汽車儀表板頭部碰撞改進(jìn)方案研究

王莎，鐘凌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

交通便利已經(jīng)是現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚牟糠?，汽車在人們的日常生活中地位也越來越高。汽車的安全性也越來越被人們所重視。汽車儀表板作為駕駛員和乘客直接接觸到的內(nèi)飾部件之一，在汽車行駛、緊急制動和發(fā)生碰撞時(shí)，儀表板內(nèi)部凸出物會對乘員產(chǎn)生很大傷害，因此需要提高儀表板的安全性要求。

1 儀表板頭部碰撞性能要求

儀表板需要滿足GB11552內(nèi)部凸出物的性能要求，對法規(guī)進(jìn)行解讀大體包含以下內(nèi)容：

1.1 靜態(tài)測量

主要是設(shè)計(jì)尺寸、突出部位高度以及倒角之類的要求，頭碰區(qū)域內(nèi)不能有棱邊（推薦尖棱≥0.5mm），頭碰區(qū)域外圓角曲率半徑不小于3.2mm（推薦做到＞3.5mm）；測試時(shí)378N的擠壓力要保證按鈕之類的突出物能潰縮到9.5mm內(nèi)。

1.2 動態(tài)測量

碰撞區(qū)域加速度超過80g的持續(xù)時(shí)間不得超過3ms。

1.3 開裂要求

試驗(yàn)時(shí)，碰撞區(qū)內(nèi)的儀表臺面板不能發(fā)生開裂。

2 某車型儀表板頭部碰撞問題分析

2.1 某車型頭碰現(xiàn)狀

靜態(tài)測量：在儀表板3D數(shù)據(jù)中按照法規(guī)要求進(jìn)行頭碰區(qū)域劃分，并對圓角和開關(guān)類進(jìn)行測量檢查。根據(jù)測量檢測結(jié)果，可知靜態(tài)分析滿足法規(guī)要求。

動態(tài)測量：分析模型（圖1）包含：儀表板本體，管梁，裝飾板，MP5主機(jī)，方向盤，車身前圍板及A柱板等。車身進(jìn)行全約束，劃分各零件網(wǎng)格，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)定義厚度、材料信息，建立連接關(guān)系，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對儀表板頭碰區(qū)域內(nèi)選取14個(gè)點(diǎn)作為CAE動態(tài)頭碰分析點(diǎn)（圖2）。

圖2

對14個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加速度仿真分析，根據(jù)分析結(jié)果得出各點(diǎn)的加速度都滿足法規(guī)要求。

開裂要求：內(nèi)飾面板塑料屬于高分子材料，由于多分子性、多相性、以及加工成型過程中產(chǎn)生的微孔、雜質(zhì)等特點(diǎn)，高分子材料的破壞是一個(gè)結(jié)合微觀、細(xì)觀、宏觀的非常復(fù)雜的多層次過程。所以并沒有確定相關(guān)高分子材料的失效準(zhǔn)則，有限元仿真不能模擬材料斷裂，只能根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)判斷是否斷裂。設(shè)計(jì)初期，對此未進(jìn)行評判。

理論設(shè)計(jì)通過后就開始進(jìn)行實(shí)車頭碰試驗(yàn)驗(yàn)證，但在實(shí)車驗(yàn)證中出現(xiàn)頭碰區(qū)域的裝飾板開裂問題（圖3）。

圖3

2.2 影響因素排除

根據(jù)實(shí)車碰撞結(jié)果，查找頭碰飾板開裂區(qū)域，主要集中在p3點(diǎn)和p4點(diǎn)中間出風(fēng)口周邊區(qū)域以及P11點(diǎn)、p12點(diǎn)和P13點(diǎn)的右側(cè)出風(fēng)口區(qū)域。

飾板開裂影響因素比較多，初步確定主要影響因素有a）儀表板的結(jié)構(gòu)；b）裝飾板結(jié)構(gòu) c）裝飾板的制造工藝；d）儀表板和管梁之間的連接支架；e）儀表板和裝飾板的材料。

2.3 整改方案分析

根據(jù)飾板開裂區(qū)域及飾板結(jié)構(gòu)狀態(tài)初步確定以下有利于滿足頭碰的方案：

方案一：對飾板更換為材料特性更換的進(jìn)口PC+ABS料；

方案二：a）對中間出風(fēng)口及右側(cè)出風(fēng)口匹配的飾板周邊增加加強(qiáng)筋，具體位置（圖 4）；b）對中間出風(fēng)口及右側(cè)出風(fēng)口匹配的飾板翻遍加厚，由現(xiàn)在的2.5mm加至3mm；c）P6點(diǎn)飾板背部增加一條加強(qiáng)筋（圖5）；d）對12點(diǎn)附近增加加強(qiáng)筋。（圖6）

圖 4

圖 5

圖 6

方案三：在P3點(diǎn)區(qū)域和P11點(diǎn)出風(fēng)口區(qū)域增加吸能塊（圖7）。

圖7

3 改進(jìn)方案確認(rèn)

根據(jù)以上整改方案，制作數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際對方案二和方案三進(jìn)行CAE仿真分析（圖8），從各開裂點(diǎn)的塑性應(yīng)變可得出各方案對開裂點(diǎn)的改善趨勢：只增加加強(qiáng)筋方案可以降低P11點(diǎn) P12點(diǎn)和P13點(diǎn)的塑性形變，對開裂問題有一定改善，但改善力度不大；增加加強(qiáng)筋和吸能塊方案可以降低P3點(diǎn)，P4點(diǎn)，P11點(diǎn)，P12點(diǎn)和P13點(diǎn)的塑性應(yīng)變，對飾板開裂有較大改善。

圖8

通過CAE分析，可知改善方案都是對開裂問題有一定改善作用，根據(jù)以上方案制作樣件并進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如下：只采用方案二后驗(yàn)證仍然存在P4點(diǎn)和P13點(diǎn)的飾板開裂；采用方案二+方案三后驗(yàn)證也仍然存在P4點(diǎn)和P13點(diǎn)的飾板開裂；采用方案二+方案一驗(yàn)證，試驗(yàn)通過且無飾板開裂問題出現(xiàn)。

4 結(jié)論

應(yīng)用本文所述的提升頭部碰撞問題的方法，輔以CAE仿真分析，對頭碰開裂問題進(jìn)行分析，并最終確定最優(yōu)方案，通過實(shí)物驗(yàn)證滿足安全法規(guī)要求，為車型開發(fā)提供有利保證。