某SUV車型頂部抗壓強(qiáng)度車身結(jié)構(gòu)研究

陳云　閆躍奇　楊春花

摘 要：本文結(jié)合《乘用車頂部抗壓強(qiáng)度》國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)外頂部抗壓要求發(fā)展趨勢，同時介紹了實(shí)驗的準(zhǔn)備和實(shí)施的過程，以某SUV車型車身結(jié)構(gòu)提升為例，對頂部抗壓如何達(dá)到《中國保險汽車安全指數(shù)》頂部抗壓優(yōu)秀目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，使其滿足更高的車頂抗壓強(qiáng)度要求，為乘用車頂部抗壓強(qiáng)度設(shè)計開發(fā)提供支持。

關(guān)鍵詞：頂部抗壓 車身結(jié)構(gòu)

Research on the Top Compressive Strength Body Structure of a Certain SUV Model

Chen Yun Yan Yueqi Yang Chunhua

Abstract：This article combines the national compulsory standard of "Passenger Car Top Compressive Strength" and the development trend of top compression requirements at home and abroad. At the same time， the preparation and implementation process of the experiment are introduced. How to achieve compressive resistance at the top of the "China Insurance Automobile Safety Index" is optimized to meet higher requirements for roof compressive strength and provide support for the design and development of passenger car roof compressive strength.

Key words：top compression， body structure

1 國家標(biāo)準(zhǔn)解讀

1.1 國家標(biāo)準(zhǔn)

GB26134-2010《乘用車頂部抗壓強(qiáng)度》（以下簡稱“國標(biāo)”），其標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容主要是參照美國聯(lián)邦機(jī)動車法規(guī)的內(nèi)容進(jìn)行展開的，所以在主體的技術(shù)路線以及實(shí)現(xiàn)方法上，保持著一致。其項目的性能要求指標(biāo)是在承受著1.5倍壓力時，車輛的頂部變形不得超過127mm。為此文章重點(diǎn)介紹國標(biāo)內(nèi)容的實(shí)驗車型以及要求方法[2]。

1.2 細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)

在各類標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，GB26134-2010、FMVSS 216和FMVSS 216a的車頂靜態(tài)加載試驗程序基本相同。只是FMVSS 216a對被測試車輛頂部抗壓強(qiáng)度提出了更高的要求。首先是在適用的范圍上，GB26134-2010僅僅是應(yīng)用在敞篷車以外的M1類型的車輛上進(jìn)行應(yīng)用。FMVSS 216和FMVSS 216a表準(zhǔn)是適用于乘用車、多用途乘用車、輕型貨車和公共汽車等汽車類型[3]。其次是對承載的極限值上進(jìn)行了限定，GB26134-2010與FMVSS 216當(dāng)中對于加載裝置的移動量上進(jìn)行相應(yīng)的情況設(shè)置，移動量在不大于127mm的基礎(chǔ)之上，加載的載荷需要達(dá)到車輛整備重量的1.5倍，不超過22240N;同時還新增了受力測試的相關(guān)內(nèi)容，在前排位置處增加了頭部模型，加載裝置移動量達(dá)到127mm時，車頂與頭部模型的接觸壓力不能夠大于222N。

1.3 國內(nèi)外發(fā)展趨勢

其次在汽車質(zhì)量的上限要求中，其總質(zhì)量需要不超過2722kg。同時兩側(cè)車頂應(yīng)能承受的載荷由整備質(zhì)量1.5倍提升為整備質(zhì)量的3倍。除此之外，F(xiàn)MVSS216a標(biāo)準(zhǔn)還增加了位于50%的成年男性的頭部位置，頭部模型所受載荷不大于222N，目的是為了能夠在發(fā)生側(cè)翻時，避免由于車內(nèi)乘員頭部受到擠壓后產(chǎn)生變形進(jìn)而造成致命傷害。另外，C-IASI -2017《中國保險汽車安全指數(shù)》規(guī)程中，第2部分：車內(nèi)乘員安全指數(shù) ，車頂強(qiáng)度評價規(guī)程，第2部分：車內(nèi)乘員安全指數(shù)中規(guī)定車頂強(qiáng)度評級達(dá)到優(yōu)秀目標(biāo)，施加載荷須滿足≥4倍車重;

2 試驗方法綜述

2.1 測試樣品準(zhǔn)備與固定

測試的樣品應(yīng)該是整車或者是具備全部結(jié)構(gòu)部件的白車身。將車身底梁或者是底盤車架剛性的固定在剛性的水平面上。以保證在實(shí)驗進(jìn)行的過程當(dāng)中使車身以及整車的性能能夠得到充分的支撐，在車輛在橫向方向上，支撐面與水平參考面之間的夾角為（0±0.25）°，同時車輛兩側(cè)縱梁支撐面與水平面的夾角為（0±0.25）°，在側(cè)向方向上，也要對車輛進(jìn)行剛性的固定。

