王曉平

（中國(guó)第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開(kāi)發(fā)分公司）

被動(dòng)安全是車輛性能評(píng)價(jià)項(xiàng)之一。在車輛開(kāi)發(fā)早期以試驗(yàn)為主，但開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，隨著CAE 的應(yīng)用及計(jì)算機(jī)軟硬件能力的提升，主機(jī)廠可以使用仿真代替大量重復(fù)試驗(yàn)，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)標(biāo)是仿真分析中的重要階段，模型通過(guò)對(duì)標(biāo)保證了分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致，從而使模型可以直接使用于后續(xù)的設(shè)計(jì)階段[1-2]。文章對(duì)某車型在試制階段偏置碰撞（OBD）的試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)標(biāo)分析，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果重合度高，該模型也可為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供支持。

1 碰撞試驗(yàn)介紹

ODB 試驗(yàn)要求碰撞車輛以64 km/h 的速度撞擊蜂窩鋁壁障，通過(guò)試驗(yàn)后測(cè)得的假人相關(guān)部位的傷害來(lái)評(píng)價(jià)整車結(jié)構(gòu)對(duì)于乘員的保護(hù)。ODB 工況不僅要求在高速撞擊后乘員艙完整，同時(shí)要求約束系統(tǒng)匹配合理，在撞擊過(guò)程中能夠合理保護(hù)乘員，該工況歷來(lái)是被動(dòng)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)之一[3-4]。

某車型在試制階段進(jìn)行碰撞摸底試驗(yàn)，圖1 示出該試驗(yàn)加速度結(jié)果。開(kāi)發(fā)車型在試制階段的碰撞結(jié)果極為重要，該階段表現(xiàn)良好將對(duì)后續(xù)實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果有重要影響。

圖1 某車型試制階段偏置碰撞加速度結(jié)果對(duì)比

在ODB 試驗(yàn)中，車體與壁障逐漸接觸，加速度曲線呈逐漸上升趨勢(shì)，根據(jù)零部件的響應(yīng)大體可分為4 個(gè)階段[5]：

1）壁障初始變形階段。壁障剛度比整車小，初始階段壁障呈逐漸潰縮現(xiàn)象，該階段加速度曲線一般表現(xiàn)為平臺(tái)狀。

2）車體前段變形階段。在壁障壓縮后，防撞梁、吸能盒與縱梁前段開(kāi)始參與變形，加速度迅速爬升。

3）峰值階段。壁障前段蜂窩結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全變形，此時(shí)呈剛性狀態(tài)，縱梁后段開(kāi)始迅速變形，此階段車體對(duì)前圍侵入量最大。

4）曲線下降段。車體變形結(jié)束，加速度開(kāi)始下降，車體發(fā)生反彈。

從圖1 可以看出，此次試驗(yàn)的仿真與試驗(yàn)曲線大體趨勢(shì)相同，且峰值數(shù)目相當(dāng)，但在第3 階段，由于試驗(yàn)中出現(xiàn)重大失效，且前期仿真模型中并未添加相關(guān)設(shè)置，導(dǎo)致在該階段兩者有一定的差距，此次對(duì)標(biāo)的重點(diǎn)將放在該階段的模擬上。

2 對(duì)標(biāo)前期注意事項(xiàng)

在前期試制及試驗(yàn)階段，會(huì)影響對(duì)標(biāo)效果的注意事項(xiàng)包括[6]：

1）試制階段零部件與最終車輛狀態(tài)不一致，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注碰撞區(qū)域，需核查關(guān)鍵碰撞梁系信息。

2）核對(duì)白車身關(guān)鍵焊點(diǎn)數(shù)目、位置及厚度是否達(dá)標(biāo)。本次試驗(yàn)前對(duì)車體主要梁系焊點(diǎn)進(jìn)行了逐一排查，如圖2 所示。試驗(yàn)前在車身縱梁位置標(biāo)出焊點(diǎn)位置及數(shù)目，使用專業(yè)儀器對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行核查。按照經(jīng)驗(yàn)，測(cè)量厚度未達(dá)到理論焊接厚度的70%即為虛焊。

圖2 試驗(yàn)前車體主要梁系焊點(diǎn)標(biāo)注示意圖

3）在試制階段，會(huì)出現(xiàn)替代件、改制件及缺失件，這些零部件對(duì)碰撞結(jié)果有一定的影響，需要提前判斷并記錄，以備后期對(duì)標(biāo)使用。

4）正式試驗(yàn)中應(yīng)記錄關(guān)鍵信息：如配重位置、汽車質(zhì)量、壁障碰撞位置及整車離地高度等。

3 對(duì)標(biāo)過(guò)程

對(duì)標(biāo)工作第1 步為將模型調(diào)整至與試驗(yàn)狀態(tài)一致：

1）調(diào)整整車質(zhì)量，保證與試驗(yàn)質(zhì)量相符，在這個(gè)前提下，再調(diào)整配重位置，重點(diǎn)保證整車慣性參數(shù)在X 向與實(shí)車誤差在10 mm 之內(nèi)；

