基于C-IASI無夾焊包邊車頂強度試驗方法研究

胡雷，王章平，范彬彬，柳惠君，李月明

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江杭州 311228 )

0 引言

車頂強度試驗是檢測車頂抗壓強度的一項測試方法。中國保險汽車安全指數C-IASI的測試規程中包含了該測試項目。測試規程中描述對于車頂強度試驗車輛的固定是通過車輛門檻支撐系統實現的。通過門檻支持系統對門檻垂直包邊進行加緊固定。但隨著新能源汽車和新材料、新工藝的應用，市場上陸續出現了無夾焊包邊的車型。C-IASI車頂強度試驗規程里所推薦的門檻支撐系統已經不適用無夾焊包邊或非垂直夾焊包邊的車型。對于此，該規程內提出對于無夾焊包邊的車輛或者帶有非垂直凸緣角的車輛，如有必要，可以使用合適的方法固定[1-2]，但規程并未詳細提及采用何種門檻支撐系統更為合適。

文中對無夾焊包邊的鋁合金門檻梁的車頂強度采用兩種固定的方法進行試驗驗證，驗證車頂強度試驗中門檻支撐系統對試驗結果的影響，并確定一種適用于無夾焊包邊車型的車頂強度試驗門檻支撐系統。

1 C-IASI車頂強度試驗方法

1.1 車頂強度試驗方法

如圖1所示，車輛完成準備工作后放置在門檻支撐系統上，并進行固定。使用長為1 829 mm、寬為762 mm的載荷壓板進行軸向加載。試驗前壓板縱軸前傾角需調節到水平向下 5°±0.5°(側視)，橫軸外傾角需調節到水平向下 25°±0.5°(前視)，如圖2所示。加載壓板前緣中點位于試驗車輛頂部縱向中心線最前點之前(254±10)mm[2]。當一切準備工作就緒后，加載壓板以約5 mm/s的速度施加載荷直至加載位移不小于127 mm，并通過加載壓板上的力傳感器獲得行程內的力位移值曲線。

圖1 右側圖

圖2 前視圖

1.2 門檻支撐系統

對于門檻有垂直包邊的車輛，可以采用如圖3所示的門檻支撐系統，將垂直包邊放至在兩根角鋼之間，通過錐心螺栓進行緊固。但是對于沒有包邊的車輛，則該門檻支撐系統不適用。

圖3 門檻支撐系統

1.3 車頂強度評價方法

車頂強度等級通過SWR值進行評價。根據壓板位移量126.9 mm之前測得峰值載荷除以車重得到SWR值[2]。具體評級界限見表1。

表1 車頂強度評級界限

2 無包邊的車頂強度試驗

2.1 無包邊的車頂強度試驗固定方法

如圖4所示，該車型門檻無夾焊包邊，且其門檻寬度達到了130 mm。圖3所示的門檻支撐系統不適用于該車身進行車頂強度試驗。根據法規要求，對于無夾焊包邊的車型，需采用合適的固定方式進行試驗。對此，選用兩個白車身并采用如表2所示的兩種固定方式對車身進行固定后進行車頂強度試驗。

圖4 無包邊門檻梁

表2 兩種固定形式

2.2 側圍約束固定方式和門檻約束固定方式

為減少車門對試驗結果的影響，兩種約束方式的車頂強度試驗均采用同階段的白車身進行測試。

如圖5所示，在前排座椅和后排座椅區域通過4個壓板進行Z向固定，在車身兩側A柱、B柱和后縱梁3處進行Y向約束。其中A柱和B柱約束工裝高度約50 cm。

圖5 側圍約束示意

如圖6所示，在前排座椅和后排座椅區域通過4個壓板進行Z向固定，對門檻區域采用高度適中的擋塊進行Y向約束。

圖6 門檻約束示意

2.3 側圍約束固定方式和門檻約束固定方式測試結果比對

根據測試規程，按照5 mm/s的加載速度進行靜態加載并獲取對應的力位移曲線。兩種約束形式下獲取的力-位移曲線如圖7和表3所示。

圖7 力-位移對比曲線

表3 兩種約束方式的測試結果對比

通過試驗可以判斷，兩種約束方式對車身的約束效果良好，試驗過程中車身未發生Y向移動。

通過力-位移數據曲線對比可以看出，采用側圍約束的試驗車頂強度載荷峰值為94.35 kN大于門檻約束的載荷峰值87.13 kN。采用側圍約束測試的載荷力值整體也大于門檻約束的載荷力值，即側圍約束后的車身結構剛度偏大。

進一步分析得出，側圍約束的車頂強度試驗中，盡管A柱和B柱處的約束工裝高度較低，但仍然對A柱和B柱的剛度產生了一定的加強作用，導致試驗過程中的載荷力峰值增大。而車頂強度試驗中，A柱和B柱是主要的承載件。通過外部的約束，造成其結構剛度的增加，從而造成其載荷峰值增大。

3 結束語

文中對無夾焊包邊的車頂強度試驗采用了兩種固定約束方法進行驗證。試驗結果對比顯示固定約束方法對試驗結果存在顯著的影響，對于無夾焊包邊車身的固定，在其主要受力結構件產生相關約束，會造成車頂強度試驗的載荷峰值偏大。通過對比發現，采用門檻約束的方式進行車頂強度試驗，能夠更真實地反映車頂強度試驗結果。