汽車相關(guān)部件對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響研究

胡雷，范彬彬，王章平，張寶航，柳惠君，李月明

(吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江杭州 311228 )

0 引言

汽車車頂強(qiáng)度試驗(yàn)是考查車輛發(fā)生翻滾時(shí)車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的一項(xiàng)重要測(cè)試手段。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于早期生產(chǎn)的車輛成本高、數(shù)量有限，為了節(jié)約資源，在進(jìn)行汽車頂強(qiáng)度性能驗(yàn)證時(shí)以白車身為主，造成仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在一定的差異。同時(shí)由于白車身與實(shí)車的差異，白車身車頂強(qiáng)度試驗(yàn)與C-IASI車頂強(qiáng)度正式試驗(yàn)結(jié)果存在差異，不同項(xiàng)目之間與C-IASI的車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果差異的區(qū)間范圍較大。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)過(guò)程中的車頂強(qiáng)度試驗(yàn)樣件安裝程度，樣件狀態(tài)不完全一樣，造成各項(xiàng)目與C-IASI試驗(yàn)結(jié)果的差異波動(dòng)較大。目前國(guó)內(nèi)外各主機(jī)廠也進(jìn)行了相關(guān)的研究分析。相關(guān)資料顯示影響車頂強(qiáng)度試驗(yàn)車身變形的關(guān)鍵部位為A柱、B柱、頂蓋橫向等[1]，其中B柱及上橫梁對(duì)車頂抗壓性能的影響較大，A柱、頂蓋第一橫梁的影響次之，頂蓋第二橫梁對(duì)其影響較弱[2]。但在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，車門、天窗和前擋風(fēng)玻璃在車頂強(qiáng)度試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響程度研究較少。

為縮短仿真計(jì)算時(shí)間，提高仿真與試驗(yàn)之間的一致性，同時(shí)讓開(kāi)發(fā)過(guò)程中的白車身的車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與整車的試驗(yàn)結(jié)果更具有參考意義，本文作者基于白車身對(duì)多個(gè)車型項(xiàng)目進(jìn)行仿真計(jì)算，研究在車頂強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程中，前擋風(fēng)玻璃、天窗、車門等相關(guān)部件對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響程度，并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)影響因子進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果梳理出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)開(kāi)發(fā)測(cè)試方法流程。

1 C-IASI車頂強(qiáng)度試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)方法

1.1 車頂強(qiáng)度試驗(yàn)方法

如圖1和圖2所示，車輛完成準(zhǔn)備工作后放置在門檻支撐系統(tǒng)上，并進(jìn)行固定。使用長(zhǎng)為1 829 mm、寬為762 mm的載荷壓板進(jìn)行軸向加載。試驗(yàn)前壓板縱軸前傾角需調(diào)節(jié)到水平向下 5°±0.5°(側(cè)視)，橫軸外傾角需調(diào)節(jié)到水平向下 25°±0.5°(前視)。加載壓板前緣中點(diǎn)位于試驗(yàn)車輛頂部縱向中心線最前點(diǎn)之前(254±10)mm[3]。當(dāng)一切準(zhǔn)備工作就緒后，加載壓板以約5 mm/s的速度施加載荷直至加載位移不小于127 mm，并通過(guò)加載壓板上的力傳感器獲得力位移曲線。

圖1 右視圖

圖2 前視圖

1.2 車頂強(qiáng)度試驗(yàn)等級(jí)評(píng)價(jià)方法

車頂強(qiáng)度等級(jí)基于試驗(yàn)過(guò)程中在壓板位移量127 mm范圍內(nèi)測(cè)得的峰值載荷與車重(整備質(zhì)量狀態(tài))之比(SWR)進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。根據(jù)不同的SWR值進(jìn)行評(píng)分評(píng)級(jí)。評(píng)級(jí)主要分為優(yōu)秀、良好、一般和較差4種，具體評(píng)級(jí)見(jiàn)表1。

表1 車頂強(qiáng)度評(píng)級(jí)界限

2 車門、天窗和前擋風(fēng)玻璃在車頂強(qiáng)度試驗(yàn)中的影響

2.1 車頂強(qiáng)度仿真矩陣及仿真結(jié)果

將車門、天窗和前擋風(fēng)玻璃作為車頂強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的因素，并確定了4種工況進(jìn)行頂壓仿真計(jì)算，如表2和表3所示，選用6個(gè)車型每個(gè)車型按照表2所示的4種工況進(jìn)行車頂強(qiáng)度試驗(yàn)仿真計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算得到的載荷峰值與整備質(zhì)量進(jìn)行比值得出各車型的SWR值，結(jié)果如表3所示。

