武之劍

摘 要：針對某個汽車設(shè)計了側(cè)面碰撞模擬測試，并從關(guān)鍵位置提取了車身響應(yīng)和假人傷害值。已經(jīng)建立了許多用于身體反應(yīng)和虛擬傷害的線性回歸模型和逐步回歸模型，并且逐步回歸模型的等價關(guān)系用于獲得由身體不同部位引起的傷害率。然后優(yōu)化設(shè)計，測試驗證，可以看出優(yōu)化后的樣車符合規(guī)定要求，并為其他車身側(cè)面結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：側(cè)碰安全性;假人傷害;車身結(jié)構(gòu)響應(yīng);結(jié)構(gòu)優(yōu)化

本文以某個汽車為例，通過有限元模擬方法和實驗設(shè)計研究了入侵量，身體結(jié)構(gòu)入侵率和人身傷害之間的關(guān)系。反應(yīng)表面的虛擬模型和近似模型在碰撞過程中起著重要作用。明確人體主要部位的入侵率和入侵率，預(yù)測人體模型的損傷值。最后，對影響虛擬損傷的主要因素進行了優(yōu)化。

1 試驗設(shè)計

使用拉丁超立方體測試設(shè)計方法進行的側(cè)面碰撞模擬獲得車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)和虛擬傷害值。車輛的側(cè)面空間小，且無側(cè)面安全氣囊，由此車身結(jié)構(gòu)對樁柱損壞的影響更為重要。在實驗設(shè)計中，選擇了六個主要的能量吸收和力傳遞組件為設(shè)計對象。

2 回歸分析

汽車碰撞是高速，非線性和高變形的問題，使用近似建模方法利用數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中響應(yīng)表面的構(gòu)造技術(shù)，通過計算結(jié)果擬合了多個近似曲線，構(gòu)成了三維反應(yīng)表面。根據(jù)拉丁超立方試驗設(shè)計獲得的輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)，將車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)的兩段峰值提取出來作為自變量，將假人的傷害值D、VC、F提取峰值作為因變量，建立自變量與因變量之間的回歸分析模型。

2.1 多元線性回歸方程

2.2 逐步回歸方程

逐步回歸的基本概念是逐步引入自變量，并且每次引入對因變量影響都特別的。每次引入新變量時，都會逐一測試引入方程式中的現(xiàn)有變量，從受影響最小的變量中逐一刪除受影響最小的變量，并考慮引入新變量，直到?jīng)]有可以消除的為止。重復(fù)此過程，直到無法引入新變量，因此回歸方程中所有自變量對因變量的影響很很重要。

3 側(cè)面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化方案

假人胸部壓縮量D主要受B柱上半部分的入侵量、入侵速度影響;粘性指數(shù)VC主要受B柱中部的入侵量影響;而腹部力F主要受對應(yīng)腹部的車門處的入侵量、入侵速度影響。因此，優(yōu)化的基本思路是加強B柱中上部分的結(jié)構(gòu)強度，這將使B柱下端的結(jié)構(gòu)強度相對減弱，B柱底端的變形量增大而中上部分的變形量減小，因而B柱變形模式更有利于保護乘員頭部和胸部;其次加強車門內(nèi)防撞桿的結(jié)構(gòu)強度，減小車門的入侵量。優(yōu)化方案如下：

①B柱厚度不變，材料從高強度鋼變?yōu)闊岢尚弯?，因為熱成型鋼的超高強度和延展性而大大提高了整體安全性。

②B柱中部加強板延長至B柱上端，從而有效加強了B柱中上部的抗彎能力，使用材料為B340/590DP，厚度為1.5mm。

③將車門內(nèi)的防撞桿材料改為20Mn并淬火處理，抗拉強度達(dá)到1300MPa以上，厚度為2.0mm。

根據(jù)優(yōu)化方案對原模型進行調(diào)整，重新建立側(cè)面碰撞模型進行仿真計算，獲得假人傷害值;讀取優(yōu)化模型的車身響應(yīng)通過上節(jié)的逐步回歸方程預(yù)測假人傷害值并與仿真值進行比較。優(yōu)化后的假人傷害值滿足側(cè)面碰撞法規(guī)要求，采用逐步回歸分析方法，根據(jù)車身響應(yīng)預(yù)測的假人傷害值與仿真模型中的假人傷害響應(yīng)一致性較高，誤差均在5%以內(nèi)，近似模型通過車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)就可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測假人傷害值，在碰撞仿真模型中可以不擺放ES-2假人，改為為配重使用的剛性體假人，這樣顯著縮短了仿真計算的時間，提高了分析效率，有利于新產(chǎn)品的開發(fā)。

3.2 試驗驗證

根據(jù)優(yōu)化方案對車輛進行改進，按照法規(guī)要求進行側(cè)面碰撞試驗，并采集B柱右側(cè)加速度信息及假人傷害響應(yīng)，試驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進行對比，試驗采集的車身B柱加速度與仿真計算結(jié)果的曲線擬合程度較好，假人傷害響應(yīng)方面仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的曲線走勢及峰值基本一致，表明本文的仿真模型精確度較高，可以較為準(zhǔn)確地模擬試驗過程;通過優(yōu)化方案對車輛進行改進后，試驗測得假人胸部壓縮量峰值（上肋骨）明顯降低，滿足法規(guī)要求，因此優(yōu)化方案具有一定的可行性。

4 結(jié)論

本文中對基于拉丁超立方測試設(shè)計，從側(cè)面碰撞分析結(jié)果中提取了人體碰撞響應(yīng)和虛擬響應(yīng)，構(gòu)建了多線性回歸模型和逐步線性回歸模型，并建立了等效關(guān)系。繪制成側(cè)撞中車身結(jié)構(gòu)響應(yīng)對假人響應(yīng)的貢獻量餅圖，量化表達(dá)出二者之間的關(guān)系。元線性回歸方程和逐步線性回歸方程對于假人上肋骨的壓縮，上肋骨的黏度系數(shù)，峰值腹肌力和骨盆力峰值具有相當(dāng)高的預(yù)測精度。在已知側(cè)面碰撞體結(jié)構(gòu)變形的前提下，可以預(yù)測相應(yīng)的假人損壞，為側(cè)面碰撞的安全設(shè)計提供依據(jù)。

參考文獻：

[1]李仲奎，夏衛(wèi)群，秦信武等.純電動轎車側(cè)面碰撞安全性能提升[J].汽車技術(shù)，2017（01）：11-16.