某車型Latin-NCAP側(cè)柱碰優(yōu)化研究

摘 要：根據(jù) 2026版latin-NCAP側(cè)柱碰評(píng)價(jià)規(guī)程，利用HyperMesh建立有限元模型，仿真發(fā)現(xiàn)B柱、前門、門檻、座椅安裝點(diǎn)變形量不滿足要求。針對(duì)此問題，結(jié)合側(cè)柱碰特性，增加擠壓鋁門檻梁和雙排熱氣脹管梁進(jìn)行仿真優(yōu)化，然后試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，通過擠壓鋁門檻梁和雙排熱氣脹管梁技術(shù)能有效的減少B柱、前門、門檻、座椅安裝點(diǎn)的變形，保證乘員艙空間。

關(guān)鍵詞：氮側(cè)柱碰 有限元模型 擠壓鋁門檻梁 熱氣脹管梁

近年來，中國汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，越來越多的汽車出口南美地區(qū)，南美地區(qū)的新車評(píng)價(jià)規(guī)程（Latin-NCAP）作為衡量汽車碰撞安全水平的重要依據(jù)，備受汽車企業(yè)和消費(fèi)者的關(guān)注。2026版Latin-NCAP主要包含3個(gè)工況，分別是64km/h偏置碰、60km/h側(cè)碰、32km/h側(cè)柱碰，其中32km/h側(cè)柱碰考核難度最高，最容易對(duì)乘員造成傷害。側(cè)柱碰用于模擬汽車出現(xiàn)側(cè)滑而撞擊大樹、電線桿、指示牌立柱等柱狀物所發(fā)生的交通事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)，側(cè)面碰撞事故導(dǎo)致死亡的案例中，有38%是因?yàn)槌藛T頭部撞到柱狀物體造成的[1]。

車體結(jié)構(gòu)是決定乘用車被動(dòng)安全性的最重要因素之一，是所有被動(dòng)安全配置匹配的基礎(chǔ)，合理的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)再加上約束系統(tǒng)的最佳匹配才能為乘員提供高標(biāo)準(zhǔn)的安全性能[2]由于汽車側(cè)柱碰沒有如正碰和后碰那樣有足夠的空間進(jìn)行變形吸能，因此一旦發(fā)生側(cè)柱碰撞擊，乘員生存空間就會(huì)受到嚴(yán)重的威脅，所以保證乘員艙的完整性至關(guān)重要。

本文根據(jù)2026版Latin-NCAP規(guī)程，針對(duì)某車型側(cè)柱碰中存在的車身結(jié)構(gòu)變形過大，乘員生存空間不足的問題，通過仿真手段，利用熱氣脹管梁、擠壓鋁門檻梁等手段優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)側(cè)柱碰安全性能進(jìn)行研究。

1 側(cè)柱碰車身耐撞性研究

1.1 2026版Latin-NCAP側(cè)柱碰評(píng)價(jià)規(guī)程

根據(jù) 2026版Latin-NCAP側(cè)柱碰評(píng)價(jià)規(guī)程，剛性柱靜止不動(dòng)，車輛以32km/h的速度，以與車輛縱向中心線形成75°的方向撞擊剛性柱，剛性柱表面中心線對(duì)準(zhǔn)車輛碰撞側(cè)外表面與通過假人頭部重心垂直平面的交叉線。在主副駕各放置一個(gè) WorldSID 50 th假人，用以評(píng)估乘員的受傷害情況。側(cè)柱碰示意圖如圖1所示。

1.2 某車型的側(cè)柱碰建模

基于某車型，通過HyperMesh建立側(cè)柱碰有限元模型，模型主要包括白車身、車門、底盤、動(dòng)力總成、座椅等，主副駕放置配重假人，不考察傷害值。在進(jìn)行建模規(guī)劃時(shí)，單元尺寸和類型需要充分考慮計(jì)算機(jī)資源、人力資源以及計(jì)算精度的平衡。在既要保證效率又要保證精度的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同部件采用不同的網(wǎng)格尺寸和類型，門檻、地板橫梁等容易出現(xiàn)焊點(diǎn)失效及鈑金撕裂的地方;采用精細(xì)化建模，網(wǎng)格尺寸采用2×2mm，焊點(diǎn)類型采用8hexa-acm（shell gap+coating），并設(shè)置失效模式，如圖2所示；其他部件采用常規(guī)建模，網(wǎng)格尺寸采用8×8mm，最小單元控制在3mm以上。設(shè)置加載、邊界條件、接觸參數(shù)及計(jì)算時(shí)間（120ms）等，最終得到整車側(cè)柱碰模型，如圖3所示。

1.3 碰撞結(jié)果分析

把側(cè)柱碰模型提交LS-DYNA求解器計(jì)算，輸出B柱上、B柱中、B柱下、前門上、前門中、前門下的侵入量曲線及4個(gè)座椅安裝點(diǎn)X、Y、Z三向變形量的最大值，各點(diǎn)位置如圖4所示，B柱、前門的侵入量曲線如圖5所示。

由圖5的侵入量變化趨勢可以看出，B柱和前門各點(diǎn)的侵入量整體趨勢保持一致：0ms，車輛開始接觸剛性柱，然后侵入量隨著時(shí)間的深入快速增大，90ms左右達(dá)到最大值，之后逐漸減小，說明此時(shí)發(fā)生回彈。各測量點(diǎn)中，侵入量最大的位置位于前門上，此處為剛性柱撞擊的正中央，也是處于駕駛員乘坐位置。前門上中下侵入量總體偏大于比B柱上中下坐位置B柱上中下，說明剛性柱對(duì)前門的沖擊比B柱大。而前門的侵入量的大小很大程度上取決于門檻、地板橫梁的強(qiáng)度。

