轿车侧面碰撞乘员舱分区刚度优化与匹配研究

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随着汽车保有量的增长,道路交通事故己经成为世界性的一大社会问题。近十年的交通事故统计表明,侧面碰撞引起的交通事故均高于正面碰撞,侧面碰撞的致死率仅次于正面碰撞,而致伤率则居第一位。汽车侧面是车体中强度较薄弱的部位,侧面碰撞缓冲区较小,车体吸能的能力较弱,乘员面临的损伤风险很高。因此,开展汽车侧面碰撞安全性研究,对于提高我国汽车产品的整体安全性能具有重要意义。本文针对国内某自主品牌轿车,对轿车乘员舱刚度优化、乘员舱侧面不同区域刚度的匹配规律以及分区刚度与乘员伤害指标的关系进行了研究,研究工作与结论对侧面碰撞安全性的研究有一定参考价值。主要工作与结论如下:(1)按照我国侧面碰撞法规标准,建立了用于汽车侧面碰撞计算机仿真计算的移动变形壁障有限元模型,根据移动变形壁障的变形特性以及吸能特性都满足法规的要求,验证了建立的移动变形壁障模型的可靠性,证明了该移动变形壁障可以用于汽车侧面碰撞的计算机仿真研究;(2)建立了包括车身、发动机、变速箱、悬架系统、车轮总成、电动机、油箱和电池等较为完整的汽车侧面碰撞仿真有限元模型,并进行侧面碰撞仿真。从整车的能量与质量守恒情况、运动情况、速度变化以及车身变形等几个方面分析了计算机仿真的结果,得出该整车有限元模型可信,可以用于接下来的研究,另外,通过对整车进行安全性的评价得知,换算后得到的驾驶员的肋骨平均变形量为35.45mm,其C-NCAP评分计算胸部分值仅为1.31分,说明轿车侧面碰撞安全性能较差,需进行改进与优化。(3)提出将车身侧面碰撞区域划分为六个区域进行轿车乘员舱刚度的研究,并分析了原始模型的车身刚度水平以及乘员舱分区刚度改善潜力;结果表明,车身侧面刚度呈现“上弱下强”的趋势,刚度分布不够合理;同时,明确了乘员舱分区刚度优化的设计对象分别为:B柱内外加强板、门槛加强板、前后车门防撞杆、地板横梁及内部加强板、后地板横梁和车顶横梁等8个关键构件,为下一步改善整车侧面抗撞性,分区刚度的优化与匹配奠定了基础。(4)为提高优化效率,进行了侧面碰撞简化模型的研究;然后基于侧面碰撞的简化模型研究,采用正交试验优化的方法,以B柱内外加强板、门槛加强板等8个关键构件作为优化设计对象,对整车分区刚度进行优化研究;研究结果表明,相比原始方案,优化方案1和优化方案2的B柱侵入速度分别降了0.91m/s、1.93m/s;B柱上部侵入量分别减少9.92mm、26.18mm;B柱中部侵入量分别减少了31.01mm、69.99mm;B柱下部侵入量分别减少30.33mm、78.9mm;优化方案仿真结果表明优化效果较为明显;改善了侧面碰撞中车体的抗撞性能。(5)研究了轿车侧面分区刚度的匹配规律以及分区刚度与乘员伤害指标之间的关系;结果表明,整车侧面高刚度水平组和低刚度水平组的分区刚度曲线均呈“山峰”状,两组曲线的刚度峰值呈150N/mm的横差关系。对侧面耐撞性的改善体现为各分区刚度曲线同步上升;同时,在不涉及假人的情况下,可以推算出“峰顶”刚度与乘员胸部得分的关系,可以有效的指导轿车侧面碰撞耐撞性设计,对其他同类车型的侧面抗撞性研究具有一定的借鉴意义。
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