2.2 測試設(shè)備

在實(shí)際進(jìn)行測試的過程當(dāng)中，測試環(huán)節(jié)采用的加載設(shè)備主要是以方形設(shè)備為主，其剛度保持不變，下表面的面積應(yīng)該為長方形的平面。同時在縱向軸線的加載活動中，需要沿著水平面向下進(jìn)行傾斜，傾斜的角度最好再5°范圍以內(nèi)。加載設(shè)備與輔助固定裝置如圖1所示。

2.3 加載位置與荷載施加

在始終保持著傾斜方向的加載力度基礎(chǔ)上，向下移動加載裝置，直至長方形的加載裝置與車頂表面直接接觸。所以在不斷的調(diào)整加載位置的同時，需要保持著加載設(shè)備的下表面縱向的中心向是重要與車頂?shù)慕佑|點(diǎn)進(jìn)行接觸。使加載位置位于后邊緣的重點(diǎn)位置。直至加載的值滿足規(guī)定所要求的數(shù)據(jù)，并且要求整個實(shí)驗需要在120s內(nèi)完成。

3 乘用車頂部抗壓強(qiáng)度的設(shè)計要點(diǎn)

3.1 基礎(chǔ)模型分析

通過CAE模擬方法為基礎(chǔ)使用平臺，通過HyperMesh軟件建立模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過LS-DYNA軟件進(jìn)行計算，HyperView為后處理，其中模型包括，車身骨架有限元模型，側(cè)門、后背門有限元模型，前風(fēng)擋有限元模型，加載壓板模型，如圖2所示，車身骨架關(guān)鍵零件清單如表1所示。通過分析，車門強(qiáng)度及車身骨架自身強(qiáng)度，尤其是車身骨架A柱、B柱、上邊梁等強(qiáng)度是反映汽車車身品質(zhì)的重要指標(biāo)，對于提高車輛的安全性能具有重要意義。車身結(jié)構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、搭接形式等設(shè)計是乘用車頂部設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)，同時也是行業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

加載裝置向下運(yùn)動0～127mm過程中反作用力如圖3所示：

通過分析，原車型方案是滿足3倍車重，即不僅滿足GB26134-2010標(biāo)準(zhǔn)，同時也滿足GB26134-2019草案中3倍車重要求;基于當(dāng)前國內(nèi)安全要求的提升，為此本文結(jié)合著C-IASI -2017（中國保險汽車安全指數(shù)）中的頂部抗壓要求提出了具體的解決方案。

3.2 提升方案

針對C-IASI（中國保險汽車安全指數(shù)）中車內(nèi)乘員艙安全指數(shù)的相關(guān)要求，以車身頂部抗壓達(dá)到優(yōu)秀目標(biāo)（即滿足載荷≥4倍整備重量）為基本要求。車身的設(shè)計結(jié)合著實(shí)際情況做了如下提升。首先，B柱加強(qiáng)板內(nèi)增加了B柱加強(qiáng)板補(bǔ)丁板，A柱上加強(qiáng)板內(nèi)也增加了A柱加強(qiáng)補(bǔ)丁板;其次，B柱加強(qiáng)板補(bǔ)丁板及A柱加強(qiáng)補(bǔ)丁板材質(zhì)料厚按方案1、方案2、方案3、方案4（表2）進(jìn)行設(shè)置配比;通過分析方案3能夠滿足4倍車重要求;方案的設(shè)置情況如表2所示。方案的設(shè)計情況，方案3能夠有效地保證參數(shù)的基本要求，能夠達(dá)到最終的實(shí)際效果。

4 結(jié)論

本文結(jié)合國內(nèi)外乘用車頂部抗壓要求發(fā)展趨勢以及實(shí)驗內(nèi)容和體系進(jìn)行展開，以此為基礎(chǔ)不斷的改進(jìn)產(chǎn)品以及硬件水平。傳統(tǒng)的被動式的安全部件已經(jīng)逐漸的融入了主動的安全技術(shù)，同時結(jié)合CAE模擬仿真技術(shù)以及實(shí)驗測試的相關(guān)要求，以某乘用車為例，開展了乘用車頂部抗壓強(qiáng)度的設(shè)計要點(diǎn)，并以此開展了幾項實(shí)驗設(shè)計，并依據(jù)實(shí)驗結(jié)果確定了最優(yōu)的實(shí)驗方案。單一的強(qiáng)調(diào)某一項指標(biāo)對于成員的保護(hù)是片面的綜合來考慮各項安全指標(biāo)，才能真正提升車輛的安全性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王陽，畢騰飛，王坤，王培中.乘用車頂部抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)解讀[A].中國汽車工程學(xué)會.2013中國汽車工程學(xué)會年會論文集[C].中國汽車工程學(xué)會：中國汽車工程學(xué)會，2013：4.

[2]侯雄偉，蘇小平.某中型校車頂部強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].客車技術(shù)與研究，2014，36（01）：19-22.