【正文】 速，或當(dāng)突發(fā)的因素作用時，能夠在駕駛員的操縱下避免發(fā)生碰撞事故的性能。盡管我國對汽車被動安全性的研究不足十年，但取得了 顯著的成績，不僅制定了和國際接軌的系列法規(guī)，而且在試驗(yàn)研究方面已經(jīng)具備了開展模擬碰撞實(shí)驗(yàn)以及整車的碰撞試驗(yàn)?zāi)芰Α? 車身結(jié)構(gòu)耐撞性研究：主要是研究轎車和微型客車的 車身結(jié)構(gòu)對碰撞能量的吸收特性，尋求改善車身結(jié)構(gòu)耐撞性的方法，使得車身結(jié)構(gòu)在外力沖擊下能以預(yù)計(jì)的方式變形，其變形能量控制在一定的范圍內(nèi)。 關(guān)鍵詞 ： SUV車，正面碰撞，耐撞性，仿真 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 5 ABSTRACT With the increasing of automobile amount, traffic accident has bee a serious problem in the world. The number that the whole world annually died in the road traffic accident estimates to exceed 50 myriad peoples, road traffic accident give the life and property safety of mankind bring serious of disaster. So the research of automobile passive safety technique has already bee an austere lesson of nowadays world car technology research. In early period automobile side impact safety research repeat test primarily is adopted, automobile structural crashworthiness, occupant restraint system and performance test depend on experiment and experience, this demand a very long research period, it also demand a lot of manpower，material resources and the financial power, even if such, the result that repeat test got is also uncertain ideal. With the modem science technique developed deeply, appearance of a passel of advanced automobile virtual testing soft offer nicer foundation for research of automobile side impact passive safety. Main advantage of virtual testing is: in the design stage of automobile product we can imitate and analyze automobile product, And we can expediently actualize the analysis and research of impact form which real car experiment can not implement, pletely find and solve the problem, shorten developing period and reduce research expenses. According to some SUV vehicle frontal crash test, the whole vehicle CAE model is built which is posed of shell, beam and solid parts. Comparing to test data, the model is proved feasible. Key factors for simulation are pointed out, and some results have been obtained. Key words: SUV, Frontal Crash, Crashwothiness, Simulation 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 6 SUV 汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 傅其剛 0261078 0 引 言 隨著汽車速度的提高，汽車保有量的增加，汽車交通事故逐年增多，盡管各種安全措施不斷加強(qiáng) ，但是從根本上說交通事故在很長一段時期內(nèi)是無法避免的。從全世界的統(tǒng)計(jì)數(shù)字來看，每年因道路交通事故而死亡的人數(shù)己高達(dá) 50 多萬人，傷 1000 萬人以上，因此汽車的碰撞安全性問題己成為近十多年來汽車工業(yè)的主要研究問題和攻關(guān)方向。