基于整車變形和加速度曲線的正碰對標分析

趙文娟 徐莉 李文鳳 孫凌飛 李素霞

摘 要：整車結構碰撞仿真分析一直是各大汽車企業著重發展的方面，整車碰撞分析模型的精確程度直接影響到后續整車開發中的碰撞試驗數量。一個好的碰撞分析模型能夠精確地反映出實際碰撞試驗中的車體加速度、 乘員艙的侵入量等關鍵技術指標。

關鍵詞：碰撞；對標；加速度；變形

中圖分類號：U46 文獻標志碼：A

本文針對整車結構碰撞分析模型的精確度，從整車關鍵零部件變形和加速度曲線兩方面考察模型的精確度，通過采用HyperMesh和Primer建立碰撞分析模型，使用HyperView對計算結果進行處理，通過對分析結果與實車試驗結果進行整車關鍵部件變形和加速度曲線等關鍵指標的對比，探討影響分析精確度的影響因素，最終不斷提高正面碰撞分析模型與試驗的吻合程度。一個好的碰撞分析模型能夠精確地反映出實際碰撞試驗中的車體加速度、乘員艙的侵入量等關鍵技術指標。為建立較為精確的碰撞分析模型，初始的整車對標碰撞分析模型是必須的基礎，該模型建立于整車開發第一次碰撞摸底試驗完成之后，與碰撞試驗結果有較高的吻合度，使得在后續的開發中對碰撞分析結果有足夠的可信度。

一、模型建立

本文所述的整車碰撞分析對標模型是基于整車第一版數據已經發布并完成首次碰撞試驗后與試驗結果進行對標。初始的整車碰撞有限元模型采用HyperMesh前處理工具進行網格劃分，然后再導入Primer中進行材料厚度設置、接觸設定、焊點及各種連接關系等的建模工作，同時根據CAD數據中的總成模塊設計原則，將整車模型分成多個子模型，最后通過*INCLUDE的方式將所有子模型匯聚成一個樹狀結構的主模型。整車碰撞模型的細分主要包括：白車身BIW、門蓋系統、動力總成系統（發動機、變速器、排氣系統、散熱器等）、底盤（車架、轉向系統、懸架系統、行駛制動系統、燃油系統和輪胎等）以及內外飾（座椅、保險杠、儀表板、內外飾件和玻璃等）。

通過采用HyperMesh和Primer建立整車模型，并且通過配重達到與整車試驗一致的總質量、整車質心和前后軸荷等關鍵參數，完成模型的建立。

二、模型檢查

按照選定的試驗樣車狀態，將CAE的模型做相應調整，包括以下幾個方面：

1按照拆車過程中測量的各總成重量（包括發動機總成，儀表板，傳動軸，前后懸，油箱，輪胎，座椅，排氣系統，散熱器等），對整車CAE模型進行重新配重，使得CAE模型中的總成重量和實際測得的重量保持一致；

2按照碰撞樣車在試驗過程中傳感器的位置，調整CAE模型中各加速度傳感器的相應位置；

3調試基礎模型，包括模型的邊界條件、焊接情況、是否有遺漏的零件、壁障、模型網格質量檢查等，使得該模型的能量曲線、模型的敏感度和穩定性都達到最優；

4掃描試驗車的BIW，為對標參考做基準；

5將整車正碰分析模型提交到高性能計算中心DYNA求解器進行計算，得出仿真分析結果，采用HyperWorks的后處理工具HyperView以及HyperGraph進行相關的變形分析和曲線分析。

三、對標分析

1關鍵零部件變形對標

對于正面碰撞，常常關注以下幾個零部件的變形：前防撞梁、吸能盒、前縱梁、防火墻、大地板、門框和頂棚。通過觀察實車碰撞后底盤關鍵部件的變形情況，如發動機是否被撞裂，Mont點是否失效，傳動軸的變形模式等來調整CAE模型中敏感度較高的參數，使得模擬結果與實際碰撞的變形結果吻合度在80%以上。將CAE模型中的計算結果和整車掃描模型進行對比，兩者的吻合度高達80%以上，如（圖1）所示。

2車體加速度曲線的分析

整車碰撞的基本物理原理是牛頓第二定律，F=m×a，其中，m為試驗整車質量，a即為反映在車身上的加速度，F為碰撞中剛性壁障及車體傳力路徑上所傳遞的碰撞力；基于該原理，整車的加速度曲線為，a=F/m；車體加速度反映了車輛發生碰撞時發生的各個事件，通過加速度曲線的分析結合試驗錄像以及仿真動畫可以判斷各時刻車身發生的變形或發動機艙內發生的接觸撞擊等事件。圖2為仿真分析與試驗結果對標。

結語

本文通過具體車型開發的整車碰撞對標分析，通過使用HyperMesh和Primer前處理軟件建立正面碰撞模型，設置好相關的各個參數，并提交到的高性能計算平臺使用Dyna求解器進行求解計算；根據對標分析經驗得出以整車關鍵零部件變形和車體加速度為參數進行對標建模，使得碰撞模型不斷優化并提高其分析結果的準確精度，提高車型開發仿真工作的效率。

參考文獻

[1]黃世霖，張金換，白遠利.汽車正面碰撞法規中乘員保護指標探討[J].公路交通科技，2004（01）.

[2]萬長東.轎車車身正面碰撞的計算機仿真[D].西華大學，2006.