2）調(diào)整車輛碰撞姿態(tài)，保證汽車離地高度與實(shí)際試驗(yàn)相同，該步驟主要通過(guò)調(diào)整地面位置來(lái)實(shí)現(xiàn)；

3）調(diào)整關(guān)鍵位置焊點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)于機(jī)艙縱梁等重點(diǎn)區(qū)域，應(yīng)保證焊點(diǎn)數(shù)目和位置與試制階段記錄相同。

按照以上關(guān)鍵步驟調(diào)整模型，然后對(duì)關(guān)鍵斷裂位置進(jìn)行仿真重現(xiàn)。在本次碰撞中，發(fā)生的零部件破壞及鈑金件、焊點(diǎn)撕裂現(xiàn)象有：左右側(cè)懸置斷裂、防撞梁與右側(cè)安裝端板連接處螺栓脫開(kāi)、左側(cè)縱梁前段及副車架與縱梁連接位置都發(fā)生了焊點(diǎn)撕裂，如圖3 所示。

圖3 試驗(yàn)車縱梁前段焊點(diǎn)開(kāi)裂示意圖

通常高速撞擊試驗(yàn)失效位置多，且前期無(wú)法判斷，試驗(yàn)過(guò)程中僅個(gè)別位置粘貼傳感器，故失效順序及失效時(shí)刻的精準(zhǔn)模擬是本次對(duì)標(biāo)的難點(diǎn)。

前縱梁在碰撞結(jié)束后呈外翻趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)分析，該狀態(tài)由多方面原因引起：吸能盒變形結(jié)束后，防撞梁開(kāi)始折彎，防撞梁右側(cè)螺栓脫落；此時(shí)縱梁前端已經(jīng)撞至壁障剛性部分，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置為鑄鋁件，由于撞擊力過(guò)大發(fā)生斷裂，縱梁前端焊點(diǎn)隨之開(kāi)始撕裂，發(fā)動(dòng)機(jī)艙和縱梁開(kāi)始向左右分開(kāi)；在分離過(guò)程中，右側(cè)懸置發(fā)生斷裂。按照以上思路，調(diào)整各個(gè)失效位置時(shí)刻，經(jīng)過(guò)多次嘗試，失效順序如下：防撞梁與端板連接位置失效、左懸置失效、左側(cè)前縱梁前段焊點(diǎn)撕裂、右側(cè)懸置失效。

同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果表明縱梁下沉區(qū)域與地板焊點(diǎn)撕裂較多，檢查試制階段焊點(diǎn)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在多數(shù)焊點(diǎn)焊接質(zhì)量差的現(xiàn)象。這是由于試制階段焊接多為人工操作，而下沉區(qū)域由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，焊槍無(wú)法與焊接邊完全貼合，導(dǎo)致上述問(wèn)題產(chǎn)生。

4 對(duì)標(biāo)結(jié)果

圖4 示出關(guān)鍵梁系對(duì)標(biāo)結(jié)果，梁系變形與最終結(jié)果趨勢(shì)相符。

圖4 試驗(yàn)車關(guān)鍵梁系結(jié)構(gòu)變形對(duì)標(biāo)結(jié)果

該車加速度在第3 階段基本趨勢(shì)和結(jié)果一致，但峰值位置略有出入，如圖5 所示。該階段縱梁前段與壁障剛性部分接觸后，縱梁前段焊點(diǎn)撕裂后迅速向內(nèi)折彎，變形過(guò)程類似于“脆斷”，故實(shí)際試驗(yàn)中加速度迅速上升，但仿真中此階段變形較為平緩[7]。

圖5 該車型實(shí)車偏置碰撞試驗(yàn)整車加速度曲線對(duì)標(biāo)結(jié)果

5 結(jié)論

文章針對(duì)某車型試制階段的偏置碰撞結(jié)構(gòu)，對(duì)有限元模型進(jìn)行了對(duì)標(biāo)，同時(shí)歸納了對(duì)標(biāo)注意事項(xiàng)。從分析過(guò)程來(lái)看，前期的試驗(yàn)狀態(tài)重現(xiàn)及中期的結(jié)果分析是對(duì)標(biāo)工作中的重要部分，梁系狀態(tài)、重要位置的焊點(diǎn)狀態(tài)、試驗(yàn)時(shí)車輛狀態(tài)等條件都將會(huì)影響后期的對(duì)標(biāo)效果，在對(duì)標(biāo)前期應(yīng)予以重視；從分析結(jié)果來(lái)看，關(guān)鍵位置失效順序及失效時(shí)刻將會(huì)影響梁系的最終變形狀態(tài)，對(duì)標(biāo)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)分析。對(duì)標(biāo)結(jié)果中加速度峰值尚未取得較好的效果，是整車偏置碰撞試驗(yàn)仿真對(duì)標(biāo)分析的下一步工作重點(diǎn)。