某车型多种正面碰撞性能综合优化

摘要

在常见的汽车正面碰撞、侧面碰撞和追尾碰撞三大事故中，正面碰撞事故的发生率以及发生事故的乘员死亡人数比例均居于第一位，由此造成了庞大的伤亡人数和巨大的经济损失。而正面碰撞事故往往形式复杂，单一正碰的结构耐撞性无法充分保证乘员安全，因此迫切需要对车辆在多种正面碰撞工况下的安全性能展开研究。　　为有效提高车辆在复杂正面事故中的碰撞安全性能，本文结合2018版C-NCAP管理规则和中国保险汽车安全指数（C-IASI）两大规程，对某车型在多种正面碰撞工况下的安全性能进行评价，并基于能量管理的原则探究多种正面碰撞结构耐撞性设计优化的统一方法。　　文章以某乘用车为研究对象，分析其在100%正碰、40%正碰、25%正碰以及正面柱碰共四种正面碰撞工况下的结构耐撞性较差的原因，并基于能量管理的原则，研究并提出目标车型在四种正面碰撞工况下的结构耐撞性优化方法。在美国碰撞中心公布的整车模型的基础上，本文搭建了该车型100%正碰有限元模型和其他三组正面碰撞工况的整车有限元模型；分别结合各自不同评价标准分析了四种碰撞工况下的碰撞安全性能；提出了基于能量管理原则的各工况结构耐撞性优化方案；将各优化方案应用到相应碰撞工况中进行优化有效性验证；对集成所有优化方案的整车模型进行多工况综合验证，分析了其中某指标参数不达标的原因；提出了对多工况综合验证模型需要改进的局部结构进行二次优化并验证，确立了整车二次优化模型对四种正面碰撞工况均满足目标要求。　　研究结果表明：基于能量管理原则，通过主要对汽车前端结构在不同工况下的不同主要吸能件的材料和厚度、结构形式以及布置等方面提出优化，能有效提高前端结构在碰撞过程中的吸能能力，减小乘员舱所受的冲击，提高汽车在多种正面碰撞工况下的结构耐撞性，进一步保护乘员安全。　　本文从理论上证明本文所提各优化方法的有效性，能够为提高汽车多种正面碰撞工况下的结构耐撞性提供参考借鉴。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外多种正面碰撞试验及研究

1.2.2 多种正面碰撞对车体设计的挑战

1.2.3 国外正面碰撞安全性能研究现状概况

1.2.4 国内正面碰撞安全性能研究现状概况

1.3 本文研究内容

1.3.1 本文拟解决的问题

1.3.2 本文主要内容

1.3.3 技术路线

2 多种正面碰撞工况有限元建模

2.1 碰撞仿真的理论基础

2.1.1 有限元程序的结构简介

2.1.2 有限元法的基本理论

2.2 100%正碰有限元模型的搭建

2.2.1 整车有限元模型的选择

2.2.2 地面和刚性壁障的建立

2.2.3 负体积控制

2.2.4 沙漏控制

2.2.5 接触设置

2.2.6 计算时间和计算步长控制

2.2.7 边界条件设置

2.2.8 100%正碰的仿真验证

2.3 40%正碰有限元模型的搭建

2.4 25%正碰有限元模型的搭建

2.5 正面柱碰有限元模型的搭建

2.6 本章小结

3 多工况正面碰撞仿真

3.1 整车100%正碰安全性能

3.1.1 整车碰撞响应分析

3.1.2 B柱加速度

3.1.3 门框变形量

3.1.4 转向管柱侵入量

3.1.5 前围板侵入量

3.2 整车40%正碰安全性能

3.2.1 整车碰撞响应分析

3.2.2 B柱下端加速度

3.2.3 转向管柱侵入量

3.2.4 前围板侵入量

3.3 整车25%正碰安全性能

3.3.1 整车碰撞响应分析

3.3.2 乘员舱侵入量评级

3.4 整车正面柱碰安全性能

3.4.1 整车碰撞响应分析

3.4.2 B柱下端加速度

3.4.3 转向管柱侵入量

3.4.4 前围板侵入量

3.5 碰撞仿真结果对比

3.6 本章小结

4 多种正面碰撞工况的仿真改进优化

4.1 能量的传递路径分析

4.1.1 100%正碰能量传递路径

4.1.2 40%正碰能量传递路径

4.1.3 25%正碰能量传递路径

4.1.4 正面柱碰能量传递路径

4.2 基于能量管理的改进优化原则

4.3 25%正碰模型的改进优化

4.3.1 改进优化方案概念设计

4.3.2 改进优化方案仿真验证

4.4 100%正碰和40%正碰模型的改进优化

4.4.1 改进优化方案概念设计

4.4.2 改进优化方案仿真验证

4.5 正面柱碰模型的改进优化

4.5.1 改进优化方案概念设计

4.5.2 改进优化方案仿真验证

4.6 本章小结

5 多种正面碰撞工况的综合优化方案

5.1 多工况综合验证模型仿真结果

5.2 多工况综合验证模型二次优化

5.3 多工况二次优化模型验证

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简介、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果