表2 測(cè)試方案匯總

表3 各項(xiàng)目仿真結(jié)果SWR值匯總

2.2 前擋風(fēng)玻璃、天窗和車門在車頂強(qiáng)度試驗(yàn)中的影響

車門對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響計(jì)算方法為：

天窗對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響計(jì)算方法為：

前擋風(fēng)玻璃對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響計(jì)算方法為：

如圖3所示，通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，車門、天窗和前擋風(fēng)玻璃對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)的SWR值存在一定影響。進(jìn)一步對(duì)比看出，車門對(duì)車頂強(qiáng)度結(jié)果的影響較小，而前擋風(fēng)玻璃和天窗對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響都較為顯著。

圖3 各項(xiàng)目車門、天窗和前擋風(fēng)玻璃影響占比

2.3 車頂強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證

考慮到試驗(yàn)的破壞性和不可重復(fù)性，搭載K1、C1、N1 3個(gè)車型項(xiàng)目分別驗(yàn)證車門、天窗和前擋風(fēng)玻璃對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)矩陣見(jiàn)表4。

表4 車頂強(qiáng)度試驗(yàn)矩陣

2.3.1 車門對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響

如表5所示，K1車型Case1安裝車門、天窗、前擋風(fēng)玻璃，車頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的載荷峰值為76.67 kN，其SWR值為4.35。Case2安裝天窗、前擋風(fēng)玻璃，未安裝車門，試驗(yàn)后的載荷峰值為76.54 kN，其SWR值為4.34。通過(guò)計(jì)算，該項(xiàng)目中沒(méi)有前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行車頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的SWR值降低了0.2%，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不明顯，與仿真的分析結(jié)果一致。K1車型車頂強(qiáng)度載荷曲線如圖4所示。

表5 K1車型車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 K1車型車頂強(qiáng)度載荷曲線

2.3.2 天窗對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響

如表6所示，C1車型Case3安裝天窗和前擋風(fēng)玻璃，車頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的載荷峰值為74.01 kN，其SWR值為4.89。Case4安裝前擋風(fēng)玻璃，未安裝天窗，試驗(yàn)后的載荷峰值為53.34 kN，其SWR值為3.52。通過(guò)計(jì)算，該項(xiàng)目中沒(méi)有前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行車頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的SWR值降低了28%，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響明顯，也與仿真的分析結(jié)果一致。C1車型車頂強(qiáng)度載荷曲線如圖5所示。

表6 C1車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 C1車型車頂強(qiáng)度載荷曲線

2.3.3 前擋風(fēng)玻璃對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的影響

如表7所示，N1車型Case5安裝天窗和前擋風(fēng)玻璃，車頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的載荷峰值為65.63 kN，其SWR值為4.06。Case6安裝天窗，未安裝前擋風(fēng)玻璃，試驗(yàn)后的載荷峰值為46.78 kN，其SWR值為2.89。通過(guò)計(jì)算，該項(xiàng)目中沒(méi)有前擋風(fēng)玻璃進(jìn)行車頂強(qiáng)度試驗(yàn)后的SWR值降低了28.8%，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響明顯，也與仿真的分析結(jié)果一致。N1車型車頂強(qiáng)度載荷曲線如圖6所示。

表7 N1車型車頂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖6 N1車型車頂強(qiáng)度載荷曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

文中根據(jù)C-IASI的車內(nèi)乘員安全指數(shù)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)程和評(píng)價(jià)規(guī)程，對(duì)車型車頂強(qiáng)度性能開(kāi)發(fā)過(guò)程樣件安裝程度的試驗(yàn)結(jié)果影響進(jìn)行分析驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，車門對(duì)車頂強(qiáng)度試驗(yàn)的影響較小，前擋風(fēng)玻璃和天窗對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較為明顯。基于此形成了內(nèi)部的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證程序，即在車頂強(qiáng)度的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證階段，需要安裝天窗和前擋風(fēng)玻璃，不安裝車門。既降低試驗(yàn)樣件成本，同時(shí)通過(guò)固化的內(nèi)部測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)積累試驗(yàn)結(jié)果，并有利于與正式的車頂強(qiáng)度指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)分析，以獲得更加穩(wěn)定的差異用于開(kāi)發(fā)階段的預(yù)判。

由于各車型項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在差異，受限于試驗(yàn)資源，故只能定性地進(jìn)行分析，未能對(duì)車門、天窗、前擋風(fēng)玻璃之間的交互作用進(jìn)行分析。