一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架及设计方法，该汽车车架包括保险杠、大梁以及横梁，其中横梁与左右纵大梁相连接，并依次排布在前后保险杠与左右纵大梁所围成的车架间；在前保险杠以及后保险杠的内部安装有负泊松比结构填充内芯；在右纵大梁以及左纵大梁前后段的内部分别安装负泊松比结构填充内芯；利用本发明专利技术的设计方法的汽车车架，在正面碰撞和后面碰撞中均可以利用负泊松比结构的特殊变形方式和能量吸收特性，从而提高汽车车架的能量吸收能力，更好的保护乘员和提高汽车的耐撞性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车底盘系统领域，特别是一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架及设计方法。
技术介绍
在汽车在发生碰撞过程中，汽车车架的前后部件最先与外界发生接触，其中车架的能量吸收能力很大程度上决定整车的耐撞能力，耐撞能力强对乘员及汽车关键零部件的保护具有重要影响。同时，汽车车架是载重车辆的重要承载件，汽车行驶过程中需要承载车辆自重、乘员和货物的重量，同时还需要承受不同的力和力矩，车架性能的好坏对整车的平顺性、耐久性和振动噪声等亦具有重要的影响。因此车架设计过程中在保证其他性能不变的情况下同时尽可能的提高其能量吸收能力，这对汽车底盘系统领域的发展具有重要意义。为保证汽车的刚度和耐久性等性能，传统汽车车架具有刚度大的特质，在碰撞过程中不容易发生压溃变形来吸收碰撞能量，因此大部分碰撞能量通过车架传递给其他零部件和乘员，致使乘员在碰撞过程中容易受到严重的伤害。为使车架在碰撞过程中吸收更多的碰撞能量，从而降低乘员在碰撞过程中受伤害，不同大小和位置的车架诱导槽应用到汽车车架设计中。这种设计方式使车架在碰撞过程中按照设定的方式进行变形，既能在碰撞过程中显著提高车架的能量吸收能力又能保持较大的刚度，同时在汽车变形后较好的保护乘员，使汽车耐撞性能得到了显著提升，然而由于变形区域设计空间较小的限制，车架诱导槽提高车架的能量吸收能力有限。为规避这一限制，泡沫铝等蜂窝结构随后被应用到车架设计中来进一步提高车架的能量吸收性能，尽管车架在碰撞过程中的能量吸收能力得到了一定提升，但是随着汽车行驶速度的越来越高，泡沫铝填充的汽车车架能量吸收提高有限，仍不能满足碰撞设计要求，需要进一步提高其吸力储能防撞能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的车架吸力储能防撞能力有限的不足，提出了一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架及设计方法，从而提高了提高汽车车架的吸力储能防撞能力，更好的保护乘员和提高汽车的耐撞性。本专利技术采用如下技术方案，一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架，包括保险杠、大梁以及横梁，其中横梁与左右纵大梁相连接，并依次排布在前后保险杠与左右纵大梁所围成的车架间；所述的前保险杠内部安装的是前保险杠负泊松比结构填充内芯，后保险杠内部安装的是后保险杠负泊松比结构填充内芯；右纵大梁前段安装的是右纵大梁前负泊松比结构填充内芯，右纵大梁后段安装的是右纵大梁后负泊松比结构填充内芯，左纵大梁前段安装的是左纵大梁前负泊松比结构填充内芯，左纵大梁后段安装的是左纵大梁后负泊松比结构填充内芯。进一步，所述的横梁包括第一横梁、第二横梁、第三横梁以及第四横梁。本专利技术还公开了一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架的设计方法，步骤如下，1)首先在Matlab软件中建立左纵大梁前负泊松比结构填充内芯、左纵大梁后负泊松比结构填充内芯、右纵大梁前负泊松比结构填充内芯、右纵大梁后负泊松比结构填充内芯、前保险杠负泊松比结构填充内芯、后保险杠负泊松比结构填充内芯的参数化模型，通过设计参数的更改可快速建立负泊松比结构填充内芯的有限元分析模型；2)在SFE-CONCEPT软件中通过利用参数化模型知识库建立左纵大梁、右纵大梁、前保险杠、后保险杠、第一横梁、第二横梁、第三横梁、第四横梁的全参数化模型；3)再利用网格自动生成技术快速建立左纵大梁、右纵大梁、前保险杠、后保险杠、第一横梁、第二横梁、第三横梁、第四横梁的有限元模型，并将左纵大梁前负泊松比结构填充内芯、左纵大梁后负泊松比结构填充内芯、右纵大梁前负泊松比结构填充内芯、右纵大梁后负泊松比结构填充内芯、前保险杠负泊松比结构填充内芯、后保险杠负泊松比结构填充内芯的有限元模型与其进行组装，从而建立吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架的有限元模型，在车架纵梁和前后保险杠中使用负泊松比结构填充内芯，使其和传统汽车车架有效结合从而设计出一种新的吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架，在汽车的正面碰撞或者后面碰撞中均可以利用负泊松比结构的特殊变形方式和能量吸收特性，从而提高汽车车架的能量吸收能力，更好的保护乘员和提高汽车的耐撞性。进一步，所述的步骤2)中的全参数化模型是利用参数化模型知识库建立，其中参数化模型知识库包括参数化截面、参数化接头，设计过程中综合考虑大梁的总布置、设计参数。