基于C-IASI小偏置碰的车体抗撞性研究

吴纯福 陈枫 叶宝文 耿富荣

摘 要：本文基于中国保险汽车安全指数（C-IASI）正面25%偏置碰评价规程，对某MPV车型小偏置碰分析评价结果为“Poor”的基础模型进行抗撞性优化研究。基于碰撞理论及框架传递路径分析的基础上，对车身结构进行相关设计与优化，从而提升传递路径能量吸能效率和提升抵抗变形的能力。仿真分析结果表明，车体结构评级由“Poor”提升到最高评价等级“Good”，为后续提高碰撞安全性能车型开发提供了设计参考和借鉴。

关键词：小偏置碰;传力路径;结构优化

中图分类号：U467.14 文献标识码：A

0 引言

为进一步提升车辆的正面碰撞保护性能，中国C-IASI在参考美国IIHS的基础上2017年发布正面25%偏置碰撞试验规程，2020年增加乘员侧考评，这给车身安全设计提出更高的要求和挑战[1]。

本文根据小偏置碰的评价规程，基于碰撞理论及框架传递路径分析的基础上，对某MPV车型小偏置碰分析评价结果为“Poor”的基础模型进行优化设计研究。

1 试验及评价规程说明

小偏置碰工况车辆与壁障示意如图1所示。测评等级分“Good”、“Acceptable”、“Marginal”和“Poor”4个等级。鉴于仿真模型分析与实际碰撞试验存在一定误差，故设定仿真评级目标值高于实验目标值，仿真等级分布图如图2所示。

2 碰撞有限元模型建立

采用Hypermesh软件建立整车碰撞分析模型，计算求解器为LS-DYNA。车身网格单元类型为Shell，单元尺寸10 mm。轮胎、下摆臂、转向节等部分要求按照实际情况精细化建模，并设置失效。小偏置碰仿真模型如图3所示。该模型按照模型重量为2 150 kg，计算时间为200 ms[2]。

3 基础模型结果分析

3.1 车体入量及评价等级

该MPV车型小偏置碰结果如图4所示，分析得知，车体侵入量下车体综合评价为M，上车体综合评价为P，整体综合评价P。

3.2 整车关键区域分析

如图5所示，上短梁压溃，轮毂失效压溃;上A柱折弯，变形较大;门槛前端压溃;地板横梁扭转变形[3]。

如图6所示，防撞梁碰撞壁重叠不足，吸能盒压馈不充分，纵梁无压馈折弯变形;副车架吸能盒与纵梁不在车宽25%范围内，前端结构设计不满足小偏置要求。

上边梁压溃充分，但“Y”向支撑力不足，没有充分带动主纵梁参与变形吸能。

乘员舱内前地板上纵梁盖板变形大，A柱侵入量明显且前围板横梁变形大，门槛折弯变形程度大，地板纵梁折弯变形大;左前门折弯变形明显，车门开启风险高。

4 优化方案及结果分析

4.1 小偏置碰性能提升开发策略

根据小偏置碰整车变形和关键区域变形结果分析，并结合主要传递路径受力模式，如图7所示。将从如下三个方面对相关结构进行优化[4]。

（1）增大车体与碰撞壁重叠量，提升防撞梁、纵梁、副车架等参与吸收更多能量，重点优化副车架传递路径1和主纵梁传递路径2。

（2）增强上边梁吸能结构，并提升其“Y”向支撑力，充分带动主纵梁参与变形吸能，主要优化上边梁路径3。

（3）加强乘员舱前部结构，优化乘员舱前部路径4[5]。

4.2 增大车体与碰撞壁重叠量

首先优化前副车架传力通道，把前副车架Y向外扩（约125 mm），增加与小偏置碰壁障重叠量，如图8（a）所示。然后再优化前防撞梁与前纵梁路径，把前防撞梁兩端Y向加宽80 mm，前纵梁Y向外撇（2°，形成倒八字形梁结构）30 mm，增加与小偏置碰壁障重叠量，如图8（b）所示[6]。

