某右舵車型前圍板總成結(jié)構(gòu)改進

蔣子慶　曾鳳　周文斌

【摘 要】在某右舵車型初版數(shù)據(jù)鎖定后對其偏置碰撞性能進行CAE分析后發(fā)現(xiàn)，制動踏板跳動量、離合踏板跳動量和轉(zhuǎn)向管柱侵入量未達到目標。通過對某右舵車型前圍板總成結(jié)構(gòu)的研究，對局部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并利用CAE輔助分析對比，采用合適的加強方案，使碰撞性能達到目標，提升了整車安全性。

【關(guān)鍵詞】前圍板總成；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；CAE分析；碰撞性能

【中圖分類號】U467.14 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）01-0041-04

0 引言

隨著汽車性能的提升和高速公路的發(fā)展，汽車的行駛速度越來越快，同時汽車數(shù)量的迅速增加，使得交通事故更為頻繁地發(fā)生，汽車的安全性越來越受到人們的重視。對于很多難以避免的事故，汽車的被動安全性非常重要。車身作為被動安全的一道防線，對乘員的保護有重大意義。

在汽車發(fā)生碰撞時，車體結(jié)構(gòu)侵入乘員空間造成的接觸傷害是主要的傷害成因之一。在汽車碰撞中應(yīng)盡量避免對乘員的接觸傷害，絕對保證乘員艙結(jié)構(gòu)的整體剛度，避免自身塌陷或其他結(jié)構(gòu)的侵入造成乘員傷害[1]。因此，前圍板總成區(qū)域要有較高的結(jié)構(gòu)剛度，足以支撐碰撞力而減少本身開裂，保證乘員的生命安全。

早期的被動安全性研究主要是通過大量的試驗來進行，采用同樣的碰撞過程反復(fù)進行，并收集數(shù)據(jù)。這樣的試驗方法需要相當長的時間并花費大量的資金，結(jié)果還不一定理想。隨著計算機輔助工程（CAE）的迅速發(fā)展，將其運用到汽車的碰撞模擬分析中，極大地降低了汽車的設(shè)計成本和研發(fā)周期，并且獲得更為精確的數(shù)據(jù)可用于對汽車結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化。

在進行車身設(shè)計的過程中，我們通常會采用CAE輔助分析，確認車身的碰撞安全性能，對未達到目標的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以達到設(shè)定目標，保證整車的安全性。

1 背景

某車型需改型出口到外國。與我國駕駛員的座位位置于汽車駕駛室內(nèi)的左側(cè)不同，該國駕駛員的座位置于汽車駕駛室內(nèi)的右邊，車靠左行駛。因此，對原有車型的前圍板總成區(qū)域結(jié)構(gòu)進行了大量更改，設(shè)計出相應(yīng)的右舵車。在對此右舵車型初版數(shù)據(jù)的碰撞性能進行CAE分析時發(fā)現(xiàn)，制動踏板跳動量、離合踏板跳動量和轉(zhuǎn)向管柱侵入量未達到目標，需要優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)以提升碰撞性能。初版方案分析結(jié)果見表1；初版方案前圍侵入量分析示圖如圖1所示。

2 分析

研究分析后認為，結(jié)構(gòu)碰撞分析未達目標的原因如下。

（1）此右舵車型在左舵車型的基礎(chǔ)上進行更改，發(fā)動機位置仍位于對左舵車偏置碰撞有利的發(fā)動機艙右側(cè)。發(fā)動機位于右舵車駕駛員位置正前方，且剛度較大，碰撞時發(fā)動機沒有吸能作用，反而易向前圍內(nèi)侵入。

（2）此右舵車型的前圍離合、制動踏板區(qū)域沒有足夠的加強支撐結(jié)構(gòu)，不能有效地控制碰撞變形，導(dǎo)致離合、制動踏板區(qū)域侵入量過大（如圖2所示）。

由于發(fā)動機的位置不能調(diào)整，所以需通過前圍區(qū)域結(jié)構(gòu)改進來改善車輛的碰撞性能。

3 方案的制訂及分析

3.1 方案一

方案描述：在前圍板離合踏板附近增加1根縱梁，將前隔板下安裝板及前圍板前橫梁的腔體連接在一起，提升前圍離合區(qū)域剛度（如圖3所示）。

方案分析：由CAE分析結(jié)果可以看出，隨著離合區(qū)域的加強，制動、離合踏板跳動量及轉(zhuǎn)向管柱侵入量有明顯改善，但前圍中部加強使右側(cè)油門踏板區(qū)域相對偏弱，導(dǎo)致油門踏板跳動量未達到目標。方案一分析結(jié)果見表2。

3.2 方案二

方案描述：將油門踏板安裝支架延伸支撐到右前側(cè)板上，以便利用右前側(cè)板區(qū)域的腔體增加前圍剛度（如圖4所示）。

方案分析：由CAE分析結(jié)果可以看出，加強方案能提升碰撞性能，但由于加強主要在前圍右側(cè)，處于中部的離合踏板跳動量距目標還有一定的差距。而且，新油門踏板安裝支架成型性差，方案難實施。方案二分析結(jié)果見表3。

3.3 方案三

方案描述：在前圍內(nèi)側(cè)的前圍下中延伸板上增加支撐板，連接到前圍板前橫梁腔體處，提升前圍中部剛度（如圖5所示）。

方案分析：由CAE分析結(jié)果可以看出，此方案對碰撞性能有明顯的提升，但距目標還有少量差距，還需進一步改進。方案三分析結(jié)果見表4。

3.4 方案四

方案描述：在方案三的基礎(chǔ)上對前圍板加強板進行改進，將前圍板加強板上、下部分別延伸到前隔板下安裝及前圍板前橫梁腔體處，進一步提升前圍剛度（如圖6所示）。

方案分析：CAE分析結(jié)果中各項指標都達到目標，碰撞性能得到了提升。方案四分析結(jié)果見表5。

4 方案選擇和實施

方案最終選定方案四：在前圍內(nèi)側(cè)的前圍下中延伸板上增加支撐板，連接到前圍板前橫梁腔體處，同時將前圍外側(cè)的前圍板加強板上、下部分別延伸到前隔板下安裝及前圍板前橫梁腔體處。該方案利用前隔板下安裝及前圍板前橫梁的腔體結(jié)構(gòu)，極大地增強了前圍區(qū)域結(jié)構(gòu)的剛度，提升了碰撞性能，進而提高了整車的安全性。

5 總結(jié)

在對某右舵車型前圍板總成結(jié)構(gòu)的改進過程中，我們嘗試了在各個區(qū)域加強，并進行優(yōu)化，最終得到了滿足性能要求的改進方案，提高了整車安全性。通過各個方案的對比和優(yōu)化，我們收獲了提升碰撞性能的一些思路和經(jīng)驗，對今后類似問題的解決提供了很好的參考案例，且對后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義。

參 考 文 獻

[1]張金換，杜匯良，馬春生，等.汽車碰撞安全性設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2]黃金陵.汽車車身設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，

2007.

[3]成艾國，沈陽，姚佐平.汽車車身先進設(shè)計方法和流程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[責任編輯：鐘聲賢]