侧面碰撞车门解锁问题结构优化

邓元,黄民山,杨淑妮

(1.上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007;2.广西艾盛创制科技有限公司，广西柳州 545007)

0 引言

随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的不断增长，由此造成的安全问题日益突出。汽车被动安全技术的发展越来越成熟，在汽车被动安全技术研究中，车内乘员保护一直是汽车被动安全研究的主要内容之一。在交通事故中，可以分为正面碰撞、正面柱撞、侧面碰撞、侧面柱撞、追尾及翻滚等，侧面碰撞属于主要常见的事故类型[1-3]。由于汽车车内侧面空间有限，与正面碰撞相比，发生侧面碰撞时乘员更容易受到伤害。车内乘员在侧面碰撞中受到伤害主要有两种形式：(1)被撞侧车身和车门发生严重变形，入侵乘员舱造成的直接损伤，需要配置侧面气囊和气帘减轻损伤；(2)碰撞过程中车门出现解锁导致车门开启，乘员除了出现碰撞损伤外，还会受到被甩出车外造成的二次损伤。因此在进行

车身侧面耐撞性设计中必须解决车门解锁开启问题。在国标和《中国新车评价规程》(2018版)都对侧面碰撞试验有明确的假人损伤要求和相关规定。《GB 20071—2006 汽车侧面碰撞的乘员保护》中要求碰撞过程中车门不得开启[4]，《中国新车评价规程》(2018版)中也规定对于两侧的每一个车门，若在碰撞过程中出现开启，则分别减去1分[5]。

本文作者针对某车型在研发阶段的侧面碰撞试验中出现的后侧车门解锁开启问题，结合试验后车门拆解分析、门锁结构精细化建模和整车侧面碰撞仿真模型试验对标，找到了门锁解锁开启的原因。据此提出了在车门外板上部增加一根加强板的优化方案，后续优化方案试验验证结果表明，门锁周边车门外板局部变形改善明显，没有出现车门解锁开启问题，方案有效。

1 问题描述

某车型在开发阶段进行侧面碰撞试验后，在车外拉后侧门窗框，发现车门处于自由开启状态，门锁出现解锁。后续通过高速录像进一步证实，试验车与移动壁障开始分离后，后侧门出现开启现象。

侧面碰撞试验过程中后侧门出现开启问题，后排乘员可能存在被甩出车外的危险。由于后侧门没有按设计状态保持锁止，后侧门侵入对后排假人造成的损伤与设计状态出现偏差，无法得出后排假人真实得分。必须解决后侧门门锁开启问题，才能开展后续开发工作，评估假人伤害值是否满足设计要求。

2 仿真对标和原因分析

2.1 研究内容

试验后侧门外板对应门锁外开拉杆区域，出现深V凹陷变形，同时外开把手与外开本体处于分离状态，如图1所示。通过拆车发现B柱、门槛、地板座椅后横梁和前后门都出现较大的变形，后侧门门锁解锁问题与车门外板局部变形过大有关，需要在整车仿真模型对标结果良好的前提下，后侧门变形才能与试验对标一致。

图1 后侧门变形

2.2 整车仿真对标

按照试验前测量碰撞侧前后轮眉通过轮心位置的高度，重新调整模型中移动壁障高度。根据实车中B柱、门槛出现焊点失效的位置设置焊点力失效，同时将B柱内板上布置的加速度传感器按试验位置进行调整。由于B柱整体侵入量直接影响到后侧门的变形，因此文中以B柱侵入量作为重要对标指标，对标结果见表1。对标结果表明整车仿真模型具有较高的精度，可以进行后续后侧门解锁问题优化。

