楊浪，戴尹安，唐燦

（威馬汽車(chē)科技集團(tuán)有限公司，四川 成都 610106）

引言

側(cè)面碰撞事故是汽車(chē)交通事故中較為常見(jiàn)的一種碰撞形式。因車(chē)輛側(cè)面結(jié)構(gòu)吸能空間較小，在碰撞事故中易對(duì)車(chē)內(nèi)乘員產(chǎn)生較大的損傷[1]。側(cè)面碰撞是發(fā)生頻率高、致死率和致傷率都較大的交通事故形式，事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明世界上大約30%嚴(yán)重交通事故都與側(cè)面碰撞有關(guān)。隨著美國(guó)IIHS 及國(guó)內(nèi)C-IASI 對(duì)大壁障側(cè)面碰撞進(jìn)行測(cè)試考核，側(cè)面碰撞結(jié)構(gòu)要求更加嚴(yán)格[2]。本文建立了某車(chē)型的整車(chē)側(cè)面碰撞仿真模型，并按照2020 版C-IASI 規(guī)定的碰撞碰撞速度進(jìn)行動(dòng)態(tài)碰撞仿真。通過(guò)與實(shí)車(chē)側(cè)面碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了仿真模型的有效性，并提出了提高該車(chē)側(cè)面結(jié)構(gòu)抗撞性的措施和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。

1 建立仿真模型

1.1 整車(chē)有限元模型建立

在Hypermesh 中對(duì)該車(chē)型幾何模型進(jìn)行前處理，建立整車(chē)有限元模型。該模型主要包含底盤(pán)裝置和白車(chē)身裝置。有限元網(wǎng)格采用殼單元形式，部分為實(shí)體單元。部件與部件之間為焊單元，部分螺栓連接處設(shè)置為剛性單元連接[3]。

1.2 移動(dòng)壁障(MDB)有限元模型建立

移動(dòng)壁障車(chē)有限元模型由車(chē)體和前部蜂窩材料的吸能塊組成。碰撞壁障為C-IASI 側(cè)面碰撞用移動(dòng)壁障車(chē)有限模型。按照C-IASI 規(guī)程中對(duì)側(cè)面移動(dòng)壁障剛度要求，對(duì)壁障有限元模型進(jìn)行了仿真計(jì)算，其結(jié)果表明與試驗(yàn)中的剛度曲線較一致，滿(mǎn)足有限元模型對(duì)標(biāo)要求，可進(jìn)行下一步計(jì)算。

側(cè)面碰撞仿真模型節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)如表1 所示。

表1 有限元模型的單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)

2 有限元模型的驗(yàn)證

該車(chē)型進(jìn)行的C-IASI 實(shí)車(chē)側(cè)面碰撞中，整車(chē)試驗(yàn)質(zhì)量是1.631kg，試驗(yàn)速度為50.38km/h。為了對(duì)仿真模型數(shù)據(jù)和實(shí)車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，將假人和油液等質(zhì)量附加在模型白車(chē)身上，仿真模型總質(zhì)量與實(shí)車(chē)質(zhì)量一致，并調(diào)整重心位置使仿真模型中前后軸重量配比及前后車(chē)姿高度均與試驗(yàn)保持一致，仿真中移動(dòng)壁障模型速度也是50.38km/h。

將仿真模型進(jìn)行運(yùn)算并輸出仿真結(jié)果。在后處理軟件中將仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。仿真模型中的質(zhì)量增加為4.04%，沙漏能占比為0.53%，均控制在5%范圍內(nèi)。動(dòng)能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能過(guò)程中，能量轉(zhuǎn)換平滑，且總動(dòng)能不變，表明仿真運(yùn)算結(jié)果正常。

