某MPV車型前牽引裝置結(jié)構(gòu)布置對(duì)正碰性能提升的優(yōu)化

摘 要：前牽引裝置（前拖鉤）需滿足國標(biāo)GB32087要求，本文通過分析廂貨MPV車型前拖鉤布置在左前縱梁前端導(dǎo)致前端碰撞區(qū)域結(jié)構(gòu)剛性高，碰撞中縱梁無法壓潰，左右縱梁傳力不均、壓潰失穩(wěn)，前圍板侵入量大無法滿足國標(biāo)耐撞性要求等問題，優(yōu)化前拖鉤布置于前防撞梁，優(yōu)化左右前縱梁結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)計(jì)，調(diào)整左右縱梁剛度設(shè)計(jì)，改善100%正面碰撞左右側(cè)縱梁變形模式，同時(shí)滿足前拖鉤強(qiáng)度要求和車型國標(biāo)耐撞性要求，為廂貨MPV車型前端牽引裝置結(jié)構(gòu)及布置優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：廂貨MPV 前牽引裝置 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 100%正面碰撞

基于汽車使用場景多元化，消費(fèi)者對(duì)汽車安全性能關(guān)注度越來越高。廂貨MPV由于貨廂容積要求前懸較短，正面碰撞前防撞梁及前縱梁壓潰吸能空間不足，導(dǎo)致碰撞侵入量大，損害駕乘人員安全。前牽引裝置（前拖鉤）要滿足國標(biāo)GB32087要求，需具有良好的強(qiáng)度和剛性，不易發(fā)生變形[1-2]。本文通過分析某廂貨MPV前拖鉤布置形式對(duì)正面碰撞性能的影響，結(jié)合CAE分析，優(yōu)化前拖鉤布置，有效降低正面碰撞左右側(cè)加速度差異，提升碰撞過程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少前圍板侵入量，提升碰撞性能，為廂貨車前拖鉤設(shè)計(jì)提供參考。

1 原型車前拖鉤方案簡介

圖1所示為本文研究對(duì)象廂貨MPV車型：前懸較短，前排駕乘人員距離車身前防撞梁X向近，前端L104約為700～900mm。

原型車前拖鉤結(jié)構(gòu)如圖2所示：前拖鉤布置左前縱梁前端，拖鉤螺管通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和縱梁焊接，防撞梁本體設(shè)計(jì)拖車鉤過孔。

1.1 原型車前拖鉤強(qiáng)度分析

本文原型車滿載質(zhì)量為3000kg，前拖鉤應(yīng)能承受最小靜載荷為14700N。如圖3所示，前拖鉤強(qiáng)度分析從5個(gè)方向施加靜載荷，施加靜載荷F[3-4]。基于CAE分析和過往車型開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將前拖鉤強(qiáng)度法規(guī)要求轉(zhuǎn)化為仿真設(shè)計(jì)指標(biāo)，仿真分析時(shí)加載點(diǎn)最大位移小于20mm，拖鉤區(qū)域車身結(jié)構(gòu)件應(yīng)變小于5%即判斷能滿足法規(guī)要求。

原型車前拖鉤強(qiáng)度分析如表1所示：拉伸工況一/三、壓縮工況一/三 4個(gè)工況能滿足位移變形和應(yīng)變要求；拉伸工況二/四/五、壓縮工況二/四/五 6個(gè)工況變形均超目標(biāo)值要求，其中同時(shí)有3個(gè)工況應(yīng)變超5%目標(biāo)值，不滿足牽引裝置強(qiáng)度要求，存在結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 原型車100%正面碰撞分析