表1 B柱侵入量对标结果

2.3 门锁系统精细化建模

在已经对标好的整车模型基础上，加入后侧门门锁系统精细化模型，通过计算机仿真进行解锁问题分析。相对于车门整体尺寸来说，门锁系统的零件尺寸小且数量多，同时存在较多运动关系复杂的运动副，特别是门锁本体内部零件。由于受整车模型计算时间步长限制，门锁系统模型单元尺寸不能过小，在保证单元大小能够准确模拟零件外形特性的前提下，对碰撞过程中不会变形的零件按照刚体处理，但是需要确保各个零件的质量和质心位置与实际一致。根据各个零部件之间的运动副关系，建立相应的铰链连接，确保建立的门锁系统有限元模型运动形式和实际的完全一致。为了准确模拟外开把手在实际侧碰试验中的运动和开启受力情况，在外开把手与本体间加入与实际弹簧刚度一致地扭转弹簧单元，模拟外开把手的开启程度。整个门锁系统有限元模型如图2所示。

图2 门锁系统有限元模型

2.4 门锁解锁原因分析

在侧碰模型中加入上面建立的门锁系统精细化模型后，通过仿真计算分析，仿真模型中后侧门的变形模式和试验一致，外开把手与外开本体处于分离状态，出现了开锁动作，说明仿真模型的结果可信度高，如图3所示。

图3 后侧门试验与仿真变形对比

图4为后侧门外开把手区域变形局部分析图，在侧面碰撞过程中，后侧门外板在外开把手下部区域发生了严重的凹陷变形。该凹陷变形使得外开把手区域出现绕着整车X轴方向的向下翻转变形，被动向里凹陷移动，外开拉杆会被该向下翻转变形带动下移。当外开拉杆向下位移量达到门锁解锁行程时，就会发生解锁现象。可以得出后侧门解锁原因是外开把手区域的翻转变形过大，带动外开拉杆下移达到解锁行程从而导致了解锁。

图4 后侧门外开把手局部区域变形

3 结构优化和试验验证

3.1 结构优化

通过上述分析得出的门锁解锁原因，只有减少碰撞过程中后侧门外开把手区域的翻转变形，改变深V凹陷变形模型才能解决该问题。结构优化的思路是加强后侧门外开把手区域的局部刚度，可以通过增加加强板或者补强贴片等方式实现。综合考虑成本、工艺等因素，最终选择采用增加一根0.6 mm BLD抗凹横梁的优化方案，如图5中黑色方框所示。

图5 后侧门结构优化

图6为后侧门外开把手区域优化前后的仿真模型变形对比，可以看出优化方案外开把手区域变形模式发生显著变化，翻转变形不明显。此外，外开把手与外开本体没有出现分离现象，表明外开拉杆的下移量为零，没有出现解锁的趋势。

图6 后侧门结构优化前后变形对比

3.2 试验验证

根据后车门结构改进设计后，重新进行实车侧面碰撞试验，试验结果如图7所示。可以看出后侧门保持锁止状态，后侧门整体变形模式和仿真一致，没有出现解锁现象，该车型后侧门解锁问题得以解决。优化后的后侧门外开把手区域变形模式和仿真分析一致，说明在侧面碰撞仿真分析模型中加入门锁系统精细化模型，可以有效提高仿真精度。不仅可以更准确地模拟车门整体的变形，而且能很好地预测是否存在车门开启的风险。

图7 后侧门结构优化后试验变形

4 结论

文中基于开发过程中侧面碰撞试验出现后侧车门解锁开启问题，结合试验分析与仿真对标，找到了后侧车门解锁开启的原因，并提出了对应的结构优化方案，后续试验验证了优化方案的有效性，得出以下结论：

(1)后侧门外板外开把手区域结构刚度偏弱，导致碰撞过程中外开把手翻转凹陷过大，带动外开拉杆下移达到解锁行程，从而导致了解锁。

(2)对于因后侧门外板变形过大导致的解锁问题，可以通过增加加强板等提高外开把手区域局部刚度的方法，改善门外板的变形，在设计阶段规避掉此类问题。

(3)在侧面碰撞仿真分析模型中加入门锁系统精细化模型，有效提高仿真精度的同时，不仅可以更准确地模拟车门整体的变形，而且能很好地预测是否存在车门开启的风险。