表2，圖1 分別為仿真模型中的B 柱與實(shí)車(chē)試驗(yàn)中的B柱在碰撞中的侵入量和速度對(duì)比，圖2 為整車(chē)側(cè)面碰撞變形。從數(shù)據(jù)對(duì)比圖中，我們可以看到B 柱、車(chē)門(mén)侵入速度曲線與試驗(yàn)吻合，由此可以得到：（1）仿真結(jié)果在可接受誤差范圍內(nèi)；（2）計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致性較好；（3）模型可信，可用于后續(xù)研發(fā)等相關(guān)工作。

表2 B 柱測(cè)量點(diǎn)侵入量對(duì)比

圖1 B 柱測(cè)量點(diǎn)速度曲線對(duì)比

圖2 整車(chē)變形對(duì)比

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

分析原車(chē)型實(shí)車(chē)側(cè)面碰撞試驗(yàn)及仿真中的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)，發(fā)現(xiàn)該車(chē)側(cè)面結(jié)構(gòu)在以下幾方面變形較為嚴(yán)重：（1）門(mén)檻梁變形過(guò)大；（2）B 柱下端屈曲較為嚴(yán)重；（3）座椅安裝后橫梁處折彎比較嚴(yán)重，如圖3 所示。

圖3 座椅安裝后橫梁變形動(dòng)畫(huà)

由于上述三處變形較為嚴(yán)重，駕駛員腹部和骨盆傷害值較為高。為提高整車(chē)側(cè)面碰撞安全性，應(yīng)對(duì)上述三處進(jìn)行優(yōu)化。而與上述三處變形吸能都相關(guān)的是座椅安裝后橫梁，其抗彎能力不足，使得車(chē)門(mén)侵入量過(guò)大，對(duì)整車(chē)側(cè)面碰撞性能有一定影響[4]。因此，在制定優(yōu)化措施時(shí)，我們將重點(diǎn)放在對(duì)前排座椅后安裝橫梁的變形上。因此，本文的優(yōu)化方案是：調(diào)整座椅安裝后橫梁型面結(jié)構(gòu)，提高其抗彎強(qiáng)度。

在仿真模型中，對(duì)座椅安裝后橫梁型面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，如圖4 所示。

圖4 座椅安裝后橫梁型面結(jié)構(gòu)調(diào)整

對(duì)優(yōu)化后的方案進(jìn)行仿真計(jì)算，并與原模型進(jìn)行對(duì)比分析，如表3 所示。

表3 優(yōu)化前后B 柱測(cè)量點(diǎn)侵入量對(duì)比

4 結(jié)論

汽車(chē)側(cè)面安全性設(shè)計(jì)是汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)安全性研究的重點(diǎn)。在車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用B 柱、車(chē)門(mén)及門(mén)檻之間的搭接，保證側(cè)面結(jié)構(gòu)侵入量較小，給車(chē)內(nèi)乘員足夠的生存空間[5]。本文建立并驗(yàn)證了某車(chē)型的有限元模型，針對(duì)側(cè)面碰撞中變形較嚴(yán)重的部位，進(jìn)行了前排座椅后安裝梁的型面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高了其抗彎強(qiáng)度，有效的改善了該車(chē)型的側(cè)面碰撞安全性。同時(shí)，在提高側(cè)面碰撞安全性的以后研發(fā)中，建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）車(chē)門(mén)防撞梁。在側(cè)面碰撞中防撞梁使得車(chē)門(mén)不會(huì)過(guò)多的侵入以保證了乘員安全。因此，應(yīng)對(duì)車(chē)門(mén)防撞梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，替換更高強(qiáng)度的材料等優(yōu)化方案，以提高其抗彎能力。

（2）座椅橫梁。在碰撞中座椅橫梁應(yīng)將碰撞側(cè)的沖擊力通過(guò)中央通道傳遞到非碰撞側(cè)，分散減小碰撞力。通過(guò)加強(qiáng)橫梁局部結(jié)構(gòu)來(lái)提高其強(qiáng)度，保證其不折彎變形。

（3）B 柱。增加B 柱與車(chē)頂?shù)倪B接強(qiáng)度，減少B 柱的侵入變形量，保證車(chē)內(nèi)乘員足夠的生存空間。