【正文】 ?x ?y ?z Tx Ty Tz 加加 載載 Z = 2 000 N 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) 35 （ 2）前縱梁前端 Z 向彎曲剛度計(jì)算結(jié)果 圖 計(jì)算結(jié)果 由上圖可知計(jì)算結(jié)果符合期望值，結(jié)果滿意。 4） 靜力加載應(yīng)變要求 (1) 邊界條件 圖 邊界條件 約約 束束 ?x ?y ?z Tx Ty Tz 載載 Y = 2 000 N 期期 望望 值值 500 [N/mm] 載載 Z = 2 000 N 實(shí)際測得值 =552 [N/mm] 期望值 500 [N/mm] 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) 36 （ 2）靜力加載應(yīng)變要求計(jì)算結(jié)果 圖 計(jì)算結(jié)果 綜上所述：從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，前縱梁 Z 向彎曲剛度符合要求，但 Y 向彎曲剛度不符合要求。因此，可適當(dāng)增大 Y 向的截面。 防撞梁低速碰撞分析及修改方案 原方案的分析 1） 概述 實(shí)實(shí) 際際 Y向向 值值 =2021/ =490 N/mm 實(shí)實(shí) 際際 Z向向 值值 =2021/=571 N/mm 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) 37 分析了防撞梁在 8KM/h 低速碰撞模型下沿 X 向入侵行為。建立 FE 模型軟件為 Hypermesh，分析所用軟件是 LS－ DYNA。 2） 結(jié)構(gòu)模型 原模型：前緩沖器和吸能盒參考現(xiàn)有數(shù)模建立 FE 模型，單元數(shù)量共22730 個(gè)，其中 quad 和 tria 共 22562 個(gè)， Rigid body 共 168 個(gè)，該模型未采用前艙，防撞梁拐 角為 26176。 圖 原模型碰撞模型 3） 邊界條件及載荷 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。碰撞速度為 8 KM/h，滿載時(shí)質(zhì)心處加載質(zhì)量為 。 4） 材料屬性 表 原模型材料表 Mat Den (kg/mm3) T(mm) E(MPa) μ Y－Stress(MPa) 防撞梁 steel － 6 206 500 吸能盒 Steel 2 206 280 縱梁 Steel 2 206 385 拐角 26176。 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) 38 5） 原模型計(jì)算結(jié)果 圖 碰撞模型 amp。防撞梁應(yīng)力 加強(qiáng)方案 1） 結(jié)構(gòu)模型 前艙采用現(xiàn)有數(shù)模建立 FE 模型，前緩沖器和吸能盒采用現(xiàn)有數(shù)模建立 FE模型。單元數(shù)量 140240個(gè)，其中 網(wǎng)格和 Tria Element共 138935個(gè)， 1D Rigid body 共 1305 個(gè)；防撞梁拐角約 12176。 圖 加強(qiáng)模型 2） 邊界條件及載荷 明顯應(yīng)力集中 防撞梁、吸能盒及縱梁 拐角 12176。 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。碰撞速度為 8 KM/h，滿載時(shí)質(zhì)心處加載質(zhì)量為 。 3） 材料屬性 表 模型一材料表 Mat Den (kg/mm3) T(mm) E(MPa) μ Y－Stress(MPa) 防撞梁 Aluminum － 6 69 146 吸能盒 Steel 2 206 280 縱梁 Steel 2 206 385 4） 加強(qiáng)模型計(jì)算結(jié)果 圖 碰撞模型 amp。防撞梁應(yīng)力 無明顯應(yīng)力集中 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) 40 對比結(jié)果及建議 修改模型 原模型 圖 模型沿 xy 方向入侵量圖 由圖 結(jié)果可以知道，由于原模型防撞梁拐角為 26176。，修改后模型拐角為 12176。，后者在 Y 向偏移及 X 向入侵量上表現(xiàn)較好，為更佳方案。 由上可知，須選用拐角為 12176。的防撞梁，但該防撞梁與造型外部蒙皮和吸能泡沫存在干涉問題。 所以，根據(jù)以上分析結(jié) 果，建議采用拐角為 12176。的防撞梁，但需要 縱梁 Y向偏移量 縱梁 Y向偏量 縱梁 X向入侵量 縱梁 X向入侵量 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) 41 遭型修改外蒙皮或者吸能泡沫以適應(yīng)該防撞梁。 圖 兩方案 3D數(shù)模對比 根據(jù) NCAP 法規(guī)加強(qiáng)前縱梁的耐撞性 前縱梁的耐撞性研究概述 現(xiàn)防撞梁結(jié)構(gòu)斷面 —— 焊接，成本低，強(qiáng)度低 原模型，拐角 26176。 修改后模型，拐角12176。，該梁為優(yōu)選方案。 Lexus RX350防撞梁結(jié)構(gòu)斷面 —— 鑄造，成本高，強(qiáng)度高 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) 42 前縱梁是 SUV 汽車正面碰撞中吸收能量的關(guān)鍵部位，其變形過程對整車碰撞過程中前圍及門框的變形情況，人員的傷害程度，各點(diǎn)的加速度時(shí)間歷程的峰值大小和變化情況等有重要影響，是汽車正面碰撞中耐撞性研究的重點(diǎn)部件，本文通過前縱 梁的變形過程來分析前縱梁在碰撞過程中的作用。 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)。 