基于零部件试验的汽车侧面碰撞结构优化研究

２０１ｌ第十四届中国汽车安全技术学术会议论文集基于零部件试验的汽车侧面碰撞结构优化研究董学勤，朱西产，马志雄，王晶晶（问济大学，．卜海，２０１８０４，ＰａｎｇＰａｎｇ＿ｄｏｎｇ＠１６３．ｔｏｍ）【摘要】本文针对某款侧面碰撞安全性较弱的国产车型，基于整车侧面碰撞试验和车门内饰零部件动态冲击试验，建妒该乍腹部、髋部侧面碰撞ＭＡＤＹＭＯ子模型。通过深入分析该乍型侧面碰撞中腹部、髋部存在的『口Ｊ题，结合计算机仿真计算，对车ｆＪ内饰扶手和髋部泡沫止推块的结构进行了优化改进，并通过零部件试验验证。试验结果表明，此改进方案能有效的降低假人腹部和髋部的伤害值，提高该乍的侧面碰撞安全性。关键词：侧面碰撞；车门内饰；泡沫止推块；ＭＡＤＹＭＯＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＳｉｄｅｏｎＩｍｐａｃｔＳａｆｅｔｙＢａｓｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓＴｅｓｔＪｉｎｇ－ｊｉｎｇＤＯＮＧＸｕｅ—ｑｉｎ，ＺＨＵＸｉ—ｃｈａｎ，ＭＡＺｈｉ—ｘｉｏｎｇ，ＷＡＮＧ（ＴｏｎｇＪｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａｎｇＨａｉ，２０１８０４，ＰａｎｇＰａｎｇ＿ｄｏｎｇ＠１６３．ＣＯＩｌｔｔ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｉｄｅｉｍｐａｃｔｓａｆｅｙｏｆｏｎａｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃａｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｓｔａｂｉｌｉｓｅｄｓｕｂ・ｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＡｂｄｏｍｅｎａｎｄＰｅｌｖｉｓｕｓｉｎｇＭＡＤＹＭＯｂａｓｅｄｔｅｓｔｓｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｉｄｅｉｍｐａｃｔｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｃａｒ．ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｎｔｈｅＡｂｄｏｍｅｎａｎｄＰｅｌｖｉｓｏｆｔｈｅｄｕｍｍｙｉｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｉｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｍｐａｃｔ，ｔｈｅｏｆｄｏｏｒ—ｔｒｉｍａｎｄｆｏａｍｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｏｏｒ—ｔｒｉｍａｎｄｆｏａｍｗａｓｖａｌｉｄａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｅｓｔｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｓａｆｅｔｙｃａｎｉｎｊｕｒｉｅｓｏｆＡｂｄｏｍｅｎａｎｄＰｅｌｖｉｓ，ＳＯｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｉｄｅｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｄｅｉｍｐａｃｔ；ｄｏｏｒ－ｔｒｉｍ；ｆｏａｍ；ＭＡＤＹＭＯｌ引言汽车碰撞安全性是汽车最为重要的整车性能指很多国内汽车厂家自主研发急切需要解决的问题，研究汽车侧面碰撞安全性，对改善我国道路交通安全具有重大意义。