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在整車正面碰撞開發(fā)過程中，作者對臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法進(jìn)行了策劃研究；通過臺車系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證整車正面碰撞結(jié)構(gòu)的合理性；借助試驗(yàn)結(jié)果診斷識別前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的缺陷，并通過仿真手段對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)，還原問題現(xiàn)象，診斷問題原因，提出優(yōu)化方案，支持M1造車及相應(yīng)的整車正面碰撞試驗(yàn)；后期M1整車正面碰撞試驗(yàn)結(jié)果表明，通過臺車試驗(yàn)方案診斷識別出的前期結(jié)構(gòu)存在的缺陷，在整車中均已有效解決，得到的臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法的成功經(jīng)驗(yàn)值得推廣。

 

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，汽車工業(yè)也得到迅猛發(fā)展。汽車成為人們?nèi)粘＝煌üぞ叩闹匾M成部分，給人們的物質(zhì)生產(chǎn)活動帶來了極大便利，同時交通事故也導(dǎo)致了很多不幸，降低交通安全事故是汽車工業(yè)的一項(xiàng)重要課題，汽車安全法規(guī)的要求也是越來越高，如中國汽車技術(shù)研究中心（天津）對C-NCAP管理規(guī)則已經(jīng)進(jìn)行了多次的升級。

 

自安全帶發(fā)明使用以來，汽車安全性能得到了極大改善。在整車開發(fā)過程中，汽車碰撞安全性能也已經(jīng)成為汽車的關(guān)鍵性能之一。汽車的安全性能主要取決于車身結(jié)構(gòu)及約束系統(tǒng)的綜合性能，車身前結(jié)構(gòu)良好的吸收碰撞能量，乘員艙保證足夠生存空間，約束系統(tǒng)良好束縛人體，有效降低乘員傷害，從而提升車輛的碰撞安全性能。

 

整車正面全寬碰撞性能作為汽車碰撞安全性能的重要組成部分，在開發(fā)的初期階段就需要做好架構(gòu)策略保障性能達(dá)成，而前期較好的手段一般是通過仿真驅(qū)動設(shè)計(jì)，有效的邊界條件輸入有助于仿真部門更好的提升仿真精度，診斷設(shè)計(jì)中存在的問題，這樣必備試驗(yàn)將不可缺少。在開發(fā)過程中，考慮到開發(fā)周期及開發(fā)成本問題，一般會設(shè)計(jì)一些零部件試驗(yàn)及臺車系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，臺車系統(tǒng)試驗(yàn)策劃是否成功將顯得尤為重要。

 

正面碰撞車體耐撞性基本要求

 

車體是在碰撞事故中保護(hù)乘員的第一道屏障，在碰撞事故發(fā)生后，車體需要盡可能吸收碰撞能量，同時保障乘員生存空間來達(dá)到保護(hù)乘員的效果。

 

  車體耐撞性的總體設(shè)計(jì)原則需遵循以下兩點(diǎn)要求：

 

1）車身前端結(jié)構(gòu)要能實(shí)現(xiàn)較好的吸能及載荷傳遞，得到較好的車體加速度。

 

2）乘員艙有合適的剛度支撐前端結(jié)構(gòu)變形模式實(shí)現(xiàn)。

 

要實(shí)現(xiàn)以上要求，關(guān)鍵在吸能結(jié)構(gòu)變形模式的設(shè)計(jì)。本文采用的變形模式為：碰撞前期實(shí)現(xiàn)充分壓潰盡快提升前期吸能，中后期折彎變形充分利用碰撞空間同時達(dá)到載荷卸載的目的。

 

臺車系統(tǒng)試驗(yàn)的目的就是要提前驗(yàn)證吸能結(jié)構(gòu)是否達(dá)到以上要求。

 

臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法策劃

 

