某车型后端低速碰撞性能分析及优化研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 某车型后端低速碰撞性能分析及优 化研究 摘 要：本文通过对某车型建立 低速碰撞 CAE 仿真模型，结合仿真结 果和结构特点找出了影响低速碰撞性能 的相关参数。针对这些影响参数，在现 有布置结构的约束下，对方案进行优化， 最终通过 CAE 仿真和实车试验共同验 证了优化方案的可行性。该研究为改进 低速碰撞性能和车辆后部结构设计提供 了参考。 中国论文网 /8/view-12997635.htm 关键词：低速碰撞；CAE 分析； 结构优化；后保险杠 中图分类号：U461.91 文献标识 码：A 文章编号：1005-2550（2017） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 06-0045-05 Abstract： In this paper， a low- speed collision CAE simulation model is established， and the relevant parameters affecting the low-speed collision performance are found by combining the simulation results and structural characteristics. In view of these influence parameters， under the constraint of the existing arrangement structure， the scheme is optimized， and finally the feasibility of the optimization scheme is verified by CAE simulation and real vehicle test. This study provides a reference for improving low-speed collision performance and designing vehicle rear structure. Key Words： low-speed crash； CAE analysis； Structural optimization； Rear bumper 前 言 S 着汽车保有量的增大，车辆 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 行驶安全性能越来越受到人们关注。汽 车碰撞事故按照碰撞速度不同可以分为 高速碰撞和低速碰撞，在道路拥挤的城 市工况下，碰撞事故以低速碰撞为主， 此类事故对人身伤害较小，往往损坏的 是车身零部件，有效满足低速碰撞法规 可以降低事故发生后的维修费用，对延 长车辆使用寿命也有着积极的作用。 1 低速碰撞法规介绍 GB 17354-1998汽车前、后端 保护装置是目前国内低速碰撞采用的 强制法规。法规中要求对车辆正前方和 正后方分别进行两次碰撞，两次碰撞分 别是在整车整备质量和加载质量时进行 的，加载质量需要将整车加载到半载状 态。前后每个方向上的两次碰撞分别在 纵向位置和车角位置进行，纵向位置两 次碰撞的碰撞器中垂面位置相距不小于 300mm。纵向碰撞试验的速度应控制在 4km/h，车角碰撞试验的速度应控制在 2.5km/h。并且角碰试验中碰撞器的 A -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 平面应与车辆的纵向对称面构成 605 夹角。其中碰撞器的有效质量应与整车 的整备质量相当，基准高度为 445mm。 碰撞试验后，对车辆需要满足的 要求如下： 1）照明灯和信号装置应能持续 正常工作并清晰可见； 2）车辆的发动机罩盖、行李箱 盖和车门能正常开闭，并且汽车的侧门 应在碰撞的作用下不能开启； 3）车辆供油和冷却系统应无泄 漏，不发生油路或水路堵塞，其密封装 置与油箱和水箱盖应能正常工作； 4）车辆的排气系统不应损坏和 错位； 5）车辆的传动系统、悬架系统 （包括轮胎） 、转向和制动系统应保持 良好的调整状态并能正常工作。 2 某车型后端低速碰撞分析 2.1 低速碰撞 CAE 分析结果 以某车型为例建立 CAE 仿真分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 析模型，进行车速 4km/h 的纵向碰撞， 图 2 为后端低速碰撞示意图，图 3 为后 端低速碰撞最大入侵量。从碰撞过程可 以看出，后雾灯在整备质量和半载下的 碰撞中都会受到后方拖车钩的挤压，其 中在整备质量下，后雾灯受拖车钩挤压 的情况更为严重，两种工况下后雾灯均 有损坏的风险，不满足低速碰撞的法规 要求。从碰撞过程的最大侵入量来看， 同样整备质量下的侵入量会比半载工况 侵入量更大，侵入时间更长，后雾灯受 损的几率更高。 2.2 低速碰撞影响参数分析 低速碰撞的碰撞结果与相关布置 参数有很大的关系。