整車偏置碰撞試驗仿真對標分析

王曉平

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發分公司）

被動安全是車輛性能評價項之一。在車輛開發早期以試驗為主，但開發周期長，費用高，隨著CAE 的應用及計算機軟硬件能力的提升，主機廠可以使用仿真代替大量重復試驗，縮短開發周期，提高產品競爭力。對標是仿真分析中的重要階段，模型通過對標保證了分析結果與試驗結果一致，從而使模型可以直接使用于后續的設計階段[1-2]。文章對某車型在試制階段偏置碰撞（OBD）的試驗結果與仿真結果進行了分析，通過對標分析，仿真結果與試驗結果重合度高，該模型也可為后續的結構優化提供支持。

1 碰撞試驗介紹

ODB 試驗要求碰撞車輛以64 km/h 的速度撞擊蜂窩鋁壁障，通過試驗后測得的假人相關部位的傷害來評價整車結構對于乘員的保護。ODB 工況不僅要求在高速撞擊后乘員艙完整，同時要求約束系統匹配合理，在撞擊過程中能夠合理保護乘員，該工況歷來是被動開發的難點之一[3-4]。

某車型在試制階段進行碰撞摸底試驗，圖1 示出該試驗加速度結果。開發車型在試制階段的碰撞結果極為重要，該階段表現良好將對后續實車試驗結果有重要影響。

圖1 某車型試制階段偏置碰撞加速度結果對比

在ODB 試驗中，車體與壁障逐漸接觸，加速度曲線呈逐漸上升趨勢，根據零部件的響應大體可分為4 個階段[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象，該階段加速度曲線一般表現為平臺狀。

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始參與變形，加速度迅速爬升。

3）峰值階段。壁障前段蜂窩結構已經完全變形，此時呈剛性狀態，縱梁后段開始迅速變形，此階段車體對前圍侵入量最大。

4）曲線下降段。車體變形結束，加速度開始下降，車體發生反彈。

從圖1 可以看出，此次試驗的仿真與試驗曲線大體趨勢相同，且峰值數目相當，但在第3 階段，由于試驗中出現重大失效，且前期仿真模型中并未添加相關設置，導致在該階段兩者有一定的差距，此次對標的重點將放在該階段的模擬上。

2 對標前期注意事項

在前期試制及試驗階段，會影響對標效果的注意事項包括[6]：

1）試制階段零部件與最終車輛狀態不一致，應重點關注碰撞區域，需核查關鍵碰撞梁系信息。

2）核對白車身關鍵焊點數目、位置及厚度是否達標。本次試驗前對車體主要梁系焊點進行了逐一排查，如圖2 所示。試驗前在車身縱梁位置標出焊點位置及數目，使用專業儀器對焊點進行核查。按照經驗，測量厚度未達到理論焊接厚度的70%即為虛焊。

圖2 試驗前車體主要梁系焊點標注示意圖

3）在試制階段，會出現替代件、改制件及缺失件，這些零部件對碰撞結果有一定的影響，需要提前判斷并記錄，以備后期對標使用。

4）正式試驗中應記錄關鍵信息：如配重位置、汽車質量、壁障碰撞位置及整車離地高度等。

3 對標過程

對標工作第1 步為將模型調整至與試驗狀態一致：

1）調整整車質量，保證與試驗質量相符，在這個前提下，再調整配重位置，重點保證整車慣性參數在X 向與實車誤差在10 mm 之內；

2）調整車輛碰撞姿態，保證汽車離地高度與實際試驗相同，該步驟主要通過調整地面位置來實現；

3）調整關鍵位置焊點狀態，對于機艙縱梁等重點區域，應保證焊點數目和位置與試制階段記錄相同。

按照以上關鍵步驟調整模型，然后對關鍵斷裂位置進行仿真重現。在本次碰撞中，發生的零部件破壞及鈑金件、焊點撕裂現象有：左右側懸置斷裂、防撞梁與右側安裝端板連接處螺栓脫開、左側縱梁前段及副車架與縱梁連接位置都發生了焊點撕裂，如圖3 所示。

圖3 試驗車縱梁前段焊點開裂示意圖

通常高速撞擊試驗失效位置多，且前期無法判斷，試驗過程中僅個別位置粘貼傳感器，故失效順序及失效時刻的精準模擬是本次對標的難點。

前縱梁在碰撞結束后呈外翻趨勢，經過分析，該狀態由多方面原因引起：吸能盒變形結束后，防撞梁開始折彎，防撞梁右側螺栓脫落；此時縱梁前端已經撞至壁障剛性部分，發動機懸置為鑄鋁件，由于撞擊力過大發生斷裂，縱梁前端焊點隨之開始撕裂，發動機艙和縱梁開始向左右分開；在分離過程中，右側懸置發生斷裂。按照以上思路，調整各個失效位置時刻，經過多次嘗試，失效順序如下：防撞梁與端板連接位置失效、左懸置失效、左側前縱梁前段焊點撕裂、右側懸置失效。

同時，試驗結果表明縱梁下沉區域與地板焊點撕裂較多，檢查試制階段焊點質量統計，發現該區域存在多數焊點焊接質量差的現象。這是由于試制階段焊接多為人工操作，而下沉區域由于結構特點，焊槍無法與焊接邊完全貼合，導致上述問題產生。

4 對標結果

圖4 示出關鍵梁系對標結果，梁系變形與最終結果趨勢相符。

圖4 試驗車關鍵梁系結構變形對標結果

該車加速度在第3 階段基本趨勢和結果一致，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，縱梁前段焊點撕裂后迅速向內折彎，變形過程類似于“脆斷”，故實際試驗中加速度迅速上升，但仿真中此階段變形較為平緩[7]。

圖5 該車型實車偏置碰撞試驗整車加速度曲線對標結果

5 結論

文章針對某車型試制階段的偏置碰撞結構，對有限元模型進行了對標，同時歸納了對標注意事項。從分析過程來看，前期的試驗狀態重現及中期的結果分析是對標工作中的重要部分，梁系狀態、重要位置的焊點狀態、試驗時車輛狀態等條件都將會影響后期的對標效果，在對標前期應予以重視；從分析結果來看，關鍵位置失效順序及失效時刻將會影響梁系的最終變形狀態，對標時應重點分析。對標結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仿真對標分析的下一步工作重點。