[发明专利]一种汽车车身前部结构的设计方法及其汽车的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车设计领域，尤其指汽车车身前部结构的设计领域。

背景技术

汽车的正面碰撞所造成的伤亡占据交通事故总伤亡的主要比例，而前部车身结构是决定汽车正面碰撞安全与否的基石。

汽车车身前部结构的设计主要指对汽车车身内主要吸能部件的设计参数的设计，设计参数指尺寸、材料等。

图1为轿车发动机舱的典型结构示意图，可将其划分为如下吸能段：第一吸能段D0、第二吸能段D1、第三吸能段D2、第四吸能段D3。

其中从保险杠1到前纵梁后段5（即前挡板6之前）的X方向总长为d=d₀+d₁+d₂+d₃，总长d由轿车的造型面决定，各段的布置由发动机舱的特征硬点(发动机尺寸、发动机悬挂位置、前轴中心等)控制。其中，第一吸能段D0的主要吸能部件（或称吸能结构）为保险杠1；第二吸能段D1的主要吸能部件为吸能盒2，且沿车身前后方向第二吸能段D1的长度等于吸能盒的长度；第三吸能段D2的主要吸能部件为前纵梁前段3且沿车身前后方向第三吸能段D2的长度等于前纵梁前段3的长度，前纵梁前段是指沿车身的前后方向，从前纵梁的前端至发动机前端的纵梁部分，此段内还包括散热器总成和发动机罩盖端等次要吸能零部件；第四吸能段D3的主要吸能部件为前纵梁中后段且沿车身前后方向第四吸能段D3的长度等于前纵梁中后段的长度，前纵梁中后段5是指沿车身的前后方向，从发动机4前端至前纵梁后端的纵梁部分，该段内还包括发动机罩盖主体和翼子板主体等次要吸能零部件，上述D0-D3各段的具体长度在设计时未知。

如图2所示，当前国内外主流的汽车车身前部结构设计思路是“对标车参考--初版结构数模-结构改进”。该设计思路的具体方法步骤为：首先，整车集成工程师对目标车进行动力总成选型、底盘定型以及发动机舱布置等；其次，车身设计工程师参考大量同级别的汽车，选定某一具有代表性的汽车作为对标车，然后参考对标车的尺寸、材料，再辅以工程师以往的经验，设计出目标车的初版车身结构CAD三维数模。再综合获得工程样车CAD数模，并进行工程样车的试制试验，即在设计出工程样车后进行碰撞试验，如果不合格，再进行工艺性调整，重复进行工程样车CAD数模建立、工程样车试制试验；直至性能达标，获得可以进行量产的汽车车身数模，最终实现汽车量产。

然而，由于目标车与对标车在底盘、动力总成、造型等诸多方面的不同，导致基于经验和对标设计得出的目标车初版车身结构往往存在局部甚至全局的缺陷，例如碰撞性能不能满足要求等。因此，在设计出初版数模后仍需做大量的结构优化，导致后续仍需多批次的工程样车实验验证，整车开发成本较高。

为了减少汽车结构上的缺陷，通过借助仿真分析手段优化车身结构，逐步更新出多批次的工程样车三维数模，通过多次的“仿真优化-实验验证”方式将汽车结构的缺陷消除。由于底盘总布置先于车身结构数模的具体设计，导致为了达到底盘总布置，后期的数模设计缺陷甚至是难以消除的。传统设计方法下，必须等全部数模设计完成后，才能进行结构碰撞仿真优化，此时由于发动机各总布置已经趋于完成，优化改动方案往往难以实施。此方法可简称为“先经验设计，后分析优化”模式，后期的结构(仿真)优化处于被动的地位。

随着汽车设计理论的不断发展，大量学者做的研究分析已经证明，驾驶者胸部加速度与车体加速度a存在如下关系：

x··=Asin(ωt+φ)+a]]>

其中简谐函数项是驾驶者约束系统相关量。并由此提出了车体等效加速度的概念，用以将上述车体加速度a简化成易于分析的模型。但其作用仅限于，在目标车初版汽车车身结构数模完成后，将仿真分析结果与此目标加速度对比，评估汽车设计的性能。在此种情况下，等效加速度仅是在目标车初版数模结构完成设计且仿真分析完成后，对碰撞安全性能的初步评价，它仍属于“先经验设计，后分析优化”的传统设计思路，未能从源头上指导轿车的开发，因此前述的结构设计缺陷仍无法消除。

发明内容