側面碰撞車門解鎖問題結構優化

鄧元,黃民山,楊淑妮

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007;2.廣西艾盛創制科技有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

隨著汽車工業的快速發展和汽車保有量的不斷增長，由此造成的安全問題日益突出。汽車被動安全技術的發展越來越成熟，在汽車被動安全技術研究中，車內乘員保護一直是汽車被動安全研究的主要內容之一。在交通事故中，可以分為正面碰撞、正面柱撞、側面碰撞、側面柱撞、追尾及翻滾等，側面碰撞屬于主要常見的事故類型[1-3]。由于汽車車內側面空間有限，與正面碰撞相比，發生側面碰撞時乘員更容易受到傷害。車內乘員在側面碰撞中受到傷害主要有兩種形式：(1)被撞側車身和車門發生嚴重變形，入侵乘員艙造成的直接損傷，需要配置側面氣囊和氣簾減輕損傷；(2)碰撞過程中車門出現解鎖導致車門開啟，乘員除了出現碰撞損傷外，還會受到被甩出車外造成的二次損傷。因此在進行

車身側面耐撞性設計中必須解決車門解鎖開啟問題。在國標和《中國新車評價規程》(2018版)都對側面碰撞試驗有明確的假人損傷要求和相關規定。《GB 20071—2006 汽車側面碰撞的乘員保護》中要求碰撞過程中車門不得開啟[4]，《中國新車評價規程》(2018版)中也規定對于兩側的每一個車門，若在碰撞過程中出現開啟，則分別減去1分[5]。

本文作者針對某車型在研發階段的側面碰撞試驗中出現的后側車門解鎖開啟問題，結合試驗后車門拆解分析、門鎖結構精細化建模和整車側面碰撞仿真模型試驗對標，找到了門鎖解鎖開啟的原因。據此提出了在車門外板上部增加一根加強板的優化方案，后續優化方案試驗驗證結果表明，門鎖周邊車門外板局部變形改善明顯，沒有出現車門解鎖開啟問題，方案有效。

1 問題描述

某車型在開發階段進行側面碰撞試驗后，在車外拉后側門窗框，發現車門處于自由開啟狀態，門鎖出現解鎖。后續通過高速錄像進一步證實，試驗車與移動壁障開始分離后，后側門出現開啟現象。

側面碰撞試驗過程中后側門出現開啟問題，后排乘員可能存在被甩出車外的危險。由于后側門沒有按設計狀態保持鎖止，后側門侵入對后排假人造成的損傷與設計狀態出現偏差，無法得出后排假人真實得分。必須解決后側門門鎖開啟問題，才能開展后續開發工作，評估假人傷害值是否滿足設計要求。

2 仿真對標和原因分析

2.1 研究內容

試驗后側門外板對應門鎖外開拉桿區域，出現深V凹陷變形，同時外開把手與外開本體處于分離狀態，如圖1所示。通過拆車發現B柱、門檻、地板座椅后橫梁和前后門都出現較大的變形，后側門門鎖解鎖問題與車門外板局部變形過大有關，需要在整車仿真模型對標結果良好的前提下，后側門變形才能與試驗對標一致。

圖1 后側門變形

2.2 整車仿真對標

按照試驗前測量碰撞側前后輪眉通過輪心位置的高度，重新調整模型中移動壁障高度。根據實車中B柱、門檻出現焊點失效的位置設置焊點力失效，同時將B柱內板上布置的加速度傳感器按試驗位置進行調整。由于B柱整體侵入量直接影響到后側門的變形，因此文中以B柱侵入量作為重要對標指標，對標結果見表1。對標結果表明整車仿真模型具有較高的精度，可以進行后續后側門解鎖問題優化。

