一种抵抗小偏置碰的车身结构及前连接件的铸造方法
阅读说明：本技术 一种抵抗小偏置碰的车身结构及前连接件的铸造方法 (Vehicle body structure resisting small offset collision and casting method of front connecting piece ) 是由 姜潮 雷飞 韩旭 张天昊 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种抵抗小偏置碰的车身结构,包括前防撞横梁、沿前防撞横梁对称布置的前纵梁以及位于前防撞横梁上方的上传力路径结构,所述前纵梁与前防撞横梁之间设置有吸能盒,所述上传力路径结构包括上横梁以及沿上横梁对称布置的车身侧面结构,所述车身侧面结构包括竖向连接梁、上纵梁、前连接件和一体化侧围所述竖向连接梁的一端与前纵梁连接,另一端与上纵梁连接,所述上纵梁的一端与上横梁连接,另一端与前连接件连接,所述前纵梁和一体化侧围分别与前连接件连接。本发明提供的车身结构形成了多个闭环路径,有效对碰撞力进行传递,保证乘员的安全。本发明还提供了一种抵抗小偏置碰的车身结构的前连接件的铸造方法。(The invention provides a vehicle body structure resisting small offset collision, which comprises a front anti-collision cross beam, front longitudinal beams symmetrically arranged along the front anti-collision cross beam and an upper force transmission path structure positioned above the front anti-collision cross beam, wherein an energy absorption box is arranged between the front longitudinal beams and the front anti-collision cross beam, the upper force transmission path structure comprises an upper cross beam and a vehicle body side structure symmetrically arranged along the upper cross beam, the vehicle body side structure comprises a vertical connecting beam, an upper longitudinal beam, a front connecting piece and an integrated side wall, one end of the vertical connecting beam is connected with the front longitudinal beam, the other end of the vertical connecting beam is connected with the upper longitudinal beam, one end of the upper longitudinal beam is connected with the upper cross beam, the other end of the upper longitudinal beam is connected with the front connecting piece. The vehicle body structure provided by the invention forms a plurality of closed-loop paths, effectively transmits collision force and ensures the safety of passengers. The invention also provides a method for casting a front connection piece of a vehicle body structure resisting small offset collision.)
