解决正面碰撞布置问题的优化方案

鄂世国，王志涛，杨伟

解决正面碰撞布置问题的优化方案

鄂世国，王志涛，杨伟

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

文章针对某左舵车型在正面碰撞开发过程中出现车体加速度较大和局部车身侵入量过大问题进行分析，运用仿真手段进行原因分析，针对车身结构和机舱布置存在的缺陷，提出有效的改进方案。优化后车体加速度和车身侵入量等均得到改善，车体加速度由原来的51.2g降低到39.5g，车身侵入量由78mm减小到40mm。结果表明优化变速器与副车架以及车身安装点相撞问题并配合优化纵梁的变形模式后，各项指标均达到C-NCAP 2021五星目标值要求。

正面碰撞；车身结构；布置；优化

前言

仿真技术是20世纪80年代出现的一种新的综合集成技术；即用虚拟的电子信息系统对真实场景系统的一种模仿仿真技术，是由人机交互技术、人工智能、传感技术等多种现代三维构成系统的人工环境建设，通过多媒体放映对人体的视觉、触觉、听觉等感官上的逼真呈现，使人和相关虚拟环境有一定的交互性，并适时做出相应的反应。随着相关技术领域的不断发展，仿真技术逐渐形成出运用于自身的自成体系，从以前的某个物理现象、设备和系统的简单模拟，发展为能运用其原理对不同系统组成的系统结构体系进行更高级的仿真，使相关用户在符合人们客观意识环境下，贴近物体相关运动力学定律的基础上，充分满足现代虚拟仿真技术的发展需要。伴随着时代的发展，工业生产设备要求的操作水平愈来愈高，要求在最短的时间内，经济效益最大化的生产出最令人满意的产品，所以运用仿真技术进行研究，不仅可以缩短产品开发周期，优化生产过程，而且可以提高产品的质量，使企业在发展中处于领先地位。未来制造业的发展离不开仿真技术[1]。

1 存在问题与原因分析

1.1 问题描述

某左舵车型开发C-NCAP 2021安全碰撞性能，结果显示该车型车体加速度较大和局部侵入量过大，超出五星开发设定的目标值。

1.2 原因分析

经过对仿真结果的反复观看与分析，如图1和2所示，主要是以下原因导致：

1）变速器与副车架以及车身安装点相撞，较大的载荷向后传递，导致乘员舱变形严重和加速度较大；

2）纵梁前段变形不好，纵梁后段无折弯，总体反应纵梁变形模式不理想。

图1 转向系统与车身位置关系

图2 变速器与副车架位置关系

2 车身优化方案

2.1 地板加强件优化方案

1）地板加强件X向、Y向和Z向尺寸减少，避免与转向机在碰撞过程中产生撞击，如图3所示；

2）副车架安装支架尺寸对应修改；

图3 车身优化方案1

3）地板纵梁根部加强件截短，避免撞击到加强件。

图4 车身优化方案2

2.2 前纵梁优化方案

1）左右纵梁根部起弱化筋，增加变形，中部豁口处增加保护焊；

2）地板纵梁里面加强件剪短，弱化纵梁根部，如图5所示。

图5 纵梁优化方案

2.3 综合优化方案

以下是车身结构所有的优化方案，如图6和7所示。

图6 车身综合优化方案1

图7 车身综合优化方案2

3 优化后效果

3.1 优化后纵梁变形模式

为提高正面碰撞的结构性能，对纵梁进行了合理的优化设计。纵梁根部弱化后，纵梁根部出现折弯，减小对防火墙的冲击，优化后座椅地板变形明显减少。

图8 优化后纵梁变形

3.2 优化后加速度波形

车身结构的不合理导致吸能效果不理想，碰撞波形变化剧烈，车身整体变形量过大，各关键部位的侵入量较大，车身结构还有提升空间。

图9 优化后的加速度曲线

优化后，加速度波形明显下降，加速度在20ms之前的G1有提升，在38ms-65ms的加速度峰值G2有明显降低，车体加速度由原来的51.2g降低到39.5g，如图9所示。

3.3 优化后车身侵入量

为了降低车型后期开发的成本，只对车身结构的侵入量进行控制。通过控制车身各关键部位的侵入量，可以使乘员舱的生存空间得到保障，避免对假人造成过大的伤害[2]。

优化后，车身侵入量的考察点也有明显地降低，脚下的最大侵入量从原来的78mm下降到40mm，优化效果明显。

4 结论

1）通过对加速度较大问题地分析，反映出机舱布置设计不合理直接影响车体加速度，在开发过程中应该合理把握设计要点；

2）采用仿真分析技术可以缩短开发周期，减少试验次数和开发成本，为碰撞安全性能提供良好的车身结构。

[1] 蒋斌庆.基于仿真技术的汽车正面碰撞结构优化.中国科技博览[J]. 2018(33).

[2] 韩玉环,曾祥义,刘志新,等.基于车身变形量的正面碰撞波形的分析与优化[J].时代汽车,2017(4):92-94.

Optimization Case to Solve Frontal Impact Packaging Problem

E Shiguo, Wang Zhitao, Yang Wei

( Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

This paper analyzed the problems of large acceleration and excessive intrusion of local body in frontal impact development of a left-hand vehicle. The reason analysis was carried out by means of simulation. Aiming at the defects of body structure and engine room layout, the effective improvement scheme was put forward. Optimized car body acceleration and body intrusion was improved. The acceleration had been reduced from 51.2g to 39.5g, and the intrusion had been reduced from 78mm to 40mm. The results showed that after optimizing the problem of crash among transmission and sub frame and installation point of the body, and coordinated with optimization of the deformation mode of the longitudinal beam. All the indexes met the C-NCAP 2021 five-star target requirements.

Frontal impact; Body structure; Packaging; Optimization

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.021

U467

A

1671-7988(2021)03-71-03

U467

A

1671-7988(2021)03-71-03

鄂世国，硕士学位，中级工程师职称 ，就职于华晨汽车工程研究院，整车CAE仿真分析。