解決正面碰撞布置問題的優(yōu)化方案

鄂世國，王志濤，楊偉

解決正面碰撞布置問題的優(yōu)化方案

鄂世國，王志濤，楊偉

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

文章針對某左舵車型在正面碰撞開發(fā)過程中出現(xiàn)車體加速度較大和局部車身侵入量過大問題進(jìn)行分析，運(yùn)用仿真手段進(jìn)行原因分析，針對車身結(jié)構(gòu)和機(jī)艙布置存在的缺陷，提出有效的改進(jìn)方案。優(yōu)化后車體加速度和車身侵入量等均得到改善，車體加速度由原來的51.2g降低到39.5g，車身侵入量由78mm減小到40mm。結(jié)果表明優(yōu)化變速器與副車架以及車身安裝點(diǎn)相撞問題并配合優(yōu)化縱梁的變形模式后，各項指標(biāo)均達(dá)到C-NCAP 2021五星目標(biāo)值要求。

正面碰撞；車身結(jié)構(gòu)；布置；優(yōu)化

前言

仿真技術(shù)是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種新的綜合集成技術(shù)；即用虛擬的電子信息系統(tǒng)對真實(shí)場景系統(tǒng)的一種模仿仿真技術(shù)，是由人機(jī)交互技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)等多種現(xiàn)代三維構(gòu)成系統(tǒng)的人工環(huán)境建設(shè)，通過多媒體放映對人體的視覺、觸覺、聽覺等感官上的逼真呈現(xiàn)，使人和相關(guān)虛擬環(huán)境有一定的交互性，并適時做出相應(yīng)的反應(yīng)。隨著相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)逐漸形成出運(yùn)用于自身的自成體系，從以前的某個物理現(xiàn)象、設(shè)備和系統(tǒng)的簡單模擬，發(fā)展為能運(yùn)用其原理對不同系統(tǒng)組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行更高級的仿真，使相關(guān)用戶在符合人們客觀意識環(huán)境下，貼近物體相關(guān)運(yùn)動力學(xué)定律的基礎(chǔ)上，充分滿足現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展需要。伴隨著時代的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備要求的操作水平愈來愈高，要求在最短的時間內(nèi)，經(jīng)濟(jì)效益最大化的生產(chǎn)出最令人滿意的產(chǎn)品，所以運(yùn)用仿真技術(shù)進(jìn)行研究，不僅可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，優(yōu)化生產(chǎn)過程，而且可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，使企業(yè)在發(fā)展中處于領(lǐng)先地位。未來制造業(yè)的發(fā)展離不開仿真技術(shù)[1]。

1 存在問題與原因分析

1.1 問題描述

某左舵車型開發(fā)C-NCAP 2021安全碰撞性能，結(jié)果顯示該車型車體加速度較大和局部侵入量過大，超出五星開發(fā)設(shè)定的目標(biāo)值。