如图9分析结果表明，该方案可有效提高前副车架、前防撞梁等截面力，并提升吸能和传力效率。

从变形对比分析，优化后前副车架、前纵梁压溃和折弯更充分，如图10所示;从截面力水平对比分析，优化后副车架、纵梁比基础结构截面力分别提升约46%、35%，如图11所示[7];从吸收能量对比分析，前副车架和纵梁吸能分别提升约33%和50%，如图12、图13所示。

4.3 增强上边梁吸能结构和“Y”向支撑力

如图14，上边梁材料和结构优化，上边梁前部Y向靠外约40 mm，并中上边梁中、后部分别增加与左纵梁、右侧上边梁的连接支撑结构梁，在后部增加Y型支撑，同时将内、外板材料由340LA提升至420/780DP，提高上边梁吸能和传力效率。

分析结果表明，该方案可有效带动上边梁及其周边结构参与吸能，从而提升前机舱吸能和传力效率，如图15所示。

从变形对比分析，优化后上边梁压溃和折弯更充分，并带动其周边部件变形吸能，如图16所示;从截面力水平对比分析，其结构优化后截面力相应提升，如图17所示;从吸收能量对比分析，上边梁吸能提9 600 kJ，吸能比例提升34%，如图18所示：

4.4 加强乘员舱前部结构

如图19，A柱上边梁上部、中部增加加强板，门槛外板、门槛内板增加加强板。门槛及周边结构增加热成型支撑件，提升乘员舱前部整体刚强度。

分析结果表明，该方案提升乘员舱前部整体抗变形能力，如图20、图21所示。

通过图22截面力对比分析，A柱、门槛截面力相对基础都有一定的提升。通过图23、图24对比分析A柱及门槛梁吸能下降明显，前门框及门槛变形量明显减少。

4.5 车体综合方案优化

结合以上所有方案对车身进行综合优化分析，分析结果如图25所示，车体侵入量下车体评价Good，上车体评价Good，整体评价Good。如图26所示，机舱前纵梁、上边梁、副车架等吸能充分，A柱、门槛结构基本保持完整[8]。

5 结束语

本文以某MPV车型小偏置碰分析评价结果为“Poor”的基础模型为研究对象，基于碰撞理论及框架传递路径分析的基础上，对车身结构进行相关设计与优化，仿真分析对比，车体结构评级由“Poor”提升到最高评价等级“Good”。

通过研究对比表明：通过增大车体与碰撞壁重叠量;通过增强上边梁吸能结构，并提升其“Y”向支撑力;通过加强乘员舱前部结构等方法可提升整车的小偏置碰安全性能，为后续高碰撞安全性能车型开发提供了有效的设计参考和借鉴。

参考文献：

[1]Insurance Institute for Highway Safety（IIHS）. IIHS Small Overlap Test，IIHS secretary[S].2012.

[2]郭正辉，朱西产.汽车安全新挑战——小偏置正面碰撞[J]. 汽车与配件，2013（4）：44-45.

[3]肖峰，陈晓峰.IIHS小偏置碰撞位移导向策略与结构评估方法[J].汽车安全与节能学报，2013（4）：322-333.

[4]贾丽刚，吕俊成，林智桂，等.某SUV小偏置碰撞仿真机车体结构优化[J].机械设计与制造，2017（1）：91-93+96.

[5]郑明银，施云翔，王镝.基于SOF碰撞性能改善的车身结构优化设计[C].2015中国汽车工程学会年会论文集，2015：828-830.

[6]王鹏.25%正面小偏置碰撞下某车型车身结构和约束系统仿真研究[D].重庆理工大学，2016.

[7]汪俊，李雪玲.IIHS正面小偏置碰撞试验及发展趋势研究[J].汽车工程学报，2017（6）：7.

[8]陈可明，乐中耀，李雪玲.国内车辆小偏置正面碰撞试验现状[J].汽车技术，2016（5）：5.