根據(jù)國標(biāo)GB 11551汽車正面碰撞乘員保護(hù)[5]要求及過往車型開發(fā)，原型車100%正面碰撞分析結(jié)果如圖4所示：

（1）前圍板最大侵入量為124mm，滿足目標(biāo)值≤150mm要求；

（2）轉(zhuǎn)向管柱X向侵入量位移57.9mm，滿足目標(biāo)值≤75mm要求；

（3）左B柱加速度峰值41.8g，右側(cè)45.3g，右側(cè)不滿足目標(biāo)值≤45g要求，左右側(cè)加速度峰值差異3.5g。

CAE碰撞分析車身變形過程如圖5所示：圖a為碰撞初始階段；圖b為碰撞過程階段，圖c為碰撞結(jié)束階段。

原型車碰撞變形過程可以看出左前縱梁前端拖鉤區(qū)域結(jié)構(gòu)剛性高，碰撞過程中近似剛體沒有發(fā)生變形，右前縱梁無對(duì)稱加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，碰撞初始階段車身與壁障接觸時(shí)右前縱梁前端先壓潰變形，左右縱梁傳力不均，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，碰撞中車身整體向右側(cè)彎折。前拖鉤結(jié)構(gòu)布置在左前縱梁前端導(dǎo)致左右縱梁前端結(jié)構(gòu)剛性差異，造成碰撞時(shí)右側(cè)B柱加速度增大同時(shí)左右側(cè)B柱加速度峰值差異大，結(jié)構(gòu)耐撞性不佳。

2 前拖鉤結(jié)構(gòu)優(yōu)化

前拖鉤結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案如圖6所示：拖車鉤套管布置到前防撞梁，拖車鉤加強(qiáng)板、前防撞梁本體弧焊連接，X向設(shè)計(jì)4個(gè)支撐翻邊10個(gè)焊點(diǎn)連接，防撞梁總成和縱梁采用4個(gè)M10螺栓連接。

2.1 前拖鉤強(qiáng)度分析

優(yōu)化方案前拖鉤強(qiáng)度分析結(jié)果如表2所示：拉伸、壓縮10個(gè)工況加載點(diǎn)位移均小于20mm，拖鉤安裝點(diǎn)應(yīng)變均小于4.5%，滿足應(yīng)變5%目標(biāo)值同時(shí)安全裕度合理，失效風(fēng)險(xiǎn)小，可滿足牽引裝置法規(guī)要求。

2.2 前拖鉤優(yōu)化結(jié)構(gòu)正碰分析

前拖鉤優(yōu)化結(jié)構(gòu)100%正面碰撞分析結(jié)果如圖7所示：

（1）前圍板最大侵入量114.9mm，滿足目標(biāo)值≤150mm要求，相比原結(jié)構(gòu)侵入量減少9.1mm；

（2）轉(zhuǎn)向管柱X向侵入量52.2mm，滿足目標(biāo)值≤75mm要求，相比原結(jié)構(gòu)降低5.7mm；

（3）B柱加速度左側(cè)峰值為40.6g，右側(cè)為40.9g，滿足目標(biāo)值≤45g要求，同時(shí)左右側(cè)差異為0.3g。

CAE碰撞分析前拖鉤優(yōu)化結(jié)構(gòu)車身變形如圖8所示：圖a為碰撞初始車身/壁障剛接觸階段；圖b為碰撞過程階段，圖c為碰撞結(jié)束階段。

碰撞變形過程顯示結(jié)構(gòu)優(yōu)化后左右縱梁碰撞壓潰穩(wěn)定，左右側(cè)B柱加速度峰值差異0.3g，左右側(cè)同步壓潰變形，車身前圍最大侵入量、轉(zhuǎn)向管柱X向侵入量均有所降低，說明前拖鉤調(diào)整至前防撞梁上優(yōu)化左右縱梁前端結(jié)構(gòu)剛性，減少由于布置拖鉤結(jié)構(gòu)引起的左右縱梁前端鋼性差異，可以有效改善正碰車身變形模式，提升碰撞性能。

3 結(jié)語

本文通過分析短前懸?guī)汳PV車型前拖鉤布置在縱梁前端導(dǎo)致左右縱梁剛性差異，碰撞變形失穩(wěn)的問題，通過調(diào)整前拖鉤布置于防撞梁上優(yōu)化左右縱梁剛性匹配，正碰車身變形壓潰穩(wěn)定，降低前圍板碰撞侵入量和B柱左右側(cè)加速度差異，提升車身正碰性能，為廂貨MPV車型前拖鉤設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]輕型汽車牽引裝置：GB 32087-2015[S].

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[5]汽車正面碰撞的乘員保護(hù)：GB 11551-2014[S].