一種帶滑動(dòng)扶手的副儀表板頭部碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)

許翔，陳其亮

(寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司，寧波慈溪 315300)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的人重視汽車安全， 因此汽車產(chǎn)品的開發(fā)也更多的關(guān)注安全設(shè)計(jì)。GB 11552-2009《乘用車內(nèi)部凸出物》是內(nèi)飾最重要的安全法規(guī)，前期更多的關(guān)注儀表板部分的碰撞分析，目前對(duì)于副儀表板的頭部碰撞分析需符合法規(guī)也受到越來(lái)越多人的關(guān)注。本文作者主要對(duì)一種帶滑動(dòng)扶手的副儀表板頭部碰撞優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析總結(jié)，為后續(xù)車型副儀表板的開發(fā)提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和特性

此次主要分析的副儀表板包含一種滑動(dòng)扶手，相對(duì)普通扶手其零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)度高，內(nèi)部有金屬滑軌結(jié)構(gòu)件。

1.1 副儀表板扶手結(jié)構(gòu)

該副儀表板扶手結(jié)構(gòu)包括扶手箱上蓋、金屬滑軌、滑軌安裝支架、副儀表板骨架、副儀表板安裝支架等5個(gè)部分，如圖1所示。

1.2 滑動(dòng)扶手具體結(jié)構(gòu)

該滑動(dòng)扶手零件機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零件強(qiáng)度高，含有較多的金屬導(dǎo)軌、滑軌安裝支架等部分，若提高扶手頭部碰撞CAE分析較為困難。該滑動(dòng)扶手具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 副儀表板扶手結(jié)構(gòu)

圖2 滑動(dòng)扶手具體結(jié)構(gòu)

2 頭部碰撞分析要求

2.1 頭部碰撞分析區(qū)域確認(rèn)

將副儀表板數(shù)據(jù)及周邊邊界數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維建模軟件CATIA進(jìn)行分析。該副儀表板頭部碰撞區(qū)域參照法規(guī)前排假人確認(rèn)碰撞區(qū)域的方法：使用直徑為165 mm球頭模型的測(cè)量裝置，該裝置從其鉸接點(diǎn)到球頭的頂部尺寸可在736～840 mm之間連續(xù)調(diào)節(jié)。使鉸接點(diǎn)與假人數(shù)據(jù)的點(diǎn)“H”重合，將測(cè)量裝置的尺寸調(diào)節(jié)到736 mm，球頭與副儀表板表面所有接觸點(diǎn)組成的連線即為下分界線；然后將測(cè)量裝置的尺寸調(diào)節(jié)到840 mm，球頭與副儀表板表面所有接觸點(diǎn)組成的連線即為上分界線。 考慮后排乘客有未成年人，碰撞區(qū)域向下擴(kuò)展到后部面板區(qū)域以更好避免結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。頭部碰撞分析區(qū)域如圖3所示。

圖3 頭部碰撞分析區(qū)域

2.2 頭部碰撞CAE分析區(qū)域碰撞點(diǎn)選擇

根據(jù)頭部碰撞區(qū)域，在上分界線位置選取碰撞點(diǎn)1、2、3，在下分界線位置選取碰撞點(diǎn)4、5、6，其中碰撞點(diǎn)1、3、4、5、6是扶手總成翻邊結(jié)構(gòu)位置，碰撞點(diǎn)2是滑軌固定點(diǎn)位置，以上位置的扶手結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，是試驗(yàn)不合格的最大風(fēng)險(xiǎn)位置。

在頭部碰撞區(qū)域擴(kuò)展分界線位置選取碰撞點(diǎn)7、8、9，此區(qū)域存在小零件，碰撞時(shí)塑料件產(chǎn)生尖角；該區(qū)域內(nèi)的零件可能彈出，導(dǎo)致乘員嚴(yán)重受傷。因此以上9個(gè)碰撞點(diǎn)是該項(xiàng)目CAE分析的重點(diǎn)位置。具體如圖4所示。

圖4 頭部碰撞CAE分析區(qū)域碰撞點(diǎn)

2.3 頭部碰撞CAE分析目標(biāo)要求

根據(jù)法規(guī)要求，碰撞點(diǎn)連續(xù)時(shí)間為3 ms的加速度小于80g。考慮到仿真模擬值與實(shí)際試驗(yàn)值的差異，故增加10%～20%的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，因此加速度a≥72g為序號(hào)3不合格項(xiàng)，加速度64g≤a≤72g為序號(hào)2可接受項(xiàng)，加速度a≤64g為序號(hào)1合格項(xiàng)。如圖5所示。

