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探究基于局部结构改进的车身正面碰撞安全性
摘 要：轻量化设计是当前汽车生产企业促进自身进步和发展的致力方向,其主要内容是指在原车型的基础上进行设计改造,从而科学性地减轻车身前端部分的重量.为不断提高汽车整体的安全可靠性,各汽车生产企业应通过调整车身边梁压溃诱导槽结构等方式,进一步强化其碰撞安全性,以提高整个车身的综合性能.
关键词：局部结构；改进；车身正面碰撞；安全性
1引言
随着科学经济的发展,汽车这一交通工具的出现给人类的日常生活带来了极大的便捷性,也正因如此,使得不断强化汽车的安全性成为了各相关学者和专家一直以来致力研究的一个重要课题.当汽车发生碰撞时,其车身会自动吸收大部分因碰撞所产生的能量,能在一定程度上确保汽车以及驾驶者的安全.近年来,车祸事件频频发生,屡见不鲜,许多人也因此而失去了生命.因此,通过进一步改进车身正面碰撞安全性等方式来不断增强汽车整体构造的安全性很有必要.本文就基于局部结构改进的车身正面碰撞安全性进行深入性的探究,现作如下相关总结.
2车身轻量化方案分析
前舱、侧围、下车体和后端板等是车身的主要构成部分,但实际上,对车身正面碰撞性能起决定性作用的主要是前舱、侧围、下车体和后端板这几个部分.车身证明碰撞的折弯和压溃等方式会在很大程度上受到其发动机边梁结构形式的影响,而车身发生正面碰撞时的力传递路径则受到其前舱的前大梁结构以及侧围和下车体的影响.车身各板结构不仅能对其前端碰撞力产生传递作用,同时还会对其震动特性产生一定的影响.
本文用以研究车型的原型为现代某小轿车车型.企业在生产开发时首先将该款车型定义为2驱双F车型,需在其原有设计的基础上对其进行相应的改造,以达到该车型设计的最终要求.
下列图1为该车型的前舱构造,在此之中,A结构属于前减振器强化部分,其主要由高强钢板（厚度：1.8毫米）腔体结构组成,可在一定程度上控制车身扭转刚度和正面碰撞变形程度；B结构是该车前端减振器的支撑板（厚度：1.5毫米）,可在原有基础上强化减振器的支撑功能C结构是加强翼子板,由盒状钢板（厚度：1.4~1.5毫米）组成；图1中的D结构为该车型前端的上下两凹槽构造,当车身发生正面碰撞时,该结构可在小范围降低发动机边梁刚度的前提下稳定车身整体刚度的平衡性,以此对其前端压溃和折弯变形方式嗍进行控制.综合来说,这三处构造能为该车型在发生正面碰撞或者正常行驶时提供良好的结构刚度保障.
对该车型前端部分A、B、C、D四处构造进行全面性和综合性的分析：该车型利用A、B、C这三处溃诱导槽结构为整个车身提供了强有力的前部支撑,以达到保持整个车身平衡的最终目的.这一汽车前部构件的碰撞能量吸收主要靠构件的弯曲变形和压溃变形来实现.而在这一强一弱配合得当的结构处理方式下,能够为该车型提供适宜性的刚度,从而提升整个车身的安全性能.
轻量化一直以来都是汽车设计的研究热点,是以大部分汽车生产企业在对各类汽车尤其是小轿车进行研究开发时,为对车辆的动力性和燃油经济性提供优质的保障,就在开发和生产过程中对车身的整体构造进行轻量化优化,虽然有效减轻了车身的重量,但同时也在一定程度上降低了车身刚度和安全性.当发生正面碰撞时,就会导致出现发动机两侧边梁变形、车身加速度过大以及压溃距离过大等一系列问题.
本文研究中对已经过轻量化减重的车身进行了适当性的局部优化,主要是在该车型的压溃诱导槽结构中进行了优化,使车身在发生正面碰撞时的整体性能能够更合理化和协调化,从而进一步有效提升经轻量化改造车身的安全性.
3分析减重后整体结构性能
3.1分析减重模型的刚度与模态
为进一步验证已进行轻量化减重措施后的模型车身的整体结构和综合性能能否满足刚度和振动特性等各方面的正常要求,本文研究对轻量化车身模型和原车型就车身弯曲刚度、扭转刚度等方面进行了客观性和科学性的对比分析,下列表1为两种车身模型的刚度分析与模态分析结果：
分析总结上述表格可知,两种车身模型在一阶弯曲、一阶扭转的数据中相差不大.进行轻量化改造后的车身模型在整体构造中能够基本保持原车型的振动特性,但两者在扭转刚度和弯曲变形的数据中却存在显著性的差异,分别降低了21.80%和14.31%,下降幅度非常大,其弯曲刚度和扭转刚度有待进—步的提高.
3.2分析车身正面碰撞
因原型车身的材料信息过于缺乏,而经轻量化改造车型的综合结构优于原车型差异性较高,是以,车身正面碰撞分析暂时只能够从轻量化改造车身入手,以在分析其整体构造安全性的同时提出针对性的改造和完善建议.在进行有限元网格划分（以10毫米为边长基准）的基础上建立车身正面碰撞分析模型.该模型共具备395413个节点和385341个单元,主要包括了车身发动机和附近,但并不包括储液罐、座椅以及水箱和软管等配件,该模型总质量为1.025吨,与车型设计中对整体质量的要求基本吻合.但值得注意的是,为进一步满足其发动机承载和造型方面的需求,对轻量化模型的整体构造做了适当性的调整,加长了发动机舱边梁的长度.
3.3改造车身正面碰撞结构
下列图2凸显了图1中A、B、C三处轻量化改造措施对整个车身结构刚度所起到的削弱作用,同时也引起了其前端部分性能的改变.是以,应进—步强化D处构造的刚度,以还原车身前舱部分的平衡性能.
为充分凸显图1D部分在发动机边梁变形中的作用和重要性,本文将其分为了如图3所示的多个区域.1区域是适应原型车发动机搭载的突出结构；2区域和3区域均为碰撞折弯诱导槽；4区域与5区域均为车型碰撞压溃吸能区.
4结语
本文研究中,原车型和轻量化车型刚度和模态的对比分析结果显示,原车型经轻量化改造后的车身刚度有所降低,需通过进一步对车身的整体构造进行适当性的改进以及进一步优化车身的接头特性等措施来提升和稳定整个车身的刚度.除此之外,又因轻量化策略与减重车型搭载发动机之间所存在的高差异性以及轻量化结构正面碰撞变形规律的不合理性,需要在研发过程中不断调整发动机边梁的局部刚度,以力求在不增加车身重量的基础上提升各改造方案的可行性和安全性.
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