混合可靠性技術(shù)在車輛設(shè)計中的應(yīng)用

傅家豪（西華大學汽車與交通學院，四川　郫縣　610039）

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混合可靠性技術(shù)在車輛設(shè)計中的應(yīng)用

傅家豪
（西華大學汽車與交通學院，四川郫縣610039）

摘要：在車輛設(shè)計中，保證設(shè)計的可靠性是非常重要的，這需要在車輛設(shè)計的過程中切實將相關(guān)的可靠性技術(shù)運用其中。混合可靠性技術(shù)近些年在車輛設(shè)計中的運用不斷增多，對提升車輛設(shè)計各個方面的可靠性起到了非常顯著的作用。基于此，本文就從關(guān)鍵零部件的振動可靠性、正面碰撞安全可靠性、側(cè)面碰撞安全可靠性等方面逐一分析了混合可靠性在車輛設(shè)計中的實際運用，希望可以對相關(guān)設(shè)計人員起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：混合可靠性；車輛設(shè)計；運用

0　引言

車輛的可靠性雖然是一個較為整體的概念，但是其實際上是由多個不同的部分所組成的，通過對這些部分進行分拆，注意明確不同部分在設(shè)計上的可靠性控制，對于提升車輛設(shè)計的水平具有極其重要的意義。對于車輛而言，振動和碰撞是衡量其可靠性的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此需要在這兩個環(huán)節(jié)加強混合可靠性技術(shù)的運用。

1　車輛設(shè)計中關(guān)鍵零部件振動特性可靠性

在車輛的行駛過程中，不論是加速還是減速，抑或是路面狀況，都會使得車輛在橫向、縱向和垂向都出現(xiàn)振動情況。由此，車輛的各個零部件在這種狀態(tài)下就會出現(xiàn)振動，造成零部件磨損或是破壞。因此，需要加強車輛零部件在振動方面的可靠性，使其在面對振動時能夠保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)。混合可靠性技術(shù)對于車輛零部件振動可靠性分析而言具有較為顯著的作用，因為其綜合性較高，能夠?qū)Χ鄠€零部件形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)。進行振動分析，需要明確振動實驗條件及對應(yīng)方法，正弦定頻實驗和正弦掃頻實驗是進行振動分析的兩個主要實驗，前者是在固定的頻率段對定量進行正弦振動實驗，主要有加速度或位移這些指標，其對于考核試件的耐震強度以及抗震能力具有重大意義。后者是在一定的頻率范圍內(nèi)，通過定量在一定速率下對該頻率范圍進行掃頻。通過實驗得出相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，就可以建立對應(yīng)的振動特性分析模型，首先，需要確保模型能夠?qū)崿F(xiàn)高效率計算，這需要結(jié)合單元尺寸具體確定。其次，在高計算效率的基礎(chǔ)上，應(yīng)該確保模型能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的幾何特征以及力學特性形成真實反映，并且保證連接方式的準確沒，材料參數(shù)精確，網(wǎng)格劃分合理等。之后就可以進行可靠性分析，第一步需確定不確定變量，根據(jù)對象材料實際，可將密度、彈性模量、厚度等作為不確定變量，然后進行計算，通過橢球凸模型對材料參數(shù)波動進行描述，再通過功能函數(shù)就可以實現(xiàn)可靠性的分析，明確失效概率等。