在整車開發(fā)過程中，為縮短開發(fā)周期降低開發(fā)成本，在車身設(shè)計(jì)階段，需要對車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性驗(yàn)證，盡早發(fā)現(xiàn)開發(fā)中的結(jié)構(gòu)缺陷。而開發(fā)過程中，車身骨架是汽車架構(gòu)的基礎(chǔ)，一般開發(fā)流程為先開發(fā)下車體，后開發(fā)上車體，下車體結(jié)構(gòu)是否合理直接決定整車的安全性能。而下車體一般是長周期件，涉及的周期長、成本高、工藝復(fù)雜。簡易的臺車試驗(yàn)，不僅能及早進(jìn)行試驗(yàn)、診斷設(shè)計(jì)中存在的問題，同時還可以兼顧試驗(yàn)成本，方法成功后可以進(jìn)行較好的推廣，便于后續(xù)車型開發(fā)。

 

基于開發(fā)過程中的現(xiàn)實(shí)問題，提供整個白車身將顯得成本高昂，制造周期也較長，這樣勢必增加開發(fā)成本及周期，簡易的樣件是便于進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)。

 

本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法需遵循以下原則：樣件簡單、試驗(yàn)方法簡單、方法值得推廣。

 

本文所述的樣件主要包括：下車體前結(jié)構(gòu)、副車架、不需要車身側(cè)圍和中后段結(jié)構(gòu)，符合樣件簡單的原則。

 

基于以上原則設(shè)計(jì)如圖1所示試驗(yàn)程序：

 

 

圖1 試驗(yàn)程序

 

臺車系統(tǒng)試驗(yàn)問題分析

 

01.試驗(yàn)問題概述

 

根據(jù)試驗(yàn)程序制定的具體試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，通過這組臺車試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以下問題。

1）主吸能盒變形問題

 

主吸能盒壓潰不充分，且出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，容易導(dǎo)致縱梁前端不穩(wěn)定及前端總體吸能減少，整車加速度后期壓力較大，如圖2（a）所示。

 

2）副吸能盒變形

 

副吸能盒根部不穩(wěn)定，碰撞過程前期已經(jīng)折彎，在碰撞過程中后期容易導(dǎo)致前端吸能結(jié)構(gòu)變形不穩(wěn)定，如圖2（b）所示。

 

 

（a）吸能盒變形；          （b）副吸能盒變形

 

圖2 吸能盒&副吸能盒變形

 

3）縱梁變形

 

縱梁中部還未折彎，根部先折彎，未達(dá)到設(shè)計(jì)效果，這種變形模式會直接導(dǎo)致乘員艙侵入量過大，影響乘員生存空間，如圖3（a）所示。

 

4）乘員艙變形

 

乘員艙侵入量過大，會影響乘員的生存空間，導(dǎo)致乘員傷害增大，不滿足法規(guī)要求，產(chǎn)品無法上市銷售，如圖3(b)所示。

 

 

（a）縱梁變形；          （b）乘員艙變形

 

圖3 縱梁變形&乘員艙變形

 

02.仿真分析

 

針對第一次試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，為了節(jié)約成本，提高第二次試驗(yàn)的有效性，根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象校正仿真模型，然后對問題原因進(jìn)行診斷，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果定制后續(xù)試驗(yàn)所需的樣件。

 

1）仿真模型校正

 

   根據(jù)試驗(yàn)過程出現(xiàn)的失效形式、樣件變形模式、B柱加速度校正仿真模型。試驗(yàn)變形&仿真變形如圖4所示，兩者對比仿真表現(xiàn)與試驗(yàn)比較接近，模型精度可靠。

 

 

（a）試驗(yàn)變形；          （b）仿真變形

 

圖4 試驗(yàn)變形&仿真變形

 

2）問題優(yōu)化

 

造成乘員艙侵入量過大主要原因是縱梁中后段未有效折彎，同時根部支撐較弱導(dǎo)致。

 

針對乘員艙侵入問題，解決吸能盒壓潰及縱梁折彎問題即可，改進(jìn)辦法主要有：

 

①改善前部結(jié)構(gòu)，優(yōu)化主副吸能盒的壓潰性能，提升前端穩(wěn)定性。

 

