轿车低速前碰撞保险杠系统改进研究

摘要

随着汽车工业的发展，汽车的保有量逐年增加，交通事故逐年上升，造成大量的人员伤亡、车辆损坏和财产损失，汽车的安全性越来越受到重视。汽车碰撞从碰撞速度上可分为高速碰撞和低速碰撞。高速碰撞是引起人员死亡的主要事故类型，低速碰撞是指时速低于15km/h的碰撞，由于低速碰撞一般不会造成人员伤亡，这种碰撞没有引起人们足够的重视。随着汽车保有量的不断增加，尤其在城市道路驾驶状况越来越差，低速碰撞事故也时有发生。
　　世界上许多国家都制定了低速碰撞法规，并将其作为新车碰撞安全性评价指标之一。低速碰撞事故中车辆的相关部件因受到碰撞而损坏，需要维修或更换，保险公司常根据车辆低速碰撞的成绩来评价车辆保险等级。因此，提高车辆低速碰撞的安全性能，对于降低车辆维修费用有重要的意义。
　　本文对某车型进行基于RCAR(Research Council for Automobile Repairs)法规的改进研究，基于RCAR法规的要求，截取前纵梁前端，在前纵梁和保险杠之间设计并匹配了吸能盒，通过增设诱导槽得出了比较理想的吸能模式和变形模式，再对保险杠、吸能盒及前纵梁整体进行了改进研究，通过增加保险杠刚度、吸能盒填充泡沫铝、增加纵梁强度以及在前纵梁薄弱之处添加加强板，使其最终满足了RCAR法规的要求。在此基础上，采用正交试验设计方法和综合平衡法，以保险杠系统充分吸能为主要评价指标，以纵梁塑性变形不超过5％和散热器不受到接触挤压变形为辅助指标，研究了吸能盒、保险杠的厚度及吸能盒诱导槽深度等关键参数对汽车前保险杠系统吸能效果的影响。
　　本文研究结果表明：改进后的前纵梁塑性变形由81.58％降为4.756％，水箱不再受到保险杠的挤压而发生变形，改进后的整车满足了RCAR法规的要求。通过综合平衡法优化计算后的吸能盒吸能由3485J增加到3775J，低速碰撞系统吸能由6067J增加到6123J，前纵梁吸能由237J增加到252J，纵梁塑性变形由4.756％增加到4.962％，尽管如此前纵梁塑性变形仍未超过5％仍满足RCAR法规的要求。优化结果表明：合理的保险杠、吸能盒厚度及诱导槽深度匹配可以增强保险杠系统的吸能能力，从而保护纵梁等关键零部件，有利于降低维修成本。本文研究结果表明了改进措施的有效性，为提高轿车低速碰撞安全性提供了有价值的参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 低速碰撞国内外研究的历史和现状

1.3 汽车低速碰撞研究内容及研究方法

1.3.1 汽车低速碰撞的研究内容

1.3.2 汽车低速碰撞的研究方法

1.4 汽车低速碰撞相关实验法规及试验方法

1.5 本文课题研究背景和主要内容

第2章 汽车碰撞仿真的基本理论

2.1 概述

2.2 非线性有限元基本理论

2.2.1 基本力学模型与方程

2.2.2 显式有限元软件积分方法

2.2.3 单元类型及特性说明

2.2.4 材料本构关系模型

2.2.5 接触类型和接触算法

2.2.6 沙漏控制

2.3 常用有限元软件

2.4 本章小结

第3章 低速碰撞有限元模型的建立和有效性验证

3.1 引言

3.2 基于RCAR碰撞有限元模型的建立

3.3 整车正面碰撞有限元模型

3.4 整车偏置碰撞有限元模型验证

3.5 基于RCAR法规的碰撞仿真模型的有效性验证

3.6 本章小结

第4章 汽车前保险杠系统改进设计及仿真分析

4.1 基于RCAR法规的模型建立

4.1.1 基于RCAR法规的正面碰撞试验要求

4.1.2 整车有限元模型

4.1.3 基于RCAR法规的前碰撞有限元模型

4.2 整车正面碰撞结果分析

4.2.1 车身变形比较

4.2.2 前部结构变形对比图

4.3 吸能盒匹配设计

4.3.1 吸能盒几何模型

4.3.2 吸能盒材料选取

4.3.3 吸能盒网格密度的选取

4.3.4 基于诱导槽的吸能盒变形模式研究

4.4 前保险杠系统的改进研究

4.4.1 保险杠改进

4.4.2 吸能盒具体改进思路

4.4.3 改进模型的仿真分析

4.5 基于保险杠系统的纵梁改进仿真分析

4.6 本章小结

第5章 基于综合平衡法的保险杠系统优化

5.1 引言

5.2 综合平衡法

5.2.1 正交试验设计

5.2.2 综合平衡法

5.3 吸能盒和保险杠设计变量的选择

5.4 仿真结果

5.5 试验结果分析及讨论

5.6 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间发表的学术论文目录