某MPV車型前牽引裝置結構布置對正碰性能提升的優化

摘 要：前牽引裝置（前拖鉤）需滿足國標GB32087要求，本文通過分析廂貨MPV車型前拖鉤布置在左前縱梁前端導致前端碰撞區域結構剛性高，碰撞中縱梁無法壓潰，左右縱梁傳力不均、壓潰失穩，前圍板侵入量大無法滿足國標耐撞性要求等問題，優化前拖鉤布置于前防撞梁，優化左右前縱梁結構對稱設計，調整左右縱梁剛度設計，改善100%正面碰撞左右側縱梁變形模式，同時滿足前拖鉤強度要求和車型國標耐撞性要求，為廂貨MPV車型前端牽引裝置結構及布置優化提供參考。

關鍵詞：廂貨MPV 前牽引裝置 結構優化 100%正面碰撞

基于汽車使用場景多元化，消費者對汽車安全性能關注度越來越高。廂貨MPV由于貨廂容積要求前懸較短，正面碰撞前防撞梁及前縱梁壓潰吸能空間不足，導致碰撞侵入量大，損害駕乘人員安全。前牽引裝置（前拖鉤）要滿足國標GB32087要求，需具有良好的強度和剛性，不易發生變形[1-2]。本文通過分析某廂貨MPV前拖鉤布置形式對正面碰撞性能的影響，結合CAE分析，優化前拖鉤布置，有效降低正面碰撞左右側加速度差異，提升碰撞過程結構穩定性，減少前圍板侵入量，提升碰撞性能，為廂貨車前拖鉤設計提供參考。

1 原型車前拖鉤方案簡介

圖1所示為本文研究對象廂貨MPV車型：前懸較短，前排駕乘人員距離車身前防撞梁X向近，前端L104約為700～900mm。

原型車前拖鉤結構如圖2所示：前拖鉤布置左前縱梁前端，拖鉤螺管通過加強結構和縱梁焊接，防撞梁本體設計拖車鉤過孔。

1.1 原型車前拖鉤強度分析

本文原型車滿載質量為3000kg，前拖鉤應能承受最小靜載荷為14700N。如圖3所示，前拖鉤強度分析從5個方向施加靜載荷，施加靜載荷F[3-4]。基于CAE分析和過往車型開發經驗，將前拖鉤強度法規要求轉化為仿真設計指標，仿真分析時加載點最大位移小于20mm，拖鉤區域車身結構件應變小于5%即判斷能滿足法規要求。

原型車前拖鉤強度分析如表1所示：拉伸工況一/三、壓縮工況一/三 4個工況能滿足位移變形和應變要求；拉伸工況二/四/五、壓縮工況二/四/五 6個工況變形均超目標值要求，其中同時有3個工況應變超5%目標值，不滿足牽引裝置強度要求，存在結構失效風險。

1.2 原型車100%正面碰撞分析

根據國標GB 11551汽車正面碰撞乘員保護[5]要求及過往車型開發，原型車100%正面碰撞分析結果如圖4所示：

（1）前圍板最大侵入量為124mm，滿足目標值≤150mm要求；

（2）轉向管柱X向侵入量位移57.9mm，滿足目標值≤75mm要求；

（3）左B柱加速度峰值41.8g，右側45.3g，右側不滿足目標值≤45g要求，左右側加速度峰值差異3.5g。

CAE碰撞分析車身變形過程如圖5所示：圖a為碰撞初始階段；圖b為碰撞過程階段，圖c為碰撞結束階段。

原型車碰撞變形過程可以看出左前縱梁前端拖鉤區域結構剛性高，碰撞過程中近似剛體沒有發生變形，右前縱梁無對稱加強結構，碰撞初始階段車身與壁障接觸時右前縱梁前端先壓潰變形，左右縱梁傳力不均，結構失穩，碰撞中車身整體向右側彎折。前拖鉤結構布置在左前縱梁前端導致左右縱梁前端結構剛性差異，造成碰撞時右側B柱加速度增大同時左右側B柱加速度峰值差異大，結構耐撞性不佳。

2 前拖鉤結構優化

前拖鉤結構優化方案如圖6所示：拖車鉤套管布置到前防撞梁，拖車鉤加強板、前防撞梁本體弧焊連接，X向設計4個支撐翻邊10個焊點連接，防撞梁總成和縱梁采用4個M10螺栓連接。

2.1 前拖鉤強度分析

優化方案前拖鉤強度分析結果如表2所示：拉伸、壓縮10個工況加載點位移均小于20mm，拖鉤安裝點應變均小于4.5%，滿足應變5%目標值同時安全裕度合理，失效風險小，可滿足牽引裝置法規要求。

2.2 前拖鉤優化結構正碰分析

前拖鉤優化結構100%正面碰撞分析結果如圖7所示：

（1）前圍板最大侵入量114.9mm，滿足目標值≤150mm要求，相比原結構侵入量減少9.1mm；

（2）轉向管柱X向侵入量52.2mm，滿足目標值≤75mm要求，相比原結構降低5.7mm；

（3）B柱加速度左側峰值為40.6g，右側為40.9g，滿足目標值≤45g要求，同時左右側差異為0.3g。

CAE碰撞分析前拖鉤優化結構車身變形如圖8所示：圖a為碰撞初始車身/壁障剛接觸階段；圖b為碰撞過程階段，圖c為碰撞結束階段。

碰撞變形過程顯示結構優化后左右縱梁碰撞壓潰穩定，左右側B柱加速度峰值差異0.3g，左右側同步壓潰變形，車身前圍最大侵入量、轉向管柱X向侵入量均有所降低，說明前拖鉤調整至前防撞梁上優化左右縱梁前端結構剛性，減少由于布置拖鉤結構引起的左右縱梁前端鋼性差異，可以有效改善正碰車身變形模式，提升碰撞性能。

3 結語

本文通過分析短前懸廂貨MPV車型前拖鉤布置在縱梁前端導致左右縱梁剛性差異，碰撞變形失穩的問題，通過調整前拖鉤布置于防撞梁上優化左右縱梁剛性匹配，正碰車身變形壓潰穩定，降低前圍板碰撞侵入量和B柱左右側加速度差異，提升車身正碰性能，為廂貨MPV車型前拖鉤設計提供參考。

參考文獻：

[1]輕型汽車牽引裝置：GB 32087-2015[S].

[2]黃天澤，黃金陵.汽車車身結構與設計[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]吳云兵，林德強，顧國微，等.輕型汽車牽引裝置試驗方法研究[J].汽車實用技術，2017（02）：176-177.

[4]韓冬雪，丁曉明.汽車牽引鉤仿真分析及優化設計研究[J].企業科技與發展，2014（05）：28-30.

[5]汽車正面碰撞的乘員保護：GB 11551-2014[S].