圖 3D 數(shù)模的比較 本 SUV車 由于受地板高度影響，造成 連接位置偏弱且很難改善 （結(jié)構(gòu)見斷面），（不良影響） RX350 吸能區(qū) 最小截面位置 地板連接梁 易折區(qū) 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) 43 圖 前縱梁的尺寸比較 表 與 RX350 的綜合比較 本 SUV車 RX350 比較 緒論 因由 解決方案 吸能區(qū)長度 231 232 防撞梁中心 至縱梁最高 71 51 本 SUV車較大 AA 過劇變形 ENGINE MOUNT 安裝位置無法 下降 制作 BRK ENGINE MOUNT SUP 防撞梁中心 至地板距離 248 127 本 SUV 車高兩倍 同等撞擊力下 本SUV車 轉(zhuǎn)距大兩倍，對 正撞不利 前地板總成為本系列車的沿用件 抬高前地板面 前縱梁連接 梁長度 527 1016 本 SUV 車較短 本 SUV車 前艙與地板所 有焊接位于同一 X 坐標(biāo)位置，使連 接處易折 前地板總成為本系列車的沿用件 前地板總成不 沿用 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) 44 圖 與 RX350 的截面比較 16Km/h 低速碰撞 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： 16km/h 3）碰撞角度： 0 度 4）重疊： 40% 5）法規(guī)： NCAP，要求縱梁無變形。 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。通過前面的應(yīng)力、應(yīng)變分析，前縱梁 50km/h 主要在 20— 50ms 的過程中參與與變形，所以只提取了這個(gè)時(shí)間段的變形數(shù)據(jù)。 圖 50km/h 縱梁變形圖 20ms 30ms 40ms 50ms 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) 47 將測得的數(shù)據(jù)與法規(guī)做進(jìn)一步校核 表 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)校核表 由表 可知， 16km/h 和 50km/h 的兩項(xiàng) NCAP 法規(guī)要求的碰撞測試與相應(yīng)的校核 ,本 SUV 車基本滿足法規(guī)要求。 車身結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案 在車身碰撞模擬分析的基礎(chǔ)上，提出車身結(jié)構(gòu)改進(jìn)的意見。車身結(jié)構(gòu)改進(jìn)的基本原則是使車身前部具有良好的吸能特性，加固乘員艙，確保乘員的有效生存空間。所謂良好的吸能特性主要有兩方 面含義 :一方面，車身的前部盡可能多的吸收碰撞能量，來緩沖作用在乘員和駕駛艙的沖擊力 。好 中 好 中 中 中 中 好 中 中 中 好 差 好 中 滿意度 安全 安全 油箱 62 100 X（ Stat.） 前擋板最大侵入量 （ mm） 21 50 Z（ Stat.） 51 100 X（ Stat.） 油門踏板移動(dòng)量 （ mm） 27 50 Z（ Stat.） 55 100 X（ Stat.） 離合器踏板移動(dòng)量 （ mm） 21 50 Z（ Stat.） 34 100 X（ Stat.） 剎車踏板移動(dòng)量 （ mm） 22 30 右 19 30 左 門檻附近 （ Max./Stat.） 20 30 右 17 30 左 腰線附近 （ Max./Stat.） A柱后移量 （ mm） 44 50 Z（ Max./Stat.） 21 50 Y（ Max./Stat.） 24 50 X（ Max./Stat.） 轉(zhuǎn)向管柱中心移動(dòng)量 （ mm） 計(jì)算值 參考值 項(xiàng)目 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) 48 另一方面，控制部件的變形，控制發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪等變形侵入駕駛艙，造成 對乘員的傷害。加固駕駛室是保護(hù)乘員最有效、最直接的方法，堅(jiān)固的駕駛室可以保護(hù)乘員不受沖擊力的傷害。根據(jù)前面 SUV 車身整體碰撞特性的分析和改進(jìn)原則，針對結(jié)構(gòu)上的一些缺點(diǎn)提出改進(jìn)措施，來提高車身的碰撞安全性。 原車前縱梁存在明顯的彎折結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致碰撞時(shí)縱梁過早出現(xiàn)彎曲變形。因此縱梁部分結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案有兩種 :一種是在縱梁的彎折處加強(qiáng)剛度，使其在碰撞過程中盡量不發(fā)生彎曲 。另一種是在縱梁上開一些控制變形的引導(dǎo)槽，來增加褶皺和壓潰變形，使彎折處的彎曲減少。 5 根據(jù) NCAP 行人保護(hù)的校核 行人保護(hù)的 目的 現(xiàn)在的汽車設(shè)計(jì)，對參與交通活動(dòng)的行人保護(hù)要求愈加嚴(yán)格，行人保護(hù)的性能也直接影響到產(chǎn)品的認(rèn)證，故有必要校核本項(xiàng)目的行人保護(hù)設(shè)計(jì)，以達(dá)到歐盟的法規(guī)要求。 參考標(biāo)準(zhǔn) 歐洲 NCAP 法規(guī)行人保護(hù)條例。 分析內(nèi)容 發(fā)動(dòng)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(dòng)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。第二階段和 EURO NCAP 中用 兒童頭部撞擊模擬器和作用發(fā)動(dòng)機(jī)罩后緣 頭部撞擊模擬器取代上海工程技術(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