侧面碰撞影响乘员安全的主要因素是车辆侧面结构侵入速度、侵入量、侵入形态、车门内饰系统的刚度、侧面约束系统以及乘员座椅等等Ｈ１，如图１所示为假人胸部、腹部、髋部位置和车门内饰对应的区域。本文基于Ｃ．ＮＡＣＰ在侧面碰撞中的评分标准，深入分析某国产轿车在整车侧面碰撞中腹部和髋部得分较低的原因，建立髋部、腹部有限元子模型，同时结合零部件动态冲击试验，对腹部、髋部伤害影响较大的门内饰扶手和泡沫止推块两部分进行了结构优化，并取得良好效果。标之一。据国外有关机构调查研究表明，交通事故类型中最多的就是碰撞事故，其中侧面碰撞事故约占事故总数的３０％，仅次于正面碰撞，而在造成死亡和重伤的事故中，侧碰事故约占３５％…。在我国，由于城市道路交通路口以平面交叉形式为主，侧面碰撞事故发生率最高，致伤率居第一位，而致死率仅次于正面碰撞¨１。轿车侧面是车体中强度刚度较薄弱的部位，碰撞缓冲区较小，一旦发生侧撞时，轿车侧面往往会发生较大的变形，车门和侧围结构会突入车内并对乘员造成严重的伤害＂１。所以，提高轿车侧面碰撞的安全性能难度很高，这也是当前一２８—重学断等基于霉部件试验的汽丰侧自碰撞＃构６ｔ．４ｅ．研究推力．使得假人快速的远离ｆＪ内饰，这种设计虽然会增加髋部的性能位．但是可以较太幅度的降低胸部和腹部的性能值，从衙改善侧面碰掩性能。ｆＨ根错该车帅试验结果，髋部受力达３失、导致髋部传世失分。３５ｋＮ，超过ＣＮＣＡＰ中规定的３ｋＮ的高性能限值，泡沫块刚度过Ⅲ１１１＇，／＾№目№∞《＊ｍＲ自】十ｆＩ自％”ｍ∞Ⅸ日２整车侧面碰撞试验结果分析２１腹部区域试验结果分析根据整车侧面碰捕试验结果，如图２所示腹部受力选１８５５ｋＮ．远近超过ｃ—ＮＣＡＰ巾规定的ｌｋＮ的高性能限值，通过试验过程中的高述求像及试验后腹部雇彩位置町以发现，在整个试骗过程巾，腹部只与车ｆ】扶手接触．并且与车门扶手的碰幢Ｒ域刚好是扶手后端转角位置处，该灶刚度明显过高，Ａ接导致胸腹受力较大．得分较低。如图３红心标ｄｉ处所示。ｉ乡江ｉ。：厂＼／＼量√月５月∞２＾ｍ＃目从上进的升析巾可“得ｍ，腹部和髋部性能值鞍低的脉困是冈为在侧而碰撞过程巾车门内饰１，之接触的压域刚度过大，腹部位置集中在车¨扶ｒ后部的转弯角处，髋部伸置体现在车门内饰后Ｆ部泡诛止摊块处。由于该车型口缔在ｌＨ场上销售，时于成熟的车身结构，欲提高儿删【自１碰撞结构安牟性能，最有效的方法是在保证不影响其剌咒位置原有部件功能的情况下合理增加或者碱辑棚庖郭什的剐崖。目２ｍ＊壁＾ｍ‰目３建立侧面碰撞车门总成有限元子模型根据主机厂提供的必要零件的数模和整车碰撞目３＃Ｒ目ｆ】自ｍ＆ｆⅨＭⅢ试验中实际情况，在ＭＡＤＹＭＯ软件中建立了似＾、庵椅的仿真模刑和胸音【；腹部拣部二个碰撞块的有限元模喇，碰撞块和惴人相应部位质量是相同的，仿真模刊采用ＭＡＤＹＭＯ自带的ＥＳ２多面体Ｑ假人。２．２髋部区域试验结果分析从试验结粜中似＾髋部水彩位置一ｎｘ看出．如图４雏矧标币处所示．髋部与乍门ｒ地沫推动块所在区域对应，泡沫止《ｌ：块是特贴在门内饰板和门基板之叫，在碰撞的初始阶段绐假人一个比较刚性的通过假人和车身的相刘传置，从而确定丁胸部、腹部．髋部＝个部位在碰撞过程中ｘ和Ｙ方向上的初始侍置。如削６所示。２０］ｌ第十日届中国汽车安全技木学术喜议论ｉ集是实体弼格，其余部分为壳体单元，车门内饰扳各部件的连接锁扣用结构简化后的壳体单元和一维单元共同模拟．胸部．腹部、能部三个碰撞块用实体单元刚性材料建模，“不同的韧速度分别沿Ｙ方向撞击门内饰对应的三个区域。车门内饰板动态冲击试验的目的是为了对有限元模型进行验证，其工况条件和有限元仿真完全一致，如图７所示：取出三个碰撞块的加速度时间曲线和位移时间曲线，得到门内饰板的刚度曲线。