范朝兵，肖頤，方月嬌

（江西昌河汽車有限責任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002）

微型貨車正面碰撞安全性能優(yōu)化提升

范朝兵，肖頤，方月嬌

（江西昌河汽車有限責任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002）

微型貨車的碰撞安全性能剛被納入國家強制法規(guī)要求，用戶也越來越關(guān)注。文章通過對某量產(chǎn)微型貨車進行正面碰撞試驗摸底、結(jié)構(gòu)仿真分析優(yōu)化、樣車試驗驗證等，最終提升其正面碰撞性能，通過國家強制法規(guī)要求。通過仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的變形對比，得出簡化的仿真模型有效，為進一步碰撞安全性能的提升打下基礎(chǔ)。

微型貨車；碰撞安全；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；仿真

前言

當前，隨著車輛的增多，道路通行率的增大，汽車事故量不斷增多，就國內(nèi)的情況來說，事故率高、事故傷害大而又在碰撞安全方面投入研究較少的車型是各種載貨汽車，特別是輕型載貨汽車。而輕型貨車以自身的優(yōu)點，占據(jù)了貨車市場中不小的份額，用戶十分廣泛，所以貨車的安全問題已經(jīng)引起社會各方面的共同關(guān)注，包括國家、生產(chǎn)廠商與消費者在內(nèi)。經(jīng)過修訂的國家強制法規(guī)－汽車正面碰撞的乘員保護（GB 11551－2014），也把最大設(shè)計總質(zhì)量不大于2500kg的 N1類汽車，納入到管理要求中。微型貨車碰撞安全性能的提升已刻不容緩。文章以某微型貨車為基礎(chǔ)車，通過試驗、仿真優(yōu)化、再試驗等方式，提升其正面碰撞性能。

1 基礎(chǔ)車正面碰撞性能摸底

由于 N1類汽車剛被納入國家強制正面碰撞法規(guī)要求，在基礎(chǔ)車的開發(fā)中，沒有進行碰撞性能的驗證，某貨車的碰撞性能到底如何，沒有一個量化值，必須進行一次正面碰撞摸底試驗，才能針對結(jié)果有效提升。

通過試驗摸底，得到：

（1）車架縱梁發(fā)生多處彎折失效，整體變形嚴重；

（2）地板隆起變形嚴重，降低乘員生存空間；

（3）轉(zhuǎn)向管柱侵入量過大，對假人大腿造成嚴重的傷害；

（4）貨箱與車架安裝點連接失效，導致貨箱向前移動，對駕駛艙造成擠壓；

（5）試驗后車門不能順利打開，假人不能順利從駕駛艙中逃離，不滿足法規(guī)要求；

（6）油箱固定帶失效，存在郵箱脫落，導致油液泄露的風險。

2 碰撞試驗結(jié)果分析及優(yōu)化

通過碰撞試驗可以總體得出，某貨車的車架吸能較差，導致其碰撞加速度偏大，貨箱及油箱固定點、連接點由于沖擊大而失效；駕駛艙下部，車架為開口的槽型結(jié)構(gòu)，碰撞變形很不穩(wěn)定，產(chǎn)生了較嚴重的彎折失效變形，車架沒有有效支撐，致使上部駕駛艙受力變形較多，乘員生存空間擠壓，車門受力變形而卡住。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路：增加前部吸能，從而減少加速度；增加駕駛艙下部車架強度，減少駕駛艙受力變形，保證乘員生存空間。

結(jié)構(gòu)具體優(yōu)化措施：在車架縱梁前部增加吸能盒；駕駛艙下部車架上增加U型封板，使開口車架變成連續(xù)封閉的框架結(jié)構(gòu)，保證此段不會產(chǎn)生過大的碰撞變形。如圖1所示。

圖1 車架縱梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3 仿真驗證

通過建立有限元模型，對優(yōu)化措施進行仿真驗證。由于某貨車為非承載式車身，碰撞后的能量多被車架吸收，為簡化模型，縮小計算時間，有限元分析模型僅包含車架、底盤、發(fā)動機、進排氣等部件，駕駛艙和貨箱采用質(zhì)量點的形式代替，如圖 2所示。仿真分析是整車以給定的初始碰撞速度50km/h撞擊固定剛性墻，運用LS-DYNA軟件進行碰撞過程仿真計算。

