汽车仪表板横梁设计及选材

放大  缩小 日期:2020-08-07     来源:中国汽车材料网    评论:0       [ 进入汽车材料社区 ] [ 汽车材料馆 ]
核心提示:浅谈CCB(仪表板横梁)设计1.1 什么是CCB打开车门,进入车内,首先进入视线的是前方的仪表面板,有的科技感十足,有的则前卫时尚。在各式各样的仪表板下面,都隐藏着一种支撑结构---仪表板横梁,即CCB (Car Cross Bea
 浅谈CCB(仪表板横梁)设计

 

1.1 什么是CCB

打开车门,进入车内,首先进入视线的是前方的仪表面板,有的科技感十足,有的则前卫时尚。在各式各样的仪表板下面,都隐藏着一种支撑结构---仪表板横梁,即CCB (Car Cross Beam)。

 

汽车仪表面板

CCB主要用于支撑人机界面控制设备及装饰件, 同时与其它安全结构共同构成安全系统。其结构形式简单,主要包括管梁,侧端支架,管柱固定支架总成,下支脚以及附属支架等。仪表板横梁安装在驾驶室前端,隐藏在仪表板下方,用于固定仪表板及其附属件;因此通常会把CCB作为汽车内外饰的一部分进行开发。同时,CCB多为金属结构,横跨车身左右两侧,对整个驾驶室有加强作用, 而且PAB(Passenger Air Bag)等结构也安装在上面,对其强度有一定要求;所以,CCB同时作为一种结构承载件进行设计。CCB作为前端仪表面板下的支撑件,担当着安装及安全支撑的重要责任。

仪表板下的CCB结构

 

1.2 CCB的种类

CCB虽然整体结构简单,但由于不同车型空间布置及内饰风格不同,其结构设计也各有差异。按照材质可以分为金属类、非金属类;其中金属类又可以分为钢制和非钢制。传统CCB结构以钢制材料居多,采用钢管梁和冲压件拼焊,成本低,但材料密度大,不利于轻量化设计;非钢制金属CCB结构常用材料有铝合金、镁铝合金等,采用挤压和压铸成型,其结构密度小,质量轻,但成本较高;而非金属类,多采用聚合材料与金属搭配形式,进一步提升性能与轻量化水平。

不同材料的CCB(图片源自网络)

1.3 CCB设计要点

CCB结构担当着仪表板等安装固定的功能,同时作为车辆前端支撑件,对车辆结构性能有重要作用。其设计也主要从以下方面考虑:

(1)安装功能:支撑仪表板以及空调等电器件的安装与固定。

(2)碰撞保护:支持膝部碰撞保护,提供碰撞缓冲区;为PAB爆破展开提供支撑[1]。

(3)NVH品质:支持转向管柱及方向盘功能,满足振动等设计要求。

(4)制造成本:满足轻量化设计,降低制造成本。

CCB设计要点(图片源自网络)

安装功能方面,需要提供一定的支撑强度;碰撞方面,需要CCB结构冲击作用下变形量较小;而NVH方面则要求其较高刚度,减少振动传递。不论是安装功能,还是碰撞和NVH性能,都要求CCB具有较高的刚度和强度,承担起各种设计需求。因此,CCB开发设计中,也主要以提升其结构的刚强度为目标。

1.4 CCB的设计方法

(1)主要设计工况

CCB结构在车内空间布置的约束下,首先要满足各安装界面设计,同时提高其刚强度水平和轻量化水平。在CCB结构早期设计中,其管柱安装整体模态和方向盘中心点刚度通常是衡量CCB结构刚度水平的重要参考。

汽车发动机怠速频率一般在25-28Hz之间,仪表板横梁总成一阶模态在33-35Hz,仪表板横梁安装上仪表板等附件时,一阶模态有5%降低,为避免共振[2],要求CCB与方向盘管柱的一阶模态应在40Hz以上。

另一方面,管柱及方向盘安装在CCB结构上,而驾驶人员直接接触方向盘,需要保证在操控力矩下,方向盘变形量尽可能小;因此方向盘中心点在加载力的情况下的变形量也是重要设计指标。

(图片源自网络)

(2)常用设计方法

1)CCB结构中,不同部分对性能的贡献量有差异,对灵敏度较大的结构进行针对性设计,是提升性能最直接有效的设计方法。

根据分析,常见CCB结构中,各部分结构对一阶模态及刚度的影响不尽相同,以左驾车辆为例,双支脚的CCB各子结构对性能贡献排序如下:

(图片源自网络)

可以看出,主管梁是最具有“担当”的结构,其次是管柱安装支架总成,且左端侧支架和左侧支脚相对右侧,对性能影响都更大。根据灵敏度设计,我们可以看到更粗壮的主梁,特殊设计的管柱安装支架,加强的左侧支脚,以及消失不见的右脚设计形式。

单支脚CCB

2)同时,拓扑优化设计也是常用设计方法。如采用拓扑优化方法,对影响较大的管柱安装支架结构进行优化,实现轻量化设计。

3)此外,通过模块及参数化方法,可以实现快速组合优化。结合优化算法,实现结构快速寻优设计。

拓扑优化设计[3]

快速组合优化设计[4]

汽车仪表板选材

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未来发展方向

当前对节能环保需求不断提高,车辆轻量化设计成为重要发展方向,CCB作为车辆重要的“担当”角色,也在朝着更轻更强方向进化。随着复合材料的发展,金属塑料混合结构成为重要研究课题,塑料CCB也已经出现,相信未来其结构将会更加丰富,在整车性能提升方面担当起更重要的作用。

 

 

 
 
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