把B柱上、B柱中、B柱下、前門上、前門中、前門下的侵入量最大值及4個(gè)座椅安裝點(diǎn)X、Y、Z變形量的最大值統(tǒng)計(jì)到表1中，可以看出B柱、前門、座椅安裝點(diǎn)都不同程度超過目標(biāo)要求，其中B柱上中位置侵入量剛超過目標(biāo)值，前門上侵入量和座椅安裝點(diǎn)Y向、Z向變形量嚴(yán)重超出目標(biāo)值，分別達(dá)到373.5mm、104.6mm、160.9mm，說明此處變形嚴(yán)重，應(yīng)重點(diǎn)優(yōu)化。

2 側(cè)柱碰優(yōu)化

2.1 側(cè)柱碰優(yōu)化方案

側(cè)柱碰的變形和車身眾多結(jié)構(gòu)有關(guān)，包括車門、A柱、B柱、門檻、地板橫梁等，想要減少側(cè)柱碰車身變形，需要進(jìn)行多方面改進(jìn)。綜合考慮車身重量、成本、工藝及制造等相關(guān)因素，確定從兩方面減少側(cè)柱碰變形。

2.1.1 增加擠壓鋁門檻梁提高門檻強(qiáng)度

擠壓鋁門檻梁不僅對(duì)提升車身承載能力和抵抗側(cè)碰變形具有舉足輕重的作用，而且輕量化效果顯著，通過拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)[3]，結(jié)合某車型門檻空間結(jié)構(gòu)，降低門檻支架高度，然后在門檻支架上增加擠壓鋁門檻梁，擠壓鋁門檻梁方案如圖6所示。

2.1.2 增加熱氣脹管梁和地板橫梁減小中通道的折彎

熱氣脹技術(shù)不僅可成型變截面閉合管梁，實(shí)現(xiàn)模內(nèi)一體成型，零件剛度好，而且熱氣脹管梁抗拉強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，且高溫成型回彈小、成型精度高[4]。根據(jù)某車型的地板特征，在座椅后腳安裝橫梁內(nèi)部增加雙排熱氣脹管梁（材料B1500HS/厚度2.5mm），長度延伸到左右門檻，同時(shí)在地板下新增一根橫梁（材料780DP/厚度1.5mm），如圖7所示。

2.2 側(cè)柱碰仿真優(yōu)化結(jié)果

為了驗(yàn)證車身優(yōu)化方案的效果，按上述方案更新模型后提交LS-DYNA計(jì)算，輸出仿真動(dòng)畫和侵入變形。比較優(yōu)化前后各測量點(diǎn)的侵入量和變形，如表2所示。前門、門檻、座椅安裝橫梁的變形如圖8～10所示。

通過表2和圖8～10可知，優(yōu)化方案的侵入量總體變化趨勢和原模型一致，侵入量最大的位置仍然位于前門上，最由373.5mm降低到298.3mm，B柱、座椅安裝點(diǎn)的侵入量也出現(xiàn)了不同程度的降低，均小于目標(biāo)值，滿足目標(biāo)值要求，因此可以得出，優(yōu)化方案的侵入量得到明顯的改善，具有更好抵抗變形的能力，保證乘員艙空間，確保乘員安全。

3 實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)優(yōu)化方案的可靠性和準(zhǔn)確性，根據(jù)仿真結(jié)果，組織實(shí)物造車并進(jìn)行整車碰撞試驗(yàn)，以驗(yàn)證試驗(yàn)仿真分析結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果差異，為改進(jìn)當(dāng)前產(chǎn)品及后續(xù)項(xiàng)目側(cè)柱碰安全性能提供依據(jù)，碰撞后車輛變形的仿真和試驗(yàn)變形對(duì)比如圖11所示。通過現(xiàn)場觀察及測量比較，仿真模擬和試驗(yàn)的車輛變形基本吻合，獲取各測量點(diǎn)的侵入量表3所示。

通過表3可知，試驗(yàn)的B柱、前門、座椅等侵入變形和仿真基本保持一致，侵入量最大值均位于前門上的位置，分別為298.3mm和294.1mm，誤差為1.43%，各測量點(diǎn)侵入量的最大誤差為9.64%，屬于合理工程應(yīng)用范圍內(nèi)。表明了仿真模型的可靠性和準(zhǔn)確性，具有開發(fā)指導(dǎo)意義。

4 結(jié)語

（1）通過HyperMesh建立有限元模型，門檻、地板橫梁采用精細(xì)化建模，網(wǎng)格尺寸采用2×2mm，焊點(diǎn)類型采用8hexa-acm（shell gap+coating），并設(shè)置失效模式，其他部件采用常規(guī)建模，仿真結(jié)果具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性，具有開發(fā)指導(dǎo)意義。

（2）侵入量最大的位置位于前門上，此處為剛性柱撞擊的正中央，也是處于駕駛員乘坐位置，應(yīng)特別關(guān)注。

（3）通過擠壓鋁門檻梁和雙排熱氣脹管梁技術(shù)能有效的減少B柱、前門、門檻、座椅安裝點(diǎn)的變形，保證乘員艙空間，確保乘員安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏丁，邸曙升，張建，等.基于大壁障側(cè)碰和側(cè)柱碰性能平衡的B柱和門檻優(yōu)化[C].中國汽車工程學(xué)會(huì)，2021：294-299

[2]管立君，肖海濤，祁洪娟，等.某車型正面偏置碰撞中踏板侵入超標(biāo)的優(yōu)化[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2013，4（03）：232-237.

[3]董宗岐.電動(dòng)汽車擠壓鋁門檻梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].中國汽車，2024（06）：29-37.

[4]聶曉旭，闖超.熱氣脹技術(shù)在無B柱車身上的應(yīng)用[J].時(shí)代汽車，2024（24）：135-138.