傅家豪（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川　郫縣　610039）

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混合可靠性技術(shù)在車輛設(shè)計中的應(yīng)用

傅家豪
（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川郫縣610039）

摘要：在車輛設(shè)計中，保證設(shè)計的可靠性是非常重要的，這需要在車輛設(shè)計的過程中切實將相關(guān)的可靠性技術(shù)運用其中?；旌峡煽啃约夹g(shù)近些年在車輛設(shè)計中的運用不斷增多，對提升車輛設(shè)計各個方面的可靠性起到了非常顯著的作用?；诖?，本文就從關(guān)鍵零部件的振動可靠性、正面碰撞安全可靠性、側(cè)面碰撞安全可靠性等方面逐一分析了混合可靠性在車輛設(shè)計中的實際運用，希望可以對相關(guān)設(shè)計人員起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：混合可靠性；車輛設(shè)計；運用

0　引言

車輛的可靠性雖然是一個較為整體的概念，但是其實際上是由多個不同的部分所組成的，通過對這些部分進(jìn)行分拆，注意明確不同部分在設(shè)計上的可靠性控制，對于提升車輛設(shè)計的水平具有極其重要的意義。對于車輛而言，振動和碰撞是衡量其可靠性的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此需要在這兩個環(huán)節(jié)加強混合可靠性技術(shù)的運用。

1　車輛設(shè)計中關(guān)鍵零部件振動特性可靠性

在車輛的行駛過程中，不論是加速還是減速，抑或是路面狀況，都會使得車輛在橫向、縱向和垂向都出現(xiàn)振動情況。由此，車輛的各個零部件在這種狀態(tài)下就會出現(xiàn)振動，造成零部件磨損或是破壞。因此，需要加強車輛零部件在振動方面的可靠性，使其在面對振動時能夠保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)?；旌峡煽啃约夹g(shù)對于車輛零部件振動可靠性分析而言具有較為顯著的作用，因為其綜合性較高，能夠?qū)Χ鄠€零部件形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)。進(jìn)行振動分析，需要明確振動實驗條件及對應(yīng)方法，正弦定頻實驗和正弦掃頻實驗是進(jìn)行振動分析的兩個主要實驗，前者是在固定的頻率段對定量進(jìn)行正弦振動實驗，主要有加速度或位移這些指標(biāo)，其對于考核試件的耐震強度以及抗震能力具有重大意義。后者是在一定的頻率范圍內(nèi)，通過定量在一定速率下對該頻率范圍進(jìn)行掃頻。通過實驗得出相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，就可以建立對應(yīng)的振動特性分析模型，首先，需要確保模型能夠?qū)崿F(xiàn)高效率計算，這需要結(jié)合單元尺寸具體確定。其次，在高計算效率的基礎(chǔ)上，應(yīng)該確保模型能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的幾何特征以及力學(xué)特性形成真實反映，并且保證連接方式的準(zhǔn)確沒，材料參數(shù)精確，網(wǎng)格劃分合理等。之后就可以進(jìn)行可靠性分析，第一步需確定不確定變量，根據(jù)對象材料實際，可將密度、彈性模量、厚度等作為不確定變量，然后進(jìn)行計算，通過橢球凸模型對材料參數(shù)波動進(jìn)行描述，再通過功能函數(shù)就可以實現(xiàn)可靠性的分析，明確失效概率等。