表1 B柱侵入量對標結果

2.3 門鎖系統精細化建模

在已經對標好的整車模型基礎上，加入后側門門鎖系統精細化模型，通過計算機仿真進行解鎖問題分析。相對于車門整體尺寸來說，門鎖系統的零件尺寸小且數量多，同時存在較多運動關系復雜的運動副，特別是門鎖本體內部零件。由于受整車模型計算時間步長限制，門鎖系統模型單元尺寸不能過小，在保證單元大小能夠準確模擬零件外形特性的前提下，對碰撞過程中不會變形的零件按照剛體處理，但是需要確保各個零件的質量和質心位置與實際一致。根據各個零部件之間的運動副關系，建立相應的鉸鏈連接，確保建立的門鎖系統有限元模型運動形式和實際的完全一致。為了準確模擬外開把手在實際側碰試驗中的運動和開啟受力情況，在外開把手與本體間加入與實際彈簧剛度一致地扭轉彈簧單元，模擬外開把手的開啟程度。整個門鎖系統有限元模型如圖2所示。

圖2 門鎖系統有限元模型

2.4 門鎖解鎖原因分析

在側碰模型中加入上面建立的門鎖系統精細化模型后，通過仿真計算分析，仿真模型中后側門的變形模式和試驗一致，外開把手與外開本體處于分離狀態，出現了開鎖動作，說明仿真模型的結果可信度高，如圖3所示。

圖3 后側門試驗與仿真變形對比

圖4為后側門外開把手區域變形局部分析圖，在側面碰撞過程中，后側門外板在外開把手下部區域發生了嚴重的凹陷變形。該凹陷變形使得外開把手區域出現繞著整車X軸方向的向下翻轉變形，被動向里凹陷移動，外開拉桿會被該向下翻轉變形帶動下移。當外開拉桿向下位移量達到門鎖解鎖行程時，就會發生解鎖現象。可以得出后側門解鎖原因是外開把手區域的翻轉變形過大，帶動外開拉桿下移達到解鎖行程從而導致了解鎖。

圖4 后側門外開把手局部區域變形

3 結構優化和試驗驗證

3.1 結構優化

通過上述分析得出的門鎖解鎖原因，只有減少碰撞過程中后側門外開把手區域的翻轉變形，改變深V凹陷變形模型才能解決該問題。結構優化的思路是加強后側門外開把手區域的局部剛度，可以通過增加加強板或者補強貼片等方式實現。綜合考慮成本、工藝等因素，最終選擇采用增加一根0.6 mm BLD抗凹橫梁的優化方案，如圖5中黑色方框所示。

圖5 后側門結構優化

圖6為后側門外開把手區域優化前后的仿真模型變形對比，可以看出優化方案外開把手區域變形模式發生顯著變化，翻轉變形不明顯。此外，外開把手與外開本體沒有出現分離現象，表明外開拉桿的下移量為零，沒有出現解鎖的趨勢。

圖6 后側門結構優化前后變形對比

3.2 試驗驗證

根據后車門結構改進設計后，重新進行實車側面碰撞試驗，試驗結果如圖7所示。可以看出后側門保持鎖止狀態，后側門整體變形模式和仿真一致，沒有出現解鎖現象，該車型后側門解鎖問題得以解決。優化后的后側門外開把手區域變形模式和仿真分析一致，說明在側面碰撞仿真分析模型中加入門鎖系統精細化模型，可以有效提高仿真精度。不僅可以更準確地模擬車門整體的變形，而且能很好地預測是否存在車門開啟的風險。

圖7 后側門結構優化后試驗變形

4 結論

文中基于開發過程中側面碰撞試驗出現后側車門解鎖開啟問題，結合試驗分析與仿真對標，找到了后側車門解鎖開啟的原因，并提出了對應的結構優化方案，后續試驗驗證了優化方案的有效性，得出以下結論：

(1)后側門外板外開把手區域結構剛度偏弱，導致碰撞過程中外開把手翻轉凹陷過大，帶動外開拉桿下移達到解鎖行程，從而導致了解鎖。

(2)對于因后側門外板變形過大導致的解鎖問題，可以通過增加加強板等提高外開把手區域局部剛度的方法，改善門外板的變形，在設計階段規避掉此類問題。

(3)在側面碰撞仿真分析模型中加入門鎖系統精細化模型，有效提高仿真精度的同時，不僅可以更準確地模擬車門整體的變形，而且能很好地預測是否存在車門開啟的風險。