1.2 原因分析

經(jīng)過對仿真結(jié)果的反復(fù)觀看與分析，如圖1和2所示，主要是以下原因?qū)е拢?/p>

1）變速器與副車架以及車身安裝點(diǎn)相撞，較大的載荷向后傳遞，導(dǎo)致乘員艙變形嚴(yán)重和加速度較大；

2）縱梁前段變形不好，縱梁后段無折彎，總體反應(yīng)縱梁變形模式不理想。

圖1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車身位置關(guān)系

圖2 變速器與副車架位置關(guān)系

2 車身優(yōu)化方案

2.1 地板加強(qiáng)件優(yōu)化方案

1）地板加強(qiáng)件X向、Y向和Z向尺寸減少，避免與轉(zhuǎn)向機(jī)在碰撞過程中產(chǎn)生撞擊，如圖3所示；

2）副車架安裝支架尺寸對應(yīng)修改；

圖3 車身優(yōu)化方案1

3）地板縱梁根部加強(qiáng)件截短，避免撞擊到加強(qiáng)件。

圖4 車身優(yōu)化方案2

2.2 前縱梁優(yōu)化方案

1）左右縱梁根部起弱化筋，增加變形，中部豁口處增加保護(hù)焊；

2）地板縱梁里面加強(qiáng)件剪短，弱化縱梁根部，如圖5所示。

圖5 縱梁優(yōu)化方案

2.3 綜合優(yōu)化方案

以下是車身結(jié)構(gòu)所有的優(yōu)化方案，如圖6和7所示。

圖6 車身綜合優(yōu)化方案1

圖7 車身綜合優(yōu)化方案2

3 優(yōu)化后效果

3.1 優(yōu)化后縱梁變形模式

為提高正面碰撞的結(jié)構(gòu)性能，對縱梁進(jìn)行了合理的優(yōu)化設(shè)計?？v梁根部弱化后，縱梁根部出現(xiàn)折彎，減小對防火墻的沖擊，優(yōu)化后座椅地板變形明顯減少。

圖8 優(yōu)化后縱梁變形

3.2 優(yōu)化后加速度波形

車身結(jié)構(gòu)的不合理導(dǎo)致吸能效果不理想，碰撞波形變化劇烈，車身整體變形量過大，各關(guān)鍵部位的侵入量較大，車身結(jié)構(gòu)還有提升空間。

圖9 優(yōu)化后的加速度曲線

優(yōu)化后，加速度波形明顯下降，加速度在20ms之前的G1有提升，在38ms-65ms的加速度峰值G2有明顯降低，車體加速度由原來的51.2g降低到39.5g，如圖9所示。

3.3 優(yōu)化后車身侵入量

為了降低車型后期開發(fā)的成本，只對車身結(jié)構(gòu)的侵入量進(jìn)行控制。通過控制車身各關(guān)鍵部位的侵入量，可以使乘員艙的生存空間得到保障，避免對假人造成過大的傷害[2]。

優(yōu)化后，車身侵入量的考察點(diǎn)也有明顯地降低，腳下的最大侵入量從原來的78mm下降到40mm，優(yōu)化效果明顯。

4 結(jié)論

1）通過對加速度較大問題地分析，反映出機(jī)艙布置設(shè)計不合理直接影響車體加速度，在開發(fā)過程中應(yīng)該合理把握設(shè)計要點(diǎn)；

2）采用仿真分析技術(shù)可以縮短開發(fā)周期，減少試驗次數(shù)和開發(fā)成本，為碰撞安全性能提供良好的車身結(jié)構(gòu)。

[1] 蔣斌慶.基于仿真技術(shù)的汽車正面碰撞結(jié)構(gòu)優(yōu)化.中國科技博覽[J]. 2018(33).

[2] 韓玉環(huán),曾祥義,劉志新,等.基于車身變形量的正面碰撞波形的分析與優(yōu)化[J].時代汽車,2017(4):92-94.

Optimization Case to Solve Frontal Impact Packaging Problem

E Shiguo, Wang Zhitao, Yang Wei

( Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

This paper analyzed the problems of large acceleration and excessive intrusion of local body in frontal impact development of a left-hand vehicle. The reason analysis was carried out by means of simulation. Aiming at the defects of body structure and engine room layout, the effective improvement scheme was put forward. Optimized car body acceleration and body intrusion was improved. The acceleration had been reduced from 51.2g to 39.5g, and the intrusion had been reduced from 78mm to 40mm. The results showed that after optimizing the problem of crash among transmission and sub frame and installation point of the body, and coordinated with optimization of the deformation mode of the longitudinal beam. All the indexes met the C-NCAP 2021 five-star target requirements.

Frontal impact; Body structure; Packaging; Optimization

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.021

U467

A

1671-7988(2021)03-71-03

U467

A

1671-7988(2021)03-71-03

鄂世國，碩士學(xué)位，中級工程師職稱 ，就職于華晨汽車工程研究院，整車CAE仿真分析。