汽车偏置碰撞安全性结构改进

摘 要： 应用Hypermesh和Pam-Crash软件建立整车有限元模型，按照C-NCAP试验要求分别进行整车正面碰撞和40%偏置碰撞仿真。通过仿真结果与试验结果B柱加速度曲线的对比分析，验证整车模型的正确性和可靠性，同时根据仿真结果评估车身结构偏置碰撞安全性能，对结构进行改进。改进后整车偏置碰撞性能得以提升。

关键词：C-NCAP偏置碰撞；仿真计算；改进设计

中图分类号：U461.91 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）05-0047-04

The Structure Improvement of Vehicle Safety In Offset Impact

WANG Bin，LI Hua-xiang，SHI Jian-peng

（The Technology Center of Dongfeng Motor Corporation,Wuhan 430056,China）

Abstract: We used Hypermesh and Pam-Crash software to build a finite element model of the vehicle and simulated the process of vehicle in both frontal crash and 40% offset deformable barrier crash and compared and verified the results of deceleration time history curve of column B between the simulation and ground test. The result of simulation agreed with that of ground test. Also we studied the crashworthiness of body structure based on the original model and proposed some measures which were effective for improved structure design in vehicle offset crash.

Key words: C-NCAP；offset crash；simulation；improved design

汽车正面碰撞性能研究是车辆安全设计的重要内容之一。国内法规和C-NCAP主要通过正面100%刚性壁碰撞和40%偏置可变形壁障碰撞对车辆进行试验评价。两种试验的碰撞形态和对乘员的伤害机理不同[1]。正碰时，车身前端全部参与碰撞，在巨大的冲击惯性力作用下，车体刚度大，冲击加速度峰值大，对头部、胸部的冲击伤害往往造成乘员死亡。与生物伤害指标息息相关的因素主要是约束系统，因此，正碰试验主要侧重于对约束系统的评价。而40%偏置碰撞主要评价安全车身结构，考核车身侵入方式对乘员造成的伤害。偏置碰撞时，车辆前端只有一侧主要参与能量吸收，该碰撞形态下车身变形大，乘员室的严重侵入会造成乘员的致命伤害。交通事故统计结果也表明，该事故形态下乘员严重伤害的比例最高。

目前我国对正面100%碰撞的研究比较多，而对40%偏置碰撞的研究相对偏少。全面提高汽车正面碰撞的安全性能，需兼顾这两种碰撞形态，因此开展40%偏置碰撞的研究工作十分必要。

已实施的C-NCAP2012规程中，40%偏置碰撞试验车辆速度由56 km/h提升至64 km/h，这给自主研发的汽车企业带来了严峻的挑战。如何进一步提升汽车结构安全，减小乘员伤亡，是设计人员不断追求的共同目标。

本文研究的某车型在56 km/h偏置碰撞试验中安全性能表现比较理想，但64 km/h偏置碰撞仿真中，性能表现不佳，车身变形过大，结构暴露出不足，安全性能不能达到预期的星级评定要求。在试验验证之前，通过CAE仿真技术对车身结构进行安全改进，是一种省时省力且可靠有效的方法。本文基于碰撞仿真技术对该车型64 km/h偏置碰撞性能进行分析与评估，提出改进方法，切实可行地提升了车身结构的偏置碰撞性能。

1 有限元模型的建立

采用Hypermesh作为前处理建模软件，直接导入CAD模型进行整车建模。整车模型的输入内容包括白车身、四门两盖、悬架系统、转向机构、动力总成、散热系统等主要结构件，其中发动机和变速箱作刚体考虑。建模主要采用壳单元，部分采用实体单元和梁单元模拟。严格保证单元的质量要求，完成后的整车模型单元数共计约80万。

完成整车模型装配后，导入Pam-Crash前处理软件，进一步完成材料定义、配重设置、接触条件、约束条件和结果输出定义等，建立完整的偏置碰撞仿真模型。

2 整车仿真模型的校验

仿真模型完成后，经过多次计算、模型调试与校正，确定模型的正确性和可靠性。

仿真结果的真实性和准确性，通常采用定性和定量的方法进行评价[2]。定性评价方法主要是比较实车试验结果与仿真模拟结果中关键撞击区域的变形模式和各主要部件的变形特征；定量评价主要集中在车身加速度曲线和能量变化曲线的比较分析上。

基于已建立的整车模型，利用Pam-Crash软件，按照C-NCAP2009的要求，分别完成整车50 km/h速度正面碰撞和56 km/h 速度40%偏置碰撞的仿真计算。

图1为通过仿真获取的整车碰撞能量曲线。整个模型的沙漏能占总能量的5%以下，质量增加百分比小于1.2%。一般情况下，整个模型的沙漏能占总能量的10%以内，质量增加不超过总质量的5%[3]，模型计算精度可得到保证。

通过整车正面碰撞和偏置碰撞仿真计算，输出B柱下端测评点的加速度曲线，与试验曲线进行比较分析，见图2和图3。从仿真与试验的B柱加速度曲线波形对比中可以看出，曲线各时间段的峰值虽然有差异，但两波形的走势具有一致性，因此基本可以认为整车仿真模型是可靠的。