在保證乘上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 8 員安全空間的前提下，車身變形吸收的能量最大，從而使傳遞給車內(nèi)乘員的碰撞能量降低到最小，盡可能使乘員受到的減速度最小。汽車被動安全性的碰撞模擬研究工作已經(jīng)迅速發(fā)展起來。被動安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或車外行人進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生傷害或使傷害降低到最低程度的性能。作為整車碰撞最終實(shí)驗(yàn)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)主要有三項(xiàng)指標(biāo)：汽車乘員碰撞保護(hù)，防止轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員的傷害和汽車碰撞時燃油泄露。因此，實(shí)驗(yàn)方法研究汽車結(jié) 構(gòu)的耐撞性有很大的局限性。 本文研究的主要內(nèi)容 本文通過計(jì)算機(jī)模擬作為研究手段，采用理論分析和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法，針對某 SUV 車正面碰撞中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)吸能問題展開研究。 E. 盡量避免設(shè)計(jì)需要兩個人搬運(yùn)或機(jī)械搬運(yùn)的大型零件。外觀件內(nèi)結(jié)構(gòu)支撐件與外觀件之間涂敷 膨脹結(jié)構(gòu)膠間隙要求為 3～ 5mm，最大 6mm。有限元就是在這種背景 下提出的。顯式仿真算法的特點(diǎn)在于不求解聯(lián)立的方程組，從而不需存儲系數(shù)矩陣，占內(nèi)存小，且單項(xiàng)求解速度快，無收斂性問題，但顯式仿真算法存在數(shù)值穩(wěn)定性問題，即仿真時間步長不能超過其臨界值。設(shè)在閉和面上的任意點(diǎn)選取一面元 ds，如果 ds上的總的應(yīng)力 (單位面積上的力 )分量為 ni? ，則 ds面上用力為 dsni??? 。為了提高計(jì)算效率，對此微分方程采用數(shù)值積分方法來求解。 因此，本車應(yīng)當(dāng)符合歐洲 碰撞標(biāo)準(zhǔn) NCAP 法規(guī)。對于已經(jīng)量產(chǎn)的車輛，修改前端主要吸能件涉及到巨大的零部件修定和模具的重新研發(fā)，需要大量的資金和時間。單元數(shù)量 140240個，其中 網(wǎng)格和 Tria Element共 138935個， 1D Rigid body 共 1305 個；防撞梁拐角約 12176。 與 RX350 縱梁的比較與仿真模擬 RX350是一款嚴(yán)格按照 NCAP法規(guī)校核并通過法規(guī)校核獲得四星標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可，因此通過與 RX350前縱梁的對比，能幫助更為有效的達(dá)到法規(guī)要求，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。 分析內(nèi)容 發(fā)動機(jī)罩和前窗在第一階段要求 兒童 /矮小成人頭部撞擊模擬器以 35KM/H 速度作用發(fā)動機(jī)罩表面，并強(qiáng)制要求傷害值，以 成人頭部撞擊模擬器作 用前窗作為監(jiān)測。 RX350 A A A SUV車 A’’ A’’ 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 45 圖 16km/h 碰撞示意圖 圖 碰撞結(jié)果 CAE圖 50Km/h 正面碰撞 模型 （ 1） 車輛整備質(zhì)量： 1820kg （ 2） 工況 1）壁障類型：固定剛性墻 2）碰撞速度： 50km/h 16 Km/h 40% 碰撞結(jié)果 :基本滿意 滿意度 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 46 3）碰撞角度： 0 度 4）重疊： 100% 5）法規(guī)： GB115512021， NCAP 圖 50km/h 碰撞示意圖 前縱梁的變形過程如圖 所示。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 39 本 次分析按照法規(guī)要求采用滿載工況， Rigid wall 約束所有自由度，碰撞模型沿 X 向加載速度。 前縱梁彎曲剛度計(jì)算 前縱梁彎曲剛度計(jì)算 概述 應(yīng)用國際通用的有限元分析軟件 NASTRAN 對前縱梁彎曲剛度進(jìn)行計(jì)算。必須在 16km/h，50km/h 碰撞實(shí)驗(yàn)中達(dá)標(biāo)。時間積分程序是大多數(shù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)程序的核心部分，這一課題已經(jīng)得到廣泛的研究。如果介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)之間的相對位移忽略不計(jì) (根據(jù)小變形假設(shè) )，且以 i? 