面向C-IASI 開發的汽車側面碰撞優化設計

楊浪，戴尹安，唐燦

（威馬汽車科技集團有限公司，四川 成都 610106）

引言

側面碰撞事故是汽車交通事故中較為常見的一種碰撞形式。因車輛側面結構吸能空間較小，在碰撞事故中易對車內乘員產生較大的損傷[1]。側面碰撞是發生頻率高、致死率和致傷率都較大的交通事故形式，事故統計數據表明世界上大約30%嚴重交通事故都與側面碰撞有關。隨著美國IIHS 及國內C-IASI 對大壁障側面碰撞進行測試考核，側面碰撞結構要求更加嚴格[2]。本文建立了某車型的整車側面碰撞仿真模型，并按照2020 版C-IASI 規定的碰撞碰撞速度進行動態碰撞仿真。通過與實車側面碰撞試驗數據對比驗證了仿真模型的有效性，并提出了提高該車側面結構抗撞性的措施和結構改進方案。

1 建立仿真模型

1.1 整車有限元模型建立

在Hypermesh 中對該車型幾何模型進行前處理，建立整車有限元模型。該模型主要包含底盤裝置和白車身裝置。有限元網格采用殼單元形式，部分為實體單元。部件與部件之間為焊單元，部分螺栓連接處設置為剛性單元連接[3]。

1.2 移動壁障(MDB)有限元模型建立

移動壁障車有限元模型由車體和前部蜂窩材料的吸能塊組成。碰撞壁障為C-IASI 側面碰撞用移動壁障車有限模型。按照C-IASI 規程中對側面移動壁障剛度要求，對壁障有限元模型進行了仿真計算，其結果表明與試驗中的剛度曲線較一致，滿足有限元模型對標要求，可進行下一步計算。

側面碰撞仿真模型節點和單元數如表1 所示。

表1 有限元模型的單元及節點數

2 有限元模型的驗證

該車型進行的C-IASI 實車側面碰撞中，整車試驗質量是1.631kg，試驗速度為50.38km/h。為了對仿真模型數據和實車試驗數據進行對標分析，將假人和油液等質量附加在模型白車身上，仿真模型總質量與實車質量一致，并調整重心位置使仿真模型中前后軸重量配比及前后車姿高度均與試驗保持一致，仿真中移動壁障模型速度也是50.38km/h。

將仿真模型進行運算并輸出仿真結果。在后處理軟件中將仿真數據與試驗數據進行對比分析。仿真模型中的質量增加為4.04%，沙漏能占比為0.53%，均控制在5%范圍內。動能轉換為內能過程中，能量轉換平滑，且總動能不變，表明仿真運算結果正常。

表2，圖1 分別為仿真模型中的B 柱與實車試驗中的B柱在碰撞中的侵入量和速度對比，圖2 為整車側面碰撞變形。從數據對比圖中，我們可以看到B 柱、車門侵入速度曲線與試驗吻合，由此可以得到：（1）仿真結果在可接受誤差范圍內；（2）計算結果與試驗結果一致性較好；（3）模型可信，可用于后續研發等相關工作。

表2 B 柱測量點侵入量對比

圖1 B 柱測量點速度曲線對比

圖2 整車變形對比

3 結構優化分析

分析原車型實車側面碰撞試驗及仿真中的運動動畫，發現該車側面結構在以下幾方面變形較為嚴重：（1）門檻梁變形過大；（2）B 柱下端屈曲較為嚴重；（3）座椅安裝后橫梁處折彎比較嚴重，如圖3 所示。

圖3 座椅安裝后橫梁變形動畫

由于上述三處變形較為嚴重，駕駛員腹部和骨盆傷害值較為高。為提高整車側面碰撞安全性，應對上述三處進行優化。而與上述三處變形吸能都相關的是座椅安裝后橫梁，其抗彎能力不足，使得車門侵入量過大，對整車側面碰撞性能有一定影響[4]。因此，在制定優化措施時，我們將重點放在對前排座椅后安裝橫梁的變形上。因此，本文的優化方案是：調整座椅安裝后橫梁型面結構，提高其抗彎強度。

在仿真模型中，對座椅安裝后橫梁型面結構進行調整，如圖4 所示。

圖4 座椅安裝后橫梁型面結構調整

對優化后的方案進行仿真計算，并與原模型進行對比分析，如表3 所示。

表3 優化前后B 柱測量點侵入量對比

4 結論

汽車側面安全性設計是汽車車身結構安全性研究的重點。在車身結構設計中應充分利用B 柱、車門及門檻之間的搭接，保證側面結構侵入量較小，給車內乘員足夠的生存空間[5]。本文建立并驗證了某車型的有限元模型，針對側面碰撞中變形較嚴重的部位，進行了前排座椅后安裝梁的型面結構優化，提高了其抗彎強度，有效的改善了該車型的側面碰撞安全性。同時，在提高側面碰撞安全性的以后研發中，建議從以下幾個方面進行改進：

（1）車門防撞梁。在側面碰撞中防撞梁使得車門不會過多的侵入以保證了乘員安全。因此，應對車門防撞梁進行結構優化，替換更高強度的材料等優化方案，以提高其抗彎能力。

（2）座椅橫梁。在碰撞中座椅橫梁應將碰撞側的沖擊力通過中央通道傳遞到非碰撞側，分散減小碰撞力。通過加強橫梁局部結構來提高其強度，保證其不折彎變形。

（3）B 柱。增加B 柱與車頂的連接強度，減少B 柱的侵入變形量，保證車內乘員足夠的生存空間。