技术领域
本发明涉及汽车车身结构设计领域，具体涉及一种抵抗小偏置碰的车身结构及前连接件的铸造方法
技术背景
小偏置碰撞是一种常见的事故类型，根据中国交通事故深度调查CIDAS在2011年至2013年6月间采集的车辆事故数据显示，属于小偏置碰撞事故类型的占比为15％。为更好的模拟实际交通事故，保护人身安全，美国公路安全保险协会IIHS制定了正面25％偏置碰撞测试来检测车辆抵抗小偏置碰撞的性能，即车辆以64.4km/h±1km/h的时速、25％±1％的重叠率正面撞击固定刚性壁障。在此模式下，绝大部分车辆的前防撞横梁、吸能盒、前纵梁在碰撞中与壁障无接触，或接触很少，无法通过车身前端结构的塑性变形吸收碰撞动能。若车辆在几乎没有吸能减速的情况下与刚性壁障发生碰撞，刚性壁障将直接推动轮胎撞击乘员舱，造成乘员舱变形弯折、结构大面积失效，严重威胁人员生命安全。
公告号为CN207208209U的专利公开了一种轻量化高强度的车身结构，包括车身本体，所述车身本体顶部前后对称设置有前横梁和后横梁，所述前横梁与所述后横梁之间对称设置有第一纵梁和第二纵梁，且所述第一纵梁的外侧面和所述第二纵梁的外侧面均与所述车身本体固定连接，所述第一纵梁和所述第二纵梁之间设置有顶盖，且所述顶盖的前后两端分别与所述前横梁和所述后横梁固定连接。该车身结构的目的是解决汽车轻量化的问题，但是遭遇小偏置碰撞时无法形成有效的碰撞力传导路径，难以抵抗小偏置碰撞。
公告号为CN211364479U的专利公开了一种用于偏置碰撞的车身端加强结构，该加强结构包括安装板和用于碰撞吸能的车身加强板总成，所述安装板的一面与车身前防撞梁连接，另一面与车身前纵梁连接；所述车身加强板总成分别与所述安装板和车身前纵梁连接，且位于所述安装板远离车身前防撞梁的一侧；所述车身加强板总成上设有用于分解碰撞力的导向面。通过加强板承受碰撞冲击冲击而发生溃缩并吸收碰撞能，并通过加强板总成上的导向面将碰撞力进行分解导向，该加强结构的目的是抵抗车辆的小偏置碰撞，但是碰撞力的传导路径单一，难以抵抗小偏置碰撞。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种抵抗小偏置碰的车身结构，其具体技术方案如下。
一种抵抗小偏置碰的车身结构，包括前防撞横梁、沿前防撞横梁对称布置的前纵梁以及位于前防撞横梁上方的上传力路径结构，所述前纵梁与前防撞横梁之间设置有吸能盒，所述上传力路径结构包括上横梁以及沿上横梁对称布置的车身侧面结构，所述车身侧面结构包括竖向连接梁、上纵梁、前连接件和一体化侧围，所述竖向连接梁的一端与前纵梁连接，另一端与上纵梁连接，所述上纵梁的一端与上横梁连接，另一端与前连接件连接，所述前纵梁和一体化侧围分别与前连接件连接。
进一步的，所述车身侧面结构还包括门槛梁和后连接件，所述门槛梁的一端与前连接件连接，另一端与后连接件连接，所述一体化侧围也与后连接件连接。
进一步的，所述前连接件和后连接件分别采用铸造成型。
进一步的，还包括前部横梁和后部横梁，所述前部横梁靠近车身的首端且前部横梁的两端分别与车身侧面结构连接，所述后部横梁靠近车身的尾端且后部横梁的两端分别与车身侧面结构连接。
进一步的，所述前连接件包括前连接件本体、第一连接部和第二连接部，所述第一连接部靠近前连接件本体的底端且所述第一连接部用于与前纵梁连接，所述第二连接部靠近前连接件本体顶端且所述第二连接部用于与上纵梁连接。
进一步的，前连接件本体、第一连接部和第二连接部，所述第一连接部靠近前连接件本体的底端且所述第一连接部用于与前纵梁连接，所述第二连接部靠近前连接件顶端且所述第二连接部用于与上纵梁连接。