表示 S面內(nèi)某點(diǎn)的位移矢量，則根據(jù)牛頓第二定律有 : dVtdVfds iini ??? ???? 22 ???? ???????????????? ?? () 將 jjini n?? ? 代入，得 dVtdVfdsn iijji ??? ???? 22 ???? ????????????????? （ ） 利用高斯定理可得 dVxAdsnA iiii ?? ??? ?????????????????????? （ ） 上式可化為 dVtdVfx iijji ?? ?????? 22)( ???? ?????????????????? （ ） 由于 S面是任意取的，可令它收縮為一點(diǎn)，此時有 jjix??? if?? = 22t i???? ?????????????????????? （ ） 式 ，簡稱運(yùn)動微分方程。但它是無條件穩(wěn)定 的，即仿真時間步長可以任意大而不會導(dǎo)致數(shù)值穩(wěn)定性問題。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同的形狀，因此可以模型化集合形狀復(fù)雜的區(qū)域。符合模具包邊的要求。夾緊面應(yīng)該設(shè)計(jì)成平面，以利于簡化夾具。 （ 2）對車輛碰撞分析的非線性動態(tài)有限元方法進(jìn)行了比較系統(tǒng)的論述。 與實(shí)驗(yàn)方法相比，計(jì)算機(jī)仿真有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）所需周期短。 臺架沖擊實(shí)驗(yàn)：臺車沖擊試驗(yàn)主要用來模擬人體不同部位與車輛有關(guān)部件之間的碰撞。 車身結(jié)構(gòu)的耐撞性研究 圖 車輛前部理想變形曲線 車身結(jié)構(gòu)耐撞性研究主要是研究轎車和微型客車的車身結(jié)構(gòu)對碰撞能量的吸收特性，尋求改善車身結(jié)構(gòu)耐撞性的方法，使得車身結(jié)構(gòu)在外力沖擊下能以預(yù)計(jì)的方式變形，其變形量能控制在一定的范圍內(nèi)。 動態(tài)非線性有限元方法適用于計(jì)算結(jié)構(gòu)變形，它能夠得到汽車各個部件在碰撞過程中的變形情況。當(dāng)?shù)退倥鲎矔r，變形以及變形力值都比較小，以保護(hù)行人或車輛自身；當(dāng)發(fā)生中速碰撞時，變形應(yīng)盡量均勻，以最大限度地降低撞擊加速度峰值；當(dāng)發(fā)生 高速碰 撞時，為了阻止變形擴(kuò)展到駕駛室，從懸架到車身前圍板之間 的變形應(yīng)急劇上升。 汽車安全性分為“主動安全性”和“被動安全性”。 本文以 SUV車的正面碰撞試驗(yàn)為例，利用 CATIA和 HyperMesh軟 件建立了由殼單元、梁單元、三維實(shí)體單元組成的整車有限元模型。同時計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以為汽車安全部件生產(chǎn)廠家提供汽車被動安全性的資料。 國內(nèi)在汽車碰撞仿真方面雖然起步較晚，但是在引進(jìn)國外的先進(jìn)軟件之后，發(fā)展速度也是非?？斓?。 同時，隨著國家安全法規(guī)的實(shí)施，國內(nèi)有許多家 單位相繼成立了碰撞實(shí)驗(yàn)室：長春國家汽車技術(shù)檢測中心、天津國家汽車技術(shù)檢測中心、上海市機(jī)動車檢測中心、湖南大學(xué)汽車碰撞實(shí)驗(yàn)室等。根據(jù)這些目的，試驗(yàn)方法可分為四大類：實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)、臺架沖擊實(shí)驗(yàn)、臺車碰撞模擬實(shí)驗(yàn)和靜態(tài)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。早期的耐撞性研究主要采用試驗(yàn)手段來進(jìn)行。 雖然計(jì)算機(jī)模 擬具有實(shí)驗(yàn)無法比擬的優(yōu)越性，但由于計(jì)算機(jī)模擬方法所建立的汽車整車模型或部件模型，還有很多局限性，并不可能完全反映上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 15 真實(shí)的碰撞過程，所以計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)在并沒有完全脫離實(shí)驗(yàn)或完全代替實(shí)驗(yàn)。 圖 拔模角的選擇 造型不合理類 :在做產(chǎn)品造型時應(yīng)充分考慮到工藝的可行性，不能片面追R 2R 1R 3TA B拔模角6度0度A B度度上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) SUV汽車正面碰撞以及行人保護(hù)加強(qiáng)方案設(shè)計(jì) 17 求形狀而忽略工藝，如： 造型復(fù)雜模具壽命低 圖 造型不合理 車身焊裝工 藝性 1） 沖壓件的可移性 零件的形狀易于被抓起和移位，不割手，不變形，不超重。加密封簡單易行。但能用解析法求出精確解的只是少數(shù)方程性質(zhì)比較簡單，且?guī)缀涡螤钕喈?dāng)規(guī)則的問題。汽車中的大部分零件是采用金屬薄板沖壓而成，通常用殼體單元就能較好地描述其變