某车型正面碰撞结构优化

2014-06-24王月宋叶红肖海涛刘卫国孙立志周大永

汽车工程师 2014年8期

王月宋叶红肖海涛刘卫国，2 孙立志周大永，2

（1.浙江吉利汽车研究院有限公司；2.浙江省汽车安全技术重点实验室）

随着汽车工业的发展，车辆数量逐年增加，同时交通事故的发生率及伤亡人数也呈上升趋势[1-2]。在各种汽车碰撞事故中，正面碰撞发生及造成死亡的概率较高。因此，研究汽车的碰撞安全性能已经成为新车型开发及老车型改款过程中必不可少的重要环节。文章针对某车型在64 km/h 正面40%偏置碰撞过程中出现的问题，应用Hypermesh 软件进行对标分析，找出导致汽车出现踏板超标问题的原因，并在此基础上进行结构优化，使其结构性能满足要求。

1 现有车型存在问题及分析

1.1 问题描述

某车型在进行64 km/h 正面40%偏置碰撞试验中，纵梁折弯变形严重，呈明显的“Z”字形，前围板整体变形侵入较大，使得踏板及转向管柱存在超标现象。表1示出不同位置侵入量情况；各位置的变形情况，如图1和图2所示。

表1 某车型正面碰撞试验中各位置侵入量 mm

1.2 仿真模型

运用Hypermesh 软件搭建正面偏置碰撞整车分析模型，如图3所示。壁障模型采用可变形壁障，在与试验相同条件下以64 km/h 的速度撞击可变形壁障。由于分析考虑车身结构的变形情况，因此模型中无内饰系统（车门内饰及B 柱内饰等），模拟时间设定为160 ms。

1.3 结果分析

碰撞分析求解运用LS-DYNA 软件，碰撞过程中的能量曲线及质量增加情况，如图4 和图5所示。

从图4 和图5 可以看出，系统的动能逐步转化为内能，曲线光滑，沙漏能占总能量比例小于5%，质量增加小于5%，仿真结果具有参考价值[3-4]。

通过对试验及仿真结果不同时刻的分析，初步判断是由于该车型乘员舱强度及纵梁结构较弱且纵梁基础结构呈现台阶结构，因此碰撞过程中出现在台阶位置弯折的问题；同时机舱前围板位置结构较弱，导致前围侵入较大，使得踏板及转向管柱的后移量出现超标和罚分的问题。

2 结构优化方案

2.1 纵梁结构优化

将左右纵梁的结构进行优化，从悬置所在位置将纵梁平面拉平，优化前后，左右纵梁的结构，如图6 和图7所示，材料选用厚度为2.0 mm 的B340/590DP。

2.2 前围板结构优化

在前围板与A 柱之间增加连接件和加强件，将能量有效传递到车身后部，如图8所示，材料选用厚度为2.0 mm 的 B340/590DP。

2.3 前地板结构优化

在前围地板上增加地板上纵梁，保证地板下纵梁与地板上纵梁形成腔体结构。增加件结构，如图9所示。

3 优化结果评定

3.1 纵梁变形模式

图10 示出优化前后纵梁变形模式，从图10b 可以看出，优化后纵梁前端位置未出现向下的严重折弯变形，纵梁前段被压溃且产生向内的弯折，纵梁悬置后端出现折弯变形。

3.2 能量吸收情况分析

纵梁的能量吸收情况，如图11所示。从图11 可以看出，优化前纵梁吸收的能量为11.8 kJ，优化后吸收的能量为15.75 kJ，较优化前能量吸收增加33%，改进效果较好。

3.3 侵入量对比

优化前后驾驶员侧前围侵入情况，如图12所示。从图12 可以看出，优化后前围板的侵入情况明显降低，由原来的343 mm 减小到219 mm，减小了124 mm。

3.4 整车波形分析

图13 示出结构优化前后整车波形分析图。从图13a可以看出，优化后整车加速度波形在40 ms 之前明显升高，在65 ms 与90 ms，整车达到最大加速度，峰值为40 g；从图13b 可以看出，车体的反弹时刻（即速度归零时刻）由之前的107 ms 变化到98 ms，提前了9 ms；从图13c可以看出，整车最大动态位移明显减小，由原来的1 285 mm 减小到1 148 mm，减小了137 mm；从图13d可以看出，车体强度随着位移的变化而产生的加速度的变化情况，即优化后车体的强度较优化前明显增加。