进一步的，所述上纵梁包括搭接边，所述搭接边向一侧弯折形成第一搭接部和第二搭接部，所述第二连接部包括弯折边和加强肋，所述弯折边向一侧弯折形成第一弯折部和第二弯折部，所述第一搭接部与所述第一弯折部固定连接，所述第二搭接部与所述第二弯折部固定连接，所述加强肋与弯折边固定连接且位于弯折边背离搭接边的一侧。
有益效果：1.本发明所提供的车身结构形成了多个闭环路径对遭受小偏置碰撞所产生的碰撞力向车身进行传导，具体包括以前防撞横梁、吸能盒、前纵梁以及前部横梁形成的横向闭环路径，以前连接件、门槛梁、后连接件以及一体化侧围形成的纵向闭环路径，以前防撞横梁、吸能盒、竖向连接梁、前纵梁、上横梁、上纵梁、前部横梁以及前连接件形成前部闭环路径，当遭受小偏置碰时，碰撞力可以通过上述三个闭环路径向车身传导，有效提高车身的吸能效果降低车身的变形，保证乘员的安全。
2.本发明所提供的车身结构通过前连接件以及后连接件连接车身各个零部件，零部件集成度高，结构简单，能够有效减少车身零部件数量，在抵抗小偏置碰撞的同时能够保证车身轻量化的要求。
3.本发明所提供的车身结构包括前连接件，前连接件通过第一连接部与前纵梁连接，通过第二连接部与上纵梁连接，第一连接部设置有开口和凹槽，前纵梁分别通过开口和凹槽与前连接件连接，第二连接部设置有弯折边和加强肋，上纵梁通过弯折边与前连接件连接，在产生小偏置碰撞时，能够抵抗产生的扭矩和弯矩，抵抗前连接件及其连接部位的变形，使得前连接件能够更好的将小偏置碰撞所产生的作用下向车身传递，降低车身的变形，保证乘员的安全。
本发明还提供了一种抵抗小偏置碰的车身结构的前连接件的铸造方法，包括如下步骤：
S1.将铝合金材料进行混合熔炼，并对铸造用的模具在180-220℃下进行预热；
S2.将混合熔炼后的铝合金材料注入预热后的模具，然后对模具进行合模；
S3.向模具的型压射腔和型腔内注入氧气，使氧气充满压射腔和型腔排除其余气体，使铝和氧气反应形成弥散状的三氧化二铝微粒；
S4.通过压射冲头推动熔融的铝合金材料充满型腔，结束增压并在金属凝固后进行脱模。
进一步的，所述铝合金材料按质量分数计为：硅元素6-8％、镁元素0.4-0.6％、锌元素1.5-2.5％、铜元素0.3-0.5％、镍元素0.6-0.9％、锡元素0.6-0.9％、钛元素0.1-0.2％、铁元素0.1-0.2％、铬元素0.1-0.2％、余量为铝元素。
有益效果：1.本发明所提供的前连接件的铸造方法，采用压铸的方式对铝合金材料进行铸造制成前连接件，在压射过程之前向压射腔和型腔内注入氧气，并排除其余气体，使得在前连接件的压铸过程中生产弥散状的三氧化二铝微粒，分布在前连接件中，从而减少铸件内的气孔，提高铸件的致密性；以所述铸造方法制备的前连接件连接前纵梁、上纵梁、门槛梁、一体化侧围等零部件，使得前连接件能够较好的传递小偏置碰所产生的碰撞力，从而抵抗小偏置碰撞保证乘员安全。
2.本发明所提供的前连接件的铸造方法，采用上述配比铸造而成的前连接件，一方面能够实现车身减重，能够实现轻量化的要求，另一方面具有较好的吸能效果，发生小偏置碰撞时能够进行缓冲，保护乘员安全。
附图说明
图1为本发明车身结构的示意图；
图2为本发明发生小偏置碰撞时碰撞力在车身结构内进行传递的示意图；
图3为本发明前连接件的结构示意图；
图4为本发明第一连接部与前纵梁的连接部位示意图；
图5为本发明第二连接部与上纵梁的连接部位示意图；
图6为后连接件的结构示意图。
附图标记：2-前连接件；3-竖向连接梁；4-前纵梁；6-前部横梁；7-一体化侧围；8-门槛梁；9-后连接件；10-后部横梁；101-前防撞横梁；102-吸能盒；501-上横梁；502-上纵梁；21-前连接件本体；22-第一连接部；23-第二连接部；221-开口；222-凹槽；223-凸条；231-第一弯折部；232-第二弯折部；233-第一搭接部；234-第二搭接部；235-加强肋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，一种抵抗小偏置碰的车身结构，包括前防撞横梁101、沿前防撞横梁101对称布置的前纵梁4以及位于前防撞横梁101上方的上传力路径结构，所述前纵梁4与前防撞横梁101之间设置有吸能盒102，其特征在于，所述上传力路径结构包括上横梁501以及沿上横梁501对称布置的车身侧面结构，所述车身侧面结构包括竖向连接梁3、上纵梁502、前连接件2和一体化侧围7，所述竖向连接梁3的一端与前纵梁4连接，另一端与上纵梁502连接，所述上纵梁502的一端与上横梁501连接，另一端与前连接件2连接，所述前纵梁4和一体化侧围7分别与前连接件2连接。