本专利技术公开的一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架的设计方法，还包括如下步骤，4)通过结合拉丁超立方采样方法、二阶多项式响应面模型方法和负泊松比结构汽车车架的有限元模型建立负泊松比结构汽车车架的二阶多项式响应面模型，其中，建立二阶多项式响应面模型所需的最少的试验设计点的个数K由负泊松比结构汽车车架的设计变量个数确定，其中K＝(n+1)*(n+2)/2，式中，n为负泊松比结构汽车车架设计变量的数量，同时采用拉丁超立方采样方法以及二阶多项式响应面模型来建立车架的近似模型使建立近似模型所需试验设计点更加均匀分布，从而提高近似模型的精度；5)之后对二阶多项式响应面模型的精度进行评价；如果都满足要求，则将近似模型用于下一步的负泊松比结构汽车车架优化设计；如果不能满足要求，则返回上一步对近似模型进行修正直至满足精度要求，通过应用平方相关系数R2、相对最大绝对误差RMAE和相对平均绝对误差RAAE三种不同的方法进行评价，公式如下， R 2 = 1 - Σ i = 1 q ( y i - y ^ i ) 2 Σ i = 1 q ( y i - y ‾ ) 2 ]]> R M A E = m a x { | 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架，包括前、后保险杠，左、右大梁以及横梁，其特征在于，横梁与左、右纵大梁相连接，并依次排布在前、后保险杠与左、右纵大梁所围成的车架间；前保险杠(2)内部安装前保险杠负泊松比结构填充内芯(1)，后保险杠(10)内部安装后保险杠负泊松比结构填充内芯(11)；右纵大梁(5)前段安装右纵大梁前负泊松比结构填充内芯(3)，右纵大梁(5)后段安装右纵大梁后负泊松比结构填充内芯(9)，左纵大梁(13)前段安装左纵大梁前负泊松比结构填充内芯(14)，左纵大梁(13)后段安装左纵大梁后负泊松比结构填充内芯(12)。

【技术特征摘要】
1.一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架，包括前、后保险杠，左、右大梁以及横梁，其特征在于，横梁与左、右纵大梁相连接，并依次排布在前、后保险杠与左、右纵大梁所围成的车架间；前保险杠(2)内部安装前保险杠负泊松比结构填充内芯(1)，后保险杠(10)内部安装后保险杠负泊松比结构填充内芯(11)；右纵大梁(5)前段安装右纵大梁前负泊松比结构填充内芯(3)，右纵大梁(5)后段安装右纵大梁后负泊松比结构填充内芯(9)，左纵大梁(13)前段安装左纵大梁前负泊松比结构填充内芯(14)，左纵大梁(13)后段安装左纵大梁后负泊松比结构填充内芯(12)。2.根据权利要求1所述的吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架，其特征在于，横梁包括第一横梁(4)、第二横梁(6)、第三横梁(7)以及第四横梁(8)。3.一种吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架的设计方法，其特征在于，步骤如下：1)首先在Matlab软件中建立左纵大梁前负泊松比结构填充内芯(14)、左纵大梁后负泊松比结构填充内芯(12)、右纵大梁前负泊松比结构填充内芯(3)、右纵大梁后负泊松比结构填充内芯(9)、前保险杠负泊松比结构填充内芯(1)、后保险杠负泊松比结构填充内芯(11)的参数化模型；2)在SFE‐CONCEPT软件中通过利用参数化模型知识库建立左纵大梁(13)、右纵大梁(5)、前保险杠(2)、后保险杠(10)、第一横梁(4)、第二横梁(6)、第三横梁(7)、第四横梁(8)的全参数化模型；3)再利用网格自动生成技术快速建立左纵大梁(13)、右纵大梁(5)、前保险杠(2)、后保险杠(10)、第一横梁(4)、第二横梁(6)、第三横梁(7)、第四横梁(8)的有限元模型，并将左纵大梁前负泊松比结构填充内芯(14)、左纵大梁后负泊松比结构填充内芯(12)、右纵大梁前负泊松比结构填充内芯(3)、右纵大梁后负泊松比结构填充内芯(9)、前保险杠负泊松比结构填充内芯(1)、后保险杠负泊松比结构填充内芯(11)的有限元模型与其进行组装，从而建立吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架的有限元模型。4.根据权利要求3所述的吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架设计方法，其特征在于，所述的步骤2)中的全参数化模型是利用参数化模型知识库建立，其中参数化模型知识库包括参数化截面、参数化接头，设计过程中综合考虑大梁的总布置、设计参数。5.根据权利要求3所述的吸力储能防撞负泊松比结构汽车车架设计方法，其特征在于，还包括如下步骤：4)通过结合拉丁超立方采样方法、二阶多项式响应面模型方法和负泊松比结构汽车车架的有限元模型建立负泊松比结构汽车车架的二阶多项式响应面模型，其中，建立二阶多项式响应面模型所需的最少的试验设计点的个数K由负泊松比结构汽车车架的设计变量个数确定，其中K＝(n+1)*(n+2)/2，式中，n为负泊松比结构汽车车架设计变量的数量；5)之后对二阶多项式响应面模型的精度进行评...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冠，赵万忠，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32