整车侧面碰撞台车试验模拟研究

整车侧面碰撞台车试验模拟研究

罗刚,李志国

比亚迪汽车工业有限公司汽车工程研究院 广东 深圳 518000

摘 要：

    本文主要介绍一种整车侧面碰撞台车模拟的实现方法，以指导侧碰模拟实验在台车上开展，促进侧面乘员保护系统开发。

[关键词]  台车 侧面碰撞  加速度、速度、迭代

1.引言

    汽车发生碰撞时，绝大部分的严重伤害是由于侧碰造成的，据2004年全国交通事故统计，36%为侧碰事故，29%为正碰事故，因此，开展侧碰实验能够更好的引导研发朝着低伤害的目标前进。目前侧碰实验一般在整车碰撞实验室实车开展，但此种方式成本消耗大，且实车阶段进行零部件改进需要的周期很长，如能在车型开发初期对实车侧碰进行模拟，加快各相关安全部件优化匹配，将大大提高车型开发效率。

2.正文

汽车侧面碰撞是最常见的事故类型之一，大多的严重伤害是侧面碰撞引起的，这是因为乘员靠近大变形的区域，而且，该区域非常的狭窄，可实施保护的空间小、时间短。

机理分析：

汽车侧面碰撞过程分析

侧面碰撞试验主要依据《GB 20071—2006 汽车侧面碰撞的乘员保护》标准，由可变性壁障车（MDB）撞击静止的车辆（如图5）造成车内乘员伤害，乘员伤害是侧碰试验研究主要目标，而伤害主要与碰撞过程中乘员速度变化相关。典型的侧面碰撞的V-T图如图6所示。MDB在0时刻碰撞后，逐渐减速下来（Vbar），相反被撞车辆由0速度逐渐加速起来（Vveh），直到两车的速度相同（这时候的速度叫Vvf）一起往前运动，整个侧面碰撞完成。MDB撞击车辆的过程中，车门先变形侵入，车门速度（Vdor）高于车辆，达到与MDB的速度相同后，与MDB一起撞进车辆，此时Vdor=Vbar。Tc时刻车门侵入撞到车内乘员产生速度Vo。图中阴影部分的面积表示乘员和车门的相对位移量，乘员与车门的接触越晚（也就是乘员离车门越远），途中阴影部分就会向右偏移下，阴影面积变小，乘员的速度变化量变小，对假人的伤害会变小。碰撞速度不变的情况下MDB及车辆的最终速度Vvf仅由MDB和车辆的质量比来决定的，同时时间（T1）是随着车体硬度而变化的，越硬就T1越小。因此侧碰时车速、车重、门的强度、乘员位置等都能影响成员速度变化。

图5

图6

由以上分析可知，侧碰的模拟主要模拟碰撞过程中车辆的速度、假人与车门接触时刻和速度等。

模拟平台搭建：

模拟平台搭建前必须测得实车侧碰相关参数，车辆速度可采集未变形侧B柱加速度或座椅固定点的加速度获得；假人速度由选定假人胸部、肋骨、骨盆等部位加速度综合选取；车门速度由车门内板对应假人各部位加速度值获得（图7显示了实车碰撞车门加速度计的布置）

图7:实车车门传感器布置

模拟平台主要在加速度台车上进行搭建，取车门或车辆相关部件按实车坐标系焊接在加速度台车支架上，取实车座椅按实车坐标安装，组成如图8示的平台。

        图8 侧碰模拟平台

车门及座椅安装到位后，在车门内板支撑板处按实车图7布置加速度传感器，同时座椅安装块上安装传感器，监控台车搭载环境下车门和座椅工装的速度。最后装好内饰气囊等件，完成平台搭建。其中座椅与门板之间可以相对运动，靠调节座椅底板刹车控制座椅与车门的相对运动。

模拟试验：

模拟试验前需要对实车采集的数据进行分析处理，一般选取车门加速度曲线平均值或拟合曲线作为加速度台车需要模拟的曲线，如图9。

图9 台车模拟曲线拟合

分析实车侧碰过程中座椅与车门的相对运动，主要是相对速度和位移关系，如图10。

    图10 各部分位移及相对位移曲线

固定座椅，用加速度台车模拟图9微分得到的加速度曲线，同时通过座椅底板制动压力调节，通过座椅底板加速度参数计算得到接近图10所示曲线。

多次调试后，需要搭载假人进行假人伤害值对标，如图11所示，放置好门内饰和缓冲装置后进行试验，使假人躯干加速度峰值及时刻基本与实车值一致，如图12示，基本实现了侧碰在台车上的模拟，接下来便可以进行各侧面乘员保护系统的匹配了，包括侧气囊、气帘、门内饰的匹配验证等。

     图11 搭载假人后的测试系统

    图12 模拟与实车曲线对比

3.结论

试验模拟是在加速度台车上实现实车模拟，车辆开发前期同样也可以用于验证CAE分析以及侧面保护系统研发平台建设。现阶段侧面乘员保护系统开发主要集中在样车后，依靠整车碰撞和CAE进行匹配，时间长，成本高、方案改动复杂，侧碰模拟试验能将整车匹配试验提前，减少后期试验量。模拟实验中，座椅可以平均用5次，而带门饰板的门可以在整个实验过程中使用，可有效降低试验成本，同时由于实验后实验设置保持得非常完整，实验的重复性也较好。因此，在台车上实现侧面碰撞模拟非常重要。

参考文献

[1]；汽车侧面碰撞中内板参数与乘员伤害值的相关性分析.汽车工程，2007，29（6）

[2]；基于原型轿车结构的概念轿车侧面碰撞仿真分析. 汽车技术，2007