基于有限元法的貨車后下部防鉆撞裝置的研究

王武新 孫朝玉 王振華 喬曦 劉衡

摘 要：文章通過對某車企的兩種車型分別進(jìn)行了實車碰撞試驗和仿真分析的對比，驗證了在貨車后下部防鉆撞工況中有限元法應(yīng)用的正確性。并針對貨車后下部防鉆撞保護(hù)裝置的型式進(jìn)行了對比分析和探討，為企業(yè)的氣囊標(biāo)定裝置選型提供了重要參考意見。

關(guān)鍵詞：貨車;鉆撞;有限元法;防護(hù)裝置

中圖分類號：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-199-04

Research into the Underrun Protection Device at the Bottom Rear-endof Truck Based on FEM

Wang Wuxin， Sun Chaoyu， Wang Zhenhua， Qiao Xi， Liu Heng

（Guangzhou Automobile Group Co.，?Ltd.， Automotive Engineering Institute， Guangdong Guangzhou， 511434?）

Abstract：?In this paper， by means of the comparison of real car underrun crash test and simulation of two kinds of vehicle models， the correctness of the finite element method is verified during the rear-end impact. The different types of protective devices are compared and discussed， which provides an important reference for the calibration and selection of the airbag in the enterprise.

Keywords： Truck;?Underrun; FEM; Protection device

CLC NO.： U467 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）09-199-04

1?引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車消費越來越成為現(xiàn)實，汽車碰撞和追尾事故的發(fā)生率也在明顯增加^[1]。其中家用車追尾鉆入貨車后下部又是一種較為常見又非常危險的交通事故形式。由于二者在尺寸上差異很大，碰撞相容性極差，結(jié)果往往是轎車車頂被削去，轎車乘員頭部遭受重傷^[2]。為此，我國標(biāo)準(zhǔn)GB 11567.2-2001《汽車和掛車后下部防護(hù)要求》、美國FMVSS 223和FMVSS 224以及歐洲ECE R58都規(guī)定了貨車后下部防護(hù)裝置的幾何尺寸、安裝高度、剛度和能量吸收等要求。但這些法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出后下部防護(hù)裝置的具體的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，而是由廠家或車主自行確定，因此在道路上可以看到各種各樣的后下部防護(hù)裝置，比較常見的是用槽鋼或圓鋼搭成一個矩形框架焊接在貨車尾部，其中不少裝置顯得很單薄，其強(qiáng)度和剛度都令人擔(dān)憂^[3]。

近幾年對于貨車后防護(hù)裝置的研究也逐漸增多^[4-5]。本文中將通過一種已用于某企業(yè)氣囊開發(fā)試驗的貨車后下部防護(hù)裝置，借助實車碰撞試驗數(shù)據(jù)和CAE仿真對比，驗證了有限元CAE仿真模擬貨車后下部防鉆工況的正確性。而在此型式下的后下部防鉆工況，各個開發(fā)車型由于車高、車重、速度等原因，此防護(hù)裝置存在同一個車型中，某個階段斷裂和某個階段不斷裂的情況，為企業(yè)氣囊的標(biāo)定和開發(fā)帶來了極大的困擾?；诖?，本文通過借助CAE仿真對比，討論了防護(hù)裝置為柔性壁障和剛性壁障下的車輛加速度等參數(shù)的曲線對比，為后續(xù)防護(hù)裝置的選型提供了重要的參考意義。

2?貨車后下部防鉆試驗與仿真對比

本文基于有限元法，使用HyperWorks和LS-DYNA軟件，針對某公司的一臺轎車和一臺SUV鉆入試驗進(jìn)行了仿真模擬分析，CAE分析中去掉了前保，霧燈等非金屬件，仿真車輛質(zhì)量和試驗車輛質(zhì)量保持一致，分別對應(yīng)整備質(zhì)量加上前排兩個AM50假人（每個假人計80kg）的重量，最終仿真和試驗的轎車質(zhì)量為1650kg，SUV質(zhì)量為1850kg，均以速度35km/h撞擊柔性壁障，柔性壁障的高度參考GB11567，離地高度為450mm，取中通道氣囊ECU位置的X向加速度作為對比曲線。

后續(xù)對試驗和仿真分別進(jìn)行了對比，從仿真動畫和視頻分析，壁障折疊彎曲時刻、車輛變形模式以及氣囊ECU的X向加速度曲線非常接近，仿真和試驗誤差約小于10%，如圖1至圖4。由此可見，?由CAE仿真模擬汽車鉆入壁障是正確可行的。

3?不同后下部防鉆撞裝置的仿真分析對比

鑒于已有的柔性防鉆壁障在開發(fā)過程中，時而彎曲斷裂，時而不斷裂，一致性較差，給企業(yè)氣囊ECU標(biāo)定、約束系統(tǒng)開發(fā)造成了非常大的影響，下面依然選用一臺轎車和一臺SUV為模型，仿真分析模型轎車質(zhì)量為1650kg，SUV質(zhì)量為1850kg，壁障離地高均為450mm，通過使用柔性壁障與剛性壁障進(jìn)行仿真對比分析，如下圖5至圖8。

轎車和SUV的仿真對比結(jié)果均顯示柔性壁障車身加速度以及壁障受力均小于剛性壁障，速度歸零時刻大于剛性壁障。柔性壁障會折彎，壓潰的位置往上移，車身前端變形區(qū)域與剛性壁障變形也存在較大差異。

4?結(jié)論

本文通過選取某企業(yè)的一臺轎車和一臺SUV分別進(jìn)行實車碰撞試驗和仿真分析對比，驗證了在貨車后下部防鉆撞工況中CAE仿真分析應(yīng)用的正確性。并針對后下部防鉆裝置的N型柔性壁障和方形剛性壁障兩種型式進(jìn)行了對比分析，驗證出兩者差異性較大。柔性壁障較接近道路實際碰撞工況，可企業(yè)氣囊標(biāo)定成本較大，而剛性壁障一致性較好，但較不符合道路實際碰撞形式。

故對于車企后續(xù)使用何種后下部防護(hù)裝置作為氣囊標(biāo)定的型式來講，需要結(jié)合兩者的優(yōu)點，既要考慮氣囊標(biāo)定的成本，也需要注重實際道路碰撞形式的真實性，同時模擬貨車后防護(hù)裝置的離地高度也是非常重要的參數(shù)，這是本文的一個不足，也是后續(xù)貨車后下部防鉆撞工況的研究方向。

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