圖5 頭部碰撞CAE分析目標(biāo)要求

3 頭部碰撞分析結(jié)果

第二輪頭部碰撞CAE分析區(qū)域碰撞點(diǎn)分析結(jié)果如表1所示。

表1 第二輪頭部碰撞CAE分析區(qū)域碰撞點(diǎn)分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)第一輪的分析結(jié)果，確定9個(gè)點(diǎn)的分析結(jié)果中有7個(gè)點(diǎn)大于80g，碰撞后塑料件未產(chǎn)生尖角，無(wú)零件彈出。將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)弱化后進(jìn)行第二輪的分析，由表1可知，碰撞點(diǎn)1、2、3、5、8分析值仍不滿足要求。

根據(jù)分析結(jié)果，選取的碰撞點(diǎn)符合對(duì)扶手總成的風(fēng)險(xiǎn)位置分析判斷。在后續(xù)的第三輪分析中，重點(diǎn)對(duì)1、2、3、5、8位置的扶手結(jié)構(gòu)進(jìn)行弱化。經(jīng)過(guò)多輪分析，其最終結(jié)果達(dá)成目標(biāo)，如表2所示。

表2 第三輪頭部碰撞CAE分析區(qū)域碰撞點(diǎn)分析結(jié)果

4 頭部碰撞分析案例

4.1 頭部碰撞點(diǎn)1結(jié)果分析

選取碰撞點(diǎn)1作為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)多輪分析其最終結(jié)果達(dá)成目標(biāo),但在分析過(guò)程中該點(diǎn)分析結(jié)果反復(fù)變化，優(yōu)化效果不太明顯，導(dǎo)致分析困難、時(shí)間增加。如表3所示。

表3 頭部碰撞點(diǎn)1結(jié)果分析 g

圖6所示為點(diǎn)MP01分析碰撞曲線，線條1分析結(jié)果最大值超過(guò)100g；線條2分析結(jié)果不超過(guò)72g，但曲線顯示有二次碰撞實(shí)物試驗(yàn)存在的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 頭部碰撞點(diǎn)1結(jié)構(gòu)分析

在碰撞點(diǎn)1位于扶手箱上蓋翻邊上方，進(jìn)行頭部碰撞測(cè)試：圓球撞擊扶手箱上蓋，力傳遞到滑軌安裝支架，再傳遞到副儀表板面板、副儀表板骨架，最后傳遞到副儀表板安裝支架、車身底板，如圖7所示。此點(diǎn)是副儀表板Z向最大強(qiáng)度位置，第一輪分析結(jié)果是83.5g。

圖6 點(diǎn)MP01分析碰撞曲線

圖7 副儀表板扶手結(jié)構(gòu)

4.3 CAE分析碰撞點(diǎn)1結(jié)構(gòu)弱化

針對(duì)碰撞點(diǎn)1的分析結(jié)果和副儀表板結(jié)構(gòu)分析，對(duì)副儀表板系統(tǒng)零件弱化結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：扶手上蓋、副儀表板骨架、副儀表板安裝支架。

(1)扶手上蓋弱化方案：對(duì)扶手上蓋取消3處筋，增加2處缺口。如圖8所示。

圖8 扶手上蓋弱化前后對(duì)比圖

其中滑軌安裝支架弱化方案：①支架翻邊高度降低2 mm；②Y向筋高度降低；③支架中間筋高度降低4 mm。如圖9所示。

圖9 滑軌安裝支架弱化前后對(duì)比圖

(2)副儀表板骨架弱化方案:取消骨架相同上部筋；骨架箱體上部、下部減薄1 mm。如圖10所示。

圖10 骨架弱化前后對(duì)比圖

(3)副儀表板安裝支架弱化方案：支架開X向減弱孔。如圖11所示。

圖11 安裝支架弱化前后對(duì)比圖

5 總結(jié)

文中對(duì)滑動(dòng)副儀表板進(jìn)行頭部碰撞CAE分析，根據(jù)其CAE曲線、副儀表板結(jié)構(gòu)綜合分析，對(duì)零件形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化滿足碰撞CAE分析目標(biāo)。目前僅是CAE分析結(jié)果，也是目前該公司較好的分析結(jié)果，后續(xù)通過(guò)實(shí)物試驗(yàn)碰撞來(lái)驗(yàn)證其分析結(jié)果。