2　車輛設(shè)計中正面碰撞安全可靠性

車輛在實際使用中，遭遇的最大問題就是出現(xiàn)碰撞，每年因為碰撞事故造成的人員傷亡數(shù)量不斷上升，對社會穩(wěn)定造成了較大干擾。因此，需要在車輛設(shè)計的階段，通過混合可靠性技術(shù)對車輛正面碰撞的安全可靠性進(jìn)行分析，提升其安全程度。正面碰撞是車輛碰撞中最為嚴(yán)重的形式，其對人體造成的傷害往往是最大的。目前許多國家都對正面碰撞的安全性要求作出了相關(guān)規(guī)定，在實際設(shè)計過程中，就需要在這些規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性分析。首先，需要建立正面碰撞的數(shù)值模型，通過HYPERMESH軟件將三維模型導(dǎo)入其中，然后在之中進(jìn)行劃分網(wǎng)格、選擇材料、設(shè)置單元屬性、確定邊界條件等操作。在進(jìn)行碰撞計算時，可以通過LS-DYNA的對稱懲罰函數(shù)進(jìn)行，其由于較為簡單的關(guān)系，能夠?qū)⑸陈┬?yīng)控制在最小范圍內(nèi)，保證計算精度。在計算過程中，需要對接觸進(jìn)行大量定義，其主要涉及到點面接觸、面面接觸、單面接觸等類型。由于實際碰撞的接觸情況較為復(fù)雜，因此在進(jìn)行模擬的過程中，通過人工形式判斷單元發(fā)生接觸的方向是比較困難的。因此，需要在接觸模擬計算中采取更加可靠的方式，如CONTACT-AUTOMATIC-SINGLE-SURFA CE。之后進(jìn)行正面碰撞的耐撞性分析，這是保證車輛和人員安全的關(guān)鍵。根據(jù)實際，人員出現(xiàn)傷亡的最大原因是人與車輛產(chǎn)生碰撞，其屬于二次碰撞。因此，弱化二次碰撞，對于保證人人員安全極其重要。在進(jìn)行車輛設(shè)計的過程中，需要對人員約束系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，通過約束系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)，盡可能吸收來自一次碰撞產(chǎn)生的能量，使二次碰撞的能量盡可能減小，使傳導(dǎo)人員身上的能量不足以對其造成較大傷害。通過混合可靠性分析，可以通過B柱加速度、方向盤侵入量以及能量變化這三種手段實現(xiàn)能量吸收。因此，在進(jìn)行車輛設(shè)計的過程中，需要對這三種方法進(jìn)行合理搭配使用，最大程度將車輛的正面碰撞性能提升到最高。

3　車輛設(shè)計中側(cè)面碰撞的安全可靠性

相較于正面碰撞而言，側(cè)面碰撞也是車輛在實際中較為常發(fā)的一類安全問題。其造成的人員傷亡和正面碰撞不相上下。側(cè)面碰撞和正面碰撞存在較為顯著的區(qū)別，主要是發(fā)生接觸的方向和能量傳遞方式的不同。在進(jìn)行車輛側(cè)面碰撞安全可靠性分析的時候，需要建立對應(yīng)的數(shù)值分析模型，這需要對車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行3D數(shù)模和3D焊點，明確對側(cè)面碰撞存在較大影響的零部件。然后根據(jù)側(cè)面碰撞的特點和流程，可以將這些零部件劃分薄壁結(jié)構(gòu)、底盤和動力總成、車身附件三類。薄壁結(jié)構(gòu)涉及到加強板、門檻以及B柱等部件，在側(cè)面碰撞時是產(chǎn)生形變的主要部件。底盤和動力總成在出現(xiàn)側(cè)面碰撞時不會發(fā)生太大變形，其對剛度和質(zhì)量的要求較高，并且不能忽略其慣性特性。車身附件吸收形變能量的性能較差，但是其質(zhì)量較大，因此會對側(cè)面碰撞運動特性產(chǎn)生較大影響。之后可以車輛碰撞的耐撞性進(jìn)行分析，通過實踐可以得知對人體造成傷害的主要是侵入車內(nèi)的側(cè)面結(jié)構(gòu)，而側(cè)面結(jié)構(gòu)的侵入程度、侵入速度和受傷程度這三者之間均成線性關(guān)系。所以，在進(jìn)行車輛設(shè)計的過程中，就需要對強化側(cè)面結(jié)構(gòu)的抗變形能力進(jìn)行強化，使其能夠?qū)ψ冃文芰坑行眨M量降低側(cè)面結(jié)構(gòu)的變形，保證車內(nèi)人員的安全。

4　結(jié)束語

在車輛設(shè)計過程中，需要對其安全可靠性加強分析和設(shè)計?；旌峡煽啃约夹g(shù)在對車輛進(jìn)行振動安全可靠性以及碰撞安全可靠性分析上具有非常顯著的作用，因此需要通過該技術(shù)對不同情況下的車輛可靠性展開分析，然后針對性的加強設(shè)計，強化車輛性能。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.225

作者簡介：傅家豪（1993-），四川達(dá)州人，主要從事車輛設(shè)計和大學(xué)生成長成才研究。