胡雷,范彬彬,王章平,張寶航,柳惠君,李月明
(吉利汽車(chē)研究院(寧波)有限公司,浙江杭州 311228 )
汽車(chē)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)是考查車(chē)輛發(fā)生翻滾時(shí)車(chē)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一項(xiàng)重要測(cè)試手段。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中,由于早期生產(chǎn)的車(chē)輛成本高、數(shù)量有限,為了節(jié)約資源,在進(jìn)行汽車(chē)頂強(qiáng)度性能驗(yàn)證時(shí)以白車(chē)身為主,造成仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在一定的差異。同時(shí)由于白車(chē)身與實(shí)車(chē)的差異,白車(chē)身車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)與C-IASI車(chē)頂強(qiáng)度正式試驗(yàn)結(jié)果存在差異,不同項(xiàng)目之間與C-IASI的車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果差異的區(qū)間范圍較大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),開(kāi)發(fā)過(guò)程中的車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)樣件安裝程度,樣件狀態(tài)不完全一樣,造成各項(xiàng)目與C-IASI試驗(yàn)結(jié)果的差異波動(dòng)較大。目前國(guó)內(nèi)外各主機(jī)廠也進(jìn)行了相關(guān)的研究分析。相關(guān)資料顯示影響車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)車(chē)身變形的關(guān)鍵部位為A柱、B柱、頂蓋橫向等[1],其中B柱及上橫梁對(duì)車(chē)頂抗壓性能的影響較大,A柱、頂蓋第一橫梁的影響次之,頂蓋第二橫梁對(duì)其影響較弱[2]。但在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中,車(chē)門(mén)、天窗和前擋風(fēng)玻璃在車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度研究較少。
為縮短仿真計(jì)算時(shí)間,提高仿真與試驗(yàn)之間的一致性,同時(shí)讓開(kāi)發(fā)過(guò)程中的白車(chē)身的車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與整車(chē)的試驗(yàn)結(jié)果更具有參考意義,本文作者基于白車(chē)身對(duì)多個(gè)車(chē)型項(xiàng)目進(jìn)行仿真計(jì)算,研究在車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程中,前擋風(fēng)玻璃、天窗、車(chē)門(mén)等相關(guān)部件對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響程度,并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn),對(duì)影響因子進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果梳理出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)開(kāi)發(fā)測(cè)試方法流程。
如圖1和圖2所示,車(chē)輛完成準(zhǔn)備工作后放置在門(mén)檻支撐系統(tǒng)上,并進(jìn)行固定。使用長(zhǎng)為1 829 mm、寬為762 mm的載荷壓板進(jìn)行軸向加載。試驗(yàn)前壓板縱軸前傾角需調(diào)節(jié)到水平向下 5°±0.5°(側(cè)視),橫軸外傾角需調(diào)節(jié)到水平向下 25°±0.5°(前視)。加載壓板前緣中點(diǎn)位于試驗(yàn)車(chē)輛頂部縱向中心線最前點(diǎn)之前(254±10)mm[3]。當(dāng)一切準(zhǔn)備工作就緒后,加載壓板以約5 mm/s的速度施加載荷直至加載位移不小于127 mm,并通過(guò)加載壓板上的力傳感器獲得力位移曲線。
圖1 右視圖
圖2 前視圖
車(chē)頂強(qiáng)度等級(jí)基于試驗(yàn)過(guò)程中在壓板位移量127 mm范圍內(nèi)測(cè)得的峰值載荷與車(chē)重(整備質(zhì)量狀態(tài))之比(SWR)進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。根據(jù)不同的SWR值進(jìn)行評(píng)分評(píng)級(jí)。評(píng)級(jí)主要分為優(yōu)秀、良好、一般和較差4種,具體評(píng)級(jí)見(jiàn)表1。
表1 車(chē)頂強(qiáng)度評(píng)級(jí)界限
將車(chē)門(mén)、天窗和前擋風(fēng)玻璃作為車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的因素,并確定了4種工況進(jìn)行頂壓仿真計(jì)算,如表2和表3所示,選用6個(gè)車(chē)型每個(gè)車(chē)型按照表2所示的4種工況進(jìn)行車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)仿真計(jì)算,并根據(jù)計(jì)算得到的載荷峰值與整備質(zhì)量進(jìn)行比值得出各車(chē)型的SWR值,結(jié)果如表3所示。
表2 測(cè)試方案匯總
表3 各項(xiàng)目仿真結(jié)果SWR值匯總
車(chē)門(mén)對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響計(jì)算方法為:
天窗對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響計(jì)算方法為:
前擋風(fēng)玻璃對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響計(jì)算方法為:
如圖3所示,通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出,車(chē)門(mén)、天窗和前擋風(fēng)玻璃對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)的SWR值存在一定影響。進(jìn)一步對(duì)比看出,車(chē)門(mén)對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度結(jié)果的影響較小,而前擋風(fēng)玻璃和天窗對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響都較為顯著。
