后防撞梁对于后碰车辆安全性能的影响分析

2015-12-07闫晓晓于光旭黄森仁

重庆理工大学学报(自然科学) 2015年5期

闫晓晓，于光旭，黄森仁

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

车辆追尾碰撞事故是常见的道路交通事故类别之一，发生率仅次于正面碰撞和侧面碰撞。在全国高速公路交通事故中，追尾碰撞事故的比例高达30%以上，位居所有高速公路交通事故之首［1－3］。目前世界各国都在研究并制定日趋严格的追尾碰撞标准和试验方法［4］。我国于2006年7月1日开始实施《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》(GB20072—2006)，此法规主要考察在后碰撞中燃油系统的完整性，即在碰撞过程中是否会发生燃油泄漏现象［5］。在车辆受到追尾发生碰撞的过程中，车内乘员头颈部会产生突然的过伸及过屈的现象，从而造成的颈部损伤，称为“挥鞭伤”。C-NCAP在2012年7月实施的新法规中加入了鞭打试验的考核要求，以考核在追尾碰撞中的乘员颈部损伤［6］。

在后碰过程中，座椅连接件的强度、靠背强度、头枕位置和乘员坐姿对乘员颈部损伤都有很大程度的影响。加速度作为假人挥鞭损伤试验的基本输入条件，其波动直接影响着乘员的颈部伤害值［7－11］。

某些汽车厂不重视车辆后防撞梁的设置，降低后防撞梁的材料、厚度等级，或者直接将后防撞梁省掉不进行安装，借此来达到降低成本的目的。为了研究后防撞梁对于后碰车辆安全性能的影响程度，笔者进行了以下研究:首先，建立了某款轿车的后部碰撞有限元模型，在分析中对比该车型在无后防撞梁、后防撞梁屈服强度在300～400 MPa以及屈服强度在800～1000 MPa时的车体变形情况以及B柱加速度波形;然后将加速度波形输入鞭打模型中，对比分析在不同波形下假人的损伤值。

1 某车型后碰仿真分析

1.1 后碰模型搭建

针对GB20072—2006法规要求，搭建了某款车型的后碰有限元仿真模型，如图1所示。碰撞速度为50 km/h。该模型节点数约为158万，单元数约为160万，其中后防撞梁模型如图2所示。

图1 某车型后碰有限元仿真模型

图2 后防撞梁模型

本研究针对无后防撞梁、后防撞梁材料采用普通高强度板、后防撞梁材料采用超高强度板3种工况进行分析，各工况参数如表1所示。

表1 各工况参数对比

1.2 后碰结构变形分析

1)油箱周围变形对比

在GB20072—2006中，要求碰撞中燃油装置不能发生泄漏，若试验后燃油装置有液体连续泄漏，则在碰后5 min平均泄漏速率不应大于30 g/min。

在仿真中主要考察油箱是否受到其他部件挤压［12－13］。通过对各工况油箱周围变形情况的仿真分析(如图3所示)，可以发现3种工况油箱周围变形基本相同，油箱均没有受到严重挤压，能够满足国标要求。

图3 各工况油箱周围变形情况

2)B柱加速度曲线对比

经仿真分析得到车辆B柱加速度波形，如图4所示。

通过图4可以发现:后防撞梁强度越高，B柱波形第1个峰值就越早出现，加速度峰值也越低;在没有防撞梁时，加速度峰值最高，过高的加速度会对车内乘员造成更严重的伤害。

图4 各工况B柱加速度波形对比

3)后纵梁变形对比

通过后纵梁变形对比(图5)可以发现，3种工况的变形模式稍有差异，其中工况1效果最差。

图5 后纵梁变形

4)整车变形压缩量对比

本研究分析了碰撞过程中的车体变形压缩量。3种工况的车体变形压缩量对比如图6所示。可以发现:工况3的车体变形压缩量最大，为493 mm;工况2的车体变形压缩量最小，为469 mm;工况1的变形压缩量为486 mm，位于两者之间。车体变形压缩量最大相差24 mm，但是变形最大的工况3的油箱未受到严重挤压，3种工况均能满足目标要求。