在本实施例中，在车身前端设置前防撞横梁101，并沿前防撞横梁101对称布置前纵梁4，在前纵梁4与前防撞横梁101之间设置吸能盒102，具体采用铆接的形式进行连接，通过竖向连接梁3分别与上横梁501以及前纵梁4连接，具体采用焊接的形式进行连接，前纵梁4、上纵梁502、一体化侧围7分别与前连接件2连接，形成了包括防撞横梁、吸能盒102、前纵梁4以及前部横梁形成的横向闭环路径，包括前连接件2、门槛梁8、后连接件9以及一体化侧围7纵向闭环路径，包括前防撞梁、吸能盒102、竖向连接梁3、前纵梁4、上横梁501、上纵梁502、前部横梁以及前连接件2形成前部闭环路径，通过上述三个闭环路径对小偏置碰撞所产生的碰撞力向车身进行传递，能够在发生小偏置时有效保证乘员的安全。
具体来说，车身侧面结构还包括门槛梁8和后连接件9，所述门槛梁8的一端与前连接件2连接，另一端与后连接件9连接，所述一体化侧围7也与后连接件9连接。
当发生小偏置碰撞时，如图1所示，所产生的碰撞力经前防撞横梁101分别导向前纵梁4以及竖向连接梁3，然后再由前纵梁4通过连接件导向一体式侧围以及门槛梁8，由竖向连接梁3导向上横梁501、上纵梁502，通过三个所述的闭环路径对碰撞力进行有效传导，有效提高车身的吸能效果降低车身的变形，保证乘员的安全。
具体来说，所述前连接件2和后连接件9分别采用铸造成型。所述前连接件2和后连接件9所采用的铸造形成方法相同，不同之处在于根据前连接件2和后连接件9的结构不同分别采用不同的模具。
进一步的，还包括前部横梁6和后部横梁10，所述前部横梁6靠近车身的首端且前部横梁6的两端分别与车身侧面结构连接，所述后部横梁10靠近车身的尾端且后部横梁10的两端分别与车身侧面结构连接。具体来说前部横梁分别6分别与两侧车身侧面结构的前连接件2采用翻边铆接的形式连接，后部横梁10分别与两侧车身侧面结构的后连接件9采用翻边铆接的形式连接。两侧的车身侧面结构通过前部横梁6和后部横梁10连接，使得汽车车身一侧发生小偏置碰撞时，碰撞力能够沿前部横梁6和后部横梁10向车身另一侧传递，进一步提高车身的吸能效果降低车身的变形，保证乘员的安全。
具体来说，如图3所示，所述前连接件2包括前连接件本体21、第一连接部22和第二连接部23，第一连接部22、第二连接部23与前连接件本体21为一体化成型，所述第一连接部22靠近前连接件本体21的底端且所述第一连接部22用于与前纵梁4连接，所述第二连接部23靠近前连接件本体21的顶端且所述第二连接部23用于与上纵梁502连接，前连接件2还分别通过铆接的形式与门槛梁8和一体化侧围7连接。
具体来说，如图4所示，所述第一连接部包括开口221和凹槽222，所述开口221与所述凹槽222连通且所述凹槽222向所述开口221的外侧突出；所述前纵梁4的一侧设置有凸条223，所述凸条223插入所述凹槽222内并与第一连接部22固定连接，所述前纵梁4插入所述开口221内并与第一连接部22固定连接，在前纵梁4和凸条223插入前在插接部位表面涂抹结构胶，并采用焊接和FDS流转螺钉工艺或SPR自穿刺铆接工艺使前纵梁4与第一连接部22连接。如图5所示，所述上纵梁502包括搭接边，所述搭接边向一侧弯折形成第一搭接部233和第二搭接部234，所述第二连接部包括弯折边和加强肋235，所述弯折边向一侧弯折形成第一弯折部231和第二弯折部232，所述第一搭接部233与所述第一弯折部231固定连接，所述第二搭接部234与所述第二弯折部232固定连接，所述加强肋235与弯折边固定连接且位于弯折边背离搭接边的一侧。所述搭接边与弯折边之间涂抹有结构胶并采用焊接和FDS流转螺钉工艺或SPR自穿刺铆接工艺使上纵梁502与第二连接部23连接。