通过微调门内饰目６■Ⅲ《Ｒ月郎、Ⅸ郫．∞＃十４撞块＂蛤＊＊Ⅲ盎目板材料曲线、约束条件、接触类型等参数．使得仿真和试验中胸部、腹部、靛部三个碰撞区域的门内饰刚度曲线有较好的一致性，从而证明了该有限元模型车门卷成有限元模型包括车门内板、泡沫止推块，ｆｊ基板和乍『１内饰板四个部分，其中泡沫采用的是有效的，如图８所示为三个区域的仿真与试验门内饰板刚度睦线对比图。＿＿＿目８『ｌＨ７车『ｌ内％《Ⅲ度☆＆“《Ⅲ目自态＂☆Ｅ＆ＷＬ笆。十＆＊ｇ％口点Ⅻ＊＃ｎ自％《ＨＩⅢ∞％”＆趔。侧面碰撞车门结构优化改进该车型配有侧面胸部安全气囊，胸部的性能指；；：ｉｉ：：：：：ｉ：ｉ；：譬＃；；；ｉ瑟其中对腹部区域的改进方案是在不影响功能的前提一３０——董学勤等：基于零部件试验的汽车侧自硅撞镕构优化研究下，弱化车门内饰扶手后部转角处与假人腹部接触部分的刚度，对髋部区域的改进方案是弱化髓部泡沫推动块剐度．同时尽可能增加其厚度．“保证萁暇能性不变，从而尽町能不影响胸部和腹部区域的性能。４．１腹部区域结构优化改进从档车试验结果分析中已知腹部失分的主要原因是车门内饰板后部转角处的剐度过大．在有限元仿真计算中发现，门内饰板背面的一个凸台的刚度对腹部伤害值的影响也比较大，该凸台足用束安装连接卡扣．位置刚好对应着腹部区域。制对这两处结构采用了两种优化方案，如图９、图ｌＯ红删标示赴所示目ＩＯ＆群Ⅸ＃第＝＃ｍｍ＾％第一种方案是在保证相关位置部件功能的前提下，弱化门内饰扶手转角址的结构，吼达到降低该处刚度的目的，第二种方案是弱化门内饰背部的凸台或者是改变凸台的值置，ｍ降低其对腹部的伤害。两种方案分别在仿真计算和试验中进行验证，其工况和之前的完全一致。如阁１１所示为两种方案优化前后结果的刚度曲线圈。目ｌＩⅨ目Ｂ蛙优化前￡仿Ａ、＊№镕＊Ⅲ＆∞％目ｍ两种方案都达到了预期的目的，优化后的刚度曲线在第一个波峰的值都小于１０００４．２髋部区域结构优化改进对髋部区域的改进方案主要是对谚位置赴的泡沫ｌＬ推块进行优化。如图１２所示在泡沫块开两个方形孔．以降低其推动刚度。同时由于泡沫块与后面的¨基板之问有１３毫米的空间。所以可以增加其厚度，以保证其暇能性不变。将优化后的泡抹止推块分别Ｎ，其中第二种方案比第一种方案效果更好．第一十波峰值比以原结构降低丁近３００Ｎ，但由于第二个方案中修改凸台对其他方面的性能有较大影响，所以腹部区域最终的优化采用第一种方案。２０１１第十日届中国汽车安全技术擘术套议＿ｉ旨文集在仿真计算和试验中进行验证，其工况和之前的完全一致，如图１３所示为优化前后的刚度曲线图，。，＿－。。１囱％。∥嵫潮＿ｌⅢ１２＊＃Ⅸ域泡沫ｍ捶女怃ｎ＾案囤１３优化曲目髓筛Ｒ域仿真、试验目ｒ盅曲线露从试验结果可以看出，采用优化后的泡沫止推都具有一定的参考价值。块，髋部区域的刚度降低了．而且增加了变形行程．从而提高了髋部区域的性能值，达到了预期的目的。参考文献对泡沫的改进优化还可以通过调整泡沫的密厦、材Ｉ］ＡＭｅＮｅｍｌ‘叫㈣‘■１…ｃｅＤＭ．Ｈｏｈ“ｓＤＲ，Ｈ０ｃｕ册…ｄ－】＆ｓｌｋ料成分等工艺方法，也能达到同样的效果。ｖ…ＢＨ蚰∞Ｌ枷”●目ｄ＇ｋ晰５结论１ｋｈⅢＣ∞ｆ嘶…ｔｈｕｃＥｍｍ∞ｈＩｕ∞ｃⅡｋ呼［ｃ］∥Ｔｈｅｌ９…Ｅ“删ｓ自㈧ｌｃｂＷ山．‘ｍ，Ｄｃ，２∞５：∞＂本文针对某车型在整车侧面碰撞中腹部，髋部２】＃｛目＾￥■Ⅲ＊＊女±∞ｐ＊＾ＡＵＴＯ鲒ＡＹＲＴＹ．伤害较大的同题，通过局部区域的动态冲击试验和０嘲：６１—６５局部于模型的有限元仿真Ｈ算，对车门内饰板和泡，］≈＃ｉ，Ｉ目№．§＾Ｈ＆■Ｈ＃＃■＃＊＆％目目日￡＾辣止推块的结构进行了优化改进，有效地降低了胸｛１８，２００８．３０（１）１７—２Ｉ４］＊￥４％镕目，■ｔ＆．＊＾￥Ｒ＊女±＃￥【Ｍ］｜匕＾：部、髋部的伤害值，达到了预期的效果。研究结果表ｎｔＩｔｍ＊＃．２００３１０９一ｌⅫ明该方法对汽车侧面碰撞安全性的研究和工程应用