段式电动汽车前纵梁。

本发明的有益效果为：

针对现有技术中的铝合金前纵梁耐撞击能力与轻质化无法兼容的问题，首先，本发明通过将铝合金前纵梁设置为多段式结构，并且在铝合金前纵梁的内部设计、布置对应的嵌入体，来同时提高抵抗的轴向压溃力与侧向弯曲力。

同时，本发明通过调整铝合金挤出管材的壁厚来控制轴向变形的稳定性，并通过拓扑优化兼顾前纵梁的稳定压溃与轻量化程度，使得本专利所述结构可以实现逐级吸能，比普通钢制梁有更好的吸能效果，比普通的铝合金梁有更好的抵抗压溃力的能力。

并且，将分段式前纵梁通过连接板连接为整体，并采用螺栓连接，拆装性能好，在中低速碰撞时，仅需要更换第一段，后段无需维修，降低维修成本，具有便于维修的优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的分段式前纵梁的结构装配示意图；

图2为本发明实施例提供的分段式前纵梁第一段的截面示意图；

图3为本发明实施例提供的分段式前纵梁第一段的截面设计过程；

图4为本发明实施例提供的分段式前纵梁第二段的截面示意图；

图5为本发明实施例提供的连接板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的分段式前纵梁的结构拆装示意图；

图7为本发明实施例提供的分段式前纵梁第二段的截面设计过程。

主要符号说明：

1-连接板；2-第二段梁体；3-第三段梁体；31-过渡连接梁；4-多块连接板；5-第一隔板；6-第二隔板；7-第三隔板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供了一种分段式电动汽车前纵梁及其电动汽车，前纵梁采用三段式分体设计且每段内设置对应设计的嵌入体。如图1所示，前纵梁包括：第一段梁体(1)、第二段梁体(2)、第三段梁体(3)以及多块连接板(4)。

第一段梁体1，其一端安装在电动汽车的吸能盒上，如图2所示，第一段梁体1的内部设置第一嵌入体，采用挤出成型工艺实现第一段梁体1与第一嵌入体的一体成型结构。

如图2所示，第一嵌入体为横截面呈“八”字形排布的两块第一隔板5组成，且“八”字形结构的窄角指向电动汽车内侧，在汽车碰撞时提高前纵梁对弯曲力的抵抗能力。

如图3所示，通过参数优化调整第一段梁体1的壁厚分布，可以实现不对称结构的压溃稳定性，获得稳定的压溃波形，同时达到轻质化需求。

具体而言，第一段梁体1中平行于前纵梁横向方向的两个侧壁的壁厚均为3.0mm，而第一段梁体1在平行于前纵梁纵向方向的两个侧壁中，靠近电动汽车内侧的侧壁壁厚为3.4mm，靠近电动汽车外侧的侧壁壁厚为3.8mm。

第二段梁体2，其内部设置第二嵌入体，同时采用挤出成型工艺实现第二段梁体2与第二嵌入体的一体成型结构。

如图4所示，第二嵌入体为横截面呈“#”字形排布并一体成型的四块第二隔板6组成，第二段梁体2与第二嵌入体的壁厚均为3mm，能够进一步提高分段式前纵梁轴向压溃的抵抗能力。

第三段梁体3，其内部设置第三嵌入体，第三嵌入体为横截面呈“＝”字形排布并与第三段梁体3一体成型的两块第三隔板7组成，且“＝”字形结构平行于前纵梁的横向方向。

同时，第三段梁体3的外侧壁上设置有一体成型的过渡连接梁31，过渡连接梁31安装在所述电动汽车的前地板纵梁上。

第三段梁体和第三嵌入体、过渡连接梁的壁厚均为3mm。

多块连接板，如图5所示，连接板上开设连接用的至少一个螺孔，每个螺孔能螺接一个螺栓。

如图6所示，第一段梁体的两个端面上、第二段梁体的两个端面上、第三段梁体的其中一个端面上均固定一块所述连接板，第一段梁体、第二段梁体与第三段梁体通过相应的连接板依次顺接，第一段梁体和所述吸能盒之间通过相应的连接板连接。

为了兼顾电动汽车前纵梁的耐撞性与经济性，本实施例中的第一段梁体1、第二段梁体2、第一隔板5以及第二隔板6均采用多胞铝合金材料，并搭配铝合金挤出成型工艺形成一体化成型结构，加工简单，避免了传统钢制纵梁繁琐的冲压工艺。

且如图3、图7所示，第一嵌入体和第二嵌入体的截面形式为通过基于能量缩放的混合元胞自动机动/静态拓扑优化和参数优化所得，在动/静态拓扑优化过程中综合考虑了轴向压溃，轴向刚度和侧向弯曲三种工况，且以质量分数作为约束。

同时，第一嵌入体和第二嵌入体的截面具体尺寸根据多目标参数优化获得，参数优化过程中综合考虑了零件质量、能量吸收、平均压溃力和最大侧向力等。

基于能量缩放的混合元胞自动机拓扑优化可以表示为；其中wl为各工况的权重系数，pl为用户自己设定的偏好系数，sl能量缩放因子系数。合适的sl可以使多工况下的混合元胞自动机优化权重根据用户偏好来平衡。

在本实施例中，当汽车以低速碰撞时，仅牺牲吸能盒结构，电动汽车纵梁基本不变形；当电动汽车以中低速碰撞时，则吸能盒和第一段梁体1变形吸能，维修时前纵梁仅需更换第一段梁体1，后段无需维修，降低维修成本，当汽车以高速碰撞时，本实施例中的分段式前纵梁可以实现逐级吸能，比普通钢制梁有更好的吸能效果，比普通的铝合金梁有更好的抵抗压溃力的能力。

当汽车发生正面100％重叠碰撞或正面偏置碰撞时，前纵梁双侧或单侧受到轴向压力，前纵梁的变形模式为轴向压溃；当发生正面偏置碰撞或中心柱碰时，前纵梁单侧或双侧受到侧向弯曲力，纵梁前端会发生侧向弯曲，而本实施例中的前纵梁则有效提高抵抗侧向弯曲的能力。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。