②優(yōu)化折彎區(qū)域結(jié)構(gòu)，使縱梁折彎的穩(wěn)定性提高，緩解根部壓力。

 

③加強(qiáng)根部支撐，提升前端結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

 

考慮成本重量，以上具體方案如圖5所示：方案包括吸能盒及其前端板、縱梁折彎區(qū)加強(qiáng)板的優(yōu)化。

 

 

圖5 優(yōu)化方案示意圖

 

3)優(yōu)化后仿真結(jié)果

 

優(yōu)化方案實(shí)施后，仿真結(jié)果如圖6所示：吸能盒完全壓潰后，縱梁N型折彎，縱梁變形符合設(shè)計(jì)意圖，可以制定新的樣件繼續(xù)進(jìn)行臺車系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證方案有效性。

 

 

圖6 優(yōu)化后縱梁變形

 

4)臺車系統(tǒng)試驗(yàn)

 

優(yōu)化方案落實(shí)到新樣件后，再次進(jìn)行臺車系統(tǒng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示：吸能盒及縱梁整體變形符合設(shè)計(jì)要求，縱梁N型折彎，變形模式與仿真相似，可以支持M1造車進(jìn)行整車試驗(yàn)。

 

 

圖7 縱梁變形

 

整車試驗(yàn)

 

根據(jù)臺車系統(tǒng)試驗(yàn)提出的優(yōu)化方案落實(shí)到M1整車中，進(jìn)行整車正面碰撞試驗(yàn)。

 

圖8（a）為碰撞后吸能盒及縱梁的整體變形圖。圖中所示：縱梁變形模式實(shí)現(xiàn)了前端壓潰，中后段折彎的效果，達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。

 

圖8（b）為整車碰撞后的乘員艙的變形情況，整體侵入量較小，有效保證了乘員的生存空間，完全滿足設(shè)計(jì)初期定義的目標(biāo)。

 

 

（a）吸能盒及縱梁變形；          （b）乘員艙變形

 

圖8 整車縱梁&乘員艙變形

 

圖9 為碰撞后B柱左右側(cè)加速度曲線，該加速整體峰值較低，右側(cè)峰值在38.1g但脈寬特別小，滿足設(shè)計(jì)所設(shè)定目標(biāo)。

 

 

圖9 整車正面碰撞縱梁變形

 

圖10為前排假人各個部位得分情況，總共得分15分，得分率93.8%，完全滿足得分率90%這個目標(biāo)要求。

 

 

圖10 前排假人得分率

 

小   結(jié)

 

在整車正面碰撞開發(fā)程中，本文對臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法進(jìn)行了策劃研究；試驗(yàn)策劃程序可以歸納如下：

 

1）仿真模型尋找試驗(yàn)邊界；

 

2）具體試驗(yàn)方案制定；

 

3）定制樣件和工裝進(jìn)行試驗(yàn)；

 

4）試驗(yàn)問題診斷；

 

5）仿真模型校正、還原問題現(xiàn)象、診斷問題原因、并對問題進(jìn)行優(yōu)化；

 

6）定制新樣件繼續(xù)試驗(yàn)，直至問題解決。

 

通過仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對標(biāo)，還原問題現(xiàn)象、診斷問題原因、提出優(yōu)化方案，支持M1階段造車進(jìn)行整車正面碰撞試驗(yàn)；M1車正面碰撞試驗(yàn)結(jié)果表明，通過臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法診斷識別出的前期結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷，在整車中均已有效解決。

 

本文所述臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法可以用于驗(yàn)證整車正面碰撞結(jié)構(gòu)的合理性；作者得到的臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法的成功經(jīng)驗(yàn)值得推廣。

 

引用本文：

 

包國建，楊全凱，吳澤勛，閆高峰，宿學(xué)深，童邦榮，王輝.整車正面全寬碰撞臺車系統(tǒng)試驗(yàn)方法研究[J].環(huán)境技術(shù)，2021，(S1):67-70.

專家簡介：包國建，男，漢族，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槠嚤粍影踩?/span>