某SUV車型頂部抗壓強度車身結構研究

陳云　閆躍奇　楊春花

摘 要：本文結合《乘用車頂部抗壓強度》國家強制性標準及國內外頂部抗壓要求發展趨勢，同時介紹了實驗的準備和實施的過程，以某SUV車型車身結構提升為例，對頂部抗壓如何達到《中國保險汽車安全指數》頂部抗壓優秀目標進行優化，使其滿足更高的車頂抗壓強度要求，為乘用車頂部抗壓強度設計開發提供支持。

關鍵詞：頂部抗壓 車身結構

Research on the Top Compressive Strength Body Structure of a Certain SUV Model

Chen Yun Yan Yueqi Yang Chunhua

Abstract：This article combines the national compulsory standard of "Passenger Car Top Compressive Strength" and the development trend of top compression requirements at home and abroad. At the same time， the preparation and implementation process of the experiment are introduced. How to achieve compressive resistance at the top of the "China Insurance Automobile Safety Index" is optimized to meet higher requirements for roof compressive strength and provide support for the design and development of passenger car roof compressive strength.

Key words：top compression， body structure

1 國家標準解讀

1.1 國家標準

GB26134-2010《乘用車頂部抗壓強度》（以下簡稱“國標”），其標準的內容主要是參照美國聯邦機動車法規的內容進行展開的，所以在主體的技術路線以及實現方法上，保持著一致。其項目的性能要求指標是在承受著1.5倍壓力時，車輛的頂部變形不得超過127mm。為此文章重點介紹國標內容的實驗車型以及要求方法[2]。

1.2 細則標準

在各類標準當中，GB26134-2010、FMVSS 216和FMVSS 216a的車頂靜態加載試驗程序基本相同。只是FMVSS 216a對被測試車輛頂部抗壓強度提出了更高的要求。首先是在適用的范圍上，GB26134-2010僅僅是應用在敞篷車以外的M1類型的車輛上進行應用。FMVSS 216和FMVSS 216a表準是適用于乘用車、多用途乘用車、輕型貨車和公共汽車等汽車類型[3]。其次是對承載的極限值上進行了限定，GB26134-2010與FMVSS 216當中對于加載裝置的移動量上進行相應的情況設置，移動量在不大于127mm的基礎之上，加載的載荷需要達到車輛整備重量的1.5倍，不超過22240N;同時還新增了受力測試的相關內容，在前排位置處增加了頭部模型，加載裝置移動量達到127mm時，車頂與頭部模型的接觸壓力不能夠大于222N。

1.3 國內外發展趨勢

其次在汽車質量的上限要求中，其總質量需要不超過2722kg。同時兩側車頂應能承受的載荷由整備質量1.5倍提升為整備質量的3倍。除此之外，FMVSS216a標準還增加了位于50%的成年男性的頭部位置，頭部模型所受載荷不大于222N，目的是為了能夠在發生側翻時，避免由于車內乘員頭部受到擠壓后產生變形進而造成致命傷害。另外，C-IASI -2017《中國保險汽車安全指數》規程中，第2部分：車內乘員安全指數 ，車頂強度評價規程，第2部分：車內乘員安全指數中規定車頂強度評級達到優秀目標，施加載荷須滿足≥4倍車重;

2 試驗方法綜述

2.1 測試樣品準備與固定

測試的樣品應該是整車或者是具備全部結構部件的白車身。將車身底梁或者是底盤車架剛性的固定在剛性的水平面上。以保證在實驗進行的過程當中使車身以及整車的性能能夠得到充分的支撐，在車輛在橫向方向上，支撐面與水平參考面之間的夾角為（0±0.25）°，同時車輛兩側縱梁支撐面與水平面的夾角為（0±0.25）°，在側向方向上，也要對車輛進行剛性的固定。

2.2 測試設備

在實際進行測試的過程當中，測試環節采用的加載設備主要是以方形設備為主，其剛度保持不變，下表面的面積應該為長方形的平面。同時在縱向軸線的加載活動中，需要沿著水平面向下進行傾斜，傾斜的角度最好再5°范圍以內。加載設備與輔助固定裝置如圖1所示。

2.3 加載位置與荷載施加

在始終保持著傾斜方向的加載力度基礎上，向下移動加載裝置，直至長方形的加載裝置與車頂表面直接接觸。所以在不斷的調整加載位置的同時，需要保持著加載設備的下表面縱向的中心向是重要與車頂的接觸點進行接觸。使加載位置位于后邊緣的重點位置。直至加載的值滿足規定所要求的數據，并且要求整個實驗需要在120s內完成。

3 乘用車頂部抗壓強度的設計要點

3.1 基礎模型分析

通過CAE模擬方法為基礎使用平臺，通過HyperMesh軟件建立模型并進行網格劃分，通過LS-DYNA軟件進行計算，HyperView為后處理，其中模型包括，車身骨架有限元模型，側門、后背門有限元模型，前風擋有限元模型，加載壓板模型，如圖2所示，車身骨架關鍵零件清單如表1所示。通過分析，車門強度及車身骨架自身強度，尤其是車身骨架A柱、B柱、上邊梁等強度是反映汽車車身品質的重要指標，對于提高車輛的安全性能具有重要意義。車身結構關鍵結構、搭接形式等設計是乘用車頂部設計的關鍵點，同時也是行業內研究的熱點。

加載裝置向下運動0～127mm過程中反作用力如圖3所示：

通過分析，原車型方案是滿足3倍車重，即不僅滿足GB26134-2010標準，同時也滿足GB26134-2019草案中3倍車重要求;基于當前國內安全要求的提升，為此本文結合著C-IASI -2017（中國保險汽車安全指數）中的頂部抗壓要求提出了具體的解決方案。

3.2 提升方案

針對C-IASI（中國保險汽車安全指數）中車內乘員艙安全指數的相關要求，以車身頂部抗壓達到優秀目標（即滿足載荷≥4倍整備重量）為基本要求。車身的設計結合著實際情況做了如下提升。首先，B柱加強板內增加了B柱加強板補丁板，A柱上加強板內也增加了A柱加強補丁板;其次，B柱加強板補丁板及A柱加強補丁板材質料厚按方案1、方案2、方案3、方案4（表2）進行設置配比;通過分析方案3能夠滿足4倍車重要求;方案的設置情況如表2所示。方案的設計情況，方案3能夠有效地保證參數的基本要求，能夠達到最終的實際效果。

4 結論

本文結合國內外乘用車頂部抗壓要求發展趨勢以及實驗內容和體系進行展開，以此為基礎不斷的改進產品以及硬件水平。傳統的被動式的安全部件已經逐漸的融入了主動的安全技術，同時結合CAE模擬仿真技術以及實驗測試的相關要求，以某乘用車為例，開展了乘用車頂部抗壓強度的設計要點，并以此開展了幾項實驗設計，并依據實驗結果確定了最優的實驗方案。單一的強調某一項指標對于成員的保護是片面的綜合來考慮各項安全指標，才能真正提升車輛的安全性能。

參考文獻：

[1]王陽，畢騰飛，王坤，王培中.乘用車頂部抗壓強度標準解讀[A].中國汽車工程學會.2013中國汽車工程學會年會論文集[C].中國汽車工程學會：中國汽車工程學會，2013：4.

[2]侯雄偉，蘇小平.某中型校車頂部強度分析與結構改進[J].客車技術與研究，2014，36（01）：19-22.