圖2 碰撞仿真有限元模型

仿真結(jié)果顯示，車架縱梁前部吸能盒有效壓潰變形吸能，駕駛艙下部縱梁保持完整，沒有發(fā)生較大的變形，保護了駕駛艙的空間，但在駕駛艙后部縱梁產(chǎn)生了較大的折彎，如圖3所示。相比優(yōu)化改進前，縱梁壓縮變形距離減少了約110mm，如圖4所示。

圖3 碰撞100ms后車架變形圖

圖4 優(yōu)化前后縱梁壓縮量對比（base為基礎(chǔ)車 case1為優(yōu)化車）

4 樣件樣車制作及試驗驗證

樣車結(jié)構(gòu)加強：制作U型封板，通過人工電焊，對車架縱梁按優(yōu)化方案進行斷面封閉；車縱梁前部焊接吸能盒；駕駛室關(guān)鍵部位焊點檢查及加密；安全帶固定點周圍加強；增加貨廂與縱梁的連接螺栓等。

樣車部件改進：控制轉(zhuǎn)換管柱的可潰縮壓力；鎖機結(jié)構(gòu)改進等。

表1 樣車碰撞后假人指標

圖5 碰撞試驗車架變形與仿真變形結(jié)果對比

試驗驗證：按國標GB 11551－2014中的要求對試制樣車進行正面 100%碰撞試驗。試驗后假人各項考察指標如表一如示，均符合國標要求；試驗后駕駛室保持比較好，車門可輕易打開；燃油無泄漏。碰撞后，駕駛室下部車架無變形，在駕駛室與貨廂交接處的車架產(chǎn)生了一定的壓潰變形，車架縱梁變形形式與CAE仿真結(jié)果一致，如圖5所示，也驗證了簡化的仿真分析模型比較正確，可以作為下一步碰撞性能提升的分析基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

通過對某微型貨車正面碰撞試驗摸底車的結(jié)果分析研究，并利用CAE仿真分析技術(shù)，提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施及碰撞安全關(guān)鍵部件的改進，最后制作優(yōu)化樣車，碰撞試驗驗證結(jié)果達到國家強制法規(guī)要求。

通過試驗結(jié)果與仿真優(yōu)化分析后的車架縱梁變形對比，可以得出，建立的碰撞CAE仿真簡化分析模型有效，為進一步碰撞性能提升的仿真優(yōu)化打下基礎(chǔ)。

[1] 裴永勝,張振宇,鄧國紅,等.某乘用車正面碰撞性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].重慶理工大學學報(自然科學),2013,27（4）:18～21.

[2] 鐘志華.汽車碰撞安全技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社,2003.

[3] 王金輪,蘭鳳崇,陳吉清.考慮材料變形路徑及應變率的車身前端吸能結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].汽車工程,2013年（第35卷）第3期.

[4] 孟冰忱.貨車車架縱梁碰撞性能仿真研究[J].中國市場,2012,36:62-64.

Optimization of frontal crash safety performance of micro-truck

Fan Chaobing, Xiao Yi, Fang Yuejiao
( Jiangxi Changhe Automobile CO. LTD, Jiangxi Jingdezhen 333002 )

Safety performance of themicro-truckhas just been incorporated into the national mandatory regulatory requierements, users are also more and more concerned. In this paper, thefrontal crash test of the base micro-truck, structural simulation analysis and optimization, the frontal crash test of the prototype are carried out. Finally, its frontal impact performance is improved, and through the national mandatory regulatory requierements. Thedeformation of the simulation results and The deformation of the experimental results are the same, that proved the simplified simulation model is effective,which will lay the foundation for further safety performance improvement.

micro-truck; crash safety; structural analysis; simulation

U461.91

A

1671-7988(2017)22-93-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.033

范朝兵（1977-），男，工程師，碩士，就職于江西昌河汽車有限責任公司技術(shù)中心，研究方向：汽車結(jié)構(gòu)剛強度、碰撞安全、NVH。

江西省重點研發(fā)計劃項目（20161BBE53002）。

CLC NO.:U462.1

A

1671-7988(2017)22-93-03