圖3 各項(xiàng)目車(chē)門(mén)、天窗和前擋風(fēng)玻璃影響占比
考慮到試驗(yàn)的破壞性和不可重復(fù)性,搭載K1、C1、N1 3個(gè)車(chē)型項(xiàng)目分別驗(yàn)證車(chē)門(mén)、天窗和前擋風(fēng)玻璃對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響,試驗(yàn)矩陣見(jiàn)表4。
表4 車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)矩陣
2.3.1 車(chē)門(mén)對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響
如表5所示,K1車(chē)型Case1安裝車(chē)門(mén)、天窗、前擋風(fēng)玻璃,車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的載荷峰值為76.67 kN,其SWR值為4.35。Case2安裝天窗、前擋風(fēng)玻璃,未安裝車(chē)門(mén),試驗(yàn)后的載荷峰值為76.54 kN,其SWR值為4.34。通過(guò)計(jì)算,該項(xiàng)目中沒(méi)有前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的SWR值降低了0.2%,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不明顯,與仿真的分析結(jié)果一致。K1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度載荷曲線如圖4所示。
表5 K1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
圖4 K1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度載荷曲線
2.3.2 天窗對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響
如表6所示,C1車(chē)型Case3安裝天窗和前擋風(fēng)玻璃,車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的載荷峰值為74.01 kN,其SWR值為4.89。Case4安裝前擋風(fēng)玻璃,未安裝天窗,試驗(yàn)后的載荷峰值為53.34 kN,其SWR值為3.52。通過(guò)計(jì)算,該項(xiàng)目中沒(méi)有前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的SWR值降低了28%,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響明顯,也與仿真的分析結(jié)果一致。C1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度載荷曲線如圖5所示。
表6 C1車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
圖5 C1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度載荷曲線
2.3.3 前擋風(fēng)玻璃對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響
如表7所示,N1車(chē)型Case5安裝天窗和前擋風(fēng)玻璃,車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的載荷峰值為65.63 kN,其SWR值為4.06。Case6安裝天窗,未安裝前擋風(fēng)玻璃,試驗(yàn)后的載荷峰值為46.78 kN,其SWR值為2.89。通過(guò)計(jì)算,該項(xiàng)目中沒(méi)有前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的SWR值降低了28.8%,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響明顯,也與仿真的分析結(jié)果一致。N1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度載荷曲線如圖6所示。
表7 N1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
圖6 N1車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度載荷曲線
文中根據(jù)C-IASI的車(chē)內(nèi)乘員安全指數(shù)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)程和評(píng)價(jià)規(guī)程,對(duì)車(chē)型車(chē)頂強(qiáng)度性能開(kāi)發(fā)過(guò)程樣件安裝程度的試驗(yàn)結(jié)果影響進(jìn)行分析驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明,車(chē)門(mén)對(duì)車(chē)頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響較小,前擋風(fēng)玻璃和天窗對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較為明顯?;诖诵纬闪藘?nèi)部的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證程序,即在車(chē)頂強(qiáng)度的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證階段,需要安裝天窗和前擋風(fēng)玻璃,不安裝車(chē)門(mén)。既降低試驗(yàn)樣件成本,同時(shí)通過(guò)固化的內(nèi)部測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)積累試驗(yàn)結(jié)果,并有利于與正式的車(chē)頂強(qiáng)度指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)分析,以獲得更加穩(wěn)定的差異用于開(kāi)發(fā)階段的預(yù)判。
由于各車(chē)型項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在差異,受限于試驗(yàn)資源,故只能定性地進(jìn)行分析,未能對(duì)車(chē)門(mén)、天窗、前擋風(fēng)玻璃之間的交互作用進(jìn)行分析。