2　車輛設(shè)計中正面碰撞安全可靠性

車輛在實際使用中，遭遇的最大問題就是出現(xiàn)碰撞，每年因為碰撞事故造成的人員傷亡數(shù)量不斷上升，對社會穩(wěn)定造成了較大干擾。因此，需要在車輛設(shè)計的階段，通過混合可靠性技術(shù)對車輛正面碰撞的安全可靠性進行分析，提升其安全程度。正面碰撞是車輛碰撞中最為嚴重的形式，其對人體造成的傷害往往是最大的。目前許多國家都對正面碰撞的安全性要求作出了相關(guān)規(guī)定，在實際設(shè)計過程中，就需要在這些規(guī)定的基礎(chǔ)上進行可靠性分析。首先，需要建立正面碰撞的數(shù)值模型，通過HYPERMESH軟件將三維模型導入其中，然后在之中進行劃分網(wǎng)格、選擇材料、設(shè)置單元屬性、確定邊界條件等操作。在進行碰撞計算時，可以通過LS-DYNA的對稱懲罰函數(shù)進行，其由于較為簡單的關(guān)系，能夠?qū)⑸陈┬?yīng)控制在最小范圍內(nèi)，保證計算精度。在計算過程中，需要對接觸進行大量定義，其主要涉及到點面接觸、面面接觸、單面接觸等類型。由于實際碰撞的接觸情況較為復雜，因此在進行模擬的過程中，通過人工形式判斷單元發(fā)生接觸的方向是比較困難的。因此，需要在接觸模擬計算中采取更加可靠的方式，如CONTACT-AUTOMATIC-SINGLE-SURFA CE。之后進行正面碰撞的耐撞性分析，這是保證車輛和人員安全的關(guān)鍵。根據(jù)實際，人員出現(xiàn)傷亡的最大原因是人與車輛產(chǎn)生碰撞，其屬于二次碰撞。因此，弱化二次碰撞，對于保證人人員安全極其重要。在進行車輛設(shè)計的過程中，需要對人員約束系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化，通過約束系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)，盡可能吸收來自一次碰撞產(chǎn)生的能量，使二次碰撞的能量盡可能減小，使傳導人員身上的能量不足以對其造成較大傷害。通過混合可靠性分析，可以通過B柱加速度、方向盤侵入量以及能量變化這三種手段實現(xiàn)能量吸收。因此，在進行車輛設(shè)計的過程中，需要對這三種方法進行合理搭配使用，最大程度將車輛的正面碰撞性能提升到最高。

3　車輛設(shè)計中側(cè)面碰撞的安全可靠性

相較于正面碰撞而言，側(cè)面碰撞也是車輛在實際中較為常發(fā)的一類安全問題。其造成的人員傷亡和正面碰撞不相上下。側(cè)面碰撞和正面碰撞存在較為顯著的區(qū)別，主要是發(fā)生接觸的方向和能量傳遞方式的不同。在進行車輛側(cè)面碰撞安全可靠性分析的時候，需要建立對應(yīng)的數(shù)值分析模型，這需要對車輛結(jié)構(gòu)進行進行3D數(shù)模和3D焊點，明確對側(cè)面碰撞存在較大影響的零部件。然后根據(jù)側(cè)面碰撞的特點和流程，可以將這些零部件劃分薄壁結(jié)構(gòu)、底盤和動力總成、車身附件三類。薄壁結(jié)構(gòu)涉及到加強板、門檻以及B柱等部件，在側(cè)面碰撞時是產(chǎn)生形變的主要部件。底盤和動力總成在出現(xiàn)側(cè)面碰撞時不會發(fā)生太大變形，其對剛度和質(zhì)量的要求較高，并且不能忽略其慣性特性。車身附件吸收形變能量的性能較差，但是其質(zhì)量較大，因此會對側(cè)面碰撞運動特性產(chǎn)生較大影響。之后可以車輛碰撞的耐撞性進行分析，通過實踐可以得知對人體造成傷害的主要是侵入車內(nèi)的側(cè)面結(jié)構(gòu)，而側(cè)面結(jié)構(gòu)的侵入程度、侵入速度和受傷程度這三者之間均成線性關(guān)系。所以，在進行車輛設(shè)計的過程中，就需要對強化側(cè)面結(jié)構(gòu)的抗變形能力進行強化，使其能夠?qū)ψ冃文芰坑行眨M量降低側(cè)面結(jié)構(gòu)的變形，保證車內(nèi)人員的安全。

4　結(jié)束語

在車輛設(shè)計過程中，需要對其安全可靠性加強分析和設(shè)計。混合可靠性技術(shù)在對車輛進行振動安全可靠性以及碰撞安全可靠性分析上具有非常顯著的作用，因此需要通過該技術(shù)對不同情況下的車輛可靠性展開分析，然后針對性的加強設(shè)計，強化車輛性能。

參考文獻：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.225

作者簡介：傅家豪（1993-），四川達州人，主要從事車輛設(shè)計和大學生成長成才研究。