图 4 找出了影响该 车型碰撞结果的几个重要参数。其中， c-碰撞器端部与防撞梁 Z 向重叠量对碰 撞结果影响很大。由于该车型的防撞梁 布置位置偏高，导致碰撞器端部与防撞 梁 Z 向的重叠量过小，在半载工况下， 重叠量只有 8mm，而在整备质量下， 重叠量更是减小到 0。这就导致在低速 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 碰撞试验中，防撞梁不能有效阻止碰撞 器的入侵，会增大侵入量，延长侵入时 间，这与图 3 表现出来的仿真结果是相 吻合的。从图 2 的碰撞示意图中也可以 看出，由于整备质量工况下的侵入量较 大，后雾灯受挤压的情形也比半载工况 下更严重。 a- 蒙皮凸出雾灯表面的距离，b- 雾灯 X 向的尺寸，d-雾灯与拖车钩的距 离。对碰撞结果有直接影响的参数为 c 和 d，雾灯与拖车钩的距离 d 直接决定 了碰撞过程中雾灯会不会与拖车钩接触， 导致雾灯被挤压损坏。而雾灯的 X 向尺 寸 b 和蒙皮凸出雾灯表面的距离 a 可间 接影响 d 的数值，从而影响碰撞结果； 并且 a 的大小还会影响碰撞过程中雾灯 面板会不会与碰撞器接触，导致雾灯面 板损坏。 3 低速碰撞结构方案优化 上文中针对碰撞结果，对影响碰 撞的参数进行了相关分析。由于该车型 是改款项目，车身结构的相关布置都已 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 固化，包括后防撞梁高度，拖车钩的位 置等。所以常规的布置手段已经不能解 决低速碰撞不满足法规的问题，现需要 对其它结构进行优化，来解决该问题。 3.1 防撞梁结构优化 碰撞器端部与防撞梁的 Z 向重叠 量 c 是影响碰撞结果的重要参数，在防 撞梁高度和整车姿态一定的前提下，碰 撞器端部与防撞梁的 Z 向重叠量也是固 定的，无法通过布置来优化重叠量 c。 现通过优化防撞梁结构，增加防 撞支架的方案来阻止碰撞器的入侵，间 接增加重叠量 c。如图 5 所示，增加的 防撞支架在纵向碰撞和偏置碰撞中都能 够有效支闻鲎财鳎 阻止碰撞器的入 侵。该手段可以在关键碰撞位置有效增 加碰撞器端部与防撞梁的 Z 向重叠量， 通过后续的 CAE 仿真验证，改善效果 较明显。 在防撞支架的设计过程中，有两 种思路：一种是溃缩式支架，另一种是 刚性支架。如图 6 所示，左侧支架设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 有溃缩槽，设计初衷为支架在碰撞过程 中自身变形，吸收能量，减小防撞梁本 体的变形量，从而有效阻止碰撞器的侵 入。而在实际碰撞过程中，如图 7 所示， 由于碰撞点较低，防撞梁受碰撞后发生 的扭转变形的趋势不可避免，导致溃缩 式支架的碰撞结果并不理想。从而考虑 增强支架自身的刚性，通过支架本身来 阻止碰撞器的侵入，后续的仿真结果也 表明，刚性支架的设计确实对碰撞结果 有利。 3.2 后雾灯结构优化 受造型风格和整车布置的影响， 后保蒙皮距拖车钩的距离无太大的优化 空间，缩小后雾灯 X 向的尺寸 b，可以 有效增大后雾灯与拖车钩的距离 d，从 而减小碰撞时后雾灯受拖车钩挤压损坏 的风险。 目前常见的雾灯灯泡布置方案为 纵置式，灯泡布置在雾灯的正后方，这 样使整个雾灯的 X 向尺寸较大。竞品车 型中日产已有很多车型采用了横置灯泡 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 的方案，可以有效减小雾灯 X 向的尺寸， 虽然横置灯泡对雾灯的配光和散热有一 定的影响，但仍可以满足设计要求。从 表 2 的分析可以看出，横置方案比纵置 方案可以减小雾灯 X 向尺寸约 20mm， 从而增大后雾灯与拖车钩的距离。 3.3 蒙皮造型优化 同后雾灯一样，在其它条件不变 的前提下，减小后雾灯 X 向的尺寸 b， 可以有效增大后雾灯与拖车钩的距离 d；同样，减小蒙皮凸出雾灯表面的距 离 a 也可以增大后雾灯与拖车钩的距离 d。 在后保险杠设计中，为满足碰撞 要求，一般要求蒙皮凸出雾灯表面的距 离为 25mm，由于本案例受布置空间的 限制，已将蒙皮凸出雾灯表面的距离减 小到 15mm。表 3 中的车型后雾灯都是 布置在后保险杠的中间位置，雾灯在碰 撞后受损的风险较高。从分析数据来看， 雾灯的高度直接处在碰撞器端部的区域 时，需要适当增大蒙皮凸出雾灯表面的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 距离来降低雾灯受损的风险。本案例中， 雾灯的离地高度为 492mm，刚好处在 碰撞器端部的区域，结合竞品数据，为 了进一步优化低速碰撞的结果，将蒙皮 凸出雾灯表面的距离由 15mm 优化到 10mm，从而增大后雾灯与拖车钩的距 离。 4 优化方案验证 表 4 是低速碰撞影响参数的优化 值，针对优化后的 CAE 仿真模型，碰 撞仿真结果如图 9 和图 10 所示。从碰 撞结果来看，优化后的碰撞器侵入量有 不同程度的减小，说明防撞梁方案起到 了阻止碰撞器入侵的作用，后雾灯在整 个碰撞过程中也没有和拖车