汽車儀表板頭部碰撞改進方案研究

王莎，鐘凌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

交通便利已經是現在人們日常生活中不可缺少的部分，汽車在人們的日常生活中地位也越來越高。汽車的安全性也越來越被人們所重視。汽車儀表板作為駕駛員和乘客直接接觸到的內飾部件之一，在汽車行駛、緊急制動和發生碰撞時，儀表板內部凸出物會對乘員產生很大傷害，因此需要提高儀表板的安全性要求。

1 儀表板頭部碰撞性能要求

儀表板需要滿足GB11552內部凸出物的性能要求，對法規進行解讀大體包含以下內容：

1.1 靜態測量

主要是設計尺寸、突出部位高度以及倒角之類的要求，頭碰區域內不能有棱邊（推薦尖棱≥0.5mm），頭碰區域外圓角曲率半徑不小于3.2mm（推薦做到＞3.5mm）；測試時378N的擠壓力要保證按鈕之類的突出物能潰縮到9.5mm內。

1.2 動態測量

碰撞區域加速度超過80g的持續時間不得超過3ms。

1.3 開裂要求

試驗時，碰撞區內的儀表臺面板不能發生開裂。

2 某車型儀表板頭部碰撞問題分析

2.1 某車型頭碰現狀

靜態測量：在儀表板3D數據中按照法規要求進行頭碰區域劃分，并對圓角和開關類進行測量檢查。根據測量檢測結果，可知靜態分析滿足法規要求。

動態測量：分析模型（圖1）包含：儀表板本體，管梁，裝飾板，MP5主機，方向盤，車身前圍板及A柱板等。車身進行全約束，劃分各零件網格，根據實際結構定義厚度、材料信息，建立連接關系，然后根據經驗對儀表板頭碰區域內選取14個點作為CAE動態頭碰分析點（圖2）。

圖2

對14個點進行加速度仿真分析，根據分析結果得出各點的加速度都滿足法規要求。

開裂要求：內飾面板塑料屬于高分子材料，由于多分子性、多相性、以及加工成型過程中產生的微孔、雜質等特點，高分子材料的破壞是一個結合微觀、細觀、宏觀的非常復雜的多層次過程。所以并沒有確定相關高分子材料的失效準則，有限元仿真不能模擬材料斷裂，只能根據工程經驗判斷是否斷裂。設計初期，對此未進行評判。

理論設計通過后就開始進行實車頭碰試驗驗證，但在實車驗證中出現頭碰區域的裝飾板開裂問題（圖3）。

圖3

2.2 影響因素排除

根據實車碰撞結果，查找頭碰飾板開裂區域，主要集中在p3點和p4點中間出風口周邊區域以及P11點、p12點和P13點的右側出風口區域。

飾板開裂影響因素比較多，初步確定主要影響因素有a）儀表板的結構；b）裝飾板結構 c）裝飾板的制造工藝；d）儀表板和管梁之間的連接支架；e）儀表板和裝飾板的材料。

2.3 整改方案分析

根據飾板開裂區域及飾板結構狀態初步確定以下有利于滿足頭碰的方案：

方案一：對飾板更換為材料特性更換的進口PC+ABS料；

方案二：a）對中間出風口及右側出風口匹配的飾板周邊增加加強筋，具體位置（圖 4）；b）對中間出風口及右側出風口匹配的飾板翻遍加厚，由現在的2.5mm加至3mm；c）P6點飾板背部增加一條加強筋（圖5）；d）對12點附近增加加強筋。（圖6）

圖 4

圖 5

圖 6

方案三：在P3點區域和P11點出風口區域增加吸能塊（圖7）。

圖7

3 改進方案確認

根據以上整改方案，制作數據，結合實際對方案二和方案三進行CAE仿真分析（圖8），從各開裂點的塑性應變可得出各方案對開裂點的改善趨勢：只增加加強筋方案可以降低P11點 P12點和P13點的塑性形變，對開裂問題有一定改善，但改善力度不大；增加加強筋和吸能塊方案可以降低P3點，P4點，P11點，P12點和P13點的塑性應變，對飾板開裂有較大改善。

圖8

通過CAE分析，可知改善方案都是對開裂問題有一定改善作用，根據以上方案制作樣件并進行實車驗證，驗證結果如下：只采用方案二后驗證仍然存在P4點和P13點的飾板開裂；采用方案二+方案三后驗證也仍然存在P4點和P13點的飾板開裂；采用方案二+方案一驗證，試驗通過且無飾板開裂問題出現。

4 結論

應用本文所述的提升頭部碰撞問題的方法，輔以CAE仿真分析，對頭碰開裂問題進行分析，并最終確定最優方案，通過實物驗證滿足安全法規要求，為車型開發提供有利保證。