基于保险指数侧面碰撞工况的仿真分析方法研究

基于保险指数侧面碰撞工况的仿真分析方法研究

詹子文

安徽江淮汽车技术中心　　安徽合肥　　230000

摘要：侧面碰撞是汽车被动安全关注的热点问题之一，在汽车侧面碰撞工况中，碰撞仿真分析方法直接决定了仿真的精度和可靠性，可利用仿真数据全、针对性强的特点对试验结果进行剖析，本文通过保险指数侧面工况的仿真方法研究为后期侧面碰撞安全仿真设计思路提供参考。

关键词：侧面碰撞 仿真分析 空间结构

1、引言

侧碰事故是车辆碰撞事故主要形式之一，其发生的频率仅次于车辆正碰事故，因此对车辆侧碰安全性能进行研究也具有重要意义。

   中国保险汽车安全指数对汽车侧面碰撞工况进行评测，试验规程参考IIHS中“Side Impact Crashworthiness Evaluation Crash Test Protocol ”编制。试验使用前端安装IIHS碰撞块的移动可变形壁障（MDB）撞击试验车辆驾驶员侧。MDB行驶方向与试验车辆的纵向中心平面垂直，MDB纵向中心线对准试验车辆碰撞参考线，碰撞速度为50 km/h±1km/h。试验车辆驾驶员位置及第二排左侧座椅位置上各放置一个SID-IIs（D版）型假人，用于测量碰撞过程中驾驶员及第二排左侧乘员的损伤情况。

   因此，迫切需要将计算机仿真技术与汽车侧面碰撞试验结合起来。这样，可以利用仿真数据全、针对性强的特点对试验结果进行剖析，也可利用周期短、成本低的优势对产品改进方案进行评估。

2、侧面碰撞模型建立

  本文利用前处理软件HyperMesh及Oasys建立侧面碰撞整车分析的有限元模型，利用DYNA求解器对侧面碰撞过程进行模拟计算，并通过后处理软件HyperView对仿真结果进行数据分析。

2.1车身钣金网格质量要求见表1

表1  车身钣金网格质量标准

2.2 非金属网格质量要求见表2

表2  非金属网格质量标准

2.3 模型连接

2.3.1 点焊 根据数据确认焊点位置和连接对象，采用BEAM或实体单元实现。 2.3.2 塞焊 焊接对象料厚较大或塞焊连接的位置，采用*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY和*CONSTRAINED_RIGID_BODY的刚性连接方式。 2.3.3 螺栓链接 螺栓连接的位置，采用*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY和*CONSTRAINED_RIGID_BODY的刚性连接方式。

2.3.4 铰链连接 柱铰链、旋转铰、万向节和球铰链连接的位置，采用*CONSTRATINED_JOINT铰链连接方式。

2.3.5 弹簧链接 螺旋弹簧和悬置的位置，采用 *ELEMENT_DISCRETE弹簧连接。 2.3.6 整车连接 闭合件、底盘、前后保险杠、仪表台、座椅等采用*CONSTRAINED_RIGID_BODY刚性连接到车体上。

2.4 传感器位置要求

2.4.1 前门加速度传感器 如图1所示，加速度传感器设置于前门内板FD1、FD2、FD3、FD4和FD5的位置，分别对应前排试验假人肩部、上腹部、下腹部和臀部。 2.4.2 B柱加速度传感器 如图1所示，加速度传感器设置于B柱内板BP1、BP2、BP3和BP4的位置，分别对应前排试验假人头部、肩部、腹部和臀部。 4.4.3 后门加速度传感器 如图1所示，加速度传感器设置于后门内板RD1、RD2、RD3、RD4和RD5的位置，分别对应后排试验假人头部、肩部、上腹部、下腹部和臀部。

图1 加速度传感器位置

3仿真分析方法

3.1 分析流程

保险指数侧面碰撞工况分析过程的流程图如图2 所示：

图2 分析流程图

3.2 车辆配重 试验时要求整车质量应为整备质量加上200～240kg，此为假人质量和车载数采设备等质量之和，模型计算质量取中间值为整备质量+220kg。配重是在整车模型的基础上，在主驾位置配备50kg假人，前排副驾位置配置78kg假人，后排左侧配备50kg假人，后备箱配备50kg。

3.3 壁障定位 如图3所示，导入ACMDB至驾驶员侧，壁障地面线与车辆地面线平齐，壁障行驶方向与车辆的纵向中心平面垂直，壁障纵向中心线对准车辆碰撞参考点，碰撞参考点位置取决于碰撞参考距离（IRD），碰撞参考距离（IRD）与分析车辆轴距相关： 1) 若轴距<250cm，则IRD=144.8cm； 2) 若250cm≤轴距≤290cm，则IRD=（轴距/2）+19.8cm； 3) 若轴距>290cm，则IRD=164.8cm。

图3 MDB与车辆碰撞位置示意

3.4 接触定义 模型中需要定义的主要接触如下： 1）*AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE定义整车自接触 2）*TIED_SHELL_EDGE_TO_SURFACE或TIED_NODES_TO_SURFACE定义焊点和部件的接触 3）*RIGIDWALL中定义轮胎和地面的接触 4）*AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE定义整车和壁障的接触

3.5 工况定义 ACMDB壁障撞击车辆的碰撞速度为50km/h，通过*INITIAL_VELOCITY设置。

4 结果评价

4.1 结构评级 根据分析结果评估结构评级，分析是否达到项目开发目标。

4.2 结构评级规则 根据B柱内表面（不包含内饰）与驾驶员座椅中线之间的距离即乘员最小生存空间确定车辆结构评级，其中有效评定区域为B柱内侧表面H点上方540mm至H点下方100mm范围(该H点为座椅处于最后最下位置H点）。 车辆结构评级规则见表3。

表3 车辆结构评级

5 定性观察车辆结构

观察关键部位（B柱、门槛、地板横梁等）塑形应变率云图和焊点力云图，根据受力状态分析，判断是否有结构断裂失效的风险。

图4 塑形应变云图和焊点力云图