基于整车变形和加速度曲线的正碰对标分析

赵文娟 徐莉 李文凤 孙凌飞 李素霞

摘 要：整车结构碰撞仿真分析一直是各大汽车企业着重发展的方面，整车碰撞分析模型的精确程度直接影响到后续整车开发中的碰撞试验数量。一个好的碰撞分析模型能够精确地反映出实际碰撞试验中的车体加速度、 乘员舱的侵入量等关键技术指标。

关键词：碰撞；对标；加速度；变形

中图分类号：U46 文献标志码：A

本文针对整车结构碰撞分析模型的精确度，从整车关键零部件变形和加速度曲线两方面考察模型的精确度，通过采用HyperMesh和Primer建立碰撞分析模型，使用HyperView对计算结果进行处理，通过对分析结果与实车试验结果进行整车关键部件变形和加速度曲线等关键指标的对比，探讨影响分析精确度的影响因素，最终不断提高正面碰撞分析模型与试验的吻合程度。一个好的碰撞分析模型能够精确地反映出实际碰撞试验中的车体加速度、乘员舱的侵入量等关键技术指标。为建立较为精确的碰撞分析模型，初始的整车对标碰撞分析模型是必须的基础，该模型建立于整车开发第一次碰撞摸底试验完成之后，与碰撞试验结果有较高的吻合度，使得在后续的开发中对碰撞分析结果有足够的可信度。

一、模型建立

本文所述的整车碰撞分析对标模型是基于整车第一版数据已经发布并完成首次碰撞试验后与试验结果进行对标。初始的整车碰撞有限元模型采用HyperMesh前处理工具进行网格划分，然后再导入Primer中进行材料厚度设置、接触设定、焊点及各种连接关系等的建模工作，同时根据CAD数据中的总成模块设计原则，将整车模型分成多个子模型，最后通过*INCLUDE的方式将所有子模型汇聚成一个树状结构的主模型。整车碰撞模型的细分主要包括：白车身BIW、门盖系统、动力总成系统（发动机、变速器、排气系统、散热器等）、底盘（车架、转向系统、悬架系统、行驶制动系统、燃油系统和轮胎等）以及内外饰（座椅、保险杠、仪表板、内外饰件和玻璃等）。

通过采用HyperMesh和Primer建立整车模型，并且通过配重达到与整车试验一致的总质量、整车质心和前后轴荷等关键参数，完成模型的建立。

二、模型检查

按照选定的试验样车状态，将CAE的模型做相应调整，包括以下几个方面：

1按照拆车过程中测量的各总成重量（包括发动机总成，仪表板，传动轴，前后悬，油箱，轮胎，座椅，排气系统，散热器等），对整车CAE模型进行重新配重，使得CAE模型中的总成重量和实际测得的重量保持一致；

2按照碰撞样车在试验过程中传感器的位置，调整CAE模型中各加速度传感器的相应位置；

3调试基础模型，包括模型的边界条件、焊接情况、是否有遗漏的零件、壁障、模型网格质量检查等，使得该模型的能量曲线、模型的敏感度和稳定性都达到最优；

4扫描试验车的BIW，为对标参考做基准；

5将整车正碰分析模型提交到高性能计算中心DYNA求解器进行计算，得出仿真分析结果，采用HyperWorks的后处理工具HyperView以及HyperGraph进行相关的变形分析和曲线分析。

三、对标分析

1关键零部件变形对标

对于正面碰撞，常常关注以下几个零部件的变形：前防撞梁、吸能盒、前纵梁、防火墙、大地板、门框和顶棚。通过观察实车碰撞后底盘关键部件的变形情况，如发动机是否被撞裂，Mont点是否失效，传动轴的变形模式等来调整CAE模型中敏感度较高的参数，使得模拟结果与实际碰撞的变形结果吻合度在80%以上。将CAE模型中的计算结果和整车扫描模型进行对比，两者的吻合度高达80%以上，如（图1）所示。

2车体加速度曲线的分析

整车碰撞的基本物理原理是牛顿第二定律，F=m×a，其中，m为试验整车质量，a即为反映在车身上的加速度，F为碰撞中刚性壁障及车体传力路径上所传递的碰撞力；基于该原理，整车的加速度曲线为，a=F/m；车体加速度反映了车辆发生碰撞时发生的各个事件，通过加速度曲线的分析结合试验录像以及仿真动画可以判断各时刻车身发生的变形或发动机舱内发生的接触撞击等事件。图2为仿真分析与试验结果对标。

结语

本文通过具体车型开发的整车碰撞对标分析，通过使用HyperMesh和Primer前处理软件建立正面碰撞模型，设置好相关的各个参数，并提交到的高性能计算平台使用Dyna求解器进行求解计算；根据对标分析经验得出以整车关键零部件变形和车体加速度为参数进行对标建模，使得碰撞模型不断优化并提高其分析结果的准确精度，提高车型开发仿真工作的效率。

参考文献

[1]黄世霖，张金换，白远利.汽车正面碰撞法规中乘员保护指标探讨[J].公路交通科技，2004（01）.

[2]万长东.轿车车身正面碰撞的计算机仿真[D].西华大学，2006.