具体来说，如图6所示，所述后连接件9上分别设置有用于连接一体化侧围7和门槛梁8的连接部位，并且后连接件9分别通过铆接与一体化侧围7和门槛梁8连接。
在本实施例中，使得车身结构形成了多个闭环路径对遭受小偏置碰撞所产生的碰撞力向车身进行传导，具体包括以前防撞横梁101、吸能盒102、前纵梁4以及前部横梁6形成的横向闭环路径，以前连接件2、门槛梁8、后连接件9以及一体化侧围7形成的纵向闭环路径，以前防撞横梁101、吸能盒102、竖向连接梁3、前纵梁4、上横梁501、上纵梁502、前部横梁6以及前连接件2形成前部闭环路径，当遭受小偏置碰时，碰撞力可以通过上述三个闭环路径向车身传导，有效提高车身的吸能效果降低车身的变形，保证乘员的安全。
在本实施例中前连接件2通过第一连接部22与前纵梁4连接，通过第二连接部23与上纵梁502连接，第一连接部22设置有开口221和凹槽222，前纵梁4分别通过开口221和凹槽222与前连接件2连接，第二连接部23设置有弯折边和加强肋235，上纵梁502通过弯折边与前连接件2连接，在产生小偏置碰撞时，能够抵抗产生的扭矩和弯矩，抵抗前连接件2及其连接部位的变形，使得前连接件2能够更好的将小偏置碰撞所产生的作用下向车身传递，进一步降低车身的变形，保证乘员的安全。
实施例2
一种抵抗小偏置碰的车身结构的前连接件2的铸造方法，包括如下步骤：
S1.将铝合金材料进行混合熔炼，并对铸造用的模具在180-220℃下进行预热；
S2.将混合熔炼后的铝合金材料注入预热后的模具，然后对模具进行合模；
S3.向模具的型压射腔和型腔内注入氧气，使氧气充满压射腔和型腔排除其余气体，使铝和氧气反应形成弥散状的三氧化二铝微粒；
S4.通过压射冲头推动熔融的铝合金材料充满型腔，结束增压并在金属凝固后进行脱模。
在本实施例中，采用上述的铸造方法对车身结构的前连接件2进行铸造，在压射过程之前，向压射腔以及型腔内注入氧气，使其他气体排出，压铸过程中金属铝与氧气反应生成三氧化二铝微粒，三氧化二铝呈弥散状分布于铸造的前连接件2内，从而减少铸件内的气孔，将上述方法所铸造的前连接件2应用于车身结构，作为车身结构内碰撞力传导的重要部件，能够使前连接件2将前纵梁4和上纵梁502的作用力更有效的传递至门槛梁8、前部横梁以及一体化侧围7，从而抵抗小偏置碰撞保证乘员安全。
具体来说，所述铝合金材料按质量分数计为：硅元素6-8％、镁元素0.4-0.6％、锌元素1.5-2.5％、铜元素0.3-0.5％、镍元素0.6-0.9％、锡元素0.6-0.9％、钛元素0.1-0.2％、铁元素0.1-0.2％、铬元素0.1-0.2％、余量为铝元素。
在本实施例中，采用上述配比的铝合金材料制备的前连接件2能够降低车身的自重，满足轻量化的要求，还具有较好的吸能效果，使得在发生小偏置碰撞时能够进行缓冲，保护乘员安全。
实施例3
一种抵抗小偏置碰的车身结构的前连接件2的铸造方法，包括如下步骤：
S1.将铝合金材料进行混合熔炼，并对铸造用的模具在180-220℃下进行预热；
S2.将混合熔炼后的铝合金材料注入预热后的模具，然后对模具进行合模；
S3.向模具的型压射腔和型腔内注入氧气，使氧气充满压射腔和型腔排除其余气体，使铝和氧气反应形成弥散状的三氧化二铝微粒；
S4.通过压射冲头推动熔融的铝合金材料充满型腔，结束增压并在金属凝固后进行脱模。
具体来说，所述铝合金材料按质量分数计为：硅元素7％、镁元素0.5％、锌元素2％、铜元素0.4％、镍元素0.75％、锡元素0.75％、钛元素0.15％、铁元素0.15％、铬元素0.15％、余量为铝元素。在本实施例中，采用上述配比的铝合金材料制备前连接件2，充分发挥各组分的长处，达到扬长避短的效能，进一步提高前连接件2的吸能效果，提高小偏置碰撞发生时前连接件2的吸能效果，进一步保护乘员安全。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围之内。